JPH04314266A - 画像デ―タの符号化装置および符号化方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像デ―タを所定の容量
に高圧縮符号化するための符号化装置および符号化方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、画像信号をメモリカ―ド、磁気
ディスクあるいは磁気テ―プ等の記憶装置にデジタルデ
―タとして記憶させる場合に、そのデ―タ量は膨大なも
のとなる。そのため、限られた記憶容量の範囲で多くの
フレ―ム画像を記録させようとすると、得られた画像デ
―タに対し、何らかの高能率な圧縮を行なうことが必要
となる。

【０００３】同様に、デジタル電子スチルカメラ等によ
りメモリカ―ド、磁気ディスクあるいは磁気テ―プ等の
記憶媒体にデジタルデ―タとして保存する場合において
も、記憶容量の限られた１枚のメモリカ―ド、磁気ディ
スク若しくは、１巻の磁気テ―プ装置に記録できる画像
の枚数は規定されている。しかも、この規定枚数分の画
像記録は保証されなければならず、画像デ―タの記録再
生処理に要する時間を短く、且つ、一定にする必要があ
る。

【０００４】またデジタルＶＴＲ（ビデオテ―プレコ―
ダ）、デジタル動画ファイル等においても、動画像を記
録する場合に、フレ―ム当たりの画像デ―タ量に影響さ
れることなく、諸定量のフレ―ムが記録されなければな
らない。すなわち、静止画像であっても、動画像であっ
ても、必要なコマ数分を確実に記録できる必要があると
共にデ―タの記録再生処理に要する時間が短く、且つ、
一定にする必要がある。

【０００５】このようなデ―タの記録再生処理に採用さ
れる高能率な画像デ―タの圧縮方式として、直交変換符
号化と可変長符号化を組み合わせた符号化方法が広く知
られている。その代表的なものとして、静止画符号化国
際標準化において検討されている方式があり、この方式
の概略について説明する。

【０００６】まず、画像デ―タを所定の大きさのブロッ
クに分割し、分割されたブロック毎に直交変換として、
２次元のＤＣＴ（離散コサイン変換）を行なう。次に各
周波成分に応じた線形量子化を行ない、この量子化され
た値に対し可変長符号化としてハフマン符号化を行なう
。この時、直流成分に関しては近傍ブロックの直流成分
との差分値をハフマン符号化する。また交流成分は、ジ
グザグスキャンと呼ばれる低い周波数成分から高い周波
数成分へのスキャンを行ない、無効（値が“０”）の成
分の連続する個数と、それに続く有効な成分の値とから
２次元のハフマン符号化を行なう。

【０００７】以上の記録再生処理の動作を図４のブロッ
ク図を参照して具体的に説明する。まず、（ａ）部に示
すように１フレ―ムの画像デ―タを所定の大きさのブロ
ック（例えば、８×８の画素よりなるブロックＡ，Ｂ，
Ｃ，…）に分割し、（ｂ）部に示すように、このように
分割されたブロック毎に直交変換として２次元のＤＣＴ
（離散コサイン変換）を行ない、８×８のマトリックス
上に順次格納する。そして画像デ―タが、２次元平面と
して眺めてみると、濃淡情報の分布に基づく周波数情報
である空間周波数を有している。

【０００８】従って、前記ＤＣＴを行なうことにより、
画像デ―タは直流成分ＤＣと交流成分ＡＣとに変換され
、８×８のマトリックス上では原点位置（０，０）に直
流成分ＤＣの値を示すデ―タ、（０，７）位置には横軸
方向の交流成分ＡＣの最大周波数値を示すデ―タ、（７
，０）位置には縦軸方向の交流成分ＡＣの最大周波数値
を示すデ―タ、（７，７）位置には斜方向の交流成分Ａ
Ｃの最大周波数値を示すデ―タがそれぞれ格納され、中
間位置では各座標位置により関係付けられる方向におけ
る周波数デ―タが、原点側より順次高い周波数のものが
出現する形で格納される。

【０００９】次に、このようなマトリックスにおける各
座標位置の格納デ―タを、（ｃ）部に示すように各周波
数成分毎の量子化幅により割ることにより、各周波数成
分に応じた線形量子化を行ない、この量子化された値に
対し可変長符号化するハフマン符号化を行なう。この時
、直流成分ＤＣに関しては近傍ブロックの直流成分との
差分値をグル―プ番号（付加ビット数）と付加ビットで
表わし、そのグル―プ番号をハフマン符号化し、得られ
た符号語と付加ビットを合わせて符号化デ―タとする（
ｄ１，ｄ２，ｅ１，ｅ２）。

【００１０】また交流成分ＡＣに関しても有効な（値が
”０”でない）係数は、グル―プ番号と付加ビットで表
現する。そのため、交流成分ＡＣはジグザグスキャンと
呼ばれる低い周波数成分から高い周波数成分へのスキャ
ンを行ない、無効（値が”０”）の成分の連続する個数
（零のラン数）と、それに続く有効な成分の値のグル―
プ番号とから２次元のハフマン符号化を行ない、得られ
た符合語と付加ビットを合わせて符号化デ―タとする。

【００１１】前記ハフマン符号化は、フレ―ム画像当た
りの前記直流成分ＤＣおよび交流成分ＡＣの各々のデ―
タ分布における発生頻度のピ―クのものを中心として、
この中心のものほど、デ―タビットを少なくし、周辺ほ
ど、ビット数を多くするようにしてビット割り当てをし
た形でデ―タを符号化して符号語を得る。

【００１２】以上詳述したものがこの方式の基本部分で
ある。

【００１３】この基本部分だけでは、可変長符号化であ
るハフマン符号化を用いているために符号量が画像毎に
一定ではなくなってしまう。そこで、符号量の制御の方
法として本発明と同出願人による特願平２−１３７２２
２号に記載される直交変換と可変長符号化を組み合わせ
た圧縮方式がある。

【００１４】この圧縮方式において、発生符号量の制御
を行なうために、メモリに記憶した画像信号を、ブロッ
クに分割し、この分割されたブロック毎に直交変換を行
なってから、この変換出力を暫定的な量子化幅で量子化
した後、この量子化出力を可変長符号化すると共に、各
ブロック毎の発生符号量と画像全体の総発生符号量を算
出し、次に前記暫定的な量子化幅、前記総発生符号量お
よび、目的とする総符号量とから、新しい量子化幅を予
測する（第１パス）。

【００１５】そして、新しい量子化幅を用いて再び画像
メモリの画像信号をブロック分割、直交変換、量子化、
可変長符号化を行なうと共に、第１パスでの各ブロック
毎の発生符号量と総発生符号量と、目的とする総符号量
とから、各ブロック毎の割り当て符号量を計算し、各ブ
ロックの発生符号量が各ブロックの割り当て符号量を越
える場合には、途中で可変長符号化を打ち切り、次のブ
ロックの処理に移ることを繰り返す（第２パス）。これ
により、画像全体の総発生符号量が目的の設定符号量を
越えないように符号量の制御を行なうものである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】前述した国際標準案方
式の圧縮方式において、前記ブロック毎の直交変換と可
変長符号化を組み合わせた手法では、画像デ―タの圧縮
が高能率で行なえるが、可変長符号化を用いたために、
符号量が一定にならず、１枚のメモリカ―ドあるいは磁
気ディスクあるいは１巻の磁気テ―プ等の記録媒体に記
憶できる画像の枚数が不確定になるという欠点があった
。

【００１７】これに対し、前述した特願平２−１３７２
２２号に記載された直交変換と可変長符号化を組み合わ
せた圧縮方式では、符号量を一定にすることに対して極
めて良好な結果が得られるが、国際標準案方式として実
際に適用するには次の問題点がある。

【００１８】前記国際標準案方式におけるバイトスタッ
フ機能のために実際の適用が困難である。すなわち、符
号化された画像デ―タは一連のビット列とされ、その後
８ビット（１バイト）に区切られて出力される。

【００１９】ところが、あるバイトにおいて符号語が偶
然”１１１１１１１１”となった場合、マ―カ―コ―ド
（制御用符号）を示す符号と同一になるため、区別をつ
ける必要がある。このため”１１１１１１１１”の直後
に、バイト”００００００００”を挿入することが規定
されている。この規定のため、符号量を所定値以内に制
御したとしても、その後にバイトスタッフを施すことに
より実際の符号量が設定値を超過してしまうことがある
。

【００２０】そこで、本発明は画像全体の総発生符号量
が設定符号量を越えないように符号量の制御を行い、バ
イトスタッフ機能を備え、画像デ―タを一定の符号量内
に収納可能に符号化する画像デ―タの符号化装置および
方法を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、画像デ―タを複数のブロックに分割するブ
ロック化手段と、前記ブロック化手段により分割された
ブロック毎に直交変換を行なう直交変換手段と、前記直
交変換手段からの変換出力を量子化する量子化手段と、
前記量子化手段により量子化された出力を可変長符号化
する可変長符号化手段と、前記可変長符号化手段により
符号化され発生した各ブロック毎の符号量を記憶するブ
ロック符号量記憶手段と、前記可変長符号化手段により
符号化されて発生した総符号量を算出する符号量算出手
段と、前記符号量算出手段により設定された目的符号量
と前記総符号量とを用いて最適量子化幅を求める量子化
幅予測手段と、前記各ブロック毎の発生符号量と設定さ
れた目的符号量と直流成分に対する最大符号長とを用い
て各ブロック毎の割り当て符号量を決定する符号量割り
当て手段とで構成され、前記符号量割り当て手段により
各ブロック毎の割り当て符号量を決定する際に、どのブ
ロックにおいても割り当て符号量が直流成分に対する最
大符号量以上になるように設定される画像デ―タの符号
化装置が提供される。

【００２２】また、画像デ―タを複数のブロックに分割
し、前記各ブロック毎に直交変換され、量子化された画
像デ―タを可変長符号化する方法において、前記各ブロ
ック毎に直交変換を行い、該直交変換された画像デ―タ
出力を暫定量子化幅を用いて量子化し、前記量子化出力
を可変長符号化するステップと、前記符号化において発
生した各ブロック毎の符号量を記憶するステップと、前
記符号化において発生した総符号量を算出するステップ
と、前記総符号量と、各ブロック毎の発生符号量と、直
流成分に対する最大符号長とを用いて、各ブロック毎の
割り当て符号量が直流成分に対する最大符号長以下にな
らないように決定するステップと、設定された目的符号
量と前記の符号化において発生した総符号量とを用いて
最適量子化幅を求めるステップと、前記各ブロック毎の
画像デ―タを再度、直交変換を行い、該直交変換出力に
最適量子化幅を用いて量子化するステップと、前記量子
化された出力を可変長符号化しつつ、割り当てられた割
り当て符号量を越えないように、可変長符号を打ち切る
ステップとで構成されたデ―タの符号化を行なう画像デ
―タの符号化方法が提供される。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２４】図１は、本発明の実施例の符号化装置の構
成を示すブロック図である。ここで本実施例の符号化装
置の構成及び動作を説明する前に、まず本発明を理解し
易くするため、基本的な符号化方法について説明する。

【００２５】この符号化方法は、まず最初に第１パスの
処理として、暫定的な量子化幅で量子化および符号化を
行い、統計処理を施し、最適な量子化係数を予測すると
共に、ブロック毎の割り当て符号量を決定する。

【００２６】次に第２パスの処理として、最終的な符号
化処理を実施する。この第２パスは、各ブロック毎に前
記予測量子化幅係数により量子化すると共に、該予測量
子化幅係数を符号化し、該符号化により得られる符号量
がブロック毎の割り当て符号量に収まるように、そのブ
ロックについて符号量を監視しながら符号化を進め、バ
イトスタッフィングによる符号量増加分及び、ハフマン
・エンドオブブロック（ＥＯＢ）符号を含め、符号量が
割り当て符号量に達すると、そのブロックの符号化はそ
れ以降の高周波成分の符号化を打ち切って終了させ、次
のブロックの符号化に移行する。この時、各ブロックの
直流成分については必ず符号化させるため、その最大符
号量を各ブロックの割り当て符号量の最小値として格納
しておく。　　次に直流成分の符号量の最大値の求め方
について説明する。

【００２７】本実施例においては、可変長符号にはハフ
マン符号を用い、図２に示すような符号テ―ブルに設定
する。そして図３の符号化データに示すように、（ｎ−
１）ブロックの終わりのＥＯＢ符号“１０１０”に引き
続き、ＤＣ成分の前ブロックの差分値が“２０４７”と
なったとする。この場合、差分値“２０４７”のカテゴ
リ―（グル―プ番号）１１に対応する符号語“　１１１
１１１１１０”に続き、付加ビットとして差分値“２０
４７”は、２進数表記では“　１１１１１１１１１１１
”に符号化される。

【００２８】ここでバイト（Ｎ＋２）においてビット“
１”が８個連続して並ぶため、その次のバイト（Ｎ＋３
）においては“００００００００”を挿入する必要があ
る。これに続き、付加ビットの符号の残り“１１”が続
き、更にＥＯＢ符号“１０１０”が付加された状態がブ
ロックｎのＤＣ符号だけが符号化された場合である。こ
の時の符号長は図３に示されるように、３２ビットであ
り、これが図２のハフマンテ―ブルから起こり得る、Ｄ
Ｃ成分符号化時の最大値である。（ｎブロックの符号が
、あるバイトの何ビット目から開始されても生じるバイ
トスタッフィングは、１回のみである。）以上のように
、使用するハフマン符号テ―ブルが決まれば、その符号
のとり得る場合をすべて考察することにより、各ブロッ
クのＤＣ成分の符号化に要する最大符号長を求めること
が可能である。

【００２９】以上のように符号化方法を用いた符号化装
置の実施例について説明する。

【００３０】図１は、本発明の実施例の符号化装置の構
成を示すブロック図である。同図に示すように、符号化
装置２はＤＣＴ回路４、量子化回路６、ハフマン（エン
トロピ―）符号化回路８、符号出力回路１０、量子化幅
設定回路１２、符号量算出回路１４、符号打切回路１６
、制御回路１８および符号割当回路２０とを備える。 前記ＤＣＴ回路４は、画像デ―タメモリ４０から出力さ
れるブロック化処理された画像デ―タを、各ブロックご
とに直交変換する、本実施例では、ＤＣＴを行なうもの
とする。

【００３１】前記量子化回路６は、ＤＣＴ回路４から出
力された直交変換係数に対し、量子化テ―ブル２２を定
められている各周波数成分ごとに予め設定された各周波
数成分毎の量子化幅を用いて線形量子化を行なう。

【００３２】前記ハフマン符号化回路８は、量子化され
た変換係数をエントロピ―符号化するもので、ここでは
ハフマン符号を使用した例を示す。このハフマン符号化
回路８は、ハフマン符号テ―ブル２４に予め定められた
ハフマン符号を用い、量子化された変換係数を符号化す
る。そして前記符号出力回路１０は、符号化された画像
デ―タを一定のバス幅、例えば８ビットに揃えて区切り
符号メモリ５０に出力する制御を行なう。前記量子化予
測回路１２は、設定された目的符号量に対応する量子化
幅補正係数を量子化回路６に出力する。

【００３３】前記符号量算出回路１４は符号化された画
像デ―タの符号量を計算し、符号割当回路２０に出力す
る。また前記符号打切回路１６は、符号化デ―タに対し
、割り当てられた符号量を越えないように、各ブロック
において可変長符号を打ち切る処理を行なう。前記符号
割当回路２０は、前記符号量算出回路１４から与えられ
た符号量を用いて、各ブロック毎の割当符号量を決定し
、前記制御回路１８は、符号化回路２の各構成部材の制
御を行なう。

【００３４】以上のように構成された符号化装置の動作
について説明する。

【００３５】まず、画像デ―タの符号化が開始されると
共に、該画像デ―タが８×８のブロックに分割するブロ
ック化処理を施されながら、前記メモリ４０から符号化
回路４２に出力される。符号化回路４２では入力された
画像デ―タに対し、まずＤＣＴ回路４においてＤＣＴ直
交変換を行なう。得られたＤＣＴ係数に対し、量子化回
路６により各周波数成分ごとに量子化テ―ブルに従って
線形量子化が行なわれる。

【００３６】このように量子化された変換係数は、前記
ハフマン符号化回路８によりハフマン符号化される。こ
の時直流成分ＤＣに関しては、近傍ブロックの直流成分
との差分値がグル―プ番号と付加ビットで表現され、そ
のグル―プ番号に対応する符号語と付加ビットが合わせ
て符号化デ―タとされる。前記交流成分ＡＣは、ジグザ
グスキャンを行ない、無効成分の連続する個数と、それ
に続く有効な成分の値のグル―プ番号とから２次元のハ
フマン符号化が行なわれ、得られた符号語と付加ビット
を合わせて符号化デ―タとされる。前記符号量算出回路
１４は、符号化された画像デ―タの符号量を計算し、前
記符号割当回路２０に出力する。前記符号割当回路２０
は、各ブロック毎に発生した符号量を記憶する。

【００３７】前述した処理が各ブロック毎に順次、行な
われる。全画面分のブロックの処理が終了した時点で、
発生した総符号量が符号量算出回路１４から量子化幅予
測回路１２に出力される。前記量子化幅予測回路１２で
は、総符号量及び目的符号量とから、直流成分に対する
最適量子化幅が予測され、量子化幅補正係数が量子化回
路６に出力される。この後、再度、前記メモリ４０から
前記符号化回路２にブロック化処理された画像デ―タが
入力され、ＤＣＴ回路４により、各ブロックごとにＤＣ
Ｔが行なわれる。得られたＤＣＴ係数に対し、量子化回
路６により各周波数成分ごとに、量子化テ―ブルおよび
補正係数とに従い線形量子化が行なわれる。

【００３８】そして量子化された変換係数は、ハフマン
符号化回路８によりハフマン符号化される。前述したと
同様に、直流成分ＤＣに関しては、近傍ブロックの直流
成分との差分値に対する符号語と付加ビットが合わせて
符号化デ―タとされる。

【００３９】また交流成分ＡＣはジグザグスキャンを行
ない、無効成分の連続する個数と、それに続く有効な成
分の値のグル―プ番号とから２次元のハフマン符号化が
行なわれ、得られた符号語と付加ビットを合わせて符号
化デ―タとされる。得られた符号デ―タにおいて、ある
バイトの８ビット全てがビット“１”であった場合には
、その次のバイトは“００００００”とされる。

【００４０】ここで、挿入されたバイトも含めた処理中
のブロックの符号量が、符号量算出回路１４から与えら
れ、符号割当回路２０において決定される各ブロック毎
の割当符号量と比較される。それらの各ブロック毎の割
当符号量は、本来は第１パスでの各ブロック毎の符号量
に、目的符号量と総符号量との比が掛けられた値である
が、もしこの値がハフマン符号テ―ブル２４に対して求
まる直流成分符号化の最大符号長より小さい場合には、
直流成分符号化の最大符号長をそのブロックの割当符号
量とする。

【００４１】前記各ブロック毎の発生符号量とそのブロ
ックの割当符号量が比較され、割り当てられた符号量を
越えた分に対して、可変長符号を打ち切る処理が前記符
号打切回路１６からの指令により、前記ハフマン符号化
回路８によって行なわれる。すなわち、交流成分ＡＣを
表現する２次元のハフマン符号のうち、割り当て符号量
以内の成分が残され、割り当て符号量を超過する高い周
波数成分の符号語と付加ビットデ―タは切り捨てられ、
ＥＯＢ符号が付加される。

【００４２】一方、割り当て符号量以内ですべての発生
符号が、符号化できた場合には余ったビットは、次ブロ
ックの割り当て符号量に繰り越す。そして、処理された
画像デ―タは、前記ハフマン符号化回路８から符号出力
回路１０に出力され、ここで８ビットに揃えて区切られ
て符号メモリ５０に出力される。

【００４３】以上の処理がブロック毎に順次行なわれ、
全画面分のブロックの処理が終了した時点で、符号化処
理を終了する。

【００４４】以上、説明したように、本発明の可変長符
号を用いた符号化装置および方法では、どのような画像
デ―タに対してもバイトスタッフ処理をおこないつつ一
定の符号量内に収まるように符号化できる。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の画像デ―タ
の符号化装置および符号化方法は、実際の符号量が設定
値の範囲内であり、国際標準案方式において規定されて
いるバイトスタッフ機能を備えつつ、どのような画像デ
―タに対しても一定の符号量内に収まるように符号化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例の符号化装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】図２は、可変長符号にハフマン符号を用いて示
した符号図である。

【図３】図３は、本発明の実施例の符号化データ例を示
す図である。

【図４】図４は、記録再生処理の動作を示すブロック図
である。

【符号の説明】

２…符号化装置、４…ＤＣＴ回路、６…量子化回路、８
…ハフマン（エントロピ―）符号化回路、１０…符号出
力回路、１２…量子化幅設定回路、１４…符号量算出回
路、１６…符号打切回路、１８…制御回路、２０…符号
割当回路、２２…量子化テ―ブル、２４…ハフマン符号
テ―ブル、４０…画像デ―タメモリ、５０…符号メモリ
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画像デ―タを複数のブロックに分割す
   るブロック化手段と、前記ブロック化手段により分割さ
   れたブロック毎に直交変換を行なう直交変換手段と、前
   記直交変換手段からの変換出力を量子化する量子化手段
   と、前記量子化手段により量子化された出力を可変長符
   号化する可変長符号化手段と、前記可変長符号化手段に
   より符号化され発生した各ブロック毎の符号量を記憶す
   るブロック符号量記憶手段と、前記可変長符号化手段に
   より符号化されて発生した総符号量を算出する符号量算
   出手段と、前記符号量算出手段により設定された目的符
   号量と前記総符号量とを用いて最適量子化幅を求める量
   子化幅予測手段と、前記各ブロック毎の発生符号量と設
   定された目的符号量と直流成分に対する最大符号長とを
   用いて各ブロック毎の割り当て符号量を決定する符号量
   割り当て手段とを具備し、前記符号量割り当て手段によ
   り各ブロック毎の割り当て符号量を決定する際に、どの
   ブロックにおいても割り当て符号量が直流成分に対する
   最大符号量以上になるように設定されることを特徴とす
   る画像デ―タの符号化装置。
2. 【請求項２】　　画像デ―タを複数のブロックに分割し
   、前記各ブロック毎に直交変換され、量子化された画像
   デ―タを可変長符号化する方法において、前記各ブロッ
   ク毎に直交変換を行い、該直交変換された画像デ―タ出
   力を暫定量子化幅を用いて量子化し、前記量子化出力を
   可変長符号化するステップと、前記符号化において発生
   した各ブロック毎の符号量を記憶するステップと、前記
   符号化において発生した総符号量を算出するステップと
   、前記総符号量と、各ブロック毎の発生符号量と、直流
   成分に対する最大符号長とを用いて、各ブロック毎の割
   り当て符号量が直流成分に対する最大符号長以下になら
   ないように決定するステップと、設定された目的符号量
   と前記の符号化において発生した総符号量とを用いて最
   適量子化幅を求めるステップと、前記各ブロック毎の画
   像デ―タを再度、直交変換を行い、該直交変換出力に最
   適量子化幅を用いて量子化するステップと、前記量子化
   された出力を可変長符号化しつつ、割り当てられた割り
   当て符号量を越えないように、可変長符号を打ち切るス
   テップとで構成されたデ―タの符号化を行なうことを特
   徴とする画像デ―タの符号化方法。