JP3669005B2 - 信号処理装置および方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、ブロック符号化による信号処理装置および方法に関し、特に復号時のデータにエラーがある場合の可変長データのデータ切り出しに関する。
【0002】
【従来の技術】
ディジタル画像データのデータ伝送量を圧縮する場合に、2次元離散的コサイン変換(Discrete Cosine Transform :以下DCTという)などの直交変換を用いる符号化方法が従来から提案されている。
【0003】
DCTによる符号化方式は、1フレームのテレビジョン信号を水平方向のn画素×垂直方向のm画素からなる複数個の小ブロックに分割し、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に変換して伝送する。
【0004】
ここで、上述のようにして圧縮した画像データをディジタルVTRに記録することを考える。このディジタルVTRは、データを磁気テープに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。この誤り訂正により、エラーの数は大幅に減少するが、元のデータにエラーが多い場合は誤り訂正だけでは元通りに復元出来ず、復元されたデータにはエラーが残る。このように、誤り訂正によっても復元できなかったデータには、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。
【0005】
圧縮を用いてないディジタルVTRであると、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などで、コンシールを行う。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られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、DCTによる符号化方式では、データのビット長は可変のハフマンコードで連続的に記録されているため、ビットエラーが発生した場合、正しいコード識別が出来なくなるため、それ以降のデータの切り出しにも失敗する可能性が非常に高い。そのとき、ビットエラーが発生したコード以降のデータは、基本的にすべて誤ったデータである。
【0007】
また、変換符号化の特徴として、ブロック内の成分の内、1つでもエラーがあるとその影響が画素単位にとどまらず、そのブロック全体に及ぶ。このため、コンシールをする際、画素を対象にでなく、ブロックを対象に行うことになるが、画素単位のコンシールに比べ、ブロック単位のコンシールは困難なものであり、精度が低く、非常に劣化が目立ちやすいものになる。
【0008】
以上の所謂伝播エラーの問題点を解決する手段として、拾うことの出来た、係数データ、すなわちエラーのない係数データから欠落した係数データを推定するという手法が提唱されている。これは、注目ブロックのエラーのない係数データ、および注目ブロックの周辺ブロックのデータを用いて、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。
【0009】
ところが、この手法を実現するためには、ブロック内の主要係数データのいくつかはエラーなしに拾うことができなければならない。このことを保証するためには、データが切り出し不能になることを避けるため、主要な係数データについては、ハフマンコードを使用せず、固定長の記録を行う必要がある。ここで、主要な係数データとは、そのブロックの復号画像に対する影響の度合いが大きい係数データを意味する。その結果、符号化の効率が劣化するという欠点がある。また、注目ブロックの周辺ブロックのデータにエラーがない、という制約条件も必要となる。
【0010】
さらに、根本的な問題として、上述の手法では、わずかに得られた高々数個程度の係数データから他の係数データを推定するため、得られる係数データの精度は甚だ悪く、この手法を使用したところで、良好なコンシール画像が得られない欠点があった。
【0011】
これに対し、真のデータを含む複数の交流成分の係数データの組合せの中から、注目ブロックの復号画像データの相関係数データが最大となるような組合せを選択し、それを復号することにより復元画像を得るという手法を提案している(特願平6−22222号参照)。従来の手法が、周辺ブロックとの間で破綻の起こらない様なデータを出力する程度のコンシールに留まり、真の復元データからはかけ離れた復元画像を出力する場合がほとんどであったのに対し、この手法は、必ず正しいデータを含む複数組の切り出しデータの組合せの中から復元データを選択するので、真の復元データ、もしくは真の復元データに極めて近い復元データを出力できる可能性が高いという特長を有していた。
【0012】
ところで、この手法の実現においては、真のデータを含む複数の交流成分の係数データの組合せのすべてをDCTデコードし、さらに各々のブロックの相関係数データを検出し、その検出した相関係数データをパラメータとし、比較するという処理が必要である。ところが、DCTデコードの計算量は決して少ないものではなく、また相関係数データ検出の計算量も少ないものではない。にもかかわらず、この手法においては、コンシールの性能を上げるためには、例えば256通りのDCTデコードを行い、さらに各々の相関係数データを検出するという作業を行う必要があり、実際には小さなハードウェアで上記手法を用いるのは困難であった。
【0013】
従って、この発明の目的は、以上の問題点を解決した信号処理装置および方法を提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
この発明は、可変長符号化されたデータについて、可変長符号化のエラーの有無を示すエラーフラグを発生する手段と、エラーフラグにより指示されるエラーデータに関して、エラーフラグに基づき真のデータになりうる複数の第1のデータを求めて、エラーデータの代わりに複数の第1のデータのうちの各々を用いた符号化データを構成する複数の第2のデータからなるデータ群を、各第1のデータについて出力する手段と、可変長符号化データを復号する単位で切り出した際の単位毎のデータ位置におけるデータの発生確率を、複数の画像ソースを用いて求めて格納したデータ記憶手段と、複数の第1のデータのうち、発生確率に基づき、各第2のデータの発生確率から得られる該第1のデータの発生確率が最大になるような第1のデータを選択するための手段とを有し、複数の第1のデータは、エラーフラグに基づき真のデータになりうるデータパターンの全てからなることを特徴とする信号処理装置である。
また、この発明は、上述のような符号化を行う信号処理方法である。
【0015】
【作用】
一般的に言って、DCTなど直交変換を施された画像データの係数データは0に集中して分布する。そこで、その発生確率の高い係数データに短い語長のコードを割り当てて、発生確率の低い係数データに長い語長のコードを割り当てることで、発生情報量を大幅に減らしている。これが直交変換を用いた符号化の圧縮の基本である。このように、直交変換を用いた符号化には各係数データの出現確率に大きな差がある。データ中のある1バイトにエラーが発生した場合、そのデータの本来の値は定かではないが、そのデータが0から255までのいずれかの値であることは確かであり、256通りのデータ切り出しの中に正しい切り出し(=正しいデータ)が存在する。この発明においては、256通りのデータ切り出しの中から係数データの発生確率をパラメータとして、発生確率が最大となるような係数データの組合せを選択し、それを正しい組合せとして、その係数データをデコードし出力することで少ない計算量で、真の復号値との誤差が小さい復号値を出力することが可能になる。
【0016】
【実施例】
以下、この発明の高能率符号化装置および方法を、ディジタルVTRに適用した場合の実施例を、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に夫々供給される。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、チャンネルデコーダ3の出力信号がTBC回路(時間軸補整回路)4に供給される。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。
【0017】
TBC回路4からの再生データがECC回路5に供給され、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した後のエラーの有無を示すエラーフラグが含まれている。ECC回路5の出力信号がフレーム分解回路6に供給される。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の乗り換えがなされる。この発明は、このフレーム分解回路6に関するものである。
【0018】
ECC回路5の出力信号は、複数個のシンクブロックSBから構成される。図2にシンクブロックSBの構成の一例を示す。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。この伝送単位ブロックBLは、一定長であり、この例では図3に示すように20バイト(=160ビット)で構成される。各伝送単位ブロックBLの定められた位置に量子化ステップ幅を表すしきい値TH、直流成分の係数データDCおよび交流成分の係数データACがそれぞれ配置されている。
【0019】
図3に示すように、しきい値THに6ビット、直流成分の係数データDCに10ビットが割り当てられる。また、交流成分の係数データACには18バイト(=144ビット)が割り当てられる。この一実施例では、ブロック変換符号として(8×8)のDCTブロックをコサイン変換し、直流成分DCと63個の交流成分AC1〜AC63をしきい値THと対応する量子化ステップ幅で量子化し、量子化出力を可変長符号化している。また、データ1バイト(=8ビット)毎にエラーの有無を示すエラーフラグが1ビットずつ出力されている。エラーフラグの’0’はエラー無し、’1’はエラー有を意味するものとする。
【0020】
切り出し対象データにエラーがないときは、一般的な手法と同じく、ハフマンコードデータを1ビットずつ切り出し、所定の個数だけ、交流成分の係数データを切り出し、切り出された交流成分の係数データを出力する。ECC回路5から発生する出力信号の一例を図4に示す。今、注目ブロックの交流成分の係数データが3バイト目の一番左のビットから右に向かって記録されているとすると、フレーム分解回路6は、そのビットから右に向かって、順にデータの切り出しを始める。切り出し対象データにエラーがないので、交流成分の係数データを正しく切り出すことが出来る。ハフマンテーブルは、この例では図5に示すものを使用するものとする。
【0021】
次に、切り出しデータ中にエラーがあるときの動作について説明する。まず、一般的な手法について説明を行う。図6の例では、4バイト目のデータにエラーフラグが立っている。一般的な手法では、3バイト目のデータの切り出しを終了した時点で、そのブロックの交流成分の係数データの切り出しを終了し、それまでに拾えた交流成分の係数データのみが出力される。この例では、3バイト目のデータの切り出しを終了した時点では、AC1の切り出しが終了していない。したがって、交流成分の係数データが全く拾えないことになる。
【0022】
続いて、この発明の手法について説明を行う。この発明が適用されたフレーム分解回路6の一例を図7に示す。切り出しデータ中にエラーが発生した場合、ECC回路5の出力信号がデータ切り出し回路21に供給される。データ切り出し回路21は、エラーの発生した4バイト目のデータを0〜255まで変化させ、256通りの交流成分の係数データの切り出しを行う。切り出された256通りの交流成分の係数データは、交流成分係数データメモリ22に格納される。交流成分係数データメモリ22の一例を図9に示す。
【0023】
図8に示されている例は、4バイト目のデータを0としてデータの切り出しを行ったものである。この例では、図4と比較すると分かるように、AC2以降でデータ切り出しに失敗しているために、AC1のみならず、AC2以降のデータもでたらめなものになっている。
【0024】
交流成分係数データメモリ22の出力データ(256通りに切り出された交流成分の係数データ)は、発生確率ROM23に供給される。発生確率ROM23には、図10に示す様に各AC成分毎に、係数データの発生確率が格納されている。すなわち、63個の係数データAC1〜AC63のそれぞれに関して、0、±1、±2、・・・の値が発生する確率のテーブルが発生確率ROM23に格納されている。この発生確率ROM23のテーブルは、多くの画像ソースを用いて、各AC成分毎の係数データの発生確率を算出して、その平均的な発生確率を求めることにより作成される。発生確率ROM23は、交流成分係数データメモリ22の出力データである、256通りに切り出された交流成分の係数データに対応する係数データの発生確率を検出し、発生確率算出回路24に供給する。
【0025】
発生確率算出回路24では、発生確率ROM23から供給された256通りの交流成分の係数データの各々の発生確率を用いて、以下の式(1)により、256通りの組合せの発生確率pを算出する。
【0026】
p=p1 ×p2 ×・・・×p63 (1)
ただし、pn は、係数データACnの発生確率である。
【0027】
発生確率算出回路24の出力信号である、256通りの係数データの組合せに対応する各々の発生確率は、最大確率検出回路25に供給される。
【0028】
最大確率検出回路25は、256通りの発生確率の中から最大となる発生確率を選択し、その発生確率をもたらした交流成分の係数データの組合せを交流成分係数データメモリ22から読み出し、フレーム分解回路6の出力として出力する。
【0029】
フレーム分解回路6で分離された各データがブロック復号回路7に供給され、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。すなわち、可変長符号の復号と逆量子化とIDCTがなされる。そして、図1に示すように、ブロック復号回路7からの画像の復号データが分配回路8に供給される。この分配回路8で、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がブロック分解回路9、10および11に夫々供給される。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。
【0030】
ブロック分解回路9、10および11からの出力信号は、エラー修正回路12、13および14に夫々供給される。エラー修正回路12、13および14は、エラーであるデータを周辺のデータで補整する。エラー修正回路12からのディジタル輝度信号Yは、出力端子15Yに取り出される。また、エラー修正回路13からのディジタル色差信号Uは、出力端子15Uに取り出され、エラー修正回路14からのディジタル色差信号Vは、出力端子15Vに取り出される。
【0031】
上述の一実施例に示されるこの発明を要約すると、この発明は、複数組の切り出しデータの組合せの中から、係数データの発生確率をパラメータとして、最も発生する可能性の高い組合せを“正しい”組合せとして選び出すものである。これに対して、一般的な手法である、ブロックにエラーが発生した場合には周囲および過去のデータを用いて補間するという方法や、既に提案されている、エラーなしに拾い出すことの出来た数少ない交流成分の係数データと、周辺ブロックの復元データから、失われた交流成分の係数データを推定する、という手法は、周辺のブロックとの間で破綻の起こらないようなデータを出力することは可能な場合が多いが、真の復元データからはかけ離れた値になることがほとんどであり、エラーが発生したブロックに関しては、それほど良好な復元画像を得ることが出来ない。
【0032】
これに対し、この発明の手法は、必ず正しいデータを含む複数組の切り出しデータの組合せの中から、データを選択するので、真の復元データそのものを復元できる可能性も大きく、それに失敗した場合でも、真の復元データに極めて近いデータを出力できる可能性が高い。また、選択のパラメータとして相関係数データを用いる方法では、あらゆる組合せに対して一度DCTデコードし、さらに相関係数データを求める必要があるため、計算量が大きくなる。しかしながら、この実施例では、係数データの発生確率そのものをパラメータとして用いるので、DCTデコードの必要がなく、計算量が小さいのが特徴である。また、この発明の方式では、一切の記録情報量の増大は発生しない。
【0033】
上述の一実施例では、エラーフラグの立っているバイトを0〜255の出現可能なすべての値に変化させているが、エラーフラグを参照してバイトエラーが少ないときには、エラーの発生したバイトのデータのうち、1ビットのみにエラーが発生しているものとみなして、変化の範囲を限定しても良い。すなわち、エラーがあるバイトの各ビットを反転させた8通りのパターンにビットを全く反転させないデータを加えた9通りのパターンに関して、上述と同様に係数データの発生確率の算出を行い、最大発生確率を示すデータを正しいものと推定しても良い。ただし、最大発生確率が、予め定めたしきい値より小さいときは、上述の9通りのパターンの中には正しいデータはないと判定しブロックエラーとして修正を行う。図8に示す4バイト目のデータは、第2番目のビットが反転した例である。
【0034】
なお、この実施例の説明では、DCTを用いたが、この発明はDCTに限られるものでなく、エントロピー符号を用いる符号化一般について適用可能である。
【0035】
なお、この発明はディジタルVTRに適用される場合のみでなく、種々の伝送路を用いる場合にも適用可能である。
【0036】
ここで、図11は、この発明の高能率符号化方法の一実施例を説明するフローチャートである。まず、ステップ31のエラー有りでは、ECC回路5におけるエラー訂正の処理の結果から、注目データについてのエラーの有無が判断される。ステップ31において、エラーが無いと判断された場合、ステップ32(データ切り出し)へ制御が移り、ステップ32では、1通りデータの切り出しが行われ、このフローチャートは、終了する。また、ステップ31において、エラーが有ると判断された場合、ステップ33へ制御が移る。ステップ33の256通りの切り出しでは、注目データを0〜256通りまで変化させ、256通りの交流成分の係数データの切り出しがなされる。
【0037】
切り出された256通りの係数データは、ステップ34の係数データ格納において、交流成分係数データメモリ17に格納されると共に、その係数データは、ステップ35(係数データの発生確率の読出)へ供給される。ステップ35では、上述した図10に示すように各AC成分毎に、係数データの発生確率が格納されているメモリから各AC成分毎の各係数データの平均的な発生確率が読み出される。このメモリは、多くの画像ソースを用いて、各AC成分毎の各係数データの発生確率を算出して、その平均的な発生確率を求めることにより作成される。すなわち、256通りに切り出された交流成分の係数データに対応する係数データの発生確率が読み出される。
【0038】
読み出された発生確率は、ステップ36の各組合せの発生確率の算出では、256通りの交流成分の係数データの各々の発生確率を用いて、上述した式(1)により、256通りの組合せの発生確率pが算出される。ステップ37の最大値の算出では、ステップ36から供給された各組合せ毎の発生確率の最大値が算出され、ステップ38のしきい値以上では、算出された最大値がしきい値以上か否かが判断される。ステップ38において、しきい値以上と判断された場合、ステップ39(係数データの切り出し)へ制御が移り、しきい値以下と判断された場合、ステップ40(エラーフラグ)へ制御が移る。
【0039】
ステップ39では、しきい値以上となる最大値となるような係数データが交流成分係数データメモリ17から読み出され、このフローチャートは、終了する。ステップ40では、正しいデータが得られなかったと判定して、エラーフラグを立て、このフローチャートは終了する。すなわち、このフローチャートは、ステップ32、39および40の制御が終了し、データがブロック復号回路7へ供給される。
【0040】
【発明の効果】
この発明に依れば、エラーが発生したブロックのデータに関しても真の復号値、もしくは真の復号値に極めて近い復号値が得られる可能性が大きいため、例えばディジタルVTRにこの発明を適用したとき、再生データにエラーが発生したときでも、良好な再生画像を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る高能率符号化装置の一実施例のディジタルVTRのブロック図である。
【図2】シンクブロックSBの一例を示す図である。
【図3】伝送単位ブロックLBの一例を示す図である。
【図4】この発明のフレーム分解回路の動作を説明するための図である。
【図5】ハフマンコードの一例を示す図である。
【図6】従来方式のフレーム分解回路の動作を説明するための図である。
【図7】この発明のフレーム分解回路の一実施例を示すブロック図である。
【図8】この発明のフレーム分解回路の動作を説明するための図である。
【図9】この発明に係る交流成分係数データメモリの一例を示す図である。
【図10】この発明に係る発生確率ROMの一例を示す図である。
【図11】この発明の高能率符号化方法の一実施例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
5 ECC回路
6 フレーム分解回路
7 ブロック復号回路
21 データ切り出し回路
22 交流成分係数データメモリ
23 発生確率ROM
24 発生確率算出回路
25 最大確率検出回路
Claims (18)
- 可変長符号化されたデータについて、可変長符号化のエラーの有無を示すエラーフラグを発生する手段と、
上記エラーフラグにより指示されるエラーデータに関して、上記エラーフラグに基づき真のデータになりうる複数の第1のデータを求めて、上記エラーデータの代わりに上記複数の第1のデータのうちの各々を用いた符号化データを構成する複数の第2のデータからなるデータ群を、各上記第1のデータについて出力する手段と、
可変長符号化データを復号する単位で切り出した際の単位毎のデータ位置におけるデータの発生確率を、複数の画像ソースを用いて求めて格納したデータ記憶手段と、
上記複数の第1のデータのうち、上記発生確率に基づき、上記各第2のデータの発生確率から得られる該第1のデータの発生確率が最大になるような上記第1のデータを選択するための手段とを有し、
上記複数の第1のデータは、上記エラーフラグに基づき真のデータになりうるデータパターンの全てからなることを特徴とする信号処理装置。 - 上記第1のデータは、上記エラーフラグによってエラーがあるとされる領域に、存在しうるデータパターンからなることを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
- 上記切り出された上記各データにおける、発生しうるデータの発生確率が算出され格納されていることを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
- 上記エラーフラグのバイトエラーが少ない場合に、上記複数の第1のデータを1ビット反転のエラーパターンに限定することを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
- さらに、上記選択された上記第1のデータにかかる上記第2のデータからなる上記データ群を復号するための手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
- 上記各データ群は、上記第1のデータの一を用いた符号化データを切り出し、得られた、複数の第2のデータからなることを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
- 上記データ群発生確率は、上記可変長符号化データを切り出し、切り出された各データについて求められることを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
- 上記第1のデータの発生確率は、該第1のデータを用いた符号化データを切り出し、得られた、複数の第2のデータの各データのデータ発生確率の演算によって求められることを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
- 上記エラーは、複数の画素からなるブロックを単位として符号化して得られたデータを可変長符号化して伝送する際に発生したものであることを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
- 可変長符号化されたデータについて、可変長符号化のエラーの有無を示すエラーフラグを発生するステップと、
上記エラーフラグにより指示されるエラーデータに関して、上記エラーフラグに基づき真のデータになりうる複数の第1のデータを求めて、上記エラーデータの代わりに上記複数の第1のデータのうちの各々を用いた符号化データを構成する複数の第2のデータからなるデータ群を、各上記第1のデータについて出力するステップと、
可変長符号化データを復号する単位で切り出した際の単位毎のデータ位置におけるデータの発生確率を、複数の画像ソースを用いて求めてデータ記憶手段に格納するステップと、
上記複数の第1のデータのうち、上記発生確率に基づき、上記各第2のデータの発生確率から得られる該第1のデータの発生確率が最大になるような上記第1のデータを選択するためのステップとを有し、
上記複数の第1のデータは、上記エラーフラグに基づき真のデータになりうるデータパターンの全てからなることを特徴とする信号処理方法。 - 上記第1のデータは、上記エラーフラグによってエラーがあるとされる領域に、存在しうるデータパターンからなることを特徴とする請求項10に記載の信号処理方法。
- 上記切り出された上記各データにおける、発生しうるデータの発生確率が算出され格納されていることを特徴とする請求項10に記載の信号処理方法。
- 上記エラーフラグのバイトエラーが少ない場合に、上記複数の第1のデータを1ビット反転のエラーパターンに限定することを特徴とする請求項10に記載の信号処理方法。
- さらに、上記選択された上記第1のデータにかかる上記第2のデータからなる上記データ群を復号するための手段を備えることを特徴とする請求項10に記載の信号処理方法。
- 上記各データ群は、上記第1のデータの一を用いた符号化データを切り出し、得られた、複数の第2のデータからなることを特徴とする請求項10に記載の信号処理方法。
- 上記データ群発生確率は、上記可変長符号化データを切り出し、切り出された各データについて求められることを特徴とする請求項10に記載の信号処理方法。
- 上記第1のデータの発生確率は、該第1のデータを用いた符号化データを切り出し、得られた、複数の第2のデータの各データのデータ発生確率の演算によって求められることを特徴とする請求項10に記載の信号処理方法。
- 上記エラーは、複数の画素からなるブロックを単位として符号化して得られたデータを可変長符号化して伝送する際に発生したものであることを特徴とする請求項10に記載の信号処理方法。
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