JPH0474903B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はTV（Television）信号等の画像信号
を予測変換して求めた信号を不等長復号化する復
号化装置に関する。 画像信号を帯域圧縮符号化する場合、画像信号
のビツト数が多くなればそれだけ演算精度が増し
ハードウエアーが複雑になり処理時間も増加す
る。例えばDPCM符号器で加算処理を行なわせ
る場合、４ビツト２入力でキヤリー付きの加算器
がICとして市販されているがこれを用いると８
ビツトの加算ならばIC2ケですむが９〜12ビツト
の加算ならば３ケのICが必要であり、したがつ
て処理時間も長くなる。DPCM復号器でも同様
のことが生じる。 符号化しようとする画素に対してすでに符号化
ずみの近傍のいくつかの画素を参照して符号化を
行なうのに参照画素の信号値の状態から符号化し
ようとする信号値が何番目に生じやすい状態であ
るかを符号化する予測順位符号化において、
PROM（Programable Read Only Memory）を
用いて直接的に変換テーブルを作成する場合は入
力信号のビツト数が１ビツト増加するごとに
PROMのアドレスは（参照画素数＋１）ビツト
分増加させる必要がある。そして復号化の場合も
同様のことが生じる。 以上のように高品質な画像信号の符号化伝送し
て再生しようとすれば１標本値当りの画像信号の
ビツト数を増加させる必要があるためハードウエ
アーが増大し、また広い信号帯域を得るためには
標本化周波数を高くする必要があるため高速の論
理素子を用いてハードウエアーを構成しなければ
ならない等の欠点があつた。 本発明の目的は簡単な構成で画像信号を復号化
できる符号化装置を提供することにある。 本発明の復号化装置はデイジタルの画像信号を
上位のビツトからなる信号と下位ビツトからなる
信号に分け両者を別々に符号化し、多重化した信
号を受信して一旦蓄えるバツフアーメモリーと、
前記多重化信号をバツフアーメモリーから順次読
み出して上位ビツトと下位ビツトに対応する符号
に分離し各々を復号化する手段と、前記復号化さ
れた上位ビツトの信号と下位ビツトの信号とを合
成し元のデイジタルの画像信号を出力する手段と
を備えた復号化装置より構成される。 本発明の復号化装置によればデイジタルの画像
信号の上位のビツトからなる信号は予測変換して
符号化し、下位のビツトからなる信号は量子化し
て符号化し両者を多重化して送られた信号を受信
して復号化を行なうため、予測逆変換の手段で処
理される１標本値当りのビツト数は全部のビツト
を予測変換及び予測逆変換する場合に比して少な
くてすみ復号化装置が簡単に構成できる。 実際にTV信号について７ビツトおよび８ビツ
トの精度で予測関数Ｐ（Ｚ）＝0.5Z^-1＋Z^-3−
0.5Z^-4（標本化周波数fsはサブキヤリアの約３倍
に設定）を用いた予測符号化による予測変換を行
なつてエントロピーを測定したところ一般的な画
像に対しては予測誤差エントロピーは８ビツト精
度で４〜５ビツト／pelの値となり、７ビツト精
度では８ビツトの精度の場合より約0.95ビツト／
pel少ない値となつた。すなわち８ビツトの信号
をそのまま予測変換する場合と、８ビツトの信号
の内、上位７ビツトを予測変換しLSBの１ビツ
トはそのまま１ビツトの符号化を行なう場合とで
トータルの情報量を比較すると後者の方が約0.05
ビツト／pelだけ大きい。これは８ビツトの精度
の画像の情報量に対して約１％の大きさである。
ビツト精度を更に９，10と増やした場合には、ビ
ツト精度を１ビツト増すごとに予測誤差エントロ
ピーはほぼ１ビツト／pelの割合で増加する。し
たがつてデイジタルの画像信号を符号化するのに
全部のビツトを予測符号化するのではなく上位の
ビツトからなる信号は予測符号化し下位のビツト
からなる信号は別に符号化してもトータルの情報
量はほぼ同じ値になる。 予測符号器への入力のビツト精度が増えればそ
れだけ演算精度も増加してハードウエアーは増加
し、したがつて予測復号器のハードウエアも増加
する。一方上位のビツトの下位のビツトに分け上
位のビツトは予測符号化し、下位のビツトは量子
化して符号化した信号を復号化する本発明の場合
は、入力信号のビツト精度を増やした分だけ下位
のビツトを増やすようにすれば下位のビツトが増
えても量子化器は簡単に構成できるためハードウ
エアーが簡単になり、したがつて予測復号器も簡
単になる。例えば10ビツトの画像信号を符号化、
復号化するのに10ビツトを予測符号化する構成に
比べ、上位の７ビツトを予測符号化し、復号化
し、下位の３ビツトを別に適応的に量子化して符
号化、復号化するように構成すればハードウエア
ーは簡単になり符号化能率の劣化もほとんどない
ことがわかる。 以上のことより本発明の復号化装置を用いれば
ハードウエアーを簡単化することができる。 以下本発明について図面を用いて詳細に説明す
る。 第１図は本発明の第１の実施例の構成を示すブ
ロツク図である。本実施例においては予測変換と
予測逆変換の手段として情報保存符号化の一種で
あるノンリカーシブタイプの予測符号器と予測復
号器を用いている。 アナログの画像信号はＡ／Ｄ変換器１で標本化
周波数fs、例えばサブキヤリアfscのほぼ３倍の
値、で標本化されデイジタルの信号、例えば２の
補数で表わした８ビツトのPCM信号Ｘ（X₁〜X₈
の８ビツトでX₈がMSBである。）、に変換され符
号化装置２の分配器５へ供給される。分配器５で
は８ビツトの信号の中のMSB（Most Signifi−
cant Bit）から６ビツト（上位ビツトの信号）を
すなわちX₈〜X₃のビツトを予測符号器６へ供給
し、LSB（Least significant Bit）から２ビツト
（下位ビツトの信号）をすなわちX₂とX₁の２ビツ
トを量子化器７へ供給する。予測符号器６では予
測変換が行なわれ出力に予測誤差信号を得る。量
子化器７では制御回路からの制御信号、すなわち
モード信号に応じて選択された量子化特性で量子
化を行なつて出力する。量子化器７で得られた量
子化器出力信号と予測符号器６で得られた予測誤
差信号は符号変換器８へ供給され制御回路１０か
らのモード信号に応じて各々を不等長符号あるい
は等長符号を用いて符号化し、多重化して出力す
る。同期信号等の復号化に必要な情報も符号化し
て多重化される。符号変換器８から出力される多
重化信号の情報量は符号化装置２へ入力される画
像信号に依存して時々刻々変化するため、多重化
信号はバツフアーメモリー９へ供給され一旦平滑
され、伝送路の伝送速度に合せて送り出される。
バツフアーメモリー９ではバツフアーメモリーに
蓄えられる情報蓄積量を求めて制御回路１０へ供
給する。制御回路１０では情報蓄積量を監視して
制御用のモード信号を発生しバツフアーメモリー
がオーバーフローあるいはアンダーフローを生じ
ないようにする。 以上が符号化装置２の動作説明である。 復号化装置３では多重化信号を受信しバツフア
ーメモリー１１に一旦蓄えられる。符号逆変換器
１２はバツフアーメモリー１１から多重化信号を
順次読み出し、予測誤差信号と量子化器出力に対
応する符号に分離し、各々を逆変換して予測誤差
信号と量子化器出力信号を出力する。予測誤差信
号は予測復号器１３へ、量子化器出力信号は合成
器１４へ供給される。予測復号器１３では予測誤
差信号より予測復号化が行なわれ出力に復号信号
を得る。予測復号器１３の出力に得られる復号信
号は予測符号器６に入力された上位６ビツトの画
像信号（X₃〜X₈）に対応する復号信号であり、
本実施例では情報保存符号化を行なつているため
復号信号は予測符号器６への入力信号に一致す
る。復号信号は合成器１４へ送られ、予測復号器
からの６ビツトの復号信号の下位に、標本化時刻
が対応するようにして符号逆変換器１２からの量
子化器出力信号の２ビツトが付け加えられ８ビツ
トの復号信号が得られる。合成器１４で得られた
復号信号はＤ／Ａ変換器４へ供給されてアナログ
の画像信号に変換される。 以上が本発明の復号化装置３の動作説明であ
る。 第２図は第１図の予測符号器６および予測復号
器１３の具体的な例を示す図である。予測符号器
６はノンリカーシブタイプで構成されており情報
保存の符号化が行なわれる。したがつて減算器１
６ではモジユロー演算を行なうことができる。予
測符号器６ではX₈〜X₃の６ビツトの入力信号す
なわち上位ビツト信号から予測器１５で得られた
予測信号が減算され減算器１６の出力に６ビツト
の予測誤差信号が得られる。予測復号器１３では
予測誤差信号と予測器１８で得られる予測信号と
が加算され加算器１７の出力に復号信号を得る。 第３図は第２図の予測器１５の具体的な回路例
を示す図である。本回路例ではfs≒3fscの場合に
NTSCカラーTV信号を能率良く予測できる予測
関数Ｐ（Ｚ）として次式で示されるものを用いて
いる。 Ｐ（Ｚ）＝0.5z^-1＋z^-3−0.5z^-4 (1) ２３および２４は係数0.5の乗算器、１９，２０，
２１および２２は標本化クロツクで動作するシフ
トレジスターで入力信号を１標本化クロツク周期
遅延して出力する。２５は減算器、２６は加算器
である。量子化器２７は予測信号を整数（入力信
号のX₃のビツトすなわちLSBを１とする）に量
子化する機能を有し、予測信号を四捨五入して整
数の予測信号を出力する。すなわちレジスタ−２
２の出力には(1)式で示されるデジタルフイルター
で予測された予測信号が得られ、量子化器２７で
整数に量子化されて出力される。予測器１８も予
測器１５と同様に構成される。 第４図は第１図の量子化器７の具体的な回路例
を示す図である。量子化器はX₁とX₂の２ビツト
からなる下位ビツト信号の入力信号X_Lにビツト
打切りによる量子化を加えて出力する。制御回路
１０からのモード信号Ｍは量子化切換信号発生器
２８に送られ量子化切換信号QS₁およびQS₂を出
力する。QS₁は論理積回路３０に、QS₂は論理積
回路２９に供給される。モード信号Ｍの値によつ
てQS₁およびQS₂は「０」又は「１」の値をとり
QS₁およびQS₂が「０」の場合はX₁およびX₂のビ
ツトが打切られ０ビツト精度の信号が出力され
る。QS₂のみが「１」の場合はX₂のみが出力され
１ビツト精度の信号となり、QS₁およびQS₂が
「１」の場合はX₁およびX₂が出力され２ビツト精
度の信号のままである。 第５図Ａ，Ｂは制御回路１０の制御特性の具体
的な例を示す図である。第５図Ａは正規化した情
報蓄積量Ｂとモード信号Ｍとの関係を示す。制御
回路１０ではバツフアーメモリー９から供給され
る情報蓄積量を監視し、適当な時間間隔で判定を
行なつて第５図Ａで示す特性に従がつてモード信
号Ｍを出力する。モード信号Ｍは０から４までの
値をとり量子化器７に供給して量子特性の切換制
御を行なう。量子化器７は１例としてモード信号
Ｍが０か１の時は２ビツト精度に、モード信号Ｍ
が２の時は１ビツト精度に、モード信号Ｍが３か
４の時は０ビツト精度に入力信号を量子化して出
力する特性を有する。この量子化特性を、正規化
した情報蓄積量Ｂと量子化器７の量子化出力のビ
ツト精度QLとの関係に表わしなおすと第５図Ｂ
のようになる。 次に符号変換器８について詳しく説明する。符
号変換器７は64個の不等長の符号語Aiからなる
符号Ａと64個の等長の符号語Biからなる符号Ｂ
を有し予測符号器６から送られてくる予測誤差信
号Ｅを符号化する。モード信号Ｍが１から３まで
の場合は符号Ａを用いて予測誤差信号Ｅを符号語
Aiに変換し、モード信号Ｍが０かまたは４の場
合は符号Ｂを用いて予測誤差信号Ｅを符号語Bi
に変換する。一方量子化器７から供給される２ビ
ツトの量子化器出力信号Ｑ（Q₂、Q₁の２ビツトで
Q₂がMSB）はモード信号が０か１の場合は２ビ
ツト（Q₂，Q₁）が符号としてそのまま出力する
ことによつて符号化が行なわれ、そして予測誤差
信号Ｅを変換した符号語（AiまたはBi）に付け
加えられて多重化される。同様にモード信号が２
の場合は上の１ビツト（Q₂）が付け加えられ、
モード信号が３か４の場合は何も付け加えられな
い。これらをまとめると表１の様になる。

【表】 モード信号Ｍが０の時のＥ，Ｑを変換して多重
化した８ビツトの等長符号はバツフアーメモリー
がアンダーフローモードの場合に用いられ、モー
ド信号Ｍが４の時の６ビツトの等長符号はバツフ
アーメモリーがオーバーフローモードの場合に用
いられる。ここでは伝送路のビツトレートは６ビ
ツト／画素より少し大きいビツトレートの値であ
るとしている。 符号逆変換器１２は表１に示す変換特性の逆変
換特性を有し多重化された符号を逆変換して予測
誤差信号Ｅおよび量子化器出力信号Ｑを再生する
が、量子化器出力信号Ｑにおいて符号化されて来
ないビツトは０の値を補つて復号信号を得ること
にする。 なお表１に示す変換を行なうのにモード信号が
０および１の場合についてのＥおよびＱの信号を
入力して多重化符号を出力する変換テーブルがあ
れば、モード信号が２から４の場合には出力符号
の上位の有効なビツト数だけを伝送するように構
成することもできる。 第６図は本発明の第２の実施例の構成を示すブ
ロツク図である。本実施例において予測変換の手
段として均一量子化と非均一量子化の２つの量子
化特性を有するリカーシブタイプの予測符号器を
用い、オーバーフローモード時にはDPCM符号
化、例えば５ビツトのDPCM符号化が行なえる
ように構成したものである。均一量子特性および
予測信号の精度が入力信号の精度と一致する場合
にはリカーシブタイプのDPCM符号器はノンリ
カーシブタイプの符号器に等価変換できる。した
がつて本実施例は第１の実施例にDPCM符号器
を別に付け加え、オーバーフローモードの場合に
はDPCM符号器で符号化を行なうようにした構
成となつている。 ３１は符号化装置で、３２は本発明の復号化装
置である。参照数字５，７，９，11および14は第
１図の各参照数字の部分と同じ機能を有し同様の
動作を行なう。 Ａ／Ｄ変換器でデイジタル化された８ビツト
PCMの画像信号は符号化装置３１の分配器５へ
供給され上位６ビツトが予測符号器３３へ下位２
ビツトが量子化器７へ供給される。予測符号器３
３は制御回路３５からの制御用のモード信号に応
じて符号化特性、例えば量子化特性を切換えて予
測符号化を行なつて予測誤差信号を出力し符号変
換器３４へ供給する。量子化器７では下位２ビツ
トの信号が制御回路３５からのモード信号によつ
て選択された量子化特性によつて量子化が行なわ
れこの量子化器出力信号が符号変換器３４へ供給
される。量子化器出力信号と予測誤差信号は符号
変換器３４で制御回路からのモード信号に応じて
各々符号化を行なつて多重化しさらにモード信号
も符号化されて付け加えられバツフアーメモリー
９へ供給され一旦平滑された後伝送路を送り出さ
れる。制御回路３５はバツフアーメモリー９に蓄
えられる多重化信号の情報蓄積量を監視しており
適当な時間間隔で判定を行なつて制御用のモード
信号を出力する。 以上が符号化装置３１の動作説明である。 復号化装置３２では多重化信号を受信してバツ
フアーメモリー１１に一旦蓄える。符号逆変換器
ではバツフアーメモリー１１から多重化信号を順
次読み出し予測誤差信号と量子化器出力に対応す
る符号に分離し各々を逆変換して予測誤差信号と
量子化器出力信号およびモード信号を出力する。
予測誤差信号とモード信号は予測復号器３７へ、
量子化器出力信号は合成器１４へ供給される。予
測復号器ではモード信号に従つて予測誤差信号か
ら予測復号化が行なわれ出力に６ビツトの復号信
号を得る。これは８ビツトの画像信号の上位６ビ
ツトの信号に対する復号信号であり、この復号信
号は合成器１４へ送られ、予測復号器３７からの
６ビツトの復号信号に標本化時刻が対応するよう
にして符号逆変換器３６からの２ビツトの再生さ
れた量子化器出力信号が付け加えられ８ビツトの
復号信号が得られる。以上が本発明の復号化装置
３２の動作説明である。 第７図は第６図の予測符号器３３と予測復号器
３７の具体的な例を示す図である。予測符号器３
３はリカーシブタイプのDPCM符号器で構成さ
れている。量子化器３９は６ビツト精度の均一量
子化特性と、５ビツトの非均一量子化特性の２種
類を有し制御回路３５からの制御信号に従つて量
子化特性の切換えが行なわれる。５ビツトの非均
一量子化では最少の量子化ステツプ巾を６ビツト
精度となるように量子化特性を設計できるため５
ビツト精度の均一量子化に比して５ビツト非均一
量子化の方が視覚的にずくれた復号信号を得るこ
とができる。 予測器４１および４３の具体的な回路例として
は第３図に示す予測器１５を用いる。 第８図Ａ〜Ｃは制御回路３５の制御特性の具体
的な例を示す図である。制御回路３５はバツフア
ーメモリー９からの情報蓄積量を正規化した値、
すなわち正規化情報蓄積量Ｂから適当な時間間隔
で、例えば１水平走査ごとに判定を行なつてモー
ド信号Ｍを出力する。モード信号の変換特性の１
例を第８図Ａに示す。正規化した情報量Ｂが０〜
１の間で変る時モード信号Ｍは０〜５までの整数
値をとる。量子化回路７ではモード信号Ｍによつ
て選択された量子化特性に従つて量子化が行なわ
れる。モード信号Ｍが０と１の時は量子化の精度
QLは２ビツトが選ばれ、モード信号Ｍが２の時
は量子化の精度QLは１ビツトが選ばれ、モード
信号Ｍが３，４および５の時は量子化の精度QL
は０ビツトが選ばれる。そして２ビツトの入力信
号は選択されたビツト精度QLに量子化されて出
力される。これを正規化した情報蓄積量Ｂと量子
化の精度QLとの関係で示すと第８図Ｂに示す特
性となる。 予測符号器３３の量子化器３９ではモード信号
Ｍが０から３の場合は６ビツト精度の均一量子化
特性Q₆が選択され、モード信号Ｍが４または５
の場合は５ビツトの非均一量子化特性Q5が選択
される。これを正規化した情報蓄積量Ｂと量子化
器３９で選択される量子化特性QHとの関係で表
わすと第８図Ｃに示す特性となる。 次に符号変換器３４について詳しく説明する。
符号変換器３４は64個の不等長の符号語Aiから
なる符号Ａと64個の６ビツト等長の符号語Biか
らなる符号Ｂと、32個の不等長の符号語Ciからな
る符号Ｃと、32個の５ビツト等長の符号語Diか
らなる符号Ｄとを有し、予測符号器３３から送ら
れてくる予測誤差信号Ｅを符号化する。モード信
号Ｍが０の場合は符号Ｂを用いて、モード信号Ｍ
が１から３の場合は符号Ａを用いて、モード信号
Ｍが４の場合は符号Ｃを用いて、モード信号Ｍが
５の場合は符号Ｄを用いて符号化する。 一方量子化器７から供給される２ビツトの量子
化器出力信号Ｑ（Q₂、Q₁の２ビツトでQ₂がMSB）
は有効なビツトだけを出力する方法によつて符号
化され、（この場合はＱの各ビツトの信号はその
まま符号として用いている。）予測誤差信号Ｅを
変換した符号語に付け加えられて多重化される。
モード信号Ｍが０か１の場合はQ₂，Q₁の２ビツ
トが、モード信号Ｍが２の場合はQ₂の１ビツト
が各々符号として付け加えられる。しかしモード
信号Ｍが３から５の場合は何も付け加えられな
い。これらをまとめると表２の様になる。

【表】

【表】 バツフアーメモリーがアンダーフローモードの
場合はモード信号Ｍが０となり８ビツト等長符号
化が行なわれる。オーバーフローモードの場合は
モード信号Ｍは５となり５ビツト等長符号化が行
なわれる。 ここでは伝送路のビツトレートは５ビツト／画
素より少し大きいビツトレートの値であるとして
いる。 なお符号Ｃは別にもうけなくて符号Ａを用いる
こともできる。また予測誤差信号Ｅと量子化器出
力信号Ｑを合せて符号化するのではなく別々に符
号化した信号を適当なブロツク、例えば１水平走
査区間のサンプル数ごとにまとめてから交互に多
重化してバツフアーメモリーに送るようにしても
よい。 符号逆変換器３６は表２に示す変換特性の逆変
換特性を有し多重化されたＥ，Ｑの変換符号を逆
変換して予測誤差信号Ｅおよび量子化器出力信号
Ｑを再生する。量子化器出力信号Ｑにおいて送ら
れて来ないビツトは０の値を補なう。 第１図の制御回路１０では情報蓄積量から制御
用のモード信号を発生し、量子化７の量子化切換
信号発生器２８でモード信号から量子化切換信号
を発生して量子化特性の切換を行なう構成になつ
ているが、量子化切換信号発生器２８を制御回路
に含める構成にすることもできる。この場合は量
子化切換信号が制御信号として量子化器７へ送ら
れる。第６図においても同様のことがいえる。 以上の説明から明らかな様に本発明の復号化装
置を用いれば予測符号器が少ないビート数で構成
できるので復号化装置が簡単になる。 なお本発明の第１及び第２の実施例においては
予測符号器はノンリカーシブタイプおよびリカー
シブタイプのDPCM符号器の場合について示し
たがこれに限定されることはなく、他の方法、例
えば予測準位符号化でも良い。この場合、予測順
位を表わす信号が予測誤差信号に相当する。また
符号変換器は不等長符号化を行なう場合について
示したがランレングス符号化等を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示すブ
ロツク図、第２図は予測符号器６および予測復号
器１３の具体的な例を示す図、第３図は予測器１
５の具体的な回路例を示す図、第４図は量子化器
７の具体的な回路例を示す図、第５図は制御回路
１０の制御特性の一例を示す図、第６図は本発明
の第２の実施例の構成を示すブロツク図、第７図
は予測符号器３３および予測復号器３７の具体的
な例を示す図、第８図は制御回路３５の制御特性
の一例を示す図である。 １はＡ／Ｄ変換器、２は符号化装置、３は復号
化装置、４はＤ／Ａ変換器、５は分配器、６およ
び３３は予測符号器、７，２７および３９は量子
化器、８および３４は符号変換器、９および１１
はバツフアーメモリー、１０および３５は制御回
路、１２および３６は符号逆変換器、１３および
３７は予測復号器、１４は合成器、１５，１８，
４１および４３は予測器、１６，２５および３８
は減算器、１７，２６，４０および４２は加算
器、１９，２０，２１および２２はシフトレジス
ター、２３および２４は乗算器、２８は量子化切
換信号発生器、２９および３０は論理積回路であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ デイジタルの画像信号の上位の複数ビツトか
   らなる信号は予測変換して符号化され、下位の複
   数ビツトからなる信号は量子化して符号化され、
   前記２つの符号化信号が多重化された信号を受信
   して一旦蓄えるバツフアーメモリーと、前記多重
   化信号をバツフアーメモリーから順次読み出して
   上位ビツトと下位ビツトに対応する符号に分離し
   各々を予測逆変換し復号化する手段と、前記復号
   化された上位ビツトの信号と下位ビツトの信号と
   を合成し元のデイジタル画像信号を出力する手段
   とを備えることを特徴とする復号化装置。