JP2521359B2 - 画像符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、原画像のもつデータ量を圧縮して符号化す
る画像符号化装置に関するものである。

【従来の技術】

従来より、画像内の画素間の相関を利用することによ
り画像データを圧縮して符号化する画像符号化方式とし
て外挿予測離散サイン変換符号化方式が提案されてい
る。 この画像符号化方式では、原画像を水平方向と垂直方
向とにそれぞれ所定数の画素を含んだ複数個のブロック
に分割し、各ブロックごとに順次符号化するのであっ
て、符号化後にすでに再生されている画素値に基づいて
符号化対象となる画素値を外挿的に予測した予測値と、
原画像における符号化対象となる画素値とを比較して予
測誤差を求め、次いで予測誤差を離散サイン変換して変
換係数を求めた後、この変換係数を符号化する。 すなわち、第５図に示すように、原画像はフレームメ
モリ１に記憶されており、ブロック単位で読み出され、
符号化部２で符号化されるとともに、符号化されたブロ
ックは再生部３で再生される。また、再生部３ですでに
再生されている画素値に基づいて予測部４で予測値が与
えられるのである。符号化部２は、原画像より得たブロ
ック内の各画素と予測値とを比較する比較器21を備え、
比較器21より出力された予測誤差には離散サイン変換手
段22により水平方向と垂直方向とについての離散サイン
変換が施されて変換係数が得られる。変換係数は、量子
化手段23で量子化されて変換係数に対応した量子化イン
デクスが得られる。さらに符号化手段24では量子化イン
デクスを符号化し、符号として出力する。 量子化インデクスは、符号化手段24によって符号化さ
れると同時に、逆量子化手段31、逆離散サイン変換手段
32、加算器33、再生画像記憶手段34を備えた再生部３に
より元の画素値に復元されて再生画像記憶手段34に記憶
される。すなわち、量子化インデクスを、逆量子化手段
31、逆離散サイン変換手段32に通すことにより予測誤差
が復元されるのであり、加算器33では、比較器21に入力
された予測値と同じ予測値を復元された予測誤差に加算
することによって元の画素値を復元するのである。予測
部４は予測手段41を備え、予測手段41では、再生画像記
憶手段34に格納された画素値に基づいて符号化対象とな
る原画像のブロック内の画素値に対する予測値を生成す
る。

【発明が解決しようとする課題】

上述した画像符号化方式では、量子化手段23における
量子化のステップ数が固定されているから、原画像の冗
長度が高ければ符号量が小さくなり、冗長度が低ければ
符号量が大きくなるものであり、原画像に応じて符号量
が変化する。 一方、電子スチルカメラ等では、記憶媒体に記憶する
画像の枚数を一定にする必要があるから、１画像に対す
る符号量を一定にすることが要求される。しかしなが
ら、上述した画像符号化方式では、各画像に対する符号
量が一定ではないから、このような要求を満たすことが
できないという問題を有していた。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、
各画像に対してほぼ一定した符号量の符号が得られる画
像符号化装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

本発明では、上記目的を達成するために、符号量が所
定の目標値よりも小さくなるように設定された第１のス
テップ数で量子化して原画像を符号化する第１過程と、
再生部で再生された画像の各ブロックと原画像の対応す
る各ブロックとの誤差をそれぞれ求める第２過程と、第
１ステップ数よりも符号量が増加するように設定された
第２のステップ数で上記誤差の大きいブロックから順に
量子化して原画像を符号化する第３過程とを設け、第３
過程ですでに符号化が終了しているブロックについての
符号と、符号化していないブロックについての第１過程
で得られた符号との合計の符号量が上記目標値に達する
まで第３過程による符号化を行う符号化制御手段を設け
ているのである。

【作用】

上記構成によれば、符号量が目標値よりも小さくなる
ようにして符号化を行った後、符号量を目標値に近付け
るように量子化のステップ数を変更し、原画像との誤差
が大きいブロックから順に変更したステップ数で量子化
を行い、符号量が目標値に達するまで変更したステップ
数での符号化を行うようにしているから、画像にかかわ
らず符号量が一定になるのである。また、原画像との誤
差が大きいブロックから順に符号量を増加させているか
ら、画像内で変化の大きな部分については符号量を多く
することができ、再生画像の品質を符号量の制約の範囲
でできるだけ高くすることができるのである。さらに、
上記符号化方法は予測誤差を符号化する構成であって、
符号化と同時に再生画像が得られるので、従来例に比べ
て構成を大きく変更しなくても原画像と再生画像との誤
差を求めることができる。

【実施例】

第１図は原画像を圧縮符号に変換する部分を示すブロ
ック図である。原画像はフレームメモリ１に格納され、
水平方向と垂直方向とについてそれぞれ所定数の画素を
有した複数のブロックに分割されてフレームメモリ１か
ら順次読み出される。符号化対象となるブロック内の各
画素値（濃度）は符号化部２により符号化され、符号化
と同時に再生部３では画素値が再生される。また、すで
に再生されている画素値に基づいて符号化対象となるブ
ロック内の画素値に対応する予測値が予測部４において
外挿的に予測される。 符号化部２は、フレームメモリ１から読み出したブロ
ック内の各画素値を対応する予測値と比較して予測誤差
を求める比較器21を備え、予測誤差は離散サイン変換手
段22により離散サイン変換されて変換係数が得られる。
すなわち、離散サイン変換手段22では次のような演算を
行う。ブロックが、水平方向にＫ画素、垂直方向にＬ画
素を有するものとし、Ｋ＝Ｌ＝４として説明する。離散
サイン変換は、次式の行列演算として表される。 ［Z_j］＝［S_ij］×［Y_i］ ここに、［Y_i］は入力ベクトル、［Z_j］は変換係数ベク
トル、［S_ij］は離散サイン変換マトリクスである。実
際の演算にあたっては、まず、ブロックの予測誤差の水
平方向の各列をそれぞれ入力ベクトルとして、上記行列
演算を各列について行う。次に、上記演算により得られ
た変換係数ベクトルの２次元ブロックに対し、垂直方向
の各列を入力ベクトルとして上記行列演算を行う。ここ
において、離散逆サイン変換を施す場合には、行列演算
において離散サイン変換マトリクス［S_ij］を転置行列
に置き換えて、同様の行列演算を行えばよい。以上のよ
うにして、離散サイン変換および離散逆サイン変換を行
うことができる。 離散サイン変換により得られた変換係数は量子化手段
23によって量子化される。量子化手段23では、符号化対
象のブロックの各変換係数の振幅値に対して、第２図に
示すような関係で量子化インデクスを与える。ここにＴ
は量子化の際のステップ幅である。このようにして量子
化インデクスを与えると、変換係数が開区間（−T,T）
の範囲にあれば、量子化インデクスが０になる。 量子化インデクスは、符号化手段24で符号化される。
符号化手段24では、量子化インデクスが０である変換係
数を無意係数とし、それ以外の有意係数とは区別する。
有意係数の量子化インデクスに対しては第１の可変長符
号を割り当てる。また、有意係数を１、無意係数と０と
すれば、２次元ブロック内での有意係数と無意係数との
配置パターンが得られるから、各配置パターンに対して
第２の可変長符号を与える。符号化手段24により得られ
た符号は出力バッファ25に一旦格納される。ここにおい
て、量子化手段23におけるステップ数は少なくとも２段
階に設定されており、そのうちの１つのステップ数を採
用したときには、符号量があらかじめ設定された目標値
よりも少なくなり、他のステップ数を採用したときに
は、符号量が増加するようになっている。 一方、再生部３は、量子化インデクスを逆量子化して
変換係数を復元する逆量子化手段31、変換係数に逆離散
サイン変換を施して予測誤差を復元する逆離散サイン変
換手段32、符号化対象であるブロックに対して予測部４
で得られた予測値と逆離散サイン変換により得られた予
測誤差とを加算して原画像に対応するブロックを再生す
る加算器33、加算器33の出力を格納する再生画像記憶手
段34を備えている。 予測部４である予測手段41では、上述のようにして再
生画像記憶手段34に格納された再生済みの画素値に対し
て予測係数を乗じることにより、予測値を生成するので
ある。すなわち、第３図に示すようにして予測対象のブ
ロックＢ内の各画素に対応する予測値を与える。ここ
に、第３図における□は符号化後に再生された画素、○
は符号化する画素を示している。また、各画素の予測
は、水平方向において左から右に向かって行われ、１行
の予測が終了すると垂直方向に１段下がり、次の行で左
から右に向かって予測が行われる。予測対象である画素
値の予測には、対象となる画素の上隣の画素の値と左隣
の画素の値とを用いる。たとえば、画素Ｘの予測値Ｘ
は、上隣の画素の値をP₁、左隣の画素の値をP₂とし、予
測係数をa₁,a₂とするときに、 ＝a₁P₁+a₂P₂ として与えられる。こうして、特定の画素に対して予測
値が与えられると、この画素の右隣の画素の予測値が演
算される。第３図における矢印は、２次元ブロックＢ内
の各画素が隣接する画素を用いて順次予測される様子を
示している。ここに、各予測係数a₁,a₂は、通常は0.5に
設定されている。 ところで、再生画像記憶手段34に原画像の全ブロック
が格納されると、フレームメモリ１内の各ブロック内の
画素値と、再生画像記憶手段34内の対応する各ブロック
内の画素値とが比較器５により比較され、符号化制御手
段６では、再生画像が原画像に対してどの程度の誤差を
有しているかが求められる。誤差の評価は、ブロック内
の二乗平均誤差などを用いる通常の方法で行う。符号化
制御手段６では、上記誤差を評価した後、誤差の大きい
ブロックから順序を付ける。また、再生画像記憶手段34
に原画像の全ブロックが格納されたときには、原画像に
対応する圧縮符号が出力バッファ25に格納される。この
段階では、出力バッファ25に格納された符号の全符号量
が、あらかじめ設定された目標値よりも少なくなるよう
に、量子化手段23でのステップ数が設定される。次に、
符号化制御手段６では、出力バッファ25に格納される符
号量が増加するように、制御信号C2によって量子化手段
23のステップ数を変更し、上述のように順序付けした各
ブロックを、制御信号C1により誤差の大きい方から順に
読み出して再度符号化を行い、こうして符号化されたブ
ロックに対応する出力バッファ25内の符号をすでに格納
されている符号と置き換える。このとき、どのブロック
を変更したステップ数で符号化しているのかという情報
も符号化手段24に入力して符号化する。また、符号化制
御手段６では、出力バッファ25内の符号量に対応する制
御信号C3を監視し、符号量が目標値に達したかどうかを
判定する。すなわち、変更後のステップ数を採用して各
ブロックを順次符号化しているときに、すでに符号化し
たブロックの符号と、まだ符号化されていないブロック
に関する変更前のステップ数に対する符号との合計の符
号量が目標値に達すると、その時点で変更後のステップ
数を用いた符号化処理を停止し、この時点で出力バッフ
ァに格納されている符号を圧縮符号として出力するので
ある。なお、ステップ数を変更して全ブロックを符号化
しても符号量が目標値に達しない場合も考えられるが、
この場合、さらに符号量が大きくなるようなステップ数
を採用して再度符号化を行うようにしたり、原画像の冗
長度が非常に高いものとして符号化を打ち切って、符号
量の少ないままで圧縮符号を出力すればよい。 圧縮符号から画像を再生するには、第４図に示すよう
に、復号化手段11によりどのブロックに対して符号量の
多いステップ数を採用したかという制御情報C4を復元す
るともに、圧縮符号を復元し、逆量子化手段12では制御
情報C4に基づいて各ブロックに対して相応するステップ
数を適用することにより変換係数を復元した後、逆離散
サイン変換手段13により予測誤差を復元する。また、予
測誤差は、すでに復元され記憶手段15に記憶されている
ブロックに基づいて予測手段16で予測された予測信号と
加算器14によって加算され、ブロック内の画素値が復元
される。復元された画素値は、以後の予測に備えて記憶
手段15に記憶されるとともに、再生画像記憶手段17に順
次格納される。予測手段16では、符号化の際と同じ予測
係数を用いて予測値を再生する。こうして、予測誤差と
予測値との加算結果がブロックの再生値として出力され
るのである。再生画像記憶手段17に全ブロックの再生値
が格納されると、再生画像が得られるのである。

【発明の効果】

本発明は上述のように、符号量が所定の目標値よりも
小さくなるように設定された第１のステップ数で量子化
して原画像を符号化する第１過程と、再生部で再生され
た画像の各ブロックと原画像の対応する各ブロックとの
誤差をそれぞれ求める第２過程と、第１のステップ数よ
りも符号量が増加するように設定された第２のステップ
数で上記誤差の大きいブロックから順に量子化して原画
像を符号化する第３過程とを設け、第３過程ですでに符
号化を終了しているブロックについての符号と、符号化
していないブロックについての第１過程で得られた符号
との合計の符号量が上記目標値に達するまで第３過程に
よる符号化を行う符号化制御手段を設けているものであ
り、符号量が目標値よりも小さくなるようにして符号化
を行った後、符号量を目標値に近付けるように量子化の
ステップ数を変更し、原画像との誤差が大きいブロック
から順に変更したステップ数で量子化を行い、符号量が
目標値に達するまで変更したステップ数での符号化を行
うようにしているから、画像にかかわらず符号量が一定
になるという利点がある。また、原画像との誤差が大き
いブロックから順に符号量を増加させているから、画像
内で変化の大きな部分については符号量を多くすること
ができ、再生画像の品質を符号量の制約の範囲でできる
だけ高くすることができるのである。さらに、予測誤差
を符号化する構成であって、符号化と同時に再生画像が
得られるので、従来例に比べて構成を大きく変更しなく
ても原画像と再生画像との誤差を求めることができると
いう効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における符号化処理部を示すブ
ロック図、第２図は同上における量子化インデクスの与
え方を示す動作説明図、第３図は同上における予測値の
求め方を示す動作説明図、第４図は同上の復号化処理部
を示すブロック図、第５図は従来例における符号化処理
部を示すブロック図である。 １……フレームメモリ、２……符号化部、３……再生
部、４……予測部。

フロントページの続き (72)発明者 山根 延元 岡山県岡山市津島中１丁目３番ＲＢ棟 103

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原画像をそれぞれ所定数の画素を含む複数
   個のブロックに分割して各ブロックごとに順次符号化す
   る符号化部と、符号化されたブロック内の画素値を再生
   する再生部と、原画像における符号化対象のブロック内
   の画素値に対応する予測値を再生部ですでに再生されて
   いる画素値に基づいて外挿的に予測する予測部とを有
   し、符号化部では、符号化対象となるブロック内の各画
   素値を上記予測値と比較して予測誤差を求め、次いで符
   号化対象となるブロック内の予測誤差に直交変換を行っ
   て変換係数を求め、符号化対象となるブロック内の変換
   係数に対応した量子化インデクスが付与されるように量
   子化した後、量子化インデクスを符号化し、再生部で
   は、符号化部で得られる量子化インデクスに基づいてブ
   ロック内の画素値を再生する画像符号化装置において、
   符号量が所定の目標値よりも小さくなるように設定され
   た第１のステップ数で量子化して原画像を符号化する第
   １過程と、再生部で再生された画像の各ブロックと原画
   像の対応する各ブロックとの誤差をそれぞれ求める第２
   過程と、第１ステップ数よりも符号量が増加するように
   設定された第２のステップ数で上記誤差の大きいブロッ
   クから順に量子化して原画像を符号化する第３過程とを
   有し、第３過程ですでに符号化が終了しているブロック
   についての符号と、符号化していないブロックについて
   の第１過程で得られた符号との合計の符号量が上記目標
   値に達するまで第３過程による符号化を行う符号化制御
   手段を設けたことを特徴とする画像符号化装置。