JPH0474902B2

JPH0474902B2 -

Info

Publication number: JPH0474902B2
Application number: JP57000728A
Authority: JP
Priority date: 1982-01-06
Filing date: 1982-01-06
Publication date: 1992-11-27
Also published as: JPS58117742A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はTV（Television）信号等の画像信号
を予測変換して求めた信号を不等長符号化する符
号化装置に関する。画像信号を帯域圧縮符号化する場合、画像信号
のビツト数が多くなればそれだけ演算精度が増し
ハードウエアーが複雑になり処理時間も増加す
る。例えばDPCM符号器で加算処理を行なわせ
る場合、４ビツト２入力でキヤリー付きの加算器
がICとして市販されているがこれを用いると８
ビツトの加算ならばIC2ケですむが、９〜12ビツ
トの加算ならば３ケのICが必要であり、したが
つて処理時間も長くなる。符号化しようとする画素に対してすでに符号化
ずみの近傍のいくつかの画素を参照して符号化を
行なうのに参照画素の信号値の状態から符号化し
ようとする信号値が何番目に生じやすい状態であ
るかを符号化する予測順位符号化において
PROM（Programable Read only Memory）を
用いて直接的に変換テーブルを作成する場合は入
力信号のビツト数が１ビツト増加するごとに
PROMのアドレスは（参照画素数＋１）ビツト
分増加させる必要がある。以上のように高品質な画像信号の符号化伝送を
行なおうとすれば１標本値当りの画像信号のビツ
ト数を増加させる必要があるためハードウエアー
が増大し、また広い信号帯域を得るためには標本
化周波数を高くする必要があるため高速の論理素
子を用いてハードウエアーを構成しなければなら
ない等の欠点があつた。本発明の目的は簡単な構成で画像信号を符号化
でき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デイジタルの画像信号を
上位のビツトからなる信号と下位のビツトからな
る信号とに分け、前記上位ビツトの信号をすでに
符号化ずみの信号を用いて予測変換して出力する
手段と、前記下位ビツトの信号を制御手段からの
制御信号にしたがつて量子化して出力する手段
と、前記予測変換の出力と前記量子化手段の出力
をそれぞれ符号化し、多重化して出力する手段
と、前記出力をバツフアーメモリーに一旦蓄え平
滑化して出力する手段と、前記バツフアーメモリ
ーに蓄えられる符号化情報の発生量を監視してバ
ツフアーメモリーがオーバーフローあるいはアン
ダーフローを生じないように少なくとも前記量子
化手段を制御する制御手段とを備えた符号化装置
より構成される。本発明の符号化装置によればデイジタルの画像
信号の上位のビツトからなる信号だけを予測変換
して符号化し、下位のビツトからなる信号は量子
化だけを行なつて符号化すればよく予測変換の手
段で必要な１標本値当りのビツト数を少なくする
ことができ符号化装置が簡単に構成できる。実際にTV信号について７ビツトおよび８ビツ
トの精度で予測関数Ｐ（Ｚ）＝0.5Z^-1＋Z^-3−
0.5Z^-4（標本化周波数fsはサブキヤリアの約３倍
に設定）を用いた予測符号化による予測変換を行
なつてエントロピーを測定したところ、一般的な
画像に対しては予測誤差エントロピーは８ビツト
精度で４〜５ビツト／Pelの値となり、７ビツト
精度では８ビツト精度の場合より約0.95ビツト／
pel少ない値となつた。すなわち、８ビツトの信
号をそのまま予測変換する場合と、８ビツトの信
号の内、上位７ビツトを予測変換しLSBの１ビ
ツトはそのまま１ビツトの符号化する場合とでト
ータルのエントロピーを比較すると後者の方が約
0.05ビツト／pelだけ大きい。これは８ビツトの
精度の画像の情報量に対して約１％の大きさであ
る。ビツト精度を更に９、10、……と増やした場
合には、ビツト精度を１ビツト増すごとに予測誤
差エントロピーはほぼ１ビツト／pelの割合で増
加する。したがつてデイジタルの画像信号を符号化する
のに全部のビツトを予測符号化するのではなく上
位のビツトからなる信号は予測符号化し下位のビ
ツトからなる信号は別に符号化してもトータルの
エントロピーはほぼ同じ値になる。予測符号器への入力のビツト精度が増えればそ
れだけ演算精度も増加してハードウエアーは増加
する。一方上位のビツトの下位のビツトに分け上
位のビツトは予測符号化市、下位のビツトは適応
的に量子化して符号化する本発明の場合は、入力
信号のビツト精度を増やした分だけ下位のビツト
を増やすようにすれば下位のビツトが増えても量
子化器は簡単に構成できるためハードウエアーが
簡単になる。例えば10ビツトの画像信号を符号化
するのに10ビツトを予測符号化するのに比べ、上
位の７ビツトを予測符号化し、下位の３ビツトを
別に適応的に量子化して符号化するようにすれば
ハードウエアーは簡単になり符号化能率の劣化も
ほとんどないことがわかる。以上のことより本発明の符号化装置を用いれば
符号化能率をほとんど劣化させることなくハード
ウエアーを簡単化することができる。以下本発明について図面を用いて詳細に説明す
る。第１図は本発明の第１の実施例の構成を示すブ
ロツク図である。本実施例においては予測変換の
手段として情報保存符号化の一種であるノンリカ
ーシブタイプの予測符号器を用いている。アナログの画像信号はＡ／Ｄ変換器１で標本化
周波数fs、例えばサブキヤリアfscのほぼ３倍の
値、で標本化されデイジタルの信号、例えば２の
補数で表わした８ビツトのPCM信号Ｘ（X₁〜X₈
の８ビツトでX₃がMSBである。）に、変換され
本発明の符号化装置２の分配器５へ供給される。
分配器５では８ビツトの信号の中のMBS
（Mostsignificant Bit）から６ビツト（上位ビツ
トの信号）をすなわちX₈〜X₃のビツトを予測符
号器６へ供給し、LSB（Least significant Bit）
から２ビツト（下位ビツトの信号）をすなわち
X₂とX₁の２ビツトを量子化器７へ供給する。予測符号器６では予測変換が行なわれ出力に予
測誤差信号を得る。量子化器７では制御回路１０
からの制御信号、すなわちモード信号、に応じて
選択された量子化特性で量子化を行なつて出力す
る。量子化器７で得られた量子化器出力信号と予
測符号器６で得られた予測誤差信号は符号変換器
８へ供給され制御回路１０からのモード信号に応
じて各々を不等長符号あるいは等長符号を用いて
符号化し、多重化して出力する。同期信号等の復
号化に必要な情報も符号化して多重化される。符
号変換器８から出力される多重化信号の情報量は
符号化装置２へ入力される画像信号に依存して時
時刻々変化するため、多重化信号はバツフアーメ
モリー９へ供給され一旦平滑され、伝送路の伝送
速度に合せて送り出される。バツフアーメモリー
９ではバツフアーメモリーに蓄えられる情報蓄積
量を求めて制御回路１０へ供給する。制御回路１
０では情報蓄積量を監視して制御用のモード信号
を発生しバツフアーメモリーがオーバーフローあ
るいはアンダーフローを生じないようにする。以上が符号化装置２の動作説明である。復号化装置３では多重化信号を受信しバツフア
ーメモリー１１に一旦蓄える。符号逆変換器１２
はバツフアーメモリー１１から多重化信号を順次
読み出し、予測誤差信号と量子化器出力に対応す
る符号に分離し、各々を符号逆変換して予測誤差
信号と量子化器出力信号を出力する。予測誤差信
号は予測復号器１３へ、量子化器出力信号は合成
器１４へ供給される。予測復号器１３では予測誤
差信号より予測復号化が行なわれ出力に復号信号
を得る。予測復号器１３の出力に得られる復号信
号は予測符号器６に入力された上位６ビツトの画
像信号（X₃〜X₈）に対応する復号信号であり、
本実施例では情報保存符号化を行なつているため
復号信号は予測符号器６への入力信号に一致す
る。復号信号は合成器１４へ送られ、予測復号器
からの６ビツトの復号信号の下位に標本化時刻が
対応するようにして符号逆変換器１２からの量子
化器出力信号の２ビツトが付け加えられ、８ビツ
トの復号信号が得られる。合成器１４で得られた
復号信号はＤ／Ａ変換器４へ供給されてアナログ
の画像信号に変換される。以上が復号化装置３の動作説明である。第２図は第１図の予測符号器６および予測復号
器１３の具体的な例を示す図である。予測符号器
６はノンリカーシブタイプで構成されており情報
保存の符号化が行なわれる。したがつて減算器１
６ではモジユロー演算を行なうことができる。予測符号器６ではX₈〜X₃の６ビツトの入力信
号から予測器１５で得られた予測信号が減算され
減算器１６の出力に６ビツトの予測誤差信号が得
られる。予測復号器１３では予測誤差信号と予測
器１８で得られる予測信号とが加算され加算器１
７の出力に復号信号を得る。第３図は第２図の予測器１５の具体的な回路例
を示す図である。本回路例ではfs≒3fscの場合に
NTSCカラーTV信号を能率良く予測できる予測
関数Ｐ（Ｚ）として次式で示されるものを用いて
いる。Ｐ（Ｚ）＝0.5Z^-1＋Z^-3−0.5Z^-4 (1) ２３および２４は係数0.5の乗算器、１９，２
０，２１および２２は標本化クロツクで動作する
シフトレジスターで入力信号を１標本化クロツク
周期遅延して出力する。２５は減算器、２６は加
算器である。量子化器２７は予測信号を整数（入
力信号のX₃のビツトすなわちLSBを１とする）
に量子化する機能を有し、予測信号を四捨五入し
て整数の予測信号を出力する。すなわちレジスタ
２２の出力には(1)式で示されるデジタルフイルタ
ーで予測された予測信号が得られ、量子化器２７
で整数に量子化されて出力される。予測器１８も
予測器１５と同様に構成される。第１４図は第１図の量子化器７の具体的な回路
例を示す図である。量子化器X₁とX₂の２ビツト
からなる入力信号X_Lにビツト打ち切りによる量
子化を加えて出力する。制御回路１０からのモード信号Ｍは量子化切換
信号発生器２８に送られ量子化切換信号QS₁およ
びQS₂を出力する。QS₁は論理積回路３０に、
QS₂は論理積回路２９に供給される。モード信号
Ｍの値によつてQS₁およびQS₂は「０」又は
「１」の値をとりQS₁およびQS₂が「０」の場合
はX₁およびX₂のビツトが打切られ０ビツト精度
の信号が出力される。QS₂のみが「１」の場合は
X₂のみが出力され１ビツト精度の信号となり、
QS₁およびQS₂が「１」の場合はX₁およびX₂が出
力され２ビツト精度の信号のままである。第５図Ａ，Ｂは制御回路１０の制御特性の具体
的な例を示す図である。第５図Ａは正規化した情
報蓄積量Ｂとモード信号Ｍとの関係を示す。制御
回路１０ではバツフアーメモリー９から供給され
る情報蓄積量を監視し、適当な時間間隔で判定を
行なつて第５図Ａで示す特性に従がつてモード信
号Ｍを出力する。モード信号Ｍは０から４までの値をとり量子化
器７に供給して量子特性の切換制御を行なう。量
子化器７は一例としてモード信号Ｍが０か１の時
は２ビツト精度に、モード信号Ｍが２の時は１ビ
ツト精度に、モード信号Ｍが３か４の時は０ビツ
ト精度に入力信号を量子化して出力する特性を有
する。この量子化特性を、正規化した情報蓄積量
Ｂと量子化器７の量子化出力のビツト精度QLと
の関係に表わしなおすと第５図Ｂのようになる。次に符号変換器８について詳しく説明する。符
号変換器７は64個の不等長の符号語Aiからなる
符号Ａと64個の等長の符号語Biからなる符号Ｂ
を有し予測符号器６から送られてくる予測誤差信
号Ｅを符号化する。モード信号Ｍが１から３まで
の場合は符号Ａを用いて予測誤差信号Ｅを符号語
Aiに変換し、モード信号Ｍが０かまたは４の場
合は符号Ｂを用いて予測誤差信号Ｅを符号語Bi
に変換する。一方量子化器７から供給される２ビ
ツトの量子化器出力信号Ｑ（Q₂、Q₁の２ビツトで
Q₂がMSB）はモード信号０か１の場合は２ビツ
ト（Q₂，Q₁）が符号としてそのまま出力するこ
とによつて符号化が行なわれそして予測誤差信号
Ｅを変換した符号語（AiまたはBi）に付け加え
られて多重化される。同様にモード信号が２の場
合は上の１ビツト（Q₂）が付け加えられ、モー
ド信号が３か４の場合は何も付け加えられない。これらをまとめると表１の様になる。

【表】モード信号Ｍが０の時のＥ，Ｑを変換して多重
化した８ビツトの等長符号はバツフアーメモリー
がアンダーフローモードの場合に用いられ、モー
ド信号Ｍが４の時の６ビツトの等長符号はバツフ
アーメモリーがオーバーフローモードの場合に用
いられる。ここでは伝送路のビツトレートは６ビ
ツト／画素より少し大きいビツトレートの値であ
るとしている。符号逆変換器１２は表１に示す変換特性の逆変
換特性を有し多重化された符号を逆変換して予測
誤差信号Ｅおよび量子化器出力信号Ｑを再生する
が、量子化器出力信号Ｑにおいて符号化されて来
ないビツトは０の値を補つて復号信号を得ること
にする。なお表１に示す変換を行なうのにモード信号が
０および１の場合についてのＥおよびＱの信号を
入力して多重化符合を出力する変換テーブルがあ
れば、モード信号が２から４の場合には出力符号
の上位の有効なビツト数だけを伝送するように構
成することもできる。第６図は本発明の第２の実施例の構成を示すブ
ロツク図である。本実施例において予測変換の手
段として均一量子化と非均一量子化の２つの量子
化特性を有するリカーシブタイプの予測符号器を
用い、オーバーフローモード時にはDPCM符号
化、例えば５ビツトのDPCM符号化が行なえる
ように構成したものである。均一量子特性および
予測信号の精度が入力信号の精度と一致する場合
にはリカーシブタイプのDPCM符号器はノンリ
カーシブタイプの符号器に等価変換できる。した
がつて本実施例は第１の実施例にDPCM符号器
を別に付け加え、オーバーフローモードの場合に
はDPCM符号器で符号化を行なうようにした構
成となつている。３１は本発明の符号化装置で３２は復号化装置
である。参照数字５，７，９，11および14は第１
図の各参照数字の部分と同じ機能を有し同様の動
作を行なう。Ａ／Ｄ変換器でデイジタル化された８ビツト
PCMの画像信号は本発明の符号化装置３１の分
配器５へ供給され上位６ビツトが予測符号器３３
へ、下位２ビツトが量子化器７へ供給される。予
測符号器３３は制御回路３５からの制御用のモー
ド信号に応じて符号化特性、例えば量子化特性、
を切換えて予測符号化を行なつて予測誤差信号を
出力し符号変換器３４へ供給する。量子化器７で
は下位２ビツトの信号が制御回路３５からのモー
ド信号によつて選択された量子化特性によつて量
子化が行なわれこの量子化器出力信号が符号変換
器３４へ供給される。量子化器出力信号と予測誤
差信号は符号変換器３４で制御回路からのモード
信号に応じて各々符号化を行なつて多重化しさら
にモード信号も符号化されて付け加えられバツフ
アーメモリー９へ供給され一旦平滑された後伝送
路へ送り出される。制御回路３５はバツフアーメ
モリー９に蓄えられる多重化信号の情報蓄積量を
監視したおり適当な時間間隔で判定を行なつて制
御用のモード信号を出力する。以上が符号化装置３１の動作説明である。復号化装置３２では多重化信号を受信してバツ
フアーメモリー１１に一旦蓄える。符号逆変換器
３６ではバツフアーメモリー１１から多重化信号
を順次読み出し、予測誤差信号と量子化器出力に
対応する符号に分離し各々を逆変換して予測誤差
信号と量子化器出力信号およびモード信号を出力
する。予測誤差信号とモード信号は予測復号器３
７へ、量子化器出力信号は合成器１４へ供給され
る。予測復号器ではモード信号に従つて予測誤差
信号から予測復号化が行なわれ出力に６ビツトの
復号信号を得る。これは８ビツトの画像信号の上
位６ビツトの信号に対する復号信号であり、この
復号信号は合成器１４へ送られ、予測復号器３７
からの６ビツトの復号信号に標本化時刻が対応す
るようにして符号逆変換器３６からの２ビツトの
再生された量子化器出力信号が付け加えられ８ビ
ツトの復号信号が得られる。第７図は第６図の予測符号器３３と予測復号器
３７の具体的な例を示す図である。予測符号器３
３はリカーシブタイプのDPCM符号器で構成さ
れている。量子化器３９は６ビツト精度の均一量
子化特性と、５ビツトの非均一量子化特性の２種
類を有し、制御回路３５からの制御信号に従つて
量子化特性の切換えが行なわれる。５ビツトの非
均一量子化では最少の量子化ステツプ巾を６ビツ
ト精度となるように量子化特性を設計できるため
５ビツト精度の均一量子化に比して５ビツト非均
一量子化の方が視覚的にすぐれた復号信号を得る
ことができる。予測器４１および４３の具体的な
回路例としては第３図に示す予測器１５を用い
る。第８図は制御回路３５の制御特性の具体的な例
を示す図である。制御回路３５はバツフアーメモ
リー９からの情報蓄積量を正規化した値すなわち
正規化情報蓄積量Ｂから適当な時間間隔で、例え
ば１水平走査ごとに、判定を行なつてモード信号
Ｍを出力する。モード信号の変換特性の一例を第
８図Ａに示す。正規化した情報量Ｂが０から１の
間で変る時モード信号Ｍは０から５までの整数値
をとる。量子回路７ではモード信号Ｍによつて選
択された量子化特性に従つて量子化が行なわれ
る。モード信号Ｍが０と１の時は量子化の精度
QLは２ビツトが選ばれ、モード信号Ｍが２の時
は量子化の精度QLは１ビツトが選ばれ、モード
信号Ｍが３，４および５の時は量子化の精度QL
は０ビツトが選ばれる。そして２ビツトの入力信
号は選択されたビツト精度QLに量子化されて出
力される。これを正規化した情報蓄積量Ｂと量子
化の精度QLとの関係で示すと第８図Ｂに示す特
性となる。予測符号器３３の量子化器３９ではモ
ード信号Ｍが０から３の場合は６ビツト精度の均
一量子化特性Q6が選択され、モード信号Ｍが４
または５の場合は５ビツトの非均一量子化特性
Q5が選択される。これを正規化した情報蓄積量
Ｂと量子化器３９で選択される量子化特性QHと
の関係で表わすと第８図Ｃに示す特性となる。次に符号変換器３４について詳しく説明する。
符号変換器３４は64個の不等長の符号語Aiから
なる符号Ａと64個の６ビツト等長の符号語Biか
らなる符号Ｂと32個の不等長の符号語Ciからなる
符号Ｃと32個の５ビツト等長の符号語Diからな
る符号Ｄとを有し予測符号器３３から送られてく
る予測誤差信号Ｅを符号化する。モード信号Ｍが
０の場合は符号Ｂを用いて、モード信号Ｍが１か
ら３の場合は符号Ａを用いて、モード信号Ｍが４
の場合は符号Ｃを用いて、モード信号Ｍが５の場
合は符号Ｄを用いて符号化する。一方量子化器７から供給される２ビツトの量子
化器出力信号Ｑ（Q₂、Q₁の２ビツトでQ₂がMSB）
は有効なビツトだけを出力する方法によつて符号
化され、（この場合はＱの各ビツトの信号はその
まま符号として用いている。）予測誤差信号Ｅを
変換した符号語に付け加えられて多重化される。
モード信号Ｍが０か１の場合はQ₂、Q₁の２ビツ
トがモード信号Ｍが２の場合はQ₂の１ビツトが、
各々符号として付け加えられる。しかしモード信
号Ｍが３から５の場合は何も付け加えられない。
これらをまとめると表２の様になる。

【表】

【表】バツフアーメモリーがアンダーフローモードの
場合はモード符号Ｍが０となり８ビツト等長符号
化が行なわれる。オーバーフローモードの場合は
モード信号Ｍは５となり５ビツト等長符号化が行
なわれる。ここでは伝送路のビツトレートは５ビツト／画
素より少し大きいビツトレートの値であるとして
いる。なお符号Ｃは別にもうけなくて符号Ａを用いる
こともできる。また予測誤差信号Ｅと量子化器出
力信号Ｑを合せて符号化するのではなく別々に符
号化した信号を適当なブロツク、例えば１水平走
査区間のサンプル数、ごとにまとめてから交互に
多重化してバツフアーメモリーに送るようにして
もよい。符号逆変換器３６は表２に示す変換特性の逆変
換特性を有し多重化されたＥ、Ｑの変換符号を逆
変換して予測誤差信号Ｅおよび量子化器出力信号
Ｑを再生する。量子化器出力信号Ｑにおいて送ら
れて来ないビツトは０の値を補なう。第１図の制御回路１０では情報蓄積量から制御
用のモード信号を発生し、量子化器７の量子化切
換信号発生器２８でモード信号から量子化切換信
号を発生して量子化特性の切換を行なう構成にな
つているが量子化切換信号発生器２８を制御回路
に含める構成にすることもできる。この場合は量子化切換信号が制御信号として量
子化器７へ送られる。第６図においても同様のこ
とがいえる。以上の説明から明らかな様に本発明の符号化装
置を用いれば予測符号器が少ないビツト数で構成
できるので符号化装置が簡単になる。なお本発明の第１及び第２の実施例において
は、予測符号器はノンリカーシブタイプおよびリ
カーシブタイプのDPCM符号器の場合について
示したが、これに限定されることはなく、他の方
法、例えば予測準位符号化でも良い。また符号変
換器は不等長符号化を行なう場合について示した
が、ランレングス符号化等を用いてもよい。

【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図は予測符号器６および予測復号
器１３の具体的な例を示す図、第３図は予測器１
５の具体的な回路例を示す図、第４図は量子化器
７の具体的な回路例を示す図、第５図は制御回路
１０の制御特性の一例を示す図、第６図は本発明
の第２の実施例の構成を示すブロツク図、第７図
は予測符号器３３および予測復号器３７の具体的
な例を示す図、第８図は制御回路３５の制御特性
の一例を示す図である。１はＡ／Ｄ変換器、２は符号化装置、３は復号
化装置、４はＤ／Ａ変換器、５は分配器、６およ
び３３は予測符号器、７，２７および３９は量子
化器、８および３４は符号変換器、９および１１
はバツフアーメモリー、１０および３５は制御回
路、１２および３６は符号逆変換器、１３および
３７は予測復号器、１４は合成器、１５，１８，
４１および４３は予測器、１６，２５および３８
は減算器、１７，２６，４０および４２は加算
器、１９，２０，２１および２２はシフトレジス
ター、２３および２４は乗算器、２８は量子化切
換信号発生器、２９および３０は論理積回路であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

１デイジタルの画像信号を上位の複数ビツトか
らなる信号と下位の複数ビツトからなる信号とに
分け、前記上位の複数ビツトの信号をすでに符号
化ずみの上位ビツトの信号を用いて予測変換して
出力する手段と、前記下位ビツトの信号を制御手
段からの制御信号にしたがつて量子化して出力す
る手段と、前記予測変換の出力と前記量子化手段
の出力をそれぞれ符号化し、多重化して出力する
手段と、前記出力をバツフアーメモリーに一旦蓄
え平滑化して出力する手段と、前記バツフアーメ
モリーに蓄えられる符号化情報の発生量を監視し
てバツフアーメモリーがオーバーフローあるいは
アンダーフローを生じないように少なくとも前記
量子化手段を制御する制御手段とを備えることを
特徴とする符号化装置。