JP3284681B2 - エラーコンシール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディジタル画像信号
を、例えば高能率符号化を用いたディジタルＶＴＲによ
って記録／再生するのに適用されるエラーコンシール
（エラー修整）装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタルビデオ信号を磁気テープ等の
記録媒体に記録するときは、その情報量が多いので、高
能率符号化によって、ディジタルビデオ信号を圧縮する
手法が一般的になりつつある。高能率符号化の一つとし
て、予測符号化が知られている。予測符号化として周知
のものは、１次元あるいは２次元のＤＰＣＭである。他
のものとして、予測値適応型量子化器を用いた符号化が
提案されている。

【０００３】予測値適応型量子化を用いた符号化は、例
えばＭＵＳＥ信号のディジタル伝送方式に使用している
方式で、通常のＤＰＣＭが、すべての予測値に対し、同
じ差信号分布を仮定し、量子化器の設計を行なっている
のに対し、実際には、差信号分布は予測値毎に異なる分
布であり、また出現する差信号の範囲も予測値毎に異な
るので、予測値毎に別の量子化器を用意し、予測値によ
って切り替えて使用する、という符号化方式である。

【０００４】予測値適応型量子化器は、予測値と入力値
の差分値である予測誤差を量子化して符号を割り当てる
のではなく、入力画素の値そのものを量子化するように
符号を割り当てている。通常のＤＰＣＭでは符号誤りが
生じた場合、基本的にその影響がそれ以降の全てのデー
タの伝播するので、符号誤りの収束のためリフレッシュ
やリークを必要としている。ところが、予測値適応型量
子化器では、このように符号を割り当てることにより、
伝送路上で生じた符号誤りの伝播を抑制する効果を持た
せることができる。そのためリフレッシュやリークを必
ずしも必要としない、という特徴を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、予測値適応
型量子化器は、符号割り当てを工夫することにより、伝
送路上で生じた符号誤りの伝播を抑圧する効果を奏する
が、実際にある画素にエラーが発生した場合は、その誤
りを完全に抑圧するために数画素を必要とするため、エ
ラーが発生した画素を起点に数画素の範囲では劣化が目
立つという問題があった。

【０００６】また、それに対するコンシール法として、
予測値適応型量子化器を用いた符号化の特徴として、予
測に用いた画素と逆の方向にエラーが伝播するという特
徴がある。すなわち、画素Ｘの予測に、その上側に位置
する画素Ａ、およびその右側に位置する画素Ｂを使用し
た場合、画素Ｘで発生したエラーは、右、および下方
向、さらに右下方向に伝播する。そこで、エラー伝播の
影響が特に大きいと考えられる領域、例えば画素Ｘを左
上とした（３×３）のブロックを、周辺データ、もしく
は過去のデータで全体的に置き換える、というコンシー
ル方法が考えられる。

【０００７】しかしながら、この方法は、一種の領域置
き換えにほかならず、実際にはエラー伝播する範囲はエ
ラーの絶対量によって変化するのに、現実的には常に同
じ領域の置換を行う必要があり、予測値適応型量子化器
の利点を活かしているとはいい難い。

【０００８】さらに、それに対するコンシール法とし
て、エラーの発生した画素のデータをそのデータの予測
値で置き換える、という手法が考えられる。この手法
は、予測値適応型量子化器の自己回復性を有効に使用し
ており、殆どの場合は、データの真の復号値と予測値の
差が小さいためこの手法の有効性は高いが、データの真
の復号値と予測値の差が大きい場合は、この手法による
と逆にエラーによる伝播が目立つ、という問題が生じ
る。

【０００９】従って、この発明の目的は、予測符号化を
使用している場合における上述の問題点を解決、あるい
は低減したコンシール装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ディ
ジタル画像信号を予測符号化して伝送されたデータのう
ち、エラーであることが指示される注目符号化データを
コンシールするためのエラーコンシール装置において、
予測符号化されたディジタル画像信号の復号処理に基づ
き、注目符号化データの周辺の画素の復号値から注目符
号化データに関する予測値を生成するための手段と、予
測値と注目符号化データとを使用して仮の復号値を生成
するための復号手段と、仮の復号値と周辺の画素の復号
値との相関の程度を決定し、相関が低い場合には、注目
符号化データの復号値を予測値により置き換え、それ以
外の場合には、注目符号化データの復号値を仮の復号値
により置き換えるように、処理を制御するための制御手
段とからなるエラーコンシール装置である。

【００１１】

【作用】通常のエラーコレクションではバイト単位でエ
ラーフラグを立てる。そのため、量子化データが８ビッ
ト未満であるような圧縮手法を用いた場合、量子化デー
タにエラーフラグが立っていても、実際にエラーがある
とは限らない。また、エラーコレクション手法によって
は、訂正能力を超えたエラーが発生した場合には、実際
にはエラーがなくともエラーフラグが立ってしまうこと
がある。従って、量子化データにエラーフラグが立って
いる場合でも、そのすべての場合をコンシールしてしま
うのは必ずしも得策でない。この発明では、量子化デー
タのエラーフラグが立っている場合、その復号値と周辺
の既に復号済のデータとの相関を判定し、その量子化デ
ータに実際にエラーが発生していると考えられる場合の
み、予測値置き換えによるコンシールを実行する。この
ことにより、予測値と真の復号値の差の大きい画素に関
してはコンシールを行うことによって、かえって劣化が
目立つ現象が軽減され、良好な復号画像が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を予測値適応型量子化を用い
たディジタルＶＴＲに適用した場合の実施例について説
明する。なお、予測値適応型量子化を用いた符号化のこ
とを、予測値適応型ＤＰＣＭと称する。

【００１３】図１は、この一実施例、すなわち、ディジ
タルＶＴＲの信号処理の概略的構成を示す。入力端子１
からアナログビデオ信号が供給され、Ａ／Ｄ変換器２に
よって、１サンプルが例えば８ビットにディジタル化さ
れる。このＡ／Ｄ変換器２の出力データがブロック化回
路３に供給される。この実施例では、ブロック化回路３
によって、１フレームの有効領域が（８×８）画素等の
大きさのブロックに分解される。

【００１４】ブロック化回路３からのブロックの順序に
走査変換されたディジタルビデオ信号がブロック符号化
回路４に供給される。ブロック符号化回路４は、ブロッ
ク毎に画素データを圧縮符号化する。この一実施例で
は、ブロック符号化として、固定長フィールド内予測値
適応型ＤＰＣＭを用いている。

【００１５】ブロック符号化回路４では、各ブロック左
上の画素のみが初期値ＲＥＦとして圧縮なしの８ビット
で伝送され、他の画素データは例えば４ビットに量子化
される。予測値適応型ＤＰＣＭの場合は、ブロック単位
で処理する必要はないが、ここでは、ＶＴＲアプリケー
ションを考慮して、高速サーチ時に少しでも画像が見や
すいようブロック符号化を行っている。また、同様に予
測値適応型ＤＰＣＭでは、必ずしもリフレッシュを必要
としないが、高速サーチ時にもある程度の画像が出力で
きるように、また、より高い対エラー性を持つためにリ
フレッシュを使用している。予測値適応型ＤＰＣＭにつ
いては、後でより詳細に説明する。

【００１６】ブロック符号化回路４のデータがフレーミ
ング回路５に供給される。フレーミング回路５は、エラ
ー訂正符号のパリティを発生するとともに、同期ブロッ
クが連続する構造の記録データを発生する。エラー訂正
符号としては、例えばデータマトリックス状配列の水平
方向および垂直方向のそれぞれに対して、バイト単位で
エラー訂正符号化を行う積符号を用いる。符号化データ
およびパリティに対して、シンク（ＳＹＮＣ）ブロック
同期信号およびＩＤ信号が付加される。

【００１７】図２は、フレーミング回路５における同期
ブロックの構成の一例を示す。同期ブロックの先頭に同
期信号（ＳＹＮＣ）が位置し、その後に制御用のＩＤ信
号が挿入される。同期ブロックのデータ領域には、初期
値ＲＥＦ、および各画素と対応する量子化データが配列
される。

【００１８】このような構成の同期ブロックが複数個並
べられることによって、２次元配列が構成される。図２
においては、破線は、ひとつの同期ブロックを示してい
る。この２次元配列の横（行）方向と縦（列）方向のそ
れぞれに対して、エラー訂正符号化がなされる。横方向
のデータから形成され冗長データが内符号パリティであ
り、縦方向のデータから形成された冗長データが外符号
パリティである。このエラー訂正符号化は、所謂積符号
である。同期ブロックが連続する記録データがチャンネ
ル符号化回路６に供給され、直流成分を低減するための
チャンネル符号化の処理を受ける。

【００１９】チャンネル符号化回路６の出力データがビ
ットストリームに変換され、さらに記録アンプ７を介し
て回転ヘッドＨに供給され、記録データが磁気テープＴ
上に斜めのトラックとして記録される。通常、２個以上
の回転ヘッドが使用されるが、簡単のために、１個のヘ
ッドのみが図示される。

【００２０】ブロック符号化回路３においてなされるフ
ィールド内予測値適応型ＤＰＣＭについて以下に説明す
る。まず、図３において、Ｘで示す量子化しようとする
注目画素の予測値が、既に量子化された画素Ａ、画素Ｂ
の復号値を用いて予測される。予測式は、Ｙ（輝度）信
号に関しては、 （画素Ｘの予測値）＝〔０．７５×（画素Ａの復号値）
＋０．２５×（画素Ｂ の復号値）〕 （１） Ｃ（色）信号に関しては、 （画素Ｘの予測値）＝〔０．５×（画素Ａの復号値）＋
０．５×（画素Ｂの復号値）〕 （２） である。ただし、式中の〔〕は、四捨五入を表す。

【００２１】なお、図４に示すような各ブロックの最上
ラインの画素の予測は、 （画素Ｘの予測値）＝（画素Ａの復号値） また、図５に示すような各ブロック再左位置の画素の予
測値は、 （画素Ｘの予測値）＝（画素Ｂの復号値） で算出される。

【００２２】上記に手段により算出された予測値を、図
６に示すような予測値に適応して設計された予測値適応
型量子化特性を用いることにより量子化を行う。図６に
おいて、横軸が予測値であり、縦軸が符号化画素の値
（エンコーダの場合）あるいは代表値（デコーダの場
合）である。この図６では、出力としての符号（０００
０）、（０００１）、（００１０）、・・・、（１１１
０）、（１１１１）を発生するそれぞれの領域が量子化
しきい値（破線）で区切られて示されている。

【００２３】図６の量子化特性によって符号（量子化デ
ータ）を求めるには、算出された予測値において、画素
Ｘの実際の値（符号化画素の値）がその範囲に含まれる
ような、量子化しきい値（破線）があらわす領域が画素
Ｘの量子化データを決定する。例えば、画素Ｘの予測値
が１２８で実際のデータが１９２の場合、量子化データ
は、（１１１０）となる。初期値ＲＥＦ、および量子化
データがブロック符号化回路４の出力データである。

【００２４】続いて、この発明の一実施例の再生側の動
作について、図１を参照して説明する。磁気テープＴか
ら回転ヘッドＨにより取り出された再生データは、再生
アンプ１１を介してチャンネル復号回路１２に供給さ
れ、チャンネル符号化の復号がなされる。チャンネル復
号回路１２の出力データがフレーム分解回路１３に供給
される。

【００２５】フレーム分解回路１３では、まず、エラー
訂正がなされる。エラー訂正によっても復元できなかっ
たデータには、バイト単位でエラーフラグが立てられ、
エラーのないデータと区別される。続いて、記録データ
からの各種のデータの分離がなされる。

【００２６】フレーム分解回路１３の出力がブロック復
号回路１４に供給される。ブロック復号回路１４では、
予測値を式（１）および式（２）に従って形成し、この
予測値と量子化データから各画素の復号値を生成する。
また、ブロック復号回路１４では、エラーコンシールが
なされる。ブロック復号回路１４の出力データがブロッ
ク分解回路１５に供給される。ブロック分解回路１５に
よって、データの順序がブロックの順序からラスター走
査の順序へ戻される。ブロック分解回路１５の出力デー
タがＤ／Ａ変換器１６に供給され、出力端子１７には、
各画素と対応し、ラスター走査の順の復元ビデオデータ
が得られる。

【００２７】この発明の特徴とする、エラーコンシール
について以下に説明する。まず、エラーのない初期値Ｒ
ＥＦ（８ビット）は、そのままデータを復号値として出
力する。エラーのない量子化データについては、符号化
時と同様に、まず上述の式（１）および式（２）に示す
予測関数を用いて、復号しようとする画素Ｘの予測値が
既に復号された画素Ａ、画素Ｂの復号値を用いて予測さ
れる。その予測値を図６に示す予測値適応型量子化特性
に適用して復号化を行う。具体的には、横軸に示す予測
値と実線が示す量子化代表値の交点の縦軸の示す値が復
号値となる。例えば、画素Ｘの予測値が１２８で量子化
データが（１１１０）の場合、復号値が１９３となる。

【００２８】一方、エラーのある初期値ＲＥＦ、および
エラーのある量子化データに関しては、コンシール処理
が行なわれる。若し、コンシールを行なわないならば、
例えば画素Ｘにエラーが発生した場合、画素Ｘとそのエ
ラーが伝播する範囲において劣化が目立つことになる。

【００２９】また、画素Ｘの復号値を、単純に画素Ａと
画素Ｂの復号値から算出される予測値で置き換える方式
では、図７あるいは図８に示すように、画素Ａ、あるい
は画素Ｂと画素Ｘのレベル差が大きい場合、予測値と真
の復号値との差が大きくなり劣化が目立つことになる。
また、画素Ｘの量子化データについてエラーフラグが立
っている場合でも、エラーフラグはバイト単位（すなわ
ち、この例では、２個の量子化データの単位）で立てら
れているため、必ずしも画素Ｘの量子化データにエラー
があるとは限らず、さらに、エラー訂正の方式によって
は、実際にはエラーがなくともエラーフラグが立つこと
もある。このような場合には、実際には、画素Ｘの復号
値にはエラーがないのに、予測値で復号値を置き換える
ことによって逆に劣化が発生してしまうことになる。

【００３０】従って、この発明は、画素Ａ、あるいは画
素Ｂと画素Ｘのレベル差が大きい場合でも、破綻の発生
しにくいようなコンシールを行なうこと、並びにエラー
フラグの立っている量子化データに対応する復号値のす
べてをコンシールするのではなく、実際にエラーが発生
している可能性の高い量子化データに対応する復号値の
みにコンシールを行なうことによって、高性能なコンシ
ールを達成するものである。

【００３１】すなわち、この発明では、画素Ｘの初期値
ＲＥＦ、もしくは量子化データに関してエラーフラグが
立っているときに、画素Ａの復号値と画素Ｂの復号値か
ら、式（１）および式（２）の予測式により画素Ｘにお
ける予測値を算出する。なお、この場合は注目画素がブ
ロック最上ラインデータ、あるいはブロック最左データ
であっても、他のブロックのデータを用いることによっ
て式（１）および式（２）の予測式により予測値を算出
する。その予測値と画素Ｘの符号（量子化データ）か
ら、エラーがないときと同様の手順で画素Ｘの仮の復号
値を求める。

【００３２】ここで、 ｜（画素Ｘの仮の復号値）−（画素Ａの復号値）｜＞
（しきい値） かつ ｜（画素Ｘの仮の復号値）−（画素Ｂの復号値）｜＞
（しきい値） のとき、画素Ｘの仮の復号値が周辺の復号値と相関を持
たない、すなわち、仮の復号値が真の復号値からはかけ
離れた値である可能性が高い。そこで、画素Ｘの復号値
として、画素Ａの復号値と画素Ｂの復号値から算出した
画素Ｘにおける予測値を出力する。

【００３３】それ以外のときは、画素Ｘの仮の復号値
が、画素Ａの復号値、あるいは画素Ｂの復号値との相関
を有しているものと考えられる。すなわち、画素Ｘの仮
の復号値が真の復号値と近いと考えられる。従って、画
素Ｘの復号値として、画素Ｘの仮の復号値を出力する。

【００３４】以上の処理の流れを図９のフローチャート
を参照して説明する。最初に、データのエラーの有無が
エラーフラグを参照して決定される（ステップ２１）。
若し、エラーフラグが立っていないならば、初期値は、
そのままの値で出力し、量子化データは、通常の復号を
行った値を出力する（ステップ２２）。

【００３５】データにエラーがあるときには、初期値
は、そのままの値で出力し、量子化データは、通常の復
号を行った値を仮の復号値とする（ステップ２３）。そ
して、仮の復号値と画素Ａの復号値との差分の絶対値、
仮の復号値と画素Ｂの復号値との差分の絶対値をそれぞ
れ計算する（ステップ２４）。

【００３６】これらの絶対値が次のステップ２５におい
て、しきい値とそれぞれ比較される。若し、いずれの絶
対値もしきい値を超えるならば、仮の復号値が画素Ｘの
真値とかけ離れている可能性が高いと判断して、画素Ｘ
の予測値を復号値として出力する（ステップ２６）。逆
に、ステップ２５の判定が否定であるならば、仮の復号
値が真の復号値と近いと考えられ、画素Ｘの復号値とし
て、画素Ｘの仮の復号値を出力する（ステップ２７）。
このようにしてコンシール動作が完了する。

【００３７】図９のフローチャートで示される処理は、
ソフトウェア処理に限らず、ハードウエアで実現するこ
とができる。各ステップに対応する処理を行う構成要素
によって、ハードウエアを実現できる。

【００３８】なお、説明の簡単化のため、判定に使用す
る画素を画素Ａ、画素Ｂの２点としたが、画素Ｘの１フ
レーム前の同一位置の画素Ｃを加えて、判定の条件を ｜（画素Ｘの仮の復号値）−（画素Ａの復号値）｜＞
（しきい値１） かつ ｜（画素Ｘの仮の復号値）−（画素Ｂの復号値）｜＞
（しきい値１） かつ ｜（画素Ｘの仮の復号値）−（画素Ｃの復号値）｜＞
（しきい値２） としても良い。しきい値１としきい値２の値を異ならせ
る。

【００３９】このように、この発明は、エラーフラグの
立っている量子化データおよび初期値ＲＥＦをすべてコ
ンシールするのではなく、その中の実際にエラーが発生
している可能性の高いデータのみをコンシールするもの
である。一般的な手法では、すべてのエラーフラグの立
ったデータをコンシールしてしまうため、エラーフラグ
が立っているが、実際にはエラーでないデータもコンシ
ールしてしまい、コンシールがうまくいかなかった画
素、すなわち、予測値と真の復号値の差の大きい画素に
関しては、かえって劣化が目だってしまう問題があっ
た。

【００４０】これに対し、この発明では、エラーフラグ
が立っているデータのすべてをコンシールするのではな
く、その中で実際にエラーに発生している可能性の高い
画素のみをコンシールするので、上記のような劣化が発
生するおそれを低減することができ、総合的に高性能な
コンシールを達成できる。

【００４１】なお、上述の実施例は、予測値適応型ＤＰ
ＣＭを使用した例であるが、この発明は、通常のＤＰＣ
Ｍにも適用できる。さらに、この発明は、ディジタルＶ
ＴＲに限らず、種々の伝送路を用いる場合にも適用可能
である。

【００４２】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、エラーが発生した量子化データの復号に関しても高
性能なコンシールが実現できるため、例えばディジタル
ＶＴＲにこの発明を適用したとき、再生データにエラー
が発生したときでも、この発明は、より良好な再生画像
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を適用できるディジタルＶＴＲの記録
／再生系の一例を示すブロック図である。

【図２】この発明の一実施例におけるフレーミングの一
例の略線図である。

【図３】この発明の一実施例における予測画素の位置関
係を示す略線図である。

【図４】ブロック最上ラインデータの処理を説明するた
めの略線図である。

【図５】ブロック最左データの処理を説明するための略
線図である。

【図６】予測値適応型量子化器の特性の一例を示す図で
ある。

【図７】エラー画素を予測値で置き換えた時に生じる問
題点を説明するための略線図である。

【図８】エラー画素を予測値で置き換えた時に生じる問
題点を説明するための略線図である。

【図９】この発明の一実施例の動作を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

４ ブロック符号化回路 １４ ブロック復号回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−318475（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディジタル画像信号を予測符号化して伝
   送されたデータのうち、エラーであることが指示される
   注目符号化データをコンシールするためのエラーコンシ
   ール装置において、 上記予測符号化されたディジタル画像信号の復号処理に
   基づき、上記注目符号化データの周辺の画素の復号値か
   ら上記注目符号化データに関する予測値を生成するため
   の手段と、 上記予測値と上記注目符号化データとを使用して仮の復
   号値を生成するための復号手段と、 上記仮の復号値と上記周辺の画素の復号値との相関の程
   度を決定し、上記相関が低い場合には、上記注目符号化
   データの復号値を上記予測値により置き換え、それ以外
   の場合には、上記注目符号化データの復号値を上記仮の
   復号値により置き換えるように、処理を制御するための
   制御手段とからなるエラーコンシール装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のエラーコンシール装置
   であって、 予測符号化として、予測値適応型量子化を用いることを
   特徴とするエラーコンシール装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のエラーコンシール装置
   であって、 仮の復号値と周辺の画素の復号値との差分の絶対値をし
   きい値判定することで、相関の程度を決定することを特
   徴とするエラーコンシール装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のエラーコンシール装置
   であって、 仮の復号値と周辺の画素の復号値とから空間方向および
   時間方向の相関の程度を決定することを特徴とするエラ
   ーコンシール装置。