JPH0133992B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はｎ次直交変換を用いた符号化方式にお
けるエラーの修整（concealment）する直交変換
復号化装置に関するものである。さらに詳しく述
べると、受信したブロツクのシーケンスhi（ｉ＝
１、２、…ｎ）にエラーが発生した場合、このブ
ロツクの近傍のブロツクのシーケンスの値から予
測した予測値αiをシーケンスhiの値に置換して復
号することにより、エラーの修整を行なうもので
ある。さらに、受信ブロツクの各シーケンスの示
すパターンに従つて、予測に用いる近傍のブロツ
クを選択することにより、予測値の精度を向上さ
せ、再生画像における画質劣化を少なくすること
を目的とするものである。

符号化伝送に用いる直交変換の１つとして、ア
ダマール変換がある。本発明では、画像信号にア
ダマール変換を適用した場合について説明を行な
う。アダマール変換としてｎ次（ｎ；正整数）の
変換があるが、説明を簡潔にするため、４次のア
ダマール変換について説明する。まず、４次のア
ダマール変換を用いてテレビジヨン信号に帯域圧
縮を行なつて伝送するシステムの符号化装置およ
び復号化装置の構成を第１図に従つて説明する。

第１図において、入力端子１に到来するテレビ
ジヨン信号をＡ／Ｄ変換器２で、例えば、8bitに
量子化し、第１のメモリ３へ書込む。例えば、テ
レビジヨン信号の標本点として、第２図に示した
様な４点d₁、d₂、d₃、d₄を選択し、この４点を１
つのブロツクとしてアダマール変換を行なうとす
る。第２図でアは第Ｋ−１水平走査線、イは第
Ｋ、ウは第Ｋ＋１、エは第Ｋ＋２のそれぞれ水平
走査線を示している。各標本点di（ｉ＝１、２、
３、４）の標本値をXiとし、〔Ｈ〕を４次アダマ
ール行列とすれば、４次アダマール変換は次式の
ように表現できる。

h₁、h₂、h₃、h₄は、アダマール変換により周波
数領域へ変換された４次のシーケンスである。４
次アダマール行列〔Ｈ〕は、次のように表現でき
る。

第１図において、第２図で示したブロツクの４
標本点の標本値X₁、X₂、X₃、X₄を第１のメモリ
３から読み出し、アダマール変換器４で１式に示
した演算を行ない、４次のシーケンスhi（ｉ＝１、
２、３、４）を求める。第１の量子化器５で各シ
ーケンスに対して量子化を行なつてQihiを求め
る。Qi（ｉ＝１、２、…４）は各シーケンスに対
する量子化オペレータである。この第１の量子化
器５で各シーケンスに対する最適ビツト配分を行
なつて、伝送すべき各シーケンスのビツト数の削
減をすることにより帯域圧縮を行なうことができ
る。例えば、各シーケンスhiの値が8bitで表わさ
れているとすると、１ブロツクの変換では32bit
必要であるが、量子化器５において、Q₁h₁に
6bit、Q₂h₂に4bit、Q₃h₃とQ₄h₄にはそれぞれ2bit
を割り当てると合計14bitに圧縮することができ
る。

このような帯域圧縮が可能な理由は、次のよう
に説明できる。アダマール変換を行なうことは、
画像信号の時系列データを周波数領域に変換する
ことに対し、各シーケンスhiのうち、成分の少な
いシーケンスや視覚感度の鈍い高域周波数成分を
表わすシーケンスに対するビツト配分を少なくす
ることができるからである。

第１図において、伝送路符号器６は、量子化し
た各シーケンスQihiを伝送すべき伝送路に適した
伝送路符号に変調し、伝送路１３へ送出する。以
上の部分は符号化側を示したものである。

復号化側では、伝送路１３から、伝送路符号を
受信し、伝送路復号器７で復号し、各シーケンス
の量子化信号Qihiを再生する。次に、第２の量子
化器８でQi^-1Qihiを求める。Qi^-1はQiの逆オペレ
ータである。第２の量子化器８の出力hi′＝
Qi^-1Qihiは、それぞれ8bitに復号されている。帯
域圧縮を行なつた場合は、復号したhi′は、hiと
は値が異なる。アダマール逆変換器９では、次式
３で示す演算によりアダマール逆変換を行なう。

３式において、２式からわかるように 〔H^-1〕＝〔Ｈ〕 ……４ である。また、再生値Xi′は、標本値Xiを再生し
たものである。

該アダマール逆変換器９の出力信号として得ら
れる標本点の再生値Xi′は、第２のメモリ１０に
記憶する。第２のメモリ１０は、テレビジヨン信
号の同期信号に同期して、再生値Xi′を読み出し、
Ｄ／Ａ変換器１１でアナログ信号に変換し、テレ
ビジヨン信号として出力端１２から送出する。

以上のような構成を持つシステムで画像信号を
伝送する場合に伝送系でエラーが発生することが
ある。エラーの発生した信号を用いて画像信号を
再生すれば、再生画像の画質は著しく劣化する。
エラーの発生したデータを訂正するため、誤り訂
正符号化法が提案されている。誤り訂正符号は、
もとの符号化信号に冗長性を持たせることにより
誤り訂正を行なうものである。そのため伝送に必
要なbit数は増加し、アダマール変換を用いて帯
域圧縮を行なつた効果が損なわれる。特に、伝送
系として、VTR等の磁気記録系を含む場合には、
ドロツプアウト等の比較的長いバースト誤りも多
く発生する。このようなバースト誤りをおこした
符号の訂正を行なうには、非常に大きな冗長性を
持たさなければならないため、帯域圧縮の効果は
さらに少なくなる。

また、誤り訂正はできないが、エラーが発生し
たことを検出することができる方法に誤り検出符
号化法がある。誤り検出符号は、前述した誤り訂
正符号に較べて冗長性は少なくてよいため、帯域
圧縮の効果を損うことが少ない。誤り検出符号と
して、例えば、符号語が偶数であるか奇数である
かによつてパリテイ信号を付ける方法がある。ま
た、符号を適当なブロツクに分割して符号化する
ブロツクコーデイングにおいては、１ブロツクに
含まれる“０”と“１”の個数を決めておき、復
号の際“０”と“１”の個数を計算することによ
り誤りを検出することができる。これらの符号の
他にも、使用する伝送系に適した誤り検出符号が
提案されている。

このような誤り検出符号を用いた場合には、エ
ラーの検出後、いかにしてエラーの影響を軽減す
るかが重要である。

アダマール変換を用いた符号化伝送方式の復号
化装置におけるエラーの修整（concealment）法
として、エラーの発生したシーケンスhiの値をあ
らかじめ設定した修整値αiに置換する方法を既に
提案した（特開昭57−33842号公報）。この修整法
は、シーケンスの値の統計的性質を利用したもの
である。つまり、修整値αiとして、各シーケンス
の出現値の統計的分布の集中している値をとるこ
とにより、再生画面におけるエラーの影響を軽減
するものである。

このような修整法でも、エラーによる再生画質
の劣化をある程度改善することはできるが、修整
値αiが固定値であるため、特殊なパターンの画像
を再生した場合には、画質劣化が大きいことがあ
る。

本発明は、新規なエラーの修整手段として、各
シーケンスの表わすパターンに応じて、受信した
ブロツクの近傍のブロツクから受信したブロツク
のシーケンスの値を予測し、エラーの発生したシ
ーケンスの値を該予測値と置換する手段を提供す
るものであり、以下本発明の実施例について図面
を参照して説明する。

テレビジヨン信号において、第２図に示した様
に、４つの標本点を選択し、この４点を１つのブ
ロツクとして４次アダマール変換を行なうとす
る。第３図は、テレビジヨン信号の画面上で、第
２図に示したブロツクと同じブロツク分割を行な
つた場合のより広い範囲を表わした図である。第
３図において、実線は、それぞれ水平走査線を表
わし、丸印は、標本点を表わす。またブロツクＢ
（ｍ、ｎ）は、画面上で、ｍ行ｎ列目のブロツク
を表わすものとする。

このような標本点d₁、d₂、d₃、d₄に対して、１
式および２式で示した４次アダマール変換を行な
えば、各シーケンスhiは次式で示される。

h₁＝X₁＋X₂＋X₃＋X₄ ……５ h₂＝X₁＋X₂−X₃−X₄ ……６ h₃＝X₁−X₂−X₃＋X₄ ……７ h₄＝X₁−X₂＋X₃−X₄ ……８ ここで、各標本点diの標本値をXiとする。

５式〜６式で示される各シーケンスが、ブロツ
クＢ（ｍ、ｎ）内で表わすパターンを模式的に示
したのが第４図である。第４図のブロツクにおい
て、無地の部分は、標本値Xnにかかる係数が＋
１であることを示し、斜線部分は、該係数が−１
であることを示すものとする。

例えばブロツクＢ（ｍ、ｎ）においてX₁＝X₂＝
−X₃＝−X₄のように水平方向に相関の大きい信
号が到来した場合には、第４図よりシーケンスh₂
の値が大きくなると考えられる。また縦縞などの
垂直方向の相関の大きい信号では、シーケンスh₄
の値が大きくなり、斜線などの斜め方向の相関の
大きい信号では、シーケンスh₄の値が大きくな
る。ブロツク全体の明るさが明るくなれば、シー
ケンスh₁の値が大きくなる。

以上より各シーケンスはそれぞれ、個有のパタ
ーンを表わすと考えることができる。

そこで、エラーの発生したシーケンスhiの修整
に用いる予測値αiを求める場合、各シーケン毎に
それぞれのシーケンスが表わすパターンに従つて
相関の大きい近傍のブロツクを選択し、このブロ
ツクのシーケンスの値を用いて予測を行なえば予
測の精度を向上させることができる。

例えば、第３図においてブロツクＢ（ｍ、ｎ）
のシーケンスh₂にエラーが発生すると、６式より
h₂は水平方向の相関が大きいため、水平方向の前
後のブロツクＢ（ｍ、ｎ−１）とＢ（ｍ、ｎ＋１）
のシーケンスh₂の値を用いて予測を行なえばよ
い。ここで、ブロツクＢ（ｍ、ｎ）のシーケンス
hiの値をhi（ｍ、ｎ）とし、その予測値をαi（ｍ、
ｎ）と表わすと、次式により予測値α₂（ｍ、ｎ）
を求めることができる。

α₂（ｍ、ｎ）＝１／２｛h₂（ｍ、ｎ−１） ＋h₂（ｍ、ｎ＋１）｝ ……９ 同様に、シーケンスh₃は、斜め方向の相関が大
きいため、次式により予測を行なえばよい。

α₃（ｍ、ｎ）＝１／４｛h₃（ｍ−１、ｎ−１）＋h₃
（ｍ−１、ｎ＋１）＋h₃（ｍ＋１、ｎ−１） ＋h₃（ｍ＋１、ｎ＋１）｝ ……10 シーケンスh₄は、縦方向の相関が大きいから次
式により予測を行なえばよい。

α₄（ｍ、ｎ）＝１／２｛h₄（ｍ−１、ｎ） ＋h₄（ｍ＋１、ｎ）｝ ……11 シーケンスh₁は、直流成分を表わすので、まわ
りのブロツクを用いて、次式により予測すること
ができる。

α₁(m、n)＝１／８｛h₁(m-1、n-1) ＋h₁(m-1、n)＋h₁(m-1、n+1) ＋h₁(m、n-1) ＋h₁(m、n+1)＋h₁(m+1、n-1) ＋h₁(m+1、n)＋h₁(m+1、n+1)｝ ……12 どのシーケンスが、どのようなパターンを表わ
すかは、ブロツク内での標本点の選び方により変
化する。本実施例では、第２図および第３図に示
した標本点を選択した場合について述べる。

つぎに、９〜12式で示した予測式による修整法
を実施するための復号装置の構成を第５図に従つ
て説明する。第５図において、復号器７、第２の
量子化器８、アダマール逆変換器９、第２のメモ
リ１０、Ｄ／Ａ変換器１１は、第１図に示した同
記号のものと同様のものである。

第５図において、伝送路１３に応じて符号化し
た伝送路符号を受信し、伝送路復号器７で復号
し、各シーケンスの量子化信号Qihiを再生する。
つぎに、第２の量子化器８でQi^-1Qihiを求める。
Qi^-1、はQiの逆オペレータである。本実施例で
は第２の量子化器８の出力Qi^-1Qihiを以後、単に
hiと書くこととする。各シーケンスhiに対して本
発明による修整法を実施するのであるが、修整回
路は、各シーケンスとも同様であるため、シーケ
ンスh₁を例として説明する。

第２の量子化器８の出力h₁は、順次、メモリａ
２０へ書き込む、メモリａ２０から、ブロツクＢ
（ｍ、ｎ）のシーケンスh₁の値h₁（ｍ、ｎ）を読み
出し、切換回路ａ２２および誤り検出回路ａ２３
へ送出する。同時に、メモリａ２０から、12式で
示した予測を行なうために必要な８つの近傍ブロ
ツクのシーケンスh₁の値を読み出し、予測回路ａ
２１へ送出する。予測回路ａ２１は、12式で示し
た演算を行ない、予測値α₁（ｍ、ｎ）を求め、切
換回路ａ２２へ送出する。誤り検出回路ａ２３
は、h₁（ｍ、ｎ）を受け、その誤りを検出し、誤
りが検出された場合に、誤り検出信号e₁を発生
し、切換回路ａ２２へ送出する。切換回路ａ２２
は、通常、メモリａ２０の出力h₁（ｍ、ｎ）をア
ダマール逆変換器９の入力へ接続しているが、誤
り検出信号e₁を受けた場合には、予測回路ａ２１
の出力α₁（ｍ、ｎ）をアダマール逆変換器９の入
力に接続する。つぎに、シーケンスh₁の値がメモ
リａ２０に記憶されている様子を第６図に模式的
に示す。このようなメモリは、シフトレジスタも
しくはRAMにより簡単に構成することができ
る。シフトレジスタを用いる場合には、レジスタ
の入出力の接続は固定し、記憶したデータを順次
シフトするように構成し、RAMを用いる場合に
は、入出力を行なうアドレスを順次シフトするよ
うに構成することができる。

本実施例ではシーケンスh₁を例として説明した
が、他のシーケンスh₂、h₃、h₄においても、その
構成は全く同じである。第５図には、シーケンス
h₄の構成例も示した。各シーケンスの予測式によ
り、メモリから読み出す近傍ブロツクの数、予測
回路における演算は、シーケンス毎に変化してい
る。各シーケンス毎のメモリの内部状態を第７，
８，９図に模式的に示す。

第５図において、アダマール逆変換器９は、各
切換回路よりシーケンスhi（ｍ、ｎ）もしくは、
エラーの検出されたシーケンスに対しては、その
予測値αi（ｍ、ｎ）を受け、３式で示した演算に
よりアダマール逆変換を行ない、ブロツクＢ（ｍ、
ｎ）の各標本点diの再生値Xiを求める。第２の
メモリ１０は、該再生値Xiを一旦記憶し、テレ
ビジヨン信号の同期信号に同期して再生値Xiを
読み出す。Ｄ／Ａ変換器１１は、第２のメモリ１
０から読み出した信号をアナログ信号に変換し、
テレビジヨン信号として出力端１２から送出す
る。

本実施例では、予測の精度を向上させるため、
エラーの発生したブロツクＢ（ｍ、ｎ）に隣合う
全てのブロツクから、各シーケンスの示すパター
ンに従つて予測に用いるブロツクを選択したが、
このような方法は、多くのメモリが必要となる。

そこで、より簡便な方法として、エラーの修整
に用いるブロツクを時系列上で前のブロツクだけ
から選択してもよい。例えば、次のような予測式
を用いることができる。

α₁（ｍ、ｎ）＝１／４｛h₁（ｍ−１、ｎ−１）＋h₁
（ｍ−１、ｎ）＋h₁（ｍ−１、ｎ＋１）＋h₁（ｍ、ｎ−
１）｝ α₂（ｍ、ｎ）＝h₂（ｍ、ｎ−１） α₃（ｍ、ｎ）＝１／２｛h₃（ｍ−１、ｎ−１） ＋h₃（ｍ−１、ｎ＋１）｝ α₄（ｍ、ｎ）＝h₄（ｍ−１、ｎ） 本実施例は、４次アダマール変換を例として示
したが、本発明は、４次アダマール変換に限定す
るものではなく、さらに高次のアダマール変換や
他の直交変換を用いる場合にも適用できるもので
ある。

以上のように本発明によればアダマール変換を
用いた信号処理方式において、エラーの発生した
シーケンスの値を誤り訂正符号を用いて訂正を行
なうには、大きな冗長度を持たせなければなら
ず、帯域圧縮の効率が悪くなる。そこで、誤り訂
正符号に比べて冗長度の少ない誤り検出符号を用
いてエラーの検出を行なう場合には、帯域圧縮の
効果を損うことが少ない。この時エラーの発生し
たシーケンスの値をこのシーケンスの表わすパタ
ーンに応じて選択した近傍のブロツクのシーケン
スの値から予測した予測値と置換する本修整手段
を適用することにより、再生画面でのエラーによ
る画質劣化を効果的に軽減することができ、帯域
圧縮の効率も高く保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アダマール変換を用いた符号化伝送
システムの構成を説明するためのブロツク図、第
２図は、テレビジヨン信号における標本点の選び
方を示す図、第３図は、テレビジヨン信号におけ
る標本点のブロツク化の例を示す図、第４図は、
各シーケンスの表わすパターンを示した模式図、
第５図は、本発明の一実施例における直交変換復
号化装置のブロツク図、第６図、第７図、第８
図、第９図は、それぞれ各シーケンスにおけるメ
モリ記憶しているシーケンスの値を模式的にした
図である。 ２１，２５……予測回路、２３，２７……誤り
検出回路、２２，２６……切換回路、９……アダ
マール逆変換回路、１１……デイジタル・アナロ
グ変換回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 画像信号をブロツクに分割し、このブロツク
   にｎ次直交変換を行ない、直交変換出力として得
   られるシーケンスhi（ｉ＝１、２、…ｎ）を伝送
   する符号化装置からの信号を再生し、再生した信
   号に直交逆変換を行なうことにより画像信号を再
   生する復号化装置において、 再生したブロツクのシーケンス毎に誤りを検出
   するエラー検出器と、再生したブロツクの各シー
   ケンスhiに対しその予測値αiをそのブロツクの少
   なくとも一つの近傍ブロツクの同次数のシーケン
   スの値から求める予測回路と、誤りの発生したシ
   ーケンスの値を予測値に置換する切換回路と、置
   換したシーケンスの値と誤りの発生していないシ
   ーケンスの値を用いて直交逆変換を行なう逆変換
   器を具備することを特徴とする直交変換復号化装
   置。 ２ 予測回路は、シーケンスの次数毎にあらかじ
   め設定した位置にあるブロツクのシーケンスの値
   を、再生したブロツクのシーケンスの値を順次記
   憶させたメモリから読みだして予測値を求める予
   測回路であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の直交変換復号化装置。