JPH04341063A - 画像符号化装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像符号化装置に関し、
特に画像情報を周波数領域に変換して得た変換データを
量子化し、該量子化された変換データを可変長符号化す
る画像符号化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、カラー画像信号の符号化方式とし
て、適応的ＤＣＴ（離散的コサイン変換）符号化方式が
注目されており、この種の符号化方式の国際標準化機関
として設立されたグループであるＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ
　　ＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔ　　Ｇｒｏ
ｕｐ）における符号化方式においても、ＤＣＴ符号化方
式が採用されている。

【０００３】以下、この種の符号化方式の基本システム
の概要について簡単に説明する。

【０００４】図３はＤＣＴ変換を用いた従来の符号化方
式の概略構成例を説明するためのブロック図、図４（Ａ
）〜（Ｄ）は図３に示す符号化方式の処理を説明するた
めの図である。１５は符号化しようとするデジタル画像
信号の入力端子であり、ラスタースキャンによるデジタ
ル画像信号が入力される。

【０００５】該端子１５に入力された画像信号は８×８
ブロック化回路１６に入力され、ここで２次元的に（８
×８）画素からなる画素ブロックに分割され、この画素
ブロック単位で後段に送出される。

【０００６】１７はこのブロック化回路１６からの画像
信号をＤＣＴ変換し、周波数領域についての（８×８）
のデータマトリクスを出力するＤＣＴ変換回路である。 即ち、図４（Ａ）に示す如き画像データＤ１１〜Ｄ８８
からなる画素ブロックは、該回路１７により図４（Ｂ）
に示す如きＸ１１〜Ｘ８８からなるデータマトリクスに
変換される。

【０００７】ここで、Ｘ１１は画素ブロックの水平方向
及び垂直方向についての直流（ＤＣ）成分、即ち、この
画素ブロックの平均値を示している。このＸ１１〜Ｘ８
８を一般にＸｉｊとすると、ｉが大きい程垂直方向に高
い周波数を有する成分、ｊが大きい程水平方向に高い周
波数を有する成分を示している。

【０００８】ＤＣＴ変換回路１７から出力されたデータ
マトリクスは線形量子化回路１８に入力される。一方、
量子化マトリクス発生回路１９は、各ＤＣＴ係数Ｘ１１
〜Ｘ８８にお対する量子化ステップサイズの重み付けを
示す量子化マトリクスＷ１１〜Ｗ８８（図４（Ｃ）に示
す）を発生し、発生回路２０は係数（量子化係数）Ｃを
発生する。この量子化マトリクスＷ１１〜Ｗ８８及び係
数Ｃは乗算器２１へ入力される。乗算器２１では（Ｗｉ
ｊ×Ｃ）を演算し、線形量子化回路１８の量子化ステッ
プはこの乗算器２１の出力Ｑ１１〜Ｑ８８に従って決定
される。

【０００９】ここで係数Ｃは正の値であり、前記係数Ｃ
の値により、画質や発生データ量が制御される。

【００１０】実際には、線形量子化回路１８ではＸｉｊ
／Ｑｉｊが演算され、出力される。この線形量子化回路
の出力をＧ１１〜Ｇ８８とする。この量子化された変換
データＧ１１〜Ｇ８８はジグザグ走査回路２２にて直流
成分から順に送出される。即ち、ジグザグ走査回路２２
からは、Ｇ１１〜Ｇ８８がＧ１１，Ｇ１２，Ｇ２１，Ｇ
３１，Ｇ２２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ２３，Ｇ３２，Ｇ４
１…Ｇ８５，Ｇ８６，Ｇ７７，Ｇ６８，Ｇ７８，Ｇ８７
，Ｇ８８の順で可変長符号化回路（ＶＬＣ）２３に供給
される。

【００１１】ＶＬＣ２３においては、例えば直流成分Ｇ
１１については近傍に位置する画素ブロック間で予測値
を算出し、この予測値との予測誤差をハフマン符号化す
る。

【００１２】また、直流成分Ｇ１１以外の交流成分Ｇ１
２〜Ｇ８８については、その量子化出力を上述の如く、
低周波成分から高周波成分へとジグザグ走査しながら符
号化し、量子化出力が０でない有意係数はその値により
グループに分類し、そのグループ識別番号と、直前の有
意係数との間にはさまれた量子化出力が０の無効係数の
個数のラン長とを組にしてハフマン符号化し、続いてグ
ループ内のいずれの値であるかを等長符号を付加する。

【００１３】一般に、画像の斜め方向の高周波成分は発
生確率が低いため、ジグザグ走査後のＧｉｊの後半部分
はすべて０になることが多いと予想される。従って、こ
の様にして得た可変長符号は非常に高い圧縮率が期待で
き、平均で数分の１程度の圧縮率を想定した場合には、
殆ど画質劣化のない画像が復元できる。

【００１４】一方、一般に伝送路は単位時間あたりの伝
送容量は定められており、動画像を伝送する場合の様に
所定期間毎に１画面を伝送しなければならない場合にお
いては、出力される符号が画面単位もしくは画素ブロッ
ク単位で固定されたビット数となることが望まれる。

【００１５】ここで、前述の係数Ｃを大きくとればＣｉ
ｊが０となる確率が増加し、符号化されたデータの総ビ
ット数ＮＢが減少する。この係数Ｃと総ビット数ＮＢと
の関係は、画像によって異なるが何れにしても単純減少
関数であり、平均的な画像について図４（Ｄ）の如き対
数曲線となることが知られている。

【００１６】そこで、所望の総ビット数ＮＢ０を得るた
めの係数Ｃ０を予測する手法が前述のＪＰＥＧ等により
提示されている。即ち、ある係数ＣＩについて先ず符号
化を行い、こうして得られた符号の総ビット数ｎｂ１を
求める。このｎｂ１及びＣ１に基づきＣ０の予測値Ｃ２
を計算する、この計算は図４（Ｄ）に示す対数曲線が（
Ｃ１，ｎｂ１）上を通ることから予測することができる
。

【００１７】この操作を数回繰返すことにより、所望の
総ビット数ＮＢ０に対して数％程度の誤差符号量とする
ことができる。

【００１８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、こ
の様に繰返し符号化を行い上記係数Ｃ０の値を決定する
処理は、非常に時間のかかる処理であり、動画像の様に
所定期間に１画面を必ず伝送しなければならない符号化
装置には適していない。特に、高品位テレビジョン信号
の如くビットレートの極めて高い画像信号を取扱う場合
にはこの様な処理は不可能である。

【００１９】本発明は斯かる背景下に、画像情報を周波
数領域に変換して得た変換データを量子化し、該量子化
された変換データを可変長符号化する符号化装置におい
て、高速の処理が可能で、かつ、所定期間毎のデータ量
を所望のデータ量に設定することの出来る画像符号化装
置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本願は斯かる目的下に於
て、本発明によれば画像情報を周波数領域に変換して得
た変換データを量子化し、該量子化された変換データを
可変長符号化する符号化装置において、互いに所定期間
の時間差を有する前記変換データを並列に出力して複数
チャンネルの変換データを出力する並列化手段と、前記
並列化手段の出力する複数チャンネルの変換データを夫
々量子化係数に従う量子化ステップで量子化する複数の
量子化手段と、前記複数の量子化手段中の第１の量子化
手段で量子化された変換データを前記可変長符号化によ
り符号化した際のデータ量を、前記所定期間単位で演算
する演算手段と、前記複数の量子化手段で量子化された
複数チャンネルの変換データの１つを可変長符号化する
符号化手段と、前記演算手段の出力に応じて、前記第１
の量子化手段へ入力される変換データに対して所定期間
の時間差を有する変換データの入力される第２の量子化
手段の量子化係数を発生する係数発生手段と、第１の量
子化手段に用いる量子化係数として、他の量子化手段の
量子化に用いられる量子化係数を供給する係数供給手段
とを有することを特徴とするものである。

【００２１】

【作用】上記発明によれば、第２の量子化手段の量化係
数は第１の量子化手段の量子化係数に比べ、所望の値に
近くなり、この様な処理を並列して多段に行えばほぼ所
望の量子化係数を得ることができる。

【００２２】また更に第１の量子化手段の量子化係数と
して他の量子化手段の量子化に使用された量子化係数を
用いることにより時間方向の相関が高い動画像等の場合
はより所望の量子化係数を得る処理を極めて高速に行う
ことができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２４】第１図は本発明の一実施例としてテレビジ
ョン信号の伝送を行う伝送装置に本発明を適用した符号
化装置の構成を示すブロック図である。

【００２５】図中、１はアナログテレビジョン信号の入
力端子であり、該端子１から入力されたテレビジョン信
号はＡ／Ｄ変換器２にて８ビットにデジタル化され、図
３のブロック化回路１６と同様の動作を行う（８×８）
ブロック化回路３にて（８×８）の画素ブロックに分割
され、各ブロック毎にＤＣＴ変換回路４に供給される。

【００２６】各ブロックの画素データＤ１１〜Ｄ８８は
ＤＣＴ変換回路４にて、図３の場合と同様に周波数領域
についてのデータマトリクスＸ１１〜Ｘ８８に変換され
、ジグザグ走査回路５に供給される。該ジグザグ走査回
路５は、図３の２２と同様の動作を行い、ＤＣＴ変換さ
れたデータマトリクスＸ１１〜Ｘ８８をＸ１１，Ｘ１２
，Ｘ２１，Ｘ３１，Ｘ２２，Ｘ１３，Ｘ１４，Ｘ２３，
Ｘ３２，Ｘ４１……Ｘ８５，Ｘ８６，Ｘ７７，Ｘ６８，
Ｘ７８，Ｘ８７，Ｘ８８の順で出力する。

【００２７】量子化マトリクス発生回路６は前述の量子
化マトリクスＷ１１〜Ｗ８８を発生する。但し、本実施
例では各量子化回路７ａ〜７ｅには既にジグザグ走査さ
れたデータが入力されるのでこの量子化マトリクスＷ１
１〜Ｗ８８もジグザグ走査に対応した順序で発生され、
乗算回路８ａ〜８ｅに供給される。

【００２８】乗算回路８ａには係数演算回路より前述の
量子化係数（制御係数）Ｃ１として予測初期係数が供給
される。前記予測初期係数については後述する。

【００２９】乗算回路８ａは量子化マトリクス発生回路
６からの量子化マトリクスＷ１１〜Ｗ８８を制御係数Ｃ
１で乗算し、その結果を量子化回路７ａに出力する。

【００３０】こうして、量子化回路７ａにおいてはこの
制御係数Ｃ１による量子化コードＧ１１１〜Ｇ１８８が
得られる。この量子化された変換コードＧ１１１〜Ｇ１
８８はＶＬＣ９ａに入力される。

【００３１】本実施例にあってはＶＬＣ９ａ〜９ｄは実
際の符号化データは出力せず、図３のＶＬＣ２３と同様
の処理を行った場合の各画面毎の総ビット数情報ｎｂ１
〜ｎｂ４のみを出力する。前記ＶＬＣ９ａの出力する総
ビット数情報ｎｂ１は係数演算回路１０に入力される。

【００３２】前記係数演算回路１０はＶＬＣ９ａ〜９ｄ
からの総ビット数情報ｎｂ１〜ｎｂ４、初期係数及びこ
の演算回路１０の出力Ｃ１〜Ｃ４を用いて所望の総ビッ
ト数ＮＢ０に対応する制御係数Ｃ０を予測し、夫々制御
係数としてＣ２〜Ｃ５を出力する。ここで、係数演算回
路１０は量子化回路７ａ〜７ｄに入力された１画面分の
変換データによって得られた制御係数Ｃ２〜Ｃ５を次の
１画面分の変換データが量子化回路７ａ〜７ｄに入力さ
れるタイミングで出力する。

【００３３】一方、１１ａ〜１１ｄはジグザグ走査回路
５の出力を１画面（フレーム）期間遅延する回路（１Ｆ
ＤＬ）であり、従って、係数演算回路１０の出力する制
御係数Ｃ２は前記制御係数Ｃ２を得るために用いた１画
面分の変換データが量子化回路７ｂに入力されるタイミ
ングで乗算回路８ｂに入力される。

【００３４】即ち、量子回路７ｂでは同一画面について
２度目の量子化が行なわれ、制御係数Ｃ２による量子化
コードＧ２１１〜Ｇ２８８が得られる。前記量子化され
た変換コードＧ２１１〜Ｇ２８８はＶＬＣ９ｂに入力さ
れる。

【００３５】量子化回路７ｃ〜７ｅ、乗算回路８ｃ〜８
ｅ、ＶＬＣ９ｂ〜９ｄ及び１ＦＤＬ１１ｂ〜１１ｄの動
作は、夫々量子化回路７ｂ、乗算回路８ｂ、ＶＬＣ９ａ
及び１ＦＤＬ１１ａの前述した動作と同様であり、これ
らの回路によって１つの画面についての所望の制御係数
の予測値が順次更新されていく。

【００３６】前述のように処理すると、係数演算回路１
０から得られる制御係数の予測値Ｃ５は、所望の総ビッ
ト数ＮＢ０に対応する制御係数Ｃ０に極めて近い値に収
束する。本実施例では制御係数Ｃ５を最終的な制御係数
Ｃとして乗算Ｎ回路８ｅに供給している。乗算回路８ｅ
の出力は量子化回路７ｅに供給され、該量子化回路７ｅ
では１ＦＤＬ１１ｄの出力即ち、都合４フレーム期間遅
延された変換データを量子化して、ＶＬＣ９ｅに供給す
る。

【００３７】ＶＬＣ９ｅは、実際に図３にて説明した如
き符号化を行い、符号化データ（ＤＡＴＡ）を出力する
。前記符号化データはエントリーバッファ１２にて所定
のビットレートで出力され、マルチプレクサ１３にて最
終的な制御係数Ｃと多重され、端子１４より伝送路に出
力される。

【００３８】ここで前記予測初期係数について詳細に説
明する。

【００３９】一般的に動画像は画面間の相関が高いので
、適応的ＤＣＴ符号化を行い、１画面（１フレーム）の
総データ量を一定に保つように制御係数（量子化係数）
を設定した場合、その制御係数は画面間でほぼ同じ値と
なる。

【００４０】そこで、本実施例では画面間の相関が高い
ことを利用することによって乗算回路８ａに入力する制
御係数として前画面で得られた値を用いることにより、
最適制御係数が得られるまでの制御係数Ｃ２〜Ｃ５の収
束を早めることができ、より正確な制御係数が得られる
。

【００４１】図２を用いて更に具体的に説明する。

【００４２】図２（ａ）は、ある画面の制御係数を求め
ていった時のＣ１〜Ｃ５の値を示したものである。この
図のように制御係数は目標とする最適制御係数値へと振
動しながら収束している。

【００４３】図２（ｂ）は、その次の画面の制御係数を
求めていった時のＣＩ〜Ｃ５を示したものである。ここ
で初めに入力したＣ１は前画面の制御係数Ｃ２，つまり
図２（ａ）のＣ２の値（この値を予測初期係数と呼ぶ）
が入力されている。この画面の最適制御係数は前画面と
ほぼ同じであるといえるので、Ｃ１が最適制御係数に近
づいたことにより収束が早まり、より最適制御係数に近
い値が得られる。

【００４４】更に画面間の相関が高ければ、この動作が
繰り返されることにより、より高画質な画像が得られる
ことになる。

【００４５】本実施例に於ては、極めて高速の処理を実
現するために制御係数は各画面毎に決定しているが、処
理時間に若干の余裕がある場合には、この制御係数の値
を決定する単位期間を小さく（短く）することも可能で
ある。

【００４６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の画像符号化
装置によれば、画像情報を周波数領域に変換して得た変
換データを量子化し、該量子化された変換データを可変
長符号化する符号化装置において、時間方向の相関性を
利用して量子化を行い、更に所定期間毎のデータ量を所
望のデータ量に設定することができ、かつ、極めて高速
で処理が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての画像符号化装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】制御係数の収束する様子を説明する為の図であ
る。

【図３】従来の符号化方式の概略構成例を説明するため
のブロック図である。

【図４】図３に示す符号化方式の処理を説明するための
図である。

【符号の説明】

３　　ブロック化回路 ４　　ＤＣＴ変換回路 ６　　量子化マトリクス発生回路 ７ａ〜７ｅ　　量子化回路 ８ａ〜８ｅ　　乗算回路 ９ａ〜９ｅ　　可変長符号化回路 １０　　係数演算回路 １１ａ〜１１ｅ　　遅延回路 １２　　エントリーバッファ １３　　マルチプレクサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画像情報を周波数領域に変換して得た
   変換データを量子化し、該量子化された変換データを可
   変長符号化する符号化装置において、互いに所定期間の
   時間差を有する前記変換データを並列に出力して複数チ
   ャンネルの変換データを出力する並列化手段と、前記並
   列化手段の出力する複数チャンネルの変換データを夫々
   量子化係数に従う量子化ステップで量子化する複数の量
   子化手段と、前記複数の量子化手段中の第１の量子化手
   段で量子化された変換データを前記可変長符号化により
   符号化した際のデータ量を、前記所定期間単位で演算す
   る演算手段と、前記複数の量子化手段で量子化された複
   数チャンネルの変換データの１つを可変長符号化する符
   号化手段と、前記演算手段の出力に応じて、前記第１の
   量子化手段へ入力される変換データに対して所定期間の
   時間差を有する変換データの入力される第２の量子化手
   段の量子化係数を発生する係数発生手段と、第１の量子
   化手段に用いる量子化係数として、他の量子化手段の量
   子化に用いられる量子化係数を供給する係数供給手段と
   を有することを特徴とする画像符号化装置。