JP3161098B2 - 高能率符号化装置 - Google Patents

高能率符号化装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、コサイン変換等の変
換符号化で得られた係数データをADRC符号化するよ
うにしたハイブリッド高能率符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ディジタルビデオ信号を例えば回転ヘッ
ドにより磁気テープに記録するディジタルVTRが知ら
れている。ディジタルビデオ信号の情報量が多いので、
その伝送データ量を圧縮するための高能率符号化が採用
されることが多い。ADRC(Adaptive Dynamic Range
Coding)、DCT(Discrete Cosine Transform)等の種
々の高能率符号化が提案されている。
【0003】ADRCは、例えば特開昭61−1449
89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である。ADRC
の一つとして、可変長ADRCが提案されている。AD
RC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D
R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。従って、各画素の8ビットのデータが
2ビットに圧縮されて伝送される。
【0004】可変長ADRCは、量子化ビット数とし
て、例えば0、1、2、3ビット(0ビットは、量子化
コードを伝送しないことを意味する)を用意し、ダイナ
ミックレンジDRが大きい時には、量子化ビット数を多
くし、これが小さい時には、量子化ビット数を少なくす
るものである。
【0005】磁気テープを使用するディジタルVTR、
ディスク状記録媒体を使用するディスク記録装置等で
は、1フィールドあるいは1フレームのビデオデータが
複数個のトラックに記録されるのが普通である。しかし
ながら、上述のように、可変長出力が形成される時に
は、これらの所定期間のデータ量が変動する。このた
め、所定期間のデータ量を目標値以下とするためのバッ
ファリング処理が必要とされる。
【0006】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情報量
を求め、発生情報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。
【0007】高能率符号化の他のものとして、所定数の
画素からなるブロックに画面を分割し、ブロック毎に原
画像信号の特徴と合った変換軸で線形変換を行う変換符
号化が知られている。変換符号化としては、アダマール
変換、コサイン変換(discrete cosine transform)等が
知られている。コサイン変換で得られた係数データが量
子化され、量子化出力がランレングス符号化及びハフマ
ン符号化により、所定ビット数のコード信号に変換され
る。
【0008】コサイン変換で得られた係数データをより
圧縮し、また、係数データを伝送路の容量に合わせた所
定ビットレートのデータにすることを容易とするため
に、本願出願人は、コサイン変換とADRCとを組み合
わせたハイブリッド高能率符号化を提案している(特願
昭62−270564号及び特願昭63−245227
号参照)。
【0009】先に提案されているハイブリッド高能率符
号化では、係数データに関して人間の視覚特性に基づ
き、量子化を行っていた。つまり、係数データの中の直
流成分については、固定的に許容最大歪みを決めて、こ
れ以下に歪みが収まるように、直流成分を量子化し、ま
た、AC成分については、歪みを与えた時に劣化が目立
ち易い係数データ(低周波成分)を細かいステップで量
子化し、劣化が目立ち難い係数データ(高周波成分)を
粗いステップで量子化している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図4Aは、(4×4)
画素のDCTブロックBL1およびBL2の各画素の値
の一例である。二つのブロックの性質は、似ているが、
位相が反転している。このため、ブロックBL1および
BL2をコサイン変換すると、図4Bに示すような係数
データブロックCB1およびCB2が得られる。つま
り、両ブロックの同じ次数のAC係数の極性が(−3
7、37)、(15、−15)のように、極性が反転し
ている。同じ次数の係数データをまとめてADRC符号
化する場合、これらの逆極性の係数データがまとめられ
る。ADRCでは、まとめられた係数データのダイナミ
ックレンジを検出し、このダイナミックレンジに適応し
て量子化がなされる。ダイナミックレンジDRが大きい
と、固定長ADRCの場合には、量子化ステップが大き
くなり、量子化誤差が増大し、また、可変長ADRCの
場合には、係数データが(−37、37)または(1
5、−15)の2種類しかないにもかかわらず、割当て
ビット数が多くなる。
【0011】従って、この発明の目的は、変換符号化と
ADRC符号化とを組み合わせるハイブリッド符号化に
おいて、位相が反転しているために、検出されるダイナ
ミックレンジが大きくなる問題が防止された高能率符号
化装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明は、画像データ
を所定数の画素データからなるサブブロックに分割する
とともに、サブブロックの複数個からなる主ブロックに
画像データを分割するためのブロック化回路と、ブロッ
ク化回路の出力データをサブブロック毎に直交変換符号
化し、係数データを発生する直交変換符号化回路と、主
ブロック内で、直交変換回路からの係数データの同じ次
数のものをまとめサブブロックの大きさのADRCブロ
ックを構成する回路と、少なくとも係数データの中のA
C成分を絶対値に変換し、絶対値係数データに基づいて
ADRCブロックのダイナミックレンジを検出し、ダイ
ナミックレンジに適応して係数データを量子化するAD
RC符号化回路とを有してなる高能率符号化装置であ
る。
【0013】
【作用】コサイン変換回路3からの係数データが係数分
離回路4に供給され、係数分離回路4で直流成分の係数
データDCとAC成分の各係数データAC1〜AC15
とに分離される。主ブロック内で同じ次数の係数データ
がまとめられ、サブブロックが形成される。このサブブ
ロックのAC係数データがADRCエンコーダ51 〜5
15に供給され、サブブロックのダイナミックレンジDR
に適応してADRC符号化される。この場合、絶対値に
変換された係数データからダイナミックレンジが検出さ
れ、極性反転によりダイナミックレンジが大きくなるこ
とが防止される。
【0014】
【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。この一実施例の全体的な構成を示す
第1図において、1がディジタル画像信号が供給される
入力端子である。ディジタル画像信号がブロック化回路
2に供給され、コサイン変換のためのブロック構成に入
力ディジタル画像信号の順序が変更される。例えば1フ
レームの画像が(4×4)画素のDCTブロックに分割
される。また、複数のDCTブロックから主ブロック
(以下、ハイブリッドブロックと称する)が構成され
る。ハイブリッドブロックの大きさは、例えば(4×
4)DCTブロックである。
【0015】ブロック化回路2の出力信号がコサイン変
換回路3に供給され、コサイン変換回路3で従来と同様
の処理により、2次元コサイン変換がなされる。コサイ
ン変換回路3からのDCTブロックサイズと対応する
(4×4)の係数テーブルが得られる。勿論、コサイン
変換のブロックのサイズは、これに限定されるものでは
ない。
【0016】コサイン変換回路3からの係数データが係
数分離回路4に供給される。係数分離回路4は、直流成
分DCと、同じ次数(同次)のAC成分との計16個の
係数データを分離して出力する。分離回路6からのサブ
ブロックの係数データがADRCエンコーダ51
2 、・・・516にそれぞれ供給される。これらのAD
RCエンコーダ51 、52 、・・・516で発生した符号
化出力がフレーム化回路6により伝送データの形態に変
換され、出力端子7には、伝送又は記録媒体に記録され
るデータが取り出される。
【0017】図2は、上述のハイブリッド高能率符号化
の処理の流れを示す。ブロック化回路2によって、(1
6×16)画素のハイブリッドブロックが構成される。
一つのハイブリッドブロック内には、(4×4)サブブ
ロックが含まれる。コサイン変換回路3は、ハイブリッ
ドブロック内のサブブロックを変換し、サブブロック毎
に(4×4)の係数データを発生する。図2において、
DCが直流成分を示し、AC1、AC2、・・・・AC
15がAC成分を示す。係数データは、直流成分からス
タートしてジグザグ走査の順序で各係数データが配置さ
れた系列で伝送される。
【0018】そして、係数分離回路4は、ハイブリッド
ブロック内の16個のサブブロックのそれぞれの係数デ
ータ間で、同次のものがまとめる。その結果、同次の係
数データからなる16個のブロック(サブブロックと同
じ大きさ)が係数分離回路4から取り出される。ハイブ
リッドブロックは、空間的に近接したサブブロックから
なるので、同次の係数データの値も相関を有する。従っ
て、この係数データのブロックをADRC符号化するこ
とで、効率的に圧縮することができる。
【0019】図3は、この発明によるADRCエンコー
ダ52 の一例を示す。11で示す入力端子からの係数デ
ータAC1のサブブロックが絶対値化回路12および遅
延回路13に供給される。絶対値化回路12により絶対
値に変換された係数データが検出回路14に供給され
る。検出回路14は、サブブロック毎に最大値MAX及
び最小値MINを検出する。遅延回路13は、絶対値化
回路12および検出回路14で生じる遅延を補償するた
めに設けられている。
【0020】最大値MAXと最小値MINの差であるダ
イナミックレンジDRが減算回路15で求められる。絶
対値に変換された係数データを用いて最大値MAXおよ
び最小値MINを検出しているので、極性の相違によっ
てダイナミックレンジDRが大きくなることを防止でき
る。また、減算回路16において、遅延回路13からの
係数データから最小値MINが減算され、最小値が除去
されることで正規化された係数データが得られる。
【0021】この正規化された係数データが量子化回路
17に供給される。量子化回路17には、ダイナミック
レンジDRが供給される。係数データがダイナミックレ
ンジDRで規定される量子化ステップで割算され、その
商が整数とされることでコード信号(量子化データ)D
Tがが得られる。量子化回路17は、割算回路、ROM
等で構成できる。他のAC係数データに関するADRC
エンコーダ53 〜516も、図3に示されるADRCエン
コーダ52 と同様の構成を有している。直流成分に関す
るADRCエンコーダ51 も、図3と同様の構成でも良
いが、直流成分が負になることはないので、絶対値化回
路12を設けなくても良い。
【0022】また、図3に示すADRCエンコーダは、
符号化出力として、ダイナミックレンジDRと量子化コ
ードDTを発生し、最小値MINの伝送が省略される。
これは、絶対値に変換した後でダイナミックレンジDR
を検出すると、最小値MINが0である確率が高いこと
に基づいている。従って、最小値MINを0として記録
(伝送)しなくても、再生側では、ADRC復号を行う
ことができる。このように、伝送データ量を低減して効
率が改善される。
【0023】なお、ADRCの場合に、最大値MAXで
係数データを正規化しても良く、係数データの所定期間
の度数分布を求めて発生データ量を伝送路の容量に応じ
て制御するバッファリングを行っても良い。また、AD
RCの量子化において、ハイブリッドブロックの画像の
局所的特徴にく適応して量子化ビット数を制御しても良
い。更に、コサイン変換以外のアダマール変換等の直交
変換を使用しても良い。
【0024】
【発明の効果】この発明は、ハイブリッド高能率符号化
において、絶対値化された係数データからブロックのダ
イナミックレンジを検出するので、係数データの極性が
反転しているために、ダイナミックレンジが大きくなる
ことを防止できる。従って、量子化誤差が増大したり、
割り当てられる量子化ビット数が増大する問題を解決す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例のブロック図である。
【図2】この発明の一実施例における符号化の処理の流
れの説明に用いる略線図である。
【図3】この発明によるADRCエンコーダの一例のブ
ロック図である。
【図4】先に提案されているハイブリッド符号化の問題
点の説明に用いる略線図である。
【符号の説明】
3 コサイン変換回路 4 係数分離回路 51 〜516 ADRCエンコーダ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画像データを所定数の画素データからな
    るサブブロックに分割するとともに、上記サブブロック
    の複数個からなる主ブロックに上記画像データを分割す
    るためのブロック化手段と、 上記ブロック化手段の出力データを上記サブブロック毎
    に直交変換符号化し、係数データを発生する直交変換符
    号化手段と、 上記主ブロック内で、上記直交変換手段からの係数デー
    タの同じ次数のものをまとめ上記サブブロックの大きさ
    のADRCブロックを構成する手段と、 少なくとも上記係数データの中のAC成分を絶対値に変
    換し、絶対値係数データに基づいて上記ADRCブロッ
    クのダイナミックレンジを検出し、上記ダイナミックレ
    ンジに適応して上記係数データを量子化するADRC符
    号化手段とを有してなる高能率符号化装置。
  2. 【請求項2】 画像データを所定数の画素データからな
    るサブブロックに分割するとともに、上記サブブロック
    の複数個からなる主ブロックに上記画像データを分割す
    るためのブロック化手段と、 上記ブロック化手段の出力データを上記サブブロック毎
    に直交変換符号化し、係数データを発生する直交変換符
    号化手段と、 上記主ブロック内で、上記直交変換手段からの係数デー
    タの同じ次数のものをまとめ上記サブブロックの大きさ
    のADRCブロックを構成する手段と、 少なくとも上記係数データの中のAC成分を絶対値に変
    換し、絶対値係数データに基づいて上記ADRCブロッ
    クのダイナミックレンジを検出し、上記ダイナミックレ
    ンジに適応して上記係数データを量子化するADRC符
    号化手段と、 上記ADRC符号化手段からの上記ADRCブロックの
    上記ダイナミックレンジおよび最小値と、上記量子化出
    力を伝送データの形態に構成するためのフレーム化手段
    とを有してなる高能率符号化装置。
  3. 【請求項3】 画像データを所定数の画素データからな
    るサブブロックに分割するとともに、上記サブブロック
    の複数個からなる主ブロックに上記画像データを分割す
    るためのブロック化手段と、 上記ブロック化手段の出力データを上記サブブロック毎
    に直交変換符号化し、係数データを発生する直交変換符
    号化手段と、 上記主ブロック内で、上記直交変換手段からの係数デー
    タの同じ次数のものをまとめ上記サブブロックの大きさ
    のADRCブロックを構成する手段と、 少なくとも上記係数データの中のAC成分を絶対値に変
    換し、絶対値係数データに基づいて上記ADRCブロッ
    クのダイナミックレンジを検出し、上記ダイナミックレ
    ンジに適応して上記係数データを量子化するADRC符
    号化手段と、 上記ADRC符号化手段からの上記ADRCブロックの
    上記ダイナミックレンジおよび上記量子化出力を伝送デ
    ータの形態に構成するためのフレーム化手段とを有して
    なる高能率符号化装置。
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