JPS5937631B2

JPS5937631B2 - カラ−テレビ信号の複合予測符号化復号化装置

Info

Publication number: JPS5937631B2
Application number: JP50040619A
Authority: JP
Inventors: 一元飯沼
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1975-04-03
Filing date: 1975-04-03
Publication date: 1984-09-11
Also published as: JPS51115727A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は副搬送波を色信号で変調し周波数多重化したカ
ラーテレビ信号の複合予測符号化復号化装置に関する。

テレビ信号の符号化方式として、テレビ信号のフレーム
相関を利用したフレーム予測符号化方式がある。

フレーム予測符号化方式は前フレームの標本値を予測値
とし、その予測誤差を量子化し符号化するもので、被写
体の動きの少ないテレビ信号に対しては有効な符号化方
式である。さらに符号化効率をあげる符号化方式として
一標本化時間前の標本値を予測値とする前置予測や、一
走査線前の標本値を予測値とするライン予測とフレーム
予測を組合せた複合予測符号化方式がある。しかしなが
ら、従来の複合予測符号化方式は白黒テレビ信号に対し
ては有効であるが、ラインおよびフレーム毎に位相が反
転する搬送色信号を含む複合カラーテレビ信号に対して
は予測誤差が増大して適用できないという欠点があつた
。このため、従来は周波数多重化カラーテレビ信号を基
底帯域信号（例えば、ＮＴＳＣ方式では輝度信号Ｙ、色
信号ＩおよびＱ）に分離復調した後、個々に複合予測符
号化する方法がとられている。この場合色信号の分離復
調および再変調多重化が必要となり、装置が複雑となる
ばかりでなく、復変調過程において生じる振幅および位
相誤差が画質劣化の原因となる。本発明の目的は搬送色
信号を含む周波数多重化カラーテレビ信号に適応した予
測フィルタを組み合せ、前述の搬送色信号成分によるフ
レーム予測誤差の増大を防ぐようにして、カラーテレビ
信号の分解、再合成をすることなく直接予測符号化でき
る符号化復号化装置を提供することにある。

本発明によれば、複合カラーテレビ信号を分解再合成す
ることなく直接予測符号化できるので、装置が単純でし
かも画質劣化の少ないカラーテレビ信号の符号化伝送が
実現できる。また、白黒テレビ信号との両立性をも得る
ことができる。以下、ＮＴＳＣ方式のカラーテレビ信号
を例にして説明する。副搬送波周波数ｆｓｃはｆＨをラ
イン周波数としたときに選ばれている。

また、フレーム周波数ＦＦとＦＨの間には次の関係があ
る。従つて、副搬送波の位相はライン間およびフレーム
間で反転することになる。

輝度信号Ｙの時間関数をｙ（ｔ）、色信号ＩおよびＱの
それをｉ（ｔ）、ｑ（ｔ）とすれば、ＮＴＳＣカラーテ
レビ信号ｕ（ｔ）はで表わされる。

１フレーム期間をＴＦとすればＴＦ＝１／ＦＦであるか
ら、１フレーム前の｛ＮＴＳＣカラーテレビ信号Ｕ（ｔ
＋ＴＦ）は（１）、（匂、（３）式からとなる。

被写体が静止している場合は、となるから、このときの
フレーム予測誤差ｅ（ｔ）は、となる。

（６）式から明らかなように、被写体が静止している場
合でも、フレーム予測誤差は零にはならず、搬送色信号
成分が２倍に増大して現われるので、ＮＴＳＣ信号に対
しては通常のフレーム予測のみでは効果は殆んどない。
しかしながら、周知のように、ＮＴＳＣ信号の搬送色信
号成分はライン周波数ＪＨの２分の１の奇数倍の周波数
近傍にエネルギーが集中している。

したがつて、この周波数成分に対する効率よい予測フイ
ルタが実現できれば、前述の予測誤差を充分小さくする
ことができ、白黒テレビ信号と同様に、複合予測符号化
が可能となる。第１図は本発明の複合予測符号化装置の
原理図を示す。

説明の便宜上、符号化複合化装置系はすべてサンプル値
系とし、第１の予測フイルタ２６の伝達関数の伝達関数
をＰ１（ｚ）、第２の予測フイルタ２７’の伝達関数を
Ｐ２（ｚ）、第３の予測フイルタ２８の伝達関数をＰ３
（ｚ）、入力テレビ信号をＵ（ｚ）、量子化回路２５で
発生する量子化誤差をＮ（ｚ）、とすれば、減算器２１
，２２および２３の出力信号Ｅ１（ｚ）、Ｅ２（ｚ）お
よびＥ３（ｚ）は、となる。これらの式から明らかなよ
うに、量子化誤差Ｎ（ｚ）が充分小さいとすれば、Ｅ１
（ｚ）はＵ（ｚ）を予測フイルタ２６で予測したときの
予測誤差成分であり、Ｅ２（ｚ）はＥ１（ｔ）を矛狽ｌ
フイルタ２８で予測したときの予測誤差成分である。し
たがつてＰ１（ｚ）をフレーム選延素子とすれば、Ｅ，
（ｚ）は被写体が静止している場合、ほぼ（６）式で表
わされる搬送色信号成分となる。本発明の特徴は、この
搬送色信号成分のスペクトルがＦＨ／２の奇数倍の周波
数近傍に集中していることを利用して、第２の予測手段
により、搬送色信号成分を抑圧することにある。

すなわち、関数｛１−Ｐ２（ｚ）｝をＦＨ／２の奇数
倍の周波数で１より充分小さくなるような関数とすれば
、（８）式よりＥ２（ｚ）は搬送色信号成分が抑圧され
た信号となる。被写体が動きを伴つている場合は、Ｅ１
（ｚ）には搬送色信号成分の他に輝度信号成分のフレー
ム予測誤差が現われる。

この場合にも、搬送色信号成分は第２の予測フイルタ２
７で抑圧されるので、一Ｅ２（ｚ）には輝度信号成分の
みが現われる。したがつて、Ｅ２（ｚ）に対して白黒テ
レビ信号の場合と同様の予測を行なうことができる。例
えば、第３の予測手段として、前値予測用い、関数｛１
−Ｐ３（ｚ）｝が零周波数近傍で１より充分小さくな
るように設定すれば、白黒テレビ信号の場合と同様に、
予測誤差Ｅ３（ｚ）は零に集中した信号となり、効率の
よい予測符号化ができる。

また、関数｛１−Ｐ。（ｚ）｝が零周波数の他に副搬
送波数Ｆｓｃでも１より充分小さくなるように設定すれ
ば、Ｅ。（ｚ）に含まれる残留搬送色信号成分も抑圧さ
れるので、更に効率よい予測符号化ができる。なお、（
７）、（８）、（９）式から明らかなように、であるか
ら、予測フイルタ２６，２７，２８の伝達特性を相互に
入れ替えてもＥ３（ｚ）には何ら変化がない。したがつ
て、Ｐ１（ｚ）、Ｐ２（ｚ）およびＰ３（ｚ）なる伝達
特性を予測フイルタ２６，２Ｔおよびε２８のいずれに
もたせてもよい。量子化回路２５の出力Ｖ（ｚ）はＥ３
（ｚ）に量子化誤差Ｎ（ｚ）を加えたものであるから、
Ａｆｊ式からただちに導びかれとなる。

従つて、符号化装置の信号Ｕ（ｚ）に対する伝達特性は
、｛１−Ｐ１（ｚ）｝｛１−Ｐ２（ｚ）｝｛１−
Ｐ３（ｚ）｝となるから復号化装置の伝達特性Ｗ（ｚ）
はにすれば、符号化装置の入力から復号化装置の出力ま
での伝達特性が１になり、なる復号信号Ｕ（ｚ）を得る
。

つまり、復号化装置の伝達特性は符号化装置の伝達特性
の逆特性になるように設定すればよい。以下実施例につ
いて説明する。

第２図は本発明の実施例の構成を示すプロツク図である
。符号化装置への入力カラーテレビ信号ｕ（ｔ）はアナ
ログ／デジタル変換器３１によつて標本化周波数Ｆｓの
ＰＣＭ（パルス符号変調）信号Ｕ（ｚ）に変換される。

Ｆｓは信号帯域幅の２〜３倍でＦＨの整数倍に選ぷ。Ｐ
ＣＭ信号Ｕ（ｚ）は減算器２１に供給され、第１の予測
フイルタ２６の出力との差が計算される。減算器２１の
出力は減算器２２に送られ、第２の予測フイルタ２Ｔの
出力との差が計算される。減算器２２の出力はさらに減
算器２３に送られ、第３の予測フイルタ２８の出力との
差が計算される。減算器２３の出力は量子化回路２５で
量子化され、量子化回路の出力は符号変換器３９に送ら
れ符号変換されてバツフアメモリ３８を通じて平滑化さ
れ伝送路に送り出される。量子化回路出力は零レベルと
なる確率が圧倒的に多く、一般に出力レベルが零から離
れるにつれて発生確率が減少するので、符号変換器３９
はこの確率分布に合つた符号変換を行なうことにより、
伝送ビツト数を大巾に低減することができる。量子化回
路２５の出力はまた、加算器１３にも供給され、第３の
予測フイルタ２８の出力と加算され、その結果は予測フ
イルタ２８および加算器１２に供給され帰還ルーブを構
成する。同様に、加算器１２、加算器１１も帰還ルーブ
を構成する。受信側の復号化装置は、バツフアメモリ４
２に蓄積された受信符号が符号復号器４０によつて送信
側の量子化出力に対応する符号に変換され加算器１３′
に供給される。加算器１３′は送信側の予測フイルタと
同じ機能を有する第８の予測フイルタ２８′の出力と符
号復号器４０の出力を加算し、その結果を加算器１２′
に供給するとともに予測フイルタ２８′に帰還する。第
２および第１の予測フイルタ２７′および２６′に対し
ても同様のループを構成する。復号化装置をこのような
構成にすれば加算器１３′の入力から加算器１Ｖの出力
に至る伝達特性Ｗ（ｚ）は（自）式に示したような符号
化装置のそれの逆特性となり、加算器１Ｖの出力に復号
信号ｎ（Ｚ）が得られる。ｎ（Ｚ）はデジタル／アナロ
グ変換器４１によつて、汀（ｔ）なるカラーテレビ信号
に変換される。ｎ（ｔ）は元のカラーテレビ信号Ｕ（ｔ
）に量子化誤差が加わつたものである。量子化回路の入
力は予測フイルタによつてダイナミツクレンジが充分抑
圧されているので、量子化誤差を充分小さくすることが
できる。次にＰ１（ｚ）、Ｐ２（ｚ）、Ｐ３（ｚ）なる
伝達特性を有する予測フイルタの具体的な構成法を説明
する。

まず、Ｐ１（ｚ）は通常のフレーム遅延素子、すなわち
、シフトレジスタまたはメモリ素子により、１フレーム
遅延を実現すればよい。すなわち、フレーム周波数Ｆｌ
ｌ、標本化周波数Ｆｓに対して、Ｆ（＝Ｆｓ／ＦＦ）標
本値の遅延を実現するこのときＰ１（ｚ）＝Ｚ−Ｆとな
るから、関数｛１−Ｐ１（ｚ）｝はであり、フレーム周
波数の整数倍の周波数で零になることがわかる。

次に、Ｐ１（ｚ）は関数｛１−Ｐ２（ｚ）｝がライン周
波数ＦＨの２分の１の奇数倍で１より充分小さくなるよ
うにすればよいので、の項を含めばよい。

これを満足する予測フイルタとしては、例えば第３図、
第４図、第５図に示すものが容易に実現できる。第３図
は、予測フイルタ２７をＨ標本値遅延素子３と極性反転
器４で構成した場合を示す。

この場合、Ｐ２（ｚ）＝−Ｚ−Ｈとなるから関数｛１−
Ｐ２（ｚ）｝はであり、やはり搬送色信号成分を抑圧す
るフイルタになる。

第５図は、Ｈ標本値遅延素子３を２個縦続して構成した
場合で、であり、やはり搬送色信号成分を抑圧するフイ
ルタとなる。

搬送色信号成分は上述の３つの予測フイルタのいづれで
も抑圧することができるが、信号のライン相関が一般に
予測距りが大きくなると減少するので、抑圧の効果はほ
ぼ第３図、第４図、第５図、の順に少なくなる。

一方、輝度信号成分に対する通過特性は、第３図の構成
では約２倍に増大し、第４図の構成ではほとんど平担で
、第５図の構成では抑圧される。第２の予測フイルタに
よる予測誤差は第３の予測フイルタでさらに抑圧される
ので、上述の３つの予測フイルタのどれを選択するかは
、第３の予測フイルタξの組合せで最も効率のよいもの
を選べばよい。次に、第３の予測フイルタ２８の伝達特
性Ｐ３（ｚ）を実現する方法について述べる。

第３の予測手段は主に輝度信号成分を抑圧するためのも
のであるから関数｛１−Ｐ３（ｚ）｝が（１−Ｚ−１）
の項を含めばよい。したがつて、最も簡単な構成は、Ｐ
３（ｚ）に１標本値遅延素子を用いる方法であり、これ
は通常の前値予測と同じである。Ｐ３（ｚ）の他の構成
例として、第３の予測回路の入力（第１図のＥ２（ｚ）
）に含まれる残留搬送色信号成分の予測誤差を低減する
ために｛１−Ｐ３（ｚ）｝が副搬送波周波数Ｆｓｃでも
１より充分小さくなるような構成が有効である。

第６図はその一例を示すもので、１標本値遅延素子Ｄを
４個と倍率０．５の乗算器５、減算器６、加算器７で構
成される。この場合関数｛１−Ｐ３（ｚ）｝はであり、
標本化周波数ＦｓをＦｓｃの約３倍に選べば、（自）式
は零周波数および副搬送波周波数Ｆｓｃで１より充分小
さくなることがわかる。

従つて、第３の予測手段により、残留輝度信号成分のみ
ならず残留搬送色信号成分をも抑圧することができる。
このような目的の予測フイルタはＦｓとＦｓｃの関係を
変えることにより、種々の変形が可能である。以上実施
例で述べたように本発明によれば、周波数多重化カラー
テレビ信号に何らの操作を加えることなく、直接予測符
号化でき、画質劣化の少ない効率よい符号化伝送が実現
できる。また、量子化回路に入る予測誤差信号には搬送
色信号成分が殆んど含まれていないので、白黒テレビ信
号の場合と同様の符号化動作の制御が可能である。すな
わち、被写体の動きに応じて、動きの非常に大きい場合
はサブサンプリングやフイールド繰返し等の制御を加え
、発生情報量の増大を防止する手法を適用することもで
き、伝送符号数を大巾に圧縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の複合予測符号器の構成を示すプロツ
ク図、第２図は符号化復号化装置の構成を示すプロツク
図である。第３図、第４図、第５図および第６図は予測フイルタの
具体的構成例を示すプロツク図である。２１，２２，２
３，６・・・・・・減算器、１１，１２，１３，１Ｖ，
１２！，１３′，７・・・・・・加算器、２６，２７，
２８，２６７，２７′，２８７・・・・・・予測フイル
タ、２５・・・・・・量子化回路、３１・・・・・・ア
ナログ／デジタル変換器、４１・・・・・・デジタル／
アナログ変換器、３９・・・・・・符号変換器、４０・
・・・・・符号復号器、３８，４２・・・・・・バツフ
アメモリ、３・・・・・・１ライン遅延素子、４，５・
・・・・・乗算器。

Claims

【特許請求の範囲】

１搬送色信号を含む複合カラーテレビ信号の予測符号
化伝送装置において、前フレーム内の標本値による予測
関数（１−Ｐ＿１）は少なくともフレーム周波数の整数
倍の周波数近傍で、１ないし数ライン前の標本値による
予測関数（１−Ｐ＿２）は少なくともライン周波数の２
分の１の奇数倍の周波数近傍で、同一走査線内の標本値
による予測関数（１−Ｐ＿３）は少なくとも零周波数近
傍で、それぞれ１より充分小さくなるような第１、第２
および第３の予測手段と、前記第１、第２および第３の
予測手段により生ずる複合予測誤差をあらかじめ定めら
れた規則に従つて量子化し、符号化して伝送する手段と
を備え、符号化装置総合の伝達特性を（１−Ｐ＿１）（
１−Ｐ＿２）（１−Ｐ＿３）になるように設定し、復号
化装置では伝達特性が符号化装置の逆特性となるように
設定することにより、復合カラーテレビ信号を分解する
ことなく予測符号化することを特徴とする複合予測符号
化復号化装置。