JPH0793584B2 - 符号化装置 - Google Patents

符号化装置

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JPH0793584B2
JPH0793584B2 JP62238697A JP23869787A JPH0793584B2 JP H0793584 B2 JPH0793584 B2 JP H0793584B2 JP 62238697 A JP62238697 A JP 62238697A JP 23869787 A JP23869787 A JP 23869787A JP H0793584 B2 JPH0793584 B2 JP H0793584B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アナログビデオ信号をサンプリング量子化す
ることにより得たデイジタル信号（時系列的なサンプル
データ）を伝送するに際し、１サンプルデータ当たりの
量子化ビット数を圧縮し符号として伝送するための符号
化装置に関するものである。
〔従来の技術〕
アナログビデオ信号（画像信号）をサンプリング量子化
してディジタル信号（時系列的なサンプルデータ）とし
て伝送する場合、その１サンプルデータ（以下これを画
像データと云うこともある。）当りの量子化ビット数
は、直線量子化の場合で通常７〜８ビット必要とされて
いる。この直線量子化で画像信号をディジタル化する
と、そのディジタル信号の伝送レートは、標準テレビ方
式による信号の場合で100Mbps程度が必要となり、一部
で提案されている高品位テレビ方式による信号に至って
は、さらにその２倍以上の伝送レートが要求される。
伝送されてくる上述の画像信号をディジタル信号形式で
磁気記録再生する装置（以下これをディジタルVTRと称
する。）では、上述の如くその伝送レートが著しく高い
ため、従来のアナログ記録方式VTRと比べて、テープ上
の記録密度が実質低下して、十分な録画時間が得られ
ず、また扱う信号も非常に広帯域となって、ディジタル
信号処理回路の動作速度も問題となり、技術的にも困難
が伴い、このディジタルVTRを家庭用等として広く普及
させるのに大きな障害となっている。
こうした問題点を改善するために、いわゆる高能率符号
化（伝送すべき画像データを符号化することにより減ら
して伝送レートを低下させること）の検討が従来から行
なわれており、その例が文献（吹抜敬彦著“画像のディ
ジタル信号処理”日刊工業新聞社発行）に詳述されてい
る。
この文献（第９章）にも記載されているように、１画素
データ当りの所要ビット数を低減する方法として、すで
に符号化した画像の値から現在の画像の値を予測し、そ
の予測値と現在の画素の値との差分（誤差）を符号化す
ることにより、所要ビット数を減らす、いわゆる予測符
号化方式（DPCM）が提案され、一般に良く知られてい
る。
この予測符号化方式によれば、１画素当りのビット数を
４〜５ビット程度に低減可能で、前記した直線量子化方
式と比べて所要ビット数を約1/2に低減することが可能
である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記DPCM方式は、上記文献にも述べられているように伝
送系で生じる或る一つの符号誤りにより、その影響が次
々と他の符号にも伝播する（いわゆるエラー伝播）など
の本質的に解決しなければならない問題があり、また予
測符号化にはフィードバック形式が一般に採られるた
め、量子化雑音がフィードバックされて次の画素に影響
を与えたり、或いはリーク輪郭パターンと称される振動
性の雑音が発生して、画像輪郭部のぼけやゆらぎが発生
するなど画質を著しく劣化させる、などの問題があり、
特に高画質が要求される機器装置では、以上に述べたよ
うな従来のDPCM方式を採り入れてその実用化を図ること
は困難であった。
本発明の目的は、上記した従来技術に鑑み、符号化に伴
う信号劣化（エラー伝播など）を最小限に抑えた上で、
１サンプルデータ当りの所要平均ビット数を低減させる
ことのできる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〕
本発明では、上記目的達成のため次のような手段を講じ
る。
即ち、アナログビデオ信号をサンプリング量子化するこ
とにより得たデイジタル信号（時系列的なサンプルデー
タ）について、そのＮ個（Ｎは２以上の整数で例えば
３）ずつを１グループとして符号化する。こうすれば、
符号誤りが発生してもその誤りはその１グループ内に止
まり、他のグループには波及しないのでエラー伝播は起
きない。
次に、Ｎ＝３の場合、その３個のサンプルデータのう
ち、１つの或るデータを基準データとして選ぶ。その基
準データは（他のサンプルデータも同様であるが）、そ
の量子化誤差が無視できる程度に充分な量子化ビット数
ｎで構成されている。他の残りのサンプルデータ（この
場合２個）については、その各々につき複数個の予測値
を前記基準データを使って生成する。
今、その複数個として２個を考える。つまり２個の残り
のサンプルデータのそれぞれについて、２個ずつの予測
値を生成した上、その何れか一方を選択する。そして残
りのサンプルデータは、それぞれの選択された予測値と
の間の差分データに基づき、符号化され、先の基準デー
タのもつｎビットより少ない或るビット数ｍのデータと
なって伝送（又は記録）される。
ここで、残りのサンプルデータ１個につき予測値を２個
生成する理由を説明する。今、fscをカラー搬送波周波
数とするとき、４fscのサンプリング周波数でサンプリ
ング（標本化）を行い、カラー搬送波の同相となる４画
素前の画素値を予測値（第１の予測値）とする方法と、
隣接の画素値を予測値（第２の予測値）とする方法と、
が考えられる。同じ絵柄内などであれば、第１の予測値
を採る方が、第２の予測値を採るよりも、相関が高く、
従ってその差分データも小さくなり、符号化に際して所
要ビット数を少なく出来るという意味で有利である。
しかし４画素前の画素値が絵柄のエッジ部分などを隔て
て存在する場合には、相関がないわけであるから、この
ような場合には、隣接の画素値を予測値とする、つまり
第２の予測値を採る方が第１の予測値を採るよりも有利
である。
このようにして、残りのサンプルデータ１個につき予測
値を２個生成してそのどちらか有利な方を採用するとい
うのが、２個生成する理由である。どちらが有利かは、
各予測値毎に差分データを作成してみて、比較してみれ
ば分かる。つまり差分データの小さい方の予測値を採用
すれば良いことになる。
以上、概略を説明したが、以下、表現を変えてもう一度
説明する。即ち、本発明は、上記目的を達成するため、
伝送すべきビデオ信号のＮ個（Ｎは２以上の整数）のサ
ンプルごとに、基準となる少なくとも１つのサンプルを
その量子化誤差が無視できる程度に充分な量子化ビット
数ｎで符号化して伝送或いは記録する。他の残りのサン
プルについては、この残りのサンプルそれぞれに対応し
た複数個の予測値を上記基準サンプルから算出し、上記
残りのサンプルを上記各予測値との差分データに基づい
て上記ｎより少ないビット数ｍのデータに変換する。
そして、各予測値による上記ビット数ｍの各データを復
号時と同等の変換手段によりそのデータに基づく上記差
分データと同等のビット数のデータに伸長変換し、この
伸長変換した各データに、それぞれに対応した上記各予
測値を加算する。すなわち符号化時に仮復号を行なう。
次に、この仮復号したデータであるビット数ｎの各加算
データと元の上記サンプル値とのレベル比較を行なうこ
とにより、元の上記サンプル値とのレベル差が最も小さ
くなるような上記仮復号データを得ることのできる予測
値を選択する。
そして上記残りのサンプルは、選択した上記予測値との
差分を上記ｎより少ないビット数ｍのデータに圧縮符号
化して伝送或いは記録するように構成する。
〔作用〕
本発明では、上記Ｎ個のサンプル毎に基準サンプルとこ
の基準サンプルから求めた予測値との差分値を圧縮量子
化したサンプルとに符号化することにより、その差分圧
縮符号化に基づく量子化誤差の累積が生じないように
し、また伝送路上で発生した符号誤りによるエラー伝播
が長期間に渡らないようにして画質の劣化を最小限に抑
えることができる。
さらに本発明では符号器をフィードフォワード形式で構
成できるので、前記した従来のフィードバック形式で問
題となった雑音発生をなくすことができる。
一方、圧縮符号化するサンプルに対する予測値を複数個
算出し、符号化時にこの各予測値を用いて仮復号を行な
い、元のサンプル値とのレベル差が最も小さくなるよう
な仮復号データを得る予測値を選択し、この選択した予
測値との差分を圧縮符号化することにより、圧縮伸長に
よる誤差を最小に抑えることができる。
〔実施例〕
次に図を参照して本発明の実施例を説明する。第２図
は、本発明に係る符号化装置をVTR等の磁気記録再生装
置に適用した場合の構成例を示すブロック図であるが、
同図を参照して、本発明に係る符号化装置が実際に用い
られる場合のその全体の中における位置付けについて概
略を先ず説明しておく。
第２図において、19は記録すべきビデオ信号の入力端
子、20はA/D変換器、21は符号器、22はPCMプロセッサ、
23はメモリ、24は変調器、25は記録増幅器、26は磁気ヘ
ッド、27は磁気テープ、28は再生イコライザ、29は復調
器、30は復号器、31はD/A変換器、32は再生された映像
信号の出力端子である。
端子19からのビデオ信号Ｖは、A/D変換器20により、周
期τごとに量子化ビット数ｎビットのディジタル信号Ａ
に変換される。ここで量子化ビット数ｎは、その量子化
誤差が無視できる程度の大きな値であり画像信号を取扱
う本実施例では、例えばｎ＝７と定められている。
このディジタル信号Ａは本発明に係る符号化装置として
の符号器21での信号処理によって、後述するように適宜
ビット圧縮される。この符号器21の出力Ｓ（以下これを
データＳと略記する。）はPCMプロセッサ22を介して、
メモリ23に逐次書き込まれる。メモリ23への書き込みの
ときにデータＳの所定ビット数からなるブロック毎に必
要に応じてそのアドレスを示すアドレス符号や、符号訂
正のためのいわゆるパリティ符号などが追加されてメモ
リ23へ逐次書き込まれる。
メモリ23への書き込み終了後、引き続いて読み取られ、
読み取られたデータＳ及びアドレス符号とパリティ符号
はPCMプロセッサ22により並列データから直列データに
変換されるとともに、所定ビット数からなるブロックの
頭出しのための同期符号や必要に応じて符号誤り検出の
ための誤り検出符号や、あるいはこれらデータ列の前後
に適宜調歩符号などが追加されて出力される。このPCM
プロセッサ22からの出力データ列Ｕは変調器24によって
磁気記録に適した符号に変調されてのち、その出力は記
録増幅器25を介して磁気ヘッド26により逐次磁気テープ
27に記録される。
次に再生系において器テープ27から磁気ヘッド26により
再生された信号は、再生イコライザ28で適宜再生等化さ
れてのち復調器29で復調されて、上記変調器24に入力さ
れたデータ列Ｕと同様の信号Ｕ′が出力される。この復
調器29からの出力データ列Ｕ′はPCMプロセッサ22にて
そのブロックごとに同期符号に基づき、データの頭出し
や前記誤り検出符号に基づき符号誤り検出などが行なわ
れてのち、直列データから並列データに変換されてから
メモリ23に逐次書き込まれる。メモリ23に書き込まれた
データは、PCMプロセッサ22により上記パリティ符号に
基づいて逐次符号訂正されてから、冗長の符号は逐次除
去され、上記符号器21からの出力データＳと同様のデー
タＳ′が出力されて復号器30に供給される。
復号器30にて復号されたｎ（＝７）ビットのディジタル
信号はD/A変換器31にてアナログ信号に変換されて元の
ビデオ信号Ｖ′が復元されて端子32に出力される。
本発明は、以上に述べた磁気記録再生装置における符号
器21に関するものであることは既に述べた。換言すれ
ば、本発明による符号化装置は、磁気記録再生装置にお
いては、前記符号器21として用いられるものである。
第１図は本発明の一実施例としての符号化装置を示すブ
ロック図である。
同図において、１は入力端子、2,3,4はそれぞれ遅延回
路、5,6,8,9,12はそれぞれデータ・ラッチ回路、７は予
測値算出回路、10,13はそれぞれ減算器、11は予測値選
択回路、14,16はそれぞれROM（リードオンリイメモ
リ）、15はフラグ付加回路、17はデータセレクタ、18は
出力端子、である。
第３図は、第１図の回路における各部信号のタイミング
図である。即ち第１図においてA,B,C,…として表示した
各部の信号は、第３図では、対応した小文字のa,b,c,…
としてその信号タイミングが表示されている。
以下、第１図、第３図を参照して本発明の一実施例の回
路動作を説明する。
第１図において、入力端子１からは、周期τごとに逐次
量子化されたｎ（＝７）ビットのディジタルビデオ信号
Ａ（第３図のａ）が入力されるが、その一つのＡが一つ
のサンプルデータを表わす。
本発明では、連続したサンプルデータをＮ個（Ｎは２以
上の整数）毎の連続したサンプルデータに区分し、各区
分を１組としてそれに対して符号化処理を施すものであ
るが、本実施例ではＮ＝３とした場合を説明する。ま
た、本実施例で取り扱うビデオ信号はNTSC方式によるコ
ンポジットビデオ信号であり、通常輝度信号に色信号が
多重された信号である。
第１図の回路動作を説明する前に、第６図を参照して本
発明の動作原理（符号化、復号化の動作原理）を先ず説
明しておく。
第６図（１）は、輝度信号に色信号が多重されたコンポ
ジットビデオ信号で色飽和度の大きい信号波形を示す。
第６図（２）は同じコンポジットビデオ信号で色飽和度
の小さい信号波形を示す。
なお、本実施例では、サンプリング周波数を取り扱うコ
ンポジットビデオ信号のカラーサブキャリア周波数fsc
の４倍の４fscとしている。（したがって、サンプリン
グ周波数 となる。） このようなビデオ信号において、本実施例では第６図
（１），（２）に示すように（Ａ3i-1,A3i,A3i+1）なる
３個のサンプルを１群のサンプルとしてとらえ、それら
のサンプルのうち○印で示すサンプルＡ3iは基準サンプ
ルとしてｎ（＝７）ビットで符号化し、他の残りの△印
で示すサンプルＡ3i,A3i+1については、上記基準サンプ
ルＡ3iからそれぞれの予測値を求め、求めた各予測値と
の差分を圧縮符号化するようにする。ただし、他の残り
のサンプルＡ3i-1,A3i+1に対する予測値は、それぞれに
対し、複数個求め、各予測値を用い符号化時に実際に復
号と同等の処理（以下この処理を仮復号と称する。）を
行ない、元のサンプル値に最も近い仮復号データを得る
ことのできる予測値を選択して上記圧縮符号化を行な
う。本実施例では圧縮符号化せんとする各サンプルに対
し２個の予測値を求める。
すなわち第６図（１）に示す色飽和度の大きい信号にお
いては、圧縮伸長による誤差が小さいと考えられる予測
値、すなわちサンプルＡ3i-1に対するかかる予測値とし
ては、波形から見てなるべく同じレベルのサンプル値で
なくてはならないから、Ａ3i-1に対する予備値Ｂ′3i-1
としては、Ａ3i+3が、またサンプルＡ3i+1に対する予測
値Ｂ′3i+1としてはＡ3i-3が適当ということになる。
他方、第６図（２）に示す色飽和度の小さい信号におい
ては、圧縮伸長による誤差が小さいと考えられる予測値
は、サンプルＡ3i-1に対する予測値Ｂ″3i-1も、Ａ3i+1
に対する予測値Ｂ″3i+1も、同じでＡ3iが適当というこ
とになる。すなわち（Ｂ″3i-1＝Ｂ″3i+1＝Ａ3i）であ
る。
つまり予測値というのは、なるべく元のサンプル値に近
いものを選ぶ方が、その差分を圧縮伸長した場合も誤差
が小さいからである。
コンポジットビデオ信号として、第６図（１）に見られ
る如く色飽和度の大きい信号と、第６図（２）に見られ
る色飽和度の小さい信号と、があるとすると、上述の理
由から第６図（１）の場合には、元のサンプル値Ａ3i+1
に対してはそれから１周期進んだ丁度４個目のサンプル
（Ａ3i-3）を予測値に、元のサンプル値Ａ3i-1に対して
はそれから１周期遅れた丁度４個目のサンプル
（Ａ3i+3）を予測値に選ぶ。第６図（２）の場合には、
同じ理由から、元のサンプル値Ａ3i+1に対しては、その
左隣りのサンプルＡ3iを、また元のサンプル値Ａ3i-1に
対しては右隣のサンプルＡ3iを、それぞれ予測値として
選ぶわけである。
すなわち、取り扱うコンポジットビデオ信号が色飽和度
の大きい信号である場合には、元のサンプルから１周期
ずれた丁度４個目のサンプルを予測値とするのが良く、
色飽和度の小さい信号である場合には、元のサンプルに
隣接したサンプルを予測値とするのが良いわけである。
しかし、取り扱うコンポジットビデオ信号が色飽和度の
大きい信号か、小さい信号かは普通分からないので、先
ずその元のサンプルに対する予測値候補として、１周期
ずれた丁度４個目のサンプルと、隣接したサンプルと、
の二つを選択し、その両者を使って実際に符号化、復号
化を行なってみて、その結果誤差の小さい方を見付け、
それを実際の予測値にするという手順がとられる。
以下、具体的に説明する。各予測値候補を用いて仮復号
を行ない、元のサンプル値との誤差が小さくなる予測値
Ｂ3i-1,B3i+1を選択し、それからの差分を次式により求
め、この２個の差分データ をビット数ｍ（＜ｎ）で圧縮符号化する。
本実施例では２個の差分データＣ3i-1,C3i+1はｍ＝４ビ
ットの圧縮差分データＤ3i-1,D3i+1に符号化される。ま
た本実施例では何れの予測値を用いて符号化を行なった
かを復号時に検出し、正しく復号できるように予測値の
選択を示すフラグを伝送する。
この例では２種類の予測値から選択しており、フラグの
ビット数は１である。以上により１画素当りのビット数
は16/3＝5.33ビットとなり、全画素を７ビットで復号化
する方式と比較して16/21にビット数を低減できる。
以上で動作原理が理解できたと思われるので、第１図に
戻って回路動作を説明する。
第１図の入力端子１より入力されるｎ（＝７）ビットの
ディジタルビデオ信号Ａ（第３図のａ）は、予測値算出
回路７及び遅延回路２に入力される。遅延回路２にてサ
ンプリング周期τの２倍の時間２τだけ遅延されたデー
タＢ（第３図のｂ）はデータラッチ回路５に入力される
と共に、遅延回路３にも入力され、同様に遅延回路３に
て時間τだけ遅延されたデータＣ（第３図のｃ）は、デ
ータラッチ回路６及び遅延回路４に入力され、更に遅延
回路４にて時間τだけ遅延されたデータＤ（第３図の
ｄ）はデータラッチ回路12に入力される。このデータラ
ッチ回路5,6,12及び本図に示す他のデータラッチ回路8,
9は、それぞれサンプリング周期τの３倍の間隔３τで
データを抜き取るもので、その出力E,F,G,I,Kは、第３
図のe,f,g,i,kに示すようになる。
また、予測値算出回路７は、例えば２個のデータラッチ
回路8,9から構成されており、データラッチ回路６から
の出力データＦ（第３図のｆ）をラッチ回路5,12からの
出力データＥ（第３図のｅ）,G（第３図のｇ）に対する
第１の予測値Ｈ（第３図のｈ）,J（第３図のｊ）として
予測値選択回路11に供給し、データラッチ回路６からの
出力データＦ（第３図のｆ）をデータラッチ回路９にて
時間３τだけ遅延した信号を、データラッチ回路５から
出力データＥ（第３図のｅ）に対する第２の予測値Ｉ
（第３図のｉ）として予測値選択回路11に供給し、端子
１を介して供給された信号Ａから時間３τの間隔でデー
タを抜取ったデータラッチ回路８からの出力データは、
データラッチ回路12からの出力データＧ（第３図のｇ）
に対応する予測値Ｋ（第３図のｋ）として予測値選択回
路11に供給する。
予測値選択回路11にはデータラッチ回路５からの出力デ
ータＥ（第３図のｅ）及び、データラッチ回路12からの
出力データＧ（第３図のｇ）も供給されており、後述す
るように信号E,Gに対する予測値を第１の予測値H,Jと第
２の予測値I,Kから選択し、信号Ｅに対する予測値とし
てデータＬ（第３図のｌ）を、信号Ｇに対する予測値と
してデータＭ（第３図のｍ）を減算器10,13の一方に供
給すると共に、予測値の選択を示すフラグＺをフラグ付
加回路15に供給する。
減算器10,13の他の一方には、データラッチ回路5,12か
らの出力データＥ（第３図のｅ）,G（第３図のｇ）が供
給されており、予測値選択回路11からの予測値L,Mとの
差分演算が行なわれ、ｎ＋１（＝８）ビットの差分デー
タＮ（第３図のｎ）,O（第３図のｏ）が得られる。これ
ら減算器10,13からの出力データN,OはそれぞれROM14,16
に入力され、ｍ（＝４）ビットの圧縮差分データP,Q
（第３図のp,q）に変換される。
ｎ＝7,m＝４の場合についてのROM14,16における変換特
性の一例を第７図に示す。ROM14,16には、第７図に示す
ａ0,a1，……,a7とｂ0,b1，……,b7に対応する全部で16
（すなわち４ビット相当）のデータが書込まれており、
これらのデータは減算器10,13からのｎ＋１（＝８）ビ
ットの出力データN,Oに応じてアドレス指定されて読出
される。
その一例として、第７図に示すようにＮ或いはＯの値
（すなわち差分データＣ3i-2,C3i+1或いはＣ3i-4,C3i-1
の値）が54の値を有するデータのときはａ5に対応する
データ（Ｄ3i-2,D3i+1或いはＤ3i-4,D3i-1）がROM14,16
からデータP,Q（第３図のp,q）として出力される。かく
してROM14,16にて、ｎ＋１（＝８）ビットの差分データ
N,Oはｍ（＝４）ビットのデータP,Qにそれぞれ変換さ
れ、データセレクタ17の一方に供給される。
データセレクタ17の他の一方には、データラッチ回路６
からの出力データＦ（第３図のｆ）が基準サンプルとし
てフラグ付加回路15を介して供給されている。フラグ付
加回路15では、予測値選択回路11からの何れの予測値を
選択したかを示すフラグと１ビット（例えばデータE,G
に対する予測値として第１の予測値H,Jを選択した場合
には“0"、第２の予測値I,Kを選択した場合には“1"）
をデータラッチ回路６からの出力信号Ｆに付加し、ｎ＋
１（＝８）ビットのデータＲ（第３図のｒ）としてデー
タセレクタ17に供給する。そして、データセレクタ17に
てROM14,16からのｍ（＝４）ビットのデータP,Qとフラ
グ付加回路15からのｎ＋１（＝８）ビットのデータＲと
が交互に選択され、端子18を介して出力される。
したがって、このデータセレクタ17からの出力データＳ
（第３図のｓ）は（Ｄ3i-1,A′3i,D3i+1）の順で各デー
タのビット数はそれぞれ（m,n＋1,m）に対応した符号と
して表現することができる。以上、他のサンプルも同様
にして３個のサンプルごとに１グループとして逐次ビッ
ト数（m,n＋1,m）の符号として符号化することによりビ
ット圧縮を行っていく。かくして第１図に示した符号器
（符号化装置）にてビット圧縮して得た出力信号Ｓは端
子18より、前記第２図のPCMプロセッサ22を介してメモ
リ23に書き込まれる。
メモリ23にビット圧縮されて書き込まれたデータは前記
したようにPCMプロセッサ22を介して順次読み取られ、
且つ読み取られた並列データは逐次直列データに変換さ
れて出力され、直列データＵとしてPCMプロセッサ22よ
り出力される。この直列データ出力Ｕは変調器24,記録
増幅器25を介して磁気ヘッド26により磁気テープ27に記
録される。
次に第２図における復号器30について説明する。第４図
は復号器30の回路構成を示すブロック図である。第５図
は第４図の回路における各部信号のタイミングを示すチ
ャートである。
第４図，第５図を参照する。再生時においては上記によ
り記録されたデータは磁気テープ27から磁気ヘッド26に
より再生されて再生イコライザ28と復調器29にて適宜再
生復調されて復調器29からは上記データ出力Ｕと同様の
直列データ出力Ｕ′が得られる。
この直列データ出力Ｕ′はPCMプロセッサ22を介して並
列データに変換されてから逐次メモリ23に書き込まれ
る。そしてPCMプロセッサ22からは上記符号器21からの
出力信号Ｓと同様の出力信号Ｓ′が得られ、この出力信
Ｓ′は第４図に示す復号器30の端子33に供給される。
第４図において端子33より入力されるPCMプロセッサ22
からの出力データＳ′（第５図のｓ′）は予測値算出回
路39及び遅延回路34に供給される。遅延回路34にて時間
２τだけ遅延されたデータＢ′（第５図のｂ′）はデー
タラッチ回路37及び遅延回路35に入力され、同様に遅延
回路35にて時間τだけ遅延されたデータＣ′（第５図の
ｃ′）は、データラッチ回路38及び遅延回路36に入力さ
れ、更に遅延回路36にて時間τだけ遅延されたデータ
Ｄ′（第５図のｄ′）はデータラッチ回路42に入力され
る。データラッチ回路37,42にて時間３τの間隔でデー
タを抜き取ったデータＥ′,G′（第５図のｅ′,g′）
は、それぞれROM43,45にｍ（＝４）ビットのアドレス信
号として供給される。
ROM43,45にて上記データラッチ回路37,42から出力され
るｍ（＝４）ビットのデータＥ′,G′（第５図ｅ′のＤ
3i-2,D3i+1,g′,D3i-4,D3i-1）は前記第７図に示した特
性に準じてｎ＋１（＝８）ビットのデータＨ′,I′（第
５図のｈ′のＣ′3i-2,C′3i+1,i′のＣ′3i-4,
C′3i-1）にそれぞれ変換される。その一例として第７
図に示すように、データラッチ回路37,42からの出力デ
ータＥ′或いはＧ′がａ5に対応している場合には54の
値を有するデータＨ′,I′がROM43,45から出力される。
かくしてｎ＋１（＝８）ビットに変換された出力データ
Ｈ′,I′は加算器46,47それぞれの一方に供給される。
一方、予測値算出回路39は、例えば第１図に示す符号器
の場合と同様に２個のデータラッチ回路40,41から構成
されており、データラッチ回路38からのｎ＋１（＝８）
ビットの出力信号のうち符号化時に基準サンプル以外の
サンプルが何れの予測値を選択して符号化したかを示す
フラグＺの１ビットを除いたｎ（＝７）の出力データ
Ｆ′（第５図のｆ′）をROM43,45からの出力データ
Ｈ′,I′（第５図のｈ′,i′）に対応する第１の予測値
Ｊ′,I′（第５図のｊ′,i′）としてデータセレクタ44
に供給し、データラッチ回路38からの出力データＦ′
（第５図のｆ′）をデータラッチ回路41にて時間３τだ
け遅延したデータをROM43からの出力データＨ′（第５
図のｈ′）に対応する第２の予測値Ｋ′（第５図の
ｋ′）としてデータセレクタ44に供給し、端子33を介し
て供給されたデータＳ′から時間３τの間隔でデータを
抜取ったデータラッチ回路40からの出力データを、ROM4
5からの出力データＩ′（第５図のｉ′）に対応する第
２の予測値Ｍ′（第５図のｍ′）としてデータセレクタ
44に供給する。
データセレクタ44では要求されたROM43からの出力デー
タＨ′に対応する予測値Ｊ′,K′及びROM45からの出力
データＩ′に対応する予測値Ｉ′,M′それぞれにおいて
データラッチ回路38からの出力データである符号化時に
何れの予測値を選択して符号化したかを示すフラグＺに
より選択出力される。例えば、ROM43,45からの出力デー
タＨ′,I′に対応する予測値としてフラグＺ＝０の場合
には第１の予測値Ｊ′,I′が、フラグＺ＝１の場合には
第２の予測値Ｋ′,M′がそれぞれデータＮ′,O′（第５
図のｎ′,o′）として選択出力される。
データセレクタ44から選択出力された予測値Ｎ′,O′は
加算器46,47それぞれの他の一方に供給されており前記
（１）式に対応した次式に示す演算を行なうことにより
元のサンプルを復元させるものである。
ただし、Ｂ3i-1,B3i+1は予測値、Ｃ′3i-1,C′3i+1は伸
長した差分データである。
加算器45,47にて復元されたＰ′,Q′（第５図のｐ′,
q′）はデータセレクタ48の一方に供給される。データ
セレクタ48の他の一方にはデータラッチ回路38からのフ
ラグＺの１ビットを除いたデータＦ′が供給されてお
り、データセレクタ48により加算器からの出力データ
Ｐ′,Q′とデータラッチ回路38からの出力データＦ′と
が交互に選択出力され元のデータＡと同様のデータＡ′
（第５図のａ′）が端子49を介して出力される。そして
端子49を介して出力されたデータＡ′はD/A変換器31に
てアナログ信号に変換されて元の映像信号Ｖ′が復元さ
れて端子32に出力される。
次に第１図における予測値選択回路11について説明す
る。第８図はかかる予測値選択回路11の具体例を示すブ
ロック図である。第９図は第８図の回路における各部信
号のタイミング図である。
第８図，第９図を参照する。第８図において端子50,53
を介して入力されるデータラッチ回路5,12からの元のサ
ンプルデータE,G（第９図のe,gのＡ3i+1,A3i-1）は加算
器56,57及び、減算器58,59それぞれの一方に供給され
る。減算器56の他の一方には、端子51を介して入力され
る予測値算出回路９からのデータＥに対応する第１の予
測値Ｈ（第９図のｈのＢ′3i-2,B′3i+1）が供給され、
減算器57の他の一方には端子52を介して入力される予測
値算出回路９からのデータＥに対応する第２の予測値Ｉ
（第９図ｉのＢ″3i-2,B″3i+1）が供給されている。
同様に減算器58の他の一方には端子54を介して入力され
る予測値算出回路９からのデータＧに対応する第１の予
測値Ｊ（第９図ｊのＢ′3i-4,B′3i-1）が供給され、減
算器59の他の一方には端子55を介して入力される予測値
算出回路９からのデータＧに対応する第２の予測値Ｋ
（第９図ｋのＢ″3i-4,B″3i-1）が供給されている。減
算器56,57,58,59がそれぞれにおいて第１或いは第２の
予測値との差分演算が行なわれ、ｎ＋１（＝８）ビット
の差分データW,X,Y,Z（第９図のw,x,y,z）が得られる。
これら減算器56,57,58,59からの出力データW,X,Y,Zはそ
れぞれROM60,61,62,63に、ｎ＋１（＝８）ビットのアド
レス信号として供給される。ROM60,61,62,63にて上記減
算器56,57,58,59から出力されるｎ＋１（＝８）ビット
のデータW,X,Y,Zは前記第７図に示した特性に準じて同
じビット数であるｎ＋１（＝８）ビットのデータＷ′,
X′,Y′,Z′（第９図のｗ′,x′,y′,z′）にそれぞれ
変換される。
その一例として、第７図に示すようにデータW,X,Y,Zの
値が、46以上で62未満の値を有するデータの場合には、
54の値を有するデータＷ′,X′,Y′,Z′がROM60,61,62,
63から出力される。すなわち、ｎ＋１（＝８）ビットの
差分データを第１図に示す符号器のROM14,16にてｍ（＝
４）ビットの圧縮差分データに変換し、そのｍ（＝４）
ビットの圧縮差分データを即第４図に示す復号器ROM43,
45にてｎ＋１（＝８ビット）の差分データに変換するこ
とに相当する。
このROM60,61,62,63からの出力データＷ′,X′,Y′,Z′
は加算器64,65,66,67にて予測値H,I,J,Kとそれぞれ加算
演算すなわち仮復号が行なわれ、加算器64からは第１の
予測値Ｈを用いたときのデータＥに対する仮復号データ
Ｅ′（第９図のｅ′）が出力され、加算器65からは第２
の予測値Ｉを用いたときのデータＥに対する仮復号デー
タＥ″（第９図のｅ″）が出力される。
同様に、加算器66からは第１の予測値Ｊを用いたときの
データＧに対する仮復号データＧ′（第９図のｇ′）が
出力され、加算器67からは第２の予測値Ｋを用いたとき
のデータＧに対する仮復号データＧ″（第９図のｇ″）
が出力される。この加算器64,65,66,67からの仮復号デ
ータＥ′,E″,G′,G″は減算器68,69,70,71の一方に供
給されており、減算器68,69の他の一方に供給されてい
る元のサンプルデータＥ、および減算器70,71の他の一
方に供給されている元のサンプルデータＧとの差分演算
がそれぞれ行なわれる。
これら減算器68,69,70,71からの差分出力はそれぞれの
予測値を用いたとき仮復号データと元のデータとの誤差
を示しており、第１の予測値を用いたときの誤差である
減算器68,70の差分出力は加算器72に供給され、第２の
予測値を用いたときの誤差である減算器69,71の差分出
力は加算器73に供給される。
そして加算器72,73の出力はレベル比較器73に供給さ
れ、例えば、加算器72からの出力レベルが、加算器73か
らの出力レベルより小さい場合、すなわち第１の予測値
H,Jを用いたときの仮復号データＥ′,G′と元のデータ
E,Gとの誤差が第２の予測値I,Kを用いたときの仮復号デ
ータＥ″,G″と元のデータE,Gとの誤差よりも小さい場
合には“0"を、また逆に加算器72からの出力レベルが、
加算器73からの出力レベルより大きい場合、すなわち第
１の予測値H,Jを用いたときの仮復号データＥ′,G′と
元のデータE,Gとの誤差が、第２図の予測値I,Kを用いた
ときの仮復号データＥ″,G″と元のデータE,Gとの誤差
よりも大きい場合には“1"を、レベル比較器74よりフラ
グＺとして端子101を介して出力されるとともに、デー
タセレクタ75,76に供給される。
データセレクタ75,76には、第１の予測値H,Jと第２の予
測値I,Kとが供給されており例えばレベル比較器74から
のフラグＺが“0"の場合には第１の予測値H,Jが選択出
力される。すなわち、データセレクタ75からはデータＥ
に対する予測値として第１の予測値ＨがデータＬとして
端子100を介して出力され、データセレクタ76からはデ
ータＧに対する予測値として第１の予測値ＪがデータＭ
として端子102を介して出力される。また、レベル比較
器74からのフラグＺが“1"の場合には、第２の予測値I,
Kが選択出力される。すなわちデータセレクタ75からは
データＥに対する予測値として第２の予測値Ｉがデータ
Ｌとして端子100を介して出力され、データセレクタ76
からは、データＧに対する予測値として第２の予測値Ｋ
がデータＭとして端子102を介して出力される。
そして、端子100,102及び101から出力される予測値選択
回路からの出力データすなわち予測値L,M及びフラグＺ
は、第１図に示す減算器10,13及びフラグ付加回路15に
それぞれ供給され前記した符号化処理が行なわれる。
次に第１図における予測値選択回路11の別の具体例を第
10図により説明する。
通常、予測値と元のサンプル値との差分すなわち予測誤
差が小さくなる予測値であれば、その予測値を用いて圧
縮し、復号したデータと元のサンプル値との誤差も小さ
くなる。そこで、第10図に示すように、端子77,80を介
して入力される元のサンプルデータE,Gと端子78,81を介
して入力されるデータE,Gに対する第１の予測値H,J及び
端子79,82を介して入力されるデータE,Gに対する第２の
予測値I,Kの差分すなわち、それぞれの予測値での予測
誤差を減算器83,85及び減算器84,86にて演算する。
そして、減算器83,85からの出力データである第１の予
測値H,Jでの予測誤差W,Yを加算器87にて加算演算を行な
い、同時に減算器84,86からの出力データである第２の
予測値I,Kでの予測誤差X,Zを加算器88にて加算演算を行
ない、この加算器87からの出力である第１の予測値によ
る予測誤差と加算器88からの出力である第２の予測値に
よる予測誤差とのレベル比較をレベル比較器89にて行な
い、例えば第１の予測値による予測誤差が、第２の予測
値による予測誤差よりも小さい場合には“0"を、逆に第
１の予測値による予測誤差が第２の予測値による予測誤
差よりも大きい場合には“1"を、レベル比較器89よりフ
ラグＺとして端子93を介して出力されるとともに、デー
タセレクタ90,91に供給される。
データセレクタ90,91には第１の予測値H,Jと第２の予測
値I,Kとがそれぞれ供給されており、例えばフラグＺが
“0"の場合には第１の予測値H,Jが、フラグＺが“1"の
場合には第２の予測値I,Kが選択出力され、データセレ
クタ90,91からデータL,Mとして端子92,94を介してそれ
ぞれ出力される。
そして端子92,94及び93から出力される予測値選択回路
からの出力データすなわち予測値L,M及びフラグＺは第
１図に示す減算器10,13及びフラグ付加回路15にてそれ
ぞれ供給され、前記した符号化処理が行なわれる。
以上述べたように本発明はＮ個のサンプルごとに基準サ
ンプルとして量子化誤差が無視できる程度に充分なビッ
ト数ｎで符号化し、他のサンプルは上記基準サンプルか
ら算出した複数個の予測値のうち、復号した際に元のサ
ンプル値との誤差が最も小さくなる予測値を選択し、そ
の予測値との差分を上記ｎより小さなビット数ｍで符号
化することを特徴としている。これにより全サンプルを
ビット数ｎで符号化する従来方式と比べて伝送或いは記
録再生されるデータのビット数及び伝送レート｛（ｎ＋
１）＋（Ｎ−１）×ｍ｝/N×ｎに縮小することができ
る。
また本発明によればビット圧縮及びその逆の伸長処理は
全てＮ個のサンプルごとに行なわれており、且つ、先の
実施例からも明らかなように、いずれもフィードバック
ループを持たず、フィードフォワード形式で構成してい
るため、量子化雑音や符号誤りの影響が、次々と尾を引
くようなことはなくこれらの影響を最小限に抑えること
ができる。
以上の実施例はVTRなどの磁気記録再生装置に本発明を
適用した場合を示したが、本発明はこれに限るものでは
なく、いわゆるディジタルテレビジョン受像機などのよ
うにビデオ信号をディジタル信号の状態で伝送する場合
のすべてに適用できることは言うまでもない。
また以上の実施例では予測値として第６図に示すように
同一ラインの隣接する基準サンプルと、４サンプル離れ
た同じカラーサブキャリア位相の基準サンプルを用いる
場合を示したが、本発明はこれに限らず、両隣接ライン
内の基準サンプルから予測値を算出する場合にも適用で
きる。すなわち、第11図に示すように第ｌラインの△印
で示す圧縮符号化せんとするサンプルB1或いはB2に対す
る第１の予測値はともに第ｌライン内の○印で示す基準
サンプルA5とし、サンプルB1に対する第２の予測値C1は
サンプルB1と同じカラーサブキャリア位相となる第ｌ−
１ライン内の基準サンプルA1と、第ｌライン内の基準サ
ンプルA6と、第ｌ＋１ライン内の基準サンプルA7とか
ら、例えば により算出し、サンプルB2に対する第２の予測値C2はサ
ンプルB2と同じカラーサブキャリア位相となる第ｌ−１
ライン内の基準サンプルA3と第ｌライン内の基準サンプ
ルA4と第ｌ＋１ライン内の基準サンプルA9とから例えば により算出する場合においても有効であり、更には隣接
フィールド或いは隣接フレーム内の基準サンプルから予
測値を算出する場合においても、本発明は適用可能であ
る。
また、以上の実施例では連続するＮ個のサンプルを１組
とし、そのうちの基準サンプルとなる１サンプルを除い
た残りのサンプルは、全て第１の予測値との差分を圧縮
符号化するか、或いは全て第２の予測値との差分を圧縮
符号化する場合を示したが、本発明はこれに限るもので
はなく、各残りのサンプルに対し、個別に第１或いは第
２の予測値を選択し、選択した予測値との差分を圧縮符
号化する場合においても、本発明は適用可能であり、圧
縮符号化せんとする各サンプルに対し何れの予測値を選
択したかを示すフラグを付加すればよく、本発明の主旨
をそれるものではない。
また、以上の実施例では、圧縮符号化せんとするサンプ
ル１個に対し２種類の予測値を算出する場合について示
したが、本発明はこれに限らず、圧縮符号化せんとする
サンプル１個に対し、３種類以上の予測値を算出する場
合においても本発明は適用可能であり、何れの予測値を
選択したかを示すフラグに要するビット数を大きくすれ
ばよく、本発明の主旨をそれるものではない。
また、以上の実施例では、連続するＮ個のサンプルを１
組とし、そのうちの基準サンプル１サンプルを除いた残
りのＮ−１個のサンプルは、全ての予測値との差分を圧
縮符号化する場合を示したが、本発明はこれに限るもの
ではなく、基準サンプルを除いた残りのＮ−１個のサン
プルのうち、少なくとも１個は符号化せず、それ以外の
サンプルを圧縮符号化する場合においても適用できる。
すなわち、第12図に示すように３サンプルごとの○印で
示すサンプルＡ3i,A3i+3は基準サンプルとしてｎ（＝
７）ビットで符号化し、基準サンプルを除いた残りのサ
ンプルのうち、×印で示すサンプルＡ3i-1,A3i+2は符号
化せず、それ以外の△印で示すサンプルＡ3i-2,A3i+1,A
3i+4はそれぞれのサンプルに対する予測値との差分を圧
縮符号化する場合である。ここで符号化しない、すなわ
ち伝送しない×印でサンプルに対しては、復号時に例え
ば両隣接及び隣々接サンプルから得られる外挿値の平均
（Ａ3i+2に対する予測値Ｂ3i+2は で補間する。
この場合には△印で示すサンプルに対し、第１及び第２
の予測値を算出し、符号化時に△印で示す各サンプルご
とに前記した実施例と同様な仮復号或いは予測誤差によ
り予測値を選択し、その結果を示すフラグを各サンプル
ごとに伝送する。したがって、各データのビット数はそ
れぞれ（0,n＋1,m）に対応した符号として表現すること
ができ、これにより全サンプルをビット数ｎで符号化す
る従来方式と比べて伝送或いは記録再生されるデータの
ビット数及び伝送レートを｛（ｎ＋１）＋ｍ｝/3×ｎに
縮小することができる。
以上説明したように、このような方式においても、圧縮
符号化せんとするサンプルごとに予測値を切り換えて符
号化処理を行なっており本発明の主旨をそれるものでは
なく、更にはこのような方式における予測値選択手段と
して、圧縮符号化せんとするサンプルの仮復号データに
よってのみ予測値を選択するのではなく、仮復号データ
とその仮復号データ及び基準サンプルから得られる符号
化しないサンプルに対する補間値の両方のデータによっ
て予測値を選択する場合においても本発明が適用できる
ことは明らかである。
また以上の実施例は何れの予測値を選択したかを示すフ
ラグを伝送する場合について示したが本発明はこれに限
らず、予測値の選択を示すフラグを伝送しない場合にお
いても適用できる。すなわち、第13図の○印で示すサン
プルのように、各ライン間で（又は、各フィールド或い
はフレーム間で）基準サンプルが同一のサンプリング位
相となるようにサンプリングし、隣接ライン（又は隣接
フィールド或いは隣接フレーム）の基準サンプル同士の
差分演算、例えば第13図においてＡ2M−Ａ1M或いはＡ2M
−Ａ1M（Ｍは整数）を行ない、差分出力が所定レベル以
上の場合には色飽和度の大きな信号であると判断し、そ
の基準サンプルに近接した圧縮符号化せんとするサンプ
ルに対する予測値として、そのサンプルと同じカラーサ
ブキャリア位相の基準サンプルから算出した予測値を選
択し、上記差分出力が所定レベル以下の場合には色飽和
度の小さな信号であると判断し、その基準サンプルに近
接した圧縮符号化せんとするサンプルに対する予測値と
して、そのサンプルに最も近接した基準サンプルから算
出した予測値を選択し、圧縮符号化を行なう。そして、
復号時においても同様にして予測値を選択することが可
能であり、この場合においても本発明の主旨をそれるも
のではない。
〔発明の効果〕
以上の述べたように本発明によれば、伝送すべきビデオ
信号の劣化を生じさせないで、或いは生じてもその影響
が少なく、また量子化雑音の累積や符号誤りによるエラ
ー伝播が生じることなく信号の情報量を効率良く低減す
ることができ、その分伝送レートを低減でき、したがっ
てディジタルVTRのような磁気記録再生装置において
は、テープの記録密度を実質的に高めることができ、小
型カセットで充分な録画時間を確保でき、そのハードウ
エアの動作速度も低減されてIC化も容易となり、装置の
コスト低減及び信頼性向上を図れるなどの効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明に係る符号器を取り入れた磁気記録再生装置の構
成を示すブロック図、第３図は第１図の回路における各
部信号のタイミング図、第４図は第２図における復号器
の一具体例を示すブロック図、第５図は第４図の回路に
おける各部信号のタイミング図、第６図は符号化及び復
号化処理の動作原理説明用の波形図、第７図は符号及び
復号特性の具体例を示す特性図、第８図は第１図におけ
る予測値選択回路の一具体例を示すブロック図、第９図
はその動作説明用の各部信号のタイミング図、第10図は
第１図における予測値選択回路の他の具体例を示すブロ
ック図、第11図は予測値算出回路の他の具体例の動作原
理説明用の波形図、第12図は本発明の他の実施例の動作
原理説明用の波形図、第13図は本発明の別の実施例の動
作原理説明用の波形図、である。 符号の説明 21……符号器、30……復号器、7,39……予測値算出回
路、11……予測値選択回路、14,16,46,47,60,61,62,63
……ROM、74,89……レベル比較器。
フロントページの続き (72)発明者 降旗 隆 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所家電研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−223033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−223034（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−208924（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−42988（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−66854（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平５−28034（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−1903（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭61−61733（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4907081（ＵＳ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アナログビデオ信号をサンプリング量子化
    することにより得たデイジタル信号である時系列的なサ
    ンプルデータを伝送するに際し、１サンプルデータ当た
    りの量子化ビット数ｎを圧縮し符号として伝送するため
    の符号化装置において、 上記時系列的なサンプルデータについて、Ｎ個ずつ（但
    しＮは２以上の整数）のサンプルデータをそれぞれ１グ
    ループとしてまとめ、各グループ内で或る一つの特定サ
    ンプルデータを基準サンプルデータと定め、残りのサン
    プルデータについては、その全部又は一部のサンプルデ
    ータについて、各サンプルデータ対応に少なくとも２個
    の予測値を上記基準サンプルデータから生成する予測値
    生成手段と、生成された該２個の予測値のうち、対応す
    るサンプルデータとの差分が小さい方の予測値を選択す
    る手段と、選択された該予測値と対応サンプルデータと
    の間の差分データに基づき該対応サンプルデータを上記
    基準サンプルデータを構成するビット数ｎより少ないビ
    ット数から成る符号、即ち圧縮符号として表す符号化手
    段と、を具備し、かつ 上記ビデオ信号をサンプリング量子化する周波数は、上
    記ビデオ信号におけるカラーサブキャリア周波数の４倍
    の周波数であり、且つ上記Ｎ＝３として３個のサンプル
    データ毎に、その中の一つのサンプルデータを基準サン
    プルデータとしてビット数ｎで符号化し、該基準サンプ
    ルデータ以外の残りのサンプルデータのそれぞれ又は何
    れか一つのサンプルデータに対応する２個の予測値を、
    同一ライン内で当該残りのサンプルデータと隣接する基
    準サンプルデータの値（以下、隣接値という）と、同一
    ライン内で当該残りのサンプルデータから４サンプル離
    れた同じカラーサブキャリア位相の基準サンプルデータ
    の値（以下、同一位相値という）と、から成るものと
    し、更に 上記予測値を選択する手段は、上記ビデオ信号が、輝度
    信号に色信号が重畳された信号であるか否かを検出し
    て、重畳された信号であれば上記同一位相値を選択し、
    重畳された信号でなければ上記隣接値を選択する手段か
    ら成ることを特徴とする符号化装置。
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