JP2004007475A - Image compression encoding device and method, and program - Google Patents

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  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control the total code amount of the whole frame while satisfying a target code amount by efficiently selecting the code amount from a DCT(Discrete Cosine Transform) path or a DPCM(Differential Pulse Code Modulation) path. <P>SOLUTION: Either one of a 1st compression system for quantizing an input picture signal by respectively different quantization steps and a 2nd compression system having a compression ratio lower than that of the 1st compression system and reduced at its loss is selected in each block, a selection signal of the selected compression system is generated, a code amount based on the 1st compression system or the 2nd compression system is entered in accordance with the generated selection signal, and code amounts inputted through a switching means are added in each block to compute the total code amount of each equal length unit. The total code amount calculated in each quantization step is linearly interpolated to control the total code amount so as to approximate to the target code amount. The 1st compression system or the 2nd compression system is selected in each block in accordance with the controlled total code amount to perform encoding. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｐｉｃｔｕｒｅ　ｉｍａｇｅ　ｃｏｄｉｎｇ　ＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）等に適用され、例えばＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｃｏｓｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）や、例えばＤＰＣＭ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いた符号化による発生情報量を制御可能な画像圧縮符号化装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、テレビ会議システム、テレビ電話システムなどのように、動画像信号を遠隔地に伝送するシステムにおいて、動画像信号をそのままディジタル化すると情報量が極めて多くなる。しかし、映像信号のライン相関やフレーム間相関を利用して、画像信号を圧縮符号化することによって情報量を減らすことができ、一度に多くの動画像を伝送することが可能となり、ひいては、記録媒体に対して長時間の動画像を記録することが可能となる。動画像の高能率符号化方式として代表的なものとしてＭＰＥＧ方式がある。このＭＰＥＧ方式では、伝送路に送出されるビットストリームが所望のレートになるように、符号量制御を行う。
【０００３】
図１０は、ＭＰＥＧ方式に代表される従来の画像圧縮符号化装置７の構成を示している。この従来の画像圧縮符号化装置７は、入力された画像信号をＤＣＴ変換した上で量子化するＤＣＴ符号化方式に基づき、非可逆的な画像圧縮を実現する。この画像圧縮符号化装置７は、端子７１と、ブロック分割部７２と、ＤＣＴ部７３と、量子化部７４と、可変長符号化部７５と、バッファ７９とを備える。
【０００４】
この図１０において、端子７１には、輝度信号Ｙ、色差信号Ｐｂ，Ｐｒからなる画像信号が入力される。
【０００５】
ブロック分割部７２は、入力された１フレームの画像信号を例えば８×８のブロックに分割し、ＤＣＴ部７３へ出力する。
【０００６】
ＤＣＴ部７３は、８×８のブロック毎にＤＣＴを施すことによりＤＣＴ係数を生成し、量子化部７４へ出力する。量子化部７４は、ＤＣＴ部７３から入力されたＤＣＴ係数を、ブロック単位で決められた量子化ステップにより量子化する。量子化部７４は、この量子化されたデータ（以下、量子化レベルと称する）を可変長符号化部７５へ供給する。可変長符号化部７５は、量子化部７４から供給された量子化レベルを、例えば２次元ハフマン符号化や、算術符号化等の方法により可変長符号化する。
【０００７】
ちなみに、この画像圧縮符号化装置７における符号量制御は、量子化ステップを制御することにより行なう。この符号量制御は、例えば仮想バッファの残量と、以前エンコーダした際の量子化ステップと発生符号量の関係を用いてフィードバック制御することにより行なう場合もある。
【０００８】
なお、この画像圧縮符号化装置７では、１フレーム（等長化単位）において発生する総符号量が、常に設定された目標符号量を越えないように符号量制御を行なう必要がある。しかしながら、目標符号量を満たすために、総符号量を多量に残してしまうと、却って画像品質の悪化を招くことになる。このため、従来において、目標符号量を満たしつつ総符号量を使い切るための符号量制御方法が提案されている。この符号量制御方法では、等長化単位において発生する符号量を、複数の量子化ステップについて予め計算し、発生符号量が目標符号量を越えない範囲で適切な量子化ステップを決定するものであり、例えばフィードフォワード方式として提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
この従来のフィードフォワード方式等の符号量制御方法において、量子化ステップを大きくすると量子化が粗くなり総符号量が小さくなり、一方量子化ステップを小さくすると、量子化は細かくなり総符号量も多くなる。また量子化では離散値のみ取得することしかできないため、総符号量も離散的になる。すなわち、この量子化ステップをブロック単位で制御することにより、総符号量を制御することが可能となる。目標符号量を満たしつつ総符号量を使い切るためには、目標符号量以下であり、かつ一番小さな量子化ステップをブロック毎に選択する必要がある。
【００１０】
ちなみにこのＤＣＴ係数を、ブロック単位で決められた量子化ステップにより量子化するフィードフォワード方式は、画像の圧縮・伸張の過程において何らかの歪みが付加されるため、完全にもとの画像品質を保つことはできない。このため、理想的には、例えばＤＰＣＭのように、圧縮・伸張の過程を経てもとの情報を保存可能な可逆符号化（Ｌｏｓｓｌｅｓｓ）方式を採用することにより、画質の劣化を防止する必要があった。
【００１１】
【特許文献１】
国際公開公報ＷＯ９６／２８９３７
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した可逆符号化方式を採用した場合に、設定された目標符号量を越えないような符号量制御を実現することができない場合があるため、フィードフォワード方式と可逆符号化方式を組み合わせ、目標符号量を越えないようにフレーム総符号量を使い切る必要がある。
【００１３】
しかしながら、ブロック毎に各方式を効率良く選択することができず、目標符号量を参照しつつ、フレーム全体の総符号量を制御することができないという問題点があった。
【００１４】
そこで本発明は上述した実情に鑑みて提案されたものであり、各ブロック毎にフィードフォワード方式、或いは可逆符号化方式を効率よく選択することにより、フレーム全体の総符号量を効率良く制御可能な画像圧縮符号化装置及び方法、プログラムを提案することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明を適用した画像圧縮符号化装置は、上述した問題点を解決するために、入力画像信号を夫々異なる量子化ステップにより量子化する第１の圧縮方式、或いは上記第１の圧縮方式より低圧縮率でありロスの小さい第２の圧縮方式、を等長化単位の総符号量に応じて上記符号化方式選択単位で選択し、これを符号化する画像圧縮符号化装置において、上記第１の圧縮方式又は上記第２の圧縮方式のうちいずれか一方を符号化方式選択単位毎に選択し、当該選択した圧縮方式についてセレクト信号を発信する選択手段と、上記発信されたセレクト信号に応じて、上記第１の圧縮方式による符号量、或いは上記第２の圧縮方式による符号量を取り込む切替手段と、上記切替手段を介して取り込まれた符号量を符号化方式選択単位毎に加算することにより符号化方式選択単位の総符号量を演算する演算手段と、上記量子化ステップ毎に演算された総符号量を、等長化単位の目標符号量に近づくように制御する制御手段とを備える。
【００１６】
また、本発明を適用した画像圧縮符号化方法は、上述した問題点を解決するために、入力画像信号を夫々異なる量子化ステップにより量子化する第１の圧縮方式、或いは上記第１の圧縮方式より低圧縮率でありロスの小さい第２の圧縮方式、を等長化単位の総符号量に応じて符号化方式選択単位で選択し、これを符号化する画像圧縮符号化方法において、上記第１の圧縮方式又は上記第２の圧縮方式のうちいずれか一方を符号化方式選択単位毎に選択し、当該選択した圧縮についてセレクト信号を発信し、上記発信されたセレクト信号に応じて、上記第１の圧縮方式による符号量、或いは上記第２の圧縮方式による符号量を取り込み、上記切替手段を介して取り込まれた符号量を符号化方式選択単位毎に加算することにより等長化単位の総符号量を演算し、上記量子化ステップ毎に演算された総符号量を、等長化単位の目標符号量に近づくように制御する。
【００１７】
また、本発明を適用したプログラムは、上述した問題点を解決するために、入力画像信号を夫々異なる量子化ステップにより量子化する第１の圧縮方式、或いは上記第１の圧縮方式より低圧縮率でありロスの小さい第２の圧縮方式、を等長化単位の総符号量に応じて符号化方式選択単位で選択し、これを符号化することをコンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、上記第１の圧縮方式又は上記第２の圧縮方式のうちいずれか一方を符号化方式選択単位毎に選択し、当該選択した圧縮についてセレクト信号を発信し、上記発信されたセレクト信号に応じて、上記第１の圧縮方式による符号量、或いは上記第２の圧縮方式による符号量を取り込み、上記切替手段を介して取り込まれた符号量を符号化方式選択単位毎に加算することにより等長化単位の総符号量を演算し、上記量子化ステップ毎に演算された総符号量を、等長化単位の目標符号量に近づくように制御することをコンピュータに実行させる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
本実施の形態に係る画像圧縮符号化装置は、入力された画像信号を、例えばＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｃｏｓｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）変換した上で量子化することにより非可逆的な画像圧縮を実現し、或いは入力された画像信号を、例えばＤＰＣＭ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等に基づき可逆的な符号化を実現する。
【００２０】
画像圧縮符号化装置１には、図１に示すように端子１１を介して輝度信号Ｙ、色差信号Ｐｂ，Ｐｒからなる画像信号が入力される。ブロック分割部１２は、入力された１フレームの画像信号を、符号化方式選択単位で選択し、本線系２及び予測系４へ送信する。この符号化方式選択単位とは、例えば８×８のブロック単位、１６×１６のマクロブロック単位、スライス単位、又は複数の画素からなる画像領域に分割する場合を示すが、以下では、８×８のブロック単位で分割した場合を例にとり説明する。
【００２１】
本線系２は、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ　Ｉｎ　Ｆｉｒｓｔ　Ｏｕｔ）メモリ２１，ＤＣＴ部２２，ＦＩＦＯメモリ２３，二分探索部２４，量子化部２５，第１の可変長符号化部２６からなるＤＣＴパスと、ＦＩＦＯメモリ２７，ＤＰＣＭ部２８，第２の可変長符号化部２９からなるＤＰＣＭパスと、セレクタ３０と、バッファ３１とを備える。
【００２２】
先ずＤＣＴパスについて説明する。本線系２に供給されたデータは、予測系４から後述するセレクト信号と符号量が供給されるまでのインターバルを調整するためにＦＩＦＯメモリ２１に一時格納される。このＦＩＦＯメモリ２１に格納されたデータは、ＤＣＴ部２２及びＦＩＦＯメモリ２７へ供給される。
【００２３】
ＤＣＴ部２２は、８×８のブロック毎にＤＣＴを施すことによりＤＣＴ係数を生成し、ＦＩＦＯメモリ２３及び二分探索部２４へ送信する。ＦＩＦＯメモリ２３に一時格納されたＤＣＴ係数は量子化部２５へ出力される。量子化部２５は、ＤＣＴ部２２から入力されたＤＣＴ係数を、ブロック単位で二分探索部２４により決められた量子化ステップにより量子化する。量子化部２５は、この量子化されたデータ（以下、量子化レベルと称する）を第１の可変長符号化部２６へ供給する。第１の可変長符号化部２６は、量子化部２５から供給された量子化レベルを、例えば２次元ハフマン符号化や、算術符号化等の方法により可変長符号化する。ちなみに本実施の形態に係る画像圧縮符号化装置１では、この第１の可変長符号化部２６を省略した構成を適用してもよい。
【００２４】
すなわち、このＤＣＴパスを経ることにより、二分探索部２４を介して各ブロック毎に供給される量子化ステップに基づき、画像信号を符号化することができるため、１フレームの総符号量が目標符号量を越えないように制御することが可能となる。この二分探索部２４を用いる方法は、一例に過ぎず、他の方式を用いてもよい。
【００２５】
次にＤＰＣＭパスについて説明をする。ＤＰＣＭ部２８は、上述したＤＣＴパスにおける遅延素子的な役割を担うＦＩＦＯメモリ２７上に格納されたデータが供給され、当該データに対してブロック毎にＤＰＣＭを施して第２の可変長符号化部２９へ供給する。第２の可変長符号化部２９は、ＤＰＣＭが施されたデータに対して、例えば２次元ハフマン符号化や、算術符号化等の方法により可変長符号化する。なお、この第２の可変長符号化部２９における可変長符号化の方法は、上述の第１の可変長符号化部２６における方法と同様である必要はない。また、本実施の形態に係る画像圧縮符号化装置１では、この第２の可変長符号化部２９を省略した構成を適用してもよい。
【００２６】
セレクタ３０は、第１の可変長符号化部２６、又は第２の可変長符号化部２９により可変長符号化された各種データを適宜切り替え、当該切替情報とともにバッファ３１へ出力する。ちなみに、このセレクタ３０は、予測系４から供給されるセレクト信号に基づき切り替えられる。
【００２７】
すなわち、このＤＰＣＭパスを経ることにより、何らかの歪みが付加されることなく、完全にもとの画像品質を保つことができるように可逆符号化することができる。
【００２８】
予測系４は、ＤＣＴ部４１，ｎ個の量子化器４２−１〜４２−ｎ，ｎ個の符号量変換器４３−１〜４３−ｎからなるＤＣＴパスと、ＤＰＣＭ部４５，符号量変換器４６からなるＤＰＣＭパスと、演算部４４とを備える。この予測系４は、等長化単位で発生する総符号量を計算し、本線系２が目標符号量を越えない範囲で適切なＤＣＴパス或いはＤＰＣＭパスを選択できるように設けられたものである。この等長化単位とは、本実施の形態では１フレームを意味するが、係る場合に限定されるものではなく、例えば８×８のブロック、１６×１６のマクロブロック、それらの組み合わせたスライス単位としてもよい。またこの等長化単位は、複数の画素からなるいかなる画像領域であってもよく、さらにフレームを組み合わせたＧＯＰ単位としてもよい。
【００２９】
先ずＤＣＴパスについて説明をする。このＤＣＴパスは、例えば入力された画像信号をＤＣＴ変換した上で量子化するＤＣＴ符号化方式に基づき、非可逆的な画像圧縮を実現するものであり、ＤＰＣＭパスと比較して高圧縮率でロスが大きい。またこのＤＣＴパスにおける変換符号化は、ＤＣＴに限定されるものではなく、他の変換符号化方式を用いてもよい。またこのＤＣＴパスでは、８×８のブロック単位で変換符号化を行うが、かかる場合に限定されるものではなく、上述のマクロブロック単位でもよいし、また複数の画素からなる画像領域を一単位とするものであってもよい。
【００３０】
ＤＣＴ部４１は、ＤＣＴ部２２と同様に、８×８のブロック毎にＤＣＴを施すことによりＤＣＴ係数を生成し、各量子化器４２−１〜４２−ｎへ送信する。量子化器４２−１〜４２−ｎは、ＤＣＴ部４１から供給されたＤＣＴ係数を夫々異なる量子化ステップで量子化する。これにより、生成したＤＣＴ係数をｎ個の量子化ステップにより試すことが可能となる。また、各量子化器４２−１〜４２−ｎは、生成した量子化レベルを夫々符号量変換器４３−１〜４３−ｎへ供給する。符号量変換器４３−１〜４３−ｎは、供給される量子化レベルを夫々ブロック毎の符号量に変換し、演算部４４へ送信する。即ち、この符号量変換器４３−１〜４３−ｎにおける符号量の変換では、量子化器４２−１〜４２−ｎにより生成された量子化レベルを可変長符号化して、その符号長を出力するようにしてもよい。
【００３１】
次にＤＰＣＭパスについて説明をする。このＤＰＣＭパスは、例えばＤＰＣＭのように、圧縮、伸張の過程を経てもとの情報を保存可能な可逆符号化（Ｌｏｓｓｌｅｓｓ）方式に基づき、可逆的な画像圧縮を実現するものであり、ＤＣＴパスと比較して低圧縮率でロスが小さい。またこのＤＰＣＭパスでは、８×８のブロック単位で変換符号化を行うが、かかる場合に限定されるものではなく、上述のマクロブロック単位でもよいし、また複数の画素からなる画像領域を一単位とするものであってもよい。
【００３２】
ＤＰＣＭ部４５は、ブロック分割部１２からデータを受給し、これらについてブロック毎にＤＰＣＭを施し、符号量変換器４６へ送信する。符号量変換器４６は、これらＤＰＣＭ化された信号についてブロック毎に符号化して演算部４４へ送信する。即ち、この符号量変換器４６においても、ＤＰＣＭ化された信号を可変長符号化して、その符号長を出力するようにしてもよい。
【００３３】
演算部４４には、符号量変換器４３−１〜４３−ｎから異なる量子化ステップで処理された符号量が入力され、また符号量変換器４６からＤＰＣＭ処理された符号量が入力される。演算部４４は、入力される各ブロック毎の符号量に基づき、各ブロック毎の割当符号量とセレクト信号とを求めて本線系２へ出力する。ちなみにこの演算部４４において等長化単位の総符号量を求める場合には、ブロック毎の符号量の累積値を求める必要があるため、１フレーム分の計算時間を要することになる。
【００３４】
次に、この演算部４４による割当符号量の算出について説明をする。図２は、演算部４４の構成例を示している。演算部４４は、ｎ個の比較部１０１−１〜１０１−ｎと、ｎ個のセレクタ１０２−１〜１０２−ｎと、ｎ個のメモリ１０３−１〜１０３−ｎと、ｎ個の加算器１０４−１〜１０４−ｎと、ｎ個の累積回路１０５−１〜１０５−ｎと、演算処理部１０６とを備える。
【００３５】
比較部１０１−１〜１０１−ｎは、ｋ番目のブロックに関して、ＤＣＴパスを介して符号量変換器４３−１〜４３−ｎから異なる量子化ステップで処理された符号量ｌｅｎｇｔｈ（１，ｋ）〜ｌｅｎｇｔｈ（ｎ，ｋ）が入力され、またＤＰＣＭパスを介して符号量変換器４６からＤＰＣＭ処理された符号量ｄｐｃｍ（ｋ）が入力される。例えば、比較部１０１−１には、符号量変換部４３−１からの符号量ｌｅｎｇｔｈ（１，ｋ）と、ＤＰＣＭ処理された符号量ｄｐｃｍ（ｋ）が入力される。この比較部１０１−１〜１０１−ｎは、ＤＣＴパスを介して入力された符号量ｌｅｎｇｔｈ（１，ｋ）〜ｌｅｎｇｔｈ（ｎ，ｋ）、とＤＰＣＭパスを介して入力された符号量ｄｐｃｍ（ｋ）との間で、それぞれ小さい方を選択する。そして、この比較部１０１−１〜１０１−ｎは、ＤＣＴパスを介して入力された符号量ｌｅｎｇｔｈ（１，ｋ）〜ｌｅｎｇｔｈ（ｎ，ｋ）、及びＤＰＣＭパスを介して入力された符号量ｄｐｃｍ（ｋ）のうち、いずれを選択したかを示すセレクト信号を出力する。
【００３６】
セレクタ１０２−１〜１０２−ｎは、比較部１０１−１〜１０１−ｎから供給されるセレクト信号に応じて、ＤＣＴパスから供給される符号量或いはＤＰＣＭパスから供給される符号量を夫々選択する。例えば、ＤＣＴパスを選択した旨の情報がセレクト信号に含まれていた場合には、セレクタ１０２−１〜１０２−ｎは、ＤＣＴ側にＯＮされることとなる。このセレクタ１０２−１〜１０２−ｎにより選択された符号量は、そのままメモリ１０３−１〜１０３−ｎ、加算器１０４−１〜１０４−ｎへ供給される。
【００３７】
メモリ１０３−１〜１０３−ｎは、各ブロック毎に、何れの符号量を選択したかを識別するためのセレクト信号と、セレクタ１０２−１〜１０２−ｎにおいて選択された符号量を格納する。すなわち等長化単位、例えば１フレーム分の処理が終了した段階で、各メモリ１０３−１〜１０３−ｎには、ブロック単位で選択した符号量とセレクト信号が、１フレーム分格納されている状態となっている。換言すれば、各メモリ１０３−１〜１０３−ｎには、ブロック単位で選択した符号量として、ＤＣＴパスを介して入力された符号量ｌｅｎｇｔｈ（１，ｋ）〜ｌｅｎｇｔｈ（ｎ，ｋ）、又はＤＰＣＭパスを介して入力された符号量ｄｐｃｍ（ｋ）のうち、いずれかが格納されている状態となる。従って、各メモリ１０３−１〜１０３−ｎを合わせると、ブロック単位で選択した符号量とセレクト信号が、量子化ステップ数であるｎ個分格納されている状態となっている。
【００３８】
加算器１０４−１〜１０４−ｎ及び累積回路１０５−１〜１０５−ｎは、セレクタ１０２−１〜１０２−ｎにより選択された符号量を１フレーム分、順次累積加算する。この１フレーム分加算した符号量を夫々総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）とする。累積回路１０５−１〜１０５−ｎは、得られた総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）を順次演算処理部１０６へ送信する。
【００３９】
演算処理部１０６は、各累積回路１０５−１〜１０５−ｎから夫々総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）を受信した場合に、以下の図３に示す手順を実行する。先ずステップＳ１において、演算処理部１０６は、等長化単位の目標符号量とこれらの総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）を比較する。そして、この演算処理部１０６は、目標符号量を超える総符号量のうち、目標符号量に最も近い総符号量ｔｏｔａｌ（ｊ−１）を特定する。即ち、この総符号量ｔｏｔａｌ（ｊ−１）は、目標符号量の直上の符号量であり、換言すれば、目標符号量を超える総符号量のうち最小の符号量からなる。また、この演算処理部１０６は、目標符号量以下の総符号量のうち、目標符号量に最も近い総符号量ｔｏｔａｌ（ｊ）を特定する。即ち、この総符号量ｔｏｔａｌ（ｊ−１）は、目標符号量の直下の符号量であり、換言すれば、目標符号量以下の総符号量のうち最大の符号量からなる。
【００４０】
次にステップＳ２へ移行し、演算処理部１０６は、この識別したｔｏｔａｌ（ｊ−１）と、ｔｏｔａｌ（ｊ）に基づき、メモリ１０３−ｊ−１、メモリ１０３−ｊに格納されている各ブロック毎の符号量とセレクト信号を読み出す。なお、メモリ１０３−ｊ−１には、ｋ番目のブロックの符号量として、ＤＣＴパスを介して入力された符号量ｌｅｎｇｔｈ（ｊ−１，ｋ）、又はＤＰＣＭパスを介して入力された符号量ｄｐｃｍ（ｋ）が格納されている。このため、このステップＳ２において、メモリ１０３−ｊ−１から読み出される符号量は、ｌｅｎｇｔｈ（ｊ−１，ｋ）又はｄｐｃｍ（ｋ）となる。またメモリ１０３−ｊには、ｋ番目のブロックの符号量として、ＤＣＴパスを介して入力された符号量ｌｅｎｇｔｈ（ｊ，ｋ）、又はＤＰＣＭパスを介して入力された符号量ｄｐｃｍ（ｋ）が格納されている。このため、このステップＳ２におてメモリ１０３−ｊから読み出される符号量は、ｌｅｎｇｔｈ（ｊ，ｋ）又はｄｐｃｍ（ｋ）となる。ちなみに、以後のステップでは、メモリ１０３−ｊ−１、メモリ１０３−ｊから読み出した各ブロック毎の符号量とセレクト信号を用いる。
【００４１】
次にステップＳ３へ移行し、この演算処理部１０６は、線形補間を用いることにより、各ブロックに対する割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）を算出する。
【００４２】
ここで、等長化単位の目標符号量をＭとし、またメモリ１０３−ｊ−１から読み出された符号量がｌｅｎｇｔｈ（ｊ−１，ｋ）であり、メモリ１０３−ｊから読み出された符号量がｌｅｎｇｔｈ（ｊ，ｋ）である場合において、割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）は、以下の式（１）により求められる。
ａｓｓｉｇｎ（ｋ）＝｛（ｔｏｔａｌ（ｊ−１）−Ｍ）＊ｌｅｎｇｔｈ（ｊ，ｋ）＋（Ｍ−ｔｏｔａｌ（ｊ））＊ｌｅｎｇｔｈ（ｊ−１，ｋ）｝／｛ｔｏｔａｌ（ｊ−１）−ｔｏｔａｌ（ｊ）｝・・・・・・（１）
またメモリ１０３−ｊ−１から読み出された符号量がｄｐｃｍ（ｋ）であり、メモリ１０３−ｊから読み出された符号量がｌｅｎｇｔｈ（ｊ，ｋ）である場合において、割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）は、以下の式（２）により求められる。
ａｓｓｉｇｎ（ｋ）＝｛（ｔｏｔａｌ（ｊ−１）−Ｍ）＊ｌｅｎｇｔｈ（ｊ，ｋ）＋（Ｍ−ｔｏｔａｌ（ｊ））＊ｄｐｃｍ（ｋ）｝／｛ｔｏｔａｌ（ｊ−１）−ｔｏｔａｌ（ｊ）｝・・・・・・・・・（２）
またメモリ１０３−ｊ−１から読み出された符号量がｄｐｃｍ（ｋ）であり、メモリ１０３−ｊから読み出された符号量がｄｐｃｍ（ｋ）である場合において、割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）は、以下の式（３）により求められる。
ａｓｓｉｇｎ（ｋ）＝｛（ｔｏｔａｌ（ｊ−１）−Ｍ）＊ｄｐｃｍ（ｋ）＋（Ｍ−ｔｏｔａｌ（ｊ））＊ｄｐｃｍ（ｋ）｝／｛ｔｏｔａｌ（ｊ−１）−ｔｏｔａｌ（ｊ）｝・・・・・・・・・・・（３）
上述のように各ブロック毎に割り当てる割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）を求めることにより目標符号量に対して符号量のロスが少ない、高効率の符号量制御を実現することができる。
【００４３】
次にステップＳ４へ移行し、演算処理部１０６は、各ブロック毎に求めたａｓｓｉｇｎ（ｋ）を、最後に各ブロック毎のｄｐｃｍ（ｋ）と比較する。その結果、ａｓｓｉｇｎ（ｋ）がｄｐｃｍ（ｋ）以上であれば、ステップＳ５へ移行し、またａｓｓｉｇｎ（ｋ）がｄｐｃｍ（ｋ）を下回る場合には、ステップＳ６へ移行する。
【００４４】
ステップＳ５へ移行した場合には、ステップ当該ブロックｋについて、画像品質の高いＤＰＣＭパスを介して符号化しても、総符号量を目標符号量以下に抑えることができることを意味する。かかる場合において、演算処理部１０６は、セレクト信号をＤＰＣＭ側に切り替え、ａｓｓｉｇｎ（ｋ）をｄｐｃｍ（ｋ）に置き換えて出力する。
【００４５】
ステップＳ６へ移行した場合には、当該ブロックｋについては上述の如くａｓｓｉｇｎ（ｋ）を求めることにより見積もった符号量よりも、ＤＰＣＭパスによる符号量の方が多いため、ＤＣＴ側を選択した方が、総符号量を目標符号量に対して低く抑えることができる。このため演算処理部１０６は、セレクト信号をＤＣＴ側にして、求めたａｓｓｉｇｎ（ｋ）をそのまま出力する。
【００４６】
この演算処理部１０６において、このａｓｓｉｇｎ（ｋ）と、ｄｐｃｍ（ｋ）を、ＤＣＴパス又はＤＰＣＭパスの何れを選択するかについての優先度と考えることができる。この優先度に基づいて、ＤＣＴパス或いはＤＰＣＭパスの何れかを選択するものであれば、いかなる選択方法を適用してもよい。例えば、この優先度が等しい場合には、ＤＣＴパス或いはＤＰＣＭパスの何れかを選択するようにしてもよいし、ＤＰＣＭパスを選択するようにしてもよい。
【００４７】
またステップＳ４における優先度は、ａｓｓｉｇｎ（ｋ）、ｄｐｃｍ（ｋ）に基づく場合に限定されるものではない。即ち、ステップＳ４における比較において、所定の優先度に基づくものであれば、例えば、ａｓｓｉｇｎ（ｋ）がｄｐｃｍ（ｋ）以上であっても、ステップＳ６へ移行する場合もある。
【００４８】
予測系４からは、この演算処理部から出力される割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）と、セレクト信号が出力される。この出力された割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）は、二分探索部２４へ供給される。
【００４９】
二分探索部２４は、セレクト信号がＤＣＴ側になっている場合において、ブロックの発生符号量が目標符号量に収まるように量子化ステップを決定する。二分探索部２４は、この量子化ステップを決定する際に、特願平４−１１０８５８号公報に提案した方法を採用しても良い。発生符号量が量子化ステップの増大に対して単調減少することを利用して二分探索法によって量子化ステップを決定する。この決定された量子化ステップにより、量子化器２５により量子化される。なお二分探索法は一例に過ぎず、ブロックの発生符号量が目標符号量に収まるように量子化ステップが決定されるのであればどのような方式であってもよい。
【００５０】
一方、セレクト信号がＤＰＣＭ側に切り替わっている場合には、セレクタ３０がＤＰＣＭパスに切り替えられ、当該ブロックについては、ＤＰＣＭを介した符号化が行なわれることになる。
【００５１】
なお、演算処理部１０６は、それぞれ目標符号量の直上、直下にあるｔｏｔａｌ（ｊ−１）と、ｔｏｔａｌ（ｊ）を識別することができない場合には、ｔｏｔａｌ（ｊ−１）と、ｔｏｔａｌ（ｊ）の間に目標符号量を挟み込むいわゆる内挿により割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）を求めることができない。かかる場合には、目標符号量を挟まず、かつ目標符号量に最も近い、二つのｔｏｔａｌ（ｊ−１）とｔｏｔａｌ（ｊ）を用いるいわゆる外挿により、ａｓｓｉｇｎ（ｋ）を求める。かかる外挿においても、割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）は、上式（１）〜（３）を用いて計算する。しかしながら、この場合においてＤＰＣＭパスの符号量が小さいという理由で、ＤＰＣＭパスを介して符号化しても、却って符号量が余る場合がある。かかる場合には、図４に示すフローチャートの如くａｓｓｉｇｎ（ｋ）と総符号量ｔｏｔａｌ＿ｔｍｐ（ａｓｓｉｇｎ（ｋ）の１フレーム分の総数）を、ｔｏｔａｌ（ｊ−１）及びｔｏｔａｌ（ｊ）の２つのうち、目標符号量からより遠い方と置き換えてａｓｓｉｇｎ（ｋ）を計算するようにしてもよい。
【００５２】
この図４に示すフローチャートにおいて、先ずステップＳ１１で処理ループｌｌを初期値に設定し、ステップＳ１２へ移行する。ステップＳ１２では、目標符号量に最も近いｔｏｔａｌ（ｊ−１）とｔｏｔａｌ（ｊ）を用いてａｓｓｉｇｎ（ｋ）を上式により計算し、ステップＳ１３へ移行する。ステップＳ１３において全てのブロックにつきａｓｓｉｇｎ（ｋ）を求めることにより、１フレーム分の総符号量ｔｏｔａｌ＿ｔｍｐを求めることができたか判定する。総符号量ｔｏｔａｌ＿ｔｍｐを求められている場合のみステップＳ１４へ移行し、それ以外はステップＳ１２の処理を繰り返す。
【００５３】
次にステップＳ１４へ移行し、現在のループｌｌが処理ループの総数に達したか判断する。ここで現在のループｌｌが処理ループの総数に達した場合は、繰り返し処理の末、所望のａｓｓｉｇｎ（ｋ）が求められたことが示され、ループから抜ける。一方、現在のループｌｌが処理ループの総数に達していない場合には、ステップＳ１５へ移行する。なお、この処理ループの総数は、例えば５回等任意に設定することができる。
【００５４】
ステップＳ１５において、抽出したｔｏｔａｌ（ｊ−１）とｔｏｔａｌ（ｊ）において、いずれが目標符号量に近いかを判定する。具体的には、ａｂｓ（Ｍ−ｔｏｔａｌ（ｊ））とａｂｓ（Ｍ−ｔｏｔａｌ（ｊ−１））とを比較し、いずれが大きいか判定する。その結果、ａｂｓ（Ｍ−ｔｏｔａｌ（ｊ））＞ａｂｓ（Ｍ−ｔｏｔａｌ（ｊ−１））の場合には、変数ｊｊをｊに置き換える。一方、ａｂｓ（Ｍ−ｔｏｔａｌ（ｊ））≦ａｂｓ（Ｍ−ｔｏｔａｌ（ｊ−１））の場合には、変数ｊｊをｊ−１に置き換える（なおこのａｂｓ（）は絶対値を意味する）。すなわち、抽出したｔｏｔａｌ（ｊ−１）とｔｏｔａｌ（ｊ）のうち、総符号量Ｍと遠い方の値が選択され、変数ｊｊにそれぞれ代入されることとなる。
【００５５】
次にステップＳ１６において、１フレーム分の総符号量ｔｏｔａｌ＿ｔｍｐを、ｔｏｔａｌ（ｊｊ）とする。これにより、１フレーム分の総符号量ｔｏｔａｌ＿ｔｍｐを、総符号量Ｍと遠い方のｔｏｔａｌ（ｊ−１）或いはｔｏｔａｌ（ｊ）に置き換えることができる。
【００５６】
次に、ステップＳ１７へ移行し、各ブロックについて求めたａｓｓｉｇｎ（ｋ）を、各ブロック毎にｌｅｎｇｔｈ（ｊｊ，ｋ）へ割り振る。これにより、次のループｌｌへ移行して再度ａｓｓｉｇｎ（ｋ）を求める場合には、値の割り振られたｌｅｎｇｔｈ（ｊｊ，ｋ）を参酌することが可能となる。
【００５７】
以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る画像符号化圧縮装置１は、ブロック毎に、ＤＣＴパス或いはＤＰＣＭパスからの符号量を効率良く、目標符号量を満たすように選択することができる。また、ＤＰＣＭパスからの符号量を優先的に選択することにより、画像品質の劣化を防止することができる。これによりＶＴＲ等のような記録メディアの容量をオーバーすることなく、効率的な符号量制御を実現でき、更には画像の圧縮過程における歪みを低減させることが可能となる。また、二分探索法を用いて量子化ステップを決定することができるため、予測部４における量子化ステップの数を抑えることができ、回路構成を簡単にできる分においてハード的に有利となる。
【００５８】
なお、本実施の形態は、上記記載に限定されるものではない。例えば図５に示す画像圧縮符号化装置５のように、二分探索部等の探索部を用いない構成にも適用可能である。以下、画像圧縮符号化装置５の詳細を説明する。なお、上述した画像圧縮符号化装置１と同一の回路構成要素は、画像圧縮符号化装置１の説明を引用し、説明を省略する。
【００５９】
この画像圧縮符号化装置５は、端子１１を介して輝度信号Ｙ、色差信号Ｐｂ，Ｐｒからなる画像信号が入力される。ブロック分割部１２は、入力された１フレームの画像信号を例えば８×８のブロックに分割し、本線系２及び予測系４へ送信する。
【００６０】
本線系２は、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ　Ｉｎ　Ｆｉｒｓｔ　Ｏｕｔ）メモリ２１，ＤＣＴ部，量子化部３５，第１の可変長符号化部２６からなるＤＣＴパスと、ＤＰＣＭ部２８，第２の可変長符号化部２９からなるＤＰＣＭパスと、セレクタ３０と、バッファ３１とを備える。
【００６１】
量子化部３５は、ＤＣＴ部２２から入力されたＤＣＴ係数を、ブロック単位で決定された量子化ステップに基づき量子化する。この量子化部３５は、この量子化されたデータ（以下、量子化レベルと称する）を可変長符号化部２６へ供給する。
【００６２】
セレクタ３０は、第１の可変長符号化部２６、及び／又は第２の可変長符号化部２９により可変長符号化された各種データを適宜切り替え、当該切替情報とともにバッファ３１へ出力する。ちなみに、このセレクタ３０は、予測系４から供給されるセレクト信号に基づき切り替えられる場合もある。
【００６３】
予測系４は、ＤＣＴ部４１，ｎ個の量子化器４２−１〜４２−ｎ，ｎ個の符号量変換器４３−１〜４３−ｎからなるＤＣＴパスと、ＤＰＣＭ部４５，符号量変換器４６からなるＤＰＣＭパスと、演算部４８とを備える。ちなみに、この予測系４におけるＤＣＴパスの処理段数ｎは、量子化ステップの総数に相当する。これは二分探索法を採用する画像圧縮符号化装置１と比較して多くの量子化ステップにより予測を試みることができるため、精度の高い量子化コントロールを実現するためである。
【００６４】
演算部４８は、符号量変換器４３−１〜４３−ｎから異なる量子化ステップで処理された符号量が入力され、また符号量変換器４６からＤＰＣＭ処理された符号量が入力される。演算部４８は、これらの入力される各ブロック毎の符号量に基づき、各ブロック毎の割当符号量とセレクト信号とを求めて、本線系２へ出力する。本線系２に出力された割当符号量は量子化部３５へ送られ、またセレクト信号はセレクタ３０へ送られる。ちなみにこの演算部４８において、例えば１フレーム分の総符号量を求める場合にブロック毎の符号量の累積値を求める必要があるため、１フレーム分の計算時間を要することになる。
【００６５】
次に、この演算部４８による割当符号量の算出について説明をする。図６は、演算部４８の構成例を示している。演算部４８は、ｎ個の比較部２０１−１〜２０１−ｎと、ｎ個のセレクタ２０２−１〜２０２−ｎと、ｎ個のメモリ２０３−１〜２０３−ｎと、ｎ個の加算器２０４−１〜２０４−ｎと、ｎ個の累積回路２０５−１〜２０５−ｎと、演算処理部２０６とを備える。
【００６６】
比較部２０１−１〜２０１−ｎは、ＤＣＴパスを介して符号量変換器４３−１〜４３−ｎから異なる量子化ステップで処理された符号量ｌｅｎｇｔｈ（１，ｋ）〜ｌｅｎｇｔｈ（ｎ，ｋ）が入力され、またＤＰＣＭパスを介して符号量変換器４６からＤＰＣＭ処理された符号量ｄｐｃｍ（ｋ）が入力される。例えば、比較部２０１−１には、符号量変換部４３−１からの符号量ｌｅｎｇｔｈ（１，ｋ）と、ＤＰＣＭ処理された符号量ｄｐｃｍ（ｋ）が入力される。この比較部２０１−１〜２０１−ｎは、ＤＣＴパスを介して入力された符号量ｌｅｎｇｔｈ（１，ｋ）〜ｌｅｎｇｔｈ（ｎ，ｋ）、及びＤＰＣＭパスを介して入力された符号量ｄｐｃｍ（ｋ）について小さい方を選択し、選択した情報を含むセレクト信号を出力する。
【００６７】
セレクタ２０２−１〜２０２−ｎは、比較部２０１−１〜２０１−ｎから供給されるセレクト信号に応じて、ＤＣＴパスから供給される符号量或いはＤＰＣＭパスから供給される符号量を夫々選択する。例えば、ＤＣＴパスを選択した旨の情報がセレクト信号に含まれていた場合には、セレクタ２０２−１〜２０２−ｎは、ＤＣＴ側にＯＮされることとなる。このセレクタ２０２−１〜２０２−ｎにより選択された符号量は、そのままメモリ２０３−１〜２０３−ｎ、加算器２０４−１〜２０４−ｎへ供給される。
【００６８】
メモリ２０３−１〜２０３−ｎは、各ブロック毎に、セレクト信号と符号量を格納する。すなわち１フレーム分の処理が終了した段階で、このメモリ２０３−１〜２０３−ｎには、ブロック単位で選択した符号量とセレクト信号が、量子化ステップ数であるｎ個分格納されている状態となっている。
【００６９】
加算器２０４−１〜２０４−ｎ及び累積回路２０５−１〜２０５−ｎは、セレクタ２０２−１〜２０２−ｎにより選択された符号量を１フレーム分、順次累積加算する。この１フレーム分加算した符号量を夫々総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）とする。累積回路２０５−１〜２０５−ｎは、得られた総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）を順次演算処理部２０６へ送信する。
【００７０】
演算処理部２０６は、各累積回路２０５−１〜２０５−ｎから夫々総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）を受信する。この演算処理部２０６は、１フレーム分の目標符号量とこれらの総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）を比較し、目標符号量以上である総符号量ｔｏｔａｌ（ｊ−１）と、目標符号量以下である総符号量ｔｏｔａｌ（ｊ）とを特定する。すなわち、このｔｏｔａｌ（ｊ−１）とｔｏｔａｌ（ｊ）は、目標符号量を挟むように存在するものを指し、ｊは、ｔｏｔａｌ（ｊ−１）＞目標符号量を満たすｊのうち、最大のものを示す。
【００７１】
演算処理部２０６は、演算した総符号量に基づき、ｎ個の量子化ステップを参照しつつ、ブロック毎に最適な符号量を見積もる。そして当該ブロック毎に見積もった符号量に基づき、ａｓｓｉｇｎ（ｋ）を決定して上述した量子化部３５へ送信する。
【００７２】
以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る画像符号化圧縮装置５は、ブロック毎に、複数の量子化ステップにより量子化されたＤＣＴパス或いはＤＰＣＭパスからの符号量を効率良くまた目標符号量を満たすように選択することができる。また、この演算処理部１０６において、ａｓｓｉｇｎ（ｋ）、ｄｐｃｍ（ｋ）をいわゆる優先度とし、この優先度が同レベルの場合には、ＤＰＣＭパスを優先的に選択することにより、画像品質の劣化を防止することができる。これによりＶＴＲ等のような記録メディアの容量をオーバーすることなく、効率的な符号量制御を実現でき、画像の圧縮過程における歪みを低減させることが可能となり、更にＤＣＴパスにより符号化する際に、精度の良い量子化コントロールを期待することができる。なお、本実施の形態では、優先度に基づいて選択する場合に限定されるものではない。
【００７３】
なお、本実施の形態は、更に図７に示す画像圧縮符号化装置６のように、ＤＰＣＭについて量子化を伴う構成にも適用可能である。以下、画像圧縮符号化装置６の詳細を説明する。なお、上述した画像圧縮符号化装置１と同一の回路構成要素は、画像圧縮符号化装置１の説明を引用し、説明を省略する。
【００７４】
この画像圧縮符号化装置６は、端子１１を介して輝度信号Ｙ、色差信号Ｐｂ，Ｐｒからなる画像信号が入力される。ブロック分割部１２は、入力された１フレームの画像信号を例えば８×８のブロックに分割し、本線系２及び予測系４へ送信する。
【００７５】
本線系２は、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ　Ｉｎ　Ｆｉｒｓｔ　Ｏｕｔ）メモリ２１，ＤＣＴ部２２，ＦＩＦＯメモリ２３，二分探索部２４，量子化部２５，第１の可変長符号化部２６からなるＤＣＴパスと、ＦＩＦＯメモリ２７，量子化部３５，ＤＰＣＭ部２８，第２の可変長符号化部２９，二分探索部３６からなるＤＰＣＭパスと、セレクタ３０と、バッファ３１とを備える。
【００７６】
量子化部３５は、ＦＩＦＯメモリ２７に格納されたデータを受給し、ブロック単位で二分探索部３６により決められた量子化ステップにより量子化する。量子化部３５は、この量子化されたデータをＤＰＣＭ部２８へ供給する。
【００７７】
すなわち、この量子化を伴うＤＰＣＭパスを経ることにより、画像の圧縮の過程において何らかの歪みが付加されることになる。このためＤＣＴパスとＤＰＣＭパスのいずれかを選択する場合には、画像圧縮符号化装置１と同様に、符号量の小さい方を優先することに加え、圧縮の過程における歪みが小さい方をも優先的に選択する必要がある。具体的には、圧縮による歪みは、量子化により左右されるものであり、ＤＣＴとＤＰＣＭそれぞれに対して量子化ステップに応じて生じる。このため予測系４は、量子化を伴うＤＣＴパスからの符号量と、同じく量子化を伴うＤＰＣＭパスからの符号量に加え、画像の歪みを比較して、本線系２にセレクト信号を送る必要がある。
【００７８】
かかる予測系４の実現例について以下説明する。この予測系４は、図７に示すように、ＤＣＴ部４１，ｎ個の量子化器４２−１〜４２−ｎ，ｎ個の符号量変換器４３−１〜４３−ｎからなるＤＣＴパスと、ｍ個の量子化器５１−１〜５１−ｍ，ｍ個のＤＰＣＭ部５２−１〜５２−ｍ，ｍ個の符号量変換部５３−１〜５３−ｍからなるＤＰＣＭパスと、演算部５４とを備える。
【００７９】
ｍ個の量子化器５１−１〜５１−ｍは、ブロック単位で画像信号を受給し、夫々異なる量子化ステップで量子化する。すなわち、ＤＰＣＭパスにおいてもｍ個の量子化ステップによりサンプリングすることが可能となる。
【００８０】
ＤＰＣＭ部５２−１〜５２−ｍは、量子化された画像信号についてブロック毎にＤＰＣＭを施し、符号量変換部５３−１〜５３−ｍへ供給する。符号量変換部５３−１〜５３−ｍは、これらのＤＰＣＭ化された信号についてブロック毎に符号化して演算部５４へ出力する。
【００８１】
演算部５４は、ＤＣＴパス側からは、符号量変換器４３−１〜４３−ｎから異なる量子化ステップで処理された符号量等が入力され、ＤＰＣＭパス側からは、異なる量子化ステップにより量子化されＤＰＣＭ処理された符号量等が入力される。演算部５４は、これらの入力される各ブロック毎の符号量や画像の歪みを比較して、各ブロック毎の割当符号量とセレクト信号とを求め、本線系２へ出力する。なお、この予測系４においてＤＰＣＭ部５２−１〜５２−ｍと、量子化器５１−１〜５１−ｍとを入れ換えて構成してもよい。これにより、先ずＤＰＣＭ部５２−１〜５２−ｍにおいて、ＤＰＣＭ化された信号を夫々異なる量子化ステップで量子化することができる。
【００８２】
次に、この演算部５４による割当符号量の算出について説明をする。図８は、演算部５４の構成例を示している。演算部５４は、ｎ個の比較部３０１−１〜３０１−ｎと、ｎ個のセレクタ３０２−１〜３０２−ｎと、ｎ個のメモリ３０３−１〜３０３−ｎと、ｎ個の加算器３０４−１〜３０４−ｎと、ｎ個の累積回路３０５−１〜３０５−ｎと、演算処理部３０６とを備える。
【００８３】
比較部３０１−１〜３０１−ｎは、ＤＣＴパスを介して符号量変換器４３−１〜４３−ｎから異なる量子化ステップで処理された符号量ｌｅｎｇｔｈ（１，ｋ）〜ｌｅｎｇｔｈ（ｎ，ｋ）が入力され、またＤＰＣＭパスを介して符号量変換器５３−１〜５３−ｍからＤＰＣＭ処理された符号量ｄｐｃｍ（１，ｋ）〜ｄｐｃｍ（ｍ，ｋ）が入力される。なお、この比較部３０１−１〜３０１−ｎは、ＤＣＴパスにおける符号量と、当該ＤＣＴパスにおける符号量よりも歪みが小さくなるＤＰＣＭパスにおける符号量とを比較するようにする。ちなみに図８に示す例において、比較部３０１−１や比較部３０１−２に入力されるｄｐｃｍ（１，ｋ）は、ｌｅｎｇｔｈ（１，ｋ）やｌｅｎｇｔｈ（２，ｋ）よりも歪みが小さく、また比較部３０１−３に入力されるｄｐｃｍ（３，ｋ）は、ｌｅｎｇｔｈ（３，ｋ）よりも歪みが小さい。
【００８４】
比較部３０１−１〜３０１−ｎは、この入力されたＤＣＴパスからの符号量と、ＤＰＣＭパスからの符号量について小さい方を選択し、選択した情報を含むセレクト信号を出力する。これにより、画像の圧縮による歪みを抑えつつ、目標符号量を満たすように、セレクト信号を出力することが可能となる。
【００８５】
セレクタ３０２−１〜３０２−ｎは、比較部３０１−１〜３０１−ｎから供給されるセレクト信号に応じて、ＤＣＴパスから供給される符号量或いはＤＰＣＭパスから供給される符号量を夫々選択する。例えば、ＤＣＴパスを選択した旨の情報がセレクト信号に含まれていた場合には、セレクタ３０２−１〜３０２−ｎは、ＤＣＴ側にＯＮされることとなる。このセレクタ３０２−１〜３０２−ｎにより選択された符号量は、そのままメモリ３０３−１〜３０３−ｎ、加算器３０４−１〜３０４−ｎへ供給される。
【００８６】
メモリ３０３−１〜３０３−ｎは、各ブロック毎に、セレクト信号と符号量を格納する。すなわち１フレーム分の処理が終了した段階で、このメモリ３０３−１〜３０３−ｎには、ブロック単位で選択した符号量とセレクト信号が、量子化ステップ数であるｎ個分格納されている状態となっている。
【００８７】
加算器３０４−１〜３０４−ｎ及び累積回路３０５−１〜３０５−ｎは、セレクタ３０２−１〜３０２−ｎにより選択された符号量を１フレーム分、順次累積加算する。この１フレーム分加算した符号量を夫々総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）とする。累積回路３０５−１〜３０５−ｎは、得られた総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）を順次演算処理部３０６へ送信する。
【００８８】
演算処理部３０６は、各累積回路３０５−１〜３０５−ｎから夫々総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）を受信する。この演算処理部３０６は、１フレーム分の目標符号量とこれらの総符号量ｔｏｔａｌ（１）〜ｔｏｔａｌ（ｎ）を比較し、目標符号量以上である総符号量ｔｏｔａｌ（ｊ−１）と、目標符号量以下である総符号量ｔｏｔａｌ（ｊ）とを特定する。これらの特定した符号量に基づく割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）の計算については、画像圧縮符号化装置１における演算部４４の説明を引用し、説明を省略する。
【００８９】
このようにして予測系４からは、この演算処理部から出力される割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）と、セレクト信号が出力される。この出力された割当符号量ａｓｓｉｇｎ（ｋ）は、二分探索部２４，３６へ供給される。
【００９０】
二分探索部２４，３６は、セレクト信号がＤＣＴ側になっている場合において、ブロックの発生符号量が目標符号量に収まるように量子化ステップを決定する。決定された量子化ステップに基づき、本線系２における量子化部２５，３５はブロック単位で量子化を施す。
【００９１】
なおこの画像圧縮符号化装置６は、図７に示す構成に限定されるものではなく、例えば図９に示すように、二分探索法を用いない構成にも適用可能である。
【００９２】
この図９に示す画像圧縮符号化装置６の例では、量子化部３５は、ＤＣＴ部２２から入力されたＤＣＴ係数を、ブロック単位で決定された量子化ステップに基づき量子化する。この量子化部３５は、この量子化されたデータを可変長符号化部２６へ供給する。
【００９３】
演算処理部３０６は、演算した総符号量に基づき、ｎ個の量子化ステップを参照しつつ、ブロック毎に最適な符号量を見積もる。そして当該ブロック毎に見積もった符号量に基づき、量子化ステップを決定して上述した量子化部３５へ送信する。これにより、二分探索法を採用する図７に示す画像圧縮符号化装置６と比較して多くの量子化ステップにより予測を試みることができるため、精度の高い量子化コントロールを実現することが可能となる。
【００９４】
以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る画像符号化圧縮装置６は、ブロック毎に、複数の量子化ステップにより量子化されたＤＣＴパス或いはＤＰＣＭパスからの符号量を効率良くまた目標符号量を満たすように選択することができる。また、ＤＰＣＭパスからの符号量を優先的に選択した場合には、画像品質の劣化を防止することができる。これによりＶＴＲ等のような記録メディアの容量をオーバーすることなく、効率的な符号量制御を実現でき、画像の圧縮過程における歪みを低減させることが可能となる。
【００９５】
なお、本実施の形態は、画像圧縮符号化装置１，５，６に適用される場合に限定されるものではない。例えば、この画像圧縮符号化装置１，５，６の各構成要素を伝送路上に配設することにより、伝送路上においても、効率的な符号量制御を実現でき、画像の圧縮過程における歪みを低減させることが可能となる。
【００９６】
なお、本実施の形態ではブロック毎にＤＣＴを施すことによりＤＣＴ係数を生成することにより可逆的な画像圧縮を行うが、かかる場合に限定されるものではない。また、非可逆的な画像圧縮方式についてもＤＰＣＭに限定されるものではない。即ち、第１の圧縮方式と、第１の圧縮方式より低圧縮率でありロスの小さい第２の圧縮方式を用いるものであればよい。
【００９７】
またこの第１の圧縮方式と第２の圧縮方式とを切り替えることができる画像圧縮符号化装置及び方法、プログラムに対しても適用可能である。
【００９８】
この画像圧縮符号化装置は、第１の圧縮方式、或いは上記第１の圧縮方式より低圧縮率でありロスの小さい第２の圧縮方式、を符号化方式選択単位で選択して画像信号を圧縮符号化する画像圧縮符号化装置において、上記第１の圧縮方式により得られる符号量、又は上記第２の圧縮方式により得られる符号量のいずれかを符号化方式選択単位毎に加算することにより、上記符号化方式選択単位の総符号量を演算する演算手段と、上記演算手段により演算された総符号量と、等長化単位における目標符号量とに基づき、上記第１の圧縮方式、或いは上記第２の圧縮方式を符号化方式選択単位毎に選択する選択手段と、上記選択手段によって選択された圧縮方式を用いて上記各符号化方式選択単位の画像信号を圧縮符号化する圧縮符号化手段とを備える。
【００９９】
このような画像圧縮符号化装置において、上記第１の圧縮方式及び／又は上記第２の圧縮方式は、上記画像信号を夫々複数の異なる量子化ステップにより量子化する方式としてもよい。また、上記演算手段により演算された総符号量と、上記等長化単位における目標符号量とを比較し、当該比較結果に応じて上記第１の圧縮方式における量子化ステップを決定する決定手段をさらに備え、上記選択手段は、上記決定手段により決定された量子化ステップにより上記量子化する第１の圧縮方式、或いは上記第２の圧縮方式の一方を符号化方式選択単位毎に選択するようにしてもよい。上記選択手段は、上記第１の圧縮方式、或いは上記第２の圧縮方式を所定の優先度に基づいて選択するようにしてもよい。また上記選択手段は、上記第１の圧縮方式、或いは上記第２の圧縮方式の優先度が等しい場合には、上記第１の圧縮方式、或いは上記第２の圧縮方式のうちいずれか一方を選択するようにしてもよい。また、上記選択手段は、上記第２の圧縮方式を優先的に選択するようにしてもよい。また、上記第１の圧縮方式は、上記画像信号をＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｃｏｓｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）変換し、上記ＤＣＴ変換された画像信号を量子化する方式としてもよい。また上記第２の圧縮方式は、可逆符号化（Ｌｏｓｓｌｅｓｓ）方式としてもよい。また、上記第２の圧縮方式は、上記画像信号をＤＰＣＭ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって符号化する方式としてもよい。また、上記演算手段は、上記第１の圧縮方式により得られる符号量、又は上記第２の圧縮方式により得られる符号量のうち小さい方の符号量を上記符号化方式選択単位毎に加算することにより、等長化単位の総符号量を演算してもよい。
【０１００】
この画像圧縮符号化方法は、第１の圧縮方式、或いは上記第１の圧縮方式より低圧縮率でありロスの小さい第２の圧縮方式、を上記符号化方式選択単位で選択して画像信号を圧縮符号化する画像圧縮符号化方法において、上記第１の圧縮方式により得られる符号量、又は上記第２の圧縮方式により得られる符号量のいずれかを上記符号化方式選択単位毎に加算することにより、上記符号化方式選択単位の総符号量を演算する演算工程と、上記演算工程において演算された総符号量と、上記等長化単位における目標符号量とに基づき、上記第１の圧縮方式、或いは上記第２の圧縮方式を符号化方式選択単位毎に選択する選択工程と、上記選択工程において選択された圧縮方式を用いて上記各符号化方式選択単位の画像信号を圧縮符号化する圧縮符号化工程とを有する。
【０１０１】
このような画像圧縮符号化方法において、上記第１の圧縮方式及び／又は上記第２の圧縮方式は、上記画像信号を夫々複数の異なる量子化ステップにより量子化する方式であり、上記演算した総符号量と、上記等長化単位における目標符号量とを比較し、当該比較結果に応じて上記第１の圧縮方式における量子化ステップを決定する決定工程をさらに備え、上記選択工程では、上記決定工程で決定された量子化ステップにより上記第１の圧縮方式、或いは上記第２の圧縮方式が、上記符号化方式選択単位毎に選択されるようにしてもよい。また、上記選択工程では、上記第１の圧縮方式、或いは上記第２の圧縮方式が所定の優先度に基づいて選択されるようにしてもよい。また、上記選択工程では、上記第１の圧縮方式、或いは上記第２の圧縮方式の優先度が等しい場合には、第１の圧縮方式或いは上記第２の圧縮方式のうちいずれか一方が選択されるようにしてもよい。また上記選択工程では、上記第２の圧縮方式が優先的に選択されるようにしてもよい。また、上記第１の圧縮方式は、上記画像信号をＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｃｏｓｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）変換し、上記ＤＣＴ変換された画像信号を量子化する方式としてもよい。また上記第２の圧縮方式は、可逆符号化（Ｌｏｓｓｌｅｓｓ）方式により符号化する方式としてもよい。また、上記第２の圧縮方式は、入力画像信号をＤＰＣＭ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって符号化する方式としてもよい。また、上記演算工程では、上記第１の圧縮方式により得られる符号量、又は上記第２の圧縮方式により得られる符号量のうち小さい方の符号量が上記符号化方式選択単位毎に加算されることにより、等長化単位の総符号量が演算されるようにしてもよい。
【０１０２】
また、このプログラムでは、第１の圧縮方式、或いは上記第１の圧縮方式より低圧縮率でありロスの小さい第２の圧縮方式、を上記符号化方式選択単位単位で選択して画像信号を圧縮符号化することをコンピュータに実行させるプログラムにおいて、上記第１の圧縮方式により得られる符号量、又は上記第２の圧縮方式により得られる符号量のいずれかを上記符号化方式選択単位毎に加算することにより、上記符号化方式選択単位の総符号量を演算し、演算した総符号量と、上記等長化単位における目標符号量とに基づき、上記第１の圧縮方式、或いは上記第２の圧縮方式を符号化方式選択単位毎に選択し、上記選択した圧縮方式を用いて上記各符号化方式選択単位の画像信号を圧縮符号化することをコンピュータに実行させる。
【０１０３】
このような構成からなる画像圧縮符号化装置及び方法、プログラムでは、ブロック毎に、複数の量子化ステップにより量子化された第１の圧縮方式、或いは第１の圧縮方式より低圧縮率でありロスの小さい第２の圧縮方式からの符号量を効率よく、また目標符号量を満たすように選択することができる。また、第２の圧縮方式からの符号量を優先的に選択することにより、画像品質の劣化を防止することができる。これによりＶＴＲ等のような記録メディアの容量をオーバーすることなく、効率的な符号量制御を実現でき、画像の圧縮過程における歪みを低減させることが可能となる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る画像圧縮符号化装置及び方法は、ブロック毎に、多くの量子化ステップにより量子化されたＤＣＴパス或いはＤＰＣＭパスからの符号量を効率良く、また目標符号量を満たすように選択することができる。これによりＶＴＲ等のような記録メディアの容量をオーバーすることなく、効率的な符号量制御を実現でき、画像の圧縮過程における歪みを低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像圧縮符号化装置の内部構成例を示した図である。
【図２】演算部の内部構成について説明するための図である。
【図３】演算処理部の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】ｔｏｔａｌ（ｊ−１）及びｔｏｔａｌ（ｊ）のうち、目標符号量から離れたものと置き換えてａｓｓｉｇｎ（ｋ）を計算する場合について説明するためのフローチャートである。
【図５】二分探索法を用いない画像圧縮符号化装置の構成を示した図である。
【図６】二分探索法を用いない画像圧縮符号化装置における演算部について説明するための図である。
【図７】ＤＰＣＭについて量子化を伴う画像圧縮符号化装置の構成について示した図である。
【図８】ＤＰＣＭについて量子化を伴う画像圧縮符号化装置における演算部について説明するための図である。
【図９】ＤＰＣＭについて量子化を伴う画像圧縮符号化装置において、二分探索法を用いない場合について説明するための図である。
【図１０】ＭＰＥＧ方式を利用した従来の画像圧縮符号化装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
１，５，６　画像圧縮符号化装置、２　本線系、４　予測系、１１　端子、１２ブロック分割部、２１，２３，２７　ＦＩＦＯメモリ、２２　ＤＣＴ部、２４　二分探索部、２５　量子化部、２６　第１の可変長符号化部、２８　ＤＰＣＭ部、２９　第２の可変長符号化部、３０　セレクタ、３１　バッファ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is applied to, for example, Moving Picture Image Coding Experts Group (MPEG) and the like. For example, DCT (Discrete Cosine Transform) or, for example, DPCM (Differential Pulse Code Modulation), which is an encoding method using a code capable of generating an amount of information that can be compressed by information controllable by compression. The present invention relates to an encoding device and an encoding method.
[0002]
[Prior art]
For example, in a system for transmitting a moving image signal to a remote place, such as a video conference system and a video telephone system, if the moving image signal is digitized as it is, the amount of information becomes extremely large. However, the amount of information can be reduced by compressing and encoding the image signal by using the line correlation and the inter-frame correlation of the video signal, so that it is possible to transmit many moving images at one time, and, consequently, to record. A long-time moving image can be recorded on a medium. As a typical high-efficiency encoding method for moving images, there is an MPEG method. In the MPEG system, the code amount is controlled so that the bit stream transmitted to the transmission path has a desired rate.
[0003]
FIG. 10 shows a configuration of a conventional image compression encoding apparatus 7 represented by the MPEG system. The conventional image compression encoding apparatus 7 realizes irreversible image compression based on a DCT encoding method in which an input image signal is DCT-transformed and then quantized. The image compression encoding device 7 includes a terminal 71, a block division unit 72, a DCT unit 73, a quantization unit 74, a variable length encoding unit 75, and a buffer 79.
[0004]
10, an image signal including a luminance signal Y and color difference signals Pb and Pr is input to a terminal 71.
[0005]
The block dividing unit 72 divides the input image signal of one frame into, for example, 8 × 8 blocks, and outputs the divided blocks to the DCT unit 73.
[0006]
The DCT unit 73 generates a DCT coefficient by performing DCT for each 8 × 8 block, and outputs the generated DCT coefficient to the quantization unit 74. The quantization unit 74 quantizes the DCT coefficient input from the DCT unit 73 by a quantization step determined for each block. The quantization unit 74 supplies the quantized data (hereinafter, referred to as a quantization level) to the variable length encoding unit 75. The variable-length coding unit 75 performs variable-length coding on the quantization level supplied from the quantization unit 74 by, for example, a method such as two-dimensional Huffman coding or arithmetic coding.
[0007]
Incidentally, the code amount control in the image compression coding apparatus 7 is performed by controlling a quantization step. This code amount control may be performed by feedback control using, for example, the remaining amount of the virtual buffer and the relationship between the quantization step and the generated code amount at the time of previous encoding.
[0008]
In the image compression encoding device 7, it is necessary to control the code amount so that the total code amount generated in one frame (equal length unit) does not always exceed the set target code amount. However, if a large total code amount is left in order to satisfy the target code amount, the image quality is rather deteriorated. For this reason, conventionally, a code amount control method for using up the total code amount while satisfying the target code amount has been proposed. In this code amount control method, a code amount generated in an equal length unit is calculated in advance for a plurality of quantization steps, and an appropriate quantization step is determined within a range where the generated code amount does not exceed a target code amount. There is, for example, proposed as a feedforward method (for example, see Patent Document 1).
[0009]
In this conventional code amount control method such as the feedforward method, when the quantization step is increased, the quantization is coarsened and the total code amount is reduced. On the other hand, when the quantization step is reduced, the quantization is fine and the total code amount is large. Become. Also, since only discrete values can be obtained by quantization, the total code amount is also discrete. That is, by controlling the quantization step on a block basis, the total code amount can be controlled. In order to use up the total code amount while satisfying the target code amount, it is necessary to select a quantization step smaller than the target code amount and the smallest quantization step for each block.
[0010]
By the way, the feed-forward method in which the DCT coefficient is quantized by a quantization step determined for each block adds some distortion in the process of image compression / decompression, so that the original image quality is completely maintained. Can not. Therefore, ideally, it is necessary to prevent the image quality from deteriorating by adopting a reversible encoding (Lossless) method capable of storing the original information through a compression / expansion process, such as DPCM. there were.
[0011]
[Patent Document 1]
International Publication WO96 / 28937
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the above-described lossless encoding method is adopted, it may not be possible to realize a code amount control that does not exceed the set target code amount, so that the feedforward method and the lossless encoding method are combined, It is necessary to use up the frame total code amount so as not to exceed the target code amount.
[0013]
However, there is a problem that it is not possible to efficiently select each method for each block, and it is not possible to control the total code amount of the entire frame while referring to the target code amount.
[0014]
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described situation, and the total code amount of the entire frame can be efficiently controlled by efficiently selecting the feedforward method or the lossless encoding method for each block. It is an object of the present invention to propose an image compression encoding apparatus, method, and program.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the image compression encoding apparatus to which the present invention is applied has a first compression method for quantizing an input image signal by different quantization steps, or a lower compression method than the first compression method. In the image compression encoding apparatus for selecting a second compression method having a compression ratio and a small loss in the above-mentioned encoding method selection unit according to the total code amount of the equal length unit, and encoding the same, the first compression method Selecting means for selecting one of the compression method or the second compression method for each coding method selection unit, and transmitting a select signal for the selected compression method; and selecting the compression method according to the transmitted select signal. Switching means for taking in the code amount by the first compression method or the code amount by the second compression method, and adding the code amount taken in via the switching means for each coding method selection unit. And a control means for controlling the total code amount calculated for each quantization step so as to approach the target code amount of the equal length unit. .
[0016]
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the image compression encoding method to which the present invention is applied is a first compression method for quantizing an input image signal by different quantization steps, or the first compression method. In the image compression encoding method for selecting a second compression method having a lower compression rate and a small loss in an encoding method selection unit according to the total code amount of the equal length unit, and encoding the selected second compression method, One of the first compression method and the second compression method is selected for each encoding method selection unit, a select signal is transmitted for the selected compression, and the second signal is transmitted in response to the transmitted select signal. The code amount obtained by the first compression method or the code amount obtained by the second compression method is fetched, and the code amount fetched via the switching means is added for each coding method selection unit, thereby obtaining the total length of the equal length units. Mark Calculates the amount, the total code amount calculated for each of the quantization step is controlled so as to approach the target code amount of equal length units.
[0017]
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the program to which the present invention is applied may be a first compression method for quantizing an input image signal by different quantization steps, or a compression ratio lower than the first compression method. In the program for causing a computer to select a second compression method having a small loss and a coding method selection unit according to the total code amount of the equal length unit, and to execute the encoding, One of the first compression method and the second compression method is selected for each encoding method selection unit, a select signal is transmitted for the selected compression, and the second signal is transmitted in response to the transmitted select signal. Fetching the code amount by the first compression method or the code amount by the second compression method, and adding the code amount fetched through the switching means for each coding method selection unit. It calculates the total code amount of such length reduction units Ri, the total code amount calculated for each of the quantization step, to be executed by a computer to control so as to approach the target code amount of equal length units.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0019]
The image compression encoding apparatus according to the present embodiment realizes irreversible image compression by quantizing an input image signal after performing, for example, DCT (Discrete Cosine Transform) or inputting an image signal. The image signal is reversibly encoded based on, for example, DPCM (Differential Pulse Code Modulation).
[0020]
As shown in FIG. 1, an image signal composed of a luminance signal Y and color difference signals Pb and Pr is input to the image compression encoding apparatus 1 via a terminal 11 as shown in FIG. The block division unit 12 selects the input image signal of one frame in units of coding scheme selection, and transmits the selected signal to the main system 2 and the prediction system 4. The coding system selection unit refers to, for example, an 8 × 8 block unit, a 16 × 16 macro block unit, a slice unit, or a case where the image is divided into image regions including a plurality of pixels. A description will be given by taking as an example a case where the data is divided in units of blocks.
[0021]
The main line system 2 includes a DCT path including a FIFO (First In First Out) memory 21, a DCT unit 22, a FIFO memory 23, a binary search unit 24, a quantization unit 25, and a first variable length encoding unit 26, and a FIFO memory 27, a DPCM path including a DPCM unit 28 and a second variable length encoding unit 29, a selector 30, and a buffer 31.
[0022]
First, the DCT path will be described. The data supplied to the main line system 2 is temporarily stored in the FIFO memory 21 in order to adjust an interval until a select signal and a code amount described later are supplied from the prediction system 4. The data stored in the FIFO memory 21 is supplied to the DCT unit 22 and the FIFO memory 27.
[0023]
The DCT unit 22 generates a DCT coefficient by performing DCT for each 8 × 8 block, and transmits the DCT coefficient to the FIFO memory 23 and the binary search unit 24. The DCT coefficients temporarily stored in the FIFO memory 23 are output to the quantization unit 25. The quantization unit 25 quantizes the DCT coefficient input from the DCT unit 22 by a quantization step determined by the binary search unit 24 in block units. The quantization unit 25 supplies the quantized data (hereinafter, referred to as a quantization level) to the first variable length encoding unit 26. The first variable length coding unit 26 performs variable length coding on the quantization level supplied from the quantization unit 25, for example, by a method such as two-dimensional Huffman coding or arithmetic coding. Incidentally, in the image compression encoding apparatus 1 according to the present embodiment, a configuration in which the first variable length encoding unit 26 is omitted may be applied.
[0024]
That is, by passing through the DCT path, the image signal can be encoded based on the quantization step supplied for each block via the binary search unit 24, so that the total code amount of one frame becomes equal to the target code amount. It is possible to control so as not to exceed the amount. The method using the binary search unit 24 is merely an example, and another method may be used.
[0025]
Next, the DPCM path will be described. The DPCM unit 28 is supplied with data stored on the FIFO memory 27 which plays a role of a delay element in the above-described DCT path, performs DPCM on the data for each block, and performs a second variable length coding unit. 29. The second variable length coding unit 29 performs variable length coding on the data on which DPCM has been performed, for example, by a method such as two-dimensional Huffman coding or arithmetic coding. Note that the method of variable-length coding in the second variable-length coding unit 29 does not need to be the same as the method in the first variable-length coding unit 26 described above. Further, in the image compression encoding device 1 according to the present embodiment, a configuration in which the second variable length encoding unit 29 is omitted may be applied.
[0026]
The selector 30 appropriately switches various data that has been subjected to variable-length encoding by the first variable-length encoding unit 26 or the second variable-length encoding unit 29, and outputs the data together with the switching information to the buffer 31. Incidentally, the selector 30 is switched based on a select signal supplied from the prediction system 4.
[0027]
That is, by passing through the DPCM pass, lossless encoding can be performed so that the original image quality can be completely maintained without adding any distortion.
[0028]
The prediction system 4 includes a DCT unit 41, a DCT path including n quantizers 42-1 to 42-n, and n code amount converters 43-1 to 43-n, a DPCM unit 45, and a code amount converter. A DPCM path including a device 46 and an operation unit 44 are provided. The prediction system 4 is provided so as to calculate the total code amount generated in units of equal length and to select an appropriate DCT path or DPCM path within a range where the main line system 2 does not exceed the target code amount. . The equal length unit means one frame in the present embodiment, but is not limited to such a case. For example, an 8 × 8 block, a 16 × 16 macro block, or a slice unit obtained by combining them It may be. Further, the isometric unit may be any image area including a plurality of pixels, and may be a GOP unit obtained by combining frames.
[0029]
First, the DCT path will be described. This DCT path implements irreversible image compression based on, for example, a DCT coding method in which an input image signal is subjected to DCT and then quantized, and has a higher compression ratio than the DPCM path. Loss is large. The transform coding in the DCT path is not limited to DCT, and another transform coding method may be used. In this DCT pass, transform coding is performed in units of 8 × 8 blocks. However, the present invention is not limited to such a case, and may be performed in macroblock units as described above, or an image region including a plurality of pixels may be defined as one unit May be used.
[0030]
Like the DCT unit 22, the DCT unit 41 generates DCT coefficients by performing DCT on each 8 × 8 block, and transmits the generated DCT coefficients to the quantizers 42-1 to 42-n. The quantizers 42-1 to 42-n quantize the DCT coefficients supplied from the DCT unit 41 at different quantization steps. This makes it possible to test the generated DCT coefficients by n quantization steps. Also, the quantizers 42-1 to 42-n supply the generated quantization levels to the code amount converters 43-1 to 43-n, respectively. Each of the code amount converters 43-1 to 43-n converts the supplied quantization level into a code amount for each block, and transmits the code amount to the arithmetic unit 44. That is, in the conversion of the code amount in the code amount converters 43-1 to 43-n, the quantization levels generated by the quantizers 42-1 to 42-n are variable-length coded and the code lengths are output. You may make it.
[0031]
Next, the DPCM path will be described. This DPCM pass realizes reversible image compression based on a lossless encoding method (Lossless) which can store original information through a process of compression and decompression like a DPCM, for example. Low loss at low compression ratio compared to. In this DPCM pass, transform coding is performed in units of 8 × 8 blocks. However, the present invention is not limited to such a case, and may be performed in macroblock units as described above. May be used.
[0032]
The DPCM unit 45 receives the data from the block division unit 12, performs DPCM on these for each block, and transmits the data to the code amount converter 46. The code amount converter 46 encodes these DPCM-converted signals for each block and transmits the signals to the arithmetic unit 44. That is, the code amount converter 46 may also perform variable length coding on the DPCM-converted signal and output the code length.
[0033]
The arithmetic unit 44 receives as input the code amounts processed in different quantization steps from the code amount converters 43-1 to 43-n, and receives the DPCM-processed code amounts from the code amount converter 46. The arithmetic unit 44 obtains an assigned code amount for each block and a select signal based on the input code amount for each block, and outputs them to the main system 2. By the way, when calculating the total code amount of the equal length unit in the arithmetic unit 44, it is necessary to obtain the accumulated value of the code amount for each block, so that a calculation time for one frame is required.
[0034]
Next, the calculation of the allocated code amount by the calculation unit 44 will be described. FIG. 2 illustrates a configuration example of the calculation unit 44. The operation unit 44 includes n comparison units 101-1 to 101-n, n selectors 102-1 to 102-n, n memories 103-1 to 103-n, and n adders. 104-1 to 104-n, n accumulation circuits 105-1 to 105-n, and an arithmetic processing unit 106.
[0035]
The comparison units 101-1 to 101-n perform code amount length (1, k) on the k-th block from the code amount converters 43-1 to 43-n in different quantization steps via the DCT path. ~ Length (n, k) is input, and the code amount dpcm (k) subjected to DPCM processing is input from the code amount converter 46 via the DPCM path. For example, the code amount length (1, k) from the code amount conversion unit 43-1 and the code amount dpcm (k) subjected to DPCM processing are input to the comparison unit 101-1. The comparison units 101-1 to 101-n respectively determine the code amounts length (1, k) to length (n, k) input via the DCT path and the code amount dpcm (k) input via the DPCM path. ) And select the smaller one. Then, the comparing units 101-1 to 101-n determine the code amounts length (1, k) to length (n, k) input via the DCT path and the code amount dpcm input via the DPCM path. A select signal indicating which of (k) is selected is output.
[0036]
The selectors 102-1 to 102-n respectively select the code amount supplied from the DCT path or the code amount supplied from the DPCM path according to the select signal supplied from the comparison units 101-1 to 101-n. . For example, when the information indicating that the DCT path has been selected is included in the select signal, the selectors 102-1 to 102-n are turned on to the DCT side. The code amount selected by the selectors 102-1 to 102-n is directly supplied to the memories 103-1 to 103-n and the adders 104-1 to 104-n.
[0037]
The memories 103-1 to 103-n store, for each block, a select signal for identifying which code amount is selected, and the code amounts selected by the selectors 102-1 to 102-n. That is, at the stage when the processing for equal length units, for example, one frame is completed, the code amount and the select signal selected for each block are stored for one frame in each of the memories 103-1 to 103-n. It has become. In other words, in each of the memories 103-1 to 103-n, the code amount length (1, k) to length (n, k) input via the DCT path is set as the code amount selected in block units, or One of the code amounts dpcm (k) input via the DPCM path is stored. Therefore, when the memories 103-1 to 103-n are combined, the code amount and the select signal selected for each block are stored for n quantization steps.
[0038]
The adders 104-1 to 104-n and the accumulation circuits 105-1 to 105-n sequentially accumulate and add the code amount selected by the selectors 102-1 to 102-n for one frame. The code amounts added for one frame are referred to as total code amounts total (1) to total (n). The accumulation circuits 105-1 to 105-n sequentially transmit the obtained total code amounts total (1) to total (n) to the arithmetic processing unit 106.
[0039]
The arithmetic processing unit 106 executes the following procedure shown in FIG. 3 when receiving the total code amounts total (1) to total (n) from the respective accumulating circuits 105-1 to 105-n. First, in step S1, the arithmetic processing unit 106 compares the target code amounts of equal length units with the total code amounts total (1) to total (n). Then, the arithmetic processing unit 106 specifies the total code amount total (j−1) closest to the target code amount among the total code amounts exceeding the target code amount. That is, the total code amount total (j-1) is the code amount immediately above the target code amount, in other words, the total code amount is the minimum code amount among the total code amounts exceeding the target code amount. The arithmetic processing unit 106 specifies the total code amount total (j) closest to the target code amount among the total code amounts equal to or smaller than the target code amount. That is, the total code amount total (j-1) is the code amount immediately below the target code amount, in other words, the total code amount is the maximum code amount among the total code amounts equal to or smaller than the target code amount.
[0040]
Next, the process proceeds to step S2, where the arithmetic processing unit 106 determines each block stored in the memory 103-j-1 and the memory 103-j based on the total (j-1) and the total (j) thus identified. Read the code amount and select signal for each. In the memory 103-j-1, the code amount length (j-1, k) input via the DCT path or the code amount input via the DPCM path is used as the code amount of the k-th block. dpcm (k) is stored. Therefore, in step S2, the code amount read from the memory 103-j-1 is length (j-1, k) or dpcm (k). In the memory 103-j, the code amount length (j, k) input via the DCT path or the code amount dpcm (k) input via the DPCM path is used as the code amount of the k-th block. Is stored. Therefore, the code amount read from the memory 103-j in step S2 is length (j, k) or dpcm (k). Incidentally, in the subsequent steps, the code amount and the select signal for each block read from the memories 103-j-1 and 103-j are used.
[0041]
Next, the process proceeds to step S3, and the arithmetic processing unit 106 calculates an assigned code amount assign (k) for each block by using linear interpolation.
[0042]
Here, the target code amount of the equal length unit is M, and the code amount read from the memory 103-j-1 is length (j-1, k), which is read from the memory 103-j. When the code amount is length (j, k), the assigned code amount assign (k) is obtained by the following equation (1).
assign (k) = {(total (j-1) -M) * length (j, k) + (M-total (j)) * length (j-1, k)} / {total (j-1) -Total (j)｝ ... (1)
When the code amount read from the memory 103-j-1 is dpcm (k) and the code amount read from the memory 103-j is length (j, k), the assigned code amount assign ( k) is obtained by the following equation (2).
assign (k) = {(total (j-1) -M) * length (j, k) + (M-total (j)) * dpcm (k)} / {total (j-1) -total (j) )｝ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (2)
When the code amount read from the memory 103-j-1 is dpcm (k) and the code amount read from the memory 103-j is dpcm (k), the allocated code amount assign (k) Is obtained by the following equation (3).
assign (k) = {(total (j-1) -M) * dpcm (k) + (M-total (j)) * dpcm (k)} / {total (j-1) -total (j)}・ ・ ・ （３）
As described above, by determining the assigned code amount assign (k) to be assigned to each block, it is possible to realize highly efficient code amount control with a small loss of the code amount relative to the target code amount.
[0043]
Next, the process proceeds to step S4, and the arithmetic processing unit 106 finally compares assign (k) obtained for each block with dpcm (k) for each block. As a result, if assign (k) is equal to or greater than dpcm (k), the process proceeds to step S5. If assign (k) is less than dpcm (k), the process proceeds to step S6.
[0044]
When the process proceeds to step S5, it means that the total code amount can be suppressed to be equal to or less than the target code amount even if the block k is encoded through a DPCM path with high image quality. In such a case, the arithmetic processing unit 106 switches the select signal to the DPCM side, replaces assign (k) with dpcm (k), and outputs the result.
[0045]
When the process proceeds to step S6, since the code amount of the block k is larger by the DPCM path than the code amount estimated by obtaining the assign (k) as described above, it is better to select the DCT side. , The total code amount can be suppressed lower than the target code amount. Therefore, the arithmetic processing unit 106 sets the select signal to the DCT side and outputs the obtained assign (k) as it is.
[0046]
In the arithmetic processing unit 106, the assign (k) and dpcm (k) can be considered as priorities for selecting either the DCT path or the DPCM path. Any selection method may be applied as long as it selects either the DCT path or the DPCM path based on this priority. For example, when the priorities are equal, either the DCT path or the DPCM path may be selected, or the DPCM path may be selected.
[0047]
Also, the priority in step S4 is not limited to the case based on assign (k) and dpcm (k). That is, if the comparison in step S4 is based on a predetermined priority, for example, even if assign (k) is equal to or greater than dpcm (k), the process may proceed to step S6.
[0048]
The prediction system 4 outputs an assigned code amount assign (k) output from the arithmetic processing unit and a select signal. The output assigned code amount assign (k) is supplied to the binary search unit 24.
[0049]
When the select signal is on the DCT side, the binary search unit 24 determines the quantization step so that the generated code amount of the block falls within the target code amount. When determining the quantization step, the binary search unit 24 may adopt the method proposed in Japanese Patent Application No. 4-110858. The quantization step is determined by a binary search method using the fact that the generated code amount monotonously decreases with the increase of the quantization step. The quantization is performed by the quantizer 25 according to the determined quantization step. Note that the binary search method is merely an example, and any method may be used as long as the quantization step is determined so that the generated code amount of the block falls within the target code amount.
[0050]
On the other hand, when the select signal is switched to the DPCM side, the selector 30 is switched to the DPCM path, and the block is subjected to encoding via the DPCM.
[0051]
Note that if it is not possible to identify total (j-1) immediately above and below the target code amount and total (j), respectively, the arithmetic processing unit 106 calculates total (j-1) and total (j-1). The assigned code amount assign (k) cannot be obtained by so-called interpolation in which the target code amount is inserted between j). In such a case, assign (k) is obtained by so-called extrapolation using two total (j−1) and total (j) that do not sandwich the target code amount and are closest to the target code amount. Also in such extrapolation, the assigned code amount assign (k) is calculated using the above equations (1) to (3). However, in this case, there is a case where the code amount is surplus even if encoding is performed via the DPCM pass because the code amount of the DPCM pass is small. In this case, as shown in the flowchart of FIG. 4, assign (k) and the total code amount total_tmp (total number of one frame of assign (k)) are determined as two of total (j-1) and total (j). , May be replaced with the one farther from the target code amount to calculate assign (k).
[0052]
In the flowchart shown in FIG. 4, first, in step S11, the processing loop 11 is set to an initial value, and the process proceeds to step S12. In step S12, assign (k) is calculated by the above equation using total (j-1) and total (j) closest to the target code amount, and the process proceeds to step S13. In step S13, it is determined whether or not the total code amount total_tmp for one frame has been obtained by obtaining assign (k) for all the blocks. The process proceeds to step S14 only when the total code amount total_tmp is obtained, and otherwise, the process of step S12 is repeated.
[0053]
Next, the process proceeds to step S14, and it is determined whether the current loop 11 has reached the total number of processing loops. If the current loop 11 has reached the total number of processing loops, it indicates that the desired assign (k) has been obtained after the repetitive processing, and the process exits the loop. On the other hand, if the current loop 11 has not reached the total number of processing loops, the process proceeds to step S15. The total number of processing loops can be set arbitrarily, for example, five times.
[0054]
In step S15, it is determined which of the extracted total (j-1) and total (j) is closer to the target code amount. Specifically, abs (M-total (j)) and abs (M-total (j-1)) are compared to determine which is larger. As a result, when abs (M-total (j))> abs (M-total (j-1)), the variable jj is replaced with j. On the other hand, if abs (M-total (j)) ≦ abs (M-total (j−1)), the variable jj is replaced with j−1 (this abs () means an absolute value). That is, of the extracted total (j-1) and total (j), the value farthest from the total code amount M is selected and assigned to the variable jj.
[0055]
Next, in step S16, the total code amount total_tmp for one frame is set to total (jj). Thus, the total code amount total_tmp for one frame can be replaced with total (j−1) or total (j) that is farther from the total code amount M.
[0056]
Next, the process proceeds to step S17, and assign (k) obtained for each block is assigned to length (jj, k) for each block. This makes it possible to refer to the length (jj, k) to which the value is assigned when the process proceeds to the next loop 11 and obtains the assignment (k) again.
[0057]
As described in detail above, the image coding and compressing apparatus 1 according to the present embodiment can efficiently select the code amount from the DCT path or the DPCM path so as to satisfy the target code amount for each block. it can. Also, by preferentially selecting the code amount from the DPCM pass, it is possible to prevent the image quality from deteriorating. As a result, efficient code amount control can be realized without exceeding the capacity of a recording medium such as a VTR, and distortion in the image compression process can be reduced. Further, since the quantization step can be determined by using the binary search method, the number of quantization steps in the prediction unit 4 can be suppressed, which is advantageous in terms of hardware because the circuit configuration can be simplified.
[0058]
Note that the present embodiment is not limited to the above description. For example, the present invention can be applied to a configuration that does not use a search unit such as a binary search unit as in the image compression encoding device 5 shown in FIG. Hereinafter, the image compression encoding device 5 will be described in detail. Note that the same circuit components as those of the above-described image compression / encoding device 1 will be referred to the description of the image compression / encoding device 1, and description thereof will be omitted.
[0059]
The image compression / encoding device 5 receives an image signal including a luminance signal Y and color difference signals Pb and Pr via a terminal 11. The block dividing unit 12 divides an input image signal of one frame into, for example, 8 × 8 blocks, and transmits the blocks to the main system 2 and the prediction system 4.
[0060]
The main line system 2 includes a DCT path including a FIFO (First In First Out) memory 21, a DCT unit, a quantization unit 35, and a first variable length coding unit 26, a DPCM unit 28, and a second variable length coding unit. 29, a DPCM path comprising 29, a selector 30, and a buffer 31.
[0061]
The quantization unit 35 quantizes the DCT coefficient input from the DCT unit 22 based on a quantization step determined for each block. The quantization unit 35 supplies the quantized data (hereinafter, referred to as a quantization level) to the variable length encoding unit 26.
[0062]
The selector 30 appropriately switches various types of data that have been variable-length coded by the first variable-length coding unit 26 and / or the second variable-length coding unit 29, and outputs the data together with the switching information to the buffer 31. Incidentally, the selector 30 may be switched based on a select signal supplied from the prediction system 4 in some cases.
[0063]
The prediction system 4 includes a DCT unit 41, a DCT path including n quantizers 42-1 to 42-n, and n code amount converters 43-1 to 43-n, a DPCM unit 45, and a code amount converter. A DPCM path including a device 46 and an operation unit 48 are provided. Incidentally, the number n of processing stages of the DCT path in the prediction system 4 corresponds to the total number of quantization steps. This is because the prediction can be attempted in a larger number of quantization steps than in the image compression encoding apparatus 1 that employs the binary search method, so that a highly accurate quantization control is realized.
[0064]
The arithmetic unit 48 receives the code amounts processed in the different quantization steps from the code amount converters 43-1 to 43-n, and receives the DPCM-processed code amounts from the code amount converter 46. The operation unit 48 obtains an assigned code amount for each block and a select signal based on the input code amounts for each block, and outputs them to the main system 2. The allocated code amount output to the main line 2 is sent to the quantization unit 35, and the select signal is sent to the selector 30. By the way, when calculating the total code amount for one frame, for example, in this arithmetic unit 48, it is necessary to obtain the accumulated value of the code amount for each block, so that the calculation time for one frame is required.
[0065]
Next, the calculation of the allocated code amount by the calculation unit 48 will be described. FIG. 6 shows a configuration example of the calculation unit 48. The operation unit 48 includes n comparison units 201-1 to 201-n, n selectors 202-1 to 202-n, n memories 203-1 to 203-n, and n adders 204-1 to 204-n, n accumulation circuits 205-1 to 205-n, and an arithmetic processing unit 206.
[0066]
The comparison units 201-1 to 201-n respectively perform code lengths (1, k) to length (n, k) that have been processed in different quantization steps from the code amount converters 43-1 to 43-n via the DCT path. ) Is input, and the DPCM-processed code amount dpcm (k) is input from the code amount converter 46 via the DPCM path. For example, the code amount length (1, k) from the code amount conversion unit 43-1 and the code amount dpcm (k) subjected to the DPCM process are input to the comparison unit 201-1. The comparing units 201-1 to 201 -n are configured to input the code lengths length (1, k) to length (n, k) input via the DCT path and the code amount dpcm (k) input via the DPCM pass. ) Is selected, and a select signal including the selected information is output.
[0067]
The selectors 202-1 to 202-n select the code amount supplied from the DCT path or the code amount supplied from the DPCM path, respectively, according to the select signals supplied from the comparison units 201-1 to 201-n. . For example, when the information indicating that the DCT path has been selected is included in the select signal, the selectors 202-1 to 202-n are turned ON on the DCT side. The code amounts selected by the selectors 202-1 to 202-n are directly supplied to the memories 203-1 to 203-n and the adders 204-1 to 204-n.
[0068]
The memories 203-1 to 203-n store a select signal and a code amount for each block. That is, when the processing for one frame is completed, the memories 203-1 to 203-n store the code amount and the select signal selected in block units for n number of quantization steps. It has become.
[0069]
The adders 204-1 to 204-n and the accumulating circuits 205-1 to 205-n sequentially accumulate and add the code amount selected by the selectors 202-1 to 202-n for one frame. The code amounts added for one frame are referred to as total code amounts total (1) to total (n). The accumulation circuits 205-1 to 205-n sequentially transmit the obtained total code amounts total (1) to total (n) to the arithmetic processing unit 206.
[0070]
The arithmetic processing unit 206 receives the total code amounts total (1) to total (n) from the accumulation circuits 205-1 to 205-n, respectively. The arithmetic processing unit 206 compares the target code amount for one frame with the total code amounts total (1) to total (n), and calculates the total code amount total (j−1) that is equal to or larger than the target code amount. The total code amount total (j) that is equal to or smaller than the target code amount is specified. That is, the total (j-1) and the total (j) refer to those existing so as to sandwich the target code amount, and j is the largest of j satisfying total (j-1)> target code amount. Show things.
[0071]
The arithmetic processing unit 206 estimates the optimal code amount for each block based on the calculated total code amount while referring to the n quantization steps. Then, based on the code amount estimated for each block, assign (k) is determined and transmitted to the quantization unit 35 described above.
[0072]
As described in detail above, the image coding and compressing apparatus 5 according to the present embodiment efficiently and efficiently sets the code amount from the DCT path or DPCM path quantized by a plurality of quantization steps for each block. It can be selected to satisfy the code amount. Also, in the arithmetic processing unit 106, assign (k) and dpcm (k) are set as so-called priorities, and when these priorities are at the same level, the DPCM path is preferentially selected, thereby deteriorating the image quality. Can be prevented. As a result, efficient code amount control can be realized without exceeding the capacity of a recording medium such as a VTR, and distortion in the image compression process can be reduced. , It is possible to expect accurate quantization control. The present embodiment is not limited to the case where the selection is made based on the priority.
[0073]
Note that the present embodiment is also applicable to a configuration involving quantization of DPCM, such as the image compression encoding device 6 shown in FIG. Hereinafter, the image compression encoding device 6 will be described in detail. Note that the same circuit components as those of the above-described image compression / encoding device 1 will be referred to the description of the image compression / encoding device 1, and description thereof will be omitted.
[0074]
The image compression encoding device 6 receives an image signal including a luminance signal Y and color difference signals Pb and Pr via a terminal 11. The block dividing unit 12 divides an input image signal of one frame into, for example, 8 × 8 blocks, and transmits the blocks to the main system 2 and the prediction system 4.
[0075]
The main line system 2 includes a DCT path including a FIFO (First In First Out) memory 21, a DCT unit 22, a FIFO memory 23, a binary search unit 24, a quantization unit 25, and a first variable length encoding unit 26, and a FIFO memory 27, a DPCM path including a quantization unit 35, a DPCM unit 28, a second variable length coding unit 29, and a binary search unit 36, a selector 30, and a buffer 31.
[0076]
The quantization unit 35 receives the data stored in the FIFO memory 27 and quantizes the data in units of blocks according to the quantization step determined by the binary search unit 36. The quantization unit 35 supplies the quantized data to the DPCM unit 28.
[0077]
That is, through the DPCM pass with quantization, some distortion is added in the process of compressing the image. For this reason, when selecting either the DCT path or the DPCM path, similarly to the image compression encoding apparatus 1, in addition to giving priority to a smaller code amount, a smaller distortion in the compression process is given priority. Need to be selected. Specifically, the distortion due to compression depends on the quantization, and occurs in each of the DCT and the DPCM according to the quantization step. For this reason, the prediction system 4 needs to send a select signal to the main line system 2 by comparing the amount of code from the DCT path with quantization and the amount of code from the DPCM path with quantization as well as image distortion. There is.
[0078]
An implementation example of the prediction system 4 will be described below. As shown in FIG. 7, the prediction system 4 includes a DCT section 41, a DCT path including an n number of quantizers 42-1 to 42-n, and an n number of code amount converters 43-1 to 43-n. , A DPCM path including m quantizers 51-1 to 51-m, m DPCM units 52-1 to 52-m, and m code amount conversion units 53-1 to 53-m, and an operation unit 54.
[0079]
Each of the m quantizers 51-1 to 51-m receives an image signal in block units and quantizes the image signal in a different quantization step. That is, sampling can be performed by m quantization steps even in the DPCM pass.
[0080]
The DPCM units 52-1 to 52-m perform DPCM on the quantized image signal for each block, and supply the result to the code amount conversion units 53-1 to 53-m. The code amount conversion units 53-1 to 53-m encode these DPCM-converted signals on a block-by-block basis and output them to the calculation unit 54.
[0081]
The arithmetic unit 54 receives code amounts and the like processed in different quantization steps from the code amount converters 43-1 to 43-n from the DCT path side, and performs quantization by the different quantization steps from the DPCM path side. The code amount and the like that have been converted and DPCM processed are input. The arithmetic unit 54 compares the input code amount for each block and the distortion of the image, obtains the allocated code amount and the select signal for each block, and outputs them to the main line system 2. In the prediction system 4, the DPCM units 52-1 to 52-m and the quantizers 51-1 to 51-m may be exchanged. Thus, the DPCM units 52-1 to 52-m can quantize the DPCM-converted signals at different quantization steps.
[0082]
Next, the calculation of the allocated code amount by the calculation unit 54 will be described. FIG. 8 illustrates a configuration example of the calculation unit 54. The operation unit 54 includes n comparison units 301-1 to 301-n, n selectors 302-1 to 302-n, n memories 303-1 to 303-n, and n adders. 304-1 to 304-n, n accumulation circuits 305-1 to 305-n, and an arithmetic processing unit 306.
[0083]
The comparison units 301-1 to 301-n respectively perform code lengths (1, k) to length (n, k) processed by the code amount converters 43-1 to 43-n in different quantization steps via the DCT path. ) Is input, and the DPCM-processed code amounts dpcm (1, k) to dpcm (m, k) are input from the code amount converters 53-1 to 53-m via the DPCM path. The comparing units 301-1 to 301-n compare the code amount in the DCT path with the code amount in the DPCM path in which distortion is smaller than the code amount in the DCT path. By the way, in the example shown in FIG. 8, dpcm (1, k) inputted to the comparison unit 301-1 and the comparison unit 301-2 has less distortion than length (1, k) and length (2, k). The distortion of dpcm (3, k) input to the comparison unit 301-3 is smaller than that of length (3, k).
[0084]
The comparison units 301-1 to 301-n select the smaller of the input code amount from the DCT path and the input code amount from the DPCM path, and output a select signal including the selected information. This makes it possible to output the select signal so as to satisfy the target code amount while suppressing distortion due to image compression.
[0085]
The selectors 302-1 to 302-n respectively select the code amount supplied from the DCT path or the code amount supplied from the DPCM path according to the select signals supplied from the comparison units 301-1 to 301-n. . For example, when the information indicating that the DCT path has been selected is included in the select signal, the selectors 302-1 to 302-n are turned ON on the DCT side. The code amount selected by the selectors 302-1 to 302-n is directly supplied to the memories 303-1 to 303-n and the adders 304-1 to 304-n.
[0086]
The memories 303-1 to 303-n store a select signal and a code amount for each block. That is, when the processing for one frame is completed, the memories 303-1 to 303-n store the code amount and the select signal selected in block units for n number of quantization steps. It has become.
[0087]
The adders 304-1 to 304-n and the accumulating circuits 305-1 to 305-n sequentially accumulate the code amounts selected by the selectors 302-1 to 302-n for one frame. The code amounts added for one frame are referred to as total code amounts total (1) to total (n). The accumulation circuits 305-1 to 305-n sequentially transmit the obtained total code amounts total (1) to total (n) to the arithmetic processing unit 306.
[0088]
The arithmetic processing unit 306 receives the total code amounts total (1) to total (n) from the respective accumulating circuits 305-1 to 305-n. The arithmetic processing unit 306 compares the target code amount for one frame with the total code amounts total (1) to total (n), and calculates the total code amount total (j−1) that is equal to or larger than the target code amount. The total code amount total (j) that is equal to or smaller than the target code amount is specified. Regarding the calculation of the assigned code amount assign (k) based on these specified code amounts, the description of the calculation unit 44 in the image compression encoding device 1 is cited, and the description is omitted.
[0089]
In this manner, the prediction system 4 outputs the assigned code amount assign (k) output from the arithmetic processing unit and the select signal. The outputted assigned code amount assign (k) is supplied to the binary search units 24 and 36.
[0090]
When the select signal is on the DCT side, the binary search units 24 and 36 determine the quantization step so that the generated code amount of the block falls within the target code amount. Based on the determined quantization step, the quantization units 25 and 35 in the main line system 2 perform quantization in block units.
[0091]
Note that the image compression encoding apparatus 6 is not limited to the configuration shown in FIG. 7, but can be applied to a configuration that does not use the binary search method, for example, as shown in FIG.
[0092]
In the example of the image compression encoding device 6 illustrated in FIG. 9, the quantization unit 35 quantizes the DCT coefficient input from the DCT unit 22 based on a quantization step determined for each block. The quantization unit 35 supplies the quantized data to the variable length coding unit 26.
[0093]
The arithmetic processing unit 306 estimates the optimal code amount for each block based on the calculated total code amount while referring to the n quantization steps. Then, based on the code amount estimated for each block, a quantization step is determined and transmitted to the quantization unit 35 described above. As a result, prediction can be attempted with more quantization steps as compared with the image compression encoding apparatus 6 shown in FIG. 7 that employs the binary search method, so that highly accurate quantization control can be realized. Become.
[0094]
As described in detail above, the image coding / compression device 6 according to the present embodiment efficiently and efficiently sets the code amount from the DCT path or DPCM path quantized by a plurality of quantization steps for each block. It can be selected to satisfy the code amount. Further, when the code amount from the DPCM path is preferentially selected, deterioration of image quality can be prevented. As a result, efficient code amount control can be achieved without exceeding the capacity of a recording medium such as a VTR, and distortion in the image compression process can be reduced.
[0095]
The present embodiment is not limited to the case where the present invention is applied to the image compression encoding devices 1, 5, and 6. For example, by arranging the components of the image compression / encoding devices 1, 5, and 6 on a transmission line, efficient code amount control can be realized on the transmission line, and distortion in the image compression process is reduced. It is possible to do.
[0096]
In the present embodiment, reversible image compression is performed by generating a DCT coefficient by performing DCT for each block, but the present invention is not limited to such a case. Further, the irreversible image compression method is not limited to DPCM. That is, any method may be used as long as it uses the first compression method and the second compression method having a lower compression ratio and a smaller loss than the first compression method.
[0097]
The present invention is also applicable to an image compression encoding apparatus, method, and program that can switch between the first compression method and the second compression method.
[0098]
This image compression encoding apparatus compresses an image signal by selecting a first compression scheme or a second compression scheme having a lower compression rate and a smaller loss than the first compression scheme in a unit of encoding scheme selection. In the image compression encoding apparatus for encoding, by adding either the code amount obtained by the first compression method or the code amount obtained by the second compression method for each coding method selection unit, Calculating means for calculating the total code amount of the coding method selection unit, the first compression method, or the first compression method based on the total code amount calculated by the calculation means and the target code amount in the equal length unit. Selecting means for selecting the second compression method for each coding method selection unit, and compression coding means for compressing and coding the image signal of each of the coding method selection units using the compression method selected by the selection means And Obtain.
[0099]
In such an image compression encoding device, the first compression method and / or the second compression method may be a method in which the image signal is quantized by a plurality of different quantization steps. The determining means for comparing the total code amount calculated by the calculating means with the target code amount in the equal length unit and determining a quantization step in the first compression method according to the comparison result. Furthermore, the selection means selects one of the first compression method and the second compression method to be quantized by the quantization step determined by the determination means for each coding method selection unit. You may. The selection means may select the first compression method or the second compression method based on a predetermined priority. Further, when the priority of the first compression method or the second compression method is the same, the selection means selects one of the first compression method and the second compression method. You may make it. Further, the selection means may preferentially select the second compression method. In addition, the first compression method may be a method in which the image signal is subjected to DCT (Discrete Cosine Transform) and the DCT-converted image signal is quantized. Further, the second compression method may be a lossless encoding method. In addition, the second compression method may be a method of encoding the image signal by DPCM (Differential Pulse Code Modulation). The calculating means may add a smaller code amount of the code amount obtained by the first compression method or the code amount obtained by the second compression method for each coding method selection unit. , The total code amount of the equal length unit may be calculated.
[0100]
This image compression encoding method selects a first compression method or a second compression method having a lower compression ratio and a smaller loss than the first compression method in the above-mentioned encoding method selection unit to convert an image signal. In the image compression coding method for performing compression coding, either the code amount obtained by the first compression method or the code amount obtained by the second compression method is added for each of the coding method selection units. A calculating step of calculating the total code amount of the coding method selection unit, the first compression method based on the total code amount calculated in the calculating step, and the target code amount of the equal length unit. Alternatively, a selection step of selecting the second compression scheme for each coding scheme selection unit, and compression for compressing and encoding the image signal of each coding scheme selection unit using the compression scheme selected in the selection step. And a No. step.
[0101]
In such an image compression encoding method, the first compression method and / or the second compression method is a method in which the image signal is quantized by a plurality of different quantization steps, respectively. A determining step of comparing the code amount with a target code amount in the equal length unit, and determining a quantization step in the first compression scheme according to a result of the comparison; The first compression method or the second compression method may be selected for each of the coding method selection units by the quantization step determined in the process. In the selection step, the first compression method or the second compression method may be selected based on a predetermined priority. In the selection step, when the priority of the first compression method or the second compression method is equal, one of the first compression method and the second compression method is selected. You may make it so. In the selection step, the second compression method may be preferentially selected. In addition, the first compression method may be a method in which the image signal is subjected to DCT (Discrete Cosine Transform) and the DCT-converted image signal is quantized. Further, the second compression method may be a method of performing encoding by a lossless encoding method. Further, the second compression method may be a method of encoding an input image signal by DPCM (Differential Pulse Code Modulation). Further, in the calculation step, a smaller code amount of the code amount obtained by the first compression method or the code amount obtained by the second compression method is added for each of the coding method selection units. Thus, the total code amount of the equal length unit may be calculated.
[0102]
Further, in this program, the image signal is compressed by selecting the first compression method or the second compression method having a lower compression ratio and a smaller loss than the first compression method in units of the above-mentioned encoding method selection unit. In a program for causing a computer to execute encoding, either the code amount obtained by the first compression method or the code amount obtained by the second compression method is added for each coding method selection unit. Thereby, the total code amount of the coding method selection unit is calculated, and the first compression method or the second compression method is calculated based on the calculated total code amount and the target code amount in the equal length unit. A method is selected for each coding method selection unit, and the computer is caused to execute compression coding of the image signal of each coding method selection unit using the selected compression method.
[0103]
In the image compression encoding apparatus, method, and program having such a configuration, the first compression scheme quantized by a plurality of quantization steps for each block, or a compression rate lower than the first compression scheme and a loss Can be selected so that the code amount from the second compression method with a small value of E is efficiently and satisfies the target code amount. Further, by preferentially selecting the code amount from the second compression method, it is possible to prevent image quality from deteriorating. As a result, efficient code amount control can be achieved without exceeding the capacity of a recording medium such as a VTR, and distortion in the image compression process can be reduced.
[0104]
【The invention's effect】
As described above in detail, the image compression encoding apparatus and method according to the present invention efficiently and efficiently achieves a code amount from a DCT path or a DPCM path quantized by a number of quantization steps for each block. It can be selected to satisfy the code amount. As a result, efficient code amount control can be achieved without exceeding the capacity of a recording medium such as a VTR, and distortion in the image compression process can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of an image compression encoding apparatus to which the present invention has been applied.
FIG. 2 is a diagram for describing an internal configuration of a calculation unit.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a processing procedure of an arithmetic processing unit.
FIG. 4 is a flowchart for explaining a case in which assignment (k) is calculated by replacing total (j−1) and total (j) with those that are far from the target code amount.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an image compression encoding apparatus that does not use a binary search method.
FIG. 6 is a diagram for describing an arithmetic unit in an image compression encoding apparatus that does not use a binary search method.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an image compression encoding apparatus including quantization for DPCM.
FIG. 8 is a diagram for describing an operation unit in an image compression encoding apparatus that involves quantization for DPCM.
FIG. 9 is a diagram for explaining a case where a binary search method is not used in an image compression encoding apparatus that involves quantization for DPCM.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional image compression encoding apparatus using the MPEG system.
[Explanation of symbols]
1, 5, 6 image compression coding apparatus, 2 lines system, 4 prediction systems, 11 terminals, 12 block division unit, 21, 23, 27 FIFO memory, 22 DCT unit, 24 binary search unit, 25 quantization unit, 26 1st variable length coding section, 28 DPCM section, 29 2nd variable length coding section, 30 selector, 31 buffer

Claims (15)

入力画像信号を夫々異なる量子化ステップにより量子化する第１の圧縮方式、或いは上記第１の圧縮方式より低圧縮率でありロスの小さい第２の圧縮方式、を等長化単位の総符号量に応じて上記符号化方式選択単位で選択し、これを符号化する画像圧縮符号化装置において、
上記第１の圧縮方式又は上記第２の圧縮方式のうちいずれか一方を符号化方式選択単位毎に選択し、当該選択した圧縮方式についてセレクト信号を発信する選択手段と、
上記発信されたセレクト信号に応じて、上記第１の圧縮方式による符号量、或いは上記第２の圧縮方式による符号量を取り込む切替手段と、
上記切替手段を介して取り込まれた符号量を符号化方式選択単位毎に加算することにより符号化方式選択単位の総符号量を演算する演算手段と、
上記量子化ステップ毎に演算された総符号量を、等長化単位の目標符号量に近づくように制御する制御手段とを備えること
を特徴とする画像圧縮符号化装置。A first compression method for quantizing an input image signal by different quantization steps, or a second compression method with a lower compression rate and a smaller loss than the first compression method, is used to calculate the total code amount in equal length units. In the image compression encoding apparatus that selects in the encoding method selection unit according to the above, and encodes this,
Selecting means for selecting one of the first compression method and the second compression method for each encoding method selection unit and transmitting a select signal for the selected compression method;
Switching means for taking in the code amount by the first compression method or the code amount by the second compression method according to the transmitted select signal;
Calculating means for calculating the total code amount of the coding system selection unit by adding the code amount captured via the switching unit for each coding system selection unit;
An image compression encoding apparatus comprising: control means for controlling the total code amount calculated for each of the quantization steps so as to approach a target code amount of an equal length unit. 上記制御手段は、上記量子化ステップ毎に演算された総符号量を線形補間することにより、等長化単位の目標符号量に近づくように制御すること
を特徴とする請求項１記載の画像圧縮符号化装置。2. The image compression apparatus according to claim 1, wherein the control means performs linear interpolation on the total code amount calculated for each quantization step so as to approach the target code amount of the equal length unit. Encoding device. 上記選択手段は、上記第１の圧縮方式又は上記第２の圧縮方式のうち、符号量の小さい方を選択すること
を特徴とする請求項１記載の画像圧縮符号化装置。2. The image compression encoding apparatus according to claim 1, wherein the selection unit selects a code having a smaller code amount from the first compression method or the second compression method. 上記第１の圧縮方式は、入力画像信号をＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｃｏｓｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）変換し、上記ＤＣＴ変換された画像信号を量子化すること
を特徴とする請求項１記載の画像圧縮符号化装置。2. The image compression encoding apparatus according to claim 1, wherein the first compression method performs DCT (Discrete Cosine Transform) on an input image signal and quantizes the DCT-transformed image signal. 上記第２の圧縮方式は、可逆符号化（Ｌｏｓｓｌｅｓｓ）方式により符号化すること
を特徴とする請求項１記載の画像圧縮符号化装置。2. The image compression encoding apparatus according to claim 1, wherein the second compression scheme performs encoding by a lossless encoding scheme. 上記第２の圧縮方式は、入力画像信号をＤＰＣＭ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって符号化すること
を特徴とする請求項５記載の画像圧縮符号化装置。6. The image compression encoding apparatus according to claim 5, wherein the second compression method encodes an input image signal by DPCM (Differential Pulse Code Modulation). 上記制御手段は、上記総符号量につき、上記目標符号量を越えないように制御すること
を特徴とする請求項１記載の画像圧縮符号化装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein said control means controls the total code amount so as not to exceed the target code amount. 入力画像信号を夫々異なる量子化ステップにより量子化する第１の圧縮方式、或いは上記第１の圧縮方式より低圧縮率でありロスの小さい第２の圧縮方式、を等長化単位の総符号量に応じて符号化方式選択単位で選択し、これを符号化する画像圧縮符号化方法において、
上記第１の圧縮方式又は上記第２の圧縮方式のうちいずれか一方を符号化方式選択単位毎に選択し、当該選択した圧縮についてセレクト信号を発信し、
上記発信されたセレクト信号に応じて、上記第１の圧縮方式による符号量、或いは上記第２の圧縮方式による符号量を取り込み、
上記切替手段を介して取り込まれた符号量を符号化方式選択単位毎に加算することにより等長化単位の総符号量を演算し、
上記量子化ステップ毎に演算された総符号量を、等長化単位の目標符号量に近づくように制御すること
を特徴とする画像圧縮符号化方法。A first compression method for quantizing an input image signal by different quantization steps, or a second compression method with a lower compression rate and a smaller loss than the first compression method, is used to calculate the total code amount in equal length units. In the image compression encoding method of selecting the encoding method selection unit according to the, and encoding this,
Selecting one of the first compression method or the second compression method for each coding method selection unit, transmitting a select signal for the selected compression,
According to the transmitted select signal, the code amount according to the first compression method or the code amount according to the second compression method is captured,
Calculate the total code amount of the equal length unit by adding the code amount fetched via the switching means for each coding system selection unit,
An image compression encoding method, characterized in that the total code amount calculated for each quantization step is controlled so as to approach a target code amount of an equal length unit. 上記量子化ステップ毎に演算された総符号量を線形補間することにより、等長化単位の目標符号量に近づくように制御すること
を特徴とする請求項８記載の画像圧縮符号化方法。9. The image compression encoding method according to claim 8, wherein the total code amount calculated for each quantization step is linearly interpolated so as to approach the target code amount of the equal length unit. 上記選択において、上記第１の圧縮方式又は上記第２の圧縮方式のうち、符号量の小さい方を選択すること
を特徴とする請求項８記載の画像圧縮符号化方法。9. The image compression encoding method according to claim 8, wherein, in the selection, one of the first compression method and the second compression method having a smaller code amount is selected. 上記第１の圧縮方式は、入力画像信号をＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｃｏｓｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）変換し、上記ＤＣＴ変換された画像信号を量子化すること
を特徴とする請求項８記載の画像圧縮符号化方法。9. The image compression encoding method according to claim 8, wherein in the first compression method, an input image signal is subjected to DCT (Discrete Cosine Transform) and the DCT-transformed image signal is quantized. 上記第２の圧縮方式は、可逆符号化（Ｌｏｓｓｌｅｓｓ）方式により符号化すること
を特徴とする請求項８記載の画像圧縮符号化方法。9. The image compression encoding method according to claim 8, wherein the second compression method performs encoding by a lossless encoding method. 上記第２の圧縮方式は、入力画像信号をＤＰＣＭ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって符号化すること
を特徴とする請求項１２記載の画像圧縮符号化方法。13. The image compression encoding method according to claim 12, wherein in the second compression method, the input image signal is encoded by DPCM (Differential Pulse Code Modulation). 上記総符号量につき、上記目標符号量を越えないように制御すること
を特徴とする請求項８記載の画像圧縮符号化方法。9. The image compression encoding method according to claim 8, wherein the total code amount is controlled so as not to exceed the target code amount. 入力画像信号を夫々異なる量子化ステップにより量子化する第１の圧縮方式、或いは上記第１の圧縮方式より低圧縮率でありロスの小さい第２の圧縮方式、を等長化単位の総符号量に応じて符号化方式選択単位で選択し、これを符号化することをコンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、
上記第１の圧縮方式又は上記第２の圧縮方式のうちいずれか一方を符号化方式選択単位毎に選択し、当該選択した圧縮についてセレクト信号を発信し、
上記発信されたセレクト信号に応じて、上記第１の圧縮方式による符号量、或いは上記第２の圧縮方式による符号量を取り込み、
上記切替手段を介して取り込まれた符号量を符号化方式選択単位毎に加算することにより等長化単位の総符号量を演算し、
上記量子化ステップ毎に演算された総符号量を、等長化単位の目標符号量に近づくように制御すること
をコンピュータに実行させるためのプログラム。A first compression method for quantizing an input image signal by different quantization steps, or a second compression method with a lower compression rate and a smaller loss than the first compression method, is used to calculate the total code amount in equal length units. In the program for causing the computer to execute the encoding method selection unit according to the selected in the encoding system selection unit,
Selecting one of the first compression method or the second compression method for each coding method selection unit, transmitting a select signal for the selected compression,
According to the transmitted select signal, the code amount according to the first compression method or the code amount according to the second compression method is captured,
Calculate the total code amount of the equal length unit by adding the code amount fetched via the switching means for each coding system selection unit,
A program for causing a computer to perform control so that the total code amount calculated for each quantization step approaches a target code amount of an equal length unit.
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