JP2846206B2 - サブバンド符号化装置 - Google Patents

サブバンド符号化装置

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JP2846206B2 JP5249993A JP5249993A JP2846206B2 JP 2846206 B2 JP2846206 B2 JP 2846206B2 JP 5249993 A JP5249993 A JP 5249993A JP 5249993 A JP5249993 A JP 5249993A JP 2846206 B2 JP2846206 B2 JP 2846206B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像の伝送および記録
のための画像データ符号化を行うのに好適な、サブバン
ド符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来行われている一次元情報のサブバン
ド符号化システムの構成例は、図1に示す通りである。
この構成は基本要素である低域通過フィルタ(LPF)
と高域通過フィルタ(HPF)の対を繰り返し用いるこ
とによって、入力データ列を多くの帯域成分に分割する
ものである。
【0003】図1に示すように、LPF出力に対して分
割を繰り返し、HPF出力はそのまま伝送する。受信側
では図1の右側部分に示す合成フィルタバンクにより帯
域成分の合成を行い、データを復元する。
【0004】画像のような二次元情報のサブバンド符号
化においては画像の水平方向および垂直方向に対してそ
れぞれ独立に帯域分割を行う。各方向に対して分割を多
段に行う場合は水平方向と垂直方向について一段ずつ交
互に分割する必要がある。つまり、水平方向に対して分
割を行った後で、垂直方向に対して分割を行い、垂直方
向の低域について水平方向の分割を行い、この分割を繰
り返す。したがって、二次元情報のサブバンド分割フィ
ルタバンクの構成例は図2のようになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図2に示す構成の基本
要素である低域通過フィルタ(LPF)と高域通過フィ
ルタ(HPF)は、デジタルフィルタを構成するときの
タップ数(遅延素子の数)が2以上のデジタルフィルタ
である。ここでタップとは、1サンプル遅延素子が多数
接続されている各つなぎ目からの取り出し口のことをい
う。
【0006】各フィルタの出力は図2に示すように2対
1のサブサンプリングを行うので、フィルタのタップ数
が2の場合は、サブサンプラー出力において時間的に連
続する各サンプルの値に関与する入力データは互いに重
複しない。サブサプリングとは、ナイキスト周波数以下
の標本化周波数で標本化することをいい、サブナイキス
トサンプリングともいう。
【0007】ここでデータ圧縮を行うため、各サブサン
プラー出力を量子化、すなわち出力値の丸め処理をして
伝送し、受信側で復号したときは、量子化に伴う歪がそ
のまま復号出力に現れる。この歪は、テレビモニター等
で映したときに、視覚的に目立つものである。
【0008】この歪を目立たなくするには、デジタルフ
ィルタのタップ数を増やしてサブサンプラー出力値に関
与する入力データをオーバーラップさせればよい。2対
1のサブサンプリングを行うときは、フィルタのタップ
数を4以上にする必要がある。
【0009】ところが、ここで、別の問題が発生する。
例えば、フィルタタップ数(係数列の長さ)を4として
多段構成するものとする。1段目と2段目を合わせて一
つのフィルタと考えたときの係数列の長さは10とな
る。また、1段目から3段目までを一つのフィルタと見
なしたときの係数列の長さは22となる。このように、
段数の増加に伴って係数列の長さは急増する。
【0010】具体的に説明をすると、フィルタのタップ
数は4であるから、係数をA0 ,B0 ,C0 およびD0
として、1段目のフィルタの伝達関数は、
【0011】
【数1】 A0Z0+B0Z-1 +C0Z-2 +D0Z-3 (イ) となる。2段目のフイルタは、2対1のサブサンプリン
グを行ったデータを扱うので、A1 ,B1 ,C1 および
1 を係数として、
【0012】
【数2】 A1Z0+B1Z-2 +C1Z-4 +D1Z-6 (ロ) となる。よって、1段目と2段目を合わせて一つのフィ
ルタとしたとき、(イ) と(ロ) を掛け合わせて下記のよう
になる。
【0013】
【数3】 [A0Z0 +B0Z-1 +C0Z-2 +D0Z-3][A1Z0 +B1Z-2 +C1Z-4 +D1Z-6] =A0A1Z0+・・・+D0D1Z-9 (ハ) となる。さらに、3段目のフィルタは、A2 ,B2 ,C
2 およびD2 を係数として、
【0014】
【数4】 A2Z0+B2Z-4 +C2Z-8 +D2Z-12 (ニ) となる。1段目から3段目までを一つのフィルタと見な
せば、(ハ) と(ニ) を掛け合わせて、
【0015】
【数5】 [A0A1Z0 +・・・+D0D1Z-9][A2Z0 +B2Z-4 +C2Z-8 +D2Z-12] =A0A1A2Z0+・・・+D0D1D2Z-21 したがって、係数列の長さは、4,10,22,・・・
の順に増加していく。係数列が互いにオーバーラップし
ているとき、画面の端においては係数列の一部が画面を
はみ出すことになる。入力データは画面の外においてゼ
ロであると考えれば、画面端において大きなレベル変化
が生じている。ラスタ走査の場合には、ブランキング部
分があるために、画素データの連続性が保たれない。例
えば、左が黒レベルで右が白レベルの場合には、ラスタ
走査の場合には、白から黒に急激にレベルが変化するた
め、サブバンドフィルタで分割すると全ての周波数成分
が存在することになるので、サブバンド分割した各成分
が大きな値となり、効率の良いデータ圧縮を行うことが
できないという問題がある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した問題点
を解決するため、ラスタ走査とは異なり、1フレームま
たは1フィールド内の全画素をブランキング部を含まず
1回だけ通る連続走査としてのエンドレス走査を行っ
て画面端を等価的に無くし、その結果得られたデータ列
に対してサブバンド分割符号化を行うことを特徴とす
る。
【0017】このようなエンドレス走査により得られた
データ列では、ステップ的なレベル変化は生じないの
で、上記の問題は生じない。また、本発明によれば、エ
ンドレス走査により二次元情報が一次元化されるので、
図1または図3(分割部のみ)に示した一次元情報用の
フィルタバンクを用いることができる。
【0018】次に画面内の全画素をただ1回だけ通るエ
ンドレス走査パターンの構成法について述べる。「一」
の字または「コ」の字形を基本とする開路パターンを2
個向かい合わせに接続して、エンドレスパターンを構成
する。開路パターンは、基本開路パターンと複合開路パ
ターンとに分けられる。
【0019】基本開路パターンの例を図4に示す。縦、
横に画素が並べられた長方形の下辺が開路となってい
る。複合開路パターンは基本開路パターンを複数個組み
合わせたものであり、その幾つかの例を図5に示す。同
じく長方形の下辺が開路となっている。
【0020】このようにして出来上がったエンドレスパ
ターン上の各点を開路パターンで置き換えることによ
り、さらに大きなエンドレスパターンを構成できる。こ
の開路パターンによる置き換えは何回でも繰り返し行う
ことができ、エンドレスパターンを限界なく大きくする
ことができる。
【0021】図4および図5に示すパターンの例を見て
わかるように、水平方向の画素数が奇数で垂直方向の画
素数が偶数である開路パターンを構成することができな
い。したがって、水平方向および垂直方向とも画素数が
奇数となるエンドレスパターンを構成することはできな
い。しかし、今までに実用になっている動画像、静止画
像システムにおいて画素数が水平、垂直とも奇数である
例はなく、今後もないと考えられるので、上に述べたエ
ンドレス走査パターンの構成法は実用上問題がないとい
える。
【0022】次に、走査線数525本、毎秒60フィー
ルドのコンポーネント・テレビジョン方式(CCIR
Rep 601準拠)を例に、具体的構成法を述べる。
この方式の1フレームの有効画素数は水平720,垂直
480である。この数を次のような積の形に分解する。
【0023】
【数6】720 ×480 =3×2×152 ×162 積の最後の形はできるだけ(2P2 の形とし、Pの値
が大きくなるようにする。まず、最初は3×2の大きさ
のエンドレスパターンを、図6に示すように、2×2の
開路パターンと2×1の開路パターンの組み合わせで構
成する。次に、このエンドレスパターンの各点を152
の開路パターンで置き換える。
【0024】152 の開路パターンは図5に示されてい
る。3×2×152 の大きさになったエンドレスパター
ンの各点を、さらに162 の開路パターンで置き換え
る。162 の開路パターンは、図5に示す4×4の開路
パターンを4個組み合わせることによって得られる。そ
の結果、3×2×152 ×162 の大きさのエンドレス
パターンが得られる。
【0025】
【実施例】本発明の一実施例を、図7により説明する。
【0026】入力端子1には映像信号を加える。A/D
変換器2により入力をディジタルデータに変換する。フ
レームメモリまたはフィールドメモリ3により、ラスタ
走査をエンドレス走査に変換する。エンドレス走査に変
換するためのメモリ読み出しアドレスは、前項に示した
ようなエンドレスパターンになるように、予めアドレス
発生器4にて作成し、そのパターンをフレームまたはフ
ィールドごとに繰り返す。
【0027】次に、分割フィルタバンク5により多数の
サブバンド成分に分割する。分割フィルタバンク5は、
例えば図1の左半分の部分または図3のような構造をも
つ。なお、図1および図3では分割フィルタ段数が2の
場合を示しているが、この段数は任意である。
【0028】6は量子化器である。量子化器6はフィル
タ出力の丸め、すなわちデータの精度(桁数)を必要最
小限まで減らす処理を行う回路である。この量子化は言
うまでもなく、データを圧縮するために行う。量子化は
分割フィルタごとに行い、精度をサブバンドごとに設定
できるようにする。
【0029】量子化された各段のフィルタ出力はマルチ
プレクサ7によって一体化され、時間的に直列に並べら
れる。データの並べ方の方法として、まず、後段のデー
タを先に並べること、1つの段の中では時間的な順序通
りに並べること、1つの段で同時に得られるいくつかの
出力は帯域の低い順に並べること、がある。後段のデー
タを先に並べる理由は、データの総量が前段より少な
く、また、電力が大きくて重要度が高いからである。
【0030】マルチプレクサ7の出力データをエントロ
ピー符号器8に入力し、エントロピー符号化を行う。エ
ントロピー符号化とは、入力データ値の発生確率に応じ
て出力符号の長さを変化させる符号化である。すなわ
ち、発生確率の高いデータには短い符号を割当て、発生
確率の低いデータには長い符号を割り当てることによっ
て統計的にデータ量を削減しようとするものである。各
データ値の発生確率を測定し、それに基づいて変換表を
作成する。
【0031】9は受信側で誤り訂正を行うためのチェッ
クデータ生成および付加回路である。伝送路で発生する
誤りが主としてランダム誤りか、または、バースト誤り
であるかによって、それぞれに適した誤り訂正方式を採
用する。
【0032】10はディジタル変調回路である。記録シ
ステムも含めて通常の伝送路は伝送周波数帯域の両端、
すなわち、直流分に近い低周波域と高周波域の伝送特性
が良くない。したがって、そのような特性の良くない周
波数領域の成分が少ない形に符号を変換する回路がディ
ジタル変調回路である。
【0033】11は伝送線路または記録システム、例え
ばVTRである。伝送線路またはVTR11によって伝
送または記録再生された符号データは、ディジタル復調
回路12に与えられる。このディジタル復調回路12は
ディジタル変調回路10と逆の動作をする回路である。
13は、伝送線路またはVTR11を通ったことにより
発生した誤りを検出し、訂正する誤り訂正回路である。
【0034】14はエントロピー復号器であり、エント
ロピー符号器8と逆の動作をする回路である。デマルチ
プレクサ15はマルチプレクサ7と逆の動作をする回路
であり、直列データを各サブバンドごとのデータに並列
化する回路である。
【0035】16は逆量子化器であり、量子化器6によ
って減らされたデータの桁数を元に戻す回路である。
【0036】17は合成フィルタバンクであり、例えば
図1の右半分のような形をとる。
【0037】18は走査変換用メモリであり、エンドレ
ス走査をラスタ走査に変換する。
【0038】19は走査変換用メモリ18のためのアド
レス発生器である。
【0039】20はD/A変換器であり、出力端子21
に復号出力を得る。
【0040】まとめ 従来の技術による二次元情報のサブバンド分割フィルタ
バンクの例は図2に示すものである。他方、本発明の一
実施例において図2の例と分割数が同じとなるサブバン
ド分割の例は図3に示す通りである。
【0041】本発明の方法を実施するには、図3の構成
の入力部分にラスター走査からエンドレス走査への変換
メモリが必要である。図3の構成に走査変換メモリを加
えた構成と図2の構成とを比較してみると、フィルタの
数は本発明の方法による一実施例が4個少ない。また、
走査変換メモリは従来の方法で5個必要であるのに対し
て、本発明の方法による一実施例では1個でよい。明ら
かにハードウェア規模は、本発明の一実施例によれば小
さくなる。
【0042】なお、これまではエンドレスパターンによ
る走査の結果得られる画像データ列をサブバンド符号化
するものとして説明をしてきたが、ここで得られた画像
データ列は連続するサンプル間で大きな相関を持つので
DPCMなどの予測符号化を行った場合にも効率のよい
符号化ができる。
【0043】
【発明の効果】以上説明したとおり本発明によれば、効
率の良い符号化を行うことが可能となるのみならず、ハ
ードウェアの規模を縮小することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一次元情報のサブバンド符号化システムの構成
例を示す図である。
【図2】二次元情報のサブバンド分割フィルタバンクの
構成例を示す図である。
【図3】一次元情報のサブバンド分割フィルタバンクの
構成例を示す図である。
【図4】基本開路パターンの例を示す図である。
【図5】複合開路パターンの例を示す図である。
【図6】エンドレスパターンの具体的構成(720×4
80の場合)を示す図である。
【図7】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 入力端子 2 A/D変換器 3 走査変換メモリ 4 アドレス発生器 5 分割フィルタバンク 6 量子化器 7 マルチプレクサ 8 エントロピー符号器 9 チェックデータ生成および付加回路 10 ディジタル変調回路 11 伝送線路または記録システム(例えばVTR) 12 ディジタル復調回路 13 誤り訂正回路 14 エントロピー復号器 15 デマルチプレクサ 16 逆量子化器 17 合成フィルタバンク 18 走査変換用メモリ 19 アドレス発生器 20 D/A変換器 21 出力端子 50 2対1サブサンプラー 60 加算器 70 走査変換メモリ 80 4対1サブサンプラー HPF ハイパスフィルタ LPF ローパスフィルタ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−369989(JP,A) 特開 昭62−264764(JP,A) IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND S YSTEMS FOR VIDEO T ECHNOLOGY VOL.1[2 ](1991)P.174−183 テレビジョン学会技術報告 VOL. 14[37](1990.7)p.25−30 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 7/24 - 7/68

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ラスタ走査された画素データを1フレー
    ム分又は1フィールド分記憶する記憶手段と、該記憶さ
    れた1フレーム分又は1フィールド分の画素データに対
    して、前記ラスタ走査とは異なる途切れのない連続走査
    を行って読み出す読出手段と、該連続走査によって読み
    出された画素データ列を、帯域別の成分データに分割す
    る帯域分割手段とを具え、前記ラスタ走査とは異なる途
    切れのない連続走査は、前記画素データの画素間隔に相
    当する標本化間隔の整数倍の長さを1辺とする長方形ま
    たは正方形を構成する全ての画素を、ブランキング部を
    含まずに1回だけ通り、当該長方形または正方形の1辺
    を開路とする開路パターンを用いて形成される2つの開
    路パターンを向かい合わせて作成する第1の走査パター
    ン、または、当該第1の走査パターンを構成する各画素
    を前記開路パターンにより置換した第2走査パターンに
    よって行うことを特徴とするサブバンド符号化装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT335502B (de) * 1973-05-25 1977-03-10 Plasser Bahnbaumasch Franz Maschine und verfahren zum stopfen und nivellieren eines gleises

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY VOL.1[2](1991)P.174−183
テレビジョン学会技術報告 VOL.14[37](1990.7)p.25−30

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