JPS6171769A - 時系列信号の符号化方式 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は時系列信号の符号化に関する。

（従来技術とその問題点） 時系列信号の符号化の目的は一般に伝送や記憶媒体に記
録する時の所要情報量を減少せしめる、いわゆる圧縮で
ちることが多い。このために、画像信号を例にとると（
１）マず画像信号内にある冗長度をできるだけ除去し、
（２）ついで冗長度が大略除去された信号をできるだけ
少ない符号量で表現する、ことが行なわれる。時系列信
号の１例である画像信号の場合においては（１）の処理
として、画面内や画面間の相関を用いて予測を行なう予
測符号化や画面的相関を用いて直交関数により信号を変
換する直交変換などの符号化がある。（２）の方法とし
ては、（１）で得られた信号の振巾分布より求められる
ハフマン符号化などが代表的である。

圧縮効果を高めるためには（１）の符号化処理において
得られる信号のとり得るレベルを制限する量子化や、隣
接する画素データを用いて容易に内挿できる場合には、
その画素の間引き、などがよく用いられるが、この技術
については、ジェー・シー・キャンディ（Ｊ−Ｃ−Ｃａ
ｎｄｙ）らによる１トランスミツテインダ　テレビジョ
ン　アズ　クラスタ単位　オプ　フレーム−トウーフレ
ーム　ディファレンシス”　（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎ
ｇ　Ｔｅ１ｅｖｉｓｉｏｎａｓ　Ｃ１ｕｓｔｅｒｓ　ｏ
ｆ　Ｆｒａｍｅ−ｔｏ−Ｆｒａｍｅ　Ｄｉｆｆｅ−ｒｅ
ｎｃｅｓ　ｐ　ＢＳＴＪ、　ｊｖｏｌ、　５０　ｔ　Ｎ
ｏ、　６　＋Ｊｕｌｙ　−Ａｕｇｕｓｔ　１９７１　＋
　ｐｐ、　１８８９−１９１７　）などの文献に記載さ
れている。

この時、従来手法によれば、たとえばある走査線上の画
素データに対して間引きが実行されると、その走査線上
の符号化された画素データにさらにこの走査線では間引
きが実行されたことを示す情報を付加せねばならない。

この情報量は１走査線について１回付加するだけならば
無視し得る程度に少ないと考えられるが１走査線上のあ
ちこちたとえば振巾が零でない符号化出力信号の連なり
（クラスタ）毎に間引きの実行あるいは不実行が号化能
率の低下をきたすことになる。ちるいはこの間引きの有
無を表わす情報を別途符号化してやる必要がある。この
時には別途符号化回路を増す必要がある。

同様に量子化を行なう時の特性にしても、２種用いると
するときこのクラスタ毎に任意にいずれかを選択すると
やはり同じことである。

（発明の目的） 本発明は２種の信号処理のいずれかがクラスタ単位に選
択される時、いずれが用いられたかを本来符号化される
べき処理されたデータの中に各クラスタ毎に符号化し、
しかも情報量の増加をほとんど伴なわない符号化方式を
提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、冗長度低減後に得られる零でない振巾の連な
り（クラスタ）に対して２種の信号処理手法の中の１種
が選択・適用される信号処理により得られる零に集中す
る統計的性質を持った時系列信号を符号化するに当り、
少なくとも零なる振巾を示す符号ｖ０、零なる振巾の連
なり（ラン）の長さくＮ）を表わす符号Ｌ（Ｎ）、前記
クラスタより該ランへの遷移を示し、かつそれ自身が零
振巾を示す符号Ｖ−１の３種の零振巾を表現できる符号
を用い、前記クラスタの直前に存在する長さＮなる前記
ランを（Ｖｏ　　ｔ　Ｌ（Ｎ　　１　）　ｌあるいは（
ＶＯ，Ｌ（Ｎ−２＞Ｔｖａｎｃて表わすことにより前記
クラスタ毎にいずれの処理手法が使用されたかを示す情
報を符号化する時系列信号の符号化方式である。

（発明の原理） 前述の（１）の符号化により得られる冗長度がほとんど
除去された信号の符号化方法について第１図を用いて説
明する。サンプル時刻１〜１８の間に零でない画素デー
タの連なりであるクラスタが画素時刻４〜７（第１）と
１３〜１６（第２）の２箇所に発生したとする。後者の
クラスタは時刻１５に零なる信号を含んでいるが、前記
文献にもあるとうり、零なる信号の両隣りの信号がいず
れも零でない場合には零を形式的に零と−見なさないブ
リッジングと呼ぶ操作が行なわれることが多いため、こ
こでもブリ、ジンクを行なう。ただし図中にも示すとう
り信号値はやはり零であり、これを（零／非零）で表示
している。この画素データに対して図中（間引き）で示
すように第１のクラスタに対してのみ間引きが実行され
るとする。この結果残った符号化すべき画素データの符
号例を（符号化）の箇所に示す。

零レベルを表わす符号としては１画素のみ零を表わす符
号Ｖい零でない画素データから零に４移したことを表わ
す符号Ｖ−１零の連なり（ラン）の長さ□を表わす符号
Ｌ（へ））の３種を用いるものとする。この時、たとえ
ばサンプル時刻３（Ｔ、と略記する。以下も同様とする
。）まで零でない画素データが連なっているがＴ４にお
いて第１のクラスタがあること　このクラスタは間引き
が適用されていることより、ランの最後をｖｏに置換す
る。この時、ランの長さは最後のｖｏへの置換により１
だけ短くなる。Ｔ、では零でない画素データの振巾はｅ
で記述されている符号で表わされるが、’ｒ、　”ｒ。

の画素データは２：１の間引きの場合には符号化されな
い。Ｔ、では符号化が行なわれる。ここでこのｅは零で
ない値を符号化するという一般的意味であり、特定の値
に割当てられた符号を意味しない。Ｔ、では零であり次
のランが始まるが、非零より零へ遷移したのでここでは
ｖｔが用いられる。そしてこの後はランの長さ４を表わ
す符号Ｌ（４）が用いられＴ、〜Ｔ１．までは零である
ことを示す。Ｔ’ｔｓ〜Ｔ＋６は第２のクラスタが生起
しているが、これは間引きが行なわれていないので各画
素データの振巾が順次ｅＪｅｊｖｏＩｅと出力される。

このｖｏはランの最後の画素データでも無く、クラスタ
の直後でも無いので単に１画素データが零であることを
示す。プロッジングにより第２のクラスタに含まれてい
る。Ｔ、７では非零から零への遷移があるのでＶ−が用
いられ、その後にはランの長さを表わすＬ（・）がつづ
く。

こうして得られた符号列（Ｌ（・）　ｐ　Ｖ６　＋　ｅ
　ｒ　ｅ　ｊＶｏ’ｊＬ（４）・ｅ・ｅ・ｖｏ・ｅ・Ｖ
−・Ｌ（・））は復号化に際しては、まず（Ｌ（・）ｊ
■。）と続いているのでこれ以後に符号化されているク
ラスタでは間引きがなされていることがわかシ、間引き
の規則（偶奇サンプルのいずれを間引くかなど）が符号
化および復号化では当然一致しているものとすると、（
ｅｊｘ＋ｅ＋３（）が得られる。（ｘ）は間引かれた画
素データに対応する画素位置を示す。ここでＶ。がある
ため零を出力し、次はランが符号化されていることがわ
かる。Ｌ（４）を復号化し指定された長さだけ零（この
場合４画素時刻）を出力し続ける。。ランが終ると次に
は■。でなく（ｅ）があるので、このクラスタでは間引
きが実行されていないことがわかるため、ここでは順次
間引きのない復号化が行なわれ（ｅ・ｅ　ｒ　ｖ６　ｐ
　ｅ　）が得られる。次には■。！があるので零レベル
が出力され、その次にはランがあることがわかる。

以上詳細に述べたように、（符号化）データの中にはク
ラスタ単位で（間引き）を表わす信号が含まれており、
かつ与えられた符号化データを順に見ていくと、復号も
順にできるため非常に簡潔な符号化方式となっている。

また、以上の説明に用いた入力信号としての画素データ
は予測符号化における量子化された予測誤差信号あるい
は直交変換における量子化された変換係数のいずれであ
っても構わない。また間引きされるクラスタを表わすの
にＬの後に■。を続けた場合を例にとって説明したが、
Ｖｏの代りに長さ１なるラン長を表わす符号Ｌ（１）を
用いることも勿論できる。すなわち第１図の画素時刻３
において■。をＬ（１）と置き換えても本発明は依然有
効である。

（実施例） 以下、第２，３図を参照しながら本発明の実施例につい
て説明する。

画像信号は線１０００を介して画像符号化回路１００へ
供給され、ここで予測符号化あるいは直交変換により符
号化される。この出力は量子化により取シ得るレベル数
が制限されている。予測符号化の例としては前述のジェ
ー・シー・キャンディらが用いたフレーム間予測が使用
できる。直交変換の例としてはウェン・シン・チェノ（
Ｗｅｎ−Ｈｓｉｕｎｇ　Ｃｈｅｎ　）他による論文１ア
ダプテイブコーデイング　オプ　モノクローム　アンド
　カラーイメージズ（Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｃｏｄｉｎｇ
　ｏｆ　Ｍｏｎｏｃｈ−ｒｏｍｅ　ａｎｄ　Ｃｏ１ｏｒ
　Ｉｍａｇｅｓ　）”Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎ　
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ｐ　ｖｏｌ、　ＣＯＭ
　−２５ｐＮｏ、　ｌ　１　ｙ　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　１
９７７などが挙げられる。

フレーム間予測の場合には量子化された予測誤差が、直
交変換の場合には量子化された変換係数が、線２０００
を介して不等長符号化回路２００へ供給される。クラス
タ単位で指定される間引きの適用／非適用を示す信号は
線１４００を介して不等長符号化回路２００へ供給され
、前記の予測誤差あるいは変換係数の圧縮符号化がなさ
れる。圧縮された符号群は線３０００を介して、この符
号群の入力速度と伝送路４０００における伝送速度との
間で速度整合を行なうバッファメモリ３００に供給され
る。また復号化に関しては受信側において、伝送路４０
００を介して供給される圧縮された符号群は伝送速度と
復号化速度との間の速度整合をとるバッファメモリ５０
０に−たん格納され、線５０００を介して不等長符号化
回路６００へ供給される。ここで伸長された間引きの適
用／非適用を示す信号は線２３００を、前記の予測誤差
あるいは変換係数は線６０００を介して、いずれも画像
復号化回路７００に供給される。復号された画像信号は
線７０００を介して出力され、復号化処理は完了する。

つぎに第３図を用いて画像符号化回路１００．画像復号
化回路７００について動作を詳しく説明する。

−第３図（４）に画像符号化回路１００の詳細ブロック
図を示す。線１０００を介して入力された画像信号はフ
レームメモリ１０６より供給される予測信号と減算器１
０１において差がとられる。この差すなわち予測誤差は
量子化回路１０２において量子化され遅延回路１０７お
よび判定回路１０３へ同時に供給される。判定回路１０
３においては、別に線１０００を介して供給されている
入力画像信号を用いてレベル変化の比較的少ない部分に
ついては間引き適用を可とし、そうでない部分について
は不可とするが、この時実際に間引きが行なわれるのは
量子化された予測誤差が零でないものの連なり（クラス
タ）に対してである。すなわち、間引きが可である部分
にあるクラスタについて間引きを可とし、これを示す間
引き信号（第１図中の（間引き））を線１４００を介し
て不等長符号化回路２００に出力すると同時に内挿回路
１０５へも供給する。

このクラスタの形成、および間引きの可否の判定には一
般には大略−走査線を必要とするのでこの遅延と等しい
時間だけ遅延回路１０７は予測誤差を遅延回路１０８は
予測信号を夫々遅延させる。

遅延回路１０７で遅延をうけた予測誤差は線２０００を
介して加算器１０４に供給されると同時に不等長符号化
回路２００へも出力される。７１Ｏ算器１０４では、遅
延回路１０８より供給される遅延した予測信号と、この
予測誤差信号とから第１の局部復号信号を発生し内挿回
路１０５へ供給する。

この第１の局部復号信号は間引きが行なわれるクラスタ
についてもあたかも間引きがなかったかのようにして復
号を行なっているため、間引かれたすなわち符号化され
ない画素データについての内挿を必要とする。すなわち
内挿回路１０５では間引きが行なわれたクラスタ内の符
号化されない画素データについては近隣の符号化された
画素データに対する第１の局部復号信号を用いて内挿し
、それ以外の符号化された画素データに対する第１の局
部復号信号については入力をそのまま第２の局部復号信
号としてフレームメモＩＪ　１０６へ出力する。フレー
ムメモ１，１）０６ａ画像信号のおよそ１画面を記憶す
る容量をもつ。減算器１０１と量子化器１０２、加算器
１０４の各遅延はないものとするとき、内挿回路１０５
とフレームメモリ１０６に遅延回路１０７あるいは遅延
回路１０８のいずれを組み合せても合計遅延時間は１画
面時間である。

つぎに第３図■）に示す画像復号化回路７００について
動作を説明する。

線６０００を介して供給される不等長復号化回路６００
により伸長された予測誤差は加算器７０１においてフレ
ームメモリ７０３から供給される予測信号と加算され、
第１の復号信号を発生する。この第１の復号信号は内挿
回路７０２に供給される。

線２３００を介して不等長復号回路６００から供給され
る間引き信号を用いて、内挿回路７０２は送信側の画像
符号化回路１００内の内挿回路１０５と同一の動作によ
り第２の復号信号を発生する。この第２の復号信号は線
７０００を介して復号信号として出力すると同時にフレ
ームメモリ７０３へ供給される。このフレームメモリ７
０３はおよそ一画面記憶できるが、加算器７０１の遅延
が無いものとすると内挿回路７０２とフレームメモリ７
０３との遅延時間の和は丁度一画面時間である。

つぎに第４図を参照して不等長符号化回路２００と不等
長復号化回路６００の動作を説明する。

第４図囚に不等長符号化回路２００を示す。

線２０００を介して入力される予測誤差は零検出回路１
０とｅ符号化回路１）へ供給される。零検出回路１０は
この予測誤差が零であるか否かを検出したとえば第１図
の（零／非零）のように結果をラン長計数回路１２に供
給する。ラン長計数回路１２は、供給される（零／非零
）の信号より零の連なシすなわちランの先頭と最後の検
出と、ランの長さを計数する。ランの先頭ｐ最後および
ラン長の計数結果は線１２１３　、１２００　ｙオｊび
１２１５を介して夫々Ｖ−符号化回路１３、Ｖ０符号化
回路１４とｅ符号化回路１）、およびＬ符号化回路１５
に供給される。なお、ラン長計数回路１２に線１４００
を介して供給される間引き信号が間引きの実行が可であ
ることを示している場合にはランの最後においてラン長
の長さを１だけ減らしてＬ符号化回路１５に出力すると
同時に■。符号化回路１４より符号ｖ０を出力するよう
にタイミングパルスが供給される。符号■。が出力され
た次のサンプル時刻からｅ符号化回路１）は各予測誤差
に対応する符号を出力する。ｅ符号化回路１）はクラス
タに対する符号化回路である。ランの先頭が検出され、
それが知らされるとｖｏ　符号化回路１３は符号■。

を出力する。間引きが行なわれない場合には、■。

符号化回路１４は動作しないが、これは線１４００を介
して供給される間引き信号により制御される。

ｅ符号化回路１）、■−符号化回路１３、Ｖ−符号化回
路１４、Ｌ符号化回路１５の各出力は多重化回路１６に
より多重化され、この多重化された符号群は線３０００
を介してバク７アメモリ３００へ供給される。

第４図伯１に不等長復号化回路６００を示す。線５００
０を介して入力される多重化された符号群はｅ復号化回
路２１、■−検出回路２２、Ｌ復号化回路２゛３へ供給
される。この符号群の中に■−が見つかるとＶ−検出回
路２２は線２３２４を介してゲート回路２４に対して出
力を零にするように指示するとともに、Ｌ復号化回路２
３に対しては、次にラン長を表わす符号があるのでこれ
を復号化するよう線２２２３を介して指示する。Ｌ復号
化回路２３はまず復号してラン長を知ると、そのランが
示すサンプル時刻分だけゲート回路２４に対し出力を零
にするように線２３２４を介して指示する。

さらにこのラン長を表わす符号の次に符号ｖ０があった
場合には次の符号から始まるクラスタには間引きが適用
されているのでラン長に相当するサンプル時刻分だけ出
力を零にした直後の１サンプル時刻も出力を零にするよ
うゲート回路２４に指示し、次のサンプル時刻からは間
引きが実行されるので間引き信号をＯＮにする。同時に
線２３２１を介してｅ復号化回路２１に対して予測誤差
の復号を開始するよう指示する。この復号信号の出力は
線２１２４によりゲート回路２４へ供給される。間引き
信号は線２３００を介してｅ復号化回路２１へ供給する
と同時に画像復号化回路７００へも出力される。

ランに対しては零が挿入されている復号化された画素デ
ータは線６０００を介して画像復号化回路７００へ出力
される。

以上の説明では、画素データとして予測誤差を例にとっ
て説明したが、直交変換係数を量子化したものであって
も構わない。すなわち、変換係数が前述のチェノの論文
などのように閾値処理や正規化をうけた場合には直流成
分に近い成分に比較的大きな振巾値が現われ、高い空間
周波数に相当する成分では大半が零になることが多いの
でこれに対しても本発明が適用できる。

また、以上の実施例の変形としてラン符号りの次に間引
き時にのみＶ。を使用することを止めてラン符号の次に
必ずたとえば１ビツトのモード符号を付加し、次に続く
クラスタの処理に用いるあるパラメータのＯＮ・ＯＦＦ
または２種のパラメータの切換え情報とすることも勿論
容易である。この時にはランが終了した時点でたとえば
■。符号化回路１４により線１４００の状態を１ビツト
で符号化し出力すれば良い。復号化に当っては、Ｌ復号
化回路２３においてラン符号りの後の１ビツトを見て、
その結果を線２３００を介して出力すれば良い。また間
引きが適用されたクラスタを表わす時にはＬとｖｏで表
現〆する例について説明したが、この場合のｖｏの代り
としてラン長が１であることを表わす符号Ｌ　（１）を
用いることもできる。すなわち、第４図（４）の■。符
号化回路１４から符号Ｌ（１）が出力できるようにする
。これに対して復号に際しては第４図ω）のＬ復号化回
路２３においてラン長を示す符号にＬ（１）が続いてい
る場合には後のクラスタには間引きが適用していると判
断する。

（発明の効果） 本発明を用いると、ある符号化パラメータのＯＮ・ＯＦ
Ｆ制御や２種のパラメータの切換などの符号化制御をク
ラスタ単位に実行でき、画像の局所的性質に対する適応
的な符号化制御が可能となるのみならず、この符号化制
御状態を示す情報の符号化に当ってはクラスタの直前に
振巾を表わす符号に含ませることができまた画素データ
の入力時系列に従ってその符号化ができ、さらに本発明
の適用によって不等長符号に変更を行なう必要がなくし
たがってハードウェア構成も増加しないなど、本発明を
実用に供するとその効果は極めて太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する図、第２図１第３図（
Ａ）ツ（Ｊ３）ν第４図（Ａ）ｊ（Ｂ）は本発明の詳細
な説明する図、である。 図中、１００は画像符号化回路、２００は不等長符号化
回路、３００と５００はパ、ファメモリ、６００は不等
長復号化回路、７００は画像復号化回路、１０１は減算
器、１０２は量子化回路、１０３は判定回路、１０４と
７０１は加算器、１０５と７０２は内挿回路、ｌＯ６と
７０３はフレームメモリ、１０７と１０８は遅延回路、
１０は零検出回路、１）はｅ符号化回路、１２はラン長
計数回路、１３はｖｏ　　符号化回路、１４はｖ。 符号化回路、１５はＬ符号化回路、１６は多重化回路、
２１はｅ復号化回路、２２はｖｏ　検出回路、２３ばＬ
復号化回路、２４はゲート回路、である。 代理人　プＴ二上　内　１原　　習 第　３図 （Ｂ） 殆４図 （Ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冗長度低減後に得られる零でない振巾の連なり（ク
   ラスタ）に対して２種の信号処理手法の中の一方を基本
   動作モードとしこれと他方を該クラスタ毎に選択・適用
   する信号処理により得られる零に集中する統計的性質を
   持った時系列信号を符号化するに当り、少なくとも零な
   る振巾を示す符号Ｖ＿０、零なる振巾の連なり（ラン）
   の長さ（Ｎ）を表わす符号Ｌ（Ｎ）、前記クラスタより
   該ランへの遷移および前記基本動作モードへの復帰を示
   し、かつそれ自身が零振巾を示す符号Ｖ＿０＾＊、の３
   種の零振巾を表現できる符号を用い、前記クラスタの直
   前に存在する長さＮなる前記ランを｛Ｖ＿０＾＊、Ｌ（
   Ｎ−１）｝あるいは｛Ｖ＿０＾＊、Ｌ（Ｎ−２）、Ｖ＿
   ０｝にて表わすことにより前記クラスタ毎に前記２種の
   信号処理手法のいずれが使用されたかを示す情報を符号
   化する時系列信号の符号化方式。 ２、零でない連なりに対する処理パラメータの状態の表
   現において、零なる振巾を示す符号Ｖ＿０の代りに１な
   る長さの零なる振巾の連なりを示す符号Ｌ（１）を用い
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の時系列
   信号の符号化方式。