JPH01171324A - 高能率符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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）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）遅
蒔、“適応型ダイナミック・レンジ符号化”信学会技報
ＶＯＩ、、８６−Ａ２５６　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９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、４０６
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小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、４０９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４０６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ビツトであられされる）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４０６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ビツト、プロン。

り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 ８Ｘ１　６＝１　２８ である。あるブロックにおいてダイナミックレンジが１
５であれば、１６個の符号化データは４ビツトで表せ、
最小値、ダイナミックレンジは８ビツトで表せるので、
全出力ビット数は ８＋８＋４Ｘ１６＝８０）１２８ となって１データ当りの平均ビット数を８から６（８０
／１６＝６）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
ビツト）を表わすデータ３ビツト（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＋４Ｘ１８＝７６＞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。

この池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ビツト）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
ト値と前記偏差データとの重みづけ和を、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ジ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。すなわちに個の入力デ
ータを単位としてブロックを構成するとき、信号の相関
によジ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に個の入力データＤは次式のよう
に表わすことができる。

但しＦ：オフセット値 Ｅｌ、Ｅ２．・・・・・・、Ｅｋ：偏差データ偏差デー
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。可逆な符号化を行なう場合、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６ビツ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ビツ
トの符号化データＣとして伝送する。これにより１サン
プル当シ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だ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。なぜならオフセント値がこの範
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（Ｄｌ、
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−Ｄ
ｋ　　・・・（２）但し、Ａ１．Ａ２．・・・・・・、
Ａｋは定数である。

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（Ｅｖ
、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））／（ＡＩ＋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の重み付は和であり、一種のフィルりの出力である
。定数ＡＩ、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Ｈ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、データ数に＝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より代表鎮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、１１ｏは
前記符号化データＣの出力端子、１１１は代表値Ｈ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
ビツト）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７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（Ｄｌ、Ｄ２．
・・・・・・。

Ｄｌ６）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Ｄ
Ｒ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１
０６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（Ｄｌ。

Ｄ２．・・・・・・、Ｄｌ６）よりオフセット値Ｆを減
算して偏差データＥ（Ｅｌ、Ｅ２．・・・・・・、Ｅｌ
６）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
，Ｃ！２．・・・・・・、Ｃ１６）を得、端子１１０よ
り出力する。代表値作成回路１０Ｂは入力データＤ（Ｄ
ｌ、Ｄ２．・・・・・・、Ｄｌｓ）に対しそれぞれ重み
係数である定数ＡＩ、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７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変換を行
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、２０
３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（Ｅ
ｌ。

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２ｏ８より出力される。

代表値作成回路１０Ｂは一般的にはレジメタと重み係数
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、代表随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
み係数向（ＡＩ　＋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Ｈ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。まだ符号化データ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
。

代表値設定回路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ビツト、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ピツ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つを代表値とし残シ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
ビツ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Ｅｉ符号化する構成の非可逆
な符号化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。

発明の詳細 な説明したように、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。 １ｏ１・・・・・・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、１ｏ６・・・・・・ダイ
ナミックレンジ検出回路、１０６・・・・・・オフセッ
ト値除去回路、１０７・・・・・・エンコーダ、１０Ｂ
・・・・・・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。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名゛・
八　　　　　　　ｅ 、九　　　　　Ｎ　　　　　　　　　。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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と前記偏差デ
   ータとの重みづけ和を、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. （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. （３）代表値がブロック内の入力データの加算平均値で
   ある特許請求の範囲第１項記載の高能率符号化装置。
4. （４）代表値がブロック内の特定位置の入力データであ
   る特許請求の範囲第１項記載の高能率符号化装置。