JPS626539A - 直交変換装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は画像情報や音声情報を高能率符号化する際に用
いる直交変換装置に関するものである。

（従来の技術） 画像情報や音声情報などの多量のディジタル情報を伝送
する場合に、その情報の冗長度を除去して伝送の効率を
改善する符号化を高能率符号化と呼ぶ。高能率符号化法
としては直交変換法とＤＰＣＭ（差分符号化法）が良く
知られている。直交変換法は元の情報を適当な大きさの
ブロックに分割し、各ブロックを直交変換してそれによ
って得られる直交成分を伝送する方法である。ここでは
直交変換の１つで装置化が容易なアダマール変換を用い
て説明する。

まず隣接する情報の標本を８個ずつのブロックに分割し
、その１つをＸ　＝（ｘｌ、ｘ２．・・・、ｘ８）とす
る時に次のような変換をほどこして直交成分Ｙ＝（Ｙｚ
ｔｙｔｅ・・・、ｙ、）を得ることをアダマール変換と
呼ぶ。

Ｙ＝Ｈ−Ｘ　　　　　　　　　　　（１）ただしＨは次
の行列で表され、この行列をアダマール行列と言う。

また直交成分Ｙを次のように逆変換することにより、元
の情報Ｘを得ることができる。

Ｘ＝Ｈ−’−Ｘ＝Ｈ−Ｘ　　　　　　　　　（３）一般
に画像情報や音声情報などでは直交変換後の各直交成分
Ｙ　”　（ｙｘ　＋Ｖｚ−・・・、ｙ、）のエネルギー
には大きな差が現われる。、このため大きなエネルギー
を持つ直交成分に対しては多くのビット数を割り当て、
小さなエネルギーを持つ直交成分に対しては少ないビッ
ト数を割り当てることにより、全体としてのビット数を
少なくすることが可能となる。

一方、ＤＰＣＭは、隣接する標本の標本値から伝送する
標本の標本値を予測し、その予測値と実際の標本値との
差を伝送する方法である。一般に隣接する標本間には大
きな相関であるため、伝送される子側誤差は小さな値と
なり圧縮が可能となる。しかしＤＰＣＭでは、伝送路で
誤りが生じると、その誤りが予測器によって伝搬される
ため非常に大きな画質の劣化を招くことになる。このた
め誤り率の高い伝送路には適さない。

これに対して直交変換法は、伝送路で生起した誤りが直
交変換のブロック内にしか影響をおよぼさないため、高
密度磁気記録や、無線通信など誤り率の高い伝送路にも
利用できる。

（発明が解決しようとする問題点） 第７図（ａ）に画像情報の標本値のようすを示す。

第７図（ａ）の標本値は５時刻Ｔにおいて非常に大きな
値に急峻に変化している。このような画像を直交変換し
た場合には特定の直交成分に非常に大きなエネルギーが
集中するため大きな歪が生じる。

この結果、逆変換によって歪がブロック内の全ての標本
に分散されるため第７図（ｂ）のように大きな歪が現れ
る。特に第７図（ｂ）の番号１で示している所には“大
きなピーク値が出現しているため、視覚上著しく画質を
劣化させることになる。このように隣接する標本間で急
峻な変化が有る画像に直交変換を用いた場合、視覚上画
質の大きな劣化を招くことになる。

これに対してＤＰＣＭでは、このような急峻な変化部分
においても、その歪が変化部分に集中するため視覚上画
質の劣化が小さい。このため高品質な画像の伝送にはＤ
ＰＣＭの方が適しているとされている。

以上のように、直交変換法は誤り率が大きな伝送路にお
いてはＤＰＣＭより優れているが、視覚上の画質におい
てはＤＰＣＭに劣っている。本発明はかかる点に鑑み、
標本値の急峻な変化部分における劣化がＤＰＣＭのよう
に視覚上めだたない高画質な直交変換装置を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、直交変換する手段の前段または逆変換する手
段の後段に、標本間の急峻な変化をフィルタを用いて抑
圧するフィルタリング手段を持つ直交変換装置である。

（作　用） 本発明の直交変換装置を用いることにより、標本間の急
峻な変化が抑圧されるため、逆変換によるブロック内の
全標本の劣化が改善され、その結果ＤＰＣＭのような高
画質が得られる。

（実施例１） 第１図に本発明のフィルタリング手段の一実施例を示す
。第１図の２はこの装置の入力部分、３はＤ型フリップ
プロップ、４は減算器、５は読み出し専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）、６は加算器、７は出力部分であＺ。

まずＲＯＭ５の内容を次に示す、ただし、ＡｄはＲＯＭ
のアドレスを表し、Ｒ（Ａｄ）はアドレスＡｄが選択さ
れた時のＲＯＭの出力を表す。またＬは自然数で第１図
に示すフィルタの特性を決定する定数である。

Ａｄ≦−Ｌ　　　の場合はＲ（Ａｄ）　＝−Ｌ　　（１
）−Ｌ＜Ａｄ＜Ｌ　　の場合はＲ（Ａｄ）　＝Ａｄ　　
（２）Ｌ≦Ａｄ　　　　　の場合はＲ（Ａａ）　＝Ｌ　
　　（３）次にこの装置の動作を説明する。ある時刻ｔ
において入力部分２から入力される標本値をＳｔ、Ｄ型
フリップフロップ３の内容をＤｔとすると。

入力された標本値Ｓｔは、減算器４において５ｔ−Ｄｔ
となる。減算器４の出力はそのままＲＯＭ５のアドレス
を表すため、ＲＯＭ５の出力は式（１）、（２）、（３
）より次のようになる。

５ｔ−Ｄｔ＜−Ｌ　　　　　の場合、−Ｌ　　　　（４
）−Ｌａｓｔ−Ｄｔ＜Ｌ　　の場合、５ｔ−Ｄｔ　　（
５）Ｌ≦５ｔ−Ｄｔ　　　　　の場合、　Ｌ　　　　　
　（６）次にＲＯＭ５の出力とＤ型フリップフロップ３
の出力Ｄｔが加算器６で加算され、その結果は式（４）
　、　（５）　、　（６）より次のようになる。

５ｔ−Ｄｔ≦−Ｌ　　の場合、Ｄ　ｔ　−Ｌ　　　　（
７）−Ｌ＜５ｔ−Ｄｔ＜Ｌの場合、Ｓ　ｔ　　　　　　
（８）ＬＣ８ｔ−Ｄｔ　　　　の場合、Ｄｔ＋Ｌ　　　
　（９）加算器６の出力は、出力部分７と、Ｄ型フリッ
プフロップ３へ入力される。

従って式（８）よりＳｔとＤｔの差がＬ以下の場合、出
力部分７、およびＤ型フリップフロップ３には、元の標
本値Ｓｔが入力され、Ｄｔ＋１＝Ｓｔとなる。

このため標本間の変化が小さい場合には（前の標本値と
の差がＬ以下の場合）、常に入力された標本値がそのま
ま出力される。

逆に標本間の変化が大きい場合には（前の標本値との差
がＬを超える場合）、前の標本値との差をＬに制限する
作用がある。

第１図の装置に第７図の（ａ）の標本値を入力した結果
を第２図の（ａ）に示す。また第１図の装置の出力を直
交変換して高能率符号化した後、逆変換して得られる標
本値を第２図（ｂ）に示す。第２図（ｂ）より、第７図
（ｂ）にあったような歪のピーク値が抑圧され工いるこ
とがわかる。このように歪が標本値の変化点に集中し、
しかも連続する標本値の変化がなめらかな場合、視覚主
歪がめだたないため、画質の大きな改善となる。

また、第１図のフィルタは式（８）のように標本間の変
化の小さい所では元の標本値をそのまま出力するため、
フィルタリングによる画像の解像度の劣化がほとんど発
生しない。

以上のように第１図のフィルタを直交変換の前に実行す
ることにより、視覚上画質の大きな改善が得られる。ま
た第１図の装置は装置化が簡単であり、しかも遅延時間
が小さく実時間処理が可能である。

更に第１図のフィルタを直交変換の前のかわりに、逆変
換の後に実行することによっても同様の効果が得られる
。また第１図のＲＯＭ５の特性を式（１）、　（２）　
、　（３）から第３図に示すような非線形な特性に変え
ることも可能である。

（実施例２） 画像情報の標本は第４図に示すように２次元的な連続性
を持つため、高能率符号化において２次元直交変換を用
いることがある。ここではこのような２次元直交変換に
利用するフィルタリング手段の一例を示す。

第５図は、第４図に示された標本値（Ｓｉ−＞、Ｓ−□
。

・・・、Ｓｉ、ｊｙｊ＊ｔ）がフィルタリングされるよ
うすを説明するための説明図である。第５図の（Ｓ’　
ｉ　−１＊　ｊ　−１１Ｓ′１−８＋Ｊ＊１ｔ”’ｉ＊
ｊ−１）はすでにフィルタリングされた標本値を示しｓ
　　（Ｓｉｍｊ＊Ｓ１．Ｉ＋ｔ）は元の標本値を示す、
また第５図の８はこれからフィルタリングされる標本値
であり、９およびｌＯは標本値８のフィルタリングに用
いるフィルタリングされた標本値である。

次に第６図はフィルタリングを実行する装置であり、１
１，１２．１３は第５図の標本値８，９．１０の入力部
分、１４．１５は乗算器、１６はＲＯＭ、１７．１８は
加算器、　１９は減算器、２０は標本値Ｓ″ｉｓＪの出
力部分である。

まずこの装置では、入力部分１２および１３から入力さ
れた標本値Ｓ″、−□、Ｊ＋Ｓ’ｉ＊Ｊ−□を乗算器１
４および１５でそれぞれα（１α１＜１）倍、１−α倍
する。

乗算器１４および１５の出力は加算器１７で加算される
。

一方入力部分１１から入力される標本値Ｓｔ、Ｊは、減
算器１９において加算器１７の結果を減算される。減算
器１９の出力はＲＯＭ１６のアドレス部分に入力され、
これによるＲＯＭ１６の出力と加算器１７の出力が加算
器１８で加算されて出力部分２０へ出力される。

ここでＲＯＭ１６の内容を実施例１で用いた式（１）　
、　（２）　、　（３）で表されるものや、第３図に示
したものとすると、第６図の装置の出力Ｓ’ｉ＊ｉは次
式％式％ Ｓｉ＋ｉ−αＳ’　＋−１，ｊ−（１−α）Ｓ’ｔ、＋
−２が大きくない場合には。

Ｒ（Ｓｉ、Ｊ−αＳ’、−，，，−（１−α）Ｓ’　＋
　、Ｊ−□）：Ｓ、−１−αＳ’＋−ｔ、ｊ−（１−α
）Ｓ’ｉ、ｊ−ｘ　　　　（１１）が成り立つため、式
（１０）よりＳ’　ｉ　ａ　ｊ　”　’Ｓ　ｉ　＋　＋
が成立し、フィルタリングによる画像の解像度の劣化が
起こらない。また、標本値が垂直方向または水平方向に
大きく変化する場合には、このフィルタを直交変換の前
または逆変換後に接続することにより視覚上画質の大き
な改善が成される。

以上２つの実施例を用いて本発明の詳細な説明したが、
本発明のフィルタは３次元以上にも適用可能である。ま
たフィルタの構成も実施例以外に、もっと多数の標本を
同時に利用する方法や、アナログフィルタを用いる方法
も可能である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明を用いることにより、直交変
換を用いた高能率符号化の大きな欠点である標本間の急
峻な変化時に発生するブロック単位の劣化が抑圧され、
その結果視覚的に非常に大きな画質の改善がなされる。

また本発明の装置は装置化が非常に容易であり、しかも
実時間処理が可能であり、その実用的効果は極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のフィルタ部分の回路図、第
２図は同実施例の動作波形図、第３図は同実施例に用い
るＲＯＭの特性図、第４図は画像の標本の配置図、第５
図はもう１つの実施例のフィルタリングの説明図、第６
図は同実施例のフィルタ部分の回路図、第７図は従来例
の動作波形図である。 ３　・・・Ｄ型フリップフロップ、　４　・・・減算器
、５・・・ＲＯＭ、　６・・・加算器、１４．１５・・
・乗算器。 第１図 ら 第３図 第４図 第５図 第６図 第７ （ａ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像情報や音声情報の隣接する標本値を集めて直
   交変換する手段の前段、または直交変換して伝送した後
   の逆変換手段の後段の少なくとも一方に、同一ブロック
   内の標本間の急峻な変化をフィルタを用いて抑圧するフ
   ィルタリング手段を有することを特徴とする直交変換装
   置。
2. （２）前記フィルタリング手段が、フィルタの特性を決
   定するデータを格納する読み出し専用メモリ、出力値を
   一時記憶するＤ型フリップフロップ、入力された標本値
   から前記Ｄ型フリップフロップの出力を減算する減算器
   、および前記読み出し専用メモリの出力と前記Ｄ型フリ
   ップフロップの出力を加算する加算器を備えることを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の直交変換装置
   。
3. （３）前記フィルタリング手段が、前記入力された標本
   値（Ｓ＿ｉ＿、＿ｊ）に隣接するすでにフィルタリング
   された標本値（Ｓ＿ｉ＿−＿１＿、＿ｊ、Ｓ＿ｉ＿、＿
   ｊ＿−＿１）のそれぞれに一定の係数を乗算する乗算器
   と、それらの乗算器の出力を加算する加算器を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の直交変
   換装置。
4. （４）逆変換手段の後段に直交変換前に用いるフィルタ
   の逆特性を有する逆フィルタを用いる逆フィルタリング
   手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項ないし第（３）項のいずれか１項に記載の直交変換装
   置。