JPS62166679A - 直交変換予測符号化方式 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、高能率符号化方式の一種である差分−アダマ
ール変換符号化方式等のような直交変換と予測符号化と
を組み合わせた直交変換予測符号化方式に関する。

Ｂ１発明の概要 本発明は、入力データ信号を直交変換して得られる複数
の成分の各成分系列毎に予測符号化処理を施して伝送す
る直交変換予測符号化方式において、予測誤差の増大す
る過負荷時に、各予測符号化処理部の内の予測誤差電力
の大きなものに対するビット割り当てを大きくして伝送
することにより、過負荷時に生ずる再生信号の波形歪や
過負荷ノイズを有効に防止するものである。

Ｃ０従来の技術 ビデオ信号等をディジタル信号に変換して伝送（あるい
は記録）するためには、一般に広帯域の伝送路（あるい
は大容量の記録媒体）が必要とされるが、元の信号がビ
デオ信号等の場合には、信号自体の統計的性質より一種
の冗長性を有しており、この冗長性を抑圧するような符
号化処理を施して能率良く信号を伝送（記録）すること
が可能である。このような符号化の代表的なものとして
、差分ＰＣＭ等の予測符号化や、アダマール変換等の直
交変換符号化等が知られている。

ここで第２図は、予測符号化の一例として差分ＰＣＭの
符号器６０および復号器７０の基本構成を示すブロック
回路図である。この第２図の符号器６０は、減算器６１
、非線形量子化器６２、加算器６３および予測器６４を
有して構成されており、例えば１サンプル８ビツトのデ
ィジタル入力信号は、減算器６１に供給されて、予測器
６４からの予測データが減算され、予測誤差データある
いは差分データとなる。減算器６１からの予測誤差デー
タは、非線形量子化器６２に送られて、所定の圧縮特性
の下での非線形量子化処理が行われる。非線形量子化器
６２においては、上記８ビツトの入力データが例えば４
ビツトのデータに圧縮され、この量子化されたデータは
、加算器６３に送られると共に、出力端子６６を介して
取り出される。加算器６３には、予測器６４からの予測
データが供給されて上記非線形量子化器６２からのデー
タと加算され、この加算出力が予測器６４に供給されて
いる。すなわち、この符号器６０は、いわゆるフィード
バック型の差分処理回路あるいは予測符号化処理回路の
構成となっている。

次に、出力端子６６からの例えば４ビツトの出力データ
は、伝送路を介して伝送され、あるいは記憶手段に対し
ての書込み、読出しが行われた後、復号器７０によって
予測復号化処理が施される。

すなわち、復号器７００Å力端子７１には、上記伝送さ
れ、あるいは読出された上記例えば４ビツトのデータが
供給されている。この入力データは代表値設定回路７３
に送られ、この代表値設定回路７３によって、上記非線
形量子化器７２の圧縮特性の逆関数に相当する伸長特性
の下での伸長処理が施される。代表値設定回路７３から
の出力データは、加算器７４に送られ、予測器７５から
の予測データと加算されることによって、上記差分処理
の逆処理となる積分処理あるいは和分処理が施され、出
力端子７６より例えば８ビツトのデータとして取り出さ
れる。この出力データは、上記符号器６０に供給される
８ビツトの入力データに対応するものである。

次に、上記直交変換の一例としてのアダマール変換は、
例えば特公昭５３−１４９０９号公報に開示されるよう
に、離散的な信号の系列ｘ１、Ｘｌ、Ｘ、・・・をアダ
マール行列によって変換（アダマール変換）することに
より、変換された信号系列ｙいｙ２、ｙ、・・・を得る
ものである。この例では、出力信号系列の各成分（これ
らをシーケンシともいう）　ｙ＋、ｙ２、ｙ、・・・の
個数は、入力信号系列の各成分Ｘ３、ｘ２、Ｘ、・・・
の個数に等しくなっている。この７ダマール変換された
各信号成分（シーケンシ）については、元のビデオ信号
等の統計的性質から特定の成分に電力が集中することが
知られており、電力の大きな成分に多くのビットを割り
当て、電力の小さな成分に少ないビットを割り当てるこ
とにより、いわゆる伝送ビットレートを低減するわけで
ある。

さらに近年においては、より高効率の符号化を実現する
ために、これらの符号化を組み合わせた差分−アダマー
ル変換符号化等のような直交変換予測符号化方式が研究
されてきている。これは、例えば、ビデオ信号のサンプ
ル値系列を一定の個数毎にブロック化し、このブロック
毎に上記アダマール変換等の直交変換を行い、変換され
た信号系列の各成分（シーケンシ）毎に差分処理等の予
測符号化処理を施すものである。

Ｄ４発明が解決しようとする問題点 ところで、このような直交変換予測符号化方式において
、直交変換されて得られた各成分（シーケンシ）に対し
てそれぞれ予測符号化を施す際に、入力信号の勾配が大
きく予測誤差が大となるとき、いわゆる過負荷伏態とな
るときには、受信側（記録の読出し側）の復号器で積分
等を行って得られる信号に一種の波形歪が生じていわゆ
る過負荷ノイズとなり、再現性が低下する。これは、特
に電力の大きな成分くシーケンシ）の予測誤差、すなわ
ち重要度の高い予測誤差について問題となり、ビデオ信
号の場合には画質の劣化となって表れてしまう。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり
、直交変換予測符号化方式における予測符号化の際の予
測誤差が大となるときく過負荷時）にも、良好な信号伝
送が可能で、過負荷ノイズを軽減可能な直交変換予測符
号化方式を提供することを目的とする。

Ｅ１問題点を解決するための手段 本発明の直交変換予測符号化方式は、入力データ信号を
直交変換して得られる複数の成分の各変換成分毎に予測
符号化処理を施して伝送する直交変換予測符号化方式に
おいて、上記予測符号化処理部に過負荷検出回路を設け
、この過負荷検出回路からの出力に応じて、上記各予測
符号化処理部に対するビット割り当てを変更し、過負荷
検出時には予測誤差電力の大きな予測符号化処理部の割
当ビットを多くすることを特徴としている。

Ｆ０作用 予測符号化の際の予測誤差が大となるとき、すなわち過
負荷入力時には、予測誤差電力の大きな予測符号化処理
部の割当ビットが多くなるため、量子化誤差が軽減され
、波形歪や過負荷ノイズ等の悪影響を有効に防止できる
。

Ｇ、実施例 第１図は本発明の一実施例を示すブロック回路図である
。

この、第１図において、入力端子１に供給される入力デ
ータ信号は、一般に例えば２次元画像の適当な一定の個
数の画素をブロックとするときのブロック内の各画素の
サンプルデーク信号であるが、本実施例においては、例
えばＮＴＳＣビデオ信号を４ｆｓｃ（ｆｓｃはカラーサ
ブキャリア周波数）にてサンプリングしたサンプル値を
時間順序に従って一定個数毎にブロック化することによ
り得られるデータ信号の系列Ｘ３、Ｘ３、Ｘ、・・・が
供給されるものとする。この入力データ信号の系列Ｘ６
、ｘ２、Ｘ】・・・は、直交変換回路である例えばアダ
マール変換回路２に送られることにより、 −ＨＸ ただし、Ｈはアダマール行列、 Ｘは入力ベクトル、Ｙは出力ベクトル のようなアダマール変換が施され、変換された出力信号
系列）’Ｉ、）’２、ｙ、・・・　（出力ベクトルＹ）
が得られる。

ここで、入力データ信号系列の成分の数（入力ベクトル
Ｘの要素数）が例えば８個の場合に対応する８次のアダ
マール行列ＨＳは、 で与えられる。従って、上記出力ベクトルＹの８個の成
分ｙ３、ｙｌ、ｙ、・・・ｙ、は、ｙＩ＝ＸＩ＋Ｘｚ＋
Ｘコ＋Ｘ４＋Ｘ５＋Ｘａ＋Ｘｔ＋ＸｓＹ＊＝ＸＩＸ２＋
Ｘ３Ｘｌ＋Ｘ５Ｘａ＋ＸフＸ＠ｙ３−Ｘ＋＋Ｘ２−Ｘ３
−Ｘｔ＋Ｘ５＋ＸｌＸ７Ｘ＠Ｙ＠”　ＸＩ　　　）ｈ　
　　Ｘｌ　＋　ＸＩ　　　ＸＩ　＋　Ｘｓ　＋　Ｘｔ　
　　Ｘ＠となる。これらの成分ｙ、〜ｙ、は、０を横切
る回数に応じてシーケンシとも称され、シーケンシ０が
ｙ、に対応し、シーケンシ１がｙ、に対応し、以下順次
シーケンシ２．３．４．５．６．７がそれぞれｙ７、ｙ
３、ｙ、、ｙいｙいｙ、に対応する。これらのシーケン
シのうち、シーケンシ０は８１固のサンプルデータの平
均値に相当するもので、一般的には最も大きな電力とな
り、以下、シーケンシ１〜７の順に電力が小さくなる。

ただし、本実施例のように、Ｎ　Ｔ　Ｓ　Ｃビデオ信号
を４ｆｓｃでサンプリングしたデータをアダマール変換
する場合においては、シーケンシ３、シーケンシ４はカ
ラーサブキャリア周波数ｆｓｃに対応することがら、電
力が大きくなる。

これらのシーケンシあるいは変換出力信号ｙ、〜ｙ、は
、それぞれ個別の８個の予測符号化処理回路、例えば差
分処理回路に送られ、予測符号化処理が施される。すな
わち、任意の１個の予測符号化処理回路１０は、減算器
１１、非線形量子化器１２〜加算器１３および予測器１
４を有して成り、さらに本実施例においては、減算器１
１からの予測誤差出力が大となることを検出するための
過負荷検出回路１５が設けられている。

この予測符号化処理回路１０において、減算器１１に供
給された任意の変換出力データ、例えばシーケンシｋ（
ただしｋはＯ〜７の整数）のデータは、予測器１４から
の予測データが減算されることによって予測誤差出力デ
ータとなる。すなわち、予測器１４は、予測フィルタと
も称され、前データや１ライン前データ等の過去のデー
タに基づいて現在のデータを予測し出力するものであり
、この予測器１４からの予ｌリデータが減算器１１に送
られて上記変換出力データ（例えばシーケンシにのデー
タ）から減算されることにより、減算器１１からは差分
出力あるいは予測誤差出力が得られる。この予測誤差出
力データは、非線形量子化器１２に送られる。

非線形量子化器１２は、一般に入力レベルが大きくなる
ほど量子化ステップ幅が粗くなるような量子化処理を行
うものであり、このような非線形量子化器１２による量
子化ビット数は、上記各シーケンシに対応する各予測符
号化処理回路毎に適当に定められている。例えば、上記
人力ビデオ信号のサンプル値のワード長が８ビツトで、
１ブロツク８ワード（６４ビツト）のデータを３２ビツ
ト以下に圧縮して伝送する場合、すなわち１シーケンシ
当たりの平均ビット数を４ビツト以下とする場合の各シ
ーケンシ毎の量子化ビット割り当ての一例を第１表に示
す。

この第１表の場合には、１シーケンシ当たりの平均ビッ
ト数が３．５ビツトとなっている。

非線形量子化器１２からの非線形量子化された差分ある
いは予測誤差データは、加算器１３により予測器１４か
らの上記予測データと加算され、この加算出力が予測器
１４に供給されている。これは、いわゆるフィードバン
ク型の予測符号器として知られるものであり、予測器１
４および加算器１３により構成される局部復号器あるい
は積分器を、量子化器１２のフィードバックループ中に
入れることにより、量子化雑音の累積を防止している。

なお、図示は省略しているが、非線形量子化器１２から
の出力を加算器１３に供給する際には、非線形量子化に
よる圧縮特性の逆関数の伸長特性を示すいわゆる代表値
設定回路を介す必要があることは勿論である。

ところで、大力ビデオ信号の振幅変化が大きい場合等に
減算器１１からの予測誤差が大きくなると、非線形量子
化器１２での量子化ステップ幅が粗いため量子化誤差が
増大する。このため、受信側（あるいは記録の続出し側
）の復号器で積分処理等を施して得られた信号において
は、振幅変化の大きな部分等に一種の波形なまりが生じ
、波形歪が大きくなって再生画像の画質が劣化してしま
うという欠点がある。

そこで、本発明の実施例においては、減算器１１からの
上記予測誤差のレベルが大となったこと、すなわち過負
荷状態になったことを検出するための過負荷検出回路１
５が設けられており、この過負荷検出回路１５からの出
力（過負荷検出データ）によって、上記複数のシーケン
シのうちの予測誤差電力の大きな予測符号化処理回路の
量子化ビット配分を多くし、量子化誤差の増大を防止し
ている。このような過負荷検出時の各シーケンシ毎の量
子化ビット割り当ての例を、第２表あるいは第３表に示
す。

第３表 これらの表において、第２表は、ｌシーケンシ当たりの
平均ビット数を上記第１表の場合と同様に３．５ビツト
とした例を示し、また、第３表は、上記第１表のシーケ
ンシＯ１１，３，４の割当ビットをそれぞれ１ビツトず
つ増やして、平均ビット数を４ビツトとした例を示して
いる。いずれの例においても、電力が大きく重要度の高
い成分、すなわち、低域側のシーケンシＯ１１およびサ
ブキャリア成分に対応するシーケンシ３．４のビット割
り当てを多くし、量子化誤差の増大による信号劣化を防
いでいる。

ここで、過負荷検出回路１５は、全てのシーケンシに対
応する予測符号化処理回路毎に設けなくとも、過負荷の
生じ易い予測符号化処理回路、例えばシーケンシ０，１
．３．４に対応する予測符号化処理回路にのみ設けるよ
うにしてもよい。

また、上記ビット配分の切り換えは、少なくとも１つの
過負荷検出回路が過負荷を検出したときに行われること
は勿論である。

このような予測符号化処理回路１０の非線形量子化器１
２からの出力は、出力端子１６を介して取り出されると
ともに、過負荷検出回路１５からの過負荷検出データは
、他の全ての過負荷検出回路からの過負荷検出データと
の例えば論理和がとられて１つにまとめられ、出力端子
１７を介して取り出される。

次に、上記各予測符号化処理回路の非線形量子化器から
の各出力データおよび出力端子１７からの過負荷検出デ
ータは、そのまま並列的にあるいはバッファメモリやマ
ルチプレクサ等により直列（シリアル）データに変換さ
れ、伝送ラインを介して伝送されたり、記憶手段に対し
ての書込み、読出しが行われる。このような伝送あるい
は書込み、読出しが行われて得られた上記各非線形量子
化器からの出力データおよび上記過負荷検出データは、
必要に応じてデマルチプレクサ等を介し、受信側（記録
の読出し側）の各予測復号化処理回路にそれぞれ送られ
る。

すなわち、第１図の予測復号化処理回路２０は、予測符
号化処理回路１０に対応する例えばシーケンシにのデー
タを取り扱うものであり、入力端子２１には、上記出力
端子１６からの伝送データが供給されている。また、全
ての予測符号化処理回路に共通の入力端子２２には、上
記１つにまとめられた過負荷検出データが供給されてい
る。

予測復号化処理回路２０の入力端子２１に供給されたデ
ータは、上記非線形量子化器１２による圧縮特性の逆関
数の伸長特性を示すいわゆる代表値設定回路２３に送ら
れた後、加算器２４に送られ、予測器２５からの予測デ
ータと加算されることによって、上記シーケンシにの復
号データが得られる。

このような予測ｔｉ　”ｒ−化処理が施されて得られた
上記シーケンシにの復号データは、上記アダマール変換
の逆変換を行うアダマール逆変換回路６に送られて、他
の予測復号化処理回路からの各シーケンシの復号データ
とともにアダマール逆変換処理が施され、元の入力ビデ
オ信号系列ｘ１、Ｘ３、ｘ３・・・に対応する復号出力
データとなって出力端子７より取り出される。

ところで上述したように、予測符号化処理回路において
過負荷が生じた場合には、過負荷検出データが復号器側
の入力端子２２に供給され、これが各予測復号化処理回
路の代表値設定回路にそれぞれ送られることによって、
各予測復号化処理回路の入力データに対してのビット配
分が変更され、例えば１、上記第２表あるいは第３表の
ような割当ビット入力に対しての予測復号化処理が自動
的に行われることは勿論である。

Ｈ１発明の効果 入力信号の振幅変化が大きく、予測符号化処理回路にお
いて予測誤差が大となるような過負荷が生じた場合には
、過負荷検出回路からの出力により、直交変換された各
成分、例えば各シーケンシに対するビット配分が変更さ
れ、予測誤差電力の大きなシーケンシに対する割当ビッ
ト数が多くなるため、量子化誤差の増大を抑えることが
でき、波形歪や過負荷ノイズ等の悪影響を有効に防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック回路図、第２
図は予測符号化方式の従来例を示すブロック回路図であ
る。 ２・・・アダマール変換回路 ６・・・アダマール逆変換回路 １１・・・減算器 １２・・・非線形量子化器 １３・・・加算器 １４・・・予測器 １５・・・過負荷検出回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力データ信号を直交変換して得られる複数の成分の各
   成分毎に予測符号化処理を施して伝送する直交変換予測
   符号化方式において、 上記予測符号化処理部に過負荷検出回路を設け、この過
   負荷検出回路からの出力に応じて、上記各予測符号化処
   理部に対するビット割り当てを変更し、過負荷検出時に
   は予測誤差電力の大きな予測符号化処理部の割当ビット
   数を多くすることを特徴とする直交変換予測符号化方式
   。