JPS6333085A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はテレビジョン信号等の画像情報信号を符号化す
る装置に関し、特に、画像信号の特徴を利用して当該画
像信号を高能率に符号化する符号化装置に関する。

［従来の技術］ 従来から知られている予測符号化方式を具硯化した装置
として、例えばデジタルＶＴＲなどが知られている。そ
して、この種の装置では、情報量の多い画像信号などを
磁気テープ等の記録媒体に記録するために、画像情報の
相関性を利用して画像データの伝送帯域の圧縮化を図る
ことにより記録を行っている。

また、通常の磁気記録装置では、非常に低い周波数や直
流成分の記録・再生を行うことは困難である。これを、
デジタルＶＴＲの記録・再生原理に基づいて詳述すると
、次のとおりである。

磁気テープに対する記録・再生は回転シリンダに取り付
けられた数個の磁気ヘッドを介して行われているが、通
常用いられている磁気ヘッドは磁束の経時変化分（微分
値）を電圧に変換して記録あるいはこれを逆変換するこ
とによりしているので、直流分ないし低周波数成分の信
号は再生されにくいことになる。しかも、磁気ヘッドは
常に高速回転しているので、磁気ヘッドへの記録信号供
給および磁気ヘッドからの再生信号受信は前記回転シリ
ンダに取り付けられたロータリートランス等を介して行
われており、前記ロータリートランスにおいても前記磁
気ヘッドと同様に直流分ないし低周波数成分の信号を伝
送することがほとんどできないという特性があり、した
がって、信号の直流成分は伝送されないことになる。

そこで、帯域圧縮された画像データについてはそのまま
記録することなく、疑似ランダムパターンを用いてスク
ランブル化し、直流成分を抑圧して記録・再生がなされ
ている。しかし、この場合にも、スクランブルされた画
像データには僅かならがも直流成分が含まれているので
、かかる前記磁気ヘッドやロータリートランス等の直流
成分の伝送が不可能な伝送系においては、直流成分ある
いは低い周波数成分の記録パターンを再生する際に検出
誤りが数多く生じることになる。このような誤り率の増
加は、その結果として、画質の劣化を招来するという不
都合を生ずる。

また、種々のＤＣフリーの記録変調方式（例えば８−１
０ブロック符号化、インターリーブＮＲＺＩ等）を用い
て変調を行った後に記録を行う方法も知られているが、
例えば８−１０ブロック符号化など直流成分を持たない
変換方式では冗長度が増して伝送ビットレートが増大し
てしまうため、高密度記録を達成し難いという欠点があ
る。しかも、このような変調方式を実現するためには複
雑な処理が必要とされ、ハードウェアの量も増加すると
いう欠点がある。

かかる問題点の解決のために、すでに本願出願人によっ
て、出現頭皮の高い「代表差分値」はど、ＣＤＳ（Ｃｏ
ｒｄｗｏｒｄ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｕｍ）値の小さいも
のを割り当てるようにして、変調信号のＤＳＶ（ｄｉｇ
ｉｔａｌ　Ｓｕｎ＋　Ｖａｌｕｅ）を抑制することがで
きる予測符号化器が提案されている。

以下、図面を参照しながらこの予想符号化器を説明する
。

第９図は上述の予測符号化器の回路構成図である。ここ
で、１１は入力画像信号Ｄｉから予測値信号Ｐを差し引
いて予測誤差信号Ｅを送出する減算器、１２は予測誤差
信号Ｅを導入して後述する出力データ信号Ｄ０（例えば
４ビツト）を得るための量子化器、１３は量子化器１２
に対して逆特性を有する代表値設定器、１４は予測器１
５からの出力信号を代表値信号Ｒと加え合わせ同予測器
１５の入力側に帰還させることによって積分機能を実行
するための加算器、１６は代表値設定器１３と加算器１
４と予測器１５とから成り、予測値信号Ｐを送出する局
部復合器である。

次に、量子化器１２の人出力特性を第１表を用いて説明
する。すなわち、次に示す第１表は、予測誤差信号Ｅの
レベルと出力データ信号Ｄ０のビット構成との関係を表
わす表である。

第　　１　　表 なお、第１表に示したＣＤＳは、出力データ信号Ｄｏに
おけるビットパターンの各ビットにおけるレベル「１」
を「＋１」とし、レベル「ｏ」を「−１」としたときに
、単−符号内における各ビットの総和を表わす。従って
、「１」の数の和と「０」の数の和がそれぞれ等しいと
きには、ｃＤｓは平となる。

予測誤差信号Ｅに関しては、第１０図に示すように、画
像情報の相関性に基づき０”付近に大きな頻度分布を持
つという統計的性買が知られている。そこで本予測符号
化器では、予測誤差信号Ｅの値が小さな範囲に対しては
ＣＤＳの絶対値が小さくなるように符号を割り当て、他
方、予測誤差信号Ｅの大きなところでは、ＣＤＳの絶対
値が大きくなるような符号を割り当てる。

また、予測誤差信号Ｅは°゛０”を中心に対称に分布し
ているので、第１表に示すように、出力データ信号Ｄｏ
におけるビットパターンについては、絶対値が等しい予
測誤差信号同士のビットパターンを反転配置しである。

かかるビットパターンの反転配置について更に詳述する
と次のとおりである。

例えば、予測誤差が”°＋３”のときには出力ビットパ
ターンが°’１１０１”であるのに対し、予測誤差が−
３”のときには、その上位ビットないし下位ビットの配
置を逆にして“”１０１１’”とする。同時に、予測誤
差゛°＋６°゛に相当する’００１０”に対して、予測
誤差゛−６”では’０１００”とする。ただし、本例に
おける予測誤差の最大値である”　＋　７　”および°
゛−７”に対しては、それぞれ”１１１１”および’　
ｏｏｏｏ”を割りあてる。また、予測誤差が；の場合に
は、“０１１Ｏ°′のほか’　１００１”を割り当てる
ことも可能である。

このように、予測誤差信号Ｅの確立頻度が高いＥ＝Ｏ付
近に対してＣＤＳの絶対値が小さなビットパターンを割
り当てることにより、直流成分の少ない出力データ信号
Ｄ０が得られる。

第１１図は予測符号化器の別の例を示す。ここで、２０
は人力画像信号Ｄｉから予測値信号Ｐを差し引いて予測
誤差信号Ｅを送出する減算器、２２は切り換えスイッチ
、２４Ａおよび２４Ｂはそれぞれ第１量子化器および第
２量子化器であり、その量子化ビットパターンを次の第
２表に示す。

第　　２　　表 また、２６はアップダウンカウンタであり、出力データ
信号り。が°゛１”のときカウントアツプし、出力デー
タ信号Ｄｏが°”０”のときカウントダウンするよう構
成しである。

２８は切り換えスイッチ、３〇八および３０Ｂはそれぞ
れ第１量子化器２４＾および第２量子化器２４Ｂの逆特
性を有する第１代表値設定器および第２代表値設定器、
３２は加算器、３４は予測器である。

上述した第１および第２の量子化器２４Ａ、２４Ｂの差
異は、第２表より明らかなように、予測誤差が°゛７”
のときにそれぞれ１１１１”および’　ｏｏｏｏ”のビ
ットパターンの出力データ信号Ｄ０を送出するよう構成
しである点にある。従って、その他の予測誤差゛＋６”
〜°“−７”については、両者全く同一のビットパター
ンを送出するよう構成しである。

また、切り換えスイッチ２２および２８は、アップダウ
ンカウンタ２６から送出されると符号ビット情報が°°
負”を示すときにはＡ側（第１量子化器２４Ａ側）を、
他方、“°正”を示すときにはＢ側（第２量子化器２４
Ｂ側）を選択する。

次に、本例の動作を説明する。なお、説明の都合上、切
り換えスイッチ２２．２８は予めＡ側を選択しているも
のとする。

予測誤差信号Ｅは第１０図示の分布曲線からも明らかな
ように、確率的には正負両方向について対称に分布して
いるので、このような分布の予測誤差信号Ｅが第１量子
化器２４Ａ（Ｑ＋　）に導入されると、第２表に示され
るようにその出力ビツトパターンとしては、°°１°゛
の連続する確率が“０”の連続する確率よりも大となる
。従フて、アップダウンカウンタ２６においてはカウン
トアツプの回数がより多くなり、出力の符号ビットは正
を示すようになる。

アップダウンカウンタ２６の符号ビットが正を示すと、
切り換えスイッチ２２および２８は第２量子化器２４Ｂ
（Ｑ？　）および第２代表値設定器３０Ｂ（Ｒ２）３０
Ｂを選択する。かくして、第２の量子化テーブル（Ｑ２
出力）によって量子化が行われるために、出力ビツトパ
ターンは°１”よりも“０”の連続する確率が多いビッ
トパターンに変更され、アップダウンカウンタ２６はカ
ウントダウンしていく。かかるフィードバックの作用に
より、出力データ信号り。には０”と°１”が同確率で
出現するようになり、ＤＣフリーな符号列を得ることが
できる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述のような予測符号化器では、予測誤差の出現頻度に
着目してＤＳＶを抑制した符号化信号を形成しているが
、例えば高品位テレビジョン信号などのようにサンプリ
ング・レートの高い画像信号を処理するには、さらに総
合的な伝送帯域の圧縮のため、ＤＣ抑圧やさらなる高能
率符号化を達成しなければならない。

本発明の簡単な構成により画像信号を高能率に符号化す
ることができる符号化装置を提案することを目的とする
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の符号化装置は、画像信号における隣接サンプル
点情報間の差分値信号をミツドレッド型の量子化を行っ
た後に符号化し、符号化信号を出段と、出力手段からの
同時に出力された複数の符号化信号を、当該複数の符号
化信号の組合せに応じた複数の符号化信号と同数ビット
の直流および低周波成分の少ない変換信号に変換する変
換手段とを具えたことを特徴とするものである。

［作　用］ 本発明によれば、ミツドトレッド型の量子化を連続する
複数の符号化信号を冗長ビットを付加しないで直流およ
び低周波成分の少ない変換信号に変換することができる
。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例として本発明を適用した予測
符号化器の概略構成を示す図である。

本実施例の予測符号化器は、連続する２つの４ビツト量
子化差分値信号を８ビット符号化信号にして出力するも
のである。ここで連続する２つの量子化差分値信号とい
うのは、サンプル点の関係で示すと第２図に示すように
例えば、現在の差分値Ｆ、、　　１サンプル点前におけ
る差分値Ｆ１−１とすればこの２つの差分値をそれぞれ
量子化したものである。

人力画像信号ＤｉはＡ／Ｄ変換器１０１において１サン
プル当り８ビツトの画像データＤｄに変換され、減算器
１０２に入力される。この減算器１０２では、後述の局
部複合器１０７によって送出される１サンプル前の出力
画像データである予測値画像データＰを画像データＤｄ
から差し引いて８ビツトの予測誤差データＥを送出する
。いいかえれば減算器１０２において現サンプル点の値
と前サンプル点の値との差分演算を行うわけである。

この予測誤差データＥは量子化器１０３に人力されて、
後述する画像信号の特徴を用いた非線形量子化が施され
る。すなわち、この非線形量子化により、８ビツトの予
測誤差データＥは４ビツト量子化差分値データＦに変換
される。

この量子化器１０３より出力される量子化差分値データ
Ｆは２系涜に分かれ、一方は後述する出力段側へ、もう
一方は局部復合器１０７へ供給される。ここで、局部復
合器１０７は、量子化器１０３に対して逆特性を有する
代表値設定器１０４と、予測器１０６と、予測器１０６
からの出力である予測値画像データＰを前記代表値設定
器１０４より出力される代表値データＲと加え合わせ、
同予測器１０６の入力端に帰還させることによって積分
機能を行なうための加算器１０５から成り、予測値画像
データＰを加算器１０２に送出するものである。この局
部復合器１０７の動作は第９図で説明したものと同様で
あるので、詳細説明は省略する。

一方、出力段側へ送出された量子化差分値データＦは遅
延回路１０８に供給されると、遅延回路１０８からはす
でに１サンプル期間分遅延された量子化差分データＦｌ
−１が出力され、遅延されていない量子化差分値データ
Ｆ１と合わせて連続する２つの量子化差分値データとな
る。この各々４ビツトの２つの量子化差分値データＦ１
．Ｆｌ−１を合わせて変換メモリテーブルを備えたＮ−
Ｎ変換器１０９に人力し、ここで８ビット符号化を行っ
て出力データＤ０を得る。Ｎ−Ｎ変換器１０９にＡ／Ｄ
変換器１０１の動作を制御しているタイミング信号発生
器１１０からのクロックパルス信号Ｔ０を１／２分周器
１１１により２分周したクバルス信号Ｔ、が供給されて
おり、このパルス信号Ｔ、の周期でＮ−Ｎ変換器１０９
での変換処理を実行している。このタイミングチャート
を第３図に示す。

このようにして、Ｎ−Ｎ変換器１０９で変換処理を行う
が、各々４ビツトの連続する２つの量子化差分値データ
に８ビット符号化データを割り当てる方法を次に説明す
る。

第２図に示したような関係でサンプルされた画像データ
から算出した連続する２つの差分値ΔＦ＋、ΔＰＩ−１
の発生分布を２次元平面で示すと第４図ａのようになる
。第４図ａは縦軸にΔＦｌ−１を、横軸にΔＦ、を線形
にて示したものである。第４図ａの斜線図に示すように
原点を含む領域に差分値ΔＦＩ−１＋　ΔＦの組合せの
発生分布が集中する。そして、第４図ａの斜線部に当る
領域の差分値ΔＦｌ−１＋　ΔＦの組合せが多く発生す
るため、この部分の差分値に対して量子化ステップを細
かく設定するような非線形量子化特性を持つ量子化器を
第１図の量子化器１０３に用いることにより画像データ
をより忠実に符号化することができる。

さらに第４図ａの縦軸のΔＦｌ−１＋横軸のΔＦ、を前
述のように非線形にて示し、更に差分値ΔＦＩ−１＋　
ΔＦｌの出現頻度を表すと、第４図すに示すように、連
続した差分値ΔＦｌ−１＋　ΔＦが共にτの点（原点）
を中心に出現頻度の大きな山ができる。

また、第４図すに示した出現頻度分布を境界線の領域内
の出現頻度数の合計が各領域毎に等しくなるように境界
線により分割し、２次元表示してみると、第５図に示す
ようになる。

このように境界線により分割した場合第５図中の斜線部
が、前記差分値に対する非線形量子化ステップのうちの
１つのステップに対して出現頻度数の合計値が最も高い
部分に相当する傾向がある。そこで、Ｎ−Ｎ変換器１０
９においては次のような関係を満たしてＮビット人力デ
ータ（本実施例においては８ビツト）と同じビット数の
出力符号化データ（本実施例においては８ビツト）が得
られるようにＮ−Ｎ変換器１０９内の変換メモリテーブ
ルに人力データのビット数と同じビット数の符号化デー
タを保持させておく。すなわち、第５図の斜線部分に当
たる差分値ΔＦム−１，ΔＦ、の組合せに対応した２個
の差分データ（８ビツト）に関しては最優先でＣＯＳの
絶対値の小さい符号化データ（８ビツト）を割り当てる
。他の部分に関しても同様にして前記差分値に対する非
線形量子化ステップのうち芥ステップに対する出現頻度
数の傾向を調べてゆき、その出現頻度の合計が大きい順
にＣＤＳの絶対値の小さいものを割り当ててゆくように
する。

具体的には、上述のようなＮ−Ｎ変換を行なうＮ−Ｎ変
換器１０９の後段にデジタル変調器も設け、その変調方
式を例えばＮＲＺにより行うとすると、第３表に示すよ
うに出現頻度が最大のところに°’０１０１０１０１”
などのＣＤＳ値が０”のビットパターンを最優先で割り
当て、以下出現頻度順にＣＤＳ値が±２．±４．±６．
±８のビットパターンを割り当てる。これにより直流成
分の小さな出力符号化データＤ。を送出できる。

＼、 第３表 次に本実施例の量子化器１０３における非線形量子化の
方法はミツドトレッド型であるが、比較のためにミツド
ライザー型とミツドトレッド型を用いた場合の差異につ
いて説明する。

ミツドライザ型は第６図に示すように入力データ械＼Ｄ
１に対してり、＝Ｏを境にして正負別の代表値　、／を
有するものであって、入力データを偶数個の代表値に対
応づける量子化方式である。

量子化方式にミツドライザ型を用いた場合は量子化器１
０３より出力される量子化差分値データＦは１６通りの
４ビット信号で表現される。したがって各々４ビツトの
連続する２つの量子化差分値デーＪ鷺組み合わせて８ビ
ツトの信号として変換する場合、出力符号化データＤ０
は２５６通りとなり、８ビツトで表現できるすべてのビ
ットノ＜ターンを使用することとなる。

この場合、前述のように出現頻度の犬きし１順にＣＤＳ
の絶対値の小さなビ・ントバターンを割り当てるという
方法を用いても、ＣＤＳの絶対値が最大の８というビッ
トパターンをも用いることとなってしまい、直流成分減
少という点からは好ましくない。

一方、ミツドトレッド型は第７図に示すように、Ｄ、＝
Ｏの近傍の値に対してり、’＝Ｏの代表値を有するもの
であって、入力データ信号を奇数個の代表値に対応づけ
る量子化方式である。

量子化方式にミツドトレッド型を用いた場合は量子化器
１０３より出力される量子化差分値データＦは１５通り
の４ビット信号で表現できる。したがって、第１図の出
力符号化データＤ。は２２５通り（１５Ｘ１５通り）に
減少し、８ビツトで表現できる総ビツトパターン２５６
種のうちＣＤＳの絶対値の大きなビットパターン３１種
を符号割り当てから除外することができる。第８図は上
述のことを表わした図であり、縦軸を量子化差分値デー
タＦ。−１、横軸を量子化差分値データＦｎのビットパ
ターン数として表わしている。図中の８ビツトで表現で
きる総ビツトパターンのうち斜線部分の３１個が除外で
きる。これにより第３表に示すようにＣＤＳの絶対値か
４以下の８ビツトパターンのみを用いて出力データ信号
を表現できることとなり、直流分のより少ない出力符号
化データ植＼Ｄｏを送出することが可能となる。

なお、量子化差分値データＦが４ビツトの場合について
詳述したが、ｎビットの場合には、同様にして２ｎ（＝
Ｎ）ビットで表現できるビットパターンのうち２°１１
−１個のＣＤＳの絶対値の犬なるビットパターン）を符
号割り当てから除外して、出力符号化データを表現する
ことができる。

以上のようにＤＣフリーを実現するための複雑な変調回
路等を必要とせず、車にＤＰＣＭ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｉａｌ　Ｐｕ１ｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
）の符号化に用いる変換メモリテーブルを書き換えるだ
けの簡易な構成により、出力符号化ビットパターン列を
ＤＣフリーにすることができる。さらに、その量子化方
式にミツドトレッド型を適用し、その結果得られた２連
続するｎビット量子化差分値データを２ｎビツトの符号
化データすることにより、ＣＤＳの絶対値の犬なるビッ
トパターンを符号割り当てから除外することができる。

加えて連続する２つのｎビット量子化差分値データを２
ｎｎピット号化データに変換する際に、差分値の組み合
せ出現頻度が高い組合せ領域にＣＤＳの絶対値の小なる
符号パターンを割り当てることによって、画像信号を直
流および低周波成分を抑圧して符号化することができる
。

また、本実施例においては連続する２つの４ビツト量子
化差分値信号を８ビット符号化信号に変換する場合を例
として示してか、遅延回路を複数設けることにより連続
するｍ個のｎビット量子化差分値信号をｍｘｎビット符
号化信号に変換する場合にも本発明は適用可能でこの場
合、更に直流および低周波成分の抑圧効果が上がるもの
である。

なお、出力符号化データに直流分が少ないということは
、符号時に行われるクロック成分の抽出を容易にすると
いう効果も得られる。更に、この出力符号化データを記
録・再生する場合にも、データの直流成分に起因する誤
り率を低減させることが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば画像信号を高能率
に符号化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した予測符号化器の一実施例を示
すブロック図、 第２図は連続する２つの量子化差分信号のサンプル方法
を示す図、 第３図は動作制御用クロックパルスのタイミングチャー
ト図、 第４図ａ、ｂは２次元の差分値分布特性を示す分布図、 第５図は第４図すの分布を境界線により分割した後の２
次元差分値分布特性を示す分布図、第６図はミツドライ
ザー型の代表値特性を示す図、 第７図はミツドトレッド型の代表値特性を示す図、 第８図はミツドトレッド型を用いることで総ビツトパタ
ーンのうち除外できるビットパターン範囲があることを
示す概念図、 第９図は従来の予測符号化器の一例を示すブロック図、 第１Ｏ図は予測誤差信号の頻度分布を示す線図、第１１
図は従来の別の予測符号化器の例を示すブロック図であ
る。 １０８・・・遅延回路、 １０９・・・Ｎ−Ｎ変換器。 第２図 第３図 ｌ−１ 第５図 −′　　姪 （パ米　イＬ） 第６図 （イ曳′Ａ馳イ迦〔） 第７図 第８図 ２４日 第１１図 手続補正書 昭和６１年１１月２０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 画像信号における隣接サンプル点情報間の差分値信号を
   ミッドレッド型の量子化を行った後に符号化し、符号化
   信号を出力する符号化手段と、該符号化手段から連続し
   て出力される複数の符号化信号を同時に出力する出力手
   段と、 該出力手段からの同時に出力された複数の符号化信号を
   、当該複数の符号化信号の組合せに応じた該複数の符号
   化信号と同数ビットの直流および低周波成分の少ない変
   換信号に変換する変換手段とを具えたことを特徴とする
   符号化装置。