JP3085465B2 - 画像データの符号化装置および符号化方法 - Google Patents

画像データの符号化装置および符号化方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は画像データを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。
［従来の技術］ CCDに代表される固体撮像装置等により撮像された画
像信号をメモリカード、磁気ディスク等の記憶装置にデ
ィジタルデータとして記憶する場合、そのデータ量は膨
大なものとなるため、多くのフレーム画像を限られた記
憶容量の範囲で記憶しようとするには、得られた画像信
号のデータに対し、何らかの圧縮を行うことが必要とな
る。例えば、ディジタル電子スチルカメラなどにおいて
は、撮影した画像を銀塩フィルムの代わりに、メモリカ
ードや磁気ディスク等のデータ記憶媒体にディジタルデ
ータとして保存するので、１枚のメモリカードあるいは
磁気ディスク装置に記録できる画像の枚数が規定され、
この規定枚数分の画像の記録が保証されなければなら
ず、しかも、データの記録再生処理に要する時間が短
く、且つ、一定である必要がある。
このような条件を満たす画像データの圧縮方法とし
て、直交変換符号化とエントロピー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る。
この方式について概略の説明を行う。まず、画像デー
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）を行う。次に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エントロピー符号化と
してハフマン符号化を行う。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。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う。以上がこ
の方式の基本部分である。
この基本部分だけでは、エントロピー符号化であるハ
フマン符号化を用いて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次の方式が提案さ
れている。まず、前記基本部分の処理を行うと同時に全
画面の発生した総符号量を求める。この総符号量と目的
とする符号量とからDCT係数に対する目的とする符号量
に近づけるのに最適な量子化幅を予測する。次にこの量
子化幅を用いて前記基本部分の量子化以降の処理を繰り
返す。そして、今回発生した総符号量と、前回発生した
総符号量と、目的とする符号量とから再び目的の符号量
に近づけるのに最適な量子化幅を予測する。そして、こ
の予測した量子化幅の前回の量子化幅が一致し、かつ目
的の符号量よりも今回発生した総符号量の方が少ない場
合には処理を終了し、符号を出力する。そうでない場合
には新しい量子化幅を用いて処理を繰り返す。
量子化幅は、標準的な量子化特性の基本形を用意し、
この基本形に対して、量子化幅係数αを乗じて必要な量
子化幅を得る。具体的には、最初に標準的な量子化幅係
数αを用いて得た量子化幅により上述の基本部分での量
子化を行い、これをエントロピー符号化し、これにより
得られた総符号量の情報と、収めるべき限度となる予め
設定した目標の総符号量値との比較を行い、目標総符号
量以内に達したときはその量子化幅を使用して最終的な
符号化処理を行い、目標総符号量以内に収まらなかった
ときは、発生総符号量と目標総符号量とから、例えば、
ニュートン−ラプソン法（Newton−Raphson iteratio
n）を用いて目標総符号量に近付くに最適な量子化幅の
係数αを求め、この求めた量子化幅係数を用いて標準的
な量子化特性の基本形を補正し、より最適化した量子化
幅を求め、これを用いて最終的な符号化処理を行う。こ
のようなことで、量子化特性の変更を行う。
以上の動作を第６図を参照して具体的に説明すると、
まず、（ａ）に示すように、１フレームの画像データ
（国際標準化案で提示されている１フレームの画像は72
0×576画素）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）
に示すように、この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）を行い、８×８
のマトリックス上に順次格納する。画像データは二次元
平面で眺めてみると、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。
従って、上記DCTを行うことにより、画像データは直
流成分DCと交流成分ACに変換され、８×８のマトリック
ス上には原点位置（0,0位置）に直流成分DCの値を示す
データが、そして、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ータが、そして、7,0位置には
縦軸方向の最大交流成分ACの周波数値を示すデータが、
さらに7,7位置には斜め方向の交流成分ACの最大周波数
値を示すデータが、それぞれ格納され、中間位置ではそ
れぞれの座標位置により関係付けられる方向における周
波数データが、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ことになる。
次にこのマトリックスにおける各座標位置の格納デー
タを、定められた量子化マトリックスと量子化幅係数α
を掛け合わせて得られる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
行い（ｃ）、この量子化された値に対しエントロピー符
号化としてハフマン符号化を行う。この時、直流成分DC
に関しては近隣ブロックの直流成分との差分値をグルー
プ番号（付加ビット数）と付加ビットで表現し、そのグ
ルー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ータとする（d1,d2,e1,e
2）。
交流成分ACに関しても有効でない（値が“0"でない）
係数は、グルー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
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ープ番号とか
ら２次元のハフマン符号化を行い、得られない符号語と
付加ビットを合わせて符号化データとする。
ハフマン符号化はフレーム画像あたりの上記直流成分
DCおよび交流成分ACの各々のデータ分布における発生頻
度のピークのものを中心として、この中心のものほど、
データビットを少なくし、周辺になるほどビット数を多
くするようにしてビット割り当てをした形でデータを符
号化して符号語を得ることで行う。
以上がこの方式の基本部分である。
この基本部分だけでは、エントロピー符号化であるハ
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から、符号量の制御の方法として
例えば、次のように処理する。
まず、暫定的な量子化幅係数αを用いて前記基本部分
の処理を行うと同時に、全画面の発生した総符号量（総
ビット数）を求める（ｇ）。この総符号量と、目的とす
る符号量と、用いた暫定的な量子化幅係数αの３者とか
らDCT係数に対する目的とする符号量に近づけるのに最
適な量子化幅係数αをニュートン−ラプソン−イタレー
ション（Newton−Raphson Iteration）により予測する
（ｈ）。次にこの量子化幅係数αを用い（ｉ）、前述の
基本部分の量子化以降の処理を繰り返す。そして、今回
発生した総符号量と、前回発生した総符号量と、目的と
する符号量と、今回用いた量子化幅係数αと、前回用い
た量子化幅係数αとから、再び目的の符号量に近づける
のに最適な量子化幅係数αを予測する。
そして、この予測した量子化幅係数αと前回の量子化
幅係数αが一致し、かつ目的の符号量よりも今回発生し
た総符号量の方が少ない場合には処理を終了し、今回発
生した符号化データを出力してメモリカードに記憶する
（ｆ）。そうでない場合には量子化幅係数αを変更し、
この新しい量子化幅係数αを用いて処理を繰り返す。
［発明が解決しようとする課題］ 上述したように、例えば、ディジタル電子スチルカメ
ラなどにおいては、１枚のメモリカードあるいは磁気デ
ィスク装置に記録できる画像の枚数が保証されていなけ
ればならず、そのため、画像データを圧縮して記録する
が、操作性の上からその処理時間はできるだけ短く、且
つ、一定である必要がある。また、高能率で画像データ
の圧縮が行える事が望まれる。これらはディジタル電子
スチルカメラに限らず、他のアプリケーションにおいて
も少なからず要求される項目である。
そして、このような要求を満たす圧縮方法として上述
の国際標準案方式があり、この方式において、前記基本
部分で例示したようなブロック毎の直交変換とエントロ
ピー符号化を組み合わせた手法では、画像データの圧縮
を高能率で行えるものの、エントロピー符号化を用いて
いるが故に符号量が画像によって一定にならず、１枚の
メモリカードあるいは磁気ディスク装置等の記録媒体に
記憶できる画像の枚数が不定になるという欠点があっ
た。
また、従来例で例示したような符号量の制御の方法で
は符号化の基本部分のパスを何度繰り返すかが画像によ
って異なるために処理時間が不定となるばかりでなく、
一般的に処理時間を長く必要とする欠点があった。
そこで、この発明の目的とするところは、一定の処理
時間内で、一定の符号量以内に収まるように符号化でき
るようにした画像データの符号化装置および 符号化方法を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は次のように構成す
る。
すなわち、第１には画像データ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ってからこの
変換出力を量子化手段により量子化し、その後、この量
子化出力をエントロピー符号化手段に与えてエントロピ
ー符号化してデータの符号化をする符号化装置におい
て、前記符号化手段により符号化された変換係数の各ブ
ロック毎の符号量を算出すると共に、画像全体の符号量
を算出する符号量算出手段と、 この符号量算出手段により算出された各ブロック毎の
符号量および画像全体の符号量と、１画像当たりの目標
とする符号量とから各ブロック毎の符号量の割当てを行
う符号量割当手段と、 前記符号量算出手段により算出された画像全体の符号
量と、前記１画像当たりの目標とする符号量とから最適
な量子化幅を予測する量子化幅予測手段と、 前記各ブロックの符号量が符号量割当手段により割当
てられた各ブロック毎の割当て符号量を越えないよう
に、前記符号化手段の符号化を打切る符号化打切手段
と、 前記符号化手段により符号化された変換係数を符号と
して出力する符号出力手段と、 はじめに、予め定めた暫定的な量子化幅を用いて前記
量子化手段での量子化を行わせると共に、前記符号量割
当手段による各ブロック毎の符号量の割当てと、量子化
幅予測手段による予測量子化幅を得る第１の符号化処理
を実施させ、つぎにこの第１の符号化処理により得られ
た予測量子化幅による前記量子化手段での量子化を行わ
せると共に、前記第１の符号化処理にて得られた各ブロ
ック毎の割当て符号量を越えないよう符号量打切手段を
稼動させる第２の符号化処理を実施させるべく制御する
制御手段とを備える。
また、第２には、画像データ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ってからこの変
換出力を量子化手段により量子化し、その後、この量子
化出力をエントロピー符号化手段に与えてエントロピー
符号化してデータの符号化をする符号化装置において、 前記符号化手段により符号化された変換係数の各ブロ
ック毎の符号量を算出すると共に、画像全体の符号量を
算出する符号量算出手段と、 この符号量算出手段により算出された各ブロック毎の
符号量および画像全体の符号量と、１画像当たりの目標
とする符号量とから各ブロック毎の符号量の割当てを行
う符号量割当手段と、 前記符号量算出手段により算出された画像全体の符号
量と、前記１画像当たりの目標とする符号量とから最適
な量子化幅を予測する量子化幅予測手段と、 前記各ブロックの符号量が符号量割当手段により割当
てられた各ブロック毎の割当て符号量を越えないよう
に、前記符号化手段の符号化を打切る符号化打切手段
と、 前記符号化手段により符号化された変換係数を符号と
して出力する符号出力手段と、 はじめに、予め定めた暫定的な量子化幅を用いて前記
量子化手段での量子化を行わせると共に、前記符号量割
当手段による各ブロック毎の符号量の割当てと、量子化
幅予測手段による予測量子化幅を得る第１の符号化処理
を実施させ、つぎにこの第１の符号化処理により得られ
た予測量子化幅による前記量子化手段での量子化を行わ
せると共に、前記第１の符号化処理にて得られた各ブロ
ック毎の割当て符号量を越えないよう符号量打切手段を
稼動させる第２の符号化処理を実施させるべく制御する
制御手段とを備え、 前記符号化手段は前記直交変換により得られる前記各
ブロック単位の画像データのうち、直流成分について前
のブロックでの直流成分との差分を得ると共にこの差分
を符号化する直流成分用の符号化処理部と、この直流成
分用の符号化処理部の処理が終わった後、前記交流成分
について符号化する交流成分用の符号化処理部とを設け
て構成したことを特徴とする。
また、第３には、画像データ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ってからこの変
換出力を量子化し、その後、この量子化出力をエントロ
ピー符号化することによりデータの符号化をする符号化
方法において、 予め定めた暫定的な量子化幅を用いて前記量子化を実
施し、得た量子化出力をエントロピー符号化処理した符
号量から最適な量子化幅を予測すると共に、画像全体の
符号量を所定の符号量内に抑えるのに必要なブロック毎
の割当符号量を決定する第１のステップと、 この第１のステップで予測した前記最適な量子化幅に
より前記変換出力の量子化を実施する第２のステップ
と、 この第２のステップにより得た量子化出力をエントロ
ピー符号化する第３のステップと、 前記第１のステップで決定した各ブロック毎の割当て
符号量を用い、前記各ブロック毎に、割当てた符号量を
超えないように、前記第３のステップにおける前記エン
トロピー符号化を打ち切る第４のステップと、 よりなることを特徴とする。
また、第４には、画像データ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ってからこの変
換出力を量子化し、その後、この量子化出力をエントロ
ピー符号化することによりデータの符号化をする符号化
方法において、 予め定めた暫定的な量子化幅を用いて前記量子化を実
施し、得た量子化出力をエントロピー符号化処理した符
号量から最適な量子化幅を予測すると共に、画像全体の
符号量を所定の符号量内に抑えるに必要なブロック毎の
割当符号量を決定する第１のステップと、 この第１のステップで予測した前記最適な量子化幅に
より前記変換出力の量子化を実施する第２のステップ
と、 この第２のステップにより得た量子化出力をエントロ
ピー符号化する第３のステップと、 前記第１のステップで決定した各ブロック毎の割当て
符号量を用い、前記各ブロック毎に、割当てた符号量を
超えないように、前記第３のステップにおける前記エン
トロピー符号化を打ち切る第４のステップと、 を具備し、 且つ、前記エントロピー符号化は、前記直交変換によ
り得られる前記各ブロック単位の画像データのうち、直
流成分について前のブロックでの直流成分との差分を得
ると共にこの差分をエントロピー符号化し、この直流成
分用の符号化処理が終わった後、前記交流成分について
エントロピー符号化する処理とすることを特徴とする。
［作 用］ このような構成において、画像データをブロック化し
て直交変換を行い、暫定的な量子化幅で量子化を行った
後エントロピー符号化し、各ブロック毎の符号量と画像
全体の符号量を算出し、これから各ブロック毎の割当て
符号量を算出すると共に、最適な量子化幅を予測する
（第１の符号化）。そして、次に再び直交変換された変
換係数に対し、新しい量子化幅で量子化を行った後、第
１の符号化により割当てられた各ブロック毎の割当て符
号量を越える前に符号化を打切るようにエントロピー符
号化を行う。
また、画像データ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って低い周波数成分から順
に高い周波数成分へと前記ブロック毎の画像データを成
分分解し、この変換出力を量子化手段により量子化し、
その後、この量子化出力をエントロピー符号化手段に与
えてエントロピー符号化し、データの符号化をするが、
ここでは符号量の制御はまず初めに、予め定めた暫定的
な量子化幅を用いて量子化を行わせることにより、画像
全体の符号量を所定の符号量内に抑えるに必要なブロッ
ク毎の符号量および画像全体の符号量を調べ、この調べ
た符号量を用いて各ブロック毎の符号量の割当てと、画
像全体の符号量を所定の符号量内に抑えるに必要な量子
化幅を割当てて前記量子化手段に与えて符号量を所定の
符号量に抑えるようにすると共に、前記割当てた前記各
ブロック毎の割当て符号量を超えないように、前記エン
トロピー符号化手段の符号化を打ち切るようにすること
によって、画像全体の符号量が所定の符号量内になるよ
うにする。
また、前記エントロピー符号化は、前記直交変換によ
り得られる前記各ブロック単位の画像データのうち、直
流成分について前のブロックでの直流成分との差分を得
ると共にこの差分をエントロピー符号化し、この直流成
分用の符号化処理が終わった後、前記直流成分について
エントロピー符号化する処理とすることで、符号化の打
ち切りは周波数の高い成分に対して行われるようにす
る。
このように本装置は最初に統計処理を行い、画像全体
の符号量を所定の符号量内に抑えるに必要な、ブロック
毎の符号量や画像全体の符号量等を調べ、次にこの統計
処理により得た符号量の情報を用いて画像全体の符号量
が所定の符号量内に抑えられるような符号化を行うため
の処理に入り、順次、符号化出力を見ながら、所望の符
号量内で収まるように、エントロピー符号化を制御し、
符号化出力を最終出力として得るようにしたものであ
る。
そのため、最初に画像のブロック化、このブロック化
された画像の要素に対する標準の量子化幅を使用しての
量子化、量子化により得られた変換係数のエントロピー
符号化、そして、このエントロピー符号化により得られ
る各ブロックの各要素の符号量情報と画像全体の符号量
情報より最適な符号量にするに必要な量子化幅の予測、
各ブロックの各要素における割当符号量の決定、これら
に基づく処理対象画像への最適符号化の処理モードへの
移行、この処理モードの実施における画像のブロック化
処理、このブロック化された画像の要素に対する前記予
測量子化幅を使用しての量子化処理、この量子化により
得られた変換係数のエントロピー符号化、そして、この
エントロピー符号化にあたり、各ブロックの各要素にお
ける割当符号量を基準としての該割当符号量に収まる範
囲内での当該要素のエントロピー符号化、処理対象画像
の全符号の保存のための出力処理と云った処理を行い、
最終出力を得るようにしたものであるから、得られた画
像データに対し、一定の符号量以内に収まるように符号
化できるようになり、画像の記憶枚数が規定される場合
等では、記憶手段の記憶容量に対して、一定の記憶可能
枚数を保証することができる他、一旦、統計処理をして
画像全体のデータの目安を知った後、これに基づき符号
化を実施するので、統計処理のパスと符号化処理のパス
の２パスで処理が終わるから、一定の処理時間内で符号
化を行うことができるようになる。また、符号化の打切
りは、高い周波数の成分に対して行うので、画質の劣化
も殆どない。
従って、この発明によれば、一定の処理時間内で、一
定の符号量以内に収まるように符号化できるようになる
他、画質の劣化も殆どない。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
初めに本発明を分かり易くするために、本発明の基本
的な考え方を説明しておく。
すなわち、本発明は最初に１パス目の処理として統計
処理を行い、最適な量子化幅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。そして、２パス
目の処理として最終的な符号化処理を実施する。２パス
目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、これを符号化し、この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、EOB符号を含め、符号量が割当符号量に達す
るとそのブロックの符号化は終了させて次のブロックの
符号化に移って行くと云うものである。
統計処理は最適な量子化幅を予測すると共に、ブロッ
ク毎の割当符号量を決定するものであり、最適量子化幅
の予測は符号化を行った時の符号量を粗く（しかし、か
なりの精度で）近付けるための処理である。この最適化
された量子幅を符号化処理で使用することで、ほぼ目的
の符号量に近付けることができるようになる。そして、
この時点で符号量が目的の符号量内に収まれば、この処
理だけで十分であるが、１画像のデータ量の上限が規定
されている場合、１バイトはおろか、１ビットでも目的
の符号量をオーバーすることはできない。そこで、オー
バーしたときの処理法が必要になる。
それがブロック毎の割当符号量の決定である。これは
符号化を行ったときの符号量が目的の符号量をオーバー
した時の微調整に使用するデータを決定するためのもの
である。実際に符号化処理を統計処理において予測した
最適な量子化幅で実行した結果を見て、オーバーしなか
ったときは終了、オーバーしたときは後処理を云うよう
にしても良いが、その場合、統計処理、符号化処理、後
処理の３ステップとなり、時間がかかるばかりでなく、
符号化処理と後処理の間で、長さの異なる符号を繋ぎ合
わせることなく区別がつくように、保存する必要が生
じ、問題であるから、符号化処理の最中に微調整を行う
ことが望まれる。しかし、無闇にデータを落とすことは
画質の劣化に繋がるので、避けなければならない。
そこで、本発明では各ブロックの高い周波数成分から
省略して行くことにより視覚的な影響を最小にする。と
ころが、符号量がオーバーするか否かは符号化を終了し
てみないと分からないので、本発明ではそれを各ブロッ
ク毎に判定させるようにする。
統計処理で暫定的な量子化幅（これは目的の符号量に
よって、ごく粗く予測することが可能）を用いて、符号
化を行ったとき、各ブロックにおいて発生した符号量
と、目的とする符号量にするときに、最適な量子化幅あ
るいは統計処理により予測された量子化幅を用いて符号
化を行ったときに発生する各ブロックの符号量におい
て、各ブロックの発生符号量の相対的な比率があまり変
化しないことが実験により確認されているので、これを
利用し、各ブロック毎に「これを越えない限り画像全体
の符号量が目的の符号量を越えない」と云うガイドライ
ンを設定し、このガイドラインを各ブロック毎の割当符
号量として監視の基準にする。
このようにして量子化幅と各ブロック毎の割当符号量
が決まったならば、これに基づき符号化処理を実施し、
最終的な符号化を行う。
本発明においては、符号化処理では各ブロックにおい
て、そのブロックの割当符号量を越えないように各ブロ
ックにおいて符号化を打ち切る。
各ブロックの符号化において、低い周波数成分から高
い周波数成分に順次、符号化しながら、ガイドライン
（割当符号量）を越えないようにチェックする。オーバ
ーしなかったブロックは問題なく符号化を終了、つま
り、EOBを出力する。
途中でオーバーしてしまったブロックはそれ以上の高
周波成分は符号化せず、符号化を打ち切り、そのブロッ
クの符号化を終了、つまり、EOBを出力する。このと
き、EOBもハフマン符号化の一つであるから、EOBを含め
て割当符号量内に収まるようにする必要がある。
このようにして、例えば、半数のブロックは打ち切る
必要無く符号化を終了し、残りの半数はごく高い周波数
の一部が省略されて、符号化を終了したとすれば、欠落
する情報は極めてわずかであり、しかも、欠落するのは
視覚的に影響の少ない高い周波数成分の情報にとどめる
ことができる。そして、この方式により統計処理、符号
化処理の２ステップで必ず符号化を終了することがで
き、従来のように何度も最適化を繰り返すことなく総符
号量を規定値内に収めることができるようになり、しか
も、画質の劣化も抑制できる。
以上の原理を用いた本装置の実施例を説明する。
第１図に本発明による画像データの符号化装置をディ
ジタル電子スチルカメラに適用した一実施例をブロック
図で示す。なお、本発明とは直接関係のないディジタル
電子スチルカメラの機構は図示および説明を省略する。
図において、10は撮影レンズ、12はCCD等の撮像デバ
イスであり、前記撮影レンズ10の後方におかれている。
撮影レンズ10によりこの撮像デバイス12上に結像された
光学像を画像信号に変換する。14はプロセス回路であ
り、前記撮像デバイス12により得られた画像信号を信号
線100を通して受けてこれをカラー信号のＹ、Ｒ−Ｙ
（以下、このＲ−ＹをCr（クロマレッド）と略称す
る）、Ｂ−Ｙ（以下、このＢ−ＹをCb（クロマブルー）
と略称する）の各色成分に分離されると共にガンマ補正
やホワイトバランス処理等を行うものである。
16YはＹ成分用の信号のディジタル変換を行うA/D変換
回路、16CはCr、Cb成分用の信号のディジタル変換を行
うA/D変換回路である。プロセス回路14より出力された
各色成分の画像信号のうち、Ｙ成分は信号線102Yを通り
A/D変換回路16YによりA/D変換され、Cr、Cb成分は信号
線102Cを通りA/D変換回路16CによりA/D変換される。
18Y,18CはそれぞれＹ成分用およびCr,Cb成分用に分け
られた画像メモリであり、少くとも１フレームの画像を
記憶する容量を有していて、A/D変換回路16Y,16Cの出力
はそれぞれ信号別に分けられた信号線104Y,104Cを通
り、対応する画像メモリ18Y,18Cに記録する構成となっ
ている。
20Y,20CはそれぞれＹ成分用およびCr,Cb成分用に分け
られたブロック化回路であり、これらブロック化回路20
Y,20Cは対応する画像メモリ18Y,18Cの画像データ（１フ
レーム分）をそれぞれ対応する信号線106Y,106Cを通し
て受けて、所定の大きさのブロックに分割するブロック
化処理を行うものである。ここでは例としてブロックサ
イズは８×８とするが、このブロックサイズは８×８に
限るものではなく、またＹとＣ（クロマ系）でブロック
サイズが異なっても良い。本実施例では、クロマ系のブ
ロック回路106Cは最初にCr成分の画像データについて総
てのブロック化を行った後に、Cb成分の画像データをブ
ロック化して行くものとする。
22Y,22CはそれぞれＹ成分用およびCr,Cb成分用に分け
られた直交変換回路であり、それぞれ対応する成分用の
系統のブロック化回路20Y,20Cによりブロック化された
各画像データを、それぞれの系統の信号線108Y,108Cを
通して受けると、このブロック化された画像データに対
し、各ブロック毎に２次元の直交変換を行うものであ
る。直交変換としてはコサイン変換、サイン変換、フー
リエ変換、アダマール変換などが使用できる。直交変換
を行うことにより、変換係数としての画像データが得ら
れる。
24Y,24CはそれぞれＹ成分用およびCr,Cb成分用に分け
られた量子化回路であり、前記直交変換回路22Y,22Cの
画像データ（変換係数）をそれぞれの系の対応する信号
線110Y,110Cを通して受けると、この量子化回路24Y,24C
は第１回目の量子化では予め設定された各周波数成分毎
の量子化幅に、予め設定された量子化幅係数αを掛けた
値で変換係数の量子化を行い、第２回目以降では前回の
処理により決定された最適量子化幅を用いて量子化を行
う構成としてある。
26Y,26CはそれぞれＹ成分用およびCr,Cb成分用に分け
られたエントロピー符号化回路であり、エントロピー符
号化回路26Y,26Cは量子化され信号線112Y,112Cを介して
得られた変換係数をエントロピー符号化するものであ
る。エントロピー符号化としてはハフマン符号化、算術
符号化などを利用する。エントロピー符号化は可変長符
号化であるために、ブロック毎の符号量、画像全体の符
号量などが画像毎に変化する。どのようなエントロピー
符号化を用いるかは本発明とは直接関係が無いが、ここ
ではハフマン符号化を使用した一例を示すこととする。
エントロピー符号化回路26Y,26Cでは入力した量子化
された変換係数を第２図に示す順序でスキャンするジグ
ザグ・スキャンと呼ばれる手法により、低い周波数成分
から高い周波数成分への走査を行う。第２図の走査順序
の１番目の直流成分のデータは直前にエントロピー符号
化を行ったブロックの直流成分との差分値をハフマン符
号化して出力する。交流成分については第２図の走査順
序の２番目から64番目まで順番に変換係数を見て行き、
変換係数が０でない（すなわち、有効な）係数が出て来
たらその直前に存在した連続した０（無効）の係数の数
（ゼロラン）とその有効係数の値とで２次元のハフマン
符号化して出力すると云った動作をする。また、ある係
数以降64番目の係数まで連続して無効係数が続く場合は
ブロックの終りを示すEOB（エンド・オブ・ブロック）
の符号を出力する。また、打ち切り信号が入力されると
符号化を終了し、EOBを付加して出力する。そして、そ
のブロックについて発生した符号量を信号線114Y,114C
を通して符号量算出回路28に出力する。
符号量算出回路28は入力されたＹ、Cr、Cb各成分の各
ブロック毎の符号量とその符号量の積算を行い、Ｙ、C
r、Cb各成分の各ブロック毎の符号量データの収集と画
像全体の符号量を計算し、この画像全体の符号量のデー
タについては信号線116を通して量子化幅予測回路30に
出力すると共に、各ブロック毎の符号量と画像全体の符
号量のデータについては信号線118を通して符号量割当
て回路32に出力する構成としてある。
30は量子化幅予測回路であり、この回路30は符号量算
出回路28から入力された画像全体の符号量と、１画像当
りの許容される最大のデータ量である目標符号量とか
ら、例えば、Newton−Raphson Iteration法を用いて、
目標符号量に近づけるのに最適な量子化幅を得るに必要
な量子化幅係数αを、今回実際に使用した量子化幅係数
を勘案して予測し、これによって最適な量子化幅を得る
ものである。
また、32は符号量割当回路であり、この回路32は符号
量算出回路28から入力された各ブロック毎の画像データ
の符号量、画像全体の符号量と、目標符号量とから各ブ
ロックの割当符号量を算出して符号化打切回路34Y,34C
に出力するものである。ここでの算出の方法は、例え
ば、各ブロック毎の符号量の比で、目標符号量を比例配
分する。例えば、あるブロックの符号量と目標符号量と
の乗算を行い、それを画像全体の符号量で割ることによ
り、そのブロックの割当符号量を決定する。
符号量割当回路32は符号量情報テーブルとブロック割
当符号量データテーブルとを持ち、符号量情報テーブル
における該当ブロック位置の符号量情報を符号量算出回
路28から入力された符号量情報に書き替える一方、符号
量算出回路28から入力された各ブロック毎の符号量およ
び画像全体の符号量と、目標符号量とから各ブロックの
割当符号量を算出し、この算出した各ブロックの割当符
号量のデータをブロック割当符号量データテーブルに格
納する。
このブロック割当符号量データテーブルの各ブロック
別割当符号量は該当のブロックがエントロピー符号化処
理される際に符号化打切回路34Y,34Cに与えられる。
符号化打切回路34Y,34Cは符号量割当回路32からの各
ブロックの符号量を割当符号量から減算し、割当符号量
の残りが送出すべき符号量とEOBの符号との合計符号量
より小さくなった場合には信号線126Y,126Cを通して打
切り信号を出力し、そのブロックの符号化を終了すると
云った機能を有する。
従って、符号化打切回路34Y,34Cではこの割当符号量
を参照し、入力された送出すべき符号量およびEOBの符
号を送出しても割当符号量を越えない場合は、打切りは
行われず、そのブロックの符号化を終了し、該ブロック
の割当符号量から送出すべき符号量を減ずると云った動
作を行う。
36は符号出力回路であり、この符号出力回路36は信号
線128Y,128Cを通して入力されるエントロピー符号化回
路26Y,26Cからの可変長の符号をつなぎ合わせるもの
で、この繋ぎ合わせた符号を信号線130を通してメモリ
カード38に書き込むように機能する。
本システムでは最初に統計処理を行い、最適化するに
必要なブロック毎の情報量や画像全体の情報量等を調
べ、次にこの統計処理により得た情報をもとに最適化さ
れた符号化を行うための処理に入る。そのため、最初に
画像のブロック化、このブロック化された画像の要素に
対する標準の量子化幅係数αを使用しての量子化、量子
化により得られた変換係数のエントロピー符号化、そし
て、このエントロピー符号化により得られる各ブロック
の各要素の符号量情報と画像全体の符号量情報より最適
な符号量にするに必要な符号化幅係数αの予測、各ブロ
ックの各要素における割当符号量の決定、これらに基づ
く処理対象画像への最適符号化の処理モードへの移行、
この処理モードの実施における画像のブロック化処理、
このブロック化された画像の要素に対する前記予測量子
化幅αを使用しての量子化処理、この量子化により得ら
れた変換係数のエントロピー符号化、処理対象画像の全
符号の保存のための出力処理と云った手順を実施させる
が、その全体の制御管理は図示しない制御部により行う
ようにしてあるものとする。
なお、制御部のこのような機能はマイクロプロセッサ
（CPU）を使用することで容易に実現できる。
次に上記構成の本装置の作用を動作遷移図である第３
図を参照して説明する。
撮影を行うと撮影レンズ10により、該撮影レンズ10の
後方におかれた撮像デバイス12上に被写体像が光学像と
して結像される。そして、この撮像デバイス12はこの結
像された光学像を画像信号に変換して出力する。撮像デ
バイス12により得られた画像信号は信号線100を通して
プロセス回路14に送られ、ここでＹ成分、Cr成分（Ｒ−
Ｙ成分）、Cb成分（Ｂ−Ｙ成分）の各色成分の信号に分
離されると共にガンマ補正やホワイトバランス処理等が
行われる。
プロセス回路14より出力された各色成分の画像信号の
うち、Ｙ成分は信号線102Yを通してA/D変換回路16Yに与
えられ、ディジタルデータに変換されて出力される。ま
た、Cr、Cb成分は信号線102Cを通してA/D変換回路16Cに
与えられ、ディジタルデータに変換されて出力される。
A/D変換回路16Y、16Cのこの出力はそれぞれ対応する系
統の信号線104Y,104Cを通り、対応する系統の画像メモ
リ18Y,18Cに記録する。
一方、ブロック化回路20Y,20Cは対応する系統の画像
メモリ18Y,18Cの画像データをそれぞれ対応する信号線1
06Y,106Cを通して受け、所定の大きさのブロックに分割
する。すなわちブロック化を行う。ここでは例としてブ
ロックサイズは８×８とする。本実施例では、ブロック
化回路20Cは最初にCrの画像データについて総てのブロ
ック化を行った後に、Cbの画像をブロック化してゆくも
のとする。
ブロック化回路20Y,20Cによりブロック化された各ブ
ロックの画像データは、対応する信号線108Y,108Cを通
して対応する直交変換回路22Y,22Cに与える。すると、
直交変換回路22Y,22Cはブロック化された入力画像デー
タ（以下、ブロック画像データと呼ぶ）に対し、各ブロ
ック毎に例えば、離散コサイン変換（DCT）による２次
元の直交変換を行う。このDCTによる直交変換と云うの
は、ある波形を周波数成分に分割し、これを入力サンプ
ル数と同じ数だけのコサイン波で表現すると云った処理
である。
そして、直交変換されたブロック画像データ（変換係
数）は８×８のマトリックスの対応する周波数成分位置
に格納され（マトリックスの原点位置が直流成分、それ
以外は交流成分で原点位置より離れるに従い周波数が高
くなるような関係を持たせたマトリックスに格納す
る）、これが信号線110Y,110Cを通して量子化回路24Y,2
4Cに入力される。
すると量子化回路24Y,24Cはこのブロック画像データ
（変換係数）に対して１パス目（第１回目）の量子化を
行う。この第１回目の量子化では、予め設定された各周
波数成分毎（周波数成分はブロックの各マトリックス位
置に対応して決まる）の量子化マトリックスに、標準
（暫定）の量子化幅係数を掛けた量子化幅で変換係数の
量子化を行う。この時の量子化マトリックスは２系統あ
る量子化回路24Y,24Cそれぞれで同じてあっても良い
が、それぞれに適した量子化マトリックスを設定する方
が良い結果が得られる。
量子化されたブロック画像データ（変換係数）は信号
線112Y,112Cを通りエントロピー符号化回路26Y,26Cに入
力され、ここで、エントロピー符号化される。エントロ
ピー符号化回路26Y,26Cでは量子化されて入力された変
換係数を第２図に示す順序でジグザグスキャンし、低い
周波数成分から高い周波数成分への走査を行う。すなわ
ち、変換係数は８×８のマトリックスに周波数成分に対
応して格納されており、原点に近いほど、周波数が低い
ので第２図のようにジグザグスキャンすることで低い周
波数成分から高い周波数成分へと走査できる。
第２図の走査順序の１番目のデータは直流成分DCであ
るから、この直流成分DCのデータは直前にエントロピー
符号化を行ったブロック（一つ前のブロック）の直流成
分DCとの差分値diff−DCをハフマン符号化する（（d
1），（e1））。交流成分ACについては第２図の走査順
序の２番目から64番目まで順番に変換係数を見て行き、
変換係数が０でない（すなわち、有効な）係数が出て来
たらその直前に存在した連続した０（無効）の係数の数
（ゼロラン）とその有効係数の値とで２次元のハフマン
符号化を行う（（d2），（e2））。
また、エントロピー符号化回路26Y,26Cは、ある係数
以降64番目の係数まで連続して無効係数が続く場合はブ
ロックの終りを示すEOB（エンド・オブ・ブロック）の
符号を与える。
そして、そのブロックについて発生した符号量を信号
線114Y,114Cを通して符号量算出回路28に出力する（g
1）。そして、１画像分の全ブロックについてこのよう
な処理を実行して行く。
一方、符号量算出回路28は入力された、Ｙ、Cr、Cb各
成分の１画像全体の符号量の計算をすべく、Ｙ、Cr、Cb
各成分の各ブロック毎の符号量の算出とその符号量の積
算を行う（g2）と共に、各ブロック毎の符号量のデータ
は信号線118を通して符号量割当回路32に出力する。符
号量割当回路32はこの各ブロック毎の符号量のデータを
符号量情報テーブルにおける該当ブロック位置の符号量
情報として書き込む。
そして、１画像分の全ブロックについてハフマン符号
化の処理を終了した段階で、図示しない制御部の制御に
より符号量算出回路28は、この画像全体の符号量のデー
タを信号線116を通して量子化幅予測回路30に出力する
と共に、画像全体の符号量のデータを、信号線118を通
して符号量割当回路32に出力する。
量子化幅予測回路30はこの入力された画像全体の符号
量データの目標符号量データとから、例えば、Newton−
Raphson Iteration法を用いて、目標符号量の値に近づ
けるのに最適な量子化幅係数αを、実際に使用した量子
化幅係数に基づいて予測する（第３図（h1））。
また、符号量割当回路32は入力された各ブロック毎の
符号量および画像全体の符号量と、目標符号量とから各
ブロックの割当符号量を、例えば各ブロック毎の符号量
の比で、目標符号量を比例配分する等して算出する（第
３図（h2））。
具体的には、あるブロックの割当符号量を決定するに
は、当該ブロックの符号量と目標符号量とを乗算し、そ
れを画像全体の符号量で割ることで得た結果を以て割当
符号量とする。そして、この算出した各ブロックの割当
符号量のデータをブロック割当符号量データテーブルに
格納する。このブロック割当符号量データテーブルの各
ブロック別割当符号量のデータは該当のブロックがエン
トロピー符号化処理される際に信号線120Y,120Cを通し
て符号化打切回路34Y,34Cに与えられることになる。
以上で１パス目、すなわち、各ブロックの割当符号量
の決定及び量子化幅の最適化のための第１の符号化（統
計処理）を終了する。
次に２パス目の処理に入る。この２パス目の処理は、
第２の符号化（符号化処理）であり、目標符号量に収ま
るように最適化した最終の符号化出力を得る処理であ
る。
この処理はまず、画像メモリ18Y,18Cに記憶されてい
る各系統別の画像データを対応する信号線106Y,106Cを
介して対応するブロック化回路20Y,20Cに入力し、再び
ブロック化を行う（ａ）。
ブロック化された画像データは各系統に対応する信号
線108Y,108Cを通して各系統対応の直交変換回路22Y,22C
に入力し、再び直交変換を行う（ｂ）。この直交変換に
より得られた変換係数を信号線110Y,110Cを介して対応
する量子化回路24Y,24Cに入力し、再び量子化を行う
（ｃ）。
ただし、このとき使用する量子化幅係数αは前回のパ
スにおいて量子化幅予測回路30が算出した予測の最適量
子化幅係数αである。
次に、量子化したブロック画像データの変換係数を信
号線122Y,122Cを通し、エントロピー符号化回路26Y,26C
に入力する。エントロピー符号化は統計処理の時と同
様、このブロック画像データの変換係数のうち、まず直
流成分DCの差分値diff−DCをハフマン符号化し（（d
1），（e1））、次に交流成分ACをジグザグスキャンで
順次データ抽出して２次元のハフマン符号化を行う
（（d2），（e2））。
但し、一つの要素（マトリックス内の一つの位置）に
対するハフマン符号が発生する度に符号量割当回路32か
ら、そのブロック割当符号量データテーブルに格納され
ている当該要素位置における送出すべき割当符号量を信
号線120Y,120Cを通して符号化打切回路34Y,34Cに出力
し、一方、符号化打切回路34Y,34Cでは信号線120Y,120C
を通して入力された各ブロックの割当符号量をもとに、
信号線124Y,124Cを通して入力された送出すべき符号量
およびEOBの符号をを送出しても割当符号量を越えない
場合は、打切り信号を発生せず、該ブロックの割当符号
量から送出すべき符号量を減ずる。
そして、送出すべき該ブロックの符号量とEOBの符号
との合計の符号量が割当符号量の残りの符号量を上まわ
ったときに、符号化打切回路34Y,34Cは信号線126Y,126C
を通してエントロピー符号化回路26Y,26Cに打切り信号
を出力し、そのブロックのハフマン符号化を終了させ
る。そして、エントロピー符号化回路26Y,26Cは量子化
回路24Y,24Cより得られる次のブロックのハフマン符号
化に移る。
従って、エントロピー符号化回路26Y,26Cは符号化打
切回路34Y,34Cから信号線126Y,126Cを介して打切り信号
が入力されなかった場合には、変換されたハフマン符号
を、信号線128Y,128Cを通して符号出力回路36に出力
し、打切り信号発生前にマトリックスのすべての要素に
対するハフマン符号化が終わった場合にはエントロピー
符号化回路26Y,26CはEOBの符号を信号線128Y,128Cを通
して符号出力回路36に出力する。
また、エントロピー符号化回路26Y,26Cはマトリック
スのすべての要素に対するハフマン符号化が終わらない
前に打切り信号が入力された場合には、その符号のかわ
りにEOBの符号を信号線128Y,128Cを通して符号出力回路
36に出力することになる。
そして、エントロピー符号化回路26Y,26Cは量子化回
路24Y,24Cより得られる次のブロックのハフマン符号化
に移る。
このような動作を繰り返し、１画面の画像の全ブロッ
クの処理が終わることにより、全ての符号化処理を終了
する。
この終了にあたり、最適化された１画像分のハフマン
符号化データはメモリカード38に書き込む（ｆ）。
これは、符号出力回路36の出力により行われるが、符
号出力回路36は信号線128Y,128Cを通して入力されたエ
ントロピー符号化回路26Y,26Cからの可変長のハフマン
符号をつなぎ合わせ、信号線130を通してメモリカード3
8に与えることで書き込む（ｆ）。この符号出力回路36
の出力によるメモリカード38への書き込みは、第２パス
が終わった段階でまとめて行うようにしても良いが、第
１パスが終って第２パス実行に入った段階で可変長のハ
フマン符号をつなぎ合わせた結果が、１バイト若しくは
数バイト単位、まとまり次第、順次、メモリカード38へ
書き込むようにしても良い。
以上の処理をPADフローチャートに示すと第４図の如
きとなる。
以上、本装置においては、暫定的な量子化幅を用いて
統計処理を行いそのデータをもとに最適な量子幅を予測
することにより、符号化処理における符号量を目標の符
号量に近づけると共に、更に各ブロックの割当符号量を
決定することにより符号化処理における符号量が目的の
符号量を越えないようにしたものであり、この点が本発
明の重要なポイントとなっている。よって、本実施例で
使用したブロックサイズ、直交変換の種類、エントロピ
ー符号化の種類などに限定されるものではない。また画
像メモリ18Y,18Cは直交変換回路22Y,22Cと量子化回路24
Y,24Cとの間にあっても良く、むしろこのようにすると
符号化処理におけるブロック化と直交変換のプロセスを
省略できる。しかし、精度を保つためには、この場合、
画像メモリのサイズが大きくなる。また、プロセス回路
14も、A/D変換の後にディジタルで処理を行うようにし
ても構わない。また、本装置においては、ブロック毎の
エントロピー符号化を低周波成分側より行い、画質への
影響の比較的小さい高周波成分は割り当て符号量に余裕
のある範囲で符号化して利用するようにしているので、
画質の劣化を最小限に抑えて、しかも、高圧縮で符号化
できるようになる。
次に本発明の別の実施例を説明する。
第５図は本発明の第２の実施例のブロック構成図であ
り、電子スチルカメラに適用した場合の構成例である。
図中、200は電子スチルカメラ本体であり、以下に述
べる構成要素を有している。202はカメラの撮影レン
ズ、204はCCDによる撮像デバイスである。この撮像デバ
イス204の受光面は撮影レンズ202の結像位置に配置され
ている。撮像デバイス204の受光面には、その画素に対
応したカラーフィルタが設けられている。このカラーフ
ィルタは撮像デバイス204の各画素が例えば、シアン（C
y）、マゼンタ（Ma）、イエロー（Ye）の色成分に感度
を持つように配置されている。206はプリアンプであ
り、撮像デバイス204の出力を増幅し、ノイズ除去等を
して出力するものである。
208はA/Dコンバータであり、プリアンプ206の出力を
ディジタル信号に変換するものである。210はRAM（ラン
ダムアクセスメモリ）によるバッファメモリであり、A/
Dコンバータ208により、ディジタル化されて出力された
映像信号を記憶する。212はメモリ制御回路であり、バ
ッファメモリ210におけるRAMのアドレスや読み出し、書
き込みタイミング制御などを行う。213はプロセス回路
であり、バッファメモリ210から読み出されたデータに
対し、ディジタル処理により、プロセス処理を行う。な
お、通常のプロセス回路ではガンマ特性・ニー特性付与
等の処理が行われるが、本例のプロセス回路ではこのよ
うな非線形処理は行われない。
これは後に行われる直交変換処理が正しく行われるた
めである。
従って、プロセス回路213で行われるのはCy,Ma,Yeの
各色成分にマトリックス演算を行い、後に必要なCy,Ma,
Yeの各色成分に変換すること、及びそれらの信号に適当
な帯域補正を行うことである。ガンマ補正などの処理は
メモリカード226に記録された信号が再生される際に行
われる。
214はコサイン変換回路であり、プロセス回路213によ
りプロセス処理されて出力される信号に対し、コサイン
変換を行う。なお、本例に用いられるコサイン変換回路
では、変換されたコサイン係数出力が、第２図で示され
るようなジグザグスキャンの順序で出力されるようにな
っている。従って、後段の量子化回路への入力もジグザ
グスキャンで行われ、前の実施例にようにエントロピー
符号化回路においてジグザグスキャンに変更する必要は
ない。
216は量子化回路であり、コサイン変換回路214の出力
を量子化するものである。量子化回路216における量子
化時の量子化幅はその都度設定可能となっている。
218はDCPM（予測符号化；差分PCM）回路であり、量子
化回路216により量子化されたコサイン変換係数の直流
分が入力され、前ブロックとの差分値を求めるものであ
る。このDCPM回路218の出力はハフマン符号化回路220に
入力される。222は２次元ハフマン符号化回路であり、
量子化回路216により量子化されたコサイン変換係数の
交流成分を受けて２次元ハフマン符号化するものであ
る。
224は書き込みバッファ回路であり、ハフマン符号化
回路220及び２次元回路222からの出力を受けてこれを一
時保持し、記憶媒体であるメモリカード226に与えて、
書き込みを行う。228は符号量算出回路であり、ハフマ
ン符号化回路220及び２次元回路222からの出力を受けて
積算し、発生した符号量を算出する回路である。
符号量算出回路228の出力は量子化幅予測回路230を経
て量子化回路216に与えられる。
229は符号化割当回路であり、231はブロック符号量割
当メモリである。232は符号化回路であり、符号化に関
する各回路216,218,220,222,224,228,229,231に接続さ
れている。234はスチルカメラシステム全般の制御を司
るシステムコントローラであり、CPUを用いて構成され
ている。
メモリカード226はシステムコントローラ234によって
リードライト制御、アドレス設定等が行われ、書き込み
バッファ224からのデータを記録する。
このような構成において、カメラ本体200に設けられ
ている図示しないトリガスイッチを押して撮影操作を行
うと、シャッタ機能が作動して撮像デバイス204には撮
影レンズ202により被写体像が結像され、撮像デバイス2
04にはこの像に対応して電荷像が蓄積されるので、これ
を読出し制御することで撮像デバイス204から画像信号
を得ることができる。これらの制御もシステムコントロ
ーラ20が司る。撮像デバイス204から出力された画像信
号はプリアンプ206にて増幅・ノイズ等の処理がなされ
た後、A/Dコンバータ208にてディジタル信号に変換さ
れ、バッファメモリ210に書き込まれる。
バッファメモリ210に書き込まれたディジタル信号
は、メモリ制御回路212により、8X8の大きさにブロック
化され、読み出されて行く。読み出された画像信号はプ
ロセス回路213により、マトリックス処理が行われる
が、このとき、システムコントローラ234により、まず
マトリックス係数がＹ信号用に設定され、これによって
プロセス回路213からは輝度信号（Ｙ成分）が１画面
分、ブロック毎に生成される。システムコントローラ23
4は、次にCr成分、Cb成分の順でマトリックス係数を変
更させ、これによってプロセス回路213からは同じく１
画面分づつCr成分、Cb成分の信号がブロック毎に生成さ
れ、読み出されて行く。
この後、コサイン変換回路214にてコサイン変換処理
が成される。この結果、得られたコサイン変換係数はジ
グザグスキャンの順序で量子化回路216に入力される。
量子化回路216においては、量子化マトリックスに量
子化幅係数αを乗算した値でそれぞれ対応する周波数成
分の変換係数を割ることにより、量子化が行われるが、
ここで第１パス（一回目）の量子化の際には量子化幅係
数αとして、符号化制御回路232により与えられる初期
値が用いられる。
量子化された変換係数のうち、直流成分だけはDCPM回
路218により前ブロックとの差分値が求められ、その値
がハフマン符号化回路220により符号化される。変換係
数の交流成分は、２次元ハフマン符号化回路222におい
て、第２図のような走査順序でゼロランと有効係数値と
のハフマン符号化が行われる。
各ブロックで発生した符号は、ハフマン符号化回路22
0及び、２次元ハフマン符号化回路222から符号量算出回
路228に送られ、符号量の算出および各色成分毎に画面
全体での積算が行われる。各ブロック毎の符号量は符号
量割当回路229を経由してブロック符号量割当てメモリ2
31に書き込まれる。
１画像分の全ブロック、全色成分についてハフマン符
号化処理が終了した段階で、符号化制御回路232の働き
により、符号量算出回路228は画像全体の符号量データ
を量子化幅予測回路230および符号量割当回路229に出力
する。
量子化幅予測回路230は画像全体の符号量と目標符号
量とから、最適量子化幅系数αを予測する。また、符号
量割当回路229はブロック符号量割当メモリ231に記録さ
れた各ブロック毎の符号量および画像全体の符号量と目
標符号量とから、各ブロックの割り当て符号量を算出
し、ブロック符号量割当メモリ231に書き込む。
以上で１パス目が終了し、２パス目の処理に移る。
２パス目の処理においては、再びバッファメモリ210
から画像信号がブロック化されて読み出される。この信
号はプロセス回路213にてプロセス処理が行われた後、
コサイン変換回路214にてコサイン変換される。得られ
た変換係数は、量子化回路216において量子化される
が、このときに使用される量子化幅係数αは、前回のパ
スにおいて量子化幅予測回路230が算出した最適量子化
幅係数である。
次に量子化された変換係数のうち、直流成分はDCPM回
路218に入力されて、前ブロックとの差分が求められ、
この値がハフマン符号化回路220において、符号化され
る。
一方、交流成分は２次元ハフマン符号化回路222にお
いて、ジグザグスキャンによりゼロランと有効係数値と
の２次元ハフマン符号化が行われる。生成された符号は
各ブロック毎に書き込みバッファ回路224に送られる。
同時に書き込みバッファ回路224にはブロック符号量割
当メモリ231に記録されていた割当て符号量が出力さ
れ、書き込みバッファ回路224内に保持された前ブロッ
クまでの割当て符号量の余り分と加算される。
書き込みバッファ回路224においては、生成した符号
の量と割当て符号量（前ブロックに余りがあれば、その
余り分を加えた値）との比較がなされ、生成符号量が割
当て符号量より少ないか、若しくは同じ場合には、生成
した符号量をそのままメモリカード226に書き込む。
一方、生成符号量が割当て符号量を超える場合には、
割当て符号量以内になるような位置で符号化を打ち切
り、それ以降の高周波成分（ジグザグスキャンの後ろの
方）の符号は捨て、代わりにEOBを置く。そして、割当
て符号量から実際に書き込んだ符号量を引いた割当て符
号量の余りは、書き込みバッファ回路内に保持される。
但し、直流成分に関する符号は必ず出力し、不足した分
の符号量は負の値で割当て符号量の余りとして、書き込
みバッファ回路224内に保持させる。
そして、このようにして割当て符号量に収められた符
号をメモリカード226に記録する。この動作を全ブロッ
クおよび全色成分について繰り返すことで、１画面の符
号化が終了する。
尚、以上の例では撮像デバイス204から読み出されるC
y,Ma,Yeの各色成分が、プロセス回路213でのマトリック
ス処理により、Y,Cr,Cbに変換されるものとしたが、こ
れは撮像デバイス204に設けられた赤，緑，青の色フィ
ルタを通して、対応する赤，緑，青の三原色成分の色信
号が得られる場合は、赤（Ｒ），緑（Ｂ），青（Ｇ）の
三原色成分そのものを使用する方式としても良い。この
場合、マトリックス処理を行うことなく、各原色成分毎
に信号読み出しすることで、R,G,Bの順で符号化ができ
るようになる。
このように、第５図の実施例ではY,Cr,Cbの各成分
を、順に生成して符号化処理するものであり、一つの処
理回路をY,Cr,Cbの各成分、共用としてハードウエアの
簡素化を図ったものである。この構成により、電子スチ
ルカメラのコストダウンを図ることができる。
なお、再生系はここでは直接関係ないので特に詳しく
は触れないが、ざっと述べておくと次のようになる。
記録媒体に圧縮符号化されて記録された画像信号デー
タを符号化時の量子化幅の情報と共に読み出し、画像信
号データはハフマン符号化されているのでハフマン復号
して量子化係数化し、これをさきの符号化時の量子化幅
で逆量子化し、逆量子化により得られた変換係数はブロ
ック毎に逆直交変換し、元の画像信号に復元する。
このようにしてY,Cr,Cbの順で画像信号を復元し、こ
れらをバッファメモリに書き込み、１画面分の画像信号
データの書き込みが終了すると、バッファメモリから通
常のテレビ信号の走査順で画像信号データを読み出し、
エンコーダにてNTSC方式の画像信号に変換し、更にD/A
変換してアナログ信号に変換して最終出力とする。この
画像信号をテレビモニタに入力することにより、画像が
テレビ映像として再生でき、映像として鑑賞でき、ま
た、ビデオプリンタ等のプリント装置に与えてプリント
することによりハードコピーを得ることができるので、
写真等と同様な形で鑑賞することができるようになる。
以上のように、本装置は最初に統計処理を行い、最適
化するに必要なブロック毎の符号量や画像全体の符号量
等を調べ、次にこの統計処理により得た符号量をもとに
最適化された符号化を行うための処理に入り、順次、符
号化出力を見ながら、所望の符号量内で収まるように、
エントロピー符号化を制御して符号化出力を最終出力と
して得るようにしたものである。そのため、最初に画像
のブロック化、このブロック化された画像の要素に対す
る標準の量子化幅を使用しての量子化、量子化により得
られた変換係数のエントロピー符号化、そして、このエ
ントロピー符号化により得られる各ブロックの各要素の
符号量と画像全体の符号量より１画像当たりの目標とす
る符号量にするに必要な量子化幅の予測、各ブロックの
各要素における割当符号量の決定、これらに基づく処理
対象画像への最適符号化の処理モードへの移行、この処
理モードの実施における画像のブロック化処理、このブ
ロック化された画像の要素に対する前記予測量子化幅を
使用しての量子化処理、この量子化により得られた変換
係数のエントロピー符号化、そして、このエントロピー
符号化にあたり、各ブロックの各要素における割当符号
量を基準としての該割当符号量に収まる範囲内での当該
要素のエントロピー符号化、と云った処理を行い、最終
出力を得るようにしたものであるから、得られた画像デ
ータに対し、一定の符号量に収まるように符号化できる
ようになり、画像の記憶枚数が規定される場合等では、
記憶手段の記憶容量に対して、一定の記憶可能枚数を保
証することができる他、一旦、統計処理をして画像全体
の各ブロック毎の符号量割り当てを決定した後、これに
基づき符号化処理を実施するので、２回のパスで符号化
を終了することができ、一定の処理時間内で符号の最適
化を行うことができるようになる。
また、これをディジタル電子スチルカメラ等に応用し
た場合、一定符号量以内に収まるように符号化できるこ
とから、１枚のメモリカードあるいは磁気ディスク装置
等の記憶媒体に記録できる枚数が保証されると共に、一
定の処理時間内で、且つ、比較的短時間に符号化できる
ことから、高速に複数の画像を連続して撮影する連写機
能等に対応できるようになる。さらにまた、符号化の打
切りは高い周波数成分に対して行われるので、画質の劣
化もほとんどない。
尚、本発明は上記し、且つ、図面に示す実施例に限定
することなく、その要旨を変更しない範囲内で、適宜変
形して実施し得るものであり、例えば、第１の実施例で
はＹ信号とＣ信号を並列に処理する例を示したが、量子
化マトリックスやハフマンテーブルを切換式にして、一
系統の回路でY,Cr,Cbを順に処理するようにしても勿論
差し支えない。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、得られた画像デ
ータに対し、比較的短時間且つ、一定の処理時間内で、
一定の符号量以内に収まるように、しかも、画質の劣化
もほとんどなしに符号化できるようになる画像データの
符号化装置および符号化方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
８×８画素に分けられたブロックのジグザグ・スキャン
を説明するための図、第３図は本発明装置の動作を説明
するための動作遷移図、第４図は本発明装置の動作を説
明するためのフローチャート、第５図は本発明の他の実
施例を示すブロック図、第６図は従来例を説明するため
の動作遷移図である。 10,212……撮影レンズ、 12,204……撮像デバイス、 14,213……プロセス回路、 16Y,16C,208……A/D変換回路、 18Y,18C……画像メモリ、 20Y,20C……ブロック化回路、 22Y,22C……直交変換回路、 24Y,24C,216……量子化回路、 26Y,26C……エントロピー符号化回路、 28,228……符号量算出回路、 30,230……量子化幅予測回路、 32,229……符号量割当回路、 34Y,34C……符号化打切回路、 36……符号出力回路、38,226……メモリカード、 200……カメラ本体、212……メモリ制御回路、 214……コサイン変換回路、218……DCPM回路、 220……ハフマン符号化回路、 222……２次元ハフマン符号化回路、 231……ブロック符号量割当メモリ、 224……書き込みバッファ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 寛 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 茂木 千佳子 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 山田 秀俊 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】画像データ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ってからこの変換出力
    を量子化手段により量子化し、その後、この量子化出力
    を符号化手段に与えてエントロピー符号化してデータの
    符号化をする符号化装置において、 前記符号化手段により符号化された変換係数の各ブロッ
    ク毎の符号量を算出すると共に、画像全体の符号量を算
    出する符号量算出手段と、 この符号量算出手段により算出された各ブロック毎の符
    号量および画像全体の符号量と、１画像当たりの目標と
    する符号量とから各ブロック毎の符号量の割当てを行う
    符号量割当手段と、 前記符号量算出手段により算出された画像全体の符号量
    と、前記１画像当たりの目標とする符号量とから最適な
    量子化幅を予測する量子化幅予測手段と、 前記各ブロックの符号量が符号量割当手段により割当て
    られた各ブロック毎の割当て符号量を越えないように、
    前記符号化手段の符号化を打切る符号化打切手段と、 前記符号化手段により符号化された変換係数を符号とし
    て出力する符号出力手段と、 はじめに、予め定めた暫定的な量子化幅を用いて前記量
    子化手段での量子化を行わせると共に、前記符号量割当
    手段による各ブロック毎の符号量の割当てと、量子化幅
    予測手段による予測量子化幅を得る第１の符号化処理を
    実施させ、つぎにこの第１の符号化処理により得られた
    予測量子化幅による前記量子化手段での量子化を行わせ
    ると共に、前記第１の符号化処理にて得られた各ブロッ
    ク毎の割当て符号量を越えないよう符号量打切手段を稼
    動させる第２の符号化処理を実施させるべく制御する制
    御手段と、 を備えたことを特徴とする画像データの符号化装置。
  2. 【請求項２】前記画像データは色成分に分離されたカラ
    ー画像データであることを特徴とする請求項（１）記載
    の画道データの符号化装置。
  3. 【請求項３】前記符号化打切手段は高い周波数成分の符
    号化を打切ることを特徴とする請求項（１）記載の画像
    データの符号化装置。
  4. 【請求項４】画像データ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ってからこの変換出力
    を量子化手段により量子化し、その後、この量子化出力
    を符号化手段に与えてエントロピー符号化してデータの
    符号化をする符号化装置において、 前記符号化手段により符号化された変換係数の各ブロッ
    ク毎の符号量を算出すると共に、画像全体の符号量を算
    出する符号量算出手段と、 この符号量算出手段により算出された各ブロック毎の符
    号量および画像全体の符号量と、１画像当たりの目標と
    する符号量とから各ブロック毎の符号量の割当てを行う
    符号量割当手段と、 前記符号量算出手段により算出された画像全体の符号量
    と、前記１画像当たりの目標とする符号量とから最適な
    量子化幅を予測する量子化幅予測手段と、 前記各ブロックの符号量が符号量割当手段により割当て
    られた各ブロック毎の割当て符号量を越えないように、
    前記符号化手段の符号化を打切る符号化打切手段と、 前記符号化手段により符号化された変換係数を符号とし
    て出力する符号出力手段と、 はじめに、予め定めた暫定的な量子化幅を用いて前記量
    子化手段での量子化を行わせると共に、前記符号量割当
    手段による各ブロック毎の符号量の割当てと、量子化幅
    予測手段による予測量子化幅を得る第１の符号化処理を
    実施させ、つぎにこの第１の符号化処理により得られた
    予測量子化幅による前記量子化手段での量子化を行わせ
    ると共に、前記第１の符号化処理にて得られた各ブロッ
    ク毎の割当て符号量を越えないよう符号量打切手段を稼
    動させる第２の符号化処理を実施させるべく制御する制
    御手段とを備え、 前記符号化手段は前記直交変換により得られる前記各ブ
    ロック単位の画像データのうち、直流成分について前の
    ブロックでの直流成分との差分を得ると共にこの差分を
    符号化する直流成分用の符号化処理部と、この直流成分
    用の符号化処理部の処理が終わった後、前記交流成分に
    ついて符号化する交流成分用の符号化処理部とを設けて
    構成したことを特徴とする画像データの符号化装置。
  5. 【請求項５】画像データ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ってからこの変換出力
    を量子化し、その後、この量子化出力をエントロピー符
    号化することによりデータの符号化をする符号化方法に
    おいて、 予め定めた暫定的な量子化幅を用いて前記量子化を実施
    し、得た量子化出力をエントロピー符号化処理した符号
    量から最適な量子化幅を予測すると共に、画像全体の符
    号量を所定の符号量内に抑えるに必要なブロック毎の割
    当符号量を決定する第１のステップと、 この第１のステップで予測した前記最適な量子化幅によ
    り前記変換出力の量子化を実施する第２のステップと、 この第２のステップにより得た量子化出力をエントロピ
    ー符号化する第３のステップと、 前記第１のステップで決定した各ブロック毎の割当て符
    号量を用い、前記各ブロック毎に、割当てた符号量を超
    えないように、前記第３のステップにおける前記エント
    ロピー符号化を打ち切る第４のステップと、 よりなることを特徴とする符号化方法。
  6. 【請求項６】画像データ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ってからこの変換出力
    を量子化し、その後、この量子化出力をエントロピー符
    号化することによりデータの符号化をする符号化方法に
    おいて、 予め定めた暫定的な量子化幅を用いて前記量子化を実施
    し、得た量子化出力をエントロピー符号化処理した符号
    量から最適な量子化幅を予測すると共に、画像全体の符
    号量を所定の符号量内に抑えるに必要なブロック毎の割
    当符号量を決定する第１のステップと、 この第１のステップで予測した前記最適な量子化幅によ
    り前記変換出力の量子化を実施する第２のステップと、 この第２のステップにより得た量子化出力をエントロピ
    ー符号化する第３のステップと、 前記第１のステップで決定した各ブロック毎の割当て符
    号量を用い、前記各ブロック毎に、割当てた符号量を超
    えないように、前記第３のステップにおける前記エント
    ロピー符号化を打ち切る第４のステップと、 を具備し、 且つ、前記エントロピー符号化は、前記直交変換により
    得られる前記各ブロック単位の画像データのうち、直流
    成分について前のブロックでの直流成分との差分を得る
    と共にこの差分をエントロピー符号化し、この直流成分
    用の符号化処理が終わった後、前記交流成分についてエ
    ントロピー符号化する処理とすることを特徴とする符号
    化方法。
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