JPH0821864B2

JPH0821864B2 - 高能率符号化装置

Info

Publication number: JPH0821864B2
Application number: JP61110097A
Authority: JP
Inventors: 哲二郎近藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1986-05-14
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPS62266923A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ディジタルテレビジョン信号等の画像デ
ータを圧縮する高能率符号化装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明では、ディジタルテレビジョン信号等の画像
データを伝送する際に適用される高能率符号化装置にお
いて、１画面が多数の２次元的又は３次元的な１次ブロ
ックに分割され、各１次ブロックのダイナミックレンジ
が検出され、このダイナミックレンジに応じたブロック
サイズの２次ブロックに１次ブロックが変換される。２
次ブロック毎に平均値が算出され、この平均値が量子化
され、ダイナミックレンジ情報と平均値のデータとが伝
送される。この発明に依れば、受信側における復元画像
の質を低下させずに、圧縮率を高くすることができる。

〔従来の技術〕

テレビジョン信号を符号化する場合、１画素当たりの
平均ビット数を小さくする方法として、１フィールドの
画面を微少なブロックに細分化して、ブロック毎の平均
値を伝送するブロック符号化が知られている。このブロ
ック符号化では、ブロックサイズを大きくし、１ブロッ
クに含まれる画素数を多くすれば、１画素当たりの平均
ビット数が小さくなり、圧縮率を高くすることができ
る。しかしながら、ブロックサイズを大きくすると、受
信側において得られる復元画像中に、輝度レベルの変化
の激しい所でブロック歪が目立つ欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のブロック符号化では、輝度レベルの変化が激し
い所でも、ブロック歪が目立たないような大きさのブロ
ックサイズが選定されていた。従って、輝度レベルの変
化が小さい所では、必要以上にブロックサイズが大きく
なり、充分に圧縮率を高くすることができなかった。

従って、この発明の目的は、ブロック毎のダイナミッ
クレンジに適応したブロックサイズを可変することによ
り、ブロック歪を生じることなく、圧縮率を高くするこ
とができる高能率符号化装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、ディジタル画像信号の同一フィールド又
は連続する複数フィールドに属する領域からなる第１の
ブロック毎のダイナミックレンジDRを求めるダイナミッ
クレンジ検出回路３と、ダイナミックレンジDRと応じた
ブロックサイズを有する第２のブロックへ第１のブロッ
クを変換する２次ブロック化回路４と、第２のブロック
に含まれる画素データの平均値を算出する平均値検出回
路５と、平均値を量子化する量子化回路７と、ブロック
毎のダイナミックレンジDRを表す情報と量子化出力を送
出するフレーム化回路８からなる高能率符号化装置であ
る。

〔作用〕

ダイナミックレンジDRが非常に小さなブロックは、輝
度レベルの変化が殆ど無い画像であるから、第１のブロ
ックの平均値が量子化され、この量子化出力が伝送され
る。この場合では、第１のブロックと第２のブロックと
でブロックサイズが等しくなり、圧縮率が最も高い。ダ
イナミックレンジDRが大きくなることは、輝度レベルの
変化が大きくなることを意味するので、第２のブロック
のブロックサイズが小さくされ、第２のブロックの平均
値が量子化される。そして、ダイナミックレンジDRが非
常に大きいブロックは、輝度レベルの変化が激しい所の
画像のため、第１のブロックの全ての画素が量子化され
る。この全ての画素を量子化することは、第２のブロッ
クが１画素で構成されることを意味する。このように、
ブロックサイズをダイナミックレンジDRに適応して変え
ることにより、ブロック歪を生じることなく、圧縮率を
高くすることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について図面を参照して説
明する。この発明は、下記の項目の順序でなされる。

a.送信側の構成 b.受信側の構成 c.ブロック及びブロック化回路 d.ダイナミックレンジ検出回路 e.量子化回路 f.変形例 a.送信側の構成第１図は、この発明の送信側（記録側）の構成を全体
として示すものである。１で示す入力端子に例えば１サ
ンプルが８ビットに量子化されたディジタルテレビジョ
ン信号が入力される。このディジタルテレビジョン信号
が１次ブロック化回路２に供給される。

１次ブロック化回路２により、入力ディジタルテレビ
ジョン信号が２次元の１次ブロック毎に連続する信号に
変換される。この実施例では、１ブロックが（８ライン
×８画素＝64画素）の大きさとされている。１次ブロッ
ク化回路２の出力信号がダイナミックレンジ検出回路３
及び２次ブロック化回路４に供給される。この２次ブロ
ック化回路４の出力信号が平均値検出回路５に供給され
る。２次ブロック化回路４は、１次ブロック化回路２で
形成される１次ブロックを等しいブロックサイズ又はよ
り小さいブロックサイズの２次ブロックに変換する。こ
の２次ブロックが符号化の単位となる。２次ブロックの
ブロックサイズは、ダイナミックレンジ検出回路３から
のダイナミックレンジDRにより適応的に決定される。

ダイナミックレンジ検出回路３は、１次ブロック毎に
ダイナミックレンジDR及び最小値MINを検出する。平均
値検出回路５からのデータPDが減算回路６に供給され、
減算回路６において、最小値MINが除去されたデータPDI
が形成される。

一例として、２次ブロック化回路４では、次のよう
に、ダイナミックレンジDRに応じて２次ブロックのブロ
ックサイズが定められる。分割比は、１次ブロックに対
して定義され、圧縮率は、（２次ブロックのデータ数÷
１次ブロックの画素数（64））で定義される。

つまり、ダイナミックレンジDRが非常に小さい時に
は、２次ブロックのブロックサイズが１次ブロックと等
しくされ、逆に、ダイナミックレンジDRが大きい時に
は、２次ブロックのブロックサイズが画素単位で構成さ
れる。上述のダイナミックレンジDRのスレッショルドレ
ベルは、後述するダイナミックレンジ適応形の符号化に
おけるスレッショルドレベルと一致しているが、両者を
必ずしも一致させる必要がない。

平均値検出回路５は、２次ブロック毎の平均値を算出
する。ダイナミックレンジDRが非常に小さい時には、１
次ブロックの64個の画素データの平均値（８ビット）が
算出される。逆に、ダイナミックレンジDRが大きい時に
は、64個の画素データがそのまま平均値検出回路５から
出力される。この平均値検出回路５の出力が減算回路６
に供給される。減算回路６からの最小値除去後のデータ
PDIが量子化回路７に供給される。量子化回路７では、
上述のブロック毎のダイナミックレンジDRに適応したビ
ット数でもって、データPDIの量子化が行われる。

この量子化回路７からの符号化コードDTがフレーム化
回路８に供給される。フレーム化回路８には、１次ブロ
ック毎の付加コードとして、ダイナミックレンジDR（８
ビット）及び最小値MIN（８ビット）が供給される。フ
レーム化回路８は、符号化コードDT及び上述の付加コー
ドに誤り訂正符号化の処理を施し、また同期信号を付加
する。フレーム化回路８の出力端子９に送信データが得
られ、この送信データがディジタル回線等の伝送路に送
出される。

前述のように、符号化コードDTは、ブロック毎に可変
のビット数のものであるが、付加コード中のダイナミッ
クレンジDRからそのブロックの画素データのビット長が
一義的に定まる。従って、可変長符号を採用しているに
も拘らず、伝送データ中にデータの区切りを示す冗長な
コードを挿入する必要がない利点がある。

b.受信側の構成第２図は、受信（又は再生）側の構成を示す。入力端
子11からの受信データは、フレーム分解回路12に供給さ
れる。フレーム分解回路12により、符号化コードDTと付
加コードDR,MINとが分離されると共に、エラー訂正処理
がなされる。符号化コードDTが復号化回路13に供給さ
れ、ダイナミックレンジDRが復号化回路13、置換回路15
及び２次ブロック分解回路16に供給される。

復号化回路13は、送信側の量子化回路７の処理と逆の
処理を行う。即ち、８ビットの最小レベル除去後のデー
タが代表レベルとして復合され、このデータと８ビット
の最小値MINとが加算回路14により加算され、元のデー
タが復号される。加算回路14の出力データが置換回路15
に供給される。置換回路15は、復号されたレベルを持つ
２次ブロックの画素データを形成する。

置換回路15から２次ブロック毎の復号データが２次ブ
ロック分解回路16に供給される。２次ブロック分解回路
16は、送信側の２次ブロック化回路４と逆に、２次ブロ
ックの順番の復号データを１次ブロック毎の順番に変換
する。この２次ブロック分解回路16の出力データが１次
ブロック分解回路17に供給される。１次ブロック分解回
路17は、送信側の１次ブロック化回路２と逆に、１次ブ
ロックの順番のデータをテレビジョン信号の走査と同様
の順番に変換するための回路である。１次ブロック分解
回路17の出力端子18に復号されたテレビジョン信号が得
られる。

c.ブロック及びブロック化回路第３図を参照して、符号化の単位であるブロックにつ
いて説明する。この例では、１フィールドの画面を分割
することにより、第３図に示される（８ライン×８画
素）の２次元的な１次ブロックが多数形成される。第３
図において、実線は、奇数フィールドのラインを示し、
破線は、偶数フィールドのラインを示す。この例と異な
り、例えば４フレームの各フレームに属する４個の２次
元領域から構成された３次元ブロックに対してもこの発
明が適用できる。

１次ブロック化回路２について第４図，第５図及び第
６図を参照して説明する。説明の簡単のため、１フィー
ルドの画面が第５図に示すように、（４ライン×８画
素）の構成と過程し、この画面が破線で示すように、垂
直方向に２分割され、水平方向に４分割され、（２ライ
ン×２画素）の８個のブロックが形成される場合につい
て説明する。

第４図において、21で示す入力端子に第６図Ａに示す
ように、（Th₀〜Th₃）の４ラインからなる入力データＡ
が供給され、22で示す入力端子に入力データＡと同期し
ているサンプリングクロックＢ（第６図Ｂ）が供給され
る。数字の（１〜８）がラインTh₀のサンプルデータを
夫々示し、数字の（11〜18）がラインTh₁のサンプルデ
ータを夫々示し、数字の（21〜28）がラインTh₂のサン
プルデータを夫々示し、数字の（31〜38）がラインTh₃
のサンプルデータを夫々示す。入力データＡがThの遅延
量の遅延回路23及び2Ts（Ts:サンプリング周期）の遅延
量の遅延回路24に供給される。また、サンプリングクロ
ックＢが1/2分周回路27に供給される。

遅延回路24の出力信号Ｃ（第６図Ｃ）がスイッチ回路
25及び26の一方の入力端子に夫々供給され、遅延回路23
の出力信号Ｄ（第６図Ｄ）がスイッチ回路25及び26の他
方の入力端子に夫々供給される。スイッチ回路25は、1/
2分周回路27の出力信号Ｅ（第６図Ｅ）により制御さ
れ、また、スイッチ回路26はパルス信号Ｅがインバータ
28により反転されたパルス信号により制御される。スイ
ッチ回路25及び26は、2Ts毎に交互に入力信号（Ｃ又は
Ｄ）を選択する。スイッチ回路25からの出力信号Ｆが第
６図Ｆに示され、スイッチ回路26からの出力信号Ｇが第
６図Ｇに示される。

スイッチ回路25の出力信号Ｆがスイッチ回路29の第１
の入力端子及び4Tsの遅延量を有する遅延回路30に供給
される。スイッチ回路26の出力信号Ｇが2Tsの遅延量を
有する遅延回路31に供給される。遅延回路30の出力信号
Ｈ（第６図Ｈ）がスイッチ回路29の第３の入力端子に供
給される。遅延回路31の出力信号Ｉ（第６図Ｉ）がスイ
ッチ回路29の第２の入力端子及び4Tsの遅延量を有する
遅延回路32に供給される。遅延回路32の出力信号Ｊ（第
６図Ｊ）がスイッチ回路29の第４の入力端子に供給され
る。

1/2分周回路33には、1/2分周回路27の出力信号が供給
され、出力信号Ｋ（第６図Ｋ）が形成される。この信号
Ｋによってスイッチ回路29が制御され、4Ts毎に第1,第
2,第３及び第４の入力端子が順次選択される。従って、
スイッチ回路29から出力端子34に取り出される信号Ｌ
は、第６図Ｌに示すものとなる。つまり、データのフィ
ールド毎の順序がブロック毎の順序（例えば１→２→11
→12）に変換される。勿論、１フィールドの実際の画素
数は、第５図に示される例と異なってはるかに多いが、
上述と同様の走査変換によって、第３図に示すブロック
毎の順序に変換される。

２次ブロック化回路４は、互いに異なるブロックサイ
ズにブロック化する上述の１次ブロック化回路２と同様
の構成を有する複数のブロック化回路を備え、このブロ
ック化回路の出力をダイナミックレンジDRに応じて切り
替える構成を有している。

ダイナミックレンジDRが非常に小さい時には、２次ブ
ロックのブロックサイズが１次ブロックのそれと等しく
され、ダイナミックレンジDRが小さい時には、第７図Ａ
に示すように、１次ブロックが（４ライン×４画素）の
２次ブロックに４分割され、ダイナミックレンジDRが中
程度の時には、第７図Ｂに示すように、１次ブロックが
（２ライン×２画素）の２次ブロックに16分割され、ダ
イナミックレンジDRが大きい時には、１次ブロックの各
画素が２次ブロックとされる。従って、２次ブロック化
回路４は、第７図Ａ及び第７図Ｂに夫々示すようなブロ
ック化を行うものである。平均値検出回路５において、
２次ブロック毎の平均値が算出される。但し、ダイナミ
ックレンジDRが大きい時には、平均値でなく、各画素デ
ータ自体が減算回路６に出力される。

d.ダイナミックレンジ検出回路第８図は、ダイナミックレンジ検出回路３の一例の構
成を示す。41で示される入力端子には、ブロック化回路
２から前述のように、１次ブロック毎に画像データが順
次供給される。この入力端子41からのデータは、選択回
路42及び選択回路43に供給される。一方の選択回路42
は、入力データとラッチ44の出力データとの間で、より
レベルの大きい方を選択して出力する。他方の選択回路
43は、入力データとラッチ45の出力データとの間で、よ
りレベルの小さい方を選択して出力する。

選択回路42の出力データが減算回路46に供給されると
共に、ラッチ44に取り込まれる。選択回路43の出力デー
タが減算回路46及びラッチ48に供給されると共に、ラッ
チ45に取り込まれる。ラッチ44及び45には、ラッチパル
スが制御部49から供給される。制御部49には、入力デー
タと同期するサンプリングクロック，同期信号等のタイ
ミング信号が端子50から供給される。制御部49に、ラッ
チ44,45及びラッチ47,48にラッチパルスを所定のタイミ
ングで供給する。

各１次ブロックの最初のタイミングで、ラッチ44及び
45の内容が初期設定される。ラッチ44には、全て‘0'の
データが初期設定され、ラッチ45には、全て‘1'のデー
タが初期設定される。順次供給される同一の１次ブロッ
クの画素データの中で、最大レベルがラッチ44に貯えら
れる。また、順次供給される同一の１次ブロックの画素
データの中で、最小レベルがラッチ45に貯えられる。

最大レベル及び最小レベルの検出が１ブロックに関し
て終了すると、選択回路42の出力に当該１次ブロックの
最大レベルが生じる。一方、選択回路43の出力に当該１
次ブロックの最小レベルが生じる。１個の１次ブロック
に関しての検出が終了すると、ラッチ44及び45が再び初
期設定される。

減算回路46の出力には、選択回路42からの最大レベル
MAX及び選択回路43からの最小レベルMINを減算してなる
各１次ブロックのダイナミックレンジDRが得られる。こ
れらのダイナミックレンジDR及び最小レベルMINが制御
部49からのラッチパルスにより、ラッチ47及び48に夫々
ラッチされる。ラッチ47の出力端子51に各１次ブロック
のダイナミックレンジDRが得られ、ラッチ48の出力端子
52に各１次ブロックの最小値MINが得られる。

e.量子化回路量子化回路７は、ダイナミックレンジDRに適応した可
変長の符号化を行う。第９図は、量子化回路７の一例を
示す。第９図において、55で示すROMには、最小値除去
後のデータPDI（８ビットの画素データ又は８ビットの
平均値データ）を圧縮されたビット数に変換するための
データ変換テーブルが格納されている。ROM55に対し
て、入力端子56からのダイナミックレンジDRと入力端子
57からのデータPDIとがアドレス信号として供給され
る。

ROM55では、ダイナミックレンジDRの大きさによりデ
ータ変換テーブルが選択され、出力端子58に５ビットの
符号化データDTが取り出される。ダイナミックレンジDR
に応じて、符号化データDTのビット数が０ビット〜５ビ
ットの範囲で変化する。従って、ROM55から出力された
コードの中で有効なビット長が変化する。フレーム化回
路８において、有効なビットが選択される。

第10図は、上述の量子化回路７によりなされるダイナ
ミックレンジに適応した可変なビット長の符号化の説明
に用いるものである。この符号化は、最小値が除去され
たデータPDIを代表レベルに変換する処理である。この
量子化の際に生じる量子化歪の許容できる最大値（最大
歪と称する。）が所定の値例えば４とされる。

第10図Ａは、ダイナミックレンジDRが８の場合を示
す。（DR＝８）の場合では、中央のレベル４が代表レベ
ルL0とされ、（最大歪Ｅ＝４）となる。つまり、（０≦
DR≦８）の時には、ダイナミックレンジの中央のレべル
が代表レベルとされ、量子化されたデータを伝送する必
要がない。従って、必要とされるビット長が０である。
受信側では、ブロックの最小値MIN及びダイナミックレ
ンジDRから代表レベルL0を復元値とする復号がなされ
る。

第10図Ｂは、（DR＝17）の場合を示し、代表レベルが
（L0＝４）（L1＝13）と夫々定められ、最大歪Ｅが４と
なる。２個の代表レベルL0,L1があるので、ビット長が
１となる。（９≦DR≦17）の場合には、ビット長が１で
ある。最大歪Ｅは、ダイナミックレンジDRが狭いほど小
となる。

第10図Ｃは、（DR＝35）の場合を示し、代表レベルが
（L0＝４）（L1＝13）（L2＝22）（L3＝31）と夫々定め
られ、（Ｅ＝４）である。４個の代表レベルL0〜L3があ
るので、ビット長が２となる。（18≦DR≦35）の場合に
は、ビット長が２とされる。

（36≦DR≦71）の場合では、８個の代表レベル（L0〜
L7）が用いられる。第10図Ｄは、（DR＝71）の場合を示
し、代表レベルが（L0＝４）（L1＝13）（L2＝22）（L3
＝31）（L4＝40）（L5＝49）（L6＝58）（L7＝67）と夫
々定められる。８個の代表レベルL0〜L7の区別のため
に、必要なビット長は、３である。

（72≦DR≦143）の場合では、16個の代表レベル（L0
〜L15）が用いられる。第10図Ｅは、（DR＝143）の場合
を示し、代表レベルが（L8＝76）（L9＝85）（L10＝9
4）（L11＝103）（L12＝112）（L13＝121）（L14＝13
0）（L15＝139）（L0〜L7は、上記の値と同じ）と定め
られる。16個の代表レベル（L0〜L15）の区別のため
に、４ビットが必要である。

（144≦DR≦287）の場合では、32個の代表レベル（L0
〜L31）が用いられる。第10図Ｆは、（DR＝287）の場合
を示し、代表レベルが（L16＝148）（L17＝157）（L18
＝166）（L19＝175）・・・・・（L27＝247）（L28＝25
6）（L29＝265）（L30＝274）（L31＝283）（L0〜L15
は、上記の値と同じ）と定められる。32個の代表レベル
（L0〜L31）の区別のために、５ビットが必要である。
実際には、入力画素データが８ビットで量子化されてい
るので、ダイナミックレンジDRの最大値が255であり、
代表レベル（L28〜L31）に量子化されることがない。

１ブロック内のテレビジョン信号が水平方向，垂直方
向の２次元方向並びに時間方向に関する３次元的な相関
を有しているので、定常部では、同一のブロックに含ま
れる画素データのレベルの変化幅は、小さい。従って、
ブロック内の画素データが共有する最小レベルMINを除
去した後のデータDTIのダイナミックレンジを元の量子
化ビット数より少ない量子化ビット数により量子化して
も、量子化歪は、殆ど生じない。量子化ビット数を少な
くすることにより、データの伝送帯域幅を元のものより
狭くすることができる。

f.変形例ダイナミックレンジに適応した符号化を行う場合、例
えばダイナミックレンジを４分割して４個の代表レベル
に量子化する場合、第11図に示すように、代表レベルと
して最小値MIN及び最大値MAXと一致するものを用いても
良い。また、可変長の符号化の場合、代表レベルを各ビ
ット長に対して固定の値としても良い。更に、ビット長
が固定のダイナミックレンジ適応形の符号化を用いても
良い。より更に、この発明では、ダイナミックレンジ適
応形の符号化方法以外の高能率符号化方法を組み合わせ
ても良い。

〔発明の効果〕

この発明では、輝度レベルの変化幅の小さい定常部で
は、２次ブロックのブロックサイズを大きくし、且つ平
均値を伝送し、また、輝度レベルの変化幅の中間の部分
では、２次ブロックのブロックサイズを小さくし、且つ
平均値を伝送し、更に、輝度レベルの変化幅が大きい部
分では、画素毎のデータを伝送している。従って、ブロ
ック歪のような受信画像の劣化を生じることなく、伝送
すべきデータの量を大幅に圧縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図は受
信側の構成を示すブロック図、第３図は符号化の処理の
単位であるブロックの説明に用いる略線図、第４図，第
５図及び第６図はブロック化回路の構成の一例，その説
明のための略線図及びタイミングチャート、第７図は２
次ブロック化の説明のための略線図、第８図はダイナミ
ックレンジ検出回路の一例のブロック図、第９図は量子
化回路の一例のブロック図、第10図及び第11図は夫々量
子化の一例及び他の例の説明に用いる略線図である。図面における主要な符号の説明 1:ディジタルテレビジョン信号の入力端子、2:1次ブロ
ック化回路、3:ダイナミックレンジ検出回路、4:2次ブ
ロック化回路、5:平均値検出回路、7:量子化回路、8:フ
レーム化回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ１０Ｌ 9/18 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディジタル画像信号の同一フィールド又は
連続する複数フィールドに属する領域からなる第１のブ
ロック毎のダイナミックレンジを求める手段と、上記ダイナミックレンジと応じたブロックサイズを有す
る第２のブロックへ上記第１のブロックを変換する手段
と、上記第２のブロックに含まれる画素データの平均値を算
出する手段と、上記平均値を量子化する手段と、上記ブロック毎のダイナミックレンジを表す情報と上記
量子化出力を送出する手段とからなることを特徴とする高能率符号化装置。