JPS6292620A - テレビジヨン信号の高能率符号化装置 - 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］ この発明は、ディジタルテレビジョン信号の１画素当た
りのビット数を圧縮する高能率符号化装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、ディジタルテレビジョン信号を伝送する際
に通用される高能率符号化装置において、テレビジョン
画面を多数の３次元的ブロック即ち、空間的ブロックに
分割し、各ブロック内の画素の相関により狭くなったダ
イナミ・ツクレンジに、適応した符号化により、ブロッ
ク内の画素データを圧縮されたビット数で符号化でき、
元のデータのビット数に比して低減されたビット数の伝
送データを形成できるようにしたものである。

〔従来の技術〕

テレビジョン信号の符号化方法として、伝送帯域を狭く
する目的でもって、１画素当たりの平均ビット数又はサ
ンプリング周波数を小さくするいくつかの方法が知られ
ている。

サンプリング周波数を下げる符号化方法としては、サブ
サンプリングにより画像データを１７２に間引き、サブ
サンプリング点と、補間の時に使用するサブサンプリン
グ点の位置を示す（即ち補間点の上下又は左右の何れの
サブサンプリング点のデータを使用するかを示す）フラ
グとを伝送するものが提案されている。

■画素当たりの平均ビット数を少なくする符号化方法の
ひとつとして、Ｄ　Ｐ　ＣＭ　（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉ
ａｌＰＣＭ　）が知られている。ＤＰＣＭは、テレビジ
ョン信号の画素同士の相関が高く、近接する画素同士の
差が小さいことに着目し、この差分信号を量子化して伝
送するものである。

１画素当たりの平均ビット数を少なくする符号化方法の
他のものとして、１フイールドの画面を微小なブロック
に細分化して、ブロック毎に代表点の画素及びブロック
内のデータのレベル分布の偏差を伝送するものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

サブサンプリングを用いてサンプリング周波数を低減し
ようとする符号化方法は、サンプリング周波数が１７２
になるために、折り返し歪が発生するおそれがあった。

ＤＰＣＭは、符号化誤りが以後の符号化に伝播する問題
点があった。

ブロック単位で符号化を行う方法は、ブロック同士の境
界においてプロ・ツク歪が生じる欠点があった。

この発明の目的は、上述の従来の技ｊ４テが有する折り
返し歪の発生、誤りの伝播、ブロック歪の発生等の問題
点が生じない高能率符号化装置を提供することにある。

本願出願人は、特願昭５９−２６６４０７号明細書に記
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装置を提案している。この発明は
、２次元ブロックを用いる高能率化符号装置の改良に係
わるもので、３次元ブロックに関してダイナミックじン
ジを求め、このダイナミックレンジに適応してディジタ
ルテレビジョン信号を符号化することにより、圧縮率を
一層高くできる高能率符号化装置を提供するものである
。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、複数フィールドの夫々に属する対応する２
次元領域からなる３次元ブロックに含まれる複数の画素
に関して、ダイナミックレンジ（最大レベルと最小レベ
ルの差）と最小レベルとを求め、圧縮された量子化ビッ
ト数によりダイナミックレンジを分割し、ブロック内の
各画素を最も近いレベルのコードに符号化するものであ
る。

この発明は、ディジタルテレビジョン信号の３次元ブロ
ック内に含まれる複数の画素データの最大価ＭＡＸ及び
複数の画素データの最小値ＭＩＮを求める手段と、 最小値ＭＩＮを複数の画素データの値から減算し、最小
値除去後の入力データＤＴＩを形成する手段と、 最大（Ｉ！ＭＡＸ及び最小値Ｍ　、Ｉ　Ｎからプロ・ツ
ク毎のダイナミックレンジＤＲを検出する手段と、検出
されたダイナミックレンジＤＲ内で最小値ＭＩＮ除去後
の入力データを元の量子化ビット数より少ない所定の量
子化ビット数で符号化する手段と、 ダイナミックレンジＤＲ或いはダイナミックレンジＤＲ
を所定の量子化ビット数と対応する値で換算した量子化
幅Δの一方と１、最大値ＭＡＸ、最小値ＭＩＮの内の少
な（とも、２個の付加コードと符号化された符号化コー
ドＤＴを伝送する手段と からなることを特徴とするテレビジョン信号の高能率符
号化装置である。

〔作用〕 テレビジョン信号は、水平方向、垂直方向並びに時間方
向に関する３次元的な相関を有しているので、定常部で
は、同一のブロックに含まれる画素データのレベルの変
化幅は、小さい。従って、ブロック内の画素データが共
有する最小レベルＭＩＮを除去した後のデータＤＴｔの
ダイナミックレンジを元の量子化ビット数より少ない量
子化とノド数により量子化しても、量子化歪は、殆ど生
じない。量子化ビット数を少なくすることにより、デー
タの伝送帯域幅を元のものより狭くすることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。この説明は、下記の順序に従ってなされる。

ａ、送信側の全体の構成 り、ブロックの説明 Ｃ，ブロック化回路 ｄ、ダイナミックレンジ算出回路及び量子化幅決定回路 ｅ、量子化回路 ｆ、受信側の構成 ｇ、変形例 ａ、送信側の全体の構成 第１図は、この発明の送信側（記録側）の構成を全体と
して示すものである。１で示す入力端子に例えば１サン
プルが８ビツトに量子化されたＮＴＳＣ方式のディジタ
ルテレビジョン信号が入力される。このディジタルテレ
ビジョン信号がブロック化回路２に供給される。

ブロック化回路２により、入力ディジタルテレビジョン
信号が符号化の単位であるブロック毎に連続する信号に
変化される。ブロック化回路２の出力信号がダイナミッ
クレンジ算出回路３及び減算回路４に供給される。ダイ
ナミックレンジ算出回路３は、３次元ブロック（この例
では、４ライン×８画素×４フィールド）の各々の最大
レベルＭＡＸと最小レベルＭＩＮとダイナミックレンジ
ＤＲとを算出する回路である。

ダイナミックレンジ算出回路３により検出されたダイナ
ミックレンジＤＲが量子化幅、（Δ）決定回路５に供給
される。量子化幅決定回路５は、ダイナミックレンジＤ
Ｒを量子化ビット数と対応するステップ数で分割して４
ビツトの量子化幅Δを算出すると共に、８ビツトの代表
最小レベルＬＯを発生する回路である。

量子化幅Δ及び最小レベル除去後の画素データＤＴＩが
量子化回路６に供給される。量子化回路６は、最小レベ
ル除去後の画素データＤＴＩが分割された領域のどの領
域に含まれるかを判定し、その領域を特定する４ビツト
の符号化コードＤＴを発生するものである。量子化回路
６の具体的構成については、後述する。

この一実施例では、量子化幅Δ、代表最小レベルＬＯ１
符号化コードＤＴを伝送するようにしている。これらの
データがフレーム化回路７に供給され、送信データに変
換される。　送信データの形態としては、代表最小レベ
ルトＯ２量子化幅Δ及び符号化コードＤＴからなるデー
タ部分の夫々に独立のエラー訂正符号の符号化を施して
、各エラー訂正符号のパリティを付加して伝送するもの
を使用できる。また、符号化コードＤＴ以外の量子化幅
Δ及び代表最小レベルＬＯの夫々に独立のエラー訂正符
号の符号化を施しても良い。更に、量子化幅Δ及び代表
最小レベルＬＯの両者に共通のエラー訂正符号の符号化
を施して、そのパリティを付加しても良い。フレーム化
回路７の出力端子８に伝送データが取り出される。図示
せずも、フレーム化回路７からの伝送データは、シリア
ルデータとして送信（或いは記録媒体に記録）される。

ｂ、ブロックの説明 第２図を参照して、符号化の単位であるブロックについ
て説明する。第２図において、９は、２フレーム（４フ
イールド）の各フィールドに属する２次元領域９Ａ、９
Ｂ、９Ｃ，９Ｄからなる１ブロツクを示すもので、実線
は、奇数フィールドのラインを示し、破線は、偶数フィ
ールドのラインを示す。奇数フィールドの４本のライン
の夫々に含まれる８個の画素によって、（４ライン×８
画素）の領域９Ａ、９Ｃが構成され、偶数フィールドの
４本のラインの夫々に含まれる８個の画素によって、（
４ライン×８画素）の領域９Ｂ、９Ｄが構成される。従
って、１ブロツクは、（４×８ｘ４＝１２８）個の画素
からなる。

元のディジタルテレビジョン信号の１ブロツクは、（１
２８ｘ８ビット−１０２４ビツト）である。この一実施
例は、１ブロツクが（３２Ｘ４ビット＋１２ビット−１
４０ビツト）となり、伝送を必要とするビット数を大幅
に圧縮することができる。

符号化コードＤＴの量子化ビット数は、冗長度を抑圧す
るには、少ない程良い。しかし、量子化歪を増大させな
いためには、余り量子化ビット数を少なくしてはならな
い、第３図′に示すように、量子化ビット数が８ビツト
の場合のテレビジョン信号のレベルは、（０〜２５５）
の２５６通りあり得る。しかし、物体の輪郭等の非定常
部を除く定常部では、１プロ・７りの画素のレベルの分
布は、第３図に示すように、かなり狭いレベルの範囲に
集中している。テレビジョン信号の場合、３次元的な１
ブロツク内の各画素は、相関を有しているので、定常部
分では、ダイナミックレンジＤＲがあまり大きくはなら
ず、最大値としては、１２８位を考えれば充分である。

従って、この一実施例のように、符号化コードのビット
数を４ビツトとすれば、量子化歪が大きくなることを防
止できる。

即ち、ダイナミックレンジＤＲは、最悪の場合に１２８
となる。この場合でも、量子化ビット数が４ビツトの時
には、分割のレベルの単位が８となり、量子化歪が４と
なる。この程度の量子化歪は、視覚上は識別できない。

一方、非定常部では、変化幅が大きくなるが、この発明
では、ダイナミックレンジＤＲが適応的に定まるので、
過渡部での応答の低下が発生しない。

Ｃ，ブロック化回路 第４図は、上述のブロック化回路２の構成の一例を示す
。入力端子１にフィールドメモリＩＩＡ。

１１Ｂ、１１Ｇが縦続接続されている。現在のフィール
ドの画素データと各フィールドメモリ１１Ａ、ＩＩＢ、
ＩＩＣの夫々から取り出された現在のフィールドの以前
の３フイールドの画素データが走査変換回路１２に供給
される。走査変換回路１２の出力端子１３には、４フイ
ールドの中で対応する２次元領域９Ａ、９Ｂ、９Ｃ，９
Ｄの夫々の画素データが順次得られる。即ち、第５図に
示すように、連続する４フィールドＦ１．Ｆ２．Ｆ３、
Ｆ４の中で対応する領域９Ａ、９Ｂ、９Ｃ。

９Ｄが数字で示される順番で出力される。各領域内では
、走査の順序に従ってデータが出力される。

ｄ、ダイナミックレンジ算出回路及び量子化幅決定回路 第６図は、この一実施例におけるダイナミックレンジ算
出回路３及び量子化幅決定回路５のより具体的構成を示
す。第６図において、２１で示す入力端子には、ブロッ
ク化回路２から前述のように、１ブロツクを形成する４
フイールドの対応する領域の画像データが順次供給され
る。この入力端子２１からの画素データは、遅延回路２
２、選択回路２３及び選択回路２４に供給される。一方
の選択回路２３は、入力ディジタルテレビジョン信号の
画素データとう゛フチ２５の出力夛−夕との間で、より
レベルの大きい方を選択して出力する。

他方の選択回路２４は、入力ディジタルテレビジロン信
号の画素データとラッチ２６の出力データとの間で、よ
りレベルの小さい方を選択して出力する。

選択回路２３の出力データが減算回路２７に供給される
と共に、ラッチ２５に取り込まれる。選択回路２４の出
力データが減算回路２７及びラッチ２９に供給されると
共に、ラッチ２６に取り込まれる。ラッチ２５及び２６
には、ランチパルスが制御部３０から供給される。

制御部３０には、入力ディジタルテレビジョン信号と同
期するサンプリングクロック及び同期信号が端子３１及
び３２の夫々から供給される。制御部３０は、ラッチ２
８及び２９にう・ソチパルスを所定のタイミングで供給
する。

４フイールドの最初で、ラッチ２５及び２６の内容が初
期設定される。う・ノチ２５には、全て“０゛のデータ
が初期設定され、う・ノチ２６には、全て“１′のデー
タが初期設定される。順次供給される同一のブロックの
（３２Ｘ４＝１２８）個の画素データの中で、最大レベ
ルがラッチ２５に貯えられる。また、順次供給される同
一のプロ・ツクの（３２Ｘ４＝１２８）個の画素データ
の中で、最小レベルがラッチ２６に貯えられる。

最大レベル及び最小レベルの検出が１ブロツクに関して
終了すると、選択回路２３の出力に当該ブロックの最大
レベルが生じる。一方、選択回路２４の出力に当該ブロ
ックの最小レベルが生じる。

１ブロツクに関しての検出が終了すると、う・ノチ２５
及び２６が再び初期設定される。

減算回路２７の出力には、選択回路２３からの最大レベ
ルＭＡＸ及び選択回路２４からの最小レベルＭＩＮを減
算してなる各ブロックのダイナミックレンジＤＲが得ら
れる。これらのダイナミックレンジＤＲ及び最小レベル
ＭＩＮが制御部３０からのラッチパルスにより、ラッチ
２８及び２９に夫々ラッチされる。

ラッチ２８に貯えられたダイナミックレンジＤＲがＲＯ
Ｍ３３に供給される。ＲＯＭ３３は、ダイナミックレン
ジＤＲを符号化コードのビット数に応じて分割すること
により、量子化幅Δを発生する。つまり、ＲＯＭ３３に
は、８ビツトのアドレスが供給され、１／１６とされた
データであって、四捨五入された結果の量子化幅Δ（４
ビツト）がＲＯＭ３３から読み出される。この量子化幅
Δが出力端子３７に取り出されると共に、量子化回路６
に供給される。

ラッチ２９に貯えられた最小レベルＭＩＮが加算回路３
６に供給されると共に、減算回路４の一方の入力端子に
供給される。減算回路４の他方の。

入力端子には、遅延回路２２を介された入力ディジタル
テレビジョン信号ＰＤが供給される。従うて、減算回路
４の出力に最小レベル除去後のデータＤＴＩが得られ、
このデータＤＴＩが量子化回路６に供給される。量子化
回路６は、後述する構成を有し、その出力端子３８に４
ビツトの符号化コードＤＴが取り出される。

加算回路３６の他方の入力端子には、各乗算回路３５を
介して量子化幅Δの２のデータが供給される。この加算
回路３６の出力に発生する代表最小レベルＬＯが出力端
子３９に取り出される。

ｅ、量子化回路 第７図は、上述のＲＯＭ３３及び量子化回路６の一例の
構成を示す。但し、説明を簡単とするため、量子化ビッ
ト数を４ビツトでなく、２ビツトとし、ダイナミックレ
ンジを４分割している。

第７図において、４１は、ダイナミックレンジＤＲが供
給される入力端子を示し、４２は、最小レベル除去後の
データＤＴＩが供給される入力端子を示す。ダイナミッ
クレンジＤＲは、ＲＯＭ３３により１／４のレベルとさ
れ、ＲＯＭ３３から量子化幅Δが読み出される。

このＲＯＭ３３の出力が乗算器４４及び４５に供給され
る。乗算器４４により３倍とされた出力がレベル比較器
４６の一方の入力端子に供給される。乗算器４５により
２倍とされた出力がレベル比較器４７の一方の入力端子
に供給される。ＲＯＭ３３の出力がレベル比較器４８の
一方の入力端子に供給される。これらのレベル比較器４
６，４７．４８の夫々の他方の入力端子には、最小レベ
ル除去後のデータＤＴＩが供給される。

レベル比較器４６．４７．４８の夫々の出力をＣ１，Ｃ
２，Ｃ３とすると、データＤＴＩのレベルに応じてこれ
らの出力ＣＩ、Ｃ２，Ｃ３は、次のように変化する。

（１）　　（３／４）　ＤＲ≦ＤＴＩ≦ＤＲＯ時Ｃ１＝
“１’　、Ｃ２＝’ｌ’　、Ｃ３＝“１”（２１（２／
４）　ＤＲ≦ＤＴ　Ｉ　＜（３／４）　ＤＲの時Ｃ１＝
’Ｏ’　、Ｃ２＝’ｌ’　、Ｃ３＝“１′（３）　　（
１／４）　ＤＲ≦Ｄ　Ｔ　Ｉ　＜　（２／４）　Ｄ　Ｒ
の時Ｃ１＝’Ｏ”、Ｃ２＝’Ｏ’　、Ｃ３＝’ｌ’（４
）０≦Ｄ　Ｔ　Ｉ　＜　（１／４）　Ｄ　Ｒの時Ｃ２＝
’０’　　、　　Ｃ２＝’０’　　、　　Ｃ３＝“Ｏ１
上記のレベル比較器４６．４７．４８の出力ＣＩ、Ｃ２
，Ｃ３がプライオリティエンコーダ４９に供給される。

プライオリティエンコーダ４９により、出力端子３８に
２ビツトの符号化コードＤＴが得られる。プライオリテ
ィエンコーダ４９は、上記の（１）の場合に、（１１）
の符号化コードを発生し、上記の（２）の場合に、（１
０）の符号化コードを発生し、上記の（３）の場合に、
（０１）の符号化コードを発生し、上記の（４）の場合
に、（００）の符号化コードを発生する。

１ブロツク内の最小レベルＭＩＮを含む画素データＰＤ
は、第８図に示すように、最小レベルＭＩＮから最大レ
ベルＭＡＸ迄のダイナミックレンジＤＲ内に属している
。ＲＯＭ３３は、このダイナミックレンジＤＲを均等に
４分割した量子化幅Δを出力する。最小レベルの除去後
のデータＤＴ■が分割されたレベル範囲の何れに属する
かが比較器４６．４７．４８により判定され、そのレベ
ル範囲と対応する２ビツトの符号化コードＤＴに変換さ
れる。また、最小レベルＭＩＮに〃Δが加算されること
により、代表最小レベルＬＯが算出される。これらの量
子化幅Δ９代表最小レベルＬＯ９符号化コードＤＴが伝
送される。

この一実施例では、第８図から明らかなように、ダイナ
ミックレンジを量子化幅Δにより等分割し、各領域の中
央値ＬＯ，Ｌｌ、Ｌ２．Ｌ３を復号時の値として利用し
ている。この符号化方法は、量子化歪を小さくできる。

一方、最小レベルＭＩＮ及び最大レベルＭＡＸの夫々の
レベルを有する画素データが１ブロツク内に必ず存在し
ている。従って、誤差がＯの符号化コードを多くするに
は、第９図に示すように、ダイナミックレンジＤＲを（
２′″−１）（但し、ｍは、量子化ビット数）に分割し
、最小レベルＭＩＮを代表最小レベルＬＯとし、最大レ
ベルＭＡＸを代表最大レベルＬ３としても良い。

第９図に示す量子化を行う時には、最小レベルＭＩＮが
代表最小レベルＬＯとしてそのまま出力され、ＲＯＭ３
３が（１／１５）の割り算を行うものとされる。

量子化回路６は、第７図に示す構成以外に、ディジタル
割算器を使用し、量子化幅Δをディジタルの割算器に分
母入力として供給し、最小レベル除去後のデータＤＴＩ
を割算器に分子入力として供給する構成としても良い。

この割算器は、小数点以下の端数を切り捨てた値と対応
する２ビツトの出力を符号化コードとして発生する。

ｆ、受信側の構成 第１０図は、受信（又は再生）側の構成を示す。

入力端子５１からの受信データは、フレーム分解回路５
２に供給される。フレーム分解回路５２により、符号化
コードＤＴと付加コードΔ、ＬＯとが分離されると共に
、エラー訂正処理がなされる。

４ビツトの符号化コードＤＴ及び４ビツトの量子化幅Δ
が復号化回路５３に供給される。

復号化回路５３は、送信側の量子化回路６の処理と逆の
処理を行い、８ビツトの最小レベル除去後のデータＤＴ
Ｉを発生する。このデータＤＴＩと８ビツトの代表最小
レベルＬＯとが加算回路５４に供給される。従って、加
算回路５４の出力には、元の画素データＰＤＩが得られ
る。加算回路５４の出力データＰＤＩがブロック分解回
路５５に供給される。ブロック分解回路５５は、送信側
のブロック化回路２と逆に、ブロックの順番の復号デー
タをテレビジョン信号の走査と同様の順番に変換するた
めの回路である。ブロック分解回路５５の出力端子５６
に元のテレビジョン信号が復号されて、出力される。

ｇ、変形例 以上の説明では、符号化コードＤＴと量子化幅Δと代表
最小レベルＬＯとの３者を送信している。

しかし、付加コードとして量子化幅Δの代わりにダイナ
ミックレンジＤＲを伝送しても良（、量子化幅Δ又はダ
イナミックレンジＤＲの一方と代表最大レベルを伝送し
ても良い。

また、１ブロツクのデータをフィールドメモリ、ライン
遅延回路、サンプル遅延回路を組み合わせた回路により
、同時に取り出すようにしても良い。

〔発明の効果〕

この発明に依れば、伝送するデータの量は、元のデータ
に比して充分に減少でき、伝送帯域を狭くすることがで
きる。また、この発明は、画素データの変化幅が小さい
定常部では、受信データから元の画素データを略々完全
に復元することができ、画質の劣下が殆どない利点があ
る。更に、この発明では、ダイナミックレンジがプロ・
７り毎に対応して定まるので、変化幅が大きいエツジ等
の過渡部での応答が良いものとなる。また、この発明は
、３次元プロ・７りを単位として、データを圧縮してい
るので、２次元ブロックを単位とするものに比して、圧
縮率をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図は符
号化の処理の単位であるブロックの説明に用いる路線図
、第３図はｌブロック内の画素データのレベル分布の説
明に用いる路線図、第４図及び第５図はブロック化回路
の構成の一例及びその説明のための路線図、第６図はダ
イナミックレンジ算出回路及び量子化幅決定回路の一例
のブロック図、第７図は量子化回路の一例のブロック図
、第８図及び第９図は量子化の一例及び他の例の説明の
ための路線図、第１Ｏ図〉よ受信（ｉｊｌＪの構成を示
すブロック図である。 図面における主要な符号の説明 １：ディジタルテレビジョン信号の入力端子、２ニブロ
ック化回路、３：ダイナミックレンジ算出回路、６：量
子化回路、９ニブロツク、２３゜２４：選択回路、３３
：ＲＯＭ。 代理人　　　弁理士　杉　浦　正　知 第１図 ブロー／グＩ）古克咽 第２図 ！コドイＬｌｌｉＹ省ト ｂｂ うヒイ盲イｌ’ｌ−ア）１１に 第１０図 １４＋イ乙の一イ列 第８図 ゴー１子イ（、／）＃−−フ例 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ディジタルテレビジョン信号の連続する複数フィールド
   の夫々に属する領域からなるブロック内に含まれる複数
   の画素データの最大値及び上記複数の画素データの最小
   値を求める手段と、 上記最小値を上記複数の画素データの値から減算し、最
   小値除去後の入力データを形成する手段と、 上記最大値及び上記最小値から上記ブロック毎のダイナ
   ミックレンジを検出する手段と、 上記検出されたダイナミックレンジ内で上記最小値除去
   後の入力データを元の量子化ビット数より少ない所定の
   量子化ビット数で符号化する手段と、 上記ダイナミックレンジ或いはダイナミックレンジを上
   記所定の量子化ビット数と対応する値で換算した量子化
   幅の一方と、上記最大値、上記最小値の内の少なくとも
   、２個の付加コードと上記符号化された符号化コードを
   伝送する手段とからなることを特徴とするテレビジョン
   信号の高能率符号化装置。