(57)【要約】【課題】　予測符号化装置と予測複号化装置とを多段に接続した場合に、各々の予測符号化装置で同期して予測器の初期値化の処理を行わなくても、１段目で予測符号化復号化された画像信号に対して、２段目以降で予測符号化復号化を繰り返した時に予測符号化による量子化雑音が累積して行かない様に出来る予測符号化装置を提供すること。【解決手段】　整数値の予測誤差信号を量子化して整数値の量子化出力信号を生成する予測誤差信号量子化手段１２を含む予測符号化装置１において、前記予測誤差信号量子化手段が、前記予測誤差信号の振幅が小さい範囲では該予測誤差信号をそのまま前記量子化出力信号として出力し、且つ前記量子化出力信号と等しい値の前記予測誤差信号に対してはそのままの値を出力する量子化特性を有しているものであることを特徴とする予測符号化装置。【選択図】　図１
2004007817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル画像信号を予測符号化して伝送するのに符号化復号化を多段に繰り返して行うシステムを構成し、前段の予測符号化装置で予測符号化した画像信号を更に復号化したディジタルの画像信号を入力画像信号として予測符号化する予測符号化装置において、
　前記入力画像信号には水平同期区間を示す平坦な信号部分を含むものとし、
　前記前段の予測符号化装置で用いた予測特性と同じ特性に従って局部復号信号から予測信号を出力するものとし、当該予測信号が小数点以下の値を有する場合には小数点以下の値を量子化して整数値として予測信号を出力する手段と、
　前記入力画像信号から前記予測信号を減算して予測誤差信号を出力する手段と、
　前記前段の予測符号化装置で用いた量子化特性と同じであって、その特性は、予め定めた範囲の小振幅の予測誤差信号が入力された場合にはそのままの値を出力し、かつ前記予測誤差信号を量子化して得られる量子化出力信号と同じ値の前記予測誤差信号が入力された時にはそのまま量子化出力信号とする特性とし、この特性に従って前記予測誤差信号を量子化して整数の量子化出力信号を出力する量子化手段と、
　前記量子化出力信号を符号化して送り出す手段と、
　前記量子化出力信号と前記予測信号とから整数の前記局部復号信号を得る手段と、を備え、
　ディジタルベースで予測符号化復号化を多段に繰り返して行う過程で、前記水平同期区間を示す平坦な部分の入力画像信号が入力されると小振幅の前記予測誤差信号は前記量子化手段からそのまま出力し、各段における予測器が出力する予測信号を一致させることで２段目以降では予測符号化による量子化歪みが何も累積しないようにしたことを特徴とする予測符号化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、テレビ信号を予測符号化して伝送するのに符号化復号化を多段に繰り返して行うシステムの予測符号化装置及び予測複合化装置に関し、特にディジタルベースで多段に接続して符号化復号化を繰り返しても予測符号化による量子化雑音が２段目以降で何も累積しない様にした予測符号化装置及び予測複合化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　テレビ信号を予測符号化して得られる符号化圧縮データの信号をディジタルＶＴＲ（ビデオテープレコーダー）に一旦記録し、その後ＶＴＲから記録された圧縮データ信号を読みだして復号化し、復号信号を編集して再び予測符号化してＶＴＲに記録する場合、予測符号化復号化がディジタルベースで多段に繰り返されることになり、予測符号化における量子化雑音がＶＴＲでダビングを繰り返すたびに増加するという欠点が有った。
【０００３】
　また、これを改善する方法として多段に接続しても２段目以降では予測符号化による量子化雑音が累積しない方法として、特開昭５８−１１４６８３号公報に示される予測符号化装置がある。
【０００４】
　この従来例では、すべての予測器を同期して初期化する必要が有った。
【０００５】
　従来例の構成を、図面を用いて説明する。図５に従来例のブロック構成を、図６に量子化器２１１の量子化特性を、図７に予測器２１３の具体的構成例を示す。
【０００６】
　Ａ／Ｄ変換器２０５で複合カラーテレビ信号はカラーサブキャリアの３倍の周波数で標本化され、予測符号化装置２０１の減算器２１０で予測誤差信号ｅが求められ、量子化器２１１で図６の量子化特性にしたがって量子化され、符号変換器２１６および加算器２１２へ送られる。加算器２１２で局部復号信号が求められると、予測器２１３で予測関数にしたがって次の標本化時刻の予測値を求める。予測効率の良い予測関数Ｐとして次のＺ関数、Ｐ＝０．５Ｚ-1＋Ｚ-3−０．５Ｚ-4、で示されるものがある。この予測関数を持つ予測器２１３の具体的構成例を図７に示す。
【０００７】
　多段接続したときに予測器の初期値の同期化を行うため予測器のレジスタ２３２〜２３５の初期値化を行う。水平同期信号Ｈが入力されるたびに、レジスタのＢの入力端子に初期値としてあらかじめ定められた値のＸａ或いはＸｂの信号が取り込まれる。
【０００８】
　符号変換器２１６では量子化出力を伝送符号に変換して出力し、予測復号化装置２０２へ送る。符号逆変換器２１７は伝送符号から量子化出力信号を再生し、加算器２１４で復号信号を求め、次の段の予測符号化装置２０３へ送ると共に、予測器２１５へ送られ、次の予測信号が求められる。予測器２１５は予測器２１３と同じ構成で、水平同期信号の始め毎に初期化が行われる。予測符号化装置２０３は予測符号化装置２０１と、予測復号化装置２０４は予測復号化装置２０２とそれぞれ同じ構成であり、同じ動作を行い、水平同期信号の始め毎に予測器の初期化が行われる。
【０００９】
　これにより、予測符号化装置２０３では予測符号化装置２０１で行われたとまったく同じ動作で符号化処理を行い、量子化器２２１から出力される信号は量子化器２１１から出力される量子化出力信号に一致し、加算器２２２から出力される局部復号信号は加算器２１２から出力される局部復号信号と一致し、これは入力信号に一致する。同様に予測復号化装置２０４は予測復号化装置２０２で行われたとなったく同じ動作を繰り返して復号化処理を行い、加算器２２４から出力される復号信号は加算器２２２から出力される局部復号信号に一致する。
【００１０】
　すなわち１段目の復号信号は、言い替えると２段目の入力信号は、２段目の復号信号と一致する。すなわち多段に接続しても２段目以降では予測符号化による量子化雑音が何も累積しない。
【００１１】
【特許文献１】特開昭５８−１１４６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
　上述した従来例では、この方法は、あらかじめ定められた周期でそれぞれの装置の予測器の初期値化が必要であり、この初期値化の手段は、予測符号化装置と予測復号化装置を繰り返して多段に接続するシステムを構成する上で制限事項となり、また初期値化の手段が必要で有るという欠点があった。
【００１３】
　本発明は、従来の予測器符号化装置の欠点をなくす予測符号化装置を提供するものである。すなわち、本発明の目的は、多段に接続された場合に、各々の予測符号化装置で同期して予測器の初期値化の処理を行わなくても、１段目で予測符号化復号化された画像信号に対して、２段目以降で予測符号化復号化を繰り返した時に予測符号化による量子化雑音が何も累積して行かない様に出来る予測符号化装置を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
　本発明によれば、デジタル画像信号を予測符号化して伝送するのに符号化復号化を多段に繰り返して行うシステムを構成し、前段の予測符号化装置で予測符号化した画像信号を更に復号化したディジタルの画像信号を入力画像信号として予測符号化する予測符号化装置において、前記入力画像信号には水平同期区間を示す平坦な信号部分を含むものとし、前記前段の予測符号化装置で用いた予測特性と同じ特性に従って局部復号信号から予測信号を出力するものとし、当該予測信号が小数点以下の値を有する場合には小数点以下の値を量子化して整数値として予測信号を出力する手段と、前記入力画像信号から前記予測信号を減算して予測誤差信号を出力する手段と、前記前段の予測符号化装置で用いた量子化特性と同じであって、その特性は、予め定めた範囲の小振幅の予測誤差信号が入力された場合にはそのままの値を出力し、かつ前記予測誤差信号を量子化して得られる量子化出力信号と同じ値の前記予測誤差信号が入力された時にはそのまま量子化出力信号とする特性とし、この特性に従って前記予測誤差信号を量子化して整数の量子化出力信号を出力する量子化手段と、前記量子化出力信号を符号化して送り出す手段と、前記量子化出力信号と前記予測信号とから整数の前記局部復号信号を得る手段と、を備え、ディジタルベースで予測符号化復号化を多段に繰り返して行う過程で、前記水平同期区間を示す平坦な部分の入力画像信号が入力されると小振幅の前記予測誤差信号は前記量子化手段からそのまま出力し、各段における予測器が出力する予測信号を一致させることで２段目以降では予測符号化による量子化歪みが何も累積しないようにしたことを特徴とする予測符号化装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
　本発明は、予測符号化装置及び予測復号化装置を多段に接続した場合に、従来例のように各々の予測符号化装置および予測復号化装置で同期化して各予測器を初期値化する必要があったが、本発明では、水平同期信号等の平坦部で入力信号と同じ信号が（局部）復号信号に得る事が出来るようにし、等価的に初期化行う事により、１段目で予測符号化復号化された画像信号に対して、２段目以降で予測符号化復号化を繰り返しても２段目以降では量子化雑音が何も累積しない様に出来る予測符号化装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
　次に本発明について図面を参照して説明する。図１に本発明の一実施例のブロック構成を示す。
【００１７】
　Ａ／Ｄ変換器５に入力されたＮＴＳＣ複合カラーテレビ信号は、カラーサブキャリアｆscの３倍の周波数（３・ｆsc）で８ビットのＰＣＭ信号（−１２８〜１２７の値）に標本化され、予測符号化装置１の減算器（減算手段）１１に送られ、予測信号との差分が行われて予測誤差信号Ｅを求め、量子化器（予測誤差信号量子化手段）１２に送られ、あらかじめ定められた量子化特性にしたがって予測誤差信号Ｅを量子化して量子化出力信号Ｑを出力し、符号変換器１６および加算器（加算手段）１３へ供給する。
【００１８】
　量子化１２は図２に示す量子化特性を有し、小振幅の予測誤差信号は入力信号と同じ精度でそのまま出力し、かつ、整数値の量子化出力信号と同じ値が予測誤差信号として入力されると同じ値をそのまま量子化出力信号として出力する特性を有する。
【００１９】
　加算器１３では量子化出力信号と予測信号とが加算され、局部復号信号が求められ、予測器（予測手段）１４へ供給され、予測関数にしたがって次の標本化時刻の予測値を求める。
【００２０】
　標本化周波数が３・ｆscの時、複合カラーテレビ信号を直接予測符号化する場合に、予測効率の良い予測関数Ｐとして次のＺ関数、Ｐ＝０．５Ｚ-1＋Ｚ-3−０．５Ｚ-4、で与えられるものがある。この予測関数の係数は小数点以下の値を持ち、したがって求められた予測値は小数点以下の値を持つ事になる。小数点以下の演算は、係数の精度にもよるが、例えば小数点以下４ビットの精度で計算する。
【００２１】
　入力のＰＣＭ信号は８ビットで示される整数値を有するため、局部復号信号も整数値となるようにする。このため量子化回路（予測信号量子化手段）１５は予測器１４からの予測値を四捨五入等により小数点以下を量子化して整数の予測値とし、次の予測信号として出力して、減算器１１および加算器１３へ供給する。加算器１３では量子化出力信号Ｑおよび予測信号が整数値であるので局部復号信号も整数値となる。
【００２２】
　テレビ信号の水平同期区間のバックポーチは輝度信号のレベルがほぼ一定でＰＣＭ信号値もほぼ一定の値となる。この部分では予測器で予測される予測信号は入力ＰＣＭ信号と良く一致し、したがって両者の差分の予測誤差信号は０または振幅の小さい整数値となる。量子化器１２の量子化特性が小振幅の予測誤差信号はそのまま出力する特性に定められているため、予測信号と量子化出力信号を加算して得られる局部復号信号は、予測誤差信号が小さい範囲では、入力ＰＣＭ信号に一致する。
【００２３】
　すなわち、局部復号信号を、したがって復号信号を、入力信号に一致させる事が出来るということは、予測器のレジスタの値を決められた値に設定でき、したがってそれ以降の予測値は各予測器で一致させることができ、それによって初期化が行えることになる。
【００２４】
　なお、多段接続の為に必要な初期化の方法の説明は特開昭５８−１１４６８３号公報に詳しく示される。
【００２５】
　符号変換器（符号変換手段）１６では量子化出力信号を伝送符号に変換し、復号化に必要な信号をつけ加えて出力し、予測復号化装置２へ供給する。以上が、予測符号化装置１の動作である。
【００２６】
　予測復号化装置２の動作は次の通りである。符号変換器１６から送られてきた信号は符号逆変換器（符号逆変換手段）２１で符号変換器１６の逆の処理が行われ、伝送符号から量子化出力信号を再生し、加算器（加算手段）２２に供給する。加算器２２は予測信号と量子化出力信号を加算して復号信号を求め出力端子２６へ出力すると共に予測器（予測手段）２３へ供給する。
【００２７】
　予測器２３は予測器１４と、量子化回路（予測信号量子化手段）２４は量子化回路１５と、各々同じ構成で同じ機能を有し、復号信号から予測関数にしたがって次の予測値を求め量子化回路２４に送り、整数に量子化した予測信号を出力し、加算器２２に供給する。
【００２８】
　伝送路エラー等がなければ復号信号は予測符号化装置１の局部復号信号と一致する。
【００２９】
　すなわち、水平同期区間等や画像の変化の少ない平坦部では、予測器の予測信号がうまく当たるため、予測誤差信号は小振幅となり、図２の量子化特性によれば小振幅では量子化雑音は発生しないので、予測符号化復号化されて再生された復号信号は入力ＰＣＭ信号と一致する。言い替えると情報保存して符号化される。
【００３０】
　伝送路エラーが有っても正しく復号化するためには、エラーの伝搬を止める必要がある。１つの方法は、エラーがしだいにリークして０となるようにするため予測器の利得を１より小さい値にしてリーク積分を行う。すなわち予測器の直流成分の利得を１より小さくすればよい。このためには例えば予測関数として前述のものでなく変わりに、リーク係数ｋとしてｋ＝（１−２-4）を掛け、Ｐ＝（１−２-4）（０．５Ｚ-1＋Ｚ-3−０．５Ｚ-4）の関数を用いれば、伝送路エラーが有っても復号信号に含まれるエラー信号は次第にリークされて０となり正しい復号信号が得られ、送受で復号信号が一致する。
【００３１】
　もう１つの方法は、適当な周期で送信側と受信側の予測器のレジスタの値を決められた初期値となるようにリセットして、次の予測信号が送受で一致するようにする。伝送路のエラーの発生頻度に応じて、フレームに１回とか数十ラインに１回とか行う。エラー伝送阻止のためのリセットは予測符号化復号化の各段で独立に行えば良く、一致して行う必要はない。伝送路のエラーレートが各段で異なる時は、１段目と２段目で異なる周期でリセットを行ってもかまわない。
【００３２】
　１段目の予測符号化装置１および予測符号化装置２で符号化復号化されて得られた復号信号は、２段目の予測符号化装置３および予測復号化装置４に供給され、符号化復号化が行われる。
【００３３】
　予測符号化装置３および予測復号化装置４は１段目の予測符号化装置１および予測復号化装置２と同じ構成で同じ動作を行う。すなわち予測符号化装置３の減算器１１、量子化器１２、加算器１３、予測器１４、量子化回路１５、符号変換器１６は、１段目の予測符号化装置１の各部と同じ構成で同じ動作をする。同様に、予測復号化装置４の符号逆変換器２１、加算器２２、予測器２３、量子化回路２４は、予測復号化装置１の各部と同じ構成で同じ動作をする。
【００３４】
　水平同期信号の区間等の平坦部で信号変化の少ない所は情報保存して符号化されるため、平坦部においては、１段目の予測符号化装置１へ入力されたＰＣＭ信号と同じ値の信号が予測復号化装置の出力に得られ、再び２段目の予測符号化装置３の入力ＰＣＭ信号として入力される。
【００３５】
　すなわち平坦部において、入力信号が一致する事より、予測器１４の内部レジスタの値が１段目と２段目で一致し、その後は、１段目と２段目は同じ予測信号を出力する。また２段目の入力信号と１段目の局部復号信号が等しいことにより、２段目の減算器１１から出力される予測誤差信号は、１段目の量子化出力信号と一致した値となる。
【００３６】
　予測誤差信号は量子化器１２に供給され、図２に示す量子化特性で量子化されるが、量子化出力信号の値を持つ入力信号はそのまま出力される特性であり、１段目の量子化出力信号と一致した値の量子化出力信号が出力され、加算器１３に供給される。
【００３７】
　加算器１３に入力される予測信号と量子化出力信号が１段目と２段目で一致する事により、加算器１３から出力される局部復号信号も１段目と２段目が一致した値となる。
【００３８】
　すなわち、１段目では、量子化雑音が生じたが、２段目では量子化雑音は発生せず、２段目の予測符号化装置３においては局部復号信号と入力信号は一致し、予測復号化装置４は予測復号化装置２とまったく同様の動作を行い、予測符号化装置３の局部復号信号と同じ値の信号を復号する。
【００３９】
　したがって、２段目以降は、何段接続しても、２段目と動作となり、入力信号と同じ信号を復号信号として得る事が出来る。すなわち多段に接続しても、２段目以降では量子化雑音は累積しない事になる。
【００４０】
　量子化器１２の量子化特性として他の例を示す。４ビットの量子化器ＡおよびＢを画像信号の領域によって切り換える構成である。
【００４１】
　量子化特性Ａの圧伸則は正負対称のＭＴ（ミッドトレッド）型で、ステップ幅は０，１，１，１，３，７，１５，３１で、最大量子化ステップは５９、量子化レベル数は１５の特性を有する。これは平坦部に適した量子化特性で、情報保存の符号化が行えるように、小振幅の予測誤差（−３〜３）に対してはそのまま量子化出力信号として出力される特性である。
【００４２】
　量子化特性Ｂの圧伸則は正負対称のＭＴ型で、ステップ幅０，１，３，７，１５，２９，２９，２９で、最大量子化ステップは１１１３、量子化レベル数は１５の特性を有する。画像が大きく変化する領域に適した特性で、過渡応答特性が良くなるようダイナミックレンジを広く取って有る。
【００４３】
　なお、量子化特性の入力側の各閾値は量子化出力特性の前後の量子化レベルの中点に取る。量子化特性Ａおよび量子化特性Ｂの変換特性は、正負対称で正側のみ示すと次のようになる。伝送符号は量子化出力を４ビットの符号に変換する。Ｓは符号を示し正の時０、負の時１である。
量子化特性Ａ　　　　　　　　量子化特性Ｂ　　　　
予測誤差  量子化出力  伝送符号  予測誤差  量子化出力  伝送符号
0           0        0001       0           0        0001
1           1        001S     1〜 2         1        001S
2           2        010S     3〜 7         4        010S
3〜 4         3        011S     8〜18        11        011S
5〜 9         6        100S    19〜40        26        100S
10〜20       13        101S    41〜69        55        101S
21〜43       28        110S    70〜98        84        110S
44〜         59        111S    99〜         113        111S
　１水平走査の中で水平同期区間と画像区間とに分けて量子化特性を切り換える。水平同期区間では、量子化特性Ａで量子化を用い、水平同期区間の平坦部で予測器の初期化が行える様にし、画像区間では量子化特性Ｂを用いて過渡応答が良い量子化を行う。
【００４４】
　図４に量子化特性を切り換える場合の本発明の予測符号化装置７０と予測復号化装置８０の構成例を示す。
【００４５】
　予測符号化装置７０は予測符号化装置１と同様に構成される。同期分離回路７１は、アナログ画像信号あるいはディジタル画像信号から同期分離を行い水平同期信号をもとめ、制御回路７２で切り換えの制御信号を発生し、量子化器７６の切り換え器７５を制御する。量子化器Ａは量子化特性Ａを、量子化器Ｂは量子化特性Ｂを有する。符号変換器７７は量子化出力を伝送符号に変換するとともに、切り換えのタイミングが分かる様に同期情報を付加して出力する。
【００４６】
　予測復号化装置８０は予測復号化装置２と同様に構成される。符号逆変換器７８は同期情報を分離し制御回路で切り換えのタイミングの制御信号を発生し、符号逆変換器では切り換え信号にしたがって伝送符号から、量子化特性Ａまたは量子化特性Ｂの量子化出力を出力する。
【００４７】
　２段目以降では、同期分離回路７１はディジタル画像信号から同期分離をする他に、１段目の制御回路７９から同期信号の情報を得る構成も可能である。
【００４８】
　この切り換えの構成は、量子化ビット数が少なくて、水平同期区間で小振幅の予測誤差信号となる信号に対する情報保存の為の量子化と、画像区間でダイナミックレンジの広い量子化を行う両方を満足させる量子化特性として有効である。
【００４９】
　予測関数は標本化周波数によっても変わり、またフィールドやフレームの相関を用いるとさらに効率の良い予測が行える。
【００５０】
　量子化回路１５は予測信号に０．５を加算して小数点以下を切り捨てる構成によれば四捨五入が行える。しかしこの構成では加算器が必要となるので、予測器の加算器を共用する方法として、予測器１４へ入力される整数値の局部復号信号に直流成分信号として０．５を加算して置けば（小数点の下に１ビットつけ加えハイレベル信号とする）、予測器１４から得られた予測信号を量子化回路１５で小数点以下を単に切り捨てる事によって、等価的に四捨五入が行える。
【００５１】
　符号変換器では等長符号化の変わりに可変長符号化を用いればさらに符号化効率が上がる。
【００５２】
　多段接続の構成は、ディジタルＶＴＲに符号化データを書き込む場合の他、放送信号をデータ圧縮してディジタル伝送するのに、途中の中継局で画像信号のチェックや編集作業を伴って中継してディジタル伝送する場合、予測符号化復号化の多段の構成となり本発明の方式は有効となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。
【図２】図１の実施例の量子化器１２の具体的特性を示す図。
【図３】図１の実施例の予測器１４の具体的構成例を示す図。
【図４】本発明の他の実施例の予測符号化装置の構成を示すブロック図。
【図５】従来の実施例の構成を示すブロック図。
【図６】図５の従来の実施例の量子化器２１１の具体的特性例を示す図。
【図７】図５の従来の実施例の予測器２１３の具体的構成例を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
　　１，３，７０　予測符号化装置
　　２，４，８０　予測復号化装置
　　１１，　減算器
　　１２，７６　量子化器
　　１３，２２　加算器
　　１４，２３　予測器
　　１５，２４　量子化回路
　　１６，７７　符号変換器
　　２１，７８　符号逆変換器
【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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【図６】
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【図７】
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