JP2832976B2 - 適応符号化装置 - Google Patents

適応符号化装置

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JP2832976B2
JP2832976B2 JP1022094A JP2209489A JP2832976B2 JP 2832976 B2 JP2832976 B2 JP 2832976B2 JP 1022094 A JP1022094 A JP 1022094A JP 2209489 A JP2209489 A JP 2209489A JP 2832976 B2 JP2832976 B2 JP 2832976B2
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哲二郎 近藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、複数画素からなるブロック毎に、ダイナ
ミックレンジに適応して符号化を行う適応符号化装置に
関する。
〔発明の概要〕
この発明では、所定画素数からなるブロック内の原デ
ータに関してダイナミックレンジに適応した符号化を行
う回路と、 符号化データと原データとが供給され、符号化データ
と新たに設定される量子化ステップ又はダイナミックレ
ンジと最小値とから演算される復号値と原データとの誤
差が自乗和がブロック内の全画素に関して最小となるよ
うに、量子化ステップ又はダイナミックレンジ及び最小
値を設定する回路と、 設定された量子化ステップ又はダイナミックレンジ及
び最小値に基づいて、原データをダイナミックレンジに
適応して符号化する回路と が備えられることにより、 歪みが少ない符号化を行うことができる。
〔従来の技術〕
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
最大値及び最小値の差であ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適
応符号化装置を提案している。また、特願昭60−232789
号明細書に記載されているように、複数フレームに各々
含まれる領域の画素から形成された3次元ブロックに関
してダイナミックレンジに適応した符号化を行う適応符
号化装置が提案されている。更に、特願昭60−268817号
明細書に記載されているように、量子化を行った時に生
じる最大歪みが一定となるように、ダイナミックレンジ
に応じてビット数が変化する可変長符号化方法が提案さ
れている。
上述のダイナミックレンジに適応した符号化(ADRCと
称する)は、伝送すべきデータ量を大幅に圧縮できるの
で、ディジタルVTRに適用して好適である。特に、可変
長ADRCは、圧縮率を高くすることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
先に提案されているADRCは、最大値と最小値のみが量
子化特性に寄与しており、その他の画素のレベルは、量
子化特性に関与していない。一方、画質の良否を決定す
るのは、全画素の歪み量である。従って、最大値及び最
小値のみで量子特性を決定した場合、歪み量(即ち、原
データと復元データとの誤差)が大きくなり、復元画像
のS/Nが悪い問題があった。
従って、この発明の目的は、全画素の歪み量を小さく
することができる適応符号化装置を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
この発明では、所定画素数からなるブロック内の原デ
ータに関してダイナミックレンジに適応した符号化を行
う回路7と、 符号化データQと原データxとが供給され、符号化デ
ータQと新たに設定される量子化ステップΔ′又はダイ
ナミックレンジと最小値MIN′とから演算される復号値
と原データxとの誤差の自乗和がブロック内の全画素に
関して最小となるように、量子化ステップΔ′又はダイ
ナミックレンジ及び最小値MIN′を設定する回路9と、 設定された量子化ステップΔ′又はダイナミックレン
ジ及び最小値MIN′に基づいて、原データxをダイナミ
ックレンジに適応して符号化する回路16と が備えられている。
〔作用〕
ダイナミックレンジDRに応じた符号化で符号化データ
Qが得られる。この符号化データQと量子化ステップΔ
と最小値MINとから復号で得られる復元値が求められ
る。原データと復元値との誤差を最小にする量子化ステ
ップΔ′及び最小値MIN′が求められる。この新たに設
定されたΔ′及びMIN′に基づいて原データxが符号化
される。従って、ブロック内の全画素に関して、歪み量
の総和を小さくでき、復元画像のS/Nを良好とできる。
〔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。第1図は、この一実施例を示し、1で示す入
力端子に、1サンプルが8ビットにディジタル化された
ディジタルビデオデータが供給される。ビデオデータ
は、ブロック化回路2で、走査線の順序からブロックの
順序にデータの配列が変換される。ブロックは、第2図
に示すように、(4ライン×4画素)の大きさとされ、
1ブロック内にx1〜x16の16個の画素データが含まれ
る。
ブロック化回路2の出力信号が最大値及び最小値検出
回路3及び遅延回路4に供給される。検出回路3は、ブ
ロックの最大値MAXと最小値MINとを検出する。遅延回路
4は、最大値MAX及び最小値MINを検出する時間、データ
を遅延させる。減算回路5で(MAX−MIN)の演算がさ
れ、減算回路5からダイナミックレンジDRが得られる。
減算回路6では、遅延回路4からのビデオデータから最
小値MINか減算され、減算回路6から最小値が除去され
たビデオデータが得らる。
減算回路6の出力データが量子化回路7に供給され
る。量子化回路7には、割算回路8で形成された量子化
ステップΔも供給される。割算回路8は、ダイナミック
レンジDRを3等分することで、量子化ステップΔを形成
する。量子化回路7から元のビット数(8ビット)より
少ないビット数列えば2ビットの量子化コードQが得ら
れる。量子化回路7では、最小値MINが除去されたビデ
オデータが量子化ステップΔで除算され、商を整数化し
た値が量子化コードQとされる。量子化回路7は、除算
回路或いはROMで構成できる。
第3図は、量子化特性の一例を示す。第3図におい
て、10、11、12、13は、夫々復元される代表レベルを示
し、この例では、最小値MIN及び最大値MAXと夫々一致す
るレベルの代表レベル10及び13が存在するようになされ
る。かかる量子化は、エッジマッチングと称される。あ
るブロック内に含まれる16個の画素データが2ビットの
量子化コードQに変換された場合が第4図に示されてい
る。白丸が量子化コードQに夫々対応する原データを示
している。例えば最小値MIN以上で(MIN+1/2Δ)より
小さなレベルを持つ4個の原データは、(00)の量子化
コードに符号化される。量子化コードQは、×で示す各
代表レベルI0〜I3に復元され、従って、量子化回路7の
量子化特性は、破線で示すものである。この第4図から
分るように、量子化コードQは、最小値MIN及び最大値M
AXに関する誤差が0であるが、他の画素に関する誤差が
充分に小さいとは言えない。
9は、全画素の誤差の総和を少なくできる最小値MI
N′及びΔ′を形成する補正回路を示す。補正回路9の
入力端子10及び11に原データ及び量子化コードQが供給
され、出力端子12及び13から最小値MIN′及び量子化ス
テップΔが夫々出力られる。この補正回路9で設定され
た最小値MIN′及び量子化ステップΔ′により、量子化
がなされる。
減算回路15に遅延回路14を介された原データと最小値
MIN′が供給され、設定された最小値MIN′が除去された
データが減算回路15から発生する。減算回路15の出力及
び設定された量子化ステップΔ′が量子化回路7と同様
の量子化を行う量子化回路16に供給され、量子化回路16
から量子化コードDTが発生する。これらの量子化ステッ
プΔ′、最小値MIN′及び量子化コードDTがフレーム化
回路17に供給され、出力端子18には、伝送データが取り
出される。フレーム化回路17は、量子化ステップΔ′、
最小値MIN′及び量子化コードDTがバイトシリアルに配
列され、同期信号が付加された伝送データを形成する。
また、フレーム化回路17では、伝送データに対して、エ
ラー訂正符号の符号化がなされる。
補正回路9の一例を第4図に示す。補正回路9は、最
小自乗法で、全画素に適した量子化を行うことができる
最小値MIN′及び量子化ステップΔ′を求めるための回
路である。上述の量子化回路7で発生した量子化コード
Qから得られる復元値yは、下式で表される。
各復元値yが原データxに対して有する誤差をeとす
ると、 これらの誤差の自乗和を最小にする量子化ステップ
Δ′及び最小値MIN′は、次の式及び式で求めるこ
とができる。
=原データx1〜x16の平均値 =量子化コードQ1〜Q16の平均値 =量子化コードQ1〜Q16の自乗の平均値 ()=量子化コードQ13〜Q16の平均値の自乗 補正回路9は、上式に従って最小値MIN′及び量子化
ステップΔ′を演算する回路である。入力端子10及び11
には、原データxと量子化コードQが同期して供給され
る。乗算回路21で(Q×x)が演算され、乗算回路22で
Q2が演算される。累算回路23で1ブロック内の16個画素
データの和が演算され、累算回路23の出力が4ビットシ
フト可能なシフトレジスタで構成され、入力データを1/
16にする割算回路28に供給され、割算回路28からが得
られる。
乗算回路21の出力信号が累算回路24に供給され、累算
回路24の出力信号が割算回路29で1/16とされ、割算回路
29から が得られる。量子化コードQが累算回路25に供給され、
累算回路25の出力信号が割算回路30で1/16とされ、割算
回路30からが得られる。乗算回路22の出力信号が累算
回路26に供給され、累算回路26の出力信号が割算回路31
で1/16とされ、割算回路31からが得られる。累算回
路23、24、25、26には、端子27からブロック周期のクロ
ック信号が供給され、1ブロック毎に累算結果が求めら
れる。
割算回路28の出力信号と割算回路30の出力と信号とが
乗算回路32に供給され、乗算回路32から×が得られ
る。乗算回路32の出力信号と割算回路29の出力信号とが
減算回路33に供給され、式及び式中の分数の分子の
項が減算回路33から得られる。
割算回路30の出力信号が供給される乗算回路34によ
り、()が求められる。乗算回路34の出力信号と割
算回路31の出力信号とが減算回路35に供給され、式及
び式中の分数の分母の項が減算回路35から得られる。
減算回路33及び35の出力信号が割算回路36に供給さ
れ、割算回路36から量子化ステップΔ′が得られる。こ
の新たに設定された量子化ステップΔ′が出力端子13に
取り出される。
割算回路36からの量子化ステップΔ′と割算回路30か
らのとが乗算回路37に供給される。減算回路38におい
て、割算回路28からのから乗算回路37の出力信号が減
算され、減算回路38から最小値MIN′が得られる。この
新たに設定された最小値MIN′が出力端子12に取り出さ
れる。
前述のように、補正回路9で新たに設定された最小値
MIN′と量子化ステップΔ′とにより、遅延回路14を介
された原データxがADRCの符号化がされる。
この発明の一実施例では、量子化ステップを設定して
いるが、ダイナミックレンジを設定するようにしても良
い。
〔発明の効果〕
この発明では、ブロック毎の全画素に関する誤差の総
和を最小値と量子化ステップ(又はダイナミックレン
ジ)を求め、これらのデータで原データを量子化するの
で、復元画像のS/Nを良好とできる。第3図の例におい
て、Δは、MIN′及びΔ′で符号化された時の代表レベ
ルを表す。この第3図から明らかなように、これらの代
表レベルは、破線で示す量子化特性に比して原データと
の誤差の総和を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例のブロック図、第2図はブ
ロックの一例を示す略線図、第3図は量子化特性の説明
に用いる略線図、第4図は補正回路の一例のブロック図
である。 図面における主要な符号の説明 1:入力端子、 3:最大値、最小値検出回路、 7、16:量子化回路、 9:補正回路、 18:出力端子。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定画素数からなるブロック内の原データ
    に関してダイナミックレンジに適応した符号化を行う回
    路と、 上記符号化データと上記原データとが供給され、上記符
    号化データと新たに設定される量子化ステップ又はダイ
    ナミックレンジと最小値とから演算される復号値と上記
    原データとの誤差の自乗和が上記ブロック内の全画素に
    関して最小となるように、量子化ステップ又はダイナミ
    ックレンジ及び最小値を設定する回路と、 上記設定された量子化ステップ又は上記ダイナミックレ
    ンジ及び最小値に基づいて、上記原データをダイナミッ
    クレンジに適応して符号化する回路と を備えたことを特徴とする適応符号化装置。
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