JP2584761B2 - 予測符号化伝送システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は情報信号と予測信号との差分信号を量子化
し、符号化する予測符号化装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より例えば画像信号等の情報量の多い信号を標本
化して得たデータを伝送する場合に用いられる高能率符
号化方式として、例えば差分PCM（Pulse Code Modulati
on）方式（以後（DPCM）と記す）が一般によく知られて
いる。前記DPCMは、既に符号化された標本点のデータ値
から現在対象としている標本点のデータ値から現在対象
としている標本点のデータ値を予測し、その予測値と本
来のデータ値との差分（予測誤差）を符号化する方式で
あり、画像信号などのように近接する標本点における値
同志の相関が大きい信号に対しては、予測誤差信号の発
生分布の偏り等を考慮し非線形な量子化を行うことによ
り高能率な符号化を行う事ができる。

第６図は従来の予測符号化回路の概略構成を示したも
のである。ここでは前値予測の場合について説明する。
第６図に示す前値予測符号化回路は入力端子601、減算
回路602、非線形量子化回路603、および局部復号回路60
4、出力端子609より構成される。入力端子601には、デ
イジタル化された情報信号が入力され、該入力データａ
は、減算回路602の＋端子へ入力される。減算回路602の
−端子へは、局部復号回路604で形成された前値予測値
データＣが入力され、減算の結果として、入力データａ
と前値予測値データＣとの予測誤差データｂが出力され
る。非線形量子化回路603では入力データａが画像信号
より得られたものである場合には前記予測誤差データｂ
の分布がほぼラプラス分布で近似できることを利用して
非線形量子化が行われ、出力送信データｄを局部復号回
路604、および出力端子609へ出力する。604に示す破線
で囲まれた部分は、局部復号回路であり、その中の代表
値設定回路608は前記出力送信データｄの各量子化レベ
ルに対応した代表値データｅを出力する。そして、この
データが加算回路607で前値予測値データＣと加算され
ることにより上記出力送信データｄの復号データｆが出
力され、遅延回路606で、例えば１サンプルデータ期間
分遅延された後、予測係数乗算回路605にて予測係数ａ
（０＜ａ≦１）が乗ぜられ、次の前値予測値データｃが
作られる。また、復号化回路は、第６図に示した符号器
中の局部復号回路と同様の構成で実現でき、復号データ
ｆを出力端子に送出することにより、送信データの復号
が行える。以上、説明した予測符号化によって、通常８
ビツト／サンプルからなる量子化画像データ（第６図中
のａに相当）を４〜５ビツト／サンプルの予測誤差デー
タ（第６図中のｄに相当）に圧縮して伝送でき、伝送ビ
ツト・レートの低減が可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来のDPCM方式を用いて、情報信号の
伝送における圧縮率の向上を図るには、伝送する圧縮後
の予測誤差信号の１サンプルあたりのビツト数を低減す
る必要があり、このことは情報信号の復元時に質的劣化
を招く。

また、情報信号の復元時における質的向上を図るに
は、伝送する予測誤差信号のビツト数を増加させること
などが考えられるが伝送ビツト・レートが増加して、圧
縮率の低下を招く。

本発明は上述の如き問題点に鑑みてなされたもので、
量子化信号に対する代表値信号の値をより自由に設定で
き、設計の自由度をより高くする事が出来ると共に、前
記量子化信号に対する前記代表値信号の値を情報信号が
示す情報の特性に応じて適正に設定する事により、前記
代表値信号の値の設定に伴って発生する量子化誤差をよ
り低く抑える事が出来、伝送ビツト・レートを増加させ
ずに情報信号の伝送における質的向上を図る事が出来る
予測符号化装置を提供する事を目的とする。

〔問題を解決する為の手段〕

本発明の予測符号化装置は、所定のレベル領域内に位
置するレベルを有する情報信号と予測信号との差分信号
を形成し、出力する差分手段と、前記差分手段から出力
される差分信号が表わしうるレベル領域を互いに異なる
複数のレベル領域に分割し、分割された前記複数のレベ
ル領域のうちの一部のレベル領域については、プラス側
のレベル領域とマイナス側のレベル領域（但し、当該マ
イナス側のレベル領域の上端のレベルは、前記プラス側
のレベル領域の下端のレベルと前記情報信号が示す量子
化ビット数が表しうる最大レベル分だけの差を有してい
るものである）との２つのレベル領域に対して同一の量
子化値を割り当てる量子化特性に従って前記差分信号を
量子化し、量子化信号を出力する量子化手段と、前記量
子化手段から出力された量子化信号のうち、前記量子化
手段において同一の量子化値が割り当てられている前記
プラス側のレベル領域とマイナス側のレベル領域の２つ
のレベル領域に対応した量子化信号については、当該量
子化信号に基づいて、当該同一の量子化値が割り当てら
れているプラス側のレベル領域の下端のレベル或はマイ
ナス側のレベル領域の上端のうちの何れか一方のレベル
を示す信号を符号判定値信号として発生すると共に、前
記プラス側のレベル領域内において任意に選定されたレ
ベルを示す第１代表値信号と前記マイナス側のレベル領
域内において任意に選定されたレベルを示す第２代表値
信号とを発生し、前記符号判定値信号と前記予測信号と
を加算することにより得られる信号のレベルが前記所定
のレベル領域内に位置しているか否かに応じて、前記第
１代表値信号と前記予測信号とを加算する事により得ら
れる第１のレベルを示す信号か、前記第２代表値信号と
前記予測信号とを加算する事により得られる第２のレベ
ルを示す信号のうち、何れか一方を復号信号として出力
する復号手段と、前記復号手段から出力された復号信号
を用いて、新たな予測信号を形成し、前記差分手段に供
給する予測信号形成手段とを備えたものである。

〔作用〕

上述の構成により、量子化信号に対する代表値信号の
値をより自由に設定でき、設計の自由度をより高くする
事が出来ると共に、前記代表値信号の値の設定に伴って
発生する量子化誤差をより低く抑える事が出来、しかも
伝送ビツト・レートを増加させずに情報信号の伝送にお
ける質的向上を図りつつ予測符号化を行う事が出来るも
のである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

（本発明を実施する途中の過程の説明） 第１図は、本発明の予測符号化装置における符号化伝
送装置の概略構成を示す図である。尚、ここでは、第１
図に示した符号化伝送装置は、８ビツトのデイジタル情
報データを４ビツトの符号に圧縮し送信するものとす
る。

また、本発明を実施する途中の過程として、前記第１
図に示した符号化伝送装置における符号多重型量子化回
路104の量子化特性を表１に示し、該符号化伝送装置の
符号判定型復号回路の概略構成を第２図に示し、該符号
化伝送装置で符号化され送信された情報データを復号す
る復号化装置の概略構成を第３図に示す。

ここで、本発明を説明するにあたって、まず、本発明
を実施する途中の過程を示した実施例について第１図、
第２図、第３図及び表１を用いて説明する。

尚、本発明を実施する途中の過程としての符号化伝送
装置全体の概略構成は、前記第１図に示したものと同様
である。

第１図に於いて、入力端子101には８ビツトのデイジ
ダル情報データが入力され、減算回路102に於いて、予
測係数減算回路103の出力との予測誤差データが算出さ
れる。この予測誤差データは、符号多重型量子化回路10
4に供給される量子化回路104に於いては、符号を含む９
ビツトの予測誤差データを表１に例示する様な、正負を
重ね合わせて同じ符号を割り当てた量子化特性に基づ
き、４ビツトに量子化し、出力端子105より出力すると
共に、符号判定型復号回路106に供給する。

表１に示す量子化特性は、“−255〜255"の値をとる
予測誤差データに対して、過去の復号値を用いて復号判
定を行い、代表値を一つ選択できるテーブルの一例であ
り、正負の各分割領域を２つずつ重ね合わせて４ビツト
量子化することにより、５ビツト相当のレベル分割数を
実現できるものである。

このテーブルは、同一符号に割り当てる正負の２つの
分割領域が、復号値のダイナミツク・レンジ（例えば
“256"）に相当するレベル差を持つように設定されてお
り、領域下端を量子化代表値とするアンダーシユート型
となっているために、正負の代表値による復号結果は
“256"のレベル差を持ち、常に一方しか適正なダイナミ
ツク・レンジ（“０〜256"）内に入らない。これにより
後述する様な多重化された量子化値を符号判定が可能と
なる。また、非線形特性の重ね合わせを実現する為に、
正負とも中央で折り返した対称構造となっているもので
ある。

符号判定型復号回路106では、予測係数乗算回路103の
出力である予測値データを用いて、前記量子化回路104
の出力データの復号を行い、復号データを遅延回路107
に供給する。復号データは遅延回路107で所定期間（例
えば１サンプル期間分）遅延された後、予測係数回路10
3で予測係数を乗ぜられ予測値データとして前記減算回
路102、および前記符号判定型復号回路106に供給され
る。

ここで、第２図により、符号判定型復号回路106の動
作を説明する。端子201には符号多重化された４ビツト
の量子化回路104の出力データが入力され、＋側代表値
設定回路202及び、−側代表値設定回路203に供給され
る。202,203の出力である正負の代表値データは、加算
回路205,206に於いて、端子204より供給される予測値デ
ータに各々加算され、正負の復号値データとして選択回
路207に供給される。代表値設定回路202,203の出力は常
に“256"のレベル差を保っているため、207に供給され
る正負の復号値データに常に一方が８ビツト（“０〜25
6"）のダイナミツク・レンジから外れている。よって、
正負と復号値データでレンジ内にある方を選択すれば、
符号多重化された入力より、正しい復号値データが得ら
れる。このため、＋側加算回路205より出力される復号
データのレベルに対応するキヤリー信号によって選択回
路207を制御して正負の復号値データを選択し、端子208
より出力する。

ここで、この実施例に於ける符号判定動作について具
体的に挙げて説明する。今、予測値データが“100"、現
入力値データが“150"である場合を考える。予測誤差デ
ータは、“＋50"であるから、符号多重型量子化回路"10
4に於いては、表１に示されるように４ビツトの量子化
データとして“5"が出力される。符号判定型復号回路10
6に於いては、＋側復号値データは“142"、−側復号値
データは“−144"となるため適正ダイナミツク・レンジ
内である“142"が選択される。同様に現入力値データが
“50"である場合、予測誤差データは、“−50"である量
子化回路104の出力は“11"となる。この場合、＋側復号
値データは“314"、−側復号値データは“58"となるた
め適正ダイナミツク・レンジ内である“5"が選択され
る。

次に第１図に示した符号化伝送装置にて符号化され伝
送された情報データを復号する復号化装置について、第
３図に用いて説明する。前記符号化伝送装置により符号
化され送信された４ビツトの送信データは、入力端子30
1に入力され、＋側代表値設定回路302及び、−側代表値
設定回路303に供給される。302,303の出力である正負の
代表値データは、加算回路304,305に於いて、予測係数
乗算回路309より供給される予測値データに各々加算さ
れ、正負の復号値データとして選択回路306に供給され
る。代表値設定回路302,303の出力は、前記送信データ
の特性により常に“256"のレベル差を保っているため、
選択回路306に供給される正負の復号値データは常に一
方が８ビツト（“０〜255"）のダイナミツク・レンジか
ら外れている。よって、正負の復号値データでレンジ内
にある方を選択すれば、前記送信データの正しい復号値
データが得られる。このため、＋側加算回路304により
出力される復号値データのレベルに対応するキヤリー信
号によって選択回路306を制御して正負の復号値データ
を選択し、８ビツトの復号値データを出力端子307より
出力する。同時に、送信データの復号値データは遅延回
路308に供給され、所定期間（たとえば１サンプル期間
分）遅延されて、予測係数乗算回路309に送出される。
予測係数乗算回路309では、遅延された復号値データに
予測係数に乗じて予測値データを算出し、後の入力信号
の復号を行うために加算回路304,305に供給する。以上
のような構成により復号装置が実現できる。

（本発明の実施例の説明） ここで、本発明の実施例として、正負の量子化代表値
以外に符号判定値を用いた符号化伝送装置を有する予測
符号化装置について、第１図、第４図、第５図及び表２
を用いて説明する。

尚、ここで説明する符号化伝送装置は、前記第１図に
示した符号化伝送装置と同様に、８ビツトのデイジタル
情報データを入力し、４ビツトの符号に圧縮し出力する
ものとする。

本実施例の符号化伝送装置全体の概略構成は前記第１
図に示した実施例と同様に表される。尚、前記第１図に
示した実施例において表１にて示した量子化特性とは異
なる符号多重型量子化特性を表２に、符号判定型復号回
路の概略構成を第４図に、復号装置の概略構成を第５図
に示す。

表２に示す量子化特性は、前記第１図に示した実施例
の表１によって実現された符号判定動作に加えて、表１
では分割領域下端に限定されていた量子化代表値を、各
分割領域内で任意に選べるようになっている。このため
に、正負のテーブルを“256"のレベル差を持たせて重ね
合わせたものを１レベル、シフトした形になっており、
同一符号に割り当てられる正負の２つの領域の最小レベ
ル差（−側上端〜＋側下端）が“256"になる。この場合
の符号判定には、領域端の加算結果を用いればよく、こ
こでは＋側の分割領域下端を符号判定値と呼ぶことにす
る。

第４図は表２の正負の代表値及び、符号判定値を用い
た符号判定型復号回路２を示す端子401への符号多重化
された４ビツトの入力情報データは、正負の代表値設定
回路402,403及び、符号判定値設定回路404に供給され
る。各設定回路の出力は加算回路406,407,408に於い
て、端子405より供給される予測値データに加算され、4
06,407からは各々正負の復号値データが選択回路409に
供給される。この選択回路の出力は、加算回路408に於
ける符号判定値データと予測値データの加算結果のキヤ
リー信号によって、前記第１図に示した実施例と同様の
符号判定原理に基づき正負の符号値データより選択さ
れ、端子410より出力される。

ここで、この実施例に於ける符号判定動作について具
体例を挙げて説明する。今、予測値データが“100"、現
入力値データが“150"である場合を考える。予測誤差デ
ータは、“＋50"であるから、符号多重型量子化回路104
に於いては、表２に示されるように４ビツトの量子化値
データとして“5"が出力される。符号判定型復号回路10
6に於いては、符号判定値データが“38"となり加算結果
がダイナミツク・レンジ内であるため、＋側復号値デー
タが適正であると判定され＋側復号値データの“149"が
選択される。同様に現入力値データが“50"である場
合、予測誤差データは“−50"であるから量子化回路104
より出力される量子化値データは“11"となる。この場
合、符号判定値データは“218"で加算結果がオーバー・
レンジするためキヤリー信号が発生し、−側復号値デー
タの“51"が選択される。

次にこの場合の復号装置について第５図を用いて説明
する。

本実施例における符号化伝送装置により符号化され送
出された送信データは、入力端子501に入力され、正負
の代表値設定回路502,503及び符号判定値設定回路504に
供給される。各設定値回路の出力は加算器505,506,507
に於いて、予測係数乗算回路511より供給される予測値
データに加算され、505,506からは各々正負の復号値デ
ータが選択回路508に供給される。この選択回路の出力
は、加算回路507に於ける符号判定値データと予測値デ
ータとの加算結果のキヤリー信号によって、前例と同様
の符号判定原理に基き正負の復号値データより選択さ
れ、出力端子509より出力される。同時に、送信データ
の復号値データは遅延回路510に供給され、所定期間
（たとえば１サンプル期間分）遅延されて、予測係数回
路511に送出される。予測係数回路511では、遅延された
復号値データに予測係数を乗じて予測値データを算出
し、後の送信データの復号を行うために加算回路505,50
6,507に供給する。以上のような構成により復号化装置
が実現できる。

尚、上記実施例では８ビツトのデイジタル情報データ
を４ビツトに圧縮符号化し伝送する場合を述べている
が、そのビツト数は適宜決定出来るものであり、入出力
段にA/D,D/A変換器を設けることにより、アナログ信号
の圧縮に用いることができるのは勿論である。又、表1,
表２に示された符号多重型の量子化特性は唯一のもので
はなく、前述の符号判定原理を満足すれば任意に設定で
きるものである。また、入力端子101に入力される８ビ
ツトのディジタル情報データか帯域制限されている場合
には符号多重型量子化器において同一符号に割当てる正
負の２つの分割領域を帯域制限後のダイナミツク・レン
ジ（“256"よりも小さい）に相当するレベル差を持つよ
うに設定すれば代表値の決定が行えるものである。

〔発明の効果〕 以上説明して来た様に本発明によれば、量子化信号に
対する代表値信号の値をより自由に設定でき、設計の自
由度をより高くする事ができると共に、前記量子化信号
に対する前記代表値信号の値を情報信号が示す情報の特
性に応じて適正に設定する事により、前記代表値信号の
値の設定に伴って発生する量子化誤差をより低く抑える
事が出来、伝送ビツト・レートを増加させずに情報信号
の伝送における質的向上を図る事が出来る予測符号化装
置を提供する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する途中の過程、及び本発明の実
施例を説明するため、本発明の予測符号装置における符
号化伝送装置の概略構成を示した図である。 第２図は本発明を実施する途中の過程として、前記第１
図に示した符号化伝送装置における符号判定型復号回路
の概略構成を示した図である。 第３図は本発明を実施する途中の過程として、前記第１
図及び第２図の符号化伝送装置に対する復号化装置の概
略構成を示した図である。 第４図は本発明の実施例としての符号化伝送装置におけ
る符号判定型復号回路の別の概略構成を示す図である。 第５図は第１図及び第４図の符号化伝送装置に対する復
号化装置の概略構成を示す図である。 第６図は従来の予測符号化回路の概略構成を示した図で
ある。 104……符号多重型量子化回路、 106……符号判定型復号回路、 202,302,402,502……＋側代表値設定回路、 203,303,403,503……−側代表値設定回路、 404,504……符号判定値設定回路、 207,306,409,508……選択回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樫田 素一 川崎市高津区下野毛770番地 キヤノン 株式会社玉川事業所内 (56)参考文献 独国公開2405534（ＤＥ，Ａ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定のレベル領域内に位置するレベルを有
   する情報信号と予測信号との差分信号を形成し、出力す
   る差分手段と、 前記差分手段から出力される差分信号が表わしうるレベ
   ル領域を互いに異なる複数のレベル領域に分割し、分割
   された前記複数のレベル領域のうちの一部のレベル領域
   については、プラス側のレベル領域とマイナス側のレベ
   ル領域（但し、当該マイナス側のレベル領域の上端のレ
   ベルは、前記プラス側のレベル領域の下端のレベルと前
   記情報信号が示す量子化ビツト数が表しうる最大レベル
   分だけの差を有しているものである）との２つのレベル
   領域に対して同一の量子化値を割り当てる量子化特性に
   従って前記差分信号を量子化し、量子化信号を出力する
   量子化手段と、 前記量子化手段から出力された量子化信号のうち、前記
   量子化手段において同一の量子化値が割り当てられてい
   る前記プラス側のレベル領域とマイナス側のレベル領域
   の２つのレベル領域に対応した量子化信号については、
   当該量子化信号に基づいて、当該同一の量子化値が割り
   当てられているプラス側のレベル領域の下端のレベル或
   はマイナス側のレベル領域の上端のうちの何れか一方の
   レベルを示す信号を符号判定値信号として発生すると共
   に、前記プラス側のレベル領域内において任意に選定さ
   れたレベルを示す第１代表値信号と前記マイナス信号の
   レベル領域内において任意に選定されたレベルを示す第
   ２代表値信号とを発生し、前記符号判定値信号と前記予
   測信号とを加算することにより得られる信号のレベルが
   前記所定のレベル領域内に位置しているか否かに応じ
   て、前記第１代表値信号と前記予測信号とを加算する事
   により得られる第１のレベルを示す信号か、前記第２代
   表値信号と前記予測信号とを加算する事により得られる
   第２のレベルを示す信号のうち、何れか一方を復号信号
   として出力する復号手段と、 前記復号手段から出力された復号信号を用いて、新たな
   予測信号を形成し、前記差分手段に供給する予測信号形
   成手段とを備えた事を特徴とする予測符号化装置。