JPH0621830A - ２次元ハフマン符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２次元ハフマン符号化で発生する最大ビット長
を短くし、ハードウエアを簡単とし、また、自己同期が
容易な符号化出力を発生する。 【構成】振幅，ランレングスの組によって、テーブルを
参照することで、最大ビット数が１６（サインビットを
含む）のコードワードが発生する。このテーブルのビッ
ト割り当ては、ＤＣＴ係数データの発生確率と量子化と
を考慮している。また、発生するコードワードは、最後
の４ビットのパターンとして、同期用の「１１１０」を
含むものが存在する。テーブル外のデータワードに対し
ては第１および第２のエスケープシーケンスが適用され
る。ランレングス＝０の場合のエスケープシーケンス
は、総ビット数が１６の符号化出力を発生し、ランレン
グスが０でない場合のエスケープシーケンスは、総ビッ
ト数が３１の符号化出力を発生する。この３１ビット
は、１５ビットと１６ビットとに分割して伝送される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばＤＣＴで発生
した係数データに対して適用される２次元ハフマン符号
化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタルビデオ信号を例えば回転ヘッ
ドにより磁気テープに記録するディジタルＶＴＲが知ら
れている。ディジタルビデオ信号の情報量が多いので、
その伝送データ量を圧縮するための高能率符号化が採用
されることが多い。種々の高能率符号化の中でも、ＤＣ
Ｔ（Discrete Cosine Transform)の実用化が進んでい
る。

【０００３】ＤＣＴは、１フレームの画像を例えば（８
×８）のブロック構造に変換し、このブロックを直交変
換の一種であるコサイン変換処理するものである。その
結果、（８×８）の係数データが発生する。この係数デ
ータの交流成分は、図１０に示すように、低域から高域
に向かって順にジグザク走査で出力される。直流分（Ｄ
Ｃ）のデータは、可変長符号化されずに、そのまま伝送
される。このような係数データは、量子化の処理をされ
てから可変長符号化される。可変長符号化の一つとし
て、２次元ハフマン符号化が知られている。これは、ラ
ンレングス（ビット“０”の連続数）とそれに続く係数
の振幅とからなる組でハフマンテーブルをルックアップ
して、所定のコードワードを発生する。

【０００４】図１１は、２次元ハフマンテーブルの一例
のビット割り当てを示す。図６において、水平方向が１
〜１６の振幅であり、垂直方向がその振幅の前の０〜１
５のランレングスである。テーブル内のコードワードの
最大ビット数は、２０ビットである。若し、このテーブ
ルに該当しない（ランレングス，振幅）が入力された時
には、エスケープシーケンスで処理される。すなわち、
このような入力は、エスケープコード（６ビット）とラ
ンレングスを示す６ビットと振幅を示す９ビットとサイ
ンビットとからなる合計２２ビットのコードに符号化さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】バスラインとして最大
ビット数（上述の例では、２２ビット幅）が必要である
から、最大ビット数が少ない方が好ましい。また、従来
のハフマンコードでは、途中でエラーが発生すると、そ
れ以降のコードが全て復号できなくなる伝搬エラーの問
題がある。

【０００６】従って、この発明の一つの目的は、ハフマ
ンコードの効率を低下させずに、最長ビット数がなるべ
く少ないハフマン符号化方法および装置を提供すること
にある。

【０００７】この発明の他の目的は、エラー発生時に、
大きな確率で自己同期が可能なハフマン符号化方法およ
び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】この発明は、入力データ
の振幅とランレングスとの組からテーブルを参照して可
変長のコードワードを生成する２次元ハフマン符号化方
法において、ランレングス＝０の場合の第１のエスケー
プシーケンスと、ランレングスが０以外の場合の第２の
エスケープシーケンスとを選択的に行うようにし、第１
のエスケープシーケンスで生成される総ビット長ｎがテ
ーブル内の最大ビット長以下となし、第２のエスケープ
で生成される総ビット長ｍが最大ビット長より長く、そ
の２倍より小さくされることを特徴とする２次元ハフマ
ン符号化方法である。

【０００９】

【作用】テーブルで規定されるコードワードの最大ビッ
ト長をより短くする。その場合には、テーブルに規定さ
れず、エスケープシーケンスが適用される範囲が拡が
る。これに対して、第１および第２のエスケープシーケ
ンスを設けることにより、効率の低下を防止することが
できる。

【００１０】

【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。図１は、ディジタルＶＴＲの記録側に
設けられるビデオデータの処理回路の構成を示す。図１
において、１で示す入力端子には、ディジタル化された
ビデオデータが供給される。このビデオデータがブロッ
ク化回路２に供給される。ブロック化回路２では、ラス
ター走査の順序のビデオデータが例えば（８×８）のＤ
ＣＴブロックの構造のデータに変換される。

【００１１】ブロック化回路２の出力がシャフリング回
路３に供給される。シャフリング回路３では、ドロップ
アウト、テープの傷、ヘッドクロッグ等によって、エラ
ーが集中し、画質の劣化が目立つのを防止するように、
１フレーム内で、複数のマクロブロックを単位として、
空間的な位置を元のものと異ならせる処理、すなわち、
シャフリングがなされる。この例では、シャフリング単
位とバッファリング単位とを等しく、５マクロブロック
としている。シャフリング回路３の出力がＤＣＴ（コサ
イン変換）回路４および動き検出回路５に供給される。
ＤＣＴ回路４からは（８×８）の係数データ（すなわ
ち、直流分ＤＣ、交流分ＡＣの係数データ）が発生す
る。

【００１２】ＤＣＴ回路４で発生した（８×８）の係数
データの内の直流分ＤＣが圧縮されずに後段の回路に伝
送され、その内の６３個の交流分ＡＣ１〜ＡＣ６３がバ
ッファ６を介して量子化回路７に供給される。交流分の
係数データは、前述のように、ジグザク走査の順で次数
が低い交流分からこれが高いものに向かって順に伝送さ
れる。また、この交流分の係数データがアクティビィテ
ィ検出回路８およびデータ量見積り器９にも供給され
る。バッファ６は、見積り器９で適切な量子化番号ＱＮ
ｏが決定されるのに必要な時間と対応する遅延量を有し
ている。見積り器９からの量子化番号ＱＮｏは、量子化
回路６に供給されるとともに、後段に伝送される。

【００１３】上述のＤＣＴ回路４からの係数データの発
生は、フレーム内のＤＣＴ変換の場合であって、若し、
動き検出回路５によって、動きがあると検出されると、
フィールド内のＤＣＴの処理が選択される。すなわち、
時間的に連続する第１および第２フィールド内の同一位
置の（４×８）の二つのＤＣＴブロック毎に変換を行う
のがフィールド内ＤＣＴである。若し、フィールド間で
動きがあると動き検出回路５が検出すると、この検出に
応答してフィールド内ＤＣＴに変更される。動き検出回
路５からの検出信号（動きフラグ）Ｍがデータ量見積り
器９に供されるとともに、後段に伝送される。

【００１４】量子化回路７では、係数データ内の交流分
が量子化される。すなわち、適切な量子化ステップで交
流分の係数データが割算され、その商が整数化される。
この量子化ステップが見積り器９からの量子化番号ＱＮ
ｏによって決定される。ディジタルＶＴＲの場合では、
編集等の処理が１フィールドあるいは１フレーム単位で
なされるので、１フィールドあるいは１フレーム当りの
発生データ量が目標値以下となる必要がある。ＤＣＴお
よび可変長符号化で発生するデータ量は、符号化の対象
の絵柄によって変化するので、１フィールドあるいは１
フレーム期間より短いバッファリング単位の発生データ
量を目標値以下とするためのバッファリング処理がなさ
れる。バッファリング単位を短くするのは、バッファリ
ングのためのメモリ容量を低減するなど、バッファリン
グ回路の簡略化のためである。

【００１５】また、アクティビィティ検出回路８は、Ｄ
ＣＴブロックの単位で、交流成分の量を調べ、そのＤＣ
Ｔブロックのアクティビィティを４段階にクラス分け
し、そのクラスを示す２ビットのアクティビィティコー
ドＡＴを発生する。検出結果が見積り器９に供給され、
アクティビィティコードＡＴが後段に伝送される。

【００１６】量子化回路７の出力が可変長符号化回路１
１に供給され、可変長符号化される。例えばコードの係
数データの“０”の連続数であるランレングスと、係数
データの振幅とをＲＯＭ内に格納されたハフマンテーブ
ルに与え、可変長コード（符号化出力）を発生する２次
元ハフマン符号化が採用される。可変長符号化回路１１
からのコード信号が後段に供給される。

【００１７】見積り器９と関連して、可変長符号化回路
１１で参照されるのと同一のハフマンテーブル１２が設
けられている。このハフマンテーブル１２は、可変長符
号化した時の出力コードのビット数データを発生する。
見積り器９で最適な量子化ステップの組が判定され、そ
の判定出力がセレクタ１０に供給される。セレクタ１０
は、量子化回路７がこの量子化ステップの組で係数デー
タを量子化するように制御する。これとともに、量子化
ステップの組を識別するための量子化番号ＱＮｏが後段
に伝送される。

【００１８】図示せずも、上述の処理で発生したデータ
（直流分データ、可変長符号化出力、量子化番号ＱＮ
ｏ、動きフラグＭ、アクティビィティコードＡＴ）が後
段で、エラー訂正符号化の処理を受け、さらに、フレー
ム化回路において、記録データのフレーム構造に変換さ
れる。フレーム化回路からは、シンクブロック構成のデ
ータが現れる。記録データは、チャンネル符号化回路、
記録アンプを介して２個の回転ヘッドに供給され、磁気
テープ上に記録される。

【００１９】この発明は、可変長符号化回路１１、デー
タ量見積り器９の可変長符号化回路に適用される。より
具体的には、ハフマンテーブル１２の構成である。図２
は、この発明が適用されたハフマンテーブルのビット割
り当てを示す。図２の水平方向が係数データの振幅であ
り、その垂直方向が係数データの前のランレングスであ
る。この図２は、サインビットを含まないので、これを
加えると最大ビット数が１６である。図２のテーブル内
には、９２個の符号化出力が規定されている。この規定
されている領域は、上述のような量子化後の係数データ
の発生確率を考慮してビット数が規定されている。すな
わち、低域の係数データの発生確率が高域側のものと比
較して高いので、割り当てビット数が小さくされてい
る。

【００２０】図３および図４は、ハフマンテーブルの具
体例を示す。図３および図４のテーブルでは、全てで、
９５個のコードワードが規定されている。図３および図
４において、ｓがサインビットを表し、Ｒがエンドオブ
ブロック（ＥＯＢ）に付加される特別のリザーブビット
であり、コード長は、サインビットを含まないものであ
る。さらに、後述の第１および第２のエスケープコード
ＥＳＣ１およびＥＳＣ２を除く残りの９２個のコードワ
ードが図２のテーブル内に含まれる。

【００２１】図３および図４において、タイプのアイテ
ムで「ｓｙｎｃ」としたものは、自己同期用の「１１１
０」の４ビットをコードワードの最後の４ビットとして
有するものである。この４ビットパターンは、一つのコ
ードワードの最後の４ビット以外では、発生しない。従
って、エラーの発生を示すエラーフラグが立つと、「１
１１０」の４ビットパターンを探すことで、エラーの伝
搬を断ち切ることができる。

【００２２】次にエスケープシーケンスについて説明す
る。これは、二つのシーケンスに分けられる。その一つ
は、ランレングス＝０で、振幅＞１６の場合である。こ
の場合では、エスケープコードＥＳＣ１＝「０００１１
０」（６ビット）と振幅の９ビットとサインビットとの
合計１６ビットに符号化される。振幅の符号化は、固定
長のダイレクト符号化である。ランレングス＝０の場合
のエスケープシーケンスで発生するデータ長は、伝送レ
ートが高くならないように、最大ビット長以下であるこ
とが好ましい。

【００２３】ランレングスが０でなくて、図２のテーブ
ル外の場合には、第２のエスケープシーケンスが適用さ
れる。これは、合計３１ビットで、１５ビットのセグメ
ントと１６ビットのセグメントとに分割される。第１の
セグメントは、エスケープコードＥＳＣ２＝「０００１
００００」（８ビット）とランレングス（７ビット）と
からなる１５ビットである。第２のセグメントは、エス
ケープコードＥＳＣ１＝「０００１１０」（６ビット）
と振幅の９ビットとサインビットとの合計１６ビットで
ある。ランレングスおよび振幅の符号化は、固定長のダ
イレクト符号化が適用される。伝送時には、第１のセグ
メントと第２のセグメントとに分割されるので、実質的
にデータのビット長が１６ビットを超えることが防止で
きる。

【００２４】ここで、ランレングスとしては、最大６３
を想定しているので、少なくとも６ビット必要であり、
振幅としては、最大２５５を想定しているので、少なく
とも８ビット必要である。さらに、上述の同期用の４ビ
ットパターン「１１１０」が発生しないようにするため
に、これらがそれぞれ１ビットづつ増加している。図
５、図６、図７、図８、および図９がダイレクト符号化
のコード変換表である。テーブル外のランレングスある
いは振幅がこれらのコード変換表に従ってダイレクト符
号化される。

【００２５】この発明は、ＤＣＴで発生した係数データ
以外のデータワードの可変長符号化に対しても適用でき
る。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、２次元ハフマン符号
化で発生するコードワードの最大ビット長を１６（サイ
ンビットを含む）とすることができる。従って、バスラ
ンレングスのビット幅を少なくする等、ハードウエアを
簡略とできる。また、この発明は、同期用のビットパタ
ーンが発生する確率が高く、自己同期が容易であり、そ
の結果、エラー伝搬を短くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が適用されたディジタルＶＴＲの記録
データ処理回路のブロック図である。

【図２】この発明による２次元ハフマンテーブルのビッ
ト割り当てを示す略線図である。

【図３】ビット割り当ての一例を示す略線図である。

【図４】ビット割り当ての一例を示す略線図である。

【図５】ダイレクト符号化のためのコード変換表の略線
図である。

【図６】ダイレクト符号化のためのコード変換表の略線
図である。

【図７】ダイレクト符号化のためのコード変換表の略線
図である。

【図８】ダイレクト符号化のためのコード変換表の略線
図である。

【図９】ダイレクト符号化のためのコード変換表の略線
図である。

【図１０】ＤＣＴ係数データのジグザク走査の略線図で
ある。

【図１１】先に提案されている２次元ハフマンテーブル
のビット割り当てを示す略線図である。

【符号の説明】

４ ＤＣＴ回路 ７ 量子化回路 ９ データ量見積り器 １２ ２次元ハフマンテーブル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力データの振幅とランレングスとの組
   からテーブルを参照して可変長のコードワードを生成す
   る２次元ハフマン符号化方法において、 ランレングス＝０の場合の第１のエスケープシーケンス
   と、ランレングスが０以外の場合の第２のエスケープシ
   ーケンスとを選択的に行うようにし、 上記第１のエスケープシーケンスで生成される総ビット
   長ｎが上記テーブル内の最大ビット長以下となし、 上記第２のエスケープで生成される総ビット長ｍが上記
   最大ビット長より長く、その２倍より小さくされること
   を特徴とする２次元ハフマン符号化方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記最大ビット長を
   １６とした時に、ｎ＝１５、ｍ＝３１に選定したことを
   特徴とする２次元ハフマン符号化方法。
3. 【請求項３】 入力データの振幅とランレングスとの組
   からテーブルを参照して可変長のコードワードを生成す
   る２次元ハフマン符号化方法において、 上記コードワード内に、部分的に特定の同期用の複数ビ
   ットを有することを特徴とする２次元ハフマン符号化方
   法。
4. 【請求項４】 請求項３において、上記コードワードの
   下位の数ビットを上記同期用のビットに選定したことを
   特徴とする２次元ハフマン符号化方法。