JPS6348087A - 差分パルス・コ−ド変調方式 - 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〕 本発明は、画像情報をデータ圧縮して伝送するための差
分パルス・コード変調（ＤＰＣＭ）方式〔従来の技術〕 ＤＰＣＭ方式は、ディジタル化された画像情報をデータ
圧縮して伝送するための方式として、周知である。この
方式では、入力信号から予測信号を減算することによっ
て得られる差分信号を量子化し可変長符号等を割り当て
ることにより符号化して伝送する。

予測値としては前画素値を用いるのが一般的であるが、
前画素値を予測値とせず、既に量子化された画素の値を
基に二次元の予測や一次以上の高次の予測関数を用いて
予測を行い、予測誤差、つまり差分を量子化する方法が
提案されている。例えば、画像信号は、二次元的に相関
が高い信号であるので、例えば第４図に示すように、水
平方間に画素Ｃ，Ｅ、　Ｄが並び、その下に画素Ａ、Ｘ
と並ぶ場合に、この画素Ｘの符号化のための予測信号と
して、 （１）Ａ＋　（Ｅ−Ｃ）／２ （２１（Ａ＋Ｄ）　／２ （３１Ａ　十Ｅ　−Ｃ ＋４＞Ａ＋　　（Ｅ−Ｄ）　／２ を用いる各種の二次元予測が提案されている。前画素値
を予測値とする場合と、この二次元予測の場合とで予測
誤差、つまり予測値との差分がどのように分布するかを
第５図に示す。二次元予測の方が全体的に予測誤差が小
さくなるので、多くの画素に短い符号を割り当てること
により、平均語長を短くすることが可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、人間の視覚特性として、変化の激しい画像を
有する画面では画像の変化の小さな部分を検知しにくい
というマスキング現象が知られている。例えば、静止画
や動画において画像が空間的に変化する輪郭部分とか、
動画において時間的に変化する部分にこのマスキング現
象が見られる。

従来のＤＰＣＭ方式には、このマスキング現象を利用し
予測値との差分を第６図のように非線形に量子化する方
法がある。つまり、差分値の大きな領域では画像の変化
が激しいので、代表値に対し量子化範囲を広くとる。

しかし、従来の二次元予測によるＤＰＣＭ方式では、上
述の視覚特性を考慮した非線形の量子化特性を適切に設
定することが出来ないため、単に線形の量子化を行うか
、視覚特性とは無関係な非線形の量子化を行っているに
すぎなかった。線形量子化では、大きな圧縮率を期待出
来ず、また、視覚特性を考慮しない非線形量子化では画
質劣化は免れえない。

そこで本発明は、人間の視覚特性と符号化効率の両方に
とって最適な予測符号化を行う差分パルス・コード変調
方式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〕

本発明に係る差分パルス・コード変調方式は、差分基準
値を中心とする非線形特性で差分信号を量子化し、前記
差分基準値より予測される予測値に対応する領域を中心
に、当該量子化差分信号に可変長符号を割り当てること
を特徴とする。

〔作用〕

上記手段において、差分基準値を中心とする非線形特性
で差分信号を量子化することにより、量子化誤差による
画質劣化は人間にとって感知出来ないか、出来ても極め
て小さくなる。また、符号化しようとする信号は前記差
分基準値より予測される予測値の近傍に位置する確率が
きわめて高いため、予測値に対応する領域を中心に、当
該量子化差分信号に可変長符号を割り当てることにより
、はとんどの符号は短いものとなり、平均的データ圧縮
効率を高く出来る。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明に係るＤＰＣＭ方式を実施する送受信
系の構成ブロック図を示す。第１図の送信系Ａにおいて
、加減算器１０は、標本化された入力信号Ｘｉ　と局部
復号器１２の出力する差分基準値としての前画素値Ｘム
−９との差分を計算し、非線形量子化器１４は、その加
減算器１０の出力を量子化する。この量子化器１４は、
第６図に示すような、小さい差分値で細かく、大きい差
分値で荒い量子化特性を有し、人間の眼にはその量子化
に伴う量子化誤差を検知しにくいものとなっている。符
号化器１６は、予測器１８からの予測値Ｘｉ’　に依存
する符号割り当てに従って、量子化器１４による差分代
表値を符号化し、伝送路２０に送出する。

局部復号器１２では、加算器２２が、量子化器１４の出
力と遅延回路２４による前画素値Ｘ１−１とを加算して
画素値Ｘｉを復元する。遅延回路２４は、加算器２２の
出力を１画素分遅延させ、この遅延回路２４の出力が、
加減算器１０と予測器１８に供給されると共に、加減算
器２５の一側に供給される。

予測器１８は、第５図で説明したような二次元予測又は
高次の予測を行う回路であり、この回路の具体的構成自
体は公知のものでよいので、特に例示することはしない
。そして、予測器１８より出力される予測値ｘｉ°は、
前記加減算器２５の＋側に供給される。加減算器２５の
出力Ｘｉ’　　−Ｘ　ｉ−１は前記量子化器１４と同じ
特性を持つ非線形量子化器２６により量子化され、差分
値ｘ、゛Ｘ１−１に対応する代表値を出力する。本発明
では、この非線形量子化器２６より出力される差分値Ｘ
ｉ’　　　Ｘ！−１に対応する代表値を使って、符号化
器１６での符号割り当てを適応的に行う。

符号化器１６における符号割り当てを従来例と比較しつ
つ説明する。第２図はその説明のための信号列を示し、
ｘｔ−ｔが量子化された前画素値、Ｘｉが注目画素、ｘ
ｉｏが予測器１８からの予測値である。これらの値に対
し従来の量子化及び符号化としては、次の３種が考えら
れる。

■非線形の差分量子化を行い、前値Ｘ１−１を中心に可
変長符号のうち語長の短い符号を割り当てる。

■二次元又は高次の予測値ｘ森′に対してその予測誤差
、即ち差分を線形量子化し、ｘＬ゛を中心に可変長符号
のうち語長の短い符号を割り当てる。

■■において予測誤差を非線形量子化し、Ｘｉ’を中心
に可変長符号のうち語長の短い符号を割り当てる。

この３種について、その量子化特性、可変長符号として
２／７可変長符号を用いたときの符号割り当て、２ビツ
トの剖り当で範囲、及びＸ、に対する符号を第３図のそ
れぞれ（１１、（２）、（３）に示す。

■、■及び■の何れの場合も最長で７ビツトの符号を割
り当てている。■では、前値Ｘ　ｉ−１を中心とする非
線形量子化を採用するため、視覚的には画質の劣化は生
じず、■では、量子化誤差を感知出来ない程度に線形量
子化の刻みを細かくすることにより、これも画質の劣化
は生じない。しかし■では、ＸｉＯ値が前値ｘｔ−＋の
近傍に位置する場合には、予測値ｘｉ゛が離れていると
相対的に大きな量子化誤差を与えてしまうため、視覚的
に大きな画質劣化となって現れる。また、２ビツトが割
り当てられる幅（第３図で破線で示す上下の方向の幅）
は、■及び■は同じであるが、■では、極く狭い範囲で
しか割り当て出来ず、従って、■及び■に較べ圧縮効率
が低くなる。

これに対する本発明による量子化及び可変長符号割り当
てを第３図（４）に示す。本発明では、前値Ｘ１−１　
との差分を前値Ｘ１−１を中心に非線形量子化し、予測
値ｘ五゛に対応する代表値を中心に可変長符号のうち語
長の短い符号を割り当てる。従って予測値ｘ、゛の近傍
の値に２ビット符号が割り当てられる。予測値ｘ１゛が
前値Ｘ１−１に近い場合には、符号割り当ては第３図（
１１の場合に類似する。予測値ｘ、゛が前値Ｘ１−１か
ら離れている場合には、第３図（３）に類似した符号分
布となるが、予測値Ｘｉ’が前値Ｘよ−１から離れてい
る程２ビットのＮ域が広くなる。Ｘｌは第５図に示すよ
うに極めて高い確率で予測値Ｘｉ’　の近傍に位置する
から、本発明では、高い確率で２ビット符号が選択され
、極めて高いデータ圧縮率を達成出来る。

図示例の場合もＸ、に対する符号は（０１）の２ビツト
である。

次に、受信系Ｂでの復号方法を第１図を用いて説明する
。伝送路２０を介して伝送されたＤＰＣＭ符号は、復号
器３０で復号される。復号器３０の出力はＸ　Ｌ　−Ｘ
　ｉ−１を示し、加算器３２は、遅延回路３４からの前
値Ｘ１−１をこの復号器３０の出力に加算し、画素信号
Ｘｉを復元する。加算器３２の出力は、単位画素間時間
の遅延を与える遅延回路３４に印加される。遅延回路３
４の出力Ｘ８−５は加算器３２と加減算器３８の一例に
印加されると共に送信系Ａと同じ特性を持つ予測器３６
に印加され、予測器３６の出力Ｘ８°は、加算器３８の
＋側に印加される。送信系Ａと同じ特性を持つ非線形量
子化器４０は、加減算器３８の出力Ｘｉ　’−ｘｌ−＋
を非線形量子化し、復号器３０はこの非線形量子化器４
０の出力である代表値を符号割り当ての中心とすること
により入力される符号をこの符号割り当てで復号する。

これにより、送信系Ａでの符号化器１６での符号化に対
応した復号を行いうる。

上記説明では、２／７符号を用いる例を説明したが、本
発明はこれに限定されず、他のいかなる可変長符号を用
いてもよい、また、本発明の方式は、空間軸及び時間軸
の何れの場合の量子化にも有効であるため、静止画及び
動画のどちらの圧縮にも用いうる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、予測
効率の良い符号化により効率のよいデータ圧縮を実現で
き、しかも、人間の視覚特性を考慮した非線形量子化に
より画質劣化を無視できる程極めて小さく出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るＤＰＣＭ方弐の送受信系の構成
図、第２図は、説明用の信号系列の図、第３図は、従来
例と本発明での符号割り当て等の比較説明図、第４図は
、二次元予測を説明するための画素配置の図、第５図は
、前値予測と二次元予測との予測確率を示す図、第６図
は、差分信号の非線形量子化の一例を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 差分基準値を中心とする非線形特性で差分信号を量子化
   し、前記差分基準値より予測される予測値に対応する領
   域を中心に、当該量子化差分信号に可変長符号を割り当
   てることを特徴とする差分パルス・コード変調方式。