JP3902032B2 - ブロック変換符号化データの伝送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディジタル画像信号を小ブロックに分割し、ブロック毎に処理することによってデータ量を圧縮するブロック変換符号の符号化データを例えばディジタルＶＴＲによって記録／再生するのに適用される伝送装置に関する。
【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時には、その情報量が多いので、記録／再生できる程度の伝送レイトを達成するために、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のが普通である。高能率符号化としては、ディジタルビデオ信号を多数の小ブロックに分割し、ブロック毎に符号化処理を行うＡＤＲＣ、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform)等が知られている。
【０００３】
ＡＤＲＣは、例えば特開昭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である。ＤＣＴは、ブロックの画素をコサイン変換し、変換で得られた係数データを再量子化し、さらに、可変長符号化するものである。さらに、ブロック毎の平均値と、ブロック内の画素の平均値に対する差をベクトル量子化する符号化方法も提案されている。
【０００４】
ブロック変換符号化で得られる符号化出力は、同等の重要度を有していない。ＡＤＲＣの一つのタイプとして、ダイナミックレンジに適応して量子化ビット数を可変するものでは、ダイナミックレンジがエラーであると、そのブロックの量子化ビット数が受信側で分からなくなる。その結果、そのブロックと他のブロックとのデータの境界が不明となり、エラーが他のブロックにまで伝播する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ブロック符号化の出力を例えばディジタルＶＴＲで記録／再生する時に、エラー訂正符号によって、記録／再生時のエラーに対して保護を行っている。エラー訂正符号の能力で訂正できないエラーが量子化ビット数に関して発生すると、そのブロックの量子化ビット数が不明となるため、ブロック全体にエラーが伝播していた。その対策として、同じ量子化ビット数を複数回、記録することも行われているが、冗長度が増大し、圧縮効率が下がってしまう。
【０００７】
従って、この発明の目的は、冗長度の増大を抑えながら、重要語としての量子化ビット数がエラーのためのエラー伝播を防止できるブロック変換符号化データの伝送装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、複数の画素からなるブロック毎に決定された量子化ビット数でもって、複数の画素を量子化して量子化データを生成する量子化手段と、
複数のブロックの量子化ビット数の単純加算値の所定下位ビット、または量子化ビット数の平均値を形成する手段と、
複数のブロックのダイナミックレンジおよび最小値と量子化データと単純加算値の所定下位ビット、または量子化ビット数の平均値を伝送単位として構成する手段と、
伝送単位にエラー訂正符号化を施すエラー訂正符号化手段と からなるブロック変換符号のデータ伝送装置である。
【０００９】
所定期間の可変長符号化データの量子化ビット数の加算値を伝送データ中に挿入する。一つがエラーであって、加算値および他の量子化ビット数がエラーでないときには、受信側で正しい量子化ビット数を再生できる。同じデータを複数回、記録するのに比して冗長度を下げることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について説明する。図１は、この一実施形態、すなわち、ディジタルＶＴＲの信号処理の概略的構成を示す。１で示す入力端子から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。この実施形態では、ブロック化回路３では、１フレームの有効領域が（４×４）画素、（８×８）画素等の大きさのブロックに分割される。
【００１１】
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シャフリング回路４に供給される。シャフリング回路４では、例えばブロックの単位で、シャフリングがなされる。シャフリングは、ブロックの空間的な位置をシャッフルするものである。シャフリング回路４の出力がブロック符号化回路５に供給される。ブロック符号化回路５は、ブロック毎に画素データを圧縮符号化する。シャフリング回路４がブロック符号化回路５の後に設けられることもある。
【００１２】
この一実施形態では、ブロック符号化として、可変長ＡＤＲＣを用いており、一実施形態は、可変長ＡＤＲＣにおける量子化ビット数の情報のエラー対策として有効なものである。
【００１３】
可変長ＡＤＲＣは、固定長ＡＤＲＣの効率をより改善するものであって、量子化ビット数として、例えば０、１、２、３ビット（０ビットは、量子化コードを伝送しないことを意味する）を用意し、ダイナミックレンジＤＲが大きい時には、量子化ビット数を多くし、これが小さい時には、量子化ビット数を少なくするものである。従って、各ブロックに割り当てられる量子化ビット数は、各ブロックのダイナミックレンジＤＲから知ることができる。より具体的には、４個のしきい値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４が用意され、（ＤＲ＜Ｔ１）の場合には、量子化ビット数ｎが０とされ（即ち、コード信号が伝送されず）、（Ｔ１≦ＤＲ＜Ｔ２）の場合には、（ｎ＝１）とされ、（Ｔ２≦ＤＲ＜Ｔ３）の場合には、（ｎ＝２）とされ、（Ｔ３≦ＤＲ＜Ｔ４）の場合には、（ｎ＝３）とされ、（Ｔ４≦ＤＲ）の場合には、（ｎ＝４）とされる。
【００１４】
再生側では、ダイナミックレンジＤＲがエラーとなると、そのブロックに割り当てられた量子化ビット数が不明となり、正しく各ブロックの量子化コードを切り出すことができず、エラーが他のブロックの量子化コードにまで波及する伝播エラーが発生する。この問題を解決するために、この発明の実施形態では、所定期間例えば１シンクブロック内に含まれる量子化コードの量子化ビット数の加算値を伝送する。
【００１５】
ブロック符号化回路５では、各ブロックのダイナミックレンジＤＲと最小値ＭＩＮとが検出され、最小値が除去されたビデオデータが量子化ステップで再量子化される。可変長ＡＤＲＣの場合では、量子化ビット数ｎと対応してダイナミックレンジＤＲを1/２ⁿ することによって、量子化ステップΔが得られる。この量子化ステップΔで、最小値が除去されたビデオデータが除算され、商を切り捨てにより整数化した値が量子化データ（ビットプレーンとも称される）とされる。ダイナミックレンジＤＲ、最小値ＭＩＮ、量子化ビット数および量子化データがブロック符号化回路５の出力データである。各ブロックに重要語として、ダイナミックレンジＤＲ、最小値ＭＩＮおよび量子化ビット数が発生する。後述のように、重要語に関しては、ｎブロックの重要語を集めて、加算等の処理を行ない、エラーに対する保護を強力としている。
【００１６】
ブロック符号化回路５の出力データがパリティ発生回路６に供給される。パリティ発生回路６は、エラー訂正符号のパリティを発生する。エラー訂正符号としては、例えばデータのマトリ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エラー訂正符号化を行う積符号を採用することができる。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。シンク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７に供給され、直流分を低減させるためのチャンネル符号化の処理を受ける。
【００１７】
チャンネル符号化回路７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８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、複数の回転ヘッドが使用されるが、簡単のために、一つのヘッドのみが図示されている。
【００１８】
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の出力データがエラー訂正回路１３に供給され、積符号の復号がされる。エラー訂正回路１３から発生する出力データには、再生データの他にエラー訂正した後のエラーの有無を示すエラーフラグが含まれる。図１では、エラーフラグの伝送路が破線により示されている。
【００１９】
エラー訂正回路１３の出力データが重要語訂正回路１４に供給される。重要語訂正回路１４は、エラーフラグによって、エラーであることが示される重要語を訂正するものである。重要語訂正回路１４の出力データがブロック復号回路１５に供給される。この復号回路１５は、エラーでない重要語を使用してＡＤＲＣ復号を行い、また、重要語がエラーのブロックに関しては、重要語訂正回路１４において、訂正された重要語を使用してＡＤＲＣの復号を行う。重要語訂正回路１４は、エラーを訂正できない場合に、重要語を推定する機能を有しているのが好ましい。
【００２０】
ブロック復号回路１５では、例えば可変長ＡＤＲＣ復号の場合、量子化コードのビット数をｎビットとする時に、各画素の復号値Ｌｉを発生する。この復号値Ｌｉは次式で表される。
Ｌｉ＝〔（ＤＲ／２ⁿ ）×ｘｉ＋ＭＩＮ＋０．５〕
＝〔Δ×ｘｉ＋ＭＩＮ＋０．５〕
【００２１】
但し、ｘｉはコード信号の値、Δは量子化ステップ、〔 〕はガウス記号である。上式の〔 〕内の演算を例えばＲＯＭで実現し、最小値ＭＩＮの加算を行う構成をブロック復号回路１５が有している。
【００２２】
ブロック復号回路１５の復号データ、すなわち、各画素と対応する復元データがディシャフリング回路１６に供給される。この回路１６は、記録側のシャフリング回路４と相補的なもので、ブロックの空間的な位置を元の位置に戻す処理を行う。ディシャフリング回路１６の出力データがブロック分解回路１７に供給される。ブロック分解回路１７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１７の出力データがエラー修整回路１８に供給される。エラー修整回路１８は、画素単位でエラーであるデータを周辺の画素データで補間する。
【００２３】
補間処理としては、空間的な補間回路と時間方向の補間回路とが順次接続されたものを使用できる。空間的補間回路は、エラーフラグを参照し、補間しようとする注目画素がエラーのときに、周辺画素でこのエラー画素を補間する。具体的には、周囲８点（上下、左右の４点と斜めの４点）の画素のエラーフラグを見て、最初に水平方向の補間、次に垂直方向の補間、さらに次に斜め方向の補間、最後に隣の画素で単に置き換える補間の優先順序で補間を行なう。補間がなされると、エラーフラグがリセットされる。この空間的補間回路で補間できなかった画素データがこの時間方向補間回路で補間される。時間方向補間回路は、エラーの画素と空間的に同一位置の以前のフレームの画素データによって、このエラーの画素を置き換えるものである。エラー修整回路１８の出力データがＤ／Ａ変換器１９に供給され、出力端子２０には、各画素と対応し、ラスター走査の順序の復元データが得られる。
【００２４】
図２は、量子化ビット数の加算値Ｎ−ＳＵＭを記録するようにした一実施形態のデータ構成を示す。図２は、シンクブロックのデータ構成の一例である。１トラックに記録される５個のシンクブロックが図２では、垂直方向に重ねられて示されている。各シンクブロックの先頭には、ブロック同期信号とＩＤ信号とが付加され、各シンクブロックの終わりには、積符号の内符号のパリティが付加されるが、これらについての図示が省略されている。
【００２５】
各シンクブロックには、４個のＡＤＲＣブロックの符号化データが格納される。例えば第１のシンクブロックには、４個のＡＤＲＣブロックの符号化出力の重要語ＤＲ１〜ＤＲ４とＭＩＮ１〜ＭＩＮ４とこの第１シンクブロック内の量子化コードの量子化ビット数の加算値Ｎ−ＳＵＭと量子化コードＢＰ１〜ＢＰ４とが格納される。ＢＰ１〜ＢＰ４のそれぞれの量子化ビット数をＢＡ１〜ＢＡ４とすると、
Ｎ−ＳＵＭ＝ＢＡ１＋ＢＡ２＋ＢＡ３＋ＢＡ４・・・・(1)
である。
【００２６】
量子化ビット数の最大値が４ビットであるから、４個のブロックで、加算値Ｎ−ＳＵＭの最大値は、１６である。これは、４ビットで表現できるが、データ構成上では、１バイトがＮ−ＳＵＭに対して割り当てられている。各シンクブロックの先頭の９バイトは、固定長データ領域である。各シンクブロックのデータ領域の残りのｌの長さの領域には、４個のブロックの量子化データＢＰｉ〜ＢＰi+3 が配される。従って、１シンクブロックのデ−タ領域の長さは、（９＋ｌ）バイトである。第１〜第５シンクブロックのデータ量は、５×（９＋ｌ）バイトである。
【００２７】
このように加算値Ｎ−ＳＵＭを記録することで、伝播エラーを防止することができる。例えば第１シンクブロックのダイナミックレンジＤＲ３がエラーとなると、従来では、量子化コードＢＰ３の量子化ビット数ＢＡ３が不明となる。しかしながら、ＢＡ３＝Ｎ−ＳＵＭ−（ＢＡ１＋ＢＡ２＋ＢＡ４）の演算によって、量子化ビット数ＢＡ３が再生側で分かる。これによって、量子化コードＢＰ３の切出しを正しく行うことができ、その結果、ＢＰ４をも正しく切り出すことができる。ダイナミックレンジＤＲ３自体は、訂正できないので、補間等によってダイナミックレンジＤＲ３を推定する必要がある。
【００２８】
以上の例では、４個の量子化ビット数を加算して加算値Ｎ−ＳＵＭを形成している。これをさらに拡張すると、異なるシンクブロック内、異なるトラック内のように、種々のパターンの量子化ビット数をの加算値を格納すれば、１個の場合に限らずそれ以上のエラーも訂正できる。つまり、ｎ個の加算値Ｎ−ＳＵＭｉが格納されているとすると、
Σａ（ｉ，ｊ）×ＢＡｊ＝Ｎ−ＳＵＭｉ（ｉ＝０〜ｎ−１）・・・(2)
但し、Σは、ｊ＝０からｊ＝ｎ−１までの加算を意味し、ａ（ｉ，ｊ）は、どのＢＡを加えるかを示す加算パターンである。上式の連立方程式を解くことによって、複数のエラーの量子化ビット数ＢＡｊを訂正できる。
【００２９】
一例として、図２のデータ構成において、各シンクブロック内の量子化ビット数の加算値のみならず、５シンクブロックの縦方向の量子化ビット数の加算値も格納されているものとする。例えばＢＡ３、ＢＡ７、ＢＡ１１、ＢＡ１５、ＢＡ１９の加算値Ｎ−ＳＵＭｊも格納されていると、ＤＲ３およびＤＲ４の２個がエラーとなっても、量子化ビット数が分かる。すなわち、まず、ＢＡ７、ＢＡ１１、ＢＡ１５、ＢＡ１９と加算値Ｎ−ＳＵＭｊとによって、ＢＡ３を訂正できる。次に、ＢＡ１、ＢＡ２、訂正後のＢＡ３を用いて、ＢＡ４を訂正することができる。
【００３０】
図３は、加算値Ｎ−ＳＵＭを使用して正しい量子化ビット数の情報を得るための回路の一例である。図３において、前段のエラー訂正回路からのデータおよびエラーフラグがビット割り当て決定回路５１に供給される。エラーフラグは、ダイナミックレンジＤＲ、最小値ＭＩＮ、量子化コードの各サンプルについて、それぞれエラーの有無を示す１ビットのデータである。また、エラーフラグがカウンタ５３に供給される。
【００３１】
カウンタ５３は、各シンクブロックのダイナミックレンジＤＲおよび加算値Ｎ−ＳＵＭに関するエラーフラグを計数する。カウンタ５３の計数値が判定回路５４に供給され、判定回路５４は、計数値およびエラーフラグを参照して判定結果を発生し、この判定結果がビット割り当て訂正回路５５および選択回路５２に供給される。判定結果に応答して量子化ビット数の訂正がビット割り当て訂正回路５５においてなされ、選択回路５２が判定結果に応じて制御される。判定結果は、次の三つの場合を区別するものである。
【００３２】
（１）ダイナミックレンジＤＲが全て正しい
ビット割り当て決定回路５１でダイナミックレンジＤＲから求められた量子化ビット数を選択回路５２が選択する。
（２）加算値Ｎ−ＳＵＭが正しく、１個のＤＲｋがエラーである
訂正回路５５が上述のように、正しいｋ番目のブロックの量子化ビット数ＢＡｋを計算する。選択回路５２は、決定回路５１からの情報に代えて訂正されたＢＡｋを選択し、ＢＡｋのエラーフラグをクリアする。
（３）Ｎ−ＳＵＭおよびＤＲに関して２個以上がエラーである
この場合には、訂正不可能であり、選択回路５２は、二つの入力の何れを選択しても良い。
【００３３】
選択回路５２からの量子化ビット数情報がビットプレーン切出し回路５６に供給され、シンクブロック内の量子化コードＢＰが正しい区切りで切り出される。この切出し回路５６の出力がＡＤＲＣデコーダ５７に供給され、ＡＤＲＣの復号がなされる。なお、可変長ＡＤＲＣの場合には、所定期間例えば１トラック、複数シンクブロック、１シンクブロック等の所定期間の量子化データのデータ量を一定に制御するバッファリング処理がなされる。このバッファリング処理がされる場合にも、この発明は、適用できる。
【００３４】
なお、加算値のビット数を削減するために、加算値の下位８ビットのみを伝送（または記録）するようにしても良い。また、単純加算値の代わりに、排他的論理和または平均値を使用しても良い。また、ブロック符号化としてＡＤＲＣを用いているが、ＤＣＴ等の他のブロック符号化を用いても良い。
【００３５】
【発明の効果】
この発明は、複数ブロックの量子化ビット数と量子化データと単純加算値の所定下位ビット、または量子化ビット数の平均値を記録しているので、冗長度の増大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を適用することができるディジタルＶＴＲの記録／再生回路のブロック図である。
【図２】この発明の一実施形態におけるシンクブロックの構成の例を示す略線図である。
【図３】この発明の一実施形態における量子化ビット数の訂正回路の一例のブロック図である。
【符号の説明】
１４・・・重要語訂正回路、５１・・・ビット割り当て決定回路、５４・・・判定回路、５５・・・ビット割り当て訂正回路

Claims (1)

1. 複数の画素からなるブロック毎に決定された量子化ビット数でもって、上記複数の画素を量子化して量子化データを生成する量子化手段と、
   複数の上記ブロックの上記量子化ビット数の単純加算値の所定下位ビット、または上記量子化ビット数の平均値を形成する手段と、
   上記複数の上記ブロックのダイナミックレンジおよび最小値と上記量子化データと上記単純加算値の所定下位ビット、または上記量子化ビット数の平均値を伝送単位として構成する手段と、
   上記伝送単位にエラー訂正符号化を施すエラー訂正符号化手段と からなるブロック変換符号のデータ伝送装置。

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