JPH01198882A - テレビジョン信号の高能率符号化方式のデコード装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はテレビジョン信号の高能率符号化方式のデコ
ード装置に関する。

（発明の概要〕 この発明はデジタルテレビジョン信号をブロック化し、
そのブロック毎のダイナミックレンジを検出して、この
ブロック毎のダイナミックレンジが画面全体のダイナミ
ックレンジより小さいことを利用してテレビジョン信号
の高能率符号化を行なう装置のデコード装置において、
復号化演算を、演算式の簡単な変更に基づくデータの並
び換え回路と、乗算器を用いて簡単な構成で実現したも
のである。

〔従来の技術〕

テレビジョン信号の高能率符号化方式として本発明者等
は適応型ダイナミック・レンジ符号化方式（以下ＡＤＲ
Ｃ方式と称する）を提案した（１９８６年１２月１１日
社団法人電子通信学会宛表ＭＲ８Ｂ−４３）　。

このＡＤＲＣ方式は、テレビジョン信号の持つ強い時空
間の相関を利用した符号化方式である。

すなわち、画像をブロック分割すると、各ブロックは局
所的相関により、小さなダイナミックレンジしか持たな
いことが多い。そこで、この＾ＤＩ？Ｃ方式では画像を
ブロック分割し、各ブロン、りのダイナミックレンジを
求め、適応的に画素データを再符号化することにより各
画素データを元のビット数よりも少ないビット数に圧縮
できるようにしている。

＋１！！像のブロック分割の方法としては水平ライン方
向のみの分割（１次元的ＡＤＲＣ）　、水平、垂直両方
向の方形領域による分割（２次元Ａ１１Ｒｃ）　、さら
に複数フレームにわたる空間的領域を考えた分割（３次
元ＡＤＲＣ）が提案されている（例えば、特開昭６１−
１４４９９０号公報、特開昭６１−１４４９８９号公報
、さらに特開昭６２−９２６２０号公報参照）。

３次元へ〇ＲＣではブロック毎に２フレ一ム間の動き検
出を行ない、静止ブロックでは例えば後のフレームのデ
ータは送らずに、いわゆる駒落しを行なうことで、さら
に効率のよい符号化ができる。

もっとも、この場合には、各ブロックに１ビツトの動き
情報コードを必要とするが、静止領域では１／２のデー
タ圧縮ができる。

再符号化時の各ブロック毎のビット数の割り当ては、元
の画素データのビット数より少ない一定値として、各ブ
ロック毎のダイナミックレンジに応じて量子化ステップ
幅を変える方式（以下固定長へ〇ＲＣと称する；前掲公
報参照）の外に、各ブロック毎のダイナミックレンジの
大きさに応じて各ブロック毎の割り当てビット数を変え
る方式（以下可変長ＡＤＲＣと称する）も提案している
（例えば特開昭６１−１４７６８９号公報参照）。

第４図は可変長ＡＤＲＣ方式のシステムの構成例を示す
ものである。

すなわち、入力端子（１）を通じたテレビジョン信号は
＾／Ｄコンバータ（２）に供給されて、例えば各画素が
８ビツトのデジタルデータに変換される。

このデジタルデータはブロック分割回路（３）に供給さ
れて、例えば３ライン×６画素の２次元小ブロック毎に
ブロック分割される。各ブロック毎のデータは最大値最
小値検出回路（４）に供給され、各ブロック内の画素デ
ータの最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮを求める。

ブロック分割回路（３）からのブロック毎のデータは、
また、検出回路（４）における遅延時間分の遅延回路（
５）を通じて減算回路（６）に供給される。この減算回
路（６）には検出回路（４）からのそのブロック内の最
小値ＭＩＮが供給され、このブロックの各画素データか
らブロック内最小値ＭＩＮが減算されて差分データΔＤ
ＡＴＡが得られる。そして、その差分データΔＤＡＴＡ
が適応型エンコーダ（７）に供給される。

一方、検出回路（４）からの各ブロック毎の最大値　・
ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮのデータは、ダイナミックレン
ジ検出回路（８）に供給されて、ＭＡＸ−Ｍ　Ｉ　Ｎ−
ＤＲとして、ブロック内ダイナミックレンジＤＲが検出
されるとともに、このダイナミックレンジＤＲに応じた
ブロック内割当てビット数ＢＩＴＳを示す情報が形成さ
れる。そして、この検出回路（８）からのＤＲ及びＢ！
↑Ｓの情報がエンコーダ（７）に供給され、これより差
分データΔＯＡＴ＾が、元の８ビツトより少ないビット
数に圧縮されたデータＢＰＬとされる。可変長ＡＤＲＣ
では、このデータＢＰＬはブロック内ではビット数は同
じであるが、プロッりが異なればそのブロック内ダイナ
ミックレンジに応じて異なる。

ｌブロック内の画素データは、最小値ＭＩＮから最大値
ＭＡＸ迄のダイナミックレンジＤＲ内に属している。適
応型エンコーダではブロック内ダイナミックＤＲをブロ
ック内割当てビット数ＢＩＴＳに応じて分割し、各分割
レベル範囲に対応したコードを設定し、各画素データが
どのレベル範囲に属するかを判定して、各画素に対し、
その属するレベル範囲に対応したコードを出力データＢ
ＰＬとする。

この場合の符号化方法の例としては、復号時、各レベル
範囲の復号データとしてどの代表レベルを用いるかによ
り第５図と第６図に示すような２通りの方法が提案され
ている。但し、両図の例では説明の簡単のため、出力デ
ータＢＰＬのビット数を２ビツトとしている。

第５図の例ではブロック内ダイナミックレンジＤＲを２
Ｍ１Ｔｌ＝４個に等分割し、各分割レベル範囲の中央値
ＬＯ，Ｌ１．Ｌ２．Ｌ３を復号時の値として利用してい
る。この方法では普子化歪を小さくできる。この符号化
方法をノー・エラ？・マツチングと称し、以下ＮＥＭと
略称する。

第６図の例は代表最小レベルＬＯは最小値Ｍ　Ｉ　Ｎ。

代表液入レベルＬ３は最大値ＭＡＸとした場合である。

すなわち、この場合、ダイナミックレンジを（２ＭＩＴ
Ｓ＋１−２　）　＝　６個に分割し、最も最小レベル側
の分割レベル範囲の代表レベルとして最小値ＭＩＮを用
い、また、最も最大レベル側の分割レベル範囲の代表レ
ベルとして最大値ＭＡＸを用いる。そして、その間は、
分割レベルの２つ毎に分け、それぞれ２分割レベルの境
界のレベルを代表レベルＬＬ、Ｌ２とする。

この方法によれば、最小値ＭＩＮ、最大値ＭＡＸを有す
る画素データが１ブロツク内に必ず存在しているので、
誤差が０の符号化コードを多くすることができるという
利点がある。この符号化方法をエツジ・マツチングと称
し、以下ＥＭと略称する。

エンコーダ（７）の出力データＢＰＬは次式で定義され
る。

ＮＥＭの場合、 ＥＭの場合、 （固定長＾ＤＲＣの場合には割り当てビット数ＢＩＴＳ
が一定である） こうして得られた出力データＢＰＬは出力端子（９１）
を通じて伝送される。これとともに、ブロック内ダイナ
ミックレンジＤＲ及びブロック内最小値ＭＩＮが出力端
子（９２）及び（９３）を通じて伝送される。

この場合、データＢＰＬの他に伝送する付加コードとし
てはダイナミックレンジＤＲとブロック内最大値ＭＡＸ
又はブロック内鮫小値ＭＩＮとブロック内最大値ＭＡＸ
であってもよい。伝送されたデータＢＰＬは復号側の入
力端子（ｌｌｚ）を通じて適応型デコーダ（１２）に供
給される。また、伝送されたブロック内ダイナミックレ
ンジＤＲは、入力端子（１１３）を通じて適応型デコー
ダ、（１２）に供給されるとともにＢＩＴＳ検出回路（
１３）に供給され、ブロック内ダイナミックレンジＤＲ
に応じた割当てビット数ＨＩＴＳがこれより得られ、こ
の情報ＢＩＴＳが適応型デコーダ（１２）に供給される
。

また、伝送されたブロック内最小値ＭＩＮは、入力端子
（１１２）を通じて加算回路（１４）に供給される。

適応型デコーダ（１２）では、第５図及び第６図に示し
たように、各分割レベル範囲の符号化コードＢＰＬから
、代表レベルＬＯ，Ｌ１．Ｌ２．Ｌ３のそれぞれより最
小値ＭＩＮを減算した差分データΔＤＡ↑へ〇を得、こ
れを加算回路（１４）に供給し、復号画素データＤＡＴ
Ａ″を得る。この復号画素データＤＡＴＡ”はブロック
毎のデータであるので、ブロック分解回路（１５）にお
いて、ブロックが分解されて、元の時系列の画よデータ
に戻され、これがＤ／Ａコンバータ（１６）によりアナ
ログ信号に戻され、出力端子（１７）に導出される。

デコーダ（１２）で行われる演算は次式のように表わす
ことができる。

ＮＥＭの場合、 但し、ＢＩＴＳ−０のとき、ＮＥＭとＥＭとで同一とす
る。

（発明が解決しようとする課題〕 ＮＥＭの符号化方法の場合、ｇ１４（３１式から理解さ
れるようにデコーダの構成は、基本的に乗算である。そ
して、かっこ内の分母２ｉ１１Ｔｓ÷１は、２のべき乗
であるため、第（３）式の除算は、単なる桁シフトで実
現できる。

しかし、ＥＭの符号化方法の場合には、第（４）式から
理解されるように、乗算の後に（２ＢＩＴ８−１）とい
う数で割り算をする必要があり、構成が難しくなる。

この発明は、特に、ＥＭ対応デコーダとして、簡単な構
成のものを提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明によるデコーダ装置は、 なる演算を行なうに当たって、符号化コードＢＰＬをく
り返し並べたもので構成する所定ビット数の出力データ
を発生するデータ並び換え手段（２１）と、このデータ
並び換え手＆　（２１）の出力データとダイナミックレ
ンジＤＲとの乗算を行なう乗算手段（２２）と、この乗
算手段（２２）よりの乗算結果を上位から（差分データ
ΔＤＡＴＡのビット数＋１）ビット取り、最下位ビット
を四捨五入して差分データΔＤＡＴＡを復号化する手段
（２３）とを備える。

〔作用〕

第（５）式の右辺のかっこ内を変形して、ＢＰＬ とし、値Ｓをべき級数に展開すると、 ＢＰＬ ＢＰＬ　　　ＢＰＬ　　　ＢＰＬ　　　ＢＰＬＮＢＩＴ
Ｓ桁シフトしたちの となっている。ところが、符号化コードＢＰＬは、高々
８２７５桁の値しかない、したがって、第、１項目から
第Ｎ項目までをすべて加算したものは、実際には符号化
コードＢＰＬをくり返し並べるだけで得られる。

また、正確に値Ｓを表わすには第（６）式において無限
項並べる必要があるが、実際には入出力のビット数が制
限されているので、例えば計算器によるシミニレ−シラ
ンと同一結果を生じるのに十分なだけの所定桁（ピント
）数だけ得ればよい。

データ並び換え手段（２１）からはこの値Ｓが得られ、
乗算器（２２）でダイナミックレンジＤＲと乗算され、
その乗算結果が丸め回路（２３）で四捨五入されて復号
化された差分データΔＤＡＴＡＭが得られる。

〔実施例〕

第１図はこの発明によるデコーダの一実施例で、この例
は、ＮＥＭとＥＭのデコーダを兼用できるものであり、
また、画素データが８ビツト、符号化コニドＢＰＬの割
当てビット数ＢＩＴＳは、０，１゜２．３．４の５通り
が採れる可変長へＤＲＣの場合である。

第１図において、エンコーダ側から伝送された再量子化
データＢＰＬ　（最大４ビツト）は入力端（１１１）を
通じてデータ並び換え手段（２１）に供給される。この
データ並び換え手段（２１）には、また、割当てビット
数ＢＩＴＳの情報（３ビツト）が端子（１３ｏ）を通じ
て供給されるとともにＮＥＭとＥＭとの切換信号Ｎｔ！
Ｍ／　ｔ！１１が供給される。そして、このデータ並び
換え手段（２１）では第２図に示すように、後述するよ
うに、ＮＥＭ時には符号化データＢＰＬを上詰めにし、
そして、データＢＰＬの最下位ビットより１ビツト下に
１１″を立てる。更に下位のあきビットには“０”を割
り当てる。また、ＥＭ時にはＢＩＴＳ−０のときはＮＥ
Ｍ時と同一とするも、ＢＩＴＳ−１以上のときは、デー
タＢＰＬをくり返し並べて、１３ビツトの出力データを
形成する。

このデータ並び換え手段（２１）は例えば単純なロジッ
クとセレクタを用いて実現できる。

このデータ並び換え手段（２１）の出力デ、−夕は乗算
ＩＩ（２２）に供給され、入力端子（１１３）を通じた
ダイナミックレンジＤＲ（８ビツト）と乗算される。

この乗算器（２２）の出力としては乗算結果の上位９ビ
ツトが得られ、これが丸め回路（２３）に供給されて最
下位ビットが四捨五入される。

この丸め回路（２３）の出力は加算回路（２４）に供給
されて、入力端子（１１２）を通じたブロック内最小値
ＭＩＮと加算され、出力端子（２５）に復号データＤＡ
ＴＡ”　　（ブロック毎ではある）を得る。

次にＮＥＭの場合の動作について説明する。

この場合の演算定義式を再度示すと、 並び換え手段（２１）ではこの第（７）式のかっこ内の
分子の（ＢＰＬｘ２＋１）を、第２図に示すように１３
ビツトの上詰めにする。

この上詰め後の値は、 −（ＢＰＬＸ２＋１）Ｘ２”ゝＢＩＴ５１　　　　・・
・・（８）となる、これは（ＢＰＬＸ２＋１）を１２−
８１７５桁だけシフトしたものに相当する。したがって
、第２図に示すように、この上詰めにしたデータＢＰＬ
の最上位を小数点位置とすれば、第（７）式において、
ダイナミックレンジＤＲと乗算すべき値Ｒ−（ＢＰＬＸ
２＋１）／２””◆１となる。

したがって、この値ＲとダイナミックレンジＤＲを乗算
器（２２）で乗算すれば、第（７）式のかっこ内の演算
がなされる。

よって、この演算出力として乗算結果の上位から（！！
分データΔＤＡＴ＾のビット数＋１）ビット取り、最下
位ビットを四捨五入すれば差分データΔＤＡＴＡＭを得
ることができる。したがって、加算回路（２４）からは
復号化データＤＡＴＡ”が得られ、出力端子（２５）に
導出される。

このときの乗算形式を小数点位置を揃えて示す−と第３
図のように表わすことができる。第３図はダイナミック
レンジＤ段が８ビツト、つまり差分データΔＤＡＴ＾も
８ビツトの場合である。

次に、ＥＭ時の動作について説明する。

この場合には、データ並び換え手段（２１）からは第２
図に示したように、ＢＩＴＳ−０のときはＮＥＭ時と同
一であるが、ＢＩＴＳ−１以上のときはデータＢＰＬを
くり返し並べたもの、すなわち値Ｓが１３ビツトとして
得られる。ここで、１３ビツトとしたのは、入出力デー
タが８ビットで、最大割当てビット数が４ビツトのシス
テムの場合、少なくとも１３ビツトの語長があれば十分
であるからである。

なお、この場合、手段（２１）で例えばセレクタを用い
て発生した値Ｓは、必ず、値Ｓを２進表現してＩ＆後に
切り捨てたものになっているので、四捨五入して用いて
もよい。

こうして手段（２１）から得られた値Ｓとダイナミック
レンジＤＲが乗算器（２２）で乗算され、ＮＥＭ時と同
様にしてその乗算出力が丸め回路（２３）で四捨五入演
算がなされ、出力端子（２５）に復号化データＤＡＴＡ
Ｍを得る。このときの乗算形式も第３図のように表わす
ことができる。

なお、ＮＥＭ時及びＥＭ時のＢＩＴＳ−０のときは、差
分データΔ０＾Ｔ「とじては１／２ＤＲとなる値が得ら
れる。

なお、第２図及び第３図において付与した小数点は、考
えやすくするために付加したもので、本質的にはどこに
付与してもよい。

また、第１図において、（１０１）〜（１０Ｂ）はレジ
スタで、これらは処理速度を向上させるためにパイプラ
イン処理するためのもので、内部に何段設けるかは要求
される処理速度とデバイスの速度によって決まる。

なお、以上は可変長＾ＤＲＣの場合であるが、固定長＾
ＤＲＣの場合にはＢＩＴＳ−一定となるだけで、この発
明を通用できることは言うまでもない。

また、この発明はデジタルテレビジラン信号の任意のブ
ロックサイズに対して通用可能である。

〔発明の効果〕

この発明によれば、ＥＭ用のデコーダ装置として、その
演算定義式の除算を含む項をＤＲＸＳと変形し、値５−
ＢＰＬ／　（２ＢＩＴ！−１）を、べき級数展開するこ
とにより、データＢＰＬをくり返し並べたものとして得
るので、この値Ｓ；４：変換テーブルとしてのＲＯＭを
用いることなく、簡単なロジックで得ることができる。

しかも、除算を含む項をＤＲＸＳという車なる乗算で実
現でき、全体として簡単な構成で実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す系統図、第２
図及び第３図はその動作説明のための図、１＠４ＩＩ！
Ｊは高能率符号化装置の一例のブロック図、第５図は符
号化方法ＮＥＭの説明図、第６図は符号化方法ＥＭの説
明図である。 （２１）はデータ並び換え手段、（２２）は乗算器、（
２３）は丸め回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 デジタルテレビジョン信号の所定のブロック内に含まれ
   る複数の画素データの最大値及び上記複数の画素データ
   の最小値を求め、 上記最小値を上記複数の画素データの各々から減算して
   差分データΔＤＡＴＡを得、 上記最大値及び最小値から上記ブロック毎のダイナミッ
   クレンジＤＲを検出し、 上記検出されたダイナミックレンジに応じて上記差分デ
   ータΔＤＡＴＡを元の画素データより少ないビット数Ｂ
   ＩＴＳで符号化し、 上記ダイナミックレンジの情報、上記最大値、上記最小
   値の内の少なくとも２個の付加コードと上記符号化され
   た符号化コードＢＰＬを伝送する手段から、上記符号化
   コードＢＰＬ及び付加コードを受け、元の差分データを
   復号化する装置であって、 上記符号化コードの復号化方法が ΔＤＡＴＡ＾＊＝ＲＮＤ｛（ＤＲ×ＢＰＬ）／（２＾Ｂ
   ＾Ｉ＾Ｔ＾Ｓ−１）｝なる演算を行なうもので、この演
   算手段として、上記符号化コードＢＰＬをくり返し並べ
   たもので構成する所定ビット数の出力データを発生する
   データ並び換え手段と、 このデータ並び換え手段からの出力データと上記ダイナ
   ミックレンジＤＲとを乗算する乗算手段と、 この乗算手段の乗算結果を上位から（差分データΔＤＡ
   ＴＡのビット数＋１）ビット取り、最下位ビットを四捨
   五入して上記差分データΔＤＡＴＡ＾＊を復号化する手
   段と からなるテレビジョン信号の高能率符号化方式のデコー
   ド装置。