JPH01208029A - 符号器及び復号器 - 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〕 本発明は、信号処理装置に係り、特に信号の劣化が少な
く、少ない情報量で伝送し、受信するのに好適な符号器
及び復号器に関する。

〔従来の技術〕

画像信号等の広帯域信号を、その統計的性質。

視覚特性を利用して伝送する高能率符号化方式として、
差分ＰＣＭ（以下、ＤＰＣＭと記す）が知られている。

その詳細については、例えば吹抜敬彦著、画像のディジ
タル信号処理、日刊工業新聞゛社発行、Ｐ、１４６〜１
５９に記載されている。

ＤＰＣＭでは互いに相関のあるｍビットの信号の差分を
とり、符号ビット１ビツトを追加したｍ＋ｌビット（ｍ
は正の整数）の差分データをｎビット（ｎは正の整数、
ｎ＜ｍ）の非線形量子化して圧縮し、ｎビットの差分デ
ータとして伝送する。

受信側ではｎビットの差分データを代表値設定回路でｍ
＋ｌビットに伸長し、積分してもとのｍビットの信号を
得る、この時、非線形量子化の量子化雑音により波形歪
が生ずる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＤＰＣＭは、前記したように、差分信号レベルの出現頻
度が小レベルのものは高く、大レベルのものは低いとい
う統計的性質や急激に信号レベルの変化している部分で
は、波形歪を検知しにくいという人間の視覚的性質など
を用いて効率よくビット圧縮を行っている。

上記従来技術においては、前記文献にも記載されている
ように、差分レベルが大きい部分でも、非線形量子化の
量子化誤差を大きくしすぎると、急激に信号の品位が低
下する。このため、圧縮率をあまり高められないという
問題があった。

本発明は、信号の品位を低下することなく、圧縮率を高
めるのに好適な符号器及び復号器、あるいは同一の圧縮
率の場合には、従来のＤＰＣＭに比べ信号の品位を向上
させるのに好適な符号器及び復号器を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、差分信号を非線形量子化する非線形量子化
器の最大量子化誤差（ΔＥ）に対し、人力信号をそのダ
イナミックレンジの（最大レヘルーへＥ）、（最小レベ
ル＋ΔＥ）に振幅制限した後、差分演算を行い、差分信
号の最−ヒ位ビットを除いて非線形量子化し７、圧縮し
た信号を伝送し、復号時には、受信した符号化信号を代
表値設定回路で伸長し、加算演算を行う。このとき、桁
上りを生じた場合には、最上位ビットを除いた信号を復
元データとすることにより達成される。

〔作用〕

バイナリ数表現では、桁上り毎に数表現が繰り返される
。この性質を用いると、信号レベルが限られている場合
には、最上位ビットを除去して演算を行っても同一の演
算結果を得ることができる。

更に、非線形量子化により生じる量子化誤差によって、
復元データが真の値に対し７誤差をもつが、差分演算前
に振幅制限をすることにより、誤った桁上りを生じるこ
とはなくなり、誤動作することはない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す符号器及び復号器から
成るディジタル信号処理装置のブロック図であって、１
０は信号の入力端子、２０は振幅制限回路、３０は差分
信号検出回路、４０は非線形量子化回路、５０は伝送路
、６０は代表値設定回路、７０は加算回路、８０は信号
の出力端子である。

同図において、端子１０から入力されたｍ　（ｍは正の
整数）ビットのディジタル信号を振幅制限回路２０に入
力し、所定のレベル内に入るように振幅制限する。ここ
で、振幅制限した信号を差分信号検出回路３０に入力し
、所定間隔のサンプル値毎に差分を求める。この差分信
号レベルには符号ビットが付けられてｍ＋ｌビットとな
るが、最上位ビットを除いたｍビットの差分信号を非線
形量子化回路４０に入力し、ｎ　（ｎは正の整数、ｎ＜
ｍ）ビットにビット圧縮する。

ビット圧縮した信号を伝送路５０を通して伝送する。受
信した信号を代表値設定回路６０に入力し、ｍビットの
差分信号に伸長する。伸長した差分信号を加算回路７０
に入力し、差分信号検出回路３０に対応した所定間隔ご
とに加算し、元の信号を復元し、端子８０から出力する
。

第２図は第１図の動作を説明する波形図であつて、サン
プリングしてｍビットに量子化した信号をＡｉ、ＡＩ＋
１・・・で示す。差分検出回路３０では隣接する信号間
の差分を取り、基準信号と差分信号を交互に伝送する場
合について図示する。差分信号をＢｌ。２．Ｂ、。３．
・・・とすると、差分信号、例えばＢ、。、は次式で表
わされる。

Ｂ、、、＝Ａ＋。１−Ａ、　　　・・・・・・・・・（
１）第３図は演算の折り返し特性の説明図であって、ｍ
ビットのサンプリングデータＡ１に対し、差分データＢ
　ｌ＋　１　はｍ＋１ビツトとなる。ディジタルデータ
をバイナリ表現し、下位ｍビットに着目すると、同図に
示すように、領域の、■、■と領域■、■はそれぞれ同
一の数となる。

サンプリングデータＡ＋に差分データＢ　ｉ　−１を加
算して、元のサンプリングデータＡ８．１を求める場合
、第３図（ａ）に示すように、差分データＢ　＝　＋　
１が領域■の数となる場合には、下位ｍビットのデータ
について見ると、領域■のデータＢＪｉや、と同一にな
る。それぞれについて符号ビットを含むｍ＋１ビツトを
用いて加算を行うと、Ａ＋＋＋　　−Ａｒ　　＋Ｂ１−
１　　　　・・・・・・・・・　（２）Δ’　ｉ　＋　
ｌ　　＝Ａ　ｌ　　十Ｂ　’　ｉ。１　・・・・・・・
・・　（３）となる。この例の場合には、復元値Ａ、。

１は領域■、復元値Ａ　’ｉｌｌは領域■となるがｍ’
−，１ビツト目の符号ビットを除きｍビットで表示する
と同一のイ直となる。

サンプル値Ａ、＋１はｍビットの数なので復元データＡ
　ｉ＋Ｉ　＋　　Ａ　’　Ｈ４１もｍビットのデータと
なるはずであり、ｍ＋１ビツト目の符号ビットを除いた
結果が正しい復元データとなる。即ち、最上位ビットを
除いて加算演算を行っても正しい復元データが得られる
。

また、同様に第３図（ｂ）は、サンプル値Ａ。

が領域■のデータ、差分データＢ　ｉｌ＋が領域■の場
合について図示したものである。ｍビットのデータにつ
いて見ると、領域■の差分データＢ１．１は領域■の差
分データＢ　’ｉ１１　と一致する。それぞれ（２）、
　　（３）式に従い加算した結果の復元データＡ、や５
．八′、４１　はそれぞれ■、■のデータとなる力く、
ｍ＋ｌ＋１ビツト目いたｍビットのデータは一致する。

以上から解るように、差分データＢ　ｉ　（−１の最上
位ビットを除いてｍビットのデータとして表現しても、
第３図に示すバイナリ数の折り返し特性を用いると、演
算結果はｍ＋１ビツトの差分データを用いて演算を行っ
た場合と一致することが解る。

以上のディジタル演算の特性から、本発明は最−ヒ位ビ
ットを除いたｍビットの差分データＢ　ｉ　＋　１をｎ
ビットに非線形量子化した後に伝送する。従来技術では
、前記文献に記載されているように、ｍ＋ｌビットの差
分データをｎビットに非線形量子化するのに対し、ｍビ
ットの差分データをｎビットに非線形量子化するので、
量子化誤差を約１／２に低減することができる。

第４図は非線形量子化特性の一例を示す説明図であって
、同図（ａ）は従来の非線形量子化特性の一例であり、
同図（ｂ）は本発明による非線形量子化特性の一例であ
る。第３図に示す領域■。

■と領域■、■のｍビットデータが一致することから、
非線形量子化特性は第４図（ｂ）に示すようになる。

この特性では差分信号レベルの中央付近で量子化誤差が
叢大となる。しかし、この付近においても、従来の量子
化特性第４図（ａ）に比べ、その量子化誤差を小さくで
きる。

更に、前記文献にも示されているように、従来技術では
差分レベルの大きい部分でも、量子化誤差を極端に大き
くすることはできない。このため、量子化誤差を中央付
近から、最大部にわたり均一化する特性も考えられてお
り、この場合には、更に中央部での量子化誤差は大きく
なる。

これに対し、本発明では２倍の量子化レベル数を持つこ
とができるので、従来特性に比べて、その量子化誤差を
約半減できる特徴がある。

第５図は非線形量子化した場合の符号演算の説明図であ
る。

サンプリングレベルＡ＝　、Ａｒ、＋　に対し、その差
分レベルは第５図（ａ）、　　（ｂ）に示すようにＢ　
ｉ　＋　１　となる。差分レベルＢ　ｉ　＊　＋を非線
形量子化し、伝送後、代表値設定回路６０で代表値に戻
した差分データＤ　ｉ＋　１　は差分レベルＢ　（４１
に対し、非線形量子化による量子化誤差が最大±ΔＥ生
じる。従って、サンプリングデータＡ、。、がｍビット
のダイナミックレンジを越えてしまう場合が生じる。

そのため、第３図に示す演算の折り返し特性を用いると
、ｍビットのダイナミックレンジを越えた復元データＥ
！、１は折り返されてＦ　／　、。、となり、大きなエ
ラーが生じる。

このデータ反転を防止するために、差分検出回路３０の
前に振幅制限回路２０を設ける。振幅制限回路２０では
第５図に示すように、ｍビットのダイナミックレベルの
最小レベルよりもΔＥ大きいレベノＣと、最大レベルよ
りもΔＥ小さいレベル間に振幅制限する。これにより、
非線形量子化により最大±ΔＥｉ子化誤差が生じても復
元データＥｏｌの復元データのレベルがｍビットのダイ
ナミックレンジを越えることはなくなり、従ってデータ
の折り返しにより生じる大きなエラーを除くことができ
る。

次に、基準信号を１点のみ伝送し、あとは差分信号のみ
を伝送する場合に、本発明を適用する場合について説明
する。また、直流成分を伝送する必要がない場合には基
準信号を伝送する必要はなく、この場合には本発明を同
様に適用することができる。

この場合の差分信号の検出には少し工夫がいる。

即ち、量子化誤差の蓄積を生じないようにするために符
号器中に局部符号器を必要とする。第１図の点線はその
経路を示すものであり、非線形量子化回路４０の出力信
号を差分信号検出回路３０に戻し、−度復号し、その復
号したデータとの差分信号を求める。第６図はその様子
を示す本発明の他の実施例を説明する波形図である。

同図において、基準となるｍビットのサンプリングデー
タＡ、と隣接するｍビットのサンプリングデータＡ＋。

、の差分信号Ｂ８゜、を求める。ｍ＋１ビツトの差分信
号Ｂ　ｉ　４１　の最上位ビットを除き、非線形量子化
回路４０でｎビットに非線形量子化する。ｎビットに圧
縮された差分信号を伝送路５０で送ると共に、差分信号
検出回路３０に戻す。差分信号検出回路４０内には局部
復号器を持ち、ｎビットに圧縮された差分信号を代表値
設定回路６０でｍビットに伸長し、基準サンプリングデ
ータと加算し、復元データＥｉ。１を得る。復元データ
Ｅ１゜１は元のサンプリングデータＡ１．、に対し、最
大±ΔＥの量子化誤差を持つ。

次に、局部復号されたデータＥ、や、とサンプリングデ
ータＡ　１４２の差分信号Ｂ　ｉｓ２を求め、非線形量
子化回路４０で量子化する。以下、順次上記処理を繰り
返す。

復号回路では符号回路中の局部復号器と同様の処理によ
り、復元データＥ、を求める。復元データの最大量子化
誤差は±ΔＥとなるので、この場合にも、第５図にその
特性を示す振幅制限回路２０を差分検出回路３０の前に
設けることにより、演算処理の折り返し特性を用いるこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、非線形量子化誤
差を従来に比べ約１／２に低減することができるので、
同一の圧縮率では信号の品位を向上できる。また、少な
い情報量ではほぼ同一の品位の信号を伝送することがで
きるので、上記従来技術の欠点を除いて優れた機能の符
号器及び復号器を堤供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による符号器及び復号器から成るディジ
タル信号処理装置の一実施例を示すブロック図、第２図
は第１図の動作を説明する波形図、第３図は演算の折り
返し特性の説明図、第４図は非線形量子化特性の一例を
示す説明図、第５図は非線形量子化した場合の符号演算
の説明図、第６図は本発明の他の実施例を説明する波形
図である。 ２０・・・・・・・・・振幅制限回路、３０・・・・・
・・・・差分信号検出回路、４０・・・・・・・・・非
線形量子化回路、６０・・・・・・・・・代表値設定回
路、７０・・・・・・・・・加算回路。 第３図 ｍビ°ット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、信号をサンプリングする手段と、該サンプリングさ
   れた信号をｍ（ｍは正の整数）ビットに量子化する手段
   と該量子化されたサンプリングデータの差分を所定間隔
   毎に求め、該差分データをｎ（ｎは正の整数、ｎ＜ｍ）
   ビットに非線形量子化する手段とから成る符号化器にお
   いて、前記差分データの最上位ビットを除くｍビットの
   差分データを非線形量子化する手段を設けたことを特徴
   とする符号器。 ２、請求項１記載の符号器において、前記サンプリング
   データを振幅制限する手段を有し、前記非線形量子化の
   最大量子化エラー±ΔＥに対しｍビットのダイナミック
   レンジの（最大値−ΔＥ）と（最小値＋ΔＥ）に振幅制
   限し、該振幅制限されたサンプリングデータの差分を求
   めることを特徴とする符号器。 ３、信号をサンプリングし、該サンプリングされた信号
   をｍ（ｍは正の整数）ビットに量子化し、該量子化され
   たサンプリングデータの差分を所定間隔毎に求め、該差
   分データをｎ（ｎは正の整数、ｎ＜ｍ）ビットに非線形
   量子化して圧縮して伝送されたデータを受信し、受信し
   たデータを復号する復号器において、前記非線形量子化
   特性に対応して伸長する手段と、前記所定間隔に対応し
   て加算して復元データを得る加算手段と、前記差分デー
   タの最上位ビットを除くｍビットの差分データを非線形
   量子化する手段とを有し、前記加算処理して得たデータ
   の最上位ビットを除くｍビットのデータを復元データと
   することを特徴とする復号器。