(57)【要約】      （修正有）【課題】所定量子化ビット長の入力映像信号に対してより小なる量子化ビット長が要求される場合に入力映像信号の画質を維持した符号化及び復号化を可能とする。【解決手段】符号化装置は、所定量子化ビット長の入力映像信号を符号化して該所定量子化ビット長より小なる要求量子化ビット長の符号化データを出力する符号化装置であり、該入力映像信号を、該要求量子化ビット長に共に等しい量子化ビット長の２つの分割信号に変換し、該分割信号の一方を構成する量子化ビット列の複数の各々に所定周波数で符号反転する所定係数を乗算し、これと該分割信号の他方を構成する量子化ビット列の複数の各々とを加算して重畳信号を生成し、該重畳信号に該要求量子化ビット長に従った符号化を施して該符号化データを生成する。該復号化装置は、該符号化データを復号化して入力映像信号を復元する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量子化ビット長の入力映像信号を符号化して前記所定量子化ビット長より小なる要求量子化ビット長の符号化データを出力する符号化装置であって、
前記入力映像信号を、前記要求量子化ビット長に共に等しい量子化ビット長の２つの分割信号に変換する変換手段と、
前記分割信号の一方を構成する量子化ビット列の複数の各々に所定周波数で符号反転する所定係数を乗算し、これと前記分割信号の他方を構成する量子化ビット列の複数の各々とを加算して重畳信号を生成する加算手段と、
前記重畳信号に前記要求量子化ビット長に従った符号化を施して前記符号化データを生成する符号化手段と、
を含むことを特徴とする符号化装置。
【請求項２】
前記所定量子化ビット長は１０ビットであり且つ前記要求量子化ビット長は８ビットであり、
前記変換手段は、前記入力映像信号を構成する量子化ビット列の複数の各々を上位８ビット列と下位２ビット列との２つに分離し、前記２つのビット列の各々を、前記２つの分割信号として８ビットの量子化ビット列に変換することを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項３】
前記所定周波数は、前記入力映像信号の水平同期信号に同期した周波数であることを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項４】
前記所定係数は、１であることを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項５】
請求項１に記載される符号化データを復号して出力映像信号を出力する復号化装置であって、
前記符号化データを前記要求量子化ビット長に従った復号化を施して、前記重畳信号を復元する復号化手段と、
前記重畳信号から前記所定周波数の成分を遮断する遮断フィルタにより前記分割信号の他方を抽出すると共に、前記重畳信号から前記分割信号の他方を減算することにより前記分割信号の一方を抽出することにより、前記２つの分割信号を分離する分離手段と、
前記２つの分割信号を合成して、前記出力映像信号として、前記入力映像信号を復元する合成手段と、
を含むことを特徴とする復号化装置。
【請求項６】
前記合成手段は、前記分割信号の一方に前記所定周波数に同期して交互に変化する２つの所定係数を乗算し、これと前記分割信号の他方を加算することにより、前記入力映像信号を復元することを特徴とする請求項５記載の復号化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２（ＭＰＥＧ２）の如き規格により要求される要求量子化ビット長に従って入力映像信号を符号化する符号化装置、並びにかかる符号化がなされた符号化データを復号化する復号化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２に規定される国際規格は、一般にＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）２ビデオと呼ばれる映像符号化及び復号化方法の規格である（非特許文献１参照）。該規格に基づくデジタル放送伝送方式やＤＶＤビデオ記録再生方式が広く普及している。一方、通常の符号化装置及び復号化装置における符号化レートは自由に選択可能であり、放送用の高品質素材伝送のため高レート伝送や一般家庭向けの低レート伝送等の種々の用途において広範な符号化レートが使用されている。
【０００３】
しかしながら、いかに符号化レートを高くしても、ＭＰＥＧ２符号化における符号化対象となる被圧縮信号は８ビット量子化された信号とする前提があるため、それ以上の量子化精度の信号を得ることができず高品質映像の伝送ができないという問題がある。例えば、ＳＭＰＴＥ（Society of Motion Picture and Television Engineers）１２５Ｍ（ＳＤＴＶ）及び２７４Ｍ（ＨＤＴＶ）で規定された映像信号の量子化精度は１０ビットまで対応している。それに反して、ＳＤＴＶやＨＤＴＶの映像信号をＭＰＥＧ２符号化するには、量子化精度を１０ビットから８ビットに落とすことになって画質劣化が避けられなかった。
【０００４】
特許文献１に開示される量子化器は、ブロック化された入力データついて該ブロックを分割してなる特定領域毎に必要量子化ビットを決定し、これによりデータ表現を効率化し、画像データの画質を向上せしめることができるとする。
【非特許文献１】ISO/IEC13818-2, ITU-T Rec. H. 262
【特許文献１】特許第３２２５６６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、かかる従来技術は、映像データのダイナミックレンジに応じて量子化ビットの長さを動的に変更するものであって、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２の如き規定により画一的に要求量子化ビット長が要求される場合には適用することができない。
【０００６】
本発明の目的は、所定量子化ビット長の入力映像信号に対して、ＭＰＥＧ２の如きより小なる量子化ビット長が要求される場合にも、入力映像信号の量子化精度を維持した伝送を可能とする符号化装置及び復号化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による符号化装置は、所定量子化ビット長の入力映像信号を符号化して該所定量子化ビット長より小なる要求量子化ビット長の符号化データを出力する符号化装置であり、該入力映像信号を、該要求量子化ビット長に共に等しい量子化ビット長の２つの分割信号に変換する変換手段と、該分割信号の一方を構成する量子化ビット列の複数の各々に所定周波数で符号反転する所定係数を乗算し、これと該分割信号の他方を構成する量子化ビット列の複数の各々とを加算して重畳信号を生成する加算手段と、該重畳信号に該要求量子化ビット長に従った符号化を施して該符号化データを生成する符号化手段とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明による復号化装置は、上記の符号化データを復号して出力映像信号を出力する復号化装置であり、該符号化データを該要求量子化ビット長に従った復号化を施して、該重畳信号を復元する復号化手段と、該重畳信号から該所定周波数の成分を遮断する遮断フィルタにより該分割信号の他方を抽出すると共に、該重畳信号から該分割信号の他方を減算することにより該分割信号の一方を抽出することにより、該２つの分割信号を分離する分離手段と、該２つの分割信号を合成して、該出力映像信号として、該入力映像信号を復元する合成手段とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による符号化装置及び復号化装置によれば、入力映像信号の量子化精度を維持した伝送が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施例を示し、符号化装置及び復号化装置を含む全体の構成を示している。本実施例において、符号化装置１００は、量子化ビットを１０ビットとする入力映像信号を上位８ビットの８ビット信号と、下位２ビットの２ビット信号に分割し、該８ビット信号に該２ビット信号を重畳した後に符号化した符号化データを送信出力する。復号化装置２００は、該符号化データを受信し、これを復号化した後に８ビット信号と２ビット信号に分離し、これらを合成することにより元の１０ビットの映像信号を再生する。
【００１２】
符号化装置１００は、重畳用キャリア発生部１と、乗算器２と、重畳部３と、符号化部４とから構成される。入力映像信号は、ＳＤＴＶ（Standard Definition Television）またはＨＤＴＶ（High Definition Television）仕様の映像信号である。ＳＤＴＶの場合は、日本国内では、５２５ライン／５９．９４フィールド、２：１インタレースとする仕様であり、該映像信号は、輝度信号（Ｙ信号）、色差信号（Ｃｂ信号及びＣｒ信号）の３つのコンポーネント信号からなる。Ｙ信号は１３．５ＭＨｚの標本化周波数で１０ビット量子化され、Ｃｂ信号及びＣｒ信号の各々は６．７５ＭＨｚの標本化周波数でそれぞれ１０ビット量子化されている。ＨＤＴＶの場合は、ＳＤＴＶの場合と同様であるが、標本化周波数がＹ信号で７４．１８ＭＨｚとし、Ｃｂ信号及びＣｒ信号で３７．０９ＭＨｚとして１０ビット量子化されている点で異なる。以下の説明は、Ｙ信号における構成について説明されるが、Ｃｂ信号及びＣｒ信号においても同様の構成が実施される。
【００１３】
Ｙ信号１０ビットは、[y, 9:0]:[y9, y8, y7, y6, y5, y4, y3, y2, y1, y0]と表すものとする。Ｙ信号[y, 9:0]は、そのうちの上位８ビットの８ビット信号[y, 9:2]と、下位２ビットの２ビット信号[y, 1:0]とに分離される。８ビット信号[y, 9:2]は加算器３に入力され、一方の２ビット信号[y, 1:0]は乗算器２に入力される。乗算器２は、２ビット信号[y, 1:0]を重畳用キャリア発生部１からのキャリア信号ＣSに同期して変化する乗算係数で乗算して信号ＹLを生成する。重畳用キャリア発生部１は、入力映像信号からの水平／垂直同期信号を基にして周波数がｆH／２のキャリア信号ＣSを発生する。加算器３は、８ビット信号[y, 9:2]と、信号ＹLとを加算して重畳８ビット信号[y', 9:2]を生成し、これを符号器４に入力する。符号器４は、例えば、ISO/IEC13818-2, ITU-T Rec. H. 262の規格に基づいて、８ビット量子化による通常のＭＰＥＧ２の符号化を行い符号化データを生成して外部に送信する。
【００１４】
復号化装置２００は、復号器５と、キャリア除去フィルタ６と、遅延素子７と、減算器８と、分離用キャリア発生部９と、乗算器１０と、相関検出部１１と、加算器１２とから構成される。符号化装置１００から送信された符号化データは、復号化装置２００により受信されて、復号器５に入力される。復号器５は、符号器４における符号化に適合する通常のＭＰＥＧ２に基づく復号化を行い、８ビット量子化された重畳８ビット信号[y', 9:2]を復元する。復号器５は、また、復号化の過程において認識された水平／垂直同期タイミングに基づいた水平／垂直同期信号を分離用キャリア発生部９に入力する。
【００１５】
復号器５より出力された重畳８ビット信号[y', 9:2]は、遅延素子７及びキャリア除去フィルタ６の両方に入力される。遅延素子７は、重畳８ビット信号[y', 9:2]に対してキャリア除去フィルタ６が与える遅延量に一致する遅延量を施して、これを減算器８及び加算器１２の両方に入力する。キャリア除去フィルタ６は、複数のラインの垂直フィルタで構成される低域通過フィルタであり、重畳８ビット信号[y', 9:2]から、これに重畳されていた２ビット信号[y, 1:0]を除去して、８ビット信号[y, 9:2]を復元し、これを減算器８に入力する。減算器８は、重畳８ビット信号[y', 9:2]から８ビット信号[y, 9:2]を差し引くことより信号ＹLを復元して乗算器１０に入力する。相関検出部１１は、ＹL信号によって垂直相関を検出し、１０ビット化の演算を行うかどうかの判定を行う。乗算器１０は、信号ＹLを分離用キャリア信号ＣDに同期して変化する乗算係数で乗算することにより、変調された２ビット信号[y, 1:0]、すなわち信号Ｙ'Lを生成して、これを加算器１２に入力する。加算器１２は、重畳８ビット信号[y', 9:2]と信号Ｙ'Lとを加算することにより元の入力映像信号を復元して出力する。
【００１６】
図２は、図１に示されたキャリア除去部６及び遅延素子７の構成をより詳細に示している。復号器５より出力された重畳８ビット信号[y', 9:2]は、遅延素子７及びキャリア除去フィルタ６の両方に入力される。遅延素子７は、重畳８ビット信号[y', 9:2]に対して遅延量１Ｈを施した１Ｈ遅延化重畳８ビット信号[y', 9:2]を出力する。ここで、遅延量１Ｈは、水平掃引期間（１ライン分）に相当する期間とする。１Ｈ遅延化重畳８ビット信号[y', 9:2]は、さらに遅延素子６０により、遅延量１Ｈが与えられて、２Ｈ遅延化重畳８ビット信号[y', 9:2]が得られる。
【００１７】
重畳８ビット信号[y', 9:2]は、乗算器６１により係数１／４が乗算されて加算器６４に入力される。１Ｈ遅延化重畳８ビット信号[y', 9:2]は、乗算器６２により係数１／２が乗算されて加算器６４に入力される。２Ｈ遅延化重畳８ビット信号[y', 9:2]は、乗算器６３により係数１／４が乗算されて加算器６４に入力される。加算器６４は、これらの入力を加算して、キャリア除去された８ビット信号[y, 9:2]を出力する。
【００１８】
以上のようにキャリア除去フィルタ６は、通常の３ラインくし型フィルタと同様の構成としている。符号化装置１００側のキャリアＣSの周波数がライン周波数ｆH／２であることから、キャリア除去フィルタ６の構成は、周波数ｆH／２の成分を遮断する遮断フィルタとして機能する。
【００１９】
次に、以上の符号化装置１００及び復号化装置２００における動作を、図１及び図２に示された構成要素を適宜参照しつつ式を用いて説明する。前提として、１０ビット量子化された入力映像信号は[y, 9:2] で表され、その上位の８ビット信号は[y, 9:2]で表され、下位の２ビット信号は[y, 1:0]で表され、さらに重畳８ビット信号は[y', 9:2]で表される。
【００２０】
重畳用キャリア発生部１により生成される重畳用キャリアＣSの周波数は、符号化側において元の入力映像信号に重畳してもその画像情報に劣化を与えにくく、同時に復号化側において分離が容易な周波数が選ばれる。そこで、本実施例では、ＣSの周波数を入力映像信号の水平同期信号の周波数ｆH（ライン周波数）の１／２とし、且つその振幅は１とする（図３の（ａ）及び（ｂ）参照）。すなわち、１ライン毎に、奇数ラインと偶数ラインで以下のような演算を行うこととする。
【００２１】
ライン番号が奇数の場合では以下の式になる。
【００２２】
YL = [yl, y0]×1 = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, yl, y0] 
ライン番号が偶数の場合では以下の式になる。
【００２３】
YL = [yl, y0]×(-1) = [1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, -yl, -y0]
但し、信号ＹLは９ビットで表わされ、そのＭＳＢは符号ビットである。すなわち、信号ＹLが正数の場合にはそのＭＳＢは "0"であり、信号ＹLが負数の場合には２の補数で表されて、そのＭＳＢは "1" である。また、-y1、-y0は、下位２桁目y1及び下位１桁目y0のビット反転を各々示している。
【００２４】
この生成された信号ＹLと、Ｙ信号から分離された８ビット信号[y9, y8, y7, y6, y5, y4, y3, y2]とを、ＭＳＢを符号ビットとする９ビットの加算器３で加算することにより、９ビットの重畳８ビット信号[y',9:2]が得られ、以下の式で表される。
【００２５】
[y', 9:2] = [0, y9, y8, y7, y6, y5, y4, y3, y2] + YL
９ビットの重畳８ビット信号[y',9:2]は、その下位８ビットが通常の８ビット映像信号として符号化装置１００の符号化部４により符号化される。
【００２６】
復号化装置２００では、復号器５により重畳８ビット信号[y',9:2]が復元される。復号化装置２００において、重畳８ビット信号[y',9:2]はキャリア除去フィルタ６により周波数ｆH／２の成分を除去している。キャリア除去フィルタ６は、符号化装置１００側のキャリア周波数ＣSがライン周波数ｆHの１／２であることから、周波数（ｆH／２）を除去するフィルタとして機能する。一方、重畳８ビット信号[y',9:2]は遅延素子７により１Ｈ分の遅延で時間合わせした信号[y', 9:0]が得られる。周波数ｆHが除去された信号は、減算器８により信号[y', 9:0]から減算され、信号ＹLが得られる。
【００２７】
ここで、復号化装置２００で得られた信号ＹLは、符号化装置１００で重畳した信号ＹLと完全に一致するわけではない。その理由は、キャリア除去フィルタ６によって、ＹL成分が完全に除去されるわけでなく、また元の入力映像信号の１０ビット信号[y, 9:0]のうちの一部成分が除去される可能性があるからである。しかし、通常のくし型フィルタにおいて知られるように、通常の映像画面の如く垂直方向に強い相関がある信号であれば、ライン周波数ｆHの１／２の成分を低域通過せしめるかかるキャリア除去フィルタ６によっては、元々の８ビット信号[y, 9:2]の信号成分は除去されず、また重畳されたＹL信号はライン周波数ｆH／２に全くの相関があることでほぼ完全に除去することが可能となる。また、相関検出部１１は、ＹLの値によって垂直方向の相関を判定することができ、相関が無い場合は以下の演算を行わず、下位２ビットを[0, 0]とし、８ビットの信号として出力することが可能となる。
【００２８】
減算器８から出力される信号ＹLから、元の１０ビット信号を復元する動作について説明する。前述のように、符号化装置１００側でライン周波数の１／２のｆHにてライン毎に符号を反転する乗算がなされている。従って、信号ＹLは、ライン番号が奇数の場合及び偶数の場合の各々で以下のように符号ビットを含む９ビットで表される。
【００２９】
YL = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, yl, y0]    （ライン番号が奇数）
YL = [1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, -yl, -y0]   （ライン番号が偶数）
ここで、ＹLがこれ以外の値をとる時、すなわち[y1, y0]以外の上位ビットがすべて０又はすべて１以外の時は垂直方向の相関がないと判定することができ、その場合は以下の演算を行わず[y',9:2]をそのまま出力しても良い。
【００３０】
分離用キャリア発生部９は、符号化装置１００側と同一の周波数（ｆH／２）のキャリアＣDを発生する。乗算器１０は、このキャリアＣDに同期して一定の乗算係数を信号ＹLに乗算して信号Ｙ'Lを生成する。加算器１２は、信号Ｙ'Lを重畳８ビット信号[y',9:2]に加算して元の１０ビットデータを復元する。そのためには、各ビット列の下位に"０"の２ビットを追加した１１ビットで認識する。すなわち、以下の式で表される。
【００３１】
[y', 9:2] =  [y9, y8, y7, y6, y5, y4, y3, y2, 0, 0]
YL     =  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, yl, y0, 0, 0]    （ライン番号が奇数）
YL     =  [1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, -yl, -y0, 0, 0]   （ライン番号が偶数）
加算器１２では、重畳８ビット信号[y',9:2]から成分[yl, y0]を除去すると共に、下位２ビットに成分[yl, y0]を追加する必要がある。従って、奇数の場合及び偶数の場合の各々で以下のような信号Ｙ'Lを生成する必要がある。
【００３２】
ライン番号が奇数の場合、
Y'L = - [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, yl, y0, 0, 0] + [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, yl, y0]
= - YL + (1/4)YL = (-3/4)YL
ライン番号が偶数の場合、
Y'L = -[1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, -yl, -y0, 0, 0] + [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, yl, y0]
= - YL - (1/4)YL = (-5/4)YL
上記の２つの式において、１項目のマイナス符号は成分除去を意味し、２項目の係数は２進数における桁シフトを意味している。この式のように、乗算器１０は、信号ＹLに対して、ライン毎（周波数ｆH／２）に、−３／４と−５／４との乗算係数を交互に繰り返して乗算する演算を行うことで適切な信号Ｙ'Lを生成することができる（図３の（ｃ）参照）。
【００３３】
結果的に、加算器１２の出力は以下のようになる。
【００３４】
[y', 9 : 2] + Y'L = [0, y9, y8, y7, y6, y5, y4, y3, y2, yl, y0]
最終的に、ＭＳＢの符号ビットを除去することで、１０ビットのＹ信号[y, 9:0]が復元される。色差信号（Ｃｂ信号及びＣｒ信号）についても同様の処理がなされる。
【００３５】
以上の実施例において、ＭＰＥＧ２などの通常の符号化処理及び復号化処理をそのまま使用して、より量子化精度が高い映像信号を対象とする場合にあっても、その量子化精度を落とすことなく符号化処理及び復号化処理を行い高品質の映像信号を得ることが可能となる。
【００３６】
尚、本実施例では、入力映像信号の量子化ビットを１０ビットとしたが、例えば１２ビットの場合でも、本実施例を拡張することで同様の効果を得ることが可能である。また、本実施例では、重畳用キャリアまたは分離用キャリアの周波数をライン周波数に同期する周波数としたが、他の周波数を用いても本発明の趣旨を逸脱しない範囲で同様な効果を得ることができる。
【００３７】
また、本実施例は、送信側に本発明による符号化装置を備え、同時に受信側に本発明よる復号化装置を備えることで高精度の信号を得ることを提示したが、送信側あるいは受信側のうちの一方で本発明による装置が搭載されていない場合が想定される。しかし、かかる場合には本発明による構成は元信号へ与える影響はわずかであると共にほとんど映像品質を劣化することがないことから、既存装置と併存する場合にあっても互換性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例を示し、符号化装置及び復号化装置を含む全体の構成を示しているブロック図である。
【図２】図１に示されたキャリア除去部及び遅延素子の構成をより詳細に示しているブロック図である。
【図３】図１に示された重畳用キャリア及び分離用キャリアに従った乗算係数の変化の様子を説明している説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  重畳用キャリア発生部
２  乗算器
３  加算器
４  符号器
５  復号器
６  キャリア除去フィルタ
７  遅延素子
８  減算器
９  分離用キャリア発生部
１０  乗算器
１１  相関検出部
１２  加算器
６０  遅延素子
６１〜６３  乗算器
６４  加算器
１００  符号化装置
２００  復号化装置
【図１】
2007019731.tif 000003
【図２】
2007019731.tif 000004
【図３】
2007019731.tif 000005