JPH03207190A

JPH03207190A - 高能率符号化装置

Info

Publication number: JPH03207190A
Application number: JP2002198A
Authority: JP
Inventors: Koji Kageyama; 浩二景山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-01-09
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1991-09-10

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、ディジタル画像信号を伝送する時にデータ
量を圧縮するのに適用できる高能率符号化装置に関する
。

〔発明の概要〕

この発明は、ディジタル画像信号をブロックに分割し、
ブロック内の画素データの最大値及び最小値の差である
ダイナξツクレンジ情報を検出し、ディジタル画像信号
の高周波威分の多少をブロック毎に検出し、検出信号を
形威し、検出信号とダイナミックレンジ情報とから所定
期間の発生データ量を目標値より少なくできる割り当て
ビット数を決定し、ブロック内の正規化された画素デー
タを割り当てビット数で量子化してコード信号を得、ダ
イナミックレンジ情報、コード信号、検出信号及び割り
当てビット数に関連した情報を伝送することにより、復
元画像の画質の劣化が目立たないようにできる。

〔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の差であ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
適応符号化装置を提案している。また、特開昭６２−９
２６２０号公報に記載されているように、複数フレーム
に各々含まれる領域の画素から形威された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
適応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みが一定となるように、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。

上述のダイナミックレンジに適応した符号化（ＡＤＲＣ
と称する）は、レベル方向の冗長度を除去し、１画素当
りのビット数を低減できるので、伝送すべきデータ量を
大幅に圧縮できる．かかるＡＤＲＣは、ディジタルＶＴ
Ｒに適用して好適である．特に、可変長ＡＤＲＣは、圧
縮率を高くすることができる．しかし、可変長ＡＤＲＣ
は、伝送データの量が画像の内容によって変動するため
、所定量のデータをｌｌ−ラックとして記録するディジ
タルＶＴＲのような固定レートの伝送路を使用する時に
は、バッファリングの処理が必要である。

可変長ＡＤＲＣのバッファリングの方式として、本願出
願人は、特願昭６１−２５７５８６号明細書に記載され
ているように、積算型のダイナ婁ツタレンジの度数分布
を形威し、この度数分布に対して、予め用意されている
しきい値のテーブルを参照し、所定期間例えば１フレー
ム期間の発生データ量を求め、発生データ量が目標値を
超えないように、制御するものを提案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

先に提案されているＡＤＲＣは、ダイナミックレンジ情
報のみを見て予め設定されたしきい値テーブルを参照し
ている．従って、ダイナミックレンジ情報が同じブロッ
クに関しては、同一の量子化がなされる。この結果、量
子化による誤差の現れ形が視覚的に異なる問題があった
。

第４図は、簡単のために、水平方向に連続する１０画素
からなる１次元ブロックに関しての量子化を示し、横軸
が時間変化、縦軸が画素の値Ｌを示す。第４図Ａに示す
ように、なだらかな変化の５画像が２ビットで量子化さ
れると、第４図Ｂに示すステップ状の出力が得られる。

一方、第４図Ｃに示すように、激しい変化の画像、即ち
、高周波或分が多く含まれる画像が量子化されると、第
４図Ｄに示す出力が得られる。第４図Ａ及び第４図Ｃの
画像は、対照的なものであるが、最大値ＭＡＸ及び最小
値ＭＩＮの差であるダイナミックレンジＤＲが等しいの
で、同一のビット数（例えば２ビット）で量子化がなさ
れる。

第４図Ｂ及び第４図Ｄの量子化出力を比較した時に、第
４図Ｂの量子化の方が第４図Ｄのものに比して復元画像
の劣化が目立ち易い。つまり、復元画像中にレベル差ち
応じたパターンが見える。

特に、圧縮率を高くしてビット数を少なくした場合に、
この違いが顕著である．従って、この発明の目的は、ブロックに対する割り当て
ビット数を決定するのに、ダイナミックレンジのみなら
ず、高周波成分の量を１駿ケることで、目立つ劣化が防
止された高能率符号化装置を提供することにある．〔課題を解決するための手段〕この発明は、ディジタル画像信号をブロックに分割し、
ブロック内の画素データの最大値及び最小値の差である
ダイナミックレンジ情報ＤＲを検出する手段３と、ディジタル画像信号の高周波威分の多少をブロック毎に
検出し、検出信号ＡＭＤを発生する千段５と、検出信号ＡＭＤとダイナミックレンジ情報ＤＲとから所
定期間の発生データ量を目標値より少なくできる割り当
てビット数をブロック毎に決定する手段１０、１１と、ブロック内の正規化された画素データを割り当てビット
数で量子化してコード信号を得る手段と９とを備え、ダイナミックレンジ情報ＤＲ、コード信号ＤＴ、検出信
号ＡＭＤ及び割り当てビット数に関連した情報を伝送す
るようにした高能率符号化装置である。

〔作用〕

割り当てビット数として、例えば０，１、２、３及び４
ビットが用意され、可変長のＡＤＲＣがなされる。ダイ
ナミックレンジＤＲの度数分布表に対して、割り当てビ
ット数を決めるためのしきい値が適用され、発生データ
量を目標値以下にできるしきい値が決定される。この場
合に、各ブロックの高周波成分の多少が考慮され、高周
波或分の多いブロックは、これが少ないブロックに比し
て割り当てビット数が少ないものとされる．このように
決定されたしきい値とブロックのダイナミックレンジＤ
Ｒとからそのフ゜ロックの割り当てビット数が求められ
、その割り当てビット数で量子化がなされる。従って、
画質の劣化が目立たない高周波威分が多いブロックに関
しては、割り当てビット数が少なくなる．一方、高周波
成分が少ないブロックに対しては、相対的に割り当てビ
ット数を多くでき、復元画像の画質の劣化を防止できる
．〔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。第１図は、この一実施例の構戒を示し、１で示
す入力端子に、１サンプルが８ビットにディジタル化さ
れたディジタルビデオデー夕が供給される．ビデオデー
タは、ブロック化回路２で、走査線の順序からブロック
の順序にデータの配列が変換される。１フレーム或いは
１フィールドの画面が第２図に示すように、横方向にＭ
分割され、縦方向にＮ分割されることで、２次元ブロッ
クＢｌｌ．　　Ｂ１２．　　・・・，　　ＢＩＭ．　　
Ｂ２１，　　・・・・，ＢＮＭが形威される．一つのブ
ロックは、（ｎＸｍ）例えば（４Ｘ４＝１６画素）であ
る．ブロック化回路２の出力信号が最大値及び最小値検
出回路３、遅延回路４及びアクテイビイテイ（Ａｃｔｉ
ｖｉｔｙ）演算回路５に供給される。アクテイビイティ
演算回路５から発生するアクテイビイティメジャーＡＭ
は、そのブロック内で高周波或分のエネルギーの大小を
意味する。

アクテイビイテイ演算回路５の一例としては、（ｎＸｍ
）のブロック内の画素データｄ．ｊ（ｉ＝１，２，・・
・，ｎ，ｊ＝１．２，　　・・・，ｍ）に対して、下記
の係数を持つ一種のディジタルノ＼イパスフィルタを適
用する。

このハイパスフィルタの出力ハ、ｅ　ＩＪ＝　ｈ　Ｘ　ｄそして、アクテイビイテイメジャーＡＭをＡＭ一ΣＩｅ
！ｊｆ寞÷Σｌｄｉｊｌ”（Σは、■ブロックの集計値
を意味する。）と定義する．アクテイビイテイメジャー
ＡＭは、２次元周波数分布で水平周波数及び垂直周波数
の両者の高周波成分のレベルを元の値で正規化した値で
ある．アクティビイテイメジャーＡＭは、（Ｏ≦ＡＭ≦
１）の範囲で、高周波威分のエネルギーに略々比例した
値を有している．上述のノ＼イバスフィルタに限らず、
水平周波数のノ＼イノくスフィルタと垂直周波数のハイ
パスフィルタとを直列接続した２次元ハイパスフィルタ
、１次元ノ＼イノくスフィルタ等を使用してアクテイビ
イテイメジャ−ＡＭを検出しても良い．アクティビイテイ演算回路５で得られたアクティビイテ
ィメジャーＡＭが比較回路８に供給される。比較回路８
は、アクテイビイテイメジャーＡＭと基準値Ｒｅｆとを
比較し、１ビットの判別信号ＡＭＤを発生する。即ち、（ＡＭ＜Ｒｅｆ）の場合に、（ＡＭＤ＝“０”）（Ｒｅ
ｆ≦ＡＭ≦１）の場合に、（ＡＭＤ＝”ｌ’　）とされ
る。

入力ディジタル画像信号が供給される検出回路３は、各
ブロックの最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮとを検出する．
遅延回路４は、最大値ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮを検出す
る時間、データを遅延させる．減算回路６で（ＭＡＸ−
ＭＩＮ）の演算がされ、減算回路６からダイナミックレ
ンジＤＲが得られる。また、減算回路７では、遅延回路
４からのビデオデータから最小値ＭＩＮが減算され、減
算回路７から最小値を除去することで正規化されたビデ
オデータが得られる。

減算回路７の出力データが再量子化を行う量子化回路９
に供給される。量子化回路９から元のビット数（８ビッ
ト）より少ない割り当てビット数ｂのコード信号ＤＴが
得られる。割り当てビット数ｂは、ビット数決定回路１
０で決定される。量子化回路９は、ダイナミックレンジ
ＤＲに適応した量子化を行う。つまり、ダイナくツタレ
ンジＤＲを（２５）等分した量子化ステップΔで、最小
値が除去されたビデオデータが除算され、商を切り捨て
で整数化した値がコード信号ＤＴとされる。

量子化回路９は、除算回路或いはＲＯＭで構戒できる。

ビット数決定回路１０には、しきい値決定回路１ｌから
のしきい値ＴＯ、Ｔｌ，Ｔ２、Ｔ３又はＴＯ′、ＴＩ’
、Ｔ２’、Ｔ３′とダイナξツクレンジＤＲとが供給さ
れる．ここで、（ＴＯ＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３、Ｔｏ　′＜
ＴＩ　”＜７２　’＜Ｔ３′）である。しきい値決定回
路ｌ１では、所定期間例えば１フレーム期間の発生デー
タ量が目標値となるようなしきい値が決定される。

しきい値決定回路１１は、最初に１フレーム期間のダイ
ナミックレンジＤＲの度数を集計し，メモリ内に度数分
布表を形威し、次にこの度数分布表を積算形の度数分布
表に変換する。この積算形の度数分布表に対してしきい
値テーブルの各しきい値の組を適用して、各しきい値の
組毎に発生データ量を求め、発生データ量が目標値以下
になるしきい値の組を決定する。この場合、判別信号（
ＡＭＤ＝“０”）の高周波或分が少ないブロックと（Ａ
ＭＤ一“１”）の高周波威分が多いブロックとで別々に
度数分布表が形威される．これらの度数分布表に対して
しきい値ＴＯ−Ｔ３とＴＯ”〜Ｔ３’とが夫々適用され
る。

第３図は、積算形に変換する前の（ＡＭＤ＝Ｏ”）のブ
ロックに関する度数分布表を示す。横軸が（０〜２５５
）のダイナミックレンジＤＲであり、縦軸が発生度数Ｆ
である。この例では、（ＤＲ＜ＴＯ）のブロックは、割
り当てビット数ｂが０、即ち、ダイナミックレンジ情報
のみを伝送する。（Ｔｏ≦ＤＲ＜ＴＩ）のブロックでは
、（ｂ＝１）とされ、（Ｔｌ≦ＤＲ＜７２）のブロック
では、（ｂ＝２）とされ、（Ｔ２≦ＤＲ＜７３）のブロ
ックでは、（ｂ＝３）とされ、（ＤＲ≧Ｔ３）のブロッ
クでは、（ｂ＝４）とされる。

従って、これらのしきい値で区切られたダイナミックレ
ンジＤＲを有するブロック数の合計に割り当てビット数
ｂを夫々乗じることで、（ＡＭＤ＝“０”）のブロック
に関する発生データ量を求めることかできる．また、図示しないが、（ＡＭＤ一“１２）のブロックに
関しての度数分布表も同様に形威される。

この度数分布表が積算形に変換され、しきい値ＴＯ′〜
Ｔ３’が適用される。しきい値テーブルの各しきい値の
組は、ＴＯ−Ｔ３′の８個のしきい値の集合である．上
述の（ＡＭＤ＝“Ｏ”）のブロックに関する発生データ
量と（ＡＭＤ＝“１”）のブロックに関する発生データ
量とが合計され、可変データ部分に関する発生データ量
が求められる．この発生データ量と目標値とが比較され
、発生データ量が目標値以下となるまで、しきい値テー
ブルからのしきい値の組が更新される。

一例としてしきい値テーブルとして、３２種類のしきい
値の組が用意され、しきい値の組を順次変更する時に、
発生データ量が単調に増加又は減少する。これらのしき
い値の組は、パラメータコードＰｉで区別することがで
きる。しきい値の組を変更した時に、各割り当てビット
数と対応するブロック数の演算を容易とするために、積
算形の度数分布表が形威される．以上のように決定された（ＡＭＤ一“０”）のブロック
に対するしきい値ＴＯ〜Ｔ３と（ＡＭＤ＝“ド）のブロ
ックに対するしきい値ＴＯ′〜Ｔ３′とが１フレーム期
間の量子化において使用される。ビント数決定回路１０
は、そのブロックの判別信号ＡＭＤに応じたしきい値の
組とダイナミックレンジＤＲとからそのブロックに対す
る割り当てビット数ｂを決定する。

ダイナミックレンジＤＲ，最小値ＭＩＮ、コード信号Ｄ
Ｔ、パラメータコードＰｉ及び判別信号ＡＭＤがフレー
ム化回路１２に供給され、出力端子１３には、伝送デー
タが取り出される。フレーム化回路１２は、ダイナミッ
クレンジＤＲ等の入力データがバイトシリアルに配列さ
れ、同期信号が付加された伝送データを形或する。また
、フレーム化回路１２では、エラー訂正符号の符号化が
なされる。

フレーム化回路１２の出力端子１３に取り出された伝送
データは、更にチャンネルコーディングの処理がされ、
例えば回転ヘッドで磁気テープに記録される。磁気テー
プから再生されたデータは、フレーム分解回路に供給さ
れ、フレーム分解回路からダイナミックレンジＤＲ等が
別々に取り出される。ダイナミックレンジＤＲとパラメ
ータコードＰｉと判別信号ＡＭＤとからそのブロックの
割り当てビット数ｂが求められ、コード信号ＤＴと割り
当てビット数ｂとからデータが復元される。

このデータに最小値ＭＩＮが加算され、各画素のデータ
が復元される。

上述の実施例は、２次元ブロックのＡＤＲＣの例である
が、時間的に連続する複数フレームに夫々属し、空間的
に同一の位置の複数の領域からなる３次元ブロックのＡ
ＤＲＣに対しても、この発明を適用できる。また、ブロ
ックのアクティビイティメジャーＡＭの値に応して３種
類以上の分類を行うようにしても良い。更に、アクティ
ビイティメジャーＡＭを考慮して割り当てビット数ｂを
決定する方式としては、上述の実施例に限定されるもの
ではなく、高周波成分の多いブロックに対しては、割り
当てビット数を少なくし、他方、高周波威分が少ないブ
ロックに対しては、割り当てビット数を多くできる方式
であれば良い．〔発明の効果〕この発明は、ダイナミックレンジ情報の他にブロックの
画像が持つ高周波或分の多少に応じて割り当てビット数
を決めるので、復元画像で劣化が目立つことを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図はブ
ロック化の説明に用いる略線図、第３図はしきい値の決
定の説明に用いる略線図、第４図は従来の問題点の説明
に用いる略線図である。図面における主要な符号の説明２：ブロック化回路、３：最大値、最小値を検出する検出回路、５：アクティ
ビイティ演算回路、９：量子化回路、１０：ビット数決定回路、１ｌ：しきい値決定回路。

Claims

【特許請求の範囲】　ディジタル画像信号をブロックに分割し、上記ブロッ
ク内の画素データの最大値及び最小値の差であるダイナ
ミックレンジ情報を検出する手段と、上記ディジタル画
像信号の高周波成分の多少を上記ブロック毎に検出し、
検出信号を発生する手段と、上記検出信号と上記ダイナミックレンジ情報とから所定
期間の発生データ量を目標値より少なくできる割り当て
ビット数を決定する手段と、上記ブロック内の正規化さ
れた画素データを上記割り当てビット数で量子化してコ
ード信号を得る手段とを備え、上記ダイナミックレンジ情報、上記コード信号、上記検
出信号及び上記割り当てビット数に関連した情報を伝送
するようにしたことを特徴とする高能率符号化装置。