JPH08307279A

JPH08307279A - 量子化装置および量子化方法

Info

Publication number: JPH08307279A
Application number: JP12706495A
Authority: JP
Inventors: Tetsujiro Kondo; 哲二郎近藤; Yasuhiro Fujimori; 泰弘藤森; Kenji Takahashi; 健治高橋; Kunio Kawaguchi; 邦雄川口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-11-22
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JP3309639B2

Abstract

(57)【要約】【目的】残差信号に対して高精度の量子化を可能とす
る。【構成】減算器１３では、予測部１２からの予測値が
残差信号から除去され、ブロック化回路１４によって、
ブロック毎に分割される。このブロック毎に最小値検出
回路１５から最小値ＭＩＮ、最大値検出回路１６から最
大値ＭＡＸが検出され、減算器１７によって、ダイナミ
ックレンジＤＲが生成される。オフセット量算出回路１
９では、供給される残差信号から量子化ステップ幅Δと
オフセット量offsetが算出される。減算器１８によっ
て、最小値ＭＩＮからオフセット量offsetが除去され、
最小値ＭＩＮ´が生成され、減算器２０では、残差信号
からその最小値ＭＩＮ´が正規化される。量子化回路２
１では、量子化ステップ幅Δに基づいて正規化された残
差信号が量子化値codeとされ、可変長符号のエンコーダ
２２によって、可変長符号がなされた量子化値code´が
生成される。それぞれの信号はフレーム化回路２３によ
って、フレーム化がなされた後、伝送される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディジタルオーディ
オ信号、ディジタル画像信号等の入力信号とこれから生
成された予測値との残差を量子化するための量子化装置
および量子化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタルオーディオ信号、ディジタル
画像信号等の伝送情報量を圧縮するために、予測符号化
が知られている。例えば１次元ＤＰＣＭは、時間方向に
おいて、入力サンプル値と予測値との差分（残差）を形
成し、２次元ＤＰＣＭは、空間方向において入力サンプ
ル値と予測値との残差を形成する。ディジタル情報信号
は、時間方向、空間方向の相関を有しているので、残差
が０付近に集中する。従って、残差信号を元の量子化ビ
ット数より少ないビット数により量子化することが可能
で、それによって、情報量を圧縮できる。また、残差信
号の分布の集中を利用して可変長符号化を行なうことに
よって、さらに、情報量を圧縮できる。

【０００３】残差信号を対象とする量子化装置として
は、０付近の量子化ステップ幅を細かくし、レベルが大
きいほど、量子化ステップ幅を粗くする非線形量子化装
置が周知である。この非線形量子化を含めて従来の量子
化装置は、発生しうる残差信号の全てのレベルを量子化
対象としている。例えばディジタル画像信号の１サンプ
ル（１画素）が８ビットに量子化されている場合、残差
信号としては、（−２５５〜＋２５５）の値が存在しう
る。従来の量子化装置は、この全範囲を量子化の対象と
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の量子化装置は、
発生しうる残差信号の全範囲を量子化の対象とするの
で、量子化ビット数を少なくした場合には、量子化精度
が低下し、量子化ビット数を多くすると発生データ量が
多くなる問題があった。その結果、復号した時に、充分
な品質のオーディオ信号、画像信号が得られない問題が
あった。

【０００５】従って、この発明の目的は、復元精度が向
上し、逆量子化の結果発生する復元信号の品質を向上で
きる量子化装置および量子化方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、入力ディジタル信号のサンプル値と予測値との残差
信号を量子化する量子化装置において、残差信号をブロ
ック構造のデータに変換する手段と、ブロック毎に残差
信号をＡＤＲＣ符号化する手段とからなり、ＡＤＲＣ符
号化手段は、ブロック内に含まれる複数の残差信号の最
大値および複数の残差信号の最小値を検出する手段と、
最大値および最小値からブロックのダイナミックレンジ
を検出する手段と、ダイナミックレンジを規定する値を
基準とした相対的なレベル関係を持つように修正された
修正入力データを形成する手段と、修正入力データを元
の量子化ビット数以下のビット数で量子化する手段とか
らなることを特徴とする量子化装置である。

【０００７】さらに、請求項２に記載の発明は、入力デ
ィジタル信号のサンプル値と予測値との残差信号を量子
化する量子化装置において、残差信号をブロック構造の
データに変換する手段と、ブロック毎に残差信号をＡＤ
ＲＣ符号化する手段と、量子化された信号に対して可変
長符号化を施す可変長符号化手段とからなり、ＡＤＲＣ
符号化手段は、ブロック内に含まれる複数の残差信号の
最大値および複数の残差信号の最小値を検出する手段
と、最大値および最小値からブロックのダイナミックレ
ンジを検出する手段と、ダイナミックレンジを規定する
値を基準とした相対的なレベル関係を持つように修正さ
れた修正入力データを形成する手段と、修正入力データ
を元の量子化ビット数以下のビット数で量子化する手段
とからなることを特徴とする量子化装置である。

【０００８】また、請求項５に記載の発明は、入力ディ
ジタル信号のサンプル値と予測値との残差信号を量子化
する量子化方法において、残差信号をブロック構造のデ
ータに変換するステップと、ブロック毎に残差信号をＡ
ＤＲＣ符号化するステップとからなり、ＡＤＲＣ符号化
ステップは、ブロック内に含まれる複数の残差信号の最
大値および複数の残差信号の最小値を検出するステップ
と、最大値および最小値からブロックのダイナミックレ
ンジを検出するステップと、ダイナミックレンジを規定
する値を基準とした相対的なレベル関係を持つように修
正された修正入力データを形成するステップと、修正入
力データを元の量子化ビット数以下のビット数で量子化
するステップとからなることを特徴とする量子化方法で
ある。

【０００９】さらに、請求項６に記載の発明は、入力デ
ィジタル信号のサンプル値と予測値との残差信号を量子
化する量子化方法において、残差信号をブロック構造の
データに変換するステップと、ブロック毎に残差信号を
ＡＤＲＣ符号化するステップと、量子化された信号に対
して可変長符号化を施す可変長符号化ステップとからな
り、ＡＤＲＣ符号化ステップは、ブロック内に含まれる
複数の残差信号の最大値および複数の残差信号の最小値
を検出するステップと、最大値および最小値からブロッ
クのダイナミックレンジを検出するステップと、ダイナ
ミックレンジを規定する値を基準とした相対的なレベル
関係を持つように修正された修正入力データを形成する
ステップと、修正入力データを元の量子化ビット数以下
のビット数で量子化するステップとからなることを特徴
とする量子化方法である。

【００１０】

【作用】残差信号のレベル分布の集中度を高めることに
よって、残差信号の全てのレベル範囲を量子化する必要
を除去できる。これによって、量子化ステップ幅を固定
したときには、量子化出力のビット数を少なくでき、ま
た、量子化装置のダイナミックレンジを拡大することが
できる。一方、量子化ビット数を固定としたときには、
量子化ステップ幅をきめ細かくでき、量子化ノイズを低
減でき、高品質の復元値を得ることができる。

【００１１】

【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。図１において、１１で示す入力端子に
例えばディジタル画像信号が供給される。ディジタル画
像信号が予測部１２および減算器１３に供給される。減
算器１３では、各画素値から予測部１２で生成された予
測値が減算され、その出力に残差信号が発生する。この
残差信号がブロック化回路１４に供給され、ブロック化
された残差信号が最小値検出回路１５、最大値検出回路
１６、オフセット量算出回路１９および減算器２０へ供
給される。

【００１２】最小値検出回路１５では、ブロック化され
た残差信号の中から最小となる値ＭＩＮが検出され、そ
の最小値ＭＩＮは減算器１７および１８へ供給される。
同様に最大値検出回路１６では、最大となる値ＭＡＸが
検出され、その最大値ＭＡＸは減算器１７へ供給され
る。減算器１７では、最大値ＭＡＸから最小値ＭＩＮを
除去することにより、ダイナミックレンジＤＲが算出さ
れる。オフセット量算出回路１９では、供給された残差
信号から量子化ステップ幅Δが求められると共にオフセ
ット量offsetが算出される。

【００１３】このオフセット量算出回路１９では、ま
ず、供給された残差信号が０を含むか否かが検出され
る。そして、０を含むと検出された場合、出力される量
子化復元値の１つが０となるように最小値ＭＩＮをシフ
トするためのオフセット量offsetが算出される。このオ
フセット量offsetは、量子化ビット数をｎとするとき
に、以下の式（１）により算出される。 offset＝ＭＩＮ＋code×ＤＲ／（２ⁿ）＋ＤＲ／（２ⁿ⁺¹）（１） code＝−ＭＩＮ×（２ⁿ）／ＤＲよって、このオフセット量offsetを算出するときに、量
子化ステップ幅Δ（＝ＤＲ／（２ⁿ））は、求められ
る。

【００１４】そして、減算器１８では、最小値ＭＩＮか
らオフセット量offsetが除去され、最小値ＭＩＮ´が生
成される。減算器２０では、ブロック化された残差信号
から最小値ＭＩＮ´が除去され、正規化された残差信号
は、量子化回路２１へ供給される。量子化回路２１にお
いて、正規化された残差信号は量子化ステップ幅Δによ
り量子化値codeとされ、可変長符号のエンコーダ２２へ
供給される。その量子化値codeは、可変長符号のエンコ
ーダ２２において、可変長符号がなされ、量子化値code
´としてフレーム化回路２３へ供給される。フレーム化
回路２３では、供給された量子化値code´、最小値ＭＩ
Ｎ´およびダイナミックレンジＤＲに対してフレーム化
が行われ、出力端子２４を介して伝送される。

【００１５】ここで、１画面の一部を示す図２を用い
て、上述の予測の一例を説明する。ａ〜ｈのそれぞれ
は、局部復号された画素値を示し、Ａ〜Ｐは、符号化さ
れる前の画素値を示す。画素値Ａに対しての予測値Ａ´
は、近傍の局部復号画素値を使用して形成される。例え
ばＡ´＝４ｃ−３（ｂ−ｆ）、Ａ´＝ｆ＋ｃ−ｂ等によ
り画素値Ａの予測値Ａ´が形成される。画素値Ｂ、Ｃ、
・・・に対する予測値も、同様の演算によって、局部復
号値を使用してなされる。

【００１６】そして、真の画素値例えばＡから予測値例
えばＡ´が減算され（すなわち、Δａ＝Ａ−Ａ´）、残
差Δａが形成される。図１のブロック化回路１４は、残
差を図２に示すように、（４×４）画素のブロックに分
割する。なお、ディジタルオーディオ信号を扱う場合に
は、時間方向の予測値が形成され、１次元の残差信号の
ブロックが形成される。

【００１７】この残差信号をブロックに分割すること
は、残差信号の集中度を高める一つの方法である。１画
面の全体の残差信号の発生度数の分布は、０を中心とし
て（−２５５〜＋２５５）の範囲のものであり、残差が
０の度数が最大となる。しかしながら、ブロックに分割
した場合には、残差のレベル分布がもとの分布に比して
より集中したものとなる。また、ブロックの残差の分布
は、最大の度数が必ずしも、０と一致しない。

【００１８】これは、１画面と比較して小空間のブロッ
ク内の残差は、大きな値となるものが確率的に少なく、
また、ブロック内では残差の相関が強いことに因る。ま
た、残差０の度数が最大とならないことは、ブロック内
で輝度のレベルが、例えば対角線方向に除々に変化する
場合等に生じる。

【００１９】図１に示すエンコーダと対応するデコーダ
を図３に示す。量子化値が入力端子３１に供給され、量
子化値はフレーム分解回路３２において、ダイナミック
レンジＤＲ、最小値ＭＩＮ´および量子化値code´がフ
レーム分解されることにより、生成される。ダイナミッ
クレンジＤＲは、ステップ幅算出回路３３において、式
（２）より、 Δ＝ＤＲ／（２ⁿ）（２）量子化ステップ幅Δが生成され、その量子化ステップ幅
Δは、ステップ幅算出回路３３から逆量子化（Ｑ^-1）回
路３５へ供給される。

【００２０】量子化値code´は、可変長符号のデコーダ
３４において、量子化値codeへデコードされる。逆量子
化回路３５では、ステップ幅Δとデコードされた量子化
値codeとから量子化復元値（代表値）が生成される。加
算器３６では、量子化復元値と最小値ＭＩＮ´が加算さ
れ、さらに加算器３７では、予測部３８からの予測値と
の加算がなされる。その加算器３７の出力は、出力端子
３９に導かれると共に、予測部３８へ供給される。予測
部３８では、予測値が得られ、この予測値が加算器３７
へ供給される。エンコーダ側が誤差の累積を防止するた
めに、周期的にリフレッシュ用のサンプル値それ自体を
挿入する時には、リフレッシュデータが入力される時
に、加算器３７が加算動作を行わずに、量子化復元値を
そのまま出力端子３９に導く。

【００２１】ここで、図４に示されている度数分布は、
量子化対象信号の残差信号の一例である。この例より、
明らかなように、残差信号の存在しない領域に対しても
量子化対象区間（ダイナミックレンジ）を設定してお
り、そのため量子化ステップ幅Δが大きくなり、その結
果、量子化誤差の増大を招く。また、予測誤差差分量子
化器においては、このように量子化復元値として０を再
現することは非常に意味が大きい。何故ならば、復元値
として０が再現されない場合、予測誤差が蓄積され、大
きな画質劣化の原因になる。

【００２２】そこで、復元値として０が再現されるよう
に量子化対象区間のシフトを行い、その様子を２ビット
線形量子化の場合について図５に示す。この図５Ａが示
している残差信号の量子化を行う場合、信号分布の最大
値ＭＡＸ、最小値ＭＩＮを検出し、ダイナミックレンジ
が決定される。２ビット線形量子化の場合は、ダイナミ
ックレンジを４分割することで量子化ステップ幅Δが得
られる。各Δ内に対応するデータは量子化され、その量
子化復元値はｑ０〜ｑ３となる。

【００２３】ところが、この例においては０に最も近い
量子化復元値ｑ１は、オフセット量offsetの分だけずれ
いている。そこで、量子化復元値ｑ１を０に等しくする
ためには、オフセット量offsetの分だけ量子化対象区間
のシフトを行う。すなわち、図５Ｂに示すように、量子
化対象区間の最大値をＭＡＸ´とし、最小値をＭＩＮ´
とする。このシフトにより量子化復元値ｑ１は０とな
り、量子化復元時の誤差ゼロの場合の予測誤差の蓄積を
防止することが可能となる。

【００２４】このように量子化復元値を０とするため
に、最大値ＭＡＸをＭＡＸ´および最小値ＭＩＮをＭＩ
Ｎ´とした場合、量子化器の量子化ステップ幅はダイナ
ミックレンジＤＲによって定まるため、ダイナミックレ
ンジＤＲは変化しない。すなわち、図５Ａに示す最大値
ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮの量子化対象区間内の歪量
と、図５Ｂに示す最大値ＭＡＸ´および最小値ＭＩＮ´
の量子化対象区間内の歪量は変わらない。また、オフセ
ット量offsetは、（量子化ステップ幅Δ／２）よりも小
さい値となるため、歪量の最大変化量は、量子化ステッ
プ幅Δとなる。すなわち、ダイナミックレンジＤＲが大
きくなると共に、歪量も大きくなるが、ダイナミックレ
ンジＤＲが大きくなると視覚的に追従しなくなる。ま
た、ダイナミックレンジＤＲが小さくなると共に、歪量
も小さくなり、この歪量が小さな値となることから視覚
的に歪は見えずらくなる。よって、量子化対象区間に対
するシフト処理は、それ程問題とはならない。

【００２５】ここで、図１において２２で示す可変長符
号のエンコーダの一例を図６に示す。上述したように量
子化回路２１からの量子化値codeが入力端子４１を介し
てプレーン符号化回路４２へ供給される。この供給され
る量子化値codeは、図７Ｃに示すように、例えば２ビッ
トコードで表される。この２ビット量子化値は、上述し
たように図７Ａに示すように残差信号のブロック化がな
された後、その１つのブロック（図７Ｂ）毎に量子化回
路２１において、生成される。

【００２６】その２ビット量子化値がプレーン符号化回
路４２において、図７Ｄに示すようにＭＳＢ（最上位ビ
ット）からなるＭＳＢプレーンおよびＬＳＢ（最下位ビ
ット）からなるＬＳＢプレーンへ分割される。ＭＳＢプ
レーンは、供給される２ビット量子化値のＭＳＢの集合
を表したものあり、ＬＳＢプレーンは、ＬＳＢの集合を
表したものである。可変長符号化回路８３では、供給さ
れたビットプレーン毎にランレングス符号化、例えばＭ
ＭＲ（Ｍodefied ＭＲ）が行われ、プレーン量子化値が
量子化値code´として出力端子４４から取り出される。

【００２７】ここで、この発明は、図１に示す予測符号
化のエンコーダに限らず、以下に説明するような階層符
号化のエンコーダの量子化装置に対しても適用すること
ができる。ここで説明する階層符号化装置は、階層間で
予測を行ない、また、階層間データに対し単純な算術式
を用いることで、符号化対象画素数の増加を防止するこ
とができるものである。

【００２８】図８を参照してこの階層符号化方法につい
て説明する。図８は、一例として第１階層を最下位階層
（原画）とし、第４階層を最上位階層とする４階層から
なる階層間の模式図を示している。例えば、上位階層デ
ータ生成法として、空間的に対応する４画素の下位階層
データの平均化を採用する場合、上位階層データをＭ、
下位階層画素値をｘ₀ 、ｘ₁ 、ｘ₂ 、ｘ₃ とすると、伝
送画素が増大せず、４画素のままで良い。

【００２９】すなわち、Ｍ、ｘ₀ 、ｘ₁ 、ｘ₂ を用い
て、ｘ₃ ＝４・Ｍ−（ｘ₀ ＋ｘ₁ ＋ｘ₂ ）（３）という単純な算術式により非伝送画素ｘ₃ を容易に復元
することが可能となる。各階層データは、下位階層の４
画素平均により生成されている。そこで、例えば図中の
斜線部のデータを伝送しなくとも、式（３）により全デ
ータを復元することが可能となる。

【００３０】次に、平均化による階層データの５階層の
構成例を図９に示す。第１階層が入力画像の解像度レベ
ルであるとする。この第１階層は、ブロックサイズ（１
×１）のデータ構成からなる。第２階層データは、第１
階層データの４画素平均により生成される。この例で
は、第１階層データＸ₁ （０）〜Ｘ₁ （３）の平均値に
より、第２階層データＸ₂ （０）が生成される。Ｘ₂
（０）に隣接する第２階層データＸ₂ （１）〜Ｘ₂
（３）も同様に第１階層データの４画素平均により生成
される。この第２階層は、ブロックサイズ（１／２×１
／２）のデータ構成からなる。さらに、第３階層データ
は、空間的に対応する第２階層データの４画素平均によ
り生成される。上述と同様にこの第３階層は、ブロック
サイズ（１／４×１／４）のデータ構成からなる。ま
た、第４階層のデータも同様に第３階層のデータから制
御され、そのデータ構成は、ブロックサイズ（１／８×
１／８）からなる。最後に、最上位階層である第５階層
データＸ₅ （０）が、第４階層データＸ₄ （０）〜Ｘ₄
（３）の平均化により生成される。この第５階層のデー
タ構成は、ブロックサイズ（１／１６×１／１６）から
なる。

【００３１】上述した符号化対象画素数の増加を防止し
た階層構造データに対し、上位階層データにクラス分類
適応予測を適用することで、下位階層データを予測し、
下位階層データとその予測値との差分（すなわち、残差
信号）を生成することで信号電力の削減を図る構成例を
図１０に示すブロック図を用いて説明する。この図１０
は、階層符号化のエンコーダ側の構成例を示す。入力端
子５１を介して第１階層データｄ０が入力画像データｄ
０として平均化回路５２および減算器５６へ供給され
る。第１階層データが元の解像度の画像データである。

【００３２】供給された入力画素データｄ０は、平均化
回路５２において、図９に示した２画素×２画素ブロッ
クによる１／４平均処理が実行され、階層データｄ１が
生成される。この階層データｄ１は、図９に示す第２階
層データに対応する。生成された階層データｄ１は、平
均化回路５３および減算器５７へ供給される。

【００３３】階層データｄ１に対して、平均化回路５３
では、上述の平均化回路５２と同様な処理が施され、階
層データｄ２が生成される。この階層データｄ２は、第
３階層データに対応する。生成された階層データｄ２
は、平均化回路５４および減算器５８へ供給される。ま
た、平均化回路５４でも同様に階層データｄ２に対して
上述の平均化回路５２および５３と同様な処理が施さ
れ、階層データｄ３が生成される。この階層データｄ３
は、第４階層データに対応する。生成された階層データ
ｄ３は、平均化回路５５および減算器５９へ供給され
る。さらに、平均化回路５５でも同様に階層データｄ３
に対して上述の平均化回路５２、５３および５４と同様
な処理が施され、階層データｄ４が生成される。この階
層データｄ４は、第５階層データに対応する。生成され
た階層データｄ４は、量子化器６４へ供給される。

【００３４】そして、これら５つの階層データについて
階層間で予測が行われる。先ず、第５階層においてなさ
れる圧縮のための量子化処理は、量子化器６４におい
て、実行される。この量子化器６４の出力データｄ２１
が可変長符号のエンコーダ８１に供給されると共に、逆
量子化器６８へも供給される。エンコーダ８１の出力が
出力端子８６に第５階層のデータとして取り出される。
符号化データｄ２１が供給された逆量子化器６８の出力
データｄ１６がクラス分類適応予測回路７２へ供給され
る。

【００３５】クラス分類適応予測回路７２では、データ
ｄ１６を使用して予測処理がなされ、第４階層データの
予測値ｄ１２が生成され、この予測値ｄ１２が減算器５
９へ供給される。この減算器５９では、平均化回路５４
から供給される階層データｄ３と予測値ｄ１２との差分
値が求められ、その差分値ｄ８が量子化器６３へ供給さ
れる。

【００３６】差分値ｄ８が供給された量子化器６３で
は、量子化器６４と同様に圧縮処理が行われる。この量
子化器６３の出力データが演算器７６および逆量子化器
６７へ供給される。この演算器７６では、４画素から１
画素を間引く処理が行われる。演算器７６から出力され
るデータｄ２０が可変長符号のエンコーダ８０で符号化
され、出力端子８５に第４階層の出力データが取り出さ
れる。

【００３７】逆量子化器６７の出力データｄ１５がクラ
ス分類適応予測回路７１へ供給される。クラス分類適応
予測回路７１では、データｄ１５を使用して予測処理が
なされ、第３階層データの予測値ｄ１１が生成され、減
算器５８へ供給される。この減算器５８では、平均化回
路３から供給されるデータｄ２と予測値ｄ１１との差分
値が求められ、その差分値ｄ７が量子化器６２へ供給さ
れる。

【００３８】差分値ｄ７が供給された量子化器６２の出
力データが演算器７５および逆量子化器６６へ供給され
る。この演算器７５では、４画素から１画素を間引く処
理が行われる。演算器７５から出力される第３階層デー
タｄ１９が可変長符号のエンコーダ７９に供給され、出
力端子８４に第３階層のデータとして取り出される。

【００３９】量子化器６２から符号化データが供給され
た逆量子化器６６の出力データｄ１４がクラス分類適応
予測回路７０へ供給される。クラス分類適応予測回路７
０では、データｄ１４を使用して予測処理がなされ、第
２階層データの予測値ｄ１０が生成され、減算器５７へ
供給される。この減算器５７では、平均化回路５２から
供給されるデータｄ１と予測値ｄ１０との差分値が求め
られ、その差分値ｄ６が量子化器６１へ供給される。

【００４０】差分値ｄ６が供給された量子化器６１の出
力データは、演算器７４および逆量子化器７５へ供給さ
れる。この演算器７４では、４画素から１画素を間引く
処理が行われる。演算器７４から出力される第２階層デ
ータｄ１８が可変長符号のエンコーダ７８に供給され、
出力端子８３に第２階層のデータとして取り出される。

【００４１】量子化器６１から符号化データが供給され
た逆量子化器６５の出力データｄ１３がクラス分類適応
予測回路６９へ供給される。クラス分類適応予測回路６
９では、データｄ１３を使用して予測処理がなされ、第
１階層データの予測値ｄ９が生成され、減算器５６へ供
給される。この減算器５６では、入力端子５１から供給
される入力画素データｄ０と予測値ｄ９との差分値が求
められ、その差分値ｄ５が量子化器６０へ供給される。

【００４２】差分値ｄ５が供給された量子化器６０の出
力データは、演算器７３へ供給される。この演算器７３
では、４画素から１画素を間引く処理が行われる。演算
器７３から出力される第１階層データｄ１７が可変長符
号のエンコーダ７７に供給され、出力端子８２に第１階
層のデータとして取り出される。

【００４３】クラス分類適応予測回路６９、７０、７
１、７２は、予測しようとする下位階層の画素をその空
間的に近傍の複数の画素（上位階層に含まれる）のレベ
ル分布に基づいてクラス分類する。そして、予め学習に
よって得られている、クラス毎の予測係数あるいは予測
値のテーブルをメモリに格納しておき、クラスに対応し
た複数の予測係数あるいは１個の予測値をメモリから読
出す。予測値は、そのまま使用され、予測係数は、複数
の画素との線形１次結合により予測値を生成する。この
ようなクラス分類適応予測は、例えば本願出願人の提案
による特願平４−１５５７１９号に開示されている。

【００４４】次に、上述のエンコーダと対応する階層符
号化のデコーダ側の構成例を図１１に示す。エンコーダ
側で生成された各階層データは、ｄ３０〜ｄ３４として
入力端子９１、９２、９３、９４、９５にそれぞれ供給
される。そして、可変長符号のデコーダ９６、９７、９
８、９９、１００にて可変長符号の復号がなされる。こ
れらのデコーダに対して、逆量子化器１０１、１０２、
１０３、１０４、１０５がそれぞれ接続される。

【００４５】先ず、第５階層入力データｄ３４は、逆量
子化器１０５において、エンコーダで施された量子化に
対応する復号処理が行われ、画像データｄ３９となり、
クラス分類適応予測回路１１７および演算器１１３へ供
給される。また画像データｄ３９は、第５階層の画像出
力として、出力端子１２２から取り出される。

【００４６】クラス分類適応予測回路１１７では、第４
階層の画像データに対してクラス分類適応予測が施さ
れ、第４階層データの予測値ｄ４７が生成される。逆量
子化器１０４からのデータｄ３８（すなわち、差分値）
と予測値ｄ４７とが加算器１０９で加算される。加算器
１０９から画像データｄ４３が演算器１１３へ供給さ
れ、演算器１１３では、式（３）の演算が実行され、逆
量子化器１０５から供給された画像データｄ３９と画像
データｄ４３から第４階層の全画素値が復元される。こ
の演算器１１３において、復元された全画素値は、画像
データｄ５１として、クラス分類適応予測回路１１６お
よび演算器１１２へ供給される。また画像データｄ５１
は、第４階層の出力として、出力端子１２１から取り出
される。

【００４７】クラス分類適応予測回路１１６では、上述
と同様に第３階層の画像データに対してクラス分類適応
予測が施され、第３階層データの予測値ｄ４６が生成さ
れる。逆量子化器１０３からのデータｄ３７と予測値ｄ
４６とが加算器１０８で加算される。加算器１０８から
画像データｄ４２が演算器１１２へ供給され、演算器１
１２では、式（３）の演算が実行され、演算器１１３か
ら供給された画像データｄ５１と画像データｄ４２から
第３階層の全画素値が復元される。この演算器１１２に
おいて、復元された全画素値は、画像データｄ５０とし
て、クラス分類適応予測回路１１５および演算器１１１
へ供給される。また画像データｄ５０は、第３階層の出
力として、出力端子１２０から取り出される。

【００４８】また、クラス分類適応予測回路１１５で
は、上述と同様に第２階層の画像データに対してクラス
分類適応予測が施され、第２階層データの予測値ｄ４５
が生成される。逆量子化器１０２からのデータｄ３６と
予測値ｄ４５とが加算器１０７で加算される。加算器１
０７から画像データｄ４１が演算器１１１へ供給され、
演算器１１１では、式（３）の演算が実行され、演算器
１１２から供給された画像データｄ５０と画像データｄ
４１から第２階層の全画素値が復元される。この演算器
１１１において、復元された全画素値は、画像データｄ
４９として、クラス分類適応予測回路１１４および演算
器１１０へ供給される。また画像データｄ４９は、第２
階層の出力として、出力端子１１９から取り出される。

【００４９】さらに、クラス分類適応予測回路１１４で
は、上述と同様に第１階層の画像データに対してクラス
分類適応予測が施され、第１階層データの予測値ｄ４４
が生成される。逆量子化器１０１からのデータｄ３５と
予測値ｄ４４とが加算器１０６で加算される。加算器１
０６から画像データｄ４０が演算器１１０へ供給され、
演算器１１０では、式（３）の演算が実行され、演算器
１１１から供給された画像データｄ４９と画像データｄ
４０から第１階層の全画素値が復元される。この演算器
１１０において、復元された全画素値は、画像データｄ
４８として、第１階層の出力として、出力端子１１８か
ら取り出される。こうして、符号化対象画素数の増加を
防止した階層符号化において、クラス分類適応予測を導
入することで符号化効率の向上を図ることが可能とな
る。

【００５０】上述の階層符号化システムの具体的な応用
例としては、ハイビジョンテレビ静止画像のデータベー
スを構成した場合、最下位階層データ、すなわち第１階
層（原画像）データがハイビジョン解像度の再生データ
であり、第２階層データが標準解像度の再生データとな
り、最上位階層データ、すなわち、第５階層データは、
高速検索用の低解像度の再生データとなる。

【００５１】なお、情報量の削減を目的として圧縮符号
化を採用する場合には、復号化装置により得られた再生
画像データは、入力された原画像データと必ずしも一致
しないが、視覚的に劣化を検知できない程度にすること
が可能である。また、平均値を形成するのに単純平均値
に限らず、加重平均値を形成しても良い。

【００５２】また、この発明は、上述した予測符号化以
外の予測符号化で発生した残差信号の量子化に対しても
適用できる。また、この発明は、量子化ステップ幅を制
御することによって、発生データ量を制御するバッファ
リングの構成を有するシステムに対しても適用すること
ができる。

【００５３】

【発明の効果】この発明は、残差信号を例えばブロック
化することによって、残差信号のレベルの分布範囲を狭
くしてから量子化を行う。従って、量子化のダイナミッ
クレンジを実質的に拡大することができる。

【００５４】また、この発明は、分布範囲が狭くされた
残差信号を量子化するので、量子化の精度を高くするこ
とができる。さらに、画質劣化の少ない高能率符号化が
実現され、量子化復元精度を高くすることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の量子化装置のエンコーダの一実施例
のブロック図である。

【図２】予測符号化の一例を説明するための略線図であ
る。

【図３】この発明の量子化装置のデコーダの一実施例の
ブロック図である。

【図４】量子化対象信号の残差信号の度数分布の一例の
略線図である。

【図５】量子化回路の一例を説明するための略線図であ
る。

【図６】この発明に適用できる可変長符号のエンコーダ
の一例を示すブロック図である。

【図７】プレーン符号化の説明に用いる略線図である。

【図８】この発明を適用できる階層符号化の一例の説明
に用いる略線図である。

【図９】階層符号化の一例の説明に用いる略線図であ
る。

【図１０】階層符号化のエンコード側の構成の一例を示
すブロック図である。

【図１１】階層符号化のデコード側の構成の一例を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１２予測部１４ブロック化回路１５最小値検出回路１６最大値検出回路１９オフセット量算出回路２１量子化回路２２可変長符号のエンコーダ２３フレーム化回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川口邦雄東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力ディジタル信号のサンプル値と予測
値との残差信号を量子化する量子化装置において、上記残差信号をブロック構造のデータに変換する手段
と、上記ブロック毎に上記残差信号をＡＤＲＣ符号化する手
段とからなり、上記ＡＤＲＣ符号化手段は、上記ブロック内に含まれる
複数の残差信号の最大値および上記複数の残差信号の最
小値を検出する手段と、上記最大値および最小値から上記ブロックのダイナミッ
クレンジを検出する手段と、上記ダイナミックレンジを規定する値を基準とした相対
的なレベル関係を持つように修正された修正入力データ
を形成する手段と、上記修正入力データを元の量子化ビット数以下のビット
数で量子化する手段とからなることを特徴とする量子化
装置。
【請求項２】入力ディジタル信号のサンプル値と予測
値との残差信号を量子化する量子化装置において、上記残差信号をブロック構造のデータに変換する手段
と、上記ブロック毎に上記残差信号をＡＤＲＣ符号化する手
段と、上記量子化された信号に対して可変長符号化を施す可変
長符号化手段とからなり、上記ＡＤＲＣ符号化手段は、上記ブロック内に含まれる
複数の残差信号の最大値および上記複数の残差信号の最
小値を検出する手段と、上記最大値および最小値から上記ブロックのダイナミッ
クレンジを検出する手段と、上記ダイナミックレンジを規定する値を基準とした相対
的なレベル関係を持つように修正された修正入力データ
を形成する手段と、上記修正入力データを元の量子化ビット数以下のビット
数で量子化する手段とからなることを特徴とする量子化
装置。
【請求項３】請求項２に記載の量子化装置において、さらに、量子化対象区間全体をシフトすることによっ
て、上記基準値の量子化復元値を不変とすることを特徴
とする量子化装置。
【請求項４】請求項２に記載の量子化装置において、上記可変長符号化手段は、量子化された信号をビットプ
レーン毎に分割するプレーン符号化手段と、上記プレーンのそれぞれに対して可変長符号化を施すこ
とを特徴とする量子化装置。
【請求項５】入力ディジタル信号のサンプル値と予測
値との残差信号を量子化する量子化方法において、上記残差信号をブロック構造のデータに変換するステッ
プと、上記ブロック毎に上記残差信号をＡＤＲＣ符号化するス
テップとからなり、上記ＡＤＲＣ符号化ステップは、上記ブロック内に含ま
れる複数の残差信号の最大値および上記複数の残差信号
の最小値を検出するステップと、上記最大値および最小値から上記ブロックのダイナミッ
クレンジを検出するステップと、上記ダイナミックレンジを規定する値を基準とした相対
的なレベル関係を持つように修正された修正入力データ
を形成するステップと、上記修正入力データを元の量子化ビット数以下のビット
数で量子化するステップとからなることを特徴とする量
子化方法。
【請求項６】入力ディジタル信号のサンプル値と予測
値との残差信号を量子化する量子化方法において、上記残差信号をブロック構造のデータに変換するステッ
プと、上記ブロック毎に上記残差信号をＡＤＲＣ符号化するス
テップと、上記量子化された信号に対して可変長符号化を施す可変
長符号化ステップとからなり、上記ＡＤＲＣ符号化ステップは、上記ブロック内に含ま
れる複数の残差信号の最大値および上記複数の残差信号
の最小値を検出するステップと、上記最大値および最小値から上記ブロックのダイナミッ
クレンジを検出するステップと、上記ダイナミックレンジを規定する値を基準とした相対
的なレベル関係を持つように修正された修正入力データ
を形成するステップと、上記修正入力データを元の量子化ビット数以下のビット
数で量子化するステップとからなることを特徴とする量
子化方法。