JPS59141845A - デジタル信号伝送方式 - 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、画像などをデジタル信号として伝送するに当
り、伝送路上で発生するビット誤りによる雑音を抑圧し
、もって画像などに対する妨害を低減させもしくは情報
伝送量の削減をも行い得るデジタル信号伝送方式に関す
る。

一般に、デジタル信号を伝送する場合、伝送路上におい
゛てデジタル信号にビット誤りが生ずる。

特に、衛星放送の伝送路では、５）ＩＦ帯の電波が用い
られるので降雨などに起因する受信電界の低下が生じる
」その結果、デジタルテレヒジョンヲ衛星放送するに際
して、ビット誤りによる画像妨害が目立つことになる。

従来、デジタル信号に生じるビット誤りに対しては、誤
り訂正符号を用いて誤りを訂正または検出し、画像に対
する妨害を除去してきた。

しかし、誤り訂正符号を用いる場合には、本来伝送すべ
き情報ビ・ントの他に、検査ビットを伺は加える必要が
ある。従って、誤りビットを数多く訂正するためには、
検査ビットを非常に多く付加しなければならないので、
伝送速度（情報ビット数／全伝送ビット数）を低下させ
ることになり、伝送効率が悪くなるという欠点がみられ
た。また、衛星伝送路では受信電界の低下している時間
率が低いので、誤りビットを多く訂正できる符号化を行
うことは時間的にも効率が悪くなる。逆に、訂正できる
ビット数を少なくすると、低受信電界には誤り訂正の効
果が得られないことになる。

本発明の目的は、上述の点に鑑みて、わずかな情報を付
は加えるだけでビットＸりによる伝送信号の誤差を効果
的に減少させ、もって画像などに対する妨害を低減し得
るようにしたデジタル信号伝送方式を提供することにあ
る。

一般に、画像信号は冗長性を有し、隣接する絵素間には
高い相関関係が存在する。そこで、本発明では、画像の
水平方向、ライン間、フィールド・間、フレーム間など
において、信号レベルの差が少ないという画像の統計的
性質を利用する。また、信号レベルの変化が大きい部分
ではビット誤りによる誤差が検知しにくく、逆に変化の
小さいＶ？１＋分では誤りによる誤差を検知しやすいと
いう視覚上の性質がある。

そこで、本発明はデジタル信号を送出する際に、相関の
高い隣接サンプル点の集合（ブロック）において、ｎビ
ットの量子化ビット中、最上位ビット（ＭＳＢ）から順
に上位ｍビットが等しいことを検知し、もって１ブロツ
クにおけるｍの数値を伝送す゛る。そして、受信側では
、等しい上位ｍビットに対し、１ブロツクのサンプル集
合内で０または１を多数決判定し、この判定と異なるビ
ットについては誤りであると判断して訂正を行う。

このようにすると、信号レベルの変化が小さい場合にも
」−位ｍピントのビット誤りは効率良く訂正され、画像
妨害は下位（ｎ−ｍ）ビットの範囲に制限されることに
なる。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の原理に基づいてデジタル映像信号を
送信する場合の伝送方式を示す。ここでは、デジタル化
された映像信号をに個のサンプル点ごとに分け、これを
ブロックと称する。そして、各ブロック内におけるに個
のサンプルの中で、量子化ビットの上位ビットから順に
変化のない等しいビットを検索し、そのピント数ｍを表
わす「レンジビット」を生成する。送信側では映像信号
に加えて、■ブロックごとに決まるこの「レンジピント
」を送出する。本図中、２はアナログ信号、４はサンプ
リング信号、６はレンジビット、８は隣接サンプル集合
を示している。

第２図は、受信側における本発明の原理を示す。図中、
６は第１図と同じくレンジビットを示し、口で囲んだビ
ットは誤すビットを示す。また、本図中“（イ）は「訂
正されるビット、（ロ）」 は「誤りビットは下位に限定される」なる文言に該当す
るものとする。

受信側の動作原理は第２図に示すように、まずレンジビ
ット６を受信して該当するブロック内で上位ｍビットに
は変化がないことを検知する。そして、これら上位ｍビ
ットについて、ｋ個のサンプル内で多数決判定を行い、
「１」または「０」を決定する。

第３図は、上述した多数決判定の原理を示す。

すなわち、多数決判定とは、ｋ個のサンプル値における
特定の量子化ビットに対し、１である場合には積分を行
い、この積分値かに／２以上であれば「１」と判定し、
またに／２以下であれば「ｏ」と判定する多数決による
方法である。多数決判定された値に基づいて、上位ｍビ
ットに発生している誤りは全て訂正される。従って、量
子化ピッ）ｎビット中、誤りビットは下位の（ｎ　−ｍ
）ビットに限定されるので、ビット誤り誤差による画像
妨害雑音は低減される。

第４図は、本発明を適用した送信装置の一実施例を示す
ブロック図である。ここで、１０はアナログ映像信号、
１２はアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、１４はＡ
／Ｄ変換器１２から送出されるデジタル映像信号、■６
〜２０はデジタル映像信号１４の各ビットにおけるカウ
ンタ、２２〜３２は一致比較器、３４は優先符号器（プ
ライオリティ・エンコーダ）、３６はにサンプルにおけ
るレンジビット生成回路、３８はレンジビット誤り訂正
符号化回路、４０はメモリ、４２はブランキング多重化
回路、４４は全データの誤り訂正符号化回路、４６は送
出テークを示す。

第４図において、デジタル化された映像信号１４の最上
位ビットＭＳＨないし最下位ビットＬｓＢ　　（量子化
ビット）は、各々のカウンタ１６〜２ｏに送られる。こ
れら各カウンタ１６〜２０では、１ブロツク・ｋサンプ
ルにおける各量子化ビットの値を積分する。従って、ｋ
サンプル全部か１またはＯの場合はカウンタの値はｋま
たはＯとなり、比較器２２〜３２から出力が得られる。

また、カウンタ１６〜２０の値がｋまたは０以外の場合
は、比較器２２〜３２から何の出力も得られない。

次に、比較器２２〜３２の出力をオアゲートを介して優
先符号器３４に入力すると、量子化ビットが一致してい
る上位ｍビットの数値ｍがエンコードされて出力される
。このエンコード出力が既述のレンジビット（第１図参
照）となるが、さらにレンジビットに誤り訂正符号（３
８）を施し、一度メモリ４０に蓄えてブランキング期間
に多重化しく４２）、最後に全データに対して誤り訂正
符号化を行い（４４）送出する。

第５図は、本発明を適用した受信装置の一実施例を示す
ブロック図である。ここで５０は受信データ、５２は１
回訓における全データの誤り訂正回路、５４〜５８はカ
ウンタ、６０〜６４は比較器、６Ｂは多数決判定回路（
ｋサンプル）、６８〜７２はスイッチ１，７４はレンジ
ビット抽出回路、７８はレンジビット誤り訂正回路、７
８はレンジビットによる制御信号、８０は２回目におけ
る全データの誤り訂正回路、８２はデジモル会アナログ
（Ｄ／Ａ）変換器、８４はアナログ映像信号を示す。

受信側では、第５図に示すように、まず全データに対す
る誤り訂正を行う（５２）。レンジビットは全データよ
り抽出して（７４）、レンジビット自身の誤り訂正を行
っておく　（７Ｂ）。映像信号の量子化ビットは各々の
カウンタ５４〜５６に送られ、１ブロツク・ｋサンプル
における量子化ビットの値が積分される。これらカウン
タ５４〜５８の値は比較器６０〜６４に入力され、その
値がＭ２以上ならば１゜ｋ／２以下ならばＯと多数決判
定される。

次に、レンジビ・ントの制御（７８）により、量子化°
ビットの値として、上位ｍビットは多数決判定の値をス
イッチ８８〜７２で選択し、また下位（ｎ−ｍ）ビット
は判定を行う前の値をそのまま通過させるようにスイッ
チ６８〜７２を選択する。

この時点において上位ｍビットのビット誤りは訂正され
、ピッ；・誤りは下位（ｎ−ｍ）ビットに限定されたこ
とになる。最後に、多数決判定回路６６で訂正されたデ
ータを用いて、２回目における全データの誤り訂正を行
うと、下位（ｎ　−ｍ　）ビットに対し、１回目には訂
正できなかったビット誤りが効果的に訂正できることに
なる。このように効果的な誤り訂正が可能である。

第６図は、本発明に係る伝送方式の第１実施例を示す。

本実施例では、画面の水平走査線方向に対して１０サン
プルごとに区切り、これを１ブロツクとしている。そし
て、■サンプル当り８ビツトで量子化する場合には、レ
ンジビットとして３ビツトを必要とする。このレンジビ
ットには’ＢＣＨＩＩＴＥＣ（ＴｒｉｐｌｅＥｒｒｏｒ
Ｃｏｒｅｃｔｉｏｎ）（２３，１２）の訂正能力の高い
誤り訂正符号化を施し、水平ブランキング期間に多重化
する。

第７図は、本発明に係る伝送方式の第２実施例を示す。

上述した第１実施例では、１ブロツクを水平走査線方向
に１０サンプルとしたが、この場合には離れた位置のサ
ンプル間では相関が低くなり、量子化ビット中の共通ビ
ットが少なくなる。

これに対して、第２実施例では、水平方向と垂直方向の
２次元で隣接するサンプルの集合を１グループとしてい
るので、サンプル間の距離が近く、互いの相関が高くな
る。従って、本実施例の場合には、２ライン分のメモリ
を必要とするが、量子化ビット中で一致するビットが多
くなり、その結果としてレンジビットの効果が向上する
。

第８図は、本発明に係る伝送方式の第３実施例を示す。

本実施例では、隣接サンプルとして前フレームの隣接９
サンプルを加え、合計１８サンプルを１グループとする
。このことにより、レンジピッ］・の伝送量を減らして
いる。

静止画像および動きの少ない背景固定などの画像では、
フレーム間の相関が高い。また視覚の性質として、画像
の動きがゆるやかで予測の容易な部分では誤差に対して
敏感である６従って、全フレームの隣接サンプルを含め
た３次元のサンプル集合を１ブロツクとするこの方法は
、視覚系に適しており、しかもレンジビットの伝送量を
減らすことができる。

第９図は、本発明に係る伝送方式の第４実施例を示す。

この第４実施例は、本発明を伝送ビット削減に用いた例
である。＄９図に示すように、１ブロツクの上位ｍビッ
トが等しいとすると、伝送する際には１ブロツク内の上
位ｍビットを全て除いて伝送し、代りに、等しいビット
数を表わすレンジビットと、共通の値である上位ｍビッ
トを表わす共通ビットと−に訂正能力の高い誤り訂正符
号化を施して伝送する。

信号の変化のゆるやかな画像の場合に１士、上位ビット
の多くを伝送する必要がなくなり、わずかな伝送量であ
るレンジビットおよび共通ビットのみを伝送すれば良い
ので、大幅な伝送ビット削減が可能となる。この場合、
プロ・ンク長は可変長となる。

第１０図は、本発明に係る伝送方式の第５実施例を示す
。本実施例では、２進符号にグレイ符号（反射符号）を
用いている。通常用いられる自然２進符号では、信号レ
ベルの変化が小さい場合に下位ビットのみが変化する可
能性が多いが、いわゆる桁上り（０１１１１＋００００
１−１００００）ニ、Ｊ：り上位ビットが変化すること
も起り得る。しかし、グレイ符号では隣接する量子化レ
ベルを表わす符号間のハミング距＃（対応するビットを
比較したとき両者が等しくないビット数）が常に１であ
り、上述のように桁」ニリで多数のビットか反転するこ
とはない。この場合のレンジビットは、上位ビットに限
らず、一致しているビットを全て示すので、量子化ビッ
ト数ｎビットを送ることになる。

なお、第１θ図の下方に示す線図はグレイ変換の方法を
表わした変換回路である。いま自然２進符号を（ａＮ、
　＆Ｓ−１・・・ａＳ　）とし、グレイ符号を（ｔ）ｖ
　＋　ｂｙ−ｔ・・・ｂ＋　）とすると、その変換式は
次式で与えられる。

ｂ７ｙ　＝　ａ／／ ｂ；　＝　ａ；■ａ；＋１ ここで、■は、υ１他的論理和を示す。

第１１図は、本発明に係る伝送方式の第６実施例を示す
。本実施例は、映像信号をＤＰＣ：Ｍ（Ｄｉｆｆｅｒｅ
ｎｔｉａｌ　ＰＣＭ）化し、常に差分を伝送するように
した伝送方式である。このようにすると、信号のレベル
差が小さいとき、常時下位ビットのみが変化すること１
コ゛なるので、本発明に適した符号が得られる。

次に、本発明の効果ないし利点を詳述する。

本発明ではデジタル信号を伝送する場合に、伝送路上で
生じるビット誤りによる画像妨害雑音を低減させる効果
がある。この効果について更に詳細に説明する。

いま、９サンプルを１ブロツクとした場合、多勿決判定
の誤り率は、９Ｃ４・Ｐ’　　（１−Ｐ）５で与えられ
る。ここで、Ｐはビット誤り率である。従って、誤りに
対して非常に強く（次に示す表１参照）、本発明のビッ
ト誤り率は、レンジビットを誤りから保護する訂正効果
によって決定される。しかも、本発明では、わずかな伝
送量であるレンジビットに対してのみ誤り訂正を行うの
で、全データに対して符号化率を下げることなく訂正能
力の高い訂正符号を用いることができる。

□◇□ 表１　本発明と従来方式のビット誤り率のＬし軟木発明
の符号化率＝８３％ レンジビットにＴＥＧ（２３，１２）を施す従来方式の
符号化率＝８８９．６ ＤＥＣＴＥＩＩ（１２７，１１２） 誤り率計算式　　　　　　　　　　Ｐ：ビット誤り率多
数決判定の判定誤り率　　ｓ　Ｃ４Ｐ４（１−Ｐ）　Ｓ
レンジビットのビット　　２．７　Ｘ　１０３　Ｘ　Ｐ
４誤り率　ＴＥＣ（２３、１２） レンジビｙ　Ｉ・のレンジ　　３ｘ２．７ｘｌＱ３ｘ　
ｐ　４誤り率 レンジ誤りによるビット　９ｘ３ｘ２．？ｘｌＯ３Ｘ　
Ｐ４誤り率 ＤＥＣＴＥＤ（１２７，１，１２’）の　　　７．８Ｘ
　１０３　Ｘ　Ｐ３ビット誤り率 具体的には、映像サンプル点数をＩＨ当り７２０点、量
子化ビットを８ビツトとすると、ＩＨの情報ビットは５
７６０ビツトとなる。そして、１ブロツク・９サンプル
のレンジビットｌ＜　ＴＥＣ（ＴｒｉｐｌｅＥｒｒｏｒ
　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）（２３’、１２）　テ符号化
すると、ＩＨ当り４８０　ビットを必要とし、符号化率
は８３％となる。これを、符号化率８８％の全データを
ＤＥＣＴ’ＥＤ　（Ｄｏｕｂｌｅ　Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｒ
ｒｅｃｔｉｏｎ　ａ　ＴｒｉｐｌｅＥｒｒｏｒ　Ｄｅｔ
ｅｃｔｉｏｎ）（１２７，１１２）で符号化する従来の
方式と比べると、既述の表１のようになる。

映像の場合に問題となる誤り率１０−２および１０−３
に対して、本実施例のビット誤り率は？、３Ｘ１０−”
およびｒ、３ｘ１ｏ＝’！と高い改善率を有する。これ
に対して、従来の方式によると、？、９　×ＩＯ”３お
よび？、９Ｘ１０’と本発明に係る方式と比べてかなり
低い改善率となる。

さらに、本発明によれば、量子化ビ・ントの」二位ビ・
ントから順に誤り訂正効果の重点が置かれることになる
ので、生じる誤差が大となる上位ビ′ントの誤りによる
画像妨害雑音を著しく減少させることができる。

また、本発明は、信号波形の変化がゆるやかな画像部分
において特に効果がある。これは、人間の視覚系の′特
性に合ったものである。

以上述べたように本発明では、従来の方式にみられる如
く、誤り訂正の効果を平均的に分散させてしまうのでは
なく、必要な部分に集中させることができるという利点
を有する。

なお、第１実施例（第６図参照）によれば、水平方向の
輝度差が大である縦縞を有する画像部分では本発明特有
の効果を得にくいことにもなるが、ラインメモリやフレ
ームメモリなどを用いることなく容易に実施し得る伝送
方式を実現することができる。

また、第２実施例（第７図参照）ではラインメモリを必
要とするが、水平および垂直（２次元）の隣接サンプル
による相関の高い部分だけを用１．Ｎることかできるの
で、レンジビットの効果を高く・することができる。

第３実施例（第８図参照）では、フレームメモリを用い
て相関の高いフレーム相関も使用し、１グループの範囲
を時間方向に広げているので、全データに対するレンジ
ビットの割合を少なくすることができる。

第４実施例（第９図参照）では、上位ｍビットの等しい
ビットを伝送せず、その代りに共通ビットを１度だけ伝
送することにより、伝送ビットの削減をなし得るので、
画像伝送の帯域圧縮の効果を得ることができる。

第５実施例（第１０図参照）では、２進符号にグレイ符
号を用いて近い信号レベル間の／＼ミング距離を常時小
さくし、もってレンジビットの効果を高めている。

第６実施例（第１１図参照）では、映像信号をＤＰＣ：
Ｍ化することにより変化分を符号化することができるの
で、上位に一致ビ・ントを集中させることができる。

以上述べたほか、本発明に係る伝送方式は、モノクロー
ム信号およびカラー信号のＲＧＢ分離信号、コンポーネ
ントカラー信号の伝送に好適である。マタ、コンポジッ
トカラー信号では、たとえばカラーサブキャリアの整数
倍のサンプリングにおいて、整数倍ごとのサンプル点を
１グループとするなど、相関を高くする処理を事前に行
って同様に本発明を適用することができる。

このように、本発明をデジタル画像の記録、伝送、放送
などの匁野蚤こ適用することにより、ビ、ット誤りによ
る映像妨害雑音を効果的に低減させることができ、また
帯域圧縮にも利用することができる。

以上詳述した如く、本発明は画像に蔓ける冗長性の統計
的性質を利用して、人間の視覚生理に適した、しかも誤
り率の広い範囲に渡って効果がある、映像妨害雑音を低
減する伝送方式である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る伝送方式における送信側の動作原
理（レンジビットの生成）を説明する図、第２図は本発
明に係る伝送方式における受信側の動作原理（レンジビ
ットによる訂正）を説明する図、第３図は本発明で用い
る多数決判定の原理を説明する図、第４図は本発明を適
用した送信装置の一実施例を示すブロック図、第５図は
本発明を適用した受信装置の一実施例を示すブロック図
、第６図は本発明に係る伝送方式の＄１実施例（水平方
向のサンプル点の集合＝１ブロック）を示すブロック図
、第７図は本発明に係る伝送方式の第２実施例（２次元
の隣接サンプル点の集合＝１ブロック）を示すブロック
図、第８図は本発明に係る伝送方式の第３実施例（３次
元の隣接サンプル点の集合＝１ブロック）を示すブロッ
ク図、第９図は本発明に係る伝送方式の第４実施例（本
発明を伝送ビット削減に用いた例）を示すブロック図、
第１Ｏ図は本発明に係る伝送方式の第５実施例（グレイ
符号を用いた例）を示すブロック図、第１１図は本発明
に係る伝送方式の第６実施例（本発明をＤＰＣ：Ｈに用
いた例）を示すブロック図である。 ｋ・・・サンプル点数、 ２・・・アナログ信号、 ４・・・サンプリング信号、 ６・・・レンジビット、 ８・・・隣接サンプル集合、 ｌＯ・・・アナログ映像信号、 １２・・・Ａ／Ｄ変換器、 １４・・・デジタル映像信号、 １６．１８．２０・・・カウンタ、 ２２．２４，２６，２８，３０．３２・・・一致比較器
、３４・・・優先符号器（プライオリティ・エンコーダ
） ３６・・・レンジビット生成回路、 ３８・・・レンジピ・ント誤り訂正符号化回路、４０・
・・メモリ、　　　　　　　　　　　　　　　特４２・
・・ブランキング多重化回路、 ４４・・・全データの誤り訂正符号化回路、　　代４６
・・・送出データ、 ５０・・・受信データ、 ５２・・弓回目における全データの誤り訂正回路、 ５４．５ｆｌ、５８・・・カウンタ、 ８０．１３２．８４・・・比較器、 ６６・・・多数決判定回路、 ８８．７０．７２・・・スイッチ、 ７４・・・レンジビット抽出回路、 ７日・・・レンジビット誤り訂正回路、７８・・・レン
ジビットによる制御信号、８０・・・２回目における全
データの誤り訂正回路、 ８２・・・Ｄ／Ａ変換器、 ８４・・・アナログ映像イＲ号。 許出罪人　日本放送協会 ど１７０ソフー、 二二ニ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　ニニニ゛、 ７パ、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■）デジタル信号を伝送するに際して、相関の高い隣接
   サンプルの集合を１ブロツクとし、該ｌブロックの中で
   一致している量子化ビットの数、または一致している量
   子化ビットの位置をレンジビットとし、誤り訂正符号化
   して本来のデジタル信号と共に伝送することを特徴とす
   るデジタル信号伝送方式。 ２、特許請求の範囲第１項記載の伝送方式において、１
   ブロツクの中で最上位ビットから連続して一致している
   量子化ビットの数をレンジビットとして伝送し、受信側
   ではこれらの一致している量子化ビットの値を多数決判
   定し、判定と異なるビットを誤りと判断して訂正を行う
   ことを特徴とするデジタル信号伝送方式。 ３）特許請求の範囲第１項記載の伝送方式←こおいて、
   送信側では全デジタＪレイ言号１こわたり誤り訂正符号
   を施して伝送し、また受イ言狽１１においては、該誤り
   訂正符号を復号することを特徴するデジタル信号伝送方
   式。 ４）特許請求の範囲第１項記載の伝送方式番とおいて、
   前記デジタル信号をテレビジョン（ｉ号帰線期間中に挿
   入して伝送することを特徴とするデジタル信号伝送方式
   。 ５）特許請求の範囲第１項記載の伝送方式番こおいて、
   前記１プロ・ンクは、同一画面中の基準点に近接した上
   下左右９画素を少なくとも含んで形成したことを特徴と
   するデジタル信号伝送方式７゜ ６）特許請求の範囲第１項記載の伝送方式番とおいて、
   量子化ビットをグレイ符号に変換し、一致している量子
   化ビットの位置を示すレンジビットを伝送し、受信側で
   はこれらの一致している量子化ビットの値を多数決判定
   し、該判定と異なるビットを誤りと判断して訂正を行う
   ことを特徴とするデジタル信号伝送方式。 ７）特許請求の範囲第１項記載の伝送方式において、映
   像信号をＤＰＣＭ化し、１プロ、ンクの中で最上位ビッ
   トから連続して一致している量子化ビットの数をレンジ
   ビ・ントとして伝送し、受信側ではこれらの一致してい
   る量子化ビットの値を多数決判定し、該判定と異なるビ
   ットを誤りと判断して訂正を行うことを特徴とするデジ
   タル信号伝送方式。 、８）特許請求の範囲第１項記載の伝送方式において、
   １ブロツク内で一致している量子化ビットを伝送するこ
   となく、代りに共通ビ・ントを１度だけ伝送し、もって
   伝送ピントを削減するようにしたことを特徴とするデジ
   タル信号伝送方式。 ８）特許請求の範囲第１項記載の伝送方式において、水
   平走査線方向のサンプル集合を１ブロツクとしたことを
   特徴とするデジタル信号伝送方式。 １０）特許請求の範囲第１項記載の伝送方式において、
   ラインメモリを用いて画像の水平、垂直方向の２次元で
   隣接するサンプルの集合を１ブロツクとしたことを＃ｊ
   ｔ’ｌｊとするデジタル信号伝送方式。 １１）特許請求の範囲第１項記載の伝送方式において、
   フレームメモリを用いて画像の水平。 垂直方向および前フレームの隣接サンプル集合体を１ブ
   ロツクとしたことを特徴とするデジタル信号伝送方式。