JP3252567B2

JP3252567B2 - 高能率符号化復号化装置

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Publication number: JP3252567B2
Application number: JP26513793A
Authority: JP
Inventors: 博美吉成
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 2002-02-04
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: JPH07123009A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばビデオ信号など
のディジタル信号を高能率符号化復号化する高能率符号
化復号化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年は、ディジタル信号を圧縮符号化
し、その後復号化する高能率符号化復号化装置として、
例えばディジタルビデオ信号を圧縮符号化して記録媒体
に記録し、この記録媒体から再生した信号を復号化する
ようなディジタルＶＴＲが登場してきている。

【０００３】上記ディジタルＶＴＲにおいては、一般
に、以下のようにしてビデオ信号を圧縮して記録し、さ
らに再生して伸張するようになされている。

【０００４】すなわち、図示は省略するが、信号記録系
（符号化側）に供給された時間軸のディジタルビデオデ
ータは、先ず、例えばＤＣＴ（離散コサイン変換）等の
直交変換が施されることにより周波数軸のデータに変換
される。この周波数軸のビデオデータは、量子化され、
更に例えば可変長符号化等が施されることによって圧縮
される。当該圧縮されたビデオデータは記録媒体として
の磁気テープに記録される。

【０００５】また、信号再生系（復号化側）では、上記
記録媒体に記録された上記圧縮されたビデオデータが再
生される。この再生データは、可変長復号化によって伸
張され、さらに逆量子化が施される。当該逆量子化され
たデータは、逆直交変換としてＩＤＣＴ（逆離散コサイ
ン変換）が施されることによって上記周波数軸から再び
時間軸のビデオデータに復元され、その後この復元され
たビデオデータが取り出されることになる。

【０００６】なお、このようなビデオ信号の圧縮符号化
を行うディジタルＶＴＲには、例えばフレーム間／フィ
ールド間の予測符号化方式を用いるものがある。このよ
うなディジタルＶＴＲにおいては、符号化側で上記予測
符号化を行うための局部復号画像と復号化側の復号画像
が一致する必要がある。このとき符号化側での局部復号
の際の逆変換（逆直交変換）と復号化側における逆変換
（逆直交変換）での演算方法及び符号化側と復号化側に
おける丸めの方法が異なると、後述するようなミスマッ
チが起こり得る問題がある。このため例えば国際電信電
話諮問委員会（CCITT ：Comite Consultatif Internati
onale Telegraphique et Telephonique)における勧告
Ｈ．２６１（ＤＣＴを用いたテレビ会議／電話用低速動
画像符号化アルゴリズム）では、表１に示すように、量
子化代表値を奇数にするようにしている。

【０００７】

【表１】

【０００８】すなわちこの表１に示すように、上記勧告
Ｈ．２６１では、量子化代表値が−２０４８を除いて奇
数とっなっている。この量子化代表値に奇数を用いるの
は、ＩＤＣＴ規格を満たしても異なる設計のＩＤＣＴ間
のミスマッチが起こり得るという問題を解決するためで
ある。なお、この表１において、量子化代表値は＋２０
４７／−２０４８を除き正負対称である。また、ステッ
プサイズ＝２×ＱＵＡＮＴである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ミスマ
ッチは、逆変換における演算方法や丸めの方法が異なる
ことが原因であるが、逆変換器における演算方法や丸め
の方法が異ならない場合でも同様の問題が発生すること
がある。

【００１０】例えば、ディジタルＶＴＲにおいて、上記
ミスマッチとしてダイレクトディジタルダビング時のマ
ルチジェネレーション特性における画像劣化の問題が生
じることがある。すなわち、ある特定画像パターンの振
幅レベルの単調増加又は減少によるパターン強調が発生
することである。

【００１１】以下、上記ディジタルＶＴＲにおけるダイ
レクトディジタルダビング時のマルチジェネレーション
特性において、画像劣化が生ずることについて、図面を
用いて説明する。

【００１２】ここで、図７には、このディジタルＶＴＲ
において上記ダイレクトディジタルダビングを行う場合
の構成を示す。

【００１３】この図７において、端子１０３を介して供
給された入力ビデオ信号は、ディジタルＶＴＲ１００に
おいて磁気テープに記録されている。このディジタルＶ
ＴＲ１００の出力端子とディジタルＶＴＲ１０１の入力
端子とが接続され、さらにディジタルＶＴＲ１０１の出
力端子とディジタルＶＴＲ１００の入力端子とが接続さ
れている。各ディジタルＶＴＲ１００，１０１において
記録／再生を繰り返すことにより、マルチダビングが行
われることになる。なお、ディジタルＶＴＲ１００の出
力端子はモニタ１０２とも接続され、したがって、この
モニタ１０２によってマルチダビングによる画質の変化
を観察することができる。

【００１４】また、上記図７の各ディジタルＶＴＲ１０
０，１０１は、ビットレートリダクションを採用したコ
ンポーネント記録のディジタルＶＴＲであり、圧縮レー
トは１／２としている。ここで、上記ビットレートリダ
クションの方式は、変換符号＋可変長符号化とし、変換
基底関数には上記ＤＣＴを採用しているとする。更に、
当該各ディジタルＶＴＲ１００，１０１では１０ビット
映像のシステムをサポートし、したがって変換−逆変換
（ＤＣＴ−ＩＤＣＴ）の演算精度もこの映像精度を十分
満足するように演算語長をとって調整しているとする。

【００１５】この図７に示すダイレクトディジタルダビ
ングを行う構成は、簡略化すると図８のように示すこと
ができる。すなわちこの図８において、端子１０３には
一方のディジタルＶＴＲからのデータが入力データとし
て供給され、この入力データがＤＣＴ回路１１１によっ
てＤＣＴされる。このＤＣＴ回路１１１からの係数デー
タは、再量子化器（量子化・逆量子化器）１１２によっ
て量子化，逆量子化され、その出力がＩＤＣＴ回路１１
３に送られる。この再量子化器１１２からの出力に係数
面（直交変換後及び逆直交変換前）での丸め誤差Ｅｒｃ
が発生する。また、上記ＩＤＣＴ回路１１３からの出力
にも空間面（直交変換前及び逆直交変換後）での丸め誤
差Ｅｒｓが発生し、このＩＤＣＴ回路１１３の出力は上
記ＤＣＴ回路１１１に送られる。なお、ここでの丸めに
は後述する無限大方向丸めを採用している。ＩＤＣＴ回
路１１３の出力は端子１０４からモニタ等に送られる。

【００１６】なお、この図８におけるマルチダビングを
更に別の表現により表すと、図９のように示すことがで
きる。この図９においては、例えば２回のダビングを行
う場合（すなわち変換−逆変換を３回行う場合）を示し
ている。この２回のダビングは、ＤＣＴ回路１１１と量
子化・逆量子化器１１２とＩＤＣＴ回路１１３とからな
る１組の構成を、直列に３組接続したことに相当する。

【００１７】ここで、上記図８の構成における入出力の
語長と有効桁の関係を概念的に表すと、図１０のように
示すことができる。

【００１８】この図１０において、ＤＣ係数以外の係数
（ＡＣ係数）は一様量子化されている。なお、ＤＣ係数
の量子化ステップをｑｄｃとし、ＡＣ係数の量子化ステ
ップをｑａｃとする。また、正規化したＤＣＴ、ＩＤＣ
Ｔを使う。このとき、係数面のビットと再量子化ステッ
プの関係は、ｑｘｘ＝除数量子化レベル＝ｑｘｘ・Ｑ〔係数／
ｑｘｘ〕となる。なおＱ〔〕は丸めを示す。

【００１９】したがって、例えばｑｄｃ＝ｑａｃ＝１・・・・係数面１２ビットに丸めｑｄｃ＝ｑａｃ＝２・・・・係数面１１ビットに丸めｑｄｃ＝ｑａｃ＝４・・・・係数面１０ビットに丸めである。

【００２０】上述したようなディジタルＶＴＲにおい
て、ＤＣＴ−ＩＤＣＴの演算では十分な精度を持ってお
り問題はないとすると、上記ダイレクトディジタルダビ
ング時の画像劣化（特定画像パターンの単調増加又は減
少）の発生は、丸め誤差が蓄積することによると考えら
れる。

【００２１】ここで、丸め方式には、例えば単純丸め
（正方向丸め）や、無限大方向丸めなどがある。以下こ
れらについて違いを示す。

【００２２】先ず、図１１を用いて正方向丸め（単純丸
め）について説明する。この図１１において、図中の○
印はその値を含まないことを、●印はその値を含むこと
を示している。すなわち、図１１のＡ及びＢにおいて、
−Δ／２以上Δ／２未満のときには０に丸め、Δ／２以
上３Δ／２未満のときには１・２^-bに丸め、３Δ／２以
上５Δ／２未満のときには２・２^-bに丸め、−３Δ／２
以上−Δ／２未満のときには−１・２^-bに丸め、−５Δ
／２以上−３Δ／２未満のときには−２・２^-bに丸める
ことを示している。また、図１１のＣのＰ（）は確率
を示している。

【００２３】この正方向丸め（単純丸め）では、丸めを
行うビットのみで判断を行うため、境界点は常に切り上
げる。したがって、図１１のＣに示すように、Δ／２を
常に含み、誤差の分布が偏ることになる。なお、境界的
とは、丸めの対象となるビットの丁度半分すなわち±
０．５のことで、誤差の分布に非対称性が現れるところ
である。

【００２４】このようなことから、従来より無限大方向
丸めを用いている。図１２を用いて無限大方向丸めにつ
いて説明する。この図１２においても、図中の○印はそ
の値を含まないことを、●印はその値を含むことを示し
ている。すなわち、図１２のＡ及びＢにおいて、−Δ／
２より大きくΔ／２未満のときには０に丸め、Δ／２以
上３Δ／２未満のときには１・２^-bに丸め、３Δ／２以
上５Δ／２未満のときには２・２^-bに丸め、−３Δ／２
より大きく−Δ／２以下のときには−１・２^-bに丸め、
−５Δ／２より大きく−３Δ／２以下のときには−２・
２^-bに丸めることを示している。また、図１２のＣのＰ
（）も確率を示している。

【００２５】この無限大方向丸めは、境界点を絶対値で
正負同じになるように切り上げる。したがって、誤差の
分布は、図１２のＣの（ａ）〜（ｃ）に示すように３種
類となり、当該誤差の分布はＸ＝０を中心としてバラン
スするものとなる。

【００２６】以上、丸めにおいては、Δ／２の点のみが
誤差の範囲のバランスを崩す点であることが判る。

【００２７】ところが、上記誤差の分布がＸ＝０を中心
としてバランスする上記無限大方向丸めを用いても、あ
る特定パターンの入力に対しては、ダビングの度にデー
タが変化し発散する（丸め誤差が蓄積していく）ように
なる場合がある。

【００２８】一方、上記無限大方向丸めは、画像歪みを
最小にする観点から言えば好ましい丸め方法である。

【００２９】そこで、本発明は、上述したようなことに
鑑み、無限大方向丸めを用いることができると共に、例
えばダイレクトディジタルダビング時のマルチジェネレ
ーション特性において画像劣化を非常に少なくすること
ができる高能率符号化復号化装置を提供することを目的
としている。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の高能率符号化復
号化装置は、上述の目的を達成するために提案されたも
のであり、アナログ信号がアナログ／ディジタル変換さ
れたディジタル信号を複数サンプル毎にブロック化して
当該ブロック単位で直交変換する直交変換手段と、上記
直交変換されたディジタル信号を上記ブロック単位で逆
直交変換する逆直交変換手段とを有し、上記直交変換と
逆直交変換の少なくとも一方に、上記ブロック内のサン
プルのうち、空間面における丸めの境界点を示すサンプ
ルの極性が同極性のときに所定の丸め処理を行う丸め処
理手段を設けることを特徴とするものである。

【００３１】ここで、上記丸め処理手段は、上記丸めの
境界点を示すサンプルの極性が全て同極性であるとき、
該当するブロックのサンプルに対して絶対値でかつ当該
絶対値を越えない整数値に丸める丸め処理を施す。或い
は、上記丸め処理手段は、上記丸めの境界点を示すサン
プルの極性が全て同極性であるとき、該当するサンプル
のうち１サンプル以上全サンプル未満に対して歪みを加
える処理を施す。又は、上記丸め処理手段は、上記丸め
の境界点を示すサンプルの極性が全て同極性であると
き、該当するサンプルのうち１サンプル以上に対して絶
対値でかつ当該絶対値を越えない整数値に丸める丸め処
理を施す。

【００３２】言い換えれば、本発明装置は、変換符号化
の直交変換前又は逆直交変換後の空間面のブロックで、
ブロック内サンプル中の丸めの境界点を示すサンプルが
全て同極性である時に、一時的に丸めの処理を変えるよ
うにしている。すなわち、変換符号化においては演算語
長をいくら長くとっても係数面（直交変換後又は逆直交
変換前）と空間面との間の境界点丸め処理の相互作用の
ために完全再構成は実現できないので、本発明装置は、
空間面ブロック内サンプルの境界点の極性に着目して丸
めを選択的に行うことにより、この相互作用を阻止し完
全再構成を実現している。

【００３３】なお、境界点とは、丸めの対象となるビッ
トの半分すなわち０．５のことである。誤差の分布を考
える場合、この点は特別な意味を持つ特異点である。

【００３４】

【作用】本発明によれば、直交変換と逆直交変換の少な
くとも一方に、空間面ブロック内のサンプルのうち丸め
の境界点を示すサンプルの極性が全て同極性であるとき
に選択的に所定の丸め処理を行うようにすることで、直
交変換後及び逆直交変換前（係数面）と直交変換前及び
逆直交変換後（空間面）での境界点の丸め処理の相互作
用を阻止（係数面と空間面の境界点処理の同調を打ち切
る）し、データの完全再構成を実現している。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００３６】本発明実施例の高能率符号化復号化装置と
してのディジタルＶＴＲは、基本構成として、前記図８
同様に、アナログ信号がアナログ／ディジタル変換され
たディジタル信号を複数サンプル毎にブロック化して当
該ブロック単位で直交変換する直交変換手段であるＤＣ
Ｔ回路と、上記直交変換されたディジタル信号を再量子
化する再量子化器と、上記直交変換されたディジタル信
号を上記ブロック単位で逆直交変換する逆直交変換手段
であるＩＤＣＴ回路とを有してなるものであるが、この
ようなディジタルＶＴＲにおける例えばダイレクトディ
ジタルダビング時のマルチジェネレーション特性におい
ては、前述したように画像劣化の問題が生じることがあ
る。このため、本発明実施例装置では、この画像劣化を
防ぐために、上記構成に加えて、図１に示すように、例
えば、ＩＤＣＴ回路内のＩＤＣＴ処理を行う逆変換器３
３の後段に（或いは当該ＩＤＣＴ回路の後段に）、上記
ブロック内のサンプルのうち丸めの境界点を示すサンプ
ルの極性が全て同極性であるときに所定の丸め処理を行
う丸め処理手段として後述するような境界点選択型丸め
回路３４とブロック検出器３８とを設けている。なお、
上記丸め処理手段は、図１のように逆直交変換側のみな
らず上記直交変換側に設けるようにすることも可能であ
る。

【００３７】ここで、図１の構成の説明に先立ち、以
下、ダイレクトディジタルダビングを繰り返すことによ
って丸め誤差が蓄積（無限大方向丸めによる誤差の蓄
積）していく蓄積サイクルのメカニズムについて、実画
像を用いて説明する。

【００３８】無限大方向丸めによって丸め誤差が蓄積す
る具体例１について述べる。この具体例１では、ＤＣ係
数の量子化ステップｑｂｃ＝４，ＡＣ係数の量子化ステ
ップｑａｃ＝２とする。これは、全画像サンプルが単調
増加する例である。ここで、入力は、 310 303 303 310 310 303 303 310 310 303 303 310 310 303 303 310 とする。

【００３９】（１−１）この入力をＤＣＴしたＤＣＴ出
力は、 DC AC1 AC2 AC3 1226 ０ 14 ０ AC4 AC5 AC6 AC7 ＝００００ AC8 AC9 AC10 AC11 ００００ AC12 AC13 AC14 AC15 ００００となり、このＤＣＴ出力のＤＣ係数は１２２６となる。
このＤＣ係数を４で割る（再量子化）と、３０６．５と
なる。また、ＡＣ１〜ＡＣ１５のＡＣ係数については２
で割る（再量子化）。

【００４０】これにより、 306.5 ０７０００００００００００００となる。

【００４１】（１−２）これを丸めるとＤＣ係数につい
ては３０７となる。すなわち、 307 ０７０００００００００００００となる。

【００４２】これを対して逆量子化を行う。ＤＣ係数に
対しては４を掛けることで１２２８となる。したがっ
て、上記量子化−逆量子化によって上記入力に対するＤ
Ｃ係数の変化分は、２（Ｅｒｃ（＝０．５）×４）とな
る。すなわちこのＤＣ係数の変化分は、係数面の処理に
よる変化分となる。また、ＡＣ係数については２を掛け
ることで１４となる。すなわち、 1228 ０ 14 ０００００００００００００となる。

【００４３】（１−３）ここで、ＡＣ係数分の００ 14 ０００００００００００００を、逆変換（ＩＤＣＴ）すると 3.5 -3.5 -3.5 3.5 3.5 -3.5 -3.5 3.5 3.5 -3.5 -3.5 3.5 3.5 -3.5 -3.5 3.5 となる。

【００４４】（１−４）また、ＤＣ係数分の 1228 ０００００００００００００００を、逆変換（ＩＤＣＴ）すると 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 307.0 となる。

【００４５】（１−５）上記(1-3) すなわちＡＣ係数分
のＩＤＣＴ出力と、上記(1-4) すなわちＤＣ係数分のＩ
ＤＣＴ出力を加えると、上記(1-3) すなわちＡＣ係数分
のＩＤＣＴ出力の境界点は、全て正極性の処理になりＤ
Ｃ係数の変化に転化される。この丸めによる変化は、 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 となる。

【００４６】これをＤＣＴすると、２０００００００００００００００となる。すなわち、このＤＣ係数の２が空間面の処理に
よる変化分となる。

【００４７】（１−６）上記(1-2) すなわちＤＣ係数変
換分の２と、上記(1-5) すなわちＤＣ係数の変化に転化
された後のＤＣＴによるＤＣ係数変化分の２とから、
（係数面の処理による変化）＋（空間面の処理による変
化）＝４となる。これは、ＤＣ係数の１量子化ステップ
分である。したがって、ＤＣ係数は、１２２６→１２３０となる。

【００４８】（１−７）なお、上記(1-3) のＡＣ係数の
境界点の変化分をＤＣ係数に転化することによって、こ
のＡＣ係数は、全く同じ値（＝１４）で係数面に戻って
くる。したがって、 1230 ０ 14 ０００００００００００００となる。

【００４９】（１−８）このように、上記(1-3) のＡＣ
係数があたかも触媒のような振る舞いをし、２回目（変
換−逆変換の２回目、ダビングの１回目）以降で全く同
じサイクルを繰り返す。したがって、この繰り返しによ
って全画像サンプルが単調増加するようになる。

【００５０】次に、丸め誤差が蓄積する具体例２を挙げ
て説明する。この具体例２では、ＤＣ係数の量子化ステ
ップｑｂｃ＝２，ＡＣ係数の量子化ステップｑａｃ＝２
とする。これは、画像ブロックの１行と４行で計８サン
プルが単調減少する例であり、具体例１に比べて複雑で
ある。

【００５１】この具体例２での入力は、 DC AC1 AC2 AC3 -112 -113 -112 -112 AC4 AC5 AC6 AC7 ＝ -113 -113 -112 -111 AC8 AC9 AC10 AC11 -113 -113 -112 -112 AC12 AC13 AC14 AC15 -112 -112 -112 -112 とする。

【００５２】（２−１）この入力をＤＣＴしたＤＣＴ出
力は、 -499.00 -1.3750 0.5000 0.5625 -0.1875 -0.3750 0.4375 0.3750 0.5000 1.1250 0.0000 0.0625 -0.4375 0.3750 -0.1875 0.3750 となり、このＤＣＴ出力のＤＣ係数は−４９９となる。
このＤＣ係数を２で割る（再量子化）と、−２２４．５
となる。また、ＡＣ係数についても２で割る（再量子
化）。

【００５３】これにより、 -224.500 -0.68750 0.25000 0.28125 -0.09375 -0.18750 0.28175 0.18750 0.25000 0.56250 0.00000 0.03125 -0.21875 0.18750 -0.09375 0.18750 となる。

【００５４】（２−２）これを丸めるとＤＣ係数につい
ては−２２５となる。すなわち、 -225 -1 ０００００００１００００００となる。

【００５５】これを対して逆量子化を行う。ＤＣ係数に
対しては２を掛けることで−４５０となる。すなわち、 -450 -2 ０００００００２００００００したがって、上記量子化−逆量子化によって上記入力に
対するＤＣ係数の変化分は、Ｅｒｃ×２＝−１となる。
このＤＣ係数の変化分は、係数面の処理による変化分と
なる。

【００５６】（２−３）また、逆量子化後、ＤＣ以外で
はＡＣ係数のＡＣ１＝−２、ＡＣ９＝２が残る。ここ
で、ＡＣ係数分の０ -2 ０００００００２００００００を、逆変換（ＩＤＣＴ）すると 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -1.306563 -0.541196 0.541196 1.306563 -1.306563 -0.541196 0.541196 1.306563 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 となる。

【００５７】（２−４）また、ＤＣ係数分の -450 ０００００００００００００００を、逆変換（ＩＤＣＴ）すると -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 となる。また、このＤＣ係数分の逆変換（ＩＤＣＴ）の
結果は、 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 ・・・(2-4-1) -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 ００００＝-112.0 -112.0 -112.0 -112.0 ＋ -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 ・・(2-4-2) -112.0 -112.0 -112.0 -112.0 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -112.5 -112.5 -112.5 -112.5 ００００のように表すことができる。

【００５８】（２−５）ここで、上記(2-3) のＡＣ係数
分のＩＤＣＴ出力と、上記(2-4-2) の第２項のＤＣ係数
分のＩＤＣＴ出力すなわち００００ -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 ００００とを加えて丸めを行うと、００００ -2 -1 ０１ -2 -1 ００００００となり、これを変換すると、 -1.000 -2.230 0.000 -0.158 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 2.230 0.000 0.158 0.000 0.000 0.000 0.000 となる。

【００５９】（２−６）また、上記(2-4) の境界点の処
理（(2-4-2) の第１項の丸め）による変化分は、 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 ００００００００ -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 となる。

【００６０】これを変換すると、 -1 ０００００００ -1 ０００００００となる。

【００６１】（２−７）上記(2-2) と(2-6) より、ＤＣ
係数の変化分は、係数面、空間面合わせて−２で、１量
子化ステップ分である。ここで、新たに、ＡＣ係数のＡ
Ｃ８に空間面の処理による成分が現れる。

【００６２】（２−８）また、上記(2-6) の結果より、
上記(2-5) は、そのまま丸めが入り、 -1 -2 ００００００１２００００００となり、これが結果的にこのサイクルの触媒になる。

【００６３】（２−９）以下同様に２回目の変換を行う
と、ＤＣ＝−４５１、ＡＣ８＝−１、これを２で量子化
するとＤＣ＝−２２５．５、ＡＣ８＝−０．５となる。

【００６４】（２−１０）これを丸めてＤＣ＝−２２
６、ＡＣ８＝−１とし、逆量子化するとＤＣ＝−４５
２、ＡＣ８＝−２となり、変化分はそれぞれＥｒｃ×２
＝−１となる。

【００６５】（２−１１）上記ＤＣとＡＣ８の係数から
触媒の成分が重なる部分を差し引いて、 -450 ０００００００１２００００００とし、これを逆変換すると、 -113.5 -113.5 -113.5 -113.5 -112.0 -112.0 -112.0 -112.0 -112.0 -112.0 -112.0 -112.0 -113.5 -113.5 -113.5 -113.5 この境界点の処理による変換分は上記(2-6) に示した通
りとなる。

【００６６】（２−１２）上記(2-10)と、上記(2-11)の
結果より、係数面、空間面合わせてＤＣ，ＡＣ８ともに
−２で、１量子化ステップ分の変化となる。

【００６７】（２−１３）触媒の成分は、変換−逆変換
を繰り返しても変化しない。これ以降、上記(2-8) 〜(2
-13)のサイクルを繰り返す。

【００６８】次に、上述した具体例のように丸め誤差が
蓄積する蓄積サイクルの条件について説明する。先ず、
蓄積サイクルの条件を考える。上述した具体例で示した
ように、蓄積サイクルに関する係数のかかわりは、非常
に複雑である。ここでは、画像強調パターンの洗い出し
のため幾つかの条件を求める。これはまた、本発明実施
例における丸め誤差の蓄積に対する対策の考えかたを説
明するものである。

【００６９】第１に、変換と逆変換（ＤＣＴ−ＩＤＣ
Ｔ）は、十分な演算精度を持っているため、丸めにおけ
る境界点以外に誤差の蓄積はない。したがって、蓄積サ
イクルに関与するのは丸めにおける境界点のみである。

【００７０】第２に、係数面の境界点の処理による変化
分に、空間面の境界点の処理による変化分を加え合わせ
ることで、係数面で再起的に１量子化ステップのシフト
をもたらす。前者の処理の変化分に、空間面の境界点以
外の成分が含まれると、ＤＣＴ−ＩＤＣＴの対称性から
空間面の丸めによる境界点の増加分が、再度係数面境界
点に戻ってこなくなり、蓄積サイクルが切れる。したが
って、蓄積サイクルが起こるのは、空間面の境界点が係
数面で、かつ係数面のそれが空間面のそれであるとき
（すなわちブロック内サンプル中、丸めの境界点を示す
サンプルが全て同極性であるとき）だけである。

【００７１】第３に、ＤＣ係数とＡＣ係数の再量子化ス
テップｑｄｃ，ｑａｃが、２のべき乗でないときは、丸
め後の最下位ビットの誤差の分布に等号は存在しない。
例えば、図２に示すように、誤差の分布はデジットを対
象とした誤差の範囲に収まる。なお、ｑｘｘ＝４の誤差
の範囲を−Δ／２〜Δ／２とすれば、この図２において
ｑｘｘ＝３のとき、誤差の範囲は、（−３／４）×（Δ
／２）〜（３／４）×（Δ／２）となり、ｑｘｘ＝２の
誤差の範囲を−Δ′／２〜Δ′／２とすれば、（−３／
２）×（Δ′／２）〜（３／２）×（Δ′／２）とな
る。

【００７２】したがって、量子化ステップｑｄｃ，ｑａ
ｃが２のべき乗の時のみ、蓄積サイクルが起こることが
判る。

【００７３】第４に、蓄積サイクルを起こすために、係
数面の境界点処理による変化分が、空間面でどの範囲に
収まるべきかを考えるとき、例えば、係数面の境界点の
誤差０．５の影響が、空間面で２．５になったとする。
空間面ではこれを丸めて３．０とするが、このとき丸め
による誤差は０．５である。ＤＣＴ，ＩＤＣＴは、対称
で可逆であるから、次の係数面ではＥ＝０．５／５＝
０．１となり、境界点の蓄積サイクルが断ち切れる。

【００７４】一方、飛び越しにならないで空間面の境界
点になるときは、同様の計算でＥ＝０．５となり蓄積サ
イクルを断ち切らない。すなわち、係数面 → 空間面 → 係数面飛び越すとき Erc=0.5 (ex)2.5 →3.0 Ers=0.5 E=0.1 飛び越さないとき Erc=0.5 (ex)0.5 →1.0 Ers=0.5 E=0.5 となる。

【００７５】したがって、係数面の誤差による影響が、
空間面で１量子化ステップ以内に収まる時のみ、蓄積サ
イクルが起きることが判る。ｑｄｃ≠ｑａｃのときは、
大きいほうの量子化が、この量子化である。

【００７６】第５に、例えばＡＣ係数の量子化は一様で
あるので、ＡＣ係数分の誤差によるバリエーションは、
各ＡＣ係数に−１，０，１を組み合わせて逆変換に代入
することで求められる。その結果、蓄積サイクルを断ち
切る条件を満足するものは、正負それぞれの極性の数が
同じ場合であり、このときの誤差の平均は０となる。

【００７７】誤差の平均が０であれば、誤差の蓄積は起
こらない。したがって、ＡＣ係数だけでは蓄積サイクル
は起こらない。このことから、蓄積サイクルには必ずＤ
Ｃ係数が関与することが判る。

【００７８】上述した具体例に示した実画像で得た結果
は、全てこれにしたがっている。

【００７９】上述したようなことから、ＤＣ係数によっ
て空間面出力が片極性にシフトし、その結果、空間面の
丸めによる境界点の処理が、片極性に転化されることに
より、誤差の平均値をシフトさせる。これが単調増加
（減少）を引き起こす要因である。

【００８０】第６に、逆変換基底により再量子化ステッ
プを限定する。なお、ＩＤＣＴの逆変換基底の具体的な
値については省略する。この逆変換基底の値は必要に応
じて実際に計算により求めることができる。空間面出力
のバリエーションは、境界点の処理による係数値のシフ
トと、逆変換基底の組み合わせで全て決まる。例えば、
数１の式(A) において、２次元４×４のＤＣＴを考え、
係数面の処理が与える空間面出力の最大値（ＭＡＸ値）
は、変換基底が以下のａ〜ｆで与えられるので、ａ＝0.25 ａ，ａ，ａ，ａ４回ｂ＝0.326662 ｂ，ｂ，ｂ，ｂ４回ｃ＝0.135254 ｃ，ｃ，ｃ，ｃ４回ｄ＝0.426758 ｄ１回ｅ＝0.176758 ｅ，ｅ２回ｆ＝0.073242 ｆ１回ｄ＋ｆ＝0.5000, ｅ＋ｆ＝0.25000この基底による空間面出力のＭＡＸ値が3.70118 となる
とする。

【００８１】ここで、上記第３の条件より、量子化ステ
ップｑｘｘは、ｑｘｘ＝・・・，０．５，１，２，４，８，１６，３
２，・・・・となる。

【００８２】

【数１】

【００８３】また、前述の図１０の語長と有効桁の概念
図より、係数面上の境界点の処理による誤差が、空間面
の境界点に対応するのは、例数面の丸め点を基準に桁を
取ると、量子化ステップ係数面語長空間面出力値：：：ｑｘｘ＝0.5 １３２ｑｘｘ＝１１２１ｑｘｘ＝２１１ 0.5 ｑｘｘ＝４１０ 0.25 ｑｘｘ＝８９ 0.125 ：：：となる。

【００８４】ここで、一様量子化のとき（すなわちＤＣ
係数量子化ステップｑｄｃ＝ＡＣ係数量子化ステップｑ
ａｃのとき）、ｑｘｘ＝０．２５のときの空間面出力
４．０００は、上記逆変換基底によるＭＸＡ値を越え
る。

【００８５】また、ｑｘｘ＞０．５のときの空間面出力
２．０００は、この変換基底の組み合わせでは作れな
い。さらに、ｑｘｘ≧８のときも同様に作れない。した
がって、ｑｘｘ＜８となる。これらのことから、ｑｘｘ
＝１，２，４となる。

【００８６】一方、一様量子化でないとき（ＤＣ係数量
子化ステップｑｄｃ≠ＡＣ係数量子化ステップｑａｃの
とき）、ｑｄａ＜ｑａｃではＤＣ係数の境界点の処理に
よる変化分によって、空間面でＡＣ係数の境界点を片極
性の境界点に押し上げることができない。したがって、
ｑｄｃ＞ｑａｃとなる。

【００８７】また、ｑｄｃ＝４×ｑａｃのときは空間面
の処理による変化分が、係数面の境界点に達することが
できない。したがって、ｑｄｃ＝２×ｑａｃとなる。さ
らに、ｑｄｃ＝８のときは同様に係数面の境界点に達す
ることができない。これらのことから、ｑｄｃ＝ｑａｃ：ｑｘｘ＝１，２，４ｑｄｃ≠ｑａｃ：ｑｄｃ＝２×ｑａｃｑｄｃ≦４となる。

【００８８】上述したように、蓄積サイクルは、整数演
算（非線形処理）である丸めのときに発生し、係数面の
各係数、空間面サンプルがうまく関係しあった特殊なケ
ースであり、実画像で確認した画像強調パターンは前記
蓄積サイクルの条件において述べた第１，第２，第３の
条件におけるパターンに含まれる。

【００８９】上記蓄積サイクルが起きる原因は、正負極
性によって誤差の分布をバランスさせる方法（すなわち
無限大方向丸め）を採用したことにある。変換符号化を
利用したビットレートリダクションシステムでは、係数
面の極性と空間面の極性間にはＤＣ係数以外に密接な対
応関係はなく、ある係数の組み合わせによる境界点の処
理の影響が、空間面で常に片極性に転化される場合があ
り、その結果、誤差の分布がバランスする方向に傾か
ず、一方向に偏りを持ち、これが蓄積されるのである。

【００９０】このように、量子化と逆量子化における演
算丸めの方法として無限大方向丸めを用いると、ある特
定の入力に対してはダビングの度にデータが変化し発散
する（丸め誤差が蓄積していく）ようになる場合があ
る。

【００９１】すなわち、演算語長を十分にとった変換−
逆変換を有する変換符号化で、係数面の再量子化丸めに
よる境界点の処理の影響が、空間面で片極性の境界点に
全て転化され、かつ、その条件を保持するような触媒の
働きをする画像ブロック内パターンを有するケースが存
在する。

【００９２】このとき、特定画像パターンの単調増加，
減少のサイクルが構築され、変換の演算精度によらず完
全再構成が実現できなくなり、さらに、単調増加，減少
によって強調される画像パターンは、幾何学パターンに
なるので、マルチジェネレーションの画質を大いに損な
う。

【００９３】一方、無限大方向丸めは画像歪みを最小化
する観点から言えば好ましい。

【００９４】このようなことから、本実施例では、無限
大方向丸めを用いると共に、係数面と空間面の境界点の
処理の同調を絶ち切る方法を取るようにしている。この
対策によってディジタルダイレクトダビングは、完全再
構成が実現されることになる。

【００９５】図１に戻って、上述したようなことから、
本発明実施例のディジタルＶＴＲ（高能率符号化復号化
装置）の上記丸め処理手段（境界点選型丸め回路３４と
ブロック検出器３８）では、上記空間面丸めの境界点を
示すサンプルの極性が全て同極性であるとき、該当する
ブロックのサンプルに対して絶対値でかつ当該絶対値を
越えない整数値に丸める丸め処理を施すようにしてい
る。或いは、上記丸めの境界点を示すサンプルの極性が
全て同極性であるとき、該当するサンプルのうち１サン
プル以上全サンプル未満に対して歪みを加える丸め処理
を施す。又は、上記丸めの境界点を示すサンプルの極性
が全て同極性であるとき、該当するサンプルのうち、１
サンプル以上（すなわち全サンプル）に対して絶対値で
かつ当該絶対値を越えない整数値に丸める丸め処理を施
す。

【００９６】このようなことを行うため、端子３１を介
して供給された図８の再量子化器１１２からの信号（こ
れは係数面の値である）は、逆変換器３３で逆変換され
た後（すなわち空間面の値となる）、上記境界点選択型
丸め回路３４に送られる。

【００９７】上記境界点選択型丸め回路３４では、上記
逆変換器３３からの逆変換出力が位相調整器５１と境界
点検出器５４に、逆変換出力の符号ビットが同極性検出
器５３に送られる。

【００９８】また、図１の端子３７には、前記ブロック
毎の区切りを示すリファレンスタイミング信号が供給さ
れ、当該信号に基づいてブロック検出器３８でブロック
毎の境界を検出する。このブロック検出器３８からのブ
ロック境界信号は、上記同極性検出器５３に送られる。

【００９９】さらに、上記境界点検出器５４では、上記
逆変換出力から前記境界点を検出する。なお、この境界
点検出は、上記逆変換出力の少数点以下を観察すること
で実現している。

【０１００】上記同極性検出器５３は、上記境界点検出
器５４からの境界点の検出信号を受け、このタイミング
に該当する符号ビットを、上記ブロック検出器３８から
のブロック境界信号に従ってブロック単位で蓄え、それ
らをゲートすることによって丸め制御信号を得る。この
丸め制御信号が、上記位相調整器５１によって位相調整
がなされた上記逆変換出力が供給される無限大方向丸め
回路５２に送られる。

【０１０１】すなわち、当該丸め制御信号は、上記丸め
の境界点を示すサンプルの極性が全て同極性であると
き、該当するブロックのサンプルに対して絶対値でかつ
当該絶対値を越えない整数値に丸める丸め処理を上記無
限大方向丸め回路５２にて行わせるための制御信号であ
る。或いは、当該丸め制御信号は、上記丸めの境界点を
示すサンプルの極性が全て同極性であるとき、該当する
サンプルのうち１サンプル以上全サンプル未満に対して
歪みを加える処理を上記無限大方向丸め回路５２にて行
わせるための制御信号とすることもでき、又は、該当す
るサンプルのうち１サンプル以上（全てのサンプル）に
対して絶対値でかつ当該絶対値を越えない整数値に丸め
る丸め処理を上記無限大方向丸め回路５２にて行わせる
ための制御信号とすることもできる。

【０１０２】なお、上記無限大方向丸め回路５２におけ
る丸め処理において、上記丸めの境界点を示すサンプル
の極性が全て同極性であるときに、該当するブロックの
サンプルに対して絶対値でかつ当該絶対値を越えない整
数値に丸める丸め処理と、該当するサンプルのうち１サ
ンプル以上に対して絶対値でかつ当該絶対値を越えない
整数値に丸める丸め処理とは、誤差範囲の対称性を保ち
つつ無限大方向丸めを制御する処理である。また、上記
丸めの境界点を示すサンプルの極性が全て同極性である
ときに、上記該当するサンプルのうち１サンプル以上全
サンプル未満に対して歪みを加える処理は、該当すると
きのみ対称性を崩す処理である。

【０１０３】したがって、上記無限大方向丸め回路５２
において、上述したような丸め制御信号に基づいて上記
位相調整された逆変換出力の丸め処理を行うことで、端
子３６からの画像出力は、誤差の蓄積がない良好な画像
出力となる。

【０１０４】なお、上記丸めの境界点を示すサンプルの
極性が全て同極性であるとき、該当するサンプルのうち
１サンプル以上すなわち全サンプルに対して絶対値でか
つ当該絶対値を越えない整数値に丸める丸め処理を行う
と、誤差の分布、値の変化が共になく最良となる。これ
は、前述のように、同調を絶ち切る作業が境界点の影響
によって変化しよとする全ての値の増加，減少を抑える
ことになるので明らかである。したがって、ダビングに
おいて、毎回、上記蓄積サイクルに入ろうとしても出力
丸めで上記処理によって当該増加，減少を抑えるという
繰り返しになり、画像サンプルは変化しないようにな
る。

【０１０５】上述したように、本発明実施例において
は、演算精度を十分に持った変換符号化で、丸めにおけ
る特異点である境界点の処理による影響の蓄積を阻止す
ることができ、固定画像パターンの振幅の単調増加，減
少を防ぐことができる。このことから、完全再構成すな
わちマルチジェネレーションを何度行っても画像劣化の
無い変換系が実現できる。

【０１０６】また、最も歪みが小さい無限大方向丸めを
用いることができるようになる。したがって、高能率符
号化復号化装置の複数回の継続接続において、画質劣化
を最小限に抑えてデータを一定の値に収束させることが
できる。

【０１０７】

【０１０８】なお、本発明は、ディジタルＶＴＲだけで
なく、変換符号化によるビットリダクションを採用した
システムに共通するので、例えばオーディオシステムな
ど他の同様のシステムにも適用できる。

【０１０９】最後に、蓄積サイクルで画像が強調される
パターン（画像強調パターン）を例に挙げる。係数面の
境界点の条件を逆変換行列に入力して、蓄積サイクルが
起きた場合のパターンのバリエーションは、例えば、図
３に示す（１）のグループ〜図６に示す（４）のグルー
プが考えられる。

【０１１０】なお、上記（１）〜（４）のグループにお
いては、再量子化ステップ入力係数値（１）ａｄｃ＝ｑａｃ＝１ＤＣ＝−１〜＋１，ＡＣｘ＝−１〜＋１（２）ａｄｃ＝ｑａｃ＝２ＤＣ＝−１〜＋１，ＡＣｘ＝−１〜＋１（３）ａｄｃ＝４ＤＣ＝−２〜＋２（４）ａｄｃ＝２，ｑａｃ＝１ＤＣ＝−２〜＋２，ＡＣｘ＝−１〜＋１としている。

【０１１１】また、入力係数値フォーマットは、ＤＣ
，ＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３，ＡＣ４，ＡＣ５
，ＡＣ６，ＡＣ７，ＡＣ８，ＡＣ９，ＡＣ１
０，ＡＣ１１，ＡＣ１２，ＡＣ１３，ＡＣ１４，ＡＣ１
５とする。

【０１１２】蓄積サイクルは、整数演算（非線形処理）
である丸めと、係数面の各係数、空間面サンプルが、う
まく関係しあったケースである。画像強調パターンは例
えば、図３〜図６で示した（１），（２），（３）のグ
ループのパターンを挙げることができる。

【０１１３】上述したように、本発明においては、直交
変換と逆直交変換の少なくとも一方で、ブロック内の空
間面サンプルのうち丸めの境界点を示すサンプルの極性
が同極性のときに所定の丸め処理を行う丸め処理を行う
ようにしており、例えば、丸めの境界点を示すサンプル
の極性が全て同極性であるとき、該当するブロックのサ
ンプルに対して絶対値でかつそれを越えない整数値に丸
める丸め処理や、該当するサンプルのうち１サンプル以
上全サンプル未満に対して歪みを加える丸め処理、又は
該当するサンプルのうち１サンプル以上に対して絶対値
でかつその値を越えない整数値に丸める丸め処理を行う
ことにより、無限大方向丸めを用いることができると共
に、係数面と空間面の境界点の処理の同調を絶ち切っ
て、ディジタルダイレクトダビングでの完全再構成を実
現可能としている。すなわち、例えばダイレクトディジ
タルダビング時のマルチジェネレーション特性において
丸め誤差の蓄積を防ぎ、画像劣化を非常に少なくするこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の高能率符号化復号化装置の要部
の概略構成を示すブロック回路図である。

【図２】量子化ステップサイズを２のべき乗以外の値と
することについての説明に用いる図である。

【図３】画像強調パターンのグループ（１）を示す図で
ある。

【図４】画像強調パターンのグループ（２）を示す図で
ある。

【図５】画像強調パターンのグループ（３）を示す図で
ある。

【図６】画像強調パターンのグループ（４）を示す図で
ある。

【図７】ディジタルＶＴＲのダイレクトディジタルダビ
ング時の構成を示す図である。

【図８】ダイレクトディジタルダビングの構成を簡略化
して示すブロック回路図である。

【図９】２回ダビングを行う場合の流れを説明するため
のブロック回路図である。

【図１０】ＤＣＴ−ＩＤＣＴにおける正規化下シミュレ
ーションモデルの入出力語長と有効桁の関係を概念的に
示す図である。

【図１１】正方向丸めについて説明するための図であ
る。

【図１２】無限大方向丸めについて説明するための図で
ある。

【符号の説明】

３３・・・・・・逆変換器３４・・・・・・境界点選択型丸め回路３８・・・・・・ブロック検出器５１・・・・・・位相調整器５２・・・・・・無限大方向丸め回路５３・・・・・・同極性検出器５４・・・・・・境界点検出器１００，１０１・・・ディジタルＶＴＲ１０２・・・・・モニタ１１１・・・・・ＤＣＴ回路１１２・・・・・再量子化器（量子化・逆量子化器）１１３・・・・・ＩＤＣＴ回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アナログ信号がアナログ／ディジタル変
換されたディジタル信号を複数サンプル毎にブロック化
して当該ブロック単位で直交変換する直交変換手段と、上記直交変換されたディジタル信号を上記ブロック単位
で逆直交変換する逆直交変換手段と、上記直交変換の前と上記逆直交変換の後の少なくとも一
方に、空間面ブロック内のサンプルのうち丸めの境界点
を示すサンプルの極性が全て同極性であるとき、該当す
るブロックのサンプルに対して絶対値でかつ当該絶対値
を越えない整数値に丸める丸め処理を施す丸め処理手段
とを設けることを特徴とする高能率符号化復号化装置。
【請求項２】アナログ信号がアナログ／ディジタル変
換されたディジタル信号を複数サンプル毎にブロック化
して当該ブロック単位で直交変換する直交変換手段と、上記直交変換されたディジタル信号を上記ブロック単位
で逆直交変換する逆直交変換手段と、上記直交変換の前と上記逆直交変換の後の少なくとも一
方に、空間面ブロック内のサンプルのうち丸めの境界点
を示すサンプルの極性が全て同極性であるとき、該当す
るサンプルのうち、１サンプル以上全サンプル未満に対
して歪みを加える処理を施す丸め処理手段とを設けるこ
とを特徴とする高能率符号化復号化装置。
【請求項３】アナログ信号がアナログ／ディジタル変
換されたディジタル信号を複数サンプル毎にブロック化
して当該ブロック単位で直交変換する直交変換手段と、上記直交変換されたディジタル信号を上記ブロック単位
で逆直交変換する逆直交変換手段と、上記直交変換の前と上記逆直交変換の後の少なくとも一
方に、空間面ブロック内のサンプルのうち丸めの境界点
を示すサンプルの極性が全て同極性であるとき、該当す
るサンプルのうち、１サンプル以上に対して絶対値でか
つ当該絶対値を越えない整数値に丸める丸め処理を施す
丸め処理手段とを設けることを特徴とする高能率符号化
復号化装置。