JP2844861B2

JP2844861B2 - 画像信号の高能率符号化装置及び符号化方法

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Publication number: JP2844861B2
Application number: JP17332490A
Authority: JP
Inventors: 健治高橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JPH0461591A

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VTR等に適用され、カラービ
デオデータの伝送データ量を圧縮するための高能率符号
化装置及び符号化方法に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、輝度データ及び色差データの夫々に関す
るブロック符号化回路とバッファリング回路とを有し、色信号のバッファリング回路は、色差データ用のブロ
ック符号化回路の出力データ量を減少させる方向の制御
を許容限界値で制限するように構成されたもので、復元
画像の色の劣化を防止することができる。

〔従来の技術〕

ビデオ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高能率符号化方法が
知られている。

本願出願人は、特開昭61−144989号公報に記載されて
いるような、２次元ブロック内に含まれる複数画素の最
大値及び最小値により規定されるダイナミックレンジを
求め、このダイナミックレンジに適応した符号化を行う
高能率符号化装置を提案している。また、特開昭62−92
620号公報に記載されているように、複数フレームに夫
々含まれる領域の画素から形成された３次元ブロックに
関してダイナミックレンジに適応した符号化を行う高能
率符号化装置が提案されている。更に、特開昭62−1286
21号公報に記載されているように、量子化を行った時に
生じる最大歪が一定となるようなダイナミックレンジに
応じてビット数が変換する可変長符号化方法が提案され
ている。

先に提案されているダイナミックレンジに適応した符
号化方法（ADRCと称する）では、ダイナミックレンジDR
（最大値MAXと最小値MINの差）が例えば（８ライン×８
画素＝64画素）からなる２次元的なブロック毎に算出さ
れる。また、入力画素データからそのブロック内で最小
のレベル（最小値）が除去される。この最小値除去後の
画素データが代表レベルに変換される。この量子化は、
元の量子化ビット数より少ないビット数例えば２ビット
と対応する４個のレベル範囲に検出されたダイナミック
レンジDRを分割し、ブロック内の各画素データが属する
レベル範囲を検出し、このレベル範囲を示すコード信号
を発生する処理である。

上述のダイナミックレンジに適応したADRC符号化は、
伝送すべきデータ量を大幅に圧縮できるので、ディジタ
ルVTRに適用して好適である。特に、可変長ADRCは、圧
縮率を高くすることができる。しかし、可変長ADRCは、
伝送データの量が画像の内容によって変動するため、所
定量のデータを１トラックとして記録するディジタルVT
Rのような固定レートの伝送路を使用する時には、伝送
データ量を制御するためのバッファリングの処理が必要
とされる。

可変長ADRCのバッファリングの方式として、本願出願
人は、特願昭61−257586号明細書に記載されているよう
に、累積型のダイナミックレンジの度数分布を形成し、
この度数分布に対して、予め用意されている割り当てビ
ット数を定めるためのしきい値を適用し、所定期間例え
ば１フレーム期間の発生データ量を求め、発生データ量
が目標値を超えないように、制御するものを提案してい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ディジタルカラービデオ信号の場合では、これが輝度
データ及び色差データに分割され、各コンポーネントデ
ータに対してADRC及びバッファリングの処理がなされ
る。従来では、輝度データ及び色差データに対して、同
様のバッファリングの処理がなされていた。

かかるバッファリングは、ADRCで発生したデータ量が
伝送容量に比較してそれほど多くない場合では、特に問
題が生じない。しかし、発生データ量が多く、データ量
の圧縮を高くする場合には、輝度データと色差データと
に対して同様のバッファリング処理を行った時に、復元
画像において、色の劣化が目立つ問題が生じる。その理
由は、サンプリング周波数の比である（Y:U:V＝4:2:2）
のように、元々色差データの情報量が輝度データに比し
て少ないので、色差データの情報量を削減しても効果的
ではなく、輝度データと同様に削減した時には、色のに
じみ、色のブロック歪が発生する問題がある。

つまり、色差データは、輝度データに比してサンプリ
ング周波数が低いので、画面上の画素の面積が輝度デー
タより大きい。通常では、輝度データと同一の画素数で
ブロックが構成されているので、１ブロックの面積が大
きくなり、データ量をある程度以上、少なくすると、色
のブロック歪が目立つものとなる。また、異なる色が同
一ブロック内に存在する場合に、情報量が減少すると、
このブロックを一つの色情報で表すような現象となるの
で、色のにじみが生じ、画像が見苦しいものとなる。

従って、この発明の目的は、輝度データと色差データ
とに関して異なるパラメータでバッファリングを行うこ
とにより、復元画像中の色の劣化が防止された画像信号
の高能率符号化装置及び符号化方法を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、輝度データ及び色差データを夫々ブロッ
ク化するブロック化回路（7Y、7C）と、ブロック化回路
（7Y、7C）の出力データを夫々ブロック符号化するブロ
ック符号化手段（8Y、8C）と、ブロック符号化手段（8
Y、8C）の出力データの所定期間における発生データ量
を、伝送系の伝送容量で定まる所定量以内に抑えるよう
にブロック符号化手段（8Y、8C）を制御するバッファリ
ング手段（14Y、14C）とを有し、バッファリング手段（14C）は、色差データ用のブロ
ック符号化手段（8C）の出力データ量を減少させる方向
の制御を許容限界値で制限するように構成されているこ
とを特徴とする画像信号の高能率符号化装置である。ま
た、この発明は、上述のように輝度データ及び色差デー
タを符号化する方法である。

〔作用〕

色差データに関するエンコーダ8Cに設けられたバッフ
ァリング回路14Cは、発生データ量を許容限界値以下に
少なくしないので、再生画像中に色の劣化が目立つこと
が防止される。

〔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図は、カラービデオ信号をディジタル信号
に変換し、ディジタルカラービデオ信号を記録するディ
ジタルVTRの記録側の構成を示す。

入力端子1R、1G、1Bには、ビデオカメラ等で発生した
三原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂが供給される。三原色信号がA/D
変換器2R、2G、2Bで夫々ディジタル信号に変換される。
A/D変換器2R、2G、2Bの出力がディジタルマトリクス回
路３に供給される。マトリクス回路３から輝度データＹ
と色差データＵ、Ｖからなるコンポーネントデータが発
生する。画素データは、１サンプルが８ビットのデータ
である。コンポーネントデータのサンプリング周波数の
比（Y:U:V＝4:4:4）である。

輝度データＹは、サンプリング周波数（Fs）変換回路
４に供給され、サンプリング周波数が3/4に下げられ
る。色差データＵ及びＶは、サブサンプリング回路５に
供給され、そのサンプリング周波数が1/4（相対値で４
から１）とされる。サブサンプリング回路５の出力がサ
ブライン回路６に供給され、二つの色差データＵ及びＶ
が線順次化される。サンプリング周波数変換回路４及び
サブライン回路６の出力側では、コンポーネントデータ
のサンプリング周波数の比を（3:1:0）と表すことがで
きる。

サンプリング周波数変換回路４からの輝度データがブ
ロック化回路7Yに供給され、サブライン回路６からの線
順次色差データがブロック化回路7Cに供給される。ブロ
ック化回路7Y及び7Cでは、データの順序が走査線の順序
からブロックの順序へ変換される。１フレームの画像が
（４×４）、（８×８）等の大きさのブロックに細分化
される。ブロック化回路7Yに対して、ブロック符号化の
一つであるADRCのエンコーダ8Yが接続される。ブロック
化回路7Cに対して、ADRCのエンコーダ8Cが接続される。
これらのエンコーダ8Y及び8Cと関連してバッファリング
回路14Y及び14Cが設けられている。

エンコーダ8Y及び8Cは、互いに同一の構成であり、エ
ンコーダ8Yについて説明し、エンコーダ8Cの対応する部
分の説明を省略する。

ブロック化回路7Yの出力信号が検出回路9Y及び遅延回
路10Yに供給される。検出回路9Yは、ブロックのダイナ
ミックレンジDR及び最小値MINを検出する。遅延回路10Y
は、最小値MIN及びダイナミックレンジDRを検出する時
間、データを遅延させる。減算回路11Yでは、遅延回路1
0Yからのビデオデータから最小値MINが減算され、減算
回路11Yから最小値が除去されたビデオデータが得られ
る。

減算回路11Yの出力データ及びダイナミックレンジDR
が遅延回路12Y及び15Yを夫々介して量子化回路13Yに供
給される。量子化回路13Yから元のビット数（８ビッ
ト）より少ないｎビットのコード信号DTが得られる。量
子化回路13Yは、ダイナミックレンジDRに適応した量子
化を行う。つまり、ダイナミックレンジDRを2ⁿ等分した
量子化ステップΔで、最小値が除去されたビデオデータ
PDIが除算され、商を切り捨てで整数化した値がコード
信号DTとされる。量子化回路13Yは、除算回路或いはROM
で構成できる。

コード信号DTに割り当てられるビット数ｎは、所定期
間例えば１フレーム当りの発生データ量が目標値を超え
ないように決定されたものである。このバッファリング
のために、ダイナミックレンジDRが供給されるバッファ
リング回路14Yが設けられている。バッファリング回路1
4Yでは、後述のように、しきい値の組（T1、T2、T3、T
4）が複数例えば11組用意されており、これらのしきい
値の組がパラメータコードPi（ｉ＝1,2,3,・・,11）に
より区別される。パラメータコードPiの番号ｉが大きく
なるに従って、発生データ量が単調に減少するように設
定されている。但し、発生データ量が減少するに従って
復元画像の画質が劣化する。

バッファリング回路14Yからのしきい値T1〜T4と遅延
回路15Yを介されたダイナミックレンジDRとがビット数
決定回路16Yに供給される。遅延回路15Y及び12Yは、バ
ッファリング回路14Yでしきい値T1〜T4が決定されるの
に要する時間、データを遅らせるために設けられてい
る。ビット数決定回路16Yでは、ダイナミックレンジDR
とバッファリング回路14Yからのしきい値T1〜T4（T1＜T
2＜T3＜T4）とが供給される。ダイナミックレンジDRと
しきい値T1〜T4との大きさの関係に基づいて、割り当て
ビット数ｎが決定される。

エンコーダ8YからはダイナミックレンジDR、最小値MI
N、コード信号DT及びパラメータコードPiが発生し、色
信号のエンコーダ8Cからも同様の符号化出力が発生す
る。これらの符号化出力がフレーム化回路17に供給さ
れ、出力端子18には、伝送データが取り出される。フレ
ーム化回路17は、上述の符号化出力がバイトシリアルに
配列され、同期信号が付加された伝送データを形成す
る。また、フレーム化回路17では、エラー訂正符号の符
号化がなされる。

第２図は、バッファリング回路14Yの一例を示す。バ
ッファリング回路14Yには、度数分布表及び累積度数分
布表を作成するために、21で示すメモリ（RAM）が設け
られ、このメモリ21に対してマルチプレクサ22を介して
アドレスが供給される。マルチプレクサ22の一方の入力
として入力端子23からダイナミックレンジDRが供給さ
れ、その他方の入力としてアドレス発生回路30からのア
ドレスが供給される。メモリ21には、加算回路24の出力
信号が入力され、メモリ21の出力データとマルチプレク
サ25の出力とが加算回路24で加算される。

加算回路24の出力がレジスタ26に供給され、レジスタ
26の出力がマルチプレクサ25及び比較回路27に供給され
る。マルチプレクサ25には、レジスタ26の出力の他に０
及び＋１が供給されている。発生データ量の演算動作が
されると、レジスタ26の出力に例えば１フレーム期間に
発生するデータ量Aiが求められる。

比較回路27では、発生データ量Aiと端子28からの目標
値Ｑとが比較され、比較回路27の出力信号がパラメータ
コード発生回路29及びレジスタ31に供給される。パラメ
ータコード発生回路29からのパラメータコードPiがアド
レス発生回路30及びレジスタ31に供給される。レジスタ
31に取り込まれたパラメータコードPiが前述のようにフ
レーム化回路17に供給されると共に、ROM32に供給され
る。ROM32には、しきい値のテーブルが格納されてい
る。ROM32は、アドレスとして入力されたパラメータコ
ードPiと対応してしきい値の組（T1i、T2i、T3i、T4i）
を発生する。このしきい値は、前述のように、比較回路
27に供給される。

第３図は、バッファリング回路8Yの動作を示すフロー
チャートである。最初のステップ41で、メモリ21、レジ
スタ26、レジスタ31がゼロクリアされる。メモリ21のゼ
ロクリアのために、マルチプレクサ22がアドレス発生回
路30で発生したアドレスを選択し、加算回路24の出力が
常に０とされる。アドレスは、（0,1,2,・・・・,255）
と変化し、メモリ21の全てのアドレスに０データが書き
込まれる。

次のステップ42で、メモリ21にバッファリングのされ
る単位期間である１フレームのダイナミックレンジDRの
度数分布が作成される。マルチプレクサ22は、端子23か
らのダイナミックレンジDRを選択し、マルチプレクサ25
が＋１を選択する。従って、１フレーム期間が終了した
時、ダイナミックレンジDRと対応するメモリ21の各アド
レスに、各DRの発生度数が記憶される。このメモリ21の
度数分布表は、第４図Ａに示すように、DRを横軸とし、
度数を縦軸とするものである。

次に、度数分布表が累積度数分布表に変換される（ス
テップ43）。累積度数分布表を作成する時には、マルチ
プレクサ22がアドレス発生回路30からのアドレスを選択
し、マルチプレクサ25がレジスタ26の出力を選択する。
アドレスが255から０に向かって順次ディクレメントす
る。メモリ21の読み出し出力が加算回路24に供給され、
加算回路24でレジスタ26の内容と加算される。加算回路
24の出力がメモリ21の読み出しアドレスと同一のアドレ
スに書き込まれると共に、レジスタ26の内容が加算回路
24の出力に更新される。メモリ21のアドレスが255とさ
れる初期状態では、レジスタ26がゼロクリアされてい
る。メモリ21の全アドレスに関して、度数が累積された
時に、メモリ21には、第４図Ｂに示す累積度数分布表が
作成される。

この累積度数分布表に対してしきい値の組（T1i、T2
i、T3i、T4i）が適用された時の発生データ量Aiが演算
される（ステップ44）。発生データ量Aiの演算時には、
マルチプレクサ22がアドレス発生回路30の出力を選択
し、マルチプレクサ25がレジスタ26の出力を選択する。
パラメータコード発生回路29は、P1からP11に向かって
順次変化するパラメータコードを発生する。パラメータ
コードPiがアドレス発生回路30に供給され、（T1i、T2
i、T3i、T4i）の各しきい値と対応するアドレスが順次
発生する。各しきい値と対応するアドレスから読み出さ
れた値が加算回路24とレジスタ26とで累算される。この
累積値がパラメータコードPiで指定されるしきい値の組
が適用された時の発生データ量Aiと対応している。つま
り、第４図Ｂに示す累積度数分布表において、しきい値
T1、T2、T3、T4と夫々対応するアドレスから読み出され
た値A1、A2、A3、A4の合計値（A1＋A2＋A3＋A4）に対し
て、ブロック内の画素数（64）を乗じた値は、発生デー
タ量（ビット数）である。但し、画素性は、一定である
ため、第２図に示されるバッファリング回路8Yでは、64
の乗算処理を省略している。

この発生データ量Aiが目標値Ｑと比較される（ステッ
プ45）。（Ai≦Ｑ）が成立する時に発生する比較回路27
の出力がパラメータコード発生回路29及びレジスタ31に
供給され、パラメータコードPiのインクリメントが停止
されると共に、そのパラメータコードPiがレジスタ31に
取り込まれる。レジスタ31からのパラメータコードPiと
ROM32で発生したしきい値の組とが出力される（ステッ
プ46）。

比較回路27における判定のステップ45で、（Ai≦Ｑ）
が成立しない時には、パラメータコードPiが次のものPi
＋１に変更され、Pi＋１に対応するアドレスがアドレス
発生回路30から発生する。上述と同様に発生データ量Ai
＋１が演算され、比較回路27で目標値Ｑと比較される。
（Ai≦Ｑ）が成立するまで、上述の動作が繰り返され
る。

第５図は、パラメータコードP1〜P11で指定されるし
きい値の組の一例を示す。このしきい値の組は、しきい
値T1〜T4の値が大きくなり、従って、発生データ量が順
次減少するように、設定されている。

色信号に関するエンコーダ8Cと関連して設けられてい
るバッファリング回路14Cも、上述のバッファリング回
路14Yと同様のものである。但し、バッファリング回路1
4Cでは、第５図に示すしきい値のテーブルにおいて、劣
化を許容できる限界値であるパラメータコードP7（一
例）において、しきい値の更新が停止されるか、または
このしきい値の組が上限値とされている。

なお、以上の説明では、コード信号DTとダイナミック
レンジDRと最小値MINとを送信している。しかし、付加
コードとしてダイナミックレンジDRの代わりに最大値MA
Xまたは量子化ステップ幅を伝送しても良い。

図示せずも、再生側では、フレーム分解回路、ADRCの
デコーダ、ブロック分解回路、補間回路、マトリクス回
路等が設けられている。ADRCのデコーダは、パラメータ
コードPiで指定されるしきい値T1〜T4とダイナミックレ
ンジDRとからビット数ｎを復号し、ビット数ｎ及びダイ
ナミックレンジDRに応じた量子化ステップΔとコード信
号DTの値とを使用してレジスタの復元を行う。更に、こ
の復元レベルに対して最小値MINが加算される。

なお、この発明は、上述のADRC以外のDCT（Discrete
cosine transform）等のブロック符号化を使用すること
ができる。

〔発明の効果〕

この発明は、輝度データと色差データとのバッファ処
理を夫々行う時に、色差データのデータ量を削減する限
界値を設定しているので、復元画像の画質の劣化を防止
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図はバ
ッファリング回路の一例のブロック図、第３図はバッフ
ァリング回路の説明に用いるフローチャート、第４図は
バッファリング回路の説明に用いる略線図、第５図はバ
ッファリングのためのしきい値のテーブルの一例を示す
略線図である。図面における主要な符号の説明 7Y、7C:ブロック化回路、 8Y、8C:ADRCのエンコーダ、 9Y、9C:ダイナミックレンジDR及び最小値を検出するた
めの検出回路、 13Y、13C:量子化回路、 14Y、14C:バッファリング回路、 32:しきい値テーブルが格納されたROM。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 11/00 - 11/24 H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】輝度データ及び色差データを夫々ブロック
化するブロック化回路と、上記ブロック化回路の出力デ
ータを夫々ブロック符号化するブロック符号化手段と、
上記ブロック符号化手段の出力データの所定期間におけ
る発生データ量を、伝送系の伝送容量で定まる所定量以
内に抑えるように上記ブロック符号化手段を制御するバ
ッファリング手段とを有し、上記バッファリング手段は、上記色差データ用のブロッ
ク符号化手段の出力データ量を減少させる方向の制御を
許容限界値で制限するように構成されていることを特徴
とする画像信号の高能率符号化装置。
【請求項２】ブロック化回路によって輝度データ及び色
差データを夫々ブロック化し、ブロック符号化手段によ
ってブロック化されたデータを夫々ブロック符号化し、
バッファリング手段によってブロック符号化されたデー
タの所定期間における発生データ量を、伝送系の伝送容
量で定まる所定量以内に抑えるように上記ブロック符号
化手段を制御し、上記バッファリング手段は、上記色差データ用のブロッ
ク符号化手段の出力データ量を減少させる方向の制御を
許容限界値で制限することを特徴とする画像信号の高能
率符号化方法。