(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号をブロック毎に直交変換して変換信号を出力する第１の直交変換器と、ブロック毎に、前記変換信号と予測信号変換信号とをモジュロー演算で減算して差分変換信号を得る減算器と、前記差分変換信号と同じダイナミックレンジの量子化特性を有し、ブロック毎に、前記差分変換信号の量子化により発生する量子化雑音に前記変換信号を加算して求められる仮の局部復号信号が、前記ダイナミックレンジをオーバーフローする場合は前記差分変換信号の量子化レベルを下げ、前記ダイナミックレンジをアンダーフローする場合は前記差分変換信号の量子化レベルを上げるよう制御を行い、前記差分変換信号を適応量子化して量子化出力を得る適応量子化器と、前記量子化出力を符号化して受信側に送る符号変換器と、前記量子化出力と前記予測信号変換信号とをモジュロー演算で加算して局部復号変換信号を求める加算器と、前記局部復号変換信号を逆直交変換して局部復号信号を求める逆直交変換器と、前記局部復号信号から予測信号を得る予測器と、前記予測信号をブロック毎に直交変換して前記予測信号変換信号を得て前記減算器及び前記加算器に供給する第２の直交変換器とを有することを特徴とする適応量子化直交変換符号化方式。
【請求項２】
前記適応量子化器は、前記差分変換信号を量子化特性に従って量子化し、これを第１の量子化出力として出力すると共に、前記第１の量子化出力の量子化レベルより一つ下及び一つ上の量子化レベルの第２及び第３の量子化出力をそれぞれ出力する量子化器と、前記第１〜第３の量子化出力のうち何れか１を前記量子化出力として選択する切替器と、前記第１の量子化出力から前記差分変換信号を減算して量子化誤差信号を出力する第２の減算器と、前記量子化誤差信号と前記変換信号を加算して仮の局部復号変換信号を出力する第２の加算器と、前記仮の局部復号変換信号が前記差分変換信号と同じダイナミックレンジの範囲内にあるか否かを判断し、範囲内にある場合は前記切替器に前記第１の量子化出力を選択させ、オーバーフローする場合は前記切替器に前記第２の量子化出力を選択させ、アンダーフローする場合は前記切替器に前記第３の量子化出力を選択させる判定回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の適応量子化直交変換符号化方式。
【請求項３】
入力信号をブロック毎に直交変換して変換信号を出力する第１の直交変換器と、ブロック毎に、前記変換信号が統計的に振幅が大きくなる低域成分である場合に当該変換信号と第１の予測信号変換信号とをモジュロー演算で減算して第１の差分変換信号を得る第１の減算器と、前記変換信号が統計的に振幅が余り大きくならない高域成分である場合に当該変換信号から第２の予測信号変換信号を減算して第２の差分変換信号を得る第２の減算器と、前記第１の差分変換信号と同じダイナミックレンジの量子化特性を有し、ブロック毎に、前記第１の差分変換信号の量子化により発生する量子化雑音に前記低域成分の変換信号を加算して求められる仮の局部復号信号が、前記ダイナミックレンジをオーバーフローする場合は前記差分変換信号の量子化レベルを下げ、前記ダイナミックレンジをアンダーフローする場合は前記差分変換信号の量子化レベルを上げるよう制御を行うことにより、前記第１の差分変換信号を適応量子化して第１の量子化出力を得る適応量子化器と、ブロック毎に、前記第２の差分変換信号を量子化して第２の量子化出力を得る第１の量子化器と、前記第１又は第２の量子化出力を符号化して受信側に送る符号変換器と、前記第１の量子化出力と前記第１の予測信号変換信号とをモジュロー演算で加算して第１の局部復号変換信号を求める第１の加算器と、前記第２の量子化出力と前記第２の予測信号変換信号とを加算して第２の局部復号変換信号を求める第２の加算器と、前記第１及び第２の局部復号変換信号を合わせて逆直交変換して局部復号信号を求める逆直交変換器と、前記局部復号信号から予測信号を得る予測器と、前記予測信号をブロック毎に直交変換して前記低域成分に対応する前記第１の予測信号変換信号及び前記高域成分に対応する前記第２の予測信号変換信号を得る第２の直交変換器とを有することを特徴とする適応量子化直交変換符号化方式。
【請求項４】
前記適応量子化器は、前記第１の差分変換信号を量子化特性に従って量子化し、これを第３の量子化出力として出力すると共に、前記第３の量子化出力の量子化レベルより一つ下及び一つ上の量子化レベルの第４及び第５の量子化出力をそれぞれ出力する第２の量子化器と、前記第３〜第５の量子化出力のうち何れか１を前記第１の量子化出力として選択する切替器と、前記第３の量子化出力から前記第１の差分変換信号を減算して量子化誤差信号を出力する第３の減算器と、前記量子化誤差信号と前記変換信号を加算して前記仮の局部復号変換信号を出力する第３の加算器と、前記仮の局部復号変換信号が前記第１の差分変換信号と同じダイナミックレンジの範囲内にあるか否かを判断し、範囲内にある場合は前記切替器に前記第３の量子化出力を選択させ、オーバーフローする場合は前記切替器に前記第４の量子化出力を選択させ、アンダーフローする場合は前記切替器に前記第５の量子化出力を選択させる判定回路とを有することを特徴とする請求項３に記載の適応量子化直交変換符号化方式。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の適応量子化直交変換符号化方式を用いた画像伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予測符号化方式の予測差分信号を直交変換し、変換信号を量子化して符号化伝送する直交変換符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
入力信号から予測信号を減算した予測差分信号は信号のダイナミックレンジが１ビット増加するため、信号のダイナミックレンジが入力信号のダイナミックレンジの２倍になる。このため量子化を行う時、量子化特性のダイナミックレンジは２倍の広さが必要である。
【０００３】
図４に従来のフレーム間予測直交変換符号化構成を示す。８ビットの入力信号から予測信号を減算器３１で減算して求めたため９ビットの予測差分信号をブロック毎に直交変換器３２で直交変換し、ブロッ毎に変換信号を各変換信号に応じて量子化器３３で量子化する。量子化出力は符号変換器３４と逆変換器に供給される。符号変換器３４では符号変換して伝送路に送り出す。逆直交変換器３５は直交変換の逆変換特性を有し、量子化された変換信号をブロック毎に逆変換して、量子化された予測差分信号が得られ、加算器３６に供給される。加算器３６では予測信号と加算されて、局部復号信号が得られ、予測器３７に供給される。予測器では次の予測信号が得られる。
【０００４】
変換器３２では９ビットダイナミックレンジの予測誤差信号を１ブロックが８×８の２次元離散コサイン変換で変換して変換信号を出力するが、９ビットの予測誤差信号を直交変換した出力の変換信号は１２ビットのダイナミックレンジを有するため、量子化器３３は変換信号に応じた量子化特性で適応的に量子化するが、変換信号のダイナミックレンジが１２ビットであるため、量子化器３３の量子化特性のダイナミックレンジは１２ビットが必要であった。このため、量子化レベル数が多くなり、符号変換器３４で符号変換するのに多くのビット数が必要となった。
【０００５】
一方、量子化のビット数を少なくできる方法として、最大量子化雑音で入力信号を振幅制限する必要がある折り返しの量子化の方法を改善した方法である、適応量子化を用いたＤＰＣＭ（予測符号化）を図５に示す。
【０００６】
８ビットの入力信号Ｘはモジュロー演算の減算器４１と適応量子化器４２へ供給され、減算器４１は、入力信号Ｘから８ビットの予測信号Ｐをモジュロー演算で減算して８ビットの予測誤差信号Ｅを出力して適応量子化器４２へ供給する。
【０００７】
適応量子化器４２は８ビットのダイナミックレンジの量子化特性を有し、量子化特性に従って予測誤差信号Ｅを量子化して対応する量子化レベルを仮の量子化出力Ｑとして出力するとともに、１つ上の量子化レベルＱ+ と１つ下の量子化レベルＱ- を合わせて出力する。仮の量子化出力Ｑから予測誤差信号Ｅを減算して量子化誤差信号Ｎ（＝Ｑ−Ｅ）をもとめ、入力信号Ｘと加算し、仮の局部復号信号Ｙ（＝Ｐ＋Ｑ＝Ｘ＋Ｎ）を求める。そして、仮の局部復号信号が８ビットのダイナミックレンジに有るかを判定し、範囲内の場合は、仮の量子化出力Ｑを真の量子化出力として出力し、オーバフローするときは１つ下の量子化レベルを選択して真の量子化出力とし、アンダーフローする場合は１つ上の量子化レベルを選択して真の量子化出力し、符号変換器４３とモジュロー演算の加算器４４へ供給する。
【０００８】
加算器４４は予測信号と量子化出力をモジュロー加算して８ビットの局部復号信号を得る。局部復号信号は予測器４５へ供給されて次の予測信号を得る。
【０００９】
適応量子化では、８ビットのダイナミックレンジの入力信号を従来より１ビット少ない８ビットのダイナミックレンジの量子化器を用いて符号化しても、局部復号信号は正しく８ビットのダイナミックレンジの範囲内の信号となり、過渡応特性の優れた復号信号を得る事ができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、少ない量子化ビット数で過渡応答特性の優れた符号化方式を実現するため、図４のフレーム間予測直交変換に図５の適応量子化の方法を適用しようとしても、量子化器の前後で直交変換が行われるため、そのまま用いることはできなかった。
【００１１】
それ故に本発明の課題は、少ないビット数で量子化特性のダイナミックレンジを改善でき過渡応答特性が優れた適応量子化直交変換符号化方式を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る適応量子化直交変換符号化方式は、入力信号をブロック毎に直交変換して変換信号を出力する第１の直交変換器と、ブロック毎に、前記変換信号と予測信号変換信号とをモジュロー演算で減算して差分変換信号を得る減算器と、前記差分変換信号と同じダイナミックレンジの量子化特性を有し、ブロック毎に、前記差分変換信号の量子化により発生する量子化雑音に前記変換信号を加算して求められる仮の局部復号信号が、前記ダイナミックレンジをオーバーフローする場合は前記差分変換信号の量子化レベルを下げ、前記ダイナミックレンジをアンダーフローする場合は前記差分変換信号の量子化レベルを上げるよう制御を行い、前記差分変換信号を適応量子化して量子化出力を得る適応量子化器と、前記量子化出力を符号化して受信側に送る符号変換器と、前記量子化出力と前記予測信号変換信号とをモジュロー演算で加算して局部復号変換信号を求める加算器と、前記局部復号変換信号を逆直交変換して局部復号信号を求める逆直交変換器と、前記局部復号信号から予測信号を得る予測器と、前記予測信号をブロック毎に直交変換して前記予測信号変換信号を得て前記減算器及び前記加算器に供給する第２の直交変換器とを有することを特徴としている。
なお、前記適応量子化器は、前記差分変換信号を量子化特性に従って量子化し、これを第１の量子化出力として出力すると共に、前記第１の量子化出力の量子化レベルより一つ下及び一つ上の量子化レベルの第２及び第３の量子化出力をそれぞれ出力する量子化器と、前記第１〜第３の量子化出力のうち何れか１を前記量子化出力として選択する切替器と、前記第１の量子化出力から前記差分変換信号を減算して量子化誤差信号を出力する第２の減算器と、前記量子化誤差信号と前記変換信号を加算して仮の局部復号変換信号を出力する第２の加算器と、前記仮の局部復号変換信号が前記差分変換信号と同じダイナミックレンジの範囲内にあるか否かを判断し、範囲内にある場合は前記切替器に前記第１の量子化出力を選択させ、オーバーフローする場合は前記切替器に前記第２の量子化出力を選択させ、アンダーフローする場合は前記切替器に前記第３の量子化出力を選択させる判定回路とを有することが望ましい。
【００１４】
また、本発明に係る適応量子化直交変換符号化方式は、入力信号をブロック毎に直交変換して変換信号を出力する第１の直交変換器と、ブロック毎に、前記変換信号が統計的に振幅が大きくなる低域成分である場合に当該変換信号と第１の予測信号変換信号とをモジュロー演算で減算して第１の差分変換信号を得る第１の減算器と、前記変換信号が統計的に振幅が余り大きくならない高域成分である場合に当該変換信号から第２の予測信号変換信号を減算して第２の差分変換信号を得る第２の減算器と、前記第１の差分変換信号と同じダイナミックレンジの量子化特性を有し、ブロック毎に、前記第１の差分変換信号の量子化により発生する量子化雑音に前記低域成分の変換信号を加算して求められる仮の局部復号信号がオーバーフローまたはアンダーフローしないように制御を行うことにより、前記第１の差分変換信号を適応量子化して第２の量子化出力を得る適応量子化器と、ブロック毎に、前記第２の差分変換信号を量子化して第１の量子化出力を得る第１の量子化器と、前記第１又は第２の量子化出力を符号化して受信側に送る符号変換器と、前記第１の量子化出力と前記第１の予測信号変換信号とをモジュロー演算で加算して第１の局部復号変換信号を求める第１の加算器と、前記第２の量子化出力と前記第２の予測信号変換信号とを加算して第２の局部復号変換信号を求める第２の加算器と、前記第１及び第２の局部復号変換信号を合わせて逆直交変換して局部復号信号を求める逆直交変換器と、前記局部復号信号から予測信号を得る予測器と、前記予測信号をブロック毎に直交変換して前記低域成分に対応する前記第１の予測信号変換信号及び前記高域成分に対応する前記第２の予測信号変換信号を得る第２の直交変換器とを有することを特徴としている。
なお、前記適応量子化器は、前記第１の差分変換信号を量子化特性に従って量子化し、これを第３の量子化出力として出力すると共に、前記第３の量子化出力の量子化レベルより一つ下及び一つ上の量子化レベルの第４及び第５の量子化出力をそれぞれ出力する第２の量子化器と、前記第３〜第５の量子化出力のうち何れか１を前記第１の量子化出力として選択する切替器と、前記第３の量子化出力から前記第１の差分変換信号を減算して量子化誤差信号を出力する第３の減算器と、前記量子化誤差信号と前記変換信号を加算して前記仮の局部復号変換信号を出力する第３の加算器と、前記仮の局部復号変換信号が前記第１の差分変換信号と同じダイナミックレンジの範囲内にあるか否かを判断し、範囲内にある場合は前記切替器に前記第３の量子化出力を選択させ、オーバーフローする場合は前記切替器に前記第４の量子化出力を選択させ、アンダーフローする場合は前記切替器に前記第５の量子化出力を選択させる判定回路とを有することが望ましい。
【００１６】
上述の適応量子化直交変換符号化方式は画像伝送装置に用いるのに適している。
【００１７】
【作用】
上述した適応量子化直交変換符号化方式によると、予測誤差信号を直交変換符号化した変換信号を量子化して符号化伝送する方式において、量子化器のダイナミックレンジは従来より半分の量子化特性を有する適応量子化器を用いて量子化することが可能となる。換言すると、従来と同等の量子化の効果が得られる量子化特性を、従来より少ない量子化レベルで構成することが可能となり、量子化出力は少ないビット数で表すことができるため符号化伝送するビット数が少なくて済む。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る適応量子化直交変換符号化方式を説明するためのブロック図である。
【００１９】
８ビットのディジタル入力信号Ｘ（−１２８〜１２７）は、直交変換器１に供給され、８サンプル８ラインの６４画素（Ｘ１１〜Ｘ８８）を１ブロックとしてブロック毎に直交変換して、６４の変換信号（Ｘｔ１１〜Ｘｔ８８）を出力する。変換信号は１１ビットのダイナミックレンジを有し、モジュロー演算の減算器２と適応量子化器３に供給される。直交変換器８は直交変換器１と同じ機能を有し、予測器７から出力される予測信号Ｐを６４画素のブロック毎に直交変換して１１ビットのダイナミックレンジを有する６４の予測変換信号Ｐｔを出力し、減算器２と加算器５へ供給する。減算器２はブロック毎に変換信号から予測変換信号を１１ビットのモジュロー演算で減算して１１ビットのブロック毎の差分変換信号Ｅｔを出力する。
【００２０】
差分変換信号Ｅｔのダイナミックレンジは変換信号Ｘｔと同じ１１ビットのダイナミックレンジを有し、差分変換信号を量子化する適応量子化器３のダイナミックレンジも同じ１１ビットでよく、従来の１２ビットより１ビット少ない。すなわち８ビットの差分信号（予測誤差信号）を直交変換した差分変換信号を量子化器で量子化する事と等価になる。
【００２１】
差分変換信号Ｅｔは適応量子化器３へ供給され差分変換信号をブロック毎に各変換に対応した量子化特性で適応的に量子化して量子化出力Ｑｔを出力する。
【００２２】
適応量子化器３は１１ビットのダイナミックレンジの量子化特性を有し、予め定められた量子化特性に従って差分変換信号Ｅｔを量子化して対応する量子化レベルを仮の量子化出力Ｑｔとして出力するとともに、１つ上の量子レベルＱ+ と１つ下の量子化レベルＱ- を合わせて出力する。仮の量子化出力Ｑｔから差分変換信号Ｅｔを減算して量子化誤差信号Ｎｔ（＝Ｑｔ−Ｅｔ）を求め、変換信号Ｘｔと加算し、仮の局部復号変換信号Ｙｔ（＝Ｐｔ＋Ｑｔ＝Ｘｔ＋Ｎｔ）を求める。そして、仮の局部復号変換信号が１１ビットのダイナミックレンジ内に有るか否かを判定し、範囲内の場合は、仮の量子化出力Ｑｔを真の量子化出力として出力し、オーバフローするときは１つ下の量子化レベルを選択して真の量子化出力とし、アンダーフローする場合は１つ上の量子化レベルを選択して真の量子化出力し、符号変換器４とモジュロー演算の加算器５へ供給する。
【００２３】
符号変換器４は量子化出力の各レベルをブロック毎に符号化して伝送路に送り出す。
【００２４】
加算器５は量子化出力Ｑｔと予測変換信号Ｐｔとをモジュロー加算して１１ビットの局部復号変換信号Ｙｔを得る。局部復号変換信号のダイナミックレンジは変換信号Ｘｔのダイナミックレンジと同じ１１ビットである。
【００２５】
逆直交変換器６は直交変換器１の直交変換特性の逆変換特性を有し、ブロック毎に局部復号変換信号を逆変換して局部復号信号Ｙを出力する。局部復号信号は直交変換の演算誤差でのオーバフローを抑えるためクリッピングを行い入力信号と同じ８ビットのダイナミックレンジに振幅制限され、予測器７へ供給される。
【００２６】
予測器７は予測特性に従って局部復号信号から次の予測信号をブロック毎に求めて出力する。
【００２７】
予測器７は動き補償予測を行う機能を有し、ブロック毎に、次の入力ブロックに対してマッチング法で最適な動きベクトルを求めて、動き補正した予測信号を出力する。動きベクトルは量子化出力信号と共に符号化して受信側に送られる。
【００２８】
局部復号変換信号を逆直交変換しないで予測を行う事も考えられるが、変換信号のドメインでは信号が変換されているので効率の良い予測が行えない。
【００２９】
直交変換器８は直交変換器１と同じ機能を有し、離散コサイン変換ＤＣＴにより８サンプル×８ラインの画素を１ブロックとしてコサイン変換を行ない、１１ビットの予測変換信号Ｐｔを出力し減算器３と加算器６へ供給する。
【００３０】
次に直交変換器１および８の変換特性について述べる。
【００３１】
８行８列のＤＣＴ変換は、８×８の１次元の変換に分離可能な２次元離散コサイン変換を行う。８行８列の１ブロックの信号をｆ(x,y) （Ｘ１１〜Ｘ８８に相当）、８行８列の変換信号をＦ(u,v) （Ｘｔ１１〜Ｘｔ８８に相当）とすると、変換信号Ｆ(u,v) はＴＴＣ標準ＪＴ−Ｈ２６１に示される次式で与えられるものを用いる。
【００３２】
Ｆ(u,v) ＝１／４Ｃ(u) Ｃ(v) Σx Σy ｆ(x,y)
COS ((π（2x＋1)ｕ／１６))COS ((π（2y＋1)ｖ／１６)
但し、ｘ，ｙ，ｕ，ｖ＝０，１，２，…，７
ｘ，ｙ＝画素領域における空間座標
ｕ，ｖ＝変換領域における座標
Ｃ(u) ＝１／√２    ｕ＝０の場合
Ｃ(v) ＝１／√２    ｖ＝０の場合
Ｃ(u) ，Ｃ(v) ＝１    上記以外
（注）変換されるブロックに対して、ｘ＝０はブロックの左端、ｙ＝０はブロックの上端にそれぞれ対応する。
【００３３】
なお、逆直交変換器６が有する逆変換特性は次の様になる。
【００３４】
ｆ(x,y) ＝１／４Σu Σv Ｃ(u) Ｃ(v) Ｆ(u,v)
COS ((π（2x＋1)ｕ／１６)) COS((π（2y＋1)ｖ／１６)
但し、ｘ，ｙ，ｕ，ｖ＝０，１，２，…，７
ｘ，ｙ＝画素領域における空間座標
ｕ，ｖ＝変換領域における座標
Ｃu ＝１／√２    ｕ＝０の場合
Ｃv ＝１／√２    ｖ＝０の場合
Ｃu ，Ｃv ＝１    上記以外
この変換を行うと、変換信号Ｆは３ビットダイナミックレンジが広がった信号となる。
【００３５】
すなわち信号ｆが８ビットの場合、変換信号Ｆは１１ビットのダイナミックレンジとなる。従来の差分符号化では、８ビットの入力信号Ｘから８ビットの予測信号Ｐを減算して求めた差分信号Ｅは９ビットであるので、９ビットの差分信号を直交変換した変換信号は１２ビットのダイナミックレンジとなる。換言すると、従来例では、差分変換信号は１２ビットのダイナミックレンジとなり、この変換信号を量子化するには量子化特性は１２ビットのダイナミックレンジが必要となった。
【００３６】
一方、本発明では、８ビットの信号を直交変換した１１ビットの変換信号をモジュロー減算した１１ビットの差分変換信号Ｅｔを量子化すればよく、量子化特性のダイナミックレンジは従来に比べて半分の（１ビット少ない）１１ビットのレンジですむことになる。
【００３７】
図２に適応量子化器３の具体的構成例を示す。
【００３８】
適応量子化器３の入力１６へ入力された１１ビット（−１０２４〜１０２３）の差分変換信号Ｅｔは量子化器１１と減算器１２へ供給される。量子化器１１は１１ビットのダイナミックレンジを有し予め定められた量子化特性に従って入力信号を量子化し、あるレベルに量子化された１１ビットの量子化出力を出力する。それと共に、量子化器１１は量子化出力Ｑより１つ上の量子化レベルの信号Ｑ+ と、量子化出力Ｑより１つ下の量子化レベルの信号Ｑ- もあわせて出力し切替器１３へ供給する。減算器１２は量子化出力Ｑから入力信号Ｅｔを減算して量子化により加算された量子化雑音Ｎを求め加算器１４へ供給する。加算器１４は入力１７から入力された入力信号Ｘｔと量子化雑音Ｎとを加算して１２ビットの仮の局部復号変換信号Ｙｔを求める。
【００３９】
判定回路１５は仮の局部復号変換信号が１１ビットのダインミックレンジの範囲内かまた範囲を越えてオーバフローしているかあるいはアンダーフローしているを判定して、判定結果により切替え制御信号を切替え器１３に供給する。判定は上位２ビットの状態を見て判定する事ができる。０１であればオーバフロー、１０であればアンダーフロー、００または１１であれば１１ビットのダイナミックレンジ（−１０２４〜１０２３）の範囲であることがわかる。切替え器１３は、制御信号に従って、仮の局部復号変換信号Ｙｔがオーバフローする場合はＱ-の量子化レベルをアンダーフローする場合はＱ+ の量子化レベルを、レンジ内の場合はＱの量子化レベルを選択して出力１８へ出力する。
【００４０】
量子化特性を座標（Ｅ，Ｑ）で表して、ＥｉB 〜ＥｉT の範囲の時量子化入力に対してＱｉの量子化レベルを出力するとしたとき、量子化器１１の量子化特性は、（Ｑｉ，Ｑｉ）を満たす点が必ず存在する量子化特性を有する。換言すると、ある量子化レベルの左端ＥｉB はＱ＝Ｅの直線より上に、右端ＥｉT はＱ＝Ｅの直線より下になる。
【００４１】
量子化器がこのような量子化特性を有するとき、入出力変換特性は、入力信号Ｅｉが｛ＥｉB 〜ＥｉT ）の範囲の信号であるとＱｉの量子化レベルを出力し、この時量子化雑音（Ｑｉ−Ｅｉ）は正または負の値で、入力がＥｉB 〜Ｑｉの範囲では正の量子化雑音、Ｑｉ〜ＥｉT の範囲では負の量子化雑音になる。
【００４２】
しかし、Ｅｉが｛ＥｉB 〜ＥｉT ）の範囲に有るとき強制的に１つ上の量子化レベルを出力すると、前述の量子化特性の特性より量子化雑音は必ず正の値となる。同様に強制的に１つ下のレベルを出力すると量子化雑音は必ず負の値となる。
【００４３】
このことより、局部復号信号Ｙ（＝Ｘ＋Ｎ）がオーバフローする時は、１つ下の量子化レベルを出力すれば量子化雑音Ｎは負の値であるので、局部復号信号はＹ＝Ｘ＋Ｎ≦Ｘとなりオーバフローはしなくなる。アンダーフローするときは、１つ上の量子化レベルを出力すれば量子化雑音は正の値であるので、局部復号信号はＹ＝Ｘ＋Ｎ≧Ｘとなりアンダーフローはしなくなる。
【００４４】
予測符号化の加減算をモジュロー演算している事より、量子化レベルが最上位の時の１つ上の量子化レベルは最下位の量子化レベルとなる。量子化レベルが最下位の時の１つ下の量子化レベルは最上位の量子化レベルとなる。
【００４５】
量子化器１１の量子化特性は、６４の変換信号の各信号に対して各々定める事ができる。変換信号の内、低域成分は統計的に振幅が大きくなると期待されるのでレベル数を多く割り当て、１１ビットの範囲を全てカバーした量子化特性を用いる。高域成分は統計的に振幅が小さく発生頻度も少ないと期待されるので低域成分に比べると、レベル数は少なく配分し、量子化特性の最大量子化レベルの振幅は小さく、最小量子化レベルも粗くする。各量子化特性は、予測誤差変換信号は頻度分布が０に集中するので、振幅が小さいところは細かく量子化し、振幅が大きいところは粗く量子化する特性を有する。
【００４６】
このような量子化特性を用いる事により、統計的に平均の量子化雑音を低くする事が期待できる。
【００４７】
各量子化レベルを可変長符号化（エントロピー符号化）する場合は、各レベルの発生頻度に応じた可変長符号が用いられると、レベル数が多くなっても効率的な符号化が可能であるが、量子化レベル数の制限が必要となるのは、シーンチェインジで情報が多く発生して情報の発生が多すぎる時に効率的な符号化を行うのに必要となる。
【００４８】
次に図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る適応量子化直交変換符号化方式を説明する。
【００４９】
予測誤差信号の変換信号は高域成分になるに従って、振幅の大きさは減少するため、量子化器において高域成分の量子化特性は、最大量子化レベルＱmax を−１０２４，１０２３に比べてかなり小さく設定する事がある。この場合には、最大量子化レベルＱmax から〜１０２４迄の範囲はすべてＱmax に量子化されることになる。適応量子化によって過渡応答特性を改善しようとしても、最大量子化レベルが小さくて、量子化特性がそのレンジの全体をカバーしていないでレンジの途中迄しかカバーしない場合は、適応量子化の効果が薄れる事になる。
【００５０】
一方、適応量子化器は従来の量子化器と比べて構成が複雑である。
【００５１】
そこで、直交変換器１の変換信号のうち振幅が大きく直流成分に近い変換信号に対しては適応量子化を行い、振幅が小さくなる高域成分に近い変換信号は従来の量子化を行うように構成して、構成が簡単で過渡応答特性の優れた高品質な直交変換符号化が行える。
【００５２】
直交変換器１でブロック毎に直交変換して出力された６４の各１１ビットの変換信号のうち、低域成分の変換信号で適応量子化を行うと定められた変換信号は１１ビットのモジュロー演算の減算器２２および適応量子化器２４へ供給される。高域成分の変換信号で従来の量子化を行う変換信号は直交変換器１から減算器２３に供給される。直交変換器８は直交変換器１と同じ機能を有し、１ブロック毎に予測信号を直交変換して得た予測変換信号のうち、低域成分で適応量子化を行う予測変換信号は１１ビットのモジュロー演算の減算器２２へ供給し、高域成分で従来の量子化を行う予測変換信号は１２ビットの減算器２３へ供給される。
【００５３】
減算器２２は１１ビットの変換信号と同じダイナミックレンジでモジュローの減算処理を行い、１１ビットの低域成分の差分変換信号を出力し適応量子化器２４へ供給する。
【００５４】
減算器２３は高域成分の変換信号を１２ビットで通常の減算処理を行い、ダイナミックレンジが低域成分に比べて１ビット広い１２ビットの差分変換信号を出力し、量子化器２５へ供給する。
【００５５】
適応量子化器２４は１１ビットのダイナミックレンジの量子化特性を有し、変換信号の低域成分と低域成分の差分変換信号を入力として適応的に低域成分の差分変換信号を量子化して、低域成分の変換信号の量子化出力信号を出力し、符号変換器２６とモジュロー演算の加算器２７へ供給する。量子化器２５は１２ビットのダイナミックレンジを有し、量子化特性に従って高域成分の差分変換信号を量子化で量子化出力信号を出力し、符号変換器２６と加算器２８へ供給する。
【００５６】
符号変換器は低域成分と高域成分の量子化出力レベルをブロック毎に符号化して伝送路に送り出す。
【００５７】
加算器２７は１１ビットのモジュロー演算の加算を行い１１ビットの低域成分の局部復号変換信号を出力し逆直交変換器６へ供給する。加算器２８は１２ビットの加算を行い１２ビットの高域成分の局部復号変換信号を出力し、量子化誤差によるオーバフローを抑えるため１１ビットに振幅をリミットしてから逆直交変換器６へ供給する。
【００５８】
逆直交変換器６は低域と高域の局部復号変換信号を合わせ、１ブロック毎に逆直交変換を行い局部復号信号を得る。局部復号信号は変換誤差の影響で８ビットのレンジを越えないようにクリップされて、予測器７へ供給される。
【００５９】
予測器７は予め定めた予測特性に従ってブロック毎の予測信号を求め、直交変換器８へ供給する。
【００６０】
直交変換器８は直交変換器１と同じ機能を有し、予測信号を直交変換して１１ビットの予測変換信号を出力し、低域成分の予測変換信号は減算器２２と加算器２７へ、高域成分の予測変換信号は減算器２３と加算器２８へ供給する。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、直交変換した変換信号を予測差分符号化して、変換信号の差分信号を適応的に量子化する方法により、量子化特性のダイナミックレンジを従来の半分の量子化特性にする事が出来るため、量子化出力を符号化するビット数が少なくでき、効率よく符号化伝送できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る適応量子化直交変換符号化方式を説明するためのブロック図。
【図２】図１を参照して説明した適応量子化直交変換符号化方式に使用された適応量子化器の具体的構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る適応量子化直交変換符号化方式を説明するためのブロック図。
【図４】従来のフレーム間予測直交変換符号化の構成を示すブロック図。
【図５】従来の適応量子化を用いたＤＰＣＭ（予測符号化）の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１，８，３２    直交変換器
２，１２，２２，２３，３１，４１    減算器
３，４２    適応量子化器
１１，２５，３３    量子化器
４，２６，３４，４３    符号変換器
５，１４，２７，２８，３６，４４    加算器
６，３５    逆直交変換器
７，３７，４５    予測器
１３    切替器
１６，１７    入力端子
１８    出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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