JP2968666B2 - 画像符号化方法および装置 - Google Patents

画像符号化方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、入力画像信号を一定符
号量以下に圧縮符号化するための画像符号化装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】可変長符号化を用いた画像符号化装置で
は、目標符号量以下で画像信号符号化することができ、
かつ安定した画質が得られることが必要である。
【0003】一般的に符号化時の発生符号量を制御する
ためには、量子化ステップを用いて制御する方式が用い
られている。これは、量子化ステップ値を大きくすると
無効係数値の出現確率が高くなるため符号量を減らすこ
とができ、逆に小さくすると符号量が増えるという特性
を利用したものである。
【0004】しかし、可変長符号化では、量子化ステッ
プに対し発生符号量は線形に変化しないため、発生符号
量を推定することが難しく、実際に可変長符号化を行わ
ないと発生符号量が分からないという問題がある。
【0005】よって符号量制御は、可変長符号化を用い
て画像符号化を行う場合に最も重要な技術となるが、発
生符号量を制御する量子化ステップと発生符号量の関係
は、入力画像の統計的特性によって変化するため、目標
符号量以下で符号化を行うことのできる量子化ステップ
を推定することは困難である。
【0006】従来の符号量制御方式では、符号化遅延を
考慮しない蓄積メディアなどの場合は、フィードバック
ループを構成し量子化ステップを変化させながら目標符
号量以下となる量子化ステップを算出することで構成
し、ビデオ機器など一定時間内で符号化をする必要があ
る場合、複数個の初期量子化ステップを用いて並列に量
子化回路,符号量測定回路を駆動し、最も目標符号量に
近い2点あるいは複数点を選択し、一次関数やスプライ
ン関数といった近似関数を用いてモデル化を行い、符号
量特性関数を算出し、符号化に用いる量子化ステップを
算出するということで構成されている。
【0007】この方法の一例は、文献1:江成正彦、樫
田素一、“60〜140Mbps対応の「HDTVコー
デック」”、映像情報1992年1月号、51〜58頁
に詳しく記載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の符号
量制御方式では、一定時間内で符号化を行う場合、統計
的特性の異なる多様な入力画像に対して安定した符号量
で符号化が行えるようにするために、8種程度の初期量
子化ステップを用いて量子化を行い、それぞれの発生符
号量を測定することが必要となる。量子化回路や符号量
測定回路はいずれも複雑な演算や処理を行うため、これ
らの回路を複数個用いることは、符号化装置全体が大型
で高価になる。
【0009】さらに、このような符号量制御方式では、
初期量子化ステップの設定値によって、符号量特性関数
が入力画像の特性を十分に近似できないため、符号化に
用いる量子化ステップを推定し符号化を行った場合、発
生符号量が目標符号量以上となる可能性があったり、既
に符号化・復号化を行った画像データを再度符号化を行
う場合、量子化ステップに対する発生符号量の変動が通
常の画像データと比較して複雑になるため、精度良く符
号量制御を行うことができない。
【0010】また、量子化は乗除算を行うため、演算精
度を確保するために係数値を数ビット分シフトすること
があるが、この処理は入力画像の持つ情報量に偏りが大
きい場合、この偏りを考慮せずに推定した量子化ステッ
プを用いて量子化を行うと、発生符号量は目標符号量を
下回るにも関わらず係数値のオーバーフローが発生し、
画質劣化が発生する、等の問題がある。
【0011】本発明の目的は、符号化に用いる最適量子
化ステップを求めるときに用いる符号量特性関数を対数
近似をすることで正確に近似し、一定時間内に、より少
ない処理装置で精度良く符号量の制御を行い、高品質な
画像信号の符号化方法および装置を提供することを目的
とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
【0013】本発明は、入力画像を複数の画素からなる
小面積のブロックに分割するブロック分割回路と、前記
ブロック分割回路にてブロック分割されたブロックデー
タを直交変換を施し周波数データである変換係数値に変
換する直交変換回路と、前記変換係数値を目標符号量以
下で符号化されるような量子化ステップを求める符号量
制御回路と、前記量子化ステップを用いて前記変換係数
値の量子化を行い量子化係数値を出力する量子化回路
と、前記量子化係数値を可変長符号語に符号化する可変
長符号化回路と、前記量子化ステップと前記可変長符号
語に同期信号、誤り訂正符号等を付加し伝送路、記録再
生装置に変調データを送出する変調回路から構成される
画像符号化装置において、前記符号量制御回路は、あら
かじめ定められた2種の初期量子化ステップを用いて前
記変換係数値の重み付けを行い量子化係数値を出力する
量子化回路と、前記初期量子化ステップを用いて計算し
た前記量子化係数値を可変長符号化した際の発生符号量
を測定する符号量測定回路と、前記2種の初期量子化ス
テップの対数値と前記2種の初期量子化ステップを用い
て測定した発生符号量の対数値とから、目標符号量近傍
の量子化ステップを検索するための符号量特性関数を求
め準最適関数係数値を出力する符号量特性関数算出回路
と、前記準最適関数係数値と目標符号量の対数値から準
最適量子化ステップを求める量子化ステップ算出回路
と、前記準最適量子化ステップを用いて前記変換係数値
の量子化を行い量子化係数値を出力する量子化回路と、
前記準最適量子化ステップにより計算された量子化係数
値を可変長符号化した際の発生符号量を測定する符号量
測定回路と、前記2種の初期量子化ステップを用いて測
定された発生符号量と前記準最適量子化ステップを用い
て計測された発生符号量から、目標符号量に最も近い2
種の発生符号量と目標符号量に最も近い2種の発生符号
量算出に用いた量子化ステップを選択する選択回路と、
前記選択回路の出力である2種の選択された量子化ステ
ップの対数値と前記2種の選択された量子化ステップを
用いて測定した発生符号量の対数値とから、目標符号量
近傍における符号量特性関数の最適関数係数値を求める
符号量特性関数算出回路と、目標符号量の対数値と前記
最適関数係数値から、目標符号量以下で符号化を行うこ
とのできる最適量子化ステップを求める量子化ステップ
算出回路とから構成されることを特徴とする。
【0014】
【実施例】本発明の実施例について図を用いて説明す
る。
【0015】図3は、本発明の符号量制御方式を用いた
画像符号化装置の概要を示すブロック図である。
【0016】まず、入力画像信号160はデジタル化さ
れた画像データであり、多値の白黒画像、RGB原色信
号や輝度および2種類の色差信号などで構成され、複数
の画素からなる小面積のブロックデータ161にブロッ
ク分割回路71で分割される。直交変換回路72では、
ブロックデータ161に対し直交変換を施し変換係数値
162を出力する。
【0017】変換係数値162は符号量制御回路73
で、目標符号量以下で符号化できる量子化ステップ16
3を決定し、量子化回路74、変調回路76に出力す
る。
【0018】量子化回路74では符号量制御回路73で
推定した量子化ステップ163を用いて変換係数値16
2の量子化を行い、量子化係数値164を可変長符号化
回路75に出力する。可変長符号化回路75では、量子
化係数値164を可変長データに変換し、量子化係数値
164に対応する可変長符号語165を変調回路に出力
する。
【0019】変調回路76では、量子化ステップ163
と可変長符号語165に、同期信号,誤り訂正符号など
を加え伝送路、記録再生装置などに出力データ166と
して出力する。
【0020】図1は、符号量制御回路73の参考例を示
すブロック図である。この符号量制御回路では、変換係
数値162は、あらかじめ設定した2種の初期量子化ス
テップ101,102を用いて量子化回路1,3で変換
係数値162の重み付けを行い量子化係数値103,1
04として符号量測定回路2,4に出力する。符号量測
定回路2,4ではそれぞれ、量子化係数値103,10
4を可変長データに符号化するのに必要な符号量の累積
を測定し、発生符号量105,106として符号量特性
関数算出回路5に出力する。符号量特性関数算出回路5
では、2種の初期量子化ステップ101,102の対数
値と発生符号量105,106の対数値を求め、量子化
ステップと発生符号量の関係を簡単にモデル化すること
ができるので、一次関数を用いて関数の係数値を求め、
量子化ステップ算出回路6に関数係数値108を出力す
る。量子化ステップ算出回路6では、目標符号量107
の対数値と関数係数値108から目標符号量以下で符号
化を行える最適量子化ステップ163を計算し、図3の
量子化回路74と変調回路76に出力する。
【0021】符号量特性関数について、図4,図5を用
いて説明する。図4は量子化ステップに対する、発生符
号量の関係を図示したものである。一般的な入力画像で
はこのような関係となることが多く、複雑な近似関数を
求めることは、演算処理量が増えることから用いられ
ず、複数の初期量子化ステップを用いて変換係数値の量
子化を行い可変長符号化を行ったときの発生符号量を測
定し、目標符号量に最も近い2種の発生符号量と発生符
号量算出に用いた量子化ステップを用いて直線近似を行
い、目標符号量以下で符号化を行うことができる量子化
ステップを推定する。しかし、量子化ステップ、発生符
号量についてそれぞれ対数値を求め、量子化ステップと
発生符号量の関係を求めると図5のように、ほぼ1次の
直線で近似を行うことができるため、初期量子化ステッ
プを用いて変換係数値の量子化を行い、可変長符号化を
行ったときの発生符号量を調べるといった複雑な回路を
大幅に減らすことができ、より正確に目標符号量以下で
符号化を行う量子化ステップを求めることが可能とな
る。
【0022】図2は、符号量制御回路73の実施例を示
すブロック図である。この符号量制御回路では、変換係
数値162は、あらかじめ設定した2種の初期量子化ス
テップ111,112を用いて量子化回路21,23で
変換係数値162の重み付けを行い量子化係数値11
3,114として符号量測定回路22,24に出力す
る。符号量測定回路22,24ではそれぞれ、量子化係
数値113,114を可変長データに符号化したときに
必要な符号量を測定し、発生符号量115,116とし
て符号量特性関数算出回路27に出力する。符号量特性
関数算出回路27では、2種の初期量子化ステップ11
1,112の対数値と発生符号量115,116の対数
値を求め、一次関数を用いて関数係数値118を求め、
量子化ステップ算出回路28に出力する。
【0023】量子化ステップ算出回路28では、目標符
号量117の対数値と関数係数値118から目標符号量
近傍の量子化ステップである準最適量子化ステップ11
9を算出し、量子化回路25,選択回路29に出力す
る。
【0024】量子化回路25では、準最適量子化ステッ
プ119を用いて変換係数値162の量子化を行い、量
子化係数値120を符号量測定回路26に出力する。
【0025】符号量測定回路26では、量子化係数値1
20の可変長符号化を行うのに必要な符号量を測定し、
選択回路29に発生符号量121を出力する。
【0026】選択回路29では、目標符号量117に最
も近い2種の発生符号量を発生符号量115,116,
121から選択し、選択された発生符号量の量子化係数
値の算出に用いた量子化ステップを量子化ステップ11
1,112,119から選択し選択量子化ステップ12
2,124、選択発生符号量123,125として出力
する。
【0027】符号量特性関数算出回路30では、選択量
子化ステップ122,124の対数値と選択発生符号量
123,125の対数値を用いて求められ関数係数値1
26として出力する。
【0028】量子化ステップ算出回路31では、目標符
号量117の対数値と、関数係数値126から目標符号
量以下で符号化を行える最適量子化ステップ163を算
出し、図3の量子化回路74と変調回路76に出力す
る。
【0029】
【発明の効果】
【0030】以上説明したように、図2の符号量制御回
路によれば、仮に1段目の分析から得られた準最適量子
化ステップを用いて測定した発生符号量が目標符号量を
超えたとしても、目標符号量付近での符号量特性関数を
用いて量子化ステップを求めることで、より正確な符号
量特性関数のモデル化を行うことができるのに加え、符
号化時に目標符号量を越えることがなくなるため、余剰
バッファを減らすことができ、目標符号量以下で極めて
目標符号量に近い符号量で符号化を行え、高品質な画像
が得られる符号化装置を構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図3】本発明の符号量制御方式を用いた画像符号化装
置のブロック図である。
【図4】量子化ステップに対する発生符号量の関係を示
した図である。
【図5】量子化ステップに対する発生符号量の関係を示
した図である。
【符号の説明】
1,3,21,23,25 量子化回路 2,4,22,24,26 符号量測定回路 5,27,30 符号量特性関数算出回路 6,28,31 量子化ステップ算出回路 29 選択回路 71 ブロック分割回路 72 直交変換回路 73 符号量制御回路 75 可変長符号化回路 76 変調回路 101,102,111,112 初期量子化ステップ 103,104,113,114,120,133,1
34,164 量子化係数値 105,106,115,116,121 発生符号量 107,117 目標符号量 108,118,126 関数係数値 119 準最適量子化ステップ 122,124 選択された量子化ステップ 123,125 選択された発生符号量 160 入力画像 161 ブロックデータ 162 変換係数値 163 量子化ステップ 165 可変長符号語 166 変調データ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力画像を複数の画素からなる小面積の
    ブロックに分割するブロック分割回路と、前記ブロック
    分割回路にてブロック分割されたブロックデータを直交
    変換を施し周波数データである変換係数値に変換する直
    交変換回路と、前記変換係数値を目標符号量以下で符号
    化されるような量子化ステップを求める符号量制御回路
    と、前記量子化ステップを用いて前記変換係数値の量子
    化を行い量子化係数値を出力する量子化回路と、前記量
    子化係数値を可変長符号語に符号化する可変長符号化回
    路と、前記量子化ステップと前記可変長符号語に同期信
    号、誤り訂正符号等を付加し伝送路、記録再生装置に変
    調データを送出する変調回路から構成される画像符号化
    装置において、 前記符号量制御回路は、 あらかじめ定められた2種の初期量子化ステップを用い
    て前記変換係数値の重み付けを行い量子化係数値を出力
    する量子化回路と、 前記2種の初期量子化ステップを用いて計算した前記量
    子化係数値を可変長符号化を行った際の符号量の累積を
    発生符号量として測定する符号量測定回路と、前記2種
    の初期量子化ステップの対数値と前記2種の初期量子化
    ステップを用いて測定した発生符号量の対数値とから、
    目標符号量近傍の量子化ステップを検索するための符号
    量特性関数を求め準最適関数係数値を出力する符号量特
    性関数算出回路と、 前記準最適関数係数値と目標符号量の対数値から準最適
    量子化ステップを求める量子化ステップ算出回路と、 前記準最適量子化ステップを用いて前記変換係数値の量
    子化を行い量子化係数値を出力する量子化回路と、 前記準最適量子化ステップにより計算された量子化係数
    値を可変長符号化した際の発生符号量を測定する符号量
    測定回路と、 前記2種の初期量子化ステップを用いて測定された発生
    符号量と前記準最適量子化ステップを用いて計測された
    発生符号量から、目標符号量に最も近い2種の発生符号
    量と目標符号量に最も近い2種の発生符号量算出に用い
    た量子化ステップを選択する選択回路と、 前記選択回路の出力である2種の選択された量子化ステ
    ップの対数値と前記2種の選択された量子化ステップを
    用いて測定した発生符号量の対数値とから、目標符号量
    近傍における符号量特性関数の最適関数係数値を求める
    符号量特性関数算出回路と、 目標符号量の対数値と前記最適関数係数値から、目標符
    号量以下で符号化を行うことのできる最適量子化ステッ
    プを求める量子化ステップ算出回路とから構成されるこ
    とを特徴とする画像符号化装置。
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