JPS6333086A - 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］ 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現化した装置
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
６ｎ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６ｎ気ヘツドを介して行ゎれているが、
通常用いられている６Ｆ１気ヘツドは６ｎ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ト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、前記ロータリートンラスにおいて
も前記ｊ７Ｊ気ヘッドと同様に直流成分ないし低周波数
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
性かあり、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か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
Ｏ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か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、出現頻度の高い「代表差分値」はど、ＧＤＳ（（：
ｏｒｄｗｃｒｄ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｕｍ）値の小さい
ものを割り当てるようにして、全体の（変調信号）のＤ
ＳＶ（ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｕｍ　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８図は上述の予測符号化器の回路構成図である。ここ
で、１工は人力画像信号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、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Ｄｏ（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の入力端に掃通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り。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「０」を「−１」としたときに
、単一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「Ｏ」の数の和かそ打ぞれ等しいと
きには、ｃＤｓはτとなる。

予測誤差信号Ｅに関しては、第２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質が知られている。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、出力データ信号り。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　”のときには出力ビツ
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ヒツ
トの配置を逆にして’＋０１１”　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。

たたし、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”１１
１１’”および’ｏｏｏｏ”を割りあてる。また、予測
誤差が零の場合には、”０１１０”のばか“ＪＯＯＩ”
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
り。が得られる。

第１Ｏ図は予測符号化器の別の例を示す。ここで、２０
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、２２は切り換えスイ・ソ
チ、２４八および２４Ｂはそれぞれ第に子化器および第
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
ータ信号り。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２４Ａ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の二子化器２４Ａ、２４Ｂの差
異は、第２表より明らかなように、予測誤差が”７”（
７）ときにそれぞれ’ｆｉｌｌ°゛および’ｏｏｏｏ”
のビットパターンの出力データ信号り。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°′につぃては、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゛°
負パを示すときにはＡ側（第１量子化器２４Δ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９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２量子化
器２４８（Ｑｌ）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Ｏ゛°の連続する確率よりも大となる。従
って、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２４８
　（Ｑ　２　）および第２代表値設定器３０Ｂ　（Ｒ２
）坦を選択する。かくして、第２の量子化テーブル（Ｑ
２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
とがて参る。

［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。

本発明は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符号化し、符号化信号を出力す
る符号化手段と、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、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ものである。

［作　用］ 本発明によれば、連続する複数の隣接サンプル点情報間
の差分値符号化信号の組合せに応じて連続する複数の符
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図は本発明一実施例の基本構成図である。

第１図に示すようにアナログの映像信号をへ／Ｄ変換器
３００に人力して、ｋビットのデジタルデータに変換す
る。このデジタルデータは加算器３０１に人力する。こ
の加算器３０１のもう一方の反転入力端子には、予測器
３０５より出力された１サンプル前の出力画像データが
予測画像データとしてされる。

加算器３０１では、現サンプルの画像データと前サンプ
ルの画像データとの差分が演算されてにビットの差分デ
ータとして出力される。この加算器３０１からのにビッ
トの差分データは、量子化器３０２に人力され、そこで
画像信号の特徴を用いた非線形量子化が行われる。具体
的には、前述した予測符号化器（第８図参照）における
非線形量子化器でも良い。もちろん、その他の一般的な
非線形量子化器でも良い。この非線形量子化により、ｋ
ビットの差分データはλビット（ｆｌ＜ｋ）の差分デー
タに圧縮される。

この量子化器３０２より出力されるにビットの差分デー
タは、２系統に分ホｌれ、一方は遅延回路３０８に供給
され、もう一方は代表値設定器３０３に供給されて予測
値形成に利用される。

代表値設定器３０３は量子化器３０２と逆の変換操作を
行う。これらの変換の種子を第４図を用いて説明する。

まず本実施例における量子化は、量子化器３０２によっ
てｘｉｌｄ上の入力されたにヒツトの差分データａを変
換関数特性Ｔに従い、℃ビットの差分データａ。へ変換
する。これにより非線形量子化が実現する。この時点で
量子化誤差が発生するが、この量子化誤差が蓄積されな
いようにするために前記量子化器３０２と逆の変換操作
を行なう代表値設定器３０３を設けて、復号されたにピ
ッ轟号差分データを得ている。この復号差分データに基
づき後述する加算器３０４．予測器３０５により形成さ
れる量子化誤差を含んだ前サンプルの出力画像データを
用いて次のサンプルデータとの差分値を加算器３０１に
て算出しているので、前記量子化誤差は蓄積しない。

ここで、上記の動作を具体的に説明する。今、量子化器
３０２よりｌビットの差分データｂが出力されると代表
値設定器３０３においては、第４図のＸ軸上のｂより変
換関数特性Ｔに従い、Ｘ軸上のｂｏをにビットの復号差
分データとして出力する。これは量子化と全く逆の操作
である。

予測器３０５は、簡単のために１サンプル期間分の遅延
回路とすると、１サンプル前の出力画像データが加算器
３０４の一方の入力端子に供給される。そこで、加算器
３０４のもう一方の入力端子には、先に述へた復号差分
データが供給されているので、加算器３０４の出力端子
には、現サンプルのＶ　　　　　子 出力画像データ復号したもの同し情報のデータが得られ
る。そして、加算器３０４の出力端子からのデータは予
測器３０５により１サンプル期間分遅延されて加算器３
０１の反転入力端子に供給される。

このようにして、サンプル毎に差分値が求められるか、
これをサンプル点の関係で示すと、第５図のようになる
。なお、第５図において、走査線上の画像情報をサンプ
リングして画像サンプルデータを得る場合にそれぞれの
差分値をΔｎ（現在）、Δｎ−１（１サンプル期間前）
、・・・というように表示する。

次に第１図の量子化器３０２からのｌヒツト単位で差分
データを人力する遅延回路３０８について説明する。遅
延回路３０８はｌヒツト単位に連続して人力される差分
データをＭサンプル分づつまとめてＮビットのデータと
し、Ｎ−Ｎ変換する（詳細は後述する）ために、第２図
に示す通りに１サンプル分の差分データを各々遅延する
ための遅延回路素子４００〜４０３をＭ−１段丘列接続
して遅延回路３０８を構成する。この遅延回路３０８の
各出力端子ｄ１〜ｄｉｆＭ−１１より順次１サンプル期
間分ずつ遅延されたＭ個の差分データが出力されると、
これら出力された差分データはＮ−Ｎ変換器３０９にお
いてＮ−Ｎ変換される。なお、Ｎ−Ｎ変換器３０９には
Ａ／Ｄ変換器３００の動作を制御しているタイミング信
号発生器３０６からのクロックパルス信号を１７Ｍ分周
器３０７によりＭ分周したパルス信号が供給されており
、Ｎ−Ｎ変換器３０９は該１／Ｍ分周器３０７からのパ
ルス信号に基づいてＮ−Ｎ変換処理を行っている。この
Ｎ−Ｎ変換タイミングチャートを第３図に示す。クロッ
クパルス信号Ｐ０のＭ個のパルス毎にパルス信号Ｐ１の
パルスが１個発生する。このパルス信号Ｐ１のパルスに
同期してＮ−Ｎ変換器３０９においてＮ−Ｎ変換処理を
行ない、１回の処理てＮ−Ｎ変換器３０９からは、Ｎ　
（＝４・Ｍ）ビットの出力データが得られる。

以下、このＮ−Ｎ変換器３０９におけるＮ−Ｎ変換処理
に？いて説明する。

このＮ−Ｎ変換は前述（第８図、第１０図）の予測符号
化器における非線形量子化では活かしきれなかった画像
情報の特性をさらに活かしＮビットのデータを直流およ
び低周波成分の極めて少ないＮビットに変換するように
処理するものである。

以下にこのＮ−Ｎ変換の特性を第６図ａ、ｂ　、第画像
データから算出した連続する２つサンプル点の差分値Δ
ｎ、Δｎ−１の発生分布を２次元平面で示すと第６図ａ
のようになる。第６図ａは縦軸にΔｎを、横軸にΔｎ−
１を線形にて示したものである。第６図ａの斜線部に示
すように原点を含む領域に差分値Δｎ、Δｎ−１の組合
せの発生分布が集中する。そして、第６図ａの斜線部に
当たる領域の差分値Δｎ、Δｎ−１の組合せか多く発生
ずるため、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３０２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かできる。

さらに第６図ａの縦軸のΔｎ、横軸のΔｎ−１を前述の
ように非線形にて示し、更に垂直方向に出現頻度をとり
前記差分値Δｎ、Δｎ−１の出現頻度を表わすと、第６
図すに示すように、連続した差分値Δｎ、Δｎ−１が共
に零の点（原点）を中心に出現頻度の大きな山ができる
。

また、第６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７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７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、変換データを保
持するメモリを備えたＮ−Ｎ変換器３０９においては次
のような関係を満たしてＮビットの入力データと同じビ
ット数の出力変換データが得られるように前記メモリに
人力データのビット数と同じのビット数の変換データを
保持させておく。すなわち、第７図の斜線部分に当たる
差分値Δｎ、Δｎ−１の組合せに対応した２個の差分デ
ータ（Ｎビット）に関しては最優先でＣＤＳの絶対値の
小さい変換データ（Ｎヒツト）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
ステップのうちの１ステツプに対する出現頻度数の傾向
を調へてゆき、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。な
お、第７図中、外郭の点線部分は、前記連続する差分値
Δｎ、Δｎ−１の発生分布において、実際の差分画像デ
ータでは発生することのない組合せが分布している領域
を示したものである。つまり、第７図において該点線部
分以外の領域に分布する差分値Δｎ、Δｎ−１の組合せ
に対してのみ前記変換データの種類を用意すれば良いの
で変換データの種類を限定させることができ、この時、
変換データの種類の中からＣＤＳの絶対値が小さいデー
タを選ぶことにより直流および低周波成分のＩ抑圧効果
の高い変換を行うことができる。

かくして、Ｎ−Ｎ変換器３０９からはＣＤＳが一段と効
率的に制御された冗長ビットのない符号化データが得ら
れる。・ ［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図は遅延回路の構成図、 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図は非線形量子化特性および代表値設定特性を示す
図、 第５図はサンプル点と差分値信号との関係を示す図、 第６図ａ、ｂは２次元の差分値分布特性を示す分布図、 第７図は第６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８図は従来の予測
符号化器の一例を示すブロック図、 第９図は予測誤差信号の確率密度分布を示す図、 第１０図は従来の別の予測符号化器の例を示す図である
。 ３０８・・・遅延回路、 ３０９・・・Ｎ−Ｎ変換器。 冑狛弧只 者啼？陵／臂 第　３　図　　　タ代ングバルス 慢ト、木牟、＄ｊＥ＋イヒ１１才つ”・目ミ／Ｎ受イ立
設英こ才奇・ト斗二第４図 第５図 第７図 −派 工〕 第８図 番目 第９図 ２４日 第１Ｏ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
   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。