JPS63146618A - 量子化方式 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は量子化方式、特にデジタル化された画像信号の
差分符号化伝送方式におけるデジタル量子化方式の改良
に関するものである。

［従来の技術１ テレビ信号のように近接画素間の相関が高く冗長度を多
く含む信号を能率よく符号化する方法として差分符号化
方式（以下ＤＰＣＭ方式゛と称する）が知られている。

第４図は例えば特公昭５５−２９６２０号公報に示され
たＤＰＣＭ装置を示すブロック図である。図において、
画像信号入力端子（１）に加えられた信号はアナログ／
デジタル変換器（２）によって各標本値ごとに２進デジ
タル信号に変換されて、予測符号化回路（３）に人力さ
れる。予測符号化回路（３）では、予測回路（４）で作
成された予測値との差を減算回路（５）で算出され、こ
の差出力は量子化回路（６）によって量子化され、この
量子化出力は符号化回路（７）で各量子化レベルに対応
する２進符号に変換され、伝送路（８）へＤＰＣＭ送信
出力として送出される。更に量子化回路（６）の出力は
、また加算回路（９）により、予測値との和が算出され
、元信号に対する局部復号信号となり予測回路（４）に
入力され、この信号から演算処理されて予測値が作成さ
れる。

一方、受信側では、２進符号化された信号は、復号化回
路（１０）に入力され、符号逆変換回路（１１）で、予
測符号化回路（３）における量子化回路（６）の出力と
同じ信号に変換され、加算回路（１２）　、予測回路（
１３）によりデジタル画像信号に変換され、更にデジタ
ル／アナログ変換回路（１４）でアナログ信号に変換さ
れ再生画像が得られる。

しかしながら、テレビ等画像信号では、画素間の相関関
係が高く、入力信号と予測信号との差分信号のとる値の
分布は、０を中心として正負に対称的な分布であり、特
にθ付近の分布密度が高い。

従って、量子化回路（６）に必要な量子化レベル数が、
直接ＰＣＭ符号化する場合より、少なくても良いため、
符号化ビットレイトを低くすることが可能となる。

すなわち、直接ＰＣＭ符号化する場合、通常１サンプル
のデータに対して８ビツトで符号化されるが、ＤＰＣＭ
方式では、３〜５ビツトで符号化が可能となる。

従って、量子化回路（６）がとる量子化レベル数は、２
　　（−８）〜２５　（−３２）で良い。

一般に、実用的な画質を得るには、種々の実験により、
符号化ビット数は４程度必要とされており、これはすな
わち２’　　（−１６）の量子化レベル数を用いること
を意味する。実際には、差信号は、正と負に対して対称
に分布することから、０を中心に、正負に７レベルの合
計１５レベルに量子化されることが多い。４ビツト、１
５レベルの息子化特性としては例えば、第３図に示すよ
うなレベル配分と２進符号化の割当てが考えられる。

入力信号は、８ビツトてＯ〜２５５の２５６レベルの信
号とし、従って差信号は−２５５〜＋２５５に分布する
。

しかしなから、前述した如く差分信号の分布はＯ付近に
密集しているので同図に示されるようなＯ付近の量子化
密度を高くし、正負対称となるような量子化レベルの配
分がなされている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の量子化方式は以上のように行われていたので、従
来例のような二子化特性では、最大値６０であるため、
差信号が６０をはるかに越えるような、急峻な画像の変
化に対して十分に追随できないという問題点かあった。

また、量子化レベルの最大値を更に大きな値に設定した
場合には、それに伴ってゼロ近傍の量子化の密度が粗に
なり、変化のゆるやかな部分の量子化１１／ｊ差が大き
くなってしまうという問題があった。

すなわち、再生画像の画質を向上させるためには、量子
化レベル数を増加させれば良いが、量子化レベル数を増
加させると、符号化ビットレイトの増大を招いてしまう
。

本発明は、前記のような問題点を解消するためになされ
たもので、低ビツトレイトで、画像の急峻な変化に対し
ても追随性を良くすることができるデジタル量子化方式
を得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、前記目的を達成するためになされたものであ
る。従来は、通常差分信号をＮビットに量子化する場合
の量子化レベル数は２Ｎ−１であり、それぞれにＮビッ
ト符号コードが量子化特性値として割り当てられる。

そこで、量子化特性値を割り当てられないＮビット符号
コードが１つ残る。

本発明では、残る１つの符号化コードを特性値月−Ｉ　
　　　　　　　　　　Ｍ−１ ２または−２として割り当て量子化し、Ｎビットに量子
化する際の量子化レベル数を２Ｎ＋１として用いた量子
化方式である。

［作用］ 本発明によれば、急峻な変化に対しても追随性を良くす
ることができる効率の良い量子化方式を得ることが可能
となる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明に係る量子化方式の好適な
実施例を説明する。

第１図には、ＤＰＣＭ方式において、８ビット入力信号
と８ビット予測信号との差分信号を４ビツトに圧縮符号
化する際に、本発明である量子化方式を適用した量子化
特性の一例が示されている。

８ビツトの符号両信号のレベルは０〜２５５（−２７−
１）である。従って、両信号の差分信号のレベルは、−
２５５〜＋２５５レベルに分布する。

そこで、本実施例では、同図に示されるように、差分信
号が−１２７（−−２７＋１）以上＋１２７　（−２７
−１）以下である時は、従来例と同様１；ｌ：２’−１
個の量子化レベルを設け、それぞれに０を中心値とする
正負対称の量子化特性を割り当て、それに対応する４ビ
ツトの符号化コードが割り当てられている。

そして、−１２８（−−２７）以下、または＋１２８（
−２７）以上の差分信号には、＋１２８（−２７）また
は−１２８（−−２７）の特性値を割り当て、対応して
前記４ビット符号化コードの残り１つのコードが割り当
てられている。

例えば、差分信号値が１０の時は、その量子化特性値は
９となり、４ビット符号化コード”　１００１　“が割
り当てられる。

また、差分信号値が１３０の時は、量子化特性値は１２
８（または−１２８）、４ビット符号化コード″　１０
００“であり、差分信号値が−１４０の時は、量子化特
性値１２８（又は、１２８）、４ビット符号化コード”
　１０００　“である。

すなわち、差分信号値が＋１２８〜＋２５５に対してと
、差分信号値が−２５５〜−１２８に対してと、共通の
符号化コードが割り当てられる。

そして、第２図には、本発明である量子化方式を適用し
たＤＰＣＭ装置が示されている。

図において、第４図従来例と同一部分には、同一符号を
付し、説明を省略する。

人力信号は予測符号化回路（３）において、差分信号が
計算され、第１図のような量子化特性を用いて符号化さ
れ、伝送路（８）を介して符号化信号伝送される。

一方、伝送された符号化信号は、復号化回路（１０）中
の符号逆変換回路（１１）で、量子化特性値に復号化さ
れ、加算回路（１２）で量子化特性値と予測信号値と加
算し、適応制御回路（１５）に出力される。

前記適応Ｉ１１御回路（１５）では、該加算回路（１２
）からの人力が−２５５〜＋２５５の場合は、そのまま
復号化信号として、出力し、＋２５６以上の場合には２
５６を減算した結果（−２５６以下の場合には２５６を
加算した結果）を出力する。

今、例えば元信号値を＋７０、予測値を＋２００と仮定
すると差分信号（−元信号値一子測値）は−１３０とな
り、量子化レベルは−１２８゜となり、”　１０００　
“に符号化される。復号化回路（１０）では、この符号
”１０００″は＋１２８に復号化され加算回路（１２）
の出力は２００＋１２８−３２８となり、適応制御回路
（１５）において２５６が減算され、７２か出力される
。

この結果はすなわち“−１２８″に復号化されて加算回
路（１２）で２００＋　（−１２８）−７２と演算され
ることと等価となる。

逆に元信号値が＋２００で予測値が＋７０の場合には、
差信号は＋１３０となり、量子化レベルは＋１２８’が
割り当てられる。復号化回路（１０）では加算回路（１
２）の出力が＋７０＋１２８＝１９８となり、２５５以
下であるため適応制御回路（１５）からも１９８で出力
され元信号＋２００との誤差が２として復号化されるこ
とになる。

この一連の動作をフローチャートで示すと第６図、第７
図のようになる。第６図は予測符号化回路部の動作を示
したものである。予測符号化回路ではまず、画像信号が
入力され（ステップ■−１）、その画像信号はＡ／Ｄ変
換器によりデジタル信号りに変換される（ステップＶｌ
−２）。次にそのデジタル信号りと予測値Ｐの差信号Ｓ
　（−Ｄ−Ｐ）を算出しくステップＶＩ−３）、Ｓの値
を判別する（ステップ■−４）。Ｓの値が−１２１３＜
Ｓ＜　１２８の場合は対応する量子化値Ｑに量子化され
（ステップＶｌ−５）、Ｓ≦−１２８，Ｓ≧１２８の場
合は共通の量子化値１２８に量子化される（ステップ■
−６）。最後にその量子化値に対応する符号化コードに
変換を行う（ステップ■−７）。また、量子化値Ｑを用
いて復号値Ｒ（−Ｐ＋Ｑ）が算出される（ステップＶＩ
−８）、その復号値Ｒにより予測値Ｐが算出される（ス
テップＶＩ−９）。

一方策７図は復号化回路部の動作を示したものである。

復号化回路では、まず予測符号化回路から送られた符号
化コードが入力され（ステップ■−１）、その符号化コ
ードに対応する量子化値Ｑに変換される（ステップ■−
２）。次に量子化値Ｑと予測値Ｐにより復号値Ｒ（−Ｐ
＋Ｑ）を算出しくステップ■−３）、Ｒの判別を行う（
ステップ■−４）。Ｒの値がＲ≧２５６の場合はＲの値
から２５６を減算する（ステップ■−５）。最後にＲ５
−Ｄ／Ａ変換機によりアナログ信号に変換する（ステッ
プ■−６）。またＲにより予測値Ｐの算出を行う（ステ
ップ■−７）。

第５図は、テレビジョン学会で指定されている標準画像
の１つである「花を持つ女性」を第１図の量子化・特性
と第３図の量子化特性で符号化復号化の計算機シミュレ
ーションを行った時の各画素の原画と復号画像の誤差の
平均２乗誤差（以下、Ｍ　Ｓ　Ｅ　−Ｍ　ｅａｎ　Ｓ　
ｑｕａｒｅ　Ｅ　ｒｒｏｒと称する）及び最大誤差を示
したものである。なお、予測値は符号化すべき標本値の
１周期前の復号値を用いる前値予測方式により求めた例
である。ＭＳＥは標本値の符号化前の値と復号後の値の
差の２乗を合計したものを前標本値数で割ったものであ
り、最大誤差は標本値の符号化前の値と復号後の値の差
の絶対値の最大のものである。

第５図に示すように第１図の量子化特性で処理すると第
３図の量子化特性で処理する場合と比較してＭＳ　Ｅ、
最大誤差共に約５０％の改善がなされる。

上記の実施例では第１図に示す符号化コードを用いてい
るが、割り当てるコードは互いに入れかわってもよく、
また量子化レベルの配分も＋１２８、−１２８以外は別
の値であってもかまわない。

なお、上記実施例では８ビツトの入力信号と予測信号と
の差分信号を４ビツトの１７レベルの量子化を行った場
合の例を示したが、一般にＭビットの入力信号と予測信
号との差分値をＮビットで量子化する場合に（２Ｎ＋１
）個の量子化レベルを設定しても同様の効果を奏する。

また、画像信号を入力する実施例について述べたが、音
声信号等地の信号について適用することも可能である。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように、Ｍビットの入力信号と
予測信号との差分信号をＮビットに圧縮符号化伝送する
時に、Ｎビットの量子化レベル数を実質的に２Ｎ＋１と
して使用することができ画像の急峻な変化に対しても追
随性が良くなる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による量子化方式による４ビツト１７
レベルの量子化特性図、第２図は本発明による量子化方
式を適用したＤＰＣＭ装置のブロック図、第３図は、従
来の４ビツト１５レベルの量子化特性図、第４図は、一
般的なりＰＣＭ装置のブロック図、第５図は、第１図実
施例と第３図従来例の量子化特性で符号化復号化の計算
機シミュレーションしたときのＭＳＥと最大誤差を比較
した説明図、第６図は本発明に係る量子化方式の符号化
回路の動作を示すフローチャート図、第７図は本発明に
係る復号化回路の動作を示すフローチャート図である。 図において、（１）は画像信号入力端子、（２）はアナ
ログ／デジタル変換回路、（３）は予測符号化回路、（
４）は予ｎ１回路、（５）は減算回路、（６）は量子化
回路、（７）は符号化回路、（８）は伝送路、（９）は
加算回路、（１０）は復号化回路、（１１）は符号逆変
換回路、（１２）は加算回路、（１３）は予測回路、（
１４）はデジタル／アナログ変換回路、（１５）は適応
制御回路、（１６）は量子化レベルが増えた量子化回路
、（１７）は量子化レベルが増えた符号逆変換回路、（
１８）は画像信号出力端子である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　弁理士　大　岩　増　雄 （他　２名） 第１図 第３図 第６図 １ＩＹ図 手続補正書（１′Ｊ発ゝ ｌ・事件０表示　　　特願昭６１−２９３８８４号２、
発明の名称 量子化方式 ３、補正をする者 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 ６、補正の内容 以−Ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 画像信号等のデジタル入力信号を差分符号化方式により
   圧縮符号化し伝送する方式に用いられ、Ｍビット（Ｍは
   自然数）のデジタル入力信号とＭビットの予測信号との
   差分信号をＮビット（Ｎは自然数）に圧縮符号化する量
   子化方式において、前記差分信号が−２＾Ｍ＾−＾１以
   上２＾Ｍ＾−＾１−１以下である時は２＾Ｎ−１通りの
   量子化レベルを０を中心として正負対称に設け、差分信
   号にＮビットの符号コードを割り当て、前記差分信号が
   −２＾Ｍ＾−＾１−１以下または２＾Ｍ＾−＾１以上で
   ある時は両者に対しては共通の量子化特性値を２＾Ｍ＾
   −＾１または−２＾Ｍ＾−＾１をわりあてて、該量子化
   特性値に対して残り１つのＮビットの符号コードを割り
   当てるとともに、復号化時に、前記量子化された差分信
   号は予測信号と加算され、該加算結果が−２＾Ｍ＋１以
   上、２＾Ｍ−１以下である時は該加算結果を復号化信号
   とし、 前記加算結果が２＾Ｍ以上の時は加算結果から２＾Ｍを
   減算して該減算結果を復号化信号とし、または、前記加
   算結果が−２＾Ｍ以下の時は該加算結果に２＾Ｍを更に
   加算し、該加算結果を復号化信号とし、Ｎビットの符号
   で２＾Ｎ＋１通りの量子化レベルを設定したことを特徴
   とする量子化方式。