JP2700355B2 - 画像データの圧縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、CD−ROMなどを記録媒体とする動画の記録
・再生システムなどに利用される画像データの圧縮装置
に関するものである。

（従来の技術） 現在、ゲーム用や教育用などの動画を符号化によって
圧縮しながらCD−ROMなどの大容量記録媒体に記録し、
再生する記録・再生システムが開発中である。

データ圧縮のための符号化方式の典型的なものとし
て、DCT（離散コサイン変数）などの直交変換と、量子
化と、可変長符号化とを順次組合せて行うハイブリッド
符号化方式が知られている。このハイブリッド符号化方
式の詳細については、必要に応じて、本出願人の先願に
係わる「DCT−VQ圧縮画像データの伝送方式」と題する
特願昭62−313850号（特開平１−155791号）や、「DCT
圧縮動画データの記録・再生方式」と題する特願平２−
184242号（特開平４−72976号）の明細書などを参照さ
れたい。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来のハイブリッド符号化方式では、画面の状態
に応じたデータ量の変動に伴いフレームごとの圧縮デー
タのビット量が変動するので、再生の際に比較的大容量
のバッファが必要になると共に、バッファリングのため
の複雑な制御が必要になるという問題がある。

（課題を解決するための手段） 本発明に係わる画像データの圧縮装置は、直交変換手
段の出力を変更可能な量子化特性のもとで量子化する複
数の量子化手段と、これら量子化手段のそれぞれから出
力される複数系統の量子化出力のそれぞれを可変長符号
化して複数系統の圧縮画像データを出力する可変長符号
化手段と、上記複数系統の圧縮画像データのそれぞれ符
号量を検出しそれぞれの変動を抑圧する方向に各量子化
手段の量子化特性を変更する符号量制御手段と、上記複
数系統の圧縮画像データのそれぞれを復号して複数系統
の復号画像データを出力する局所復号手段と、上記複数
系統の復号画像データのそれぞれと原画像データとの差
分を検出し複数系統の圧縮画像データのうち検出した差
分が最小の復号画像データを発生させるものを選択して
出力する出力選択手段とを備えている。

本発明の一実施例によれば、上記複数の量子化手段
は、量子化ステップの変更が可能であると共にこの量子
化ステップを符号量制御手段の制御に基づき変更する第
１の量子化手段と、空間高調波の次数のうち所定の次数
よりも高いものを量子化の対象から除外することが可能
であると共にこの所定の次数を符号量制御手段の制御に
基づき変更する第２の量子化手段と、量子化ステップを
空間高調波の次数の増加に応じて変更可能な割合で増大
させることが可能であると共にこの増加の割合を符号量
制御手段の制御に基づき変更する第３の量子化手段を備
えている。

（作用） 以下、本発明の作用については、以下の実施例と共に
詳細に説明する。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例に係わる画像データの圧
縮装置の構成を示すブロック図であり、INは圧縮対象の
動画データの入力端子、１はDCT部、2A,2B,2Cは量子化
部、3A,3B,3Cは可変長符号化部、4A,4B,4Cは符号量制御
部、５はセレクタ、OUTは圧縮動画データの出力端子で
ある。

更に、第１図において、６はメモリ、7A,7B,7Cは可変
長符号復号部、8A,8B,8Cは逆量子化部、9A,9B,9Cは逆DC
T部、10A,10B,10Cはメモリ、11A,11B,11Cは減算部、12
は出力選択部である。

入力端子INから供給されるフレーム構成のディジタル
動画データは、DCT部１において複数のブロックに分割
されつつ各ブロックごとにDCT（離散コサイン変換）さ
れ、空間高調波の係数に変更される。このDCTの詳細に
ついては、必要に応じて、前述の各特許出願の明細書な
どを参照されたい。DCT部１から出力される各空間高調
波の次数の変換係数は、量子化部1A,1B,1Cに供給され、
量子化される。各量子化部における量子化の手法として
は、前述の特願昭62−313850号（特開平１−155791号）
の明細書に開示されたようなベクトル量子化の手法では
なく、前述の特願平２−184242号の明細書に開示された
ような通常のスカラー量子化の手法が適用される。ま
た、各量子化部においては、量子化ステップが入出力レ
ベルに依存しない一定値に保たれる直線量子化が行われ
る。

ただし、量子化部2A,2B及び2Cは、異なる手法により
量子化特性の変更が可能な構成となっている。すなわ
ち、量子化部2Aは量子化ステップの変更が可能な構成と
なっており、量子化部2Bは量子化対象の変換係数の空間
高調波の次数のうち所定の次数よりも高いものを量子化
の対象から除外する（打切る）ことが可能な構成となっ
ている。更に、量子化部2Cは量子化ステップを空間高調
波の次数の増加に応じて変更可能な割合で増大させるこ
とが可能な構成となっている。

量子化部2A,2B,2Cのそれぞれから出力される量子化出
力は、それぞれの後段に配置された可変長符号化部3A,3
B,3Cのそれぞれにおいて可変長符号化され、３系統の圧
縮データとなってセレクタ５の三つの入力端子の一つに
供給される。

符号量制御部4Aは、可変長符号化部3Aから出力される
第１の系統の圧縮データの符号量を検出し、その変動を
抑圧する方向に量子化部2Aの量子化特性を変更する。す
なわち、符号量制御部4Aは第１の系統の圧縮データの符
号量が所定の目標値よりも増加すると量子化部2Aの量子
化ステップを大きな値に変更し、逆に圧縮データの符号
量が目標値よりも減少すると量子化ステップを小さな値
に変更する。量子化部2Aの量子化ステップが大きな値に
変更されると、量子化出力が低下する。後段の可変長符
号化部3Aでは、発生頻度の低い低レベルの量子化出力ほ
ど短い符号が割当てられるため、量子化ステップの増大
に伴い可変長符号化部3Aから出力される圧縮動画データ
の符号量（データ量）が減少する。

符号量制御部4Bは、可変長符号化部3Bから出力される
第２の系統の圧縮データの符号量を検出し、その変動を
抑圧する方向に量子化部2Bの量子化特性を変更する。す
なわち、符号量制御部4Bは、第２の系統の圧縮データの
符号量が所定の目標値よりも増加すると量子化部2Bの量
子化打切り次数を低下させ、逆に圧縮データの符号量が
目標値よりも減少すると量子化打切り次数を高める。

符号量制御部4Cは、可変長符号化部3Cから出力される
第３の系統の圧縮データの符号量を検出し、その変動を
抑圧する方向に量子化部2Cの量子化特性を変更する。す
なわち、符号量制御部4Cは、第３の系統の圧縮データの
符号量が所定の目標値よりも増加すると空間高調波の次
数と共に量子化ステップの増加する割合を増加させ、逆
に圧縮データの符号量が目標値よりも減少すると次数と
共に量子化ステップの増加する割合を減少させる。

上記符号量制御部4A,4B,4Cによる量子化ステップや量
子化打切り次数などの量子化特性の変更量は、圧縮デー
タの符号量と目標値とのずれの大きさに応じた値に設定
される。また、この量子化特性の変更は、データの適宜
な区切り、例えば１フレーム分のデータごとに行われ
る。

上記復号化による圧縮処理と並行して、入力端子INに
供給される圧縮対象の原動画データがメモリ６に書込ま
れる。

一方、可変長符号化部3Aから出力される第１の系統の
圧縮データは、可変長符号復号部7A、逆量子化部8A及び
逆DCT部9Aから成る第１の系統の局部復号部に供給さ
れ、圧縮前の動画データに復元されてメモリ10Aに書込
まれる。また、可変長符号化部3Bから出力される第２の
系統の圧縮データは、可変長符号復号部7B、逆量子化部
8B及び逆DCT部9Bから成る第２の系統の局部復号部に供
給され、圧縮前の動画データに復元されてメモリ10Bに
書込まれる。さらに、可変長符号化部3Cから出力される
第３の系統の圧縮データは、可変長符号復号部7C、逆量
子化部8C及び逆DCT部9Cから成る第３の系統の局部復号
部に供給され、圧縮前の動画データに復元されてメモリ
10Cに書込まれる。

減算部11Aの一方の入力端子にはメモリ６から読出さ
れる原動画データが供給されると共に他方の入力端子に
はメモリ10Aから読出される複合動画データが供給され
る。また、減算部11Bの一方の入力端子にはメモリ６か
ら読出される原動画データが供給されると共に他方の入
力端子にはメモリ10Bから読出される複合動画データが
供給される。さらに、減算部11Cの一方の入力端子には
メモリ６から読出される原動画データが供給されると共
に他方の入力端子にはメモリ10Cから読出される複合動
画データが供給される。メモリ６とメモリ10Aからの読
出しタイミングは、画面内の同一画素データが同時に減
算部11Aの各入力端子に供給されるように調整されてい
る。メモリ６とメモリ10B、メモリ６とメモリ10Cからの
読出しタイミングについても同様である。

従って、減算部11A,11B及び11Cのそれぞれの出力端子
からは、各系統の動画データについて原画素とこれが一
旦圧縮を受けたのち局部復号部によって復元されたもの
との差分が出力される。出力選択部12は、減算部11A,11
B,11Cから出力される各系統の画素データの差分を所定
のデータ量（例えば１フレーム分のデータ量）にわたっ
て積算する。各系統の積算値は、これが小さくなるほ
ど、歪みが少なく忠実度の高い圧縮データが得られてい
ることを意味する。従って、出力選択部12は上記積算値
が最小の系統の圧縮動画データが出力端子OUTに出力さ
れるようにセレクタ５を制御する。この結果、出力端子
OUTからは、圧縮対象の画面に応じて最も忠実度の高い
圧縮画像データが出力される。

以上、量子化ステップ可変、量子化打切り次数可変及
び空間高調波の次数に応じた量子化ステップ可変特性を
有する３種類の量子化部を設置する構成を例示した。し
かしながら、上記３種類のうち２種類の量子化部を設置
したり、あるいは他の適宜な方法によって量子化特性を
可変する他の種類の量子化部を設置する構成とすること
もできる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明に係わる画像デー
タの圧縮装置は、可変量子化特性のもとで量子化され可
変長符号化された複数系統の圧縮画像データのそれぞれ
の符号量を検出しそれぞれの変動を抑圧する方向に各量
子化手段の量子化特性を変更する符号量制御手段を備え
る構成であるから、各系統共に符号量をほぼ一定に保つ
ことが可能になり、再生側の負担が軽減されるという効
果が奏される。

さらに、この画像データの圧縮装置は、複数種類の量
子化手段によって複数系統の圧縮画像データを作成し、
それぞれを局部復号部で復元したものと原画像データと
を比較して差分が最小の系統を選択的に出力する構成で
あるから、画面の状態によらず常に最適の圧縮画像デー
タを得ることが可能となり、高品質の圧縮が実現できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる画像データの圧縮装
置の構成を示すブロック図である。 IN……圧縮対象の動画データの入力端子、１……DCT
部、2A,2B,2C……量子化部、3A,3B,3C……可変長符号化
部、4A,4B,4C……符号量制御部、５……セレクタ、6,10
A,10B,10C……メモリ、7A,7B,7C……可変長符号復号
部、8A,8B,8C……逆量子化部、9A,9B,9C……逆DCT部、1
1A,11B,11C……減算部、12……出力選択部、OUT……圧
縮動画データの出力端子。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮対象の原画像データを直交変換する直
   交変換手段と、 この直交変換手段の出力を変更可能な量子化特性のもと
   で量子化する複数の量子化手段と、 これら量子化手段のそれぞれから出力される複数系統の
   量子化出力のそれぞれを可変長符号化して複数系統の圧
   縮画像データを出力する可変長符号化手段と、 前記複数系統の圧縮画像データのそれぞれの符号量を検
   出しそれぞれの変動を抑圧する方向に前記各量子化手段
   の量子化特性を変更する符号量制御手段と、 前記複数系統の圧縮画像データのそれぞれを復号して複
   数系統の復号画像データを出力する局部復号手段と、 前記複数系統の復号画像データのそれぞれと前記原画像
   データとの差分を検出し、前記複数系統の圧縮画像デー
   タのうち前記検出した差分が最小の復号画像データを発
   生させるものを選択して出力する出力選択手段とを備え
   たことを特徴とする画像データの圧縮装置。
2. 【請求項２】前記複数の量子化手段は、 量子化ステップの変更が可能であると共にこの量子化ス
   テップを前記符号量制御手段の制御に基づき変更する第
   １の量子化手段と、 空間高調波の次数のうち所定の次数よりも高いものを量
   子化の対象から除外することが可能であると共にこの所
   定の次数を前記符号量制御手段の制御に基づき変更する
   第２の量子化手段と、 量子化ステップを空間高調波の次数の増加に応じて変更
   可能な割合で増大させることが可能であると共にこの増
   加の割合を前記符号量制御手段の制御に基づき変更する
   第３の量子化手段のうちの少なくとも二つを含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像データの圧
   縮装置。