JP2785822B2

JP2785822B2 - テレビジョン信号の高能率符号化装置及び復号装置

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Publication number: JP2785822B2
Application number: JP59266408A
Authority: JP
Inventors: 哲二郎近藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JPS61144990A

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のフィール
ド内の処理による高能率符号化装置及び復号装置に関す
る。〔従来の技術〕フィールド内の処理によるテレビジョン信号の符号化
方法として、伝送帯域を狭くする目的でもって、１画素
当たりの平均ビット数又はサンプリング周波数を小さく
するいくつかの方法が知られている。サンプリング周波数を下げる符号化方法としては、サ
ブサンプリングにより画像データを1/2に間引き、サブ
サンプリング点と、補間の時に使用するサブサンプリン
グ点の位置を示す（即ち補間点の上下又は左右の何れの
サブサンプリング点のデータを使用するかを示す）フラ
ッグとを伝送するものが提案されている。１画素当たりの平均ビット数を少なくする符号化方法
のひとつとして、DPCM（differential PCM）が知られて
いる。DPCMは、テレビジョン信号の近接の画素同士の相
関が高く、近接する画素同士の差が小さいことに着目
し、この差分信号を量子化して伝送するものである。１画素当たりの平均ビット数を少なくする符号化方法
の他のものとして、１フィールドの画面を微小なブロッ
クに細分化して、圧縮された符号化コード及びブロック
内のデータのレベル分布の平均値と標準偏差を伝送する
ものがある。〔発明が解決しようとする問題点〕サブサンプリングを用いてサブサンプリング周波数を
低減しようとする符号化方法は、サンプリング周波数が
1/2になるために、折り返し歪が発生するおそれがあっ
た。 DPCMは、符号化誤りが以後の符号化に伝播する問題点
があった。ブロック単位で符号化を行う方法は、ブロック同士の
境界においてブロック歪が生じる欠点があった。この発明の目的は、上述の従来の技術が有する折り返
し歪の発生、誤りの伝播、ブロック歪の発生等の問題点
が生じない高能率符号化装置を提供することにある。ま
た、この発明は、復号側の代表レベルとして最大値及び
最小値が含まれるものであり、それによって、復号画像
の画質の向上を図り、また、VTRのダビング時のような
符号化と復号化とを繰り返す時に、画質の劣化を防止す
ることを目的とするものである。〔問題点を解決するための手段〕この発明は、ディジタルテレビジョン信号の１次元ブ
ロック内に含まれる複数の画素データの最大値及び複数
の画素データの最小値を検出する検出手段と、最小値を複数の画素データの値から減算し、最小値除
去後の修正入力データを形成する形成手段と、最大値及び最小値から１次元ブロックのダイナミック
レンジを検出する検出手段と、ダイナミックレンジを（2^m−１）に分割して得られた
レベル幅をさらに二つに分割して得られたレベル幅を、
最大値の下側及び最小値の上側にそれぞれ持つように、
2^m個のレベル範囲を設定し、修正入力データの値が属す
るレベル範囲と対応し、且つ元の量子化ビット数より少
ない、ｍビットの符号化コード信号を発生する符号化手
段と、ダイナミックレンジ、最大値、最小値の内の少なくと
も２個を付加コードとして、符号化コード信号とともに
伝送する伝送手段とからなることを特徴とするテレビジョン信号の高能率
符号化装置である。また、この発明は、ディジタルテレビジョン信号の１
次元ブロック内に含まれる複数の画素データのダイナミ
ックレンジ、最大値、最小値の内の少なくとも２個を含
む付加コードと、ダイナミックレンジを（2^m−１）に分割して得られた
レベル幅をさらに二つに分割して得られたレベル幅を、
最大値の下側及び最小値の上側にそれぞれ持つ2^m個のレ
ベル範囲を設定し、レベル範囲の内で、最小値を１次元
ブロック内の複数の画素データの値から減算することで
形成された修正入力データの値が属するレベル範囲と対
応し、且つ元の量子化ビット数より少ない、ｍビットの
符号化コード信号とを伝送する高能率符号化の復号装置
において、付加コードと符号化コード信号とを受け取り、最大値
の下側のレベル範囲に属する符号化コード信号の値を最
大値に変換し、最小値の上側のレベル範囲と属する符号
化コード信号の値を最小値に変換するように、符号化コ
ード信号を代表値に変換するための変換手段と、変換手段と結合され、最小値を加算することによっ
て、復元レベルを形成する手段とからなることを特徴とする高能率符号化の復号装置で
ある。〔作用〕テレビジョン信号は、水平方向の相関を有しているの
で、１ブロック内に含まれる画素データは、定常部で
は、レベル差即ちダイナミックレンジが小さい。従っ
て、１ブロック内の画素データが共有する最小レベルを
除去した後、この最小レベル除去後のデータDTI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、量子化歪が殆ど生じない。量子化ビット数を小
さくすることにより、データの伝送帯域を狭くすること
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。第１図において、１は、ディジタルテレビジョ
ン信号が８ビットパラレルで入力される入力端子を示
す。入力ディジタルテレビジョン信号は、遅延回路３を
介して減算回路４に供給される。２は、入力ディジタルテレビジョン信号と同期するサ
ンプリングクロックが供給される入力端子を示す。この
サンプリングクロックがカウンタ９、レジスタ10及び11
にクロックパルスとして供給される。カウンタ９は、16
進のカウンタであり、その出力に16個の画素データ毎に
ブロッククロックが発生する。このブロッククロックが
レジスタ10及び11に初期設定のためのパルスとして供給
される。また、ラッチ15及び16にラッチパルスとして供
給される。レジスタ10及び11は、８ビットのパラレルデータが入
力及び出力できるものである。一方のレジスタ10の出力
データが選択回路12の一方の入力端子に供給され、他方
のレジスタ11の出力データが選択回路13の一方の入力端
子に供給される。これらの選択回路12及び13の他方の入
力端子には、入力ディジタルテレビジョン信号が供給さ
れている。選択回路12は、２個の入力データの内の大きいレベル
のものを選択して出力するディジタルのレベル比較回路
の構成である。選択回路13は、２個の入力データの内の
小さいレベルのものを選択して出力するディジタルのレ
ベル比較回路の構成である。選択回路12の出力ディジタ
ルが減算回路14の一方の入力端子に供給されると共に、
レジスタ10の入力端子に供給される。選択回路13の出力
ディジタルが減算回路14の他方の入力端子に供給される
と共に、レジスタ11の入力端子に供給される。この一実施例では、１ブロックが第２図に示すよう
に、同一ラインの連続する16個の画素データにより構成
されている。各ブロックの最初にカウンタ９からのブロ
ッククロックが発生して、レジスタ10及び11の初期設定
がなされる。レジスタ10には、初期値として全て‘0'の
ビットのコードがロードされ、レジスタ11には、初期値
として全て‘1'のビットのコードがロードされる。１ブロックの先頭の画素データが選択回路12及び13に
より選択されてレジスタ10及び11に貯えられる。次の画
素データとレジスタ10及び11に貯えられている画素デー
タとが比較され、両者の内でよりレベルの大きい方のデ
ータが選択回路12から出力され、両者の内でよりレベル
の小さい方のデータが選択回路13から出力される。以
下、１ブロック内で順次レベルの比較が行われ、16個の
画素データの中の最大レベルのものが選択回路12の出力
端子に取り出され、16個の画素データの中の最小レベル
MINのものが選択回路13の出力端子に取り出される。減算回路14では、（最大レベル−最小レベル）の演算
がなされ、減算回路14の出力端子にそのブロックのダイ
ナミックレンジDRが検出される。減算回路14から出力さ
れるダイナミックレンジDRがラッチ15に貯えられ、選択
回路13から出力される最小レベルMINがラッチ16に貯え
られる。ラッチ15に貯えられたダイナミックレンジDRが
出力端子６に取り出されると共に、エンコーダブロック
５に供給される。ラッチ16に貯えられた最小レベルMIN
が出力端子７に取り出されると共に、減算回路４の他方
の入力端子に供給される。減算回路４には、遅延回路３からの画素データPDが供
給されている。従って、減算回路４の出力端子には、最
小レベルMINが除去されたデータDTIが発生する。このデ
ータDTIがエンコーダブロック５に供給される。エンコ
ーダブロック５は、後述のように、ダイナミックレンジ
DRを元の量子化ビット数より少ない量子化ビット数例え
ば４ビットにより等しく16個のレベル範囲に分割し、最
小レベル除去後のデータDTIがどのレベル範囲に属する
かを判定する。このように特定されたレベル範囲と対応
する４ビットの符号化コードDTがエンコーダブロック５
の出力端子８に取り出される。以上のように、第１図に示すエンコーダの出力端子６
及び７には、付加データとしてのダイナミックレンジDR
及び最小レベルMINが得られ、出力端子８には、４ビッ
トに圧縮された符号化コードが得られる。元のディジタルテレビジョン信号の１ブロックは、
（16×８ビット＝128ビット）である。この一実施例
は、１ブロックが（16×４ビット＋16＝80ビット）とな
り、伝送するビット数を低減することができる。図示せ
ずも、符号化コードDT及び付加データDR,MINは、エラー
訂正符号の符号化の処理をされ、シリアルデータとして
送信（或いは記録媒体に記録）される。送信データの形態のいくつかの例を第３図に示す。第
３図Ａは、最小レベルMIN、ダイナミックレンジDR及び
符号化コードからなる64ビットのデータ部分の夫々に独
立のエラー訂正符号の符号化を施して、各エラー訂正符
号のパリティを付加して伝送するものてある。第３図Ｂ
は、最小レベルMIN及びダイナミックレンジDRの夫々に
独立のエラー訂正符号の符号化を施して、各エラー訂正
符号のパリティを付加したものである。第３図Ｃは、最
小レベルMIN及びダイナミックレンジDRの両者に共通の
エラー訂正符号の符号化を施して、そのパリティを付加
したものである。符号化コードDTの量子化ビット数は、冗長度を抑圧す
るには、少ない程良い。しかし、量子化歪を増大させな
いためには、余り量子化ビット数を少なくしてはならな
い。テレビジョン信号は、１ブロック内の各画素は、相
関を有しているので、定常部分では、ダイナミックレン
ジDRがあまり大きくはならず、最大値としては、128位
を考えれば充分である。第４図に示すように、量子化ビット数が８ビットの場
合のテレビジョン信号のレベルは、（０〜255）の256通
りあり得る。しかし、物体の輪郭等の過渡部を除く定常
部では、１ブロックの画素のレベルの分布は、第４図に
示すように、かなり狭いレベルの範囲に集中している。
従って、この一実施例のように、符号化コードのビット
数を４ビットとすれば、量子化歪が大きくなることを防
止できる。即ち、ダイナミックレンジDRは、最悪の場合に128と
なる。この場合でも、量子化ビット数が４ビットの時に
は、分割のレベルの単位が８となり、量子化歪が４とな
る。この程度の量子化歪は、視覚上は識別できない。一
方、過渡部では、変化幅が大きくなるが、この発明で
は、ダイナミックレンジDRが適応的に定まるので、過渡
部での応答の低下が発生しない。第５図は、上述のエンコーダブロック５の一例の構成
を示す。但し、説明を簡単とするため、量子化ビット数
を４ビットでなく、２ビットとし、ダイナミックレンジ
を４分割している。第５図において、21は、ダイナミックレンジDRの供給
される入力端子を示し、22は、最小レベル除去後のデー
タDTIの供給される入力端子を示す。ダイナミックレン
ジDRは、割算器23（２ビットシフトするビットシフタに
より構成される。）により1/4のレベルとされる。この割算器23の出力が乗算器24及び25に供給される。
乗算器24により３倍とされた出力がレベル比較器26の一
方の入力端子に供給される。乗算器25により２倍とされ
た出力がレベル比較器27の一方の入力端子に供給され
る。割算器23の出力がレベル比較器28の一方の入力端子
に供給される。これらのレベル比較器26,27,28の夫々の
他方の入力端子には、最小レベル除去後のデータDTIが
供給される。レベル比較器26,27,28の夫々の出力をC1,C2,C3とする
と、データDTIのレベルに応じてこれらの出力C1,C2,C3
は、次のように変化する。（１）（3/4）DR≦DTI≦DRの時 C1＝‘1',C2＝‘1',C3＝‘1' （２）（2/4）DR≦DTI＜（3/4）DRの時 C1＝‘0',C2＝‘1',C3＝‘1' （３）（1/4）DR≦DTI＜（2/4）DRの時 C1＝‘0',C2＝‘0',C3＝‘1' （４）０≦DTI＜（1/4）DRの時 C1＝‘0',C2＝‘0',C3＝‘0' 上記のレベル比較器26,27、28の出力C1,C2,C3がプラ
イオリティエンコーダ29に供給される。プライオリティ
エンコーダ29により、出力端子８に２ビットの符号化コ
ードDTが得られる。プライオリティエンコーダ29は、上
記の（１）の場合に、（11）の符号化コードを発生し、
上記の（２）の場合に、（10）の符号化コードを発生
し、上記の（３）の場合に、（01）の符号化コードを発
生し、上記の（４）の場合に、（00）の符号化コードを
発生する。１ブロック内の最小レベルを含む画素データPDは、第
６図に示すように、最小レベルMINから最大レベルMAX迄
のダイナミックレンジDR内に属している。割算器23は、
このダイナミックレンジDRを４分割する。最小レベルの
除去後のデータDTIが分割されたレベル範囲の何れに属
するかが比較器26,27,28により判定され、そのレベル範
囲と対応する２ビットの符号化コードに変換される。第７図は、エンコーダブロック５の他の構成例を示
す。入力端子21からのダイナミックレンジDRが割算器31
により、1/4のレベルとされる。この割算器31の出力信
号がディジタルの割算器30に分母入力として供給され
る。入力端子22からの最小レベル除去後のデータDTIが
割算器30に分子入力として供給される。この割算器30の
出力に２ビットの符号コードDTが取り出される。割算器
30は、小数点以下の端数を切り捨てた値と対応する２ビ
ットの出力を符号化コードとして発生する。更に、図示せずも、エンコーダブロック５は、最小レ
ベル除去後のディジタルDTI及びダイナミックレンジDR
の計16ビットがアドレスとして供給されるROMにより構
成しても良い。この一実施例では、第６図から明らかなように、ダイ
ナミックレンジを量子化ビット数により等分割し、各領
域の中央値L0、L1,L2,L3を復号時の値として利用してい
る。この符号化方法は、量子化歪を小さくできる。しか
しながら、この量子化の方法は、最大値及び最小値が代
表値として含まれないために、誤差が０の符号化コード
が少なく、復号画像の画質の劣化が生じる。また、VTR
に適用した場合に、ダビングを繰り返すと、ダイナミッ
クレンジDRが徐々に縮小し、ダビング時の画質の劣化が
大きい問題がある。一方、最小レベルMIN及び最大レベルMAXの夫々のレベ
ルを有する画素データが１ブロック内に必ず存在してい
る。従って、この発明では、誤差が０の符号化コードを
多くするとともに、ダビング時の画質劣化を防止するた
めに、第８図に示すように、ダイナミックレンジDRを
（2^m−１）（但し、ｍは、量子化ビット数）に分割し、
最小レベルMINを代表レベルL0とし、最大レベルMAXを代
表レベルL3とする。第９図は、受信（又は再生）側の構成を示す。入力端
子41からの受信データは、データ分離回路42に供給され
る。データ分離回路42により、符号化コードと付加コー
ドとが分離される。付加コード即ち最小レベルMIN及び
ダイナミックレンジDRは、エラー訂正符号のエラー訂正
回路43に供給され、伝送エラーの訂正がなされる。エラ
ー訂正回路43には、エラー修整回路44が接続されてい
る。エラー修整回路44では、エラー訂正回路43からのエ
ラーフラッグに基づいて訂正できなかった付加コードの
修整（補間）が行われる。エラー修整回路44から出力される付加コードと遅延回
路47によりタイミングが合わされた符号化コードDTとが
デコーダ45に供給される。デコーダ45により符号化コー
ドDTの復号がなされ、デコーダ46の出力端子46に元の画
素データPDが取り出される。デコーダ46は、各８ビット
の付加コードDR,MINと４ビットの符号化コードDTとから
８ビットの画素データPDを復号するものである。デコーダ45は、第10図に示す構成とされる。第10図に
おいて、48,49及び50で夫々示す入力端子からの符号化
コードDT、ダイナミックレンジDR及び最小レベルMINが
ラッチ51,52,53の夫々にに貯えられる。ラッチ51及び52
には、１ブロックのダイナミックレンジDR及び最小レベ
ルMINが保持される。ラッチ51からの符号化コードDT及びラッチ52からのダ
イナミックレンジDRがデコーダブロック54に供給され
る。デコードブロック54により、最小レベル除去後のデ
ータDTIが復号される。このデータDTIとラッチ53からの
最小レベルMINとが加算器55により加算され、加算器55
の出力端子56に画素データPDが取り出される。デコーダ
ブロック54は、符号化コードDTと対応する代表値を復元
するものである。第11図は、デコーダブロック54の一例の構成を示す。
但し、第11図及び後述の第12図に夫々示すデコーダブロ
ックは、説明の簡単のため、符号化コードの量子化ビッ
ト数を２ビットとしている。第11図ののデコーダブロッ
クは、第５図に示すエンコーダブロックと対応する構成
のものである。入力端子61からのダイナミックレンジDRが割算器63
（２ビットのビットシフタにより構成される。）により
1/4とされ、乗算器64及び65に供給される。乗算器64
は、割算器63の出力を３倍とし、乗算器65は、割算器６
の出力を２倍とする。これらの乗算器64及び65の出力と
割算器63の出力と８ビットが全て‘0'のコードとがセレ
クタ66に供給される。セレクタ66は、入力端子62からの
符号化コードDTに応じて４個の入力の何れかを選択して
出力する。符号化コードDTが（00）の時、零のコードをセレクタ
66が選択する。符号化コードDTが（01）の時、割算器63
の出力（1/4 DR）をセレクタ66が選択する。符号化コー
ドDTが（10）の時、乗算器65の出力（2/4 DR）をセレク
タ66が選択する。符号化コードDTが（11）の時の、乗算
器64の出力（3/4 DR）をセレクタ66が選択する。このセ
レクタ66の出力が加算器68に供給される。加算器68に
は、割算器63の出力を割算器67により1/2としたデータ
が供給される。従って、加算器68の出力端子69に最小レ
ベル除去後のデータDTIが得られる。第12図は、デコーダブロック54の他の例を示す。この
第12図に示す他の例は、第７図に示すエンコーダブロッ
クと対応する構成のものである。第12図において、71は、割算器70からの（1/4 DR）の
値と入力端子62からの符号化コードDTとを乗算するディ
ジタルの乗算器である。この乗算器71の乗算出力と割算
器72からの（1/2 DR）のデータとが加算器73に供給され
る。この加算器73の出力端子69に最小レベル除去後のデ
ータDTIが取り出される。尚、以上の説明では、符号化コードDTとダイナミック
レンジDRと最小レベルMINとの３者を送信している。し
かし、付加コードとして最小レベルMIN及び最大レベルM
AXを伝送しても良く、又はダイナミックレンジDR及び最
小レベルMINを伝送しても良い。〔発明の効果〕この発明に依れば、伝送するデータの量を元のデータ
の量に比して減少でき、伝送帯域を狭くすることができ
る。また、この発明は、画素データの変化幅が小さい定
常部では、受信データから元の画素データを略々完全に
復元することができ、画質の劣下が殆どない利点があ
る。更に、この発明では、ダイナミックレンジがブロッ
ク毎に対応して定まるので、変化幅が大きいエッジ等の
過渡部での応答が良いものとなる。また、この発明で
は、最大値及び最小値の画素データが１ブロック内に必
ず存在しているために、誤差が０の符号化コードを多く
することができ、復号画像の画質を向上できる。さら
に、この発明は、ディジタルVTRに適用した場合に、ダ
ビング（符号化−復号化）を繰り返す度に、ダイナミッ
クレンジが縮小し、画質が劣化することを防止すること
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３図は伝送データの構成の複数の例の説明に用い
る略線図、第４図は１ブロック内の画素データのレベル
分布の説明に用いる略線図、第５図はエンコーダブロッ
クの一例のブロック図、第６図はエンコーダブロックに
おける符号化方法の説明の参考に用いる略線図、第７図
はエンコーダブロックの他の例のブロック図、第８図は
エンコーダブロックにおけるこの発明による符号化方法
の説明のための略線図、第９図は受信側の構成を示すブ
ロック図、第10図はデコーダのブロック図、第11図はデ
コーダブロックの一例のブロック図、第12図はデコーダ
ブロックの他の例のブロック図である。 1:ディジタルテレビジョン信号の入力端子、2:サンプリ
ングクロックの入力端子、5:エンコーダブロック、6:ダ
イナミックレンジDRの出力端子、7:最小レベルMINの出
力端子、8:符号化コードDTの出力端子。

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．ディジタルテレビジョン信号の１次元ブロック内に
含まれる複数の画素データの最大値及び上記複数の画素
データの最小値を検出する検出手段と、上記最小値を上記複数の画素データの値から減算し、最
小値除去後の修正入力データを形成する形成手段と、上記最大値及び上記最小値から上記１次元ブロックのダ
イナミックレンジを検出する検出手段と、上記ダイナミックレンジを（2^m−１）に分割して得られ
たレベル幅をさらに二つに分割して得られたレベル幅
を、上記最大値の下側及び上記最小値の上側にそれぞれ
持つように、2^m個のレベル範囲を設定し、上記修正入力
データの値が属する上記レベル範囲と対応し、且つ元の
量子化ビット数より少ない、ｍビットの符号化コード信
号を発生する符号化手段と、上記ダイナミックレンジ、上記最大値、上記最小値の少
なくとも２個を付加コードとして、上記符号化コード信
号とともに伝送する伝送手段とからなることを特徴とするテレビジョン信号の高能率符
号化装置。２．ディジタルテレビジョン信号の１次元ブロック内に
含まれる複数の画素データのダイナミックレンジ、最大
値、最小値の内の少なくとも２個を含む付加コードと、上記ダイナミックレンジを（2^m−１）に分割して得られ
たレベル幅をさらに二つに分割して得られたレベル幅
を、上記最大値の下側及び上記最小値の上側にそれぞれ
持つ2^m個のレベル範囲を設定し、上記レベル範囲の内
で、上記最小値を上記１次元ブロック内の複数の画素デ
ータの値から減算することで形成された修正入力データ
の値が属する上記レベル範囲と対応し、且つ元の量子化
ビット数より少ない、ｍビットの符号化コード信号とを
伝送する高能率符号化の復号装置において、上記付加コードと上記符号化コード信号とを受け取り、
上記最大値の下側のレベル範囲に属する上記符号化コー
ド信号の値を上記最大値に変換し、上記最小値の上側の
レベル範囲と属する上記符号化コード信号の値を上記最
小値に変換するように、上記符号化コード信号を代表値
に変換するための変換手段と、上記変換手段と結合され、上記最小値を加算することに
よって、復元レベルを形成する手段とからなることを特徴とする高能率符号化の復号装置。