JPS6161733B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、予測符号化装置に関し、特にたと
えば副搬送波が色信号で変調され周波数多重化さ
れたカラーテレビジヨン信号の予測符号化装置に
関する。 テレビジヨンなどの画像信号は画面の水平、垂
直方向に対して相関が強いので、画像信号を直接
伝送する代わりに、伝送しようとする画素の近傍
の画素信号から予測信号を作り、伝送しようとす
る画素と予測信号との差分を符号化して伝送する
ことによつて、伝送情報量を減らすことができ
る。このような符号化法は予測符号化法と呼ばれ
ている。 上述のような予測符号化方式によりカラーテレ
ビジヨン信号を符号化する方法として、カラーテ
レビジヨン信号を輝度信号と搬送色信号に分離し
て各々を符号化する方式と、カラーテレビジヨン
信号を直接符号化する方式とがある。後者は直接
予測符号化方式と呼ばれ、前者に比べ装置構成が
簡単であるという利点がある。この発明にとつて
興味あるのは後者の直接予測符号化方式であり、
この発明はその改良に向けられるものである。 カラーテレビジヨン信号を標本化し、直接予測
符号化する場合には、色副搬送波の量子化雑音に
より画像にビート防害を生じ画質が劣化する可能
性がある。これを目立たなくするため、カラーテ
レビジヨン信号をナイキストレートよりかなり高
い、副搬送波周波数（以下ｆ_SCと称す）の３倍あ
るいは４倍の周波数で標本化し符号化している。
以下では、3f_SCで標本化された場合を例にとり説
明する。 第１図はカラーテレビジヨン信号の画素間の相
関を示すグラフである。なお、第１図において横
軸は画素間距離を示し、縦軸は相関値を示してい
る。この第１図において、点線は輝度信号のみの
画素間相関を示しており、一般に画素間距離が離
れるほど、画素間の相関は弱くなる。また、第１
図において実線はカラーテレビジヨン信号の画素
間相関を示しており、３画素毎に周期的に画素間
の相関が強くなつている。これは、カラーテレビ
ジヨン信号が色副搬送波周波数の３倍で標本化さ
れているため、色副搬送波の位相が３画素毎に同
相となるからである。したがつて、画素間距離１
あるいは２のときは色副搬送波の位相が同相でな
いため、画素間距離３のときより低い相関値にな
つている。 ところで、予測符号化方式では予測すべき画素
（注目画素と称す）の予測値を決定するために用
いられる画素を予測参照点と言う。この予測参照
点としては、注目画素と最も相関の強い画素から
順にとるのがよい。3f_SCのカラーテレビジヨン信
号の最も簡単な直接予測方式としては、注目画素
の３画素前の画素を予測参照画素として選び、予
測値としては予測参照画素値をそのまま使う方法
が考えられている。 第２図は上述のような方式による従来の予測符
号化装置および復号化装置の構成を示すブロツク
図である。構成において、入力端子１には3f_SCで
標本化されたカラーテレビジヨン信号が与えられ
る。この入力端子１と、予測器２と、減算器３
と、符号器４とで送信側の予測符号化装置を構成
している。この予測符号化装置の出力すなわち符
号化されたカラーテレビジヨン信号は回線５を介
して受信側の復号化装置に与えられる。この復号
化装置は復号器６と、加算器７と、出力端子８
と、予測器９とを含む。 動作において、入力端子１から入力される画素
信号Ｘ０に対し、予測器２は３画素前の画素値Ｘ
３をＸ０の予測値として出力する。第３図にこの
画素位置の関係を示す。減算器３は入力画素信号
Ｘ０と、予測器２から与えられる予測値との差を
求め出力する。 前述したように、３画素前の画素Ｘ３と現在入
力されている３画素Ｘ０とは相関が強いため、減
算器３の出力信号のレベル分布は、０レベル付近
に集中する。画素Ｘ３とＸ０との相関が強ければ
強いほど、この集中の度合は強くなり、符号化し
た場合のデータ圧縮率も高くなる。 減算器３の出力は符号器４に入力される。符号
器４は、入力する各レベルの信号をその発生頻度
に応じた符号長の符号で符号化する。これによ
り、伝送情報量を減らすことができる。このよう
な符号器の例としては、ハフマン符号器がよく知
られている。符号器４から出力される符号は回線
５を介して受信側に送られる。受信側では、回線
５から出力される符号を復号器６で復号し、符号
化される前の差信号を再生する。復号器６からの
出力信号は加算器７に入力されて、予測器９から
出力される予測信号と加算され、元の画像信号が
再生される。この再生された画像信号は出力端子
８に出力されるとともに、予測器９に入力され
る。この予測器９は送信側の予測器２と同様の機
能を有し、加算器７に入力される画素に対する予
測信号として、３画素前に復号され復元されてい
る画素値を予測値として出力する。すなわち、加
算器７に入力される差信号が画素Ｘ０に対するも
のである場合、予測器９は３画素前の画素値Ｘ３
を画素Ｘ０の予測値X03として出力する。加算器
７では、復号された差信号と予測値X03とを加算
し、画素Ｘ０を再生する。 以上のように、この方式では画素間の相関を利
用し、画素信号を予測し、原信号の差をとること
によりレベル分布に片寄りのある信号を作り、ハ
フマン符号化することによつて伝送情報量を減少
させている。 ところで、第２図の回路では現在入力されてい
る画素の予測値として単に３画素前の画素値をそ
のまま用いるため、予測精度を或る程度以上は上
げることができなかつた。そのため、さらに予測
精度を上げて伝送情報量を一層減少し得る予測符
号化装置が要望されている。 それゆえに、この発明の主たる目的は、上述の
ような要望を満たし得る予測符号化装置を提供す
ることである。 この発明は、要約すれば、入力された画素信号
が予め定められる複数種類の画素群のいずれの群
に属するかを判定し、その判定された画素群に最
も適切な予測値発生手段によつて予測された予測
値を用いて現在入力されている画素信号の情報量
を減少させて符号化するようにしたものである。 この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は、図面を参照して行なう以下の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。 この発明の実施例を説明する前に、まずこの発
明の原理を説明する。画素信号はたとえば対応す
る色副搬送波の位相が異なればその振幅レベル分
布状態は大きく異なる。そこで、この発明では予
め画素の振幅レベル分布状態を調べ、その振幅レ
ベル分布状態に応じて画素をいくつかの画素群に
分ける。そして、或る予測参照画素の画素値に対
して注目画素が最も生じやすい画素値の統計デー
タを前記画素群別に作成する。そして、注目画素
がいずれの画素群に属するかに応じて、最適の統
計データで予測を行なうようにしている。 第４図はこの発明の一実施例を示す概略ブロツ
ク図である。概略的には、この第４図の実施例で
は、画素群別に予測器を設け、予測すべき画素が
属する群に最も適した予測器の出力を選択するこ
とにより、予測精度を上げるようにしている。さ
らに、第４図の実施例では各画素群に適した符号
化を行なうことにより、従来の予測符号化装置に
比べデータの圧縮率を高めるようにしている。 構成において、入力端子１には標本化されたカ
ラーテレビジヨン信号が与えられる。このカラー
テレビジヨン信号は予測変換器３０を介して符号
器４０に与えられる。また、カラーテレビジヨン
信号は予測装置２０に与えられる。この予測装置
２０はカラーテレビジヨン信号を受ける３つの予
測器２１，２２，２３と、前記カラーテレビジヨ
ン信号を受けて現在入力されている画素がいずれ
の画素群に属するかを判定する状態判定器２５
と、状態判定器２５の判定出力に応じて予測器２
１ないし２３のいずれの出力を予測変換器３０に
与えるかを切換えるための切換スイツチ２６とを
含む。３つの予測器２１ないし２３は、図示しな
いが、たとえばROMなどを含む。そして、これ
らROMには、それぞれ予め異なる統計データが
設定されており、予測器２１ないし２３は互いに
異なる予測値を出力する。詳細には、たとえば予
め電子計算機などによつて送るべき画像の画素パ
ターンの傾向がシユミレーシヨンされる。このシ
ユミレーシヨン結果に基づき、異なる位相の色搬
送波に対応する３種類の画素群に対する３種類の
統計データが求められる。これら３種類の統計デ
ータはそれぞれ予測器２１ないし２３に設定され
る。したがつて、予測器２１ないし２３は、或る
予測参照画素に対して注目画素が最も生じやすい
であろう値を各予測データに基づいて出力する。 一方、状態判定器２５の出力は符号器４０に与
えられる。この符号器４０は状態判定器２５の判
定出力に応じて、最も適した符号化法で予測変換
器３０の出力を符号化するように構成される。こ
のような符号器としてはたとえば符号化の仕方を
変化し得るタイプのハフマン符号器などが用いら
れる。 以上の入力端子１と、予測装置２０と、予測変
換器３０と、符号器４０とで予測符号化装置を構
成している。この予測符号化装置の出力は回線５
を介して受信側復号化装置に送られる。 回線５から出力される符号は復号器６０に与え
られ、復号される。この復号器６０の出力は前記
予測変換器３０と全く逆の機能を有する予測逆変
換器７０に与えられる。この予測逆変換器７０の
出力は出力端子８に与えられるとともに、予測装
置９０に与えられる。この受信側の予測装置９０
は予測器９１ないし９３と、状態判定器９５と、
切換スイツチ９６とを含み、送信側の予測装置２
０とほぼ同様の構成を有する。そして、この予測
装置９０から出力される予測値は予測逆変換器７
０に与えられる。また、状態判定器９５の判定出
力は復号器６０に与えられる。 動作において、端子１からの入力画素Ｘ０は予
測器２１ないし２３および状態判定器２５に入力
される。予測器２１ないし２３は、それぞれ、予
め設定されている統計データにしたがつて、すで
に入力された画素であつて画素Ｘ０の近傍の画素
（たとえば画素Ｘ０の直前の画素）から画素Ｘ０
に対する予測値X01ないしX03を出力する。状態
判定器２５は入力された画像信号中の同期信と画
素信号から画素Ｘ０がどの画素群に属するかを判
定する。そして、状態判定器２５は判定した画素
群に対応する統計データが設定されている予測器
の出力を選択するよう切換えスイツチ２６に指示
する。 上述の状態判定器２５による所属画素群の判定
の結果、予測器２ｉが選択されたとすると、予測
器２ｉの出力結果X0iは切換スイツチ２６を介し
て予測変換器３０に入力される。予測変換器３０
はたとえば入力画素信号Ｘ０から予測値X0iを差
引いて差分信号Ｙ０を出力する。この予測変換器
３０の、出力信号Ｙ０は符号器４０に入力され
る。符号器４０は状態判定器２５から出力される
状態判定信号に応じた符号化法によつて信号Ｙ０
を符号化し、回線５に出力する。 受信側では、回線５から出力される符号を復号
器６０で復号化し、予測変換信号Ｙ０を再生す
る。予測逆変換器７０は信号Ｙ０と受信側の予測
装置９０から出力される予測信号X0iとをたとえ
ば加算して画像信号Ｘ０を再生し、出力端子８に
出力する。 なお、予測装置９０は予測装置２０と同様に、
回線５から出力される符号すなわち復号すべき符
号の状態に応じて最適の予測値を選択的に出力す
る。また、復号器６０は状態判定器９５からの判
定出力に応じて最適の復号化法で符号を復号す
る。 第５図は3f_SC標本化の場合の画素配置と、各画
素の状態を示す図である。第５図において、画素
Ｘ０と色副搬送波が同位相にあるＸ３は画素Ｘ０
と同じ状態Ｓ０であるとする。また、Ｘ１，Ｘ２
は、それぞれ、Ｘ０と異なる位相であるのでＳ０
と異なるＳ１，Ｓ２の状態にあるとする。また、
画像の垂直方向まで考慮すると、同一フイールド
内で直前の走査線は色副搬送波の位相が180゜異
なつている。この関係はｆ_SCの何倍で標本化する
にかかわらず、常に不変である。このライン間の
位相の関係のため、直前の走査線に含まれる画素
は現在の走査線上のどの画素ともその位相が一致
しない。したがつて、各画素を新しい３個の状態
Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５に分類する。さらに、その１走
査線前は、現在の走査線と同位相であるので、そ
の画素状態はＳ０，Ｓ１，Ｓ２の３状態の組合わ
せとなる。 たとえば、第４図の実施例において、予測参照
点として注目画素の直前の画素をとる場合、第５
図の各状態Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２毎に予測される画素
信号Ｘ０の振幅レベル分布は大きく異なつてい
る。第１図の画素相関を示すグラフで、画素間距
離１の相関値が低いのは、３つの状態Ｓ０，Ｓ
１，Ｓ２を混合したためである。したがつて、Ｓ
０，Ｓ１，Ｓ２の状態別に予測の仕方をかえれ
ば、各状態毎の画素間距離１の相関値を画素間距
離１の輝度信号の相関値に近づけることが可能で
ある（当然輝度信号のみの場合に比べカラーテレ
ビジヨン信号の場合、色信号がある分だけ相関値
は低くなるが、色信号の効果はそれ程大きくない
と思われる）。したがつて、各状態毎に最適の予
測を行なうよう予測器を選び、またそれに適した
符号化を行なうことにより、従来の予測符号化に
比べ伝送量を減らすことができる。 第５図から明らかなように、3f_SCでカラーテレ
ビジヨン信号を標本化する場合、ライン間の位相
の関係まで含めると、最大６つの画素群に分ける
ことができる。一般に、Nf_SCでカラーテレビジ
ヨン信号を標本化する場合、画素群の数Ｍは２
Ｍ2Nで表わすことができる。なぜならば、ラ
イン間の位相の関係はＮの値にかかわらず常に２
ライン毎に同相となり、同一ラインにおける位相
の関係はＮ画素毎に同相となるからである。たと
えば、ライン間の位相の関係にのみ注目して画素
群を分ければＭ＝２となり、同一ラインの位相の
関係にのみ注目すればＭ＝Ｎとなる。また、ライ
ン間および同一ラインの位相の関係の両方を注目
すれば2N種類の画素群に分けることができる。
このような画素群の分類の仕方は画素のシユミレ
ーシヨンの段階で決定されるが、最大の2Nの画
素群のうち振幅レベル分布状態が似ているものは
１つの画素群にまとめるようにしてもよい。な
お、第４図の実施例では、同一ラインにおける位
相の関係にのみ注目して３つの画素群に分けてい
るため、３つの予測器を設けるようにしている
が、前記Ｍの値に応じて予測器の数すなわち予め
作成する統計データの種類を増減すればよい。 たとえば、予測参照点として、注目画素の直前
の画素をとる場合、輝度信号の相関が強い画像で
は３画素前予測より伝送情報量が減少する。ま
た、予測参照点として３画素前の画素をとる場
合、画素間距離１の場合ほどではないが伝送情報
量を減らすことができる。 以上は、予測参照点として１画素のみをとる例
を示したが、予測参照点として複数個の画素をと
るようにしてもよい。この場合、予測のための情
報量が増えるため、予測の精度をさらに上げるこ
とができ画素の状態別に予測の方法を変える効果
が大きくなる。基本的には、注目画素以前に入力
され、かつ注目画素の近傍の画素を予測参照画素
として用いればよい。 次表１は或るテレビ画面に対して、計算機シユ
ミレーシヨンにより求めた理想的な符号長の例を
示す表である。なお、予測符号化しない元の画像
信号は１画素あたり８ビツトである。

【表】 表１からわかるように、１画素前予測で符号化
した場合、従来の方式では１画素あたり4.6ビツ
トとなり、この発明による装置では１画素あたり
4.2ビツトの符号長となる。すなわち、この発明
による装置では従来の予測符号化装置に比べ約10
％程度伝送情報量を減らすことができる。また、
３画素前予測についても同様で、この発明による
装置によつて伝送情報量を減らすことができる。 また、表１における(3)の欄はすでに入力された
３画素を用いて予測する例として、第６図に示す
Ａ１，Ｂ，ＤによりＸ０を予測する方式の符号長
を示したものである。この場合、従来装置では１
画素あたりの符号長は1.7ビツトである。これに
対しこの発明による装置では１画素あたり0.7ビ
ツトとなり、従来の３画素予測符号化方式に比べ
伝送情報量を半分以下に減らすことができる。 なお、第４図の実施例では予測装置２０および
予測装置９０を独立の予測器の組合わせとして構
成する例を示したが、予測器２０あるいは９０全
体をたとえば１個のROMで構成するようにして
もよい。 また、第４図の実施例では、予測変換信号とし
て入力画素信号と予測装置２０からの予測値との
差分信号を用いるようにしたが、基本的には符号
化に都合のよい、すなわちデータ圧縮率の高い信
号に変換された信号を予測変換信号として用いる
ようにすればよい。たとえば、予測器２１ないし
２３から予測値を出力させる場合、統計的に最も
生じやすい画素値から順番に全階調の画素値を出
力させるようにする。そして、予測変換器によつ
て入力画素信号と、予測装置２０から順次入力さ
れる予測値とを比較させ、画素信号が何番目に入
力された予測値と一致したかを示す番号コードを
予測変換信号Ｙ０として符号器４０に与えるよう
にしてもよい。なお、この場合予測器９１ないし
９３を予測器２１ないし２３と同様の構成にし、
予測逆変換器７０を予測変換器３０と逆の機能を
有するように構成しなければならない。 第４図の実施例では、画素信号を全く変形せず
忠実に伝送する方式について説明した。これに対
し、DPCM方式として従来からよく知られている
ように、画素信号を若干変形した後符号化して伝
送する装置にもこの発明を適用することができ
る。 第７図は上述のようなDPCM方式の符号化およ
び復号化装置を示す概略ブロツク図である。入力
端子１から入力される画素信号は減算器３００に
与えられる。この減算器３００は入力画素信号
と、予測器２００からの予測信号との差分信号を
出力する。この差分信号は量子化器１０１に与え
られる。量子化器１０１は入力される差分信号を
入力画素信号の量子化レベル数より少ないレベル
数で量子化し直し出力する。したがつて、画像信
号はこの時点で若干変形されることになり、再現
される画像も元の画像信号と同じにはならない。
この画像信号が変形される量を量子化雑音とい
う。量子化器１０１からの出力は符号器１０３に
与えられる。符号器１０３は量子化器１０１から
の出力を通常、定長符号化して回線５に送り出
す。また、量子化器１０１からの出力は加算器１
０２に与えられる。加算器１０２はこの量子化器
１０１からの信号と、予測器２００から出力され
る予測信号とを加算して量子化雑音を含む画像信
号を再生する。この再生された画像信号は予測器
２００に与えられる。予測器２００は量子化雑音
を含む画像信号を用いて次画素の予測信号を作成
する。この予測信号は上述のように加算器１０２
に与えられるとともに、減算器３００に与えられ
る。 一方、回線５から出力される符号は復号器１０
４に与えられる。復号器１０４は与えられた符号
化信号を復号し加算器７００に与える。加算器７
００は復号された信号と、予測器９００から出力
される予測信号とを加算し、画像信号を再生す
る。この再生された画像信号は出力端子８に与え
られるとともに、予測器９００に与えられる。予
測器９００は与えられた画像信号を用いて次画素
の予測信号を作成し、加算器７００に与える。 上述のようなDPCMの装置において、予測器２
００および予測器９００の構成を、それぞれ、第
４図の予測装置２０および９０と同様な構成にす
れば、予測器２００および９００の予測精度を向
上させることができる。したがつて、伝送すべき
情報量を減少させることができる。さらに、量子
化器１０１として量子化特性が等間隔でない、た
とえばレベルの低いところを細かく量子化し、逆
にレベルの高いところを大ざつぱに量子化するよ
うな量子化器を用いるようにすれば、従来と同じ
伝送情報量の中により多くの画像情報を盛り込む
ことができる。そのため、受信側の画質を向上さ
せることができる。 なお、以上の説明では主として3f_SCで標本化さ
れた画素信号を符号化する場合を説明したが、こ
の発明は3f_SC以外で標本化された画素信号にも勿
論適用できる。 以上のように、この発明によれば、画素の状態
によつて予測の仕方を変えるようにしたので、予
測精度を増すことができ、従来の装置に比べ大幅
に伝送情報量を減らすことができる。したがつ
て、効率的なカラーテレビジヨン信号の伝送が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はカラーテレビジヨン信号の画素間の相
関を示すグラフである。第２図は従来の予測符号
化装置および復号化装置の構成を示すブロツク図
である。第３図はテレビジヨン信号の画素配置を
示すための図である。第４図はこの発明の一実施
例を示す概略ブロツク図である。第５図はテレビ
ジヨン画面の画素配置と各画素の状態を示すため
の図である。第６図は表１における３画素予測方
式を説明するための図である。第７図はこの発明
の他の実施例を説明するためのブロツク図であ
る。 図において、１は入力端子、２１ないし２３お
よび９１ないし９３は予測器、２５および９５は
状態判定器、２６および９６は切換スイツチ、３
０は予測変換器、４０は符号器、６０は復号器、
７０は予測逆変換器を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 色副搬送波と輝度信号とが周波数多重化され
   たカラーテレビジヨン信号を標本化して画素信号
   に変換し、すでに走査済の画素から現在の注目画
   素を予測し符号化する予測符号化装置であつて、 前記色副搬送波の位相に関連して、各画素が属
   すべき複数種類の画素群が予め定められており、 前記画素信号を入力するための画素信号入力手
   段、 前記画素信号入力手段から入力された画素信号
   が、前記複数種類の画素群のいずれの群に属する
   かを判定するための画素状態判定手段、 前記複数種類の画素群に対応して設けられ、そ
   れぞれに異なる予測データが設定されており、当
   該予測データに基づき、すでに入力された画素信
   号から現在入力されている画素信号の予測値を発
   生するための複数の予測値発生手段、 前記画素状態判定手段の判定結果に基づいて、
   前記複数の予測値発生手段から出力される予測値
   のうちいずれか対応のものを選択して出力するた
   めの出力選択手段、 前記画素信号入力手段から入力される画素信号
   を前記出力選択手段によつて選択された予測値に
   よつて情報量の減縮された予測変換信号に変換す
   るための予測変換手段、および 前記予測変換信号を符号化するための符号化手
   段を備える、予測符号化装置。 ２ 前記符号化手段は前記複数種類の画素群に対
   応する複数種類の符号化手段を含み、 前記符号化手段は前記画素状態判定手段の判定
   結果に基づいて対応の符号化手段で符号化を行な
   う、特許請求の範囲第１項記載の予測符号化装
   置。 ３ 前記カラーテレビジヨン信号は前記色副搬送
   波周波数のＮ（Ｎは整数）倍の周波数で標本化さ
   れ、 前記予め定められる複数種類の画素群は対応す
   る前記色副搬送の位相が異なるＭ種類（２≦Ｍ≦
   2N）の画素群を含む、特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の予測符号化装置。 ４ 前記予測値発生手段はすでに入力された所定
   画素数の画素信号に基づいて前記予測値を発生す
   る手段を含む、特許請求の範囲第１項ないし第３
   項のいずれかに記載の予測符号化装置。 ５ 前記すでに入力された画素信号は同じライン
   の所定画素数分前の画素信号を含む、特許請求の
   範囲第４項記載の予測符号化装置。 ６ 前記すでに入力された画素信号は所定ライン
   前の画素信号を含む、特許請求の範囲第４項また
   は第５項記載の予測符号化装置。 ７ 前記所定ライン前の画素信号は現在の入力画
   素信号と同じ画素位置の画素信号を含む、特許請
   求の範囲第６項記載の予測符号化装置。