JPH02135886A

JPH02135886A - 符号化及び復号化装置

Info

Publication number: JPH02135886A
Application number: JP63288862A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ishikawa; 尚石川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-11-17
Filing date: 1988-11-17
Publication date: 1990-05-24

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、標本値とその予測値との差分値を符号化す
る符号化装置、及びその差分値を符号化してなる符号化
コードを復号する復号化装置に関する。

［従来の較術］画像情報、音声情報等をディジタル化して伝送するに際
しては、伝送コストを節約するために、伝送する情報量
を削減する符号化か行われる。また、符号化して送られ
た情報を元の状態に戻すために復号化か行われる。

符号化方法の１つに差分符号化（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉ
ａｌＰｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；以
下、ＤＰＣＭという）かあり、隣接する標本値間の相関
性を利用して情報量の圧縮を行っている。具体的には、
符号化された標本値を一旦復号し、その復号値（局部復
号値）を用いて次の標本値に対する予測値を求め、その
復号値を用いて次の標本値に対する予測値を求め、この
予測値と入力標本値との差分を量子化して符号化する方
法がとられている。

第４図は最も簡単な前値予測符号化を行う従来の符号化
装置の構成を示すブロック図である。

第４図において、１０は符号化の対象となる標本値Ｘ、
が入力される入力端子、１２は標本値Ｘ、と予測値Ｐ、
との差分をとる減算器、１４は減算器１２からの差分値
の量子化を行う量子化器、１６は量子化器１４よりのＤ
ＰＣＭコードＹ、を出力する出力端子、１８は量子化器
１４の出力を入力としてＤＰＣＭコードＹ、を差分値に
復号する逆量子化器、２０はＤ型フリップフロップ２４
の出力する予測値Ｐムと逆量子化器１８より出力される
差分値（量子化代表値）との加算を行う加算器、２２は
加算器２０の出力する局部復号値Ｘ、の振幅を入力標本
値Ｘ、のダイナミックレンジ内に制限するリミッタ、２
４はリミッタ２２より出力される局部復号値Ｘ、を次の
標本値ｘ、＋１の予測値Ｐ　ｉ＋１として減算器１２へ
印加するＤ型フリップフロップである。

次に、第４図の構成の動作について説明する。

入力端子１０に入力された標本値Ｘ、は減算器１２に印
加され、この減算器１２によって予ＩｓｍＰ、を減算す
る。減算器１２より出力される差分値は量子化器１４に
よって量子化され、ＤＰＣＭコートＹ、として出力端子
１６に出力される。量子化器１４の出力は逆量子化器１
８に入力され、ここでＤＰＣＭコードＹ、か差分値に復
号された後、加算器２０に出力される。

加算器２０では逆量子化器１８からの量子化代表値にＤ
型フリップフロップ２４より出力される前値予測値Ｐ、
が加算され、これにより差分値（量子化代表値）が標本
値（局部復号値）に復元される。復元された標本値（局
部復号値）は、リミッタ２２でその振幅が所定のレンジ
に制限された後、Ｄ型フリップフロップ２４に印加され
る。

Ｄ型フリップフロップ２４は、リミッタ２２より出力さ
れる局部復号値をクロックに同期して出力し、次の標本
値に対する予測値Ｐ３．１として減算器１２及び加算器
２０に印加する。

一般に、予測値の差分値の分布は小さな値の部分に偏っ
ており、差分値を非線形量子化により符号化して伝送す
ることにより情報量の削減が可能になる。

［発明か解決しようとする課題］上記のような従来の符号化及び復号化装置においては、
入力標本値のとり得る値の範囲（ダイナミックレンジ）
がＯ〜（ｎ−１）で、その幅はｎレベルとすると、差分
値のダイナミックレンジは（−ｎ　＋１）　〜（ｎ　−
１）となり、その幅は（２ｎ−１）レベルとなり、入力
標本値のダイナミックレンジの約２倍になる。尚、本明
細書では説明の都合上とり得る値の範囲をダイナミック
レンジ、とり得る値の幅をダイナミックレンジ幅と区別
して表現する。その結果、量子化特性を非線形特性とし
た場合、予測値から離れた部分の量子化誤差（量子化前
の差分値と量子化後の差分値との差）の最大値は非常に
大きな値となり、差分値の大きなエツジ部分での画質劣
化（エツジビジネス）の大きな要因になっていた。

一方、上記の劣化を少なくするため、量子化特性を線形
特性に近づけると、予測値近傍の量子化誤差か増加し、
平坦部において再生画像のざらつき（グラニュラ−ノイ
ズの増加）を生じさせたり、あるいは人の顔のように緩
やかにレベルが変化するところで、あたかも地図の等高
銀のような輪郭（偽輪郭）を発生させたりするため、画
質が劣化してしまうという問題点かあった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、量子化特性を非線形にした場合でも、標本値のエツ
ジ部分及び平坦部の劣化を低減できる符号化及び復号化
装置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］かかる目的下において本発明では、入力標本値とその予
測値との差分値を符号化する符号化装置において、前記
差分値のダイナミックレンジのレンジ幅を前記入力標本
値のダイナミックレンジのレンジ幅より狭くした符号化
手段と、前記差分値を１／ｎ（ｎ＞１）に圧縮する圧縮
手段とを具え、前記符号化手段は該圧縮手段で圧縮され
た差分値と非圧縮の差分値とを選択的に符号化する構成
とした。

また、本発明では標本値と予測値との差分値を符号化し
てなる符号化コードを復号する復号化装置において、前
記符号化コードを前記差分値を示す量子化代表値に変換
する変換手段と、該代表値をｎ倍（ｎ＞１）に伸長する
伸長手段と、該伸長手段で伸長された代表値と非伸長の
代表値を選択的に用いて前記標本値の復号値を得る復号
手段を具える構成とした。

［作用］上述の如く構成することにより、符号化時における差分
値のダイナミックレンジのレンジ幅を入力標本値のダイ
ナミックレンジのレンジ幅より狭くしたので、グラニュ
ラ−ノイズ及びエツジビジネスの発生を防止できる。ま
た、エツジ部における勾配過負荷の影響は差分値を１／
ｎ（ｎ＞１）に圧縮することによって軽減することが可
能である。また、復号時には差分値にかかる量子化代表
値をｎ倍に伸長することによって、エツジ部における立
上がりを急峻にすることかできる。

［実施例］第１図はこの発明の符号化装置の一実施例の主要構成を
示すブロック図てあり、第２図は復号化系のブロック図
である。尚、第１図においては。

第４図と同一であるものは同一引用数字を用いたので、
以下においては重複する説明を省略する。

第１図に示すように、本実施例では減算器１２よりの差
分値を１　／　ｎ倍に圧縮する、即ち、そのダイナミッ
クレンジを１　／　ｎに制限する１　／　ｎ倍回路１３
を設け、量子化器１４よりのＤＰＣＭコートＹ、か差分
値のレンジ端を示すコードであるか否かを判定するレン
ジ端判定回路２６より出力される判定信号し、に従い、
上記１　／　ｎ倍回路１３の動作な制御するところに特
徴がある。

第１図において、入力端子１０より入力された標本値Ｘ
、は減算器１２によって予測値Ｐ、との差分値がとられ
、この差分値か１　／　ｎ倍回路１３へ印加される。１
　／　ｎ倍回路１３はＤ型フリップフロップ２８より出
力される判定信号Ｌ　＋−＋に従い、前画素のＤＰＣＭ
コードが差分値のレンジ端を示す場合には、その差分値
をｌ　／　ｎ倍に圧縮し、前画素のＤＰＣＭコードがレ
ンジ端以外の差分値を示す場合は、単に差分値のダイナ
ミックレンジが１７　ｎになるように差分値の振幅を制
限する（但し、ｎはｎ＞１の実数二本実施例ではｎ＝２
とする）。

即ち、差分値のダイナミックレンジを一２５５〜十２５
５と仮定した時、１／ｎ倍回路１３は判定信号り、−０
が＋ｅ　Ｈｎレベルの時に差分値ｄ、をｄ′工＝（１／
ｎ）・ｄ、（但し、ここではｎ＝２とする）に圧縮し、
判定信号Ｌ　＝１か″Ｌ″レベルの時には一１２８以下
の差分値を−１２８に、１２８以上の差分値を１２７に
クリップし、　−１２８〜＋１２７の差分値は何ら処理
を施すことなく量子化器１４ヘデータを印加する。

量子化器１４はＤ型フリップフロップ２８より出力され
る判定信号し、−１に従って、前画素のＤＰＣＭコード
の示す差分値がそのかレンジ端に位置する時には−２５
５〜＋２５５までのフルレンジの線形量子化特性を行い
、それ以外の場合には差分値のレンジを−１２８〜＋１
２７に制限した非線形量子化特性を選択して量子化を行
うことになる。そして。

該量子化器１４の出力であるＤＰＣＭコードは逆量子化
器１８及びレンジ端判定回路２６へ供給される。

逆量子化器１８は入力されるＤＰＣＭコードに対応する
量子化代表値（量子化された差分値）をｎ倍回路１９へ
印加する。ｎ倍回路１９は上述したレンジ端の判定信号
し、−１に従い、前画素のＤＰＣＭコードが差分値のレ
ンジ端を示す場合は、量子化代表値をｎ倍にし、それ以
外の差分値に対してはそのまま加算器２０へ送出する。

この場合、ｎ倍回路１９はレンジ端の判定信号し、−１
が″Ｈ″レベルの時に量子化代表値ｑ、を９°、＝２９
ｔとする。また、これ以外ではｑ”ｒ＝（１，即ち何も
せずに加算器２０へｑ、を送出する。

加算器２０は逆量子化器１８より与えられる量子化代表
値ｑＩに予測値Ｐ、を加算し、その出力（局部復号値）
をリミッタ２２へ出力する。リミッタ２２は加算器２０
て得た局部復号値Ｘ、が入力標本値の最大値以上の場合
は入力標本値の最大値に制限し、入力標本値の最小値以
下の場合は入力標本値の最小値に制限し、Ｂ型フリップ
フロップ２４へ送出する。Ｄ型フリップフロップ２４は
リミッタ２２より与えられた局部復号値Ｘ、を次のクロ
ックで予測値Ｐ　ｉｌｌとして減算器１２へ送出する。

一方、レンジ端判定回路２６は、量子化器１４より印加
されるＤＰＣＭコートが差分値のダイナミックレンジ端
（即ち、量子化代表値の上限または下限を示す値）かど
うかを判定する。仮にレンジ端であった場合には”Ｈ”
レベルとなる判定信号り、をＤ型フリップフロップ２８
へ送出する。

Ｄ型フリップフロップ２８は次のクロックに同期して判
定信号し、−３をｌ　／　ｎ倍回路１３及びｎ倍回路１
９へ送出し、これらの動作状態を切換える。また、この
判定信号し、−１は同時にレンジ端判定回路２６へも印
加される。レンジ端判定回路２６は、前画素がレンジ端
の場合、現画素の量子化代表値ｑ’ｒはダイナミックレ
ンジの制限を受けていないので（この場合、差分値ｄ、
は量子化前に１　／　ｎ倍され、量子化後にｎ倍された
ことになるので、レンジ制限なしと考えられる）、レン
ジ端判定回路２６の出力を″Ｌ″レベルにし、次画素の
差分値がダイナミックレンジの制限された量子化特性で
量子化されるようにする。

次に第２図の構成について説明する。この復号系に第１
図の符号系の出力端子１６から出力されるＤＰＣＭコー
ドＹ、が伝送線、電話回線等の伝送路を介して入力され
る。

第２図において、５０はＤＰＣＭコードＹ、の入力端子
、５２はＤＰＣＭコードＹ、を差分値（量子化代表値）
に変換する逆量子化器、５３は後述するレンジ端判定回
路６２からの判定信号し、−１が”Ｈ”レベルの時に量
子化代表値ｑ、をｎ倍にし、レンジ端の判定信号Ｌ　＋
−＋か“Ｌ”レベルならそのまま加算器５４ヘデータを
送出するｎ倍回路である。５４は逆量子化器５２の出力
する量子化代表値ｑ８とＤ型フリップフロップ６０の出
力する予測値との加算を行う加算器、５６は加算器５４
の出力振幅を入力標本値Ｘ、のダイナミックレンジ内に
制限するリミッタ、５８はリミッタ５６に接続される出
力端子、６０はリミッタ５６の出力を遅延し、予測値Ｐ
、として出力するＤ型フリップフロップ、６２はＤＰＣ
ＭコートＹ、及びＤ型フリップフロップ６４の出力する
判別信号り、−８に基づいて現画素の差分値（量子化代
表値）かそのダイナミックレンジに位置しているか否か
を判定して判定信号し、を出力するレンジ端判定回路、
６４は判定信号り、を遅延して判定信号Ｌ　ｔ−＋をレ
ンジ端判定回路６２及びｎ倍回路５３へ送出するＤ型フ
リップフロップである。

次に第２図の構成の動作について説明する。

入力端子５０より入力されたＤＰＣＭコードＹ、は逆量
子化器５２によって差分値の量子化代表値ｑ１に変換さ
れ、ｎ倍回路５３へ送出される。ｎ倍回路５３は第１図
の符号化装置と同様にＤｆｉフリップフロップ６４より
与えられるレンジ端の判定信号し、−０に従い、レンジ
端の判定信号Ｌ　＋−＋が”Ｈ″レベルあれば代表値ｑ
、を０倍にし、レンジ端の判定信号し、−１が″Ｌ″レ
ベルであればそのまま加算器５４ヘデータを送出する。

加算器５４は代表値ｑ　’ｉとＤ型フリップフロップ６
０より与えられる予測値Ｐ、どの加算をし、リミッタ５
６へ復号値Ｘ五を送出する。リミッタ５６はこれを正規
のレンジ内に制限し、復号値Ｘ、とじて出力端子５８よ
り出力すると同時にＤ型フリップフロップ６０へ印加す
る。Ｄ型フリップフロップ６０は次に与えられるクロ・
ンクによって、復号値Ｘ、を次の画素の予測値ｐ　、、
、として加算器５４へ印加する。

一方、入力端子５０に入力されたＤＰＣＭコードＹ、は
レンジ端判定回路６２にも印加され、このレンジ端判定
回路６２によってＤＰＣＭコートＹ、及びＤ型フリップ
フロップ６４より印加される前画素のレンジ端の判定信
号し、−１より現画素の差分値がレンジ端であるか否か
を判定し、レンジ端の判定信号し、をＤ型フリップフロ
ップ６４へ送出する。Ｄ型フリップフロップ６４は次の
クロックで逆量子化器５２及びレンジ端判定回路６２ヘ
レンジ端判定信号Ｌ　ｔ−＋を送出する。レンジ端判定
回路６２のレンジ端判定信号し、は、前画素のレンジ端
の判定信号Ｌ　’ｊ　−１がＨ”レベルの場合にＬ”レ
ベルにリセットされる。この理由は第１図の符号化装置
のレンジ端判定回路２６で説明した理由と同様である。

上述した第１図の符号化装置では、差分値のダイナミッ
クレンジを１　／　ｎに制限しているため、通常ＲＯＭ
で構成される量子化器１４及び逆量子化器１８．５２の
ＲＯＭの容量をかなり小さくすることができる。

また、ｎ＝２″″（ｍは自然数）とすれば、１　／　ｎ
倍回路１３及びｎ倍回路１９．５３はビットシフトとス
イッチで構成でき、わずかな回路の付加で実施が可能で
ある。

また、ｌ　／　ｎ倍回路１３及びｎ倍回路１９゜５３は
ＲＯＭで構成することもできる。即ち、差分値及びレン
ジ端の判定信号で示されるアドレスにあらかじめ計算で
求めたレンジ操作処理後の差分値を格納しておき、ＲＯ
Ｍのアドレスに差分値とレンジ端の判定信号を印加する
ようにすれば、ＲＯＭのリード・サイクル・タイム後に
はレンジ操作処理後の差分値が得られる。この場合、ｎ
としてはｌより大きい任意の実数を設定てきる。

また、第１図破線枠内の回路部３０．３２及び第２図破
線枠の回路部７４で示される部分を１つのＲＯＭで構成
すれば１回路を簡略化でき、回路全体のＲＯＭの容量は
非常に小さくなる。また、前記構成に比べ、ＲＯＭの段
数が半分になるためＲＯＭによる信号の遅延も少なくな
り、高速化が可能である。この場合にも、ｎ　？：１よ
り大きい任意の実数に設定できるのは言うまでもない。

上述の如く構成することによって、量子化しようとする
差分値のダイナミックレンジの幅を狭くできるので、量
子化ステップを小さく設定できる。これに伴い、グラニ
ュラ−ノイズ、偽輪郭等の平坦部の画質劣化、またエツ
ジビジネス等のエツジ部の画質劣化を共に小さくするこ
とかできる。

また、この時の勾配過負荷の影響は１画素のみとなるの
で、エツジ部の立上りも急峻とすることができる。

第３図は復号化装置の他の実施例のブロック図である０
本実施例においては、第２図の構成で用いたものと同一
であるものには同一引用数字を用いたので、重複する説
明を省略する。

本実施例の特徴とするところは、第２図の構成に加え、
ＤＰＣＭコードＹ、が示す差分値（量子化代表値）の正
、負を判定し、正負判定信号Ｍ。

を出力する正負判定回路６６、正負判定信号Ｍ。

を遅延して前画素の正負判定信号Ｍ　＋−１を出力する
Ｄ型フリップフロップ６８．勾配過負荷を検出し、現画
素の復号値を次画素の復号値で置換えるかどうかを判定
する復号値Ｍ換判定回路７０．該復号値置換判定回路７
０の出力信号に基づいてリミッタ５６の出力またはＤ型
フリップフロップ６０の出力を選択するスイッチ７２と
を付加したことにある。

勾配過負荷の有無の検出は、（ｉ）現画素のＤＰＣＭコ
ートが量子化代表値のレンジ端を示していること、（ｉ
ｉ）現画素とその直後の画素の差分値の正負が一致する
、の２つの条件で行い、これらか満たされた時に勾配過
負荷有りを判定する。勾配過負荷有りが判定された時に
、勾配過負荷が生じた画素の復号値を勾配過負荷が収束
している次画素の復号値で置換え、勾配過負荷による画
質劣化を無くすようにしたのが本実施例である。

次に第３図の実施例の動作について説明する。

入力端子５０に入力されたＤＰＣＭコートＹ。

は正負判定回路６６に印加され、正負判定回路６６はＤ
ＰＣＭコートＹ、が示す差分値の正、負を判定し、負で
“Ｈ”、正で“Ｌ”となる正負判定信号ＭｉをＤ型フリ
ップフロップ６８及び復帰値置換判定回路７０へ送出す
る。Ｄ型フリップフロップ６８は正負判定信号Ｍ、を次
のクロックサイクルで読出し、復帰値置換判定回路７０
へ正負判定信号Ｍ、、を送出する。

復帰値置換判定回路７０にはＤ型フリップフロップ６８
よりの正負判定信号Ｍ、、のほか、Ｄ型フリップフロッ
プ６４よりの現画素のレンジ端判定信号Ｌ　ｉ　−１及
び正負判定回路６６よりの次画素の正負判定信号Ｍ、が
入力されている。レンジ端判定信号し、−１が”Ｈ“レ
ベルの時にレンジ端を示すものとすると、前記（ｉ）と
（ｉｉ）の２条件は、（ｉ）がり、ｒ−１＝”Ｈ″、（
ｉｉ）がＭ　；　−Ｍ　ｔ　−Ｉと表わせる。復帰値置
換判定回路７０は（ｉ）と（ｉｉ）の２つの条件が共に
満たされた時にスイッチ７２か接点ａ側に接続するよう
に駆動する。スイッチ７２は通常時には接点すに接続し
ており、Ｄ型フリップフロップ６０の出力Ｘ　ｉ　−１
か復号値として出力されている。勾配過負荷か生した際
には、スイッチ７２が接点すから接点ａに切換えられ、
次画素の差分値かダイナミックレンジの制限を受けてい
ないことにより勾配過負荷が収束している次の画素の復
号値Ｘ、が出力される。次のクロックサイクルでは、レ
ンジ端判定信号し、−１がリセットされるため前記（ｉ
）の条件か満たされず、スイッチ７２は再度接点すに接
続され、同じ復号値が出力され勾配過負荷か除去される
。

尚、前記の各実施例においては、前値予測ＤＰＣＭを例
にしたが、これに限らず二次元側、三次元側あるいは適
応予測等の他の予測方式を用いることもできる。

［発明の効果］本発明の符号化装置は以上説明したように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。即ち、
標本値とその予測値との差分値のダイナミックレンジの
レンジ幅を入力標本値のダイナミックレンジのレンジ幅
より狭くしたので、グラニュラ−ノイズ及びエツジビジ
ネス等の発生を防止できる。また、エツジ部における勾
配過負荷の影響は差分値を１／ｎ（ｎ＞１）に圧縮する
ことによって軽減することが可ｆｌである。即ち。

勾配過負荷の影響を１画素以内に抑えることか可能にな
り、画質劣化を低減させることかできる。

また、本発明の復号化装置では、復号値の元標本値に対
する量子化誤差は通常小さくでき、勾配過負荷の影響も
差分値に係る代表値をｎ倍に伸長することによりエツジ
の勾配を急峻にできるので除去てき、これに伴い画像の
鮮鋭度が上がり、高画質化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例としての符号化装置を示す
ブロック図、第２図は本発明の一実施例としての復号化
装置を示すブロック図、第３図は本発明の復号化装置の
他の実施例を示すブロック図、第４図は従来の符号化装
置の構成を示すブロック図である。図中。１２：減算器１３：１／ｎ倍回路１４：量子化器１８．５２：逆量子化器１９．５：ｌ：ｎ倍回路２０　、５４　：加算器２２．５６：リミッタ２４．２８，６０，６４．６８　：　Ｄ型フリップフロ
ップ２６．６２：レンシ端判定回路６６：正負判定回路７０：復帰値置換判定回路７２、スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力標本値とその予測値との差分値を符号化する
符号化装置であって、前記差分値のダイナミックレンジ
のレンジ幅を前記入力標本値のダイナミックレンジのレ
ンジ幅より狭いレンジ幅とした符号化手段と、前記差分
値を１／ｎ（ｎ＞１）に圧縮する圧縮手段とを具え、前
記符号化手段は該圧縮手段で圧縮された差分値と非圧縮
の差分値とを選択的に符号化することを特徴とする符号
化装置。
（２）前記符号化手段は前記差分値がそのダイナミック
レンジ端にあることを判定する判定手段を具え、該判定
手段に応じて圧縮された差分値と非圧縮の差分値とを選
択的に符号化することを特徴とする請求項（１）に記載
の符号化装置。
（３）前記判定手段は前記符号化手段の出力する符号化
コードに応じて前記判定動作を行うことを特徴とする請
求項（２）に記載の符号化装置。
（４）入力標本値とその予測値との差分値を符号化して
なる符号化コードを復号する復号化装置であって、前記
符号化コードを前記差分値を示す量子化代表値に変換す
る変換手段と、該代表値をｎ倍（ｎ＞１）に伸長する代
表値と非伸長の代表値を選択的に用いて前記標本値の復
号値を得る復号手段を具える復号化装置。
（５）前記復号手段は前記符号化コードに応じて前記代
表値がそのダイナミックレンジ端にあることを判定する
判定手段を具え、該判定手段に応じて伸長された代表値
と非伸長の代表値とを選択的に用いて復号することを特
徴とする請求項（４）に記載の復号化装置。
（６）勾配過負荷の発生した復号値を以後に復号する復
号値と置換する置換手段を具えることを特徴とする請求
項（５）に記載の復号化装置。
（７）前記置換手段は前記判定手段の出力と、前記代表
値の正負が連続したことに応じて置換を行うことを特徴
とする請求項（６）に記載の復号化装置。