JPH0133993B2 - - 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）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、低次のシーケンスに対して
は、受信したブロツクの少なくとも１つの近傍ブ
ロツクのシーケンスの値から予測した予測値と置
換し、また、高次のシーケンスに対しては、あら
かじめ設定した修整値と置換することにより再生
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。画像信号をアダマール変換することは、画像
信号の時系列データを周波数領域に変換すること
になる。アダマール変換としてｎ次（ｎ：正整
数）のものがあるが、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。

画像信号としてカラーテレビジヨン信号をアダ
マール変換する場合について説明する。カラーテ
レビジヨン信号を標本化し、４つの標本点ずつブ
ロツクに分割する。第１図でアは第ｋ−１水平走
査線、イは第ｋ、ウはｋ＋１、エは第ｋ＋２のそ
れぞれ水平走査線を示している。第１図の標本点
d₁、d₂、d₃、d₄を１つのブロツクとしてアダマー
ル変換を行なう。各標本点diの標本値をXiとし、
Ｈを４次のアダマール行列とすれば、４次のアダ
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。

また、アダマール行列〔Ｈ〕は、次のように表
現できる。

実際に(2)式を用いて(1)式の計算を行なうと、各
シーケンスhi（ｉ＝１、２、３、４）は次のよう
になる h₁＝X₁＋X₂＋X₃＋X₄ ……(3) h₂＝X₁＋X₂−X₃−X₄ ……(4) h₃＝X₁−X₂−X₃＋X₄ ……(5) h₄＝X₁−X₂＋X₃−X₄ ……(6) 上式より、最低次のシーケンスh₁は、カラーテ
レビジヨン信号の直流成分の量、最高次のシーケ
ンスh₄はカラーテレビジヨン信号の最高周波数成
分の量、h₂、h₃は、次数の高い程、カラーテレビ
ジヨン信号の高い周波数成分の量を表現するパラ
メータと考えることができる。

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によ
り帯域圧縮を行なうことができる。

アダマール変換を用いて画像信号に帯域圧縮を
行なつて伝送するための従来の符号化伝送システ
ム構成を第２図に従つて説明する。

第２図において入力端子１に到来するカラーテ
レビジヨン信号をＡ／Ｄ変換器２で、例えば、
8bitに符号化し、第１のメモリ３へ記憶する。例
えば前記のように第１図で示した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)式で示す演算を行
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を割当てると合計14bitに
圧縮することができる。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１３に変調するものである。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、符号化側から伝送された伝送路符号１３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。アダマール変換器９では、次式(7)で
示す演算によりアダマール逆変換を行なう。

(7)式において、(2)式からわかるように 〔H^-1〕＝〔Ｈ〕 ……(8) 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、カラーテレビジ
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、カラー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符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”の個数を計数することに
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。エラーの発生に対して、誤
つたデータを訂正するのではなく、誤つたデータ
の影響を軽減することを修整（concealment）と
呼ぶ。

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法として、エラーが
発生した場合に、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号公報参
照）。この修整法を用いて、修整値αiを適当に設
定することにより再生画面におけるエラーの影響
をある程度軽減することができる。

しかし、実際のカラーテレビジヨン信号にアダ
マール変換を行なつた場合、高次のシーケンスで
は、その値の分布が非常に集中するが、低次のシ
ーケンスにおいては、その分布の集中度合いは、
小さくなる。そのため、低次のシーケンスに対す
る修整値の選び方が難しくなる。特に最低次のシ
ーケンスhiの値は、ほぼ一様分布となる。これ
は、シーケンスhiが、カラーテレビジヨン信号の
低減成分の量を表わすためである。シーケンスhi
の修整値α₁として、ダイナミツクレンジの中心値
を選んだ場合でも、再生画面の種類によつて（白
や黒の場合）画質劣化が大きくなる。

しかも、視覚感度は、高域周波数成分に対して
鈍いが、低域周波数成分に対しては鋭くなるた
め、エラーによる画質劣化の視覚的影響は大きく
なる。

本発明は、新規なエラーの修整法として、低次
のシーケンスにエラーが発生した場合には、該シ
ーケンスを含むブロツクの少なくとも１つの近傍
のブロツクのシーケンスの値からエラーの発生し
たシーケンスの値を予測し、また、高次のシーケ
ンスにエラーが発生した場合には、あらかじめ設
定した値に置換する方法を提案するものである。

ｎ次アダマール変換（ｎ＝１、２、３…）を用
いた伝送系において、本発明による修整法を実施
するための復号装置の具体的な構成を第３図に従
つて説明する。本実施例は、エラーを検出した場
合、最低次のシーケンスhiに対しては、近傍のブ
ロツクから予測し、他の高次のシーケンスhi（ｉ
＝２、３…ｎ）に対しては、あらかじめ設定した
修整値αiに置換する場合の実施例である。第３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２図における同記号で示すものと同様
のものである。

第３図において、使用する伝送路に応じて符号
化した伝送路符号１３を入力端１９で受信し、復
号器７で各シーケンスの量子化信号Qihi（ｉ＝１、
２…ｎ）を復号する。該量子化信号Qihiは、第２
の量子化器８へ送られる。第２の量子化器８は、
送信側で用いられた量子化オペレータQiの逆オ
ペレータQi^-1と演算を行なうことにより、各シー
ケンスの値hi′＝Qi^-1Qihiを再生する。また、復
号器７の出力の量子化信号Qihiは、エラー検出を
行なうためエラー検出器２０へも送出する。エラ
ー検出器２０は、前述した誤り検出符号を伝送用
符号として用いることによりエラーの発生を検出
するものである。また、伝送系としてVTR等の
磁気記録系を用いた場合には、ドロツプアウト検
出器をエラー検出器として用いることもできる。
エラー検出器２０は、エラーを検出するとエラー
が発生したシーケンスhiに応じて、エラー信号ei
を発生し、切換回路２１および第２の切換回路２
５へ送出する。切換回路２１および第２の切換回
路２５は、通常は、第２の量子化器８の出力信号
のhi（ｉ＝１、２、…ｎ）をアダマール逆変換器
９の入力信号として接続している。切換回路２１
は、エラー信号ej（ｊ＝２、３、…ｎ）を受ける
と、アダマール逆変換器９の入力信号のうちエラ
ー信号ejの示すシーケンスhjの入力信号を修整回
路２２の出力信号αjへ切換える。第２の切換回路
２５は、エラー信号e₁を受けると、アダマール逆
変換器９の入力信号のうちシーケンスhiの入力信
号を予測回路２４の出力信号α₁へ切換える。例え
ば、シーケンスh₁とh₃にエラーが発生したとする
と、エラー検出器２０からエラー信号e₁、e₃が発
生する。第２の切換回路２５は、エラー信号e₁を
受け、アダマール逆変換器９の入力信号の接続を
第２の量子化器８の出力信号h₁′から、予測回路
２４の出力信号α₁へ切換える。また、切換回路２
１は、エラー信号e₃を受け、アダマール逆変換器
９の入力信号のうちシーケンスh₃に対応する入力
信号の接続を第２の量子化器８の出力信号h₃′か
ら、修整回路２２の出力信号α₃に変更する。以上
のような動作により、アダマール逆変換器９は、
シーケンスh₁、h₃の値としてエラーの発生した信
号ではなく、予測値αi、修整値α₃を読み込む。つ
まり、アダマール逆変換器９は、エラーの発生し
なかつたシーケンスについては第２の量子化器８
の出力hi′を受け、エラーの発生したシーケンス
については、シーケンスに応じて予測値α₁、ある
いは修整値αi（ｉ＝12、３…ｎ）を受け、これら
の入力信号に対して、アダマール逆変換の演算を
行ない、再生値Xi′を求める。再生値Xi′はメモリ
１０に記憶し、例えばカラーテレビジヨン信号の
同期信号に同期して読み出し、Ｄ／Ａ変換器１１
でアナログ信号に変換し、カラーテレビジヨン信
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修整法において、修整
値αi（ｉ＝２、３、…ｎ）として、各シーケンス
hiにおいてそれぞれ出現確率の高い値に選べばよ
い。カラーテレビジヨン信号に本発明を適用した
場合、h₂以上のシーケンスにおいて、出現確率の
最も高い値は、０となる。修整値αiとして０をと
ることが妥当である。また、修整値αiとして０を
とることにより、実際のハード構成も非常に簡単
になるという特徴もある。

第３図において、メモリ２３は、第２の量子化
器８のシーケンスh₁に対応する出力信号h₁′を順
次記憶するものである。予測回路２４は、メモリ
２３から、必要なブロツクのシーケンスh₁′の値
を読み出し、この値から、予測値α₁を求めるもの
である。この予測値を求める方法は、各種の方法
が考えられている。例えば、カラーテレビジヨン
信号に第４図で示すブロツク割りを行なうとす
る。第４図は、第１図と同様に、カラーテレビジ
ヨン信号の４点の標本点を１つのブロツクとして
アダマール変換を行なう場合を示している。Ａ、
Ｂ、Ｃはそれぞれのブロツクを示している。第４
図に示したブロツク割りを行なつたカラーテレビ
ジヨン信号にアダマール変換を行なつて伝送し、
第３図に示した復号化装置で再生する場合、第３
図における第２の量子化器８のシーケンスh₁に対
応する出力信号は、時系列上で、h_1A′，h_1B′，
h_1C′，…h_1D′，h_1E′，h_1F′，…h_1G，h_1H′，h_1I′
，
…となる。ここで、ブロツクＸのシーケンスh₁の
第２の量子化器８からの出力信号をh_1X′とする。
これらの出力信号を、順次メモリ２３に記憶す
る。例えば、ブロツクＥのシーケンスh₁の値
h_1E′予測値α_1Eを次式により求めるとする。

α_1E＝１／３（h_1A′＋h_1B′＋h_1D′） ……(10) 予測の１つの方法として(10)式に示したように、
ブロツクＡ、ブロツクＢ、ブロツクＤ、の３つの
ブロツクでのシーケンスh₁の値の平均を用いる方
法がある。この場合、第３図に示したようにメモ
リ２３から、記憶しているh_1A′，h_1B′，h_1D′の値
を読み出し、予測回路２４で(10)式の演算を行ない
予測値α_1Eを求める。

予測値を求める他の方法として、第４図に示し
たブロツクＥを取り囲むブロツクから求める方法
もある。このときの予測値α_1Eは、 α_1E＝１／８(h_1A′+h_1B′+h_1C′+h_1D′+h_1F′+h_1G′
+h_{1 H} ′+h_1I′) ……(11) (11)式で求めることができる。

また、以上のように予測を行なわずに、ブロツ
クＥの予測値α_1Eとして、直前のブロツクＤのシ
ーケンスh₁の値をそのまま用いたり、上側のブロ
ツクＢのシーケンスh₁の値を用いる予測法もあ
る。また、１フレームメモリあるいは、１フイー
ルドメモリを用いて、ブロツクＥに対応する、１
フレーム前あるいは１フイールド前のブロツクの
シーケンスh₁の値を用いる予測も実施することが
できる。

本実施例では、最低次のシーケンスh₁の値だけ
予測を行なつているが、シーケンスh₁だけに限ら
ず、シーケンスh₂，h₃…においても、同様にして
予測値と置換する修整法も、容易に実施できる。

以上のように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
な冗長度をも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
長性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、
視覚感度の鋭い低域周波数成分を含むシーケンス
に対しては、近傍のブロツクから予測し、また、
視覚感度の鈍い高域周波数成分を含むシーケンス
に対してはあらかじめ設定した修整値に置換する
という本発明による修整法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。

特に、修整値として、各シーケンスでの最も出
現確率の高い値を選ぶことにより、誤差を最も少
なくすることができる。カラーテレビジヨン信号
においては、h₂以上のシーケンスで出現確率の最
も高い値は０となり、修整値として０を選ぶこと
が最適でハード構成も簡単となる。また、近傍ブ
ロツクからの予測は、視覚感度の鋭い低次のシー
ケンスに対して行なえばよいので、ハードの構成
も簡単となる。

本発明では、直交変換としてアダマール変換を
用いた場合について述べてきたが、本発明はアダ
マール変換に限定されるものではなく、他の直交
変換を用いた場合にも実施できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、カラーテレビジヨン信号における標
本点の選び方とブロツク化の例を示すものであ
る。第２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で
ある。第３図は、本発明の実施例を示す復号装置
のブロツク図である。第４図は、カラーテレビジ
ヨン信号におけるブロツク化の例を示すものであ
る。 ２……Ａ／Ｄ変換器、３……メモリ、４……ア
ダマール変換器、５……量子化器、６……符号
器、７……伝送路復合器、８……量子化器、９…
…アダマール変換器、１０……メモリ、１１……
Ｄ／Ａ変換器、２０……エラー検出器、２１……
切換回路、２２……修正回路、２３……メモリ、
２４……予測回路、２５……切換回路。

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、各シーケンスのうち少なく
   とも最低次のシーケンスh1を含むシーケンスhjに
   対しその予測値αjをそのブロツクの少なくとも一
   つの近傍ブロツクから求める予測回路と、予測値
   を求めないシーケンスhkに対し修整値αkをあら
   かじめ設定した修整回路と、誤りの発生したシー
   ケンスの値を予測値あるいは修整値に置換する切
   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。