JPH08509583A - 差動コード化およびデコード方法ならびに関連回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 差動コード化およびデコード方法ならびに関連回路を開示している。差動コード化は特別のタイプのコード化であり、これは入力信号を直接コード化する代りに、信号とその予測信号との差を形成する。これは送信される情報の減少を可能にする。発明された方法はさらに信号冗長度および送信される情報を減少することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 差動コード化およびデコード方法ならびに関連回路 本発明は差動コード化およびデコード用方法ならびに回路に関する。 送信される情報を減少するために通常使用される方法は、送信される信号と予 測される信号との差を形成する方法である。 この点では、入力信号がある値の範囲内に限定されるならば、入力信号と予測 される信号の間の差を形成することにより得られる信号は二重の範囲を有すると いう問題が生じる。 もとの信号の範囲内に差信号を維持することができる簡単なアルゴリズムが知 られている。 本発明の目的は送信される情報の冗長度を実効的に減少することができる差動 コード化およびデコード方法を提供することである。 それ故、本発明によると、コード化方法は請求項１に、デコード方法は請求項 ８に、関連回路は請求項９、１０に、ビデオ信号への特定の応用方法は請求項３ にそれぞれ記載されているように構成される。本発明は後述の説明からより明白 になるであろう。 差動コード化は特別のタイプのコード化であり、これは直接入力信号をコード 化する代りにこの信号とその予測される信号との差を形成する。入力信号の予測 に関しては、任意のタイプの予測装置の使用が可能であり、最も簡単な場合には 前にコード化された値が予測信号として使用されることができる。 入力信号値がセット（−範囲，……，範囲−１）から構成され、範囲は正の整 数であると仮定すると、この信号と予測信号との差は二重の範囲を有する結果と なる。 それ故、差信号がもとの範囲内に導かれることができる方法に関して問題が生 じる。 ここで説明されているアルゴリズムは文献から知られており、もとの範囲の信 号内に差信号を維持する最も簡単な方法である。 ｖａｌを予測されるサンプル値とし、 ｐｒｅｄを予測値とする。 アルゴリズムは以下の通りである。 Δ＝ｖａｌ−ｐｒｅｄ； （Δ＜−範囲）であるならば、Δ＝Δ＋２範囲； また（Δ＞範囲−１）であるならば、Δ＝Δ−２範囲； １実施例では、本発明はもとの範囲内の差信号値を維持することに加えてさら に圧縮を実行する。 基礎的な考えは、予測信号が与えられれば、差値はできる限り予測値に近似し た小さい値を有するように割当てられることである。この方法で、より確率の高 い値が小さい数に割当てられる。 アルゴリズムは以下の通りである。 Δ＝ｖａｌ−ｐｒｅｄ； 範囲_Δ＝範囲； （ｐｒｅｄ＞０）であるならば、範囲_Δ＝範囲−ｐｒｅｄ−１であり； また（ｐｒｅｄ＜０）であるならば、範囲_Δ＝範囲＋ｐｒｅｄであり； （｜Δ｜＞範囲_Δ）ならば、 （（｜Δ｜−範囲_Δ＋１）ｍｏｄ２＝＝０）であるならば、ｓｎ＝−１で あり； また（（｜Δ｜範囲_Δ＋１）ｍｏｄ２＝＝１）であるならば、ｓｎ＝＋１ であり； Δ＝（範囲_Δ＋（｜Δ｜−範囲_Δ＋１）／２）ｓｎ； 入力信号が多数回ゼロであるとき、前の信号との差動作は存在するゼロをいく つか消去する傾向がある。 情報の結果的な圧縮でこれらは非常に有効な方法でエンコードされることがで きるので、ゼロのシーケンス維持が便利である。 本発明の別の実施例では、値がゼロのとき信号の絶対コード化を実行すること によりゼロの数は差動動作しても変化しない。 アルゴリズムは以下の通りである。 （ｖａｌ＝＝０）であるならば、Δ＝０であり； また（ｐｒｅｄ＝＝０）であるならば、Δ＝ｖａｌであり； また（ｐｒｅｄ＞０）であるならば、 Δ＝ｖａｌ−ｐｒｅｄ； Δ＝Δ＋１であり； また（ｐｒｅｄ＜０）であるならば、 Δ＝ｖａｌ−ｐｒｅｄ； Δ＝Δ−１である； 差信号範囲の制御はここでは導入していない。しかしながら前述のアルゴリズ ム技術は拡張されることができる。 前述の方法のビデオ信号への応用を説明する。 システムの基本的なブロックはより高いエネルギ変換係数の変化範囲が減少さ れることを可能にする予測装置である。送信される差信号は後続のコード化に非 常に便利である統計的特性を有する。 その方法はビデオ画像成分、輝度およびクロミナンスのコード化に適用され、 ＤＣＴ（ディスクリートなコサイン変換）を利用する。 デジタル画像は複数のラインからなり、各ラインは通常“画素”と呼ばれる多 数の点により形成される。 ここで参照されるビデオコード化技術は画像を８×８画素のブロックに分解し 、二重次元ＤＣＴを各ブロックに適用するすることを行う。このような動作は各 ブロックの画素の空間的冗長度が減少されることを可能にする。 この点では、各ブロック内のＤＣＴ係数は相互に相関されず、近接ブロック間 における残りの相関が見られる。 本発明の方法では、画像の条帯に沿ったブロックが考慮されている。特に、各 条帯の第１のブロックは処理せずに送信され、次のブロックから始まり、本発明 の方法はより高い加 重係数の値を減少するように適用される。 アルゴリズムはそれぞれ変換された８×８ブロックの第１の列の係数のみを考 慮し、このような係数は、インターレースした走査では最も重要な垂直周波数を 表すので、通常高い加重係数である。 それ故、現在のブロックを処理中であるとき、算定される第１の列のブロック を除いて、全ての先行するブロックと、現在のブロックの全ての係数を知る。 この方法は（空間ドメインの）波形を現在のブロックと先行するブロックとの 間の境界に連結することを含んでいる。 そうするため、先行するブロックは列により変換を防止され、最後の列が決定 され、また現在のブロックは第１の列を決定するために列により変換を防止され るが、この状況では第１の列のＤＣＴ係数は知られておらず、それ故変換防止の 未知数のように見える。 この時点で、（空間ドメインの）共通の境界で２つの列を連結することにより ２つのブロックの間の連続性が与えられる。 このように得られたシステムから第１の列の未知の項が得られる。 全てのこの処理は単に以下の計算からなる。 ここで、 従って得られた予測値は真の値から減算され、差が送信される。 前述の式により算定された値は可能な範囲外の値とも想定され、このような状 況では、最も近接した端部での飽和が単に実行されることに留意する。 次のステップは各対の同一係数に対して適切な加重の係数を導入することから なる。この方法で、特に画像が１つのブロックと他のブロックで非常に大きく変 化するならば、境界で列を連結することは適切ではない。このような訂正は高次 の係数では特に必須のものである。 この場合、式は以下のようになる。 ここで、 Ｋ_X＝加重係数である。 実行されるシミュレーションから、システムの性能は加重係数の変化にそれほ ど感度がなく、よってこれらは全て等し く選択され、値は関連するハードウェアを簡単にするために基数の２つのベキ乗 の和により与えられることが分かる。 この状況では、通常算定された値は割当てられた値よりも大きいビット数であ り、飽和された簡単な均一の量子化は再度正確な範囲の信号につながる。 予測値は以下の２つの異なったアルゴリズム即ち、ＤＣＴ係数が００指数を有 する場合と他の係数の場合とのアルゴリズムにより真の値から減算される。 ＤＣＴ係数の指数が００であるとき、第１に説明したアルゴリズムが使用され 、これは予測されたエラー範囲の減少を可能にする。実際、このような係数は疑 似均一確率分布を有し、予測された値を有する差動作はこのような分布をラプラ ス分布に変換し、これは連続するコード化では非常に便利である。 予測される他の係数に対して、これらは多数回ゼロであるので、ゼロを維持し た差動のアルゴリズムが使用される。 高次の係数の場合、このように実行された予測は信号の顕著な圧縮が達成され ることを可能にし、このような状況では係数は処理なしに送信される。 差信号デコードに関する限り、コード化アルゴリズムについて前述された動作 に関して反対の動作を実行することで十分である。 本発明による前記方法を実行する回路は、少なくとも１つの予測装置、加算器 または減算器および計算等を実行できるデジタル信号プロセッサ等の手段を具備 している。 最も簡単な場合、予測装置は遅延ライン等で構成されることができ、先に送信 された値を出力する。明らかに、本発明の技術的範囲内に入る前述の方法および 回路の幾つかの変形が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月２３日 【補正内容】 明細書 差動コード化およびデコード方法ならびに関連回路 本発明は差動コード化およびデコード用方法ならびに回路に関する。 送信される情報を減少するために通常使用される方法は、送信される信号と予 測される信号との差を形成する方法である。 この点では、入力信号がある値の範囲内に限定されるならば、入力信号と予測 される信号の間の差を形成することにより得られる信号は二重の範囲を有すると いう問題が生じる。 もとの信号の範囲内に差信号を維持することができる簡単なアルゴリズムが知 られている。 例えば文献（W．K．Pratt氏によるDigital Image Processing、1978年、John Wiley & Sons、米国、セクション22.5.3、“Differential Pulse Code Modulati on”、641〜645頁）はビデオ信号のコード化方法を開示しており、ここで実際の 画素とその評価値との差は量子化され送信用にコード化される。さらに、小さい 差が大きな差よりも多数である事実によって可変の長さのコードを使用しより大 きなコード化された圧縮語を達成することができる。 また、これは別の文献（Electronics & Communications、日本、Part 1、73巻 、n.6、1990年６月、12〜21頁、Y．Izawa氏による“Improvement of picture co ding and picture efficiency using Discrete Cosine Transform”）からも知 られており、画像品質とコード化の効率の改良はディスクリートなコサイン変換 を使用している。 本発明の目的は送信される情報の冗長度を実効的に減少することができる差動 コード化およびデコード方法を提供することである。 それ故、本発明によると、コード化方法は請求項１に、また関連回路は請求項 ３に記載されているように構成される。本発明は後述の説明からより明白になる であろう。 差動コード化は特別のタイプのコード化であり、これは直接入力信号をコード 化する代りにこの信号とその予測される信号との差を形成する。入力信号の予測 に関しては、任意のタイプの予測装置の使用が可能であり、最も簡単な場合には 請求の範囲 （１）ビデオ信号のコード化方法において、 前記ビデオ信号のＸ行とＹ列のブロックを考慮し、 前記ブロックの二重次元のディスクリートなコサイン変換を計算し、 各変換ブロックの第１の列の変換係数を予測し、 前記真の値がゼロとは異なるならば、前記各変換係数の真の値と、その予測値 の差を行うステップを含み、 前記変換ブロックの別の列の係数と先行する変換ブロックの係数を使用して各 変換ブロックの第１の列の前記変換係数を予測し、 より確率の高い差値をより小さい数と関連することによって前記差をコード化 し、それによって前記数を前記真の値の最初の値の範囲内に維持し、 前記真の値が０に等しいならば、前記変換係数の真の値をコード化することを 特徴とする方法。 （２）各ブロックの前記予測された第１の列が以下の計算により計算されること を特徴とし、 ここで、 Ｋ_X＝加重係数である請求項１記載の方法。 （３）ビデオ信号のコード化回路において、 前記ビデオ信号のＸ行とＹ列のブロックを考慮する手段と、 前記ブロックの二次元のディスクリートなコサイン変換を計算する手段と、 各変換ブロックの第１の列の変換係数を予測する手段と、 前記真の値がゼロとは異なっているならば、前記各変換係数の真の値と、その 予測値の差を形成するステップを有し、 各変換ブロックの第１の列の変換係数を予測する前記手段は前記変換ブロック の列の係数と先行する変換ブロックの係数を使用し、 前記回路はさらに、 より確率の高い差値をより小さい数と関連することによって前記差をコード化 し、それによって前記数を前記真の値の最初の値の範囲内に維持する手段と、 例えば前記真の値がゼロに等しいならば、前記変換係数の真の値をコード化す る手段とを具備しているコード化回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）入力値と１つの予測された値との間の差を形成する差信号をコード化し、 最初の範囲内に差信号値を維持する方法において、差値はより確率の高い値が小 さい数に割当てられる方法でコード化されることを特徴とする方法。 （２）信号の絶対コード化をそれがゼロのとき実行することを特徴とする請求項 １または２記載の方法。 （３）差信号がビデオ信号から形成されることを特徴とする請求項１または２記 載の方法。 （４）予測値の計算のためにビデオ信号のｙ行とｘ列のブロックが考慮され、前 記ブロックのディスクリートなコサイン変換が計算されることを特徴とする請求 項３記載の方法。 （５）前記ブロックの第１の列の係数のみが考慮されることを特徴とする請求項 ４記載の方法。 （６）空間ドメインの共通の境界における２つの列が連結されることを特徴とす る請求項５記載の方法。 （７）空間ドメインの共通の境界における２つの列の連結が適切な加重係数を導 入することによって実行されることを特徴とする請求項６記載の方法。 （８）入力値とその予測された値の和を形成し、最初の範囲内に差信号値を維持 する差信号デコード方法において、請求項１乃至７のいずれか１項の反対方法に 応じて信号をデコードすることを特徴とする方法。 （９）予測装置、減算回路、デジタル信号プロセッサ、入力信号、予測信号、入 力信号と予測信号の間の差である信号に 供給されるデジタル信号プロセッサを含み、前記プロセッサは請求項１乃至７の コード化方法に応じて信号を処理するコード化回路。 （１０）予測装置、加算回路、デジタル信号プロセッサ、入力信号、予測信号と を含み、前記デジタル信号プロセッサには入力信号と予測信号の和である信号が 供給され、前記プロセッサは請求項８のデコード方法に応じて信号を処理するデ コード回路。