JPH0472434B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はテレビジヨン信号等の画像信号の不等
長符号を用いた符号化装置に関する。 テレビジヨン信号等の画像信号は画面の水平、
垂直及び時間方向に対して相関が強いので、画像
信号を直接伝送する代りに、伝送しようとする画
素信号の近傍の画素信号から予測信号を作り、伝
送しようとする信号と予測信号との差信号、すな
わち、予測誤差信号を伝送することによつて伝送
情報量を節約することができる。このような符号
化方法は予測符号化と呼ばれる。画像信号は相関
が強いため予測誤差信号の頻度分布は０に集中し
た分布となる。したがつて発生頻度の大きいすな
わち予測誤差振幅の小さい予測誤差信号には短か
い符号を、発生頻度の少ないすなわち予測誤差振
幅の大きい予測誤差信号には長い符号を割り当て
て符号化を行なえば、いいかえれば、予測誤差信
号を不等長符号化すれば、等長符号化を行なつた
場合に比して伝送情報量を節約することができ
る。 従来の不等長符号化は予測誤差信号の平均的な
頻度分布に適した１組の不等長符号（例えばハフ
マン符号）を固定的に用いる方法が一般的であ
る。しかし従来の方法では平均的な頻度分布に適
した１種類の不等長符号で符号化を行なつてお
り、画像が水平、垂直およびフレーム方向を含め
て空間的に大きく変化したり時間経過とともに大
きく変化すれば予測誤差信号の頻度分布も大きく
変化して頻度分布が不等長符号に合わなくなる。
頻度分布が平均からずれれば符号化能率は劣下す
る。これに対し予測誤差信号の信号間にも相関が
残つていることに着目し、等長符号と不等長符号
の２種類の符号を有し１サンプル前の予測誤差信
号の大きさによつてどちらの符号を用いるかを選
択して現サンプルの予測誤差信号を符号変換する
方法（平野他「テレビジヨン信号高能率符号化に
おける等長・不等長符号切換方式」昭和53年度電
子通信学会総合全国大会No.980）がある。この方
法は前サンプルの情報しか用いていないため水平
方向の相関が小さいが垂直方向に、あるいは前フ
レームとの相関の強い画像に対しては符号化能率
が劣化する傾向にあつた。 本発明の目的は画像の内容が空間的あるいは時
間的に大きく変化しても符号化能率を劣化させな
いで不等長符号化が能率よく行なえる符号化装置
を提供することにある。 本発明の符号化装置は、画像信号を予測符号化
して得られる予測誤差信号を不等長符号化する装
置において、予測誤差信号を、量子化特性に対応
したレベル変換特性にしたがつて正負の量子化レ
ベル番号に変換するレベル変換器と、不等長符号
を含む複数の符号種類に対応した割当符号を有
し、前記量子化レベル番号を該割当符号で符号変
換する複数の符号化回路と、次に符号化する量子
化レベル番号に対し、それ以前に得られた空間的
に近傍の複数の量子化レベル番号を用いて、どの
種類の前記割当符号で符号化するかを１サンプル
毎に判定する符号選択回路とを備えたことを特徴
とする。 本発明の符号化装置によれば画像信号を予測符
号化して得られる予測誤差信号を不等長符号化す
るのに、次に符号化する予測誤差信号Ｅより以前
に得られ、空間的に近傍な複数の予測誤差信号を
用いて次に符号化する予測誤差信号Ｅに対する割
当て符号の種類を選択するようにしており、符号
選択の判定をまわりの２次元的あるいはフレーム
方向も含めて３次元的に配置されたサンプルを参
照にして判定を行なうことにより、前サンプルの
予測誤差信号のみを用いて判定を行なつた場合に
比し、どの種類の割当て符号が適しているかをよ
り確実に判定することができ、画像信号の内容が
空間的あるいは時間的に大きく変化しても効率よ
く符号化が行なえる。 以下本発明について実施例を用いて詳細に説明
する。 第１図はこの発明の第１の実施例の構成を示す
ブロツク図である。本実施例においては不等長符
号器が１種類の等長符号と２種類の不等長符号の
計３種類の符号（割当て符号）を有し、以前に得
られた近傍の３サンプルの予測誤差信号を用いて
次に符号化する予測誤差信号Ｅに対しどの種類の
割当て符号を選択するかを１サンプルごとに判定
しながら不等長符号化する場合について示す。 入力端子１０に入力されたNTSCのカラーTV
（TV：Television）信号はＡ／Ｄ変換器５へ送
られサブキヤリア_scの３倍の標本化周波数_s（_s
＝3_sc）で標本化が行なわれ８ビツトのPCM信号
（PCM：Pulse Code Modulation）が出力され
て予測符号器１の減算器１１に供給される。減算
器１１に供給された画像信号は予測器１４より減
算器１１に供給された予測信号が減算され予測誤
差信号を出力する。予測誤差信号は量子化器１２
に送られてあらかじめ定められた量子化特性の中
から制御回路７からの制御信号によつて選択され
た量子化特性に従がつて量子化が行なわれ量子化
された予測誤差信号、言いかえると量子化出力レ
ベル信号ｑが出力される。なお量子化特性として
は量子化処理をなにも行なわないもの、すなわち
入力信号と一致した信号を出力するものも含めら
れる。量子化された予測誤差信号はレベル変換器
１５と加算器１３に供給される。加算器１３では
量子化された予測誤差信号と予測器１４から供給
される予測信号が加算されて局部復号信号を出力
し、局部復号信号は予測器１４に送られる。予測
器１４では予測関数Ｐ（ｚ）にしたがつて次の標
本化時刻の予測値が求められ出力に予測信号を得
る。レベル変換器１５に送られた量子化された予
測誤差信号は制御信号によつて選択された量子化
特性に対応したレベル変換特性、例えば量子化レ
ベルの大きさの小さい方から順番に番号がつけら
れた特性、にしたがつて変換され正負の量子化レ
ベル番号が対応付けられる。量子化レベル番号に
変換された信号はレベル変換器１５より出力され
て不等長符号器２の等長符号化回路Ｃ１６と不等
長符号化回路Ａ１７と不等長符号化回路Ｂ１８お
よび符号選択決定回路１９に送られる。等長符号
化回路Ｃ１６では等長符号Ｃを有し量子化レベル
番号の信号をそれに対応した等長符号に変換して
切換回路２０のＣ端子に供給する。等長符号Ｃは
予測誤差信号の頻度分布がほぼ均一な分布FCと
なるものに適している。不等長符号化回路Ａ１７
は予測誤差信号の頻度分布が０の近傍に大きく集
中した分布F_Aとなるものに適する不等長符号Ａ
を有し、量子化レベル番号の信号をそれに対応す
る不等長符号に変換して不等長符号を切換回路２
０のａ端子に供給する。不等長符号化回路Ｂ１８
は予測誤差信号の頻度分布が０の近傍に大きくは
集中しない分布、すなわちF_AとF_Cの中間の分布、
に適する不等長符号Ｂを有し量子化レベル番号の
信号をそれに対応する不等長符号に変換して不等
長符号を切換回路２０のｂ端子に送る。符号選択
決定回路１９では次に符号化する量子化レベル番
号の信号に対し、それ以前に得られた空間的に近
傍の複数の量子化レベル番号の信号を用いてどの
種類の割当て符号で符号化を行なうのが適してい
るかを１サンプルごとに決定を行ない、割当て符
号を選択する符号選択信号を切換回路２０に送
る。切換回路では符号選択信号により端子ａ又は
ｂ又はｃのいずれかの端子が選択されてその端子
に供給されている不等長符号又は等長符号がバツ
フアメモリー２１へ送られる。バツフアーメモリ
ー２１へ供給された等長又は不等長の符号（以下
この符号を伝送符号と言う）の信号はバツフアー
メモリー２１内で制御回路７から送られる量子化
制御信号や同期信号等の復号化に必要な制御符号
が付け加えられる。そののちバツフアーメモリー
２１内のバツフアーメモリーに一旦蓄え、平滑化
して伝送路の伝送速度にしたがつて出力端子２２
より伝送路に送り出される。またバツフアーメモ
リー２１ではバツフアーメモリーに蓄えられた情
報蓄積量を監視しており情報蓄積量を制御回路７
へ送る。制御回路７はバツフアーメモリー２１よ
り送られてくる情報蓄積量にしたがつて発生情報
量を制御するため量子化特性の切換判定を適当な
周期、例えば１水平走査周期、ごとに行ない量子
化特性を切換える制御信号を量子化器１２、レベ
ル変換器１５およびバツフアーメモリー２１へ送
る。以上が符号化装置の動作説明である。 予測復号装置においては伝送路より送られてく
る情報は入力端子２３より不等長復号器３のバツ
フアーメモリ２４へ送られ伝送路から送られてく
る伝送速度で情報がバツフアーメモリ２４に一旦
記憶される。一旦記憶された情報は等長復号化回
路Ｃ２５又は不等長復号化回路Ａ２６又は不等長
復号化回路Ｂ２７から送られてくる符号長信号に
したがつて順次読み出され同期信号をもとに制御
信号の情報と伝送符号の情報とに分離され量子化
の制御信号の情報はレベル逆変換器３０へ、伝送
符号の情報は等長復号化回路Ｃ２５と不等長復号
化回路Ａ２６と不等長復号化回路Ｂ２７へ供給さ
れる。等長復号化回路Ｃ２５と不等長復号化回路
Ａ２６と不等長復号化回路Ｂ２７および切換回路
２８には符号選択決定回路２９から符号選択信号
が供給されており、この符号選択信号によつてい
ずれかの復号回路およびそれに対応したａ，ｂ又
はｃの端子が選択される。選択された等長復号化
回路Ｃ２５あるいは不等長復号化回路Ａ２６ある
いは不等長復号化回路Ｂ２７では復号化が行なわ
れ伝送符号に対応した量子化レベル番号およびそ
の伝送符号の符号長を示す符号長信号が切換回路
２８の出力に供給される。再生された量子化レベ
ル番号は符号選択決定回路２９および予測復号器
４のレベル逆変換器３０に、符号長信号はバツフ
アーメモリー２４に供給される。符号選択決定回
路２９は符号選択決定回路１９と同じ機能を有し
今までに不等長復号化された複数の量子化レベル
番号を用いて符号選択形定回路１９と同じ処理を
行なつて次の標本化時刻の符号選択信号を出力す
る。レベル逆変換器３０はレベル変換器１５の有
するレベル変換特性と逆の変換特性を有し制御回
路８から供給される制御信号によつて選択された
レベル逆変換特性にしたがつて量子化レベル番号
より量子化出力レベルが、すなわちレベル変換器
１５に加えられたものと同じ量子化された予測誤
差信号が再生される。再生された予測誤差信号は
加算器３１へ供給され予測器３２からの予測信号
と加算して復号信号を得る。復号信号は予測器３
２およびＤ／Ａ変換器６へ供給される、Ｄ／Ａ変
換器６の出力にはアナログの復号信号が得られ出
力端子３３より出力される。予測器３２は予測器
１４と予測関数が同じであり同じ機能を有する。
以上が復号化装置の動作説明である。 第２図はこの発明の第１の実施例の予測器１４
の具体的な回路例である。Ａ／Ｄ変換器５の標本
化周波数をサブキヤリアの３倍とし、NTSCカラ
ーTV信号を能率よく予測できる(1)式で示す予測
関数Ｐ（ｚ）を用いている。 Ｐ（ｚ）＝0.5_z ^-1＋_z ^-3−0.5_z ^-4 (1) 予測器１４は入力信号を１標本化クロツク周期
遅延させて出力させるレジスター４０，４３，４
４および４７と加算器４５と減算器４２と係数が
0.5の乗算器４１および４６とから構成されるノ
ンリカーシブタイプのデイジタルフイルターであ
る。予測器３２も同様に構成される。 次にこの発明の第１の実施例の量子化器１２の
量子化特性とレベル変換器１５のレベル変換特性
を合せて示す。量子化器１２は２種類の量子化特
性を有し、それに対応して２種類のレベル変換特
性を有する。次の第１表に第１の量子化特性と第
１のレベル変換特性を正の側のみについて示す。

【表】 負の側は対称の特性であり負の符号をつけたも
のになる。 また第２の量子化特性と第２のレベル変換特性
を合せたものを正側のみについて次の第２表に示
す。負の側は対称の特性であり負の符号をつけた
ものになる。

【表】 第１および第２の特性とも正負合せたレベルの
数は16となつている。 一方レベル逆変換器３０の第１および第２のレ
ベル逆変換特性は各々第１および第２のレベル変
換特性において各量子化レベル番号Ｎをそれに対
応する量子化出力レベル信号ｑに逆変換する特性
を有する。例えば予測誤差信号ｅの大きさがｅ＝
−26で制御回路７からの制御信号によつて第１の
量子化特性が選択されている場合、量子化器１２
の出力にはｑ＝−29の量子化出力レベル信号ｑ、
いいかえると量子化された予測誤差信号、が出力
されレベル変換器１５でＮ＝−７の量子化レベル
番号Ｎに変換されて不等長符号器２へ供給され
る。受信側で再生されたＮ＝−７の量子化レベル
番号はレベル逆変換器３０で、ｑ＝−29の量子化
出力レベル信号ｑに変換されて加算器３１に供給
される。 次に本発明の第１実施例における等長符号化回
路１６の等長符号Ｃと不等等長復号化回路Ａ１７
および同Ｂ１８の不等長符号ＡおよびＢの具体的
な例を示す。レベル変換器１５より供給される16
のレベル番号を変換する符号として次の第３表に
示すものを用いる。但しすべての符号が量子化レ
ベル番号の符号化に用いるものとする。

【表】 したがつて不等長符号器２においては例えば量
子化レベル番号ＮがＮ＝−７として、レベル変換
器１５より供給された場合、符号選択決定回路１
９からの符号選択信号によつて不等長符号Ａ又は
不等長符号Ｂ又は等長符号Ｃが選択され各々
「10000001」又は「1000001」又は「1001」の符号
が切換回路２０から出力される。 不等長復号器において、バツフアーメモリー２
４より伝送信号「1001」が供給された場合、符号
選択決定回路２９からの符号選択信号によつて、
不等長符号Ａ又は不等長符号Ｂ又は等長符号Ｃが
選択され各々Ｎ＝−３又はＮ＝−４又はＮ＝−７
の量子化レベル番号が切換回路２８より出力され
る。 第３図は第１の実施例における符号選択決定回
路１９の第１の具体的なブロツク図である。本回
路例においては１サンプル前とほぼ１ライン前の
２つのサンプルの計３サンプルの量子化レベル番
号によつて符号選択の決定を行なつている。符号
選択決定回路１９へ供給された量子化レベル番号
の信号は絶対値回路４８で絶対値がとられたのち
タツプ付のシフトレジスター４９へ供給される。
標本化周波数_Sがサブキヤリアの３倍の場合１水
平走査期間のサンプル数n_Hは6825である。シフト
レジスター４９へ入力された信号は出力端子ａ，
ｂおよびｃに各々１，682および683の標本化クロ
ツクの周期遅延されて出力される。遅延して出力
された各信号は加算器５０へ供給されて加算され
た後、判定回路５１へ供給される。判定回路では
絶対値をとつた量子化レベル番号の合計が４以下
ならば、不等長符号Ａを、10以上ならば等長符号
Ｃを、それ以外ならば不等長符号Ｂを選択するよ
う判定を行ない各符号を選択するための符号選択
信号を出力する。 第４図は第１の実施例における符号選択決定回
路１９の第２の具体的なブロツク図である。本回
路例は第１の回路例において、量子化レベル番号
の合計値をもとに判定を行なうかわりに３つの量
子化レベル番号の結合状態によつて判定を行なう
ものである。判定回路５２は絶対値化された３つ
の量子化レベル番号信号よりあらかじめ定められ
た選択特性にしたがつて判定を行ない符号選択信
号を出力する。 選択特性としては例えば２つのレベル番号の大
きさが１で他は２以下の時は不等長符号Ａを、２
つのレベル番号の大きさが５以上の場合は等長符
号Ｃを、その他の場合は不等長符号Ｂを選択する
特性とする。 第５図は第１の実施例における符号選択決定回
路１９の第３の具体的なブロツク図である。本回
路例は量子化が行なわれた量子化レベル番号の信
号より符号選択の判定を行なうものである。符号
選択決定回路１９へ供給された量子化レベル番号
信号は量子化変換回路５３により量子化および符
号変換が行なわれて入力信号より少ないビツト数
の変換信号として出力される。例えば絶対値が１
のレベル番号は０に、絶対値が２〜４のレベル番
号は１に、絶対値が５以上のレベル番号は２の変
換信号に変換される。変換信号はシフトレジスタ
ー４９で遅延され、ａ，ｂ，ｃの端子から各々遅
延された信号を出力する。出力された３つの変換
信号は判定回路５２に供給されあらかじめ定めら
れた選択特性にしたがつて判定が行なわれ判定回
路５２の出力に符号選択信号を出力する。 選択特性は例えば、３つの変換信号がいずれも
０の場合は不等長符号Ａを、２つの変換特性が２
の場合は符長符号Ｃを、他の場合は不等長符号Ｂ
を選択する特性とする。第４図および第５図のシ
フトレジスター４９は第３図のシフトレジスター
４９と同じ機能を有する。 以上符号選択回路１９の第１から第３の回路例
からわかるように、符号の選択をまわりの３つの
信号（複数の信号）を用いて判定するため、１つ
の信号から判定する場合にくらべて適する符号の
推定がより確実に行なえ、したがつて能率よく不
等長符号化が行なえることになる。ハードウエア
ーの構成上は参照するサンプル数を増やすことに
よつて遅延回路が必要となる。なお不等長符号化
回路ＡおよびＢと等長符号化回路Ｃは別々に構成
する必要はなく１つの不等長符号化回路に符号変
換テーブルを３種類有するように構成することが
でき回路規模の増大は少ない。 以上説明したように本発明の符号化装置によれ
ば、不等長符号を含む複数種類の割当て符号を有
し、次に符号化する予測誤差信号Ｅに対しそれ以
前に得られた空間的に近傍の複数の量子化レベル
番号すなわち予測誤差信号を用いてどの種類の割
当て符号を選択するかを１サンプルごとに判定
し、選択された種類の割当て符号で前記予測誤差
信号Ｅを符号変換して不等長符号化することによ
り、１サンプル前の予測誤差信号のみを用いて選
択切換する場合に比して能率良く符号化が行なえ
る符号化装置を実現できる。 また、予測符号化によつて得られた予測誤差信
号を不等長符号化する装置において、一般的に適
応型の符号化を行なうようにすればハードウエア
ーは複雑になるが、本発明においては予測符号化
の部分とは別に予測誤差信号に対して適応的に不
等長符号化を行なうことによつて、構成が簡単で
あり、ハードウエアー規模も少し増大させるだけ
で、画像内容が時間的あるいは空間的に変化して
も符号化能率を劣化させないで符号化が行なえる
符号化装置を提供できる。 予測器１４は第２図に示すものに限定されるこ
とはない。符号選択決定回路は第３図又は第４図
又は第５図に示すものに限定されることはない。
量子化器１２の量子化特性およびレベル変換器１
５のレベル変換特性は第１の実施例に示したもの
に限定されない。 不等長符号化回路Ａ１７、不等長符号化回路Ｂ
１８および等長符号化回路Ｃ１６の符号は第１の
実施例に示したものに限定されない。また第１の
実施例では符号の種類を不等長符号２種類と等長
符号１種類の場合について示したがこれに限定さ
れない。 発生情報量を制御するために予測符号器１の量
子化特性の切換をバツフアーメモリーの情報蓄積
量を用いて切換制御する場合について示してある
がこれに限定されることはなく、例えばある区間
の発生情報の積算量を用いて制御することもでき
る。 なお第１の実施例において不等長符号器２は予
測符号器１から出力される量子化レベル番号の信
号を不等長符号化する場合について示したがこれ
に限定されることはない。予測符号器１が量子化
器をもたないノンリカーシブ型の予測符号器の場
合は量子化を受けない予測誤差信号が予測符号器
１から出力され、不等長符号器２は量子化を受け
ない予測誤差信号を不等長符号化する構成とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示すブ
ロツク図、第２図は予測器１４の具体的な回路例
を示すブロツク図、第３図は符号選択決定回路１
９の第１の具体的な回路例を示すブロツク図、第
４図は符号選択決定回路１９の第２の具体的な回
路例を示すブロツク図、第５図は符号選択決定回
路１９の第３の具体的な回路例を示すブロツク図
である。 １は予測符号器、２は不等長符号器、３は不等
長復号器、４は予測復号器、５はＡ／Ｄ変換器、
６はＤ／Ａ変換器、７は制御回路、１０および２
３は入力端子、１１は減算器、１２は量子化器、
１３，３１，４５および５０は加算器、１４およ
び３２は予測器、１５はレベル変換器、１６は等
長符号化回路Ｃ、１７は不等長符号化回路Ａ、１
８は不等長符号化回路Ｂ、１９および２９は符号
選択決定回路、２０および２８は切換回路、２１
および２４はバツフアーメモリー、２２および３
３は出力端子、３０はレベル逆変換器、４０，４
３，４４および４７はレジスター、４１および４
６は乗算器、４８は絶対値回路、４９はシフトレ
ジスター、５１および５２は判定回路、５３は量
子化変換回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 画像信号を予測符号化して得られる予測誤差
   信号を不等長符号化する装置において、 予測誤差信号を、量子化特性に対応したレベル
   変換特性にしたがつて正負の量子化レベル番号に
   変換するレベル変換器と、 不等長符号を含む複数の符号種類に対応した割
   当符号を有し、前記量子化レベル番号を該割当符
   号で符号変換する複数の符号化回路と、 次に符号化する量子化レベル番号に対し、それ
   以前に得られた空間的に近傍の複数の量子化レベ
   ル番号を用いて、どの種類の前記割当符号で符号
   化するかを１サンプル毎に判定する符号選択回路
   とを備えたことを特徴とする符号化装置。