JP3169369B2 - 画像信号符号化装置及び符号化方法 - Google Patents

画像信号符号化装置及び符号化方法

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JP3169369B2
JP3169369B2 JP02714989A JP2714989A JP3169369B2 JP 3169369 B2 JP3169369 B2 JP 3169369B2 JP 02714989 A JP02714989 A JP 02714989A JP 2714989 A JP2714989 A JP 2714989A JP 3169369 B2 JP3169369 B2 JP 3169369B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、伝送データ量を圧縮することができる画
像信号符号化装置及び符号化方法に関する。
〔従来の技術〕
画像データの伝送量を圧縮するために、原データと予
測データとの差分値を伝送するDPCMが知られている。差
分値の量子化は、効率が良い反面、エラーが伝播する問
題がある。
エラーの伝播が生じない高能率符号化として、本願出
願人は、ダイナミックレンジに適応した符号化(ADRC)
を提案している。例れば特開昭61−144989号公報には、
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
値の差分であ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適応符号化装置が
記載されている。また、特開昭62−92620号公報には、
複数フレームに各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
符号化を行う適応符号化装置が記載されている。更に、
特開昭62−128621号公報には、量子化を行った時に生じ
る最大歪みが一定となるように、ダイナミックレンジに
応じてビット数が変化する可変長符号化方法が開示され
ている。
上述のダイナミックレンジに適応した符号化(ADRCと
称する)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。
〔発明が解決しようとする課題〕
固定長ADRCの場合、ブロックのダイナミックレンジが
大きい場合には、量子化歪みが大きい問題がある。ま
た、ダイナミックレンジに応じてビット長が変化する可
変長ADRCの場合には、多いビット数が割り当てられるブ
ロックが増大し、伝送データ量の圧縮が不充分となる。
従って、この発明の目的は、差分値を量子化すること
で生じる効率が良い利点とエラーが伝播しないADRCの利
点との両者を有する画像信号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〕
請求項1の発明は、入力画像信号から所定数の画素デ
ータからなるブロックを構成し、ブロック毎に画像信号
を符号化する画像信号符号化装置において、 所定ブロックに含まれる少なくとも1つの代表画素デ
ータとその所定ブロックと隣接する複数のブロックにそ
れぞれ含まれる少なくとも1つの代表画素のデータの値
を、予測画素位置と代表画素データとの間の距離に応じ
た値を持つと共に、予め計算され、メモリに記憶されて
いる係数によって重み付け加算し、予測画素データを形
成する予測手段と、 予測画素データと所定ブロックに含まれる代表画素デ
ータを除く複数の非伝送画素データとの差分を検出し、
複数の差分データを形成する検出手段と、 複数の差分データをブロックと同一のブロック単位で
高能率符号化し、符号化データを発生する符号化手段
と、 各ブロック毎に、代表画素データと符号化データを伝
送する伝送手段とからなり、 符号化手段は、各ブロック毎に、複数の差分データの
最大値及び最小値を検出し、最大値及び最小値からダイ
ナミックレンジ情報を検出し、ダイナミックレンジを規
定する値を複数の差分データから減算して修正差分デー
タを形成し、ダイナミックレンジ情報に基いて修正差分
データを符号化するようになされ、 伝送手段は、各ブロック毎に、代表画素データ、ダイ
ナミックレンジに関連する情報と符号化データを伝送す
るようになされていることを特徴とする画像信号符号化
装置である。
請求項2の発明は、入力画像信号から所定数の画素デ
ータからなるブロックを構成し、ブロック毎に画像信号
を符号化する画像信号符号化方法において、 所定ブロックに含まれる少なくとも1つの代表画素デ
ータとその所定ブロックと隣接する複数のブロックにそ
れぞれ含まれる少なくとも1つの代表画素のデータの値
を、予測画素位置と代表画素データとの間の距離に応じ
た値を持つと共に、予め計算され、メモリに記憶されて
いる係数によって重み付け加算し、予測画素データを形
成し、 予測画素データと所定ブロックに含まれる代表画素デ
ータを除く複数の非伝送画素データとの差分を検出して
複数の差分データを形成し、 複数の差分データをブロックと同一のブロック単位で
高能率符号化し、符号化データを発生し、 各ブロック毎に、代表画素データと符号化データを伝
送するようになされ、 高能率符号化ステップは、各ブロック毎に、複数の差
分データの最大値及び最小値を検出し、最大値及び最小
値からダイナミックレンジ情報を検出し、ダイナミック
レンジを規定する値を複数の差分データから減算して修
正差分データを形成し、ダイナミックレンジ情報に基い
て修正差分データを符号化するようになされ、 伝送ステップは、各ブロック毎に、代表画素データ、
ダイナミックレンジに関連する情報と符号化データを伝
送するようになされていることを特徴とする画像信号符
号化方法である。
〔作用〕
直線、平面、曲面等のモデルを設定し、設定されたモ
デルと代表画素からブロック毎の予測データが予測回路
10で形成される。代表画素が伝送データとされ、ブロッ
ク内の非伝送データと予測データとの差分値(予測誤
差)が差分検出回路30で形成される。この差分値がADRC
で符号化され、差分値のダイナミックレンジ情報とコー
ド信号と代表画素のデータとが伝送される。差分値を符
号化するので、伝送データの圧縮率が向上し、また、伝
播エラーが発生しない利点がある。
〔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。この発明では、ブロックの画像データの変化を
直線(1次元)、平面(2次元)、曲面(2次元)等の
モデルでフィッティングすることで予測データが形成さ
れ、予測データと真値の差分値、即ち、残差がADRC符号
化される。この実施例では、一例として平面でフィッテ
ィングした後の残差がADRC符号化される。
第1図において、1で示す入力端子に、1サンプルが
8ビットにディジタル化されたディジタルビデオデータ
が供給される。ビデオデータは、ブロック化回路2で、
走査線の順序からブロックの順序にデータの配列が変換
される。この例では、第2図に示すように、(4ライン
×4画素=16画素)により、1ブロックが構成されてい
る。各ブロックの第1のラインの左端に位置する黒いド
ットで示す画素が必ず伝送される基本画素(代表画素)
である。基本画素の夫々の値がa、b、c、dとされ
る。
10で示す補間信号発生回路は、上述の基本画素の値を
使用してブロック内の他の伝送されない画素を予測す
る。基本画素でブロック内の非伝送画素を平面でフィッ
ティングする予測がなされる。即ち、非伝送画素と4個
の基本画素との距離の加重平均で補間信号(予測値)が
求められる。例えばxで示す値を持つ画素が基本画素と
の距離の逆数及び距離の自乗の逆数は、1ライン間隔及
び1サンプル間隔を夫々1とすると、以下のものであ
る。
従って、原データxと対応する補間信号yは、次式で
求められる。
x以外の非伝送画素についての補間信号もxと同様に
求められる。
補間信号発生回路10に基本画素のデータを供給するた
めに、4H(H:ライン周期)遅延回路3と1ブロック遅延
回路4とラッチ回路5、6、7、8とが設けられてい
る。これらのラッチ回路5〜8には、端子9からブロッ
ク周期のラッチパルスが供給され、ブロック内の所定の
位置の基本画素のデータa〜dがラッチ回路5〜8に夫
々取り込まれる。4H遅延回路4の途中から取り出された
出力端子は、4H遅延回路4の入力側と1ブロック時間の
遅延量を有している。ラッチ回路5に基本画素データd
が取り込まれる時には、ラッチ回路6に基本画素データ
dに対して1ブロック前の基本画素データcが取り込ま
れ、ラッチ回路7に基本画素データdの4H前の基本画素
データbが取り込まれ、ラッチ回路8に基本画素データ
bの1ブロック前の基本画素データaが取り込まれる。
これらの基本画素データが補間信号発生回路10の入力端
子11、12、13、14に夫々供給される。
第3図は、補間信号発生回路10の一例を示す。入力端
子11〜14からの基本画素データa〜dが乗算回路16、1
7、18、19に夫々供給される。乗算回路16〜19には、ROM
20、21、22、23から読み出された係数データが供給され
る。これらのROM20〜23から読み出された係数データが
加算回路28に供給され、また、乗算回路16〜19の出力デ
ータが加算回路27に供給される。加算回路27の出力信号
及び加算回路28の出力信号が割算回路29に供給され、前
者が後者で割算される。従って、割算回路29の出力端子
15には、補間信号が取り出される。
ROM20〜23は、符号化しようとするブロック内の非伝
送画素の夫々に応じた係数を発生する。例えばROM20
は、ブロック内の各非伝送画素に応じた基本画素データ
aに対する係数データを発生する。ブロック内のデータ
の伝送順序に応じて第2図に示すように、15個の非伝送
画素に対して(1〜15)のアドレスが付される。アドレ
スカウンタ24は、端子25からのサンプルクロックと端子
26からのブロック周期のクロックとから上述の(1〜1
5)のアドレスを発生する。ROM20の各アドレスには、下
記のような係数データが格納されている。
例えば上述の非伝送画素xのアドレスは、5であるの
で、係数データとして1/2がROM20から読み出される。RO
M20以外の基本画素b、c、dに夫々関する他のROM21、
22、23にも、アドレス(1〜15)に応じた係数データが
格納されている。
補間信号発生回路10の出力端子15に取り出された補間
信号、即ち、予測データが減算回路30に供給される。減
算回路30には、1ブロック遅延回路4からの画素データ
(真値)が供給される。画素データ及び補間信号は、同
期して減算回路30に供給され、減算回路30により、原デ
ータと補間信号との残差が求められる。この残差成分が
ADCR符号化される。
減算回路30の出力信号が最大値及び最小値検出回路31
及び遅延回路32に供給される。検出回路31は、各ブロッ
クの差信号の最大値MAXと最小値MINとを検出する。遅延
回路32は、最大値MAX及び最小値MINを検出する時間、デ
ータを遅延させる。減算回路33で(MAX−MIN)の演算が
され、減算回路33からダイナミックレンジDRが得られ
る。減算回路34では、遅延回路32からの差信号から最小
値MINが減算され、減算回路34から最小値が除去された
差信号が得られる。
減算回路34の出力データ及びダイナミックレンジDRが
量子化回路35に供給される。量子化回路35から元のビッ
ト数(8ビット)より少ないビット数例えば3ビットの
量子化コードDTが得られる。ラッチ回路8からのブロッ
クの基本画素データが遅延回路36に供給され、遅延回路
36からの基本画素データPDとダイナミックレンジDRと最
小値MIN及び量子化コードDTがフレーム化回路37に供給
され、出力端子38には、伝送データが取り出される。フ
レーム化回路37は、第4図に示すように、基本画素デー
タPD、最小値MIN、ダイナミックレンジDR及び量子化コ
ードDTがバイトシリアルに配列された伝送データを形成
する。差信号のダイナミックレンジDR及び最小値MIN
は、8ビットでクリップされている。第4図では省略さ
れているが、伝送データの所定長毎に同期信号が付加さ
れ、また、必要に応じてデータに対するエラー訂正符号
の符号化がなされる。
量子化回路35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(23
8)等分した量子化ステップΔで、最小値が除去された
差信号が除算され、商を切り捨てで整数化した値が量子
化コードDTとされる。量子化回路35は、除算回路或いは
ROMで構成できる。
伝送データは、伝送路例えば磁気記録/再生の過程を
介して伝送される。復号側では、ADRCの復号を行い、差
信号を復元する。この差信号と基本画素データとを使用
して、補間を行う。
ADRC符号化されるのは、原ビデオデータではなく、平
面でフィッティングした時の残差であるために、ダイナ
ミックレンジDRが充分に小さくなり、量子化誤差が少な
くできる。
なお、この発明は、可変長ADRCで差信号を符号化する
場合に対しても適用できる。
また、フィッティングする方式は、予め定めておけば
良く、平面に限らず、直線、曲面等を使用しても良い。
更に、基本画素のデータをディジタルローパスフィルタ
に供給することにより形成された補間信号と原データと
の差信号をADRC符号化しても良い。
〔発明の効果〕
この発明では、予め設定されたモデルと代表画素のデ
ータとから予測データが形成され、予測データと真値と
の差分値をADRC符号化している。差分値のダイナミック
レンジは、真値のダイナミックレンジに比して小さくな
るので、効率が良い圧縮を行うことができる。また、AD
RCを使用しているので、エラーの伝播が無い利点があ
る。
さらに、この発明では、代表画素と複数の画素とによ
り形成されるブロックと、ADRC等の高能率符号化のブロ
ックとを同一の構成としているので、ブロック化を両者
に対して共通に行うことができ、ハードウエアの規模を
小さくできると共に、処理時間を短縮化することができ
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図は画
素の配列の説明に用いる略線図、第3図は補間信号発生
回路の一例のブロック図、第4図は伝送データの一例の
略線図である。 図面における主要な符号の説明 1:ディジタルビテオデータの入力端子、 10:補間信号発生回路、 30:予測データと真値の差分値を検出するための減算回
路、 31:最大値、最小値検出回路、 35:量子化回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−96079(JP,A) 特開 昭61−144989(JP,A) 特開 昭62−122479(JP,A) 柴田他,「AT方式による高品位テレ ビ帯域圧縮実験」電子情報通信学会技術 研究報告,1986年(昭61)11月27日,V ol.86,No.248,IE−86−70, p.15−20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力画像信号から所定数の画素データから
    なるブロックを構成し、ブロック毎に画像信号を符号化
    する画像信号符号化装置において、 所定ブロックに含まれる少なくとも1つの代表画素デー
    タとその所定ブロックと隣接する複数のブロックにそれ
    ぞれ含まれる少なくとも1つの代表画素のデータの値
    を、予測画素位置と上記代表画素データとの間の距離に
    応じた値を持つと共に、予め計算され、メモリに記憶さ
    れている係数によって重み付け加算し、予測画素データ
    を形成する予測手段と、 上記予測画素データと上記所定ブロックに含まれる上記
    代表画素データを除く複数の非伝送画素データとの差分
    を検出し、複数の差分データを形成する検出手段と、 上記複数の差分データを上記ブロックと同一のブロック
    単位で高能率符号化し、符号化データを発生する符号化
    手段と、 各ブロック毎に、上記代表画素データと上記符号化デー
    タを伝送する伝送手段とからなり、 上記符号化手段は、各ブロック毎に、上記複数の差分デ
    ータの最大値及び最小値を検出し、上記最大値及び最小
    値からダイナミックレンジ情報を検出し、上記ダイナミ
    ックレンジを規定する値を上記複数の差分データから減
    算して修正差分データを形成し、上記ダイナミックレン
    ジ情報に基いて上記修正差分データを符号化するように
    なされ、 上記伝送手段は、各ブロック毎に、上記代表画素デー
    タ、上記ダイナミックレンジに関連する情報と上記符号
    化データを伝送するようになされていることを特徴とす
    る画像信号符号化装置。
  2. 【請求項2】入力画像信号から所定数の画素データから
    なるブロックを構成し、ブロック毎に画像信号を符号化
    する画像信号符号化方法において、 所定ブロックに含まれる少なくとも1つの代表画素デー
    タとその所定ブロックと隣接する複数のブロックにそれ
    ぞれ含まれる少なくとも1つの代表画素のデータの値
    を、予測画素位置と上記代表画素データとの間の距離に
    応じた値を持つと共に、予め計算され、メモリに記憶さ
    れている係数によって重み付け加算し、予測画素データ
    を形成し、 上記予測画素データと上記所定ブロックに含まれる上記
    代表画素データを除く複数の非伝送画素データとの差分
    を検出して複数の差分データを形成し、 上記複数の差分データを上記ブロックと同一のブロック
    単位で高能率符号化し、符号化データを発生し、 各ブロック毎に、上記代表画素データと上記符号化デー
    タを伝送するようになされ、 上記高能率符号化ステップは、各ブロック毎に、上記複
    数の差分データの最大値及び最小値を検出し、上記最大
    値及び最小値からダイナミックレンジ情報を検出し、上
    記ダイナミックレンジを規定する値を上記複数の差分デ
    ータから減算して修正差分データを形成し、上記ダイナ
    ミックレンジ情報に基いて上記修正差分データを符号化
    するようになされ、 上記伝送ステップは、各ブロック毎に、上記代表画素デ
    ータ、上記ダイナミックレンジに関連する情報と上記符
    号化データを伝送するようになされていることを特徴と
    する画像信号符号化方法。
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柴田他,「AT方式による高品位テレビ帯域圧縮実験」電子情報通信学会技術研究報告,1986年(昭61)11月27日,Vol.86,No.248,IE−86−70,p.15−20

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