JPH0723383A - ビット固定のための映像圧縮方法と伸張方法及びその装置 - Google Patents

ビット固定のための映像圧縮方法と伸張方法及びその装置

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JPH0723383A JP11863593A JP11863593A JPH0723383A JP H0723383 A JPH0723383 A JP H0723383A JP 11863593 A JP11863593 A JP 11863593A JP 11863593 A JP11863593 A JP 11863593A JP H0723383 A JPH0723383 A JP H0723383A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 映像機構においてビット固定のための映像圧
縮方法と伸張方法及びその装置を提供する。 【構成】 本発明は流入される映像信号を圧縮し圧縮効
率を向上させるために元映像を各ブロック単位で離散余
弦変換し、量子化して可変長符号化するための映像圧縮
装置及び方法において、静止画像に対する連続的な画面
を可変長符号化の際画面間差等的歪曲を置き歪曲の位置
を反復的に異にしながらビット数を効率的に固定させ
る。 【効果】 これにより、映像の品質が安定し、ハ−ドウ
ェア具現がより容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は映像機器においてビット
速度固定のための映像圧縮方法と伸張方法及びその装置
に係り、特に静止画像に対する連続的な画面を静止化圧
縮技法で画面の各々を独立的に処理し符号化する時差等
的歪曲を置き歪曲の位置を所定の周期で反復的に異にす
ることによりビット量を固定する映像圧縮方法と伸張方
法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディジタル信号処理分野において、即ち
ディジタルＶＣＲ（Video Cassette Recorder ）、ＨＤ
ＴＶ（Hi-Definition TV）、ディジタルビデオカメラ、
ビデオフォン等で画像信号をディジタルデ−タで処理す
るにおいて、映像情報量を圧縮する技術が使用されてい
る。特にディジタルＶＣＲに用いられる記録媒体の記録
効率を高めるために種々の圧縮符号化方式が提案されて
いる。
【０００３】このようなアナログ信号とは異なり、デ−
タ信号の一定したデ−タ量は元の映像の一定の大きさに
比例しない。従って、フィ−ルド毎に或いは一定したフ
レ−ム分毎に圧縮したデ−タ量が一定になるよう調節す
べきであるが、これは高速再生のようなトリック再生の
時は出力ビット量を固定することが決定的な要素として
作用するからである。
【０００４】即ち、高速探索のような特殊再生のため、
圧縮の際一枚の映像画面は均等な大きさを有するべきで
あり、テ−プ上の特定部分のデ−タは映像の元の画面の
位置と対応しなければならない。しかしながら、映像画
面の複雑な部分は符号化の際多くのビットを必要とし、
単純な部分は少ないビットを必要とする。
【０００５】従って、従来のディジタルＶＣＲにおいて
は有限長さを有する磁気テ−プの一トラック内に一画面
或いは一セグメントに対応する映像信号を符号化して記
録しなければならない時、符号化ビット量が一トラック
を越える時は超過分を次のトラックに記録する可変長符
号化方式、或いは設定ビット数に達すれば残りの部分の
符号化を中止する固定長符号化方式とに分けて用いられ
ている。最近まで、従来のＶＣＲでは前述した二方法の
中で一つの方法を採っていた。
【０００６】この可変長符号化方式は線形量子化された
係数に長さの可変的な符号を割り当てて前記符号を符号
化することである。しかしながら、符号化ビット数が一
定でないので、記録媒体に記録される形式を適切に制御
しなければビットストリ−ム間に影響を及ぼし合う可能
性が高くなり編集及び高速再生の際エラ−が発生する確
率も又高い。
【０００７】その反面、固定長符号化方式は適応量子化
による量子化係数を長さの一定した符号を割り当てて前
記量子化符号化することでビットストリ−ム間の影響は
ないので再生の際エラ−発生の確率は低いが、記録され
る情報が制限的であるので再生の際画質が低下する短所
がある。可変長符号化方式を利用して圧縮したデ−タを
一定にするデ−タ圧縮装置及び方法は同出願人が出願し
た米国特許出願第“07/886,194号" 及び第" 07/956,352
号" に開示されている。
【０００８】前述した映像圧縮装置の実際エントロピ−
符号化過程では予想消耗ビット量と実際必要なビット量
間に誤差が発生する。この場合、ＤＣＴ係数の中一部を
取り除きビット量を一定の大きさに調整する。しかしな
がら、ＤＣＴ係数を強制に取り除く過程で隣のブロック
との画質不均衡が発生し、復元された画面が不規則な画
質に現れる。即ち、ＤＣＴ係数を取り除く過程で許容歪
曲値を設定し、もし実際消耗ビット量が多くて許容歪曲
値以上にＤＣＴ係数を取り除く場合には低下するのでそ
の許容歪曲値内でのみ係数を取り除きそのままエントロ
ピ−符号化する。
【０００９】一画面の分割されたブロックに対し許容歪
曲値以内でＤＣＴ係数を取り除く。この時、一枚の映像
画面（フレ−ム或いは所定数のフィ−ルド）は均等な大
きさに圧縮されてのみテ−プ上の特定部分のデ−タが元
の画面と対応するので、もし消耗ビット量の超えた量ほ
ど画面の後半部でＤＣＴ係数を更に多く取り除けば、画
面の後半部に行くほど予想ビット量と実際消耗ビット量
間の誤差が更に大きくなる。結局、画面の後半部が前半
部より激しい歪曲を有し画質劣化をもたらす問題点があ
った。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は流入さ
れる映像に対し可変長符号化の際所定数の画面周期で画
面間に差等的歪曲を置き歪曲の位置を反復的に異にしな
がらビット量を効率的に固定させる映像圧縮方法及びそ
の装置を提供することである。本発明の他の目的は静止
映像に対する連続的な画面を可変長符号化の際画面間に
差等的歪曲を置き歪曲領域の位置を反復的に異にしなが
ら歪曲領域に対しては量子化間隔及び許容歪曲値を可変
させビット量を効率的に固定させる映像圧縮方法及びそ
の装置を提供することである。
【００１１】本発明の又他の目的は入力映像信号を可変
長符号化の際所定数の画面周期で画面間差等的歪曲を置
き歪曲の位置を反復的に異にしながらビット量を固定さ
せ圧縮した映像に対しこの圧縮された映像信号を元の映
像信号に復元する映像伸張方法及びその装置を提供する
ことである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明による映像圧縮方法は流入される映像信
号を圧縮し記録効率を向上させるために元映像を各ブロ
ック単位で離散余弦変換し、量子化し可変長符号化する
ための映像圧縮符号化方法において、所定数の画面周期
で各画面内で歪曲を差等的に設定した特定副映像の領域
（歪曲領域）を設定する歪曲領域設定段階と、現在流入
されるブロックが設定された歪曲領域に該当すればこの
現在ブロックの映像信号を量子化間隔を可変させ量子化
し量子化された係数のビット数に対する許容歪曲値を可
変させ画面当たりビット数を割り当てることにより実際
的に消耗される画面のビット数を望むビット数に収束さ
せる段階を含むことを特徴とする。
【００１３】又本発明による映像圧縮装置は流入される
ディジタル映像信号から輝度信号及び色差信号を分離し
た後所定の大きさのブロックに分離する分離手段と、前
記分離手段から分離された輝度信号及び色差信号に対す
る変化度を検出し、検出された変化度により該当される
クラスを分類する検出手段と、分離手段から入力された
出力信号をブロック単位で離散余弦変換して得られた変
換係数を出力する変換手段と、所定数の画面周期で基準
許容歪曲値より大きい歪曲値を有する歪曲領域を各画面
内で異に設定し、分離手段から読み出されるブロックの
順序を制御する歪曲領域設定手段と、分離手段で全体映
像の平均変化度に対応する圧縮定数を設定し、歪曲領域
設定段階で設定された歪曲領域なら圧縮定数を可変する
圧縮定数調整手段と、変換係数を量子化行列と前記圧縮
定数調整手段から出力される圧縮定数の乗算結果により
決定される量子化ステップサイズにより量子化し量子化
係数を発生する量子化手段と、量子化手段から出力され
る量子化係数を可変長符号化するための可変長符号化手
段と、量子化手段から出力される量子化された係数のビ
ット数を変化度に対応し割り当てられたビット数を基準
に調節し、歪曲領域のブロックに対しては基準許容歪曲
値を可変させ許容ビット量を調節するビット割当手段を
含むことを特徴とする。
【００１４】
【作用】本発明は所定数の画面周期で画面内で歪曲を差
等的に設定する歪曲領域を各画面内で異に設定し、正常
領域より量子化間隔を大きくして圧縮符号化することに
よりビット数を効率的に固定させ得る。
【００１５】
【実施例】以下、添付した図面に基づき本発明を詳細に
説明する。本発明はＪＰＥＧアルゴリズムで使用するＤ
ＣＴ技法を用いた可変長符号化方式を使用しており、ビ
ットレ−ト固定のためＤＣＴブロックが属する方向度を
計算し代表方向成分でない係数は除去比率を高め係数毎
に量子化間隔を変化させる前方制御と、ＩＳＯ（Intern
ational Organization for Standardization）で進行中
である国際標準化動画像符号化器（MPEG-1,MPEG-2 ）の
後端で使用される比率バッファ−（rate buffer ）を採
り、この比率バッファ−にデ−タが一定した比率でなく
満たされすぎると直ぐ量子化器の量子化間隔を変更しデ
−タ量を減らしバッファ−の比率状態を一定に維持する
後方制御と、視覚的にあまり毀損が感じられない模様と
位置を鑑みた人間視覚システムを利用して画面内で領域
別に差等的歪曲を置き量子化間隔を制御する差等歪曲付
与制御を利用している。
【００１６】本発明によるビット固定のための映像圧縮
と伸張方法に対する全体の流れは次の通りである。 （１）色信号分離：Ｒ、Ｇ、Ｂ信号から輝度信号である
Ｙと色差信号であるＲ−Ｙ、Ｂ−Ｙを分離する。 （２）差等歪曲領域設定：予め所定のフレ−ム周期で各
画面内で人間視覚システムの鈍い模様と領域に鑑みて、
他の領域より許容歪曲値を大きくした歪曲パタ−ンを各
画面毎に異に設定する。
【００１７】（３）変化度計算及びクラス分類：分離さ
れた三つの成分信号（component signal）に対し複雑度
と方向性を意味する変化度を計算する。変化度が高いほ
どに割り当てるべきビット量も多くなり、変化度の総合
計と特定ブロックが有する変化度の相対的比率により制
限された総ビット数からブロック毎の割当ビット数を計
算する。
【００１８】変化度を計算する過程で各ブロックの代表
方向性とブロックの分散を利用してブロックをその無秩
序と方向性に従って所定数のクラスに分類する。 （４）圧縮定数設定（scale factor）：全体映像の平均
変化度により量子化のための初期圧縮定数（正常圧縮定
数）を与え、歪曲領域に対しては初期圧縮定数を可変さ
せる。
【００１９】（５）ブロック処理順序：各成分の映像を
一画面上で正常領域を優先順位にして、正常領域、歪曲
パタ−ンにより設定された歪曲領域の順序通りブロック
単位でＤＣＴ変換を行う。 （６）クラス別量子化：得られたＤＣＴ係数の中、その
ブロックの属するクラスの代表方向成分でない係数は除
去比率が高くなる。相対的に重要でない係数を適切に取
り除いた後量子化テ−ブルにより係数毎に可変的量子化
を行い定数化する。
【００２０】（７）ブロックビット数調節：符号化の前
に必要ビット数を計算する。割り当てられたビット量よ
り計算量が多ければ係数配列の中で一番最後にある０で
ない係数を０にした後再びビット量を計算する。ビット
量が割当量に達するまで０でない係数を反復して取り除
いていく。これにより、ブロックの平均自乗誤差が増加
するのでクラス毎に違って与えられた基準平均自乗誤差
（基準許容歪曲値ともいう）を越えると係数除去過程を
中止し、歪曲領域の許容歪曲値は前記クラス毎に違って
与えられた基準許容歪曲値より大きく選択される。
【００２１】（８）総ビット数調整：一ブロックに対し
て計算ビット量が許容ビット量より小さければ総許容ビ
ット量から現在ブロックまで消耗したビット数を減算し
残り画面領域で割り当てられる全体ビット数を調整す
る。 （９）エントロピ−符号化：量子化された係数はジグザ
グ配列をしてハフマン符号としてエントロピ−符号化を
行う。ＤＣ成分は１次元ＤＰＣＭを通じて直前のブロッ
クのＤＣ値と現在ブロックのＤＣ値間の予測誤差値を符
号化する。ＡＣ成分は連続０と直続く０でない係数の大
きさを共に鑑みた確率値を以て符号化する。
【００２２】（１０）復号化過程：ハフマン符号からコ
−ティングされたデ−タの実際値は再生した後逆ジグザ
グ配列をして２次元配列を得る。符号化する時用いた圧
縮定数値を以て逆量子化をし、ＩＤＣＴを経てブロック
の位置を元の画面の位置に対応するよう再配列し再生さ
れた成分信号を得ると色信号変換を通じてＲ、Ｇ、Ｂを
復元する。
【００２３】次に本発明によるビット固定のための映像
圧縮方法と伸張方法及びその装置について詳細に説明す
ることにする。図１は本発明によるビット固定のための
映像圧縮装置の一実施例によるブロック図である。図１
によれば、本発明によるビット固定のための映像圧縮装
置の構成は流入される映像信号を輝度信号Ｙと色差信号
（Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）とに分離し所定の大きさにブロック
を分割する色信号分離及びブロック分割部１０と、予め
所定のフレ−ム周期で人間視覚システムの鈍い模様と領
域を鑑みて各画面内で他の領域より許容歪曲値を大きく
した歪曲パタ−ンが各画面毎に異に設定されている差等
歪曲領域設定部２０と、色信号分離及びブロック分割部
１０の輝度信号及び色差信号に対する変化度を検出し、
検出された変化度に従い該当されるクラスに分類する変
化度検出及びクラス分類部３０と、設定されたクラスに
対応する初期圧縮定数を求め、差等歪曲領域設定部２０
により設定された歪曲領域に該当するブロックの圧縮定
数は初期圧縮定数より大きく設定する圧縮定数選択部４
０と、色信号分離及びブロック分割部１０から符号化単
位（ブロック単位）で出力される映像信号をＤＣＴする
ためのＤＣＴ部５０と、ＤＣＴ係数を量子化するための
量子化部６０と、量子化された係数のビット数を検出さ
れた変化度に対応し割り当てられたビット数を基準に調
節し、差等歪曲領域設定部２０により設定された歪曲領
域のブロックに対しては基準許容歪曲値を可変させ許容
ビット数を調節するビット割当部７０と、ビット割当部
７０の出力を可変長符号化するエントロピ−符号化部８
０からなる。
【００２４】ここで、差等歪曲領域設定部２０は現在流
入されるディジタル映像信号の属するフレ−ムが歪曲パ
タ−ンの何番目のフレ−ムであるかを認識してこれに対
応する制御信号を出力するフレ−ム順序調整部２１と、
所定数のフレ−ムから構成された周期で人間の視覚シス
テムに画面の歪曲模様と位置に対する画面の歪曲パタ−
ンを予め貯蔵したロム（図示せず）を具備しているブロ
ック順序調整部２２から構成される。
【００２５】量子化部６０は量子化テ−ブル６１と、圧
縮定数選択部４０の出力と量子化テ−ブル６１の出力を
乗算する乗算器６２と、ＤＣＴ部５０より出力される離
散余弦変換されたデ−タを乗算器６２から提供された量
子化ステップサイズにより量子化する量子化器６３から
構成される。ビット割当部７０は量子化器６３から出力
される量子化された係数のビット数をカウントして変化
度検出及びクラス分類部３０でブロック別変化度により
設定された割当ビット数と比べるブロックビット数判断
部７１と、変化度検出及びクラス分類部３０で分類され
たクラス毎に違って与えられた基準許容歪曲値を選択
し、歪曲領域に対しては基準許容歪曲値を可変する許容
歪曲値選択部７２と、現在量子化されたビット数が割り
当てられたビット数より大きい場合に現在入力された量
子化ビット数の平均自乗誤差（MSE ）を計算し、許容歪
曲値選択部７２から選択された許容歪曲値と比べるため
のＭＳＥ計算及び許容歪曲値比較部７３と、ＭＳＥ計算
及び許容歪曲値比較部７３の出力から量子化されたビッ
ト数が割り当てられたビット数より大きい場合ビット数
を減らす係数除去部７４と、一ブロックの符号化を終了
すれば残りのブロックに対し割り当てられる全体ビット
数（残留ビット量）を計算し調整する残留ビット量調整
部７５から構成される。
【００２６】エントロピ−符号化部８０はハフマン符号
表からなっている可変長テ−ブル８１と、残留ビット量
調整部７５を通じて出力される量子化係数を可変長テ−
ブル８１を利用し符号化する可変長符号化部８２から構
成される。次いで図１の動作を図２乃至図６を結び付け
説明することにする。色信号分離及びブロック分割部１
０、圧縮定数選択部４０、量子化部６０、ＤＣＴ部５
０、エントロピ−符号化部８０の作動と変化度検出及び
クラス分類部３０は通常のものなので詳細な説明は省略
する。
【００２７】色信号分離及びブロック分割部１０では信
号入力源（図示せず）からディジタル映像信号を流入し
輝度信号Ｙと色差信号（Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）とに分離し、
分離された色差信号は副標本化をし、以後所定の大きさ
のブロック単位で、即ち８×８の大きさを有するブロッ
クにブロック分割する（S101-S102 段階）。歪曲領域設
定手段２０のフレ−ム順序調整部２１では現在入力され
るディジタル映像信号が画面の歪曲パタ−ンの何番目の
フレ−ムであるかを認識して歪曲パタ−ンが貯蔵されて
いるブロック順序調整部２２のロムをアクセスする（S1
03段階）。
【００２８】これを詳細に説明すれば、フレ−ム順序調
整部２１で現在フレ−ムが予め設定された画面の歪曲パ
タ−ンの何番目のフレ−ムであるかを判別する信号に応
じて画面の歪曲パタ−ンが貯蔵された複数個のロムの中
これに対応するロムをアクセスするようになり、このロ
ムには色信号分離及びブロック分割部１０のブロック読
み出し順序に該当する、即ち正常領域を優先順位で各ブ
ロック位置デ−タが貯蔵されており、色信号分離及びブ
ロック分割部１０から読み出されるブロックが歪曲領域
に該当するブロックなら圧縮定数が可変するよう制御す
る信号を圧縮定数選択部４０に出力すると同時に許容歪
曲値が可変するよう制御信号をビット割当部７０の許容
歪曲値選択部７２に出力する。
【００２９】ここで、ブロック順序調整部２２のロムに
貯蔵された歪曲パタ−ンを説明すれば、図４に示した通
り、Ｎ番目の画面とＮ−１番目の画面は各々相異なる領
域（上端部、下端部）で歪曲が激しく現れるパタ−ンを
有するようブロックに対する情報をロムに貯蔵する。即
ち、比較的にＮ番目の画面（或いはフィ−ルド）は画面
の下端部に行くほど映像の全般的な画質が落ち、Ｎ＋１
番目の画面は画面の上端部に行くほど歪曲が大きくな
る。Ｎ＋２番目の画面では画面の下端部で再び歪曲が大
きくなることが分かる。
【００３０】又、図５は図４に示した通り画面の上下端
部にのみ歪曲を大きくせず周期Ｍを以て、即ちＮ＋１、
Ｎ＋２、Ｎ＋３、…、Ｎ＋Ｍ画面毎に画面の様々な位置
に交代に歪曲を与えて歪曲が反復される周期を増やす効
果を持つよう歪曲パタ−ンが設定できる。図６には周期
Ｔ毎に反復的に歪曲が同じ位置に現れるが、人間の視覚
が敏感な感度を有する空間周波数帯域信号は忠実に符号
化され、そうでない部分では映像の表現に必要な情報量
を制限することにより限定された情報量で人間の視覚に
忠実な符号化をするために人間視覚システムを利用して
人間視覚システムの鈍い模様と領域に歪曲付与をする。
【００３１】要約すれば、フレ−ム順序調整部２１から
現在フレ−ムの歪曲パタ−ンに該当するロムがアクセス
できる制御信号に応じてブロック順序調整部２２では現
在フレ−ムの歪曲パタ−ンを貯蔵したロムの開始番地を
探索する（S104段階）。変化度検出及びクラス分類部３
０では色信号分離及びブロック分割部１０から出力され
るＹ或いはＲ−Ｙ、Ｂ−Ｙに対し所定のブロック単位で
分割されたブロックの複雑度と方向性を意味する変化度
を計算する。ブロックの変化度とは四つの方向変化度
（水平、垂直、対角線、反対角線）を二乗させ加えた後
求めた平方根と定義される。この変化度とビット数は比
例関係であり、変化度が大きいほどビット量が多いので
ブロックの予定ビット数（或いは割当ビット数）は変化
して行くにつれ定められる。
【００３２】即ち、割当ビット数は変化度の総計と所定
ブロックの大きさ（基準ブロック）が有する変化度の相
対的比率により制限された総ビット数から計算できる。
ここで、計算された割当ビット数はブロックビット数判
断部７１及び残留ビット量調整部７５に供給される。
又、変化度の総計を基準ブロックの総ビット数で分け平
均変化度を得て圧縮定数ＳＦ設定に影響を及ぼす。
【００３３】次のクラス分類は各ブロックの代表方向性
と分散を利用して分類される。即ち、クラスは各ブロッ
クの無秩序の程度と方向性を把握して区分される。クラ
ス分類に必要な分散値ＶＡＲ（Variance）は、
【００３４】
【数１】
【００３５】と表す。ここで、ｆはブロック画素の平均
値である。各クラスの分類は四つの方向変化度に対して
一番変化度の値が小さい順序通り整列し、値の小さい順
序通り四つの方向変化度値をMIN1、MIN2、MIN3、MIN4に
対応させ、変化度値、MINi(i＝１、２、３、４) 値、分
散値を以てクラスを分類する（S105段階）。圧縮定数選
択部４０は変化度検出及びクラス分類部３０から得られ
た平均変化度により量子化する量子化パラメ−タ−であ
る初期圧縮定数ＳＦを決定し、量子化するブロックが歪
曲領域ならブロック順序調整部２２から出力される歪曲
ブロック制御信号に応じて圧縮定数に所定の変化値ΔＳ
Ｆを加算して圧縮定数を大きくする（S106-S110 段
階）。
【００３６】ＤＣＴ部５０では色信号分離部及びブロッ
ク分割部１０から分離されたブロックの映像デ−タをブ
ロック順序調整部２２から出力されるブロック読み出し
順序制御信号に応じてこの読み出し順序通りに離散余弦
変換する（S111段階）。量子化部６３は量子化テ−ブル
６１の量子化行列とクラス別に設定された圧縮定数を乗
算した乗算器６２の出力により量子化ステップサイズが
制御される。各ＤＣＴ係数はその位置毎に視覚的な重要
度が違うので各位置毎に可変的な値で構成された行列元
素値（量子化ステップサイズ）が適用されるので量子化
行列をＱＭ(U,V) とし、それぞれのＤＣＴ係数に対する
量子化ステップサイズをＱ(U,V)とする時、 Ｑ（U,V)＝ＳＦ×ＱＭ（U,V) …（２） から成立される。
【００３７】本発明ではＤＣＴ係数に対し可変的な量子
化をする。即ち、ブロックの代表方向成分でない係数は
除去比率を高め係数毎に量子化ステップサイズが違うよ
う制御する。このようなクラス別係数減衰作業が終われ
ば、前述した量子化ステップサイズに従う量子化を行う
（S112段階）。量子化テ−ブル６１はISO/CCITT で提案
した量子化行列を使用する。
【００３８】ビット割当部７０はブロックの変化度によ
り予めブロックの割当ビット数を与え量子化係数と比べ
てブロック当たり正確なビット量になるよう調節する
（S113段階）。先ず、ブロックの割当ビット数は変化度
検出及びクラス分類部３０から提供されるもので、ブロ
ックの最初の総ビット数を計算する。最初の総ビット数
は全てのブロックの変化度Ａ(m) を加えたもので次のよ
うに表現される。
【００３９】
【数２】
【００４０】ここで、ｎは画面内の総ブロック数であ
る。望むビット率による最初の総ビット量ＴＢ(0) は、 ＴＢ（０）＝Ｎ …（４） ここで、ｎは画面の総ビット量となる。これにより前述
したブロックの割当ビット数Ｂ(m) は、
【００４１】
【数３】
【００４２】となる。最初ブロックに対する割当ビット
数Ｂ(0) は各ブロックの許容ビット数となる。従って、
量子化器６３で量子化された係数の現在ビット数が許容
ビット数Ｂ(m) より大きくなければエントロピ−符号化
部８０に出力される。しかしながら、現在ビット数が許
容ビット数Ｂ(m) より大きければ可変長符号化部８２に
送る前にクラスに許されたＭＳＥ（Mean Square Error
）値を越えない範囲で反復的にビット数を減らし許容
ビット数まで減少させる。即ち、ブロックビット数判断
部７１から割り当てられたビット数Ｂ(m) と量子化係数
を比べた結果量子化ビット数が大きければ次のような計
算式によりＭＳＥ計算し、ＤＣＴ係数の中最後の係数が
取り除かれるよう係数除去部７４から制御信号を出力す
る。
【００４３】ＭＳＥ（平均自乗誤差）は、
【００４４】
【数４】
【００４５】とＦ(U,V) はＤＣＴ変換直後の係数であ
り、Ｃ(U,V) は量子化された係数である。ＭＳＥは計算
ビット量が割当ビット量に達するまで０でない係数を反
復除去する度に増加するので前述した計算ビット量がク
ラス毎に違って与えられた特定ＭＳＥを基準値とし、超
過すれば係数除去部７４で係数除去過程を終え量子化係
数を可変長符号化部８２に出力する（S114-S117 段
階）。
【００４６】一方、残留ビット量調節部７５では計算ビ
ット量が許容ビット量より等しいか小さい時総許容ビッ
ト量から現在ブロックまで消耗したビット数を減算し、
残りの画面領域に使用できる総残留ビット量を計算す
る。即ち、現在ブロックのビット数がＢ(m) なら総ビッ
ト数は次の通りである。 ＴＢ(m+1) ＝ＴＢ(m) −Ｂ(m) …（７） 同じことに、次のブロックで許容可能な総変化度ＴＡ(m
+1) は次の通りである。
【００４７】 ＴＡ(m+1) ＝ＴＡ(m) −Ａ(m) …（８） ここで、Ａ(m) は現在ブロックの変化度である。次の m
+1番目ブロックの割当ビット数は次の通りである。
【００４８】
【数５】
【００４９】可変長符号化部８２では各ブロック内の量
子化係数を符号化し、伝送したり貯蔵する。この時符号
化方式について説明すれば、ＤＣ成分は１次元ＤＰＣＭ
を通じて直前のブロックのＤＣ値と現在ブロックのＤＣ
値間の予測誤差値を符号化し、ＡＣ成分は連続０（zero
run）と直続く０でない大きさを共に鑑みた発生確率を
通じてハフマン符号表８１を以て符号化する。連続０の
開始位置でＥＯＢ（end of block）信号が載せられれば
一ブロックの符号化を終了したという制御信号をブロッ
ク順序調整部２２に出力して符号化過程を反復する（S1
18、S119段階）。
【００５０】ここで、全体画面の実際消耗されるビット
量が許容ビット量より小さいか等しければ本発明による
画面間差等的歪曲を与える必要がない。特に、本発明は
ディジタルＶＣＲ、ＨＤＴＶの映像圧縮装置、各種動画
像コ−デック（CODEC ）に使用可能である。
【００５１】
【発明の効果】前述の通り、本発明によるビット固定の
ための映像圧縮方法と伸張方法及びその装置は静止画像
に対する連続的な画面を可変長符号化の際画面間差等的
歪曲を置き歪曲の位置を周期的に反復して異にしながら
ビット数を固定させ可変長符号化の際効率的にビット数
を固定させることにより映像の品質が安定し、ハ−ドウ
ェア具現が更に容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるビットレ−ト固定のための映像圧
縮方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明によるビットレ−ト固定のための映像圧
縮装置のフローチャートである。
【図３】図２に続くフローチャートである。
【図４】差等歪曲領域設定手段により設定された歪曲パ
タ−ンを説明するための図である。
【図５】差等歪曲領域設定手段により設定された歪曲パ
タ−ンを説明するための図である。
【図６】差等歪曲領域設定手段により設定された歪曲パ
タ−ンを説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 色信号分離及びブロック分割手段 ２０ 差等歪曲領域設定手段 ２１ フレ−ム順序調整部 ２２ ブロック順序調整部 ３０ 変化度検出及び分類手段 ４０ 圧縮定数設定手段 ５０ ＤＣＴ手段 ６０ 量子化手段 ６１ 量子化テ−ブル ６２ 乗算器 ６３ 量子化器 ７０ ビット割当手段 ７１ ブロックビット数判断部 ７２ 許容歪曲値設定部 ７３ ＭＳＥ計算器及び許容歪曲値比較部 ７４ 係数除去部 ７５ 残留ビット量調整部 ８０ エントロピ−符号化手段 ８１ 可変長テ−ブル ８２ 可変長符号化部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 1/41 Ｂ 9070−5Ｃ

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流入される映像信号を圧縮し圧縮効率を
    向上させるために元映像を各ブロック単位で離散余弦変
    換し、線形量子化し可変長符号化するための映像圧縮符
    号化方法において、 所定数の画面周期で画面内で歪曲を差等的に設定する特
    定副映像の領域（歪曲領域）を各画面内で異に設定する
    歪曲領域設定段階と、 現在流入されるブロックの映像信号が予め設定された歪
    曲領域に該当すればこの現在ブロックの映像信号を量子
    化間隔を可変させ量子化し、量子化された係数のビット
    数に対し許容歪曲値を可変させ画面当たりビット数を割
    り当て実際的に消耗される画面のビット数を望むにビッ
    ト数に収束させる収束段階を含むことを特徴とするビッ
    ト固定のための映像圧縮方法。
  2. 【請求項２】 前記収束段階は所定数の画面毎に反復的
    に歪曲領域許容歪曲値と圧縮定数を高めビット数を許容
    ビット量に収束させることを特徴とする請求項１記載の
    ビット固定のための映像圧縮方法。
  3. 【請求項３】 前記歪曲領域設定段階では歪曲パタ−ン
    を映像内で人間視覚システムに敏感に感じられない模様
    と位置に設定させることを特徴とする請求項１記載のビ
    ット固定のための映像圧縮方法。
  4. 【請求項４】 前記歪曲領域設定段階は、 所定数のフレ−ム周期で画面の歪曲パタ−ンを設定する
    設定段階と、 現在ディジタル映像信号の属するフレ−ムが歪曲パタ−
    ンの何番目のフレ−ムであるかを認識する歪曲パタ−ン
    認識段階と、 画面認識された歪曲パタ−ンに対応する歪曲パタ−ンを
    アクセスする探索段階を含むことを特徴とする請求項３
    記載のビット固定のための映像圧縮方法。
  5. 【請求項５】 前記設定段階では歪曲パタ−ンに基づい
    た正常ブロック領域を優先順位にして量子化する順序通
    り歪曲領域を設定することを特徴とする請求項４記載の
    ビット固定のための映像圧縮方法。
  6. 【請求項６】 流入されるディジタル映像信号を輝度信
    号及び色差信号とに分離した後、所定数に分割された所
    定の大きさのブロックで出力する分離段階と、 前記分離段階から分離された輝度信号及び色差信号に対
    する変化度を検出し、検出された変化度により前記映像
    信号を該当するクラスに分類する検出段階と、 前記分離段階から分離された出力デ−タを入力しブロッ
    ク単位で離散余弦変換して得られた変換係数を出力する
    変換段階と、 所定数の画面周期で大きい歪曲を差等的に設定した歪曲
    領域を各画面毎に異に設定し、前記分離段階から読み出
    されるブロック順序を制御する歪曲領域設定段階と、 前記分離段階で全体映像の平均変化度に対応する圧縮定
    数を設定し、前記分離段階から読み出されるブロックが
    前記歪曲領域設定段階で設定された歪曲領域なら圧縮定
    数を可変する圧縮定数調整段階と、 前記変換係数を量子化行列と前記圧縮定数調整段階の調
    整された圧縮定数の乗算結果によって決定される量子化
    間隔により量子化し量子化係数を出力する量子化段階
    と、 前記量子化段階から出力される量子化係数を可変長符号
    化するための可変長符号化段階と、 量子化段階から出力される量子化されたブロックのビッ
    ト数はブロック単位で入力し、変化度に対応し割り当て
    られたビット数を基準に調節し、歪曲領域に該当すれば
    基準許容歪曲値を可変させ許容ビット量を調節するビッ
    ト割当段階を含むことを特徴とするビット固定のための
    映像圧縮方法。
  7. 【請求項７】 前記歪曲領域設定段階では歪曲パタ−ン
    が人間視覚システムにより映像内で人間が視覚的に歪曲
    を敏感に感じられない模様と領域に設定されることを特
    徴とする請求項６記載のビット固定のための映像圧縮方
    法。
  8. 【請求項８】 前記歪曲領域設定段階は、 所定数のフレ−ム周期で画面の歪曲パタ−ンを設定する
    設定段階と、 現在ディジタル映像信号の属するフレ−ムが歪曲パタ−
    ンの何番目のフレ−ムであるかを認識する歪曲パタ−ン
    認識段階と、 認識された画面に該当する歪曲パタ−ンの貯蔵された前
    記設定段階をアクセスする探索段階を含むことを特徴と
    する請求項７記載のビット固定のための映像圧縮方法。
  9. 【請求項９】 前記歪曲領域設定段階では歪曲パタ−ン
    により正常領域を優先順位で量子化するよう量子化順序
    に対応し歪曲領域を設定することを特徴とする請求項８
    記載のビット固定のための映像圧縮方法。
  10. 【請求項１０】 前記ビット割当段階は、 前記量子化段階から出力される量子化された係数のビッ
    ト数をカウントしブロック別変化度により設定された割
    当ビット数と比べるブロックビット数判断段階と、 前記検出段階から検出されたクラスに対応して基準許容
    歪曲値を選択し、前記歪曲領域設定段階で設定された歪
    曲領域では基準許容歪曲値を可変する許容歪曲値選択段
    階と、 ブロックビット数判断段階での出力が現在量子化された
    ビット数が割り当てられたビット数より大きい場合には
    現在入力された量子化ビット数の平均自乗誤差（MSE ）
    を計算し、許容歪曲値設定段階から選択された許容歪曲
    値と比べるためのＭＳＥ計算及び許容歪曲値比較段階
    と、 前記ＭＳＥ計算及び許容歪曲値比較段階を通じて現在量
    子化されたビット数が割り当てられたビット数より大き
    い場合量子化係数の中一番最後の部分のビット数を取り
    除く係数除去段階と、 一ブロックの符号化を終了すれば割り当てられる全体ビ
    ット数（残留ビット量）を計算し調整する残留ビット量
    調整段階を含むことを特徴とする請求項６記載のビット
    固定のための映像圧縮方法。
  11. 【請求項１１】 流入される映像信号を圧縮し圧縮効率
    を向上させるために元映像を各ブロック単位で離散余弦
    変換（DCT ）し量子化し可変長符号化する映像圧縮符号
    化方法において、 離散余弦ブロックが属する方向度を計算し代表方向成分
    でない係数に対し除去比率を高め係数毎に量子化間隔を
    変化する前方制御過程と、 量子化された係数が許容ビット量より多ければ予め定め
    られた許容歪曲値以内でＤＣＴブロックの量子化係数を
    順次的に取り除き、許容歪曲値以上なら量子化された係
    数をそのまま符号化する後方制御過程と、 視覚的に敏感に感じられない模様と位置を鑑みた人間視
    覚システムを利用し画面内で領域別に差等的に歪曲を置
    き歪曲領域なら前記量子化間隔を調整する差等歪曲付与
    制御過程を含むことを特徴とするビット固定のための映
    像圧縮方法。
  12. 【請求項１２】 流入されるディジタル映像信号を輝度
    成分及び色差成分とに分離した後所定の数に分割された
    所定の大きさのブロックで出力する分離手段と、 前記分離手段から分離された輝度信号及び色差信号に対
    する変化度を検出し、検出された変化度により該当する
    クラスを分類する検出手段と、 前記分離手段から出力デ−タを入力しブロック単位で離
    散余弦変換して得られた変換係数を出力する変換手段
    と、 所定数の画面周期で大きい歪曲を差等的に設定した歪曲
    領域を各画面内で異に設定し、前記分離手段から読み出
    されるブロック順序を制御する歪曲領域設定手段と、 前記分離手段で全体映像の平均変化度に対応する圧縮定
    数を設定し、前記分離手段から読み出されるブロックが
    前記歪曲領域設定手段で設定された歪曲領域なら圧縮定
    数を可変する圧縮定数調整手段と、 前記変換係数を量子化行列と前記圧縮調整手段から出力
    される圧縮定数の乗算結果によって決定される量子化ス
    テップにより量子化し量子化係数を出力する量子化手段
    と、 前記量子化手段から出力される量子化係数を可変長符号
    化するための可変長符号化手段と、 前記量子化手段から出力される量子化されたブロックの
    ビット数をブロック単位で入力し変化度に対応し割り当
    てられたビット数を基準として調節し、歪曲領域に当た
    ると基準許容歪曲値を可変して許容ビット量を調節する
    ビット割当手段を含むことを特徴とするビット固定のた
    めの映像圧縮装置。
  13. 【請求項１３】 前記ビット割当手段は所定数の画面毎
    に反復的に歪曲領域の歪曲値と許容ビット量を高め、前
    記所定数の画面単位では前記量子化されたビット量が一
    定するよう制御することを特徴とする請求項１２記載の
    ビット固定のための映像圧縮装置。
  14. 【請求項１４】 前記歪曲領域設定手段は歪曲領域の歪
    曲パタ−ンを映像内で人間視覚システムにより敏感でな
    い模様と位置を鑑みて設定することを特徴とする請求項
    １２記載のビット固定のための映像圧縮装置。
  15. 【請求項１５】 前記歪曲領域設定手段は、 画面の歪曲パタ−ンの貯蔵された複数個のメモリを具備
    し、メモリに貯蔵されたブロック位置情報により、即ち
    正常領域を優先順位にして前記ブロック読み出し順序を
    調整するブロック順序調整部と、 現在流入されるディジタル映像信号の属するフレ−ムが
    歪曲パタ−ンの何番目のフレ−ムであるかを認識し、こ
    れに対応する歪曲パタ−ンの貯蔵された前記メモリをア
    クセスするフレ−ム順序調整部を含むことを特徴とする
    請求項１４記載のビット固定のための映像圧縮装置。
  16. 【請求項１６】 前記ブロック順序調整部は前記分離手
    段から読み出されるブロックが歪曲領域に該当するブロ
    ックなら圧縮定数が可変するよう制御する信号を圧縮定
    数設定手段に出力すると同時に許容歪曲値が可変化する
    よう制御信号をビット割当手段に出力することを特徴と
    する請求項１５記載のビット固定のための映像圧縮装
    置。
  17. 【請求項１７】 前記ビット割当手段は、 前記量子化手段から出力される量子化された係数のビッ
    ト数をカウントしてブロック別変化度により設定された
    割当ビット数と比べるブロックビット数判断部と、 変化度検出及びクラス分類手段から検出されたクラスに
    対応し基準許容歪曲値を選択し、ブロック順序調整部か
    ら歪曲領域であることを知らせる制御信号に応じて基準
    許容歪曲値を可変する許容歪曲値選択部と、 現在量子化されたビット数が割り当てられたビット数よ
    り大きい場合には歪曲に該当する現在入力された量子化
    ビット数の平均自乗誤差を計算し、許容歪曲値設定部で
    設定された許容歪曲値と比べるためのＭＳＥ計算及び許
    容歪曲値比較部と、 現在量子化された係数が割り当てられたビット数より大
    きい場合は係数の中最後の部分のビット数を取り除く係
    数除去部と、 一ブロックの符号化を終了すれば割り当てられる全体ビ
    ット数（残留ビット量）を計算し調整する残留ビット量
    調整部を含むことを特徴とする請求項１２記載のビット
    固定のための映像圧縮装置。
  18. 【請求項１８】 歪曲領域を設定し正常領域を優先順位
    のブロック単位で離散余弦変換し、変換係数を所定の圧
    縮定数に対応し量子化し、得られた量子化係数を可変長
    符号化し符号化されたデ−タを復号化する伸張方法にお
    いて、 符号化されたデ−タを可変長復号化し実際値を再生する
    可変長復号化過程と、 符号化の際用いた圧縮定数値を以て逆量子化をする逆量
    子化過程と、 逆離散余弦変換する過程と、 逆離散余弦変換した後ブロックの位置を元の画面の位置
    に対応するよう順次に再構成する再構成過程を含むこと
    を特徴とするビット固定のための映像伸張方法。
  19. 【請求項１９】 歪曲領域を設定し正常領域を優先順位
    のブロック単位で離散余弦変換し変換係数を所定の圧縮
    定数に対応し量子化し、得られた量子化係数を可変長符
    号化し符号化されたデ−タを復号化する伸張装置におい
    て、 可変長復号化し実際値を再生する可変長復号化手段と、 符号化の際用いた圧縮定数値を有し逆量子化をする逆量
    子化手段と、 逆離散余弦変換する手段と、 逆離散余弦変換した後ブロックの位置を元の画面の位置
    に対応するよう順次に再構成する再構成手段を含むこと
    を特徴とするビット固定のための映像伸張装置。
JP11863593A 1992-05-27 1993-05-20 ビット固定のための映像圧縮方法と伸張方法及びその装置 Expired - Lifetime JP3419497B2 (ja)

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