JP3271100B2 - ディジタル画像信号復号装置および方法 - Google Patents
ディジタル画像信号復号装置および方法Info
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Description
ィジタル画像信号復号装置および方法に関して、特に、
復号時のデータにエラーが含まれる場合のエラー修整方
法に関する。
圧縮する場合、2次元コサイン変換(Discrete Cosine
Transform 以下DCTと称する)等の直交変換を用いる
符号化方式が従来から提案されている。
テレビジョン信号を水平方向と垂直方向の(n×m)画
素からなる複数個の小ブロックに分割され、各ブロック
に対してDCTを施し、その結果、得られた直流成分の
係数データと、複数個の交流成分の係数データを各交流
成分の出現確率に応じてビット長の異なるエントロピー
符号、例えば、ハフマンコードへ変換して伝送する。
画素からなるブロックに分割された各ブロックに対して
DCTを施す場合、図6に示す原画像データに対してD
CTを施し、各周波数成分毎の係数データを得ることが
できる。この係数データを図7に示す。係数データが求
められた後、量子化が行われる。ここでは簡単のため、
直流成分以外の各周波数成分の係数データを、図11に
示すように、低周波領域と高周波領域の2つに分け、低
周波領域の係数データは `4' で除算し、高周波領域の
係数データは `8' で除算する。この除算により算出さ
れたデータの夫々の小数データ部を切り捨てることで量
子化するものとする。これらの量子化ステップ `4' お
よび `8' あるいはこれを指示する情報がしきい値TH
として伝送される。図7に示す係数データに対して量子
化が施された一例を、図8に示す。
号から、通常のコードへ復号された量子化データ、例え
ば、図8に示す量子化データが係数データへ復号され
る。符号化側では、係数データを `4' で除算し、小数
データ部を切り捨てる量子化が施されていることがしき
い値THから判るので、低周波領域の量子化データを4
倍し、高周波領域の量子化データを8倍することによっ
て、夫々係数データを得る。図8に示す量子化データを
係数データに変換したものを、図9に示す。復号画像
は、図9に示すような係数データにIDCTを施すこと
により、得られる。図9に示す係数データにIDCTを
施したものを、図10に示す。このIDCTの処理が終
了し、再生コードを得ることで復号が終了する。
をディジタルVTRへ記録する場合、このディジタルV
TRでは、データを磁気テープへ記録するという性質
上、テープのドロップアウト、テープ上に付いた傷、等
の理由によりデータにエラーが発生することが度々あ
る。このため、一般にディジタルVTRでは、リード・
ソロモン符号等を用いた誤り訂正を行っている。
訂正により、エラーの数は大幅に減少する。しかしなが
ら、記録されたデータにエラーが多い場合は、誤り訂正
だけでは記録時の元の状態に復元することは出来ず、デ
ータにエラーが残る。誤り訂正によっても復元されなか
ったデータは、一般にバイト単位でエラーフラグが立て
られ、エラーのないデータと区別される。
ことなくデータが記録されている場合、エラーのあるデ
ータに対しては、画像の相関性を利用して、周囲のデー
タを用いて補間すること等で、エラー修整を行う。例え
ば、エラーデータの上下左右の4個の画素データの平均
値がこのエラーデータと置き換え可能となる。
等の変換符号化を用いた符号化方式の特徴としてブロッ
クに含まれる成分中に、1つでもエラーが含まれるとそ
の影響が画素単位のみでなく、そのブロック全体に影響
する。このため、画素を対象にエラー修整を施すのでは
なく、ブロックを対象にエラー修整を行うことになる。
しかしながら、ブロックを対象としたエラー修整は困難
で、しかも非常に劣化が目立ちやすい画像として修整さ
れる。
ブロック内のエラーの係数データを除いた係数データか
らエラーのため欠落した係数データを推定する、という
手段が提案されている。これは、注目ブロックに含まれ
るエラーのない係数データと注目ブロックの周辺ブロッ
クの係数データを用いて、注目ブロックの欠落した係数
データを推定する、というものである。
は、注目ブロックの周辺ブロックの係数データにエラー
は含まれない、という制約条件が必要となり、また、係
数データを推定するアルゴリズムが強制的に係数データ
を推定するという方式であり、計算量が多いという問題
点があった。
題点を解決したディジタル画像信号復号装置および方法
を提供することである。
は、直交変換後の各成分が量子化された係数データを含
む伝送データにおいて、エラーである係数データを補正
するディジタル画像信号処理装置において、量子化され
た係数データを逆量子化する逆量子化手段と、エラーで
ある注目係数データと同一ブロック内の逆量子化された
複数の係数データで定まるパターン毎に、注目係数デー
タを補正するさいに使用される予測係数データを格納す
るメモリと、逆量子化された複数の係数データと、係数
予測データとに基づいて、注目係数データに対応する補
間値を生成するための補間値発生手段と、エラーでない
係数データと補間値に基づいて、逆変換を行うことによ
り復号データを発生するための手段とを有し、予測係数
データは、トレーニングのためのディジタル画像信号に
対して直交変換がなされることでトレーニング用係数デ
ータが生成され、トレーニング用係数データが量子化さ
れ、更に量子化されたトレーニング用係数データが逆量
子化されることで逆量子化係数データが生成され、逆量
子化係数データを用いた所定の演算式で生成された補間
値とトレーニング用係数データとの誤差が統計的に最小
になるように、最小二乗法を用いた学習にて定められた
所定の演算式の係数であることを特徴とするディジタル
画像信号処理装置である。請求項5に記載の発明は、直
交変換後の各成分が量子化された係数データを含む伝送
データにおいて、エラーである係数データを補正するデ
ィジタル画像信号処理方法において、量子化された係数
データを逆量子化するステップと、エラーである注目係
数データと同一ブロック内の逆量子化された複数の係数
データで定まるパターン毎に、注目係数データを補正す
るさいに使用される予測係数データをメモリから読み出
すステップと、逆量子化された複数の係数データと、係
数予測データとに基づいて、注目係数データに対応する
補間値を生成するための補間値発生手段と、エラーでな
い係数データと補間値に基づいて、逆変換を行うことに
より復号データを発生するステップとを有し、予測係数
データは、トレーニングのためのディジタル画像信号に
対して直交変換がなされることでトレーニング用係数デ
ータが生成され、トレーニング用係数データが量子化さ
れ、更に量子化 されたトレーニング用係数データが逆量
子化されることで逆量子化係数データが生成され、逆量
子化係数データを用いた所定の演算式で生成された補間
値とトレーニング用係数データとの誤差が統計的に最小
になるように、最小二乗法を用いた学習にて定められた
所定の演算式の係数であることを特徴とするディジタル
画像信号処理方法である。
ある低周波の交流成分に関して、その成分の係数データ
がエラーのため欠落した場合、周辺の複数の係数データ
を用いて、欠落した係数データに対応する推定係数デー
タを発生するための補間係数データが格納されたマッピ
ングテーブルが用意されている。このマッピングテーブ
ルは、受信/再生された係数データが入力され、その入
力された係数データに対して適切な復号補間係数データ
が出力され、それをIDCT(Inverse DCT)するこ
とで、従来よりも、高品質の補間復号画像が得られる。
ディジタルVTRに適応した場合の実施例について図面
を参照しながら説明する。ディジタルVTRの再生側の
構成について、図1を参照して説明する。図1において
磁気ヘッド1からの再生データが回転トランス(図示せ
ず)および再生アンプ2を介してチャンネルデコーダ3
へ夫々供給される。チャンネルデコーダ3において、チ
ャンネルコーディングの復調がされ、その復調されたチ
ャンネルデコーダ3の出力信号はTBC回路(時間軸補
整回路)4へ供給される。このTBC回路4において、
再生信号の時間軸変動成分が除去される。
れた再生データが供給され、エラー訂正符号を用いたエ
ラー訂正が行われる。ECC回路5から発生する出力信
号には、再生データの他にエラー訂正を施されたか否を
示すエラーフラグが含まれている。そのECC回路5の
出力信号は、フレーム分解回路6へ供給される。フレー
ム分解回路6によって、画像データのブロック符号化デ
ータの各成分が夫々分離されると共に、記録系のクロッ
クから画像系のクロックへ周波数が切り換えられる。
クブロックSBから構成される。さらに、シンクブロッ
クSBは、複数個の伝送単位ブロックBLから形成され
る。伝送単位ブロックBLは、量子化ステップ幅を表す
しきい値THと、直流成分の係数データDC、交流成分
の係数データACが、夫々配置されている。
例えば(8×8)ブロックに分割された入力信号に対し
てDCT処理を施すものであれる。その結果、(8×
8)ブロックに分割された入力信号からは、63個の交
流成分の係数データと、1個の直流成分の係数データを
得ることが出来る。この交流成分の係数データは、再量
子化される。再量子化の方法として、この実施例では、
一例として、しきい値THにより示される低域・高域の
夫々の量子化ステップ幅で除算され、小数点以下の切捨
てを施す方法が用いられる。再量子化が施された複数個
の交流成分の係数データは、出現確率に応じてビット長
の異なる可変長符号化、すなわちエントロピー符号が施
され、ブロック符号化から出力される。また、ブロック
符号化において、直流成分の係数データは、再量子化お
よびエントロピー符号を施さずに出力される。
に対する重要度の高い低周波の5成分は、固定長の復号
が施される。これにより、重要度の高い成分に関して、
エラー伝播による切出し不能の可能性は無くなる。ま
た、重要度の高い低周波成分を、固定長復号する代わり
に、可変長コードを夫々独立の領域に配置する方法を用
いても良い。この方法によっても、重要度の高い成分に
関して、エラー伝播による切出し不能の可能性は無くな
る。この例では、重要度の高い交流成分の係数データA
Cとは、図3に示す5成分(AC1〜AC5)とする。
定回路18へ供給される。重要係数推定回路18は、上
述の低次の交流成分AC1〜AC5のエラーを修整する
ためのものである。重要係数推定回路18の出力信号
(係数データ)が、ブロック復号回路7へ供給され、各
ブロック単位に原データと対応する復元データが復号さ
れる。ブロック復号回路7では、IDCTを行う。な
お、AC1〜AC5以外の高次の交流成分について、エ
ラーが発生した場合には、その重要度が比較的低いこと
を考慮して、強制的にエラーのデータを `0' データに
置き換えている。
回路7からの画像の復号データが分配回路8へ供給され
る。この分配回路8では、復号データが輝度信号Y、色
差信号Uおよび色差信号Vに分離される。輝度信号Y、
色差信号Uおよび色差信号Vが分配回路8からブロック
分解回路9,10および11へ夫々供給される。ブロッ
ク分解回路9,10および11は、ブロックの順序の復
号データをラスター走査の順に変換する。
供給される出力信号は、エラー修整回路12,13およ
び14へ夫々供給される。エラー修整回路12,13お
よび14は、低次の係数データのエラーが多く、重要係
数推定回路18において、その値が推定可能なブロック
についてエラー修整を行う。例えば、エラーである1ブ
ロックのデータを正しい画像データからなるブロックに
よって、時間的あるいは空間的に補間する。エラー修整
回路12からのディジタル輝度信号Yは、出力端子15
に取り出される。エラー修整回路13からのディジタル
色差信号Uは、出力端子16に取り出される。エラー修
整回路14からのディジタル色差信号Vは、出力端子1
7に取り出される。
発明が適用される。図2は、この発明による重要係数推
定回路18の一例である。31で示す入力端子から再生
データが供給され、この再生データがフレーム分解回路
6へ供給される。フレーム分解回路6では、符号化係数
データDTおよびしきい値THが供給された再生データ
から分離して夫々取り出される。
のデータは、係数復号化回路32へ供給される。係数復
号化回路32では、符号化係数データDTがエントロピ
ー符号による復号がされた後、しきい値THで示される
低域・高域の夫々の量子化ステップ幅を係数データに対
して乗じることで代表値変換を行う。このように、各成
分の係数データACが復号される。重要度の高い交流成
分の係数データAC1〜AC5にエラーのない場合、す
べての係数データは、メモリ35を介して、ブロック復
号回路7へ供給され復号画像データが生成される。各成
分の係数データACのうち、重要度の高い交流成分の係
数データAC1〜AC5の何れかにエラーがある場合、
エラーの係数データACが重要係数推定回路18によっ
て補間される。また、重要度の高い交流成分の係数デー
タAC1〜AC5が、量子化回路33へ供給され、その
他の成分の係数データACがメモリ35へ供給される。
5成分の量子化を行う。この量子化は、重要度の高い交
流成分の係数データACのパターン数を減少させるため
のものである。DCTの処理を施すことにより得られる
係数は、 `0' を中心に強い集中の傾向を示す特徴があ
るので、例えば、図4に示すような非線形の量子化を行
う。これにより、(−255〜+255)の存在する係
数データに対して、DCTの処理を施した場合、量子化
後のデータは(−8〜+8)の範囲に圧縮される。係数
データAC1〜AC5に対してこのような量子化を施し
たデータを、量子化データQD1〜QD5とする。量子
化回路33から、量子化データQD1〜QD5が、補正
データテーブル34へ供給される。
の高い交流成分の係数データAC1〜AC5のうち、1
つの係数データがエラーのため欠落した場合、欠落した
係数データ以外の4つの量子化データQDで規定される
パターン毎に、欠落した交流成分の係数データを推定す
るためのフィルタ係数が格納されている。この補正デー
タテーブル34からは、フィルタ係数が補間値発生回路
36へ供給される。補間値発生回路36では、フィルタ
係数と係数復号化回路32から供給される正しい係数デ
ータACを乗算し、補間値、すなわち推定係数データN
D1が生成される。
数データAC1にエラーが発生し、欠落した場合、量子
化回路33から同一ブロックの量子化データQD2〜Q
D5のパターンが供給される。補正データテーブル34
は、メモリにより構成され、後述のように予めトレーニ
ングにより形成されたフィルタ係数が格納されてる。量
子化データQD2〜QD5のパターンが供給されると、
補正データテーブル34は、係数データAC1の修整を
行うためのフィルタ係数が読み出される。この読み出さ
れたフィルタ係数は、補正データテーブル34から補間
値発生回路36へ供給される。
対応して、係数データAC1の推定係数データND1を
得るためのフィルタ係数を(a2,a3,a4,a5)
とすると、推定係数データND1は、補間値発生回路3
6において下記に示す(1)式により得られる。
のフィルタ係数を(b1,b3,b4,b5)とする
と、推定係数データND2は、補間値発生回路36にお
いて下記に示す(2)式により得られる。他の係数デー
タAC3,AC4,AC5の夫々の補間値をND3,N
D4,ND5も補正データテーブル34からのフィルタ
係数を用いて上述のND1,ND2と同様に生成され
る。
36からの上述の推定係数データND1とメモリ35の
出力が供給され、ブロック単位に原画像データと対応す
る画像データが復号される。復号された画像データは、
出力端子37から出力される。
るためのトレーニング時のブロック図の一例を示す。図
5において、入力端子41には、ディジタルビデオ信号
が入力され、その入力されたディジタルビデオ信号はブ
ロック化回路42へ供給される。ブロック化回路42に
おいてブロック化が施されたディジタルビデオ信号はブ
ロック化回路42から、DCT符号化回路43へ供給さ
れ、DCT符号化回路43においてDCT符号化が行わ
れる。この入力データは、トレーニングのための標準的
なディジタルビデオ信号であるのが好ましい。
ィジタルビデオ信号からDCT変換で係数データを発生
し、この係数データを量子化し。更に、係数データをエ
ントロピー符号することで符号化コードDTを形成し、
符号化コードDTとしきい値TH、ならびに量子化を施
す前の各成分の係数データRDを夫々出力する。係数復
号化回路44には、DCT符号化回路43から符号化コ
ードDTおよびしきい値THが夫々供給される。DCT
復号化回路44は、エントロピー符号の復号と逆量子化
によって係数データACを発生する。逆量子化は、しき
い値THにより示される、低域・高域の夫々の量子化ス
テップ幅を乗じることで、代表値変換を行う処理であ
る。
路32と同一の処理を施すブロックであり、係数復号化
回路44で生成された係数データACは量子化回路45
へ供給される。量子化回路45は、量子化回路33と同
一の処理を施すブロックであり、重要度の高い交流成分
の係数データの量子化を施す。この量子化回路45は、
重要度の高い交流成分の係数データのパターン数を減少
させる。
された各成分の係数データのパターンをそのままクラス
とする方法である。しかし、この手法では、パターン数
が膨大なものとなり、非常に大容量のROMが必要とな
る。そこで、重要度の高い成分を選択し、量子化を施す
ことにより、効果的なクラス数の削減を行う。
QD1〜QD5とDCT符号化回路43の出力である量
子化前の係数データRD1〜RD5、および係数復号化
回路44の出力である係数データAC1〜AC5が、正
規方程式加算回路46へ夫々供給される。
て、用いられる正規方程式について説明する。上述の係
数データAC1〜AC5、量子化前の係数データRD1
〜RD5を用いて、量子化データQD1〜QD5のパタ
ーンにより定められるクラス毎に予測係数w1,‥‥, w
n によるnタップの線形推定式を下記に(3)式として
示す。
数である。また、この手法では、量子化前の係数データ
RD1〜RD5の夫々の補正を行うので、実際には、こ
れらの係数データRD1〜RD5の夫々について式を設
定しなければならない。
ータに対して行う。データ数がmの場合、(3)式に従
って、
一意に決まらないので、誤差ベクトルEの要素を
する係数を求める。
で、(6)式の予測係数wi による偏微分係数を求め
る。
数wi を求めればよいから、
呼ばれている。正規方程式加算回路46は、この正規方
程式において加算演算を行う。すべてのトレーニングデ
ータの入力が終了した後、正規方程式加算回路46は、
予測係数決定回路47へ正規方程式データを出力する。
予測係数決定回路47は、正規方程式を掃き出し法など
の一般的な行列解法を用いて、予測係数wi について解
き、予測係数wi を算出する。予測係数決定回路47
は、算出された予測係数wi をメモリ48へ書き込む。
メモリ48には、量子化データQD1〜QD5で規定さ
れるパターン毎に、注目係数データRD1(およびRD
2〜RD5)を推定するための、統計的にもっとも真値
に近い予測係数wi が格納される。このメモリ48に格
納されたパターン毎に予測係数wi が、上述の重要係数
推定回路18において使用される補正データテーブル3
4である。ここで、求められれた各予測係数wi は上述
のフィルタ係数(a1,a2,a3,a4,a5)等と
して、復号時に用いられる。
の成分のデータから、その5つの成分のデータを推定す
る方式としたが、この組合せに限られるものではない。
測係数が格納されるとしているが、重心法により求めら
れた代表値をメモリ48へ格納する場合等を用いること
も可能である。
要度の高い交流成分の係数データがエラー等により欠落
した場合、他の成分の係数データを用いて、欠落した係
数データを一意に推定することが出来る。この推定は、
数タップの線形推定式によって行われるので、従来の方
法のように、反復的な方法を行う必要がないので、計算
量を大幅に減少させることが出来る。また、この方法で
は、一切の伝送情報量の増加はない。
TRの再生回路のブロック図である。
の一例を示すブロック図である。
の略線図である。
ルを作成するためのトレーニング時の構成を示すブロッ
ク図である。
の略線図である。
である。
である。
である。
である。
図である。
ための略線図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 直交変換後の各成分が量子化された係数
データを含む伝送データにおいて、エラーである上記係
数データを補正するディジタル画像信号処理装置におい
て、量子化された上記係数データを逆量子化する逆量子化手
段と、 エラーである注目係数データと同一ブロック内の逆量子
化された 複数の上記係数データで定まるパターン毎に、
上記注目係数データを補正するさいに使用される予測係
数データを格納するメモリと、逆量子化された 複数の上記係数データと、上記係数予測
データとに基づいて、上記注目係数データに対応する補
間値を生成するための補間値発生手段と、 エラーでない係数データと上記補間値に基づいて、逆変
換を行うことにより復号データを発生するための手段と
を有し、上記予測係数データは、トレーニングのためのディジタ
ル画像信号に対して直交変換がなされることでトレーニ
ング用係数データが生成され、上記トレーニング用係数
データが量子化され、更に量子化された上記トレーニン
グ用係数データが逆量子化されることで逆量子化係数デ
ータが生成され、上記逆量子化係数データを用いた所定
の演算式で生成された補間値とトレーニング用係数デー
タとの誤差が統計的に最小になるように、最小二乗法を
用いた学習にて定められた上記所定の演算式の係数であ
る ことを特徴とするディジタル画像信号処理装置。 - 【請求項2】 上記予測係数データは、更に、上記注目
係数データの周波数成分毎に設けれていることを特徴と
する請求項1記載のディジタル画像信号処理装置。 - 【請求項3】 上記注目係数データは、エラーであると
ともに、低次の係数データでもあることを特徴とする請
求項1記載のディジタル画像信号処理装置。 - 【請求項4】 上記予測係数データは、上記注目係数デ
ータと同一ブロック内の複数の成分の係数データを非線
形量子化した結果のデータとに基づいて分類されている
ことを特徴とする請求項1に記載のディジタル画像信号
処理装置。 - 【請求項5】 直交変換後の各成分が量子化された係数
データを含む伝送データにおいて、エラーである上記係
数データを補正するディジタル画像信号処理方法におい
て、量子化された上記係数データを逆量子化するステップ
と、 エラーである注目係数データと同一ブロック内の逆量子
化された 複数の上記係数データで定まるパターン毎に、
上記注目係数データを補正するさいに使用される予測係
数データをメモリから読み出すステップと、逆量子化された 複数の上記係数データと、上記係数予測
データとに基づいて、 上記注目係数データに対応する補間値を生成するステッ
プと、 エラーでない係数データと上記補間値に基づいて、逆変
換を行うことにより復号データを発生するステップとを
有し、上記予測係数データは、トレーニングのためのディジタ
ル画像信号に対して直交変換がなされることでトレーニ
ング用係数データが生成され、上記トレーニング用係数
データが量子化され、更に量子化された上記トレーニン
グ用係数データが逆量子化されることで逆量子化係数デ
ータが生成され、上記逆量子化係数データを用いた所定
の演算式で生成された補間値とトレーニング用係数デー
タとの誤差が統計的に最小になるように、最小二乗法を
用いた学習にて定められた上記所定の演算式の係数であ
る ことを特徴とするディジタル画像信号処理方法。 - 【請求項6】 上記注目係数データは、エラーであると
ともに、低次の係数データでもあることを特徴とする請
求項5記載のディジタル画像信号処理方法。 - 【請求項7】 上記予測係数データは、上記注目係数デ
ータと同一ブロック内の複数の成分の係数データを非線
形量子化した結果のデータとに基づいて分類されている
ことを特徴とする請求項5に記載のディジタル画像信号
処理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25645893A JP3271100B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | ディジタル画像信号復号装置および方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP25645893A JP3271100B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | ディジタル画像信号復号装置および方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH0795581A JPH0795581A (ja) | 1995-04-07 |
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Family
ID=17292922
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3271100B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4517448B2 (ja) * | 2000-05-09 | 2010-08-04 | ソニー株式会社 | データ処理装置およびデータ処理方法、並びに記録媒体 |
-
1993
- 1993-09-20 JP JP25645893A patent/JP3271100B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0795581A (ja) | 1995-04-07 |
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