JPS58117742A - 符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＴＶ（Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　）信号岬の画像
信号を予測変換して求“めた信号を不等長符号化する符
号化装置に関する。

画像信号を帯斌圧縮符号化する場合、画像信号のビット
数が多くなればそれだけ演算精度が増しハードウェアー
が複雑にな多処理時間も増加する。

例えばＤＰＣＭ符号器で加算処理を行なわせる場合、４
ビツト２人力でキャリー付きの加算器がＩＣとして市販
されているがこれを用いると８ビツトの加算ならばＩＣ
２ケですむが、９〜１２ビツトの加算ならば３ケのＩＣ
が必要であり、したがって処理時間も長くなる。

符号化しようとする画素に対してすでに符号化ずみの近
傍のいくつかの画素を参照して符号化を行なうのに参照
画素の信号値の状態から符号化しようとする信号値が何
番目に生じやすい状態であるかを符号化する予測順位符
号化においてＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ　ｌ’
Ｌｅａｄ　ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）を用いて直接的に
変換テーブルを作成する場合は入力信号のビット数が１
ビ、ト増加するごとにＦＲＯＭのアドレスは（参照画素
数＋１）ビアト分増加させる必要がある。

以上のように高品質な画像信号の符号化伝送を行なおう
とすれば１標本値当りの画像信号のビット数を増加させ
る必要があるためハードウェアーが増大し、また広い信
号帯域を得るためには標本化周波数を高くする必要があ
るため高速の論理素子を用いてハードウェアーを構成し
なければならない等の欠点があり九。

本発明の目的は簡単な構成で画像信号を符号化できる符
号化装置を提供することＫｌる。

本発明の符号化装置はディジタルの画像信号を上位のと
、トからなる信号と下位のビットからなる信号とに分け
、前記上位ビットの信号をすでに符号化ずみの信号を用
いて予測変換して出力する手段と、前記下位ビットの信
号を制御手段からの制御信号にしたがって量子化して出
力する手段と、前記予測変換の出力と前記量子化手段の
出力をそれぞれ符号化し、多重化して出力する手段と、
前記出力をバッファーメモリーに一旦蓄え平滑化して出
力する手段と、前記バッファーメモリーに蓄えられる符
号化情報の発生量を監視してバッファーメモリーがオー
バーフローあるいはアンダー７０−を生じないように少
なくとも前記量子化手段を制御する制御手段とを備えた
符号化装置より構成される。

本発明の符号化装置によればディジタルのａｉｍ信号の
上位のビットからなる信号だけを予測変換して符号化し
、下位のビットからなる信号は量子化だけを行なって符
号化すればよく予測変換の手段で必要な１標本値当シの
ビット数を少なくすることができ符号化装置が簡単に構
成できる。

実際ＫＴＶ信号について７ビツトおよび８ビ。

トの精度テ予測関数Ｐ（Ｚ）＝０．５２−１＋２−１−
０．５　Ｚ−４（標本化周波数ｆｓはサブキャリアの約
３倍に設定）を用いた予測符号化による予測変換を行な
ってエントロピーを測定したところ、一般的な画像に対
しては予測誤差エントロピーＦｉ８ビット精度で４〜５
ビツト／Ｐ＠１の値となシ、７ビ、ト精度では８ビ、ト
精度の場合よシ約０．９５ピッ）／ｐｅｌ　少上位７ビ
ツトを予測変換しＬＳＨの１ビツトはそのまｔ１ビ、ト
の符号化する場合とでトータルのエントロピーを比較す
ると後者の方が約０．０５ピツ）７／ｐａｌだけ大きい
。これは８ビツトの精度の画像の情報量に対して約１１
の大きさである。ビット精度を更に９．１０、・・・・
・・と増やした場合には、ビット精度を１ビット増すと
とに予測誤差エントロピーはほぼ１ピツ）／ｐｅｌの割
合で増加する。

したがってディジタルの画像信号を符号化するのに全部
のと、トを予測符号化するのではなく上位のビットから
なる信号は予測符号化し下位のビ、トからなる信号線別
に符号化してもトータルのエントロピーはほぼ同じ値に
なる５ 予測符号器への入力のど、ト精度が増えればそれだけ演
算精度も増加してノ・−ドウエアーは増加化して符号化
する本発明の場合は、入力信号のビット精度を増やした
分だけ下位のビットを増やすようＫすれば下位のと、ト
が増えても量子化器は簡単に構成できるためハードウェ
アーが簡単になる。例えば１０ビツトの画像信号を符号
化するのに１０ビツトを予測符号化するのに比べ、上位
の−は簡単ＫＬＪ）符号化能率の劣化もほとんどなりこ
とがわかる。

以上のことよシ本発明の符号化装置を用いれば符号化能
率をほとんど劣化させることなくハードウェアーを簡単
化することができる。

以下本発明について図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示すプロ、り図
である。本実施例においては予測変換の手段として情報
保存符号化の一種であるノンリカーシブタイグの予測符
号器を用いている。

アナログの画像信号はＡ／Ｄ変換器１で標本化周波数ｆ
ｓ、例えばサブキャリアｆｍｃのほぼ３倍Ｑ値、で標本
化されディジタルの信号、例えば２号化装置２の分配＠
５へ供給されも分配器５では８ビツトの信号の中のＭｓ
ｌｉＱＩｈｇｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　Ｂｉｔ　）か
ら６ビ、ト（上位ビットの信号）をすなわちＸｓ〜Ｘｓ
’ビットを予測符号器６へ供給し、　ＬＳＢ（ｌｅａｓ
ｔ　５１ｇｎ１ｆｉｃａｎｔ　Ｂｉｔ）から２ビツト（
下位ビットの信号）をすなわちｘ３とＸｌの２ビツトを
量子化器７へ供給する。

予測符号器６では予測変換が行なわれ出力に予測誤差信
号を得る。量子化器７では制御回路ＩＯからＯ側御信号
、すなわちモード信号、に応じて選択され友量子化特性
で量子化を行なって出力する。量子化器７で得られた量
子化器出力信号と予測符号器６で得られた予測誤差信号
は符号変換器８へ供給され制御回路１０からのモード信
号に応じて各々を不等長符号あるいは等長符号を用いて
符号化し、多重化して出力する。同−期信号等の復号化
に必要な情報も符号化して多重化される。符号変換器８
から出力される多重化信号の情報量は符号化装置２へ入
力される画像信号に依存して待時刻々変化するため、多
重化信号はバッファーメモリー９へ供給され一旦平滑さ
れ、伝送路の伝送速度に合せて送り出される。バッファ
ーメモリー９ではバッファーメモリーに蓄えられる情報
蓄積量を求めて制御回路１０へ供給する。制御回路１０
では情報蓄積量を監視して制御用のモード信号を発生し
バッファーメモリーがオーバーフローあるいはアンダー
フローを生じないようにする。

−メモリー１１に一旦蓄える。符号逆変換器１２はバッ
ファーメモリー１１から多重化信号を順次読み出し、予
測誤差信号と量子化器出力に対応する符号に分離し、各
々を符号逆変換して予測誤差信号と量子化器出力信号を
出力する。予測誤差信号は予測復号器１３へ、量子化器
出力信号は合成器１４へ供給される。予測復号器１３で
は予測誤差信号よシ予測俵号化が行なわれ出力に復号信
号を得る。予測復号器１３の出力に得られる復号信号は
予測符号器６に入力された上位６ビツトの画像信号（Ｘ
ｓ＝Ｘｓ　）に対応する復号信号であシ、本実施例では
情報保存符号化を行なっているため復号信号は予測符号
器６への入力信号に一致する。

復号信号は合成器１４へ送られ、予測復号器からの６ビ
、トの復号信号の下位に標本化時刻が対応するようにし
て符号逆変換器１２からの量子化器出力信号の２ビツト
が付は加えられ、８ビツトの復号信号が得られる。合成
器１４で得られ九復号信号はＤ／Ａ変換器４へ供給され
てアナログの画像信号に変換される。

以上が復号化装置３の動作説明である。

第２図は第１図の予測符号器６および予測復号器１３の
具体的な例を示す図である。予測符号器６はノンリカー
シブタイプで構成されておシ情報保存の符号化が行なわ
れる。したがって減算器１６ではモジュロ−演算を行な
うことができる。

予測符号器６ではＸｓ−Ｘｓの６ビツトの入力信号から
予測器１５で得られた予測信号が減算され減算器１６の
出力に６と、トの予測誤差信号が得られる。予測復号器
１３では予測誤差信号と予測器１８で得られる予測信号
とが加算され加算器１７の出力に復号信号を得る。

第３図は第２図の予測器１５の具体的な回路例を示す図
である。本回路例ではｆｓ中３ｆｓｃの場合にＮＴＳＣ
カラーＴＶ信号を能率良く予測できる予測関数Ｐ　（Ｚ
）として次式で示されるものを用いている。　　　　Ｐ
（Ｚ）＝０．５Ｚ　　’＋Ｚ−０，５ｚ（１）２３およ
び２４は係数０．５の乗算器、１９．２０．２１および
２２は標本化クロックで動作するシフトレジスターで入
力信号を１標化クロ、り周期遅蔦して出力する。２５は
減算器、２６は加算器である。

量子化器２７は予測信号を整数（入力信号のＸｓのビッ
トすなわちＬＳＢを１とする）に量子化する機能を有し
、予測信号を四捨五入して整数の予測信号を出力する。

すなわちレジスター２２の出力には（１）式で示される
デジタルフィルターで予測された予測信号が得られ、量
子化器２７で整数に量子化されて出力される。予測器１
８も予測器１５と同様に構成される。

第４図は第１図の量子化器７の具体的な回路例を示す図
である。量子化器はＸｌとＸ２の２ビツトからなる入力
信号ＸＬにビット打ち切りによる量子化を加えて出力す
る。

制御回路１０からのモード信号Ｍは量子化切換信号発生
器２８に送られ量子化切換信号ＱＳｌおよびＱｓｔを出
力する。ＱＳｓは論理積回路３０に、ＱＳ　＊は論理積
回路２９に供給される。モード信号Ｍの値によってＱＳ
ＩおよびＱＳ２は「０」又は「１」の値をと、りＱＳＩ
およびＱＳｇが「釦の場合はＸｔおよびＸ！Ｏビットが
打切られ０ビット精度の信号が出力される。Ｑｓｔのみ
が１１」の場合はＸｌのみが出力され１ビット精度の信
号となシ、ＱｓｔおよびＱＳ　＊ｙＫ　ＩＪの場合はＸ
ｌおよびＸ２が出力され２ビット精度の信号のままであ
る。

第５図（４）、（８）は制御回路１０の制御特性の具体
的な例を示す図である。第５図（２）は正規化した情報
蓄積量Ｂとモード信号Ｍと”の関係を示す。制御回路１
０ではバッファーメモリー９から供給される情報蓄積量
を監視し、適当な時間間隔で判定を行なって第５図囚で
示す特性に従がってモード信号ｙを出力する。

モード信号Ｍは０から４までの値をとヤ量子化器７に供
給して量子化特性の切換制御を行なう。

量子化器７は一例としてモード信号Ｍが０か１の時は２
ビット精度に、モード信号Ｍが２の時は１ビツ一ト精度
に、モード信号Ｍが３か４の時は０ビット精度に入力信
号を量子化して出力する特性を有する。この量子化特性
を、正規化した情報蓄積量Ｂと量子化器７の量子化出力
のビット精度ＱＬとの関係に表わしなおすと第５図（Ｂ
）のようになる。

次に符号変換器８について詳しく説明する。符号変換器
７は６４個の不等長の符号語Ａｉからなる符号Ａと６４
個の等長の符号語Ｂｉからなる符号Ｂを有し予測符号器
６から送られてくる予測誤差信号Ｅを符号化する。モー
ド信号Ｍが１から３までの場合は符号Ａを用いて予測誤
差信号Ｅを符号語ｌｔに変換し、モード信号ＭがＯかま
たは４の場合は符号Ｂを用いて予測誤差信号Ｅを符号語
Ｂｉに変換する。一方量子化器７から供給される２ビツ
トの量子化器出力信号Ｑ（Ｑｌ、Ｑｌの２ビツトでＱｚ
がＭＳＢ）はモード信号が０か１の場合は２ビツト（Ｑ
”ｓ　Ｑｌ）が符号としてその１．ま出力することによ
って符号化が行なわれそして予測誤差信号Ｅを変換した
符号＠（ムｉまたはＢｉ）に付は加えられて多重化され
る。同様にモード信号が２の場合は上の１ピツ）　（Ｑ
ｚ）が付は加えられ、モード信号が３か４の場合は何も
付は加えられない。

これらをまとめると表１の様になる。

表１ モード信号Ｍが００時のＥ、Ｑを変換して多重化した８
ビツトの等長符号はバッファーメモＩＪ−がアンダーフ
ローモードの場合に用いられ、モード信号Ｍが４の時の
６ビ、トの等長符号はバッファーメモリーがオーバーフ
ローモードの場合に用いられる。ここでは伝送路のビッ
トレートは６ビツト／画素よシ少し大きいビットレード
の値であるとしている。

符号逆変換器１２は表１に示す変換特性の逆変換特性を
有し多重化された符号を逆変換して予測誤差信号Ｅおよ
び量子化器出力信号Ｑを再生するが、量子化器出力信号
Ｑにおいて符号化されて来ないビットは０の値を補メっ
て復号信号を得ることにする。

なお表ＩＫ示す変換を行なうのにモード信号が０および
１の場合についてのＥおよびＱの信号を入力して多重化
符号を出力する変換テーブルがあれば、モード信号が２
から４の場合には出力符号の上位の有効など、ト数だけ
を伝送するように構成することもできる。

第６図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図
である。本実施例においては予測変換の手段として均一
量子化と非均−量子化の２つの量子化特性を有するリカ
ーシブタイプの予測符号器を用い、オーバー７０−モー
ド時にはＤＰＣＭ符号化、例えば５ビツトのＤＰＣＭ符
号化が行なえるように構成したものである。均一量子化
特性および予測信号の精度が入力信号の精度と一致する
場合にはりカーシブタイプのＤＰＣＭ符号器はノンリカ
ーシブタイプの符号器に等価変換できる。したがって本
実施例は第１の実施例にＤＰＣＭ符号器を別に付は加え
、オーバーフローモードの場合にはＤＰＣＭ符号器で符
号化を行なうようにした構成となっている。

３１は本発明の符号化装置で３２は復号化装置である。

参照数字５．７．９．１１および１４は第１図の各参照
数字の部分と同じ機能を有し同様の動作を行なう。

ム／Ｄ変換器でディジタル化された８ビツトＰｃＭの画
像信号は本発明の符号化装置３１の分配器５へ供給され
上位６ビ、トが予測符号器３３へ、下位２ビツトが量子
化器７へ供給される。予測符号器３３は制御回路３５か
らの制御用のモード信号に応じて符号化特性、例えば量
子化特性、を切換えて予測符号化を行なって予測誤差信
号を出力し符号変換器３４へ供給する。量子化器７では
下位２ビツトの信号が制御回路３５からのモード信号に
よりて選択され丸量子化特性によって量子化が行なわれ
この量子化器出力信号が符号変換器３４へ供給される。

量子化器出力信号と予測誤差信号は符号変換器３４で制
御回路からのモード信号に応じて各々符号化を行なって
多重化しさらにモード信号も符号化されて付は加えられ
バッファーメモリー９へ供給され一旦平滑さＤｉ後後送
送路送シ出される。制御回路３５はバッファーメモリー
９に蓄えられる多重化信号の情報蓄積量を監視しておシ
適当な時間間隔で判定を行なって制御用のモード信号を
出力する。

以上が符号化装置３１の動作説明である。

復号化装置３２では多重化信号を受信してパ。

ファーメモリー１１に一旦蓄える。符号逆変換器３６で
はバ、ファーメ七〇−１１から多重化信号を順次読み出
し、予測誤差信号と量子化器出力に対応する符号に分離
し各々を逆変換して予測誤差信号と量子化器出力信号お
よびモード信号を出力する。予１ｉＩｌ誤差信号とモー
ド信号は予測復号器３７へ、量子化器出力信号は合成器
１４へ供給される。予測復号器ではモード信号に従ｌっ
て予測誤差信号から予測復号化が行なわれ出力に６ビツ
トの復号信号を得る。これは８ビツトの画像信号の上位
６ビツトの信号に対する復号信号であシ、との復号信号
は合成器１４へ送られ、予測復号器３７からの６ビツト
の復号信号に標本化時刻が対応するようにして符号逆変
換器３６からの２と。

トの再生された量子化器出力信号が付は加えられ８ビツ
トの復号信号が得られる。

第７図は第６図の予測符号器３３と予測復号器３７の具
体的な例を示す図である。予測符号器３３はリカーシブ
タイプのＤＰＣＭ符号器で構成されている。量子化器３
９Ｆｉ６ビツト精度の均一量子化特性と、５ビツトの非
均−量子化特性の２種類を有し、制御回路３５からの制
御信号に従メって量子化特性の切換えが行なわれる。５
ビツトの非均−量子化では最小の量子化ステップ巾を６
ビ、ト精度となるように量子化特性を設計できるため５
ビ、ト精度の均一量子化に比して５ビ、ト非均−量子化
の方が視覚的にすぐれた復号信号を得ることができる。

予測器４１および４３の具体的な回路例としては第３図
に示す予測器１５を用いる。

第８図は制御回路３５０制御特性の具体的な例を示す図
である。制御回路３５はバッファーメモリー９からの情
報蓄積量を正規化した値すなわち正規化情報蓄積量Ｂか
ら適当な時間間隔で、例えば１水平走査ごとに、判定を
行なってモード信号Ｖを出力する。モード信号の変換特
性の一例を第８図（ＡＲＫ示す。正規化した情報量Ｂが
θ〜ｌの間で変る時モード信号Ｍはθ〜５ｔでの整数値
をとる。量子化回路７ではモード信号Ｍによって選択さ
れた量子化特性に従メって量子化が行なわれる。

モード信号Ｍが０と１の時は量子化の精度ＱＬは２ビ、
トが選ばれ、モード信号Ｍが２の時は量子化の精度ＱＬ
は１ピツトが選ばれ、モード信号Ｍが３．４および５の
時は量子化の精度ＱＬは０ビツトが選ばれる。そして２
ビツトの入力信号は選択されたビット精度ＱＬに量子化
されて出力される。これを正規化した情報蓄積量Ｂと量
子化の精度ＱＬとの関係で示すと第８図（Ｂ）に示す特
性となる。予測符号器３３の量子化器３９ではモード信
号ＭがＯから３の場合は６ビツト精度の均一量子化特性
Ｑ６が選択され、モード信号Ｍが４または５の場合は５
ビツトの非均−量子化特性Ｑ５が選択される。これを正
規化した情報蓄積ｘＢと量子化器３９で選択される童子
化特性ＱＨとの関係で表わすと笥８図（Ｏに示す特性と
なる。

次に符号変換器３４について詳しく説明する。

符号変換器３４は６４個の不等長の符号語Ａｉからなる
符号Ａと６４個の６ビ、ト等長の符号語１３ｉからなる
符号Ｂと３２個の不等長の符号語Ｃ１からなる符号Ｃと
３２個の５ビツト等長の符号語Ｄｉからなる符号りとを
有し予測符号器３３から送られてくる予測誤差信号Ｅを
符号化する。モード信号Ｍが０の場合は符号Ｂを用いて
、モード信号Ｍが１から３の場合は符号Ａを用いて、モ
ード信号Ｍが４の場合は符号Ｃを用いて、モード信号Ｍ
が５の場合社符号りを用いて符号化する。

一方量子化器７から供給される２ビ、トの量子化器出力
信号Ｑ（Ｑ２、Ｑｌの２ビツトで。意がＭＳＢ）は有効
なビットだけを出方する方法によって符号化され、（こ
の場合はＱの各ビットの信号はそのまま符号として用い
ている。）予測誤差信号Ｅを変換した符号語に付は加え
られて多重化される。モード信号Ｍが０か１の場合はＱ
ｓ、Ｑｓの２ビ、トが％−）’信号Ｍが２の場合はＱ２
の１ビツトが、各々符号として付は加えられる。しかし
モード信号Ｍが３から５の場合は何も付は加えられない
。これらをまとめると表２の様になる。

バッファーメモリーカアンダーフローモードの場合はモ
ード符号Ｍが０となシ８ビット等長符号化が行なわれる
。オーバーフローモードの場合はモード信号Ｍは５とな
り５ビ、ト等長符号化が行なわれる。

ここでは伝送路のと、トレードは５ビツト／画素よ）少
し大きいビットレードの値であるとしてともできる。ま
た予測誤差信号Ｅと量子化器出力信号Ｑを合せて符号化
するのではなく別々に符号化し良信号を適当なブロック
、例えば１水平走査区間のサンプル数、ごとにまとめて
から交互に多重化してバッファーメモリーに送るように
してもよい。

符号逆変換器３６は表２に示す変換特性の逆変換特性を
有し多重化され九Ｅ、Ｑの変換符号を逆変換して予測誤
差信号Ｅおよび量子化器出力信号Ｑを再生する。量子化
器出力信号Ｑにおいて送られて来ないビットは０の値を
補なう。

第１図の制御回路１０では情報蓄積量から制御用のモー
ド信号を発生し、量子化器７の量子化切換信号発生器２
８でモード信号から量子化切換信号を発生して量子化特
性の切換を行なう構成になっているが量子化切換信号発
生器２８を制御回路に含める構成にすることもできる。

この場合は量子化切換信号が制Ｍ号として量子化器７へ
送られる。第６図においても同様のことがいえる。

以上の説明から明らかな様に本発明の符号化装置を用い
れば予測符号器が少ないと、ト数で構成できるので符号
化装置が簡単になる、 なお本発明の第１及び第２の実施例においては、予測符
号器はノンリカーシブタイプおよびリカーシブタイプの
ＤＰＣＭ符号器の場合について示したが、これに限定さ
れることはなく、他の方法、例えば予測準位符号化でも
良い。また符号変換器は不等長符号化を行なう場合につ
いて示したが、ランレングス符号化等を用いてもよい８

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示すプロ、り図
、第２図は予測符号器６および予測復号器１３の具体的
な例を示す図、第３図は予測器１５の具体的な回路例を
示す図、第４図は量子化器７の具体的な回路例を示す図
、第５図は制御回路１０の制御特性ので例を示す図、第
６図は本発明の第２の実施例の構成を示すプロ、り図、
第７図は予測符号器３３および予測復号器３７の具体的
な例を示す図、第８図は制御回路３５０制御特性のヤ例
を示す図である。 ｌはム／Ｄ変換器、２は符号化装置、３は復号化装置、
４はＤ／ム変換器、５は分配器、６および３３は予測符
号器、７．２７および３９は量子化器、８および３４は
符号変換器、９および１１はバッファーメモリー、１０
および３５は制御回路、１２および３６は符号逆変換器
、１３および３７は予測復号器、１４は合成器、１５．
１８．４１および４３は予測器、１６．２５および３８
は減算器、１７．２６．４０および４２は加算器、１９
．２０．２１および２２はシフトレジスター、２３およ
び２４は乗算器、２８は量子化切換信号発生器、２９お
よび３０は論理積回路である。 第Ｚ配 第ｑ請 ７ 集Ｓ圓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ディジタルの画像信号を上位のビットからなる信号と下
   位のビットからなる信号とに分け、前記上位ビットの信
   号をすでに符号化ずみの信号を用いて予測変換して出力
   する手段と、前記下位ビットの信号を制御手段からの制
   御信号にしたがって量子化して出力する手段と、前記予
   測変換の出力と前記量子化手段の出力をそれぞれ符号化
   し、多重化して出力する手段と、前記出力をバッファー
   メモリーに一旦蓄え平滑化して出力する手段と、前記バ
   ッファーメモリーに蓄えられる符号化情報の発生量を監
   視してバッファーメモリーがオーバーフローあるいはア
   ンダーフローを生じないように少なくとも前記量子化手
   段を制御する制御手段とを備え、画像信号を少ない規模
   の装置で符号化できるようにしたことを特徴とする符号
   化装置。