JPH10136362A

JPH10136362A - データ圧縮装置およびディジタルビデオ信号処理装置

Info

Publication number: JPH10136362A
Application number: JP28682596A
Authority: JP
Inventors: Kenji Uehara; 健志上原; Susumu Todo; 晋藤堂
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】可変長符号化データのビットレートが目標値よ
りも少なくなることによる画質劣化を防止する。【解決手段】入力ビデオ信号に離散コサイン変換処理を
し、さらに係数データ（DCT COEF）に量子化処理および
可変長符号化処理をしてデータ圧縮をする。バイナリー
サーチ回路１２３ａによって、可変長符号化データのビ
ットレートを目標値にするように決定される量子化イン
デックスＦ_nを得る。バックサーチ回路１２３ｂによっ
て、係数データに存する以前の量子化インデックス情報
により量子化インデックスＦ_nを補正して量子化インデ
ックスＳＦを得る。入力ビデオ信号がデータ伸長処理後
にフィルタ処理等の加工が行われたものであるとき、量
子化インデックス選択部１２３ｃは、データ加工情報Ｐ
Ｆに基づき、量子化ステップを特定する量子化インデッ
クスＱＩとして量子化インデックスＦ_nを選択し、量子
化インデックスＳＦは選択しない。

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ＶＴＲ（video tape recorder）等に適用して好適な
データ圧縮装置およびディジタルビデオ信号処理装置に
関する。詳しくは、入力ディジタルビデオ信号に離散コ
サイン変換処理をし、さらに係数データに量子化処理お
よび可変長符号化処理をしてデータ圧縮をするものにお
いて、入力ディジタルビデオ信号がデータ伸長処理後に
加工処理されたものであるとき、量子化ステップを特定
する量子化インデックスとして可変長符号化データのビ
ットレートを目標値にするように決定される第１の量子
化インデックスを使用し、係数データに存する以前の量
子化インデックス情報により第１の量子化インデックス
を補正して得られる第２の量子化インデックスを使用し
ないことによって、可変長符号化データのビットレート
が目標値よりも少なくなることによる画質劣化を防止し
ようとしたデータ圧縮装置等に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】ディジタルビデオ信号を回転ヘッドによ
り磁気テープに記録するディジタルＶＴＲが知られてい
る。このディジタルＶＴＲでは、ディジタルビデオ信号
の情報量が多いので、その伝送データ量を圧縮するため
の高能率符号化が採用されることが多い。種々の高能率
符号化の中でも、離散コサイン変換（ＤＣＴ：discrete
cosine transform）の実用化が進んでいる。

【０００３】ＤＣＴは、１フレームの画像を例えば（８
×８）のブロック構造に変換し、このブロックに対して
直交変換の一種である離散コサイン変換処理をするもの
である。その結果、（８×８）の係数データが発生す
る。このような係数データは、ランレングス符号、ハフ
マン符号等の可変長符号化の処理を受けてから記録され
る。記録時には、再生側でのデータ処理を容易とするた
めに、符号化データ（コード信号）を一定長のシンクブ
ロックのデータエリア内に挿入し、符号化データに対し
て同期信号、ＩＤ信号が付加されたシンクブロックを構
成するフレーム化がなされる。

【０００４】磁気テープを使用するディジタルＶＴＲ、
ディスク状記録媒体を使用するディスク記録装置等で
は、１フィールドあるいは１フレームのビデオデータが
複数本のトラックに記録されるのが普通である。しかし
ながら、上述のＤＣＴのように、可変長出力が形成され
るときには、これらの所定期間のデータ量が変動する。
このため、所定期間のデータ量を目標値以下とするため
の等長化処理（バッファリング）が必要とされる。

【０００５】等長化処理の一例として、１フィールドあ
るいは１フレームより短い所定期間（「等長化単位」と
呼ぶ）のデータ量を制御し、１フィールドあるいは１フ
レーム期間の全体でもデータ量を目標値以下とする等長
化処理が提案されている。この等長化処理は、ＤＣＴで
発生した交流分の係数データを適切な量子化ステップで
再量子化して、伝送データ量を目標値以下に抑える処理
である。伝送データ内には、量子化ステップ自身あるい
はこれを特定するＩＤコード（「量子化インデックス」
と呼ぶ）が符号化データと共に挿入される。

【０００６】量子化においては、各等長化単位に最適な
量子化インデックスを決定することが必要である。量子
化ステップは、値が大きい程より強力なデータ圧縮を行
うことができるが、その反面、画質が劣化する。したが
って、ビットレートが許す範囲で、量子化ステップの値
を最小にする必要がある。そして、ディジタルＶＴＲが
例えばビデオカメラからの原画像信号をＤＣＴにより符
号化してテープ上に記録し、この第１世代テープからの
再生データを復号して第１世代画像を得るプロセスで
は、記録／再生データ中の量子化インデックスを参照す
ることで、符号化と復号との間で同一の量子化ステップ
を使用することができる。

【０００７】しかしながら、再生ＶＴＲからの第１世代
画像をインタフェースを介して記録ＶＴＲに伝送し、記
録ＶＴＲによって第２世代テープを作成するダビング時
においては、最小の値にするよりも、原画像から第１世
代画像を作るときに使用した量子化ステップと同一のも
のを用いる必要がある。その理由は、量子化ステップが
この値よりも大きくても小さくても画質が第１世代画像
と比較して劣化してしまうためである。

【０００８】家庭用ＶＴＲや通信系においては、量子化
ステップを特定する量子化インデックスを別途に伝送す
ることもできるが、ＣＣＩＲ６０１等のディジタルイン
タフェースが一般化されている業務用・放送用ＶＴＲで
は、そのフォーマットの点から、この量子化インデック
スを伝送することが困難であるため、最適な量子化イン
デックスを記録ＶＴＲ側で決定する必要がある。

【０００９】このように記録ＶＴＲ側で量子化インデッ
クスを決定した場合、量子化インデックスとビットレー
トとの関係は、原画像から第１世代画像を作るときと、
それ以降のマルチジェネレーションのときとで異なるこ
とが明らかとなった。図６は、この実験の結果を示した
ものであり、曲線ａは原画像から第１世代画像を作ると
きの関係を示し、曲線ｂは第１世代画像から第２世代画
像を作るときの関係を示している。

【００１０】図６の例では、目標とするビットレートを
４．０／画素としたとき、原画像から第１世代画像を作
るときの量子化インデックスは「７３」である。そし
て、その量子化ステップで再量子化した第１世代画像を
ダビングすることによって第２世代画像を作るときに
は、「６８」の量子化インデックスでも、上述の目標と
するビットレートの範囲内に入れることができる。した
がって、原画像から第１世代画像を作るときの量子化イ
ンデックスと、ダビングで第２世代画像を作るときの量
子化インデックスとが異なることになる。すなわち、ビ
ットレートの制限の観点からだけでは、以前の量子化イ
ンデックスを再現できず、ダビング時に画質の劣化が生
じ、特にダビングを重ねると画質の劣化が増大するとい
う問題点があった。

【００１１】そこで、本出願人は、先に、第１世代画
像、マルチジェネレーションを問わずに、係数データに
基づいて最適な量子化インデックスを決定し得る量子化
コントロール回路を提案した。図７は、そのような量子
化コントロール回路を備えるデータ圧縮部１０の構成を
示している。このデータ圧縮部１０は、例えばディジタ
ルＶＴＲの記録系に配される。

【００１２】図７において、入力ディジタルビデオ信号
ＤＶは、ブロック化・シャフリング回路１１によって、
ブロック化とシャフリング処理が行われる。ブロック化
によって、ラスター走査の順序のビデオデータが、例え
ば（８×８）のＤＣＴブロック構造のデータに変換され
る。シャフリングは、テープの傷、ヘッドのクロッグ等
のために、エラーが集中し、修整が不可能となり、その
結果画質の劣化が目立つことを防止するように、例えば
１フレーム内でのＤＣＴブロックを単位として配列を変
更するものである。

【００１３】ブロック化・シャフリング回路１１の出力
データがＤＣＴ回路１２に供給され、離散コサイン変換
される。ＤＣＴ回路１２からは、１個の直流分データ
と、６３個の交流分データとを含む係数データが出力さ
れる。この係数データを等長化単位に分割し、その各等
長化単位の最適な量子化インデックスを量子化コントロ
ール回路１３で決定する。量子化器４では、量子化コン
トロール回路１３で決定された量子化インデックスＳＦ
を使用して係数データを量子化する。すなわち、適切な
量子化インデックスによって特定される量子化ステップ
によって交流分の係数データが割算される。

【００１４】ＤＣＴおよび可変長符号化で発生する係数
データのビット数は、符号化の対象の絵柄によって変化
するので、１フィールドあるいは１フレーム期間より短
い等長化単位の発生ビット数を目標値以下とするための
量子化がなされる。ここでは、４０ＤＣＴブロックの係
数データを目標値以下とする量子化がなされる。等長化
単位を１トラック、１フィールド、１フレームより短く
するのは、回路の簡略化のためである。この量子化され
た係数データが可変長符号化器１５に供給され、ランレ
ングス符号化、ハフマン符号化等がなされる。

【００１５】なお、図示せずも、上述したデータ圧縮部
１０の可変長符号化器１５より出力される符号化データ
は図示しない記録部に供給され、その符号化データに対
して誤り訂正符号化や同期信号、ＩＤ信号の付加の処
理、さらにはフレーム化処理等がなされて記録データが
形成される。そして、この記録データは、チャネル符号
化処理等が行われた後に回転ヘッドにより磁気テープ上
に記録される。

【００１６】図８は、量子化コントロール回路１３の構
成を示している。この量子化コントロール回路１３は、
二分木探索法によって、目標ビットレート内で最小の量
子化インデックスＦ_nを得るバイナリーサーチ回路（第
１ブロック）２０と、係数データに存する以前の量子化
インデックス情報を抽出し、バイナリーサーチ回路２０
からの量子化インデックスＦ_nを補正して量子化インデ
ックスＳＦを得るバックサーチ回路（第２ブロック）３
０とを有して構成されている。以下、バイナリーサーチ
回路２０およびバックサーチ回路３０のそれぞれの詳細
を説明する。

【００１７】まず、バイナリーサーチ回路２０を説明す
る。図９は、バイナリーサーチ回路２０の構成を示して
いる。

【００１８】バイナリーサーチ回路２０は、第１〜第ｎ
のｎ段の量子化コントローラ２０₁〜２０_nが直列接続さ
れたものである。各コントローラには、係数データ（DC
T COEF）が供給され、そこで決定された量子化インデッ
クスＦ₁〜Ｆ_n-1が次の段に送られる。そして、最後の量
子化コントローラ２０_nより量子化インデックスＦｎが
取り出される。

【００１９】ここで、量子化インデックスがｎビットの
コード信号で表され、量子化インデックスの総数が２ⁿ
であるとする。ビットレートは量子化インデックスの増
加に対して単調減少とされているので、この性質を利用
して二分木探索法に基づいて、量子化インデックスを決
定することが可能となる。すなわち、図９に示す構成に
おいて、１段目のコントローラ２０₁で量子化インデッ
クスの最上位ビットを決定し、２段目ではその次のビッ
トを、３段目ではその次というようにして、ｎ段の量子
化コントローラで決定していくのである。

【００２０】図１０は、各段の量子化コントローラ２０
_k（k=1,2,・・・,n）の構成を示している。量子化器２１
は、前段からの量子化ステップＦ_k-1によって係数デー
タ（DCTCOEF）を量子化する。この量子化器２１の出力
がコード長コンバータ２２に供給される。コード長コン
バータ２２は、図７における可変長符号器１５と同一の
可変長符号化を各係数データに対して行った際に発生す
る可変長コードのコード長を出力する。実際には、コー
ド長コンバータ２２はＲＯＭ（read only memory）で構
成される。このコード長が累算器２３に供給される。

【００２１】累算器２３は、加算回路２４およびラッチ
回路２５で構成される。加算回路２４には、コード長と
ラッチ回路２５でラッチされたフィードバック出力が供
給される。累算器２３より出力される等長化期間の累算
値Ｂｋが比較器２６に供給され、目標ビットレートを実
現するための等長化単位のコード長の総和Ｂｔと比較さ
れる。比較器２６の出力がロジック回路２７に供給され
る。ロジック回路２７には、前段の量子化インデックス
Ｆ_k-1が供給される。そして、このロジック回路２７か
ら量子化インデックスＦ_kが得られる。さらに、係数デ
ータ（DCT COEF）は、同期用（ＳＹＮＣ）メモリ２８を
介して次段に送られる。

【００２２】ここで、ｋ段目の処理について説明する。
前段から量子化インデックスＦ_k-1を受け取り、量子化
器２１の等長化単位の係数データを量子化する。これを
可変長符号化したときのコード長をコード長コンバータ
２２によって求め、累算器２３によって等長化単位でコ
ード長の総和Ｂｋを求める。この総和Ｂｋと目標ビット
レートを実現するための等長化単位のコード長の総和Ｂ
ｔとを比較器２６で比較する。そして、ロジック回路２
７では、以下の式に示すように、量子化インデックスＦ
_kが求められる。同期用メモリ２８は、処理に要した分
だけ係数データを遅延させる。

【００２３】Ｆ_k＝Ｆ_k-1 ＋２^n-k −２^n-k-1 （Ｂｋ＞Ｂｔ）Ｆ_k＝Ｆ_k-1 −２^n-k-1 （Ｂｋ≦Ｂｔ）ここで、最初の段のコントローラ２０₁に供給される量
子化インデックスＦ₀をＦ₀＝２ⁿ−１−２^n-1とすれば、
図９に示すようなｎ段の構成でビットレートを目標の値
内に入れることができる量子化インデックスが得られ
る。簡単に言えば、選択し得る量子化インデックスの範
囲を２分し、ＢｋとＢｔの比較を行い、次にさらに２分
してＢｋとＢｔの比較を行うといった処理によって、量
子化インデックスを最上位ビットから最下位ビットに向
かって順に決定するものである。

【００２４】次に、バックサーチ回路３０を説明する。
このバックサーチ回路３０では、上述したようにバイナ
リーサーチ回路２０からの量子化インデックスＦ_nにダ
ビング時の補正が行われる。

【００２５】ダビングした場合、バイナリーサーチ回路
２０で得られる量子化インデックスＦ_nは、図６の実験
結果を用いて説明したように原画像から第１世代画像を
作ったときの値よりも小さくなる。しかし、量子化が係
数データを量子化ステップで割ることであり、逆量子化
が量子化された係数データに量子化ステップをかけるこ
とを考えると、原画像をＤＣＴしたときの係数データが
比較的ランダムであるのに対し、ダビングした画像をＤ
ＣＴしたときの係数データは、以前の量子化ステップの
倍数に近い関係であることが予想される。図１１は、こ
のことを実験した結果を示している。

【００２６】この図１１は、１つのＤＣＴブロックから
発生した係数データを量子化ステップで割り、その剰余
を等長化単位で総和をとって正規化したもの（エラー）
を全ての量子化インデックスについてプロットしたもの
である。曲線ｃに示すように、原画像をＤＣＴしたもの
に関しては、このエラーが量子化インデックスに対して
単調増加である。しかしながら、「７３」の量子化イン
デックスで原画像を量子化して作った第１世代画像をダ
ビングするときに、これをＤＣＴしたときのエラーは、
曲線ｄに示すように、いくつかの極小値を持っている。
これらの極小値は、量子化インデックスが「７３」であ
る点、および「７３」の量子化インデックスで特定され
る量子化ステップ対して約数の関係にある量子化ステッ
プに対応するような量子化インデックスの点である。

【００２７】したがって、バイナリーサーチ回路２０に
よって量子化インデックスをある程度決め、この量子化
インデックスより大きくなる方向の近傍で剰余の総和
（エラー）の最小値を見つけ、それを最終的な量子化イ
ンデックスＳＦとして採用すればよい。ここで、大きく
なる方向としたのは、上述のようにビットレートのみを
考慮して量子化インデックスを決定するときには、もと
の量子化インデックスより小さな値が求められることに
基づいている。さらに、バイナリーサーチ回路２０で求
められた量子化インデックスＦ_nは、上述した約数の関
係にある量子化ステップに対応する量子化インデックス
までは小さくならず、そのような量子化インデックスを
誤って量子化インデックスＳＦとすることがない。

【００２８】バックサーチ回路３０は、上述した点に着
目して構成される。図１２は、バックサーチ回路３０の
構成を示しており、極小値をとる量子化ステップＳＦを
見出すものである。すなわち、このバックサーチ回路３
０には、バイナリーサーチ回路２０より係数データ（DC
T COEF）が供給され、以下のように決定された補正値
（０，１，２，・・・またはｎ）が加算回路３８で付加
され、量子化インデックスＳＦが得られる。

【００２９】図１２では、エラーを求めるために、係数
データ（DCT COEF）が入力されるｎ＋１個のセクション
が並列的に設けられている。各セクションには、量子化
器３１₀〜３１_n、逆量子化器３２₀〜３２_n、減算器３３
₀〜３３_n、絶対値化回路３４ ₀〜３４_nおよび累算器３５
₀〜３５_nが設けられている。図中で最も上のセクション
について説明する。量子化器３１₀および逆量子化器３
２₀には、バイナリーサーチ回路２０からの量子化イン
デックスＦ_nがそのまま供給される。

【００３０】この量子化インデックスＦ_nで特定される
量子化ステップによって係数データが量子化器３１₀で
量子化され、次に逆量子化器３２₀で逆量子化され、こ
れと元の係数データとの差が減算器３３₀で求められ、
その差の絶対値が絶対値化回路３４₀で求められ、累算
器３５₀によってこの絶対値の等長化単位についての総
和（エラー）が求められる。このエラーが最小値検出回
路３７に供給される。

【００３１】他のセクションによっても、同様にして量
子化インデックスの候補についてのエラーが求められ、
このエラーが最小値検出回路３７に供給される。量子化
インデックスの候補としては、Ｆ_nに加えてＦ_n＋１、Ｆ
_n＋２、・・・、Ｆ_n＋ｎが使用され、これらの候補が加
算回路３６₁，３６₂，・・・，３６_nで生成され、対応
するセクションに供給される。最小値検出回路３７は、
各セクションで求められたエラーのなかで最小のものを
検出し、検出されたものと対応する補正値０，１，２，
・・・またはｎを発生し、この補正値を加算回路３８に
供給する。ＳＹＮＣメモリ３９は、時間を合わせるため
のものである。

【００３２】上述のように、ダビング時に、係数データ
のみから以前の量子化インデックス情報を得ることがで
き、原画像から第１世代画像を作成するときと同一の量
子化インデックスによって第２世代画像を得ることがで
きる。例えば、バイナリーサーチ回路２０によって求め
られた量子化インデックスＦ_nが「６８」であるときに
は、バックサーチ回路３０において補正値「５」が加算
され、量子化インデックスＳＦとして正しい値「７３」
が得られる。

【００３３】さらに、上述の量子化コントロール回路１
３は、ダビング時でなく、原画像から第１世代画像を作
るときでも、誤動作のおそれがなく、動作を切り換える
必要がない。これは、図１１の曲線ｃに示すように、原
画像からの場合は、剰余の総和であるエラーが量子化イ
ンデックスに対して単調増加の関係にあるからである。
例えば、バイナリーサーチ回路２０で量子化インデック
スＦ_nとして「７３」が求められたときには、バックサ
ーチ回路３０で上述の処理を行っても、「７３」の量子
化インデックスについてのエラーが最小であり、この値
が量子化インデックスＳＦとして出力される。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のデータ圧縮部１０における量子化コントロール回路１
３のバックサーチ回路３０は、データ圧縮処理およびデ
ータ伸張処理を経たディジタルビデオ信号に対して離散
コサイン変換して得られる係数データを、以前の量子化
ステップで割った剰余の総和が最小値をとるという性質
を利用したものである。そのため、データ圧縮部１０の
入力ディジタルビデオ信号ＤＶが、上述したようにデー
タ圧縮処理およびデータ伸張処理を経たディジタルビデ
オ信号そのものであってゲイン変更処理、フィルタ処理
等の加工を施していないときは有効である。

【００３５】しかし、入力ディジタルビデオ信号ＤＶ
が、データ圧縮処理およびデータ伸張処理を経たディジ
タルビデオ信号にゲイン変更処理、フィルタ処理等の加
工を施したものであるときは、離散コサイン変換して得
られる係数データを以前の量子化ステップで割った剰余
の総和が最小値をとる確率が減る。したがって、バック
サーチ回路３０より出力される量子化インデックスＳＦ
として、目標ビットレートよりも少ないビットレートを
出力する量子化インデックスが得られる可能性が高くな
り、画質が劣化することが考えられる。

【００３６】そこで、この発明では、可変長符号化デー
タのビットレートが目標ビットレートよりも少なくなる
ことによる画質劣化を防止し得るデータ圧縮装置等を提
供するものである。

【００３７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るデータ圧
縮装置は、入力ディジタルビデオ信号を離散コサイン変
換する離散コサイン変換手段と、この離散コサイン変換
手段より出力される係数データを量子化する量子化手段
と、この量子化手段で量子化された係数データを可変長
符号化する可変長符号化手段と、離散コサイン変換手段
より出力される係数データに基づき、可変長符号化手段
より出力される符号化データの等長化単位のデータ量を
目標値以下とするための第１の量子化インデックスを得
る第１の量子化インデックス出力手段と、離散コサイン
変換手段より出力される係数データおよび第１の量子化
インデックスに基づき、係数データに存する以前の量子
化インデックス情報を抽出し、この量子化インデックス
情報により第１の量子化インデックスを補正して第２の
量子化インデックスを得る第２の量子化インデックス出
力手段と、入力ディジタルビデオ信号のデータ加工情報
に基づき、量子化手段で用いる量子化ステップを特定す
る量子化インデックスとして、第１の量子化インデック
スまたは第２の量子化インデックスのいずれかを選択す
る量子化インデックス選択手段とを備え、量子化インデ
ックス選択手段は、データ加工情報がデータ加工無しを
示すときは第２の量子化インデックスを選択すると共に
データ加工有りを示すときは第１の量子化インデックス
を選択するものである。例えば、データ加工情報は、入
力ディジタルビデオ信号に付加されている。

【００３８】この発明においては、離散コサイン変換手
段より出力される係数データが処理され、可変長符号化
手段より出力される符号化データの等長化単位のデータ
量を目標値以下とするための第１の量子化インデックス
が得られる。また、離散コサイン変換手段より出力され
る係数データおよび第１の量子化インデックスが処理さ
れ、係数データに存する以前の量子化インデックス情報
が抽出され、その量子化インデックス情報によって第１
の量子化インデックスが補正されて第２の量子化インデ
ックスが得られる。

【００３９】そして、量子化手段における量子化ステッ
プを特定する量子化インデックスがデータ加工情報に基
づいて選択される。すなわち、データ加工情報がデータ
加工無しを示すときは第２の量子化インデックスが選択
され、データ加工情報がデータ加工有りを示すときは第
１の量子化インデックスが選択される。

【００４０】したがって、入力ディジタルビデオ信号
が、データ圧縮処理およびデータ伸張処理を経たディジ
タルビデオ信号にゲイン変更処理、フィルタ処理等の加
工を施したものであるときは、第２の量子化インデック
スではなく、第１の量子化インデックスが選択される。
これは、第２の量子化インデックスとして目標ビットレ
ートよりも少ないビットレートを出力する量子化インデ
ックスが得られる可能性が高くなるからである。

【００４１】また、この発明に係るディジタルビデオ信
号処理装置は、データ伸長処理後のディジタルビデオ信
号に対して加工処理をするデータ加工部と、このデータ
加工部の出力データにデータ加工有りを示すデータ加工
情報を付加して出力するデータ加工情報付加手段とを備
えるものである。

【００４２】この発明においては、データ伸長処理後の
ディジタルビデオ信号に対してデータ加工部でゲイン変
更処理、フィルタ処理等の加工が施される。そして、こ
の加工後のディジタルビデオ信号にデータ加工有りを示
すデータ加工情報が付加されて出力される。このように
データ加工情報が付加されたディジタルビデオ信号が上
述したデータ圧縮装置に入力されるとき、量子化手段に
おける量子化ステップを特定する量子化インデックスと
して第１の量子化インデックスが選択される。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形
態としてのディジタルＶＴＲ１００を示している。

【００４４】このＶＴＲ１００は、例えば４：２：２方
式のディジタルビデオ信号ＤＶinを入力するための入力
端子１０１と、そのディジタルビデオ信号ＤＶinに対し
てデータ圧縮処理をするデータ圧縮部１０２と、このデ
ータ圧縮部１０２より出力される圧縮ビデオデータの記
録再生を行うための記録／再生部１０３と、この記録／
再生部１０３より出力される圧縮ビデオデータに対して
データ伸長処理をするデータ伸長部１０４と、このデー
タ伸長部１０４より出力されるディジタルビデオ信号に
対して所定の画像状態を得るためのフィルタ処理を行う
ポストフィルタ部１０５と、フィルタ処理後のディジタ
ルビデオ信号ＤＶoutを導出するための出力端子１０６
とを有している。

【００４５】このＶＴＲ１００は、記録時には以下のよ
うに動作する。すなわち、入力端子１０１に入力される
ディジタルビデオ信号ＤＶinはデータ圧縮部１０２に供
給されてデータ圧縮処理され、圧縮ビデオデータが生成
される。この圧縮ビデオデータは記録／再生部１０３に
供給される。そして、この記録／再生部１０３では、圧
縮ビデオデータに対して記録信号処理が施されて記録デ
ータが生成され、この記録データが回転ヘッドにより磁
気テープに記録される。

【００４６】また、このディジタルＶＴＲ１００は、再
生時には以下のように動作する。すなわち、記録／再生
部１０３では、磁気テープより回転ヘッドによりデータ
が再生され、その再生データに対して再生信号処理が施
されて圧縮ビデオデータが得られる。この圧縮ビデオデ
ータはデータ伸長部１０４に供給されてデータ伸長処理
され、上述したディジタルビデオ信号ＤＶinに対応した
ディジタルビデオ信号が生成される。このディジタルビ
デオ信号はポストフィルタ部１０５に供給されてフィル
タ処理される。そして、ポストフィルタ部１０５でフィ
ルタ処理された後のディジタルビデオ信号ＤＶoutが出
力端子１０６に導出される。

【００４７】図２は、データ圧縮部１０２の構成を示し
ている。このデータ圧縮部１０２は、入力ディジタルビ
デオ信号ＤＶinに対してブロック化とシャフリング処理
を行うためのブロック化・シャフリング回路１２１を有
している。ブロック化によって、ラスター走査の順序の
ビデオデータが、例えば（８×８）のＤＣＴブロック構
造のデータに変換される。シャフリングは、テープの
傷、ヘッドのクロッグ等のために、エラーが集中し、修
整が不可能となり、その結果画質の劣化が目立つことを
防止するように、例えば１フレーム内でのＤＣＴブロッ
クを単位として配列を変更するものである。

【００４８】また、データ圧縮部１０２は、ブロック化
・シャフリング回路１２１より出力される各ＤＣＴブロ
ックのデータに対して離散コサイン変換を行うためのＤ
ＣＴ回路１２２と、このＤＣＴ回路１２２より出力され
る係数データ（DCT COEF）に再量子化を行うための量子
化器１２４と、この量子化器１２４で用いる量子化ステ
ップを特定する量子化インデックスＱＩを得るための量
子化コントロール回路１２３と、量子化器１２４で量子
化された係数データに対してランレングス符号化、ハフ
マン符号化等の処理を行うための可変長符号化器１２５
とを有している。

【００４９】この場合、ＤＣＴ回路１２２からは、各Ｄ
ＣＴブロックに対応して、１個の直流分データと、６３
個の交流分データとを含む係数データが出力される。そ
して、量子化器１２４では、量子化インデックスＱＩに
よって特定される量子化ステップによって交流分の係数
データが割算されることにより量子化が行われる。

【００５０】上述せずも、入力ディジタルビデオ信号Ｄ
Ｖinの例えば１４ラインおよび２７７ラインにはビデオ
インデックス（ビデオＩＤ）の情報が重畳されている。
本実施の形態においては、このビデオＩＤの情報のひと
つとしてデータ加工情報が備えられている。このデータ
加工情報は、データ伸長処理後にゲイン変更処理、フィ
ルタ処理等の加工が有ったか否かを示す情報である。す
なわち、ディジタルビデオ信号ＤＶinが圧縮ビデオデー
タに対してデータ伸長処理をして得られたものであっ
て、そのデータ伸長処理後にゲイン変更処理、フィルタ
処理等の加工がされているときのデータ加工情報はデー
タ加工有りを示すものとされ、それ以外ではデータ加工
情報はデータ加工無しを示すものとされる。

【００５１】また、データ圧縮部１０２は、入力ディジ
タルビデオ信号ＤＶinよりビデオＩＤの情報を抽出し、
そのビデオＩＤの情報のひとつとして備えられているデ
ータ加工情報（プロセスフラグ）ＰＦを量子化コントロ
ール回路１２３に供給すると共に、ビデオＩＤの情報Ｖ
ＩＤを出力するビデオＩＤ抽出・処理部１２６と、可変
長符号器１２５より出力される符号化データに、ビデオ
ＩＤ抽出・処理部１２６より出力されるビデオＩＤの情
報ＶＩＤを付加して出力する合成器１２７とを有してい
る。

【００５２】ここで、ビデオＩＤ抽出・処理部１２６よ
り出力されるビデオＩＤの情報ＶＩＤは、上述したデー
タ加工情報ＰＦがデータ加工無しを示すときは入力ディ
ジタルビデオ信号ＤＶinより抽出されたビデオＩＤの情
報と同じものとされ、一方データ加工情報ＰＦがデータ
加工有りを示すときは入力ディジタルビデオ信号ＤＶin
より抽出されたビデオＩＤの情報のうちデータ加工情報
のみをデータ加工無しを示すように変更したものとされ
る。

【００５３】図３は、量子化コントロール回路１２３の
構成を示している。この量子化コントロール回路１２３
は、二分木探索法によって目標ビットレート内で最小の
量子化インデックスＦ_nを得るバイナリーサーチ回路１
２３ａと、係数データに存する以前の量子化インデック
ス情報を抽出し、これによりバイナリーサーチ回路１２
３ａからの量子化インデックスＦ_nを補正して量子化イ
ンデックスＳＦを得るバックサーチ回路（第２ブロッ
ク）１２３ｂと、データ加工情報ＰＦに基づいてバイナ
リーサーチ回路１２３ａからの量子化インデックスＦ_n
またはバックサーチ回路１２３ｂからの量子化インデッ
クスＳＦとを選択的に出力する量子化インデックス選択
部１２３ｃとを有している。

【００５４】ここで、詳細説明は省略するが、バイナリ
ーサーチ回路１２３ａおよびバックサーチ回路１２３ｂ
は、それぞれ上述した図８の量子化コントロール回路１
３におけるバイナリーサーチ回路２０およびバックサー
チ回路３０と同様に構成されている。すなわち、バイナ
リーサーチ回路１２３ａに係数データ（DCT COEF）が供
給され、可変長符号化器１２５より出力される符号化デ
ータの等長化単位のデータ量を目標値以下とするための
量子化インデックスＦ_nが得られる。また、バックサー
チ回路１２３ｂに係数データ（DCT COEF）および量子化
インデックスＦ _nが供給され、係数データに存する以前
の量子化インデックス情報が抽出され、その量子化イン
デックス情報によって量子化インデックスＦ_nが補正さ
れて量子化インデックスＳＦが得られる。

【００５５】また、量子化インデックス選択部１２３ｃ
では、データ加工情報ＰＦがデータ加工無しを示すとき
は量子化インデックスＱＩとして量子化インデックスＳ
Ｆが出力され、一方データ加工情報ＰＦがデータ加工有
りを示すときは量子化インデックスＱＩとして量子化イ
ンデックスＦ_nが出力される。

【００５６】図２に示すデータ圧縮部１０２の動作を説
明する。

【００５７】入力ディジタルビデオ信号ＤＶinは、ブロ
ック化、シャフリング回路１２１によってブロック化と
シャフリング処理が行われる。このブロック化・シャフ
リング回路１２１の出力データがＤＣＴ回路１２２に供
給され、離散コサイン変換される。ＤＣＴ回路１２２よ
り出力される係数データは、量子化コントロー回路１２
３より出力される量子化インデックスＱＩで特定される
量子化ステップを用いて量子化器１２４で量子化され
る。この量子化器１２４で量子化された係数データは、
可変長符号化器１２５に供給されて、ランレングス符号
化、ハフマン符号化等がなされる。そして、この可変長
符号化器１２５より出力される符号化データは、合成器
１２７でビデオＩＤ抽出・処理部１２６より出力される
ビデオＩＤの情報ＶＩＤが付加されて出力される。な
お、上述したデータ圧縮処理は、入力ディジタルビデオ
信号ＤＶinに重畳されているビデオＩＤの情報に対して
は行われない。

【００５８】上述したように、図２に示すデータ圧縮部
１０２の量子化コントロール回路１２３からは、量子化
器１２４で用いる量子化ステップを特定する量子化イン
デックスＱＩとして、データ加工情報ＰＦがデータ加工
無しを示すときはバックサーチ回路１２３ｂからの量子
化インデックスＳＦが出力されるが、その加工情報ＰＦ
がデータ加工有りを示すときはバイナリーサーチ回路１
２３ａからの量子化インデックスＦ_nが出力される。

【００５９】そのため、入力ディジタルビデオ信号ＤＶ
inがデータ伸長処理後に加工処理されたものであると
き、量子化インデックスＱＩとして可変長符号化データ
のビットレートを目標値にするように決定される量子化
インデックスＦ_nを使用するものであって、係数データ
に存する以前の量子化インデックス情報により量子化イ
ンデックスＦ_nを補正して得られる量子化インデックス
ＳＦは使用しない。このとき、量子化インデックスＳＦ
として目標ビットレートよりも少ないビットレートを出
力する量子化インデックスが得られる可能性が高くな
る。したがって、可変長符号化データのビットレートが
目標値よりも少なくなることによる画質劣化を防止でき
る。

【００６０】また、図２に示すデータ圧縮部１０２で
は、データ加工情報ＰＦがデータ加工有りを示すとき、
入力ディジタルビデオ信号ＤＶinより抽出されたビデオ
ＩＤの情報のうちデータ加工情報のみをデータ加工無し
を示すように変更されたビデオＩＤの情報ＶＩＤが、ビ
デオＩＤ抽出・処理部１２６より合成器１２７に供給さ
れて可変長符号化器１２５からの符号化データに付加さ
れる。

【００６１】したがって、上述したようにデータ加工情
報ＰＦがデータ加工有りを示し、量子化器１２４で用い
る量子化ステップを特定する量子化インデックスＱＩと
して量子化インデックスＦ_nが使用されるとき、その後
は再びデータ伸長処理後に加工処理されない限りデータ
加工情報ＰＦはデータ加工無しを示すものとなってお
り、データ圧縮処理では量子化インデックスＳＦが使用
されることとなり、最適な量子化インデックスを使用で
きるようになる。

【００６２】次に、図４は、データ伸長部１０４の構成
を示している。このデータ伸長部１０４は、記録／再生
部１０３（図１参照）より供給される圧縮ビデオデータ
ＤＶ１に対してデータ伸長処理をするための伸長処理部
１４１を有している。ここで、伸長処理部１４１は、可
変長復号化器、逆量子化器、逆ＤＣＴ回路を備えてお
り、図２に示すデータ圧縮部１０２におけるデータ圧縮
処理とは逆の処理を行うように構成されている。このデ
ータ伸長処理は、圧縮ビデオデータＤＶ１に重畳されて
いるビデオＩＤの情報に対しては行われない。

【００６３】また、データ伸長部１０４は、入力圧縮ビ
デオデータＤＶ１よりビデオＩＤの情報ＶＩＤを抽出す
るビデオＩＤ抽出部１４２と、伸長処理部１４１より出
力されるディジタルビデオ信号にビデオＩＤ抽出部１４
２で抽出されるビデオＩＤの情報ＶＩＤを付加して出力
する合成器１４３とを有している。

【００６４】図４に示す構成においては、入力圧縮ビデ
オデータＤＶ１が伸長処理部１４１に供給されてデータ
伸長処理が行われ、ディジタルビデオ信号が生成され
る。そして、このディジタルビデオ信号は、合成器１４
３で、入力圧縮ビデオデータＤＶ１より抽出されたビデ
オＩＤの情報ＶＩＤが付加されて出力される。これによ
り、入力圧縮ビデオデータＤＶ１に付加されているビデ
オＩＤの情報ＶＩＤを、出力ディジタルビデオ信号にそ
のまま付加して後段に伝送することができる。

【００６５】次に、図５は、ポストフィルタ部１０５の
構成を示している。このポストフィルタ部１０５は、デ
ータ伸長部１０４（図１参照）より供給されるディジタ
ルビデオ信号ＤＶ２に対して所定の画像状態を得るため
のフィルタ処理を行うフィルタ処理部１５１を有してい
る。このフィルタ処理は、ディジタルビデオ信号ＤＶ２
に重畳されているビデオＩＤの情報に対しては行われな
い。

【００６６】また、ポストフィルタ部１０５は、入力デ
ィジタルビデオ信号ＤＶ２よりビデオＩＤの情報ＶＩＤ
を抽出し、そのビデオＩＤの情報ＶＩＤのうちデータ加
工情報のみをデータ加工有りを示すように変更したビデ
オＩＤの情報ＶＩＤ２を出力するビデオＩＤ抽出・処理
部１５２と、フィルタ処理部１５１でフィルタ処理され
たディジタルビデオ信号にビデオＩＤの情報ＶＩＤ２を
付加して出力する合成器１５３とを有している。

【００６７】図５に示す構成においては、入力ディジタ
ルビデオ信号ＤＶ２がフィルタ処理部１５１に供給され
てフィルタ処理が行われる。そして、このフィルタ処理
されたディジタルビデオ信号は、合成器１５３で、ビデ
オＩＤ抽出・処理部１５２より出力されるビデオＩＤの
情報ＶＩＤが付加されて出力される。これにより、ポス
トフィルタ部１０５より出力されるディジタルビデオ信
号ＤＶoutにはデータ加工有りを示すデータ加工情報を
備えるビデオＩＤの情報ＶＩＤ２が重畳されることにな
る。

【００６８】したがって、このディジタルビデオ信号Ｄ
Ｖoutが、例えば上述したディジタルＶＴＲ１００のデ
ータ圧縮部１０２と同様のデータ圧縮装置に入力される
とき、量子化器１２４に用いる量子化ステップを特定す
る量子化インデックスＱＩとしてバイナリーサーチ回路
１２３ａより出力される量子化インデックスＦ_nが使用
されるため、上述したように可変長符号化データのビッ
トレートが目標値よりも少なくなることによる画質劣化
を確実に防止できる。

【００６９】なお、上述実施の形態においては、入力デ
ィジタルビデオ信号ＤＶinより抽出されるビデオＩＤの
情報のひとつとしてデータ加工情報ＰＦが備えられてい
るものを示したが、データ加工情報ＰＦを入力ディジタ
ルビデオ信号ＤＶinとは別の系統で供給することも考え
られる。

【００７０】

【発明の効果】この発明に係るデータ圧縮装置によれ
ば、入力ディジタルビデオ信号に離散コサイン変換処理
をし、さらに係数データに量子化処理および可変長符号
化処理をしてデータ圧縮をするものにおいて、入力ディ
ジタルビデオ信号のデータ加工情報に基づき、量子化手
段で用いる量子化ステップを特定する量子化インデック
スを選択するように構成される。したがって、入力ディ
ジタルビデオ信号がデータ伸長処理後に加工処理された
ものであるとき、量子化ステップを特定する量子化イン
デックスとして可変長符号化データのビットレートを目
標値にするように決定される第１の量子化インデックス
を使用し、係数データに存する以前の量子化インデック
ス情報により第１の量子化インデックスを補正して得ら
れる第２の量子化インデックスを使用しないようにな
り、可変長符号化データのビットレートが目標値よりも
少なくなることによる画質劣化を防止できる。

【００７１】また、この発明に係るディジタルビデオ信
号処理装置によれば、ディジタルビデオ信号に対して加
工処理（ゲイン変更処理、フィルタ処理など）をし、加
工処理後のディジタルビデオ信号にデータ加工有りを示
すデータ加工情報を付加して出力するものである。した
がって、このようにデータ加工情報が付加されたディジ
タルビデオ信号が上述したデータ圧縮装置に入力される
とき、量子化手段における量子化ステップを特定する量
子化インデックスとして第１の量子化インデックスが選
択されることから、可変長符号化データのビットレート
が目標値よりも少なくなることによる画質劣化を確実に
防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態としてのディジタルＶＴＲを示すブ
ロック図である。

【図２】実施の形態におけるデータ圧縮部を示すブロッ
ク図である。

【図３】データ圧縮部を構成する量子化コントロール回
路を示すブロック図である。

【図４】実施の形態におけるデータ伸長部を示すブロッ
ク図である。

【図５】実施の形態におけるポストフィルタ部を示すブ
ロック図である。

【図６】量子化インデックスとビットレートとの関係を
示す図である。

【図７】従来のディジタルＶＴＲのデータ圧縮部の一例
を示すブロック図である。

【図８】データ圧縮部を構成する量子化コントロール回
路を示すブロック図である。

【図９】量子化コントロール回路を構成するバイナリー
サーチ回路（第１ブロック）を示すブロック図である。

【図１０】バイナリーサーチ回路を構成する量子化コン
トローラを示すブロック図である。

【図１１】量子化インデックスとエラーとの関係を示す
図である。

【図１２】量子化コントロール回路を構成するバックサ
ーチ回路（第２ブロック）を示すブロック図である。

【符号の説明】

１００・・・ディジタルＶＴＲ、１０１・・・入力端
子、１０２・・・データ圧縮部、１０３・・・記録／再
生部、１０４・・・データ伸長部、１０５・・・ポスト
フィルタ部、１０６・・・出力端子、１２１・・・ブロ
ック化・シャフリング回路、１２２・・・離散コサイン
変換回路（ＤＣＴ回路）、１２３・・・量子化コントロ
ール回路、１２３ａ・・・バイナリーサーチ回路（第１
ブロック）、１２３ｂ・・・バックサーチ回路（第２ブ
ロック）、１２３ｃ・・・量子化インデックス選択部、
１２４・・・量子化器、１２５・・・可変長符号化器、
１２６・・・ビデオＩＤ抽出・処理部、１２７・・・合
成器、１４１・・・伸長処理部、１４２・・・ビデオＩ
Ｄ抽出部、１４３・・・合成器、１５１・・・フィルタ
処理部、１５２・・・ビデオＩＤ抽出・処理部、１５３
・・・合成器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力ディジタルビデオ信号を離散コサイ
ン変換する離散コサイン変換手段と、上記離散コサイン変換手段より出力される係数データを
量子化する量子化手段と、上記量子化手段で量子化された係数データを可変長符号
化する可変長符号化手段と、上記離散コサイン変換手段より出力される係数データに
基づき、上記可変長符号化手段より出力される符号化デ
ータの等長化単位のデータ量を目標値以下とするための
第１の量子化インデックスを得る第１の量子化インデッ
クス出力手段と、上記離散コサイン変換手段より出力される係数データお
よび上記第１の量子化インデックスに基づき、上記係数
データに存する以前の量子化インデックス情報を抽出
し、この量子化インデックス情報により上記第１の量子
化インデックスを補正して第２の量子化インデックスを
得る第２の量子化インデックス出力手段と、上記入力ディジタルビデオ信号のデータ加工情報に基づ
き、上記量子化手段で用いる量子化ステップを特定する
量子化インデックスとして、上記第１の量子化インデッ
クスまたは上記第２の量子化インデックスのいずれかを
選択する量子化インデックス選択手段とを備え、上記量子化インデックス選択手段は、上記データ加工情
報がデータ加工無しを示すときは上記第２の量子化イン
デックスを選択すると共に、データ加工有りを示すとき
は上記第１の量子化インデックスを選択することを特徴
とするデータ圧縮装置。
【請求項２】上記データ加工情報は上記入力ディジタル
ビデオ信号に付加されており、上記入力ディジタルビデオ信号より上記データ加工情報
を抽出するデータ加工情報抽出手段をさらに備えること
を特徴とする請求項１に記載のデータ圧縮装置。
【請求項３】上記データ加工情報抽出手段で抽出される
上記データ加工情報がデータ加工無しを示すときはその
まま出力すると共に、データ加工有りを示すときはデー
タ加工無しを示すように変更して出力するデータ加工情
報処理手段と、上記可変長符号化手段より出力される符号化データに上
記データ加工情報処理手段より出力される上記データ加
工情報を付加して出力するデータ加工情報付加手段とを
さらに備えることを特徴とする請求項２に記載のデータ
圧縮装置。
【請求項４】データ伸長処理後のディジタルビデオ信号
に対して加工処理をするデータ加工部と、上記データ加工部の出力データにデータ加工有りを示す
データ加工情報を付加して出力するデータ加工情報付加
手段とを備えることを特徴とするディジタルビデオ信号
処理装置。