JPH08317394A

JPH08317394A - 高能率符号化装置および方法

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Publication number: JPH08317394A
Application number: JP14258195A
Authority: JP
Inventors: Masashi Uchida; 真史内田; Tetsujiro Kondo; 哲二郎近藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-05-17
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 1996-11-29
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: JP3669005B2

Abstract

(57)【要約】【目的】エラーが含まれるブロックを復元しても、良
好なコンシール画像が得られる。【構成】ＥＣＣ回路５の出力信号がフレーム分解回路
６のデータ切り出し回路２１へ供給され、データ切り出
し回路２１から交流成分係数データメモリ２２へエラー
の発生したデータを０〜２５５まで変化させるデータが
切り出され、供給される。メモリ２２の出力データは、
発生確率ＲＯＭ２３へ供給され、出力データに応じた係
数データの発生確率を読み出す。発生確率算出回路２４
では、２５６通りの発生確率を算出し、最大値検出回路
２５において、最大となる発生確率を選択し、交流成分
係数データメモリ２２からは、その発生確率をもたらし
た交流成分の係数データの組合せをブロック復号回路７
へ供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ブロック符号化によ
る高能率符号化装置および方法に関し、特に復号時のデ
ータにエラーがある場合の可変長データのデータ切り出
しに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル画像データのデータ伝送量を
圧縮する場合に、２次元離散的コサイン変換（Discrete
Cosine Transform ：以下ＤＣＴという）などの直交変
換を用いる符号化方法が従来から提案されている。

【０００３】ＤＣＴによる符号化方式は、１フレームの
テレビジョン信号を水平方向のｎ画素×垂直方向のｍ画
素からなる複数個の小ブロックに分割し、各ブロックに
対してＤＣＴを施し、その結果得られた直流成分の係数
データと、複数個の交流成分の係数データを各交流成分
の出現確率に応じてビット長の異なるエントロピー符
号、例えばハフマンコードに変換して伝送する。

【０００４】ここで、上述のようにして圧縮した画像デ
ータをディジタルＶＴＲに記録することを考える。この
ディジタルＶＴＲは、データを磁気テープに記録すると
いう性質上、テープのドロップアウト、テープ上に付い
た傷等の理由によりデータにエラーが発生することが度
々ある。このため、一般にディジタルＶＴＲでは、リー
ド・ソロモン符号等を用いた誤り訂正を行っている。こ
の誤り訂正により、エラーの数は大幅に減少するが、元
のデータにエラーが多い場合は誤り訂正だけでは元通り
に復元出来ず、復元されたデータにはエラーが残る。こ
のように、誤り訂正によっても復元できなかったデータ
には、一般にバイト単位でエラーフラグが立てられ、エ
ラーのないデータと区別される。

【０００５】圧縮を用いてないディジタルＶＴＲである
と、エラーのあるデータに対しては、画像の相関性を利
用して、周囲のデータを用いて補間することなどで、コ
ンシールを行う。例えば、エラーデータの上下左右の４
個の画素データの平均値がこのエラーデータと置き換え
られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＤＣＴ
による符号化方式では、データのビット長は可変のハフ
マンコードで連続的に記録されているため、ビットエラ
ーが発生した場合、正しいコード識別が出来なくなるた
め、それ以降のデータの切り出しにも失敗する可能性が
非常に高い。そのとき、ビットエラーが発生したコード
以降のデータは、基本的にすべて誤ったデータである。

【０００７】また、変換符号化の特徴として、ブロック
内の成分の内、１つでもエラーがあるとその影響が画素
単位にとどまらず、そのブロック全体に及ぶ。このた
め、コンシールをする際、画素を対象にでなく、ブロッ
クを対象に行うことになるが、画素単位のコンシールに
比べ、ブロック単位のコンシールは困難なものであり、
精度が低く、非常に劣化が目立ちやすいものになる。

【０００８】以上の所謂伝播エラーの問題点を解決する
手段として、拾うことの出来た、係数データ、すなわち
エラーのない係数データから欠落した係数データを推定
するという手法が提唱されている。これは、注目ブロッ
クのエラーのない係数データ、および注目ブロックの周
辺ブロックのデータを用いて、注目ブロックの欠落した
係数データを推定するというものである。

【０００９】ところが、この手法を実現するためには、
ブロック内の主要係数データのいくつかはエラーなしに
拾うことができなければならない。このことを保証する
ためには、データが切り出し不能になることを避けるた
め、主要な係数データについては、ハフマンコードを使
用せず、固定長の記録を行う必要がある。ここで、主要
な係数データとは、そのブロックの復号画像に対する影
響の度合いが大きい係数データを意味する。その結果、
符号化の効率が劣化するという欠点がある。また、注目
ブロックの周辺ブロックのデータにエラーがない、とい
う制約条件も必要となる。

【００１０】さらに、根本的な問題として、上述の手法
では、わずかに得られた高々数個程度の係数データから
他の係数データを推定するため、得られる係数データの
精度は甚だ悪く、この手法を使用したところで、良好な
コンシール画像が得られない欠点があった。

【００１１】これに対し、真のデータを含む複数の交流
成分の係数データの組合せの中から、注目ブロックの復
号画像データの相関係数データが最大となるような組合
せを選択し、それを復号することにより復元画像を得る
という手法を提案している（特願平６−２２２２２号参
照）。従来の手法が、周辺ブロックとの間で破綻の起こ
らない様なデータを出力する程度のコンシールに留ま
り、真の復元データからはかけ離れた復元画像を出力す
る場合がほとんどであったのに対し、この手法は、必ず
正しいデータを含む複数組の切り出しデータの組合せの
中から復元データを選択するので、真の復元データ、も
しくは真の復元データに極めて近い復元データを出力で
きる可能性が高いという特長を有していた。

【００１２】ところで、この手法の実現においては、真
のデータを含む複数の交流成分の係数データの組合せの
すべてをＤＣＴデコードし、さらに各々のブロックの相
関係数データを検出し、その検出した相関係数データを
パラメータとし、比較するという処理が必要である。と
ころが、ＤＣＴデコードの計算量は決して少ないもので
はなく、また相関係数データ検出の計算量も少ないもの
ではない。にもかかわらず、この手法においては、コン
シールの性能を上げるためには、例えば２５６通りのＤ
ＣＴデコードを行い、さらに各々の相関係数データを検
出するという作業を行う必要があり、実際には小さなハ
ードウェアで上記手法を用いるのは困難であった。

【００１３】従って、この発明の目的は、以上の問題点
を解決した高能率符号化装置および方法を提供するもの
である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の画素
からなるブロックを単位として符号化して得られた係数
データを可変長符号化して伝送する方法であって、可変
長符号化のエラーの有無を示すエラーフラグを発生する
ための手段と、エラーフラグにより指示されるエラーデ
ータに関して、真のデータを含む複数のデータの組合せ
のそれぞれを出力する手段と、各データの発生確率を格
納したデータ記憶手段と、出力されたデータの中から発
生確率が最大になるようなデータの組合せを選択するた
めの手段と、選択されたデータの組合せを復号するため
の手段とからなることを特徴とする高能率符号化装置で
ある。また、この発明は、上述のような符号化を行う高
能率符号化方法である。

【００１５】

【作用】一般的に言って、ＤＣＴなど直交変換を施され
た画像データの係数データは０に集中して分布する。そ
こで、その発生確率の高い係数データに短い語長のコー
ドを割り当てて、発生確率の低い係数データに長い語長
のコードを割り当てることで、発生情報量を大幅に減ら
している。これが直交変換を用いた符号化の圧縮の基本
である。このように、直交変換を用いた符号化には各係
数データの出現確率に大きな差がある。データ中のある
１バイトにエラーが発生した場合、そのデータの本来の
値は定かではないが、そのデータが０から２５５までの
いずれかの値であることは確かであり、２５６通りのデ
ータ切り出しの中に正しい切り出し（＝正しいデータ）
が存在する。この発明においては、２５６通りのデータ
切り出しの中から係数データの発生確率をパラメータと
して、発生確率が最大となるような係数データの組合せ
を選択し、それを正しい組合せとして、その係数データ
をデコードし出力することで少ない計算量で、真の復号
値との誤差が小さい復号値を出力することが可能にな
る。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の高能率符号化装置および方
法を、ディジタルＶＴＲに適用した場合の実施例を、図
面を参照しながら説明する。ディジタルＶＴＲの再生側
の構成について、図１を参照して説明する。図１におい
て磁気ヘッド１からの再生データが回転トランス（図示
せず）および再生アンプ２を介してチャンネルデコーダ
３に夫々供給される。チャンネルデコーダ３において、
チャンネルコーディングの復調がされ、チャンネルデコ
ーダ３の出力信号がＴＢＣ回路（時間軸補整回路）４に
供給される。このＴＢＣ回路４において、再生信号の時
間軸変動成分が除去される。

【００１７】ＴＢＣ回路４からの再生データがＥＣＣ回
路５に供給され、エラー訂正符号を用いたエラー訂正が
行われる。ＥＣＣ回路５から発生する出力信号には、再
生データの他にエラー訂正した後のエラーの有無を示す
エラーフラグが含まれている。ＥＣＣ回路５の出力信号
がフレーム分解回路６に供給される。フレーム分解回路
６によって、画像データのブロック符号化データの各成
分が夫々分離されると共に、記録系のクロックから画像
系のクロックへの乗り換えがなされる。この発明は、こ
のフレーム分解回路６に関するものである。

【００１８】ＥＣＣ回路５の出力信号は、複数個のシン
クブロックＳＢから構成される。図２にシンクブロック
ＳＢの構成の一例を示す。シンクブロックＳＢは、複数
個の伝送単位ブロックＢＬから形成される。この伝送単
位ブロックＢＬは、一定長であり、この例では図３に示
すように２０バイト（＝１６０ビット）で構成される。
各伝送単位ブロックＢＬの定められた位置に量子化ステ
ップ幅を表すしきい値ＴＨ、直流成分の係数データＤＣ
および交流成分の係数データＡＣがそれぞれ配置されて
いる。

【００１９】図３に示すように、しきい値ＴＨに６ビッ
ト、直流成分の係数データＤＣに１０ビットが割り当て
られる。また、交流成分の係数データＡＣには１８バイ
ト（＝１４４ビット）が割り当てられる。この一実施例
では、ブロック変換符号として（８×８）のＤＣＴブロ
ックをコサイン変換し、直流成分ＤＣと６３個の交流成
分ＡＣ１〜ＡＣ６３をしきい値ＴＨと対応する量子化ス
テップ幅で量子化し、量子化出力を可変長符号化してい
る。また、データ１バイト（＝８ビット）毎にエラーの
有無を示すエラーフラグが１ビットずつ出力されてい
る。エラーフラグの’０’はエラー無し、’１’はエラ
ー有を意味するものとする。

【００２０】切り出し対象データにエラーがないとき
は、一般的な手法と同じく、ハフマンコードデータを１
ビットずつ切り出し、所定の個数だけ、交流成分の係数
データを切り出し、切り出された交流成分の係数データ
を出力する。ＥＣＣ回路５から発生する出力信号の一例
を図４に示す。今、注目ブロックの交流成分の係数デー
タが３バイト目の一番左のビットから右に向かって記録
されているとすると、フレーム分解回路６は、そのビッ
トから右に向かって、順にデータの切り出しを始める。
切り出し対象データにエラーがないので、交流成分の係
数データを正しく切り出すことが出来る。ハフマンテー
ブルは、この例では図５に示すものを使用するものとす
る。

【００２１】次に、切り出しデータ中にエラーがあると
きの動作について説明する。まず、一般的な手法につい
て説明を行う。図６の例では、４バイト目のデータにエ
ラーフラグが立っている。一般的な手法では、３バイト
目のデータの切り出しを終了した時点で、そのブロック
の交流成分の係数データの切り出しを終了し、それまで
に拾えた交流成分の係数データのみが出力される。この
例では、３バイト目のデータの切り出しを終了した時点
では、ＡＣ１の切り出しが終了していない。したがっ
て、交流成分の係数データが全く拾えないことになる。

【００２２】続いて、この発明の手法について説明を行
う。この発明が適用されたフレーム分解回路６の一例を
図７に示す。切り出しデータ中にエラーが発生した場
合、ＥＣＣ回路５の出力信号がデータ切り出し回路２１
に供給される。データ切り出し回路２１は、エラーの発
生した４バイト目のデータを０〜２５５まで変化させ、
２５６通りの交流成分の係数データの切り出しを行う。
切り出された２５６通りの交流成分の係数データは、交
流成分係数データメモリ２２に格納される。交流成分係
数データメモリ２２の一例を図９に示す。

【００２３】図８に示されている例は、４バイト目のデ
ータを０としてデータの切り出しを行ったものである。
この例では、図４と比較すると分かるように、ＡＣ２以
降でデータ切り出しに失敗しているために、ＡＣ１のみ
ならず、ＡＣ２以降のデータもでたらめなものになって
いる。

【００２４】交流成分係数データメモリ２２の出力デー
タ（２５６通りに切り出された交流成分の係数データ）
は、発生確率ＲＯＭ２３に供給される。発生確率ＲＯＭ
２３には、図１０に示す様に各ＡＣ成分毎に、係数デー
タの発生確率が格納されている。すなわち、６３個の係
数データＡＣ１〜ＡＣ６３のそれぞれに関して、０、±
１、±２、・・・の値が発生する確率のテーブルが発生
確率ＲＯＭ２３に格納されている。この発生確率ＲＯＭ
２３のテーブルは、多くの画像ソースを用いて、各ＡＣ
成分毎の係数データの発生確率を算出して、その平均的
な発生確率を求めることにより作成される。発生確率Ｒ
ＯＭ２３は、交流成分係数データメモリ２２の出力デー
タである、２５６通りに切り出された交流成分の係数デ
ータに対応する係数データの発生確率を検出し、発生確
率算出回路２４に供給する。

【００２５】発生確率算出回路２４では、発生確率ＲＯ
Ｍ２３から供給された２５６通りの交流成分の係数デー
タの各々の発生確率を用いて、以下の式（１）により、
２５６通りの組合せの発生確率ｐを算出する。

【００２６】ｐ＝ｐ₁×ｐ₂×・・・×ｐ₆₃ （１）ただし、ｐ_nは、係数データＡＣｎの発生確率である。

【００２７】発生確率算出回路２４の出力信号である、
２５６通りの係数データの組合せに対応する各々の発生
確率は、最大確率検出回路２５に供給される。

【００２８】最大確率検出回路２５は、２５６通りの発
生確率の中から最大となる発生確率を選択し、その発生
確率をもたらした交流成分の係数データの組合せを交流
成分係数データメモリ２２から読み出し、フレーム分解
回路６の出力として出力する。

【００２９】フレーム分解回路６で分離された各データ
がブロック復号回路７に供給され、各ブロック単位に原
データと対応する復元データが復号される。すなわち、
可変長符号の復号と逆量子化とＩＤＣＴがなされる。そ
して、図１に示すように、ブロック復号回路７からの画
像の復号データが分配回路８に供給される。この分配回
路８で、復号データが輝度信号Ｙ、色差信号Ｕおよび色
差信号Ｖに分離される。輝度信号Ｙ、色差信号Ｕおよび
色差信号Ｖがブロック分解回路９、１０および１１に夫
々供給される。ブロック分解回路９、１０および１１
は、ブロックの順序の復号データをラスター走査の順に
変換する。

【００３０】ブロック分解回路９、１０および１１から
の出力信号は、エラー修正回路１２、１３および１４に
夫々供給される。エラー修正回路１２、１３および１４
は、エラーであるデータを周辺のデータで補整する。エ
ラー修正回路１２からのディジタル輝度信号Ｙは、出力
端子１５Ｙに取り出される。また、エラー修正回路１３
からのディジタル色差信号Ｕは、出力端子１５Ｕに取り
出され、エラー修正回路１４からのディジタル色差信号
Ｖは、出力端子１５Ｖに取り出される。

【００３１】上述の一実施例に示されるこの発明を要約
すると、この発明は、複数組の切り出しデータの組合せ
の中から、係数データの発生確率をパラメータとして、
最も発生する可能性の高い組合せを“正しい”組合せと
して選び出すものである。これに対して、一般的な手法
である、ブロックにエラーが発生した場合には周囲およ
び過去のデータを用いて補間するという方法や、既に提
案されている、エラーなしに拾い出すことの出来た数少
ない交流成分の係数データと、周辺ブロックの復元デー
タから、失われた交流成分の係数データを推定する、と
いう手法は、周辺のブロックとの間で破綻の起こらない
ようなデータを出力することは可能な場合が多いが、真
の復元データからはかけ離れた値になることがほとんど
であり、エラーが発生したブロックに関しては、それほ
ど良好な復元画像を得ることが出来ない。

【００３２】これに対し、この発明の手法は、必ず正し
いデータを含む複数組の切り出しデータの組合せの中か
ら、データを選択するので、真の復元データそのものを
復元できる可能性も大きく、それに失敗した場合でも、
真の復元データに極めて近いデータを出力できる可能性
が高い。また、選択のパラメータとして相関係数データ
を用いる方法では、あらゆる組合せに対して一度ＤＣＴ
デコードし、さらに相関係数データを求める必要がある
ため、計算量が大きくなる。しかしながら、この実施例
では、係数データの発生確率そのものをパラメータとし
て用いるので、ＤＣＴデコードの必要がなく、計算量が
小さいのが特徴である。また、この発明の方式では、一
切の記録情報量の増大は発生しない。

【００３３】上述の一実施例では、エラーフラグの立っ
ているバイトを０〜２５５の出現可能なすべての値に変
化させているが、エラーフラグを参照してバイトエラー
が少ないときには、エラーの発生したバイトのデータの
うち、１ビットのみにエラーが発生しているものとみな
して、変化の範囲を限定しても良い。すなわち、エラー
があるバイトの各ビットを反転させた８通りのパターン
にビットを全く反転させないデータを加えた９通りのパ
ターンに関して、上述と同様に係数データの発生確率の
算出を行い、最大発生確率を示すデータを正しいものと
推定しても良い。ただし、最大発生確率が、予め定めた
しきい値より小さいときは、上述の９通りのパターンの
中には正しいデータはないと判定しブロックエラーとし
て修正を行う。図８に示す４バイト目のデータは、第２
番目のビットが反転した例である。

【００３４】なお、この実施例の説明では、ＤＣＴを用
いたが、この発明はＤＣＴに限られるものでなく、エン
トロピー符号を用いる符号化一般について適用可能であ
る。

【００３５】なお、この発明はディジタルＶＴＲに適用
される場合のみでなく、種々の伝送路を用いる場合にも
適用可能である。

【００３６】ここで、図１１は、この発明の高能率符号
化方法の一実施例を説明するフローチャートである。ま
ず、ステップ３１のエラー有りでは、ＥＣＣ回路５にお
けるエラー訂正の処理の結果から、注目データについて
のエラーの有無が判断される。ステップ３１において、
エラーが無いと判断された場合、ステップ３２（データ
切り出し）へ制御が移り、ステップ３２では、１通りデ
ータの切り出しが行われ、このフローチャートは、終了
する。また、ステップ３１において、エラーが有ると判
断された場合、ステップ３３へ制御が移る。ステップ３
３の２５６通りの切り出しでは、注目データを０〜２５
６通りまで変化させ、２５６通りの交流成分の係数デー
タの切り出しがなされる。

【００３７】切り出された２５６通りの係数データは、
ステップ３４の係数データ格納において、交流成分係数
データメモリ１７に格納されると共に、その係数データ
は、ステップ３５（係数データの発生確率の読出）へ供
給される。ステップ３５では、上述した図１０に示すよ
うに各ＡＣ成分毎に、係数データの発生確率が格納され
ているメモリから各ＡＣ成分毎の各係数データの平均的
な発生確率が読み出される。このメモリは、多くの画像
ソースを用いて、各ＡＣ成分毎の各係数データの発生確
率を算出して、その平均的な発生確率を求めることによ
り作成される。すなわち、２５６通りに切り出された交
流成分の係数データに対応する係数データの発生確率が
読み出される。

【００３８】読み出された発生確率は、ステップ３６の
各組合せの発生確率の算出では、２５６通りの交流成分
の係数データの各々の発生確率を用いて、上述した式
（１）により、２５６通りの組合せの発生確率ｐが算出
される。ステップ３７の最大値の算出では、ステップ３
６から供給された各組合せ毎の発生確率の最大値が算出
され、ステップ３８のしきい値以上では、算出された最
大値がしきい値以上か否かが判断される。ステップ３８
において、しきい値以上と判断された場合、ステップ３
９（係数データの切り出し）へ制御が移り、しきい値以
下と判断された場合、ステップ４０（エラーフラグ）へ
制御が移る。

【００３９】ステップ３９では、しきい値以上となる最
大値となるような係数データが交流成分係数データメモ
リ１７から読み出され、このフローチャートは、終了す
る。ステップ４０では、正しいデータが得られなかった
と判定して、エラーフラグを立て、このフローチャート
は終了する。すなわち、このフローチャートは、ステッ
プ３２、３９および４０の制御が終了し、データがブロ
ック復号回路７へ供給される。

【００４０】

【発明の効果】この発明に依れば、エラーが発生したブ
ロックのデータに関しても真の復号値、もしくは真の復
号値に極めて近い復号値が得られる可能性が大きいた
め、例えばディジタルＶＴＲにこの発明を適用したと
き、再生データにエラーが発生したときでも、良好な再
生画像を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る高能率符号化装置の一実施例の
ディジタルＶＴＲのブロック図である。

【図２】シンクブロックＳＢの一例を示す図である。

【図３】伝送単位ブロックＬＢの一例を示す図である。

【図４】この発明のフレーム分解回路の動作を説明する
ための図である。

【図５】ハフマンコードの一例を示す図である。

【図６】従来方式のフレーム分解回路の動作を説明する
ための図である。

【図７】この発明のフレーム分解回路の一実施例を示す
ブロック図である。

【図８】この発明のフレーム分解回路の動作を説明する
ための図である。

【図９】この発明に係る交流成分係数データメモリの一
例を示す図である。

【図１０】この発明に係る発生確率ＲＯＭの一例を示す
図である。

【図１１】この発明の高能率符号化方法の一実施例を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

５ＥＣＣ回路６フレーム分解回路７ブロック復号回路２１データ切り出し回路２２交流成分係数データメモリ２３発生確率ＲＯＭ２４発生確率算出回路２５最大確率検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素からなるブロックを単位とし
て符号化して得られた係数データを可変長符号化して伝
送する方法であって、可変長符号化のエラーの有無を示すエラーフラグを発生
するための手段と、上記エラーフラグにより指示されるエラーデータに関し
て、真のデータを含む複数のデータの組合せのそれぞれ
を出力する手段と、上記各データの発生確率を格納したデータ記憶手段と、上記出力されたデータの中から発生確率が最大になるよ
うなデータの組合せを選択するための手段と、上記選択されたデータの組合せを復号するための手段と
からなることを特徴とする高能率符号化装置。
【請求項２】複数の画素からなるブロックを単位とし
て符号化して得られた係数データを可変長符号化して伝
送する方法であって、可変長符号化のエラーの有無を示すエラーフラグを発生
するためのステップと、上記エラーフラグにより指示されるエラーデータに関し
て、真のデータを含む複数のデータの組合せのそれぞれ
を出力するステップと、上記各データの発生確率を格納したステップと、上記出力されたデータの中から発生確率が最大になるよ
うなデータの組合せを選択するためのステップと、上記選択されたデータの組合せを復号するためのステッ
プとからなることを特徴とする高能率符号化方法。