JP2832985B2 - 復号装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば８ビットのディジタル画像信号を
２ビットに圧縮して伝送した場合に適用される復号装置
に関する。

〔従来の技術〕 ディジタル画像信号の２次元的な相関を利用し、ディ
ジタル画像信号を小領域であるブロックに分割し、ブロ
ックに含まれる複数画素を元のビット数より短いビット
数のコード信号に符号化するブロック符号化が知られて
いる。

本願出願人は、特開昭61−144989号公報に記載されて
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合符
号化装置を提案している。また、特開昭62−92620号公
報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、特開昭62−128621号公報に
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。

これらのダイナミックレンジに適応した符号化（ADRC
と称する）は、画質の劣化が少なく、また、効率が良い
ものである。ADRCの復号側では、量子化ビット数ｎの場
合に、ダイナミックレンジを2ⁿ個に分割してなるレベル
範囲の中央値を復号レベルとして出力していた。

しかしながら、ADRCの量子化ビット数が少ない場合、
伝送データをより圧縮するために、ADRCで得られたコー
ド信号の上位のビットのみを伝送する場合には、復元さ
れたデータと原データとの誤差（量子化歪）が大きくな
る問題が生じる。

本願出願人は、この問題を解決するために、特開平１
−200884号公報に記載されているように、注目画素と周
辺の画素との大小関係に応じた補正コードを形成し、こ
の補正コードを注目画素の符号化コードに加算し、加算
した結果を復号する復号装置を提案している。この復号
装置に依れば、何等の対策を行っていない場合に比し
て、より細分化された復号レベルを有する復元レベルが
得られ、量子化歪が低減される。

〔発明が解決しようとする課題〕

先に提案されている方式は、注目画素と周辺画素の大
小関係に注目しているので、ブロック内の画像が平坦な
場合に対して有効であっても、ブロック内に画像のエッ
ジが含まれているときには、誤差を充分に小さくできな
い問題があった。

従って、この発明の目的は、注目画素と周辺画素との
パターンに応じて補正コードを発生することで、伝送さ
れる各画素のビット数より多いビット数に相当する良質
な復元画像が得られる復号装置を提供することにある。

この発明の他の目的は、周辺画素が注目画素と異なる
ブロックに含まれる場合に、注目画素のブロック内のデ
ータに補正し、この補正された周辺画素のデータを参照
することで、パターン分類を原データと忠実に行うこと
ができる復号装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、受信された第１のビット数を有する伝送
データを、第１のビット数より多いビット数である第２
のビット数を有する画素データに変換する復号装置にお
いて、注目画素の伝送データに基づいて、周辺画素を取
り出す手段と、注目画素の伝送データと、取り出された
複数の周辺画素の伝送データとに基づいてビットパター
ンを形成する手段と、ビットパターンに基づいて、補正
コードを発生するメモリ手段と、注目画素の伝送データ
を上位ビットとし、補正コードを下位ビットとして合成
データを形成する手段とを有し、メモリ手段のビットパ
ターンに対応する各アドレスには、複数の補正コードの
内で所定期間における発生頻度が最大のものが格納さ
れ、ビットパターンを形成する手段は、取り出された複
数の周辺画素の中で、注目画素と同一のブロックに含ま
れない周辺画素のデータを復号し、得られた周辺画素の
復号値を再量子化する手段を有することを特徴とする復
号装置である。

〔作用〕

受信側のメモリ25には、パターン分類に対応する答
（補正コードCR）が格納されている。復号しようとする
注目画素と周辺画素（例えば４個の画素）との受信され
たデータからなる14ビットでパターンが分類される。こ
のパターンがメモリ25にアドレス信号として供給され、
補正コードCRがメモリ25から読み出される。この補正コ
ードCRが注目画素の下位ビットとされ、受信された上位
ビットと合成回路26で合成される。合成回路26からの４
ビットのモードがADRCの復号回路27に供給され、８ビッ
トのコードが復元される。

注目復号画素がブロック同士の境界付近にある場合に
は、参照しようとする周辺画素が他のブロックに含まれ
る場合が生じる。ブロック毎に圧縮しているので、他の
ブロックに含まれる画素データをそのままで参照するこ
とができない。この問題の解決のために、周辺画素が他
のブロックの時には、注目画素が含まれるブロックのデ
ータに適合するように他のブロックの周辺画素を補正
し、補正されたデータを参照してパターン分類がなされ
る。周辺画素のデータは、３ビットのコードであり、従
って、メモリ25に対するアドレスは、（３×４＋２＝1
4）ビットである。

パターン分類により伝送されなかった下位ビットを復
元するので、復元画像の画質を向上できる。

〔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、この一実施例の送信側の構成を示
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。例えば
１フレームの画面が第２図に示すような（４ライン×２
画素）のブロックに細分化される。

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。演算回路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。
ダイナミックレンジDRが割算回路６に供給され、ダイナ
ミックレンジDRが1/16とされる。割算回路６は、シフト
回路で構成できる。この割算回路６から量個化ステップ
Δが得られる。減算回路７では、遅延回路４からのビデ
オデータから最小値MINが減算され、減算回路７から最
小値が除去されたビデオデータが得られる。

減算回路７の出力データ及び量子化ステップΔが量子
化回路８に供給される。量子化回路８から元のビット数
（８ビット）より少ないビット数例えば４ビットの量子
化コードDTが得られる。この量子化コードDTが分離回路
９に供給され、上位の２ビットのコードDTuと下位の２
ビットのコードDTlとに分けられる。コードDTuがフレー
ム化回路10と補正コード発生回路11に供給され、コード
DTlが補正コード受性回路11に供給される。注目画素の
周辺画素が他のブロックに含まれる時に、この周辺画素
を注目画素のブロック内のコードに適合するように補正
（再量子化）するために、補正コード発生回路11には、
ダイナミックレンジDRと最小値MINとが供給される。

量子化回路８は、ダイナミックレンジDRに適応した量
子化を行う。つまり、ダイナミックレンジDRを（2⁴＝1
6）等分した量子化ステップΔで、最小値が除去された
ビデオデータが除算され、商を切り捨てで整数化した値
が量子化コードDTとされる。量子化回路８は、除算回路
或いはROMで構成される。

ダイナミックレンジDRは、最小値MIN及びコードDTuが
フレーム化回路10で伝送データに変換され、スイッチ回
路12に供給される。フレーム化回路10は、ダイナミック
レンジDR、最小値MIN及びコードDTu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10では、付加的コード（DR、
MIN）とコードDTuに対するエラー訂正符号の符号化がな
される。上述のように、この実施例では、１画素が８ビ
ットの原データがATRCにより、４ビットの量子化コード
に圧縮され、更に、量子化コードの上位２ビットが選択
されて伝送される。

スイッチ回路12には、補正コード発生回路11で形成さ
れた補正コードCRが供給される。スイッチ回路12の出力
端子13に伝送データが取り出される。補正コードCRは、
各フレームで１回発生し、ブランキング期間等を利用し
て伝送データに先立って伝送される。伝送路は、例えば
磁気テープと回転ヘッドとで構成された記録及び再生の
過程である。

第３図は、受信側の構成を示し、21で示す入力端子に
受信データが供給される。受信データは、スイッチ回路
22に供給され、伝送データと補正データCRとに分けられ
る。伝送データは、フレーム分解回路23に供給され、補
正データCRがメモリ25に書き込まれる。

フレーム分解回路23では、エラー訂正符号の復号がさ
れ、また、ダイナミックレンジDR、最小値MIN及びコー
ドDTuが分離される。コードDTu、ダイナミックレンジDR
及び最小値MINが周辺画素検出回路24に供給され、第４
図Ａに示すように、復号しようとする注目画素データYu
の上下左右に夫々位置する画素データAu、Bu、Cu、Du
（３ビット×４＝12ビット）が周辺画素検出回路24から
出力される。

周辺画素検出回路24は、周辺画素のデータを同時に出
力すると共に、ブロックの境界付近の画素が注目画素の
ために、一部の周辺画素が他のブロックに属することを
検出し、検出された他のブロックの周辺画素を注目画素
のブロックに適合するように補正する。例えばブロック
３が注目画素が含まれるブロック（第２図参照）の場合
に、ブロックの左上の隅の画素が注目画素の場合には、
第４図Ｂに示すように、画素データAu及びBuが他のブロ
ック１及びブロック２に夫々含まれる。この時には、画
素データAu及びBuの夫々がブロック３に適合するように
補正される。

周辺画素検出回路24からの12ビットとコードDTu（注
目画素データYu）の計14ビットがメモリ25にアドレスと
して供給される。この14ビットがブロックの大きさの局
所的パターンを示し、メモリ25からは、２ビットの補正
コードCRが読み出される。コードDTuと補正コードCRと
が合成回路26に供給され、コードDTuを上位ビットと
し、補正コードCRを下位ビットとして４ビットのコード
信号が合成回路26で形成される。

合成回路26からの４ビットのコード信号が復号回路27
に供給される。復号回路27には、フレーム分解回路23か
らのダイナミックレンジDRが供給され、ADRCの復号がさ
れる。復号回路27の出力信号とフレーム分解回路23から
の最小値MINとが加算回路28に供給され、加算回路28か
ら８ビットの復元データが得られる。この復元データが
ブロック分解回路29に供給され、ブロックの順序が走査
の順序に戻される。ブロック分解回路29の出力端子30に
復元データが得られる。

送信側に設けられている補正コード発生回路11の一例
を第５図に示す。分離回路９からの量子化コードDTの上
位２ビットDTuが周辺画素検出回路41及びセレクタ42に
供給され、下位２ビットDTlがセレクタ42に供給され
る。周辺画素検出回路41により、注目画素データYu（DT
u）の周辺の４個のコードAu、Bu、Cu、Du（第４図参
照）が取り出され、これらの（４×３＋２＋２＝16）ビ
ットのコードがセレクタ42に供給される。また、周辺画
素検出回路41は、周辺画素が注目画素と異なる他のブロ
ックに属することを検出し、他のブロックの周辺画素の
データを注目画素のブロックのデータと適合するように
補正する。セレクタ42は、16ビットのコードとリードア
ドレス発生回路43で形成された16ビットのアドレスとの
一方を選択的にメモリ45に供給する。

メモリ45から読み出されたデータがスイッチ回路46に
よりレジスタ47（スイッチ回路46が出力端子ａを選択し
ている状態）又は最大値検出回路50（スイッチ回路46が
出力端子ｂを選択している状態）に選択的に供給され
る。レジスタ46の出力とデータ発生回路49からの＋１と
が加算回路48で加算される。加算回路48の出力データが
メモリ45に入力データとして供給される。

リードアドレス発生回路43で発生したリードアドレス
が検出回路51及びセレクタ52に供給される。検出回路51
は、16ビットのアドレスの上位14ビットが変化したこと
を検出し、検出回路51の出力信号で最大値検出回路50が
リセットされる。セレクタ52は、最大値検出回路50によ
り検出された最大値と対応するリードアドレスを選択す
る。セレクタ52の出力に補正コードCRが得られる。伝送
データを少なくするために、セレクタ52は、リードアド
レスの16ビット全てでなく下位２ビットを補正コードCR
として選択する。

第６図は、メモリ45に記憶されているデータの一例で
ある。注目画素データYuと周辺画素データAu、Bu、Cu、
Duとの14ビットがメモリ45のアドレスの上位側とされ、
Yl（補正コードCR）に相当する２ビット（00、01、10又
は11）がアドレスの下位側とされる。

補正コードCRを形成するために、最初に１フレームの
量子化コードの夫々を注目画素とした時に、注目画素デ
ータの下位２ビットYlの（00）（01）（10）（11）の夫
々の発生度数が調べられる。このために、１フレームの
最初の初期状態でメモリ45のデータが全て０にクリアさ
れ、また、スイッチ回路46が出力端子ａを選択し、メモ
リ45の読み出しデータの値が＋１されてメモリ45の同じ
アドレスに書き込まれる。例えばYuが（00）であり、A
u、Bu、Cu、Duの全てが（000）であり、Ylが（01）の時
には、メモリ45のアドレス（0000000000000001）のデー
タが読み出され、読み出されたデータが＋１されて上記
のアドレスに書き込まれる。この処理が１フレーム内の
全画素を夫々注目画素としてなされる。その結果、第６
図に示すように、アドレスの上位14ビットで定まる2¹⁴
個のパターンの夫々に関する下位２ビットYlの発生度数
の分布表がメモリ45に形成される。

次に、スイッチ回路46が出力端子ｂを選択する状態と
され、メモリ45に格納されている度数のデータが順次読
み出され、度数のデータが最大値検出回路50に供給され
る。アドレスの上位14ビットの夫々で度数が最大の２ビ
ットのコードが最大値検出回路50で検出される。例えば
アドレスの上位14ビットが（00000000000000）の場合に
は、度数n1,n2,n3,n4の中で最大のものと対応する下位
２ビットのアドレスが検出される。最大値検出回路50の
検出信号により、セレクタ52は、度数が最も多い下位２
ビットのアドレスを補正コードCRとして選択する。従っ
て、補正コードCRは、各パターンで発生度数が最大の下
位２ビットを意味している。

前述のように、補正コードCRは、受信側のメモリ25
（第３図参照）にフレーム毎に格納される。周辺画素検
出回路41と同様に、他のブロックの周辺画素を注目画素
のブロックに補正する機能を持つ周辺画素検出回路24か
らの14ビットと注目画素のコードの上位２ビットとがメ
モリ25にアドレスとして供給されるので、パターンに応
じた最適な補正コードCRが読み出される。この補正コー
ドCRが受信された上位２ビットと合成されるので、原デ
ータに良く似た４ビットのコードが復元できる。このコ
ードを復元するので、良好な画質の復元画像が得られ
る。

第４図Ｂのように、周辺画素のデータAuがブロック１
に属し、周辺画素のデータBuがブロック２に属する例に
ついて、コード変換を説明する。ブロック１、ブロック
２、ブロック３のダイナミックレンジDRを夫々DR1、DR
2、DR3と表し、最小値MINを夫々MIN1、MIN2、MIN3と表
す。また、′は、変換後のデータを表す。

上述の式は、他のブロックに含まれる周辺画素のデー
タがADRC復号され、その復号レベルを注目画素のブロッ
ク３のダイナミックレンジDR3と最小値MIN3を参照して
再量子化することを意味している。このように求められ
た変換後のデータは、２ビットに収まらないので、３ビ
ットで表現し、５以上及び−２以下のレベルで夫々クリ
ップされる。

第７図に示す例では、周辺画素Auが含まれるブロック
１が（MAX3＜MAX1、MIN3＞MIN1）の関係にあり、周辺画
素Buが含まれるブロック２が（MAX3＞MFX2、MIN3＞MIN
2）の関係にある。ブロック１及びブロック２では、ブ
ロック３のダイナミックレンジDR3と重なり合う範囲の
レベルが（０、１、２、３）のレベルのコードに符号化
され、ダイナミックレンジDR3より大きい範囲が（４及
び５）のレベルのコードに符号化され、ダイナミックレ
ンジDR3より小さい範囲が（−１及び−２）のレベルの
コードに符号化される。

周辺画素検出回路24及び41に夫々設けられている他の
ブロックのコードを注目画素のブロックのコードに変換
するためのコード変換回路が第８図に示されている。こ
のコード変換回路は、上述の変換式を実現する構成を有
している。

即ち、加算回路61及び乗算回路62で上記の式の前項の
分子が求められ、減算回路63及び乗算回路64で後の項の
分子が求められ、両者が加算回路65で加算される。この
加算回路65の出力信号が割算回路66で注目画素のブロッ
クのダイナミックレンジで除算される。割算回路66の出
力信号がクリップ回路67でクリップされ、クリップ回路
67から変換後のデータAu′が得られる。第８図に記入さ
れた各データは、周辺画素データAuをAu′に変換する時
のものを示している。

なお、上述の実施例と異なり、代表的な絵柄の複数枚
の画像から予め最適な下位２ビットの補正コードを求
め、この補正コードを受信側のメモリに貯える簡略的な
方式を使用しても良い。

また、パターン分類のために、周辺画素のコードに対
して、ブロックのダイナミックレンジDRの情報例えばダ
イナミックレンジDRの上位４ビットを付加することで精
度をより高くしても良い。

更に、この発明は、ADRC以外に、ブロック毎に上位ビ
ットの平均値及び下位ビットの平均値を伝送したり、平
均値と標準偏差とを伝送するようなブロック符号化に対
しても適用できる。

〔発明の効果〕

この発明では、伝送される各画素のビット数が少なく
ても、復号側でパターンに応じてビット数を増やすの
で、良好な画質の復元画像が得られ、従って、伝送され
るデータ量を大幅に圧縮することができる。また、この
発明では、パターン分類に参照する周辺画素のデータが
他のブロックに属する時には、注目画素のブロックのデ
ータに補正するので、ビット数を増やした時に、より精
度を高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送信側のブロック図、第
２図はブロックの一例を示す略線図、第３図はこの発明
の一実施例の受信側のブロック図、第４図は注目画素と
周辺画素の配列を示す略線図、第５図及び第６図は補正
コード発生回路のブロック図及びその説明のための略線
図、第７図及び第８図は周辺画素が他のブロックに属す
る時になされる補正の説明のための略線図及びブロック
図である。 図面における主要な符号の説明 1:ディジタル画像データの入力端子、 3:最大値及び最小値検出回路、 8:量子化回路、 9:上位ビットと下位ビットを分離する分離回路、 11:補正コード発生回路、 24:周辺画素検出回路、 25:メモリ、 26:上位ビットと下位ビットを合成する合成回路、 27:復号回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受信された第１のビット数を有する伝送デ
   ータを、上記第１のビット数より多いビット数である第
   ２のビット数を有する画素データに変換する復号装置に
   おいて、 注目画素の上記伝送データに基づいて、周辺画素を取り
   出す手段と、 上記注目画素の伝送データと、上記取り出された複数の
   上記周辺画素の上記伝送データとに基づいてビットパタ
   ーンを形成する手段と、 上記ビットパターンに基づいて、補正コードを発生する
   メモリ手段と、 上記注目画素の伝送データを上位ビットとし、上記補正
   コードを下位ビットとして合成データを形成する手段と
   を有し、 上記メモリ手段の上記ビットパターンに対応する各アド
   レスには、 複数の補正コードの内で所定期間における発生頻度が最
   大のものが格納され、 上記ビットパターンを形成する手段は、 上記取り出された複数の上記周辺画素の中で、上記注目
   画素と同一のブロックに含まれない周辺画素のデータを
   復号し、得られた上記周辺画素の復号値を再量子化する
   手段を有することを特徴とする復号装置。