JP2500486B2 - High efficiency encoder - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、ディジタルテレビジ
ョン信号等の画像データの１画素当たりの平均ビット数
を圧縮する高能率符号化装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】テレビジョン信号の符号化方法として、
伝送帯域を狭くする目的でもって、１画素当たりの平均
ビット数又はサンプリング周波数を小さくするいくつか
の方法が知られている。 【０００３】サンプリング周波数を下げる符号化方法と
しては、サブサンプリングにより画像データを１／２に
間引き、サブサンプリング点と、補間の時に使用するサ
ブサンプリング点の位置を示す（即ち補間点の上下又は
左右の何れのサブサンプリング点のデータを使用するか
を示す）フラグを伝送するものが提案されている。 【０００４】１画素当たりの平均ビット数を少なくする
符号化方法のひとつとして、ＤＰＣＭ（differential P
CM）が知られている。ＤＰＣＭは、テレビジョン信号の
画素同士の相関が高く、近接する画素同士の差が小さい
ことに着目し、この差分信号を量子化して伝送するもの
である。 【０００５】１画素当たりの平均ビット数を少なくする
符号化方法の他のものとして、１フィールドの画面を微
小なブロックに細分化して、ブロック毎に平均値及び標
準偏差と各画素毎の１ビットの符号化コードを伝送する
ものがある。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】サブサンプリングを用
いてサンプリング周波数を低減しようとする符号化方法
は、サンプリング周波数が１／２になるために、折り返
し歪が発生するおそれがあった。ＤＰＣＭは、誤りが以
後の復号化に伝播する問題点があった。ブロック単位で
符号化を行う方法は、ブロック同士の境界においてブロ
ック歪が生じる欠点があった。 【０００７】上述の従来の技術が有する折り返し歪の発
生、誤りの伝播、ブロック歪の発生等の問題点が生じな
い高能率符号化装置として、本願出願人は、特願昭５９
−２６６４０７号明細書に記載されているような、２次
元ブロック内に含まれる複数画素の最大値及び最小値に
より規定されるダイナミックレンジを求め、このダイナ
ミックレンジに適応した符号化を行うものを提案してい
る。この発明は、この高能率符号化装置の改良に係わる
ものである。 【０００８】つまり、この発明の目的は、動き、絵柄等
に適応した可変長符号化ができ、また符号化出力の伝送
レートを一定にすることができる高能率符号化装置を提
供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】この発明は、ディジタル
画像信号の同一フィールド又は時間的に連続する複数フ
ィールドに属する領域からなるブロック内に含まれる複
数の画素データの最大値、複数の画素データの最小値及
びブロック毎のダイナミックレンジを求める手段と、ブ
ロック毎のダイナミックレンジの度数を所定の期間にお
いて集計し、度数分布を求める手段と、度数分布に基づ
いて、量子化ビット数を規定するパラメータを順次可変
した時の所定の期間における発生データ量をそれぞれ演
算し、発生データ量が伝送容量を越えない範囲における
量子化歪が最小の量子化ビット数を規定するパラメータ
を決定する手段と、所定の期間内の複数の画素データで
あって、ダイナミックレンジを規定する値を基準とした
相対的なレベル関係を持つように修正された修正入力デ
ータを決定されたパラメータの量子化ビット数でもっ
て、量子化することによって、ディジタル画像信号の平
均ビット数を圧縮する手段と、所定の周期毎に決定され
たパラメータを伝送し、ブロック毎にダイナミックレン
ジ情報或いは決定された量子化ビット数の一方と、最大
値、最小値の内の少なくとも２つを付加コードとして、
符号化コード信号とともに伝送する手段とからなること
を特徴とする高能率符号化装置である。 【００１０】 【作用】テレビジョン信号は、水平方向、垂直方向の２
次元方向並びに時間方向に関する３次元的な相関を有し
ているので、定常部では、同一のブロックに含まれる画
素データのレベルの変化幅は、小さい。従って、ブロッ
ク内の画素データが共有する最小レベルＭＩＮを除去し
た後のデータＤＴＩのダイナミックレンジを元の量子化
ビット数より少ない量子化ビット数により量子化して
も、量子化歪は、殆ど生じない。量子化ビット数を少な
くすることにより、データの伝送帯域幅を元のものより
狭くすることができる。 【００１１】また、動きの発生、絵柄等によって、所定
の期間例えば４フレームの期間のダイナミックレンジの
度数分布のパターンが変化する。このパターンに応じて
量子化のパラメータ例えば最大歪が適応的に定められ
る。最大歪が与えられると、この最大歪とダイナミック
レンジに応じて量子化のために必要なビット数が決ま
る。従って、ブロック毎に量子化ビット数が適応的に定
まる可変長符号化がなされる。また、伝送路の伝送容量
を越えない範囲における最大歪が最小となるように、符
号化された出力データ量が制御される。 【００１２】 【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。この説明は、下記の項目の順序でなさ
れる。 ａ．送信側の構成 ｂ．受信側の構成 ｃ．ブロックの説明 ｄ．ダイナミックレンジの検出回路 ｅ．度数分布の説明 ｆ．量子化回路 ｇ．変形例 【００１３】ａ．送信側の構成 図１は、この発明の送信側（記録側）の構成を全体とし
て示すものである。１で示す入力端子に例えば１サンプ
ルが８ビットに量子化されたディジタルテレビジョン信
号が入力される。このディジタルテレビジョン信号がブ
ロック化回路２に供給される。 【００１４】ブロック化回路２により、入力ディジタル
テレビジョン信号が符号化の単位である３次元ブロック
毎に連続する信号に変換される。この実施例では、１ブ
ロックが（４ライン×４画素×４フレーム＝６４画素）
の大きさとされている。ブロック化回路２の出力信号が
遅延回路３ａ及びダイナミックレンジ検出回路４に供給
される。ダイナミックレンジ検出回路４は、ブロック毎
にダイナミックレンジＤＲ及び最小値ＭＩＮを検出す
る。これと共に、ダイナミックレンジ検出回路４は、検
出されたダイナミックレンジＤＲと最大歪Ｅｘとを用い
て量子化に必要なビット数Ｎｂを求める。 【００１５】ダイナミックレンジＤＲが度数集計回路５
に供給される。度数集計回路５は、４フレーム毎の全て
のブロックのダイナミックレンジＤＲの度数を集計す
る。集計された度数が最大歪決定回路６に供給される。
最大歪決定回路６は、最大歪Ｅｘを決定する。最大歪Ｅ
ｘとは、復号した時に生じる誤差の最大値である。 【００１６】ダイナミックレンジＤＲの度数分布は、４
フレームの期間の画像の情報の特徴を示すパターンとな
る。例えば動きが多い画像或いは細かな絵柄の画像の場
合には、比較的大きなダイナミックレンジＤＲの度数が
多く、また、ダイナミックレンジＤＲの度数分布が集中
していない。一方、動き部分が少ない画像或いは大柄な
画像の場合には、小さなダイナミックレンジの度数が多
く、また、ダイナミックレンジＤＲの度数分布が集中し
ている。前者と後者とを比較すると、伝送情報量が前者
の方が多い。 【００１７】ダイナミックレンジＤＲの度数分布から検
出された伝送情報量に応じて最大歪Ｅｘが決定される。
伝送情報量が多い場合には、最大歪Ｅｘが大とされ、伝
送情報量が少ない場合には、最大歪Ｅｘが小とされる。
最大歪Ｅｘと既に求められているダイナミックレンジＤ
Ｒの度数分布とから、４フレーム期間で必要とされる全
ビット数が求まる。この全ビット数と付加データとを４
フレーム期間に送る時に、伝送路の伝送容量を越えるか
どうか検証される。例えば６４ＭＢＰＳ（メガビット／
ｓｅｃ）の伝送容量の場合、４フレーム期間に換算する
と、（６４×（４／３０）≒８．５Ｍビット）となる。
この伝送容量を越えないように最大歪Ｅｘが最大歪決定
回路６により定められる。 【００１８】遅延回路３ａは、ダイナミックレンジ検出
回路４、度数小計回路５及び最大歪決定回路６において
生じる時間、画素データを遅延させる。遅延回路３ａか
らの画素データＰＤが量子化回路７により量子化される
ことにより、圧縮されたビット数の符号化コードＤＴに
変換される。 【００１９】量子化回路７には、遅延回路３ｂ及び３ｃ
の夫々により遅延された前述のブロック毎のダイナミッ
クレンジＤＲ、ブロック毎の最小値ＭＩＮ及び４フレー
ム毎の最大歪Ｅｘが供給される。最小値ＭＩＮが画素デ
ータＰＤから減算されることにより、最小値除去後の画
素データＰＤＩが形成される。この画素データＰＤＩが
量子化される。 【００２０】量子化回路７では、各ブロックのダイナミ
ックレンジを分割してなる複数のレベル範囲の中の何れ
に画素データＰＤＩが属するかを示す符号化コードＤＴ
が形成される。符号化コードＤＴのビット数は、ダイナ
ミックレンジＤＲと最大歪Ｅｘとによって決定される。
量子化回路７は、後述するように、例えば（Ｅｘ＝０）
〜（Ｅｘ＝１５）の１６種類の最大歪Ｅｘに応じた量子
化用のＲＯＭを有している。 【００２１】この符号化コードＤＴがフレーム化回路８
に供給される。フレーム化回路８には、ブロック毎の付
加コードとして必要ビット数Ｎｂ（３ビット）及び最小
値ＭＩＮ（８ビット）が供給されると共に、４フレーム
毎の付加コードとして最大歪Ｅｘ（４ビット）が供給さ
れる。フレーム化回路８は、符号化コードＤＴ及び上述
の付加コードに誤り訂正符号化の処理を施し、また、同
期信号を付加する。フレーム化回路８の出力端子９に送
信データが得られ、この送信データがディジタル回線等
の伝送路に送出される。 【００２２】前述のように、符号化コードＤＴは、ブロ
ック毎に可変のビット数のものであるが、付加コード中
の必要ビット数Ｎｂからそのブロックのビット数が一義
的に定まる。従って、可変長符号を採用しているにもか
かわらず、伝送データ中にデータの区切りを示す冗長な
コードを挿入する必要がない利点がある。 【００２３】ｂ．受信側の構成 図２は、受信（又は再生）側の構成を示す。入力端子１
１からの受信データは、フレーム分解回路１２に供給さ
れる。フレーム分解回路１２により、符号化コードＤＴ
と付加コードＥｘ、Ｎｂ、ＭＩＮとが分離されると共
に、エラー訂正処理がなされる。これらの符号化コード
ＤＴ及び付加コードがデコーダ１３に供給される。 【００２４】デコーダ１３は、送信側の量子化回路７の
処理と逆の処理を行なう。即ち、８ビットの最小レベル
除去後のデータＰＤＩが復号され、このデータＰＤＩと
８ビットの最小値ＭＩＮとが加算され、元の画素データ
ＰＤが復号される。デコーダ１３の出力データＰＤがブ
ロック分解回路１４に供給される。ブロック分解回路１
４は、送信側のブロック化回路２と逆に、ブロックの順
番の復号データをテレビジョン信号の走査と同様の順番
に変換するための回路である。ブロック分解回路１４の
出力端子１５に復号されたテレビジョン信号が得られ
る。 【００２５】ｃ．ブロック化回路 図３を参照して、符号化の単位であるブロックについて
説明する。図３において、ＢＬは、４フレームの各フレ
ームに属する２次元領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４からな
る１ブロックを示すもので、実線は、奇数フィールドの
ラインを示し、破線は、偶数フィールドのラインを示
す。各フレームの４本のラインの夫々に含まれる４個の
画素によって、（４ライン×４画素）の領域Ｂ１、Ｂ
２、Ｂ３、Ｂ４が構成される。従って、１ブロックは、
（４×４×４＝６４）個の画素からなる。 【００２６】図４は、上述のブロック化回路２の構成の
一例を示す。入力端子１にフレームメモリ２１、２２、
２３、２４が縦続接続されている。現在のフレームｆ４
の画素データと各フレームメモリ２１、２２及び２３の
夫々から取り出された以前の３フレームＦ１、Ｆ２、Ｆ
３の画素データが走査変換回路２４に供給される。 【００２７】走査変換回路２４の出力端子２５には、３
フレームの中で対応する２次元領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の
夫々の画素データが順次得られる。即ち、図５に示すよ
うに、連続する４フレームＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の中
で対応する領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４が数字で示され
る順番で出力される。 【００２８】ｄ．ダイナミックレンジ検出回路 図６は、ダイナミックレンジ検出回路４の一例の構成を
示す。３１で示される入力端子には、ブロック化回路２
から前述のように、１ブロック毎に符号化が必要な領域
の画像データが順次供給される。この入力端子３１から
の画素データは、選択回路３２及び選択回路３３に供給
される。一方の選択回路３２は、入力ディジタルテレビ
ジョン信号の画素データとラッチ３４の出力データとの
間で、よりレベルが大きい方を選択して出力する。他方
の選択回路３３は、入力ディジタルテレビジョン信号の
画素データとラッチ３５の出力データとの間で、よりレ
ベルが小さい方を選択して出力する。 【００２９】選択回路３２の出力データが減算回路３６
に供給されると共に、ラッチ３４に取り込まれる。選択
回路３３の出力データが減算回路３６及びラッチ３８に
供給されると共に、ラッチ３５に取り込まれる。ラッチ
３４及び３５には、ラッチパルスが制御部３９から供給
される。制御部３９には、入力ディジタルテレビジョン
信号と同期するサンプリングクロック、同期信号等のタ
イミング信号が端子４０から供給される。制御部３９
は、ラッチ３４、３５、及びラッチ３７、３８にラッチ
パルスを所定のタイミングで供給する。 【００３０】各ブロックの最初で、ラッチ３４及び３５
の内容が初期設定される。ラッチ３４には、全て`0' の
データが初期設定され、ラッチ３５には、全て`1' のデ
ータが初期設定される。順次供給される同一ブロックの
画素データの中で、最大レベルがラッチ３４に貯えられ
る。また、順次供給される同一のブロックの画素データ
の中で、最小レベルがラッチ３５に貯えられる。 【００３１】最大レベル及び最小レベルの検出が１ブロ
ックに関して終了すると、選択回路３２の出力に当該ブ
ロックの最大レベルが生じる。一方、選択回路３３の出
力に当該ブロックの最小レベルが生じる。１ブロックに
関しての検出が終了すると、ラッチ３４及び３５が再び
初期設定される。 【００３２】減算回路３６の出力には、選択回路３２か
らの最大レベルＭＡＸ及び選択回路３３からの最小レベ
ルＭＩＮを減算してなる各ブロックのダイナミックレン
ジＤＲが得られる。これらのダイナミックレンジＤＲ及
び最小レベルＭＩＮが制御ブロック３９からのラッチパ
ルスにより、ラッチ３７及び３８に夫々ラッチされる。
ラッチ３７の出力端子４１に各ブロックのダイナミック
レンジＤＲが得られ、ラッチ３８の出力端子４２に各ブ
ロックの最小値ＭＩＮが得られる。また、図６では、省
略されているが、ダイナミックレンジＤＲと最大歪Ｅｘ
とから定まる必要ビット数Ｎｂを検出する回路が設けら
れている。 【００３３】ｅ．度数分布の説明 度数集計回路５では、８ビットの場合、０，１，２，・
・・，２５５の２５６通りのダイナミックレンジＤＲの
度数が４フレーム毎に集計される。図７は、対照的な度
数分布の２つの例を示す。 【００３４】図７Ａに示す度数分布のパターンは、ダイ
ナミックレンジＤＲが小さいものの度数が多い場合を示
している。静止画、動き部分の少ない画像又は大柄なパ
ターンの画像に関して、図７Ａに示すような度数分布の
パターンが生じる。この場合では、量子化に必要なビッ
ト数が少なくなるので、最大歪Ｅｘが小さくなる。一
方、図７Ｂに示す度数分布のパターンは、ダイナミック
レンジＤＲがばらついている場合を示している。上述と
は逆に、動き部分の多い画像、細かな絵柄の画像に関し
て、図７Ｂに示すような度数分布のパターンが生じる。
この後者の場合では、量子化に必要なビット数が多くな
るので、最大歪Ｅｘが大きくなる。 【００３５】最大歪Ｅｘを与えれば、量子化に必要なビ
ット数が一意に定まる。一例として、（Ｅｘ＝４）の場
合の必要ビット数Ｎｂ及び復元値は、次の表に示され
る。この一実施例では、復元値の大きさを下記の表に示
されるように固定の値としている。従って、付加コード
としては、ダイナミックレンジＤＲを送る必要がなく、
最小値（８ビット）及び必要ビット数Ｎｂを送れば良
い。 【００３６】 【表１】【００３７】前述のように、ダイナミックレンジＤＲ
は、ブロック毎に検出されるので、１ブロック内の各画
素の必要ビット数は、同一となる。（Ｅｘ＝４）の場合
で、（ＤＲ＝３４）（ＭＩＮ＝１００）のブロック内の
画素に関しては、レベル範囲が（０〜８）の範囲、（９
〜１７）の範囲、（１８〜２６）の範囲、（２７〜３
５）の範囲に４分割され、〔（００），（０１），（１
０），（１１）〕で表される４個のレベル範囲によって
２ビットの量子化がされる。例えば画素のレベルが（１
３１）の時には、最小値ＭＩＮが除去され、レベルが
（３１）に変換される。このレベル（３１）が（２７〜
３５）の範囲に含まれるので、（１１）の符号化コード
ＤＴに量子化される。 【００３８】この実施例のように、ダイナミックレンジ
ＤＲを９レベル毎の領域に分割する時には、各ブロック
に対する付加コードは、最小値（８ビット）ＭＩＮと必
要ビット数Ｎｂ（４ビット）で済む。 【００３９】一方、この一実施例と異なり、各ダイナミ
ックレンジＤＲに適応して、その都度、分割範囲を決定
する方式では、付加コードは、最小値ＭＩＮ（８ビッ
ト）、ダイナミックレンジＤＲ（８ビット）、最大値Ｍ
ＡＸ（８ビット）の何れか２個となる。後者の方式は、
データ圧縮率が下がるが、復元歪は、前者に比して大幅
に改善される。 【００４０】上述のダイナミックレンジＤＲの度数分布
を示すデータと最大歪Ｅｘとから、４フレーム期間の符
号化コードＤＴのビット数の合計が検出される。符号化
コードＤＴのビット数の合計に付加コード（最大歪Ｅ
ｘ、ブロック毎の必要ビット数Ｎｂ、ブロック毎の最小
値ＭＩＮ）の合計のビット数が加算されて、４フレーム
期間の全ビット数が算出される。最大歪決定回路６は、
この４フレーム期間の全ビット数が伝送容量を越えない
ように、最大歪Ｅｘを決定する。つまり、（Ｅｘ＝０）
から、最大歪Ｅｘの値が〔１，２，３，４，５，・・・
・，１５〕と順次大きくされ、上記の全ビット数が伝送
容量以内に収まった時の最大歪を今回の符号化で発生す
る最大歪とする。伝送容量を越えない範囲で最大歪Ｅｘ
がなるべく小さな値とされる。 【００４１】受信側では、受信データ中の最大歪Ｅｘ及
び必要ビット数Ｎｂから復号を行い、復号レベルを出力
する。前出の（Ｅｘ＝４）の表において、必要ビット数
Ｎｂが２ビットの場合には、復号レベルとして、〔４，
１３，２２，３１〕の値が用いられる。上述のような
（ＤＲ＝３４）（ＤＴ＝００）の場合には、復号レベル
（３１）に対して（１００）が加えられ、（１３１）の
レベルの復号出力が得られる。 【００４２】図９は、この一実施例の符号化及び復号化
の具体例を図示するものである。最大歪（Ｅｘ＝４）の
時で、最小値除去後のデータＰＤＩのダイナミックレン
ジＤＲが（９）の時、前記の表から分かるように、必要
ビット数が１ビットとなる。この１ビットによりそのブ
ロック内の最小値除去後のデータＰＤＩの値が（０〜
８）の範囲にある時に（０）の符号化コードＤＴが出力
され、データＰＤＩの値が（９）の時に（１）の符号化
コードＤＴが出力される。受信側では、（Ｌ０＝４）と
（Ｌ１＝１３）とが復元レベルとして用いられる。 【００４３】一方、各ブロック毎にダイナミックレンジ
に適応して復号する方式の場合には、ダイナミックレン
ジＤＲを受信データから知ることができる。図９と同様
の例では、ダイナミックレンジＤＲが（９）と分かり、
また、ダイナミックレンジＤＲに応じた必要ビット数が
分かり、更に、必要ビット数から、分割数が分かるの
で、これが図１０に示すように２分割され、各分割され
た領域の中央のレベル（Ｌ０＝２）（Ｌ０＝７）の夫々
が復元レベルとされる。図９と図１０とを比較すると明
らかなように、量子化歪は、後者の方法の方が小さくな
る。 【００４４】ｆ．量子化回路 量子化回路７について、図８を参照して説明する。図８
において、５０，５１，・・・，６５で示す１６個のＲ
ＯＭには、最大歪（Ｅｘ＝０）（Ｅｘ＝１）・・・・
（Ｅｘ＝１５）の夫々の量子化のためのデータ変換テー
ブルが格納されている。遅延回路３からの画像データＰ
Ｄが入力端子４３から減算回路４５に供給されると共
に、入力端子４４からの最小値ＭＩＮが減算回路４５に
供給される。この減算回路４５からの最小値除去後のデ
ータＰＤＩが得られる。 【００４５】入力端子４６からのブロック毎のダイナミ
ックレンジＤＲと最小値除去後のデータＰＤＩとがＲＯ
Ｍ５０〜ＲＯＭ６５の夫々に入力される。所定の最大歪
とダイナミックレンジＤＲによって定まるビット数でも
って量子化がされ、ＲＯＭ５０〜６５の夫々からデータ
ＰＤＩと対応する符号化コードＤＴ０〜ＤＴ１５が出力
される。この符号化コードＤＴ０〜ＤＴ１５がセレクタ
４７に供給される。セレクタ４７には、端子４８から最
大歪Ｅｘが供給され、最大歪Ｅｘと対応する符号化コー
ドがセレクタ４７により選択され、出力端子４９に取り
出される。 【００４６】ｇ．変形例 １ブロックのデータをフレームメモリ、ライン遅延回
路、サンプル遅延回路を組み合わせた回路により同時に
取り出すようにしても良い。また、この発明は、伝送レ
ートを一定にできるものであるが、小容量のバッファメ
モリを使用し、送出されるデータ量の若干の調整を行な
うようにしても良い。 【００４７】 【発明の効果】この発明に依れば、伝送するデータの量
は、元のデータに比して充分に減少でき、伝送帯域を狭
くすることができる。また、この発明は、画素データの
変化幅が小さい定常部では、受信データから元の画素デ
ータを略完全に復元することができ、画質の劣化が殆ど
ない利点がある。更に、この発明では、ダイナミックレ
ンジがブロック毎に対応して定まるので、変化幅が大き
いエッジ等の過渡部での応答が良いものとなる。 【００４８】この発明に依れば、動き等による発生情報
量に適応して符号化を行なうことにより、符号化出力の
伝送レートが一定のものとされ、伝送路の伝送容量を有
効に利用することができる。また、この発明に依れば、
ブロック内のダイナミックレンジに適応した量子化ビッ
ト数が選ばれるので、均一な歪の良質な復元画像を得る
ことができる。更に、この発明に依れば、データの区切
りのコードを必要としない可変長符号化が可能で一層の
圧縮ができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high efficiency coding apparatus for compressing the average number of bits per pixel of image data such as digital television signals. [0002] As a method of coding a television signal,
Several methods are known to reduce the average number of bits per pixel or the sampling frequency for the purpose of narrowing the transmission band. As an encoding method for lowering the sampling frequency, the image data is thinned out to 1/2 by subsampling, and the position of the subsampling point and the subsampling point used at the time of interpolation are shown (that is, up and down or left and right of the interpolation point Of which sub-sampling point data is used) is transmitted). As one of the encoding methods for reducing the average number of bits per pixel, DPCM (differential P
CM) is known. DPCM focuses on the fact that the pixels of a television signal have a high correlation with each other and the difference between adjacent pixels is small, and the DPCM is quantized and transmitted. As another encoding method for reducing the average number of bits per pixel, the screen of one field is subdivided into minute blocks, and the average value and standard deviation for each block and one bit for each pixel are set. There is one that transmits the encoded code of. In the coding method that attempts to reduce the sampling frequency by using sub-sampling, the sampling frequency is halved, which may cause aliasing distortion. The DPCM has a problem that an error propagates to subsequent decoding. The method of encoding in block units has a drawback that block distortion occurs at boundaries between blocks. As a high-efficiency coding apparatus which does not cause the problems of the above-mentioned conventional technique such as the generation of aliasing distortion, the propagation of errors, the generation of block distortion, the applicant of the present application has filed a patent application No. 59.
-266407, a method is proposed in which a dynamic range defined by the maximum value and the minimum value of a plurality of pixels included in a two-dimensional block is obtained, and encoding is performed in accordance with this dynamic range. are doing. The present invention relates to an improvement of this high efficiency coding device. That is, an object of the present invention is to provide a high-efficiency coding apparatus capable of variable-length coding adapted to movements, patterns, etc., and capable of keeping the transmission rate of coded output constant. . According to the present invention, the maximum value of a plurality of pixel data included in a block composed of regions belonging to the same field or a plurality of temporally consecutive fields of a digital image signal, A means for obtaining the minimum value of pixel data and a dynamic range for each block, a means for aggregating the frequencies of the dynamic range for each block in a predetermined period to obtain a frequency distribution, and a quantization bit number based on the frequency distribution And a means for calculating the amount of generated data in a predetermined period when the parameters are sequentially varied, and determining a parameter that defines the minimum number of quantization bits in which the generated distortion does not exceed the transmission capacity. , Relative to the value that defines the dynamic range of multiple pixel data within a predetermined period Means for compressing the average bit number of the digital image signal by quantizing the modified input data modified so as to have a specific level relationship with the quantizing bit number of the determined parameter, and for each predetermined period. And transmits at least one of the dynamic range information or the determined number of quantization bits for each block and at least two of the maximum value and the minimum value as an additional code,
A high-efficiency coding device comprising means for transmitting together with a coded code signal. The television signal has two horizontal and vertical directions.
Since there is a three-dimensional correlation in the dimensional direction and the time direction, the level change width of the pixel data included in the same block is small in the stationary part. Therefore, even if the dynamic range of the data DTI after removing the minimum level MIN shared by the pixel data in the block is quantized by the number of quantization bits smaller than the original number of quantization bits, quantization distortion hardly occurs. . By reducing the number of quantization bits, the data transmission bandwidth can be made narrower than the original transmission bandwidth. Further, the pattern of the frequency distribution of the dynamic range in a predetermined period, for example, a period of 4 frames, changes due to the occurrence of motion, a pattern, and the like. Quantization parameters such as maximum distortion are adaptively determined according to this pattern. When the maximum distortion is given, the number of bits required for quantization is determined according to the maximum distortion and the dynamic range. Therefore, variable length coding is performed in which the number of quantization bits is adaptively determined for each block. In addition, the encoded output data amount is controlled so that the maximum distortion is minimized within a range not exceeding the transmission capacity of the transmission line. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. This description is given in the order of the following items. a. Configuration of sender b. Receiving side configuration c. Block description d. Dynamic range detection circuit e. Explanation of frequency distribution f. Quantization circuit g. Modifications a. Configuration of Transmission Side FIG. 1 shows the overall configuration of the transmission side (recording side) of the present invention. A digital television signal in which, for example, one sample is quantized into 8 bits is input to an input terminal indicated by 1. This digital television signal is supplied to the blocking circuit 2. The blocking circuit 2 converts an input digital television signal into a continuous signal for each three-dimensional block which is a unit of coding. In this embodiment, one block is (4 lines × 4 pixels × 4 frames = 64 pixels)
It is said to be the size of. The output signal of the blocking circuit 2 is supplied to the delay circuit 3a and the dynamic range detection circuit 4. The dynamic range detection circuit 4 detects the dynamic range DR and the minimum value MIN for each block. At the same time, the dynamic range detection circuit 4 obtains the number of bits Nb required for quantization using the detected dynamic range DR and the maximum distortion Ex. The dynamic range DR is the frequency counting circuit 5
Is supplied to. The frequency counting circuit 5 counts the frequencies of the dynamic range DR of all the blocks for every four frames. The tabulated frequencies are supplied to the maximum distortion determination circuit 6.
The maximum distortion determination circuit 6 determines the maximum distortion Ex. Maximum strain E
x is the maximum error that occurs when decoding. The frequency distribution of the dynamic range DR is 4
It becomes a pattern showing the characteristics of the image information in the frame period. For example, in the case of an image with a lot of movement or an image with a fine pattern, the frequency of the dynamic range DR is relatively large, and the frequency distribution of the dynamic range DR is not concentrated. On the other hand, in the case of an image with few moving parts or a large image, the frequency of the small dynamic range is large, and the frequency distribution of the dynamic range DR is concentrated. Comparing the former with the latter, the amount of transmitted information in the former is larger. The maximum distortion Ex is determined according to the amount of transmission information detected from the frequency distribution of the dynamic range DR.
When the transmitted information amount is large, the maximum distortion Ex is large, and when the transmitted information amount is small, the maximum distortion Ex is small.
Maximum distortion Ex and dynamic range D already required
From the frequency distribution of R, the total number of bits required for 4 frame periods can be obtained. The total number of bits and the additional data are 4
When sending in the frame period, it is verified whether the transmission capacity of the transmission line is exceeded. For example, 64 MBPS (megabit /
In the case of a transmission capacity of (sec), when converted into 4 frame periods, it becomes (64 × (4/30) ≈8.5 Mbits).
The maximum distortion Ex is determined by the maximum distortion determining circuit 6 so as not to exceed this transmission capacity. The delay circuit 3a delays the pixel data for the time generated in the dynamic range detection circuit 4, the frequency subtotal circuit 5 and the maximum distortion determination circuit 6. The pixel data PD from the delay circuit 3a is quantized by the quantization circuit 7, and is converted into a coded code DT having a compressed number of bits. The quantizing circuit 7 includes delay circuits 3b and 3c.
The above-mentioned dynamic range DR for each block, the minimum value MIN for each block, and the maximum distortion Ex for every four frames are supplied. By subtracting the minimum value MIN from the pixel data PD, the pixel data PDI after the minimum value is removed is formed. This pixel data PDI is quantized. In the quantizing circuit 7, an encoding code DT indicating which of a plurality of level ranges formed by dividing the dynamic range of each block the pixel data PDI belongs to.
Is formed. The number of bits of the encoded code DT is determined by the dynamic range DR and the maximum distortion Ex.
The quantizing circuit 7 is, for example, (Ex = 0) as described later.
It has a ROM for quantization corresponding to 16 kinds of maximum distortion Ex of (Ex = 15). This encoded code DT is used by the framing circuit 8
Is supplied to. The necessary number of bits Nb (3 bits) and the minimum value MIN (8 bits) are supplied to the framing circuit 8 as an additional code for each block, and the maximum distortion Ex (4 bits) is obtained as an additional code for every 4 frames. Supplied. The framing circuit 8 performs error correction coding processing on the coded code DT and the above-mentioned additional code, and also adds a synchronization signal. Transmission data is obtained at the output terminal 9 of the framing circuit 8, and this transmission data is sent to a transmission line such as a digital line. As described above, the encoded code DT has a variable bit number for each block, but the bit number of the block is uniquely determined from the required bit number Nb in the additional code. Therefore, even though the variable length code is adopted, there is an advantage that it is not necessary to insert a redundant code indicating a data delimiter in the transmission data. B. Configuration of Receiving Side FIG. 2 shows the configuration of the receiving (or reproducing) side. Input terminal 1
The received data from 1 is supplied to the frame disassembling circuit 12. The frame decomposition circuit 12 causes the encoded code DT
And the additional codes Ex, Nb, and MIN are separated, and error correction processing is performed. The encoded code DT and the additional code are supplied to the decoder 13. The decoder 13 performs a process reverse to that of the quantization circuit 7 on the transmission side. That is, the data PDI after removal of the 8-bit minimum level is decoded, the data PDI and the 8-bit minimum value MIN are added, and the original pixel data PD is decoded. The output data PD of the decoder 13 is supplied to the block decomposition circuit 14. Block decomposition circuit 1
Contrary to the blocking circuit 2 on the transmission side, 4 is a circuit for converting the decoded data in the order of blocks into the same order as the scanning of the television signal. The decoded television signal is obtained at the output terminal 15 of the block decomposition circuit 14. C. Blocking Circuit A block, which is a unit of encoding, will be described with reference to FIG. In FIG. 3, BL indicates one block consisting of two-dimensional regions B1, B2, B3, and B4 belonging to each of four frames, a solid line indicates an odd field line, and a broken line indicates an even field line. Indicates. By the four pixels included in each of the four lines of each frame, the areas B1 and B of (4 lines × 4 pixels)
2, B3, B4 are configured. Therefore, one block is
It is composed of (4 × 4 × 4 = 64) pixels. FIG. 4 shows an example of the configuration of the blocking circuit 2 described above. The frame memories 21, 22 are connected to the input terminal 1.
23 and 24 are connected in cascade. Current frame f4
Pixel data and the previous three frames F1, F2, F extracted from each of the frame memories 21, 22 and 23.
The pixel data of 3 is supplied to the scan conversion circuit 24. The output terminal 25 of the scan conversion circuit 24 has 3
Pixel data of corresponding two-dimensional areas B1, B2, B3 in the frame are sequentially obtained. That is, as shown in FIG. 5, the corresponding areas B1, B2, B3, and B4 in four consecutive frames F1, F2, F3, and F4 are output in the order indicated by the numbers. D. Dynamic Range Detection Circuit FIG. 6 shows an example of the configuration of the dynamic range detection circuit 4. The blocking circuit 2 is connected to the input terminal indicated by 31.
Thus, as described above, the image data of the area that needs to be encoded is sequentially supplied for each block. The pixel data from the input terminal 31 is supplied to the selection circuit 32 and the selection circuit 33. One of the selection circuits 32 selects and outputs the one having a higher level between the pixel data of the input digital television signal and the output data of the latch 34. The other selection circuit 33 selects and outputs the one having a smaller level between the pixel data of the input digital television signal and the output data of the latch 35. The output data of the selection circuit 32 is the subtraction circuit 36.
Is supplied to the latch 34 and is captured by the latch 34. The output data of the selection circuit 33 is supplied to the subtraction circuit 36 and the latch 38, and is also captured by the latch 35. A latch pulse is supplied from the control unit 39 to the latches 34 and 35. Timing signals such as a sampling clock and a synchronizing signal that are synchronized with the input digital television signal are supplied to the control unit 39 from the terminal 40. Control unit 39
Supplies a latch pulse to the latches 34, 35 and the latches 37, 38 at a predetermined timing. At the beginning of each block, latches 34 and 35
Is initialized. The latch 34 is initialized with all the data of "0", and the latch 35 is initialized with the data of all "1". The maximum level is stored in the latch 34 among the pixel data of the same block that is sequentially supplied. In addition, the minimum level is stored in the latch 35 among the pixel data of the same block that is sequentially supplied. When the detection of the maximum level and the minimum level is completed for one block, the maximum level of the block occurs at the output of the selection circuit 32. On the other hand, the minimum level of the block occurs at the output of the selection circuit 33. When the detection for one block is completed, the latches 34 and 35 are initialized again. At the output of the subtraction circuit 36, the dynamic range DR of each block is obtained by subtracting the maximum level MAX from the selection circuit 32 and the minimum level MIN from the selection circuit 33. The dynamic range DR and the minimum level MIN are latched in the latches 37 and 38 by the latch pulse from the control block 39.
The dynamic range DR of each block is obtained at the output terminal 41 of the latch 37, and the minimum value MIN of each block is obtained at the output terminal 42 of the latch 38. Further, although omitted in FIG. 6, the dynamic range DR and the maximum distortion Ex
A circuit is provided for detecting the required number of bits Nb determined by E. Explanation of frequency distribution In the frequency counting circuit 5, in the case of 8 bits, 0, 1, 2, ...
The frequency of 256 dynamic ranges DR of 255 is totaled for every 4 frames. FIG. 7 shows two examples of contrasting frequency distributions. The frequency distribution pattern shown in FIG. 7A shows the case where the dynamic range DR is small but the frequency is large. For a still image, an image with few moving parts, or an image with a large pattern, a frequency distribution pattern as shown in FIG. 7A occurs. In this case, since the number of bits required for quantization is small, the maximum distortion Ex is small. On the other hand, the frequency distribution pattern shown in FIG. 7B shows a case where the dynamic range DR varies. Contrary to the above, a frequency distribution pattern as shown in FIG. 7B occurs for an image with many moving parts and an image with a fine pattern.
In the latter case, the maximum distortion Ex becomes large because the number of bits required for quantization increases. If the maximum distortion Ex is given, the number of bits required for quantization is uniquely determined. As an example, the required number of bits Nb and the restoration value in the case of (Ex = 4) are shown in the following table. In this embodiment, the magnitude of the restoration value is a fixed value as shown in the following table. Therefore, it is not necessary to send the dynamic range DR as the additional code,
It suffices to send the minimum value (8 bits) and the required number of bits Nb. [Table 1] As described above, the dynamic range DR
Is detected for each block, the required number of bits of each pixel in one block is the same. In the case of (Ex = 4), for the pixels in the block of (DR = 34) (MIN = 100), the level range is (0 to 8), (9)
To 17), (18 to 26), (27 to 3)
5) is divided into four, and [(00), (01), (1
0) and (11)] are used to perform 2-bit quantization. For example, if the pixel level is (1
In the case of 31), the minimum value MIN is removed and the level is converted to (31). This level (31) is (27 ~
Since it is included in the range of 35), it is quantized into the coded code DT of (11). When the dynamic range DR is divided into areas of 9 levels as in this embodiment, the additional code for each block is the minimum value (8 bits) MIN and the required number of bits Nb (4 bits). On the other hand, unlike this embodiment, in the method of adapting to each dynamic range DR and determining the division range each time, the additional code has a minimum value MIN (8 bits) and a dynamic range DR (8 bits). ), Maximum value M
Any two of AX (8 bits). The latter method is
Although the data compression rate decreases, the restoration distortion is greatly improved compared to the former. From the data showing the frequency distribution of the dynamic range DR and the maximum distortion Ex, the total number of bits of the coded code DT in four frame periods is detected. Addition code (maximum distortion E to total number of bits of coded code DT)
x, the required number of bits Nb for each block, and the total number of bits (minimum value MIN for each block) are added to calculate the total number of bits in the 4-frame period. The maximum distortion determination circuit 6
The maximum distortion Ex is determined so that the total number of bits in this 4-frame period does not exceed the transmission capacity. That is, (Ex = 0)
Therefore, the value of the maximum strain Ex is [1, 2, 3, 4, 5, ...
, 15] in sequence, and the maximum distortion when the above total number of bits falls within the transmission capacity is set as the maximum distortion generated in this encoding. Maximum distortion Ex within the range of transmission capacity
Is set as small as possible. On the receiving side, decoding is performed from the maximum distortion Ex in the received data and the required number of bits Nb, and the decoding level is output. In the above (Ex = 4) table, when the required number of bits Nb is 2 bits, the decoding level is [4,
The value of 13, 22, 31] is used. In the case of (DR = 34) (DT = 00) as described above, (100) is added to the decoding level (31), and the decoding output of the level (131) is obtained. FIG. 9 illustrates a concrete example of encoding and decoding of this embodiment. When the maximum distortion (Ex = 4) and the dynamic range DR of the data PDI after removal of the minimum value are (9), the required number of bits is 1 bit, as can be seen from the above table. With this 1 bit, the value of the data PDI after removal of the minimum value in the block is (0 to
When it is within the range of 8), the encoded code DT of (0) is output, and when the value of the data PDI is (9), the encoded code DT of (1) is output. On the receiving side, (L0 = 4) and (L1 = 13) are used as restoration levels. On the other hand, in the case of the method of decoding by adapting the dynamic range for each block, the dynamic range DR can be known from the received data. In the example similar to FIG. 9, the dynamic range DR is found to be (9),
Further, since the required number of bits according to the dynamic range DR is known, and further, the number of divisions is known from the required number of bits, this is divided into two as shown in FIG. 10, and the central level (L0 = L0 = 2) Each of (L0 = 7) is set as a restoration level. As is clear from the comparison between FIG. 9 and FIG. 10, the quantizing distortion is smaller in the latter method. F. Quantization Circuit The quantization circuit 7 will be described with reference to FIG. FIG.
, 16 R shown by 50, 51, ..., 65
OM has maximum strain (Ex = 0) (Ex = 1) ...
A data conversion table for each quantization of (Ex = 15) is stored. Image data P from the delay circuit 3
D is supplied from the input terminal 43 to the subtraction circuit 45, and the minimum value MIN from the input terminal 44 is supplied to the subtraction circuit 45. The data PDI after the minimum value removal from the subtraction circuit 45 is obtained. The dynamic range DR for each block from the input terminal 46 and the data PDI after removal of the minimum value are RO.
It is input to each of M50 to ROM65. Quantization is performed with the number of bits determined by the predetermined maximum distortion and the dynamic range DR, and the encoded codes DT0 to DT15 corresponding to the data PDI are output from the ROMs 50 to 65, respectively. The encoded codes DT0 to DT15 are supplied to the selector 47. The maximum distortion Ex is supplied from the terminal 48 to the selector 47, and the code corresponding to the maximum distortion Ex is selected by the selector 47 and taken out to the output terminal 49. G. Modification 1 The data of one block may be simultaneously taken out by a circuit combining a frame memory, a line delay circuit and a sample delay circuit. Further, although the present invention can make the transmission rate constant, a small capacity buffer memory may be used and the amount of data to be transmitted may be slightly adjusted. According to the present invention, the amount of data to be transmitted can be sufficiently reduced as compared with the original data and the transmission band can be narrowed. Further, the present invention has an advantage that the original pixel data can be almost completely restored from the received data in the stationary part where the change width of the pixel data is small, and the image quality is hardly deteriorated. Further, according to the present invention, since the dynamic range is determined corresponding to each block, the response at the transitional part such as the edge where the change width is large becomes good. According to the present invention, the transmission rate of the encoded output is made constant by performing the encoding in accordance with the amount of information generated due to the motion or the like, and the transmission capacity of the transmission line is effectively used. be able to. According to the invention,
Since the number of quantization bits adapted to the dynamic range in the block is selected, it is possible to obtain a good quality restored image with uniform distortion. Further, according to the present invention, variable length coding that does not require a code for separating data is possible and further compression is possible.

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の一実施例のブロック図である。 【図２】受信側の構成を示すブロック図である。 【図３】符号化の処理の単位であるブロックの説明に用
いる略線図である。 【図４】ブロック化回路の構成の一例のブロック図であ
る。 【図５】ブロック化回路の一例の説明のための略線図で
ある。 【図６】ダイナミックレンジ検出回路の一例のブロック
図である。 【図７】度数分布の説明に用いる略線図である。 【図８】量子化回路の一例のブロック図である。 【図９】量子化の一例の説明のための略線図である。 【図１０】量子化の他の例の説明のための略線図であ
る。 【符号の説明】 １ ディジタルテレビジョン信号の入力端子 ２ ブロック化回路 ４ ダイナミックレンジ検出回路 ６ 最大歪決定回路 ７ 量子化回路BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a receiving side. FIG. 3 is a schematic diagram used to describe a block that is a unit of encoding processing. FIG. 4 is a block diagram of an example of a configuration of a blocking circuit. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an example of a blocking circuit. FIG. 6 is a block diagram of an example of a dynamic range detection circuit. FIG. 7 is a schematic diagram used to explain a frequency distribution. FIG. 8 is a block diagram of an example of a quantization circuit. FIG. 9 is a schematic diagram for explaining an example of quantization. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining another example of quantization. [Description of Codes] 1 Digital Television Signal Input Terminal 2 Blocking Circuit 4 Dynamic Range Detection Circuit 6 Maximum Distortion Determination Circuit 7 Quantization Circuit

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 ディジタル画像信号の同一フィールド又は時間的に連続
する複数フィールドに属する領域からなるブロック内に
含まれる複数の画素データの最大値、上記複数の画素デ
ータの最小値及び上記ブロック毎のダイナミックレンジ
を求める手段と、 上記ブロック毎のダイナミックレンジの度数を所定の期
間において集計し、度数分布を求める手段と、 上記度数分布に基づいて、量子化ビット数を規定するパ
ラメータを順次可変した時の上記所定の期間における発
生データ量をそれぞれ演算し、上記発生データ量が伝送
容量を越えない範囲における量子化歪が最小の量子化ビ
ット数を規定する上記パラメータを決定する手段と、 上記所定の期間内の上記複数の画素データであって、上
記ダイナミックレンジを規定する値を基準とした相対的
なレベル関係を持つように修正された修正入力データを
上記決定されたパラメータの量子化ビット数でもって、
量子化することによって、上記ディジタル画像信号の平
均ビット数を圧縮する手段と、 上記所定の周期毎に上記決定されたパラメータを伝送
し、上記ブロック毎に上記ダイナミックレンジ情報或い
は上記決定された量子化ビット数の一方と、上記最大
値、上記最小値の内の少なくとも２つを付加コードとし
て、上記符号化コード信号とともに伝送する手段とから
なることを特徴とする高能率符号化装置。(57) [Claims] The maximum value of a plurality of pixel data included in a block composed of regions belonging to the same field of a digital image signal or a plurality of temporally consecutive fields, a minimum value of the plurality of pixel data, and A means for obtaining the dynamic range for each block, a means for totaling the frequencies of the dynamic range for each block in a predetermined period to obtain a frequency distribution, and a parameter for defining the number of quantization bits based on the frequency distribution. And means for calculating the amount of generated data in the predetermined period when sequentially varied, and determining the parameter for defining the minimum number of quantization bits in the range where the amount of generated data does not exceed the transmission capacity. , The plurality of pixel data within the predetermined period, based on a value that defines the dynamic range. And it was with the modified modified input data to have a relative level relationship quantization bit number of the parameters determined above,
Means for compressing the average number of bits of the digital image signal by quantizing, and transmitting the determined parameter for each of the predetermined periods, and for each block, the dynamic range information or the determined quantization. A high-efficiency coding apparatus comprising: one of the number of bits and at least two of the maximum value and the minimum value as additional codes, which are transmitted together with the coded code signal.