JPH0335678A - ディジタル信号処理装置 - 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］ この発明はディジタル信号処理装置に係り、特にディジ
タル画像信号の符号化、復号化を行なうに好適なディジ
タル信号処理装置に関する。

［従来の技術］ 従来からディジタル画像信号の符号化、復号化に当たっ
ては例えば文献ｒＴＶ画像の多次元信号処理」　（吹抜
敬彦著、日刊工業新聞社列、昭和６３年１１月１５日発
行）に示されるようなオフセット標本化による符号化方
式とデータ補間にょる復号化方式が知られている。第４
図はかかる従来のディジタル信号処理装置のブロック図
を示すもので、図において（１）はテレビジョン信号等
のアナログ画像信号をディジタル化する等して得たディ
ジタル映像信号を入力するためのデータ入力端子、（２
１）はデータ入力端子（１）からの人力信号を帯域制限
するための前置フィルタ、（２７）は前置フィルタ（２
１）で帯域制限された信号を予め定められたルールに基
づいて再標本化する再標本化回路、（１２）は以上のよ
うにして符号化された信号をデータの伝送または記録を
行なう伝送・記録系（３０）に送出するデータ出力端子
である。以上のデータ入力端子（１）、前置フィルタ（
２１）、再標本化回路（２７）　、データ出力端子（１
２）によりディジタル信号処理装置の符号化ブロック（
５１）を構成する。伝送・記録系（３０）からのデータ
は復号化ブロック（５２）に送られるが、（１４）は復
号化ブロック（５２）のデータ入力端子、（２４）は符
号化ブロック（５１）の再標本化回路（２７）でサンプ
ルされたデータの欠落部を補間するデータ補間回路（２
４）　、　　（２５）はデータ入力端子（１４）から人
力された標本化データにデータ補間回路（２４）で補間
されたデータを補間挿入するためにデータを切り替える
セレクタ、（１９）は復号化ブロック（５２）で復号化
再現されたディジタル映像信号を出力するデータ出力端
子である。

以上のような構成において、次にその動作を第５図の説
明図に基づいて説明する。ちなみに、第５図は映像信号
の標本化点をＯ印およびＸ印で２次元的に表現したもの
である。

データ入力端子（１）から入力されるディジタル映像信
号はアナログ映像信号からディジタル化されるに当たっ
て第５図にＯ印、Ｘ印で示されるポイントで標本化され
ている。この人力データは前置フィルタ（２１）によっ
て帯域制限され再標本化回路（２７）によって再標本化
されるが、この再標本化は第５図の説明図に示すように
連続する映像データの中からＸ印のデータを捨ててＯ印
のデータを有効とするいわゆるサブサンプリング（デー
タの間引）によって行われる。この場合、画像の走査線
毎に標本化のポイントをずらすというオフセット標本化
が行なわれる。以上のようなサブサンプリングにより符
号化ブロック（５１）のデータ出力端子（１２）から伝
送・記録系（３０）に送出されるデータレートはデータ
入力端子（１）から入力されるデータレートの２分の１
になる。

以上のような符号化により符号化ブロック（５１）と復
号化ブロック（５２）の間に介在する伝送・記録系（３
０）では伝送に当たっては系が半分の帯域でよくなり、
系の帯域が同じなら伝送速度が２倍になる。一方、記録
に当たっては記録映像数を倍増することができる。

伝送・記録系（３０）からのデータを元の映像信号に戻
すために復号化ブロック（５２）が用いられるが、伝送
・記録系（３０）からのデータはデータ入力端子（１４
）に入力される。このデータには第５図の○印で示した
部分しか含まれていないため、符号化ブロック（５１）
の再標本化回路（２７）で間引かれたＸ印のデータを再
現する必要がある。このデータの再現に用いられる手法
が補間であるが、この補間動作は例えば第５図のｙＩＩ
ｌ＋１．。点のデータＤ（ｙ　　　　）をその前後のｍ
＋ｌ、ｎ ｙ　　点のデータＤ（ｙ　　　）とｙ　　　点のデｎ＋
、ｎ　　　　　　　　　ｍ、ｎ　　　　ｍ＋２．ｎ−夕
Ｄ（ｙ　　　　）から予測するという（１）式％式％ に示すような１次捕間 Ｄ（ｙ）− ｍ＋ｌ、ｎ （Ｄ（ｙ　　　）＋Ｄ（ｙ　　　　））／２ｍ、ｎ　　
　　　　　　　ｍ＋２．ｎ ◆　◆　・　（１） が行なわれる。この補間演算はデータ補間回路（２４）
によって実施され、第５図のＸ印のデータが再現される
。データ入力端子（１４）からは第５図の０印のデータ
が人力されているので、セレクタ（２５）でデータ入力
端子（１４）からのＯ印のデータとデータ捕間回路（２
４）からのＸ印のデータを交互に選択してデータ出力端
子（１９）に送出することにより、データ入力端子（１
）から入力されたディジタル映像信号に近似した復号化
ディジタル映像信号を得ることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のディジタル信号処理装置は以上のように構成され
ているので、実際に伝送・記録系（３０）を通っていな
いＸ印画素のデータは両側のＯ印画素のデータの平均値
で予１１ＦＩ補間されている。このため、画像のエツジ
部等の映像信号の帯域の広い部分では補間誤差、つまり
予測誤差が大きくなってしまい、復号化された映像信号
に基づく画像が劣化してしまうという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、画像のエツジ部等における予ＩＩ！ＩＩ誤差を
少なくし、復号化映像信号に基づく画像の劣化を低減す
ることを可能としたディジタル信号処理装置を得ること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するためにこの発明は、ｎ個のディジタ
ル映像データの中のｎ−１個を間引いて１個のデータの
みを標本化して伝送する標本化手段と、間引かれたｎ−
１個のデータをそれぞれ異なる複数の予測方法で予測符
号化する複数の子測手段と、前記各予測手段における予
測信号と間引かれたｎ−１個のデータを突き合わせてそ
れぞれの予測誤差を検出する予測誤差検出手段と、予測
誤差検出手段の各検出誤差を比較して予測誤差が最小と
なる予測方法並びに最小予測誤差信号を選択し標本化デ
ータと合わせて伝送する手段と、伝送された標本化デー
タと予測方法および最小予測誤差信号に基づいてｎ−１
個の補間データを発生する補間手段と、伝送された標本
化データと補間手段からの補間データに基づいてｎ個の
ディジタル画像データを復号化する手段を備えるディジ
タル信号処理装置を提供するものである。

［作用］ 上記手段において、この発明のディジタル信号処理装置
は標本化手段においてｎ個のディジタル映像データの中
のｎ−１個を間引いて１個のデータのみを標本化して伝
送すると共に複数の子測手段において間引かれたｎ−１
個のデータをそれぞれ異なる複数の予測方法で予測符号
化し、予測誤差検出手段において各予測手段における予
ｆｌｌｌ＋信号と間引かれたｎ−１個のデータを突き合
わせてそれぞれの予測方法における予７１１１誤差を検
出し、各検出誤差を比較して予測誤差が最小となる予測
方法並びに最小予測誤差信号を選択して標本化データと
合わせて伝送し、補間手段により伝送された標本化デー
タと予ｉ’１ｌｌＪ方法および最小予測誤差信号に基づ
いてｎ−１個の補間データを発生させ、伝送された標本
化データと補間手段からの補間データに基づいてｎ個の
ディジタル画像データを復号化している。

［実施例コ 以下、図面を参照しながらこの発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係るディジタル信号処理
装置のブロック図である。図において、（２）はデータ
入力端子（１）から人力されたディジタル映像信号を必
要な分だけ保持するメモリ、（３）はコントロール回路
（１３）からの指令に基づいてメモリ（２）から必要な
データを選び出して送出するデータ送出回路、（１０）
はデータ送出回路（３）から送出されるデータを量子化
する第１の量子化器、（４）は第１の量子化器（１０）
の出力データから補間データを予測する第１の予測器、
（５）は第１の量子化器（１０）からの出力データと第
１の予測器（４）からの予測データの差を演算して予測
誤差を求める第１の予測誤差検出器、第２の予測器（６
）は第１の量子化器（１０）の出力データから第１の予
測器（４）とは別の方式で補間データを予測する第２の
予測器、（７）は第１の量子化器（１０）からの出力デ
ータと第２の予測器（６）からの予測データの差を演算
して予測誤差を求める第２の予測誤差検出器、（８）は
第１の予測誤差検出器（５）からの予測誤差と第２の予
測誤差検出器（７）からの予ｉ’ｌｌｌ誤差を比較する
比較器、（９）は比較器（８）から送出される予測誤差
信号Ａを量子化する第２の量子化器、（１１）は第１の
量子化器（１０）からのデータと第２の量子化器（９）
から送られてくるデータと、比較器から送出される予測
器判別信号Ｂのいずれかをコントロール回路（１３）か
らの指令に基づいて選択し、データ出力端子（１２）に
送出するセレクタである。以上のデータ入力端子（１）
からデータ出力端子（１２）に至る系で符号化ブロック
（５１）が構成される。

符号化ブロック（５１）のデータ出力端子（１２）のデ
ータはデータの伝送または記録を行なう伝送・記録系（
３０）に送出されるが、この伝送・記録系（３０）から
のデータは次に復号化ブロック（５２）に送られる。

復号化ブロック（５２）において、（１５）はデータ入
力端子（１４）から人力されたデータのなかから復号化
に必要な分のデータを保持するメモリ、（１６）はコン
トロール回路（１３）からの指令によりメモリ（１５）
から必要なデータを選び出し送出するデータ送出回路、
（３８）はデータ送出回路（１６）からのデータに基づ
いて補間データを予測する第３の予測器、（３９）はデ
ータ送出回路（１６）からのデータに基づいて補間デー
タを予Ａ１１ｊする第４の予測器、（１７）はデータ送
出回路（１６）　、第３の予測器（３８）、第４の予測
器（３９）の各出力を加算する加算器、（１８）はデー
タ送出回路（１６）の出力と加算器（１７）の出力を交
互に選択してディジタル映像信号を再現し、データ出力
端子（１９）に送出するセレクタである。以上のデータ
入力端子（１４）からデータ出力端子（１９）に至る系
で復号化ブロック（５２）が構成される。

ちなみに、復号化ブロック（５２）の第３の予測器（３
８）、第４の予測器（３９）は符号化ブロック（５１）
の第１の予測器（４）、第２の予ａｐ＋器（６）と全く
同様のデータ予測を行なうよう構成される。

以上のような構成において、次に第２図、第３図の説明
図に従ってその動作を説明する。

この実施例では、例えば第３図に示すような符号化を行
なう。つまり、データ圧縮率を２分の１と想定して、４
画素分のデータを１組と考えて、４データの内の１デー
タを標本化して単純に６ビツトに再量子化し、残りの３
データは３ビツトの予測誤差を伝送する。ここで、ディ
ジタル映像データは８ビツトで表現されるので、３２ビ
ツトで表現される４データを１６ビツトで符号化表現で
きれば圧縮率を２分の１とすることができる。なお、こ
の実施例では１５ビツトでディジタル映像信号の符号化
を可能としているので、残りの１ビツトを予測符号化の
方法判別信号としている。

また、符号化時のディジタル画像信号を画面上に送出し
た場合の概念図を第２図に示す。同図において、○印は
６ビツト表現のデータ、Ｘ印は３ビツト表現の予測誤差
データであり、１フレ一ム画像の１部を表現している。

さて、データ入力端子（１）から入力されたディジタル
映像信号は予ハ１に必要なデータ量がメモリ（２）に保
持される。データ送出回路（３）はコントロール回路（
１３）によって制御され、必要なデータをメモリ（２）
から取り出し送出する。

データ送出回路（３）から送出されたデータは第１の量
子化器（１０）で例えば６ビツトのデータに量子化され
る。ここで、現在扱っているデータが第２図および第３
図の○印に相当するものであれば、そのデータはセレク
タ（１１）に送出されデータ出力端子（１２）より出力
される。また、現在扱っているデータがＸ印に相当する
ものであれば、そのデータは第１の予測器（４）および
第２の予測器（６）によって予測され、それぞれ第１の
予７４１１誤差検出器（５）、第２の予測誤差検出器（
７）によって予測誤差が計算され、比較器（８）によっ
て誤差の少ない予測方法が選ばれて、もっとも誤差の少
ない予測方法が選ばれ、最も予Ａｐｊ誤差の少ない予測
方法を指示する信号、すなはち最適な予測器を判別する
予δｐ１器判別信号Ｂと予測誤差信号Ａが送出される。

ここで、比較器（８）における比較は４データを１まと
まりとして考えているので、３データの予測誤差を総合
的に考慮したうえで最も予測誤差の少ない予測方法を決
定し、予測器判別信号Ｂとして送出する。それに伴い、
予測誤差信号Ａは３データを１まとまりとして第２の量
子化器（９）に入力し、３ビツト表現のデータに再量子
化される。セレクタ（１１）はコントロール回路（１３
）の制御に基づいて第１の量子化器（１０）の信号が第
２の量子化器（９）の信号または比較器（８）からの信
号を選択し、１６ビツト分のデータを１区切りとしてデ
ータ出力端子（１２）から符号化された信号が出力され
る。なお、本実施例では第１の予ｉｐＪ器（４）、第２
の予測器（６）において、例えば第２図におけるＸｓ、
ｎ＋１　’　Ｘｇ、ｎ＋２、　ｔｓ　、　ｎ＋３のＸ印
の画素データは次の様に予測される。先ず、第１の予測
器（４）ではＸ方向の予測が、 （１）　　− ｍ、ｎ＋１　　ｌ Ｘ＋ｌ／４（ＸＩＩ、ｎ＋４ １ｎ −Ｘ　　　　） Ｌｎ （２） （Ｘ　　　　　）　　− ｍ、ｎ＋２　　１ ｘ　　　　＋１／２（ｘ　　　　　　−ｘ　　　　）ｉ
、ｎ　　　　　　　　　　　ｍ、ｎ＋４　　　　１１１
．ｎ・　・　・　（３） （９）　　− ｍ、ｎ＋３　　１ Ｘ　　　　＋３／４（ｘ　　　　　−ｘ　　　　）ｍ、
ｎ　　　　　　　　　　　ＬＩｌ、ｎ＋４　　　　１１
．ｎ・　◆　◆　（４） となされ、第２の千４ｐｊ器（６）ではｙ方向の予−ｐ
＋が、 （Ｘ　　　　　）　　− ｉ、ｎ＋１　　　　Ｉｔ Ｘｍ＋Ｉ　、ｎ＋１　＋１／３ （ｘｍ−２，ｎ＋１　　”ｎ＋１．ｎ＋１　）・　・　
◆　（５） （Ｘ　　　　　）　　− ｍ、ｎ＋２　　　ＩＩ Ｘ＋ｎ＋４．ｎ＋２＋４１５（Ｘｍ−１，ｎ＋２−ｘＩ
６＋４．ｎ＋２）・　・　・　（６） （Ｘ　　　　　）　　− ｍ、ｎ＋３　　　ｌｌ Ｘｌ１１＋２．ｎ＋３　＋”１５（ｘｍ−３，ｎ＋３　
　”ｍ＋２．ｎ＋３　）◆　・　・　（７） となる。また、最も予測誤差の少ない予測方法は例えば
次の様に決定される。第１の予測器（４）によって生ず
る予測誤差の絶対値は次のように表わされる。

（Ｅｉ、ｎ＋１　）１ −Ｉ（ｘ　　　　）　　　−ｘ　　　　　ｌ　　　・・
・　（８）Ｉｌｌ、ｎ＋１　　　Ｉ　　　　ｍ、ｎ＋１
（Ｅ　　　　） …、ｎ＋２　　１ −１（ｘ　　　　　）　　　−ｘ　　　　　ｌ　　　・
・・　（９）ｍ、ｎ＋２　　１　　　　Ｉｌ、ｎ＋２（
Ｅ　　　　） ｍ、ｎ＋３　　１ −１（ｘ　　　　　）　　　−Ｘ　　　　　ｌ　　　”
（１０）ｍ、ｎ＋３　　１　　　　ｍ、ｎ＋３ これらの予測誤差の絶対値の中で最も大きな値を持つも
のを Ｍａｘｉ（Ｅ　　　　）　　、 ｎ、ｎ＋１　　Ｉ （Ｅ　　　　）　　、 自、ｎ＋２　１ （Ｅ　　　）　）　　　　　・・　（１１）ｍ、ｎ＋３
　１ と表わすものとする。同様に、第２の予測器（６）によ
って生ずる予測誤差の絶対値は次の様に表わされる。

（Ｅ　　　　） ｉ、ｎ＋１　　ｌｔ −１（ｘ　　　　）　　　−ｘ　　　　　ｌ　　　・・
　（１２）ｍ、ｎ＋１　　ＩＩ　　　ｍ、ｎ＋１ （Ｅ　　　　） 劇、ｎ＋２　　ＩＩ ＝ｌ（ｘ　　　　）　　　−ｘ　　　　　ｌ　　　・・
（１３）ｍ、ｎ＋２　　ＩＩ　　　Ｉｌ、ｎ＋２（Ｅ　
　　　　） ｍ、ｎ＋３　　１ ＝ｌ（ｘ　　　　　）　　　−ｘ　　　　　　ｌ　　　
・・（１４）ｍ、ｎ＋３　　　Ｉｆ　　　　ｍ、ｎ＋３
これらの予δｐ１誤差の絶対値の中で最も大きな値を持
つものを、 Ｍａｘ（（Ｅ　　　　）　　、 ｍ、ｎ＋１　　ＩＩ （Ｅ　　　　）　　、 ｍ、ｎ＋２　　ＩＩ （Ｅ　　　）　）　　　　　・・　（１５）ｎ＋、ｎ＋
３　　ＩＩ と表わすものとする。従って、 Ｍａｘ（（Ｅ　　　　）　　、 ｎ＋、ｎ＋１　１ （Ｅ　　　　）　　、 ｍ、ｎ＋２　１ （Ｅ　　　）　） ｍ、ｎ＋３　１ −Ｍａｘｉ（Ｅ　　　　）　　、 ｍ、ｎ＋１　　Ｉｆ （Ｅ　　　　）　　、 ｎ＋、ｎ＋２　　ＩＩ （Ｅ　　　）　）　・・　（１６） ａ＋、ｎ＋３　　ＩＩ の計算結果が負の値となれば、第１の予測器（４）によ
る予測方法が予測誤差の最も少ない予測方法であり、零
以上の値をとれば第２の予測器（６）による予δ１方法
が予ＤＩ誤差の最も少ない予ＡＰＩ方広と決定される。

一方、復号化ブロック（５２）のデータ入力端子（１４
）から人力される復号化されるべきディジタル信号はメ
モリ（１５）に復号化に必要なデータ分が保持される。

データ退出回路（１６）はコントロール回路（１３）に
よって制御され、復号化に必要なデータをメモリ（１５
）より取り出し、コントロール回路（１３）の指示する
ブロックにデータを送出する。すなはち、第２図、第３
図においてＯ印に相当するデータはセレクタ（１８）に
送出され、Ｘｍに相当するデータは予測器判別信号Ｂに
基づいて第３の予測器（３８）または第４の予測器（３
９）のいずれか一方に送出される。第３の千７ＩＰＩ器
（３８）または第４の予測器（３９）でデータが予測さ
れると、この子ａｌｌデータは加算器（１７）において
データ送出回路（１６）から送られてくる予測誤差信号
Ａと加算されセレクタ（１８）に送出される。ここでは
、前述したようにデータは４データを１まとまりとして
考えているので、第２図または第３図において示すよう
に３デ一タ分が連続しているＸｍの画素のデータは３デ
一タ分が１組になって予測器判別信号Ｂに従って第３の
予、’ｌＰＪ器（３８）または第４の予ａｌｌｌ器（３
９）のいずれか一方に送られるので、１つ１つのＸ印の
データが別々の予測器に送られることはない。

セレクタ（１８）はコントロール回路（１３）によって
制御され、４データを１組としてデータ送出回路（１６
）か加算器（１７）からの信号を交互に選択する。その
結果、データ出力端子（１９）からは復号化されたディ
ジタル映像信号が出力されることになる。

なお、上記実施例ではデータの予測方法として縦方向の
直線予測と横方向の直線予測を用いてデータの予測捕間
を行なっているが、他の予測方法、例えば多項式子ａｐ
ｊ等を用いてもよく、予測の方向としても斜めの条件を
入れてもよい。また、−次元的な予１４ｐＩだけでなく
平面子７１１１等の２次元予測、数フイールド間、数フ
レーム間のデータに基づく３次元予測等の手法を用いて
もよい。

更に、上記実施例では第３図に示すように４データを１
まとまりとして考える場合を例示したが、任意のデータ
数を１まとまりとして考えるようにしてもよく、ディジ
タル映像信号を表現するビット数や予測誤差信号を表現
するビット数も自由に設定することができる。

更に、上記実施例では最も予測誤差が少なくなる予測方
法を決定するに当たり、予７ｐ１誤差の絶対値の大小を
比較する構成を例示したが、予δ）Ｊ誤差の変動範囲の
大小を比較したり、予測誤差の自乗平均誤差の大小を比
較する等の方法により決定してもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、複数の符号化方式で
データを予測し、予測誤差の１番小さくなるような予測
方法でデータ予ａｐ１ｔ、たときのＴ−ａＦＪ誤差を伝
送するように構成したので、予測誤差を最も小さくして
、復号化されたディジタル映像信号による画質の劣化を
極小とすることが可能なディジタル信号処理装置が得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るディジタル信号処理
装置のブロック図、第２図、第３図は第１図の構成の動
作を説明するための説明図、第４図は従来のディジタル
信号処理装置のブロック図、第５図は第４図の構成の動
作を説明するための説明図である。 （１）はデータ入力端子、（２）はメモリ、（３）はデ
ータ送出回路、（４）は第１の予測器、（５）は第１の
予測課差検出器、（６）は第２の予測器、（７）は第２
の予δｌ１ｌｆｆｌ差検出器、（８）は比較器、（９）
は第２の量子化器、（１０）は第１の量子化器、（１１
）はセレクタ、（１２）はデータ出力端子、（１３）は
コントロール回路、（１４）はデータ入力端子、（１５
）はメモリ、（１６）はデータ送出回路、（１７）は加
算器、（１８）はセレクタ、（１９）はデータ出力端子
、（３０）は伝送・記録系、（３８）は第３の予測器、
（３９）は第４の予測器、（５１）は符号化ブロック、
（５２）は復号化ブロック。 尚、図中、同一符合は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｎ個のディジタル映像データの中のｎ−１個を間引いて
   伝送する標本化手段と、間引かれたｎ−１個のデータを
   それぞれ異なる予測方法で予測符号化する複数の予測手
   段と、前記各予測手段における各予測誤差を検出する予
   測誤差検出手段と、予測誤差検出手段の各検出誤差を比
   較して予測誤差が最小となる予測方法並びに最小予測誤
   差信号を選択し標本化データと合わせて伝送する手段と
   、伝送された標本化データと予測方法および最小予測誤
   差信号に基づいてｎ−１個の補間データを発生する補間
   手段と、伝送された標本化データと補間手段からの補間
   データに基づいてｎ個のディジタル画像データを復号化
   する手段を備えることを特徴とするディジタル信号処理
   装置。