JPH0542188B2

JPH0542188B2 -

Info

Publication number: JPH0542188B2
Application number: JP1542983A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kawai; Takehiko Yoshino
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1983-02-03
Filing date: 1983-02-03
Publication date: 1993-06-25
Also published as: JPS59141845A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、画像などをデジタル信号として伝送
するに当り、伝送路上で発生するビツト誤りによ
る雑音を抑圧し、もつて画像などに対する妨害を
低減させもしくは情報伝送量の削減をも行い得る
デジタル信号伝送方法に関する。一般に、デジタル信号を伝送する場合、伝送路
上においてデジタル信号にビツト誤りが生ずる。
特に、衛星放送の伝送路では、SHF帯の電波が
用いられるので降雨などに起因する受信電界の低
下が生じる。その結果、デジタルテレビジヨンを
衛星放送するに際して、ビツト誤りによる画像妨
害が目立つことになる。従来、デジタル信号に生じるビツト誤りに対し
ては、誤り訂正符号を用いて誤りを訂正または検
出し、画像に対する妨害を除去してきた。しかし、誤り訂正符号を用いる場合には、本来
伝送すべき情報ビツトの他に、検査ビツトを付け
加える必要がある。従つて、誤りビツトを数多く
訂正するためには、検査ビツトを非常に多く付加
しなければならないので、伝送速度（情報ビツト
数／全伝送ビツト数）を低下させることになり、
伝送効率が悪くなるという欠点がみられた。ま
た、衛星伝送路では受信電界の低下している時間
率が低いので、誤りビツトを多く訂正できる符号
化を行うことは時間的にも効率悪くなる。逆に、
訂正できるビツト数を少なくすると、低受信電界
時には誤り訂正の効果が得られないことになる。本発明の目的は、上述の点に鑑みて、わずかな
情報を付け加えるだけでビツト誤りによる伝送信
号の誤差を効果的に減少させ、もつて画像などに
対する妨害を低減し得るようにしたデジタル信号
伝送方法を提供することにある。一般に、画像信号は冗長性を有し、隣接する絵
素間には高い相関関係が存在する。そこで、本発
明では、画像の水平方向、ライン間、フイールド
間、フレーム間などにおいて、信号レベルの差が
少ないという画像の統計的性質を利用する。ま
た、信号レベルの変化が大きい部分ではビツト誤
りによる誤差が検知しにくく、逆に変化の小さい
部分では誤りによる誤差を検知しやすいという視
覚上の性質がある。そこで、本発明の一実施例ではデジタル信号を
送出する際に、相関の高い隣接サンプル点の集合
（ブロツク）において、ｎビツトの量子化ビツト
中、最上位ビツト（MSB）から順に上位ｍビツ
トが等しいことを検知し、もつて１ブロツクにお
けるｍの数値を伝送する。そして、受信側では、
等しい上位ｍビツトに対し、１ブロツクのサンプ
ル集合内で０または１を多数決判定し、この判定
と異なるビツトについては誤りであると判断して
訂正を行う。このようにすると、信号レベルの変
化が小さい場合にも上位ｍビツトのビツト誤りは
効率良く訂正され、画像妨害は下位（ｎ−ｍ）ビ
ツトの範囲に制限されることになる。以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細
に説明する。第１図は、本発明の原理に基づいてデジタル映
像信号を送信する場合の伝送方法を示す。ここで
は、デジタル化された映像信号をｋ個のサンプル
点ごとに分け、これをブロツクと称する。そし
て、各ブロツク内におけるｋ個のサンプルの中
で、量子化ビツトの上位ビツトから順に変化のな
い等しいビツトを検索し、そのビツト数ｍを表わ
す「レンジビツト」を生成する。送信側では映像
信号に加えて、ブロツクごとに決まるこの「レン
ジビツト」を送出する。本図中、２はアナログ信
号、４はサンプリング信号、６はレンジビツト、
８は隣接サンプル集合を示している。第２図は、受信側における本発明の原理を示
す。図中、６は第１図と同じくレンジビツトを示
し、□で囲んだビツトは誤りビツトを示す。ま
た、本図中(イ)は「訂正されたビツト」、(ロ)は「誤
りビツトは下位に限定される」なる文言に該当す
るものとする。受信側の動作原理は第２図に示すように、まず
レンジビツト６を受信して該当するブロツク内で
上位ｍビツトには変化がないことを検知する。そ
して、これら上位ｍビツトについて、ｋ個のサン
プル内で多数決判定を行い、「１」または「０」
を決定する。第３図は、上述した多数決判定の原理を示す。
すなわち、多数決判定とは、ｋ個のサンプル値に
おける特定の量子化ビツトに対し、１である場合
には積分を行い、この積分値がｋ／２以上であれ
ば「１」と判定し、またｋ／２以下であれば
「０」と判定する多数決による方法である。多数
決判定された値に基づいて、上位ｍビツトに発生
している誤りは全て訂正される。従つて、量子化
ビツトｎビツト中、誤りビツトは下位の（ｎ−
ｍ）ビツトに限定されるので、ビツト誤り誤差に
よる画像妨害雑音は低減される。第４図は、本発明を適用した送信装置の一実施
例を示すブロツク図である。ここで、１０はアナ
ログ映像信号、１２はアナログ・デジタル（Ａ／
Ｄ）変換器、１４はＡ／Ｄ変換器１２から送出さ
れるデジタル映像信号、１６〜２０はデジタル映
像信号１４の各ビツトにおけるカウンタ、２２〜
３２は一致比較器、３４は優先符号器（プライオ
リテイ・エンコーダ）、３６はｋサンプルにおけ
るレンジビツト生成回路、３８はレンジビツト誤
り訂正符号化回路、４０はメモリ、４２はブラン
キング多重化回路、４４は全データの誤り訂正符
号化回路、４６は送出データを示す。第４図において、デジタル化された映像信号１
４の最上位ビツトMSBないし最下位ビツトLSB
（量子化ビツト）は、各々のカウンタ１６〜２０
に送られる。これら各カウンタ１６〜２０では、
１ブロツク・ｋサンプルにおける各量子化ビツト
の値を積分する。従つて、ｋサンプル全部が１ま
たは０の場合はカウンタの値はｋまたは０とな
り、比較器２２〜３２から出力が得られる。ま
た、カウンタ１６〜２０の値がｋまたは０以外の
場合は、比較器２２〜３２から何の出力も得られ
ない。次に、比較器２２〜３２の出力をオアゲートを
介して優先符号器３４に入力すると、量子化ビツ
トが一致している上位ｍビツトの数値ｍがエンコ
ードされて出力される。このエンコード出力が既
述のレンジビツト（第１図参照）となるが、さら
にレンジビツトに誤り訂正符号３８を施し、一度
メモリ４０に蓄えてブランキング期間に多重化し
４２、最後に全データに対して誤り訂正符号化を
行い４４送出する。第５図は、本発明を適用した受信装置の一実施
例を示すブロツク図である。ここで５０は受信デ
ータ、５２は１回目における全データの誤り訂正
回路、５４〜５８はカウンタ、６０〜６４は比較
器、６６は多数決判定回路（ｋサンプル）、６８
〜７２はスイツチ、７４はレンジビツト抽出回
路、７６はレンジビツト誤り訂正回路、７８はレ
ンジビツトによる制御信号、８０は２回目におけ
る全データの誤り訂正回路、８２はデジタル・ア
ナログ（Ｄ／Ａ）変換器、８４はアナログ映像信
号を示す。受信側では、第５図に示すように、まず全デー
タに対する誤り訂正を行う５２。レンジビツトは
全データより抽出して７４、レンジビツト自身の
誤り訂正を行つておく７６。映像信号の量子化ビ
ツトは各々のカウンタ５４〜５８に送られ、１ブ
ロツク・ｋサンプルにおける量子化ビツトの値が
積分される。これらカウンタ５４〜５８の値は比
較器６０〜６４に入力され、その値がｋ／２以上
ならば１，ｋ／２以下ならば０と多数決判定さ
る。次に、レンジビツトの制御７８により、量子化
ビツトの値として、上位ｍビツトは多数決判定の
値をスイツチ６８〜７２で選択し、また下位（ｎ
−ｍ）ビツトは判定を行う前の値をそのまま通過
させるようにスイツチ６８〜７２を選択する。す
なわち、比較器６０〜６４からは、各ビツト毎の
多数決判定による「０」または「１」が出力さ
れ、スイツチ６８〜７２を介して上位ｍビツトの
データとなる。他方、下位（ｎ−ｍ）ビツトにつ
いては、各サンプル点におけるカウンタ５４〜５
８のカウント値をそのまま読み出し、そのカウン
ト値の変化量に基づいて、当該各ビツトが「０」
であるか、あるいは「１」であるかを判定する。この時点において上位ｍビツトのビツト誤りは
訂正され、ビツト誤りは下位（ｎ−ｍ）ビツトに
限定されたことになる。最後に、多数決判定回路
６６で訂正されたデータを用いて、22回目におけ
る全データの誤り訂正を行うと、下位（ｎ−ｍ）
ビツトに対し、１回目には訂正できなかつたビツ
ト誤りが効果的に訂正できることになる。このよ
うに効果的な誤り訂正が可能である。第６図は、本発明に係る伝送方法の第１実施例
を示す。本実施例では、画面の水平走査線方向に
対して10サンプルごとに区切り、これを１ブロツ
クとしている。そして、１サンプル当り８ビツト
で量子化する場合には、レンジビツトとして３ビ
ツトを必要とする。このレンジビツトには
BCH・TEC（Triple Error Corection）（23，
12）の訂正能力の高い誤り訂正符号化を施し、水
平ブランキング期間に多重化する。第７図は、本発明に係る伝送方法の第２実施例
を示す。上述した第１実施例では、１ブロツクを
水平走査線方向に10サンプルとしたが、この場合
には離れた位置のサンプル間では相関が低くな
り、量子化ビツト中の共通ビツトが少なくなる。
これに対して、第２実施例では、水平方向と垂直
方向の２次元で隣接するサンプルの集合を１グル
ープとしているので、サンプル間の距離が近く、
互いの相関が高くなる。従つて、本実施例の場合
には、２ライン分のメモリを必要とするが、量子
化ビツト中で一致するビツトが多くなり、その結
果としてレンジビツトの効果が向上する。第８図は、本発明に係る伝送方法の第３実施例
を示す。本実施例では、隣接サンプルとして前フ
レームの隣接９サンプルを加え、合計18サンプル
を１グループとする。このことにより、レンジビ
ツトの伝送量を減らしている。静止画像および動きの少ない背景固定などの画
像では、フレーム間の相関が高い。また視覚の性
質として、画像の動きがゆるやかで予測の容易な
部分では誤差に対して敏感である。従つて、前フ
レームの隣接サンプルを含めた３次元のサンプル
集合を１ブロツクとするこの方法は、視覚系に適
しており、しかもレンジビツトの伝送量を減らす
ことができる。第９図は、本発明に係る伝送方法の第４実施例
を示す。この第４実施例は、本発明を伝送ビツト
削減に用いた例である。第９図に示すように、１
ブロツクの上位ｍビツトが等しいとすると、伝送
する際には１ブロツク内の上位ｍビツトを全て除
いて伝送し、代りに、等しいビツト数を表わすレ
ンジビツトと、共通の値である上位ｍビツトを表
わす共通ビツトとに訂正能力の高い誤り訂正符号
化を施して伝送する。信号の変化のゆるやかな画像の場合には、上位
ビツトの多くを伝送する必要がなくなり、わずか
な伝送量であるレンジビツトおよび共通ビツトの
みを伝送すれば良いので、大幅な伝送ビツト削減
が可能となる。この場合、ブロツク長は可変長と
なる。第１０図は、本発明に係る伝送方法の第５実施
例を示す。本実施例では、２進符号にグレイ符号
（反射符号）を用いている。通常用いられる自然
２進符号では、信号レベルの変化が小さい場合に
下位ビツトのみが変化する可能性が多いが、いわ
ゆる桁上り（01111＋00001→10000）により上位
ビツトが変化することも起り得る。しかし、グレ
イ符号では隣接する量子化レベルを表わす符号間
のハミング距離（対応するビツトを比較したとき
両者が等しくないビツト数）が常に１であり、上
述のように桁上りで多数のビツトが反転すること
はない。この場合のレンジビツトは、上位ビツト
に限らず、一致しているビツトを全て示すので、
量子化ビツト数ｎビツトを送ることになる。なお、第１０図の下方に示す線図はグレイ変換
の方法を表わした変換回路である。いま自然２進
符号を（a_N，a_N-1…a₁）とし、グレイ符号を
（b_N，b_N-1…b₁）とすると、その変換式は次式で
与えられる。 b_N＝a_N b_i＝a_ia_i+1 ここで、は、排他的論理和を示す。第１１図は、本発明に係る伝送方法の第６実施
例を示す。本実施例は、映像信号をDPCM
（Differential PCM）化し、常に差分を伝送する
ようにした伝送方法である。このようにすると、
信号のレベル差が小さいとき、常時下位ビツトの
みが変化することになるので、本発明に適した符
号が得られる。次に、本発明の効果ないし利点を詳述する。本発明ではデジタル信号を伝送する場合に、伝
送路上で生じるビツト誤りによる画像妨害雑音を
低減させる効果がある。この効果について更に詳
細に説明する。いま、９サンプルを１ブロツクとした場合、多
数決判定の誤り率は、₉C₄・P⁴（１−Ｐ）⁵で与えら
れる。ここで、Ｐはビツト誤り率である。従つ
て、誤りに対して非常に強く（次に示す表１参
照）、本発明のビツト誤り率は、レンジビツトを
誤りから保護する訂正効果によつて決定される。
しかも、本発明では、わずかな伝送量であるレン
ジビツトに対してのみ誤り訂正を行うので、全デ
ータに対して符号化率を下げることなく訂正能力
の高い訂正符号を用いることができる。

【表】具体的には、映像サンプル点数を1H当り720
点，量子化ビツトを８ビツトとすると、1Hの情
報ビツトは5760ビツトとなる。そして、１ブロツ
ク・９サンプルのレンジビツトをTEC（Triple
Error Correction）（23，12）で符号化すると、
1H当り460ビツトを必要とし、符号化率は93％と
なる。これを、符号化率88％の全データを
DECTED（Double Error Correction・Triple
Error Detection）（127，112）で符号化する従
来の方法と比べると、既述の表１のようになる。映像の場合に問題となる誤り率10^-2および10^-3
に対して、本実施例のビツト誤り率は7.3×10^-4
および7.3×10^-8と高い改善率を有する。これに
対して、従来の方法によると、7.9×10^-3および
7.9×10^-5と本発明に係る方法と比べてかなり低
い改善率となる。さらに、本発明によれば、量子化ビツトの上位
ビツトから順に誤り訂正効果の重点が置かれるこ
とになるので、生じる誤差が大となる上位ビツト
の誤りによる画像妨害雑音を著しく減少させるこ
とができる。また、本発明は、信号波形の変化がゆるやかな
画像部分において特に効果がある。これは、人間
の視覚系の特性に合つたものである。以上述べたように本発明では、従来の方法にみ
られる如く、誤り訂正の効果を平均的に分散させ
てしまうのではなく、必要な部分に集中させるこ
とできるという利点を有する。なお、第１実施例（第６図参照）によれば、水
平方向の輝度差が大である縦縞を有する画像部分
では本発明特有の効果を得にくいことにもなる
が、ラインメモリやフレームメモリなどを用いる
ことなく容易に実施し得る伝送方法を実現するこ
とができる。また、第２実施例（第７図参照）ではラインメ
モリを必要とするが、水平および垂直（２次元）
の隣接サンプルによる相関の高い部分だけを用い
ることできるので、レンジビツトの効果を高くす
ることができる。第３実施例（第８図参照）では、フレームメモ
リを用いて相関の高いフレーム相関も使用し、１
グループの範囲を時間方向に広げているので、全
データに対するレンジビツトの割合を少なくする
ことができる。第４実施例（第９図参照）では、上位ｍビツト
の等しいビツトを伝送せず、その代りに共通ビツ
トを１度だけ伝送することにより、伝送ビツトの
削減をなし得るので、画像伝送の帯域圧縮の効果
を得ることができる。第５実施例（第１０図参照）では、２進符号に
グレイ符号を用いて近い信号レベル間のハミング
距離を常時小さくし、もつてレンジビツトの効果
を高めている。第６実施例（第１１図参照）では、映像信号を
DPCM化することにより変化分を符号化するこ
とができるので、上位に一致ビツトを集中させる
ことできる。以上述べたほか、本発明に係る伝送方法は、モ
ノクローム信号およびカラー信号のRGB分離信
号、コンポーネントカラー信号の伝送に好適であ
る。また、コンポジツトカラー信号では、たとえ
ばカラーサブキヤリアの整数倍のサンプリングに
おいて、整数倍ごとのサンプル点を１グループと
するなど、相関を高くする処理を事前に行つて同
様に本発明を適用することができる。このように、本発明をデジタル画像の記録、伝
送、放送などの分野に適用することにより、ビツ
ト誤りによる映像妨害雑音を効果的に低減させる
ことができ、また帯域圧縮にも利用することがで
きる。以上詳述した如く、本発明は画像における冗長
性の統計的性質を利用して、人間の視覚生理に適
した、しかも誤り率の広い範囲に渡つて効果があ
る、映像妨害雑音を低減する伝送方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る伝送方法における送信側
の動作原理（レンジビツトの生成）を説明する
図、第２図は本発明に係る伝送方法における受信
側の動作原理（レンジビツトによる訂正）を説明
する図、第３図は本発明で用いる多数決判定の原
理を説明する図、第４図は本発明を適用した送信
装置の一実施例を示すブロツク図、第５図は本発
明を適用した受信装置の一実施例を示すブロツク
図、第６図は本発明に係る伝送方法の第１実施例
（水平方向のサンプル点の集合＝１ブロツク）を
示すブロツク図、第７図は本発明に係る伝送方法
の第２実施例（２次元の隣接サンプル点の集合＝
１ブロツク）を示すブロツク図、第８図は本発明
に係る伝送方法の第３実施例（３次元の隣接サン
プル点の集合＝１ブロツク）を示すブロツク図、
第９図は本発明に係る伝送方法の第４実施例（本
発明を伝送ビツト削減に用いた例）を示すブロツ
ク図、第１０図は本発明に係る伝送方法の第５実
施例（グレイ符号を用いた例）を示すブロツク
図、第１１図は本発明に係る伝送方法の第６実施
例（本発明をDPCMに用いた例）を示すブロツ
ク図である。ｋ……サンプル点数、２……アナログ信号、４
……サンプリング信号、６……レンジビツト、８
……隣接サンプル集合、１０……アナログ映像信
号、１２……Ａ／Ｄ変換器、１４……デジタル映
像信号、１６，１８，２０……カウンタ、２２，
２４，２６，２８，３０，３２……一致比較器、
３４……優先符号器（プライオリテイ・エンコー
ダ）、３６……レンジビツト生成回路、３８……
レンジビツト誤り訂正符号化回路、４０……メモ
リ、４２……ブランキング多重化回路、４４……
全データの誤り訂正符号化回路、４６……送出デ
ータ、５０……受信データ、５１……１回目にお
ける全データの誤り訂正回路、５４，５６，５８
……カウンタ、６０，６２，６４……比較器、６
６……多数決判定回路、６８，７０，７２……ス
イツチ、７４……レンジビツト抽出回路、７６…
…レンジビツト誤り訂正回路、７８……レンジビ
ツトによる制御信号、８０……２回目における全
データの誤り訂正回路、８２……Ｄ／Ａ変換器、
８４……アナログ映像信号。

Claims

【特許請求の範囲】１デジタル映像信号を伝送するに際して、送信側では、画面上で相関の高いｋ個の隣接サ
ンプル点からｎビツトの量子化データを逐次抽出
して１ブロツクとし、該１ブロツクの中で、ｋ個のサンプル点全てに
わたつて一致しているビツトの位置を示す桁位置
情報を抽出し、該桁位置情報を誤り訂正符号化して本来のデジ
タル映像信号と共に送出し、受信側では、前記一致している量子化データの
桁位置に対応する各量子化ビツト毎に、当該１ブ
ロツク内のｋ個のサンプル点全てにわたつて多数
決判定を行い、その多数決判定と異なるビツトを誤りと判断し
て訂正を行うことを特徴とするデジタル信号伝送方法。２特許請求の範囲第１項記載の伝送方法におい
て、送信側で、伝送すべき全デジタル信号にわたり
誤り訂正符号処理を施して送出し、また受信側においては、該誤り訂正符号を復号
することを特徴とするデジタル信号伝送方法。３特許請求の範囲第１項記載の伝送方法におい
て、前記桁位置情報をテレビジヨン信号帰線期間
中に挿入して伝送することを特徴とするデジタル
信号伝送方法。４特許請求の範囲第１項記載の伝送方法におい
て、画面上の水平軸および垂直軸で規定される所
定の領域内に含まれるサンプル点の集合を１ブロ
ツクとしたことを特徴とするデジタル信号伝送方
法。５特許請求の範囲第１項記載の伝送方法におい
て、送信側では、前記量子化データをグレイ符号に
変換し、該グレイ符号を用いて形成した前記１ブ
ロツクの中でｋ個のサンプル点全てにわたつて一
致しているビツトの位置を示す桁位置情報を送出
し、受信側では、該桁位置情報に基づいて、受信し
た量子化データの各ビツトの値を多数決判定し、
該判定と異なるビツトを誤りと判断して訂正を行
うことを特徴とするデジタル信号伝送方法。