JPH0834432B2 - 符号化装置及び符号化方法 - Google Patents

符号化装置及び符号化方法

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JPH0834432B2
JPH0834432B2 JP1021672A JP2167289A JPH0834432B2 JP H0834432 B2 JPH0834432 B2 JP H0834432B2 JP 1021672 A JP1021672 A JP 1021672A JP 2167289 A JP2167289 A JP 2167289A JP H0834432 B2 JPH0834432 B2 JP H0834432B2
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茂徳 木野
雅之 吉田
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    • H04N1/411—Bandwidth or redundancy reduction for the transmission or storage or reproduction of two-tone pictures, e.g. black and white pictures
    • H04N1/413—Systems or arrangements allowing the picture to be reproduced without loss or modification of picture-information
    • H04N1/417—Systems or arrangements allowing the picture to be reproduced without loss or modification of picture-information using predictive or differential encoding
    • H—ELECTRICITY
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    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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    • H—ELECTRICITY
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は画像情報などの符号化装置及び符号化方法
に関するものである。
［従来の技術］ マルコフ情報源の符号化についてはシンボル系列を数
直線上で0.0から1.0迄の間に写像しその座標を例えば２
進表示したものを符号語として符号化する数直線表示符
号化方式が知られている。第２図はその概念図であり、
簡単のために２値情報源としシンボル“1"の出現確率を
ｒ、“0"の出現確率を１−ｒとした無記憶情報源を示し
ている。出力系列長を３とすると、右端のＣ（000）〜
Ｃ（111）のそれぞれの座標を２進表示し、区別のつく
桁迄で打切ってそれぞれの符号語とすれば受信側では送
信側と同様の過程を終わることにより復号が可能であ
る。
このような系列では第ｉ時点でのシンボル系列のマッ
ピング範囲Ai、その小さい方の座標はCiは、 出力シンボルaiが０の時（優勢シンボル：以下MPSと
いう） Ai＝（１−ｒ）Ai-1 Ci＝Ci-1＋rAi-1 出力シンボルaiが１の時（劣勢シンボル：以下LPSと
いう） Ai＝rAi-1 Ci＝Ci-1 となる。
また、An overview of the basic principles of the
Q−Coder adaptivebinary arithmetic coder（IBM Jou
nal of Reserch and Development VOL.32 No.6 NOV.198
8）に記載されているように、掛算等の演算回数を減ら
すために、rAi-1を必ずしも演算せずに、複数個の固定
値を用意しその中からある値を選択することが考えられ
ている。
すなわち、前述の式のrAi-1をＳとおくと ai＝０の時 Ai＝Ai-1−Ｓ Ci＝Ci-1＋Ｓ ai＝１の時 Ai＝Ｓ Ci＝Ci-1 となる。
ただし、この場合Ai-1はシンボルの遂次出力にしたが
って遂次小さくなってゆくのでＳも遂次小さくなる必要
があり、演算精度を保つためにAi-1を２のべき乗倍する
（以下正規化するという）ことが必要となり、実際の符
号語では、上記固定値は常に同じであるものとし、演算
時に２のべき乗分の１（即ち２進数のシフト）すること
で処理している。
［発明が解決しようとする課題］ さて、上記したようにＳとして一定値を用いると特に
Ｓが大きく、正規化されたAi-1が相対的に小さいときに
は問題があった。
以下にその例を示す。Ai-1が0.5を若干越えていたと
するとaiがMPSの時のAiは極めて小さくなりaiがLPSの時
の範囲Ｓより小さくなることがある。即ち本来MPSの方
の出現確率の方が高いにもかゝわらずMPSに割り当てら
れる領域がLPSに割り当てられる領域より小さくなるわ
けでありこれは符号化効率の低下につながる。仮に必ず
MPSに割り当てられる領域がLPSに割り当てられる領域よ
り大であるようにするとAi-1＞0.5よりＳは0.25以下と
する必要が生じる。従ってＳ＝0.25とすると、前シンボ
ルの範囲Ai-1が1.0の時はｒ＝0.25となり、Ai-1が0.5に
近い時はほぼｒ＝0.5となるため、結局、符号化の上で
はLPSの出現比率が1/4から1/2の間で変動すると考えて
いることになりこの変動幅を少なくできれば出現比率に
応じた領域割当ができ符号化効率の向上が期待できる。
本発明は上記のような問題点を解消するためになされた
もので特にLPS（劣勢シンボル）の出現比率が1/2に近い
場合に効率向上が著しい。
［課題を解決するための手段］ この発明の請求項１に係わる符号化装置は、優勢シン
ボルと劣勢シンボルとの数線上の範囲を比較する比較手
段と、この比較手段の比較結果にもとづき、劣勢シンボ
ルの範囲が優勢シンボルの範囲を越えないように数線上
の劣勢シンボルの範囲と優勢シンボルの範囲とを制御す
る制御手段を備えたものである。
また、この発明の請求項２に係わる符号化方法は、優
勢シンボルと劣勢シンボルとの数線上の範囲を比較する
第１のステップと、この第１のステップの比較結果にも
とづき、劣勢シンボルの範囲が優勢シンボルの範囲を越
えないように数線上の劣勢シンボルの範囲と優勢シンボ
ルの範囲を制御する第２のステップとを備える。
また、この発明の請求項３に係わる符号化装置は、優
勢シンボルに割り当てる数線上の範囲と所定値とを比較
する比較する比較手段と、優勢シンボルに与えられる範
囲が数線上で所定値を下回る場合、優勢シンボルの範囲
の所定値を下回る値の半分の値を劣勢シンボルの範囲か
ら優勢シンボルの範囲に移すように優勢シンボルと劣勢
シンボルとの数線上の範囲を制御する制御手段を備えた
ものである。
また、この発明の請求項４に係わる符号化方法は、優
勢シンボルに割り当てる数線上の範囲と所定値とを比較
する第１のステップと、優勢シンボルに与えられる範囲
が数線上で所定値を下回る場合、優勢シンボルの範囲の
所定値を下回る値の半分の値を劣勢シンボルの範囲から
優勢シンボルの範囲に移すように優勢シンボルと劣勢シ
ンボルとの数線上の範囲を制御する第２のステップとを
備える。
［作用］ 以上のように構成された請求項１の符号化装置は、比
較結果にもとづき、劣勢シンボルの範囲が優勢シンボル
の範囲を越えないように数線上の劣勢シンボルの範囲と
優勢シンボルの範囲とを制御する。
また、請求項２の符号化方法は、比較結果にもとづ
き、劣勢シンボルの範囲が優勢シンボルの範囲を越えな
いように数線上の劣勢シンボルの範囲と優勢シンボルの
範囲を制御する。
また、請求項３の符号化装置は、劣勢シンボルに割り
当てる数線上の範囲が、優勢シンボルに割り当てる数線
上の範囲を越えた場合（優勢シンボルに与えられる範囲
が数線上で所定値を下回る場合）、優勢シンボルの範囲
の所定値を下回る値の半分の値を劣勢シンボルの範囲か
ら優勢シンボルの範囲に移すように優勢シンボルと劣勢
シンボルとの数線上の範囲を制御する。
また、請求項４の符号化方法は、劣勢シンボルに割り
当てる数線上の範囲が、優勢シンボルに割り当てる数線
上の範囲を越えた場合（優勢シンボルに与えられる範囲
が数線上で所定値を下回る場合）、優勢シンボルの範囲
の所定値を下回る値の半分の値を劣勢シンボルの範囲か
ら優勢シンボルの範囲に移すように優勢シンボルと劣勢
シンボルとの数線上の範囲を制御する。
［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示すものである。
（１）は加算器であり直前のオフセット演算部（３）の
出力に、入力されるＳの値を加えてLPSの上位アドレス
を算出する。この値を0.5と比較するのが（２）の比較
器である。もし0.5以下であり発生シンボルが優勢シン
ボル（MPS）であれば（３）のオフセット演算部の処理
は上記Ｓの加算でとどまる。同様に（２）の比較器で0.
5以下と判断され、発生シンボルが劣勢シンボル（LPS）
であればベース演算装置（４）でベース演算を行いベー
ス座標を符号として出力する。またＳの値から正規化す
る（有効範囲を0.5〜1.0にする）ために必要な倍数（2n
倍）を求めそれをシフト桁数として出力するのが（５）
のシフト桁数演算部である。
次に（２）の比較器で0.5（10進）をこえると判断さ
れた時は（６）のLPS上位アドレス補正器でLPSの上位ア
ドレスが補正されたMPS或はLPSであるかに基いて（４）
でベース演算、（５）でシフト桁数演算を行い、ベース
座標とシフト桁数を出力する。上述のように、入力され
るＳの値を加えられて算出されたLPSの上位アドレスが
0.5をこえるということは、数直線上の劣勢シンボルの
範囲が、数直線上の優勢シンボルの範囲を越えている場
合がある。尚、出力された符号語は加算レジスタにおい
て加算されて符号語となる。またシフト桁数は次に出力
される符号語を加える位置を何桁シフトするかを示して
いる。上記の処理をより正確に表現するために第３図及
び第４図に符号化と復号化のフローチャートを掲げる。
いずれもＳを1/2のべき乗に選んだ場合を示している。
また、実施例においては、比較手段として、比較器
（２）が用いられており、制御手段として上位アドレス
補正装置（６）が用いられている。
次に具体的な符号化例を示す。第５図で座標は２進表
示されているとする。Ｓは1/8もしくは1/4とする。マル
コフ情報源でマルコフ状態から最小Ｓ＝1/8が知られて
いるとする。この時.000から.001に１（LPS）がわりあ
てられ、.001から1.000に０（MPS）がわりあてられる。
さて０シンボルが発生したとすると.001から1.000に範
囲が限定される。この時オフセットは.001となる。次の
シンボルについては１の出現確率からＳ＝1/4を用いる
ことが送受信共に知られているので.001から.011に１が
割りあてられる。ここで０が出現すると数直線の範囲
は.011から1.000に変化する。次にＳ＝1/4とするとLPS
の割当範囲の上限が.011＋.01＝.101で0.1（10進で0.
5）をこえるので0.1をこえた分を半分にする補正を行う
と.1001となる。
ここでLPSが出現しておりLPSの領域の大きさは.1001
−.011＝.0011であるので次に22倍すれば0.1（10進で0.
5）をこえる。従ってシフト桁数は２となる。ベースは.
1001−.01＝.0101でありこの値を符号語として出す。新
しいオフセットは.011−.0101＝.0001を２桁シフトする
ので0.01となる。次にＳ＝1/8として.01＋.001＝.011が
０と１の境めとなる。ここで ０が発生するとオフセットは.011に上がる。ここで とすると.011＋.01＝0.101＞0.1で0.1をこえるので0.1
をこえた分を半分にすると.1001となる。シンボルが０
であると０の領域は0.1を割るのでベース値.1000に対応
する1000を符号語出力として出して２倍に正規化する必
要がある。.1000がベースなので新しいオフセットは
（0.1001−0.1）の21倍で0.001となる。次の状態は でありMPSが出現したとするとオフセットは0.001＋0.00
1＝0.010となる。更に次の状態は とすると１（LPS）が出現すればオフセット値.0100が符
号語として出力される。
最終的な符号語としては以上出された符号語とシフト
桁をもとに演算されたものとなる。（第５図下に示す） なおＳの値としては1/2,1/4,1/8など1/2のべき乗とな
る値のセットから選択するようにするとMPSの割当領域
が正規化数直線上で0.5を下回る場合の修正によりＳの
値が変動しても正規化のための２のべき乗倍数は不変で
あるので都合が良い。
さて、上記した方式に従い０（MPS）と１（LPS）に領
域を与えるとＳの値とＳが決まった時のLPSの想定出現
比率ｒの関係は となる 従ってＳ＝1/2なら となり安定している またＳ＝1/4なら である 一方従来通りＳを固定とするとLPSの想定出現比率ｒは 即ちｒの変動範囲は従来方式の方が大きいため本提案
方式の方が効率が良いこととなる。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば数線符号化に於いてLP
Sに割当てられる領域をよりLPS出現確率に応じて選択で
きるためより効率の良い符号化を実現できる効果があ
る。
なお、多値情報源はツリー展開により容易に２値情報
源に変換できるので、本発明が多値情報源に適用できる
ことはいう迄もない。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による符号化装置を示す
図、第２図は数直線符号化の概念を示す従来図、第３図
は本発明の一実施例における符号化フローチャート図、
第４図は本発明の一実施例における復号化フローチャー
ト、第５図は本発明の一実施例における動作例である。 （１）は加算器でありLPSの上位アドレスを算出する。
（２）は（１）で求めたLPSの上記アドレスが0.5（10
進）をこえているかを判定する比較器、（３）はオフセ
ット演算装置、（４）はベース演算装置、（５）はシフ
ト桁数演算装置、（６）はLPSの上位アドレス補正装置
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 智広 神奈川県鎌倉市大船５丁目１番１号 三菱 電機株式会社通信システム研究所内 (56)参考文献 電子情報通信学会春季全国大会講演論文 集（1989）、小野、木村、木野、吉田、 Ｐ．１−152

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ディジタル信号の符号化にあたり、出現確
    率の高いシンボルである優勢シンボルと出現確率の低い
    シンボルである劣勢シンボルとを、前シンボルの数線上
    の範囲（Ai-1）及び劣勢シンボルの数線上の所定範囲
    （Ｓ）にもとづいて、数線上の所定の範囲に対応させ、
    その数線上の座標を符号語として出力する符号化装置に
    おいて、 優勢シンボルと劣勢シンボルとの数線上の範囲を比較す
    る比較手段と、 この比較手段の比較結果にもとづき、数線上の劣勢シン
    ボルの範囲が数線上の優勢シンボルの範囲を越えないよ
    うに数線上の劣勢シンボルの範囲と数線上の優勢シンボ
    ルの範囲とを制御する制御手段を備えたことを特徴とす
    る符号化装置。
  2. 【請求項２】ディジタル信号の符号化にあたり、出現確
    率の高いシンボルである優勢シンボルと出現確率の低い
    シンボルである劣勢シンボルとを、前シンボルの数線上
    の範囲（Ai-1）及び劣勢シンボルの数線上の所定範囲
    （Ｓ）にもとづいて、数線上の所定の範囲に対応させ、
    その数線上の座標を符号語として出力する符号化方法に
    おいて、 優勢シンボルと劣勢シンボルとの数線上の範囲を比較す
    る第１のステップと、 この第１のステップの比較結果にもとづき、数線上の劣
    勢シンボルの範囲が数線上の優勢シンボルの範囲を越え
    ないように数線上の劣勢シンボルの範囲と優勢シンボル
    の範囲を制御する第２のステップとを備えたことを特徴
    とする符号化方法。
  3. 【請求項３】ディジタル信号の符号化にあたり、出現確
    率の高いシンボルである優勢シンボルと出現確率の低い
    シンボルである劣勢シンボルとを、前シンボルの数線上
    の範囲（Ai-1）及び劣勢シンボルの数線上の所定範囲
    （Ｓ）にもとづいて、数線上の所定の範囲に対応させ、
    その数線上の座標を符号語として出力する符号化装置に
    おいて、 優勢シンボルに割り当てる数線上の範囲と所定値とを比
    較する比較する比較手段と、 優勢シンボルに与えられる範囲が数線上で所定値を下回
    る場合、優勢シンボルの範囲の所定値を下回る値の半分
    の値を劣勢シンボルの範囲から優勢シンボルの範囲に移
    すように優勢シンボルと劣勢シンボルとの数線上の範囲
    を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする符号化
    装置。
  4. 【請求項４】ディジタル信号の符号化にあたり、出現確
    率の高いシンボルである優勢シンボルと出現確率の低い
    シンボルである劣勢シンボルとを、前シンボルの数線上
    の範囲（Ai-1）及び劣勢シンボルの数線上の所定範囲
    （Ｓ）にもとづいて、数線上の所定の範囲に対応させ、
    その数線上の座標を符号語として出力する符号化方法に
    おいて、 優勢シンボルに割り当てる数線上の範囲と所定値とを比
    較する第１のステップと、 優勢シンボルに与えられる範囲が数線上で所定値を下回
    る場合、優勢シンボルの範囲の所定値を下回る値の半分
    の値を劣勢シンボルの範囲から優勢シンボルの範囲に移
    すように優勢シンボルと劣勢シンボルとの数線上の範囲
    を制御する第２のステップとを備えたことを特徴とする
    符号化方法。
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