JP3590993B2 - 量子化出力の情報量制御装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えばディジタルビデオ信号をＡＤＲＣ符号化するのに使用される量子化器と関連して設けられ、この量子化から出力される発生情報量を制御するための情報量制御装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人は、特開昭６１−１４４９８９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装置を提案している。また、特開昭６２−９２６２０号公報に記載されているように、複数フレームに夫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高能率符号化装置が提案されている。更に、特開昭６２−１２８６２１号公報に記載されているように、量子化を行った時に生じる最大歪が一定となるような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提案されている。
【０００３】
先に提案されているダイナミックレンジに適応した符号化方法（ＡＤＲＣと称する）では、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）からなるディジタルビデオ信号の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量子化される。
【０００４】
この量子化は、元の量子化ビット数（例えば８ビット）より少ないビット数例えば４ビットと対応する２１６個のレベル範囲に検出されたダイナミックレンジＤＲ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。
【０００５】
量子化ビット数が４ビットの場合では、ブロックのダイナミックレンジＤＲが１６個のレベル範囲に分割されている。最小のレベル範囲に含まれる画素データが（００００）と符号化され、その上のレベル範囲に含まれる画素データが（０００１）と符号化され、以下、各レベル範囲に対応して４ビットのコードに符号化され、最大のレベル範囲に含まれる画素データが（１１１１）と符号化される。従って、各画素の例えば８ビットのデータが４ビットに圧縮されて伝送される。受信側では、受信されたコード信号が代表レベルに復元される。この代表レベルは、例えば１６個のレベル範囲の夫々の中央のレベルである。
【０００６】
上述のＡＤＲＣでは、一般的にブロックの大きさを（Ｍ画素×Ｎライン）とし、各画素がｋビットに符号化されるものとすると、１ブロック当りで、Ｍ×Ｎ×ｋ（ビット）のデータ（但し、ダイナミックレンジＤＲおよび最小値ＭＩＮを除く）が発生する。元のデータ量が圧縮されるにしても、発生データ量をより減少できることが好ましい。
【０００７】
そこで、本願発明者は、従来の量子化に比してデータ表現の効率を図り、必要な伝送データ量を低減することができる、二つのタイプの量子化器を提案している。その一つのものは、特願平５−２１９８１号に記載のように、ブロックを分割してなる領域毎に量子化結果のアクティビィティ例えば領域のダイナミックレンジとしきい値とを比較し、アクティビィティがしきい値より小さい領域を一つの代表コードに変換し、代表コードへの変換がされたかどうかを、ブロック内の領域のそれぞれに関して識別するために、フラグを発生するものである。
【０００８】
他のものは、特願平５−１９５０４号に記載のように、ブロック毎に選択される量子化ステップ幅に基づいてそのブロック内のディジタル信号を量子化し、量子化結果に関し、ブロックを分割してなる領域毎に必要量子化ビット数を決定し、この必要量子化ビット数をコード化し、領域毎に伝送量子化ビット数を変更するものてある。
【０００９】
これらの量子化器は、ブロックを分割してなる領域内では、空間的相関がブロックより強くなる。従って、この領域では、ブロックに存在する冗長度を取り除くことができる。すなわち、代表コードへ変換する量子化器は、アクティビィティーが低い領域で連続的に同一の量子化出力が発生するような冗長度を取り除くことができ、また、必要量子化ビット数の量子化出力を伝送する量子化器は、不要なビットが含まれるような冗長度を取り除くことができる。このようにして、伝送データ量を低減することができる。然も、画質、音質を低下させることがない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
伝送データ量の圧縮の効率をより高めるために、上述の先に提案されている二つの方式を併用することが可能である。すなわち、アクティビィティーがしきい値より低い領域を代表コードに置き換え、アクティビィティーがしきい値より高い領域は、領域毎に必要量子化ビット数のみを伝送する構成が可能である。このような二つの方式を組み合わせた量子化器を可変長量子化に適用した場合には、量子化出力のデータ量が変化する。可変長量子化は、ブロック毎に適切な量子化ビット数を決定し、この決定された量子化ビット数で量子化を行なうものである。
【００１１】
量子化データを通信路を介して伝送する時には、通信路の伝送容量の制約があり、また、ディジタルＶＴＲの記録／再生過程等では、編集その他のビデオ信号の処理のために、ビデオ信号の１フィールドあるいは１フレームのデータ量が一定であることが要請される。このような情報量制御の一方式として、本願出願人は、既にフィードホワード形のもの（特開昭６２−１２８６１号公報）を提案している。
【００１２】
従って、この発明の目的は、上述のようなアクティビィティーがしきい値より低い領域の量子化出力は、代表コードに変換し、アクティビィティーがしきい値より高い量子化の量子化出力は、必要量子化ビット数のみを伝送する方式の量子化器を使用する時に、量子化器の出力データ量を一定あるいは所定値より少ないものに制御するための情報量制御装置および方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ブロック毎に画素の最大値および最小値の差である第１のダイナミックレンジＤＲを検出すると共に、ブロックを分割してなる複数の画素からなるサブブロック毎にサブブロックの画素の最大値およびブロックの最小値の差である第２のダイナミックレンジｄｒを検出する検出手段と、
第１のダイナミックレンジＤＲと複数の第１のしきい値との大小関係に基づいてブロック毎の第１の量子化ビット数Ａが決定され、第１の量子化ビット数Ａによって、そのブロック内のディジタル信号を量子化し、各画素に対応するコード信号からなる量子化出力を発生する量子化手段と、
サブブロック毎のアクティビィティーと第２のしきい値とを比較し、アクティビィティーが第２のしきい値より大きい場合と、アクティビィティーが第２のしきい値より小さい場合とを示す第１のフラグを発生する第１のフラグ発生手段と、
第１のフラグによってアクティビィティーが第２のしきい値より大きいことが示されるサブブロックでは、量子化出力を出力し、第１のフラグによってアクティビィティーが第２のしきい値より小さいことが示されるサブブロックでは、量子化出力に代えてサブブロックの量子化出力と等しいビット数を有する一つの代表コードを出力するコード変換手段と、
コード変換手段の出力に関して、第１の量子化ビット数Ａの範囲内でサブブロック毎に必要な第２の量子化ビット数ａ（ａ＝０，１，２，・・・，またはＡ）を決定し、第２の量子化ビット数ａを指示する第２のフラグを発生するフラグ発生手段と、
量子化手段の出力のうち第２のフラグで示される第２の量子化ビット数ａに該当するものをコード信号として出力するビット数変換とを有し、
第１のダイナミックレンジＤＲ、最大値および最小値の内の２つのデータと、第１および第２のフラグと、コード信号とを伝送する量子化装置に対する情報量制御装置であって、
第１の方向が第１のダイナミックレンジＤＲの値の変化とされ、第２の方向が第２のダイナミックレンジｄｒの値の変化とされ、所定期間の第１のダイナミックレンジＤＲおよび第２のダイナミックレンジｄｒの発生度数の分布が登録されると共に、第２のダイナミックレンジの発生度数の登録が第２の量子化ビット数ａによる重み付けがなされた度数分布テーブルが第１の量子化ビット数Ａの０以外の値のそれぞれについて作成され、
第１の方向において登録されている度数を積算すると共に、第２の方向において登録されている度数を積算することによって、作成された度数分布テーブルを積算型度数分布テーブルにそれぞれ変更し、
複数の積算型度数分布テーブルに対して複数の第１のしきい値および第２のしきい値をそれぞれ与えることによって、第１および第２のしきい値に対応する発生情報量を求め、
求められた発生情報量と目標値を比較し、発生情報量が目標値以下で、且つ発生情報量が目標値に最も近い複数のしきい値を決定するようにした量子化出力の情報量制御装置である。
また、この発明は、第１のダイナミックレンジＤＲ、最大値および最小値の内の２つのデータと、第１および第２のフラグと、コード信号とを伝送する量子化装置に対する情報量制御方法であって、
第１の方向が第１のダイナミックレンジＤＲの値の変化とされ、第２の方向が第２のダイナミックレンジｄｒの値の変化とされ、所定期間の第１のダイナミックレンジＤＲおよび第２のダイナミックレンジｄｒの発生度数の分布が登録されると共に、第２のダイナミックレンジの発生度数の登録が第２の量子化ビット数ａによる重み付けがなされた度数分布テーブルが第１の量子化ビット数Ａの０以外の値のそれぞれについて作成するステップと、
第１の方向において登録されている度数を積算すると共に、第２の方向において登録されている度数を積算することによって、作成された度数分布テーブルを積算型度数分布テ ーブルにそれぞれ変更するステップと、
複数の積算型度数分布テーブルに対して複数の第１のしきい値および第２のしきい値をそれぞれ与えることによって、第１および第２のしきい値に対応する発生情報量を求めるステップと、
求められた発生情報量と目標値を比較し、発生情報量が目標値以下で、且つ発生情報量が目標値に最も近い複数のしきい値を決定するステップとからなる情報量制御方法である。
【００１４】
【作用】
ブロック毎の第１のダイナミックレンジＤＲの複数の第１のしきい値Ｔ１〜Ｔ４との関係によって、ブロックの量子化ビット数が規定される。ブロック内の領域のアクティビィティーが第２のしきい値Ｔ０より小さい時には、領域の量子化出力が一つの代表コードへ変換される。ブロック内の領域の量子化ビット数は、領域の第２のダイナミックレンジｄｒによって規定される。しきい値Ｔ０〜Ｔ４を可変することによって、量子化出力の発生情報量を制御することができる。第１および第２のダイナミックレンジの発生度数が登録されると共に、第２のダイナミックレンジｄｒの発生度数が重み付けされる。このテーブルに対して複数のしきい値Ｔ０〜Ｔ４を適用することによって、複数のしきい値Ｔ０〜Ｔ４に対応する発生情報量を計算することができる。この発生情報量が目標値以下とできるしきい値Ｔ０〜Ｔ４が決定される。決定されたしきい値Ｔ０〜Ｔ４によって、量子化が実際になされる。
【００１５】
【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。図１において、１で示す入力端子にディジタル情報信号例えばディジタルビデオ信号が供給される。このディジタルビデオ信号は、１サンプルが８ビットにディジタル化されるとともに、ラスター走査の順序からブロックの順序にデータの配列が変換されたものである。１ブロックは、１フレーム或いは１フィールドの画面が細分化された結果の（Ｍ画素×Ｎライン）の２次元領域である。
【００１６】
入力ディジタルビデオ信号が最大値検出回路２、最小値検出回路３および遅延回路４に供給される。検出回路２は、各ブロックの画素データ中の最大値ＭＡＸと各サブブロックの画素データ中の最大値ｍａｘとを検出する。同様に、検出回路２は、各ブロックの画素データ中の最小値ＭＩＮと各サブブロックの画素データ中の最小値ｍｉｎとを検出する。遅延回路４は、最大値および最小値を検出するために必要な時間、データを遅延させる。ブロック全体の最大値ＭＡＸと各サブブロックの最大値ｍａｘがレジスタ５に登録され、また、ブロック全体の最小値ＭＩＮと各サブブロックの最小値ｍｉｎがレジスタ６に登録される。
【００１７】
レジスタ５および６の出力が供給される減算回路７では、最大値から最小値が減算される。その結果、減算回路７は、ブロック全体のダイナミックレンジＤＲ（＝ＭＡＸ−ＭＩＮ）（第１のダイナミックレンジ）と各サブブロックのダイナミックレンジｄｒ（＝ｍａｘ−ＭＩＮ）（後述する図３参照。第２のダイナミックレンジ）とを発生する。これらのＤＲおよびｄｒがレジスタ８に登録される。減算回路９では、遅延回路４からのビデオデータからブロック全体の最小値ＭＩＮが減算され、減算回路７から最小値ＭＩＮが除去されたビデオデータＰＤＩが得られる。ブロックの最小値ＭＩＮは、遅延回路１０を介して出力端子１４に取り出される。
【００１８】
レジスタ８に登録されているブロックのダイナミックレンジＤＲおよびサブブロックのダイナミックレンジｄｒが量子化器１１およびバッファリングユニット１２に供給される。量子化器１１には、最小値除去で正規化されたビデオデータＰＤＩと、バッファリングユニット１２で決定されたしきい値Ｔ０、Ｔ１〜Ｔ４が供給される。この量子化器１１は、アクティビィティーがしきい値Ｔ０より低いサブブロックに関しては、そのサブブロックに関して一つの代表コードのみを伝送するタイプのものである。また、量子化器１１は、ブロックのダイナミックレンジＤＲとしきい値Ｔ１〜Ｔ４の関係からブロック毎に量子化ビット数ｘが０，１，２，３，または４ビットに変化する可変長量子化を行なう。
【００１９】
量子化器１１からは、ブロック毎に代表コードに置き換えたどうかを示すフラグＦ１と、ダイナミックレンジＤＲ、ｄｒと、量子化出力であるコード信号ＤＴ１とが発生し、これらが次段のビット数変換器１３に供給される。また、フラグＦ１が出力端子１５に取り出される。
【００２０】
ビット数変換器１３は、サブブロック毎に必要量子化ビット数を決定し、必要量子化ビット数のコード信号のみを出力するものである。このビット数変換器１３には、バッファリングユニット１２からしきい値Ｔ１〜Ｔ４が供給される。さらに、量子化器１１からのフラグＦ１を受け取って、各画素のデータが代表コードに置き換えられたサブブロックに関しては、代表コードを出力する。すなわち、量子化器１１の処理がビット数変換器１３の処理より優先的になされる。
【００２１】
そして、ビット数変換器１３からは、必要量子化ビット数を指示するフラグＦ２と、ダイナミックレンジＤＲと、コード信号ＤＴ２とが出力端子１６、１７および１８にそれぞれ取り出される。さらに、バッファリングユニット１２からは、しきい値Ｔ０、Ｔ１〜Ｔ４を指示するしきい値番号コードが出力端子１９に取り出される。以上の出力端子１４〜１９にそれぞれ取り出された、ダイナミックレンジ情報（ＭＩＮ、ＤＲ）、コード信号ＤＴ２、フラグＦ１、Ｆ２、しきい値番号コードが符号化出力である。
【００２２】
この符号化出力が図示しないが、フレーム化回路に供給される。フレーム回路は、符号化出力に対して同期信号の付加、エラー訂正符号の符号化処理がなされる。フレーム化回路から取り出された伝送データは、例えば回転ヘッドによって磁気テープに記録される。
【００２３】
なお、受信（または再生）側は、図示されてないが、フラグＦ１で指示されるサブブロックの代表コードをそのサブブロックの全画素に対して割り当て、また、フラグＦ２により指示される数の｀０’ のビットを各コード信号の上位側に付加し、それによってコード信号を４ビット一定のものに変換し、この変換後のコード信号を先に提案されているＡＤＲＣの復号と同様の方法で復号する。
【００２４】
量子化器１１およびビット数変換器１３は、一例として図２に示す構成とされる。また、ブロックは、図３Ａに示すように、１枚の画像を分割することで得られた（Ｍ・Ｎ）の部分画像である。そして、図３Ｂに示すように、このブロックを１６等分することによって、結果のｍ・ｎの小領域（サブブロックと称する）ＳＢ０〜ＳＢ１５を形成する。例えば（Ｍ＝Ｎ＝１６）とされ、（ｍ＝ｎ＝４）とされる。
【００２５】
図２において、２１は、最小値除去後のビデオデータＰＤＩが供給される第１の量子化回路である。この量子化回路２１は、量子化ステップ幅（Δ）発生回路２２からの量子化ステップ幅Δによって、データＰＤＩを量子化し、コード信号ＤＴ１を出力する。すなわち、ＰＤＩをΔで除算し、商を切捨てで整数化した値がコード信号ＤＴ１とされる。量子化回路２１は、除算回路或いはＲＯＭで構成できる。量子化ビット数をｘビットとすると、ダイナミックレンジＤＲが１／２ｘ とされることによって、量子化ステップ幅Δが形成される。
【００２６】
この例では、ｘ＝０，１，２，３，または４（ビット）の可変長量子化を行なっているので、量子化ステップ幅発生回路２２には、ダイナミックレンジＤＲとしきい値Ｔ１〜Ｔ４とが供給される。ダイナミックレンジＤＲとしきい値Ｔ１〜Ｔ４の大小関係からそのブロックの量子化ビット数ｘが決定される。
【００２７】
量子化回路２１からのコード信号ＤＴ１がデータ変換回路２３に供給される。データ変換回路２３は、サブブロックの代表コードを形成する回路を有し、比較回路２４からのフラグＦ１に応答してコード信号ＤＴ１、または一つの代表コードを１サブブロックに関して出力する。比較回路２４には、サブブロックのダイナミックレンジｄｒとバッファリングユニット１２で決定されたしきい値Ｔ０とが供給される。
【００２８】
この一実施例では、サブブロックのアクティビィティの指標として、サブブロックのダイナミックレンジｄｒを採用している。ダイナミックレンジｄｒがしきい値Ｔ０より小さい場合には、そのサブブロックのアクティビィティが低いと判断される。アクティビィティとしては、ｄｒ以外にサブブロックの画素データの標準偏差等を採用することができる。フラグＦ１は、１６個のサブブロックのそれぞれに関して、比較結果を指示するために、１ブロック当りでサブブロック数と等しいビット数例えば１６ビットを必要とする。
【００２９】
ダイナミックレンジｄｒがしきい値Ｔ０よりも小さいサブブロックでは、そのサブブロックの全ての画素データが一つの代表コードに変換される。サブブロック内の量子化出力の平均値、それらの中間値等のような代表コードがデータ変換回路２３で生成される。場合によっては、サブブロック内の量子化コードの最小値を代表コードとして採用しても良い。図２では、省略されているが、代表コードを生成するのに必要なデータがデータ変換回路２３に供給される。
【００３０】
上述のように、量子化回路２１、量子化ステップ幅発生回路２２、データ変換回路２３および比較回路２４により構成される量子化器１１によれば、必要伝送データ量を減少できる。単にＡＤＲＣのみの場合（ｘ＝４ビットの例）では、１ブロック当りで、８（ＤＲ）＋８（ＭＩＮ）＋４×Ｍ×Ｎ（ビット）が発生する。これに対して、量子化器１１は、例えば１６個のサブブロック中で４個のもののダイナミックレンジｄｒがしきい値Ｔ０より小さい場合では、８（ＤＲ）＋８（ＭＩＮ）＋１６（フラグＦ１）＋３×Ｍ×Ｎ＋１６（代表コード）（ビット）である。両者の発生データ量との差は、（Ｍ×Ｎ）−３２ビットであり、ブロックサイズ（Ｍ×Ｎ）がフラグＦ１のデータ量と比較して大きい時には、発生データ量の低減効果が大きい。常にフラグＦ１が必要とされるが、ブロックが大きくなるほど、その発生データ量に占める割合が低下する。
【００３１】
上述のように発生したコード信号ＤＴ１がデータ変換回路２５およびコード化回路２６に供給される。また、フラグＦ１がデータ変換回路２５に供給される。これらのデータ変換回路２５およびコード化回路２６は、ビット数変換器１３を構成する。このビット数変換器１３は、サブブロック毎に必要ビット数を決定し、必要ビット数のデータのみを伝送するために設けられている。
【００３２】
図３Ａおよび図３Ｂにそれぞれ示すブロックおよびサブブロックの構成において、例えば（Ｍ＝Ｎ＝１６）とし、（ｍ＝ｎ＝４）とする。簡単のために、データ変換回路２３において、代表コードへの変換がなされず、１次元ブロックの場合を考えると、図３Ｃにその一例を示すように、画素データが分布する。ここで、破線で区切られたサブブロック内では、隣接データの相関が強いために、ブロック内の最小値ＭＩＮに対する各サブブロックの画素の最大値の差である、各サブブロックのダイナミックレンジｄｒ（第２のダイナミックレンジ）は、ｄｒ０、ｄｒ１、ｄｒ２、ｄｒ３となり、最大値ＭＡＸが含むサブブロックＳＢ１以外のもののダイナミックレンジｄｒがブロックのダイナミックレンジＤＲより小さいものとなる。その結果、量子化ビット数をもとのｘビットより少なくすることが可能となる。この実施例では、ビット数変換器１３において量子化に不必要なビットを最上位ビットから最下位ビットに向かって順に削除する。
【００３３】
一例として、ブロックの量子化ビット数ｘを４ビットとすると、４、３、２、１、０ビットの合計５状態が存在する。１ビットおよび０ビットを同一表現すると、４状態となり、２ビットで必要量子化ビット数を表現できる。従って、あるサブブロックに関して、（４ビット×ｍ×ｎ）必要であったデータ量は、必要量子化ビット数が１ビットの場合では、（１ビット×ｍ×ｎ＋２）に減少できる。上述の例では、サブブロックの６４ビットのデータ量を１８ビットに減少することができる。勿論、量子化に必要なビット数が４ビットの場合には、データ量が２ビット増えるが、サブブロック内では、隣接データの相関が一般的に強いので、データ量の削減が可能である。
【００３４】
図２におけるコード化回路２６は、サブブロックの必要ビット数を表す２ビットのフラグＦ２を生成するためのもので、このフラグＦ２が出力端子１６に取り出されると共に、データ変換回路２５に供給される。例えばサブブロック内の最大値を検出することによって、必要ビット数が４状態の何れかを決定でき、その結果の２ビットのフラグＦ２が生成される。データ変換回路２５では、フラグＦ２に応答したビット数をコード信号ＤＴ１から削除し、必要ビット数のコード信号ＤＴ２に変換する。このビット数の削減は、ＭＳＢ（最上位ビット）から下位ビットに向けてなされる。コード信号ＤＴ２が出力端子１８に取り出される。
【００３５】
このように、ブロック毎に量子化ビット数が定まる量子化において、符号化出力の必要伝送データ量を量子化器１１およびビット数変換器１３によって、低減できる。また、データ表現を効率化しているので、画像データならば画質を向上でき、オーディオデータならば音質を向上することができる。
【００３６】
次に、発生データ量を所定値以下に制御する情報量制御のためのバッファリングユニット１２について説明する。可変長量子化例えばブロックのダイナミックレンジＤＲに適応して量子化ビット数を変える可変長ＡＤＲＣは、各画素の割当てビット数ｘをブロックのダイナミックレンジＤＲに応じたもの、例えば０、１、２、３、または４ビットの何れかとするものである。１ブロック内の割当てビット数は同一である。ダイナミックレンジＤＲとしきい値Ｔ１〜Ｔ４（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４）との大きさの関係に基づいて、割当てビット数ｘが決定される。
【００３７】
可変長ＡＤＲＣは、ダイナミックレンジＤＲが小さいブロックでは、割当てビット数ｘを少なくし、ダイナミックレンジＤＲが大きいブロックでは、割当てビット数ｘを多くすることで、効率の良い符号化を行うことができる。即ち、（ＤＲ＜Ｔ１）のブロックは、コード信号が伝送されず、ダイナミックレンジＤＲおよび最小値ＭＩＮのみが伝送され、（Ｔ１≦ＤＲ＜Ｔ２）のブロックは、（ｘ＝１）とされ、（Ｔ２≦ＤＲ＜Ｔ３）のブロックは、（ｘ＝２）とされ、（Ｔ３≦ＤＲ＜Ｔ４）のブロックは、（ｘ＝３）とされ、（ＤＲ≧Ｔ４）のブロックは、（ｘ＝４）とされる。
【００３８】
かかる可変長ＡＤＲＣでは、しきい値Ｔ１〜Ｔ４を変えることで、バッファリングを行なうことができる。従って、１フィールド或いは１フレームまたはより短い期間で発生する情報量を所定値にすることが要求される伝送路例えばディジタルＶＴＲに対しても、可変長ＡＤＲＣを適用できる。
【００３９】
図４は、この発明によるバッファリング回路の一部を示す。このバッファリング回路は、所定期間（ビデオ信号の場合の１フレーム、１フィールド、またはそれより短い一定期間）に量子化器１３から出力されるデータ量を目標値以下で、且つ最大の量に制御するものである。可変長ＡＤＲＣの場合では、用意されている複数のしきい値の組を順に適用して発生しうるデータ量を計算し、上述の条件を満たすデータ量を発生するしきい値が決定される。このように決定されたしきい値は、所定期間でなされる可変長ＡＤＲＣにおいて使用される。
【００４０】
すなわち、所定期間内のブロックのダイナミックレンジＤＲと決定されたしきい値Ｔ１〜Ｔ４とからブロック毎に量子化ビット数ｘが決定され、決定された量子化ビット数ｘとダイナミックレンジＤＲから量子化ステップ幅Δが決定される。そして、量子化ステップ幅ΔによってＡＤＲＣがなされ、符号化出力に対して上述のように、サブブロック毎のビット数圧縮処理がなされる。図４および図８の構成は、上述の処理におけるしきい値Ｔ０、Ｔ１〜Ｔ４を決定するための処理と関連するものである。
【００４１】
図４において、３４ａ〜３４ｄは、ＲＡＭで構成されたテーブルであって、各テーブルは、ブロックの量子化ビット数（１，２，３または４）とそれぞれ対応している。０ビットの場合では、コード信号が伝送されないので、これを考慮する必要がない。テーブル３４ａ〜３４ｄに対するアドレスとして、ダイナミックレンジＤＲおよびｄｒが供給される。
【００４２】
図５に示すように、テーブル３４ａ〜３４ｄは、水平方向のアドレス（ＤＲ＝０〜２５５）と垂直方向のアドレス（ｄｒ＝０〜２５５）とによって、書込み／読出し位置が規定される。テーブル３４ａ〜３４ｄには、度数が登録される。ここで、度数は、所定期間に発生するＤＲおよびｄｒの個数であり、サブブロック毎の必要量子化ビット数に対応して重み付けがされる。この登録の結果、ＤＲおよびｄｒを水平および垂直方向とする、２次元の度数分布表がテーブル３４ａ〜３４ｄ内に作成される。
【００４３】
テーブル３４ａ〜３４ｄの読出しデータが加算器３５ａ〜３５ｄにそれぞれ供給され、ＲＯＭ３６ａ〜３６ｄの読出し出力と加算される。これらのＲＯＭ３６ａ〜３６ｄに対するアドレスは、テーブル３４ａ〜３４ｄのアドレスと共通である。加算器３５ａ〜３５ｄの出力がテーブル３４ａ〜３４ｄの同一アドレスに対して書込まれる。この動作を所定期間、繰り返すことによって、テーブル３４ａ〜３４ｄ内には、所定期間の度数分布表が作成される。
【００４４】
ＲＯＭ３６ａ〜３６ｄは、サブブロックの量子化ビット数に応じた重み付け処理のためのものである。すなわち、上述のビット数変換器１３では、ダイナミックレンジＤＲおよびｄｒの関係によって、サブブロックの量子化ビット数が変化する。例えば、ブロックの量子化ビット数が４ビットの場合には、サブブロックの量子化ビット数が０，１，２，３，または４ビットに変化しうる。このサブブロックの量子化ビット数に応じた値をＲＯＭ３６ｄが出力する。
【００４５】
テーブル例えば４ビットテーブル３４ｄへの登録についてより具体的に説明する。ＤＲ＝３１とすると、ｄｒが１６以上の場合には、量子化ビット数が４ビットであるので、そのＤＲおよびｄｒで指示される座標（位置）に４を登録する。若し、ｄｒが８以上１６未満であれば、その座標に３を登録する。ｄｒが４以上８未満の場合では、その座標に２を登録する。ｄｒが２以上４未満の場合では、その座標に１を登録する。ｄｒが０または１の場合には、何も登録しない（テーブル３４ａ〜３４ｄは、初期クリアされている）。他の量子化ビット数のテーブルについても同様の処理によって度数分布表が作成される。
【００４６】
度数分布表の作成後に、ＤＲの軸の方向に、最大値（２５５）から最小値（０）に向かって登録値を積算し、それからｄｒの軸の方向に、最大値（２５５）から最小値（０）に向かって登録値を積算する。このようにして、積算形の度数分布表がテーブル３４ａ〜３４ｄ内に作成される。
【００４７】
積算形度数分布表を作成することによって、あるしきい値の組に対して発生するデータ量の算出がより簡単となることを説明する。理解の簡単のために、ブロックのダイナミックレンジＤＲのみの度数分布および積算形度数分布について説明する。１フレーム等の所定期間のダイナミックレンジＤＲの度数が図６Ａに示すものとする。図６Ａにおいて、横軸が０〜２５５までのＤＲであり、縦軸が度数（ブロック数単位）である。ＤＲの軸に対してＴ１〜Ｔ４のしきい値を適用した時に、各範囲（割当て量子化ビット数と対応する）に含まれるブロック数がＮ０〜Ｎ４で表されている。
【００４８】
この度数分布において、ＤＲの大きい方から小さい方へ各度数を積算することによって作成される積算形度数分布を図６Ｂに示す。しきい値Ｔ１〜Ｔ４のそれぞれにおける積算度数をＳ１〜Ｓ４とすると、発生データ量Ｉは、次式で表される。
Ｉ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４＝（Ｎ１＋Ｎ２＋Ｎ３＋Ｎ４）＋（Ｎ２＋Ｎ３＋Ｎ４）＋（Ｎ３＋Ｎ４）＋Ｎ４＝Ｎ１＋２Ｎ２＋３Ｎ３＋４Ｎ４
また、各割当て量子化ビット数に対するブロック数も、簡単に求めることができる。例えば１ビットの量子化ビット数が割当てられるブロック総数は、Ｓ２−Ｓ１＝Ｎ１と求めることができる。
【００４９】
このように求められた発生データ量Ｉと目標値Ｉｔとを比較することによって、そのしきい値が適切かどうかを判断できる。そして、しきい値を変化させることによって、目標値Ｉｔ以下で、且つ最大である発生データ量Ｉを生じさせるしきい値Ｔ１〜Ｔ４を最適しきい値として決定する。この最適しきい値によって、実際に伝送される量子化出力が生成される。このようなバッファリング処理は、しきい値Ｔ１〜Ｔ４とダイナミックレンジＤＲとによって、ブロックの割当てビット数が決定される場合に適用されるものである。
【００５０】
この実施例では、ブロック単位の処理に加えてサブブロック単位の処理を行なっているために、上述のバッファリング処理に対してサブブロックの処理を考慮したバッファリング処理が必要となる。すなわち、上述のように、度数を登録する時に重み付けがなされ、また、代表コードに変換するかどうかの基準となるしきい値Ｔ０を考慮する。一例として、図７に示すように、５個のしきい値Ｔ０〜Ｔ４を一組とし、複数（ｐ）の組を用意し、最適なしきい値の組を決定する。このしきい値の組は、例えばしきい値番号Ｎ＝０のしきい値の組が最も発生データ量を多くするもので、Ｎが大きくなるに従って発生データ量が単調に減少するように設定されたものである。また、しきい値Ｔ０は、しきい値Ｔ１〜Ｔ４に応じて変化する値である。復元画像の品質の点では、Ｎ＝０のしきい値の組を使用した場合が最良である。上述のように、積算形度数分布表を一旦作成しておけば、しきい値の組のそれぞれと対応する発生データ量の算出を迅速に行なうことができる。
【００５１】
バッファリング回路の発生データ量の計算としきい値を決定するための構成を図８に示す。テーブル３４ａ〜３４ｄには、しきい値テーブル（ＲＯＭで構成される）３７からしきい値の組が供給される。しきい値テーブル３７には、図７に示すような複数のしきい値の組が格納されている。最初にＮ＝０のしきい値の組が読出される。テーブル３４ａ〜３４ｄに対しては、アドレスとしてしきい値が供給される。
【００５２】
テーブル３４ａには、最初にしきい値Ｔ０，Ｔ１がアドレスとして供給され、次にしきい値Ｔ０，Ｔ２が供給される。しきい値Ｔ１，Ｔ２を与えることは、図６Ｂの例であれば、積算度数Ｓ１が読出され、次にＳ２が読出されることを意味する。テーブル３４ａの出力がレジスタ３８ａおよび減算器３９ａに供給される。減算器３９ａには、レジスタ３８ａの出力が供給される。減算器３９ａは、Ｔ０，Ｔ１の座標のデータからＴ１，Ｔ２の座標のデータを減算し、減算器３９ａの出力がレジスタ４０ａに取り込まれる。この減算出力は、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックであって、割当てビット数が１ビットのブロックに関して、そのデータ量を表している。すなわち、ビット数変換器１３の処理で発生するデータ量を表している。
【００５３】
テーブル３４ｂに対して、最初にしきい値Ｔ０，Ｔ２が供給され、次にしきい値Ｔ３，Ｔ０が供給される。レジスタ３８ｂおよび減算器３９ｂによって、レジスタ４０ｂには、割当てビット数が２ビットのブロックであって、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関するデータ量が格納される。テーブル３４ｃに対しては、しきい値Ｔ０，Ｔ３およびＴ０，Ｔ４が順次供給され、レジスタ３８ｃおよび減算器３９ｃにより、割当てビット数が３ビットのブロックであって、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関するデータ量が求められ、これがレジスタ４０ｃに格納される。テーブル３４ｄに対しては、しきい値Ｔ０，Ｔ４が供給され、レジスタ４０ｄに割当てビット数が４ビットであって、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関するデータ量が格納される。
【００５４】
このようにして求められた（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関する発生データ量が加算器４１、４２および４３により加算される。次に、（ｄｒ＜Ｔ０）のサブブロック（すなわち、量子化器１１によって、代表コードに変換される対象のサブブロック）に関する発生データ量が１ビットテーブル３４ａを用いて計算される。これらの（ｄｒ≧Ｔ０）に関する発生データ量と（ｄｒ＜Ｔ０）の発生データ量とが加算器４３により加算され、所定期間の発生データ量Ｉが計算される。
【００５５】
この発生データ量Ｉが比較判定回路４４に供給され、目標データ量Ｉｔと比較される。比較判定回路４４の判定結果がしきい値テーブル３７およびレジスタ４５に供給される。しきい値テーブル３７は、Ｉ＞Ｉｔの場合では、しきい値の組を次の組に進めるためにアドレスがインクリメントされる。また、レジスタ４５は、Ｉ≦Ｉｔの場合を示す比較判定回路４４の出力によって、しきい値の組Ｔ０〜Ｔ４を取り込む。このように決定されたしきい値Ｔ０が出力端子４６ａに取り出され、しきい値Ｔ１〜Ｔ４が出力端子４６ｂに取り出される。この決定されたしきい値Ｔ０〜Ｔ４が所定期間のデータの量子化のために使用される。
【００５６】
テーブル３４ａ〜３４ｄに積算形の度数分布表が作成された後でなされる、発生データ量Ｉの計算について、図９を参照してより詳細に説明する。図９Ａが１ビットテーブルを示し、図９Ｂ、図９Ｃおよび図９Ｄがそれぞれ２ビットテーブル、３ビットテーブルおよび４ビットテーブルをそれぞれ示す。これらのテーブルに適用されるしきい値Ｔ１〜Ｔ４の一例が図９に示されている。また、各しきい値に対して記載されている１，２，３，４の数字は、サブブロックの量子化ビット数を表し、矢印で示す範囲のダイナミックレンジｄｒに対して量子化ビット数が規定される。
【００５７】
最初に（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関してなされる量子化、すなわち、必要ビット数に量子化出力を変換する量子化により発生するデータ量の計算について説明する。図９Ａの１ビットテーブルでは、しきい値Ｔ０，Ｔ１の座標のデータｄ１と、しきい値Ｔ０，Ｔ２の座標のデータｄ３とを読み取り、減算器３９ａによって、ｄ１−ｄ３を演算し、１ビット量子化のブロックに関する発生データ量Ｉ１を計算する。図９Ｂの２ビットテーブルにおいて、しきい値Ｔ０，Ｔ２およびＴ０，Ｔ３の座標のデータｄ９およびｄ１１をそれぞれ読み取り、減算器３９ｂによって、ｄ９−ｄ１１を演算し、２ビット量子化のブロックに関する発生データ量Ｉ２を計算する。同様に、図９Ｃの３ビットテーブルにおいて、しきい値Ｔ０，Ｔ３およびＴ０，Ｔ４の座標のデータｄ１３およびｄ１５を読み取り、減算器３９ｃによって、ｄ１３−ｄ１５を演算し、３ビット量子化のブロックに関する発生データ量Ｉ３を計算する。さらに、図９Ｄの４ビットテーブルにおいて、しきい値Ｔ０，Ｔ４の座標のデータｄ１７を読み取る。これは、４ビット量子化のブロックに関する発生データ量Ｉ４である。これらの発生データ量Ｉ１〜Ｉ４を加算することによって、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関する発生データ量Ｉ０が計算される。
【００５８】
すなわち、この実施例において、必要ビット数に変換する量子化により発生するデータ量Ｉ０１は、
Ｉ０１＝Ｐ・（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）
である。但し、Ｐは、サブブロック内の画素数である。
【００５９】
次に、（ｄｒ＜Ｔ０）のサブブロックに関する発生データ量が計算される。これは、図９Ａの１ビットテーブルを使用してなされる。このテーブルにおいて、（ｄ６−ｄ７）がＤＲ≧Ｔ４（すなわち、４ビット量子化）で、且つｄｒ＜Ｔ０（すなわち、代表コードに変換される）のサブブロック数である。
【００６０】
同様に、３ビット量子化の場合で、代表コードに変換されるサブブロック数は、〔（ｄ４−ｄ５）−（ｄ６−ｄ７）〕である。２ビット量子化の場合には、〔（ｄ２−ｄ３）−（ｄ４−ｄ５）〕が代表コードに変換されるサブブロック数である。１ビット量子化の場合には、〔（ｄ０−ｄ１）−（ｄ２−ｄ３）〕が代表コードに変換されるブロック数である。
【００６１】
従って、代表コードに変換する量子化によって発生するデータ量Ｉ０２は、
【００６２】
さらに、伝送フラグＦ１およびＦ２のビット数を計算する必要がある。サブブロック内の画素数をＰとし、ブロック内のサブブロックの数をＱとし、所定期間（バッファリング期間）内のブロック数をＫとする。必要量子化ビット数を指示するフラグＦ２は、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロック毎に２ビットである。このサブブロック数は、座標（ＤＲ＝Ｔ１、ｄｒ＝Ｔ０）の値ｄ１である。よって、フラグＦ２の伝送ビット数は、２ｄ１である。
【００６３】
一方、フラグＦ１は、サブブロック毎にｄｒがしきい値Ｔ０未満かどうかを示すのに１ビット必要である。従って、フラグＦ１の伝送ビット数は、Ｑ・Ｋとなる。このフラグＦ１およびＦ２のデータ量の計算は、図８では、省略されている。しかしながら、フラグＦ１のデータ量は、ブロック内のサブブロック数Ｑと、バッファリング期間内のブロック数Ｋで定まり、フラグＦ２のデータ量は、１ビットテーブルの値ｄ１を読み取ることによって、簡単にこれらのデータ量を計算することができる。
【００６４】
上述のように、この発明の一実施例により発生するデータ量Ｉは、次式で求められる。
【００６５】
最終的な発生データ量は、上式のＩに対して付加コードのデータ量を加えたものである。例えばＡＤＲＣの場合では、ブロック毎にダイナミックレンジ情報を伝送する必要があり、これが付加コードのデータ量となる。しかしながら、付加コードのデータ量は、固定であり、可変のデータ量は、上式で計算されるので、バッファリング処理を行なうことができる。
【００６６】
図１０は、この発明によるバッファリング処理の方法を説明するフローチャートである。最初にブロックの割当てビット数毎に、ダイナミックレンジＤＲおよびｄｒを軸とする度数分布表が作成される（ステップ５１）。次に、各度数分布表が積算形度数分布表に変換される（ステップ５２）。次のステップ５３で、しきい値発生テーブルのしきい値番号Ｎが０に設定される。
【００６７】
そして、ステップ５４において、このしきい値の組を積算形度数分布表に適用することによって、発生データ量Ｉが計算される。この発生データ量Ｉと目標データ量Ｉｔとがステップ５５において比較される。Ｉ＞Ｉｔならば、ステップ５６に処理が移り、しきい値番号ＮがＮ＋１とされる。そして、再び発生データ量Ｉが計算され、これが目標データ量Ｉｔと比較される。この処理がＩ≦Ｉｔとなるまで、繰り返され、制御結果（すなわち、決定されたしきい値番号Ｎ）が設定される。これによりバッファリング処理が終了する。
【００６８】
この発明は、ＤＣＴとＡＤＲＣとを組み合わせたハイブリッド符号に対しても適用できる。さらに、各サブブロックの必要量子化ビット数は、サブブロックの標準偏差等から決定しても良い。よりさらに、この発明は、ディジタルビデオ信号に限らずディジタルオーディオ信号の符号化に対しても適用することができる。
【００６９】
【発明の効果】
この発明における量子化器は、ブロック毎に量子化ビット数が定まる符号化において、二つの適応量子化を組み合わせているので、符号化出力の必要伝送データ量を低減できる。この量子化器を使用する可変長量子化の場合において、発生データ量を目標値以下に制御することができる。従って、ディジタルＶＴＲのような伝送路に対してこの発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の全体的なブロック図である。
【図２】この発明を適用できる量子化器の一例のブロック図である。
【図３】量子化器におけるサブブロックの分割の一例とコード信号の値の一例を示す略線図である。
【図４】この発明の一実施例の一部のブロック図である。
【図５】この発明の一実施例における２次元テーブルの説明に用いる略線図である。
【図６】この発明の一実施例における度数分布表および積算形度数分布表の説明に用いる略線図である。
【図７】この発明の一実施例におけるしきい値発生用のテーブルの説明のための略線図である。
【図８】この発明の一実施例の他の部分のブロック図である。
【図９】この発明の一実施例の情報量制御の説明に用いる略線図である。
【図１０】この発明の一実施例の情報量制御の説明に用いるフローチャートである。
【符号の説明】
１ ディジタルビデオ信号の入力端子
１１ サブブロックの量子化コードを代表コードへ変換する量子化器
１３ サブブロックの量子化コードのビット数を変換するビット数変換器
２３ 量子化コードを代表コードへ変換するコード変換回路
２５ 量子化コードを必要量子化ビット数のコードへ変換するコード変換回路
２６ 必要量子化ビット数を示すフラグを生成するコード化回路
【産業上の利用分野】
この発明は、例えばディジタルビデオ信号をＡＤＲＣ符号化するのに使用される量子化器と関連して設けられ、この量子化から出力される発生情報量を制御するための情報量制御装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人は、特開昭６１−１４４９８９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装置を提案している。また、特開昭６２−９２６２０号公報に記載されているように、複数フレームに夫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高能率符号化装置が提案されている。更に、特開昭６２−１２８６２１号公報に記載されているように、量子化を行った時に生じる最大歪が一定となるような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提案されている。
【０００３】
先に提案されているダイナミックレンジに適応した符号化方法（ＡＤＲＣと称する）では、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）からなるディジタルビデオ信号の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量子化される。
【０００４】
この量子化は、元の量子化ビット数（例えば８ビット）より少ないビット数例えば４ビットと対応する２１６個のレベル範囲に検出されたダイナミックレンジＤＲ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。
【０００５】
量子化ビット数が４ビットの場合では、ブロックのダイナミックレンジＤＲが１６個のレベル範囲に分割されている。最小のレベル範囲に含まれる画素データが（００００）と符号化され、その上のレベル範囲に含まれる画素データが（０００１）と符号化され、以下、各レベル範囲に対応して４ビットのコードに符号化され、最大のレベル範囲に含まれる画素データが（１１１１）と符号化される。従って、各画素の例えば８ビットのデータが４ビットに圧縮されて伝送される。受信側では、受信されたコード信号が代表レベルに復元される。この代表レベルは、例えば１６個のレベル範囲の夫々の中央のレベルである。
【０００６】
上述のＡＤＲＣでは、一般的にブロックの大きさを（Ｍ画素×Ｎライン）とし、各画素がｋビットに符号化されるものとすると、１ブロック当りで、Ｍ×Ｎ×ｋ（ビット）のデータ（但し、ダイナミックレンジＤＲおよび最小値ＭＩＮを除く）が発生する。元のデータ量が圧縮されるにしても、発生データ量をより減少できることが好ましい。
【０００７】
そこで、本願発明者は、従来の量子化に比してデータ表現の効率を図り、必要な伝送データ量を低減することができる、二つのタイプの量子化器を提案している。その一つのものは、特願平５−２１９８１号に記載のように、ブロックを分割してなる領域毎に量子化結果のアクティビィティ例えば領域のダイナミックレンジとしきい値とを比較し、アクティビィティがしきい値より小さい領域を一つの代表コードに変換し、代表コードへの変換がされたかどうかを、ブロック内の領域のそれぞれに関して識別するために、フラグを発生するものである。
【０００８】
他のものは、特願平５−１９５０４号に記載のように、ブロック毎に選択される量子化ステップ幅に基づいてそのブロック内のディジタル信号を量子化し、量子化結果に関し、ブロックを分割してなる領域毎に必要量子化ビット数を決定し、この必要量子化ビット数をコード化し、領域毎に伝送量子化ビット数を変更するものてある。
【０００９】
これらの量子化器は、ブロックを分割してなる領域内では、空間的相関がブロックより強くなる。従って、この領域では、ブロックに存在する冗長度を取り除くことができる。すなわち、代表コードへ変換する量子化器は、アクティビィティーが低い領域で連続的に同一の量子化出力が発生するような冗長度を取り除くことができ、また、必要量子化ビット数の量子化出力を伝送する量子化器は、不要なビットが含まれるような冗長度を取り除くことができる。このようにして、伝送データ量を低減することができる。然も、画質、音質を低下させることがない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
伝送データ量の圧縮の効率をより高めるために、上述の先に提案されている二つの方式を併用することが可能である。すなわち、アクティビィティーがしきい値より低い領域を代表コードに置き換え、アクティビィティーがしきい値より高い領域は、領域毎に必要量子化ビット数のみを伝送する構成が可能である。このような二つの方式を組み合わせた量子化器を可変長量子化に適用した場合には、量子化出力のデータ量が変化する。可変長量子化は、ブロック毎に適切な量子化ビット数を決定し、この決定された量子化ビット数で量子化を行なうものである。
【００１１】
量子化データを通信路を介して伝送する時には、通信路の伝送容量の制約があり、また、ディジタルＶＴＲの記録／再生過程等では、編集その他のビデオ信号の処理のために、ビデオ信号の１フィールドあるいは１フレームのデータ量が一定であることが要請される。このような情報量制御の一方式として、本願出願人は、既にフィードホワード形のもの（特開昭６２−１２８６１号公報）を提案している。
【００１２】
従って、この発明の目的は、上述のようなアクティビィティーがしきい値より低い領域の量子化出力は、代表コードに変換し、アクティビィティーがしきい値より高い量子化の量子化出力は、必要量子化ビット数のみを伝送する方式の量子化器を使用する時に、量子化器の出力データ量を一定あるいは所定値より少ないものに制御するための情報量制御装置および方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ブロック毎に画素の最大値および最小値の差である第１のダイナミックレンジＤＲを検出すると共に、ブロックを分割してなる複数の画素からなるサブブロック毎にサブブロックの画素の最大値およびブロックの最小値の差である第２のダイナミックレンジｄｒを検出する検出手段と、
第１のダイナミックレンジＤＲと複数の第１のしきい値との大小関係に基づいてブロック毎の第１の量子化ビット数Ａが決定され、第１の量子化ビット数Ａによって、そのブロック内のディジタル信号を量子化し、各画素に対応するコード信号からなる量子化出力を発生する量子化手段と、
サブブロック毎のアクティビィティーと第２のしきい値とを比較し、アクティビィティーが第２のしきい値より大きい場合と、アクティビィティーが第２のしきい値より小さい場合とを示す第１のフラグを発生する第１のフラグ発生手段と、
第１のフラグによってアクティビィティーが第２のしきい値より大きいことが示されるサブブロックでは、量子化出力を出力し、第１のフラグによってアクティビィティーが第２のしきい値より小さいことが示されるサブブロックでは、量子化出力に代えてサブブロックの量子化出力と等しいビット数を有する一つの代表コードを出力するコード変換手段と、
コード変換手段の出力に関して、第１の量子化ビット数Ａの範囲内でサブブロック毎に必要な第２の量子化ビット数ａ（ａ＝０，１，２，・・・，またはＡ）を決定し、第２の量子化ビット数ａを指示する第２のフラグを発生するフラグ発生手段と、
量子化手段の出力のうち第２のフラグで示される第２の量子化ビット数ａに該当するものをコード信号として出力するビット数変換とを有し、
第１のダイナミックレンジＤＲ、最大値および最小値の内の２つのデータと、第１および第２のフラグと、コード信号とを伝送する量子化装置に対する情報量制御装置であって、
第１の方向が第１のダイナミックレンジＤＲの値の変化とされ、第２の方向が第２のダイナミックレンジｄｒの値の変化とされ、所定期間の第１のダイナミックレンジＤＲおよび第２のダイナミックレンジｄｒの発生度数の分布が登録されると共に、第２のダイナミックレンジの発生度数の登録が第２の量子化ビット数ａによる重み付けがなされた度数分布テーブルが第１の量子化ビット数Ａの０以外の値のそれぞれについて作成され、
第１の方向において登録されている度数を積算すると共に、第２の方向において登録されている度数を積算することによって、作成された度数分布テーブルを積算型度数分布テーブルにそれぞれ変更し、
複数の積算型度数分布テーブルに対して複数の第１のしきい値および第２のしきい値をそれぞれ与えることによって、第１および第２のしきい値に対応する発生情報量を求め、
求められた発生情報量と目標値を比較し、発生情報量が目標値以下で、且つ発生情報量が目標値に最も近い複数のしきい値を決定するようにした量子化出力の情報量制御装置である。
また、この発明は、第１のダイナミックレンジＤＲ、最大値および最小値の内の２つのデータと、第１および第２のフラグと、コード信号とを伝送する量子化装置に対する情報量制御方法であって、
第１の方向が第１のダイナミックレンジＤＲの値の変化とされ、第２の方向が第２のダイナミックレンジｄｒの値の変化とされ、所定期間の第１のダイナミックレンジＤＲおよび第２のダイナミックレンジｄｒの発生度数の分布が登録されると共に、第２のダイナミックレンジの発生度数の登録が第２の量子化ビット数ａによる重み付けがなされた度数分布テーブルが第１の量子化ビット数Ａの０以外の値のそれぞれについて作成するステップと、
第１の方向において登録されている度数を積算すると共に、第２の方向において登録されている度数を積算することによって、作成された度数分布テーブルを積算型度数分布テ ーブルにそれぞれ変更するステップと、
複数の積算型度数分布テーブルに対して複数の第１のしきい値および第２のしきい値をそれぞれ与えることによって、第１および第２のしきい値に対応する発生情報量を求めるステップと、
求められた発生情報量と目標値を比較し、発生情報量が目標値以下で、且つ発生情報量が目標値に最も近い複数のしきい値を決定するステップとからなる情報量制御方法である。
【００１４】
【作用】
ブロック毎の第１のダイナミックレンジＤＲの複数の第１のしきい値Ｔ１〜Ｔ４との関係によって、ブロックの量子化ビット数が規定される。ブロック内の領域のアクティビィティーが第２のしきい値Ｔ０より小さい時には、領域の量子化出力が一つの代表コードへ変換される。ブロック内の領域の量子化ビット数は、領域の第２のダイナミックレンジｄｒによって規定される。しきい値Ｔ０〜Ｔ４を可変することによって、量子化出力の発生情報量を制御することができる。第１および第２のダイナミックレンジの発生度数が登録されると共に、第２のダイナミックレンジｄｒの発生度数が重み付けされる。このテーブルに対して複数のしきい値Ｔ０〜Ｔ４を適用することによって、複数のしきい値Ｔ０〜Ｔ４に対応する発生情報量を計算することができる。この発生情報量が目標値以下とできるしきい値Ｔ０〜Ｔ４が決定される。決定されたしきい値Ｔ０〜Ｔ４によって、量子化が実際になされる。
【００１５】
【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。図１において、１で示す入力端子にディジタル情報信号例えばディジタルビデオ信号が供給される。このディジタルビデオ信号は、１サンプルが８ビットにディジタル化されるとともに、ラスター走査の順序からブロックの順序にデータの配列が変換されたものである。１ブロックは、１フレーム或いは１フィールドの画面が細分化された結果の（Ｍ画素×Ｎライン）の２次元領域である。
【００１６】
入力ディジタルビデオ信号が最大値検出回路２、最小値検出回路３および遅延回路４に供給される。検出回路２は、各ブロックの画素データ中の最大値ＭＡＸと各サブブロックの画素データ中の最大値ｍａｘとを検出する。同様に、検出回路２は、各ブロックの画素データ中の最小値ＭＩＮと各サブブロックの画素データ中の最小値ｍｉｎとを検出する。遅延回路４は、最大値および最小値を検出するために必要な時間、データを遅延させる。ブロック全体の最大値ＭＡＸと各サブブロックの最大値ｍａｘがレジスタ５に登録され、また、ブロック全体の最小値ＭＩＮと各サブブロックの最小値ｍｉｎがレジスタ６に登録される。
【００１７】
レジスタ５および６の出力が供給される減算回路７では、最大値から最小値が減算される。その結果、減算回路７は、ブロック全体のダイナミックレンジＤＲ（＝ＭＡＸ−ＭＩＮ）（第１のダイナミックレンジ）と各サブブロックのダイナミックレンジｄｒ（＝ｍａｘ−ＭＩＮ）（後述する図３参照。第２のダイナミックレンジ）とを発生する。これらのＤＲおよびｄｒがレジスタ８に登録される。減算回路９では、遅延回路４からのビデオデータからブロック全体の最小値ＭＩＮが減算され、減算回路７から最小値ＭＩＮが除去されたビデオデータＰＤＩが得られる。ブロックの最小値ＭＩＮは、遅延回路１０を介して出力端子１４に取り出される。
【００１８】
レジスタ８に登録されているブロックのダイナミックレンジＤＲおよびサブブロックのダイナミックレンジｄｒが量子化器１１およびバッファリングユニット１２に供給される。量子化器１１には、最小値除去で正規化されたビデオデータＰＤＩと、バッファリングユニット１２で決定されたしきい値Ｔ０、Ｔ１〜Ｔ４が供給される。この量子化器１１は、アクティビィティーがしきい値Ｔ０より低いサブブロックに関しては、そのサブブロックに関して一つの代表コードのみを伝送するタイプのものである。また、量子化器１１は、ブロックのダイナミックレンジＤＲとしきい値Ｔ１〜Ｔ４の関係からブロック毎に量子化ビット数ｘが０，１，２，３，または４ビットに変化する可変長量子化を行なう。
【００１９】
量子化器１１からは、ブロック毎に代表コードに置き換えたどうかを示すフラグＦ１と、ダイナミックレンジＤＲ、ｄｒと、量子化出力であるコード信号ＤＴ１とが発生し、これらが次段のビット数変換器１３に供給される。また、フラグＦ１が出力端子１５に取り出される。
【００２０】
ビット数変換器１３は、サブブロック毎に必要量子化ビット数を決定し、必要量子化ビット数のコード信号のみを出力するものである。このビット数変換器１３には、バッファリングユニット１２からしきい値Ｔ１〜Ｔ４が供給される。さらに、量子化器１１からのフラグＦ１を受け取って、各画素のデータが代表コードに置き換えられたサブブロックに関しては、代表コードを出力する。すなわち、量子化器１１の処理がビット数変換器１３の処理より優先的になされる。
【００２１】
そして、ビット数変換器１３からは、必要量子化ビット数を指示するフラグＦ２と、ダイナミックレンジＤＲと、コード信号ＤＴ２とが出力端子１６、１７および１８にそれぞれ取り出される。さらに、バッファリングユニット１２からは、しきい値Ｔ０、Ｔ１〜Ｔ４を指示するしきい値番号コードが出力端子１９に取り出される。以上の出力端子１４〜１９にそれぞれ取り出された、ダイナミックレンジ情報（ＭＩＮ、ＤＲ）、コード信号ＤＴ２、フラグＦ１、Ｆ２、しきい値番号コードが符号化出力である。
【００２２】
この符号化出力が図示しないが、フレーム化回路に供給される。フレーム回路は、符号化出力に対して同期信号の付加、エラー訂正符号の符号化処理がなされる。フレーム化回路から取り出された伝送データは、例えば回転ヘッドによって磁気テープに記録される。
【００２３】
なお、受信（または再生）側は、図示されてないが、フラグＦ１で指示されるサブブロックの代表コードをそのサブブロックの全画素に対して割り当て、また、フラグＦ２により指示される数の｀０’ のビットを各コード信号の上位側に付加し、それによってコード信号を４ビット一定のものに変換し、この変換後のコード信号を先に提案されているＡＤＲＣの復号と同様の方法で復号する。
【００２４】
量子化器１１およびビット数変換器１３は、一例として図２に示す構成とされる。また、ブロックは、図３Ａに示すように、１枚の画像を分割することで得られた（Ｍ・Ｎ）の部分画像である。そして、図３Ｂに示すように、このブロックを１６等分することによって、結果のｍ・ｎの小領域（サブブロックと称する）ＳＢ０〜ＳＢ１５を形成する。例えば（Ｍ＝Ｎ＝１６）とされ、（ｍ＝ｎ＝４）とされる。
【００２５】
図２において、２１は、最小値除去後のビデオデータＰＤＩが供給される第１の量子化回路である。この量子化回路２１は、量子化ステップ幅（Δ）発生回路２２からの量子化ステップ幅Δによって、データＰＤＩを量子化し、コード信号ＤＴ１を出力する。すなわち、ＰＤＩをΔで除算し、商を切捨てで整数化した値がコード信号ＤＴ１とされる。量子化回路２１は、除算回路或いはＲＯＭで構成できる。量子化ビット数をｘビットとすると、ダイナミックレンジＤＲが１／２ｘ とされることによって、量子化ステップ幅Δが形成される。
【００２６】
この例では、ｘ＝０，１，２，３，または４（ビット）の可変長量子化を行なっているので、量子化ステップ幅発生回路２２には、ダイナミックレンジＤＲとしきい値Ｔ１〜Ｔ４とが供給される。ダイナミックレンジＤＲとしきい値Ｔ１〜Ｔ４の大小関係からそのブロックの量子化ビット数ｘが決定される。
【００２７】
量子化回路２１からのコード信号ＤＴ１がデータ変換回路２３に供給される。データ変換回路２３は、サブブロックの代表コードを形成する回路を有し、比較回路２４からのフラグＦ１に応答してコード信号ＤＴ１、または一つの代表コードを１サブブロックに関して出力する。比較回路２４には、サブブロックのダイナミックレンジｄｒとバッファリングユニット１２で決定されたしきい値Ｔ０とが供給される。
【００２８】
この一実施例では、サブブロックのアクティビィティの指標として、サブブロックのダイナミックレンジｄｒを採用している。ダイナミックレンジｄｒがしきい値Ｔ０より小さい場合には、そのサブブロックのアクティビィティが低いと判断される。アクティビィティとしては、ｄｒ以外にサブブロックの画素データの標準偏差等を採用することができる。フラグＦ１は、１６個のサブブロックのそれぞれに関して、比較結果を指示するために、１ブロック当りでサブブロック数と等しいビット数例えば１６ビットを必要とする。
【００２９】
ダイナミックレンジｄｒがしきい値Ｔ０よりも小さいサブブロックでは、そのサブブロックの全ての画素データが一つの代表コードに変換される。サブブロック内の量子化出力の平均値、それらの中間値等のような代表コードがデータ変換回路２３で生成される。場合によっては、サブブロック内の量子化コードの最小値を代表コードとして採用しても良い。図２では、省略されているが、代表コードを生成するのに必要なデータがデータ変換回路２３に供給される。
【００３０】
上述のように、量子化回路２１、量子化ステップ幅発生回路２２、データ変換回路２３および比較回路２４により構成される量子化器１１によれば、必要伝送データ量を減少できる。単にＡＤＲＣのみの場合（ｘ＝４ビットの例）では、１ブロック当りで、８（ＤＲ）＋８（ＭＩＮ）＋４×Ｍ×Ｎ（ビット）が発生する。これに対して、量子化器１１は、例えば１６個のサブブロック中で４個のもののダイナミックレンジｄｒがしきい値Ｔ０より小さい場合では、８（ＤＲ）＋８（ＭＩＮ）＋１６（フラグＦ１）＋３×Ｍ×Ｎ＋１６（代表コード）（ビット）である。両者の発生データ量との差は、（Ｍ×Ｎ）−３２ビットであり、ブロックサイズ（Ｍ×Ｎ）がフラグＦ１のデータ量と比較して大きい時には、発生データ量の低減効果が大きい。常にフラグＦ１が必要とされるが、ブロックが大きくなるほど、その発生データ量に占める割合が低下する。
【００３１】
上述のように発生したコード信号ＤＴ１がデータ変換回路２５およびコード化回路２６に供給される。また、フラグＦ１がデータ変換回路２５に供給される。これらのデータ変換回路２５およびコード化回路２６は、ビット数変換器１３を構成する。このビット数変換器１３は、サブブロック毎に必要ビット数を決定し、必要ビット数のデータのみを伝送するために設けられている。
【００３２】
図３Ａおよび図３Ｂにそれぞれ示すブロックおよびサブブロックの構成において、例えば（Ｍ＝Ｎ＝１６）とし、（ｍ＝ｎ＝４）とする。簡単のために、データ変換回路２３において、代表コードへの変換がなされず、１次元ブロックの場合を考えると、図３Ｃにその一例を示すように、画素データが分布する。ここで、破線で区切られたサブブロック内では、隣接データの相関が強いために、ブロック内の最小値ＭＩＮに対する各サブブロックの画素の最大値の差である、各サブブロックのダイナミックレンジｄｒ（第２のダイナミックレンジ）は、ｄｒ０、ｄｒ１、ｄｒ２、ｄｒ３となり、最大値ＭＡＸが含むサブブロックＳＢ１以外のもののダイナミックレンジｄｒがブロックのダイナミックレンジＤＲより小さいものとなる。その結果、量子化ビット数をもとのｘビットより少なくすることが可能となる。この実施例では、ビット数変換器１３において量子化に不必要なビットを最上位ビットから最下位ビットに向かって順に削除する。
【００３３】
一例として、ブロックの量子化ビット数ｘを４ビットとすると、４、３、２、１、０ビットの合計５状態が存在する。１ビットおよび０ビットを同一表現すると、４状態となり、２ビットで必要量子化ビット数を表現できる。従って、あるサブブロックに関して、（４ビット×ｍ×ｎ）必要であったデータ量は、必要量子化ビット数が１ビットの場合では、（１ビット×ｍ×ｎ＋２）に減少できる。上述の例では、サブブロックの６４ビットのデータ量を１８ビットに減少することができる。勿論、量子化に必要なビット数が４ビットの場合には、データ量が２ビット増えるが、サブブロック内では、隣接データの相関が一般的に強いので、データ量の削減が可能である。
【００３４】
図２におけるコード化回路２６は、サブブロックの必要ビット数を表す２ビットのフラグＦ２を生成するためのもので、このフラグＦ２が出力端子１６に取り出されると共に、データ変換回路２５に供給される。例えばサブブロック内の最大値を検出することによって、必要ビット数が４状態の何れかを決定でき、その結果の２ビットのフラグＦ２が生成される。データ変換回路２５では、フラグＦ２に応答したビット数をコード信号ＤＴ１から削除し、必要ビット数のコード信号ＤＴ２に変換する。このビット数の削減は、ＭＳＢ（最上位ビット）から下位ビットに向けてなされる。コード信号ＤＴ２が出力端子１８に取り出される。
【００３５】
このように、ブロック毎に量子化ビット数が定まる量子化において、符号化出力の必要伝送データ量を量子化器１１およびビット数変換器１３によって、低減できる。また、データ表現を効率化しているので、画像データならば画質を向上でき、オーディオデータならば音質を向上することができる。
【００３６】
次に、発生データ量を所定値以下に制御する情報量制御のためのバッファリングユニット１２について説明する。可変長量子化例えばブロックのダイナミックレンジＤＲに適応して量子化ビット数を変える可変長ＡＤＲＣは、各画素の割当てビット数ｘをブロックのダイナミックレンジＤＲに応じたもの、例えば０、１、２、３、または４ビットの何れかとするものである。１ブロック内の割当てビット数は同一である。ダイナミックレンジＤＲとしきい値Ｔ１〜Ｔ４（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４）との大きさの関係に基づいて、割当てビット数ｘが決定される。
【００３７】
可変長ＡＤＲＣは、ダイナミックレンジＤＲが小さいブロックでは、割当てビット数ｘを少なくし、ダイナミックレンジＤＲが大きいブロックでは、割当てビット数ｘを多くすることで、効率の良い符号化を行うことができる。即ち、（ＤＲ＜Ｔ１）のブロックは、コード信号が伝送されず、ダイナミックレンジＤＲおよび最小値ＭＩＮのみが伝送され、（Ｔ１≦ＤＲ＜Ｔ２）のブロックは、（ｘ＝１）とされ、（Ｔ２≦ＤＲ＜Ｔ３）のブロックは、（ｘ＝２）とされ、（Ｔ３≦ＤＲ＜Ｔ４）のブロックは、（ｘ＝３）とされ、（ＤＲ≧Ｔ４）のブロックは、（ｘ＝４）とされる。
【００３８】
かかる可変長ＡＤＲＣでは、しきい値Ｔ１〜Ｔ４を変えることで、バッファリングを行なうことができる。従って、１フィールド或いは１フレームまたはより短い期間で発生する情報量を所定値にすることが要求される伝送路例えばディジタルＶＴＲに対しても、可変長ＡＤＲＣを適用できる。
【００３９】
図４は、この発明によるバッファリング回路の一部を示す。このバッファリング回路は、所定期間（ビデオ信号の場合の１フレーム、１フィールド、またはそれより短い一定期間）に量子化器１３から出力されるデータ量を目標値以下で、且つ最大の量に制御するものである。可変長ＡＤＲＣの場合では、用意されている複数のしきい値の組を順に適用して発生しうるデータ量を計算し、上述の条件を満たすデータ量を発生するしきい値が決定される。このように決定されたしきい値は、所定期間でなされる可変長ＡＤＲＣにおいて使用される。
【００４０】
すなわち、所定期間内のブロックのダイナミックレンジＤＲと決定されたしきい値Ｔ１〜Ｔ４とからブロック毎に量子化ビット数ｘが決定され、決定された量子化ビット数ｘとダイナミックレンジＤＲから量子化ステップ幅Δが決定される。そして、量子化ステップ幅ΔによってＡＤＲＣがなされ、符号化出力に対して上述のように、サブブロック毎のビット数圧縮処理がなされる。図４および図８の構成は、上述の処理におけるしきい値Ｔ０、Ｔ１〜Ｔ４を決定するための処理と関連するものである。
【００４１】
図４において、３４ａ〜３４ｄは、ＲＡＭで構成されたテーブルであって、各テーブルは、ブロックの量子化ビット数（１，２，３または４）とそれぞれ対応している。０ビットの場合では、コード信号が伝送されないので、これを考慮する必要がない。テーブル３４ａ〜３４ｄに対するアドレスとして、ダイナミックレンジＤＲおよびｄｒが供給される。
【００４２】
図５に示すように、テーブル３４ａ〜３４ｄは、水平方向のアドレス（ＤＲ＝０〜２５５）と垂直方向のアドレス（ｄｒ＝０〜２５５）とによって、書込み／読出し位置が規定される。テーブル３４ａ〜３４ｄには、度数が登録される。ここで、度数は、所定期間に発生するＤＲおよびｄｒの個数であり、サブブロック毎の必要量子化ビット数に対応して重み付けがされる。この登録の結果、ＤＲおよびｄｒを水平および垂直方向とする、２次元の度数分布表がテーブル３４ａ〜３４ｄ内に作成される。
【００４３】
テーブル３４ａ〜３４ｄの読出しデータが加算器３５ａ〜３５ｄにそれぞれ供給され、ＲＯＭ３６ａ〜３６ｄの読出し出力と加算される。これらのＲＯＭ３６ａ〜３６ｄに対するアドレスは、テーブル３４ａ〜３４ｄのアドレスと共通である。加算器３５ａ〜３５ｄの出力がテーブル３４ａ〜３４ｄの同一アドレスに対して書込まれる。この動作を所定期間、繰り返すことによって、テーブル３４ａ〜３４ｄ内には、所定期間の度数分布表が作成される。
【００４４】
ＲＯＭ３６ａ〜３６ｄは、サブブロックの量子化ビット数に応じた重み付け処理のためのものである。すなわち、上述のビット数変換器１３では、ダイナミックレンジＤＲおよびｄｒの関係によって、サブブロックの量子化ビット数が変化する。例えば、ブロックの量子化ビット数が４ビットの場合には、サブブロックの量子化ビット数が０，１，２，３，または４ビットに変化しうる。このサブブロックの量子化ビット数に応じた値をＲＯＭ３６ｄが出力する。
【００４５】
テーブル例えば４ビットテーブル３４ｄへの登録についてより具体的に説明する。ＤＲ＝３１とすると、ｄｒが１６以上の場合には、量子化ビット数が４ビットであるので、そのＤＲおよびｄｒで指示される座標（位置）に４を登録する。若し、ｄｒが８以上１６未満であれば、その座標に３を登録する。ｄｒが４以上８未満の場合では、その座標に２を登録する。ｄｒが２以上４未満の場合では、その座標に１を登録する。ｄｒが０または１の場合には、何も登録しない（テーブル３４ａ〜３４ｄは、初期クリアされている）。他の量子化ビット数のテーブルについても同様の処理によって度数分布表が作成される。
【００４６】
度数分布表の作成後に、ＤＲの軸の方向に、最大値（２５５）から最小値（０）に向かって登録値を積算し、それからｄｒの軸の方向に、最大値（２５５）から最小値（０）に向かって登録値を積算する。このようにして、積算形の度数分布表がテーブル３４ａ〜３４ｄ内に作成される。
【００４７】
積算形度数分布表を作成することによって、あるしきい値の組に対して発生するデータ量の算出がより簡単となることを説明する。理解の簡単のために、ブロックのダイナミックレンジＤＲのみの度数分布および積算形度数分布について説明する。１フレーム等の所定期間のダイナミックレンジＤＲの度数が図６Ａに示すものとする。図６Ａにおいて、横軸が０〜２５５までのＤＲであり、縦軸が度数（ブロック数単位）である。ＤＲの軸に対してＴ１〜Ｔ４のしきい値を適用した時に、各範囲（割当て量子化ビット数と対応する）に含まれるブロック数がＮ０〜Ｎ４で表されている。
【００４８】
この度数分布において、ＤＲの大きい方から小さい方へ各度数を積算することによって作成される積算形度数分布を図６Ｂに示す。しきい値Ｔ１〜Ｔ４のそれぞれにおける積算度数をＳ１〜Ｓ４とすると、発生データ量Ｉは、次式で表される。
Ｉ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４＝（Ｎ１＋Ｎ２＋Ｎ３＋Ｎ４）＋（Ｎ２＋Ｎ３＋Ｎ４）＋（Ｎ３＋Ｎ４）＋Ｎ４＝Ｎ１＋２Ｎ２＋３Ｎ３＋４Ｎ４
また、各割当て量子化ビット数に対するブロック数も、簡単に求めることができる。例えば１ビットの量子化ビット数が割当てられるブロック総数は、Ｓ２−Ｓ１＝Ｎ１と求めることができる。
【００４９】
このように求められた発生データ量Ｉと目標値Ｉｔとを比較することによって、そのしきい値が適切かどうかを判断できる。そして、しきい値を変化させることによって、目標値Ｉｔ以下で、且つ最大である発生データ量Ｉを生じさせるしきい値Ｔ１〜Ｔ４を最適しきい値として決定する。この最適しきい値によって、実際に伝送される量子化出力が生成される。このようなバッファリング処理は、しきい値Ｔ１〜Ｔ４とダイナミックレンジＤＲとによって、ブロックの割当てビット数が決定される場合に適用されるものである。
【００５０】
この実施例では、ブロック単位の処理に加えてサブブロック単位の処理を行なっているために、上述のバッファリング処理に対してサブブロックの処理を考慮したバッファリング処理が必要となる。すなわち、上述のように、度数を登録する時に重み付けがなされ、また、代表コードに変換するかどうかの基準となるしきい値Ｔ０を考慮する。一例として、図７に示すように、５個のしきい値Ｔ０〜Ｔ４を一組とし、複数（ｐ）の組を用意し、最適なしきい値の組を決定する。このしきい値の組は、例えばしきい値番号Ｎ＝０のしきい値の組が最も発生データ量を多くするもので、Ｎが大きくなるに従って発生データ量が単調に減少するように設定されたものである。また、しきい値Ｔ０は、しきい値Ｔ１〜Ｔ４に応じて変化する値である。復元画像の品質の点では、Ｎ＝０のしきい値の組を使用した場合が最良である。上述のように、積算形度数分布表を一旦作成しておけば、しきい値の組のそれぞれと対応する発生データ量の算出を迅速に行なうことができる。
【００５１】
バッファリング回路の発生データ量の計算としきい値を決定するための構成を図８に示す。テーブル３４ａ〜３４ｄには、しきい値テーブル（ＲＯＭで構成される）３７からしきい値の組が供給される。しきい値テーブル３７には、図７に示すような複数のしきい値の組が格納されている。最初にＮ＝０のしきい値の組が読出される。テーブル３４ａ〜３４ｄに対しては、アドレスとしてしきい値が供給される。
【００５２】
テーブル３４ａには、最初にしきい値Ｔ０，Ｔ１がアドレスとして供給され、次にしきい値Ｔ０，Ｔ２が供給される。しきい値Ｔ１，Ｔ２を与えることは、図６Ｂの例であれば、積算度数Ｓ１が読出され、次にＳ２が読出されることを意味する。テーブル３４ａの出力がレジスタ３８ａおよび減算器３９ａに供給される。減算器３９ａには、レジスタ３８ａの出力が供給される。減算器３９ａは、Ｔ０，Ｔ１の座標のデータからＴ１，Ｔ２の座標のデータを減算し、減算器３９ａの出力がレジスタ４０ａに取り込まれる。この減算出力は、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックであって、割当てビット数が１ビットのブロックに関して、そのデータ量を表している。すなわち、ビット数変換器１３の処理で発生するデータ量を表している。
【００５３】
テーブル３４ｂに対して、最初にしきい値Ｔ０，Ｔ２が供給され、次にしきい値Ｔ３，Ｔ０が供給される。レジスタ３８ｂおよび減算器３９ｂによって、レジスタ４０ｂには、割当てビット数が２ビットのブロックであって、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関するデータ量が格納される。テーブル３４ｃに対しては、しきい値Ｔ０，Ｔ３およびＴ０，Ｔ４が順次供給され、レジスタ３８ｃおよび減算器３９ｃにより、割当てビット数が３ビットのブロックであって、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関するデータ量が求められ、これがレジスタ４０ｃに格納される。テーブル３４ｄに対しては、しきい値Ｔ０，Ｔ４が供給され、レジスタ４０ｄに割当てビット数が４ビットであって、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関するデータ量が格納される。
【００５４】
このようにして求められた（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関する発生データ量が加算器４１、４２および４３により加算される。次に、（ｄｒ＜Ｔ０）のサブブロック（すなわち、量子化器１１によって、代表コードに変換される対象のサブブロック）に関する発生データ量が１ビットテーブル３４ａを用いて計算される。これらの（ｄｒ≧Ｔ０）に関する発生データ量と（ｄｒ＜Ｔ０）の発生データ量とが加算器４３により加算され、所定期間の発生データ量Ｉが計算される。
【００５５】
この発生データ量Ｉが比較判定回路４４に供給され、目標データ量Ｉｔと比較される。比較判定回路４４の判定結果がしきい値テーブル３７およびレジスタ４５に供給される。しきい値テーブル３７は、Ｉ＞Ｉｔの場合では、しきい値の組を次の組に進めるためにアドレスがインクリメントされる。また、レジスタ４５は、Ｉ≦Ｉｔの場合を示す比較判定回路４４の出力によって、しきい値の組Ｔ０〜Ｔ４を取り込む。このように決定されたしきい値Ｔ０が出力端子４６ａに取り出され、しきい値Ｔ１〜Ｔ４が出力端子４６ｂに取り出される。この決定されたしきい値Ｔ０〜Ｔ４が所定期間のデータの量子化のために使用される。
【００５６】
テーブル３４ａ〜３４ｄに積算形の度数分布表が作成された後でなされる、発生データ量Ｉの計算について、図９を参照してより詳細に説明する。図９Ａが１ビットテーブルを示し、図９Ｂ、図９Ｃおよび図９Ｄがそれぞれ２ビットテーブル、３ビットテーブルおよび４ビットテーブルをそれぞれ示す。これらのテーブルに適用されるしきい値Ｔ１〜Ｔ４の一例が図９に示されている。また、各しきい値に対して記載されている１，２，３，４の数字は、サブブロックの量子化ビット数を表し、矢印で示す範囲のダイナミックレンジｄｒに対して量子化ビット数が規定される。
【００５７】
最初に（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関してなされる量子化、すなわち、必要ビット数に量子化出力を変換する量子化により発生するデータ量の計算について説明する。図９Ａの１ビットテーブルでは、しきい値Ｔ０，Ｔ１の座標のデータｄ１と、しきい値Ｔ０，Ｔ２の座標のデータｄ３とを読み取り、減算器３９ａによって、ｄ１−ｄ３を演算し、１ビット量子化のブロックに関する発生データ量Ｉ１を計算する。図９Ｂの２ビットテーブルにおいて、しきい値Ｔ０，Ｔ２およびＴ０，Ｔ３の座標のデータｄ９およびｄ１１をそれぞれ読み取り、減算器３９ｂによって、ｄ９−ｄ１１を演算し、２ビット量子化のブロックに関する発生データ量Ｉ２を計算する。同様に、図９Ｃの３ビットテーブルにおいて、しきい値Ｔ０，Ｔ３およびＴ０，Ｔ４の座標のデータｄ１３およびｄ１５を読み取り、減算器３９ｃによって、ｄ１３−ｄ１５を演算し、３ビット量子化のブロックに関する発生データ量Ｉ３を計算する。さらに、図９Ｄの４ビットテーブルにおいて、しきい値Ｔ０，Ｔ４の座標のデータｄ１７を読み取る。これは、４ビット量子化のブロックに関する発生データ量Ｉ４である。これらの発生データ量Ｉ１〜Ｉ４を加算することによって、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロックに関する発生データ量Ｉ０が計算される。
【００５８】
すなわち、この実施例において、必要ビット数に変換する量子化により発生するデータ量Ｉ０１は、
Ｉ０１＝Ｐ・（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）
である。但し、Ｐは、サブブロック内の画素数である。
【００５９】
次に、（ｄｒ＜Ｔ０）のサブブロックに関する発生データ量が計算される。これは、図９Ａの１ビットテーブルを使用してなされる。このテーブルにおいて、（ｄ６−ｄ７）がＤＲ≧Ｔ４（すなわち、４ビット量子化）で、且つｄｒ＜Ｔ０（すなわち、代表コードに変換される）のサブブロック数である。
【００６０】
同様に、３ビット量子化の場合で、代表コードに変換されるサブブロック数は、〔（ｄ４−ｄ５）−（ｄ６−ｄ７）〕である。２ビット量子化の場合には、〔（ｄ２−ｄ３）−（ｄ４−ｄ５）〕が代表コードに変換されるサブブロック数である。１ビット量子化の場合には、〔（ｄ０−ｄ１）−（ｄ２−ｄ３）〕が代表コードに変換されるブロック数である。
【００６１】
従って、代表コードに変換する量子化によって発生するデータ量Ｉ０２は、
さらに、伝送フラグＦ１およびＦ２のビット数を計算する必要がある。サブブロック内の画素数をＰとし、ブロック内のサブブロックの数をＱとし、所定期間（バッファリング期間）内のブロック数をＫとする。必要量子化ビット数を指示するフラグＦ２は、（ｄｒ≧Ｔ０）のサブブロック毎に２ビットである。このサブブロック数は、座標（ＤＲ＝Ｔ１、ｄｒ＝Ｔ０）の値ｄ１である。よって、フラグＦ２の伝送ビット数は、２ｄ１である。
【００６３】
一方、フラグＦ１は、サブブロック毎にｄｒがしきい値Ｔ０未満かどうかを示すのに１ビット必要である。従って、フラグＦ１の伝送ビット数は、Ｑ・Ｋとなる。このフラグＦ１およびＦ２のデータ量の計算は、図８では、省略されている。しかしながら、フラグＦ１のデータ量は、ブロック内のサブブロック数Ｑと、バッファリング期間内のブロック数Ｋで定まり、フラグＦ２のデータ量は、１ビットテーブルの値ｄ１を読み取ることによって、簡単にこれらのデータ量を計算することができる。
【００６４】
上述のように、この発明の一実施例により発生するデータ量Ｉは、次式で求められる。
最終的な発生データ量は、上式のＩに対して付加コードのデータ量を加えたものである。例えばＡＤＲＣの場合では、ブロック毎にダイナミックレンジ情報を伝送する必要があり、これが付加コードのデータ量となる。しかしながら、付加コードのデータ量は、固定であり、可変のデータ量は、上式で計算されるので、バッファリング処理を行なうことができる。
【００６６】
図１０は、この発明によるバッファリング処理の方法を説明するフローチャートである。最初にブロックの割当てビット数毎に、ダイナミックレンジＤＲおよびｄｒを軸とする度数分布表が作成される（ステップ５１）。次に、各度数分布表が積算形度数分布表に変換される（ステップ５２）。次のステップ５３で、しきい値発生テーブルのしきい値番号Ｎが０に設定される。
【００６７】
そして、ステップ５４において、このしきい値の組を積算形度数分布表に適用することによって、発生データ量Ｉが計算される。この発生データ量Ｉと目標データ量Ｉｔとがステップ５５において比較される。Ｉ＞Ｉｔならば、ステップ５６に処理が移り、しきい値番号ＮがＮ＋１とされる。そして、再び発生データ量Ｉが計算され、これが目標データ量Ｉｔと比較される。この処理がＩ≦Ｉｔとなるまで、繰り返され、制御結果（すなわち、決定されたしきい値番号Ｎ）が設定される。これによりバッファリング処理が終了する。
【００６８】
この発明は、ＤＣＴとＡＤＲＣとを組み合わせたハイブリッド符号に対しても適用できる。さらに、各サブブロックの必要量子化ビット数は、サブブロックの標準偏差等から決定しても良い。よりさらに、この発明は、ディジタルビデオ信号に限らずディジタルオーディオ信号の符号化に対しても適用することができる。
【００６９】
【発明の効果】
この発明における量子化器は、ブロック毎に量子化ビット数が定まる符号化において、二つの適応量子化を組み合わせているので、符号化出力の必要伝送データ量を低減できる。この量子化器を使用する可変長量子化の場合において、発生データ量を目標値以下に制御することができる。従って、ディジタルＶＴＲのような伝送路に対してこの発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の全体的なブロック図である。
【図２】この発明を適用できる量子化器の一例のブロック図である。
【図３】量子化器におけるサブブロックの分割の一例とコード信号の値の一例を示す略線図である。
【図４】この発明の一実施例の一部のブロック図である。
【図５】この発明の一実施例における２次元テーブルの説明に用いる略線図である。
【図６】この発明の一実施例における度数分布表および積算形度数分布表の説明に用いる略線図である。
【図７】この発明の一実施例におけるしきい値発生用のテーブルの説明のための略線図である。
【図８】この発明の一実施例の他の部分のブロック図である。
【図９】この発明の一実施例の情報量制御の説明に用いる略線図である。
【図１０】この発明の一実施例の情報量制御の説明に用いるフローチャートである。
【符号の説明】
１ ディジタルビデオ信号の入力端子
１１ サブブロックの量子化コードを代表コードへ変換する量子化器
１３ サブブロックの量子化コードのビット数を変換するビット数変換器
２３ 量子化コードを代表コードへ変換するコード変換回路
２５ 量子化コードを必要量子化ビット数のコードへ変換するコード変換回路
２６ 必要量子化ビット数を示すフラグを生成するコード化回路
Claims (4)
- ブロック毎に画素の最大値および最小値の差である第１のダイナミックレンジＤＲを検出すると共に、上記ブロックを分割してなる複数の画素からなるサブブロック毎にサブブロックの画素の最大値および上記ブロックの最小値の差である第２のダイナミックレンジｄｒを検出する検出手段と、
上記第１のダイナミックレンジＤＲと複数の第１のしきい値との大小関係に基づいてブロック毎の第１の量子化ビット数Ａが決定され、上記第１の量子化ビット数Ａによって、そのブロック内のディジタル信号を量子化し、各画素に対応するコード信号からなる量子化出力を発生する量子化手段と、
上記サブブロック毎のアクティビィティーと第２のしきい値とを比較し、上記アクティビィティーが上記第２のしきい値より大きい場合と、上記アクティビィティーが上記第２のしきい値より小さい場合とを示す第１のフラグを発生する第１のフラグ発生手段と、
上記第１のフラグによって上記アクティビィティーが上記第２のしきい値より大きいことが示されるサブブロックでは、上記量子化出力を出力し、上記第１のフラグによって上記アクティビィティーが上記第２のしきい値より小さいことが示されるサブブロックでは、上記量子化出力に代えて上記サブブロックの上記量子化出力と等しいビット数を有する一つの代表コードを出力するコード変換手段と、
上記コード変換手段の出力に関して、上記第１の量子化ビット数Ａの範囲内でサブブロック毎に必要な第２の量子化ビット数ａ（ａ＝０，１，２，・・・，またはＡ）を決定し、上記第２の量子化ビット数ａを指示する第２のフラグを発生するフラグ発生手段と、
上記量子化手段の出力のうち上記第２のフラグで示される上記第２の量子化ビット数ａに該当するものをコード信号として出力するビット数変換とを有し、
上記第１のダイナミックレンジＤＲ、上記最大値および上記最小値の内の２つのデータと、上記第１および第２のフラグと、上記コード信号とを伝送する量子化装置に対する情報量制御装置であって、
第１の方向が上記第１のダイナミックレンジＤＲの値の変化とされ、第２の方向が上記第２のダイナミックレンジｄｒの値の変化とされ、所定期間の上記第１のダイナミックレンジＤＲおよび上記第２のダイナミックレンジｄｒの発生度数の分布が登録されると共に、上記第２のダイナミックレンジの発生度数の登録が上記第２の量子化ビット数ａによる重み付けがなされた度数分布テーブルが上記第１の量子化ビット数Ａの０以外の値のそれぞれについて作成され、
上記第１の方向において登録されている度数を積算すると共に、上記第２の方向において登録されている度数を積算することによって、上記作成された度数分布テーブルを積算型度数分布テーブルにそれぞれ変更し、
複数の上記積算型度数分布テーブルに対して上記複数の第１のしきい値および上記第２のしきい値をそれぞれ与えることによって、上記第１および第２のしきい値に対応する発生情報量を求め、
求められた上記発生情報量と目標値を比較し、上記発生情報量が上記目標値以下で、且つ上記発生情報量が上記目標値に最も近い上記複数のしきい値を決定するようにした量子化出力の情報量制御装置。 - 請求項１記載の情報量制御装置において、
上記ビット数変換手段は、上記量子化手段の出力のうちから上記第２のフラグで示される上記第２の量子化ビット数ａに該当するもの以外の不要なビットを削除することで、上記第２の量子化ビット数のコード信号を出力することを特徴とする情報量制御装置。 - 請求項１記載の情報量制御装置において、
上記複数の第１のしきい値および第２のしきい値からなる組を複数有するしきい値発生手段を有し、上記複数の組は、発生情報量が単調に変化する順に出力され、
出力されたしきい値の組の各しきい値を複数の上記積算型度数分布テーブルに与えることによって、発生情報量を計算することを特徴とする情報量制御装置。 - ブロック毎に画素の最大値および最小値の差である第１のダイナミッ クレンジＤＲを検出すると共に、上記ブロックを分割してなる複数の画素からなるサブブロック毎にサブブロックの画素の最大値および上記ブロックの最小値の差である第２のダイナミックレンジｄｒを検出する検出手段と、
上記第１のダイナミックレンジＤＲと複数の第１のしきい値との大小関係に基づいてブロック毎の第１の量子化ビット数Ａが決定され、上記第１の量子化ビット数Ａによって、そのブロック内のディジタル信号を量子化し、各画素に対応するコード信号からなる量子化出力を発生する量子化手段と、
上記サブブロック毎のアクティビィティーと第２のしきい値とを比較し、上記アクティビィティーが上記第２のしきい値より大きい場合と、上記アクティビィティーが上記第２のしきい値より小さい場合とを示す第１のフラグを発生する第１のフラグ発生手段と、
上記第１のフラグによって上記アクティビィティーが上記第２のしきい値より大きいことが示されるサブブロックでは、上記量子化出力を出力し、上記第１のフラグによって上記アクティビィティーが上記第２のしきい値より小さいことが示されるサブブロックでは、上記量子化出力に代えて上記サブブロックの上記量子化出力と等しいビット数を有する一つの代表コードを出力するコード変換手段と、
上記コード変換手段の出力に関して、上記第１の量子化ビット数Ａの範囲内でサブブロック毎に必要な第２の量子化ビット数ａ（ａ＝０，１，２，・・・，またはＡ）を決定し、上記第２の量子化ビット数ａを指示する第２のフラグを発生するフラグ発生手段と、
上記量子化手段の出力のうち上記第２のフラグで示される上記第２の量子化ビット数ａに該当するものをコード信号として出力するビット数変換とを有し、
上記第１のダイナミックレンジＤＲ、上記最大値および上記最小値の内の２つのデータと、上記第１および第２のフラグと、上記コード信号とを伝送する量子化装置に対する情報量制御方法であって、
第１の方向が上記第１のダイナミックレンジＤＲの値の変化とされ、第２の方向が上記第２のダイナミックレンジｄｒの値の変化とされ、所定期間の上記第１のダイナミックレンジＤＲおよび上記第２のダイナミックレンジｄｒの発生度数の分布が登録されると共に、上記第２のダイナミックレンジの発生度数の登録が上記第２の量子化ビット数ａによる重み付けがなされた度数分布テーブルが上記第１の量子化ビット数Ａの０以外の値のそれぞれについて作成するステップと、
上記第１の方向において登録されている度数を積算すると共に、上記第２の方向において登録されている度数を積算することによって、上記作成された度数分布テーブルを積算型度数分布テーブルにそれぞれ変更するステップと、
複数の上記積算型度数分布テーブルに対して上記複数の第１のしきい値および上記第２のしきい値をそれぞれ与えることによって、上記第１および第２のしきい値に対応する発生情報量を求めるステップと、
求められた上記発生情報量と目標値を比較し、上記発生情報量が上記目標値以下で、且つ上記発生情報量が上記目標値に最も近い上記複数のしきい値を決定するステップとからなる情報量制御方法。
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