JPH0461591A

JPH0461591A - 画像信号の高能率符号化装置及び符号化方法

Info

Publication number: JPH0461591A
Application number: JP2173324A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takahashi; 健治高橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-02-27
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JP2844861B2

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ＶＴＲ等に適用され、カラービ
デオデータの伝送データ量を圧縮するための高能率符号
化装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、輝度データ及び色差データの夫々に関する
ブロック符号化回路とバッファリング回路とを有し、色信号のバッファリング回路は、色差データ用のブロッ
ク符号化回路の出力データ量を減少させる方向の制御を
許容限界値で制限するように構成されたもので、復元画
像の色の労化を防止することができる。

〔従来の技術〕

ビデオ信号の符号化方法として、伝送帯域を狭くする目
的でもって、１西素当たりの平均ビット数又はサンプリ
ング周波数を小さくするいくつかの高能率符号化方法が
知られている。

本願出願人は、特開昭６１−１４／１９８９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により規定されるダイナミック
レンジを求め、このダイナミックレンジに適応した符号
化を行う高能率符号化装置を提案している。また、特開
昭６２−９２６２０号公報に記載されているように、複
数フレームに夫々含まれる領域の画素から形成された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
号化を行う高能率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が一定となるよう
なダイナミックレンジに応じてビット数が変換する可変
長符号化方法が提案されている。

先に提案されているダイナミックレンジに適応した符号
化方法（ＡＤＲＣと称する）では、ダイナミックレンジ
ＤＲ（最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差）が例えば（８
ライン×８画素−６４画素）からなる２次元的なブロッ
ク毎に算出される。

また、入力画素データからそのブロック内で最小のレベ
ル（最小値）が除去される。この最小値除去後の画素デ
ータが代表レベルに変換される。この量子化は、元の量
子化ビット数より少ないビット数例えば２ビツトと対応
する４個のレベル範囲に検出されたダイナミックレンジ
ＤＲを分割し、ブロック内の各画素データが属するレベ
ル範囲を検出し、このレベル範囲を示すコード信号を発
生する処理である。

上述のダイナミックレンジに適応したＡ　Ｄ　ＲＣ符号
化は、伝送すべきデータ量を大幅に圧縮できるので、デ
ィジタルＶＴＲ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１トラ
ツ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、伝送データ量を制御する
ためのバッファリングの処理が必要とされる。

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、累積型のダイナミックレンジの度数分布
を形成し、この度数分布に対して、予め用意されている
割り当てビット数を定めるためのしきい値を通用し、所
定期間例えばＪ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〕

ディジタルカラービデオ信号の場合では、これが輝度デ
ータ及び色差データに分割され、各コンポーネントデー
タに対してＡＤＲＣ及びバッファリングの処理がなされ
る。従来では、輝度データ及び色差データに対して、同
様のバッファリングの処理がされていた。

かかるバッファリングは、ＡＤＲＣで発生したデータ量
が伝送容量に比較してそれほど多くない場合では、特に
問題が生じない、しかし、発生データ量が多く、データ
量の圧縮を高くする場合には、輝度データと色差データ
とに対して同様のバッファリング処理を行った時に、復
元画像において、色の劣化が目立つ問題が生じる。その
理由は、サンプリング周波数の比である（Ｙ：ＬＩ：Ｖ
＝４：２：２）のように、元々色差データの情報量が坪
度データに比して少ないので、色差データの情報量を削
減しても効果的ではなり、輝度データと同等に削減した
時には、色のにじみ、色のブロック歪が発生する問題が
ある。

つまり、色差データは、輝度データに比してサンプリン
グ周波数が低いので、画面上の画素の面積が輝度データ
より大きい。通常では、輝度データと同一の画素数でブ
ロックが構成されているので、１ブロツクの面積が大き
くなり、データ量をある程度以上、少なくすると、色の
ブロック歪が目立つものとなる。また、異なる色が同一
ブロック内に存在する場合に、情報量が減少すると、こ
のブロックを一つの色情報で表すような現象となるので
、色のにじみが生じ、画像が見苦しいものとなる。

従って、この発明の目的は、輝度データと色差データと
に関して異なるパラメータでバッファリングを行うこと
により、復元画像中の色の劣化が防止された画像信号の
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、輝度データ及び色差データを夫々ブロック
化するブロック化回路（７Ｙ、７Ｃ）と、ブロック化回
路（７Ｙ、７Ｃ）の出力データを夫々ブロック符号化す
るブロック符号化手段（ＢＹ、８Ｃ）と、ブロック符号
化手段（８Ｙ、８Ｃ）の出力データの所定期間における
発生データ量を、伝送系の伝送容量で定まる所定量以内
に抑えるようにブロック符号化手段（８Ｙ、８Ｃ）を制
御するバッファリング手段（１４Ｙ、１４Ｃ〕とを有し
、バッファリング手段（１４Ｃ）は、色差データ用のブロ
ック符号化手段（８Ｃ）の出力データ量を減少させる方
向の制御を許容限界値で制限するように構成されている
ことを特徴とする画像信号の高能率符号化装置である。

〔作用］色差データに関するエンコーダ８Ｃに設けられたバッフ
ァリング回路１４Ｃは、発生データ量を許容限界値以下
に少なくしないので、再生画像中に色の劣化が目立つこ
とが防止される。

〔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、カラービデオ信号をディジタル信号に
変換し、ディジタルカラービデオ信号を記録するディジ
タルＶＴＲの記録側の構成を示す。

入力端子ＩＲ，ＩＣ１ＩＢには、ビデオカメラ等で発生
した三原色信号Ｒ，Ｇ、Ｂが供給される。

三原色信号がＡ／Ｄ変換器２Ｒ２２Ｇ、２Ｂで夫々ディ
ジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器２Ｒ５２Ｇ、２
Ｂの出力がディジタルマトリクス回路３に供給される。

マトリクス回路３から輝度データＹと色差データＵ、■
からなるコンポーネントデータが発生する。画素データ
は、ｌサンプルが８ビツトのデータである。コンポーネ
ントデータのサンプリング周波数の比（Ｙ：Ｕ：Ｖ−４
：４：４）である。

輝度データＹは、サンプリング周波数（Ｆｓ）変換回路
４に供給され、サンプリング周波数が３７４に下げられ
る。色差データＵ及び■は、サブサンプリング回路５に
供給され、そのサンプリング周波数が２（相対値で４か
ら１）とされる。サブサンプリング回路５の出力がサプ
ライン回路６に供給され、二つの色差データＵ及び■が
線順次化される。サンプリング周波数変換回路４及びサ
プライン回路６の出力側では、コンポーネントデータの
サンプリング周波数の比を（３：１：０）と表すことが
できる。

サンプリング周波数変換回路４からの輝度データがブロ
ック化回路７Ｙに供給され、サプライン回路６からの線
順次色差データがブロック化回路７Ｃに供給される。ブ
ロック化回路７Ｙ及び７Ｃでは、データの順序が走査線
の順序からブロックの順序へ変換される。エフレームの
画像が（４×４）、（８Ｘ８）等の大きさのブロックに
細分化される。ブロック化回路７Ｙに対して、ブロック
符号化の一つであるＡＤＲＣのエンコーダ８Ｙが接続さ
れる。ブロック化回路７Ｃに対して、ＡＤＲＣのエンコ
ーダ８Ｃが接続される。これらのエンコーダ８Ｙ及び８
Ｃと関連してバッファリング回路１４Ｙ及び１４Ｃが設
けられている。

エンコーダ８Ｙ及び８Ｃは、互いに同一の構成であり、
エンコーダ８Ｙについて説明し、エンコーダ８Ｃの対応
する部分の説明を省略する。

ブロック化回路７Ｙの出力信号が検出回路９Ｙ及び遅延
回路１０Ｙに供給される。検出回路９Ｙは、ブロックの
ダイナミックレンジＤＲ及び最小値ＭＩＮを検出する。

遅延回路１０Ｙは、最小値ＭＥＮ及びダイナミックレン
ジＤＲを検出する時間、データを遅延させる。減算回路
１１Ｙでは、遅延回路１０Ｙからのビデオデータから最
小値ＭＩＮが減算され、減算回路１１Ｙから最小値が除
去されたビデオデータが得られる。

減算回路１１Ｙの出力データ及びダイナミックレンジＤ
Ｒが遅延回路１２Ｙ及び１５Ｙを夫々介して量子化回路
１３Ｙに供給される。量子化回路１３Ｙから元のビット
数（８ビツト）より少ないｎビットのコード信号ＤＴが
得られる。量子化回路１３Ｙは、ダイナミックレンジＤ
Ｒに適応した量子化を行う。つまり、ダイナミックレン
ジＤＲを２″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ＰＤＩ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１３Ｙは、除算回路或いはＲＯＭで構成でき
る。

コード信号ＤＴに割り当てられるビット数ｎは、所定期
間例えばＩフレーム当りの発注データ量が目標値を超え
ないように決定されたものである。

このバッファリングのために、ダイナミックレンジＤＲ
が供給されるバッファリング回路１４Ｙが設けられてい
る。バッファリング回路１４Ｙでは、後述のように、し
きい値の組（ＴＩ、Ｔ２、Ｔ３．１゛４）が複数例えば
１１組用意されており、これらのしきい値の組がパラメ
ータコードＰｉ　　（ｉ−１，２，３，・・、１１）に
より区別される。パラメータコードＰｉの番号ｊが大き
くなるに従って、発生データ量が単調に減少するように
設定されている。但し、発生データ量が減少するに従っ
て復元画像の画質が劣化する。

バッファリング回路１４Ｙからのしきい値１゛１〜Ｔ４
と遅延回路１５Ｙを介されたダイナミックレンジＤＲと
がビット数決定回路１６Ｙに供給される。遅延回路１５
Ｙ及び１２Ｙは、バッファリング回路１４Ｙでしきい値
Ｔ１〜Ｔ４が決定されるのに要する時間、データを遅ら
せるために設けられている。ビット数決定回路１６Ｙで
は、ダイナミックレンジＤＲとバッファリング回１］４
Ｙからのしきい値Ｔｌ−Ｔ４　（Ｔｌ＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ
４）とが供給される。ダイナミックレンジＤＲとしきい
値Ｔ１〜Ｔ４との大きさの関係に基づいて、割り当てビ
ット数ｎが決定される。

エンコーダ８ＹからはダイナミックレンジＤ　Ｒ１最小
値ＭＩＮ、コード信号ＤＴ及びパラメータコードＰｉが
発生し、色信号のエンコーダ８Ｃからも同様の符号化出
力が発生する。これらの符号化出力がフレーム化回路１
７に供給され、出力端子１８には、伝送データが取り出
される。フレーム化回路１７は、上述の符号化出力がバ
イトシリアルに配列され、同期信号が付加された伝送デ
ータを形成する。また、フレーム化回路１７では、エラ
ー訂正符号の符号化がなされる。

第２図は、バッファリング回路１４Ｙの一例を示す。バ
ッファリング回路１４Ｙには、度数分布表及び累積度数
分布表を作成するために、２１で示すメモリ（ＲＡＭ）
が設けられ、このメモリ２１に対してマルチプレクサ２
２を介してアドレスが供給される。マルチプレクサ２２
の一方の入力として入力端子２３からダイナミックレン
ジＩ）　Ｒが供給され、その他方の入力としてアドレス
発生回路３０からのアドレスが供給される。メモリ２Ｉ
には、加算回路２４の出力信号が入力され、メモリ２１
の出力データとマルチプレクサ２５の出力とが加算回路
２４で加算される。

加算回路２４の出力がレジスタ２６に供給され、レジス
タ２６の出力がマルチプレクサ２５及び比較回路２７に
供給される。マルチプレクサ２５には、レジスタ２６の
出力の他にＯ及び＋１が供給されている。発生データ量
の演算動作がされると、レジスタ２６の出力に例えば１
フレ一ム期間に発生ずるデータ量Ａｉが求められる。

比較回路２７では、発生データ量Ａｉと端子２８からの
目標値Ｑとが比較され、比較回路２７の出力信号がパラ
メータコード発生回路２９及びレジスタ３１に供給され
る。パラメータコード発生回路２９からのパラメータコ
ードＰｉがアドレス発生回路３０及びレジスタ３１に供
給される。レジスタ３１に取り込まれたパラメータコー
ドＰ　ｉが前述のようにフレーム化回路１７に供給され
ると共に、ＲＯＭ３２に供給される。ＲＯＭ３２には、
しきい値のテーブルが格納されている。ＲＯＭ３２は、
アドレスとして入力されたパラメータコードＰｉと対応
してしきい値の組（Ｔｌｉ、′Ｆ２　ｉ、Ｔ３　ｉ、Ｔ
４　ｉ）を発生する。このしきい値は、前述のように、
比較回路２７に供給される。

第３図は、バッファリング回路８Ｙの動作を示すフロー
チャートである。最初のステップ４１で、メモリ２Ｌ　
レジスタ２６、レジスタ３１がゼロクリアされる。メモ
リ２１のゼロクリアのために、マルチプレクサ２２がア
ドレス発生回路３０で発生したアドレスを選択し、加算
回路２４の出力が常に０とされる。アドレスは、（０，
１，２゜・・・、２５５）と変化し、メモリ２１の全て
のアドレスに０データが書き込まれる。

次のステップ４２で、メモリ２１にバッファリングのさ
れる単位期間である１フレームのダイナミックレンジＤ
Ｒの度数分布表が作成される。マルチプレクサ２２は、
端子２３からのダイナミックレンジＤＲを選択し、マル
チプレクサ２５が＋１を選択する。従って、１フレ一ム
期間が終了した時、ダイナミックレンジＤＲと対応する
メモリ２１の各アドレスに、各ＤＲの発生度数が記憶さ
れる。このメモリ２１の度数分布表は、第４図Ａに示す
ように、ＤＲを横軸とし、度数を継軸とするものである
。

次に、度数分布表が累積度数分布表に変換される（ステ
ップ４３）。累積度数分布表を作成する時には、マルチ
プレクサ２２がアドレス発生回路３０からのアドレスを
選択し、マルチプレクサ２５がレジスタ２６の出力を選
択する。アドレスが２５５からＯに向かって順次ディク
レメントする。

メモリ２１の読み出し出力が加算回路２４に供給され、
加算回路２４でレジスタ２６の内容と加算される。加算
回路２４の出力がメモリ２１の読み出しアドレスと同一
のアドレスに書き込まれると共に、レジスタ２６の内容
が加算回路２４の出力に更新される。メモリ２１のアド
レスが２５５とされる初期状態では、レジスタ２６がゼ
ロクリアされている。メモリ２１の全アドレスに関して
、度数が累積がされた時に、メモリ２１には、第４図Ｂ
に示す累積度数分布表が作成される。

この累積度数分布表に対してしきい値の組（Ｔ１１ＳＴ
２　ｉ、Ｔ３　ｉ、Ｔ４　ｉ）が通用された時の発生デ
ータ量Ａｉが演算される（ステップ４４）。発生データ
量Ａｉの演算時には、マルチプレクサ２２がアドレス発
生回路３０の出力を選択し、マルチプレクサ２５がレジ
スタ２６の出力を選択する。パラメータコード発生回路
２９は、ＰｌからｐＨに向かって順次変化するパラメー
タコードを発生する。パラメータコードＰｉがアドレス
発生口路３０に供給され、（Ｔｌ　ｉ、Ｔ２　ｉ、Ｔ３
　ｉ、Ｔ４　ｊ）の各しきい値と対応するアドレスが順
次発生する。各しきい値と対応するアドレスから読み出
された値が加算回路２４とレジスタ２６とで累算される
。この累積値がパラメータコードＰｉで指定されるしき
い値の組が適用された時の発生データ量Ａｉと対応して
いる。つまり、第４図已に示す累積度数分布表において
、しきい値Ｔｌ、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４と夫々対応するアド
レスから読み出された値Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の合計
値（ＡＩ＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４）に対して、ブロック内の
画素数（６４）を乗じた値は、発生データ量（ビット数
）である。但し、画素数は、定であるため、第２図に示
されるバッファリング回路８Ｙでは、６４の乗算処理を
省略している。

この発生データｌＡｊが目標値Ｑと比較される（ステッ
プ４５）。（Ａｔ≦Ｑ）が成立する時に発生ずる比較回
路２７の出力がパラメータコード発生回路２９及びレジ
スタ３１に供給され、パラメータコードＰｉのインクリ
メントが停止されると共に、そのパラメータコードＰｉ
がレジスタ３１に取り込まれる。レジスタ３１からのパ
ラメータコードＰｉとＲＯＭ３２で発生したしきい値の
組とが出力される（ステップ４６）。

比較回路２７における判定のステップ４５で、（Ａｉ≦
Ｑ）が成立しない時には、パラメータコードＰｉが次の
ものＰ　ｉ＋１に変更され、Ｐｉ＋１に対応するアドレ
スがアドレス発生回路３０から発生する。上述と同様に
発生データ量Ａｉ＋１が演算され、比較回路２７で目標
値Ｑと比較される。

（Ａｉ≦Ｑ）が成立するまで、上述の動作が繰り返され
る。

第５図は、パラメータコードＰ１〜ｐＨで指定されるし
きい値の組の一例を示す。このしきい値の組は、しきい
値１゛１〜Ｔ４の値が大きくなり、従って、発生データ
量が順次減少するように、設定されている。

色信号に関するエンコーダ８Ｃと関連して設けられてい
るバッファリング回路１４Ｃも、上述のバッファリング
回路１４Ｙと同様のものである。

但し、バッファリング回路１４Ｃでは、第５図に示ずし
きい値のテーブルにおいて、劣化を許容できる限界値で
あるパラメータコードＰ７（−例）において、しきい値
の更新が停止されるか、またはこのしきい値の組が上限
値とされている。

なお、以上の説明では、コード信号ＤＴとダイナミック
レンジＤＲと最小値ＭＩＮとを送信している。しかし、
付加コードとしてダイナミックレンジＤＲの代わりに最
大値ＭＡＸまたは量子化ステップ幅を伝送しても良い。

図示せずも、再生側では、フレーム分解回路、ＡＤＲＣ
のデコーダ、ブロック分解回路、補間回路、マトリクス
回路等が設けられている。ＡＤＲＣのデコーダは、パラ
メータコードＰｉで指定されるしきい値Ｔｌ−Ｔ４とダ
イナミックレンジＤＲとからビット数ｎを復号し、ビッ
ト数ｎ及びダイナミックレンジＤＲに応じた量子化ステ
ップΔとコード信号ＤＴの値とを使用してレベルの復元
を行う。更に、この復元レベルに対して最小値ＭＩＮが
加算される。

なお、この発明は、上述のＡ　Ｄ　ＲＣ以外のＤＣＴ　
（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｃｏｓｉｎｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒ
ｍ）等のブロック符号化を使用することができる。

〔発明の効果］この発明は、輝度データと色差データとのバッファ処理
を夫々行う時に、色差データのデータ量を削減する限界
値を設定しているので、復元画像の画質の劣化を防止で
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Ｖ、第２図はバ
ッファリング回路の一例のブロック図、第３図はバッフ
ァリング回路の説明に用いるフローチャート、第４図は
バッファリング回路の説明に用いる路線図、第５図はバ
ッファリングのためのしきい値のテーブルの一例を示す
路線図である。図面における主要な符号の説明７Ｙ、７Ｃニブロック化回路、８Ｙ、８Ｃ：ＡＤＲＣのエンコーダ、９Ｙ、９Ｃ：ダイナミックレンジＤ　Ｒ及び最小値を検
出するだめの検出回路、１３Ｙ、１３Ｃ：量子化回路、１４Ｙ、１４Ｃ：バッファリング回路、３２：しきい値
テーブルが格納されたＲＯＭ。代理人　弁理士　杉　浦　正　知しきいヂ直のが凡のｒ列第５図

Claims

【特許請求の範囲】　輝度データ及び色差データを夫々ブロック化するブロ
ック化回路と、上記ブロック化回路の出力データを夫々
ブロック符号化するブロック符号化手段と、上記ブロッ
ク符号化手段の出力データの所定期間における発生デー
タ量を、伝送系の伝送容量で定まる所定量以内に抑える
ように上記ブロック符号化手段を制御するバッファリン
グ手段とを有し、上記バッファリング手段は、上記色差データ用のブロッ
ク符号化手段の出力データ量を減少させる方向の制御を
許容限界値で制限するように構成されていることを特徴
とする画像信号の高能率符号化装置。