JPH06125278A - データの符号化及び復号化の方法とその装置 - Google Patents
データの符号化及び復号化の方法とその装置Info
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Abstract
タルデータを可変長符号化及び復号化するシステムを提
供する。 【構成】 各ブロックに対して色々のスキャン方式で可
変長符号化を行い、各スキャン方式での可変長符号の長
さを累積した後、累積長さが最小であるスキャン方式を
選択し、この選択されたスキャン方式に従って可変長符
号化されたデータを伝送し、伝送されたデータを可変長
符号化時に選択されたスキャン方式と同一のスキャン方
式でスキャンしながら可変長復号化することにより、ブ
ロックデータの可変長符号化及び復号化において最適の
スキャン方式が使われ、データ圧縮効率を向上させる。
Description
化及び復号化システムに係り、特に所定大きさのディジ
タルブロックデータを複数のスキャン方式のうち最適の
スキャン方式を用いて可変長符号化し、この符号化され
たデータを再び復号化することにより、伝送データの圧
縮効率をさらに向上させるための可変長符号化及び復号
化システムに関する。
ステムにおいて、映像及び音声信号をディジタルデータ
に符号化して伝送したり貯蔵部に貯蔵し、この符号化さ
れた信号を再び復号化して再生する方式が主として用い
られている。かかる符号化及び復号化システムにおい
て、データの伝送効率を極大化するために伝送データ量
をさらに圧縮するための技術が要求されている。
に用いられている方式としては、変換符号化方式、DP
CM(Differential Pulse Code Modulation)方式、ベ
クトル量子化方式及び可変長符号化方式等がある。この
符号化方式は、伝送または貯蔵したいディジタルデータ
に含まれている冗長性データを除去して全体データ量を
圧縮させる。
復号化システムでは各画面の映像データを所定大きさの
ブロック群に分けてデータ処理する。各ブロックデータ
またはブロックデータ間の誤差データに対して所定の変
換を行って映像データを周波数領域の変換係数に変換す
る。ブロックデータの変換にはDCT(Discrete Cosin
e Transform ),WHT,DFT,DSTなどがある。
このような変換方式により得られる変換係数を係数デー
タの特性に応じて適切に符号化することにより圧縮され
たデータを得る。また、人の視覚は高周波より低周波の
方により敏感なので、映像データを処理する最高周波部
分のデータを減衰させることにより符号化されたデータ
の量をさらに減少させうる。
化/復号化システムの1構成例を示す。図1は一般の映
像信号の符号化装置を概略的に示す。
N2 ブロックであるが、実施例ではN1 =N2 =Nと仮
定する)の大きさのブロックデータが印加される。第1
加算器A1は入力端10を通じて供給されるブロックデ
ータと所定の帰還データとの誤差データを算出する。直
交変換部11は入力される誤差データをDCTして周波
数領域の係数に変換させる。量子化部12は所定の量子
化過程を通じて変換係数を一定レベルの代表値に変え
る。この際、量子化部12はバッファ14から供給され
る量子化レベルQにより直交変換部11の出力データを
可変的に量子化させる。可変長符号化部13は量子化係
数の統計的特性を鑑みて可変長符号化することにより伝
送されるデータVCDをさらに圧縮させる。可変長符号化
については後で詳細に説明することとする。バッファ1
4には可変長符号化部13から圧縮データが供給され伝
送チャネルに一定速度のデータを出力し、この際伝送デ
ータにオ−バ−フローやアンダフローが発生しないよう
入力データ量を調節するために量子化レベルQを出力す
る。
似した部分が多く存在する。画像の動きが微細な場合、
現画面と前画面とを比較してその動きを推定する。動き
推定結果動きベクトルMVが得られる。この動きベクト
ルを用いて前画面から動き補償がなされる。動き補償の
結果得られたブロックデータと入力端10に入力される
ブロックデータ間の誤差データは極めて小さいので前述
した符号化過程でデータをさらに圧縮させうる。かかる
動き推定及び動き補償をおこうための一連のフィードバ
ックループは逆量子化部15、逆直交変換部16、フレ
ームメモリ17、動き推定部18及び動き補償部19か
らなる。逆量子化部15及び逆直交変換部16は量子化
部12から出力される量子化係数を逆量子化させた後逆
DCTさせ空間領域の映像データに変換させる。第2の
加算器A2は逆直交変換部16から出力される映像デー
タと第2のスイッチSW2を経て供給される帰還データ
を加算してブロックデータを出力する。第2加算器A2
から出力されるブロックデータはフレームメモリ17に
順次に貯蔵されることにより画面を再構成する。する
と、動き推定部18は入力端10を通じて供給されるブ
ロックデータと一番類似したパターンのブロックデータ
をフレームメモリ17に貯蔵されたフレームデータから
探し出してから、2ブロックデータから画像の動きを推
定する動きベクトルMVを算出する。この動きベクトル
MVは復号化システムで用いられるために受信側に伝送
され、かつ動き補償部19に伝送される。動き補償部1
9はフレームメモリ17のフレームデータから動きベク
トルに相応するブロックデータを読み出して第1加算器
A1に供給する。すると、第1加算器A1は前述した通
り入力端10から印加されるブロックデータと動補償部
19から供給されるブロックデータ間の誤差データを算
出し、この誤差データは符号化され受信側に伝送され
る。また、図1において2個のスイッチSW1、SW2
は誤差データの累積により符号化される画面が実際の画
面と相違になることを防止するため、フレーム単位また
は所定のブロック単位にデータをリフレッシュするため
のリフレッシュスイッチである。
受信側に伝送され図2の通り復号化器に入力される。可
変長復号化部21は受信された映像データVCDを可変長
符号化の逆過程を通じて復号化する。逆量子化部22は
可変長復号化部21から供給される量子化係数を逆量子
化して周波数領域の変換係数を出力する。逆直交変換部
23は逆量子化部22から供給される周波数領域変換係
数を空間領域の映像データに変換させる。また、符号化
器の動き推定部17に出力される動きベクトルMVは復
号化器の動き補償部24に供給される。動き補償部24
はフレームメモリ25に貯蔵されたフレームデータから
動きベクトルMVに相応するブロックデータを読み出し
て加算器Aに供給する。すると、加算器Aは逆直交変換
部23から出力される誤差データと動き補償部24から
供給されるブロックデータとを加算して、復元されたブ
ロックデータを出力する。動き補償部24の出力端に結
合されたスイッチSWは符号化器で前述したリフレッシ
ュスイッチと同一の役割を果す。
て、可変長符号化のためにHuffman コードが幅広く使わ
れている。Huffman コードは入力データの所定シンボル
の発生頻度に応じて、長さの相異なるコードを割り当て
る。すなわち、発生頻度の高いシンボル程長さの短いコ
ードを割り当て、発生頻度の低いシンボル程長さの長い
コードを割り当てる。かかるHuffman アルゴリズムによ
る符号化において、シンボルの種類が多く、多数のシン
ボルが極めて低い発生頻度を有する場合、多数の希薄な
シンボルそれぞれに対してHuffman アルゴリズムによる
長いコードを割り当てると、符号化及び復号化過程でデ
ータ処理が極めて複雑になる。このような問題点を克服
するために、多数の希薄なシンボルが分布された領域
(以下、この領域をエスケープ領域とする)に対して所
定の固定長さを有するコードを割り当てると平均コード
長さが元のHuffman コードの平均値より若干増加しうる
が、データ処理の複雑度は大幅に減少される。
し、図3Bは8×8ブロックデータを周波数領域のデー
タに変換させた後量子化した8×8量子化係数を示し、
図3Cは量子化係数が低周波領域で“0”が多い点に着
目して、低周波領域から高周波領域にジグザグスキャン
しながら[ラン・レベル]のシンボルに符号化する状態
を示す。ここで、ランは“0”でない係数間に存在する
“0”の個数であり、レベルは“0”でない係数の絶対
値を示す。
ンは“0”から“63”までの値を有し、レベルは量子
化出力により換わるが量子化出力が“−255”から
“255”までの整数で出力される場合、レベルは
“1”から“255”までの値をとり、サインは別段に
表示される。
度により区分されるエスケープ領域と正規領域を示す。
[ラン・レベル]のシンボルでランとレベルの値の大き
いシンボルの発生頻度は統計的に極めて低いので、この
ような発生頻度の低いシンボルの分布された領域(エス
ケープ領域)に対しては固定長さを有するエスケープ列
で処理し、その他の領域(正規領域)に対しては正規Hu
ffman コードを割り当てる。例えば、8×8ブロックデ
ータの場合エスケープ列は6ビットのエスケープ符号、
“0”から“63”を表現するための6ビットのラン、
“1”から“255”を表現するための8ビットのレベ
ル及び1ビットのサインビットから構成され、合計21
ビットの固定長さを有する。
映像データを可変長符号化するにおいて、N×Nの量子
化係数に対して図3に示した通りのジグザグスキャンを
使用するが、これは映像信号のエネルギーがDC成分を
中心として低周波領域に集中される現象によることであ
る。しかし、映像信号のパターンにより水平方向または
垂直方向の周波数成分に映像信号のエネルギーがさらに
多く分布され得る。この場合、従来のジグザグスキャン
方式は映像データを可変長符号化する最適のスキャン方
式となりにくく、映像データの分布特性により適応的に
水平方向または垂直方向に傾いたスキャン方式を選択し
て可変長符号化及び復号化するのが望ましい。
は、所定大きさのブロックに分割されたディジタルデー
タを可変長符号化することにおいて、各ブロック毎にデ
ータ分布特性による最適のスキャン方式を選択して各ブ
ロックデータを可変長符号化するための符号化の方法と
その装置を提供することである。
ク単位に可変長符号化されたデータを可変長復号化する
ことにおいて、各ブロックデータ毎に可変長符号化時選
択された最適のスキャン方式で該当ブロックデータを可
変長復号化するための復号化の方法とその装置を提供す
ることである。
は、所定大きさのブロックに分割されたディジタルデー
タを可変長符号化する方法において、ブロックデータを
複数のスキャン方式でスキャンしながら、各スキャン方
式に従って[ラン・レベル]符号に符号化する工程と、
複数のスキャン方式で符号化された複数の[ラン・レベ
ル]符号をそれぞれ可変長符号化する工程と、複数のス
キャン方式の可変長符号化工程で可変長符号化された複
数の可変長符号の長さをそれぞれ累積する工程と、複数
のスキャン方式の可変長符号長さ累積値のうち最小値に
当たるスキャン方式を選択する工程と、選択工程で選択
されたスキャン方式により可変長符号化されたデータを
伝送データとして選択する工程により達成される。
ク単位に可変長符号化されたデータを復号化するための
方法において、前述した可変長符号化方法により可変長
符号化されたデータおよび選択されたスキャン方式に当
たるスキャン方式データが供給される工程と、供給され
た可変長符号化データを可変長復号化する工程と、供給
されたスキャン方式データに当たる所定のスキャンアド
レスを発生する工程と、可変長復号化工程で可変長復号
化された[ラン・レベル]符号をスキャンアドレスに応
じて復号化して所定係数に変換する工程により達成され
る。
実施例を説明する。
す。図5の装置は量子化されたブロックデータの量子化
係数をそれぞれ貯蔵するN個の係数貯蔵部CM1 〜CM
N と、各係数貯蔵部に対して相違なるスキャンアドレス
を供給するN個のスキャンアドレス発生部SAG1 〜S
AG2 と、各係数貯蔵部の係数をそれぞれのスキャン方
式で[ラン・レベル]符号化するN個のラン・レベル符
号化部CD1 〜CDN と、各ラン・レベル符号化部から
出力される[ラン・レベル]シンボルを可変長符号化マ
ップにより可変長符号化するN個の可変長符号化部VL
C1 〜VLCN と、各可変長符号化部から出力される可
変長符号データを貯蔵するN個のバッファBF1〜BFN
と、各可変長符号化部から出力される可変長符号の長さ
をそれぞれ累積するN個の可変長符号長さ累積部ACC
M1 〜ACCMN とN個の可変長符号長さ累積部の累積
された値の中から最小値を選択する最小値選択部52
と、最小値選択部で選択された可変長符号化チャネルの
バッファ出力を選択して伝送する選択スイッチ54から
なる。
された量子化係数は第1ないし第N係数貯蔵部CM1 〜
CMN にそれぞれ貯蔵される。第1、第2、・・・、及
び第N係数貯蔵部には第1、第2、・・・、及び第Nス
キャンアドレス発生部でそれぞれ発生される第1、第
2、・・・、及び第Nスキャンアドレスがそれぞれ供給
される。第1ないし第Nスキャンアドレスによりそれぞ
れスキャンされる第1ないし第N係数貯蔵のうち第1係
数貯蔵部CM1 に対する符号化チャネルを例として説明
する。
係数は第1スキャンアドレスにより所定のスキャン方向
にスキャンされ、第1ラン・レベル符号化部CD1 で
[ラン・レベル]シンボルに符号化される。すると、第
1可変長符号化部VLC1 は第1ラン・レベル符号化部
CD1 から供給される[ラン・レベル]シンボルを所定
の可変長符号化マップにより可変長符号化して可変長符
号データDVLC と可変長符号長さLVLC をそれぞれ出力
する。第1可変長符号化部VLC1 から出力される可変
長符号データDVLC は第1バッファBF1 に貯蔵され、
可変長符号長さLVLC は第1可変長符号長さ累積部AC
CM1 に供給され累積される。ここで、第1可変長符号
長さ累積部ACCM1 は加算器A1と累積長さ貯蔵部L
M1 から構成される。加算器1は第1可変長符号化部V
LC1 から供給される可変長符号長さLVLC と累積長さ
貯蔵部LM1 でフィードバックされる累積長さを加算す
る。累積長さ貯蔵部LM1 は加算器A1から出力される
新たな累積長さを再び貯蔵する。
3、・・・、及び第N係数貯蔵部CM2 、CM3 、・・
・、CMN の量子化係数に対して行われる。但し、N個
の係数貯蔵部にそれぞれ貯蔵されたブロック単位の量子
化係数をスキャンする方法は相違なるスキャン方法をと
る。このように相違なるスキャン方法の一例が図7に示
される。
向を有し、Bのスキャン方法は30°のスキャン方向を
有し、Cのスキャン方法は45°のスキャン方法を有す
る。
可変長符号化チャネルにおいて、N個の可変長符号長さ
累積部ACCM1 〜ACCMN は、それぞれの累積長さ
貯蔵部に貯蔵された累積長さデータを最小値選択部52
のN個入力端にそれぞれ供給する。また、N種のスキャ
ン方式で可変長符号化されたデータが貯蔵されたN個の
バッファBF1 〜BFN の各出力端は選択スイッチ54
のN個入力端にそれぞれ連結される。最小値選択部52
のN個の累積長さ貯蔵部LM1 〜LMN からそれぞれ供
給される累積長さデータのうち最小値を選択する。その
後、最小値選択部52は選択された最小値の累積長さを
有する可変長符号化チャネルのスキャン方式を示すスキ
ャン方式データDSCANを出力し、かつ選択された最小累
積長さに当たる所定の選択制御信号SELを選択スイッ
チ54に供給する。すると、選択スイッチ54は選択制
御信号SELに応じてN個入力端に印加される入力デー
タのうち最小値累積長さを有する可変長符号データDVL
C を選択して出力する。
れる時毎に、即ちブロックデータの可変長符号化が完了
される時毎にリセット信号RSTを発生してN個のバッ
ファBF1 〜BFN 及びN個の累積長さ貯蔵部LM1 〜
LMN をリセットさせる。このように可変長符号化器か
ら出力される可変長符号データDVLC 及びスキャン方式
データDSCANは受信側に伝送され復号化器に供給され
る。
す。
タDVLC は可変長復号化部61に供給され不図示の可変
長復号化マップにより[ラン・レベル]符号に変換され
る。また、符号化装置から伝送されたスキャン方式デー
タDSCANは複数のスキャン方式(第1〜第Nスキャン)
にそれぞれ当たるスキャナアドレスを貯蔵するスキャン
方式選択部62に供給される。スキャン方式選択部62
は印加されるスキャン方式データDSCANに当たるスキャ
ンアドレスADDRS を選択して発生する。すると、ラ
ン・レベル復号化部63は可変長復号部61から供給さ
れる[ラン・レベル]符号をスキャン方式選択部62か
ら供給されるスキャンアドレスADDRS により2次元
の量子化係数に変換させる。その後、量子化係数は逆量
子化部に供給される。
に対して説明してきたが、本発明は2次元データの処理
に限らず、多元データの符号化及び復号化にも容易に応
用されうる。
号化システムは各ブロックデータを複数のスキャン方式
で可変長符号化し、その結果可変長符号長さが最小とな
るスキャン方式とそのスキャン方式により可変長符号化
されたデータを伝送する。すると、本発明による可変長
復号化システムは伝送された可変長符号化データを可変
長符号化時に使われたスキャン方式と同一のスキャン方
式で可変長復号化する。このような可変長符号化及び可
変長復号化システムは伝送データの圧縮効果をさらに向
上させうる。
る。
る。
明するための概念図である。
ための概念図である。
ロック図である。
ロック図である。
のスキャン方式を説明するための概念図である。
でのスキャン方式を説明するための概念図である。
でのスキャン方式を説明するための概念図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 所定大きさのブロック単位に区分された
ディジタルデータを可変長符号化する方法において、 ブロックデータを複数のスキャン方式でスキャンしなが
ら、各スキャン方式に従って[ラン・レベル]符号に符
号化する工程と、 前記複数のスキャン方式で符号化された複数の[ラン・
レベル]符号をそれぞれ可変長符号化する工程と、 前記複数のスキャン方式の可変長符号化工程で可変長符
号化された複数の可変長符号の長さをそれぞれ累積する
工程と、 前記累積工程で得られる複数のスキャン方式の可変長符
号長さ累積値のうち最小値に当たるスキャン方式を選択
する工程と、 前記選択工程で選択されたスキャン方式により、前記可
変長符号化工程で可変長符号化されたデータを伝送デー
タとして選択する工程と、を備えることを特徴とする符
号化方法。 - 【請求項2】 前記最小累積値スキャン方式選択工程
は、 複数の累積値のうち最小値を選択すると同時に前記可変
長符号長さ累積工程で累積値を所定の初期値にリセット
させる工程を備えることを特徴とする請求項1に記載の
符号化方法。 - 【請求項3】 前記最小累積値スキャン方式選択工程
は、 複数の累積値のうち最小値を選択すると同時に前記可変
長符号化工程で可変長符号化されたデータを所定の初期
値にリセットさせる工程を備えることを特徴とする請求
項1または請求項2に記載の符号化方法。 - 【請求項4】 前記複数のスキャン方式による一連の可
変長符号化過程は、ブロックデータ毎に個別的に行われ
ることを特徴とする請求項1に記載の符号化方法。 - 【請求項5】 所定大きさのブロック単位に可変長符号
化されたデータを可変長復号化するための方法におい
て、 第1項の可変長符号化方法により可変長符号化されたデ
ータ及び選択されたスキャン方式に当たるスキャン方式
データが供給される工程と、 前記供給された可変長符号化データを可変長復号化する
工程と、 前記供給されたスキャン方式データに当たる所定のスキ
ャンアドレスを発生する工程と、 前記可変長復号化工程で可変長復号化された[ラン・レ
ベル]符号を前記スキャンアドレスに応じて復号化して
所定係数に変換する工程と、を備えることを特徴とする
復号化方法。 - 【請求項6】 所定大きさのブロック単位に区分けされ
たディジタルデータを可変長符号化する装置において、 前記ディジタルデータの量子化係数がブロック単位に印
加される入力端と、 前記入力端を通じて供給される係数をそれぞれ貯蔵する
多数の係数貯蔵手段と、 前記多数の係数貯蔵手段にそれぞれ相異なるスキャンア
ドレスを発生する手段と、 前記多数の係数貯蔵手段に貯蔵された係数をそれぞれ印
加されるスキャンアドレスによるスキャン方式に従って
[ラン・レベル]符号に変換する多数のラン・レベル符
号化手段と、 前記多数のラン・レベル符号化手段からそれぞれ供給さ
れるデータをそれぞれ可変長符号化する多数の可変長符
号化手段と、 前記多数の可変長符号化手段からそれぞれ出力する可変
長符号をそれぞれ貯蔵する多数のバッファと、 前記多数の可変長符号化手段からそれぞれ出力する可変
長符号長さをそれぞれ累積する多数の可変長符号長さ累
積手段と、 前記多数の可変長符号長さ累積手段からそれぞれ供給さ
れる累積値のうち最小値を選択する手段と、 前記多数のバッファのうち前記最小値選択手段から供給
される所定の選択信号に応じて所定バッファを選択する
手段と、 前記最小値選択手段で選択された最小値に当たるスキャ
ン方式を示すスキャン方式データと前記バッファ選択手
段で選択されたバッファから出力される可変長符号化デ
ータを伝送路に出力する手段と、を備えることを特徴と
する符号化装置。 - 【請求項7】 前記可変長符号長さ累積手段は、 前記可変長符号化手段から供給される可変長符号長さと
フィードバックされる所定の累積値を加算する加算器
と、 前記加算器から出力されるデータを新たな累積値に貯蔵
し、この貯蔵された累積値を前記加算器に供給する貯蔵
手段と、を備えることを特徴とする請求項6に記載の符
号化装置。 - 【請求項8】 前記最小値選択手段は、 前記最小値を選択すると同時に前記多数のバッファにリ
セット信号をそれぞれ供給して前記バッファを所定の初
期値にリセットさせることを特徴とする請求項6に記載
の符号化装置。 - 【請求項9】 前記最小値選択手段は、 前記最小値を選択すると同時に前記多数の可変長符号長
さ累積手段にリセット信号をそれぞれ供給して前記可変
長符号長さ累積手段を所定の初期値にそれぞれリセット
させることを特徴とする請求項6か請求項8のうちいず
れかに記載の符号化装置。 - 【請求項10】 前記多数の可変長符号長さ累積手段に
それぞれ供給されるリセット信号は前記可変長符号長さ
貯蔵手段をリセットすることを特徴とする請求項9に記
載の符号化装置。 - 【請求項11】 前記バッファ選択手段に供給される選
択信号は、 前記最小値選択手段で選択された最小値に当たるスキャ
ン方式により符号化された可変長符号を貯蔵したバッフ
ァを選択する信号であることを特徴とする請求項6に記
載の符号化装置。 - 【請求項12】 所定大きさのブロック単位に可変長符
号化されたデータが供給され可変長復号化するための装
置において、 第6項の可変長符号化装置によりブロック単位に符号化
された可変長符号化データ及び選択されたスキャン方式
に当たるスキャン方式データが入力される入力端と、 前記入力端を通じて供給される可変長符号化データを可
変長復号化して[ラン・レベル]符号に変換する手段
と、 前記入力端を通じて供給されるスキャン方式データに当
たる所定のスキャンアドレスを発生する手段と、 前記復元された[ラン・レベル]符号を前記スキャンア
ドレスに応じてスキャンしながら復号化して量子化係数
を出力するラン・レベル復号化手段と、を備えることを
特徴とする復号化装置。 - 【請求項13】 前記スキャンアドレス発生手段は、 前記復号化装置で行った複数のスキャン方式に当たるそ
れぞれのスキャンアドレスを貯蔵することを特徴とする
請求項12に記載の復号化装置。 - 【請求項14】 データを符号化するために、前記デー
タに対し複数のスキャン方向でスキャンを行う工程と、 前記複数のスキャン方向でスキャンされた各データに対
し別々に符号化する工程と、 前記別々に符号化された工程で符号化された複数の符号
化データの中で、最も符号化効率の良い符号化データを
前記複数の符号化データの中から選択する工程と、 前記選択された最も符号化効率の良い符号化データと、
前記最も符号化効率の良い符号化データに対応するスキ
ャン方向を示すスキャン方向データを転送する工程と、 前記転送する工程で転送された前記符号化データと前記
スキャン方向データを受信する工程と、 前記受信する工程で受信したスキャン方向データによっ
て、前記受信する工程で受信した符号化データを復号化
する工程を、備えることを特徴とするデータ符号化及び
その復号化方法。
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