JP2956525B2 - 動画像の圧縮記録装置 - Google Patents

動画像の圧縮記録装置

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JP2956525B2 JP10064495A JP10064495A JP2956525B2 JP 2956525 B2 JP2956525 B2 JP 2956525B2 JP 10064495 A JP10064495 A JP 10064495A JP 10064495 A JP10064495 A JP 10064495A JP 2956525 B2 JP2956525 B2 JP 2956525B2
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  • Television Signal Processing For Recording (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、X線ビデオ画像など
の医用画像を記録するのに好適な、動画像の圧縮記録装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】X線ビデオ画像は、医用画像の中でも大
容量かつ高速のものであるため、従来では圧縮せずにそ
のまま記録するか、あるいは簡単な単純差分圧縮記録法
などによって圧縮記録していた。この単純差分圧縮記録
法は、隣り合う2つの画素間の差分値が所定のビット数
に収まる場合はこの差分値を記録し、そうでない場合は
生データを記録するというものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧縮せ
ずに記録するのではデータ量が膨大になりすぎ、記録装
置のスピードが追い付かないことがあるという問題があ
る。また、単純差分圧縮記録法は、処理自体は簡単なも
のであるものの、圧縮後のデータ量があまり減らないこ
とと、圧縮後のデータ量がもとの画像の画質によって大
きく変化することから、圧縮後のデータ量を確定するこ
とができず、また膨大なデータ量となる可能性がある。
そこで、この単純差分圧縮記録法では、X線ビデオ画像
のような高速・大容量の画像データをリアルタイムで記
録することは非常に困難であるという問題がある。
【0004】この発明は、上記に鑑み、圧縮データ量が
少なくなりすぎて画質が低下することがないようにしな
がら、記録装置の記録スピードに見合う所定のデータ量
に納めて動画像をリアルタイムで記録することができる
ように改善した、動画像の圧縮記録装置を提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1記載の発明による動画像の圧縮記録装置に
おいては、フレームごとに連続して入力されるデジタル
化された画像データを空間領域から周波数領域に変換す
る変換手段と、予め定めた量子化ステップサイズの異な
る複数の量子化テーブルから選択した量子化テーブルを
用いて上記のフレームごとに得られた周波数成分を量子
化する量子化手段と、フレーム単位で量子化されたデー
タを可変長符号化する符号化手段と、これにより得られ
た可変長符号のデータを上記の量子化テーブルとともに
フレーム単位で記録媒体に記録する手段と、この可変長
符号のデータ量をフレーム単位で算出する手段と、この
フレーム単位で算出されたデータ量を予め設定されたデ
ータ量の最大値と最小値と比較して、算出されたデータ
量が最大値と最小値の範囲に収まる量子化テーブルを次
のフレームで用いる量子化テーブルとして選択し、この
量子化テーブルを用いて次のフレームの画像データの量
子化が行なわれるよう量子化手段を制御する手段とが備
えられることが特徴となっている。画像データは周波数
成分に変換され、さらにその各々の周波数成分が量子化
テーブルによって定められた量子化ステップサイズに応
じて量子化され、符号化される。この周波数変換・量子
化・符号化が1フレームの画像データごとに行われる。
そしてこの1フレームごとの符号化データの量が算出さ
れ、この算出された符号化データ量が設定値と比較され
て、量子化テーブルが選択され、つぎのフレームの画像
データについてこの量子化テーブルを用いて画像データ
の量子化がなされる。このように1フレーム遅れで最適
化がなされるので、設定値を適宜定めることにより、記
録装置の記録スピードとの関係で1フレームの画像をリ
アルタイムで記録することができるほどの量にデータを
圧縮し、かつ許容できる画質が保たれないほどに少ない
量にまで圧縮してしまうことを避けることができる(一
定の画質が保たれるデータ量だけは確保できる)。
【0006】上記の目的を達成するため、請求項2記載
の発明による動画像の圧縮記録装置においては、フレー
ムごとに連続して入力されるデジタル化された画像デー
タを空間領域から周波数領域に変換する変換手段と、予
め定めた量子化ステップサイズの異なる複数の量子化テ
ーブルから選択した量子化テーブルを用いて上記のフレ
ームごとに得られた周波数成分を量子化する量子化手段
と、フレーム単位で量子化されたデータを可変長符号化
する符号化手段と、これにより得られた可変長符号のデ
ータを上記の量子化テーブルとともにフレーム単位で記
録媒体に記録する手段と、この可変長符号のデータ量を
フレーム単位で算出する手段と、フレームごとの画像デ
ータの一部を周波数変換し量子化して符号化してみてそ
の符号化データ量を算出し、そのデータ量から全画像の
圧縮データ量を予測し、それに基づいてそのフレームの
画像データに適用すべき量子化テーブルを決定し、この
量子化テーブルを用いて当該フレームの画像データの量
子化が行なわれるよう量子化手段を制御する手段とが備
えられることが特徴となっている。ここでは、周波数変
換・量子化・符号化が1フレームの画像データの一部に
ついて行われ、その符号化データの量が算出され、この
算出された符号化データ量から全画像の圧縮データ量が
予測され、それに基づいてそのフレームの画像データに
適用すべき量子化テーブルが決定される。そのため、1
フレーム遅れて最適化がなされるのではなく、そのフレ
ーム自体についての最適化がなされることとなり、記録
装置の記録スピードとの関係で1フレームの画像をリア
ルタイムで記録することができるほどの量にデータを圧
縮し、かつ許容できる画質が保たれないほどに少ない量
にまで圧縮してしまうことを避けることができる。
【0007】
【実施例】以下、この発明の好ましい一実施例について
図面を参照しながら詳細に説明する。図1において、X
線管11から照射されたX線は被写体10を透過してイ
メージインテンシファイア12に入射し、X線透過像が
可視光の画像に変換される。この可視光の画像はTVカ
メラ13でビデオ信号に変換される。デジタル記録装置
14に送られて記録され、さらに再生されてTVモニタ
ー装置15に送られて表示される。
【0008】デジタル記録装置14は、入力されたビデ
オ信号をデジタル画像データに変換するA/D変換器2
1と、圧縮された画像データが記録される記録媒体(た
とえば磁気ディスク)23と、この記録媒体から再生さ
れた圧縮画像データの復元されたものをアナログのビデ
オ信号に変換するD/A変換器22とを備える。
【0009】画像圧縮のための構成として、空間・周波
数変換器(たとえばディスクリートコサイン変換器;D
CT)31と、量子化器32と、符号化器33とを備え
る。画像データは空間・周波数変換器31により周波数
成分に変換され、その周波数成分の各々が量子化器32
によって量子化され、さらに符号化器33により可変長
符号とされて記録媒体23に記録される。各周波数成分
の量子化ステップサイズは量子化テーブルにより定めら
れるが、ここではたとえば5つのテーブル(第1番〜第
5番)をあらかじめ用意しておき、このいずれを選択し
て適用するかのコントロールが量子化制御回路34によ
ってなされる。
【0010】この第1番〜第5番のテーブルの周波数特
性は図2の曲線51〜55に示すようなもので、番号が
大きくなるほど量子化のステップサイズが大きくなって
量子化ビット数が少なくなり、圧縮率が高くなる。これ
により、同じ画像データでも適用するテーブルによって
記録媒体23に記録する符号化データ量が異なることに
なる。この符号化データの量はデータ量算出回路35に
より算出され、そのデータ量算出値Lcが量子化制御回
路34に送られる。最大値設定器36は、そのデータ量
の最大値Lmaxをあらかじめ設定しておくためのもの
で、この設定される最大値Lmaxはたとえば記録媒体
23に1フレームの時間内で記録できる最大値(記録ス
ピード)に関連して定める。また最小値設定器37は、
たとえば画質を許容範囲に保つために必要とされる最少
のデータ量に関連した最小値Lminを定める。量子化
制御回路34は、データ量算出値Lcが、上記の最大値
Lmaxと最小値Lminとの間の範囲に収まるように
量子化テーブルを選択する。
【0011】これを図3を用いて説明すると、たとえば
1フレーム目の画像が送られてきたとき、適当な量子化
テーブル(ここでは第3番)を用いて量子化を行ない、
さらに符号化器33で符号化して記録媒体23に記録す
る。このときの符号化データ量Lcがデータ算出回路3
5で算出される。図3の例ではこのデータ量Lcが最大
値Lmaxよりも大きいため、つぎの2番目のフレーム
では圧縮率の高い4番の量子化テーブルが使用されるよ
う、量子化制御回路34が量子化器32を制御する。
【0012】こうして2番目のフレームの画像が第4番
の量子化テーブルにより量子化され、さらに符号化され
て記録される。この符号化データ量Lcは図3で示すよ
うに、まだ最大値Lmaxよりも大きいので、さらに圧
縮率の高い第5番の量子化テーブルが選択される。そこ
で、第3番目のフレームの画像についてはこの第5番の
量子化テーブルを用いて量子化が行なわれて符号化デー
タが記録される。この第3フレームの画像については符
号化データ量Lcは、図3に示すように、最大値Lma
xを下回っており、かつ最小値Lminよりは大きい。
そこで、このときは、量子化制御回路34は、このまま
第5番の量子化テーブルをつぎのフレームでも使用する
よう制御する。
【0013】こうして4フレーム目の画像について第5
番の量子化テーブルによる量子化が行なわれ、このとき
の符号化データ量Lcも最大値Lmaxと最小値Lmi
nとの間の範囲に入っているので、第5番の量子化テー
ブルがつぎのフレームの画像についても使用される。こ
のように第5番の量子化テーブルをつぎつぎに使用して
8フレーム目の画像まで処理したとき、この8フレーム
目の画像についての符号化データ量Lcが最小値Lmi
nよりも小さくなるため、圧縮率の低い第4番の量子化
テーブルが選ばれて9フレーム目の画像が処理される。
【0014】このように、画像データが入力されてきた
ときに適当な量子化テーブルを用いて量子化を行ない、
その結果得られる符号化データ量が所望の範囲に入って
いるかどうかを判定して、データ量がその範囲より大き
ければより圧縮率の高い量子化テーブルを選んでつぎの
フレームの画像の処理を行ない、データ量がその範囲よ
り小さければより圧縮率の低い量子化テーブルを選んで
つぎのフレームの画像の処理を行ない、データ量がその
範囲に入っていれば、その量子化テーブルをつぎのフレ
ームの画像についても使用する、という制御が行なわれ
る。1フレーム遅れて量子化の最適化が行なわれるが、
連続して入力される画像間には関連性があるため、結果
として、連続して入力される多数の画像について、記録
スピードを越えないよう圧縮しながら、かつ良好な画質
を保つに必要なデータ量を確保しつつ、記録することが
可能となる。
【0015】この記録媒体23から各フレームの符号化
データを読み出すときは、同時にそのフレームについて
の量子化テーブルをも読み出し、復号化器41で復号
し、逆量子化器42で逆量子化する。さらに周波数・空
間変換器(たとえば逆ディスクリートコサイン変換器;
IDCT)43で空間領域に変換し、D/A変換器22
でアナログのビデオ信号に戻してTVモニター装置15
に送って表示する。
【0016】なお、この発明は上記の実施例の構成に限
定されるわけではなく、種々に変更可能である。まず、
上記では、1フレームずつ順次画像データの圧縮・記録
を行ない、その圧縮データ量を監視してつぎの1フレー
ムの画像データについての量子化を最適化するようにし
ているが、このような1フレーム遅れの最適化ではな
く、1フレームずつ順次画像データを量子化・符号化す
る際に、まずその画像の一部を量子化・符号化してみて
その符号化データ量を算出し、そのデータ量から全画像
の圧縮データ量を予測し、それに基づいてそのフレーム
の画像データに適用すべき量子化テーブルを決定し、量
子化・符号化処理を行なって記録する、という構成をと
ることも可能である。また、画像データの圧縮処理およ
びその復元処理については、上記以外のさまざまな構成
を採用できる。さらに、X線ビデオ画像などの医用画像
だけでなく、他の動画像についても適用できる。
【0017】
【発明の効果】以上実施例について説明したように、こ
の発明の動画像の圧縮記録装置によれば、圧縮して記録
するデータ量をフレームごとに監視し、それに応じて量
子化テーブルを選び、最適なデータ圧縮を行なうように
しているため、記録装置の記録スピードを上回るほどに
圧縮データ量が多くならず、かつ画質が低下してしまう
ほど少ないデータ量までに圧縮してしまうことがないよ
うにすることができ、これによって、動画像のリアルタ
イムでの最適な圧縮記録ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例のブロック図。
【図2】同実施例の量子化テーブルの周波数特性を示す
タイムチャート。
【図3】同実施例におけるデータ量と適用テーブル時間
的推移を示す図。
【符号の説明】
10 被写体 11 X線管 12 イメージインテンシファイア 13 TVカメラ 14 デジタル記録装置 15 モニター装置 21 A/D変換器 22 D/A変換器 23 記録媒体 31 空間・周波数変換器 32 量子化器 33 可変長符号化器 34 量子化制御回路 35 データ量算出回路 36 最大値設定器 37 最小値設定器 41 復号化器 42 逆量子化器 43 周波数・空間変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 7/18 H03M 7/40 H04N 5/92 H04N 7/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フレームごとに連続して入力されるデジ
    タル化された画像データを空間領域から周波数領域に変
    換する変換手段と、予め定めた量子化ステップサイズの
    異なる複数の量子化テーブルから選択した量子化テーブ
    ルを用いて上記のフレームごとに得られた周波数成分を
    量子化する量子化手段と、フレーム単位で量子化された
    データを可変長符号化する符号化手段と、これにより得
    られた可変長符号のデータを上記の量子化テーブルとと
    もにフレーム単位で記録媒体に記録する手段と、この可
    変長符号のデータ量をフレーム単位で算出する手段と、
    このフレーム単位で算出されたデータ量を予め設定され
    たデータ量の最大値と最小値と比較して、算出されたデ
    ータ量が最大値と最小値の範囲に収まる量子化テーブル
    を次のフレームで用いる量子化テーブルとして選択し、
    この量子化テーブルを用いて次のフレームの画像データ
    の量子化が行なわれるよう量子化手段を制御する手段と
    を有することを特徴とする動画像の圧縮記録装置。
  2. 【請求項2】 フレームごとに連続して入力されるデジ
    タル化された画像データを空間領域から周波数領域に変
    換する変換手段と、予め定めた量子化ステップサイズの
    異なる複数の量子化テーブルから選択した量子化テーブ
    ルを用いて上記のフレームごとに得られた周波数成分を
    量子化する量子化手段と、フレーム単位で量子化された
    データを可変長符号化する符号化手段と、これにより得
    られた可変長符号のデータを上記の量子化テーブルとと
    もにフレーム単位で記録媒体に記録する手段と、この可
    変長符号のデータ量をフレーム単位で算出する手段と、
    フレームごとの画像データの一部を周波数変換し量子化
    して符号化してみてその符号化データ量を算出し、その
    データ量から全画像の圧縮データ量を予測し、それに基
    づいてそのフレームの画像データに適用すべき量子化テ
    ーブルを決定し、この量子化テーブルを用いて当該フレ
    ームの画像データの量子化が行なわれるよう量子化手段
    を制御する手段とを有することを特徴とする動画像の圧
    縮記録装置。
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