JPS5946456B2

JPS5946456B2 - サンプル点間に相関のある信号のハフマン符号化方法

Info

Publication number: JPS5946456B2
Application number: JP15035179A
Authority: JP
Inventors: 聡長谷川
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1979-11-20
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1984-11-13
Also published as: JPS5673934A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はディジタル信号の符号化に関するものである。

従来、平均符号長が短い符号構成としてハフマン符号が
よく知られている。

・・ラマン符号は出現頻度の高い信号順に、短いビット
長を有する符号３ｃを割り当てていく符号化法である。
例えば、信号の振巾分布が平均値ｏの正規分布に従うデ
ィジタル信号の場合は、表−１の様な符号構成となる。
表−１Ｌ［□ ハフマン符号は、サンプル点間に相関がない場合には最
小の符号長を実現する一意かつ瞬時に復号可能な符号で
あるが、サンプル点間に相関がある場合には、そのまま
の信号をハフマン附号化すると、符号化効率が落ちると
いう欠点がある。

本発明の目的は、ハフマン符号の上記の様な欠点を除去
すべく、サンプル点間に相関がある場合のディジタル信
号に対しても、符号化効率が落ちない符号化方法を提供
することにある。本発明は、１サンプル点前の信号と現
サンプル点の信号の正負のサインが変化しなければ現信
号の絶対値をノ・ラマン符号化し、１サンプル点前の信
号と現サンプル点の信号の正負のサインが変化すれば、
現信号の絶対値のハフマン符号に正負のサインの変化符
号を付加して符号化する符号化方法である。

表−２に本発明の符号の一構成例を示し、表−４に適当
な信号系列に対する表−２の符号構成に従つた符号系列
を示す。ただし、信号の絶対値が小さい順に出現頻度が
高いものとする。尚、正負のサインの変化符号は、本発
明の符号を一意かつ瞬時に復号可能ならしめるため、ハ
フマン符号の一要素である必要がある。比較のために、
表−３にそのままの信号について・・ラマン符号化する
場合の符号を示し、表−５に表−４と同じ信号系列に対
する表−３の符号構成に従つた符号系列を示す。

ここで、正負のサインの変化符号の割り当てビツト長が
問題となるが、以下で上記問題に対する実験結果、及び
そのままの信号のハフマン符号化と本発明の符号化との
比較を行なう。

尚、信号は一例として平均値０の正規分布に従うデイジ
タル信号である。第１図は、各サンプル点において信号
を２乗したものの平均値、つまり信号の分散が５の場合
、正負のサインの変化符号の割り当てビツト長（横軸）
と平均符号長（縦軸）の関係を、正負のサイン変化確率
（ＳＣＲ）をパラメータとして示したものである。

第１図の中で、点線で示した平均符号長は、信号をその
まま・・フマン符号化した場合の平均符号長であり、本
発明による符号化法は正負のサインの変化確率が小さけ
れば、そのままの信号をハフマン符号化するよりも秀れ
ていることがわかる。また、本発明による符号化法にお
いて正負のサインの変化符号のビツト長に平均符号長を
最小にする意味で最適値があることがわかる。第２図は
、信号の分散が８の場合の第１図と同様のグラフである
。信号電力が大きくなると、同じ正負のサイン変化確率
でも、本発明による符号化法が、そのままの信号を・・
フマン符号化するよりもより秀れていることがわかる。
第３図は、信号の分散が５の場合、正負のサインの変化
確率に対して、正負のサイン変化符号のビツト長を最適
な値として与えた場合の最小の平均符号長を示している
。第３図の中で、点線で示した平均符号長は、そのまま
の信号をハフマン符号化した場合の平均符号長であり、
正負のサインの変化確率が０．２９より小さいとき、本
発明の符号化法が、そのままの信号をハフマン符号化す
るよりも秀れていることがわかる。以下、本発明の一つ
の実施例を、図を参照しながら説明する。

尚、本発明における信号ぱ平均値がＯである。

平均値がＯでない信号は、バイアスをかけて平均値をＯ
にする。第４図は本発明の符号化法を実現する装置の一
実施例の全体を示すプロツク図である。

尚、信号線に流れる信号については、信号線番号の前に
Ｓを付ける。４００は信号の正負のサインの変化を検出
する回路である。

４０１は信号を絶対値変換する回路である。

４０２は信号の正負のサインの変化符号を生成する際の
制御回路である，４０３は信号の絶対値に対応するハフ
マン符号を生成する回路である。

４０４は信号の正負のサインの変化符号を生成する回路
である。

４０５は信号の絶対値の・・フマン符号と信号の正負の
サイン変化符号のどちらかを選択するマルチプレクサで
ある。

４０６は１サインブル点の信号の符号化終了をチエツク
するナンドゲートである。

次に動作を説明する。信号線４５１の入力信号は、回路
４００に入力され、正負のサインが変化していれば出力
線４５２に１が出力される。検出された信号は、信号線
４５２により制御回路４０２に入力され、信号Ｓ−４５
２が１の場合は、正負のサインの変化符号が例えば００
０１の４ピツトとして、４クロツクの間出力線４５４に
Ｏを出力し、以後１を出力する。信号Ｓ−４５２がＯの
場合は、信号線４５４に１を出力する。４０２の制御回
路は信号線４５８の１サンプル点の符号化終了信号でり
セツトされる。

一方、信号線４５１の信号は絶対値変換回路４０１に入
力され、絶対値変換されて信号線４５３に出力される。
信号Ｓ−４５３はハフマン符号化回路４０３に入力され
、信号線４５４の信号が１の場合は生成されたハフマン
符号をクロツクに同期してシリアルに信号線４５５に出
力し、０の場合は信号を出さない。よつて、例えば信号
の正負のサインが変化した場合は、４クロツク遅れて信
号の絶対値に対応するハフマン符号がが出力され始める
のである。正負のサインの変化符号生成回路４０４は１
サJャvル点の符号化終了信号で，クリ”アされ、次のク
リコツクから０００１の信号を信号線４５６に出力する
。マルチプレクサ４０５は、信号線４５４の信号が０の
場合は信号線４５６を選択し、１の場合は信号線４５５
を選択して信号線４５７に出力する。本符号の終了ビツ
トは１であるので、４５４の信号と４５７の信号がナン
ドゲート４０６に入力され、両方とも１の場合つまり信
号の絶対値の符号を出力していて、符号に１がたつと１
サンプル点の符号化終了の信号０が４５８に出力される
。第５図は第４図の絶対値変換回路４０１をより詳細に
示したプロツク図である。

５００は信号線４５１の信号の各ビツトを反転するイン
バータである。

５００のインバータの出力信号線５５３の信号は、加算
器５０１で信号線５５４の信号１が加えられて信号線５
５５に出力される。

つまり信号線５５５の信号は２の補数で表現された負数
の絶対値信号となつている。５０２はマルチプレクサで
、信号線４５１のサインビツトの信号が１のときつまり
信号が負のときは信号線５５５の信号を選択し、信号線
４５１のサインビツトの信号が０のき、つまり信号が正
のときは信号線４５１のそのままの信号を選択し、信号
線４５３に出力する。

第６図は第４図の正負のサイン変化検出回路４００をよ
り詳細に示したプロツク図である。

信号線４５１の信号は、インバータ６００で反転されて
信号線６５２に出力され、続いてナンドゲート６０１で
信号線６５２のすべてのビツトのナンドがとられ信号線
６５３に出力される。信号線６５３の信号は、予測誤差
がＯの場合のみＯで、その他の場合は１である。一方、
信号線４５１の信号のサインビツトは１サンプル点前の
信号のサインビツトを示す信号Ｓ−６５５と排他的論理
和ゲート６０３で排他的論理和がとられ、信号線６５６
に出力される。信号線６５６の信号は１サンブル点前の
信号のサインビツトと、処理されている信号のサインビ
ツトが等しい場合にＯとなり、異なる場合、つまり信号
の正負のサインが変化した場合に１となる。信号線６５
６の信号は信号線６５３の信号とアンドゲート６０４で
アンドがとられ，信号線４５２に出力される。６０４の
アンドゲートは信号がＯの場合に、正負のサインが変化
しないとするためのものである。

６０２は１サンプル点前の信号のサインを保存しておく
フリツプフロツプ回路で、信号線６５８のクロツク信号
は１サンプル点の符号化が終了する毎に入力される。

第７図は第４図の制御回路４０２をより詳細に示したプ
ロツク図である。

信号の正負のサインの変化があつた場合１で変化がない
場合０である、信号線４５２の信号は、カウンタ７００
の出力線７５３とアンドゲート７０４でアンドがとられ
信号線７５４に出力される。信号線７５４は、Ｏで１サ
ンプル点の符号化終了を示す信号線４５８とナンドゲー
ト７０３でナンドがとられ、信号線７５５に出力される
。信号線７５５はクロツク７５０とアンドゲート７０２
でアンドがとられ、信号線７５２に出力され、カウンタ
７００のクロツク信号となる。また、１サンプル点の符
号化終了ピツト４５８は、カウンタ７００のクリア端子
に入力される。つまり、信号線４５２の正負のサインの
変化を示すビツトが１の場合、７００のカウンタが４カ
ウントすると信号線７５３が１となり、信号線７５４が
１で信号線７５５がＯとなり、カウンタ７００のクロツ
ク信号Ｓ−８５２はストツプされる。１サンプル点の符
号化終了ビツトのＯが信号線４５８に入力されると、信
号線７５５は１となり、再びカウンタ７００のクロツク
が入力される。

信号線７５４の信号は反転され信号線７５７に出力され
、信号線４５２とアンドゲート７０５でアンドがとられ
信号線７５８に出力され、フリツプJャ鴻cプ７０１のセ
ツト入力信号となる。信号線７５８は反転され信号線７
５９に出力され、フリツプフロツプ７０１のクリア入力
信号となる。フリツプフロツプＲＯｌのセツト入力、ク
リア入力はいずれも零レベルでアクテイブとなるものと
する。信号線４５２の正負のサインの変化を示す信号が
１の場合、つまりサインの変化があつた場陸、７００７
）カウンタが４カウントするまでは信号線７５８の信号
は１であり、フリツプフロツプ７０１はクリアされた状
態で、信号線４５４はＯが出力され、７００のカウンタ
が４カウントすると７５８の信号はＯとなりフリツプフ
ロツプ７０１はセツト状態になり信号線４５４には１が
出力される。このときカウンタ７００のクロツク供給は
ストツブされるので、この状態が１サンプル点の符号化
が終了するまで続く。信号線４５２の正負のサインの変
化を示す信号がＯの場合、つまりサインの変化がなかつ
た場合、信号線７５８の信号はＯとなり、フリツブフロ
ツプ７０１はセツト状態になり信号線４５４には１が出
力される。第８図は第４図の正負のサインの変化符号を
生成する回路４０４をより詳細に示したブロツク図であ
る。８００はカウンタであり、１サンプル点の符号化終
了信号４５８でクリアされ、信号線８５０のクロツクで
駆動され出力線４５６に０００１の系列が出力される。

以上の様に構成することにより、本発明方法を実施する
ことが可能となるものである。

尚、負の相関を有する信号は、現サンプル点の信号を反
転することで同様に実施できる。次に本発明による効果
を具体的に説明する一例として、ランドサツト衛星から
の、マルチスペクトラルスキヤナ一画像のバンド間予測
圧縮符号化の、予測誤差の符号化に本発明方法を適用す
る。

ランドザツト衛星は、４種類の異なる波長帯の光に感応
するセンサを有し、それぞれのセンサで得られた４種類
の画像をマルチスペクトラルスキヤナ一画像と呼んでい
る。４種類の画像は、中心波長の短いセンサで撮られた
順に、バンド４の画像、バンド５の画像、バンド６の画
像、バンド７の画像と呼ばれている。

今、バンド５の画像を用いてバンド４の画像を予測し、
バンド６の画像を用いてバンド７の画像を予測するとき
、予測誤差は正の方向にずれるとかなりの画像の間正の
方向にずれ、負の方向にずれるとかなりの画像の間負の
方向にずれることがわかる。これは予測の際の予測係数
が固定領域に対して決定されており、画像の部分的な性
質に追随できないためである。正負のサインの変化確率
は実測すると表−６の様になる。予測誤差信号をそのま
まハフマン符号化した場合の平均符号長を表−７に、本
発明の符号化法を用いて符号化した場合の平均符号長を
表−８に示す。本発明による改善は、バンド５からバン
ド４を予測符号化する場合で１０．０％、バンド６から
バンド７を予測符号化する場合で３．４％の改善である
。また、本発明によるハードウエアの複雑さは、単純に
ハフマン符号化する場合と比較してたいした増加ではな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、信号の分散が５の場合の正負のサインの変化
符号の割当てビツト長と平均符号長の関係を、正負のサ
インの変化確率をパラメータとして示したものである。第２図は、信号の分散が８の場合の、正負のサインの変
化符号の割り当てビツト長と平均符号長の関係を、正負
のサインの変化確率をパラメータとして示したものであ
る。第３図は信号の分散が５の場合の、正負のサインの
変化確率に対して、正負のサインの変化符号のビツト長
を最適な値として与えた場合の最小の平均符号長を示し
ている。第４図は、本発明の符号化方法を実現する装置
の一実施例のプロツク図である。第５図は、第４図の実
施例中の絶対値変換回路４０１の詳細回路図である。第
６図は、第４図の実施例中の信号の正負のサインの変化
検出回路４００の詳細回路図である。第７図は、第４図
の制御回路４０２の詳細回路図である。第８図は、第４
図の正負のサインの変化符号を生成する回路４０４の詳
細回路図である。図において、４００・・・正負のサイ
ン変化検出回路、４０１・・・絶対値変換回路、４０２
・・・制御回路、４０３・・・ハフマン符号生成回路、
４０４・・・正負のサイン変化符号生成回路、４０５・
・・マルチプレクサ、４０６・・・ナンドゲート、５０
０・・・インバータ５０１・・・加算器、５０２・・・
マルチプレクサ、６００・・・インバータ、６０１・・
・ナンドゲート、６０２・・・フリツブフロツプ、６０
３・・・排他的論理和ゲート、６０４・・・アンドゲー
ト、７００・・・カウンタ、７０２，７０４，７０５・
・・アンドゲート、７０３・・・ナンドゲート、７０１
・・・フリツプフロツプ、８００・・・カウンタ。

Claims

【特許請求の範囲】

１サンプル点間に相関のある信号の符号化において、
１サンプル点前の信号と現サンプル点の信号の正負のサ
インが変化しなければ、現信号の絶対値をハフマン符号
化し、１サンプル点前の信号と現サンプル点の信号の正
負のサインが変化すれば現信号の絶対値のハフマン符号
に正負のサインの変化符号を付加して符号化することを
特徴とするサンプル点間に相関のある信号のハフマン符
号化方法。