JPH0746596A - イントラ−ブロックdc変換係数量子化方法 - Google Patents
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Abstract
DC変換係数を量子化して伝送されるデータの量を増加
させずに映像の質を向上させる方法を提供する。 【構成】 入力ディジタル映像信号に含まれた多数のブ
ロックの各々をインタ−ブロックまたはイントラ−ブロ
ックDCおよびAC変換係数のセットに変換するステッ
プと、インタ−ブロックまたはイントラ−ブロックDC
およびAC変換係数のセットからイントラ−ブロックD
C変換係数を選択するステップと、選択されたイントラ
−ブロックDC変換係数などのセットに基づいてイント
ラ−ブロックDC量子化器ステップ大きさを決定するス
テップと、イントラ−ブロックDC量子化器ステップ大
きさを用いて選択されたイントラ−ブロックDC変換係
数などの前記セットに含まれた変換係数各々から量子化
されたイントラ−ブロックDC変換係数を発生するステ
ップを含む。
Description
めの方法に関するもので、とくに、人間の視覚特性によ
ってイントラ−ブロック(intra-block) DC変換係数の
量子化器ステップ大きさ(quantizer step size) を調節
することによって伝送される映像の質を保持して伝送効
率を向上させるためのイントラ−ブロックDC変換係数
量子化方法に関する。
度テレビジョンおよび映像電話器システムのような多様
な電気/電子活用分野において、映像信号はディジタル
化された形態で伝送される。連続的な映像フレームを含
む映像信号がディジタル化された形態で表現されれば、
各映像フレームの各々の走査線が画素と呼ばれる一連の
ディジタルデータ要素からなるので、相当な量のディジ
タルデータが発生する。しかし、通常の伝送チャネルの
利用可能な周波数帯域は制限されているので、相当の量
のディジタルデータを制限されたチャネルを通じて伝送
するためには、伝送されるデータの量を減らしあるいは
圧縮するために映像信号符号化装置の使用が必要であ
る。
間および隣接フレームなどの内の画素のあいだに相関関
係または冗長性(redundancy)があるので、画質を激しく
損傷させることなく圧縮されうる。多様な映像圧縮技法
のうち、時間的圧縮技法および空間的圧縮技法を統計的
符号化技法と共に用いる、いわゆる、ハイブリッド符号
化技法が最も効果的であると知られている。
的インタ/イントラ−モード(inter/intra-mode) 符号
化、直交変換(orthogonal transform)、変換係数の量子
化および可変長さ符号化を採用する。適応的インタ/イ
ントラ−モード符号化は、後続の直交変換のための信号
を、たとえば、信号の分散に基づいて現在フレームのパ
ルス符号化変調(PCM) データまたは差分パルス符号変調
(DPCM)データから適応的に選択するプロセスである。予
測方法とも呼ばれ、隣接フレーム間の冗長性を減少させ
る概念に基づいたインタ−モード符号化は、現在フレー
ムと隣接した一つまたは二つのフレーム間での物体の動
きを決定し、物体の動き流れによって現在フレームを予
測し、現在フレームとその予測とのあいだの差分を表す
差分信号を発生するプロセスである。この符号化方法
は、たとえば、ステファン エリクソン(staffan Eric
sson) の「フィクスド アンド アダプティブ プレデ
ィクターズ フォア ハイブリッド プレディクティブ
/トランスフォーム コーディング(Fixed and Adaptiv
e Predictors for Hybrid predicteve/Transform Codi
ng) 」(アイイーイーイー トランザクションズ オン
コミュニケーションズ(IEEE Transactions on Commun
ications) 、COM-33、No 12、1985年12月)およびニノ
ミヤ(Ninomiya)とオオツカ(Ohtsuka) の「ア モーショ
ン−コンペンセイティド インターフレーム コーディ
ング スキーム フォア テレビジョンピクチャー(A M
otion-Compensated Interfraame Coding Scheme for Te
lelevision Picture) 」(アイイーイーイー トランザ
クションズ オン コミニュケーションズ(IEEE Trans
actions on Communications)、COM-30、No 1、1982年
1月)に開示されている。
び動き補償された差分パルス符号変調データのような映
像データのあいだの空間的な相関関係を用いて、そのデ
ータ間の空間的な冗長性を減少または除去させる直交変
換は、ディジタル映像データのブロックを変換係数のセ
ットに変換させる。この技法はチェン(Chen)およびプラ
ット(Pratt) の「シーン アダプティブ コーダ(Scene
Adaptive Coder)」(アイイーイーイー トランザクシ
ョンズ オン コミュニケーションズ(IEEE Transactio
ns on Communications) 、COM-32、No 3、1984年3
月)に開示されている。かかる変換係数データを量子化
および可変長さ符号化することによって、伝送されるデ
ータの量が効率的に圧縮されうる。
うな直交変換において、映像データは、たとえば、8×
8画素となったブロックである同じ大きさのブロックに
分割され、各ブロックは空間ドメインから周波数ドメイ
ンに変換される。よって、一つのDC変換係数と、多数
(たとえば、63個)のAC変換係数がえられる。その
ブロックのDC変換係数はそのブロックの画素の平均信
号の大きさを反映する。イントラ−モード入力映像信号
は通常、0から255までのあいだの値を有するので、
イントラ−ブロックDC変換係数は11ビットと表され
うる0から2040までの範囲を有し、イントラ−ブロ
ックAC変換係数は、約−1000から1000までの
値を有する。−255から255までの値を有するイン
トラ−モード映像信号のばあい、ACおよびDC変換係
数は約−2000から2000までの値を有する。
化される。量子化において、小さい量子化器ステップ大
きさ(または、量子化ステップ大きさ)は、多数のコー
ドビットを必要とする多量のデータをなし、大きい量子
化器ステップ大きさは、小さい数のコードビットを必要
とする小量のデータをなす。多量のコードビットは小量
のコードビットより映像をさらに精密に表すことができ
るので、伝送チャネルに付加されるデータの量と伝送さ
れた映像の質とのあいだにはトレードオフの関係がある
ことになる。
御方法がこの分野に提案されているが、これらの方法に
おいて、量子化器ステップ大きさの制御は通常、インタ
−ブロックDCおよびAC、イントラ−ブロックAC変
換係数に対する量子化器ステップ大きさの制御を意味す
る。かかる量子化器ステップ大きさの制御は、バッファ
メモリに現在貯蔵されているデータの量および入力映像
信号の複雑度に基づく。また、高周波数に対する人間の
視覚感度が低いことを用いて、認知される映像の質を損
傷させることなく、高周波数の直交変換係数に対して大
きい量子化器ステップ大きさが用いられうる。同じよう
に、直交変換係数のうち、最も低い周波数に対応するD
C係数の量子化において最も小さい量子化器ステップ大
きさが用いられる。
化器ステップ大きさは、インタ−ブロックACおよびD
C係数とイントラ−ブロックAC係数に対してだけ適応
的に調節されるイントラ−ブロックDCのばあいには、
MPEG(Moving Pictures Export Group)-1標準に提示され
るように、相対的に小さい、たとえば、8である固定さ
れたステップ大きさで量子化されるかまたはMPEG-2標準
でのように、たとえば、1、2、4または8の、多様な
ステップ大きさがピクチャー(picture) 単位で適応的に
調節される。ここで、ピクチャーは映像信号のフィール
ドまたはフレームを意味する。すなわち、イントラ−ブ
ロックDC係数は、たとえば、映像の明るさのような入
力映像信号の複雑度に関係なく最少限ピクチャー内では
一括的に量子化されて、たとえば、ブロッキング(区
画)効果によって映像の質を落とすことがある。ブロッ
キング効果とは受信端でブロッキングの境界線が見える
効果を言う。フレームが色々のブロッキング単位で符号
化されるので、かかるブロッキング効果は発生し、量子
化器ステップ大きさが大きくなるほど、すなわち、ブロ
ッキングが荒く量子化されるにつれてさらに深刻にな
る。したがって、もしある区画が隣接した区画などより
ずっと明るいかまたは暗い、イントラ−ブロックDC係
数が固定された大きい量子化器ステップ大きさによって
量子化されれば、その区画と隣接ブロックとのあいだの
明るさの差は非常に大きくなり、結局ブロッキング効果
などをもたらして画質を落とすことになる。
係数の値は、11ビットで表現される。したがって、そ
の11ビットイントラ−ブロックDC係数が量子化器ス
テップ大きさ1と量子化されれば、最大イントラ−ブロ
ックDC係数2040を1で割っても2040であるの
で、11ビットが量子化された係数を表すのに必要とな
る。反面、イントラ−ブロックDC係数がステップ大き
さ2で量子化されれば、最大イントラ−ブロックDC係
数2040を2で割ると1020であるので、量子化さ
れた係数は10ビットで表現され、ステップ大きさが4
であるばあい、9ビットが必要となり、ステップ大きさ
が8であるばあいは、2040を8で割ると255であ
って8ビットになる。
送するデータの量が少なければブロッキング効果が発生
して伝送画質がわるくなる。よって、画質を良好にする
ためには伝送するのに必要なデータの量が増加して符号
化効率を落とすジレンマに突き当たることになる。
性によって適応的にイントラ−ブロックDC変換係数を
量子化して前述したブロッキング効果を除去するか大幅
に緩和させ、伝送チャネルに付加されるデータの量を増
加させなくても認知される伝送映像の質を改善させる方
法を提供することである。
−モードまたはイントラモードである同一の大きさを有
する多数の前記ブロックからなる入力ディジタル映像信
号から伝送する符号化された映像信号を提供するディジ
タル化された映像信号符号器で用いるためのイントラ−
ブロックDC変換係数量子化方法において、前記入力デ
ィジタル映像信号に含まれた前記多数のブロック各々を
インタ−ブロックまたはイントラ−ブロックACおよび
DC変換係数のセットに変換するステップと、前記イン
タ−ブロックまたはイントラ−ブロックACおよびDC
変換係数のセットからイントラ−ブロックDC変換係数
を選択するステップと、前記選択されたイントラ−ブロ
ックDC変換係数などのセットに基づいて、イントラ−
ブロックDC量子化器ステップ大きさ(quantizer step
size) を決定するステップと、前記イントラ−ブロック
DC量子化器ステップ大きさを用いて選択されたイント
ラ−ブロックDC変換係数などの前記セットに含まれた
変換係数の各々から量子化されたイントラ−ブロックD
C変換係数を発生するステップとを含むイントラ−ブロ
ックDC変換係数量子化方法が提供される。
装置のブロック図を示す。入力ディジタル映像信号は直
交変換器10および前進分析器(forward analyzer)70
に入力される。入力ディジタル映像信号は各々のブロッ
クが8×8画素のインタ−モード映像信号またはイント
ラ−モード映像信号である同じ大きさの多数のブロック
を含む。
号を分析して映像信号の分散から映像信号の複雑度を決
定して複雑度係数を量子化器制御器60へ伝送する。
周波数ドメインに転換する直交変換器10は8×8画素
の各々の同じ大きさのブロックに一つのDC係数および
63個のAC係数を含む変換係数のセットを提供する。
量子化ブロック20で量子化される係数がイントラ−モ
ード映像信号ブロックから発生したイントラ−ブロック
DC係数、イントラ−ブロックAC係数のうちの、一つ
またはインタ−モード映像信号ブロックから発生された
インタ−ブロックAC/DC係数中の一つであるかを表
すために、係数表示信号も量子化ブロック20へ出力さ
れる。
器制御器60からの制御信号に応答して、量子化ブロッ
ク20は直交変換器10からのインタ−ブロックAC/
DCおよびイントラ−ブロックAC係数のような直交変
換係数各々に対する量子化器ステップ大きさを決定し
て、決定された量子化器ステップ大きさで直交変換係数
を量子化する。
本発明によって行われる。量子化ブロック20から出力
された量子化された変換係数は、可変長さ符号化器30
へ伝送され、また、量子化ブロック20から出力された
イントラ−ブロックDC量子化器ステップ大きさはマル
チプレクサ40へ伝送される。量子化ブロック20は図
2を参照して、あとで詳述される。
換係数は、可変長さ符号化器30で連続的に処理され
て、当該技術分野で知られているような可変長さ符号化
方法によって符号化される。
0からの可変長さ符号化された係数および量子化器制御
器60からの量子化器スケールおよび量子化ブロック2
0からのイントラ−ブロックDC量子化器ステップ大き
さのような情報をレートバッファ50へ伝送する。
スケール、イントラ−ブロックDC量子化器ステップ大
きさのような情報はレートバッファ(rate buffer) 50
に一時貯蔵されて、伝送チャネルへ伝送される。現在レ
ートバッファ50に貯蔵されたビット数は、量子化器制
御器60へ出力され、量子化器制御器60ではレートバ
ッファ50からの現在レートバッファ50に貯蔵されて
いるビット数と前進分析器70からの複雑度係数に基づ
いて量子化器スケールが決定される。
子化ブロック20の詳細図を示す。図1に示された直交
変換器10からの変換係数および係数表示信号が各々ス
イッチ22および量子化器選択器21へ入力される。
に応答して、変換係数が量子化される量子化器をスイッ
チ22が選択するようにする。すなわち、イントラ−ブ
ロックDC変換係数はイントラ−ブロックDC係数量子
化器26およびイントラ−ブロックDC量子化器ステッ
プ大きさ制御部25へ、イントラ−ブロックAC変換係
数各々はイントラ−ブロックAC係数量子化器24へ、
インタ−ブロックAC/DC変換係数各々はインタ−ブ
ロック量子化器28へ入力される。
量子化器スケールは、量子化器ステップ大きさ制御部2
3、27へ入力される。
制御部27は、入力された量子化器スケールを用いて、
インタ−ブロックAC/DC変換係数を量子化するため
のインタ−ブロックAC/DC量子化器ステップ大きさ
を計算して決定する。詳述すれば、当該技術分野で知ら
れているように、量子化器ステップ大きさは、量子化器
スケールおよび同じ値を有するマトリックス要素を有す
るインタ−ブロック量子化マトリックスからえられる。
きさ制御部23は、インタ−ブロック量子化器ステップ
大きさ制御部27と類似な方法でイントラ−ブロックA
C係数を量子化するためのイントラ−ブロックAC量子
化器ステップ大きさを決定する。しかし、イントラ−ブ
ロックAC量子化マトリックスのマトリックス要素は多
様な値を有するので、イントラ−ブロックAC量子化器
ステップ大きさはAC変換係数によって異なりうる。
制御部27およびイントラ−ブロックAC量子化器ステ
ップ大きさ制御部23からの量子化器ステップ大きさ
は、各々インタ−ブロック量子化器28およびイントラ
−ブロックAC係数量子化器24へ入力される。その量
子化器28、24でスイッチ22から入力された変換係
数の値は相応する量子化器ステップ大きさに分けられて
最も近い整数に四捨五入されて量子化された変換係数が
えられる。
変換係数は、ウェーバの法則(Weber’law)による人間視
覚特性を用いてイントラ−ブロックDC量子化器ステッ
プ大きさ制御部25で決定される多様な量子化器ステッ
プ大きさで量子化される。
る。ウェーバの法則によると、人間の視覚システムはあ
る領域が周囲の領域よりある程度以上明るいかまたは暗
ければその領域を区別して認識することができる(ウィ
リアム ケー プラット(William K.Pratt) の「デジタ
ル イメージ プロセシング(Digital Image Processin
g)」、ジョン ウィリー アンド サンズ(John Wiley
& Sons) (第2版、1991年)を参考)。言い替えれば、
図3に示したように、もし周辺領域Aの平均明るさがf
であり、中の領域Bの平均明るさがf+Δfであれば、
中の領域Bは|Δf|/fの値が0.02以上である時
だけ人間の視覚により区別されて認識される。すなわ
ち、ある領域が認識されるためには、その領域が周辺領
域より少なくとも2%以上明るいか暗くなければならな
い。結果的に、fが小さいかまたは平均明るさが低い所
ではある物体が周辺より少しでも明るいかまたは暗くて
も認識し易い反面、fが大きいか平均明るさが高ければ
物体は周辺領域よりずっと明るいか暗くなければ人間の
視覚により認識されえない。
はブロックの平均明るさを表すイントラ−ブロックDC
係数をイントラ−ブロックDC係数の値によって変化す
る量子化器ステップ大きさを用いて量子化する。その領
域の平均明るさが低く暗い領域、すなわち、イントラ−
ブロックDC係数が小さい領域では量子化器ステップ大
きさが小さく設定されて、人間のより敏感な認識度に符
合する精密な量子化が行われる。同じように、平均明る
さが高く明るい領域、すなわち、イントラ−ブロックD
C係数が大きい明るい領域では量子化器ステップが大き
い値と設定されて、人間の認識度が多少鈍感な明るい領
域での符号化効率を高めることになる。
大きさは、ユニット単位で決定される。ユニットには、
ブロック、マクロブロックおよびGOB(group of blocks)
の三つがある。ブロックは前述したような8×8画素か
らなったブロックとすることができる。これらのブロッ
ク四つは、GOB に含まれた多数のマクロブロックの各々
を構成する。いかなるユニットもイントラ−ブロックD
C量子化器ステップ大きさの決定に用いられうる。一般
に、映像はマクロブロック内で大幅に変化しないので、
マクロブロックがイントラ−ブロックDC量子化器ステ
ップ大きさの決定のためのユニットとして選択されば、
映像の質を損傷させることなく映像を量子化しうる。
ントラ−ブロックDC量子化器ステップ大きさ制御部25
は、スイッチ22から入力されたイントラ−ブロックD
C変換係数に基づいて量子化器ステップ大きさを決定す
る。換言すれば、イントラ−ブロックDC量子化器ステ
ップ大きさは、マクロブロック内の最大イントラ−ブロ
ックDC係数が1から255までの値を有するばあい、
1と設定されて、人間視覚システムが敏感で明るさの小
さい変化まで感知される相対的に暗いマクロブロック内
で非常に精密な量子化が行われうる。同じように、もし
マクロブロック内の最大イントラ−ブロックDC係数が
256から510までの値であるばあいは2と、もし5
11から1020までの値を量子化器スケールが有する
ばあいは4と、1021から2040までの値であるば
あいは8と量子化器ステップ大きさが設定される。
ためには、2ビットで表現されうるイントラ−ブロック
DC量子化器ステップ大きさは、イントラ−ブロックD
C係数量子化器26へ入力されて、イントラ−ブロック
DC量子化器ステップ大きさを決定するのに用いられた
マクロブロック内の各々のイントラ−ブロックDC係数
は入力された量子化器ステップ大きさに分けられ、最も
隣接した整数に四捨五入されて、量子化されたイントラ
−ブロックDC変換係数が提供される。かかる量子化器
ステップ大きさを用いて0から2040までの値をイン
トラ−ブロックDC係数からえられる量子化されたイン
トラ−ブロックDC係数を表すために8ビットだけが必
要となる。
テップ大きさは、イントラ−ブロックDC量子化器ステ
ップ大きさ制御部25から図1に示されたマルチプレク
サ40へ出力されて、受信機が受信されたデータを適切
に復号化しうるようにする。すなわち、イントラ−ブロ
ックDC変換係数は伝送されたイントラ−ブロックDC
量子化器ステップ大きさを用いて伝送された量子化され
たイントラ−ブロックDC係数から復号化器で計算され
うる。
−ブロックAC係数量子化器24およびイントラ−ブロ
ックDC係数量子化器26からの量子化された変換係数
は、図1に示された可変長さ符号化器30へ出力され
る。
大きさは、前述したこととは異なる方式、たとえば、
1、2、4、8以外の他の量子化器ステップ大きさを用
いるか、本発明の実施例とは異なる範囲のDC変換係数
で量子化器ステップ大きさを決定する方式でえられるこ
とを特記しなければならない。
符号化するための方法によって人間の視覚特性が敏感な
領域では精密な量子化を行い、多少敏感でない領域では
荒い量子化を行うため、全般的な映像の質が向上されう
る。また、本発明によって量子化された係数を表すのに
8ビットだけが必要であるので、符号化効率が増大し、
よって、量子化されたイントラ−ブロックDC係数を表
現するのに最大11ビットが必要な従来のシステムに比
べて伝送ラインを通じた伝送データの量が減少されう
る。
詳細ブロック図である。
面である。
制御部 24 イントラ−ブロックAC係数量子化器 25 イントラ−ブロックDC量子化器ステップ大きさ
制御部 26 イントラ−ブロックDC係数量子化器 27 インタ−ブロック量子化器ステップ大きさ制御部 28 インタ−ブロック量子化器 30 可変長さ符号化器 40 マルチプレクサ 50 レートバッファ 60 量子化器制御器 70 前進分析器
Claims (3)
- 【請求項1】 各々のブロックがインタ−モードまたは
イントラ−モードである同一の大きさを有する多数の前
記ブロックからなる前記入力ディジタル映像信号から伝
送する符号化された映像信号を提供するディジタル化さ
れた映像信号符号器で用いるためのイントラ−ブロック
DC変換係数量子化方法において、 前記入力ディジタル映像信号に含まれた前記多数のブロ
ック各々をインタ−ブロックまたはイントラ−ブロック
ACおよびDC変換係数のセットに変換するステップ
と、 前記インタ−ブロックまたはイントラ−ブロックACお
よびDC変換係数のセットからイントラ−ブロックDC
変換係数を選択するステップと、 前記選択されたイントラ−ブロックDC変換係数などの
セットに基づいて、イントラ−ブロックDC量子化器ス
テップ大きさを決定するステップと、 前記イントラ−ブロックDC量子化器ステップ大きさを
用いて前記選択されたイントラ−ブロックDC変換係数
などの前記セットに含まれた変換係数各々から量子化さ
れたイントラ−ブロックDC変換係数を発生するステッ
プとを含むイントラ−ブロックDC変換係数量子化方
法。 - 【請求項2】 選択されたイントラ−ブロックDC変換
係数などの前記セットに含まれた変換係数の数が4であ
る請求項1記載のイントラ−ブロックDC変換係数量子
化方法。 - 【請求項3】 前記イントラ−ブロックDC量子化器ス
テップ大きさが選択されたイントラ−ブロックDC変換
係数などの前記セットに含まれた変換係数の最大値が0
ないし255であるばあいは1と、256ないし510
であるばあいは2と、511ないし1020であるばあ
いは4とし、1021ないし2040であるばあいは8
と決定される請求項2記載のイントラ−ブロックDC変
換係数量子化方法。
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