JPS6137836B2

JPS6137836B2 -

Info

Publication number: JPS6137836B2
Application number: JP55144866A
Authority: JP
Inventors: Atsumichi Murakami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-10-15
Filing date: 1980-10-15
Publication date: 1986-08-26
Also published as: JPS5767392A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はNTSC方式カラーテレビジヨン信号
を帯域圧縮し、デイジタル伝送するための高能率
帯域圧縮装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a high-efficiency band compression device for band compression of an NTSC color television signal and digital transmission.

従来、NTSC方式カラーテレビジヨン（以下、
NTSCカラーTV信号と略す）の高能率帯域圧縮
装置として、サブナイキスト標本化を利用した第
１図に示すものがある。図において、１０１は
NTSCカラーTV信号を色信号の副搬送波周波数
scの４倍のレートで標本化しデイジタル化する
サンプルホールドとＡ／Ｄ変換器、１０２は前記
デイジタル化されたNTSCカラーTV信号を１標
本点おきにとびとびに２×scの周波数レートで
データ抽出してサブナイキスト標本化するサブナ
イキストサンプラー、１０３は前記サブナイキス
ト標本化されたNTSCカラーTV信号をDPCM
（差分パルス符号変調）符号化するDPCM符号化
器、１０４はデイジタル伝送器、１０５は受信し
たDPCM符号化信号を復号するDPCM復号器、１
０６は前記DPCM復号化されたサブナイキスト標
本化NTSCカラーTV信号から、近隣の相関を利
用して１標本点置きにとびとびに漂本化された信
号の間の信号を補間再生し、４×scのデータレ
ートのNTSCカラーTV信号を形成する補間再生
器、１０７は前記補間再生されたNTSCカラー
TV信号をアナログ化するＤ／Ａ変換器である。 Traditionally, NTSC color television (hereinafter referred to as
As a highly efficient band compression device for NTSC color TV signals (abbreviated as NTSC color TV signals), there is a device shown in FIG. 1 that utilizes sub-Nyquist sampling. In the figure, 101 is
Subcarrier frequency of color signal for NTSC color TV signal
A sample hold and A/D converter 102 samples and digitizes at a rate of 4 times sc, and 102 extracts data from the digitalized NTSC color TV signal every other sampling point at a frequency rate of 2 x sc. A sub-Nyquist sampler 103 converts the sub-Nyquist sampled NTSC color TV signal into DPCM.
(Differential Pulse Code Modulation) A DPCM encoder for encoding, 104 a digital transmitter, 105 a DPCM decoder for decoding the received DPCM encoded signal, 1
06 interpolates and reproduces the signals between the scattered signals at every other sample point using the correlation between the neighboring sub-Nyquist sampled NTSC color TV signals that have been decoded by the DPCM. an interpolation regenerator 107 for forming an NTSC color TV signal with a data rate of
This is a D/A converter that converts TV signals into analog signals.

第１図の系統図に示す高能率帯域圧縮装置は、
NTSCカラーTV信号（帯域約4MHz）を色信号副
搬送波sc（約3.58MHz）の２倍の周波数すなわ
ちナイキスト周波数以下で標本化するサブナイキ
スト標本化技術と、予測符号化技術の結合によ
り、大幅な帯域圧縮を実現するものである。 The high-efficiency band compression device shown in the system diagram of Figure 1 is
The combination of sub-Nyquist sampling technology, which samples the NTSC color TV signal (bandwidth approx. 4 MHz) at twice the frequency of the color signal subcarrier SC (approximately 3.58 MHz), that is, below the Nyquist frequency, and predictive coding technology has significantly improved This realizes bandwidth compression.

従来、この種の装置に用いられるサブナイキス
ト標本化方式としては、標本化周波数ｓの設定
によつて、以下のものがある。 Conventionally, sub-Nyquist sampling methods used in this type of device include the following depending on the setting of the sampling frequency s.

(i) fs＝２sc±１／２ｙ …フイールドオフセツト形 (ii) ｓ＝２sc±１／２ｖ±１／２ｌ…ライン
・フイールドオフセツト形 (iii) ｓ＝２sc±１／４ｌ…ラインオフセツト
形ここで、ｌは水平走査周波数、ｖは垂直走
査周波数である。(i) fs=2sc±1/2y...Field offset type (ii) s=2sc±1/2v±1/2l...Line field offset type (iii) s=2sc±1/4l...Line offset type Form where l is the horizontal scanning frequency and v is the vertical scanning frequency.

また、サンプル周波数ｓを２scとして、ラ
イン毎、２ライン毎、フイールド毎に位相反転し
て標本化する位相反転サブナイキスト標本化方式
もある。 There is also a phase-inversion sub-Nyquist sampling method in which the sampling frequency s is set to 2sc and the phase is inverted and sampled every line, every two lines, and every field.

前記サブナイキスト標本化方式で補間再生した
信号のＳ／Ｎ、解像度、色ノイズ等の劣化の少な
いものに、４フイールド周期で４scの標本点す
べてを抽出するライン・フイールドオフセツトサ
ブナイキスト標本化方式がある。 A line-field offset sub-Nyquist sampling method that extracts all 4sc sampling points in a 4-field cycle to reduce deterioration in S/N, resolution, color noise, etc. of the signal interpolated and reproduced using the sub-Nyquist sampling method. There is.

以下従来のライン・フイルドオフセツトサブナ
イキスト標本化と予測符号化器を組み合せた帯域
圧縮装置について述べる。 A band compression device that combines conventional line field offset sub-Nyquist sampling and a predictive encoder will be described below.

今、NTSCカラーTV信号の標本化周波数ｓ
＝２sc＋１／２ｌ＋１／２ｖに設定すると、画面
上での標本点の二次元配列は第２図および第３図のよ
うになる。図において、１フイールドの二次元配
列上（ｊ，ｋ）番目の４scの周波数でサンプル
した画素をxi（ｊ，ｋ）と畢わすものとする。こ
こでｉ，ｊ，ｋは正の整数である。更に白丸はサ
ブナイキスト標本点、黒丸は補間点（以下図にお
いてすべて同一印を用いる）を表わすものとす
る。また、NTSCカラーTV信号の垂直走査周波
数ｖ、水平走査周波数ｌ、および色副搬送波
scは以下の関係にある。 Now, the sampling frequency s of the NTSC color TV signal is
When set to =2sc+1/2l+1/2v, the two-dimensional array of sample points on the screen becomes as shown in FIGS. 2 and 3. In the figure, the (j, k)th pixel sampled at a frequency of 4sc on a two-dimensional array of one field is denoted by xi (j, k). Here, i, j, and k are positive integers. Furthermore, white circles represent sub-Nyquist sample points, and black circles represent interpolation points (the same marks are used in all figures below). Also, the vertical scanning frequency v, horizontal scanning frequency l, and color subcarrier of the NTSC color TV signal
sc has the following relationship.

ｌ＝（262＋１／２）ｖ sc＝（227＋１／２）ｌしたがつて、ｓ＝２sc＋１／２ｌ＋１／２ｖ
による標本化は、第２図および第３図のようにライン
毎、フイルド毎およびフレーム毎に交互に信号抽
出することになる。これを色信号の位相と標本点
の関係について言えば、第４図および第５図のよ
うに４フイールド周期で、ライン毎・フイールド
毎およびフレーム毎に隣接ラインの色信号の標本
点が180゜位相反転していることがわかる。つま
り、このような信号を補間再生するには、輝度信
号（Ｙ信号）と色信号（Ｃ信号）をくし形フイル
タにて分離し、輝度信号は同一ラインの前後の標
本点から補間し、色信号は前フイールドの隣接ラ
イン上の上または下の同一位相の標本点から補間
すればよい。 l=(262+1/2)v sc=(227+1/2)l Therefore, s=2sc+1/2l+1/2v
In sampling, signals are extracted alternately for each line, each field, and each frame as shown in FIGS. 2 and 3. Regarding the relationship between the phase of the color signal and the sampling point, as shown in Figs. 4 and 5, the sampling point of the color signal of the adjacent line is 180° for each line, field, and frame in a 4-field period. It can be seen that the phase is reversed. In other words, in order to interpolate and reproduce such a signal, the luminance signal (Y signal) and color signal (C signal) are separated using a comb filter, the luminance signal is interpolated from the sample points before and after the same line, and the color signal is The signal may be interpolated from sample points of the same phase above or below on the adjacent line of the previous field.

このようなライン・フイールドオフセツトサブ
ナイキスト標本化信号を直接予測符号化するに
は、予測誤差を少なくするため、色信号の同一位
相の標本点を予測点に選ぶと、第６図のような
DPCM符号化器を用いることができる。図中、６
０１は入力信号xi（ｊ，ｋ）から２値前予測信号
xi（ｊ−４，ｋ）を引いて差分信号を出力する減
算器、６０２は前記差分信号を量子化して差分量
子化信号yi（ｊ，ｋ）を出力する量子化器、６０
３は前記差分量子化信号yi（ｊ，ｋ）と２値前予
測信号xi（ｊ−４，ｋ）を加えて量子化信号xi
（ｊ，ｋ）を再生する加算器、６０４は量子化信
号xi（ｊ，ｋ）を２標本点（補間点を含めると４
画素分）期間遅延するサンプル遅延素子、６０５
は前記２サンプル遅延素子６０４の出力信号に予
測係数ａを剰じて予測信号axi（ｊ−４，ｋ）を
形成する乗算器である。 To directly predictively encode such a line field offset sub-Nyquist sampled signal, in order to reduce the prediction error, select sampling points with the same phase of the color signal as the prediction points, as shown in Figure 6.
A DPCM encoder can be used. In the figure, 6
01 is the binary previous prediction signal from the input signal xi (j, k)
60 is a subtracter that subtracts xi (j-4, k) and outputs a difference signal; 602 is a quantizer that quantizes the difference signal and outputs a difference quantized signal yi (j, k);
3 is a quantized signal xi by adding the difference quantized signal yi (j, k) and the binary previous prediction signal xi (j-4, k).
An adder 604 that reproduces (j, k) converts the quantized signal xi (j, k) into 2 sample points (4 including interpolation points).
sample delay element for delaying the period (by pixel), 605
is a multiplier that multiplies the output signal of the 2-sample delay element 604 by a prediction coefficient a to form a prediction signal axi (j-4, k).

以上のDPCM符号化器は、色信号が同一位相と
なる２サンプル前の標本点を予測点としたもの
で、式で示すと次のとおりである。 The above-mentioned DPCM encoder uses a sample point two samples before when the color signals have the same phase as a prediction point, which is expressed by the following equation.

yi（ｊ，ｋ）
＝xi（ｊ，ｋ）−axi（ｊ−４，ｋ）＋qi xi（ｊ，ｋ）
＝yi（ｊ，ｋ）＋axi（ｊ−４，ｋ）ここで、qiは量子化雑音と予測誤差雑音の重畳
されたものである。 yi(j,k)
= xi (j, k) - axi (j - 4, k) + qi xi (j, k)
=yi(j,k)+axi(j-4,k) Here, qi is the superposition of quantization noise and prediction error noise.

上式で第ｉフイールドにおいてｊが偶数とすれ
ば、第ｉ−１フイールドにおいてｊは奇数とな
る。 In the above equation, if j is an even number in the i-th field, then j is an odd number in the i-1th field.

従来のライン・フイールドオフセツトサブナイ
キスト標本化・２サンプル前予測符号化方式は以
上のようにして帯域圧縮処理されるので、予測符
号化の際の予測点として用いる色信号の位相がxi
（ｊ，ｋ）の標本点と同一になる標本点が２サン
プル前以外周辺に存在しない。このため、雑音成
分q₁が増大し、これがサブナイキスト標本化信号
の補間再生に影響を及ぼし、輝度信号と色信号の
相互干渉まで誘起し、画質が劣化する欠点があ
る。 In the conventional line/field offset sub-Nyquist sampling/2-sample predictive coding method, band compression processing is performed as described above, so that the phase of the color signal used as a prediction point during predictive coding is
There is no sample point that is the same as the sample point of (j, k) in the vicinity other than two samples before. Therefore, the noise component q ₁ increases, which affects the interpolation reproduction of the sub-Nyquist sampled signal, induces mutual interference between the luminance signal and the color signal, and has the disadvantage of deteriorating the image quality.

この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、NTSCカラーTV
信号を第７図に示すようにフイールドオフセツト
サブナイキスト標本化し、二次元予測差分符号化
を適用し、補間再生処理に際して色信号をフイー
ルド間補間することにより、画質劣化のない
NTSCカラーTV信号高能率帯域圧縮装置を提供
すること目的としている。 This invention was made in order to eliminate the drawbacks of the conventional ones as mentioned above, and it is
As shown in Figure 7, the signal is subjected to field offset sub-Nyquist sampling, two-dimensional predictive differential coding is applied, and the color signal is interpolated between fields during interpolation reproduction processing, thereby eliminating image quality deterioration.
The purpose of this invention is to provide a high-efficiency band compression device for NTSC color TV signals.

以下、この発明の一実施例を第１２図および第
１４図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 12 and 14.

第１２図の高能率帯域圧縮回路において、１２
０１はNTSCカラーTV信号を色信号副搬送波
scの４倍の周波数で標本化した後、デイジタル化
するサンプルホールド・Ａ／Ｄ変換器、１２０２
は前記４scにて標本化されたNTSCカラーTV
信号を、フイールド毎にオフセツトをかけた２
scの周波数で水平走査線上の所定の位置を標本化
抽出するデイジタルフイールドオフセツトサブナ
イキストサンプラー、１２０３は前記フイールド
オフセツトサブナイキストサンプラー１２０２に
て２ｃで標本化されたNTSCカラーTV信号Si
（ｊ，ｋ）と、予測信号Pi（ｊ，ｋ）の減算をお
こなう減算器、１２０４前記減算器１２０３の出
力信号を量子化して、量子化差分信号εｉ（ｊ，
ｋ）を形成する量子化器、１２０５は前記予測信
号Pi（ｊ，ｋ）と量子化差分信号εｉ（ｊ，ｋ）
を加えて、量子化予測再生信号Si（ｊ，ｋ）を復
元する加算器、１２０６は前記量子化予測再生信
号si（ｊ，ｋ）から２サンプル分（補間点を含め
ると４画素分）遅延させる２サンプル遅延素子、
１２０７は前記２サンプル前信号si（ｊ−４，
ｋ）に予測係数a₁を乗ずる乗算器、１２０８は量
子化予測再生信号si（ｊ，ｋ）を１ライン＋１サ
ンプル分遅延させて、信号si（ｊ−２，ｋ−１）
を出力する１ライン＋１サンプル遅延素子、１２
０９は前記信号出力si（ｊ−２，ｋ−１）に予測
係数a₂を乗ずる乗算器、１２１０は前記信号出力
si（ｊ−２，ｋ−１）を２サンプルル分遅延して
信号si（ｊ＋２，ｋ−１）を出力する２サンプル
遅延素子、１２１１は前記信号si（ｊ＋２，ｋ−
１）に予測係数a₃を乗ずる乗算器、１２１２は前
記乗算器１２０７，１２０９および１２１１の出
力を加えて、予測信号pi（ｊ，ｋ）＝a₁si（ｊ−
４，ｋ）a₂si（ｊ−２，ｋ−１）＋a₃si（ｊ＋２，
ｋ−１）を出力する加算器である。 In the high efficiency band compression circuit shown in Fig. 12, 12
01 is the color signal subcarrier for the NTSC color TV signal
Sample-hold A/D converter that samples at a frequency four times that of sc and then digitizes it, 1202
is the NTSC color TV sampled at 4sc above.
2, which offsets the signal for each field.
A digital field offset sub-Nyquist sampler 1203 samples and extracts a predetermined position on the horizontal scanning line at a frequency of sc.
(j, k) and a predicted signal Pi (j, k), a subtracter 1204 quantizes the output signal of the subtracter 1203 to obtain a quantized difference signal εi (j,
A quantizer 1205 forms the prediction signal Pi(j,k) and the quantized difference signal εi(j,k)
An adder 1206 adds a delay of 2 samples (4 pixels including interpolation points) from the quantized predicted reproduced signal Si(j, k). a two-sample delay element that causes
1207 is the 2-sample previous signal si(j-4,
A multiplier 1208 that multiplies the prediction coefficient _a1 by the prediction coefficient a 1 delays the quantized predicted reproduction signal si (j, k) by 1 line + 1 sample to produce the signal si (j-2, k-1)
1 line + 1 sample delay element that outputs 12
09 is a multiplier that multiplies the signal output si (j-2, k-1) by the prediction coefficient _a2 , and 1210 is the signal output
A two-sample delay element 1211 delays the signal si(j-2, k-1) by two samples and outputs the signal si(j+2, k-1).
A multiplier 1212 that multiplies 1) by a prediction coefficient _a3 adds the outputs of the multipliers 1207, 1209, and 1211 to obtain a prediction signal pi (j, k) = a ₁ si (j-
4, k) a ₂ si (j-2, k-1) + a ₃ si (j+2,
k-1).

第１４図の高能率帯域伸張回路において、１４
０１は、伝送されてくるフイールドオフセツトサ
ブナイキスト標本化・二次元予測DPCM符号化さ
れた量子化差分信号εｉ（ｊ，ｋ）に予測信号pi
（ｊ，ｋ）を加えて、量子化予測再生信号si
（ｊ，ｋ）を復号化する加算器、２サンプル遅延
素子１４０２から２サンプル前予測係数乗算器１
４０３、１ライン＋１サンプル遅延素子１４０
４、１ライン＋１サンプル前予測係数乗算器１４
０５、２サンプル遅延素子１４０６、１ライン−
１サンプル前予測係数乗算器１４０７、および
加算器１４０８までは第１２図の二次元予測器と
同じで量子化予測再生信号pi（ｊ，ｋ）＝a₁si
（ｊ−４，ｋ）＋a₂si（ｊ−２，ｋ−１）＋a₃si（ｊ
＋２，ｋ−１）を算出する予測回路を構成する。
１４０９は前記量子化予測再生信号si（ｊ，ｋ）
すなわちDPCM符号化・復号化系を通して再生さ
れたフイールドオフセツトサブナイキスト標本化
NTSCカラーTV信号を、輝度信号成分（低域成
分）yi（ｊ，ｋ）と色信号成分（高域成分）ci
（ｊ，ｋ）に分離するデイジタルフイルターから
なるyc分離回路、１４１０は前記輝度信号yi
（ｊ，ｋ）と色信号ci（ｊ，ｋ）を加えて量子化
予測再生信号si（ｊ，ｋ）を再合成する加算器、
１４１１は前記サブナイキスト標本化信号si
（ｊ，ｋ）を１サンプル期間ラツチ（補間点を含
めて２画素期間ラツチ）する１サンプル遅延素
子、１４１２は前記輝度信号yi（ｊ，ｋ）を１サ
ンプル期間遅延してyi（ｊ−２，ｋ）を出力する
１サンプル遅延素子、１４１３は前記輝度信号yi
（ｊ，ｋ）とyi（ｊ−２，ｋ）を加える加算器、
１４１４は前記加算器１４１２の出力信号を1/2
し、補間輝度信号yi（ｊ−１，ｋ）＝｛yi（ｊ，
ｋ）＋yi（ｊ−２，ｋ）｝／２を算出する除算器、
１４１５は前記色信号ci（ｊ，ｋ）を１フレーム
毎に符号を切り換えて、180゜位相反転した−ci
（ｊ，ｋ）を出力する色信号フレーム毎の位相反
転回路、１４１６は前記色信号フレーム毎の位相
反転回路１４１５の色信号出力±ci（ｊ，ｋ）を
１フイールド期間遅延し、補間色信号ci−１（ｊ
−１，ｋ）を出力する１フイールド遅延素子、１
４１７は前記補間輝度信号yi（ｊ−１，ｋ）と補
間色信号ci−１（ｊ−１，ｋ）を加えて、フイー
ルド補間カラーTV信号si（ｊ−１，ｋ）を算出
する加算器、１４１８は前記フイールドオフセツ
トサブナイキスト標本化カラーTV信号si（ｊ，
ｋ）と前記補間カラーTV信号si（ｊ−１，ｋ）
を交互にセレクトして４scの周波数レートの
NTSCカラーTV信号を補間再生する補間データ
セレクタである。 In the high-efficiency band extension circuit shown in FIG.
01 is a prediction signal pi added to the transmitted field offset sub-Nyquist sampling/two-dimensional predictive DPCM encoded quantized difference signal εi(j,k).
(j, k) to obtain the quantized predicted reproduction signal si
Adder for decoding (j, k), 2-sample delay element 1402 to 2-sample previous prediction coefficient multiplier 1
403, 1 line + 1 sample delay element 140
4. 1 line + 1 sample previous prediction coefficient multiplier 14
05, 2 sample delay element 1406, 1 line -
The 1-sample prediction coefficient multiplier 1407 and the adder 1408 are the same as the two-dimensional predictor in FIG. 12, and the quantized predicted reproduction signal pi (j, k) = a ₁ si
(j-4, k) + a ₂ si (j-2, k-1) + a ₃ si (j
+2, k-1).
1409 is the quantized predicted reproduction signal si(j,k)
In other words, the field offset sub-Nyquist sampling reproduced through the DPCM encoding/decoding system
NTSC color TV signal is divided into luminance signal component (low frequency component) yi (j, k) and color signal component (high frequency component) ci
A yc separation circuit 1410 consisting of a digital filter that separates the luminance signal yi into (j,k)
(j, k) and a color signal ci (j, k) to resynthesize a quantized predicted reproduction signal si (j, k);
1411 is the sub-Nyquist sampled signal si
A 1-sample delay element 1412 latches (j, k) for 1 sample period (latches for 2 pixel periods including the interpolation point); , k), and 1413 is a one-sample delay element that outputs the luminance signal yi
an adder that adds (j, k) and yi (j-2, k),
1414 halves the output signal of the adder 1412
Then, the interpolated luminance signal yi (j-1, k) = {yi (j,
k)+yi(j-2,k)}/2;
1415 is -ci which changes the sign of the color signal ci (j, k) every frame and inverts the phase by 180°.
A phase inverting circuit 1416 for each color signal frame that outputs (j, k) delays the color signal output ±ci (j, k) of the phase inverting circuit 1415 for each color signal frame by one field period, and generates an interpolated color signal. ci−1(j
-1, k), 1 field delay element, 1
417 is an adder that adds the interpolated luminance signal yi (j-1, k) and the interpolated color signal ci-1 (j-1, k) to calculate a field interpolated color TV signal si (j-1, k). , 1418 is the field offset sub-Nyquist sampled color TV signal si(j,
k) and the interpolated color TV signal si(j-1,k)
of the frequency rate of 4sc by alternately selecting
This is an interpolation data selector that interpolates and reproduces NTSC color TV signals.

次にこの発明による高能率帯域圧縮方式の処理
手順について説明する。 Next, the processing procedure of the high-efficiency band compression method according to the present invention will be explained.

NTSCカラーTV信号をフイールドオフセツト
をかけて色副搬送波ecの４倍の周波数で標本化
すると、画面上で第７図に示すような画素配列で
データ抽出される。このように、水平走査線上の
一定の位置を偶数フイールド・奇数フイールド毎
に１画素シフトして、正方格子状にデータ抽出さ
れた画素を、第１２図のサブナイキストサンプラ
ー１２０２にて白丸の画素のみ標本点として選択
して、フイールドオフセツトサブナイキスト標本
化する。この場合の４フイールド毎に位相が巡回
する色信号の標本点のタイミングを図示すると、
第８図および第９図のようになる。図から明らか
なように、色信号はフイールド毎に隣接する水平
走査線上で90゜（フレーム間にまたがるフイール
ドでは270゜）位相の異なる点を標本化すること
になる。したがつて、NTSCカラーTV信号から
輝度信号と色信号を分離して、前フイールドの隣
接水平走査線上の上部の色信号と現ラインの輝度
信号の前後２標本点の平均値とを加えて、補間
NTSCカラーTV信号を再生することが可能であ
る。また、色信号については、フレーム間にまた
がるフイールド補間の際、符号反転する必要があ
る。ここで、二次元予測DPCM符号化・復号化処
理を通したフイールドオフセツトサブナイキスト
標本化NTSCカラーTV信号をsi（ｊ，ｋ）（ここ
ではｉ，ｊ，ｋは正の整数）、輝度信号をyi
（ｊ，ｋ）、色信号をci（ｊ，ｋ）とすると、第１
４図のYC分離回路１４０９以降の補間処理によ
る４scのレートのNTSCカラーTV信号再生過
過は以下の式で表わされる。 When an NTSC color TV signal is subjected to field offset and sampled at four times the frequency of the color subcarrier ec, data is extracted on the screen in a pixel arrangement as shown in FIG. In this way, a certain position on the horizontal scanning line is shifted by one pixel for each even field and odd field, and the pixels whose data is extracted in a square grid are processed by the sub-Nyquist sampler 1202 in FIG. Select the sample point and perform field offset sub-Nyquist sampling. In this case, the timing of the sample points of the color signal whose phase rotates every four fields is illustrated as follows:
The result will be as shown in FIGS. 8 and 9. As is clear from the figure, the color signals are sampled at points that differ in phase by 90° (270° for fields extending between frames) on adjacent horizontal scanning lines for each field. Therefore, the luminance signal and the color signal are separated from the NTSC color TV signal, and the upper color signal on the adjacent horizontal scanning line of the previous field is added to the average value of the two sample points before and after the luminance signal of the current line. interpolation
It is possible to play NTSC color TV signals. Further, regarding the color signal, it is necessary to invert the sign during field interpolation spanning between frames. Here, the field offset sub-Nyquist sampled NTSC color TV signal through two-dimensional predictive DPCM encoding/decoding processing is converted to si(j, k) (here, i, j, k are positive integers), and the luminance signal is yi
(j, k), and the color signal is ci (j, k), then the first
The reproduction of an NTSC color TV signal at a rate of 4sc by the interpolation processing after the YC separation circuit 1409 in FIG. 4 is expressed by the following equation.

補間輝度信号 yi（ｊ−１，ｋ）＝１／２｛yi（ｊ−２，ｋ）＋yi （ｊ，ｋ）｝補間色信号 ci（ｊ−１，ｋ）＝±ci−１（ｊ−１，ｋ）補間カラーTV信号 si（ｊ−１，ｋ）
＝yi（ｊ−１，ｋ）＋ci（ｊ−１，ｋ）以上の過程で、フイールドオフセツトサブナイ
キスト標本化NTSCカラーTV信号si（ｊ，ｋ）
から補間再生された信号si（ｊ−１，ｋ）を、補
間データセレクタ１４１７で交互にセレクトし
て、４scの周波数レートをもつNTSCカラー
TV信号を再生できる。ここで、補間色信号の右
辺の符号は、フレーム間にわたるフイールド補間
の場合にマイナスとなる。Interpolated luminance signal yi (j-1, k) = 1/2 {yi (j-2, k) + yi (j, k)} Interpolated color signal ci (j-1, k) = ±ci-1 (j- 1,k) Interpolated color TV signal si(j-1,k)
= yi (j-1, k) + ci (j-1, k) Through the above process, the field offset sub-Nyquist sampled NTSC color TV signal si (j, k)
The interpolated and reproduced signal si(j-1,k) from
Can play TV signals. Here, the sign of the right side of the interpolated color signal becomes negative in the case of field interpolation spanning between frames.

以上の処理過程を周波数スペクトラム上で考察
する。NTSCカラーTV信号は輝度信号スペクト
ラムysの高域部と色信号スペクトラムCsが、第
１０図に示すように周波数軸上で交互にインター
リーブしている。この信号を２scでサブナイキ
スト標本化すると、第ｉ−１フイールドのｋライ
ンの各信号成分の折り返しスペクトラムは第１１
図ａのようになる。これに対し、第ｉフイールド
のｋラインのフイールドオフセツトサブナイキス
ト標本化カラーTV信号の周波数スペクトラムは
第１１図ｂのようになる。これを補間再生した４
scのNTSCカラーTV信号のスペクトラムは、
第１１図ｃのようにお互いに折り返し信号スペク
トラムを打ち消し合う。もちろん、送信側でＡ／
Ｄ変換器１２０１の前後および補間データセレク
タ１４１８の後に輝度信号の高域成分をカツトす
るくし形フイルタを挿入すれば、前記折り返しス
ペクトラムの混入は防げる。 The above processing process will be considered on the frequency spectrum. In the NTSC color TV signal, the high frequency portion of the luminance signal spectrum ys and the color signal spectrum Cs are alternately interleaved on the frequency axis as shown in FIG. When this signal is sub-Nyquist sampled at 2sc, the folded spectrum of each signal component of the k line of the i-1st field is the 11th
It will look like figure a. On the other hand, the frequency spectrum of the field offset sub-Nyquist sampled color TV signal of the k line of the i-th field is as shown in FIG. 11b. Interpolated playback of this 4
The spectrum of the sc NTSC color TV signal is
As shown in FIG. 11c, the folded signal spectra cancel each other out. Of course, A/
By inserting a comb filter for cutting high frequency components of the luminance signal before and after the D converter 1201 and after the interpolation data selector 1418, the aliased spectrum can be prevented from being mixed in.

次にフイールドオフセツトサブナイキスト標本
化と補間処理の間の二次元予測DPCM符号化器の
動作について説明する。予測符号化方式において
予測誤差による雑音を最も少なくするには、現標
本点に対し最も相関の大きい予測点を多数選択す
ることにある。しかし、NTSCカラーTV信号
は、色信号が約3.58MHzの搬送波で直角２相変調
されて輝度信号に重畳されているため、トランス
ペアレンシイのよい直接予測符号化をするには予
測点の選択が困難であつた。この発明によるフイ
ールドオフセツトサブナイキスト標本化方式では
上記の問題がない。今、第１２図に示す二次元予
測DPCM符号化器の減算器１２０３への第ｉフイ
ールドの信号入力をsi（ｊ，ｋ）とすると、この
標本点に対し色信号が同一位相となる点は、同一
フイールド内の近隣標本点で３点存在する。すな
わち、第７図、第８図および第９図から明らかな
ように、同一走査線上の２サンプル前si（ｊ−
４，ｋ）、前水平走査線上の左上si（ｊ−２，ｋ
−１）、および右上si（ｊ＋２，ｋ−１）が予測
点として選択できる。これらの予測点を用いた第
１２図に示す二次元予測DPCM符号化器による帯
域圧縮処理過程を数式で示すと次のとおりであ
る。つまり、二次元予測DPCM符号化器の量子化
予測差分信号出力をεｉ（ｊ，ｋ）とすると、 εｉ（ｊ，ｋ）
＝si（ｊ，ｋ）−pi（ｊ，ｋ）＋q₂ si（ｊ，ｋ）＝εｉ（ｊ，ｋ）＋pi（ｊ，ｋ） pi（ｊ，ｋ）＝a₁si（ｊ−４，ｋ）＋a₂si
（ｊ−２，ｋ−１）＋a₃si（ｊ＋２，ｋ−１）ここで、pi（ｊ，ｋ）は予測信号、a₁，a₂，a₃
はsi（ｊ，ｋ）とsi（ｊ−４，ｋ）、si（ｊ−２，
ｋ−１）、およびsi（ｊ＋２，ｋ−１）の標本点
とのそれぞれの相関係数から求まる予測係数であ
る。q₂＝si（ｊ，ｋ）−si（ｊ，ｋ）は予測誤差
および量子化誤差から生ずる雑音である。第１４
図に示す二次元予測DPCM復号器では、前記符号
化処理の逆の演算を実行して、量子化予測差分信
号から予測再生信号si（ｊ，ｋ）を復号する。こ
の信号si（ｊ，ｋ）が補間再生処理部のYC分離
回路１４０９の入力信号たるフイールドオフセツ
トサブナイキスト標本化NTSCカラーTV信号の
再生信号である。以上の二次元予測DPCM符号
化・復号化処理では、相関の大きい予測標本点が
近隣に３点とれるため、雑音q₂を非常に小さく抑
圧することが可能である。 Next, the operation of the two-dimensional predictive DPCM encoder between field offset sub-Nyquist sampling and interpolation processing will be explained. In a predictive coding method, the best way to minimize noise due to prediction errors is to select a large number of predicted points that have the highest correlation with the current sample point. However, in NTSC color TV signals, the chrominance signal is quadrature two-phase modulated using a carrier wave of about 3.58 MHz and superimposed on the luminance signal, so it is difficult to select prediction points for direct predictive coding with good transparency. It was hot. The field offset sub-Nyquist sampling method according to the present invention does not have the above problems. Now, if the signal input of the i-th field to the subtracter 1203 of the two-dimensional predictive DPCM encoder shown in FIG. , there are three neighboring sample points in the same field. That is, as is clear from FIGS. 7, 8, and 9, si(j−
4,k), upper left si(j-2,k
−1) and the upper right si(j+2, k−1) can be selected as prediction points. The band compression processing process by the two-dimensional predictive DPCM encoder shown in FIG. 12 using these prediction points is expressed as follows. In other words, if the quantized predictive difference signal output of the two-dimensional predictive DPCM encoder is εi (j, k), then εi (j, k)
= si (j, k) - pi (j, k) + q ₂ si (j, k) = εi (j, k) + pi (j, k) pi (j, k) = a ₁ si (j - 4, k) + a ₂ si
(j-2, k-1) + a ₃ si (j+2, k-1) where pi (j, k) is the predicted signal, a ₁ , a ₂ , a ₃
are si(j,k), si(j-4,k), si(j-2,
k−1) and si(j+2, k−1), which are prediction coefficients determined from the respective correlation coefficients with the sample points. q ₂ =si(j,k)−si(j,k) is the noise resulting from prediction error and quantization error. 14th
The two-dimensional predictive DPCM decoder shown in the figure decodes the predicted reproduced signal si(j, k) from the quantized predicted difference signal by performing the inverse operation of the encoding process. This signal si(j,k) is a reproduced signal of a field offset sub-Nyquist sampled NTSC color TV signal which is an input signal to the YC separation circuit 1409 of the interpolation reproduction processing section. In the two-dimensional predictive DPCM encoding/decoding process described above, three predictive sample points with high correlation are obtained in the vicinity, so it is possible to suppress the noise q ₂ to a very low level.

なお、図において遅延素子の記号に用いたＺ変
換の指数はサブナイキスト標本化の標本点の数に
対応している。ただし、補間点を含めるとこの指
数の２倍となる。 Note that the Z-transform exponent used for the symbol of the delay element in the figure corresponds to the number of sample points of sub-Nyquist sampling. However, if interpolation points are included, the index will be twice this index.

さらに、本発明による二次元予測符号化器の量
子化器１２０４として、第１３図に示すようなミ
ツドトレツド形のリミツタ付量子化特性を用いれ
ば、小さいガラス雑音の抑圧効果があるととも
に、過負荷に対する抑圧、すなわち、サブナイキ
スト標本化による折り返し雑音における最も影響
の大きい振幅レベルの大きい高域周波数成分に対
する抑圧効果がある。また、二次元予測符号化器
の３つの係数を操作して、垂直、水平および斜め
成分のビツト妨害等に対する雑音を抑圧すること
も可能である。 Furthermore, if the quantizer 1204 of the two-dimensional predictive encoder according to the present invention uses a quantization characteristic with a limiter of a mid-to-read type as shown in FIG. In other words, sub-Nyquist sampling has the effect of suppressing high-frequency components with large amplitude levels that have the greatest influence on aliasing noise. It is also possible to suppress noise caused by bit interference of vertical, horizontal and diagonal components by manipulating the three coefficients of the two-dimensional predictive encoder.

なお、上記実施例では、第１４図に示す受信側
高能率帯域伸張回路の色信号フイールド遅延のた
め、色信号のフレーム毎位相反転回路１４１５と
フイールド遅延素子１４１６を用いたが、これら
の代りに262ラインのサンプル遅延素子を用いて
もよい。すなわち、１フイールド後に色信号が同
一位相となる最隣接ラインは262ライン後であ
る。 In the above embodiment, the color signal frame-by-frame phase inversion circuit 1415 and the field delay element 1416 were used to delay the color signal field in the high-efficiency band expansion circuit on the receiving side shown in FIG. A 262-line sample delay element may also be used. That is, the closest adjacent line where the color signals have the same phase after one field is 262 lines later.

以上のように、この発明によればNTSCカラー
TV信号をフイールドオフセツトサブナイキスト
標本化したのち二次元予測DPCM符号化し、受信
側でYC分離後色信号をフイールド補間するよう
に構成したので、画質劣化の少ない高能率帯域圧
縮が実現できる効果がある。 As described above, according to this invention, NTSC color
The TV signal is subjected to field-offset sub-Nyquist sampling and then two-dimensional predictive DPCM encoding, and after YC separation, the color signal is field-interpolated on the receiving side, which has the effect of realizing highly efficient band compression with little image quality deterioration. be.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は、テレビジヨン信号の帯域圧縮デジタ
ル伝送装置の系統図、第２図および第３図は従来
のライン・フイールドオフセツトサブナイキスト
標本化によるNTSCカラーTV信号の標本点と補
間再生点の画素配列を示す説明図、第４図および
第５図はライン・フイールドオフセツトサブナイ
キスト標本化による標本点とNTSC色信号の４フ
イールド期間における位相関係を示した波形図、
第６図は、ライン・フイールドオフセツトサブナ
イキスト標本化されたNTSCカラーTV信号を２
値前予測差分符号化するDPCM符号化器の構成
図、第７図はこの発明のフイールドオフセツトサ
ブナイキスト標本化によるNTSCカラーTV信号
の標本点と補間再生点の画素配列を示す説明図、
第８図および第９図はフイールドオフセツトサブ
ナイキスト標本化による標本点とNTSC色信号の
４フイールド期間における位相関係を示した波形
図、第１０図はNTSCカラーTV信号の輝度信号
スペクトラムの高域部と色信号スペクトラムが周
波数インターリーブした状態を示す図、第１１図
ａはフイールドオフセツトサブナイキスト標本化
NTSCカラーTV信号の第ｉ−１フイールドｋラ
インの周波数スペクトラム、第１１図ｂはフイー
ルドオフセツトサブナイキスト標本化NTSCカラ
ーTV信号の第ｉフイールドｋラインの周波数ス
ペクトラム、第１１図ｃは標本化信号の周波数ス
ペクトラムａとｂの平均化周波数スペクトラム、
第１２図はこの発明における高能率帯域圧縮回路
の一実施例を示すブロツク図、第１３図は第１２
図の二次元予測差分符号化器の量子化器の量子化
特性曲線を示す図、第１４図はこの発明における
高能率帯域圧縮回路にて帯域圧縮されたNTSCカ
ラーTV信号を二次元予測増分復号化しさらにフ
イールド補間処理にて信号再生を行なう高能率帯
域伸張回路の一実施例を示すブロツク図である。１２０１……サンプルホールド・Ａ／Ｄ変換
器、１２０２……サブナイキストサンプラー、１
２０３……減算器、１２０４……量子化器、１２
０５，１２１２，１４０１，１４０８，１４１
０，１４１３，１４１６……加算器、１２０６，
１２１０，１４０２，１４０６……２サンプル遅
延素子、１２０７，１４０３……２サンプル前予
測係数乗算器、１２０８，１４０４……１ライン
＋１サンプル遅延素子、１２０９，１４０５……
１ライン＋１サンプル前予測係数乗算器、１２１
１，１４０７……１ライン−１サンプル前予測係
数乗算器、１４０９……YC分離回路、１４１
１，１４１２……１サンプル遅延素子、１４１４
……除算器、１４１５……位相反転回路、１４１
６……１フイールドサンプル遅延素子、１４１８
……補間データセレクタ。なお、図中同一符号
は、同一または相当部分を示す。 Fig. 1 is a system diagram of a band compression digital transmission device for television signals, and Figs. 2 and 3 show sampling points and interpolated reproduction points of an NTSC color TV signal using conventional line field offset sub-Nyquist sampling. FIGS. 4 and 5 are explanatory diagrams showing the pixel arrangement; FIGS. 4 and 5 are waveform diagrams showing the phase relationship in four field periods of the NTSC color signal and sample points obtained by line field offset sub-Nyquist sampling;
Figure 6 shows a line-field offset sub-Nyquist sampled NTSC color TV signal.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the pixel arrangement of sampling points and interpolation reproduction points of an NTSC color TV signal by field offset sub-Nyquist sampling according to the present invention;
Figures 8 and 9 are waveform diagrams showing the phase relationship between sample points obtained by field offset sub-Nyquist sampling and the NTSC color signal during four field periods, and Figure 10 is a high-frequency diagram of the luminance signal spectrum of the NTSC color TV signal. Figure 11a is a diagram showing a state in which the color signal spectrum and the color signal spectrum are frequency interleaved.
The frequency spectrum of the i-1st field k line of the NTSC color TV signal, Figure 11b is the frequency spectrum of the i-th field k line of the field offset sub-Nyquist sampled NTSC color TV signal, and Figure 11c is the sampled signal. The averaged frequency spectrum of frequency spectra a and b,
FIG. 12 is a block diagram showing an embodiment of the high-efficiency band compression circuit according to the present invention, and FIG.
FIG. 14 is a diagram showing the quantization characteristic curve of the quantizer of the two-dimensional predictive differential encoder shown in FIG. FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a high-efficiency band expansion circuit that performs signal reproduction using field interpolation processing. 1201...Sample hold/A/D converter, 1202...Sub Nyquist sampler, 1
203...Subtractor, 1204...Quantizer, 12
05,1212,1401,1408,141
0,1413,1416...adder, 1206,
1210, 1402, 1406... 2 sample delay element, 1207, 1403... 2 sample previous prediction coefficient multiplier, 1208, 1404... 1 line + 1 sample delay element, 1209, 1405...
1 line + 1 sample previous prediction coefficient multiplier, 121
1,1407...1 line-1 sample pre-prediction coefficient multiplier, 1409...YC separation circuit, 141
1,1412...1 sample delay element, 1414
...Divider, 1415 ... Phase inversion circuit, 141
6...1 field sample delay element, 1418
...Interpolation data selector. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.

Claims

【特許請求の範囲】[Claims]

１ NTSC方式カラーテレビジヨンをフイールド
毎にオフセツトした色副搬送波の２倍の周波数で
標本化し、奇数フイールドと偶数フイールドの間
において画面上で正方格子状の標本点配列が水平
方向にもインターレースするようにデータ抽出す
るフイールドオフセツト形サブナイキスト標本化
部と、前記各フイールド内で正方格子状にサブナ
イキスト標本化されたNTSC方式カラーテレビジ
ヨン信号を入力標本点の２サンプル前および前水
平走査線の左上と右上の３つの標本点を予測点と
して予測器を構成しフイルド内二次元予測符号化
する二次元予測DPCM符号化部と、前記二次元予
測DPCM符号化された帯域圧縮信号を前記予測器
と同一のものを用いて逆の演算をしDPCM復号化
する二次元予測DPCM復号部と、前記DPCM復号
部で復号されたフイールドオフセツトサブナイキ
スト標本化NTSC方式カラーテレビジヨン信号を
輝度信号成分と色信号成分に分離して、輝度信号
は隣接標本点の平均値また色信号は前フイールド
の隣接ライン上の上または下の標本点から色信号
の位相が連続となるようにフイールド補間して、
輝度信号成分と色信号成分を再合成し標本点の間
の補間NTSC方式カラーテレビジヨン信号を形成
する補間信号形成部と、前記フイールドオフセツ
トサブナイキスト標本化NTSC方式カラーテレビ
ジヨン信号とこれから形成されるフイールド補間
NTSC方式カラーテレビジヨン信号を交互に切り
換えて信号抽出し見かけ上色副搬送波の４倍で標
本化したNTSC方式カラーテレビジヨン信号を再
生する補間処理部とを備えたことを特徴とする
NTSC方式カラーテレビジヨン信号高能率帯域圧
縮装置。1 NTSC color television is sampled at twice the frequency of the color subcarrier offset for each field, so that the square grid sample point array interlaces horizontally on the screen between odd and even fields. A field offset type sub-Nyquist sampling unit extracts data from the input sampling point two samples before the input sampling point and the previous horizontal scanning line. a two-dimensional predictive DPCM encoding unit that configures a predictor using the three sample points of the upper left and upper right as prediction points and performs intra-field two-dimensional predictive encoding; a two-dimensional predictive DPCM decoding unit that performs the inverse operation and DPCM decoding using the same thing as the DPCM decoding unit; The luminance signal is separated into color signal components, and the luminance signal is the average value of adjacent sampling points, and the color signal is field-interpolated from the upper or lower sampling points on the adjacent line of the previous field so that the phase of the color signal is continuous.
an interpolation signal forming section for recombining the luminance signal component and the color signal component to form an interpolated NTSC color television signal between sample points; field interpolation
An interpolation processing unit that alternately switches the NTSC color television signal to extract the signal and reproduces the NTSC color television signal sampled at four times the apparent color subcarrier.
Highly efficient band compression device for NTSC color television signals.