JP2010252022A - 多値符号化方法、その復号化方法及び多値信号の伝送装置 - Google Patents

多値符号化方法、その復号化方法及び多値信号の伝送装置 Download PDF

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Abstract

【課題】同じ信号レベルが連続する符号列が生じることを防止して、信号の直流成分を低減することが可能な強度多値伝送を実現する。
【解決手段】2値のビット列からなるデータを、多値化した信号レベルに割り当てて多値信号を生成して伝送する4値伝送方法を実現する。多値化後の信号レベルが0の場合、その前段に信号レベルが3となる符号を付加し、多値化後の信号レベルが1の場合、その前段に信号レベルが2となる符号を付加し、多値化後の信号レベルが2の場合、その前段に信号レベルが1となる符号を付加し、多値化後の信号レベルが3の場合、その前段に信号レベルが0となる符号を付加して、その付加されたビット列信号を4値信号に変換して4値信号を生成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、多値符号化方法、その復号化方法及び多値信号の伝送装置に係り、特に、直流成分の通過しづらい伝送路を用いて動画像のようなデータを伝送するに好適な、例えば2値4値符号化・復号化方法及び伝送方法、及び送信装置及び受信装置等の伝送装置に関するものである。
強度多値伝送方式を用いて1シンボル当りのデータ伝送容量を増やし、比較的安価な低速デバイスを使用して大容量のデータを伝送することが知られている。この強度多値伝送方式は、1シンボルに複数ビットの情報を与える符号化方式であり、強度(信号レベル)を変えることで多ビットの情報を付与する。例えば、2ビット分の情報を付与するものを4値伝送方式と称し、(00,01,10,11)の4種類の各ビット組に異なる強度を割り当てる。受信側では、信号レベルを識別して、1シンボル当り2ビットのデータに復号する。
また、直流成分の通過しづらい伝送路を用いてデータ伝送する場合、予め信号の直流成分を低減する例えばマンチェスタ符号が知られている。この方式は、「0」「1」のバイナリ状態を信号の立ち上りエッジと立下りエッジの2つの遷移に対応させるものである。即ち、信号の前半が高く後半が低い信号(1→0)を「0」と定義し、その逆(0→1)を「1」と定義する。例えば、0,0,0のビット列を符号化すると、伝送路上を通過する信号は1,0,1,0,1,0となり、同値連続によって生じる直流成分を低減できる。
多値伝送において、連続して同じシンボルを取らずに、送受信装置間の電圧レベルの違いがあっても、受信時に正しくシンボルを検出できる伝送路符号方法及び復号方法として、例えば、特許文献1に記載された技術が知られている。
特開2004−80827号公報
例えば、強度4値伝送方式を用いたデータ伝送の場合、伝送路上での振幅劣化や変動に起因して、受信側でレベル識別を誤ると、データの復号ができなくなる。通常のデジタル伝送では2種類の信号レベルを識別すれば良いが、強度4値伝送方式の場合、4種類の信号レベルを識別する必要があるため、伝送路上でのレベル変動を最小限に抑えることが重要である。
ところで、本発明者らは製品開発に当たり、直流成分の通過しづらい伝送路に強度4値伝送方式を適用することを試みた。その結果、4種類の信号レベル(0,1,2,3)の遷移によって、次の様な現象が起こることを見出した。即ち、同じ信号レベルが連続する符号を送信した場合、後段のレベルが次第に下がることがわかった。実験によると、例えば、信号レベルが「3→3→3」の信号を伝送すると、受信側ではその信号レベルが「3→2→1」となり、後段に行くほど下がることがわかった。更にまた、同一信号レベルとなる符号を送信しているにも拘らず、前段の影響を受けて、そのレベルが変動することがわかった。例えば、レベル「3」の信号を送信した場合、前段のレベルが「0」の場合より、前段のレベルが「2」の場合の方がそのレベルが小さくなることがわかった。
これら2つの現象はいずれも、前段もしくは後段からのレベル差が小さくなる場合に、その信号の直流成分が大きくなり(即ち直流信号のように見え)、伝送路上での劣化が起こることに起因する。予め信号の直流成分を低減して伝送路上での直流成分劣化の影響を受けづらくする符号化としてマンチェスタ符号があるが、信号レベルが4種類となることで従来の定義(「0」の前段に「1」、「1」の前段に「0」)を適用できなくなる。
本発明の目的は、同じ信号レベルが連続する符号列が生じることを防止して、信号の直流成分を低減することが可能な、強度多値伝送を実現することにある。
本発明に係る多値符号化方法は、2値信号のビット列からなるデータを、多値化したm信号レベル(mは2、nは2以上の整数、kはm〜0間の各整数)に割り当てて多値信号を生成する多値符号化方法であって、多値化後の信号レベルが(m−k)の場合、信号レベルがkとなるビット符号を、該m値信号となるビット信号の前段に付加し、その付加されたビット列信号をm値信号に変換して多値信号を生成することを特徴とする多値符号化方法として構成される。
好ましい例によれば、2値のビット列からなるデータを、4値化した信号レベルに割り当てて4値信号を生成する4値符号化方法であって、
多値化後の信号レベルが0の場合、その前段に信号レベルが3となるビット符号を付加し、
多値化後の信号レベルが1の場合、その前段に信号レベルが2となるビット符号を付加し、
多値化後の信号レベルが2の場合、その前段に信号レベルが1となるビット符号を付加し、
多値化後の信号レベルが3の場合、その前段に信号レベルが0となるビット符号を付加し、
その付加されたビット列信号を4値信号に変換して4値信号を生成することを特徴とする4値符号化方法として実現される。
本発明に係る多値伝送方法は、好ましくは、2値のビット列からなるデータを、多値化した信号レベルに割り当てて多値信号を生成して伝送する多値伝送方法において、
2値信号のビット列(第1のビット列)が「1」か「0」を判定するステップと、該判定の結果、ビット「1」の場合にはその前段にビット「0」を挿入し、又は該判定の結果、ビット「0」の場合にはその前段にビット「1」を挿入して、第2のビット列を作成するステップと、該第2のビット列を多値の信号レベルに割り当てて多値信号を生成するステップと、を有し、該多値化した信号を伝送することを特徴とする多値伝送方法として構成される。
本発明に係る多値信号の復号化方法は、好ましくは、多値化信号レベルに割り当てられた多値信号を、2値のビット列データに復号化する多値信号の復号化方法において、
多値信号を所定の変換規則に従って2値のビット列データに変換し、変換後の該2値のビット列データの前段のビットを逐一間引きして2値信号を得ることを特徴とする復号化方法として構成される。
本発明に係る多値信号伝送装置は、好ましくは、2値信号のビット列から多値信号を作成して該多値信号を伝送する多値信号伝送装置において、2値信号のビット信号を入力して、反転した信号を出力する複数のインバータと、該インバータの出力信号と、該インバータを通さない信号を並列入力して、シリアル信号な信号を出力する複数のマルチプレクサと、該複数のマルチプレクサからの出力される、2値のビット列信号を多値レベルの信号に変換する多値変換手段とを有することを特徴とする多値信号伝送装置として構成される。
本発明に係る多値信号の復号化装置は、好ましくは、多値化信号レベルに割り当てられた多値信号を、2値のビット列データに復号化する多値信号の復号化装置において、多値信号を所定の変換規則に従って2値のビット列データに変換する多値2値変換手段と、該多値2値変換手段から出力される2値のビット列データの前段のビットを順次間引きする間引き手段を有し、該間引き手段の出力信号として2値信号を得ることを特徴とする復号化装置として構成される。
本発明によれば、同じ信号レベルが連続する符号が無くなり、信号の直流成分を低減することができる。また、同一信号レベルの前段レベルが一意的に決まるため、前段の影響によるレベル変動を低減することができる。
一実施例による符号化装置の構成例を示す図。 一実施例における符号化装置における信号処理フローチャート。 一実施例における復号化装置の構成例を示す図。 一実施例における復号化装置における信号処理フローチャート。 一実施例による伝送システムの例を示す図。 一実施例における伝送信号の遷移を示す図。 一実施例による2−8値変換における符号化規則を示す図。 一実施例における2−4値変換器13の一例を示す図。 一実施例における4−2値変換器31の一例を示す図。 一実施例における4値信号の閾値を示す図。
図面を参照して本発明の一実施例について説明する。
以下の例は、2値信号−4値信号の符号化・復号化について例示する。
図1は、2値信号を4値信号に符号化する符号化装置の構成例を示す。図1の下段には、それぞれの回路部における信号変換を示すテーブルT1,T2が示してある。
この符号化装置はデータ伝送システムにおいて送信装置に適用される。入力される2値信号のビット列信号に対して、本発明に特徴的な信号変換処理を行い、その変換処理された2値信号を4値のレベル信号に変換する装置である。この符号化装置は、入力される2値信号(ビット0n、1n)の値が、「0」の場合はその前段に「1」を付加し、「1」の場合はその前段に「0」を付加する。そこで、入力される2値信号の極性を反転する、2つのインバータ111,112(総じて11という)と、インバータ111の出力信号と2値信号(上位ビット1n)を並列入力して、シリアル列の2値信号を出力するマルチプレクサ121と、2値信号(下位ビット0n)とインバータ112の出力信号を並列入力してシリアル列の2値信号を出力するマルチプレクサ122と(これらのマルチプレクサを総じて12という)、マルチプレクサ121,122の出力信号である2値信号(ビット1及び0)を4値のレベル信号に変換して、4値信号を出力する2−4値変換器13を有して構成される。
図8に2−4値変換器13の一例を示す。
スイッチSW1,SW0には、電圧源「1」、「0」がそれぞれ印加されており、上位ビット1の入力(“1”入力)によってスイッチSW1がオンとなり、下位ビット0の入力(“1”入力)によってスイッチSW0がオンとなる。電圧源「0」の電圧源「1」の電圧レベルの1/2である。電圧加算器81には、スイッチSW1及びSW0からの信号か入力され、それらの信号の電圧レベルを加算して、4値のレベル信号を出力する。
例えば、上位ビット1及び下位ビット0にそれぞれ「1」「1」が入力されると、スイッチSW1及びSW0がオンとなり、電圧加算器81はそれらの電圧を加算して、レベル3の4値信号を出力する。
T1は、入力信号の2値信号がインバータ11で反転されること、及びマルチプレクサ12で入力信号のビットXの前段(MSB)に反転されたビットが付加される様子を示す。前段(MSB)のビットは言わばダミービットであり、後段(LSB)のビットが本来伝送すべきデータ信号である。
T1に示す符号変換は、入力2値信号のビット値の状態に応じて、その前段に「0」又は「1」を付加するものであり、その変換規則は、以下の通りである。
多値化後の信号レベルが0の場合、その前段に信号レベルが3となる符号を付加する。
多値化後の信号レベルが1の場合、その前段に信号レベルが2となる符号を付加する。
多値化後の信号レベルが2の場合、その前段に信号レベルが1となる符号を付加する。
多値化後の信号レベルが3の場合、その前段に信号レベルが0となる符号を付加する。
この変換規則によって、4値化後の信号について同じ信号レベルが連続することを防止するものである。
T2は2値4値の変換規則を示す。2値信号の(00)(01)(10)(11)が4値信号(0)(1)(2)(3)にそれぞれ変換される。
図2は、2値信号を4値信号に符号化する符号化処理フローを示す。
伝送すべき2値信号が送信装置に入力されると(S201,202)、その2値信号のビットを反転する(S211,212)。その後、当初の2値信号の当初のビットが「0」の場合にはその前段に、反転された「1」を挿入し、「1」の場合にはその前段に、反転された「0」を挿入する(S221〜232)。このように当初の入力信号の前段に「0」又は「1」が挿入された2値信号(ここでは、この信号を符号化2値信号という)は、2値4値変換器13で、4値の信号レベルに変換されて(S24)、出力される。
図6は伝送信号の遷移を示す。
(A)は従来技術による多値伝送方式の伝送信号の2値4値変換の様子を示す。(B)は本発明による伝送信号の符号化及び2値4値変換を示す。
(A)のように、従来の2値4値変換部を持つ送信部に入力される2値信号(Si)は、4値の信号レベルに変換されて4値信号(So)として出力される。入力信号のうちS3−S6は、同じ値が4回連続しており、4値の信号レベル(L3)は本来実線で示すようにレベルL3を維持しなくてはならないところ、実際には直流成分の減衰によって点線のように低下する。特に、この直流成分の減衰は、安価な伝送路を使用したデータ伝送ほど顕著であり、その結果、受信側では4値信号を正しく2値信号に復号化できないことになる。
本発明による伝送信号の符号化及び2値4値変換によれば、伝送信号の直流成分の減衰を防止できる。即ち、(B)に示すように、入力される2値信号(1)は、上記(A)の場合と同じである。この2値信号は、マルチプレクサ12から出力する時には、(2)に示すように、本来の信号ビットS1〜S7の前段に、本発明の上記変換規則に従ったダミービットD1〜D7がそれぞれ付加された、符号化2値信号となる。因みに、同じビット値S3〜S6の前段には、それぞれ「00」が付加されている。
(2)の状態の符号化2値信号は、2値4値変換器13で4値信号に変換されると、(3)に示すようになる。即ち、従来であれば同じ信号レベルに変換されたはずの、信号ビットS3〜S6には、その前段に「00」が付加されたために、図示のように、本来のデータ部分(レベルL3)と、ダミービット部分(L0)が交互に繰り返されるので、同じ直流成分が連続することを避け、4値信号の減衰が防げる。
図3は、4値信号を2値信号に復号化する復号化装置の構成例を示す。この復号化装置は、データ伝送システムにおける受信装置に適用される。図1の下段には、それぞれの回路部における信号変換を示すテーブルT3,T4が示してある。
4値2値変換器31は、受信された4値信号を、T3に示す変換規則に従って2値信号に変換する。復号化された2値信号は間引き回路321,322(総じて32という)で、前段(MSB)のビットが間引かれ、後段(LSB)のビットが出力信号として取り出される。間引き回路32では、送信側で挿入されたダミービットが取り除かれることになる。間引き回路32は、例えば、2値信号を2ビットずつ入力する2ビットレジスタと、その後段ビットを選択するセレクタによって構成される。
図9に4−2値変換器31の一例を示す。
4−2変換器31は、2つの比較器91,93、及び電圧減算器92を備えて構成される。比較器91及び電圧減算器92の一入力には、閾値「1」が印加され、比較器93の−端子には閾値「0」が印加される。4値信号は、比較器91の+端子及び電圧減算器92の一入力に入力される。また、電圧減算器92の出力は比較器93の+端子に入力される。比較器91の出力は上位ビット1となり、比較器93の出力は下位ビット0となる。比較器91.93の入出力に関して、+端子の入力が−端子の入力よりも大きい場合、「1」を出力し、+端子の入力が−端子の入力よりも小さい場合、「0」を出力する。
例えば、4値信号としてレベル3の信号が入力した場合、レベル3と閾値「1」が比較される。信号レベルと閾値との関係は、図10に示すように予め設定されている。レベル3の場合、閾値1よりも大であるので、比較器91の出力(上位ビット1)は「1」となる。また、電圧減算器92において、レベル3から閾値「1」が減算され、その差分が出力される。図10によれば、この出力レベルは閾値「0」より高く、レベル2よりも小さい。その後、比較器93で閾値「0」と比較される。比較の結果、+端子の入力が−端子の入力よりも大きいので、「1」が下位ビット0の出力として出力される。よって、レベル3の4値信号は、2値信号(11)に復号化される。
図4の復号化処理フローを参照する。
復号化装置に、例えば図6(B)に示すような、4値信号が入力されると(S40)、その4値信号は、4値2値変換器31で2値信号に変換される(S42)。変換後の2値信号は、図6(B)(2)に示すように、ダミービットが付加された状態のビット列信号である。
間引きステップ(S431,432)において、2値信号のビット列から、前段(MSB)のビットが除去されると、本来のデータ部のビット列のみが残った2値信号(図6(B)(1))が得られる(S441、S442)。
図5は伝送システムの構成例を示す。
この伝送システムは、送信側の伝送装置51と受信側の伝送装置56とが、伝送路50を介して接続される。伝送装置51は、本発明による規則に従って、入力される2値信号S1のビット列の前段にビット「0」又は「1」を付加し、その信号を4値信号に変換する符号化部52(図1に示した)を備える送信回路53と、符号化部52からの出力信号のレベルを増幅して4値信号を出力するリニアアンプ54を有して構成される。
一方、伝送装置56は、伝送路50を通して伝送された4値信号の信号レベルを所定の範囲内で調整するAGC59と、AGC59の出力信号である4値信号から2値信号に変換すると共に、本発明の規則に従って2値のビット列から前段のビットを間引いた(後段のビットを選択した)ビット列2値信号S2を出力する復号化部(図3)57を備える受信回路58を有して構成される。
本発明者らによれば、この種の伝送システムを、数Gbps以上の伝送容量が必要とされるハイビジョン動画伝送装置に適用すれば、将来はより安価に装置を実現することができる。
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されることなく種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施例は、2値4値変換における符号化及び復号化処理について言及している。しかし、本発明は2値4値変換に限定されず、例えば、2値8値変換、一般には2値変換等にも適用できる。
図7を参照するに、(A)は本発明による2値4値変換規則を示している。即ち、本来のデータビットに対応する4値の信号レベル3,2,1,0に対応して、その4値信号レベル0,1,2,3を表すダミーのビットが、マルチプレクサで付加される。
図7(B)は、2値8値変換による本発明の符号化処理である。2値4値変換の規則から類推可能と思われるが、4個のインバータと4個のマルチプレクサを用いて、本来のデータビットに対応する8値の信号レベル7,6,5,4,3,2,1,0に対応して、その8値信号レベル0,1,2,3,4,5,6,7を表すダミーのビットがマルチプレクサで付加される。
上記2値4値変換処理、及び2値8値変換処理の説明から、本来のデータ部のレベルと付加されるダミーデータの信号レベルはお互いがそのレベルを相殺するような関係にあり、お互いの平均値は、一定となることが理解されるであろう。
なお、多値信号の復号化処理は、図3及び図4に示す例と同様である。
また他の変形例について言えば、図5に示した例は、図1〜図4の符号化手段及び復号化手段を、伝送路を用いて伝送するシステム又は方法に適用した例である。しかし、本発明はデータ伝送システム又はその伝送方法に限定されない。例えば、図1〜図4の符号化手段及び復号化手段を、同一装置内に適用して、多値信号の伝送する手段をプリント基板上に形成した信号配線によって構成することも可能である。この装置は例えばパーソナルコンピュータ(PC)であり、PCに接続されたデジタルカメラで撮影した動画や画像データを、符号化手段において本発明に従って多値信号に変換し、信号配線を伝播した多値信号を復号化手段で復号化して2値信号を得て、その2値信号を装置内のプロセッサで画像処理する場合に適用可能である。
更に他の変形例によれば、図1及び図3に示した、符号化装置及び復号化装置の各機能はハードウェア構成ではなくて、その一部又は全部をソフトウェアで実現してもよい。その場合、例えば図1のインバータ及びマルチプレクサ、更には2値4値変換器の各機能は、コンピュータプロセッサでプログラムを実行させることによって実現する。復号化装置の機能をソフトウェアで実現する場合も同様である。
このように、本発明の実施例によれば、1つの信号レベルに伝送符号2ビットを割り当てているので、1シンボル当りの伝送容量が従来のマンチェスタ符号の2倍になり、同一の伝送容量の場合は伝送速度を半分にすることが可能である。
また、2値4値変換において特徴的な符号変換を行うとによって、同一な信号レベルの連続が無くなり、これにより信号の直流成分を低減でき、伝送路上での直流成分の劣化の影響を低減することができる。更に、インバータとマルチプレクサ等の簡単な回路要素で、2値4値の符号化装置を実現することが可能である。
11、111、112:インバータ 12、121、122:マルチプレクサ
13:2値4値変換器
31:4値2値変換器 32,321,322:間引き回路
50:伝送路 51:伝送装置 52:符号化部 53:送信回路 54:リニアアンプ
56:伝送装置 57:復号化部 58:受信装置 9:AGC。

Claims (10)

  1. 2値信号のビット列からなるデータを、多値化したm信号レベル(mは2、nは2以上の整数、kはm〜0間の各整数)に割り当てて多値信号を生成する多値符号化方法であって、
    多値化後の信号レベルが(m−k)の場合、信号レベルがkとなるビット符号を、該m値信号となるビット信号の前段に付加し、その付加されたビット列信号をm値信号に変換して多値信号を生成することを特徴とする多値符号化方法。
  2. 2値のビット列からなるデータを、4値化した信号レベルに割り当てて4値信号を生成する4値符号化方法であって、
    多値化後の信号レベルが0の場合、その前段に信号レベルが3となるビット符号を付加し、
    多値化後の信号レベルが1の場合、その前段に信号レベルが2となるビット符号を付加し、
    多値化後の信号レベルが2の場合、その前段に信号レベルが1となるビット符号を付加し、
    多値化後の信号レベルが3の場合、その前段に信号レベルが0となるビット符号を付加し、
    その付加されたビット列信号を4値信号に変換して4値信号を生成することを特徴とする4値符号化方法。
  3. 2値のビット列からなるデータを、多値化した信号レベルに割り当てて多値信号を生成して伝送する多値伝送方法において、
    2値信号のビット列(第1のビット列)が「1」か「0」を判定するステップと、
    該判定の結果、ビット「1」の場合にはその前段にビット「0」を挿入し、又は該判定の結果、ビット「0」の場合にはその前段にビット「1」を挿入して、第2のビット列を作成するステップと、
    該第2のビット列を多値の信号レベルに割り当てて多値信号を生成するステップと、
    を有し、該多値化した信号を伝送することを特徴とする多値伝送方法。
  4. 多値化信号レベルに割り当てられた多値信号を、2値のビット列データに復号化する多値信号の復号化方法において、
    多値信号を所定の変換規則に従って2値のビット列データに変換し、変換後の該2値のビット列データの前段のビットを逐一間引きして2値信号を得ることを特徴とする復号化方法。
  5. 前記多値信号は、
    多値化後の信号レベルが0の場合、その前段に信号レベルが3となる符号を付加し、
    多値化後の信号レベルが1の場合、その前段に信号レベルが2となる符号を付加し、
    多値化後の信号レベルが2の場合、その前段に信号レベルが1となる符号を付加し、
    多値化後の信号レベルが3の場合、その前段に信号レベルが0となる符号を付加した信号であることを特徴とする請求項4の復号化方法。
  6. 2値信号のビット列から多値信号を作成して該多値信号を伝送する多値信号伝送装置において、
    2値信号のビット信号を入力して、反転した信号を出力する複数のインバータと、
    該インバータの出力信号と、該インバータを通さない信号を並列入力して、シリアル信号な信号を出力する複数のマルチプレクサと、
    該複数のマルチプレクサからの出力される、2値のビット列信号を多値レベルの信号に変換する多値変換手段と
    を有することを特徴とする多値信号伝送装置。
  7. 2つの前記インバータと、2つの前記マルチプレクサと、前記多値変換手段として2−4値変換器を有することを特徴とする請求項6記載の多値信号伝送装置。
  8. 前記多値変換手段から出力される多値信号の信号レベルを増幅するリニアアンプを有することを特徴とする請求項6又は7記載の多値信号伝送装置。
  9. 多値化信号レベルに割り当てられた多値信号を、2値のビット列データに復号化する多値信号の復号化装置において、
    多値信号を所定の変換規則に従って2値のビット列データに変換する多値2値変換手段と、
    該多値2値変換手段から出力される2値のビット列データの前段のビットを順次間引きする間引き手段を有し、該間引き手段の出力信号として2値信号を得ることを特徴とする復号化装置。
  10. 前記間引き手段は、2値変換されたビット列データから2ビットずつ入力するレジスタを有し、該レジスタに入力された2ビットデータの後段のビットを順次取り出すこと特徴とする請求項9の復号化装置。
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