JP2861373B2

JP2861373B2 - 符号化データの受信装置及び方法

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Publication number: JP2861373B2
Application number: JP31105190A
Authority: JP
Inventors: 真史内田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JPH04181819A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、直交変換による符号化と、この符号化で
発生した係数データを複数ブロック分まとめて量子化す
る符号化の復号を行うための符号化データの受信装置及
び方法に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、ディジタル画像信号をブロック化し、ブ
ロック化されたディジタル画像信号を直交変換して得ら
れた係数データを複数ブロック分まとめて量子化する符
号化がなされ、この符号化で発生したデータを受信して
復号するようになされた受信装置において、復号代表値
として、量子化データで表現される原係数データの所定
期間における平均値データを用いて量子化データを復号
する復号回路と、復号回路の出力の係数データを逆直交
変換する変換回路とを有し、量子化歪みの少ない復号を
行うことができる。

〔従来の技術〕

本願出願人は、画像データの伝送データ量を圧縮する
符号化方法としてADRC（Adaptive Dynamic Range Codin
g）を提案している。ADRC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
複数画素の最大値およ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
化を行う符号化である。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ADRCでは、ブロック内に含まれる各画素と対
応したコード信号（量子化コード）と共に、そのブロッ
クのダイナミックレンジ情報を有する付加コード例えば
最小値MINおよびダイナミックレンジDRが発生し、コー
ド信号および付加コードが伝送される。ADRCの符号化デ
ータを伝送する時には、１ブロック分のデータは、付加
コードのDR、MINとブロック内の各画素のコード信号と
で構成される。１ブロックのコード信号の長さは、量子
化の割り当てビット数が固定の場合には、一定であり、
これが可変の場合には、一定ではない。

また、本願出願人は、コサイン変換等の直交変換符号
化と上述のADRCとを組み合わせたハイブリッド符号化を
提案している（特願昭62−270564号および特願昭63−24
5227号参照）。このハイブリッド符号化では、コサイン
変換で得られた直流成分の係数データと交流成分の同じ
次数の係数データとの夫々をブロック化してADRCを適用
している。従って、係数データからなるブロック毎に、
ダイナミックレンジDRおよび最小値MINの付加コードが
発生する。直流成分の係数データと交流成分の係数デー
タとで、符号化が異ならされる。即ち、直流成分の係数
データは、ADRCと同様に符号化し、交流成分の係数デー
タに関しては、ダイナミックレンジDRに応じて量子化の
割り当てビット数を決定し、また、最小値MINは、０と
みなして伝送せず、割り当てビット数を示すビット数デ
ータとコード信号とが伝送される。かかるハイブリッド
符号化における付加コードの圧縮に関する提案が本願出
願人によりなされている（特願平２−10364号明細書参
照）。

このようなDCTとADRCとを含むハイブリッド符号化で
発生した符号化データを受信する復号装置は、直流成分
および交流成分の夫々に対する復号が行う構成とされて
いる。直流成分に関しては、ダイナミックレンジDRと最
小値MINと係数データを量子化したコード信号とを使用
した復号がなされる。交流成分に関しては、ビット数デ
ータと量子化コードと量子化テーブルとを使用して復号
がなされる。例えば量子化コードとテーブルとから求め
られた係数データの存在範囲が10〜20の場合では、復号
側では、その中央値の15を用いて量子化コードを復号し
ていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、DCTで発生した係数データは、第７図に示
すように、何れの次数の成分に関しても、０への集中が
強い傾向がある。かかる分布において、上述の例の10と
20との間の係数の平均値を求めると、その値は、略々確
実に15よりも小さくなる。また、成分によっては、平均
値と中央値の差がかなり大きくなることも多い。従っ
て、存在範囲の中央値を常に復号代表値として復号する
先の受信装置は、最適と言えないものであった。

従って、この発明の目的は、量子化歪みの少ない符号
化を実現できる符号化データの受信装置及び方法を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、ディジタル画像信号をブロック化し、ブ
ロック化されたディジタル画像信号を直交変換して得ら
れた係数データを複数ブロック分まとめて量子化する符
号化がなされ、この符号化で発生したデータを受信する
復号するようになされた受信装置において、復号代表値として、量子化データで表現される原係数
データの所定期間における平均値データを用いて量子化
データを復号する復号手段（41a、41b、41c、46）と、復号手段（41a、41b、41c、46）の出力の係数データ
を逆直交変換する変換手段（48）とを有してなることを特徴とする符号化データの受信装
置である。また、この発明は、このように受信データを
復号するようにした受信方法である。

〔作用〕

エンコーダ側で係数データの所定期間例えば１フレー
ム期間の平均値が求められ、この平均値が伝送される。
平均値は、使用する量子化テーブル毎に、係数データの
次数毎等で算出される。従って、平均値を復号値とする
ことで、常に中央値を復号値とする方法と比して、量子
化歪みを小とできる。

〔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。エンコーダ側の構成を示す第１図において、
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信号が供給される。このデ
ィジタルビデオ信号がブロック化回路２に供給され、コ
サイン変換のためのブロック構成に入力ディジタルビデ
オ信号の順序が変更される。例えば１フレームの画像が
（４×４）の小ブロックに分割される。

ブロック化回路２の出力信号がコサイン変換回路３に
供給され、コサイン変換回路３で２次元コサイン変換が
なされる。コサイン変換回路３から、コサイン変換のブ
ロックサイズと対応する（４×４）の係数テーブルが得
られる。勿論、コサイン変換のブロックのサイズは、こ
れに限定されるものではない。第２図Ａは、コサイン変
換回路３から得られる（４×４）の係数テーブルを示
す。第２図Ａにおいて、DCが直流成分を示し、AC1、AC
2、・・・・AC15が交流成分を示す。係数テーブルは、
直流成分からスタートしてジグザグ走行の順序で各係数
データが配置された系列で伝送される。

２次元コサイン変換は、標本化された離散的な画像信
号ｆ（j,k）がコサイン変換回路３により、次式で示さ
れる処理がなされる。但し、原データは、１ブロックが
（Ｎ×Ｎ）サンプルの２次元データｆ（j,k）（j,k＝0,
1,...,N−１）とする。

コサイン変換回路３からの係数データがハイブリッド
ブロック化回路４に供給される。ハイブリッドブロック
化回路４は、第２図Ｂに示すように、（４×４＝16）個
のDCTの係数ブロック（DCT1、DCT2、・・・・、DCT16）
をまとめたハイブリッドブロックを形成する。このハイ
ブリッドブロック化回路４からの出力データは、DC（DC
T1）、DC（DCT2）、・・・、DC（DCT16）、AC1（DCT
1）、AC1（DCT2）、・・・AC1（DCT16）、AC2（DCT
1）、・・・、AC2（DCT16）、AC3（DCT1）、・・・、AC
14（DCT16）、AC15（DCT1）、・・・、AC15（DCT16）の
順序のものである。即ち、同次の成分毎がまとまってい
る。このハイブリッドブロック化回路４の出力データが
絶対値化回路５およびタイミング発生回路６に夫々供給
される。

絶対値化回路５からの交流の係数データが平均値検出
回路７およびスイッチ回路８に夫々供給される。このス
イッチ回路８は、タイミング発生回路６からのタイミン
グパルスT1によりスイッチングされる。この一実施例で
は、交流成分の係数データを３個のグループに分け、各
グループで異なる量子化テーブルを使用している。

即ち、第３図において破線で区切って示すように、
（４×４）の係数データの中の交流成分のデータが第１
の量子化テーブルを用いるグループ（AC1、AC2、AC3、A
C4、AC5）と、第２の量子化テーブルを用いるグループ
（AC6、AC7、AC8、AC9、AC10）と、第３の量子化テーブ
ルを用いるグループ（AC11、AC12、AC13、AC14、AC15）
とに分割される。このように、異なる量子化テーブルを
使用するのは、次数の高低に応じて量子化のステップの
幅を異ならせ、良好な量子化を行うためである。スイッ
チ回路８の出力端子ａからは、第１の量子化テーブルで
量子化される係数データが取り出される。スイッチ回路
８の出力端子ｂおよび出力端子ｃには、第２の量子化テ
ーブルおよび第３の量子化テーブルでそれぞれ量子化さ
れる係数データが取り出される。

直流成分の係数データDCは、図示せずも、交流成分と
別に、先に提案されている方法と同様にADRC符号化され
る。つまり、ハイブリッドブロック内に含まれる16個の
直流成分の係数データの最大値MAXおよび最小値MINが検
知され、これらの差であるダイナミックレンジDRを求め
られ、ダイナミックレンジDRに適応して直流成分の係数
データが量子化される。

スイッチ回路８の出力端子ａには、量子化回路9aおよ
び最大値検出回路11aが接続される。他の出力端子ｂお
よびｃには、量子化回路9b、9cおよび最大値検出回路11
b、11cがそれぞれ接続される。量子化回路9a、9b、9cと
それぞれ関連して量子化テーブル10a、10b、10cが設け
られる。量子化テーブル10aは、例えば第４図に示すよ
うに、絶対値の係数データの値の範囲と量子化の出力値
との対応関係を示している。量子化出力は、１、２、
３、・・・と昇順の整数値である。量子化回路9aは、量
子化テーブル10aを参照して入力データと対応する量子
化出力を発生する。他の量子化回路9b、9cおよび量子化
テーブル10b、10cも、この量子化回路9aおよび量子化テ
ーブル10aと同様にして、量子化を行う。量子化回路9
b、9cの出力も、１、２、３、・・・と昇順の整数値で
ある。但し、量子化テーブル10a、10b、10cの間では、
整数値の各々と対応する絶対値の範囲が異ならされてい
る。

最大値検出回路11a、11b、11cは、グループに分割さ
れた係数データの中の所定期間中（例えば１フレーム期
間内）の最大値を検出する。タイミング発生回路６から
のタイミングパルスT2は、この最大値の検出がされる期
間毎に、最大値検出回路11a、11b、11cをリセットす
る。検出された最大値がビット数決定回路13a、13b、13
cにそれぞれ供給される。ビット数決定回路13a、13b、1
3cは、この検出された係数データの絶対値の最大値を量
子化出力に変換するために、量子化テーブル10a、10b、
10cを参照する。例えばビット数決定回路13aは、検出さ
れた最大の量子化出力が３の時には、２ビットを割当て
ビット数として決定する。

ビット数決定回路13a、13b、13cの出力がスイッチ回
路14の入力端子および符号化回路12a、12b、12cにそれ
ぞれ供給される。量子化回路9a、9b、9cの出力信号が符
号化回路12a、12b、12cにそれぞれ供給される。上述の
例のように、ビット数が２ビットの時では、第１のクル
ープの係数データの量子化出力（整数値）が（00、01、
10、11）の何れかのものに符号化回路12aで符号化され
る。

符号化回路12a、12b、12cの出力データがスイッチ回
路14の入力端子にそれぞれ供給される。スイッチ回路14
は、タイミング発生回路６からのタイミングパルスT1に
より制御され、使用する量子化テーブル毎にグループに
応じて切り替えられる。このスイッチ回路14の一方の出
力端子15には、各グループのビット数を示すビット数デ
ータが取り出され、その他方の出力端子16には、各グル
ープの量子化コードが取り出される。

また、平均値検出回路７には、係数データと共に、量
子化回路9a、9b、9cの出力信号が供給される。この平均
値検出回路７は、上述の第１、第２および第３のグルー
プ毎の１フレーム期間の平均値を検出する。

第５図は、平均値検出回路７の一部を構成し、第１の
グループの係数データの平均値を形成する回路の一例を
示す。この平均値検出回路は、係数データの絶対値を記
憶するメモリ21と、量子化出力のそれぞれの１フレーム
期間の度数を検出し、その度数を記憶するメモリ22とを
有している。これらのメモリ21および22は、23で示す入
力端子からのフレーム周期のパルスによりクリアされ
る。メモリ21に対するアドレスは、スイッチ回路24を介
して供給され、メモリ22に対するアドレスは、スイッチ
回路25を介して供給される。

26で示す入力端子からは、絶対値化回路５からの係数
データで、第１のグループのものが供給され、加算回路
27に与えられる。この加算回路27には、スイッチ回路28
を介してメモリ21の読み出し出力が供給される。加算回
路27の出力がメモリ21に書き込まれる。

メモリ21のスイッチ回路24の一方の入力端子には、テ
ーブル10aと関連した量子化回路9aから量子化出力が供
給される。従って、量子化出力の整数値と対応するアド
レスに対して、係数データの絶対値が書き込まれる。こ
の動作は、１フレーム期間の有効データが存在している
期間でなされ、この有効データ期間では、スイッチ回路
28がオンしている。従って、有効データ期間の終わりで
は、各量子化出力と対応するアドレスには、量子化され
る前に係数データの累積値が格納される。

メモリ22のスイッチ回路25の一方の入力端子にも、量
子化回路9aの量子化出力が供給されている。メモリ22の
読み出し出力が加算回路29に供給され、加算回路29で読
み出し出力に対して１が加算される。加算回路29の出力
信号がスイッチ回路30を介してメモリ22に書き込まれ
る。従って、量子化出力の値がアドレスとされることに
よって、１フレーム期間の有効データ期間の終わりで
は、メモリ22の量子化出力と対応する各アドレスには、
発生度数の１フレーム期間の累積値が格納される。

１フレーム期間内の有効データ期間の後のデータ欠如
期間では、スイッチ回路24および25が切り替えられ、ア
ドレス発生回路31からの順次アドレスがメモリ21および
22にそれぞれ供給され、メモリ21および22が読み出し動
作を行う。また、スイッチ回路28および30がオフとされ
る。第１のテーブルの量子化出力の値の１から順に、
２、３、・・・とアドレスが変化される。メモリ21およ
び22の読み出し出力が割算回路32に供給され、メモリ21
の読み出し出力（即ち、量子化出力１の累積値）がメモ
リ22の読み出し出力（即ち、その累積度数）で除算され
る。従って、除算回路32の出力端子33には、第１のテー
ブルの量子化出力１に関する平均値が発生する。同様に
して、出力端子33には、量子化出力の他の整数値２、
３、・・・、のそれぞれに関する平均値が発生する。

第２および第３のテーブルのそれぞれに関して、第５
図と同様の平均値検出回路が設けられ、各テーブルの各
量子化出力の値毎の平均値が検出される。１フレーム期
間の終わりでは、平均値検出動作が完了しており、メモ
リ21および22の内容がクリアされる。

上述のエンコーダにより、交流成分の係数データに関
しては、量子化ビット数を示すビット数データと量子化
コードとテーブルの各整数値毎の平均値データとが発生
する。これらの交流成分の係数データに関する符号化出
力と直流成分に関する符号化出力、即ち、付加的コード
および量子化コードとが伝送される。

次に、第６図を参照してデコーダの一例について説明
する。この第６図は、交流成分に関しての構成のみを示
し、直流成分については省略している。直流成分は、通
常のADRCと同様に復号される。

受信された平均値データは、テーブル41a、41bおよび
41cにそれぞれ格納される。従って、テーブル41aは、量
子化出力の整数値１、２、３、・・・のそれぞれと対応
して、復号値としての平均値が格納されたものである。
この復号用のテーブルは、１フレーム期間毎に更新され
る。また、入力端子42からの受信されたビット数データ
および入力端子43からの受信された量子化コードがフレ
ーム遅延回路44に供給される。上述のように、データ有
効期間の後のデータ欠如期間に平均値データを伝送して
いるので、このフレーム遅延回路44により、ビット数デ
ータ、量子化コードおよび平均値データ間のタイミング
が合わせられる。若し、エンコーダ側を制御して、平均
値データを量子化コードに対して先行して伝送すれば、
フレーム遅延回路44を省略することができる。

フレーム遅延回路44からのビット数データおよび量子
化コードが切り出し回路45に供給される。切り出し回路
45は、ビット数データによって、量子化コードを区切
る。切り出し回路45からの係数データの各々の量子化コ
ードがデコーダ46に供給される。デコーダ46には、テー
ブル41a、41b、41cが接続され、量子化コードが自己の
テーブルに基づいて、復号値（即ち、平均値）に変換さ
れる。

デコーダ46からの復号値がハイブリッドブロック分解
回路47に供給される。ハイブリッドブロック分解回路47
の出送信号が逆コサイン変換回路48に供給される。ハイ
ブリッドブロック分解回路47は、エンコーダ側のハイブ
リッドブロック化回路４と逆に、ハイブリッドブロック
の構成をDCTの係数ブロックに構成に変換する。逆コサ
イン変換回路48により、DCTブロック内の（４×４）の
画素の復号値が得られる。逆コサイン変換回路48からの
復号値がブロック分解回路49に供給され、（４×４）の
ブロックの順初がラスター走査の順の復号データに変換
される。従って、出力端子50には、復号データが得られ
る。

上述のこの発明の一実施例において、使用する量子化
テーブル毎の平均値を形成しているので、単に量子化範
囲の中央値を復号値とするのと比較して、量子化歪みを
減少できる。簡単な例で、この効果を説明する。第１の
テーブル（第４図参照）を使用して量子化を行う時に、
係数データの絶対値が（２、４、16、14、40、42）と仮
定すると、量子化出力が（１、１、２、２、３、３）と
なり、これが２ビットで符号化されて伝送される。平均
値を伝送しない方式では、復号出力として、各存在範囲
の中央値、即ち、（５、５、12、12、35、35）が形成さ
れる。

他方、この発明の一実施例では、平均値（３、15、4
1）に基づいて復号がされ、その結果の復号値は、
（３、３、15、15、41、41）である。従って、平均値を
使用しない方式と比して、量子化歪みを頗る小にでき
る。

量子化テーブル毎に平均値を形成するのに限らず、コ
サイン変換で生じた係数データの同じ次数のものの平均
値を求めても良い。（４×４）のブロックの例では、15
個の係数毎に平均値が求められる。この方式では、各係
数毎の分布に適応したきめ細かい量子化ができる。しか
し、伝送すべき平均値データの量が増加する問題があ
る。

更に、平均値と中央値との差が大きい時のみ、平均値
を伝送するようにしても良い。

より更に、多数の画像について、一般性のある量子化
テーブル或いは各係数データの平均値を予めコンピュー
タを使用することで求め、この一般的な平均値をデコー
ダ側のメモリに格納し、この一般的な平均値を使用して
も良い。この方法は、平均値データを全く伝送する必要
がない利点がある。

この発明では、コサイン変換以外の直交変換符号を使
用しても良い。更に、ADRC以外のブロック符号化を使用
しても良い。

〔発明の効果〕

この発明は、直交変換符号化で発生した交流成分の係
数データを圧縮して、伝送する時に、平均値を使用して
復号値を得ているので、交流成分の係数データの復号値
の量子化歪みを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用できる符号化のエンコーダの一
例のブロック図、第２図はDCTブロックおよびハイブリ
ッドブロックの一例を示す略線図、第３図は使用する量
子化テーブルの区分けを示す略線図、第４図は量子化テ
ーブルの一例の説明に用いる略線図、第５図は平均値検
出回路の一例のブロック図、第６図はこの発明が適用さ
れたデコーダの一実施例のブロック図、第７図はDCT係
数データの分布の説明に用いる略線図である。図面における主要な符号の説明 2:ブロック化回路、 3:コサイン変換回路、 7:平均値検出回路、 9a、9b、9c:量子化回路、 10a、10b、10c:量子化テーブル、 41a、41b、41c:復号用のテーブル、 46:デコーダ、 48:逆コサイン変換回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ディジタル画像信号をブロック化し、ブロ
ック化された上記ディジタル画像信号を直交変換して得
られた係数データを複数ブロック分まとめて量子化する
符号化がなされ、この符号化で発生したデータを受信し
て復号するようになされた受信装置において、復号代表値として、上記量子化データで表現される原係
数データの所定期間における平均値データを用いて上記
量子化データを復号する復号手段と、上記復号手段の出力の係数データを逆直交変換する変換
手段とを有してなることを特徴とする符号化データの受信装
置。
【請求項２】ディジタル画像信号をブロック化し、ブロ
ック化された上記ディジタル画像信号を直交変換して得
られた係数データを複数ブロック分まとめて量子化する
符号化がなされ、この符号化で発生したデータを受信し
て復号するようになされた受信方法において、復号代表値として、上記量子化データで表現される原係
数データの所定期間における平均値データを用いて上記
量子化データを復号するステップと、上記復号手段の出力の係数データを逆直交変換するステ
ップとを有してなることを特徴とする符号化データの受信方
法。