JPH0998419A - 情報信号符号化装置、符号化方法、並びに情報信号復号方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブロック化されたデータを量子化する時に、
量子化歪みを少なくする。 【解決手段】 入力ディジタル情報信号を予測符号化す
ることにより発生した残差信号がブロック化され、ブロ
ック毎の最小値ＭＩＮおよびダイナミックレンジＤＲが
検出される。残差信号は、分配器６により選択的に量子
化器８₁ 〜８_nに供給される。分配器６は、セレクト信
号ＳＬにより選択される。セレクト信号ＳＬは、残差信
号の最小値ＭＩＮおよびダイナミックレンジＤＲに基づ
いて、残差信号の存在範囲の偏りを調べ、存在範囲で
は、量子化ステップが小となるような量子化特性の量子
化器が選択される。量子化出力およびセレクト信号ＳＬ
が伝送、または記録される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばディジタ
ルオーディオ信号、ディジタル画像信号等のディジタル
情報信号の発生データ量を低減するようにした情報信号
符号化装置、符号化方法および復号方法に関する。

【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低減するために、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。可変長符号化と
しては、ランレングス、ハフマン符号化が知られてい
る。

【０００３】さらに、量子化誤差を少なくするために、
残差信号の０付近の値の量子化ステップを細かいものと
し、残差信号のレベルが大きい場合では、量子化ステッ
プを粗くする、非線形量子化も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】残差信号を量子化する
一つの方法として、残差信号をブロック毎にまとめて、
残差信号のレベルの存在する範囲を狭いものとして、量
子化ビット数をより少なくすることが提案されている。
このように、ブロック化された残差信号の場合では、ブ
ロックによって、残差信号のレベルが必ずしも０に集中
するとは限らず、種々のレベル分布を有するものとな
る。従って、ブロック化された残差信号の存在しうるレ
ベル範囲の全体を線形量子化により量子化する場合、量
子化ビット数を少なくした時に、量子化誤差が増大する
問題があった。

【０００５】従って、この発明の目的は、ブロック化さ
れた信号のレベルの分布に適応した量子化特性を選択す
ることによって、量子化誤差をより少なくすることが可
能な情報信号符号化装置、符号化方法、および復号方法
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、入力ディジタル情報信号を発生データ量を少なくす
るように符号化する情報信号符号化装置において、入力
ディジタル情報信号をブロック化する手段と、ブロック
化された入力ディジタル情報信号のブロック毎の最小値
およびダイナミックレンジを検出する検出手段と、最小
値およびダイナミックレンジに基づいて選択信号を発生
する手段と、ブロック化された入力ディジタル情報信号
が供給され、選択信号に応じて選択された量子化特性
で、入力ディジタル情報信号を量子化する量子化手段
と、量子化手段の出力と選択信号とを伝送する手段とか
らなることを特徴とする情報信号符号化装置である。請
求項２に記載の発明は、ブロック化された残差信号に対
して、上述した量子化を適用する情報信号符号化装置で
ある。

【０００７】請求項４に記載の発明は、入力ディジタル
情報信号を発生データ量を少なくするように符号化する
情報信号符号化方法において、入力ディジタル情報信号
をブロック化するステップと、ブロック化された入力デ
ィジタル情報信号のブロック毎の最小値およびダイナミ
ックレンジを検出するステップと、最小値およびダイナ
ミックレンジに基づいて選択信号を発生するステップ
と、ブロック化された入力ディジタル情報信号が供給さ
れ、選択信号に応じて選択された量子化特性で、入力デ
ィジタル情報信号を量子化するステップと、量子化によ
り発生した出力と選択信号とを伝送するステップとから
なることを特徴とする情報信号符号化方法である。請求
項５の発明は、ブロック化された残差信号に対して上述
の量子化を適用する情報信号符号化方法である。

【０００８】請求項６に記載の発明は、入力ディジタル
情報信号から少なくとも第１および第２の階層データを
形成し、第１および第２の階層データを符号化して伝送
するようにした情報信号符号化装置において、第１の階
層データより解像度がより低い第２の階層データを形成
する手段と、第２の階層データから第１の階層データを
予測する手段と、予測されたデータと第１の階層データ
との残差信号を形成する手段と、残差信号をブロック化
する手段と、ブロック化された残差信号のブロック毎の
最小値およびダイナミックレンジを検出する検出手段
と、最小値およびダイナミックレンジに基づいて選択信
号を発生する手段と、ブロック化された残差信号が供給
され、選択信号に応じて選択された量子化特性で、残差
信号を量子化する量子化手段と量子化手段の出力と選択
信号とを伝送する手段とからなることを特徴とする情報
信号符号化装置である。

【０００９】請求項７に記載の発明は、入力ディジタル
情報信号から少なくとも第１および第２の階層データを
形成し、第１および第２の階層データを符号化して伝送
するようにした情報信号符号化方法において、第１の階
層データより解像度がより低い第２の階層データを形成
するステップと、第２の階層データから第１の階層デー
タを予測するステップと、予測されたデータと第１の階
層データとの残差信号を形成するステップと、残差信号
をブロック化するステップと、ブロック化された残差信
号のブロック毎の最小値およびダイナミックレンジを検
出するステップと、最小値およびダイナミックレンジに
基づいて選択信号を発生するステップと、ブロック化さ
れた残差信号が供給され、選択信号に応じて選択された
量子化特性で、残差信号を量子化する量子化するステッ
プと量子化により発生した出力と選択信号とを伝送する
ステップとからなることを特徴とする情報信号符号化方
法である。

【００１０】請求項８の発明は、ブロック化された残差
信号がブロックの最小値およびダイナミックレンジに基
づいて選択された量子化特性によって量子化され、量子
化出力と選択信号とが伝送される符号化方法に対する情
報信号復号方法において、選択信号を受け取って、逆量
子化特性を選択するステップと、選択された逆量子化特
性によって量子化出力を代表値へ変換する逆量子化のス
テップと、代表値に変換された残差信号をブロック分解
し、元の順序へ変換するステップとからなることを特徴
とする情報信号復号方法である。

【００１１】入力ディジタル情報信号と予測信号との残
差信号がブロック化される。ブロック内の残差信号の最
小値およびダイナミックレンジが検出される。最小値お
よびダイナミックレンジに基づいて、ブロックの残差信
号の分布の偏りが調べられる。このレベル分布の偏りに
適応した量子化特性が選択される。従って、量子化誤差
を少なくすることが可能となる。量子化出力と、量子化
特性の選択のための選択信号が伝送される。

【００１２】

【発明の実施の形態】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。この一実施例では、ビデオ
信号が所定のサンプリング周波数でサンプリングされ、
各サンプルが所定の量子化ビット数へ変換されたディジ
タル画像信号に対して、この発明が適用される。図１
は、この発明の一実施例のシステムの構成を全体的に示
す。

【００１３】図１において、１２１で示す入力端子にデ
ィジタルビデオ信号が供給される。入力信号が減算器１
２３に供給され、減算器１２３の出力（残差信号）がブ
ロック化回路１２４および予測器１２２に供給され、予
測器１２２で生成された予測信号が減算器１２３に供給
される。減算器１２３は、入力信号から予測信号を減算
し、予測残差を発生する。この残差信号がブロック化回
路１２４に供給され、ラスター走査の順序からブロック
の順序のデータへ変換される。ブロック化された残差信
号が符号化ユニット１２５に供給される。

【００１４】符号化ユニット１２５は、後述するよう
に、残差信号を元の量子化ビット数より少ない量子化ビ
ット数により再量子化する際に、残差信号のレベルの存
在範囲に適応した量子化特性が選択される構成を有して
いる。符号化ユニット１２５の符号化出力（量子化出力
およびセレクト信号）がエラー訂正符号エンコーダ１２
６に供給され、エラー訂正符号の冗長コードが付加され
る。エラー訂正符号エンコーダ１２６の出力が変調部１
２７に供給される。変調部１２７は、記録、伝送等に適
した形態にディジタル信号を変調する。変調部１２７か
らの出力信号が記録ユニット１２８に供給され、記録ユ
ニット１２８によって記録信号が情報信号記録媒体１２
９に記録される。また、伝送路１３０を介してデータを
伝送することも可能で、その場合では、記録ユニット１
２８の代わりに伝送ユニットが使用される。情報信号記
録媒体１２９は、磁気、光磁気、相変化等を利用したデ
ィスク状、あるいはテープ状の記録媒体である。半導体
メモリも一種の記録媒体である。

【００１５】記録媒体１２９からデータを再生ユニット
１３１が再生し、または伝送路１３０を介して伝送され
たデータが受信される。再生ユニット１３１により再生
されたデータが復調部１３２により復調され、復調出力
がエラー訂正符号のデコーダ１３３に供給される。この
デコーダ１３３は、冗長コードを利用してエラーを訂正
し、また、訂正できないで残ったエラーを目立たないよ
うに修整する。

【００１６】エラー訂正デコーダ１３３の出力が復号化
ユニット１３４に供給される。復号化ユニット１３４で
は、後述するように、符号化ユニット１２５と逆に、受
け取ったセレクト信号によって、使用された量子化器と
対応する逆量子化器を選択する処理と、選択された逆量
子化器によってなされる逆量子化の処理とがなされる。
復号化ユニット１３４から復号された残差信号が発生す
る。この復号残差信号がブロック分解回路１３５に供給
される。ブロック分解回路１３５では、ブロック構造が
ラスター走査の順序に戻される。

【００１７】復号残差信号が加算回路１３６に供給され
る。加算回路１３６により復号画像信号が形成され、出
力端子１３７に取り出される。また、この復号画像信号
が予測器１３８に供給され、予測信号が生成される。予
測信号が加算回路１３６に供給される。

【００１８】図２は、符号化ユニット１２５の一例を示
す。ブロック化回路１２４からのブロック化された残差
信号が入力端子１に供給される。図３は、残差信号の形
成を概略的に示すものである。図３における一つの矩形
の領域が１つの画素と対応している。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予測器１２２によ
り生成される。例えば予測値Ａ’は、Ａ’＝４ｃ−３
（ｂ−ｆ）、Ａ’＝ｆ＋ｃ−ｂ等の予測式に従って形成
される。画素値Ｂ、Ｃ、・・・に対する予測値も同様の
予測式によって計算される。

【００１９】減算器１２３では、画素値（例えばＡ）か
ら予測値（例えばＡ’）が減算され、残差信号Δａが生
成される。同様に、残差信号Δｂ、Δｃ、・・・が生成
される。ブロック化回路１２４では、生成された残差信
号がブロック構造に変換される。例えばブロック化回路
１２４によって、図３Ａの太線の枠で示すように、（４
×４）のブロックと対応する残差信号Δａ〜Δｐのブロ
ックのデータが形成される。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。

【００２０】残差信号は、ブロック化することによっ
て、集中度を高めることが可能である。１画素が８ビッ
トのデータの場合では、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狭い範囲のものとな
る。また、ブロックに分割した場合では、残差の最大の
度数が必ずしも、０と一致しない。

【００２１】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、０の値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。なお、残差のレベル分布の集中度を高め
る方法は、ブロック化が一例であって、これ以外の方法
も可能である。

【００２２】図２に戻って、符号化ユニット１２５につ
いて説明する。入力端子１からの残差信号が最大値検出
回路２、最小値検出回路３および遅延回路５に供給され
る。最大値検出回路２では、ブロック毎の最大値ＭＡＸ
が検出され、最小値検出回路３では、ブロック毎の最小
値ＭＩＮが検出される。検出された最大値ＭＡＸおよび
最小値ＭＩＮが減算回路４およびセレクト信号生成回路
７へ供給される。

【００２３】減算回路４では、ＭＡＸ−ＭＩＮの演算に
よって、そのブロックの残差信号のダイナミックレンジ
ＤＲが検出される。このダイナミックレンジＤＲがセレ
クト信号生成回路７に供給される。セレクト信号生成回
路７は、セレクト信号ＳＬを発生し、この信号ＳＬが分
配器６に対して制御信号として供給される。分配器６に
対しては、遅延回路５により位相合わせがなされた残差
信号が供給される。

【００２４】分配器６に対して、互いに量子化特性が異
なる複数の量子化器８₁ 〜８_n が接続されている。そし
て、セレクト信号ＳＬに応答して、分配器６が残差信号
を選択的に量子化器８₁ 〜８_n の一つに供給する。そし
て、その量子化器では、残差信号が量子化される。量子
化器８₁ 〜８_n の量子化特性については、後述する。一
例として、各画素が８ビットで量子化されている場合、
その値は、０〜＋２５５の範囲に含まれ、残差信号の値
は、−２５５〜＋２５５をとりうる。ブロック化された
残差信号のレベルの存在範囲は、より集中したものにな
るので、量子化誤差の増大を抑えながら、残差信号の量
子化ビット数としては、元のビット数（８ビット）より
少ないビット数を採用できる。量子化器８₁ 〜８_n の量
子化出力ｑ₁ 〜ｑ_n とセレクト信号ＳＬとがフレーミン
グ回路９に供給される。フレーミング回路９の出力端子
１０には、セレクト信号と量子化出力が所定のフレーム
構造のデータとして出力される。

【００２５】上述したように予測符号化により発生した
残差信号は、図４Ａに示すように、そのブロックによっ
てさまざまな偏りを持っている。図４Ａにおいて、ａで
示す残差信号は、負側に偏っており、ｂで示す残差信号
は、最大度数が０の値と一致したものであり、ｃで示す
残差信号は、正側に偏っている。図４Ｂに示すブロック
の残差信号の例は、（ＭＩＮ＝０、ＭＡＸ＝＋２５５、
ＤＲ＝２５５）である。すなわち、正側に偏ったレベル
分布を有する残差信号である。また、図４Ｃに示すブロ
ックの残差信号の例は、（ＭＩＮ＝−２５５、ＭＡＸ＝
０、ＤＲ＝２５５）である。すなわち、負側に偏ったレ
ベル分布を有する残差信号である。

【００２６】一般的には、コードのビット数がｎの場
合、２ⁿ または２ⁿ −１の個数の範囲にＭＡＸおよびＭ
ＩＮの間が分割される。量子化時では、分割された範囲
に属する残差信号に同一のコードが割り当てられる。そ
のコードは、復元されると、範囲の中央の代表値へ変換
される。図５Ａは、従来の線形量子化の特性を示してい
る。ここでは、ｎ＝３とされ、ＭＡＸおよびＭＩＮの間
が７個の範囲に分割されている。縦軸（出力レベル）に
おいて、×は、逆量子化によって復元される代表値を示
している。従来の線形量子化は、７個のレベル範囲に関
して、量子化歪みが均一となるものである。

【００２７】しかしながら、図４Ｂに示す残差信号の場
合では、実際に残差信号が存在しているのは、正の範囲
であるので、正および負側にそれぞれ３個の量子化値を
割当てる、従来の線形量子化の場合、負側への量子化値
の割当てが無駄になる。また、図４Ｃに示す残差信号の
場合では、正側への量子化値の割当てが無駄になる。そ
こで、この発明の一実施例では、残差信号の分布の偏り
を考慮した非線形量子化を可能とする。例えば残差信号
の存在範囲が正側に偏っている時には、図５Ｂに示すよ
うに、正側に５個の量子化値を割当て、負側に１個の量
子化値を割り当てるような非線形量子化を行う。逆に、
残差信号の存在範囲が負側に偏っている時には、負側に
より多くの量子化値を割当てるような非線形量子化を行
う。

【００２８】分配器６に接続された複数の量子化器８₁
〜８_n は、上述したように、残差信号の存在範囲を考慮
した量子化特性をそれぞれ有する。必要に応じて量子化
器８₁ 〜８_n のひとつが従来同様の線形量子化特性を有
するものとされ、それ以外が非線形量子化特性を有して
いる。セレクト信号生成回路７は、ダイナミックレンジ
ＤＲおよび最小値ＭＩＮから残差信号の存在範囲が０を
中心とするものか、あるいは正負の一方に偏っているも
のかを調べることができる。より具体的には、最小値Ｍ
ＩＮ、ダイナミックレンジＤＲをそれぞれしきい値と比
較し、偏りと存在範囲の情報を含む複数ビットのセレク
ト信号ＳＬが形成される。セレクト信号ＳＬによって分
配器６が制御され、そのブロックの残差信号が適切な量
子化特性を有する量子化器に対して供給される。

【００２９】図６は、ダイナミックレンジＤＲおよび最
小値ＭＩＮに基づいて選択される量子化特性の他の例を
示す。図６の縦軸は、ダイナミックレンジＤＲ（０〜＋
５１１）を示し、横軸が最小値ＭＩＮ（−２５５〜＋２
５５）を示す。残差信号は、ＤＲ＝＋５１１とＭＩＮ＝
＋２５５とを結ぶ斜め線より下側に存在しうる。図６に
おいて、ダイナミックレンジＤＲを２等分する線と、最
小値ＭＩＮを４等分する線を描くことによって、存在し
うる残差信号を６個の量子化特性Ｑ１〜Ｑ６と図示しな
い従来同様の線形量子化特性によって量子化することが
できる。

【００３０】量子化特性Ｑ１は、正側に偏った分布を有
する残差信号を量子化する。量子化特性Ｑ２は、やや正
側に偏った分布を有する残差信号を量子化する。量子化
特性Ｑ３およびＱ４は、やや負側に偏った分布を有する
残差信号を量子化する。量子化特性Ｑ５およびＱ６は、
０および負側に偏った分布を有する残差信号を量子化す
る。また、これらの量子化特性Ｑ１〜Ｑ６において、量
子化ビット数を共通とする必要はなく、量子化特性
Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ 、Ｑ₅ の量子化ビット数をｎ₁ とし、
それ以外の量子化特性Ｑ₄ 、Ｑ₆ のビット数をｎ₂ と異
ならせるようにしても良い。この場合、例えばｎ₂ ＞ｎ
₁ とされる。なお、残差信号の存在範囲が複数の範囲に
またがるような場合では、従来同様の線形量子化処理が
なされる。

【００３１】残差信号の存在範囲をカバーし、且つ互い
に異なる複数の量子化特性を設定することができるなら
ば、図６に示すもの以外の量子化特性を設定しても良
い。例えば残差信号の０を含む範囲を量子化する特性を
別個に設けても良い。

【００３２】図７を参照して、図２の復号化ユニット１
３４の一例について説明する。エラー訂正デコーダ１３
３からの再生、あるいは受信データが復号化ユニット１
３４の入力端子２１に供給される。フレーム分解回路２
２によって、セレクト信号ＳＬと量子化出力ｑ（ｑ₁ 〜
ｑ_n のうちの一つ）とが分離される。分離されたセレク
ト信号ＳＬがレジスタ２３に保持され、分離された量子
化出力が分配器２４に供給される。

【００３３】分配器２４に対して逆量子化器２５₁ 〜２
５_n が接続されている。符号化ユニット１２５の分配器
６と同様にセレクト信号ＳＬにより分配器２４が制御さ
れ、フレーム分解回路２２からの量子化出力が対応する
逆量子化器に供給される。逆量子化器２５₁ 〜２５
_n は、符号化ユニット１２５の量子化器８₁ 〜８_n とは
逆に、量子化値を代表値へ変換する。復元された代表値
が出力端子２６に取り出される。出力端子２６に取り出
された復号残差信号がブロック分解回路１２５に供給さ
れる（図１参照）。

【００３４】次に、この発明を階層符号化に対して適用
した他の実施例について説明する。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。

【００３５】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
データの平均値を採用する場合、伝送画素数が増加しな
いようにできる。

【００３６】すなわち、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、 Ｍ＝１／４・（ｘ₀ ＋ｘ₁ ＋ｘ₂ ＋ｘ₃ ） によりデータＭが形成される。そして、データＭと、４
個のデータの内の例えばｘ₃ 以外の３個のデータを伝送
する。受信あるいは再生側では、 ｘ₃ ＝４・Ｍ−（ｘ₀ ＋ｘ₁ ＋ｘ₂ ） という単純な算術式により非伝送画素ｘ₃ を容易に復元
することができる。図８において、斜線の矩形は、非伝
送画素を示している。

【００３７】図９は、上述した平均化を使用する例えば
５階層の階層符号化の構成を示す。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階層のブロック
サイズは、（１×１）である。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階層のブロックサイズは、（１／２×
１／２）である。

【００３８】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。こ
の第３階層のブロックサイズは、（１／４×１／４）で
ある。また、第４階層のデータも同様に第３階層のデー
タから生成される。この第４階層のブロックサイズは、
（１／８×１／８）である。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）の平均値により生成される。この第５階層
のブロックサイズは、（１／１６×１／１６）である。

【００３９】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）を生成することで伝送データ量の削減を図ること
ができる。図１０は、そのような符号化ユニットを示
す。入力端子４１を介して第１階層データｄ０が入力画
像データｄ０として平均化回路４２および減算器４６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。

【００４０】入力画素データｄ０は、平均化回路４２に
おいて、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４３および減算器４７へ供給される。

【００４１】階層データｄ１に対して、平均化回路４３
では、平均化回路４２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４４および減算器４８へ供給される。また、平均
化回路４４でも同様に階層データｄ２に対して１／４平
均処理がなされ、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４５および減算器４９
へ供給される。さらに、平均化回路４５でも同様に階層
データｄ３に対して１／４平均処理がなされ、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５４へ供給される。

【００４２】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５４によりな
される。この量子化器５４の出力データｄ２１が可変長
符号のエンコーダ７１に供給されると共に、逆量子化器
５８へも供給される。エンコーダ７１の出力が出力端子
７６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５８の出力データｄ
１６がクラス分類適応予測回路６２へ供給される。

【００４３】クラス分類適応予測回路６２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４
９へ供給される。この減算器４９では、平均化回路４４
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５３へ供給さ
れる。

【００４４】差分値ｄ８が供給された量子化器５３で
は、量子化器５４と同様に量子化ビット数を低減するよ
うに、再量子化がなされる。この量子化器５３の出力デ
ータが演算器６６および逆量子化器５７へ供給される。
この演算器６６では、４画素から１画素を間引く処理が
行われる。演算器６６から出力されるデータｄ２０が可
変長符号のエンコーダ７０で符号化され、エンコーダ７
０の出力が出力端子７５に第４階層の出力データとして
取り出される。

【００４５】クラス分類適応予測回路６２により予測さ
れた第４階層データｄ１２と、逆量子化器５７の出力デ
ータ（復号残差信号）ｄ１５がクラス分類適応予測回路
６１へ供給される。クラス分類適応予測回路６１では、
データｄ１２に対してデータｄ１５を加算することによ
って、第４階層のローカル復号データを形成し、このロ
ーカル復号データ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、予測値ｄ１１が減
算器４８へ供給される。この減算器４８では、平均化回
路４３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５２へ供給
される。

【００４６】差分値ｄ７が供給された量子化器５２の出
力データが演算器６５および逆量子化器５６へ供給され
る。この演算器６５では、４画素から１画素を間引く処
理が行われる。演算器６５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６９に供給され、エ
ンコーダ６９の出力が出力端子７４に第３階層のデータ
として取り出される。

【００４７】クラス分類適応予測回路６１により予測さ
れた第３階層データｄ１１と、量子化器５２から符号化
データが供給された逆量子化器５６の出力データｄ１４
がクラス分類適応予測回路６０へ供給される。クラス分
類適応予測回路６０では、データｄ１１に対してデータ
ｄ１４を加算することによって、第３階層のローカル復
号データを形成し、このローカル復号データを使用して
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、予測値ｄ１０が減算器４７へ供給される。この
減算器４７では、平均化回路４２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５１へ供給される。

【００４８】量子化器５１の出力データは、演算器６４
および逆量子化器５５へ供給される。この演算器６４で
は、４画素から１画素を間引く処理が行われる。演算器
６４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６８に供給され、エンコーダ６８の出力が
出力端子７３に第２階層のデータとして取り出される。

【００４９】クラス分類適応予測回路６０により予測さ
れた第２階層データｄ１０と、量子化器５１から符号化
データが供給された逆量子化器５５の出力データｄ１３
がクラス分類適応予測回路５９へ供給される。クラス分
類適応予測回路５９では、データｄ１０に対してデータ
ｄ１３を加算することによって、第２階層のローカル復
号データを形成し、このローカル復号データを使用して
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、予測値ｄ９が減算器４６へ供給される。この減算
器４６では、入力端子４１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５０へ供給される。

【００５０】差分値ｄ５が供給された量子化器５０の出
力データは、演算器６３へ供給される。この演算器６３
では、４画素から１画素を間引く処理が行われる。演算
器６３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６７に供給され、エンコーダ６７の出力
が出力端子７２に第１階層のデータとして取り出され
る。

【００５１】クラス分類適応予測回路５９、６０、６
１、６２のそれぞれは、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予測するものである。図１
２は、クラス分類適応予測回路の一例を示す。入力端子
１４１からのローカル復号データが周辺コード値形成部
１４２に供給される。周辺コード値形成部１４２は、予
測しようとする下位階層の画素の近傍に位置する複数の
データｘ₁ 、ｘ₂ 、・・・・、ｘ_n を同時化する。周辺
コード値がクラス分類部１４３および遅延部１４５に供
給される。クラス分類部１４３は、周辺コード値ｘ₁ 〜
ｘ_n のレベル分布のパターンと対応したクラスコードを
出力する。クラスコードとしては、周辺コード値それ自
体を使用しても良いが、クラス数が膨大となるので、周
辺コードのそれぞれのビット数をＡＤＲＣ等により例え
ば１ビットに圧縮したものが使用される。クラス分類部
１４３から発生したクラスコードが予測係数メモリ１４
４に対してアドレス信号として供給される。

【００５２】予測係数メモリ１４４には、予め学習によ
り獲得された予測係数ｗ₁ 〜ｗ_n がアドレス毎に格納さ
れている。すなわち、教師信号（例えば第４階層のデー
タ）と、入力信号（第４階層のデータから平均化処理で
形成された第５階層のデータ）とを使用し、入力信号の
複数のデータと係数との線形１次結合により予測値を求
め、この予測値と教師信号の真値との誤差の自乗和を最
小とするような係数がクラス毎に最小自乗法により求め
られる。クラスコードに対応して予測係数メモリ１４４
から読出された予測係数ｗ１〜ｗ_n と遅延部１４５から
の周辺コード値ｘ₁ 〜ｘ_n とが予測演算部１４６に供給
される。

【００５３】予測演算部１４６では、下記の線形１次結
合式によって、予測値ｙが計算される。 ｙ＝ｗ₁ ｘ₁ ＋ｗ₂ ｘ₂ ＋・・・・・＋ｗ_n ｘ_n 予測演算部１４６により求められた予測値ｙが出力端子
１４７に取り出される。なお、クラス分類のために使用
される周辺コード値と、予測演算のために使用される周
辺コード値とが異なったものでも良い。

【００５４】上述した一実施例における符号化ユニット
１２５（図２参照）と同様の構成が階層符号化のエンコ
ーダ側にも設けられている。つまり、符号化ユニット１
２５と同様に、残差信号の存在範囲に適応して量子化特
性を制御するようにした構成を量子化器５０、５１、５
２、５３、５４がそれぞれ有する。

【００５５】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８１、８２、８３、８４、８５にそれぞれ供給
される。そして、可変長符号のデコーダ８６、８７、８
８、８９、９０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９１、９２、９３、
９４、９５がそれぞれ接続される。

【００５６】先ず、第５階層入力データｄ３４は、逆量
子化器９５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１０７および演算器１０３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１１２から取り出される。

【００５７】クラス分類適応予測回路１０７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９４からのデータｄ３８（すなわち、差分値）と
予測値ｄ４７とが加算器９９で加算される。加算器９９
から画像データｄ４３が演算器１０３へ供給され、演算
器１０３では、非伝送画素の値を求めるために、上述し
た演算が実行され、逆量子化器９５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１０３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１０６および演算器１０２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１１１から取り出される。

【００５８】クラス分類適応予測回路１０６では、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９３からのデータｄ３７と予測値ｄ４６とが加算
器９８で加算される。加算器９８から画像データｄ４２
が演算器１０２へ供給され、演算器１０２により非伝送
画素の値が求められ、演算器１０３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１０２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１０５および演算器１０１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１１０から取り出される。

【００５９】また、クラス分類適応予測回路１０５で
は、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９２からのデータｄ３６と予測値ｄ４５
とが加算器９７で加算される。加算器９７から画像デー
タｄ４１が演算器１０１へ供給され、演算器１０１によ
り非伝送画素の値が求められ、演算器１０２から供給さ
れた画像データｄ５０と画像データｄ４１から第２階層
の全画素値が復元される。この演算器１０１において、
復元された全画素値は、画像データｄ４９として、クラ
ス分類適応予測回路１０４および演算器１００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１０９から取り出される。

【００６０】さらに、クラス分類適応予測回路１０４で
は、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９１からのデータｄ３５と予測値ｄ４４
とが加算器９６で加算される。加算器９６から画像デー
タｄ４０が演算器１００へ供給され、演算器１００によ
り非伝送画素の値が求められ、演算器１０１から供給さ
れた画像データｄ４９と画像データｄ４０から第１階層
の全画素値が復元される。この演算器１００において、
復元された全画素値は、画像データｄ４８として、第１
階層の出力として、出力端子１０８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。

【００６１】上述した一実施例の復号化ユニット１３４
と同様の構成を逆量子化器９１、９２、９３、９４、９
５がそれぞれ有する。従って、上述した階層符号化に対
してこの発明を適用した他の実施例によっても、上述し
た一実施例と同様に、ブロック化された残差信号を量子
化歪みの増加を抑えつつ量子化することができる。

【００６２】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、残差信号に限らず画像信号の
量子化に対しても適用できる。さらに、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。

【００６３】

【発明の効果】この発明に依れば、ブロック化により存
在範囲が狭いものとされたデータを量子化する場合、存
在範囲に適応した量子化特性を選択するので、量子化歪
みを少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を適用できる記録／再生、あるいは伝
送システムの一例のブロック図である。

【図２】この発明の一実施例のブロック図である。

【図３】この発明の一実施例中の残差信号の生成と、そ
のブロック化の説明に用いる略線図である。

【図４】この発明の一実施例中の残差信号の説明に用い
る略線図である。

【図５】この発明の一実施例中の量子化特性の説明に用
いる略線図である。

【図６】量子化特性の他の例の説明に用いる略線図であ
る。

【図７】この発明の一実施例における復号化ユニットの
ブロック図である。

【図８】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】階層符号化に対してこの発明を適用した他の
実施例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】この発明の他の実施例のデコード側の構成の
一例を示すブロック図である。

【図１２】この発明の他の実施例中のクラス分類適応予
測回路の一例を示すブロック図である。

【符号の説明】

２・・・最大値検出回路，３・・・最小値検出回路，６
・・・分配器、７・・・セレクト信号生成回路、８₁ 〜
８_n ・・・量子化器

───────────────────────────────────────────────────── 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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ディジタル情報信号を発生データ量
   を少なくするように符号化する情報信号符号化装置にお
   いて、 上記入力ディジタル情報信号をブロック化する手段と、 上記ブロック化された入力ディジタル情報信号のブロッ
   ク毎の最小値およびダイナミックレンジを検出する検出
   手段と、 上記最小値およびダイナミックレンジに基づいて選択信
   号を発生する手段と、 ブロック化された上記入力ディジタル情報信号が供給さ
   れ、上記選択信号に応じて選択された量子化特性で、上
   記入力ディジタル情報信号を量子化する量子化手段と、 上記量子化手段の出力と上記選択信号とを伝送する手段
   とからなることを特徴とする情報信号符号化装置。
2. 【請求項２】 入力ディジタル情報信号を発生データ量
   を少なくするように符号化する情報信号符号化装置にお
   いて、 上記入力ディジタル情報信号のサンプル値同士の残差信
   号を生成する手段と、 上記残差信号をブロック化する手段と、 上記ブロック化された残差信号のブロック毎の最小値お
   よびダイナミックレンジを検出する検出手段と、 上記最小値およびダイナミックレンジに基づいて選択信
   号を発生する手段と、 ブロック化された上記残差信号が供給され、上記選択信
   号に応じて選択された量子化特性で、上記残差信号を量
   子化する量子化手段と上記量子化手段の出力と上記選択
   信号とを伝送する手段とからなることを特徴とする情報
   信号符号化装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の情報信
   号符号化装置において、 上記量子化手段は、 上記最小値および上記ダイナミックレンジに基づいて、
   ブロック化された入力ディジタル情報信号または残差信
   号のレベルの存在範囲を検出し、検出された範囲に適応
   した量子化特性でもって、上記入力ディジタル情報信号
   または残差信号を量子化することを特徴とする情報信号
   符号化装置。
4. 【請求項４】 入力ディジタル情報信号を発生データ量
   を少なくするように符号化する情報信号符号化方法にお
   いて、 上記入力ディジタル情報信号をブロック化するステップ
   と、 上記ブロック化された入力ディジタル情報信号のブロッ
   ク毎の最小値およびダイナミックレンジを検出するステ
   ップと、 上記最小値およびダイナミックレンジに基づいて選択信
   号を発生するステップと、 ブロック化された上記入力ディジタル情報信号が供給さ
   れ、上記選択信号に応じて選択された量子化特性で、上
   記入力ディジタル情報信号を量子化するステップと、 上記量子化により発生した出力と上記選択信号とを伝送
   するステップとからなることを特徴とする情報信号符号
   化方法。
5. 【請求項５】 入力ディジタル情報信号を発生データ量
   を少なくするように符号化する情報信号符号化方法にお
   いて、 上記入力ディジタル情報信号のサンプル値同士の残差信
   号を生成するステップと、 上記残差信号をブロック化するステップと、 上記ブロック化された残差信号のブロック毎の最小値お
   よびダイナミックレンジを検出するステップと、 上記最小値およびダイナミックレンジに基づいて選択信
   号を発生するステップと、 ブロック化された上記残差信号が供給され、上記選択信
   号に応じて選択された量子化特性で、上記残差信号を量
   子化する量子化するステップと上記量子化により発生し
   た出力と上記選択信号とを伝送するステップとからなる
   ことを特徴とする情報信号符号化方法。
6. 【請求項６】 入力ディジタル情報信号から少なくとも
   第１および第２の階層データを形成し、上記第１および
   第２の階層データを符号化して伝送するようにした情報
   信号符号化装置において、 上記第１の階層データより解像度がより低い上記第２の
   階層データを形成する手段と、 上記第２の階層データから上記第１の階層データを予測
   する手段と、 上記予測されたデータと上記第１の階層データとの残差
   信号を形成する手段と、 上記残差信号をブロック化する手段と、 上記ブロック化された残差信号のブロック毎の最小値お
   よびダイナミックレンジを検出する検出手段と、 上記最小値およびダイナミックレンジに基づいて選択信
   号を発生する手段と、 ブロック化された上記残差信号が供給され、上記選択信
   号に応じて選択された量子化特性で、上記残差信号を量
   子化する量子化手段と上記量子化手段の出力と上記選択
   信号とを伝送する手段とからなることを特徴とする情報
   信号符号化装置。
7. 【請求項７】 入力ディジタル情報信号から少なくとも
   第１および第２の階層データを形成し、上記第１および
   第２の階層データを符号化して伝送するようにした情報
   信号符号化方法において、 上記第１の階層データより解像度がより低い上記第２の
   階層データを形成するステップと、 上記第２の階層データから上記第１の階層データを予測
   するステップと、 上記予測されたデータと上記第１の階層データとの残差
   信号を形成するステップと、 上記残差信号をブロック化するステップと、 上記ブロック化された残差信号のブロック毎の最小値お
   よびダイナミックレンジを検出するステップと、 上記最小値およびダイナミックレンジに基づいて選択信
   号を発生するステップと、 ブロック化された上記残差信号が供給され、上記選択信
   号に応じて選択された量子化特性で、上記残差信号を量
   子化する量子化するステップと上記量子化により発生し
   た出力と上記選択信号とを伝送するステップとからなる
   ことを特徴とする情報信号符号化方法。
8. 【請求項８】 ブロック化された残差信号がブロックの
   最小値およびダイナミックレンジに基づいて選択された
   量子化特性によって量子化され、量子化出力と選択信号
   とが伝送される符号化方法に対する情報信号復号方法に
   おいて、 上記選択信号を受け取って、逆量子化特性を選択するス
   テップと、 上記選択された逆量子化特性によって量子化出力を代表
   値へ変換する逆量子化のステップと、 上記代表値に変換された残差信号をブロック分解し、元
   の順序へ変換するステップとからなることを特徴とする
   情報信号復号方法。