JP2841362B2 - 高能率符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、映像信号など相関の強い信号を標本化量子
化した信号である入力データを、複数個まとめたブロッ
ク毎に符号化し、１サンプル当りの平均ビット数を少な
くする高能率符号化装置に関するものである。 従来の技術 従来の高能率符号化装置としては、例えば文献（１）
近藤、“適応型ダイナミック・レンジ符号化”信学会技
報VOL.86−No.256及び文献（２）特開昭61−147689号公
報に示されている。 以下、相関の強い信号として映像信号を例にとり説明
する。 第４図はこの従来の高能率符号化装置のブロック図を
示すものであり、401は標本化量子化された映像信号で
ある入力データの入力端子、402は映像信号の表わす画
面を水平，垂直に小さなブロックに分割し、各ブロック
毎に入力データを出力するブロック分割回路、403は前
記ブロック分割回路402より出力される入力データの最
大値と最小値をブロック毎に出力する最大最小検出回
路、404はタイミング調整用の遅延回路、405は前記最大
値から前記最小値を減算してダイナミックレンジを得る
減算器、406は各ブロック内の各入力データより同一ブ
ロック内の前記最大値を除去する減算器、407は前記ダ
イナミックレンジに応じて前記最小値の除去された入力
データのビット数を決定しそのビット数で符号化するエ
ンコーダ、408は前記ダイナミックレンジの出力端子、4
09は前記最小値の出力端子である。 以上のように構成された従来の高能率符号化装置につ
いて、以下その動作を説明する。 映像信号の表す画面をブロック分割回路402により小
さな画面に分割すると、画像の持つ空間内の相関によ
り、ブロック内のダイナミックレンジ（最大値と最小値
との差で、減算器405の出力）はもともとの映像信号の
ダイナミックレンジ（通常８ビットであらわされる）に
比べて小さくなる場合が多い。 従って入力データより同一ブロック内の最小値を除去
したデータ（減算器406の出力）は前記ブロック内のダ
イナミックレンジ（減算器405の出力）により定まり、
もともとの入力データ語長より少ないビット数で符号化
できる。これが符号化データ（エンコーダ407の出力）
である。復号するためには除去した最小値と前記符号化
データが、さらに符号化データは可変長となるので、そ
の語長を知らせるためブロック内のダイナミックレンジ
とが必要となるのでこれらを伝送する。 映像信号の入力データ語長を８ビット，ブロック内の
入力データ数を16とするとき、１ブロック当りの入力デ
ータの全ビット数は ８×16＝128 である。あるブロックにおいてダイナミックレンジが15
であれば、16個の符号化データは４ビットで表せ、最小
値，ダイナミックレンジは８ビットで表せるので、全出
力ビット数は ８＋８＋４×16＝80＜128 となって１データ当りの平均ビット数を８から５（80/1
6＝５）に減少できる。ブロックにおけるダイナミック
レンジが128以上のときは平均ビット数が８より大きく
なるが、このようなブロックは少ないので、全体として
平均ビット数を少なくできる。 なお、最大値，最小値，ダイナミックレンジの３つの
内１つは残り２つから求まるので、この２つの情報と前
記符号化データを伝送すれば良い。また可逆な符号化を
おこなう場合、ダイナミックレンジの情報としてはダイ
ナミックレンジそのものの代わりにダイナミックレンジ
を表わすために必要な語長（最大８ビット）を表わすデ
ータ３ビット（これをダイナミックレンジ語長と呼び、
ダイナミックレンジとあわせてダイナミックレンジ情報
と呼ぶことにする。）を伝送しても良い。このときの全
出力ビット数は ８＋３＋４×16＝75＜80 となって符号化効率がより良くなる。 このようにダイナミックレンジが大きいときには量子
化ビット数を多く、ダイナミックレンジが小さいときに
は少なく割り当てることにより復元誤差のない可逆な符
号化が可能である。 この他にダイナミックレンジ情報としてダイナミック
レンジそのものを伝送し、符号化データのビット数を固
定とする（例えば４ビット）非可逆な符号化もある。 ブロック毎の代表値を用いて伝送する信号の概要を知
ることができれば、多くの利点が得られる。映像信号の
場合、すべてのデータの復号を行なわなくてもブロック
の代表値のみを用いて粗い画像（標本点を間引いた画
像）を構成できることになる。画像データベースに応用
すれば、代表値のみを再生し、粗い画像（縮小画像）を
複数表示することにより、効率よく画像の検索が行え
る。静止画伝送の場合、全ブロックの代表値をまとめて
先に伝送することにより、全データの受信を完了しなく
ても受信側は代表値により伝送画像の概要を知ることが
できる。また伝送誤りの発生した標本点のデータを代表
値による補間値で修整することも可能である。 発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成ではブロックの代表値
が最小値または最大値であるため、次のような理由から
問題を生じる。 （１） ブロック内の最大値、または最小値である入力
データの標本位置はブロック毎に異なるので、代表値の
標本間隔が等間隔にならず、代表値で構成された信号
（画像）に歪を生じる。 （２） 最大値，最小値である入力データはブロック内
において最も出現頻度の少ない場合が多く、特に信号の
非定常部においてはダイナミックレンジが大きくなるの
で、ブロック内のデータを必ずしも代表しておらず、代
表値で構成された信号や代表値で補間したデータの歪が
大きくなる。 問題点を解決するための手段 本発明は、標本化量子化された信号を入力データと
し、標本位置の近い複数の入力データで構成されるブロ
ックを符号化単位とする高能率符号化装置であって、前
記ブロック内の入力データの最大値および最小値を得る
手段と、前記最小値以上かつ前記最大値以下の所定の値
をオフセット値とし、前記入力データより前記オフセッ
ト値を減算して、偏差データを得る手段と、前記最大値
と前記最小値とから前記ブロック毎のダイナミックレン
ジ情報を検出する手段と、前記検出されたダイナミック
レンジ情報により、前記ブロック毎に量子化ビット数を
決定し、前記偏差データを前記決定された量子化ビット
数により、符号化して符号化データを得る手段と、前記
ブロック内の入力データの重みづけ和、または前記オフ
セット値に前記偏差データの重みづけ和を加えたもの
を、代表値として出力する手段と、前記代表値と、前記
ダイナミックレンジ情報と、前記符号化データとを伝送
する手段とを備えたことを特徴とする高能率符号化装置
である。 作用 本発明は前記の構成によりブロックの代表値の標本位
置が固定で一定間隔となるので、代表値を用いて粗い画
像を構成することができる。代表値により構成された画
像や補間して得られる画像に生じる歪は、代表値が特定
の標本位置の入力データである場合、出現頻度の少ない
最大値や最小値となる確率が低いので、従来より小さく
でき、また代表値が入力データに重み係数を乗じた総和
である場合、一種のフィルタ処理が行なわれたことにな
り、歪みはさらに小さくできる。 実 施 例 本発明の実施例について詳細な説明を行なう前にその
原理について説明する。 本発明においても１サンプル当りの平均ビット数を低
減する原理は従来例と同じである。すなわちｋ個の入力
データを単位としてブロックを構成するとき、信号の相
関によりブロック内の入力データのダイナミックレンジ
（最大値と最小値との差）は入力データのもともとのダ
イナミックレンジに比べ、小さくなる場合が多い。 従って各ブロック毎のｋ個の入力データＤは次式のよ
うに表わすことができる。 偏差データＥをブロック内のダイナミックレンジによ
り定まる量子化ビット数で符号化し、符号化データＣと
して伝送する。可逆な符号可を行なう場合、例えばダイ
ナミックレンジすなわちブロック内の最大値と最小値の
差が29であれば、偏差データＥは５ビットで復元誤差な
く符号化することができ、ｋ個の偏差データＥをそれぞ
れ５ビットの符号化データＣとして伝送する。これによ
り１サンプル当りの平均ビット数の低減が可能となる。
符号化データＣをデコードして偏差データＥを得るため
にはダイナミックレンジ情報（ダイナミックレンジ語長
またはダイナミックレンジ）が必要になるのでこれも伝
送する。例えば可逆な符号化の場合、符号化データＣは
可変長となるのでこのデータ語長を知るためにダイナミ
ックレンジ情報が必要である。 従来例ではオフセット値Ｆを最小値MNとしていたが、
最小値に限定する必要はなく、最小値MN以上、最大値MX
以下であれば良い。なぜならオフセット値がこの範囲に
あれば偏差データＥはダイナミックレンジを表わすため
に必要なビット数で表わせるからである。但し、偏差デ
ータのエンコード，デコードを簡易化するためには最大
値，最小値，最小値と最大値との平均値のいずれかがオ
フセット値として適当である。 復号するためにはオフセット値Ｆと偏差データＥが必
要である。偏差データＥは、従来例と同様にダイナミッ
クレンジ情報と符号化データに変換されて伝送されるの
で、ダイナミックレンジ情報に基づいて符号化コードＣ
をデコードすることにより得られる。オフセット値Ｆは
従来例では代表値として直接伝送していたが本発明では
異なる。すなわち本発明ではブロック毎の入力データＤ
（D1,D2,……,Dk）の関数として定義されるデータを代
表値Ｒとして伝送する。具体的にに次式で表わされる。 Ｒ＝A1・D1＋A2・D2＋……＋Ak・Dk ……（２） 但し、A1,A2,……,Akは定数（重みづけ係数）であ
る。 また式（２）に式（１）を代入すれば、次式が得られ
る。 Ｒ＝（A1＋A2＋……＋Ak）・Ｆ＋ （A1・E1＋A2・E2＋……＋Ak・Ek） ……（３） すなわち代表値Ｒはオフセット値Ｆと偏差データ（E
1,E2,……,Ek）との関数でもある。 式（３）を変形して次式を得る。 Ｆ＝（Ｒ−（A1・E1＋A2・E2＋……＋Ak・Ek）） ／（A1＋A2＋……＋Ak） ……（４） すなわち復号装置においては、式（４）を用いること
により、伝送された符号化データＣをデコードして求ま
った偏差データＥと伝送された代表値Ｒからオフセット
値Ｆをもとめることができ、さらに式（１）を用いてブ
ロック毎のデータＤを復元することができる。 式（２）に示すように代表値Ｒはブロック内の入力デ
ータＤの重み付け和であり、一種のフィルタの出力であ
る。定数A1,A2,……,Akは１画面内のどのブロックにお
いても同じとするので代表値Ｒの標本位置は固定とな
り、その間隔は一定となる。したがってこの代表値Ｒを
用いて粗い画像を構成すれば、折返しなどの歪みを少な
くすることができる。 第１図は本発明の一実施例である高能率符号化装置の
構成を示すブロック図である。 第１図において、101は標本化量子化された映像信号
である入力データの入力端子、102は映像信号の表わす
画面を水平，垂直に小さなブロック（水平，垂直方向に
それぞれ４サンプルずつとし、データ数ｋ＝16）に分割
し、各ブロック毎に入力データを出力するブロック分割
回路、103は前記ブロック分割回路102より出力されるブ
ロック毎の入力データＤの最大値MXと最小値MNを出力す
る最大最小検出回路、104はタイミング調整用の遅延回
路、105は前記最大値MXから前記最小値MNを減算してダ
イナミックレンジ情報DRを得るダイナミックレンジ検出
回路、106は前記最小値をオフセット値Ｆとし、同一ブ
ロック内の各入力データＤより前記オフセット値Ｆを除
去するオフセット値除去回路、107は前記ダイナミック
レンジ情報に応じて決定されるビット数で前記オフセッ
ト値の除去された入力データ（偏差データＥ）を符号化
して符号化データＣを得るエンコーダ、108は前記遅延
回路104からの入力データＤより代表値Ｒを得る代表値
作成回路、109は前記ダイナミックレンジ情報DRの出力
端子、110は前記符号化データＣの出力端子、111は代表
値Ｒの出力端子である。 以上のように構成された本実施例の高能率符号化装置
について、以下その動作を説明する。 標本化量子化された映像信号である入力データ（語長
８ビット）は端子101よりブロック分割回路102に入力さ
れる。ブロック分割回路102は内部にバッファメモリを
備え、バッファメモリに入力データを順番に書き込むと
同時にブロック単位で入力データＤを読み出す。最大最
小検出回路103は入力データＤ（D1,D2,……,D16）より
その最大値と最小値とを得て出力する。ダイナミックレ
ンジ検出回路105は前記最大値より前記最小値を減算し
てダイナミックレンジを得る。さらにダイナミックレン
ジによって定まる語長データすなわちダイナミックレン
ジ語長を得、ダイナミックレンジ情報DRとして端子109
より出力する。遅延回路104を経たブロック毎の入力デ
ータＤはオフセット値除去回路106および代表値作成回
路108に入力される。オフセット値除去回路106は入力デ
ータＤ（D1,D2,……,D16）よりオフセット値Ｆを減算し
て偏差データＥ（E1,E2,……,E16）を出力する。前記最
大最小検出回路103から得た前記最小値を前記オフセッ
ト値Ｆとしている。エンコーダ107は前記偏差データＥ
を前記ダイナミックレンジ語長に従って符号化して符号
化データＣ（C1,C2,……,C16）を得、端子110より出力
する。代表値作成回路108は入力データＤ（D1,D2,……,
D16）に対しそれぞれ重み係数である定数A1,A2,……,Ak
を乗じて得られるデータの総和（式（２）の演算結果）
を代表値Ｒとして端子111より出力する。同図では省略
しているが出力信号のダイナミックレンジ情報，符号化
データ，代表値は一旦バッファメモリに蓄えられ、誤り
訂正符号の付加，多重化が行なわれた後、伝送路に出力
される。 第２図は第１図に示した高能率符号化装置の逆交換を
行なう復号装置の構成を示すブロック図である。 第２図において、201はダイナミックレンジ情報DRの
入力端子、202は符号化データＣの入力端子、203は代表
値Ｒの入力端子、204は符号化データＣをデコードして
偏差データＥを得るデコーダ、205は前記偏差データＥ
と前記代表値Ｒとから式（４）に示す演算を行なってオ
フセット値Ｆを得るオフセット値再生回路、206は前記
オフセット値Ｆと前記偏差データＥ（E1,E2,……,Ek）
とを加算するオフセット値付加回路、207は、前記オフ
セット値付加回路206からのデータを並べかえて第１図
に示した高能率符号化装置内のブロック分割回路102と
逆の変換を行なうブロック分解回路、208は復号データ
の出力端子である。 以上のように構成された復号装置の動作について説明
する。 端子202にからの符号化データＣは端子201からのダイ
ナミックレンジ情報DRに基づいてデコーダ204により偏
差データＥに変換される。前記偏差データＥと端子203
からの代表値Ｒとを用いて式（４）に示す演算をオフセ
ット値再生回路205が行なってオフセット値Ｆを得る。
オフセット値付加回路206は前記オフセット値Ｆと前記
偏差データＥとを加算して復号データＤ′を得る。この
復号データＤ′はブロック毎に得られるので、ブロック
分解回路207により並べ替えられて本来の映像信号を標
本化量子化して得られるデータと同じ順番に並び替えら
れ端子208より出力される。 代表値作成回路108は一般的にはレジスタと重み係数
を乗じる乗算器と加算器が必要で回路がやや大きくな
る。本実施例ではブロック内の入力データ数ｋを２のべ
き乗である16とし、代表値Ｒがブロック内の入力データ
の加算平均値となるように重み係数を設定することによ
り回路規模を小さくしている。すなわち代表値作成回路
108に必要な演算回路は、１つのレジスタと、入力デー
タと前記レジスタの出力とを加算してその結果を前記レ
ジスタの入力とする１つの加算器のみでよい。また重み
係数和（A1＋A2＋……＋Ak）を１とすることにより、高
能率符号化装置における式（３）の第２項の演算と、復
号器における式（４）の第２項の演算とは、丸め誤差を
含めて同じ結果とでき、復号器において再生されるオフ
セット値に誤差を生じなくできる。従って代表値Ｒの語
長は従来と同様に入力データの語長と同じとしても可逆
な符号化が行え、符号化効率は低下しない。また符号化
データＣに伝送誤りを生じても重み係数がどの入力デー
タに対しても同じであるので復号時において再生される
オフセット値の精度劣化は小さくできる。この代表値の
標本位置はブロックの中央固定であり、代表値のみを用
いて歪みの少ない画像を構成できる。 代表値作成回路108における重み係数の別の設定例と
してブロック内の特定位置の１サンプルに対する重み係
数のみ１で、この他の係数はすべてゼロとする、すなわ
ち代表値をブロック内の特定位置の入力データとする設
定がある。 この場合、代表値設定回路108は代表値となる入力デ
ータのみを保持する１つのレジスタのみでよい。代表値
が入力データそのものであるため折返し歪みは生じるも
のの、代表値がブロック内の入力データの平均値より大
きくはずれている最大値や最小値となる確率は低いの
で、この代表値のみを用いて従来より歪みの少ない画像
を構成できる。 以上に述べたように、本実施例によれば、符号化効率
を低下させることなく、粗い画像を構成できるデータを
代表値とすることができ、従来の高能率符号化装置に比
べ回路の増加量も非常に小さくできる。 第３図は本発明の第２の実施例における高能率符号化
装置の構成を示すブロック図である。 第３図において第１図と同じものには同一番号を符し
ている。同図において301は代表値作成回路である。 第１図と異なるのは代表値作成回路301のみであり、
その入力が遅延回路104の出力でなく、偏差データＥと
オフセット値Ｆである点である。代表値作成回路301は
式（２）ではなく、式（３）の演算を行なっているから
である。この他の動作、また発明の効果は第１図に示し
た場合と同じであるので説明は省略する。 なお偏差データＥから符号化データＣへの変換が非可
逆な場合、高能率符号化装置内における偏差データと、
復号装置内において符号化データをデコードして得られ
る偏差データとは、誤差を有するので、前記代表値作成
回路の入力である偏差データは符号化データをデコード
して得られる偏差データとすることが、復号データの精
度上望ましい。 従来例の説明で述べたように可逆な符号化とした場合
上記実施例においても、ダイナミックレンジが大きいと
符号化効率が低下し、１サンプル当りの平均ビット数が
入力データより大きくなる場合を生じる。例えば入力デ
ータ語長が８ビット、ブロック内の入力データ数ｋが16
で、符号化データＣの語長が８ビットとなる場合であ
る。このようなブロックについては符号化しないで入力
データの１つを代表値とし残りの入力データをそのまま
伝送することとし、新たに符号化するかしないかを示す
１ビットのフラグをブロック毎に付加して伝送する方法
が考えられる。この場合においてもブロック毎の代表値
をすべてブロック内の特定の標本位置の入力データとで
きるので代表値のみを用いて粗い画像を構成することが
できる。この他にダイナミックレンジの大きいブロック
においては代表値を予測値として予測符号化する方法も
考えられる。 以上の説明においてはエンコーダ107が可逆な変換を
するものとしたが、従来の高能率符号化装置と同様に偏
差データＥを非線形な特性で圧縮して符号化データＣと
する構成やダイナミックレンジ内を固定語長で２のべき
乗に等分割して偏差データＥを符号化する構成の非可逆
な符号可を行なう高能率符号化装置も考えられる。 またオフセット値除去回路106においてオフセット値
Ｆは最小値としたが、前述したように最大値、または最
小値と最大値の加算平均値としてもよく、最小値と最大
値との加算平均値としておけば、エンコーダ107がこの
加算平均値を中心として対称な特性でレベルの圧縮を行
なう場合、レベル圧縮のためのROM容量を半分にでき
る。 実施例においては水平，垂直方向にそれぞれ連続した
標本位置の入力データでブロックを構成したが、これに
限定されるものではない。相関の強い複数の入力データ
でブロックを構成すればよく、NTSC信号等においては色
搬伝波の同位相点の標本位置の入力データでブロックを
構成することも考えられる。 発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、符号化効率を
低下させることなく、ブロック内の代表値を用いて伝送
する信号の概要を表わすことが可能な高能率符号化装置
とすることができ、その実用的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第一の実施例である高能率符号化装置
の構成を示すブロック図、第２図は第１図に示した本発
明の高能率符号化装置の逆変換を行なう復号装置の構成
を示すブロック図、第３図は本発明の第２の実施例であ
る高能率符号化装置の構成を示すブロック図、第４図は
従来例における高能率符号化装置の構成を示すブロック
図である。 101……入力端子、102……ブロック分割回路、103……
最大最小検出回路、104……遅延回路、105……ダイナミ
ックレンジ検出回路、106……オフセット値除去回路、1
07……エンコーダ、108……代表値作成回路、109……ダ
イナミックレンジ情報の出力端子、110……符号化デー
タの出力端子、111……代表値の出力端子。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．標本化量子化された信号を入力データとし、標本位
   置の近い複数の入力データで構成されるブロックを符号
   化単位とするものであって、前記ブロック内の入力デー
   タの最大値および最小値を得る手段と、前記最小値以上
   かつ前記最大値以下の所定の値をオフセット値とし、前
   記入力データより前記オフセット値を減算して、偏差デ
   ータを得る手段と、前記最大値と前記最小値とから前記
   ブロック毎のダイナミックレンジ情報を検出する手段
   と、前記検出されたダイナミックレンジ情報により、前
   記ブロック毎に量子化ビット数を決定し、前記偏差デー
   タを前記決定された量子化ビット数により、符号化して
   符号化データを得る手段と、前記ブロック内の入力デー
   タの重みづけ和、または前記オフセット値に前記偏差デ
   ータの重みづけ和を加えたものを、代表値として出力す
   る手段と、前記代表値と、前記ダイナミックレンジ情報
   と、前記符号化データとを伝送する手段とを備えたこと
   を特徴とする高能率符号化装置。 ２．オフセット値が最小値、または最大値、または前記
   最小値と前記最大値との加算平均値である特許請求の範
   囲第１項記載の高能率符号化装置。 ３．代表値がブロック内の入力データの加算平均値とな
   るように重みづけを設定することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の高能率符号化装置。 ４．代表値がブロック内の特定位置の入力データとなる
   ように重みづけを設定することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の高能率符号化装置。