JPH1132329A

JPH1132329A - 符号化装置及びカメラ

Info

Publication number: JPH1132329A
Application number: JP18542597A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Tomita; 務富田; Tomoyuki Kurashige; 知行倉重; Hirotaka Kobayashi; 弘孝小林; Hiroyuki Tarumi; 浩幸垂水; Junji Shiokawa; 淳司塩川
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Video and Information System Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】情報量が大きく変動するような画像信号を符号
化するときのノイズや画質の段差発生を防止する。【解決手段】符号化処理する画像符号器３に至る以前に
画像信号処理回路３によって画像信号の周波数特性を制
御し、画像信号がもつ情報量を増減させることで発生す
る符号量を適正化し、ノイズや画質段差の発生を防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は符号化装置及びカメ
ラに係り、画像信号及び音声信号を符号化することによ
り圧縮処理して出力する符号化装置及符号化された画像
信号及び音声信号を記録再生するカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの普及に
伴い、インターネットやイントラネットなどに代表され
る各種通信メディアでは、映像を用いた表現手段を用い
ることが多くなってきた。これは、映像が単なる鑑賞用
に止まらず、情報データの１つとして扱われ始めたこと
を意味する。

【０００３】このような環境においては、能率的な情報
伝達のための映像信号の符号化，圧縮処理といった技術
が必要不可欠なものとなっている。特に高い圧縮率が要
求される動画像信号の圧縮符号化は、ＤＣＴ変換，フレ
ーム間予測，動き補償などといったような複数のアルゴ
リズムの組み合わせで行われる。これにより、隣接する
フレームの画像の相関や被写体の動き情報を利用して、
動きを含む被写体に対しても効率良い圧縮符号化を実現
するようにしている。これらの符号化方式としては、テ
レビ電話や通信用の符号化標準規格であるＨ．２６１
や、動画像蓄積用符号化方式であるＭＰＥＧ等が一般的
に知られている。これらの符号化技術に関しては、テレ
ビジョン学会誌Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ７、ｐｐ．７９３〜
７９９（１９９１）及び同ｐｐ．８０７〜８１２等に記
載されている。

【０００４】前記したようなデータ圧縮手法のなかで、
最も重要な技術の１つに符号量レートの制御がある。こ
れは、複号器側のバッファに破綻を来さないように考慮
し、データレートを平均化する制御のことである。

【０００５】符号量を均一化するために、各フレームへ
の符号量の割り当て符号量（ビット数）は、量子化係数
を変えることにより制御される。量子化係数とは、ＤＣ
Ｔ変換などで周波数成分に配列され符号化されたデータ
を量子化する係数のことであって、符号化データを量子
化係数で割算することにより、生成される符号量を制御
する。例えば、ある動画像の信号を符号化する場合に、
あるフレームでの被写体に精細な部分が多くて生成され
る符号量が多い場合は、量子化係数を大きくして次フレ
ームで生成される符号量を落とすようにし、逆にあるフ
レームでの被写体に平坦な部分が多くて生成される符号
量が少ない場合は、量子化係数を小さくして次フレーム
で生成される符号量を上げるようにしている。

【０００６】しかしながら、一般的に、この量子化係数
が大きいほど再生画像は粗くなると共に原画像との誤差
も大きくなる。

【０００７】これらについては、テレビジョン学会誌Ｖ
ｏｌ．４７、Ｎｏ１０、ｐｐ．１３０４〜１３１２（１
９９３）等に記載されている。

【０００８】このような方式に従って画像信号の符号化
や圧縮処理を行うが、特にフレーム間相関が低く、動き
補償が困難な被写体の場合においては、特開平７−１６
２８５３号公報や特開平７−２２２０４８号公報等に記
載されているように、被写体の持つ情報やカメラの制御
情報などに基づいて符号化を行うことによって、画質劣
化を防止する方法が提案されている。

【０００９】また、特開平６−２９２１９４号公報に
は、予め定めた圧縮パラメータに従った画質調整を行う
ことによりデータ量（符号量）を制御する画質補正回路
が開示されているが、画一的な画質調整が行われるの
で、圧縮に最適な状態を維持するように自動画質調整を
行うことができない。

【００１０】更に、特開平４−２２７１８５号公報に
は、複数ブロック単位で画質調整を行うことにより符号
量を一定値にする符号化出力データ量制御方式が開示さ
れている。しかしながら、ブロック単位で画質調整を行
うとブロック間に画質段差が発生して画質が低下する恐
れがある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来方法
では、画面が全体的に細かい被写体であったり、動きが
不規則であったりする場合には、一気に生成符号量が増
大してしまうために、符号量制御は、次回に生成する符
号量を大きく下げるように行われる。そのために、生成
される符号に誤差が生じてブロック状の歪みやモスキー
ト状のノイズとして現れる。

【００１２】このブロック状の歪みやモスキート状のノ
イズの問題は、圧縮動画像の再生画質を左右する最も重
大な問題であるが、特に音声信号をも同時に符号化して
画像と同期化して多重化するシステムにおいては、両者
を同期化するために、画像信号の符号量の制御をいっそ
う厳格なものとしなければならず、符号化のノイズが更
に発生しやすくなる。

【００１３】また、ブロック単位の画質調整制御では、
ブロック間に画質の差が発生して段差が発生する恐れが
ある。

【００１４】本発明の目的は、動画像信号の符号化にお
いて、手振れのような不規則な動きが発生した場合や高
周波成分を多く含んだ被写体を撮影したときに、符号化
をする際に発生するブロック状の歪みやモスキート状の
ノイズの増加や画質の段差発生を防止することができる
符号化装置及びカメラを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、符号化装置に、（１）入力信号を処理
する画像信号処理手段と、（２）前記画像信号処理手段
における周波数特性や直線性等の各種画質パラメータを
制御する画像信号処理制御手段と、（３）前記画像信号
処理手段から出力される画像信号を符号化する符号化手
段と、（４）前記符号化手段で生成される符号量に基づ
いて量子化係数を算出して前記符号化手段を制御する符
号量制御手段を設け、前記画像信号処理制御手段は、前
記量子化係数の値に応じて前記画像信号処理手段におけ
る画像信号の周波数特性及び直線応答性などを変化させ
るようにしたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
〜図３を用いて説明する。本発明は、動画像を符号化す
る場合に適用するとその効果が大きい。

【００１７】図１は、本発明になる符号化装置の一実施
形態を示すブロック図である。入力端子１から入力され
るアナログ画像信号は、画像Ａ／Ｄ変換器２でディジタ
ル画像信号に変換する。画像信号処理回路３では、この
ディジタル画像信号に対して、画像信号処理制御回路７
からの制御を受けて、一般的なガンマ補正処理及び輪郭
強調等々の画質調整処理を施す。

【００１８】画像符号器４は、ＤＣＴ変換，量子化，フ
レーム予測，動き補償などのアルゴリズムに従って、画
像信号の符号化，圧縮処理を行う。また、この画像符号
器４は、圧縮されたデータを、ＭＰＥＧ等の規格に準拠
して諸々の符号化情報を含んだ形でビットストリームに
変換して出力する。この符号化した信号（符号化デー
タ）は、一定レートで出力しなければならないために、
バッファ５に一旦蓄積し、符号量ｍの情報を符号量制御
回路６に送る。バッファ５に一旦蓄積した符号化データ
は、出力端子８から出力する。

【００１９】１枚のフレームの画像に対する発生符号量
の目標値は、伝送レートを基にしてフレーム毎に符号量
制御回路６で計算する。符号量制御回路６は、バッファ
５に蓄積される符号化データの符号量ｍを常に監視し、
符号量ｍが目標の符号量に近づくように量子化係数ｑを
変化させて画像符号器４にフィードバックすることによ
り符号量のフィードバック制御を行って伝送レートを制
御する。

【００２０】図２は、図１に示した符号化装置における
符号量制御回路６の機能ブロック図である。バッファ５
に一旦蓄積された符号化データの符号量ｍは、符号量比
較器１１によって目標符号量設定部１２に設定されてい
る目標符号量と比較する。符号量比較器１１は、この比
較処理において目標符号量と符号量ｍの差を求める。量
子化係数算出部１３は、目標符号量に対する差分を基に
して量子化係数ｑを計算する。目標符号量はフレーム毎
に求めるが、最初のフレームの符号化に対しては初期値
で定め、その後のフレームからは、前回符号化された符
号量を考慮して、全体の伝送レートを一定に保つよう
に、目標符号量算出部１４で求める。

【００２１】量子化係数算出部１３は、符号量ｍが目標
値に対して多いときには、符号量ｍを減らすように量子
化係数ｑを大きくし、逆に符号量ｍが目標値に対して少
ないときには、符号量ｍを増やすように量子化係数ｑを
小さくする。従って、急激に符号量ｍが増えてしまうよ
うな被写体である場合に、次に符号化するときの目標符
号量を急激に減少してしまうと、符号化効率が落ちて符
号化の際にブロック状の歪みやモスキート状のノイズが
大きくなる。

【００２２】そこで本発明になる符号化装置では、符号
量制御回路６に、量子化係数ｑに関する情報ｑ’を画像
信号処理制御回路７に送出する量子化係数情報出力部１
５を設けている。画像信号処理制御回路７は、量子化係
数情報出力部１５から与えられる量子化係数情報ｑ’に
基づいて画像信号処理回路３へ与える輪郭強調の強弱や
直線性等に対する画質制御係数を更新する。

【００２３】図３は、この様子を示している。生成され
る符号量ｍが多くて量子化係数ｑが大きくなる場合は、
（Ａ)に示すように、フィルタリングや輪郭強調を弱
め、あるいは（Ｂ）に示すように、信号応答の直線性を
意図的に歪ませることで小振幅な入力信号をカットする
ような命令を画像信号処理制御回路７から画像信号処理
回路３に出すことにより、画像信号がもつ情報量を減ら
すようにする。このようにすれば、量子化係数ｑが大き
い値であっても、圧縮しようとする入力信号がもつ情報
量そのものが減少するので、生成される符号量ｍは減る
ことになり、符号化処理が１つ１つの符号化単位ブロッ
ク内で効率良く行えるようになる。従って、符号化単位
ブロックの範囲で見られるブロック状の歪みやモスキー
ト状のノイズは軽減される。また、このような情報量の
増減は、符号化処理のための符号化ブロックを決める以
前に行うので、隣接ブロック間で急激な画質変動が発生
する可能性が少ない。

【００２４】このことは、実際の画質の上では、画像を
ボカしたりディテールを減少させるという操作である
が、ブロック状の歪みやモスキート状のノイズを減少さ
せる効果も得られ、全体として違和感の少ない圧縮画像
を提供することができる装置を実現することができる。

【００２５】また、逆に、生成される符号量ｍが少なく
て量子化係数ｑが小さくなる場合には、入力される画像
データに対して高周波成分の帯域を広げても、同様に１
つ１つの符号化単位ブロック内で符号化を効率良く行う
ことができるので、細かい部分までの符号化して画質向
上が見られるようになる。

【００２６】次に、本発明の他の実施形態について図４
及び図５を用いて説明する。この実施形態では、前記実
施形態で説明した本発明になる符号化装置を用いて実際
の動画圧縮装置を構成する例について示す。

【００２７】図４は、本発明になる動画圧縮機能をもっ
たビデオカメラのブロック図である。撮像手段であるＣ
ＣＤセンサ１６は被写体像をアナログ画像信号に変換
し、アンプ１７はこのアナログ画像信号を増幅する。そ
の後の信号処理系は、前述した実施形態と同様に構成
し、画像Ａ／Ｄ変換器２でディジタル画像信号に変換
し、画像信号処理回路３で画質調整処理を実行する。こ
の画像信号処理回路３の画質設定パラメータは、画像信
号処理制御回路７を構成する制御マイコンから与える。
符号化回路１８は、前述した画像符号器４とバッファ５
を複合した回路であって、符号量制御回路６を構成する
制御マイコンに制御されて画像信号を符号化し、記録装
置１９で記録する。この記録装置１９には、ＩＣメモリ
装置やＤＶＤ記録装置や磁気ディスクまたは磁気テープ
記録装置などを使用することができる。

【００２８】図５は、同じく本発明になる動画圧縮機能
をもった画像圧縮処理ボードのブロック図である。この
画像圧縮処理ボードは、入来するアナログビデオ信号か
ら圧縮ビットストリームを生成する装置であり、多くは
コンピュータ用拡張ボードとして使用されるものであ
る。

【００２９】同期処理回路２０は、アンプ１７を介して
入力されるアナログビデオ信号から同期信号を除去した
画像信号を生成する。その後は、前述したビデオカメラ
と同様に符号化処理を行って圧縮ビットストリームを生
成する。

【００３０】これらの実施形態では、画像信号処理回路
３及び符号化回路１８には専用ＩＣを使用し、これらを
制御する符号量制御回路６及び画像信号処理制御回路７
にはマイコンを使用する。符号化係数ｑを含む情報は、
符号量制御回路（制御マイコン）６から画像信号処理制
御回路（制御マイコン）に伝達され、周波数特性や直線
性といった画質設定パラメータが更新される。符号化回
路１８が符号化係数ｑを求めて符号化処理を行う機能を
備える場合には、符号量制御回路（制御マイコン）６
は、符号化回路１８から符号化係数ｑを取得して画像信
号処理制御回路（制御マイコン）に伝達するようにすれ
ば良い。

【００３１】これらの実施形態によれば、量子化係数ｑ
が大きい値になると、例えば周波数特性を落として符号
化回路１８の入力信号が持つ情報量そのものを減少させ
るので、生成される符号量も減ることになり、符号化処
理を１つ１つの符号化単位ブロック内で効率良く行える
ようになる。従って、符号化単位ブロックの範囲で見ら
れるブロック状の歪みやモスキート状のノイズは軽減す
る。

【００３２】図６は、本発明になる符号化装置を使用し
たビデオカメラの実施形態を示すブロック図である。

【００３３】この実施形態におけるビデオカメラは、レ
ンズ２１により被写体像の光信号をＣＣＤ等のセンサ２
２上に結像させる。センサ２２では結像した光信号をア
ナログ形態の画像信号に変換する。画像Ａ／Ｄ変換器２
は、センサ２２から得られるアナログ形態の画像信号を
ディジタル信号に変換し、ディジタル映像信号として出
力する。これ以降、画像信号処理回路３，画像符号器
４，バッファ５，符号量制御回路６及び画像信号処理回
路７の構成及び動作は、前述した実施形態と同様である
ので重複する説明は省略する。

【００３４】また、前記画像信号の符号化処理と同期し
て、音声信号の符号化も行なう。マイク２３で取得した
音声信号は、音声Ａ／Ｄ変換器２４によりディジタル化
し、音声信号処理回路２５を介して音声符号器２６に送
る。この音声符号器２６により符号化した音声信号は、
前記バッファ５から出力される画像信号と共にシステム
信号多重化回路２７により多重化し、圧縮符号化データ
として記録装置１９に記録させる。

【００３５】図７は、本発明になる符号化装置を使用し
た記録再生機能付きビデオカメラの実施形態を示すブロ
ック図である。このビデオカメラは、図６を参照して説
明したビデオカメラに対して保存した音声及び画像信号
の圧縮符号化データの再生系を備えたことが新しい。

【００３６】記録再生装置３１は、システム信号多重化
回路２７から出力される圧縮符号化データを記録及び再
生する。記録再生装置３１から読み出した圧縮符号化デ
ータは画像部と音声部に分離し、画像部は画像復号器３
２へ入力してディジタル画像信号に復号し、音声部は音
声復号器３４へ入力してディジタル音声信号に復号す
る。その後、それぞれ画像Ｄ／Ａ変換器３３及び音声Ｄ
／Ａ変換器３５でアナログ信号に変換して出力端子３６
からアナログビデオ信号として出力する。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、符号化処
理部により生成した符号量をもとにして計算した量子化
係数のレベルに合わせて、符号化処理部の前段において
画像信号に対する周波数特性を制御しているので、符号
量が著しく増減するような被写体を撮像したときでも効
率良い符号化処理を実現することができ、しかも画質の
段差の発生を防止することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる符号化装置の一実施形態を示すブ
ロック図である。

【図２】図１に示した符号化装置における符号量制御回
路の具体例を示すブロック図である。

【図３】本発明になる符号化装置におる画質制御の様子
を示す特性図である。

【図４】本発明になる動画圧縮機能をもったビデオカメ
ラのブロック図である。

【図５】本発明になる動画圧縮機能をもった画像圧縮ボ
ードのブロック図である。

【図６】本発明になる符号化装置を使用したビデオカメ
ラの実施形態を示すブロック図である。

【図７】本発明になる符号化装置を使用した記録再生機
能付きビデオカメラの実施形態を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

２…画像Ａ／Ｄ変換器、３…画像信号処理回路、４…画
像符号器、５…バッファ、６…符号量制御回路、７…画
像信号処理制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林弘孝茨城県ひたちなか市稲田1410番地株式会社日立製作所映像情報メディア事業部内 (72)発明者垂水浩幸神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立画像情報システム内 (72)発明者塩川淳司神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像情報メディア事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディジタル画像信号を生成する画像信号処
理手段と、この画像信号処理手段における周波数特性や
直線性等の各種画質パラメータを制御する画像信号処理
制御手段と、前記ディジタル画像信号を符号化する画像
符号化手段と、この画像符号化手段により生成される符
号量を制御する符号量制御手段とを備えた符号化装置に
おいて、前記符号量制御手段は、前記画像信号処理制御手段を介
して前記画像信号処理手段における各種画質パラメータ
を変化させるようにしたことを特徴とする符号化装置。
【請求項２】請求項１において、音声信号からディジタ
ル音声信号を生成する手段と、前記ディジタル音声信号
を符号化する音声符号化手段と、この音声符号化手段で
符号化した信号と前記画像符号化手段で符号化した信号
を多重化する信号多重化手段を備えたことを特徴とする
符号化装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記画像信号
処理制御手段は、前記符号量制御手段で計算した量子化
係数情報に基づいて前記画像信号処理手段における前記
ディジタル画像信号の周波数特性及び直線性等を制御す
ることを特徴とする符号化装置。
【請求項４】被写体像をアナログ画像信号に変換する撮
像手段と、前記アナログ画像信号をディジタル画像信号
に変換する信号変換手段と、前記ディジタル画像信号に
基づいて記録すべきディジタル画像信号を生成する画像
信号処理手段と、この画像信号処理手段における周波数
特性や直線性等の各種画質パラメータを制御する画像信
号処理制御手段と、前記記録すべきディジタル画像信号
を符号化する画像符号化手段と、この画像符号化手段に
より生成される符号量を制御する符号量制御手段と、前
記符号化された信号を記録する記録手段を備えたカメラ
において、前記符号量制御手段は、前記画像信号処理制御手段を介
して前記画像信号処理手段における各種画質パラメータ
を変化させるようにしたことを特徴とする符号化装置。
【請求項５】請求項４において、音声信号からディジタ
ル音声信号を生成する手段と、前記ディジタル音声信号
を符号化する音声符号化手段と、この音声符号化手段で
符号化した信号と前記画像符号化手段で符号化した信号
を多重化する信号多重化手段を備え、前記記録手段は、
多重化された信号を記録するようにしたことを特徴とす
るカメラ。
【請求項６】請求項４または５において、前記画像信号
処理制御手段は、前記符号量制御手段で計算した量子化
係数情報に基づいて前記画像信号処理手段における前記
ディジタル画像信号の周波数特性及び直線性等を制御す
ることを特徴とするカメラ。