JP2503706B2 - 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,No.3,1984）に示された従来の変換符号化方式
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形部、（３）は信号列
をブロック内で並べ換えるスキャン変換部、（４）は量
子化部、（５）は有効無効識別部、（６）は符号化部、
（７）は送信バッファ、（８）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次元の画素ブロックに
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）に含まれる空間周波数成
分がそれぞれ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
・垂直方向とも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
に非零に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、１次元の変換係数列Ｆ（ｎ）
（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64個の係数が続く係数列（ｎ＝１〜6
4）が出力される。並びに換えは非零の有意係数が現わ
れやすい低周波成分の変換係数から有意係数が現われに
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（110）で量子化し、量子化
係数列Ｑ（ｎ）（105）を出力する。有効無効識別部
（５）では量子化係数列（105）がすべて零であるかど
うかの判定を行う。全ての係数が零の場合は無効ブロッ
ク、１つでも非零の有意係数がある場合は有効ブロック
として有効無効情報（106）を符号化部（６）に出力す
る。符号化部（６）では有効無効情報（106）により有
効ブロックと判定された場合のみ、量子化係数列（10
5）に符号の割り当てを行い、符号化データ（107）とし
て送信バッファ（７）へ出力する。これに対し、有効無
効情報（106）により無効ブロックと判定された場合に
は、無効ブロックを表す符号を符号化データ（107）と
して送信バッファ（７）へ出力する。

ここで符号の割り当て方法の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（以下ゼロランと呼ぶ）
とそれに続く非零係数の量子化レベルを組み合わせ、そ
の組み合わせた事象（ゼロラン、量子化レベル）に対し
て１つのハフマン符号を割り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（105）の
場合、事象（ゼロラン、量子化レベル）は次のようにな
る。

（0,20），（2,15），（4,5），（3,2），（7,1）,EO
B ここでEOBは以降に非零の有意係数がなく、ブロック
の終りまでの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を含めた６つの事象
に対して、それぞれに決められたハフマン符号が割り当
てられることになる。

次に送信バッファ（７）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（108）へ送出する。符号
化制御部（８）では送信バッファ（７）中のデータ残量
であるバッファ残量（109）から量子化ステップサイズ
（110）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（109）が
多いときには、これから発生する情報量を少なくするた
めに量子化ステップサイズ（110）を大きくして変換係
数列（104）を粗く量子化する。逆に、バッファ残量（1
09）が少ないときには、これから発生する情報量を多く
するために量子化ステップサイズ（110）を小さくして
変換係数列（104）を細かく量子化する。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の変換符号化方式は以上のように構成されている
ので、有効無効識別・２次元可変符号化の処理を行うた
めに全ての変換係数に対して量子化の処理を行わなけれ
ばならなかった。

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、変換係数の伝送範囲を変換係数ブロック内
の量子化係数列に応じて決定し、必要な係数に対して量
子化すると共に同時に有効無効識別・２次元可変長符号
化を行うための事象を生成し、処理に要する演算量・処
理時間を削減する変換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、入力信号系列か
ら線形変換係数を求める線形変換手段と、求められた変
換係数を所定の量子化特性で量子化する量子化手段と、
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、量子化係数から非零の係
数と前記非零の係数が現れるまでに計数手段により計数
された連続零係数の個数とを組として記憶する記憶手段
と、送信バッファの状態に基づいて符号化伝送する連続
零係数の個数の閾値を設定する閾値設定手段と、連続零
係数を計数した値が設定された閾値を越えたとき後続す
る変換係数の量子化を打ち切り記憶手段に記憶された組
毎に符号化する符号化手段とを備える。

［作用］ この発明に係わる変換符号化方式は入力信号ブロック
に対して線形変換を行い、与えられた順序により量子化
を行い、連続する零係数の個数を計数し非零係数値とそ
の非零係数が現れるまでに計数された連続零係数の個数
との組を事象として一時記憶しておくと共に、連続零係
数の個数が送信バッファのデータ残量から設定された閾
値を越えたとき変換係数の量子化を打ち切り記憶された
事象に対して符号の割当てを行う。

［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（９）は連続した零の量子化係数を計数
するゼロカウンタ、（10）は閾値を設定する閾値設定
部、（11）は計数値と閾値とを比較し大小の判定を行う
判定部、（12）は非零の量子化係数値とそのときの計数
値の組である事象を一時記憶させる事象記憶部、（13）
は事象に対して符号の割当てを行う符号割当て部、（1
4）は量子化処理の打ち切りが制御される量子化部であ
り、他は第３図と同様である。

また、第２図は動作を説明するためのフローチャート
図である。

次に第２図と共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Ｎ×Ｎ画素のブロックに分割され、線形変換
された後、スキャン変換部（３）で変換係数の並び換え
を行い、変換係数列Ｆ（ｎ）（104）が出力される。符
号化制御部（８）は送信バッファ（７）のバッファ残量
（109）から量子化ステップサイズ（110）を決定し、量
子化部（14）へ出力する。閾値設定部（10）では同じく
バッファ残量（109）から閾値（112）を決定し、判定部
（11）へ出力する。また、初期設定としてゼロカウンタ
（９）の計数値（111）を零に、事象記憶部（12）の記
憶内容をクリアし、N²個の変換係数からなる変換係数列
Ｆ（ｎ）（104）の係数番号ｉを１とする。量子化部（1
4）では変換係数列Ｆ（ｎ）（104）の１つであるＦ
（ｉ）を量子化ステップサイズ（110）で量子化し、量
子化係数列Ｑ（ｎ）（105）の１つであるＱ（ｉ）を出
力する。Ｑ（ｉ）の値が零でない場合、事象記憶部（1
2）ではゼロカウンタ（９）の計数値（111）と非零の係
数であるＱ（ｉ）の組を事象として記憶する。その後ゼ
ロカウンタ（９）はリセットされて零となり、Ｑ（ｉ）
が最後の量子化係数でなければ次の変換係数の量子化を
引き続き行う。Ｑ（ｉ）の値が零の場合、ゼロカウンタ
（９）の計数値（111）に１が加えられる。次に判定部
（11）は入力された計数値（111）と閾値（112）との大
小比較を行い、判定結果（113）を事象記憶部（12）へ
出力する。事象記憶部（12）では判定結果（113）が計
数値（111）≧閾値（112）か、あるいはＱ（ｉ）が量子
化係数列Ｑ（ｎ）（105）の最後の量子化係数である場
合、現在記憶されている事象（114）を出力し、その画
素ブロックの処理を終了する。符号割当て部（13）は出
力された事象（114）に対してハフマン符号の割当てを
行いEOBを付加して、符号化データ（107）として送信バ
ッファ（７）へ出力する。これに対し、出力される事象
（114）がない場合は、無効ブロックであるため無効ブ
ロックを表す符号を符号化データ（107）として送信バ
ッファ（７）へ出力する。

一方、量子化部（14）での量子化打ち切りは判定部
（11）からの判定結果（113）により制御され、計数値
（111）≧閾値（112）のとき後続する変換係数に対して
量子化処理を打ち切る。

また、第５図の例において例えば閾値は４または５に
設定したときの事象記憶部（12）に記憶される事象と量
子化部（14）で量子化を行う係数の個数はそれぞれ次の
ようになる。

閾値４のときＱ（５）からＱ（８）で零係数が４つ連
続するため量子化打ち切りの条件を満たし、ゼロランと
非零係数値の組として記憶される事象は（0,20），（2,
15）であり、量子化を行う変換係数の個数はＱ（１）か
らＱ（８）までの８個となる。

閾値５のときＱ（14）からＱ（18）で零係数が５つ連
続するため記憶される事象は（0,20），（2,15），（4,
5），（3,2）であり、量子化を行う係数の個数はＱ
（１）からＱ（18）までの18個となる。

先に述べたように一般に変換係数は低周波から高周波
成分になるに従って強度が弱くなるため、量子化した結
果の量子化係数列Ｑ（ｎ）（105）もｎが大きくなるほ
ど連続して零となる確率が高い。従って、閾値（112）
を小さくするほど係数の伝送範囲が制限され量子化を要
する係数の個数が少なくなると同時に、発生する情報量
も減少する。従って、閾値（112）の値を量子化ステッ
プサイズと同様にバッファ残量（109）から適応的にフ
ィードバック制御すれば情報発生量の平滑化がより細か
く可能になる。

また、本実施例によれば必ずしもすべての変換係数に
対して量子化を行わないため、必要な変換係数だけ求め
るようにしておけば変換係数を求めるための演算処理も
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
化の組合わ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、この発明によれば連続する零の量子化
係数の個数により、後続する変換係数を量子化し符号化
するかどうかを判定するようにしたので、量子化・有効
無効識別・２次元可変長符号化を行うための事象生成に
要する演算量・処理時間を削減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一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）はブロック化部、（２）は線形変換部、（３）は
スキャン変換部、（４）、（14）は量子化部、（５）は
有効無効識別部、（６）は符号化部、（７）は送信バッ
ファ、（８）……符号化制御部、（９）はゼロカウン
タ、（10）は閾値設定部、（11）は判定部、（12）は事
象記憶部、（13）は符号割当て部、（105）は量子化係
数列、（111）は計数値、（112）は閾値、（113）は判
定結果、（114）は事象である。 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】入力信号系列から線形変換係数を求める線
   形変換手段と、 前記求められた変換係数を所定の量子化特性で量子化す
   る量子化手段と、 前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、 前記量子化係数から非零の係数と前記非零の係数が現れ
   るまでに前記計数手段により計数された連続零係数の個
   数とを組として記憶する記憶手段と、 送信バッファの状態に基づいて符号化伝送する連続零係
   数の個数の閾値を設定する閾値設定手段と、 前記連続零係数を計数した値が前記設定された閾値を越
   えたとき後続する変換係数の量子化を打ち切り前記記憶
   された組毎に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。