JP2503698B2 - 変換符号化方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、画像データを線形変換符号化方式を用い
て帯域圧縮を行なうものに関するものである。

［従来の技術］ 第３図は例えばW.H.CHEN,W.K.PRATT,“Scene Adaptiv
e Coder",（IEEE Transactions on communications,vo
l.COM−32,No3,1984）に示された従来の変換係数符号化
方式を示すブロック図であり、図において、（１）は入
力信号をブロック化するブロック化部、（２）はブロッ
ク化された信号を線形変換する線形変換手段としての線
形変換部、（３）は信号列をブロック内で並び換えるス
キャン変換部、（４）は量子化手段であるところの量子
化部、（５）は符号化部、（６）は送信バッファ、
（７）は符号化制御部である。

次に動作について説明する。ディジタル化された１フ
レーム分の入力画像信号（101）に対し、ブロック化部
（１）で水平、垂直方向ｎ画素（ｎは自然数で例えばｎ
＝4,8,16）を１まとめにした２次元のブロックに分割す
る。ブロック化された画像信号（102）に対し、線形変
換部（２）では２次元線形変換（例えば離散コサイン変
換などの直交変換）を施し、空間周波数領域の変換係数
ブロック（103）を生成する。ここで例えば８×８画素
ブロックｆ（x,y）（x,y＝0,1,…,7）に対する２次元離
散コサイン変換は次式で与えられる。

ここで、u,v＝0,1,…,7であり、 x,yは画素領域における座標、u,vは変換領域における
座標である。

変換係数ブロックＦ（u,v）（u,v＝0,1,…,7）の性質
を第４図をもとに説明する。Ｆ（u,v）の値はブロック
化された画像信号（102）に含まれる、それぞれの空間
周波数成分がどの程度であるかを示している。水平方向
の周波数はｕの値が大きくなるにつれて高くなり、垂直
方向の周波数はｖの値が大きくなるにつれて高くなる。
すなわちＦ（0,0）の値はブロック化された画像信号（1
02）の直流成分の強度に対応し、Ｆ（7,7）の値は水平
・垂直方向共に高い周波数をもつ交流成分の強度に対応
することになる。従って、画素の値の変化が少ない背景
などの平坦な画像ブロックに対しては低周波成分のみに
非零の有意係数があらわれ、高周波成分はほとんど零係
数となる。逆に画素の値の変化が激しいエッジ部分など
の画像ブロックに対しては低周波成分のほか高周波成分
にも非零の有意係数があらわれる。

次に、スキャン変換部（３）では変換係数ブロック
（103）のブロック内で例えば第４図の矢印で示す順序
で変換係数を並び換え、変換係数列（104）を出力す
る。先の８×８画素ブロックの場合、１ブロックに対し
て64個の係数が続く係数列が出力される。並び換えは有
意係数があらわれやすい低周波成分の変換係数から有意
係数があらわれにくい高周波成分の変換係数へとジグザ
グに走査することにより有意係数をなるべく前半に、後
半に零係数列を長く続かせるために行う。次に量子化部
（４）は変換係数列（104）を与えられた量子化ステッ
プサイズ（109）で量子化し、量子化係数列Ｑ（u,v）
（105）を出力する。符号化部（５）では量子化係数列
（105）に符号の割当てを行い、符号化データ（106）と
して送信バッファ（６）へ出力する。

ここで符号の割当て方法の１例として２次元可変長符
号化について説明する。これは量子化係数列（105）に
対して連続する零係数の個数（以下ランと呼ぶ）とそれ
に続く非零係数の量子化レベルを組み合せ、その組み合
せた事象（ラン、レベル）に対して１つのハフマン符号
を割当てることによって行われる。例えば、第５図に示
された量子化係数列の場合、事象（ラン、レベル）は次
のようになる。

（０、20）、（２、15）、（４、５）、（３、２）、
（７、１）、EOBここでEOBは以降に非零係数がなくブロ
ックの終りまで零係数が続くことを示すマークである。
従って、この量子化係数列の場合EOBも含めた６つの事
象に対して、それぞれに予め決められたハフマン符号が
割当てられることになる。

次に送信バッファ（６）では変動する情報発生量を平
滑化し、一定レートで伝送路（107）へ送出する。符号
化制御部（７）では送信バッファ（６）中のデータ残量
であるバッファ残量（108）から量子化ステップサイズ
（109）を適応的にフィードバック制御し、量子化部
（４）へ出力する。すなわち、バッファ残量（108）が
多いときには、情報発生量を少なくするために量子化ス
テップサイズ（109）を大きくして入力画像を粗く量子
化する。逆にバッファ残量（108）が少ないときには、
情報発生量を多くするために量子化ステップサイズ（10
9）を小さくして入力画像を細かく量子化する。なお、
量子化ステップサイズ（109）の大小によって非零係数
の個数が大きく異なるため、その情報発生量は数10倍か
ら数1000倍まで大きく変化する。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の変換係数符号化方式は以上のように構成されて
いるので、すべての係数に対して量子化を行わなければ
ならない上、量子化ステップサイズの大小により情報発
生量が大きく変動し、符号化の制御が困難であるという
問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、係数の伝送範囲を変換ブロック内の量子化
係数列に応じて決定し、量子化に要する処理時間を短縮
し、情報発生量の変動を少なくする変換係数符号化方式
を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係わる変換符号化方式は、入力信号系列に
対して線形変換を行い、得られた変換係数を量子化する
量子化手段とを備える変換符号化方式において、上記量
子化手段の出力する量子化係数のうち連続する零係数の
個数を計数する計数手段と、この計数した値が所定の閾
値を越えたとき、後続する変換係数に対する量子化係数
を零とする手段と、送信バッファーのデータ残量に基づ
いて上記閾値を設定する手段と、量子化手段の出力量子
化係数を符号化する符号化手段を備える。

［作用］ この発明に係わる変換符号化方式は入力信号系列に対
して線計変換を行い、量子化を行って連続する零係数の
個数を計数にして送信バッファのデータ残量に基づいて
設定された閾値を越えたとき後続する量子化係数の値を
零とする。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図をもとに説明す
る。図において（８）は連続した零の量子化係数を計算
する係数手段としてのカウンタ、（９）は閾値を設定す
る閾値設定手段としての閾値設定部、（10）設定値と閾
値とを比較し判定を行う判定手段としての判定部、（1
1）は判定部（10）の指示により動作が制御される量子
化手段としての量子化部であり、他は第３図と同様であ
る。

次に動作について説明する。第３図と同様、ディジタ
ル化された１フレーム分の入力画像信号（101）は線形
変換、変換係数の並び換えを行い、量子化部（11）で与
えられた量子化ステップサイズ（109）で量子化し、量
子化係数列（105）を出力する。符号化制御部（７）は
送信バッファ（６）のバッファ残量（108）から量子化
ステップサイズ（109）を決定し、量子化部（11）に出
力する。また、閾値設定部（９）では同じくバッファ残
量（108）から閾値（111）を決定し、判定部（10）へ出
力する。カウンタ（８）は量子化係数列（105）のうち
零の係数値がいくつ連続したかを計数するもので、非零
の係数値が量子化部（11）から出力されると計数値（11
0）はリセットされて零となる。判定部（10）では入力
された計数値（110）と閾値設定部（９）から与えられ
た閾値（111）との比較を行い、判定結果（112）を量子
化部（11）へ出力する。量子化部（11）では判定結果
（112）により、以下の処理を分岐する。

（Ｉ）判定結果（112）が計数値＜閾値のとき 次の係数も同じ量子化ステップサイズ（109）で量子
化を行う。

（II）判定結果（112）が計数値＝閾値のとき 量子化を行わず、次の係数から最後の係数までを零係
数として出力する。

第２図にこれらの動作フローを示す。

また、第５図の例において例えば閾値を４または５に
設定した時の事象、量子化を行う係数の個数は次のよう
になる。

閾値４のとき事象は（０、20）、（２、15）、EOBで
あり、量子化を行う係数の個数はＱ（0,0）からＱ（2,
1）までの８個となる。

閾値５のとき事象は（０、20）、（２、15）、（４、
５）、（３、２）、EOBであり、量子化を行う係数の個
数はＱ（0,0）からＱ（3,2）までの18個となる。

さきに述べたように一般に変換係数は周波数から高周
波成分になるに従って強度が弱くなるため、量子化した
結果の量子化係数Ｑ（u,v）も高周波になるほど連続し
て零となる確率が高い。そのため、低周波から高周波成
分の順に量子化し、零の量子化係数を計数していくと、
閾値（111）が小さなときは比較的低周波成分の係数に
おいて上記（II）の条件が満たされるため、高周波成分
の係数変換係数の量子化、符号化を打ち切ることができ
演算量、情報発生量の削減ができる。したがって、従来
では情報発生量の制御は量子化ステップサイズ（109）
のみにより制御され、その大小により情報発生量が急激
に変化したが、閾値設定部（９）において閾値（111）
を適応的に制御することにより情報発生量の急激な変化
を押さえることができる。すなわち、バッファ残量（10
8）が少ない時には閾値（111）を小さくして係数伝送範
囲を制御することにより、小さな量子化ステップサイズ
（109）における情報の発生量を押さえることができ
る。逆に、バッファ残量（108）が大きいときには閾値
（111）を大きく設定することにより高周波成分の係数
まで伝送し、復号画像の画質劣化を防ぐことができる。

また、本実施例によれば必ずしもすべての変換係数に
ついて量子化を行う必要がないため、ディジタル信号プ
ロセッサなどを用いて実施する場合は演算処理量が大幅
に削減でき一層の効果が得られる。

なお、上記の実施例においては２次元線形変換と量子
化の組合せについて説明したが、１次元,3次元などの線
形変換と量子化の組合わせについても同様の効果が得ら
れる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば量子化手段の出力す
る零の量子化係数の個数により、後続する変換係数を量
子化するかどうかを判定するようにしたので、復号画像
の画質を劣化させずに量子化に要する処理時間と情報発
生量を大幅に削減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を説明するブロック図、第２
図は本発明の動作を説明するフロー図、第３図は従来例
のブロック図、第４図は変換係数ブロックの性質を説明
するための図、第５図は符号の割当てを説明するための
図である。 （１）ブロック化部、（２）は線形変換部、（３）はス
キャン変換部、（４）、（11）は量子化部、（５）は符
号化部、（６）は送信バッファ、（７）は符号化制御
部、（８）はカウンタ、（９）は閾値設定部、（10）は
判定部、（105）は量子化係数列、（110）は計数値、
（111）は閾値、（112）は判定結果である。 なお図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号系列に対して線形変換を行う線形
   変換手段と、 この線形変換手段が出力する変換係数を量子化する量子
   化手段と、 上記量子化手段が出力する量子化係数のうち連続する零
   係数の個数を計数する計数手段と、 この計数手段により計数された連続する零係数の個数と
   所定の閾値とを比較判定し、上記連続する零係数の個数
   が閾値を越えたとき後続して量子化される変換係数を零
   にする指示を行う判定手段と、 送信バッファのデータ残量に基づいて上記判定手段の閾
   値を設定する閾値設定手段と、 前記量子化手段の出力量子化係数を符号化する符号化手
   段 とを備えたことを特徴とする変換符号化方式。