JP2669963B2 - 画像データの圧縮符号化方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゲームや教育用などの
動画データに対しデータ圧縮のための符号化を行う画像
データの圧縮符号化方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ゲームや教育用などのフレーム構成の動
画データに対しデータ圧縮のための符号化を行ってＣＤ
−ＲＯＭなどの大容量記録媒体に記録する画像データの
圧縮符号化装置が開発中である。この圧縮のための符号
化としては、１フレーム分の画像データのブロックへの
等分割、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、量子化（Ｑ）及
び可変長符号化（ＶＬＣ）を順次組合せるハイブリッド
符号化と称されるものが有望視されている。この符号化
に際しては、再生装置側のバッファメモリ量の低減と同
期制御の簡易化などを図るうえで、１フレーム分の圧縮
済みデータを可能な限り平滑化することが望ましく、こ
れを実現するため、１フレーム分の全符号量を計数しこ
れを一定に保つ方向に量子化のステップサイズを動的に
変更するなど各種の手法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の量子化ステ
ップサイズの動的変更などをはじめとする各種のデータ
平滑化の手法によってもデータ平滑化の点で十分とはい
えず、一層に効果的な平滑化の手法が望まれている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決したものであり、外部指令に基づき１フレームの上限
符号量（Ｆ0）と１ブロックの上限符号量（Ｂ0）とを設
定する第１の段階と、１フレーム内の各ブロックについ
てハイブリッド符号化を行いブロック末尾まで連続する
ゼロのデータ（無効データ）を除く有効データの符号量
（Ｂ1）を算定し、該符号量（Ｂ1）が前記１ブロックの
上限符号量（Ｂ0）を超過したブロックについてはこの
超過分の有効データの途中打切りを行う第２の段階と、
この超過分の有効データの途中打切りを受けたブロック
を含むフレーム内の全ブロックの符号化後の有効データ
の全符号量を積算し、該積算値が１フレームの上限符号
量（Ｆ0）以上であれば有効データの途中打切りを受け
たブロックを含む全ブロックについて作成された有効デ
ータを用いて圧縮データの組立てを行い、上記積算値が
１フレームの上限符号量（Ｆ0）未満であればこの上限
符号量（Ｆ0）以上となるか又はこのフレームの最終ブ
ロックに達するまで有効データの途中打切りを行ったブ
ロックに対する上限符号量（Ｂ0）を緩和しながらこの
緩和による増加分を含む有効データを用いて圧縮データ
の組立てを行う第３の段階とを含むことを特徴とするも
のである。

【０００５】さらに、本発明の一実施例によれば、上記
第２の段階は、各ブロック内に所定個数にわたって出現
する無効データ群であって所定符号長の有効データ（Ｅ
ＳＣコード）に置換可能なものの発生個数を計数する段
階を含み、上記第３の段階は、上記積算値が１フレーム
の上限符号量（Ｆ0）に達する前にこの１フレーム分の
圧縮データの組立てが終了した場合には、上記積算値が
１フレームの上限符号量（Ｆ0）以上となるか又はこの
フレームの圧縮データの組立てが終了するまで該当のブ
ロックについて無効データ群を所定符号長の有効データ
（ＥＳＣコード）に置換する段階を含むことを特徴とす
るものである。

【０００６】

【実施例】図２は、本発明の―実施例に係る圧縮符号化
方法を適用する画像データの圧縮符号化装置の構成を示
すブロック図であり、２０は圧縮対象の動画データの入
力端子、２１はブロック分割部、２２は離散コサイン変
換（ＤＣＴ）部、２３は量子化（Ｑ）部、２４は可変長
符号化（ＶＬＣ）部、２５はデータメモリ部、２６はデ
ータ組立て部、２７は量子化ステップ制御部、２８は符
号量制御部、２９は圧縮済みの動面データの出力端子で
ある。

【０００７】圧縮対象のフレーム構成のディジタル動画
データが入力端子２０を経由してフレーム単位でブロッ
ク分割部２１に供給され、ここで、例えば８×８画素の
サイズのブロックに等分割されながらデータメモリ２５
に書込まれる。離散コサイン変換部２２は、ブロックご
とに等分割された動画データをデータメモリ２５から１
ブロック単位で読出して二次元的な離散コサイン変換を
行い、変換係数群をデータメモリ２５に書込む。量子化
部２３は、この変換係数群をデータメモリ２５から読出
し、これらを量子化ステップサイズ制御部２７からの指
令に基づくステップサイズで量子化し、量子化データを
データメモリ２５に書込む。可変長符号化部２４は、量
子化データをデータメモリ２５から読出し、出現頻度の
大きなものほど短い符号を割当てる可変長符号化を行
い、データメモリ２５に書込む。

【０００８】量子化ステップサイズ制御部２７は、デー
タメモリ２５に書込まれた各ブロックの可変長符号のデ
ータのうち無効データを除く有効データについて１フレ
ーム内の全ブロックにわたって積算し、この１フレーム
分の積算値を所定値と比較する。ここで、無効データと
はブロックの末尾まで連続するゼロのデータのことであ
り、有効データの前に出現するゼロデータは有効データ
として扱われる。上記無効データは、原則として圧縮デ
ータの組立て時に廃棄されると共に、例外的には、所定
符号長の有効データ（ＥＳＣコード）に変換され、圧縮
データ中に組み込まれる。この無効データの有効データ
への変換については後に詳述する。

【０００９】量子化ステップサイズ制御部２７は、上記
１フレーム分の有効データの積算値が上記所定値を超過
する場合には、量子化部２３に対しこの超過量に応じた
所定値だけ量子化ステップサイズを増加させる。逆に、
量子化ステップサイズ制御部２７は、上記１フレーム分
の積算値が上記所定値に満たない場合には、量子化部２
３に対しこの不足量に応じた所定値だけ量子化ステップ
サイズを減少させる。―般に、量子化データのレベルの
絶対値が小さくなるほどその出現頻度が高くなるため、
量子化ステップサイズの増加に伴って量子化データの絶
対値が減少すると、可変長符号化後のデータ量が減少す
る。逆に、量子化ステップサイズの減少に伴って量子化
データの絶対値が増加すると、可変長符号化後のデータ
量が増加する。

【００１０】符号量制御部２８は、上述のような量子化
ステップサイズの制御のもとに作成された可変長符号化
データに対し、図１のフローチャートに示す内容の符号
量制御を行う。なお、図２に示す各フレームの処理に先
立って、符号量制御部２８は、装置外部から図示しない
入力部を介して入力される画像サイズ、フレームレート
及びビットレートに基づき、１フレームの上限符号量
（Ｆ0）と１ブロックの上限符号量（Ｂ0）とを算定し、
これらを内蔵のレジスタに予め設定しておく。

【００１１】符号量制御部２８は、各フレームについて
の符号量制御処理を開始すると、まず、先頭ブロック内
の有効データの符号量（Ｂ1）を計数し、これと１ブロ
ックの上限符号量（Ｂ0）との大小関係を比較する（ス
テップ１）。符号量制御部２８は、Ｂ1＞Ｂ0であるかＢ
1≦Ｂ0であるかに応じて、有効データに対する途中打切
りの要否を判定する（ステップ２）。すなわち、符号量
制御部２８は、Ｂ1＞Ｂ0であれば、このブロック内の有
効データの符号量が上限値Ｂ0を超過した分については
この有効データの途中打切りを行う必要があると判定
し、このブロックの末端を示すＥＯＢ符号としてＢＢを
設定する（ステップ４）。また、符号量制御部２８は、
Ｂ1≦Ｂ0であれば、ブロック内の有効データについての
途中打切りを要しないと判定し、このブロックの末端を
示すＥＯＢ符号としてＡＡを設定する（ステップ３）。

【００１２】次に、符号量制御部２８は、各ブロック内
において１６個連続する無効データ群であって１２ビッ
ト幅のＥＳＣ（エスケープ）コードに変換可能な無効デ
ータ群の発生個数を計数し、この計数結果を保存する
（ステップ５）。すなわち、１６個未満にわたって連続
する無効データについてはＥＳＣコードへの変換が不能
であり、１６個以上３２個未満にわたって連続する無効
データ群については１個のＥＳＣコードに変換可能であ
り、３２個以上４８個未満にわたって連続する無効デー
タについては２個のＥＳＣコードに変換可能である。１
ブロック内のデータの個数が６４個の場合には、上記Ｅ
ＳＣコードへの変換可能個数が「０」，「１」，
「２」，「３」のいずれかとなる。先頭ブロックについ
て上述の処理が終了すると、このフレーム内の最終ブロ
ックについての処理であるか否かが判定され（ステップ
６）、否定的な場合にはステップ１に戻り、フレーム内
の最終ブロックに至るまで上述の処理が繰り返されたの
ち、処理は次のステップ７に移行する。

【００１３】符号量制御部２８は、ステップ７におい
て、上記超過分の有効データの途中打切りを受けたブロ
ックを含むフレーム内の全ブロックの有効データの全符
号量の積算値（Ｆ1）を算定し、この積算値（Ｆ1）を１
フレームの上限符号量（Ｆ0）と比較する。符号量制御
部２８は、積算値（Ｆ1）が上限符号量（Ｆ0）以上であ
れば上記有効データについての途中打切りを全て有効と
し、この途中打切りを受けたブロックを含む全ブロック
について作成された有効データを用いた圧縮データの組
立てをデータ組立て部２６に指令し、このフレームにつ
いての処理を終了する。符号量制御部２８は、１フレー
ム内の全ブロックの有効符号量の積算値（Ｆ1）が１フ
レームの上限符号量（Ｆ0）に達していなければ、有効
データの途中打切りを行ったブロックについてその上限
符号量（Ｂ0）を緩和（増加）させる（ステップ８）。
この上限符号量（Ｂ0）の緩和は、有効データの途中打
切りを受けた各ブロックについてその配列の順に行われ
る。この上限符号量（Ｂ0）の緩和は、これに伴って全
ブロックの有効データの符号量の積算値が１フレームの
上限符号量（Ｆ0）以上となったことがステップ７で検
出されるか、又はこの緩和に伴って有効データの途中打
切りブロックが存在しなくなったことをステップ９で検
出されるまで継続される。

【００１４】符号量制御部２８は、上記上限符号量（Ｂ
0）の緩和に伴って全ブロックの有効データの符号量の
積算値（Ｆ1）が１フレームの上限符号量（Ｆ0）以上と
なったことをステップ７で検出すると、この緩和された
上限符号量のもとで有効データの途中打切り受けたブロ
ックを含む全ブロックの有効データを用いた圧縮データ
の組立てをデータ組立て部２６に指令し、このフレーム
についての処理を終了する。これに対して、符号量制御
部２８は、上記上限符号量（Ｂ0）の緩和に伴い有効デ
ータの途中打切りブロックが存在しなくなったことをス
テップ９で検出すると、全ブロックの有効データの符号
量の積算値（Ｆ1）が１フレームの上限符号量（Ｆ0）以
上となったか否かを判定する（ステップ１０）。符号量
制御部２８は、ステップ１０においてＦ1≧Ｆ0であるこ
とを検出すると、有効データの途中打切りを受けない全
ブロックの有効データを用いた圧縮データの組立てをデ
ータ組立て部２６に指令し、このフレームについての処
理を終了する。

【００１５】符号量制御部２８は、ステップ１０におい
てＦ1＜Ｆ0であることを検出すると、ＥＳＣコードに変
換可能な連続無効データを含むブロックについて、この
ＥＳＣコードへの変換を実行する。このＥＳＣコードへ
の変換は、まず、最大の変換可能個数を有するブロック
についてブロック配列順に実行したのち、未変換ブロッ
クの有無を判定し（ステップ１２）、来変換ブロックが
残っている場合においてなおＦ1＜Ｆ0であることをステ
ップ１０で判定すると、ステップ１１に戻り、次に大き
な変換可能個数を有するブロックについてブロック配列
順に実行するという処理を繰り返す。このＥＳＣコード
への変換が１回実行されるたびに、フレーム内の有効デ
ータ量の符号量（Ｆ1）が所定値、この例では１２ビッ
トずつ増加してゆく。符号量制御部２８は、上記ＥＳＣ
コードへの変換の途中で１フレーム内の有効データの符
号量（Ｆ1）が上限符号量（Ｆ0）以上となったことをス
テップ１０で判定すると、これまでに作成した各ブロッ
クの有効データを用いた圧縮データの組立てをデータ組
立て部２６に指令し、このフレームについての処理を終
了する。

【００１６】符号量制御部２８は、全てのブロックにつ
いてＥＳＣコードへの変換が終了すると、これまでに作
成した各ブロックの有効データを用いた圧縮データの組
立てをデータ組立て部２６に指令し、このフレームにつ
いての処理を終了する。

【００１７】以上、符号量制御部２８による符号量の制
御を、量子化ステップサイズ制御部２７による量子化ス
テップサイズの制御と組合せて行う場合について本発明
を例示した。しかしながら、そのような量子化ステップ
サイズの制御による符号量の制御と組合せることなく単
独で、あるいは他の適宜な方法による符号量の制御と組
合せて符号量制御部２８による符号量の制御を実行する
構成とすることもできる。

【００１８】また、フレーム構成の動画を圧縮する場合
を例にとって本発明を説明した。しかしながら、フレー
ム構成の静止画を圧縮する場合にも本発明を適用でき
る。なお、上記の説明において、Ｆ0，Ｆ1，Ｂ0，Ｂ1等
の表記に含まれる末尾の数値は、図面中は添え字として
記載してあるため、明細書の表記（半角文字）と図面の
表記とが若干異なるが、両者は同一の数値を指すもので
ある。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、フレーム構成の画像デ
ータに対しフレーム内のブロック分割、ブロック内の離
散コサイン変換、量子化及び可変長符号化を組合せたハ
イブリッド符号化を行ってデータ量の圧縮を行う画像デ
ータの圧縮符号化し、ブロック内の有効データの符号量
が上限値（Ｂ1）を超過した場合の有効データを途中で
打切るとともに、フレーム内の有効データの符号量が上
限値（Ｆ0）に達しない場合は上限値（Ｂ1）を緩和する
ようにしたから、フレーム間の符号量の平滑化を促進す
ることができ、単独でも勿論のことながら、量子化ステ
ップサイズの制御等を含む各種のデータ平滑化と組合せ
ることで、フレーム間のデータの一層の平滑化を図るこ
とができ、これによりゲームや教育用などのフレーム構
成の動画データに対しデータ圧縮のための符号化を行っ
てＣＤ−ＲＯＭなどの大容量記録媒体に記録する画像デ
ータの圧縮符号化に非常に適した圧縮符号化方法或いは
圧縮符号化装置を提供することができる等の優れた効果
を奏する。 また、本発明は、フレーム内の有効データの
符号量がなお上限値（Ｆ0）に達しない場合に、所定の
符号量の有効データ（ＥＳＣコードなど）を挿入して符
号量の制御を実行するようにしたから、ＥＳＣコードへ
の変換が１回実行されるたびに、フレーム内の有効デー
タ量の符号量（Ｆ1）が所定値ずつ増加してゆくため、
ＥＳＣコードへの変換の途中で１フレーム内の有効デー
タの符号量（Ｆ1）が上限符号量（Ｆ0）以上となったこ
とを受けて、これまでに作成した各ブロックの有効デー
タを用いた圧縮データの組立てを行うことで、フレーム
間の符号量 の平滑化を良好に推進することができる等の
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２に示した符号量制御部が実行する符号量の
平滑化処理の内容を説明するためのフローチャートであ
る。

【図２】本発明の一実施例に係わる画像データの圧縮符
号化方法を適用する画像データの圧縮符号化装置の構成
を示すブロック図である。

【符号の説明】

２０ 圧縮対象のフレーム構成の動画データの入力端子 ２１ ブロック分割部 ２２ 離散コサイン変換（ＤＣＴ）部 ２３ 量子化部 ２４ 可変長符号化（ＶＬＣ）部 ２５ データメモリ ２６ データ組立て部 ２７ 量子化ステップサイズ制御部 ２８ 符号量制御部 ２９ 圧縮符号化済みの動画データの出力端子

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレーム構成の画像データに対しフレー
   ム内のブロック分割、ブロック内の離散コサイン変換、
   量子化及び可変長符号化を組合せたハイブリッド符号化
   を行ってデータ量の圧縮を行う画像データの圧縮符号化
   方法において、外部指令に基づき１フレームの上限符号
   量（Ｆ0）と１ブロックの上限符号量（Ｂ0）とを設定す
   る第１の段階と、１フレーム内の各ブロックについてハ
   イブリッド符号化を行いブロック末尾まで連続するゼロ
   のデータ（無効データ）を除く有効データの符号量（Ｂ
   1）を算定し、該符号量（Ｂ1）が前記１ブロックの上限
   符号量（Ｂ0）を超過したブロックについてはこの超過
   分の有効データの途中打切りを行う第２の段階と、この
   超過分の有効データの途中打切りを受けたブロックを含
   むフレーム内の全ブロックの符号化後の有効データの全
   符号量を積算し、該積算値が前記１フレームの上限符号
   量（Ｆ0）以上であれば前記有効データの途中打切りを
   受けたブロックを含む全ブロックについて作成された有
   効データを用いて圧縮データの組立てを行い、前記積算
   値が前記１フレームの上限符号量（Ｆ0）未満であれば
   この上限符号量（Ｆ0）以上となるか又はこのフレーム
   の最終ブロックに達するまで前記有効データの途中打切
   りを行ったブロックに対する上限符号量（Ｂ0）を緩和
   しながらこの緩和による増加分を含む有効データを用い
   て圧縮データの組立てを行う第３の段階とを含むことを
   特徴とする画像データの圧縮符号化方法。
2. 【請求項２】 前記第２の段階は、各ブロック内に所定
   個数にわたって出現する無効データ群であって所定符号
   長の有効データ（ＥＳＣコード）に置換可能な無効デー
   タ群の発生個数を計数する段階を含み、前記第３の段階
   は、前記積算値が前記１フレームの上限符号量（Ｆ0）
   に達する前にこのフレーム分の圧縮データの組立てが終
   了した場合には、前記積算値が前記１フレームの上限符
   号量（Ｆ0）以上となるか又はこのフレームの圧縮デー
   タの組立てが終了するまで該当のブロックについて前記
   無効データ群を所定符号長の有効データ（ＥＳＣコー
   ド）に置換する段階を含むことを特徴とする請求項１記
   載の画像データの圧縮符号化方法。
3. 【請求項３】 フレーム構成の画像データを、フレーム
   単位でブロック分割するブロック分割部と、前記ブロッ
   クに分割された画像データに離散コサイン変換を施して
   変換係数群を出力する離散コサイン変換部と、前記変換
   係数群を所定のステップサイズで量子化する量子化部
   と、前記量子化されたデータを出現頻度が大きなものと
   ほど短い可変長符号を割り当てて符号化する可変長符号
   化部と、外部指令に基づき１フレームの上限符号量（Ｆ
   0）と１ブロックの上限符号量（Ｂ0）とが設定され、前
   記可変長符号についてブロック末尾まで連続するゼロの
   データ（無効データ）を除く有効データの符号量（Ｂ
   1）を算定し、該符号量（Ｂ1）が前記１ブロックの上限
   符号量（Ｂ0）を超過したブロックについてはこの超過
   分の有効データの途中打切りを行い、この超過分の有効
   データの途中打切りを受けたブロックを含むフレーム内
   の全ブロックの符号化後の有効データの全符号量を積算
   し、該積算値が前記１フレームの上限符号量（Ｆ0）以
   上であれば、前記有効データの途中打切りを受けたブロ
   ックを含む全ブロックについて作成された有効データを
   出力し、前記積算値が前記１フレームの上限符号量（Ｆ
   0）未満であれば、この上限符号量（Ｆ0）以上となるか
   又はこのフレームの最終ブロックに達するまで前記有効
   データの途中打切りを行ったブロックに対する上限符号
   量（Ｂ0）を緩和しながらこの緩和による増加分を含む
   有効データを出力する符号量制御部と、該符号量制御部
   が出力する有効データを用いて圧縮データを組立てるデ
   ータ組立て部とを具備することを特徴とする画像データ
   の圧縮符号化装置。
4. 【請求項４】 前記符号化制御部は、各ブロック内に所
   定個数にわたって出現する無効データ群であって所定符
   号長の有効データ（ＥＳＣコード）に置換可能な無効デ
   ータ群の発生個数を計数し、前記積算値が前記１フレー
   ムの上限符号量（Ｆ0）に達する前にこのフレーム分の
   圧縮データの組立てが終了した場合には、前記積算値が
   前記１フレームの上限符号量（Ｆ0）以上となるか又は
   このフレームの圧縮データの組立てが終了するまで該当
   のブロックについて前記無効データ群を所定符号長の有
   効データ（ＥＳＣコード）に置換することを特徴とする
   請求項３記載の画像データの圧縮符号化装置 。