JP3089475B2

JP3089475B2 - ディジタル画像信号の符号化装置

Info

Publication number: JP3089475B2
Application number: JP15890389A
Authority: JP
Inventors: 哲二郎近藤; 秀雄中屋; 敦雄矢田; 真史内田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1989-06-21
Publication date: 2000-09-18
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JPH0324887A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ディジタル画像信号のデータ量を圧縮し
て回転ヘッドにより磁気テープに記録するディジタルVT
Rに適用できるディジタル画像信号の符号化装置に関す
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
う高能率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
に夫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
高能率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高能率符号（AD
RC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。しか
し、可変長ADRCは、伝送データの量が画像の内容によっ
て変動するために、所定量のデータを１トラックとして
記録するディジタルVTRのような固定レートの伝送路を
使用する時には、バッファリングの処理が必要である。

本願出願人は、例えば特願昭61−257586号明細書に記
載されているように、ダイナミックレンジの度数分布を
求め、この度数分布を積算形の分布に変換し、符号化の
しきい値を積算形の度数分布に適用して発生情報量を求
め、発生情報量が伝送レートを超えないようなしきい値
を決定するバッファリング装置を提案している。

可変長ADRCの画素コードのビット長が（０〜４）の場
合のバッファリングについて説明する。符号化のための
しきい値をT1〜T4（但し、T1＞T2＞T3＞T4）とすると、
（最大値〜T1）の範囲のダイナミックレンジDRの画像ブ
ロックに関しては、ビット長が４とされ、（T1−１〜T
2）の範囲のダイナミックレンジDRの画像ブロックに関
しては、ビット長が３とされ、（T2−１〜T3）の範囲の
ダイナミックレンジDRの画像ブロックに関しては、ビッ
ト長が２とされ、（T3−１〜T4）の範囲のダイナミック
レンジDRの画像ブロックに関しては、ビット長が１とさ
れ、（T4−１〜最小値）のダイナミックレンジDRの画像
ブロックに関しては、ビット長が０（画素コードが伝送
されない）とされる。これらのしきい値T1〜T4の組合せ
は、予め複数個例えば第１番目から第32番目までの32個
用意されている。第１番目のしきい値の組が適用された
場合には、発生情報量が最大となり、第32番目のしきい
値の組が適用された場合には、発生情報量が最小とな
り、第１番目のしきい値の組から順に発生情報量が単調
減少するように、しきい値の組が設定されている。各し
きい値の組は、５ビットのしきい値コードで区別され
る。

入力ビデオデータの１フレーム期間に含まれる多数の
画像ブロックのダイナミックレンジDRの発生度数の分布
表が形成される。この処理は、メモリ（RAM）のアドレ
スをダイナミックレンジDRとして、各アドレスに書き込
むデータを＋１ずつしておけば良い。度数分布表がメモ
リの各アドレスの度数を積算することにより、積算型に
変換される。積算型の度数分布表に対して、上述のしき
い値の組が適用されることで、発生情報量を求めること
ができる。１フレーム期間の発生情報量が伝送路の容量
を超えないように、しきい値の組が決定される。このし
きい値の組を使用して、ADRCの符号化がなされる。

また、３次元ブロックのADRCと駒落とし処理とを組み
合わせて情報量の一層の圧縮を図る方式が本願出願人に
より提案されている（特願昭61−153330号明細書参
照）。この方式は、３次元ブロックが静止ブロックの場
合に、３次元ブロックを構成する複数の領域の対応する
位置の画素同士の平均値を形成し、この平均値を伝送す
ることで、画像ブロックの画素データを1/2に圧縮する
ものである。駒落とし処理がされているかどうかを示す
動き検出フラグが受信（再生）側に伝送される。

３次元ADRCと駒落とし処理とを組み合わせた高能率符
号化方式の場合でも、バッファリングを処理がなされ
る。この種のハッファリングの方式として、本願出願人
は、特願昭62−133924号明細書、特願昭62−133925号明
細書、特願昭63−183781号明細書等に記載されている方
式を提案している。つまり、上述のダイナミックレンジ
DRのレベル方向のしきい値とブロックを駒落としするか
どうかのしきい値との両者を制御することにより、伝送
情報量の制御がなされる。この駒落としをするかどうか
のしきい値は、動きしきい値と称される。

上述のように、ADRCとバッファリングとの組合せで発
生した出力信号は、記録される時に、フレーム化回路に
より、シンクブロックが連続する記憶信号の形態に変換
される。また、再生された信号は、フレーム分解回路を
介してADRCのデコーダに供給される。

〔発明が解決しようとする課題〕

２次元ブロックのADRCの例では、符号化出力信号をフ
レーム化する時に、重要度が高い符号（ダイナミックレ
ンジDR、最小値MIN）に伝播エラーが発生することを防
止するために、これらの符号がシンクブロック内の所定
の位置に挿入されることが好ましい。

一方、各画像ブロックの画素コードのビット長は、し
きい値コードとダイナミックレンジDRとで定まる。ディ
ジタルVTRの場合では、複数のトラックが跨がって回転
ヘッドが走査する高速サーチ動作が必要である。高速サ
ーチ時には、断続的に再生データが得られ、シンクブロ
ックの夫々に含まれる重要語データと各画素の画素コー
ドの最上位ベットMSBからおおよその復元画像を得るこ
とを可能とするために、最上位ベットMSBは、重要度が
高いデータとして扱われる。つまり、同じ画像ブロック
の重要度が高い符号の近傍の所定位置にMSBがまとめて
配され、ダイナミックレンジDR、最小値MINと最上位ビ
ットMSBとを使用して高速サーチ時でも概略的な復元画
像を得ることができる。

しかしながら、画素コードの第２番目の上位ビット以
下のデータは、画像ブロック毎にデータ量が変化するの
で、各シンクブロックにこのデータを順に詰めて配され
る。従って、ブロックの重要語データの位置とそのブロ
ックの第２番目の上位ビット以下のデータの位置とは、
離れるのが普通である。この結果、ノーマル再生時にお
いて、ある画像ブロックのDRにエラーが発生すると、画
素コードのビット長が分からない事態が生じる。この結
果、その画像ブロックから１フレームの最後の画像ブロ
ックまでの全ての画像ブロックの各画素データに伝播エ
ラーが発生して、これらの復号が不可能となる。

従って、この発明の目的は、受信（再生）側で、画素
コードの伝播エラーを断ち切ることができるディジタル
画像信号の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〕

請求項１の発明は、ディジタル画像信号をブロック構
造のデータに変換するブロック化手段と、ディジタル画像信号をブロック毎に可変長符号化し、
復号の際に比較的重要なデータである重要語データと、
復号の際に該重要語データよりも比較的重要でないその
他のデータからなる可変長符号化データを出力する符号
化手段と、可変長符号化データが入力され、固定のデータ量のデ
ータ区間に対して重要語データを所定の位置に配置し、
該重要語データの位置以外のデータ区間に、その他のデ
ータを配置することによってシンクブロックを形成する
フレーム化手段とを備え、フレーム化手段は、その他のデータの位置を示すアド
レス情報を、シンクブロックの所定の位置に付加するこ
とを特徴とするディジタル画像信号の符号化装置であ
る。

〔作用〕

可変長ADRCのエンコーダの出力信号がシンクブロック
の連続するデータ系列に変換される。シンクブロックの
先頭付近に、そのシンクブロック内で最初に位置してい
る重要語データに付随する画素データの位置を示すアド
レス信号が付加される。このアドレス信号により２次元
ブロックの可変長のADRCの場合では、１フレーム内の全
ビットの位置を区別することができる。受信側では、ダ
イナミックレンジDRにエラーがあって、画素コードのビ
ット長が検出できない時でも、アドレス信号から画素コ
ードの区切りを検出できる。従って、ダイナミックレン
ジDRにエラーがあっても、伝播エラーが１フレーム期間
の終了時まで続くことが防止される〔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。この説明は、下記の順序に従ってなされる。

a.記録回路 b.再生回路 c.変形例 a.記録回路第１図は、この発明が適用できるディジタルVTRの記
録回路及び再生回路の構成を示し、第１図において、１
で示す入力端子に映像信号が供給される。２で示すA/D
変換器により、１サンプルが８ビットのディジタル映像
信号に変換される。このディジタル映像信号がブロック
化回路３に供給され、テレビジョン走査の順序の信号が
画像ブロックの順序の信号に変換される。ブロック化回
路３の出力信号には、有効データ以外のデータ欠如期間
が含まれる。

この実施例では、第２図に示すように、１フレームの
（４ライン×４画素）の領域が１画像ブロックを構成
し、１画像ブロックには、16個の画素が含まれる。ま
た、ブロック化回路３では、入力信号中にブランキング
期間が取り除かれると共に、有効データが連続するもの
とされ、データの系列中のデータ欠如期間が形成され
る。１ライン中に858サンプル含まれ、その内の有効デ
ータが704サンプルとされ、１フレームのライン数が525
ラインであり、その内の有効ライン数が484とされるの
で、１フレーム期間の有効データからなるブロック数
は、下記のようになる。

有効ブロック数：（704÷４）×（484÷４）＝176×121＝231,296/フレーム第３図Ａは、１フレームの画像が21,296個の画像ブロ
ックに分割された状態を示す。

ブロック化回路３の出力信号がシャフリング回路４に
供給される。シャフリング回路４は、第３図Ｂに示すよ
うに、画像ブロックの単位で、１フレーム内のブロック
の位置の並び変えを行う。シャフリング処理は、メモリ
のアドレス制御でなしうる。シャフリング回路４の出力
信号がADRCエンコーダ５に供給される。ADRCエンコーダ
５では、画像ブロック毎の最大値MAX、最小値MIN、両者
の差であるダイナミックレンジDRが検出され、ダイナミ
ックレンジDRに適応して可変長の符号化がなされる。例
えば４個のしきい値T1,T2,T3,T4（T4＜T3＜T2＜T1）が
設定される。画像ブロックのダイナミックレンジDRが
（０≦DR＜T4）の場合には、割り当てビット数が０とさ
れ、画像ブロックの最大値MAX及び最小値MINのみが伝送
される。（T4≦DR＜T3）の時には、割り当てビット数が
１ビットとされる。（T3≦DR＜T2）の時には、割り当て
ビット数が２ビットとされる。（T2≦DR＜T1）の時に
は、割り当てビット数が３ビットとされる。（T1≦DR＜
255）の時には、割り当てビット数が４ビットとされ
る。これらの４個のしきい値の組を区別するためには、
しきい値コードが使用される。

このように、０〜４ビットの可変長ADRCの符号化を行
う場合に、１フレーム期間の情報量が所定値を超えない
ように、ADRCエンコーダ５において、バッファリングの
処理がされる。バッファリングは、１フレーム期間のダ
イナミックレンジDRの発生度数を求め、このダイナミッ
クレンジDRの発生度数の分布から最適なしきい値T1〜T4
を決定し、更に、次の処理に備えるためにダイナミック
レンジDRの度数が格納されているメモリをクリアする一
連の処理からなる。このバッファリングにより決定され
たしきい値を使用して、可変長ADRCの符号化が実行され
る。従って、しきい値T1〜T4は、１フレーム毎に決定さ
れる。

シャフリング回路４の出力信号は、画像ブロックの順
序に変換された１フレームの有効データからなり、ADRC
エンコーダ５では、データ有効期間に、ダイナミックレ
ンジDRの度数を収集し、上述のデータ欠如区間におい
て、積算形の度数分布表の作成、しきい値の決定及びメ
モリのクリアの処理を行う。次に、しきい値により、可
変長のADRC符号化を行う。

ADRCエンコーダ５の出力信号は、各画素と対応するコ
ード信号（画素コード）と付加的データとからなる。付
加的データには、画像ブロック毎のダイナミックレンジ
DR、最小値MIN、フレーム毎のしきい値コードが含まれ
る。１ブロックの画素数は、16であり、従って、画素コ
ードのデータ量は、ビット長に応じて最小で０バイト、
最大で８バイトとなる。

ADRCエンコーダ５の出力信号がフレーム化回路６に供
給され、シンクブロックが連続するフレーム構成のデー
タに変換される。フレーム化回路６では、シンクブロッ
クを形成するために、ADRCエンコーダ５の出力信号が並
び変えられる。第４図は、シンクブロックの構成を示
し、第４図Ａに示すように、ｎバイトの長さのデータが
ｍ個並べられてエラー訂正符号のブロックが形成され
る。第４図Ｂに示すように、重要語データであるダイナ
ミックレンジDR（１バイト）、最小値MIN（１バイ
ト）、最上位ビットMSB（２バイト）と第２番目の上位
ビット以下の画素コードBPL（２バイト）との計６バイ
トが繰り返す配列をｎバイトのデータが有している。こ
のｎバイトがシンクブロックのデータ部分を構成する。
１ブロックで発生する画素コードBPLの長さは、（０バ
イト、２バイト、４バイト、６バイト）のいずれかであ
り、BPL用のタイムスロットに最初から順番に詰めて挿
入される。０ビット割り当てのブロックでは、画素コー
ドが全く発生せず、当然、MSBも生じない。この場合に
は、MSB用のタイムスロットに対しても、画素コードBPL
が挿入される。

また、フレーム化回路６では、第４図Ｃに示すよう
に、各シンクブロックの最初の付加的データ（DR、MI
N、MSB）に付随する第２番目の上位ビット以下の画素コ
ードBPLの位置を示すアドレス信号（ａビット）が付加
される。１フレーム分の全シンクブロックのデータをビ
ットの単位で並べ、その中で位置が固定のブロック同期
信号、ブロックID信号、ダイナミックレンジDR、最小値
MINを除く各ビットに連続的に付されたアドレス信号が
使用される。

但し、アドレス信号としては、１フレーム内の21,296
個の画像ブロックに対する番号とブロック内の全ビット
（MSBとBPL）の番号とからなるアドレスを使用しても良
い。更に、１フレーム内の全シンクブロックを区別する
ためのアドレスビットとシンクブロック内の６バイト
（DR＋MIN＋MSB＋BPL）に関するアドレスビットとこの
６バイト内のビット位置に関するアドレスビットとの３
個のアドレスを複合したアドレス信号を使用することも
できる。

フレーム化回路６の出力信号がエラー訂正符号のパリ
ティ発生回路７に供給され、例えば積符号の構成のエラ
ー訂正符号の符号化がなされる。パリティ発生回路７の
出力信号がディジタル変調回路８に供給され、ディジタ
ル変調の処理を受ける。ディジタル変調回路８の出力信
号が並列→直列変換回路９に供給され、並列→直列変換
回路９の出力に直列データの記録信号が得られる。この
パリティ発生回路７とディジタル変調回路８との間で図
示せずも、ブロックID信号（２バイト）とブロック同期
信号（２バイト）が付加される。第５図に示すように、
ｎバイトの長さの符号化データ（DR、MIN、MSB、BPL）
がｍ個並べられた２次元配列において、その水平方向に
第１のエラー訂正符号の符号化がされ、パリティPT1が
生成され、その垂直方向に第２のエラー訂正符号の符号
化がされ、パリティPT2が生成される。第１のエラー訂
正符号は、シンクブロック毎にエラーの検出及び訂正を
行うことができる。ブロックID信号として、１フレーム
内の画像ブロックの番号と関連したID信号、しきい値コ
ード等が挿入される。このID信号によりシンクブロック
の最初に位置する重要語データの画像ブロックの位置が
分り、高速サーチ時に再生されたシンクブロックのMSB
を使用した２値画像の復元のためにID信号が使用され
る。

並列→直列変換回路９からの記録信号は、磁気テープ
に回転ヘッドが接して、記録及び再生を行うテープトラ
ンスポート10に供給され、テープ上に記録される。

b.再生回路テープトランスポート10において、テープから再生さ
れた再生信号が再生アンプ等を介して直列→並列変換回
路11に供給されることによって並列の信号とされてディ
ジタル復調回路12に供給され、ディジタル復調の処理が
される。ディジタル復調回路12の出力信号がTBC（時間
軸補正装置）13に供給される。TBC13の出力信号がエラ
ー訂正回路14に供給され、エラー訂正符号により、エラ
ーが訂正される。エラー訂正回路14からは、訂正後のデ
ータ及びエラーの有無を示すエラーフラグが発生する。

エラー訂正回路14の出力信号がフレーム分解回路15に
供給される。フレーム分解回路15により、画素コードの
最上位ビットMSB、画素コードの第２番目の上位ビット
以下のビットBPL、付加的データ（ダイナミックレンジD
R、最小値MIN、しきい値コード）及びエラーフラグが分
離される。フレーム分解回路15では、ダイナミックレン
ジDRとしきい値コードとから画像ブロック毎のビット長
が復号され、このビット長情報、ダイナミックレンジD
R、最小値MIN、画素コードがADRCデコーダ16に供給され
る。また、フレーム分解回路15では、ダイナミックレン
ジDR或いはしきい値コードがエラーのために、画素コー
ドBPLの区切りが分からなくなった時に、ａビットのア
ドレス信号を参照して画素コードBPLの区切りを正しい
ものとするリフレッシュがなされ、エラー伝播が断ち切
られる。

ADRCデコーダ16では、画像ブロック毎に復号がされ、
各画素と対応する８ビットの復元デコータが得られる。
ADRCデコーダ16の出力信号がディシャフリング回路17に
供給され、シャフリング操作と逆の処理により、１フレ
ーム内のブロックの配列が元に戻される。ディシャフリ
ング回路17の出力信号がブロック分解回路18に供給され
る。

ブロック分解回路18は、画像ブロックの順序の各画素
のデータをテレビジョン信号の走査順序の信号に変換す
る。ブロック分解回路18からは、各画素と対応して８ビ
ットのコード信号である画素データと、各画素のエラー
の有無を示すエラーフラグとが発生する。

ブロック分解回路18から発生した画素データ及びエラ
ーフラグがエラー修整回路19に供給される。エラー修整
回路19では、エラーを含む画素が時間的及び空間的に相
関を持つ他の正しいデータにより補間される。エラー修
整回路19の出力信号がD/A変換器20に供給され、アナロ
グの映像信号が出力端子21に取り出される。

c.変形例上述の実施例では、ダイナミックレンジの情報とし
て、ダイナミックレンジDR及び最小値MINを伝送してい
るが、ダイナミックレンジDR、最小値MIN、最大値MAXの
中の任意の二つを伝送すれば良い。

この発明は、３次元ブロックのADRCに対しても適用で
きる。また、３次元ブロックのADRCと駒落とし処理とを
組み合わせた符号化に対しても、この発明を適用でき
る。

また、この発明は、（4,2,2）、（4,1,1）、（3,1,
0）等のサンプリング周波数の比を持つコンポーネント
方式のディジタルカラー映像信号の符号化に対しても適
用できる。

更に、この発明は、ADRCに限らず、他の高能率符号化
例えばDCT（ディスクリートコサイン変換）に対しても
適用できる。

〔発明の効果〕

この発明では、各シンクブロックの最初に位置する重
要語データに付随するその他のデータの位置を示すアド
レス信号がシンクブロック毎に付加されている。従っ
て、その他のデータが可変長であり、ブロック単位の区
切りが分からなくなっても、アドレス信号を参照して、
エラーの伝播を最大で、シンクブロックの期間に抑える
ことができ、受信（再生）側で良好な復元画像が得られ
る。また、ディジタルVTRの高速サーチ時には、シンク
ブロックが全体的に得られた時に、有効な再生データと
して扱われる。従って、アドレス信号により同一シンク
ブロック内に第２番目の上位ビット以下のデータがある
ことが分かれば、高速サーチ時でも良好な復元画像が得
られる利点がある。

【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図は画
像ブロックの一例の略線図、第３図はシャフリングの説
明に用いる略線図、第４図はシンクブロックの形成の説
明に用いる略線図、第５図はエラー訂正符号のブロック
を示す略線図である。図面における主要な符号の説明 1:アナログ映像信号の入力端子、 5:ADRCエンコーダ、 6:フレーム化回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内田真史東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (56)参考文献特開昭63−95790（ＪＰ，Ａ) 特開平３−24885（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/91 - 9/956 H04N 7/24 - 7/68 G11B 20/12 - 20/12 103

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構造のデー
タに変換するブロック化手段と、上記ディジタル画像信号をブロック毎に可変長符号化
し、復号の際に比較的重要なデータである重要語データ
と、復号の際に該重要語データよりも比較的重要でない
その他のデータからなる可変長符号化データを出力する
符号化手段と、上記可変長符号化データが入力され、固定のデータ量の
データ区間に対して上記重要語データを所定の位置に配
置し、該重要語データの位置以外のデータ区間に、上記
その他のデータを配置することによってシンクブロック
を形成するフレーム化手段とを備え、上記フレーム化手段は、上記その他のデータの位置を示
すアドレス情報を、上記シンクブロックの所定の位置に
付加することを特徴とするディジタル画像信号の符号化
装置。
【請求項２】請求項１において、上記符号化手段は、上記ブロック化手段の出力時のブロックのデータ量より
も少なく、ブロック化された上記ディジタル画像信号を
可変調符号化することを特徴とするディジタル画像信号
の符号化装置。