JPH02216917A - 符号化方法とその復号化方法 - 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 本発明は、ディジタル伝送や記録のため、より少ないビ
ットレート（ｂｉｔ　　ｒａｔｅ）で映像信号、音声信
号などを符号化する高能率な符号化方法とその逆変換を
行う復号化方法に関するものである。

従来の技術 高能率な符号化方法としては各種方法が提案されている
。その中でディファレンシャル　パルスコード　モジュ
レーション（以下ＤＰＣＭと略す）方式は、情報の圧縮
効率は低いものの回路構成が比較的簡単であり、再生し
た信号の品質が良いなどの特徴を持っている。

最近、ＤＰＣＭ方式に代わる新しい符号化方法としてラ
マムーシー（Ｒａｍａｍｏｏｒｔｈｙ）氏らによって音
声用にモジュロ−ビーシーエム（Ｍｏｄｕ　Ｉ　ｏ−Ｐ
ＣＭ（以下ＭＰＣＭと略す））方式が下記文献〔１〕〜
〔３〕において提案されている。また萩原氏らによって
ＭＰＣＭのための新しい復号器が文献〔４〕において提
案されている。

（文献） 〔１〕テイー、エリクソン　アンド　ヴイ、ラマムーシ
ー　“モジュロ−ピーシ−エム：ア　ニスソース　コー
ディング　スキーム、ｎインコンフ、、イントコンフ、
アコウスト、　　スピーチ、シグナル　プロモッシング
、アイシーニーニスニスビー′７９１ワシントン、デイ
−シー、　１９７９゜ビービー４１９−４２２゜ （Ｔ、Ｅｒ１ｃｓｏｎ　　ａｎｄ　　Ｖ、Ｒａｓａｍｏ
ｏｒｔｈｙ、”Ｍｏｄｕｌｏ−ＰＣＭ：Ａｎｅｗ　５ｏ
ｕｒｃｅ　ｃｏｄｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ、’ｉｎ　Ｃｏ
ｎｆ、、Ｉｎｔ、　　Ｃｏｎｆ。

Ａｃｏｕｓｔ、、５ｐｅｅｃｔ＋＋Ｓｉｇｎａｌ　ｐｒ
ｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＩＣＡＳＳＰ’７９゜Ｗａｓｈｉｎ
ｇｔｏｎ、　ＤＣ＋　１９７９．　ｐｐ４１９−４２２
．）〔２〕ヴイ、ラマムーシー、″スピーチ　コーディ
ング　ユージング　モジュロ−ビーシーエムウィズ　サ
イド　インフォメーション、′インコンフ、レク１．イ
ンド、コンフ、アコウスト、。

スピーチ、シグナル　プロセッシング、アイシーニーニ
スエスピー゛８１．アトランタ、ジ−ニーマー、　１９
８１．　　ビービー、８３２−８３５゜（Ｖ、Ｒａｍａ
ｍｏｏｒｔｈｙ、”５ｐｅｅｃｈ　　ｃｏｄｉｎｇ　　
ｕｓｉｎｇ　　Ｍｏｄｕｌｏ−ＰＣＭ　ｗｉｔｈ　５ｉ
ｄｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ、”ｉｎ　Ｃｏｎｆ、　
Ｒｅｃ、、１ｎｔ。

Ｃｏｎｆ、Ａｃｏｕｓｔ、、５ｐｅｅｃｈ、Ｓｉｇｎａ
ｌ　　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＩＣＡＳＳＰ’８１＋Ａ
ｔ１ａｎｔａ＋Ｇ＾、Ｍａｒ、１９８１＋ｐｐ、　８３
２−８３５．）（３）ヴイ、ラマムーシー　“ア　ノー
ベル　スピーチ　コーダー　フォー　メディウム　アン
ドハイ　ビット　レイト　アプリケイシッンズ　ユージ
ング　モジエローピーシ−エム　プリンシブルス、”ア
イイーイーイー　トランス、アコウスト、スピーチ１　
シグナル　プロセッシング、ポル、ニーニスエスピー３
３．ピーピー、　３５６−３６８゜ニービーアール、１
９８５゜ （Ｖ、Ｒａｍａｍｏｏｒｔｈｙ、’＾　Ｎｏｖｅｌ　　
５ｐｅｅｃｈ　　Ｃｏｄｅｒ　　ｆｏｒＭｅｄｉｕｍ　
ａｎｄ　Ｈｉｇｈ　Ｂｉｔ　Ｒａｔｅ　Ａｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎｓ　ＵｓｉｎｇＭｏｄｕｌｏ−ＰＣＭ　Ｐｒ１
ｎｃｉｐｌｅｓ＋’１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　Ａｃｏｕ
ｓｔ＋＋５ｐｅｅｃｈ、Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓ
ｉｎｇ＋ｖｏ１．ＡＳＳＰ３３１ｐｐ、３５６３６８、
　Ａｐｒ、　１９８５） 〔４〕萩原、中相、”Ｍｏｄｕｌｏ−ＰＣＭのための新
しい復号器”、情報理論とその応用研究会第８回シンポ
ジウム＋　（Ｎａｒａ＋　ｊ　ａｐａｎ、　Ｄｅｃ、　
、　５−７．１９８５＋ｐｐ５１７−５２２） ＭＰＣＭ方式は、ＤＰＣＭ方式とほぼ同程度の回路構成
であり、グラニュラ−雑音の存在に関してはＤＰＣＭと
同じであるが、過負荷雑音は存在しないという長所を持
っている。

まずＭＰＣＭ方式について簡単に説明する。

ＭＰＣＭ方式の基本システムを第９図に示す。

ＭＰＣＭ符号化装置は、剰余演算器７（１１と量子化器
７０２とから成り立っている。

ここでにサンプル目の入力信号をｘＫとする。

剰余演算器は、図中に示されているように振幅ｄののこ
ぎり波状の入出力特性を持っている。そしてその出力（
（ｘＫ））は （（ＸＫ））−ｘ　＊　　ｄ・（（ＸＫ））と表すこと
ができる。ここで（（ＸＫ））は、次の式（Ａ）を満た
す任意定数である。

（−ｄ／２）≦（（ｘ、））＜　（ｄ／２）・・・・・
・（Ａ） 剰余演算器の出力（（Ｘ、））はＬビットに量子化され
て伝送信号ｙＫとなり、復号化装置へ伝送される。

このようにＭＰＣＭ符号装置では、第１０図にそれぞれ
の波形図を示しているが、同図（ハ）に示すように入力
音声信号を（−ｄ／２．ｄ／２）にバッキング（ｐａｃ
ｋｉｎｇ″）することにより情報圧縮を行う、これはＰ
ＣＭ方式において、下位ビットのみを伝送するのと等価
となる。

復号化装置では、第９図に示すように１次の予測器によ
って、 八 ｘＫ〜ρ・ｘＫ　（ρは予測係数）　・・・・・・（Ｂ
）とし、（ｋ−１）サンプル点の（Ｉ！ｘＫからにサン
プル点の値ｘＫを予測する。モしてｘＫの値を第１１図
に示すような特性で量子化し６倍することにより伝送し
なかった上位ビット成分ｄ・〔［χえ〕〕を求め、これ
を伝送信号）ｌｘに加えて、符号化装置の入力信号を再
生する。

発明が解決しようとする課題 次にＭＰＣＭ方式の大きな課題である変則誤差について
述べる。

入力信号の差分値ΔＸ　ｘ　＝Ｘ　ＫＸ　＊−１の絶対
値がｄ／２より大きくなると、復号器において上位ビッ
ト成分ｄ・　〔〔ｘＫ〕〕の予測が正しく行われなくな
る。第１２図にその場合の波形図を示へ す、従って復号出力信号ｘＫには、第１２図（Ｃ）に示
すように波形が鋭く変化する点が数多く発生してしまっ
ている。これが変則誤差と呼ばれるＭＰＣＭ方式特有の
誤差であり、これをいかに少なくするかがＭＰＣＭ方式
の課題となっている。

そこでＲａｍａｍｏｏｒｔｈｙ氏らは、変則誤差の発生
をできるだけ抑える方法を２ｍ提案しており、これを以
下に示す（文献（２）、（３））。

方法１；これは符号化装置内に復号化装置を設け、この
復号化装置に変則誤差が発生するとこれを検出して変則
誤差を補正するための情報をサイド情報として別チャン
ネルで伝送するものである。

方法２：予測誤差が大きいときには変則誤差の発生頻度
が高いので、入力データをＮサンプル毎にまとめてブロ
ックを構成し、ブロック毎に予測誤差の絶対値の最大値
ＥａＮを求め、これに応じて剰余演算器のｍｏｄｕｌｏ
の幅と量子化器の量子化ステップを制御している。実際
には最大値Ｅ、、Ｉを量子化し所定係数を掛けたものを
ｍｏｄｕｌ。

の振幅ｄｓＮとし、このｄｌＩＮをサイド情報として復
号化装置へ伝送する。

しかしながら上記２つの方法は次のような課題を有する
。

方法１の場合、符号化された入力データのどのサンプル
に変則誤差が発生するかは不定であるので、完全に変則
誤差をなくすためには各入力サンプル毎に補正情報を送
る必要がある。これは量子化ビット数を増加させたのと
等価であり、符号化効率が低下する。量子化器の量子化
ビット数が多い場合は変則誤差の発生頻度が少ないので
、サイド情報を伝送するチャンネルのビットレートをサ
ンプル毎に補正する情報を伝送する場合より低くできる
が、この場合完全に変則誤差をなくすことはできない。

方法２の場合、各種パラメータを最適化することにより
変則誤差の発生頻度が低くできるが、量子化器による量
子化誤差の影響などもあって根本的に変則誤差を除去す
るものではないので変則誤差を完全になくすことはでき
ない。

また萩原氏らは、サイド情報を送ることなく、復号化装
置側に新たな判定回路を設けることによって変則誤差を
補正する復号化装置を提案している。しかしながら変則
誤差のすべてを検出することはできないので、これも変
則誤差を完全になくすことはできない、（文献（４））
。

またＭＰＣＭ方式の入力を画像信号とした場合、変則誤
差を視覚上目立つ画質劣化となるため、ＭＰＣＭ方式の
画像信号への適用は考えられていなかった。

課題を解決するための手段 本発明は、複数の入力データで構成されるブロックを符
号化の単位とし、ブロックにおける入力データとその予
測値との差である予測誤差の最大値ＳＸと最小値ＳＮと
を求め（ＳＸ−ＳＮ）より大なる所定の値を除数データ
ＯＵとするとき、前記ブロックの各入力データを前記除
数データＯＵで除算して得られる剰余Ｅを符号化し、前
記ＳＸ。

ＳＮ、ＯＵに関する予測誤差情報を含む付加コードと前
記符号化したＥとをともに伝送することを特徴とする符
号化方法である。

また本発明は上記符号化方法において原入力信号の予測
誤差のダイナミックレンジが所定数のブロック毎に所定
量以下になるように原入力信号を変換した信号を入力信
号として用いることを特徴とする符号化方法である。

また本発明は、複数の入力データで構成されるブロック
を符号化の単位とし、ブロックにおける入力データとそ
の予測値との差である予測誤差の最大値ＳＸと最小値Ｓ
Ｎとを求め、（ＳＸ−ＳＮ）より大なる所定の値を除数
データＯＵとするとき、前記ブロックの各入力データを
前記除数データＯＵで除算して得られる剰余Ｅを符号化
し、前記ＳＸ、ＳＮ、ＯＵに関する予測誤差情報を含む
付加コードと前記符号化したＥとをともに伝送する符号
化方法により符号化された信号を入力とし、伝送された
前記付加コードより前記除数データＯＵを得、伝送され
復号済みの剰余已に整数Ｎ倍の前記除数データＯＵを加
えて復号済みの復号データとし、前記復号データとその
予測値との差の予測誤差が伝送された前記付加コードよ
り得られる予測誤差範囲を満足するように前記整数Ｎを
決定することを特徴とする復号化方法である。

また本発明は、上記復号化方法において復号データが原
入力信号の変換されたものである場合、逆変換して原入
力信号を得ることを特徴とする復号化方法である。

作用 本発明は、前記構成により可逆な符号化が行えるので完
全に変則誤差を排除できる。また一定レートの符号化を
行う場合、原入力信号に対し予測誤差のダイナミックレ
ンジが所定量以下になるような変換を行ってから可逆な
符号化を行っているので変則誤差なく復号化できる。ま
た除数データを予測誤差のダイナミックレンジにより定
めているので特に単調増加または単調減少のブロックに
おいてより符号化効率を改善できる。

実施例 本発明の実施例について詳細な説明を行なう前にその原
理について説明する。

標本位置の近い複数の入力データ（ＤＩ、Ｄ２゜・・・
・・・、Ｄｋ）を符号化の単位としてブロックを構成す
るとき、ブロック内のに個の入力データを１つずつ取り
出してその差分をとれば、信号の相関性によりその差分
値は小さく、その差分値のダイナミックレンジ（最大値
と最小値の差）も入力データのダイナミックレンジより
小さいブロックがほとんどである。この差分値は前値予
測を行なった場合の予測誤差であるので以下予測誤差Ｓ
ｉと称する０本発明は、この予測誤差Ｓｌのダイナミッ
クレンジが入力データのダイナミックレンジに比べて小
さいブロックがほとんどであるという性質に基づき、従
来に比べより高能率な符号化を行なおうとするものであ
る。

ブロック内における前記予測誤差Ｓｉの最大値、最小値
、ダイナミックレンジをＳＸ、ＳＮ、ＳＤＲとするとき
、次式 ％式％（１） が成立する０次式 ＯＵ＞ＳＤＲ・・・・・・（２） を満足し、ダイナミックレンジＳＤＲにより一意に定め
る所定の値を除数データＯＵとして定義する。

ブロック内の入力データＤｉ　（ｉ−１，２，・・・・
・・、ｋ）を除数データＯＵで除算して得られる商と剰
余をそれぞれにＮｉ、Ｅｉとするとき次式％式％（３） （但し　Ｎｌは整数） が成立する。

式（３）を変形して次式 Ｅｉ　＝Ｄ　Ｉ　−０Ｕ−Ｎ　ｉ　　　　　　　・・・
−（４）を得る。剰余Ｅｉは、入力データＤｉよりＯＵ
・Ｎｉなるオフセットを除去したものと見なせる。

オフセットをＦｉと表わすものとする。すなわちオフセ
ットＦｉは次式 ％式％（５） で定義される。

予測誤差のダイナミックレンジＳＤＲは入力データのダ
イナミックレンジに比べて小さいブロックがほとんどで
あるので、式（２）において除数データＯＵを小さ（設
定すれば、除数データＯＵが前記入力データのダイナミ
ックレンジに比べて小さいブロックが、はとんどである
ようにできる、従って前記剰余データＥｉから入力デー
タＤｉが復元できれば、入力データＤｉの代わりに剰余
データＥｌを符号化して伝送することによりより高能率
な符号化が行える０本発明の符号化方法はこれを実現し
たものである。

以下、剰余データＥｌより入力データＤＩを求める。す
なわち復号する方法について説明する。

剰余データＥｉを入力データＤｉに戻すためにはオフセ
ット値Ｆｉｓ＝０υ・ＮＩを再生する事が必要である。

入力データＤｉに対する予測値をＰｉとすれば、予測誤
差の最大値、最小値はＳＸ。

ＳＮであるので次式 ％式％（６） が成立し、入力データＤ＋は式（３）で表わせるのでこ
れを、式【６）に代入して次式 Ｐｉ十ＳＮ−Ｅｉ≦ＯＵ・Ｎｉ≦Ｐｉ＋５Ｘ−Ｅｉ・・
・・・・（７） を得る。予測値Ｐｉ　（＋＝２．３．・・・・・・）は
復号して得られる入力データより順次求めることができ
る（７）でＳＸ、ＳＮ、０Ｕ（７）他にＰｌまたはＦｌ
（−０Ｕ−Ｎｌ）またはＮ１が既知であればよい。

前値予測を行なっているので予測（！ＰＩはすでに復号
の完了した隣接ブロック内のデータとすることができ、
必ずしも伝送する必要はない、したがって符号化装置は
剰余データＥｉとともにブロック毎に予測誤差に関する
情報であるＳＸ、ＳＮ。

ＯＵを伝送すれば式（７）によりオフセラ）Ｆ　１＝Ｏ
Ｕ−Ｎｉが一意に決定でき、剰余データＥｉを加算する
ことによりデータＤｉが求まり、復号が完了する。さら
にブロック毎にＰＩ、Ｆｌ、Ｎｌのいずれかを付加して
伝送すれば、他のブロックの入力データは使用していな
いので、各ブロック毎独立して符号化、復号化でき、伝
送誤りに強くできる。

オフセットＦｉが一意に定まるのはＯＵの定義により（
Ｐｉ＋５ｎ−Ｅｉ）と（Ｐ　ｌ＋５Ｘ−Ｅ　ｉ）との差
がＯＵより小さいからである。従って０、Ｕ−Ｎｉ２（
Ｐ　ｉ＋ＳＮ−Ｅ　ｉ）＞ＯＵ・（Ｎｉ−１）・・・・
・・（８） を満足する０Ｈ−ＮｌもオフセットＦｌであり、０Ｕ−
Ｎｉ５（Ｐ　ｌ＋５Ｘ−Ｅ　ｌ）＜ＯＵ・（Ｎｉ＋１）
・・・・・・（９） を満足する０Ｕ−ＮｉもオフセットＦｉである。

すなわち式（７）、　（８）、　（９）のいずれを用い
ても同じオフセットＦｉが得られる。

剰余データＥｉは入力データＤ＋を除数データＯＵで除
算した剰余であるのでＯ以上除数データＯＵ未満である
。従って剰余データＥｉの語長は除数データｏＵの大き
さによって定まり、ブロック単位で可変長となる。

ＯＵを表わすために必要など・ント敗は１υｇ２０Ｕと
なり、ＯＵが小さい程少なくなるが、この剰余データの
語長しは整数であるため次式 ％式％ を満足する（ｉｆ　２　”以下の値を除数データＯＵと
しても語長りは変わらず符号化効率は改善されない。

むしろ前記２Ｈを除数データＯＵとすることによりＯＵ
を表わすために必要なビット数が少なくてすむ、オフセ
ットを求めるための回路（例えば除算器）が簡単になる
などの各種利点が得られる。

この点については後述する。

復号化装置において剰余データＥｉからデータＤ＋を得
るために必要なオフセット値Ｆｉを決定する際にＳＸ、
ＳＮ、０υが必要であることを述べたがＳＸ、ＳＮ、Ｏ
Ｕの代わりに次式を満足する所定の値ＳＸＸ、ＳＮＮと
ＯＵを剰余データＥｌとともに伝送し、これらを用いて
同様に復号に必要なオフセット４ｆｌＦｉを決定するこ
とが可能である。なぜなら次式 ％式％ （但し　左の等号はＳＮＮ−ＳＮのとき、右の等号は５
ｘｘ−ｓｘのとき成立する。）が成立するからである。

ＳＸ、ＳＮ、ＳＤＲ，ＯＵ、ＳＸＸ、ＳＮＮは予測誤差
に関する情報であるので予測誤差情報と総称する事にす
る。ＳＸ、ＳＮ、ＯＵまたはＳＸＸ。

ＳＮＮ、ＯＵの３つのデータの組合せにおいて１つは残
りの２つのデータより求めることができるので予測誤差
情報としては３つのデータの組合せの内どれか２つを直
接または間接的に伝送すればよい、また予測誤差のダイ
ナミックレンジＳＤＲから１意に除数データＯＵが定ま
るので、除数データＯＵの代わりにＳＤＲ（−３Ｘ−Ｓ
Ｎ）を予測誤差情報の１つとして伝送してもよい。

以上の説明においては予測に前値予測を用いたが、より
高度な予測を用いてもよい。

また前述の符号化方法によれば、符号化して得られる予
測誤差情報（ＳＸ、ＳＮ、ＯＵ）と剰余データとは、そ
れぞれブロック内のすべての入力データＤｉより前記除
数データＯＵの整数倍である一定値を除去して得られる
データに対して符号化を行なって得られる予測誤差情報
と剰余データとに等しくなる。なぜならすべての入力デ
ータより一定値を除去しても予測誤差は同じであり、前
記一定値が除数データＯＵの整数倍なら前記ＯＵで除算
した剰余である剰余データも同じだからである。したが
ってつぎのような復号方法も可能である。すなわちブロ
ック内のすべての剰余データＥｉ　（１−１，２，・・
・・・・、ｋ）と予測誤差情報（例えばＳＸとＯＵ）が
あれば、初期値であるＦｌ（またはＰＩ、またはＮｌ）
の入力が完了していなくてもＦｌ−０として復号を進め
ていくことができ、この結果得られた（Ｄｉ−Ｆｌ）に
、その後得られた初期値Ｆｌを加算して復号データＤｉ
とするものである。

第１図は本発明の第１の実施例における高能率な符号化
装置の構成を示すブロック図である。

第１図において、１（１１は標本化量子化された映像信
号である入力データの入力端子、１０２は映像信号の表
わす画面を小さなブロックに分割し、ブロック毎に入力
データＤｉ　　（ｉ＝１．２．　・・・・・・１６）を
出力するブロック分割器、１０３はタイミング調整用で
１ブロック分入力データを時間遅延させる遅延器、１０
４は遅延器１０３より出力される各ブロックの先頭デー
タＤ１を保持するレジスタ、１（１５はブロック分割器
１０２からの出力を入力とするレジスタから成り１つ前
の入力データを予測値Ｐｉとして出力する予測器、１０
６はブロック分割器１０２の出力より前記予測値Ｐｉを
減算して予測誤差Ｓｉ　　（１＝２．３．・・・・・・
１６）を得る減算器、１（１７はブロック毎に減算器１
０６からの予測誤差Ｓｉの最大値ＳＸと最小値ＳＮを求
め、ブロック毎に内部のレジスタに保持して出力する最
大最小検出器、１０８は前記最大値ＳＸから前記最小値
ＳＮを減算して予測誤差のダイナミックレンジＳＤＲを
出力する減算器、１０９は前記ダイナミックレンジＳＤ
Ｒを入力とし除数データＯＵを出力する除数データ生成
器、１１０は前記遅延器１０３からの入力データＤｉを
前記除数データＯＵで除算して剰余データＢｉ（＋−２
，３，・・・・・・、１６）を得る剰余演算器、１１１
は前記除数データＯＵの大きさによって前記剰余データ
Ｅｉを符号化して符号化データＣｉを得る剰余エンコー
ダ、１１２は前記符号化データＣｉの出力端子、１１３
は前記除数データＯＵの出力端子、１１４は前記予測誤
差の最大４１ＳＸの出力端子、１１５はブロック内の先
頭データＤＩの出力端子である。

以上のように構成された本実施例の符号化装置について
、以下その動作を説明する。

標本化量子化された映像信号である入力データ（振幅レ
ベルθ〜２５５の語長８ビツト）は端子１（１１よりブ
ロック分割器１０２に入力される。

ブロック分割回路１０２は内部にバッファメモリを備え
、バッファメモリに入力データを順番に書き込むと同時
にブロック単位で入力データＤ１（ｉ＝１．２．・・・
・・・、１６）を読み出す。各ブロックより最初に出力
される入力データＤｉはレジスタ１０４によって保持さ
れ端子１１５より付加コードの１つとして出力される。

予測器１（１５に入力された入力データは予測値ｐｔと
なって出力され減算器１０６に供給される。減算器１０
６において入力データＤｉより前記予測値Ｐｉが減算さ
れて予測誤差Ｓｔが得られる。最大最小検出器１（１７
においては前記予測誤差Ｓｉが入力されてブロック内に
おける前記予測誤差Ｓｔの最大値ＳＸと最小値ＳＮとが
出力される。前記最大値ＳＸより前記最小値ＳＮが減算
器１０８により滅算されて予測誤差のダイナミックレン
ジＳＤＲを得る。除数データ生成器１０９に前記ダイナ
ミックレンジＳＤＲが入力され、次式 ％式％ を満足する除数データＯＵが出力される。遅延器１０３
によりタイミング調整された入力データＤｉは、剰余演
算器１１０において、除数データ０υで除算されて剰余
データＥｉ　（ｉ＝２．３゜・・・・・・、１６）とな
って出力される。ＯＵは２Ｈであるので、（１０未満で
ある剰余データＥ目よすべて語長Ｍビットで劣化なく表
わすことができる。

また剰余データＥ１は入力データＤｉより大きくなるこ
とはないのでその語長は８以下である。剰余エンコーダ
１１１において入力される剰余データＥｉは除数データ
ＯＵの大きさによって定まるビット数Ｊ（但し　Ｍ＜９
のとき　Ｊ−Ｍ、Ｍ−９のとき　Ｊ＝８）に符号化され
、可変長の符号化データＣｉとなって端子１１２より出
力される。

、符号化の際に剰余データＥｉに対して下位ビットの切
捨てなどの非線形な処理を行なっていないので、符号化
による剰余データＥｉの劣化は生じない、すなわち可逆
な符号化を行なっている。したがって符号化データＣＩ
を復号して得られる剰余データＥＩ°は元の剰余データ
Ｅ１に一敗する。

予測誤差情報である除数データＯＵ、予測誤差の最大値
ＳＸはそれぞれ端子１１３，１１４より付加コードの１
つとして出力される。

第２図にブロック構成を水平方向に１６画素、垂直方向
に１ラインとした場合の入力データＤｉ。

オフセフ）Ｆｉ、予測誤差Ｓｔ、剰余データＥｉの一例
を示す、このブロックにおける１６個の入力データはＤ
ｌから順番に１１２．１（１５，１１３゜１２１．１３
６，１６０，１７５，２（１１，２（１７゜２０８．１
９９，１９３，１７６．１６９，１７８゜１９０である
。このような１次元のブロック構成の場合、ブロック分
割器１０２は内部にバッファメモリを必要とせず、予測
器１（１５は１つ前の入力データを保持する１つのレジ
スタのみでよいので符号化装置の構成はより簡単となる
。

２次元構成のブロックからデータを取り出す順番、予測
方法については後述する。

発生し得る予測誤差の最大値ＳＸの最大債、最小値はそ
れぞれ２５５、−２５５であり、同様に予測誤差の最小
（ａ　Ｓ　Ｎの最大値、最小値もそれぞれ２５５．−２
５５であるので、予測誤差の最大値ＳＸ、最小値ＳＮの
語長は９ビツト必要である。

予測誤差のダイナミックレンジＳＤＲの最大値。

最小値はそれぞれ５１０．０となるので、ダイナミック
レンジＳＤＲの語長は９ビツト必要となる。

従って除数データＯＵの語長も一般的には９ビツト必要
となるが、本実施例では除数データＯＵが式ＱｌＩｌを
満足する２のＭ乗となるように設定しているのでより少
ないビット数で表わすことが可能である。すなわち除数
データＯＵを直接伝送する代わりに２のべき乗表現にお
ける指数Ｍを伝送すればよいからである。前記指数Ｍは
０，１，２．・・・・・・、９の１０通りであるからそ
の語長は４ビツトでよい、すなわち除数データＯυを４
ビツトのコードＭで伝送している。

除数データＯＵは予測誤差のダイナミックレンジＳＤＲ
によって一意に定めるので、前記除数データ生成器１０
９は９ビツト入力、４ビツト出力のＲＯＭ　（リードオ
ンリメモリ）で構成することができる。しかし除数デー
タＯυが２のべき乗であるので、前記ダイナミックレン
ジＳＤＲを表わすデータにおいて最上位ビットから連続
するＯの数を検出する簡単な論理回路によって除数デー
タ生成器１０９を構成することが可能である。

入力データを前記除数データＯＵで除算して剰余データ
Ｅｉを得る前記剰余演算器１１０も一般的には、除算器
またはＲＯＭで構成することが可能である。しかし本実
施例では除数である前記ＯＵを２のべき乗としているの
で、前記ＯＵで除算した剰余Ｅｔは入力データＤｉの下
位Ｊビット（但し　Ｍ＜９のとき　Ｊ−Ｍ、Ｍ−９のと
きＪ−８）のみを取り出し、それ以外のビットは０とす
る簡単な論理回路で前記剰余演算器１１０が実現できる
。

前記除数データＯＵの大きさによって定まる前記ビット
数Ｊに剰余データＥｉを符号化する剰余エンコーダ１１
１は、剰余データＥｉの下位Ｊピットのみを取り出し、
不要な上位ビットは出力しない簡単な回路で実現できる
。符号化データＣｉの出力形態は各種考えられるが、本
実施例ではシリアルデータの形態で出力されるものとす
る。

同図では省略しているが符号化装置の出力信号である付
加コード（ＤＩ、ＳＸ、ＯＵ）　、符号化データ（Ｃ２
，Ｃ３，・・・・・・、Ｃ１６）は−旦バッファメモリ
に蓄えられ、誤り訂正用の符号化の処理等が行なわれた
後、例えばシリアルデータの信号形態で伝送路に出力さ
れる。

本実施例の符号化装置においてｌブロック当りの入力デ
ータＤｉ（ｉ＝１．２．・・・・・・、１６）の全ビッ
ト数は１２Ｂ（＝８Ｘ１６）ピットであり、ｌブロック
当りの出力の全ビット数ＣＤは固定語長の付加コード（
ＤＩ、ＳＸ、ＯＵ）の２１（−８＋９＋４）ビットと可
変長の符号化データ（Ｃ２，Ｃ３，・・・・・・、Ｃ１
６）の１５・Ｊビットとの和であり、次式％式％：１ で表わせる。前記符号化データＣｉの語長Ｊは０以上８
以下であるが、はとんどのブロックにおいて入力信号の
相関性により前記予測誤差が小さく前記語長Ｊが７以下
となるので、次式 ％式％ が成立し、ｌサンプル（１画素）当りの平均ビット数を
低減できる。なお、前記語長Ｊが８．９の時は符号化効
率が悪化するので入力データをそのまま伝送する方がよ
い、第２図に１次元構成のブロックにおける各データの
例を示しているが、同図によると除数データＯＵは６４
となり、符号化データＣｉの語長Ｊは６となる。したが
ってこのブロックにおける符号化装置の全出力ピント数
ＣＤは弐〇カにより１１１ピント（＜１２８）となり、
ｌサンプル当りの平均ビット数は約６．９ビツトに低減
される。

第３図は本発明の第１の実施例における復号装置の構成
を示すブロック図であり、本復号装置は、第１図に示し
た符号化装置の逆変換を行なうものである。

第３図において、２（１１は符号化データでＣｉの入力
端子、２０２は除数データＯＵの入力端子、２０３は予
測誤差の最大値ＳＸの入力端子、２０４はブロック内の
先頭データＤ１の入力端子、２（１５は第１図に示した
高能率な符号化装置内の剰余エンコーダ１１１と逆の変
換を行なうもので、前記符号化データＣｉを復号して剰
余データＥｉ。

を得る剰余デコーダ、２０６は前記予測誤差の最大値Ｓ
ｘを一方の入力とする加算器、２（１７は前記加算器２
０６の出力より前記剰余データＥｉ’を減算する減算器
、２０８は前記減算器２（１７の出力と前記除数データ
ＯＵとを入力としオフセットＦｉ’を出力するオフセッ
ト再生器、２０９は前記剰余データＥｉ″と前記オフセ
ットＦｉ゛とを加算して復号済みの復号データＤｉ°を
得るオフセット付加器、２１０は前記オフセット付加器
２０９の出力と端子２０４からのデータＤ１とを入力と
し一方を選択するスイッチ、２１１は図１中の予測器１
（１５と同一で前記復号データＤｉ゛を入力とし、予測
値Ｐｉを前記加算器２０６の他方の入力に供給する予測
器、２１２は前記スイッチ２１０からの復号データＤｉ
°を入力とし第１図中のブロック分割回路１０２と逆の
処理を行なうブロック分解器、２１３は復号データの出
力端子である。

なお、付加コード入力は符号化データ入力に先行し、ｌ
ブロック期間保持されているものとする。

以上のように構成された復号装置の動作について説明す
る。

端子２０４からの入力データＤ１はスイッチ２１０を介
してそのまま復号済みのデータＤＩ’として出力されブ
ロック分解器２１２及び予測器２１１に供給される。前
記データＤＩ’　は予測器２１１において最初の剰余デ
ータＥ２’より復号データを求めるために必要な予測値
Ｐ２’　となる。

スイッチ２１０は入力データＤＩを出力した後、オフセ
ット付加器２０９からの入力を選択して復号データＤ２
’　、Ｄ３°、・・・・・・、Ｄ１６°を出力する。

端子２（１１からの符号化データＣＩ　　（ｉ＝２゜３
、・・・・・・、１６）は端子２０２からの除数データ
ＯＵに基づいて剰余デコーダ２（１５により剰余デ−タ
Ｅビに変換される。端子２０３からの予測誤差の最大値
ＳＸと予測器２１１からの予測値Ｐビとが加算器２０６
により加算され、その加算結果より前記剰余データＥｉ
°が減算器２（１７により減算されて（Ｐビ＋５Ｘ−Ｅ
ビ）が得られる。前記減算結果と除数データＯＵとはオ
フセット再生器２０８に入力され次式０式％） を満足するオフセットＦｉ’＝ＯＵ・Ｎｉが得られる。

オフセント付加器２０９において前記オフセン）Ｆ　ｉ
’　と前記剰余データＥｉ“とが加算されて復号データ
Ｄｉ　　（ｉ＝２．３．・・・・・・、１６）となり、
スイッチ２１０に供給される。

スイッチ２１０の出力においてブロック内の復号データ
Ｄ　ｉ　’　　（ｉ　＝　ｌ　、　２．・・・・・・５
１６）すべてが得られ予測器２１１とブロック分解器２
１２に供給される。ブロック分解器２１２に入力された
前記復号データＤｉ゛は本来の映像信号を標本化量子化
して得られるデータと同じ順番に取り出され端子２１３
より出力される。

端子２（１１よりシリアルデータの形態で入力される符
号化データＣｉは、その語長がブロック単位で可変長で
あるため、正しく符号化データＣｉを取り出すためには
その語長Ｊを知る必要がある。

前記符号化データＣｉの語長Ｊは除数データＯＵの大き
さを表わす指数Ｍにより前記符号化データＣｉの語長Ｊ
が決定できるので（但し　Ｍ＜９のとき　Ｊ−Ｍ、Ｍ＝
９のとき　Ｊ＝８）、正確に符号化データＣｉが取り出
すことができ、その上位ビットにＯを付加することによ
り剰余データＥｉ゛が得られる。従って剰余デコーダ２
（１５は直並列変換用のシフトレジスタ、符号化データ
を保持するレジスタ、ピント数を数えるカウンタ、およ
び上位ビットにＯを付加するゲート等の簡単な回路で実
現できる。第１図における剰余エンコーダ１１１は符号
化による劣化がなく、剰余デコーダ２（１５は前記剰余
エンコーダ１１１の逆変換を行なっているので剰余デー
タＥビは剰余データＥｉに一致する。

減算器２（１７の出力である（Ｐビ＋ＳＸＥ＋’）を前
記除数データＯＵで除算して剰余を得、前記剰余を前記
（Ｐ　ｉ’　＋５Ｘ−Ｅ　ｉ’　）から減算する事によ
り式（９）を満足するオフセットＦｉ’＝ＯＵ−Ｎｊが
得られる。しかし本実施例では除数データＯＵを２のＭ
乗としているので前記（Ｐｉ’　＋５ｘ−Ｅｉ’　）の
下位ＭビットをすべてＯとするだけで前記オフセン）Ｆ
ビが得られる。従ってオフセット再生器２０８は簡単な
論理回路で実現できる。

復号化装置における剰余データＥビ、予測値Ｐｉ’　は
第１図の符号化装置における剰余データＥｊ、予測値Ｐ
ｉに等しいのでオフセットＦｉもオフセットＦｉに等し
く、復号データＤｉ゛は入力データＤＩに一致する。

以上に述べたように、本実施例によれば、ＭＰＣＭのよ
うな量子化器を持たず、剰余データはそのまま符号化し
て伝送しており、また予測誤差の変化範囲、除数データ
ＯＵ　（ＭＰＣＭ方式におけるｍｏｄｕｌｏＯ輻）を予
測誤差の変化範囲（ダイナミックレンジ）より大きく設
定しており、さらにこの除数データＯＵと予測誤差の変
化範囲の情報を付加コードとして伝送しているので、変
則誤差や量子化誤差のない、すなわち可逆な符号化とそ
の復号化が実現でき、その回路構成は極めて簡単である
。

また従来例においては符号化における除数データ（ｍｏ
ｄｕｌｏの幅）を、固定もしくは予測誤差の絶対値の最
大値としていたが、本発明においては予測誤差の変化範
囲（ダイナミックレンジ）により定めているので、符号
化における除数を従来例より小さくできる。従って特に
入力データが単調増加または減少するブロックにおいて
従来例より効率のよい符号化が行える。画像信号を入力
とした場合、付加コードの一部（ブロックの先頭画素デ
ータ）のみを用いて粗い画像を再生できるので画像の検
索にも適した符号化とすることができる。

ブロック内の特定位！の入力データの代わりにブロック
内の入力データの平均値ＤＡを付加コードの１つとして
伝送する符号化方法も考えられる。

この場合の復号化方法としてはまずオフフットの初期値
Ｆ１−０として復号し、得られたデータ（Ｄｉ−Ｆｌ）
の平均値ＤＢを求める。伝送された平均（ｔＩ　Ｄ　Ａ
より前記平均値ＤＢを減算することによりオフセットの
初期値Ｆ１が得られる。前記データ（Ｄｉ−Ｆｌ）に対
して前記得られた初期値Ｆｌを加算することにより復号
データＤＩが得られる。に個の剰余データＥｉすべてを
伝送すれば、剰余データに誤りを１つ生じても前記平均
値ＤＡを用いることにより訂正が可能となる。また入力
が画像信号の場合前記平均値ＤＡのみを用いて画像信号
の概要を表わすことができ、検索に適した符号化とでき
る。

次に伝送路上の符号化データの誤りが生した場合につい
て説明する。

伝送路上で符号誤りを生じてもＤＰＣＭ方式のように次
のサンプルの復号に誤りが必ずしも伝播する訳ではない
、これは式（７）、　（８）、　（９）によるオフセッ
トＦｉの決定には予測誤差の最大値、最小値によって定
まるその判定の幅があるからである。

しかしながらオフセットＦｌの決定に誤りを生じる場合
があり、この時以後の復号データにオフセットＦｉの誤
りが伝搬してしまう、しかし、予測値Ｐｉを得る際に他
のブロック内のデータを用いていない、すなわちブロッ
ク毎独立に符号化を行なっているので、誤りが隣のブロ
ックにまで伝搬することはない、また正しい復号データ
と誤りが伝搬することにより誤った復号データとの差は
除数データＯＵの整数倍となるので前記誤りの伝搬した
復号データとその隣にある正しい復号データとの相関を
判定することにより精度よく修正する事が可能である。

その修正方法について述べる。誤りの発生した位置はエ
ラー訂正符号により検出できる０例えば第２図（Ｃ）に
示した９番目の剰余データに符号誤りが発生し、オフセ
ットＦｉの決定を誤ったとする。

これにより以後の１０から１６番目のデータの復号をも
誤ってしまう、そこで、誤りの伝播しない次のブロック
の先頭データである１７番目のデータ（第２図には示し
ていない、）を起点として符号化時とは逆方向に予測し
ながら復号を行う。

１７番目のデータと１６番目のデータとの差が予測誤差
のダイナミックレンジを超えない限り、これにより１６
番目、１５番目、・・・・・・１０番目の入力データま
で正しく復号することができる。但し、符号化時と予測
方向が異なるので、予測誤差の符号が反転し、復号に用
いる最大値、最小値はそれぞれ付加コードにより伝送さ
れた最小値、最大値の符号を反転させたものとする必要
がある。９番目の入力データは８番目と１０番目の復号
データの平均値などで修正できる。

また復号データを用いブロック境界をはさんで予測を行
なって得られる予測誤差（第２図の例では１６番目と１
７番目のデータの差に相当）が、付加コードより求まる
予測誤差の範囲外となる領域は、伝送誤りの発生してい
る可能性が高いと判断できる。伝送誤りと判断できれば
、上記方法と同じく範囲外となっている領域を隣接ブロ
ック内の復号データを起点として復号時とは異なった方
向より予測して復号できる。

第２図の場合ブロック構成が１次元であったが、画像信
号のように２次元以上の場合、周囲の複数のブロック内
の復号データを用いて修正することが可能である。予測
誤差情報を表わす付加コードに伝送誤りを生じた場合は
隣接ブロックの付加コードを用いる修正方法が考えられ
る。さらに伝送誤り時にどの隣のブロックを修正時の利
用に適切かを符号化時に判定しておき、この情報を付加
コードの１つとして伝送する符号化方法も考えられ、こ
の場合より通°切な修正を行うことが可能となる。

上記第１の実施例は、ブロック毎に符号化ビット数が変
化する可変長な符号化であり、実時間の伝送を必要とし
ない用途例えば静止画像、短文の音声などのファイル用
記録により適している。

次に通常のビットレート一定の伝送路に適合した本発明
の符号化方法についてまず簡単にその原理について説明
する。

ビットレートを一定にするための１つの方法はブロック
毎の符号化ビット数を一定にすることである、符号化ビ
ット数を一定にするということは予測誤差のダイナミッ
クレンジを所定量以下にするということである０本発明
では入力信号に対して、その予測誤差のダイナミックレ
ンジを所定量以下にする変換を施して変換入力信号を得
、得られた変換入力信号に対して上記本発明の可逆な符
号化を行うものである。またその符号化出力に対して上
記本発明の復号化を行って、前記変換入力信号を再生し
、符号化時と逆の変換を行なって入力信号を再生するも
のである。

前記変換入力信号を得るための最も簡単な方法は、入力
信号に対しブロック毎に所定数を掛けるものである。入
力信号に１より小さな所定数を掛けることによってダイ
ナミックレンジの小さくなった変換入力信号が得られ、
変換入力信号の予測誤差のダイナミックレンジを、入力
信号の予測誤差のダイナミックレンジのほぼ前記所定数
倍だけ小さくできる。これは、入力信号から予測誤差を
得る処理が線形だからである。

第４図に本発明の第２の実施例における符号化装置及び
復号化装置のブロック構成図を示す、この符号化装置は
ブロック毎の符号化ビット数を一定とするものである。

第４図に右いて４（１１は標本化量子化された映像信号
（語長８ビツト０〜２５５レベル）である入力データの
入力端子、４０２はブロック毎の符号化データの語長を
一定とする符号化装置、４０３は符号化装置４０２の逆
変換を行う復号化装置、４０４は複合化された入力信号
の出力端子である。

符号化装置４０２において１０２はブロック分割器（第
１図中のものと同一）、４（１５，４０６゜４（１７．
４０８はそれぞれ係数１／２．１／４゜１／８．１／１
６を入力信号に掛ける係数器、４０９．４１０，４１１
，４１２は第１図においてブロック分割器１０２を除去
した内部構成を有し可逆な符号化を行い付加コード、符
号化データを出力する符号化装置、４１３は符号化装置
４０９〜４１２の符号化装置の付加コード出力の一つで
除数データＯＵを入力とし変換情報を出力する検出器、
４１４は前記符号化装置４０９〜４１２及び係数器４０
Ｂの出力を入力とし、前記変換情報により制御されて前
記符号化装置４０９〜４１２の出力よりその符号化デー
タ語長が４ビツトとなったものがあればその出力を選択
出力し、なければ係数器４０Ｂの出力を選択出力するス
イッチである。

復号化装置４０３において２１２はブロック分解器（第
３図中のものと同一）、４１５は第３図においてブロッ
ク分解器２１２を除去した内部構成を有する復号化装置
、４１６は復号化装置４１５の出力及び符号化データを
入力とし、伝送された前記変換情報により制御されて一
方を出力するスイッチ、４１７は伝送された前記変換情
報により制御されて所定係数を選択出力するスイッチ、
４１８はスイッチ４１６からの再生された前記変換信号
に、前記スイッチ４１７からの所定係数を掛けて入力信
号を再生する乗算器である。

以上のように構成された本実施例の符号化装置について
、以下その動作を説明する。

符号化装置４０２において、端子４（１１からの入力信
号はブロック分割８１０２によりブロック毎の信号とな
る。ブロック毎の入力信号に対し係数器４（１５〜４０
８により、所定係数１／２゜１／４．１／８．１／１６
を掛けて小数以下を丸めて語長８，７，６，５．４ビツ
トの変換入力信号（入力信号を含む）を作成し、それぞ
れを符号化装置４０９〜４１２により可逆な符号化を行
う。

検出器４１３は、符号化データの語長が４ビツトとなっ
た符号化装置を検出する。スイッチ４１４は検出器４１
３の出力により制御されて、符号化データの語長が４ビ
ツトとなった符号化装置の出力を選択し出力するが、符
号化データの語長が４ビツトとなった符号化装置が検出
できなかった場合、係数器４０８の出力を選択し、その
まま符号化データとして出力する。どの変換入力信号を
符号化して伝送したかを表す情報（３ビツト）を復号化
装置に知らせる必要があるので、これを変換情報として
、付加コードに含めて伝送する。なお、符号化装置４０
９は符号化データ語長の下限値が４ビツトに設定されて
いるものとする。従って伝送する情報量は、付加コード
が変換情報３ビツト、ブロック先頭データ８ビツト（最
悪値）、予測誤差の最大値９ピント（最悪値）、符号化
データが４×１５ビツトで合計８０ビツトとなり、ｌＮ
素当り平均５ビツトとなる。

復号装置４０３において、復号化装置４１５は伝送され
た符号化データを復号化して符号化装置における変換入
力信号を誤差なく復号する。復号された変換入力信号は
スイッチ４１６を介して乗算器４１８の入力となる。ス
イッチ４１７は伝送された変換情報に制御されて復号さ
れた変換入力信号を入力信号に変換するための逆変換係
数を選択出力する０乗算器４１Ｂはスイッチ４１７から
の逆変換係数を前記変換入力信号に掛けて入力信号に変
換する。再生されたブロック毎の入力信号はブロック分
解器２１２によりブロックが分解されてブロック分割器
１０２の入力信号と同じデータ並びの入力信号が端子４
０４より出力される。

なお伝送された符号化データが、伝送された変換情報に
より係数器４０Ｂの出力であると検出された場合、符号
化データは変換入力信号そのものであるため、復号化装
置４１５を経ず、直接スイッチ４１６を経て乗算器４１
Ｂの入力となる。

以上のように入力信号を符号化し、所定の符号化データ
語長で符号化できない場合は、入力信号に所定係数を掛
けて予測誤差のダイナミックレンジの小さい変換入力信
号を作成し、これを符号化することにより、符号化デー
タ語長を一定にすることができる。変換信号の符号化は
第１の実施例と同じ符号化方法で可逆であるので、変則
誤差は発生しない、入力信号の予測誤差のダイナミック
レンジが大きい場合は入力信号に所定係数を掛けて変換
入力信号に変換して符号化しているので量子化が粗くな
る。予測誤差のダイナミックレンジが大きいところは入
力信号の変化の激しいところである。信号の変化の激し
いところは量子化を粗くしても信号劣化を感じないので
視覚特性にも合った実用的な符号化上できる。

また説明を容易とするため４つ符号化装置４０９〜４１
２を図示したが符号化装置内部において大部分の回路は
共用化できるので第１の実施例に比べ回路規模が大幅に
増加する訳ではない。

上記第２の実施例においては入力信号を変換入力信号に
変換するための変換係数が固定でその種類が少ないため
、符号化データのダイナミックレンジを育効に利用でき
ない場合がある。この！Ｉ題の解決された本発明の実施
例を次に示す。

第５図に本発明の第３の実施例における符号化装置のブ
ロック構成図を示す。

第５図において５（１１は標本化量子化された映像信号
である入力データの入力端子、１０２はブロック分ｖＩ
器（第１図中の１０２に同じ）、５０２は変換情報、変
換係数を生成し、前記変換係数を入力信号に掛けて変換
入力信号を出力する変換回路、５０３は符号化装置、５
０４は前記変換情報（逆変換係数１／ａ）の出力端子、
５（１５は変換入力信号のブロック内の先頭データｄ、
の出力端子、５０６は変換入力データに対する予測誤差
の最大値ＳＸの出力端子、５（１７は符号化データｃｉ
の出力端子である。

変換回路５０２において５０８は遅延器、５０９は予測
器、５１０は減算器、５１１は最大最小検出回路であり
、それぞれ第１図中の遅延器１０３、予測器１（１５、
減算器１０６、最大最小検出回路１（１７に等しく、５
１２は最大最小検出回路５１１からの予測誤差の最大債
、最小値より変換入力信号を作成するための変換情報（
変換係数ａ、逆変換係数１／ａ）を出力する変換情報生
成回路、５１３は入力信号に前記変換係数を掛けて変換
入力信号を出力する乗算器である。

符号化装置５０３において第１図中と同一のものには同
じ番号をつけている。１０３は遅延器、１０４はレジス
タ、１（１５は予測器、１０６は減算器、１１０は剰余
演算器、ＩＩＩは剰余エンコーダ、５１４は減算器１０
６からの予測誤差のブロック毎の最大値を検出し、ブロ
ック毎に内部のレジスタに保持して出力する最大値検出
回路である。

以上のように構成された本実施例の符号化装置について
、以下その動作を説明する。

標本化量子化された映像信号である入力データは端子５
（１１より入力され、ブロック分割器１０２によりブロ
ック毎の信号となる。ブロック毎の入力信号は変換回路
５０２においてブロック毎に定まる変換係数ａが掛けら
れ小数点以下が丸められて変換入力信号となる。変換係
数ａの決定方法については後で説明する。

変換入力信号は符号化装置５０３において第１図の本発
明の第１の実施例と同じ方法によって符号化される。こ
のとき変換入力信号は変換回路５０２により符号化装置
５０３で固定語長Ｌピントで可逆な符号化ができるよう
に変換されている。

従って除数データＯＵを新たに求める必要がないので符
号化装置５０３は第１図の符号化装置より減算器１０８
、オフセット生成器１０９が除去された構成となってお
り、また変換入力信号はすでにブロック毎の信号となっ
ているのでブロック分割器１０２も除去されている。符
号化データ語長しが一定すなわち除数データＯＵは常に
一定であるので付加コードとして伝送する必要がない、
符号化装置５０３は変換入力信号の予測誤差の最大値Ｓ
Ｘとブロックの先頭データｄ１と符号化データを出力す
る。また変換回路５０２からの変換情報（逆変換係数１
／ａ）は符号化して伝送した変換入力信号を入力信号に
逆変換するために必要であるので付加コードの１つとし
て伝送する。

変換係数ａは次のようにして求める。変換回路５０２に
おいて予測器５０９の出力と入力信号との差すなわち予
測誤差が減算器５１０により求まる。最大最小検出回路
５１１は入力信号のブロック毎の予測誤差の最大値ＳＸ
と最小値ＳＮを求め出力する。これより入力信号の予測
誤差のダイナミックレンジＳＤＴ？は（ＳＸ−ＳＮ）と
なる。

方、符号化装置５０３の符号化データの語長はＬビット
であるから、変換入力信号の予測誤差のダイナミックレ
ンジｓｄｒ　（変換入力信号の予測誤差の最大値をｓｘ
、ｊｌ小値をｓｎとするとき５ｄｒ−ｓｘ−ｓｎ）は式
０ｆｆｌより次式を満足していなければならない。

ｓｄｒ≦（２Ｌ−１）　　　　　　　　・・−・・・０
４）もし乗算器５１４において丸め誤差がないとしたら
変換係数ａを（２’−１）／（ＳＸ−ＳＮ）とすること
により変換入力信号の予測誤差のダイナミックレンジｓ
ｄｒを（２’−１）とすることができ、効率よく符号化
できる。しかしながら実際には丸め誤差があり、必ずし
も５ｘ−Ｒ（ａ・ＳＸ）、ｓ　ｎ−Ｒ（ａ−ＳＮ）が成
立しない（但しＲ（ｘ）はＸの小数部を丸めた値を表わ
すものとする）。

そこで丸め誤差を生じても予測誤差ｓｄｒが式０４）を
必ず満足するように変換係数ａを（２Ｌ−１）／（ＳＸ
−ＳＮ）より小さく設定している。すなわちｓｘがＲ（
ａ−３Ｘ）より大きくなる、またはｓｎがＲ（ａ−ＳＮ
）より小さくなる場合があり、このときｓｄｒがａ−３
ＤＲより大きくなる。その誤差の最大値はそれぞれｌで
あるので丸め誤差の影響が最悪の状態となっても式（ロ
）を満足するように変換情報生成回路５１２は次式を満
足する変換係数ａを生成する。

（２Ｌ−３）≧Ｒ（ａ　−ＳＸ）　−Ｒ（ａ−ＳＮ）・
・・・・・（＋５１ 変換情報生成回路５１２は、予め式０９を満足する変換
係数ａを計算により求めておき、これを書き込んだリー
ド　オンリー　メモリー（ＲＯＭ）により容易に実現で
きる。なお入力信号の予測誤差のダイナミックレンジＳ
ＤＲが次式 ％式％ を満足するときは変換係数は１となる。

第６図は本発明の第３の実施例における復号装置のブロ
ック構成図であり、本復号装置は、第５図に示した符号
化装置の逆変換を行なうものである。

第６図において、６（１１は変換情報（逆変換係数１／
ａ）の入力端子、６０２は変換入力信号のブロック内の
先頭データｄ１の入力端子、６０３は変換入力データに
対する予測誤差の最大値ｓｘの入力端子、６（１５は伝
送された変換入力信号の復号化装置、６０６は復号化さ
れた変換入力信号をもとの入力信号に逆変換する逆変換
回路、２１２はブロックを分解して再生されたブロック
毎の入力信号をブロック分割器１０２の入力信号と同じ
データ並びの入力信号に変換するブロック分解器２１２
．６（１７は再生された入力信号の出力端子である。復
号器６（１５において第３図中と同一のものには同じ番
号をつけている。２（１５は剰余デコーダ、２０６は加
算器、２（１７は減算器、２０８はオフセット再生器、
２０９は加算器、２１０はスイッチである。逆変換器６
０６において６０８は乗算器である。

以上のように構成された復号化装置の動作について説明
する。

復号化装置６（１５は第３図番こ示した復号化装置と除
数データＯＵが一定値で伝送する必要がないため入力さ
れない点を除けば基本的に同一構成であり、伝送された
付加コードを用いて符号化データが復号化されてもとの
変換入力信号となる。

変換入力信号は逆変換回路６０６において伝送された逆
変換係数１／ａ（変換情報）と乗算されてもとの入力信
号になる。この入力信号はブロック毎の信号であるため
、ブロック分解器２１２により符号化装置の入力信号と
同じデータ並びの信号に変換されて端子６（１７より出
力される。

以上のように第５図、第６図に示した第３の実施例にお
いては、入力信号に変換係数ａを掛けて変換入力信号を
得、変換入力信号を第１ｒｊ！Ｊにその構成を示した第
１の実施例と同じ可逆な符号化を行なう、入力信号の予
測誤差のダイナミックレンジと変換入力信号の予測誤差
のダイナミックレンジとは丸め誤差の影響を除けば比例
関係にあるので、まず入力信号の予測誤差のダイナミッ
クレンジを求め、変換入力信号の予測誤差のダイナミッ
クレンジが符号化データの語長によって定まるダイナミ
ックレンジを越えることなく、かつそのダイナミックレ
ンジに近くなるよう変換係数ａを設定しているので効率
よく符号化できる。また丸め誤差を考慮し、ダイナミッ
クレンジの上限を越えないように変換係数を設定してい
るので、変換入力信号は可逆な符号化が行なわれ、変則
誤差は発生しない、符号化、復号化による入力信号の歪
は入力信号から変換入力信号への変換及びその逆変換に
おける変換係数乗算による語長制限、丸め誤差によるも
ののみである。

上記例においては各ブロックにおける符号化データの語
長を全て一定としたが、所定数のブロック毎に符号化デ
ータの平均語長を一定とする方法がある０例えば２ブロ
ツク毎に符号化データの平均語長を４ビツトで符号化す
る場合を考える。２つのブロックＡ、Ｂがそれぞれ６ビ
ツト、４ビツトで可逆に符号化できる場合、平均符号化
語長は４ビツトであるから劣化なく符号化できる。とこ
ろが各ブロック毎に符号化データの語長を４ビツトに固
定する場合、ブロックＡは２ビツト分信号劣化を生じ、
ブロックはｌサンプル当り２ビツトの空きを生じる。従
って伝送レートを一定とする場合、複数のブロック毎に
符号化を行なうことによって１ブロツク毎に符号化を行
なう場合より符号化効率を改善できる。

この符号化方法において符号化単位内の各ブロックをそ
れぞれ何ビットで符号化するかの決定の方法の一例とし
ては次のようなものが考えられる。

まず符号化単位内の全ブロックについて予測誤差のダイ
ナミックレンジを計算し、可逆な符号化を行なった場合
の符号化データの平均ビット数を求める。このビット数
と実際の符号化ビット数との差のビット数分だけ各ブロ
ックの入力信号の予測誤差のダイナミックレンジが平均
して小さくなるように変換を行なうものである。

この符号化装置は符号化単位分のバッツァメモリと可逆
な符号化を行なワたと仮定した場合の平均符号化ビット
数を求める手段と前記平均符号化ビット数と実際の符号
化ビット数との差を求めこれを蓄える手段等を第５図の
符号化装置に付加すればよく、この復号化装置は基本的
には第６図の復号化装置と同しでよいのでこれらの説明
は省略する。

また上記実施例においてもなお符号化データのダイナミ
ックレンジが完全に有効利用されている訳ではない、な
ぜなら丸め誤差によって予測誤差のダイナミックレンジ
が拡大しても符号化データのダイナミックレンジを越え
ないように余裕をもたせているからである。そこで第２
．第３の実施例を組み合わせた方法が考えられる。すな
わち第３の実施例において複数の変換係数と、この変換
係数に対応して複数の符号化装置を備え、符号化データ
のダイナミックレンジを有効に利用しているものを選択
するものであるが、第２．第３の実施例により容易に構
成できるので説明は省略する。

また予測誤差のダイナミックレンジを小さくする方法と
して第７図に示すように非線形な変換をおこなうものが
考えられる。第７図において白丸印のデータが変換前の
入力信号、黒丸印のデータが変換後の入力信号である。

同図の例は時刻（ｉ−１）、ｌの入力データ間で予測誤
差の最大値ＳＸ　（＝Ｄｉ　　Ｄ＋−１）が発生した場
合のもので、最大値の発生に関わった入力データＤ＊−
＋　、Ｄｔをそれぞれ＋１．−Ｉして変換入力信号とし
ている。これにより変換入力信号の予測誤差の最大値Ｓ
Ｘは前記最大値ＳＸより２レベル小さくなっている。こ
のように予測誤差の最大値、最小値の発生に関わる入力
データの一部またはその全てを少しだけ小さく、または
少しだけ大きくすることによって発生する予測誤差の最
大値、最小値を少しだけ小さくする。すなわち予測誤差
のダイナミックレンジを小さくする非線形な処理を行な
うものである。入力データの変更レベル量は小さく抑え
るので、復号時の逆変換は不要とできる。この非線形処
理による変換は、入力信号の予測誤差のダイナミックレ
ンジが２のべき乗に等しいか、もしくはこれを少しだけ
越えるような場合に有効であり、また入力信号に変換係
数を掛けて変換信号を得る際に丸め誤差により発生する
予測誤差の増加を抑圧する場合に有効である。なぜなら
予測誤差のダイナミックレンジを２のべき乗より小さい
がこれにより近い値とすることは、符号化データのダイ
ナミックレンジを有効に利用することであり、符号化デ
ータ語長を１ビット小さくできることだからである。

また予測誤差のダイナミックレンジを小さくする別の方
法として次のようなものも考えられる。

符号化装置内において予測誤差を入力信号の高域成分と
みなすことができる。従って予測誤差のダイナミックレ
ンジを小さくする方法として高域抑圧フィルタが考えら
れる。復号時には高域抑圧フィルタと逆の特性を有する
フィルタを用いればよい、この場合の変換情報としては
このフィルタの有無やその特性を示すコードなどが考え
られる。

ブロックは１次元構成（例えば水平方向１６６画素垂直
方向１ライン）でも、２次元構成（例えば水平方向４画
素、垂直方向４ライン）でもよく、さらにフィールド間
、フレーム間に拡張した３次元構成も考えられる。変形
としてフィールド内またはフレーム内で符号化を行なっ
た後、フィールド単位またはフレーム単位の時間軸方向
にブロックを拡張して符号化する方法も考えられる。ま
たブロックサイズを可変長とする方法も考えられる。

また一般には水平、垂直方向にそれぞれ連続した標本位
！の入力データでブロックが構成されるが、必ずしもこ
のような構成に限定されるものではない、相関の強い複
数の入力データでブロックを構成すればよく、ＮＴＳＣ
信号等においては色搬送波の同位相点の標本位置の入力
データでブロックを構成することも考えられる。

以上の実施例においては予測方法はすべて前置予測であ
ったが、これに限定されるものではな（、各種予測方法
が考えられる。

ブロック構成が１次元の場合、ブロック内における入力
データの取り出す順番は入力順に、予測に使用する入力
データまたは復号データの組合せは１つ前のデータとす
るのが最も簡単であるが、ブロック構成が２次元以上に
なると入力データを取り出す順番、予測に使用するデー
タの組合せは各種考えられる。ブロック構成を水平方向
に４画素、垂直方向に４ラインの２次元とした場合にお
ける例を第８図に示す、同図においてＯ印は画素を表わ
し、番号はブロックより取り出す順番ｉを表わし、実戦
の矢印は矢印の出ているデータを矢印の入っているデー
タの予測に使用することを表わしている。除数データＯ
Ｕの小さい方が符号化効率がよいが、入力データの相関
によって異なるので複数の方法で符号化を行い、効率の
よい方の符号化方法の出力とともにその符号化方法を示
すコードを付加コードに付加して出力する方法も考えら
れる。

前置予測において最も符号化効率の良くなる信号は単調
増加もしくは単！１ｌｉｌｆｉ少とする信号である。

なぜならこの時予測誤差のダイナミックレンジが最も小
さくなるからである。従ってブロックから入力データを
取り出す順序が異なった取り出し方を複数用意しておき
、最も予測誤差のダイナミックレンジの小さいものを選
ぶ方法が考えられる。

この場合、入力データの取り出し方（一種の予測方法）
を示すコードを付加コードの１つとして伝送する。

以上の予測方法は外挿予測であったが、内挿予測を用い
ても良い０例えば第１の実施例において各ブロックの先
頭データのみは符号化せずそのまま入力データを伝送し
ているので、各ブロックの先頭データを用いて直線補間
して得た値を予測値とし、入力信号との差を予測誤差と
するものである。内挿予測は、外挿予測のように順次復
号したデータを次のデータの復号に使用しないので、誤
り伝搬は生じない。

また入力信号中の高域成分が非常に大きい場合、ブロッ
ク内の特定位置の入力信号（例えばブロックの先頭デー
タ）またはブロック内の全データの平均値をブロック内
のすべての入力信号に対する予測信号とする予測方法が
有効である６例えば入力信号が２０．３０．２０．３０
．・・・・・・の繰り返しの場合前置予測における予測
誤差の最大値ＳＸ。

最小４１１ＳＮはそれぞれ１０．−１０となってそのダ
イナミックレンジＳＤＲは２０となる。これに対し先頭
データ２０を同一ブロック内のすべての入力に対する予
測値とするとその予測誤差の最大値Ｓｘ、最小値ＳＮは
それぞれ１０．０となってそのダイナミックレンジＳＤ
Ｒは１０と小さくできる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、変
則誤差がなく効率のよい伝送が可能な符号化方法および
その復号方法とすることができ、その実用的価値は大き
い。

【図面の簡単な説明】

１次元構成のブロックにおける各データの例を示すグラ
フ、第３図は第１の実施例における復号化装置の構成を
示すブロック図、第４図は本発明の第２の実施例におけ
る高能率な符号化装置、及びその復号化装置の構成を示
すブロック図、第５因は本発明の第３の実施例における
高能率な符号化装置の構成を示すブロック図、第６図は
第３の実施例における復号化装置の構成を示すブロック
図、第７図は入力信号の予測誤差のダイナミックレンら
データを取り出す順番と予測方法を示す図、第方式にお
ける動作波形（正常時）図、第１１図はムにおける別の
動作波形の例（変則誤差発生時）を示すグラフである。 １（１１・・・・・・入力端子、１０２・・・・・・ブ
ロック分割ｂ、１０３・・・・・・遅延器、１０４・・
・・・・レジスタ、１（１５・・・・・・予測器、１０
６・・・・・・減算器、１（１７・・・・・・最大最小
検出回路、１０Ｂ・旧・・減算器、１０９・・・・・・
除数データ生成器、１１０・・・・・・剰余演算器、１
１１・・・・・・剰余エンコーダ、１１２・・・・・・
符号化データＣＬの出力端子、１１３・・・・・・除数
データＯＵの出力端子、１１４・・・・・・予測誤差の
最大値ＳＸの出力端子、１１５・・・・・・入力データ
Ｄ１の出力端子、２（１１・・・・・・符号化データＣ
ｉの入力端子、２０２・・・・・・除数データＯＵの入
力端子、２０３・旧・・予測誤差の最大値ＳＸの入力端
子、２０４・・・・・・入力データＤ１の入力端子、２
（１５・・・・・・剰余デコーダ、２０６・・・・・・
加算器、２（１７・・・・・・減算器、２０８・・・・
・・オフセット再生器、２０９・旧・・オフセット付加
器、２１０・・・・・・スイッチ、２１１・旧・・予測
器、２１２・・・・・・ブロック分解器、２１３・・・
・・・復号データの出力端子。 区 ｔｊｌｍ−！べｐ 第 図 Ｆｔ　：ｏｕ−ＮＩＳ　Ｄ＋　＜ＯＬＪ・（Ｎ＋十〇デ
ータ）号１ ｔ！１１ｎ−誌べρ 第 ７　口 ｔ−ｓ　　ム−２ｔ−ｔ　　　Ａ　　　ｉ中Ｉ　Ａ中２
第 図 （Ｃν （ｅＪ Ｃ９） （ｄ） （ｆ） （ｈ） 鍋 図 第１０図

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の入力データで構成されるブロックを符号化
   の単位とし、ブロックにおける入力データとその予測値
   との差である予測誤差の最大値ＳＸと最小値ＳＮとを求
   め、（ＳＸ−ＳＮ）より大なる所定の値を除数データＯ
   Ｕとするとき、前記ブロックの各入力データを前記除数
   データＯＵで除算して得られる剰余Ｅを符号化し、前記
   ＳＸ、ＳＮ、ＯＵに関する予測誤差情報を含む付加コー
   ドと前記符号化したＥとをともに伝送することを特徴と
   する符号化方法。
2. （２）予測値が予測されるデータと同一のブロック内の
   入力データであることを特徴とする請求項（１）記載の
   符号化方法。
3. （３）予測値が予測されるデータと同一のブロック内の
   特定位置の入力データである請求項（１）記載の符号化
   方法。
4. （４）予測値が予測されるデータと同一のブロック内の
   入力データの平均値であることを特徴とする請求項（１
   ）記載の符号化方法。
5. （５）内挿予測を用いる請求項（１）記載の符号化方法
   。
6. （６）最も符号化効率のよい予測方法を示す予測情報を
   付加コードの１つとして用いる請求項（１）記載の符号
   化方法。
7. （７）予測誤差情報の１つとして伝送する除数データＯ
   Ｕが次式 ＯＵ＝２＾Ｍ＞ＳＸ−ＳＮ≧２＾Ｍ＾−＾１但しＭは整
   数 を満足することを特徴とする請求項（１）記載の符号化
   方法。
8. （８）ブロック内の特定位置の入力データを付加コード
   の１つとする請求項（１）記載の符号化方法。
9. （９）ブロック内の入力データの平均値を付加コードの
   １つとする請求項（１）記載の符号化方法。
10. （１０）原入力信号の予測誤差のダイナミックレンジが
    所定数のブロック毎に所定量以下になるように原入力信
    号を変換した信号を入力信号とする請求項（１）記載の
    符号化方法。
11. （１１）原入力信号の変換方法を示す変換情報を付加コ
    ードの１つとして伝送することを特徴とする請求項（１
    ０）記載の符号化方法。
12. （１２）原入力信号の変換方法が原入力信号に対し所定
    係数をかけることを特徴とする請求項（１０）記載の符
    号化方法。
13. （１３）原入力信号の変換方法が原入力信号の一部を微
    小量増加または減少させるものであることを特徴とする
    請求項（１０）記載の符号化方法。
14. （１４）原入力信号の変換方法が原入力信号に対し高域
    抑圧を行なうものであることを特徴とする請求項（１０
    ）記載の符号化方法。
15. （１５）複数の入力データで構成されるブロックを符号
    化の単位とし、ブロックにおける入力データとその予測
    値との差である予測誤差の最大値ＳＸと最小値ＳＮとを
    求め、（ＳＸ−ＳＮ）より大なる所定の値を除数データ
    ＯＵとするとき、前記ブロックの各入力データを前記除
    数データＯＵで除算して得られる剰余Ｅを符号化し、前
    記ＳＸ、ＳＮ、ＯＵに関する予測誤差情報を含む付加コ
    ードと前記符号化したＥとをともに伝送する符号化方法
    により符号化された信号を入力とし、伝送された前記付
    加コードより前記除数データＯＵを得、伝送され復号済
    みの剰余Ｅに整数Ｎ倍の前記除数データＯＵを加えて復
    号済みの復号データとし、前記復号データとその予測値
    との差の予測誤差が伝送された前記付加コードより得ら
    れる予測誤差範囲を満足するように前記整数Ｎを決定す
    ることを特徴とする復号化方法。
16. （１６）予測値が予測されるデータと同一のブロック内
    の入力データであることを特徴とする請求項（１５）記
    載の復号化方法。
17. （１７）予測値が予測されるデータと同一のブロック内
    の特定位置の入力データである請求項（１５）記載の復
    号化方法。
18. （１８）予測値が予測されるデータと同一のブロック内
    の入力データの平均値であることを特徴とする請求項（
    １５）記載の復号化方法。
19. （１９）内挿予測を用いる請求項（１５）記載の復号化
    方法。
20. （２０）最も符号化効率のよい予測方法を示す予測情報
    を付加コードの１つとして用いる請求項（１５）記載の
    復号化方法。
21. （２１）予測誤差情報の１つとして伝送する除数データ
    ＯＵが次式 ＯＵ＝２＾Ｍ＞ＳＸ−ＳＮ≧２＾Ｍ＾−＾１但しＭは整
    数 を満足することを特徴とする請求項（１５）記載の復号
    化方法。
22. （２２）ブロック内の特定位置の入力データを付加コド
    の１つとする請求項（１５）記載の復号化方法。
23. （２３）ブロック内の入力データの平均値を付加コード
    の１つとする請求項（１５）記載の復号化方法。
24. （２４）付加コード中の変換情報に基づいて復号データ
    に対して符号化時と逆の変換を行なって原入力信号を再
    生する請求項（１５）記載の復号化方法。
25. （２５）符号化データの誤りの発生以後の符号化データ
    の復号は、隣接ブロック内の復号データを予測の起点と
    し符号化時とは異なった方向より予測して復号すること
    を特徴とする請求項（１５）記載の復号化方法。
26. （２６）誤りの生じた付加コードは隣接ブロックの付加
    コードを用いて復号することを特徴とする請求項（１５
    ）記載の復号化方法。
27. （２７）復号データを用いブロック境界をはさんで予測
    を行なって得られる予測誤差が、付加コードより求まる
    予測誤差の範囲外となる領域があれば、伝送誤り発生と
    判定し、隣接ブロック内の復号データを予測の起点とし
    てこの領域を符号化時とは異なった方向より予測して復
    号することを特徴とする請求項（１５）記載の復号化方
    法。