JPS62216423A - 予測符号化装置 - 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業上の利用分野］ 本発明は、人力情報信号と予測信号との差分を符号化す
る予測符号化装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、映像信号および音声信号等のアナログ信号を
高能率に符号化する方式として、差分ＰＣＭ符号化方式
（ＤＰＣＭ符号化方式）が一般によく知られている。こ
のＤＰＣＭ符号化方式は、既に符号化された標本点のデ
ータ値に基づいて現在対象としている標本点のデータ値
を予測し、その予測値と本来のデータ値との差分をＰＣ
Ｍ符号化する方式であり、特に映像あるいは音声信号の
ように近接標本値間の相関が大であるアナログ信号を高
能率に符号化する方式として優れている。

第５図および第６図には、それぞれＤＰＣＭ符号化方式
における符号化回路および復号化回路（前値予測の場合
）を示す。

第５図に示す前値予測ＤＰＣＭ符号化回路は、へ／Ｄ変
換回路１０１　、減算回路１０２．非線形量子化回路１
０３および局部復号回路１０４により構成される。映像
信号あるいは音声信号等の人力アナログ信号はＡ／Ｄ変
換回路１０１により線形量子化（例えは８ビツト）され
、減算回路１０２の（＋）端子へ人力される。他方、減
算回路２０２の（−）端子へは、局部復号回路１０４で
作られた前値予測値データＣ（例えは８ビツト）が人力
され、減算の結果として原信号ａと予測値データＣとの
予測誤差信号すが出力される。

非線形量子化回路１０３では、この予測誤差信号すの分
布がほぼラプラス分布で近似できることを利用して非線
形量子化が行われ、［＞ＰＣＭ信号ｄが出力される。

１０４に示す破線で囲まれた部分は局部復号回路であり
、その中の代表値設定回路１０８はＤＰＣＭＰＣＭ符号
出力ｄ子化レベルに対応した代表値データｅを出力する
。そして、このデータｅが加算回路１０７において予測
値データＣと加算されることにより、ＤＰＣＭＰＣＭ符
号化信号ｆが出力される。更に、復号信号ｆは遅延回路
＋０６で何サンプル（通常は１サンプル分）か遅延され
た後、予測係数乗算回路１０５にて予測係数ａ　（０＜
ａ≦１）が乗ぜられ、前値予測値データＣが得られる。

第６図に示す復号化回路は、代表値設定回路２０１、加
算回路２０２　、　Ｄ／Ａ変換回路２０３．遅延回路２
０４．予測係数乗算回路２０５により構成されている。

この構成は第５図に示した局部復号回路１０４　と同一
であり、加算回路２０２の出力端からは同様にしてＤＰ
ＣＭ信号の復号信号ｆが得られる。Ｄ／＾変換回路２０
３では以上のようにして得られたＤＰＣＭＰＣＭ符号信
号ｆＡ変換し、復号アナログ信号を出力する。

以上、前値予測によるＤＰＣＭ符号化および復号につい
て説明したが、その他に２個以上の標本値に基づいて予
測値を得る高次な予測方式、映像信号のようにフィール
ド内およびフィールド間の相関を利用して予測値を求め
る方式など様々な方式が提案されている。

第７図には、第５図に示した前値予測ＤＰＣＭ符号化回
路により実際の符号化を実施した時の符号化列を示す。

但し、ＤＰＣＭ符号化回路中の非線形量子化回路１０３
として３ビツトのミツドトレッド（ｍｉｄｔｒｅａｄ）
型非線形量子化器を用い、また予測係数乗算回路１０５
における予測係数ａとしてａ＝１を用いるものとする。

本図に示すように、各標本点ＳＱ、Ｓ１．ｓ２．・・・
はＤＰＣＭ符号化によりそれぞれ（００１）　、　（０
００）　、　（００１）　、　（０００）　、・・・と
符号化される。また本図には、前値予測ＤＰＣＭの概念
が明らかになるように、各標本点における非線形量子化
の様子も合わせて示した。

なお、第７図中、ＤＯ〜Ｄ６は各量子化レベルに対応し
た代表値であり実際には、代表値設定回路１０８から代
表値ディジタルデータｅとして出力される。

また、各サンプル点において左方から示す矢印は、予測
係数乗算回路１０５から出力される予測値データＣであ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ このようにＤＰＣＭ符号化においては、各標本点におい
て、符号化を行うための量子化レベルの基準位置（すな
わち、前値予測値データＣの値）が入力信号のダイナミ
ックレンジ内（Ｖｓ〜ｖＡの範囲）で変動することにな
る。従って、すべての人力状態を想定すると、ＤＰＣＭ
符号化回路における非線形量子化器はダイナミックレン
ジを２・（ＶＡ　−Ｖｓ　）だけ持つ必要がある。この
ことは、通常のＰＣＭ符号化に比べて所要ダイナミック
レンジが２倍となってしまい、符号化の能率が下がるこ
とを意味する。

そこで、実際のＤＰＣＭ符号化回路においては、第７図
に示すように、非線形量子化のダナミックレンジが２（
Ｖａ−Ｖａ）以下の場合であっても標本点ｓ４．ｓ５の
ように標本点がそれぞれの非線形量子化のダイナミック
レンジを越えたときには、最も近接した量子化回路レベ
ルの符号値で置き換えるといった手段がよくとられる。

しかし、このような手段を採る場合には、ｓ４．ｓ５等
の標本点では復号の際に、本来の値からかなりずれた値
に復号されてしまうという欠点がある。すなわち第７図
より明らかなように、入力信号の急峻なエツジ部を復号
する際には正しく復号がなされないこととなり、特に映
像信号を人力信号とする場合にはエツジ部に著しい画質
劣化を招くことになる。

このような欠点を除去するためには、非線形量子化回路
のダイナミックレンジを拡大して量子化ステップ数を増
やせばよいが、これは逆に符号化の能率を低下させてし
まう。

また、第７図より明らかなように、Ｄ　ＰＣＭ符号化時
には、各標本点において入力信号のダイナミックレンジ
（ＶＢ−Ｖ八）の範囲外にも量子化レベルが設定されて
しまうため、無駄な量子化レベルが発生してしまう。し
かも、このレベル数は、上述した画質劣化の起こりやす
い急峻なエツジ部はど大きくなるという欠点がある。。

以上説明したように、従来のＤＰＣＭ符号化においては
、符号化の能率を高めようとすると、急峻なエツジ部に
おける画質劣化を招くのみならず、このような部分はど
無駄な量子化レベルが設定されてしまうという不都合を
招いてしまう。

更に、このような欠点は、映像信号のみでなく音声信号
の場合でも同様に起こり得る。

本発明は、符号化ビット数を増加することなく、且つ、
非線形量子化特性の範囲を必要以上に拡大することなく
、実効的量子化ステップ数を増大させ、効率的な量子化
を行うことができ、また、人力情報信号の急峻に変化す
る部分においても量子化による情報信号の劣化を抑える
ことができる予測符号化装置も提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の予測符号化装置は、既に符号化された標本点の
データ値により対象とすべき標本点のデータ値を予測し
、当該予測データ値と本来のデータ値との差分を量子化
する予測符号化方式において、人力情報信号のダイナミ
ック・レンジおよび前記予測値のレベルに基づいて量子
化特性を設定するものである。

［作　用］ 上述のような構成において符号化すべき入力情報信号の
上限値および下限値と、予測値のレベルとを比較し、不
要な量子化レベルが生じないよう、量子化器の量子化特
性を設定することにより、効率的な量子化を行うことが
できる。

［実施例］ 以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明を適用した前値予測ＤＰＣＭ符号化方
式における符号化回路の一実施例を示す。この符号化回
路は、Ａ／Ｄ変換器４０１．非線形量子化器（Ｑ’）４
１１　、局部復号回路４ｂおよび制御信号発生回路４ａ
により構成される。ここで、非線形量子化器４１１なら
びに局部復号回路４ｂ内に含まれる代表値設定回路４１
２は対になった後述する第３図に示すような変換特性を
有し、制御信号発生回路４ａからの制御信号１によって
制御される。

第３図には、その非線形量子化特性および代表値設定の
具体例を示す。なお、ここでは３ビツトの量子化の場合
について示したものである。本図の縦軸は＾１０変換さ
れた人力データａと予測値データＣとの差分データｂに
対応している。換言すれば、図中に示す破線は、予測値
データＣの値そのものを表すことになる。

第３図に示すように、非線形量子器４１１および代表値
設定回路４１２の特性は、制御信号りの値に応じて、Ｑ
−３，Ｑ−２，Ｑ−ｔ、　Ｑｏ　、　Ｑｔ　、　Ｑ２　
。

Ｑ３なる７種の量子化特性の中から選択・設定される。

例えば、１１　＝　ｉ　　（ｉ　＝−３，−２，−１，
０、１。

２．３）のとき、Ｑｉなる量子化特性および代表値設定
特性が選択される。したがって、第１図に示す局部復号
回路４ｂでは、従来の前値予測ＤＰＣＭ符号化器と同様
な構成により予測値データＣを得ることができる。なお
本実施例では前値予測について示しであるが、前置予測
のみに限られるものではない。

また、第１図に示す制御信号発生回路４ａでは、人力信
号のダイナミックレンジを規定する入力レベル■８およ
びＶＢと、予測値データＣとの差分データｍおよびｇが
非線形量子化器４０６および４０７によりそれぞれ非線
形量子化され、量子化データｈおよびｉが得られる。

この非線形量子化器４０６，４０７の量子化特性は、第
３図に示したＱＯの特性に一致する。但し、量子化を行
う際、差分データｍおよびｇがＱｏで示す量子化特性の
ダイナミックレンジ外にある場合には、先に述べた従来
例の場合と同様に（第７図参照）最も近接した量子化レ
ベルの符号値で置き換えるものとする。

これら非線形量子化器４０６，４０７の後段に接続され
ているレベル差算出器４０８，４０９においては、以上
のようにして得られた量子化データｈおよびｉと、上記
量子化特性Ｑｏにおける量子化レベルの上限Ｑｍａｘ（
符号（０１１））および下限Ｑｍｉｎ（符号（ｔｏｌ）
）との各量子化レベルの差（量子化ステップ数の差）が
求められる。すなわち、一方のレベル差算出器４０８て
は（Ｑｍａｘ−ｈ）、他方のレベル差算出器４０９では
（Ｑｍｉｎ　−ｉ　）で示される量子化ステップ数差が
正・負の符号も含めて算出され、それぞれレベル差デー
タｊおよびｋとして加算器４１０へ出力される。例えば
、ｈ＝（００１）　　、　ｉ＝　（＋０１）の場合はｊ
＝２．に＝ｏとなる。また、ｈ　＝　（０１１）　、　
ｉ＝　（１１０）の場合はに０、に＝−１となる。

従って、加算器４１０の出力１は、非線形量子化特性Ｑ
ｏを有する従来のＤＰＣＭ符号化器によりＤＰＣＭ符号
化を行う際に無駄に設定されてしまう量子化レベル数と
、その向き（正／負）を示す。

第４図には、第７図に示したものと同一の天カイコ号を
第１図示の適応形前値予測符号化回路に導入した場合の
動作例を示す（但し、予測係数ａ＝１とする）。第７図
と比較すれば明らかであるように、急峻なエツジ部にお
いても、入力信号に十分追従している復号出力を得るこ
とができる。

第２図は、第１図に対応した復号回路の一実施例を示す
。本図中、破線５ａは制御信号発生回路を示し、第１図
に示した制御信号発生回路４ａと同一の構成を有する。

また、代表値設定回路５０１も第１図に示した代表値設
定回路４１２と同一な特性を有する。したがって、代表
値設定回路５０１の入出力特性は、符号化回路（第１図
参照）と同じく、制御信号発生回路５ａから送出される
制御信号Ａに応じて、第３図に示すように変化する。す
なわち、減算器５０２．予測係数乗算回路５０５．遅延
回路５０４　、０／八変換器５０３と共に復号回路が構
成できる。

以上、本発明の一実施例として第１図および第２図にそ
の符号化回路、復号回路の構成例を示したが、本実施例
では非線形量子化器が数多く必要とされる。したがって
、非線形量子化器を時分割で用いることにより、使用効
率を高めた構成を採ることも可能である。同様に、レベ
ル差算出器についても時分割で使用することにより、符
号化回路および復号回路につき同算出器をそれぞれ１個
で済ますことができる。

また、制御信号発生回路については、第１図の４ａ、′
ｆｆＪ２図の５８に示すような構成のみに限定するこな
く、レベル比較器を用いて予測値データＣから直接的に
制御信号Ｉを発生させるような構成とすることも可能で
ある。但し、このような構成を採る場合には、ダイナミ
ックレンジの異なる信号を対象にすることはできない。

これに対し、第１図および第２図に示した構成を採る場
合には、送信の開始時あるいは記録の開始時に、人力レ
ベルｖＡおよびＶｓの値を予め送信ないし記録しておく
ことにより、受信あるいは再生側にて装置を取り変える
ことなく対処が可能となる。

更に、上述した本発明の一実施例においては、制御信号
りの値に対してそれぞれ異なった量子化特性および代表
値設定特性を選択するよう構成したが、かかる構成に限
定されることなく、複数の制御信号値に対して同一の量
子化特性および代表値特性が選択されるよう構成するこ
とも可能である。しかも、本実施例では非線形量子化器
を用いたが、必ずしも非線形である必要はなく、線形で
あってもかまわない。同様に、前値予測についてもこれ
に限定されることなく、他の予測法であっても全くさし
つかえない。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、本発明によれば符号化ビット数を
増加することなく、且つ、非線形量子化特性の範囲も必
要以上に拡大することなく、実効的量子化ステップ数を
増大させ、効率的な量子化を行うことができ、また入力
情報信号の急峻に変化する部分においても量子化による
情報信号の劣化を抑えることができる予測符号化装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した符号化回路の一実施例を示す
ブロック図、 第２図は本発明を適用した復号回路の一実施例を示すブ
ロック構成図、 第３図は本実施例中の非線形量子化器および代表値設定
回路が有する特性を示す図、 第４図は本実施例における符号化の具体例を示す図、 第５図は従来から知られているＤＰＣＭ符号化回路の一
例を示すブロック図、 第６図は従来から知られているＤＰＣＭ復号回路の一例
を示すブロック図、 第７図は従来のＤＰＣＭ符号化の様子を示す図である。 ４０１・・・＾／Ｄ変換器、 ４０６．４０７・・・非線形量子化器、４０８．４０９
・・・レベル差算出器、４１１・・・非線形量子化器、 ４１２・・・代表値設定回路、 ４１４・・・遅延回路、 ４１５・・・予測係数乗算回路、 ４ａ・・・制御信号発生回路、 ４ｂ・・・局部復号回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 既に符号化された標本点のデータ値により対象とすべき
   標本点のデータ値を予測し、当該予測データ値と本来の
   データ値との差分を量子化する予測符号化方式において
   、 入力情報信号のダイナミック・レンジおよび前記予測値
   のレベルに基づいて量子化特性を設定するようにしたこ
   とを特徴とする予測符号化装置。