JP3025983B2

JP3025983B2 - 高能率符号化装置

Info

Publication number: JP3025983B2
Application number: JP3941292A
Authority: JP
Inventors: 吉範浅村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-02-26
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 2000-03-27
Anticipated expiration: 2015-03-27
Also published as: JPH05244581A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタルＶＣＲ等の
ようにディジタル画像信号を記録する装置において用い
られ、ディジタル画像信号のデータ量を圧縮する高能率
符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、例えばIEEE Transactions on C
onsumer Electronics,Vol.34,No.3(AUGUSUT,1988）の
“AN EXPERIMENTAL DIGITAL VCR WITH 40MM DRUM,SINGL
E ACTUATOR AND DCT-BASED BIT-RATE REDUCTION ”に示
されている従来の高能率符号化装置の構成を示すブロッ
ク図である。図において11は、入力されるディジタル画
像を複数のブロックに分割するブロック化回路であり、
ブロック化回路11は、各ブロックの画像信号をDCT 回路
12へ出力する。DCT 回路12は、ブロック化回路11から出
力される画像信号の各ブロックに対して離散コサイン変
換（Discrete Cosine Transform,以下ＤＣＴと略す）を
施して、変換係数を適応量子化器13へ出力する。適応量
子化器13は、量子化ステップが異なる複数の量子化テー
ブルを保持し、ブロック内において変換係数に応じて最
適の量子化テーブルを選択して量子化し、量子化した変
換係数を可変長符号器14へ出力する。可変長符号器14
は、量子化された変換係数を可変長符号化し、可変長符
号化したデータをバッファメモリ15へ出力する。バッフ
ァメモリ15は、可変長符号化データを固定レートで変換
して記憶する。制御器16は、バッファメモリ15がオーバ
フローしないように、適応量子化器13の量子化パラメー
タを選定すると共に可変長符号器14で符号化される変換
係数を選定する。

【０００３】次に、具体的な動作について説明する。入
力されるディジタル画像信号は例えば輝度信号と２つの
色差信号とからなり、これらの信号はブロック化回路11
において時分割多重され、例えば８画素×８ラインのブ
ロックに分割されてDCT 回路12へ出力される。DCT 回路
12では、各ブロックの画像信号に対して、画像信号をｘ
（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊ＝０，１，…，７）と表すと、次式
による水平方向の８点ＤＣＴが施される。

【０００４】

【数１】

【０００５】変換された画像信号ｆ（０，ｊ）, ｆ
（ｍ，ｊ）に対して次式による垂直方向の８点ＤＣＴが
施されて、画像信号は変換係数Ｆ（ｍ，ｎ）（ｍ，ｎ＝
０，１，…，７）として表され、適応量子化器13へ出力
される。

【０００６】

【数２】

【０００７】求められた変換係数は、適応量子化器13に
おいて、その変換係数の内容と制御器16からの量子化パ
ラメータとに基づいて選定された量子化ステップに従っ
て量子化される。変換係数の内容が、高いコントラスト
の立上がり部分の画像を示す場合には粗い量子化ステッ
プが選定され、その内容が、小振幅のディテール部分の
画像を示す場合には細かい量子化ステップが選定され
る。

【０００８】量子化された変換係数は、可変長符号器14
において可変長符号化された後、バッファメモリ15に蓄
えられる。バッファメモリ15に蓄えられられているデー
タ量は、バッファメモリ15がオーバフローしないように
制御器16により検知されている。制御器16は、バッファ
メモリ15に蓄えられられているデータ量に応じて量子化
パラメータを選定してそれを適応量子化器13へ出力する
と共に、このデータ量に応じて可変長符号器14で符号化
される変換係数を選定してそれを可変長符号器14へ出力
する。そして、バッファメモリ15に蓄えられたデータ
は、固定レートで読出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の高能率符号化装
置は以上のように構成されているが、適応量子化器13に
おける量子化ステップの選定について以下に述べるよう
な問題がある。変換係数Ｆ（ｍ，ｎ）から次式により求
められる交流電力Ｅに応じて、適応量子化器３での量子
化ステップが選定される。

【００１０】

【数３】

【００１１】この交流電力Ｅの値が小さいときは細かい
ステップで量子化され、Ｅが大きいときは粗いステップ
で量子化される。つまり、画像の振幅変化が小さいディ
テール部は細かく量子化され、コントラストが高いエッ
ジ部は粗く量子化される。画像信号の変化が少ない平坦
な背景である平坦部に高いコントラストで細かい線が入
っているような画像では、その画像ブロックは粗く量子
化されるが、復号器側において逆ＤＣＴが施されると、
量子化誤差がブロック全体に広がって平坦部にまでノイ
ズが重畳される。このような平坦部のノイズは視覚的に
大変目立つので、画質を大きく劣化させるという問題が
ある。

【００１２】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、画質劣化が目立ち易い平坦部にお
いても復号器側で良好な画質を保つことができるように
画像信号を量子化できる高能率符号化装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願の第１発明に係る高
能率符号化装置は、ディジタル画像信号を圧縮して符号
化する高能率符号化装置において、ディジタル画像信号
を高域及び低域の複数の周波数帯域に分割する手段と、
分割した各帯域の画像信号を複数の画素毎にブロック化
するブロック化手段と、ブロック化された画像信号に対
して直交変換を施して変換係数を得る手段と、得られた
変換係数を量子化する量子化手段と、量子化された画像
データを符号化する手段と、前記ブロック化手段から出
力される各帯域の画像信号の各ブロックを更に複数のサ
ブブロックに分割するサブブロック化手段と、低域のサ
ブブロックに対し、当該帯域に対応して設定された第１
の演算を施すことにより、該低域のサブブロックが属す
るブロックを量子化するための第１の量子化レベルを求
める第１の演算手段と、高域のサブブロックに対し、当
該帯域に対応して設定された前記第１の演算と異なる第
２の演算を施すことにより、該高域のサブブロックが属
するブロックを量子化するための第２の量子化レベルを
求める第２の演算手段と、前記第１の演算手段により求
めた第１の量子化レベルと前記第２の演算手段により求
めた第２の量子化レベルとを比較して、より高レートの
量子化レベルを前記低域及び高域のサブブロックが属す
るブロックを量子化する際の量子化レベルとする量子化
レベル決定手段とを備えることを特徴とする。

【００１４】本願の第２発明に係る高能率符号化装置
は、前記サブブロック化手段は、前記ブロック化手段か
ら出力される各帯域の画像信号の各ブロックを、水平及
び垂直方向に隣合うサブブロックが重なるように複数の
サブブロックに分割することを特徴とする。

【００１５】本願の第３発明に係る高能率符号化装置
は、前記第１の演算手段は、各サブブロックに対して、
各サブブロック内の隣合う画素間の画素値の差の絶対値
の総和の最小値と、該最小値及び前記総和の最大値の差
とを演算し、演算した両値に基づき前記第１の量子化レ
ベルを求めることを特徴とする。本願の第４発明に係る
高能率符号化装置は、前記第２の演算手段は、各サブブ
ロック内の画素値の絶対値の最大値を選択し、選択した
最大値の中の最小値及び最大値を決定し、決定した両値
に基づき前記第２の量子化レベルを求めるべくなしてあ
ることを特徴とする。

【００１６】

【作用】第１、第２発明の高能率符号化装置では、低
域、高域夫々のサブブロックに対して求めた量子化レベ
ルのうちより高レートの量子化レベルを採用するので量
子化誤差を低減でき、画質の向上が図れる。

【００１７】第３発明の高能率符号化装置では、垂直方
向に対して画質劣化が目立ちやすい平坦部が存在する場
合であっても、高レートの量子化レベルが採用でき、画
質の向上が図れる。第４発明の高能率符号化装置では、
水平方向に対して画質劣化が目立ちやすい平坦部が存在
する場合であっても高レートの量子化レベルの採用がで
き、画質の向上が図れる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。

【００１９】（第１実施例）図２は、本発明の第１実施
例の構成を示すブロック図である。図２において１は入
力ディジタル信号（輝度信号：Ｙ信号と色差信号：Ｒ−
Ｙ信号，Ｂ−Ｙ信号、またはＲＧＢ信号）を水平方向に
サブバンド分割するサブバンド分割回路であり、サブバ
ンド分割回路１は分割後の各サブバンド成分をブロック
化回路２へ出力する。ブロック化回路２は、サブバンド
分割回路１から出力される各サブバンド成分を複数の画
素毎にブロック化し、構成された各ブロックを直交変換
回路３，低域成分判定値演算回路７及び高域成分判定値
演算回路８へ出力する。直交変換回路３は、ブロック化
回路２から出力される各ブロックに直交変換を施して変
換係数を得、得られた変換係数を適応量子化器４へ出力
する。適応量子化器４は、入力された変換係数を適応的
に量子化し、量子化データを可変長符号器５へ出力す
る。可変長符号器５は、適応量子化器４の出力を可変長
符号化し、可変長符号化データをバッファメモリ６へ出
力する。バッファメモリ６は、可変長符号器５の出力を
固定の出力レートに変換して記憶する。低域成分判定値
演算回路７は、ブロック化回路２から出力される低域成
分の各ブロックに対して１ブロックを複数個のサブブロ
ックに分割し、各サブブロック内の隣合う画素間の差の
絶対値和のうちの最小値とその絶対値和のうちの最大値
及び最小値の差とを演算し、それらの値を低域成分の適
応量子化判定値として判定器９へ出力する。高域成分判
定値演算回路８は、ブロック化回路２から出力される高
域成分の各ブロックに対して１ブロックを複数個のサブ
ブロックに分割し、各サブブロックを構成する画素の絶
対値の最大値のうちの最小値と最大値とを求め、これら
の値を高域成分の適応量子化判定値として判定器９へ出
力する。判定器９は、低域成分判定値演算回路７と高域
成分判定値演算回路８とから出力される計算値に基づい
て適応量子化器４の量子化ステップを選定する。なお10
は、バッファメモリ６がオーバーフローしないように判
定器９の量子化ステップの選定を制御する制御器であ
る。

【００２０】図３はサブバンド分割回路１の内部構成を
示すブロック図である。図中20,24,25は、それぞれＹ信
号, Ｒ−Ｙ信号, Ｂ−Ｙ信号が入力されるＹ信号サブバ
ンド分割回路, Ｒ−Ｙ信号サブバンド分割回路, Ｂ−Ｙ
信号分割回路である。これらの各分割回路20,24,25の内
部構成はすべて同じであり、図３ではＹ信号サブバンド
分割回路20の内部構成のみを図示している。Ｙ信号サブ
バンド分割回路20は、水平低域通過フィルタ (水平LPF)
21と水平高域通過フィルタ (水平HPF)22と、水平LPF 2
1, 水平HPF 22からの出力を水平方向の画素数が1/2 に
なるように間引く水平２：１サブサンプリング回路23a,
23b とから構成される。

【００２１】次に動作について説明する。入力ディジタ
ル画像信号は、サブバンド分割回路１において各フィー
ルド毎に図４に示すように水平方向に対してＬ，Ｈの２
つの周波数帯域（サブバンド）に分割される。このサブ
バンド分割回路１の動作を図３に従って説明する。入力
されたＹ信号はＹ信号サブバンド分割回路20において、
２つの帯域に分割される。入力されたＹ信号は図５(a)
のような周波数特性を持つ水平LPF 21において帯域制限
された後、水平２：１サブサンプリング回路23a におい
て、水平方向の画素数が1/2 に間引かれる。この水平
２：１サブサンプリング23a 回路の出力は図４(a) のＬ
帯域の信号であり、画素数は入力信号の1/2 となってい
る。一方Ｙ信号は、図５(b) のような周波数特性を持つ
水平HPF 22にも入力される。この水平HPF 22の出力は水
平２：１サブサンプリング回路23bにおいて、水平方向
の画素数が1/2 に間引かれる。この水平２：１サブサン
プリング回路23b の出力は図４(a) のＨ帯域の信号であ
り、画素数は入力信号の1/2 となっている。以上のよ
うに、Ｙ信号サブバンド分割回路20において、Ｙ信号は
２つの帯域Ｌ，Ｈに分割され、各サブバンドが出力され
る。

【００２２】入力されたＲ−Ｙ信号はＲ−Ｙ信号サブバ
ンド分割回路24において、図４(b)に示したような２つ
の帯域Ｌ，Ｈに分割される。また入力されたＢ−Ｙ信号
はＢ−Ｙ信号サブバンド分割回路25において、図４(b)
に示したような２つの帯域Ｌ，Ｈに分割される。これら
Ｒ−Ｙ信号サブバンド分割回路24及びＢ−Ｙ信号サブバ
ンド分割回路25の動作は、Ｙ信号サブバンド分割回路20
の動作と同様である。

【００２３】サブバンド分割されたＹ信号, Ｒ−Ｙ信
号, Ｂ−Ｙ信号はブロック化回路２において、例えば、
水平８画素×垂直８ラインにブロック化される。ここ
で、サブバンド分割されたＹ信号, Ｒ−Ｙ信号, Ｂ−Ｙ
信号の高域成分と低域成分とのブロックをまとめてサブ
バンドブロックと呼ぶ。ブロック化回路２では、サブバ
ンドブロック単位で画像データを出力する。このブロッ
ク化回路２から出力される各ブロックは直交変換回路３
において直交変換が施される。直交変換としては、例え
ばＤＣＴを用いる。直交変換回路３から出力される変換
係数は量子化ステップが異なる複数の量子化テーブルを
保持した適応量子化器４に入力される。

【００２４】一方、サブバンド分割された低域成分に対
するブロック化回路２の出力は低域成分判定値演算回路
７にも入力される。低域成分判定値演算回路７の一構成
例を図６に示す。低域成分判定値演算回路７は、ブロッ
ク化回路２から出力される各ブロックを４個のサブブロ
ックに分割するサブブロック化回路31と、各サブブロッ
クの垂直方向の隣合う画素間の差の絶対値和を求める演
算器32,33,34,35 と、演算器32〜35の出力の最小値を検
出して出力する最小値検出器36と、演算器32〜35の出力
の最大値を検出して出力する最大値検出器37と、最大値
検出器37の出力から最小値検出器36の出力を減算する減
算器38とを有する。

【００２５】以下、低域成分判定値演算部７の動作を図
６に従って説明する。ブロック化回路２から出力される
低域バンドの各ブロックは、サブブロック化回路31で４
個のサブブロックに分割される。例えば、ブロック化回
路２が８画素×８ラインのブロックを出力する場合、サ
ブブロック化回路31は図７のように１ブロックを４画素
×４ラインのサブブロックに分割する。４個のサブブロ
ックをそれぞれｙ₁，ｙ₂，ｙ₃，ｙ₄とし、各サブブ
ロックの画素値をそれぞれｙ₁(i,j) ，ｙ₂(i,j) ，ｙ
₃(i,j) ，ｙ₄(i,j) （ｉ，ｊ＝１，２，３，４）と表
すことにする。演算器32〜35にはそれぞれサブブロック
ｙ₁〜ｙ₄が入力される。演算器32は入力サブブロック
ｙ₁に対して、サブブロックｙ₁内の垂直方向の隣合う
画素の差の絶対値の総和ｖ₁を下式により演算する。

【００２６】

【数４】

【００２７】演算器33,34,35も同様に、それぞれのサブ
ブロックｙ₂，ｙ₃，ｙ₄内の垂直方向の隣合う画素の
差の絶対値の総和ｖ₂，ｖ₃，ｖ₄を下式により演算す
る。

【００２８】

【数５】

【００２９】最小値検出器36は、演算器32〜35の出力の
最小値すなわちＡ＝MIN ｛ｖ₁，ｖ₂，ｖ₃，ｖ₄｝を
検出して出力する。この最小値検出器36の出力Ａは第１
の計算値として判定器９に入力される。また、最小値検
出器36の出力は減算器38にも入力される。一方、最大値
検出器37は、演算器32〜35の出力の最大値すなわちＢ＝
MAX ｛ｖ₁，ｖ₂，ｖ₃，ｖ₄｝を検出して出力し、こ
れを減算器38へ与える。減算器38は、最大値検出器37の
出力Ｂから最小値検出器36の出力Ａを減算する。減算器
38の出力Ｃ＝Ｂ−Ａは第２の計算値として判定器９に入
力される。

【００３０】また、サブバンド分割された高域成分に対
するブロック化回路２の出力は高域成分判定値演算回路
８にも入力される。高域成分判定値演算回路８の一構成
例を図８に示す。高域成分判定値演算回路８は、ブロッ
ク化回路２から出力される各ブロックを４個のサブブロ
ックに分割するサブブロック化回路41と、各サブブロッ
ク内の画素値の絶対値の最大値を求める演算器42,43,4
4,45 と、演算器42〜45の出力の最小値を検出して出力
する最小値検出器46と、演算器42〜45の出力の最大値を
検出して出力する最大値検出器47とを有する。

【００３１】次に、高域成分判定値演算部８の動作を図
８に従って説明する。ブロック化回路２から出力される
高域バンドの各ブロックは、サブブロック化回路41で４
個のサブブロックに分割される。例えば、ブロック化回
路２が８画素×８ラインのブロックを出力する場合、サ
ブブロック化回路41は図７のように１ブロックを４画素
×４ラインのサブブロックに分割する。４個のサブブロ
ックをそれぞれｘ₁，ｘ₂，ｘ₃，ｘ₄とし、各サブブ
ロックの画素値をそれぞれｘ₁(i,j) ，ｘ₂(i,j) ，ｘ
₃(i,j) ，ｘ₄(i,j) （ｉ，ｊ＝１，２，３，４）と表
すことにする。演算器42〜45にはそれぞれサブブロック
ｘ₁〜ｘ₄が入力される。演算器42は入力サブブロック
ｘ₁に対して、サブブロックｘ₁を構成する画素値の絶
対値の最大値ｕ₁＝MAX ｜ｘ₁(i,j) ｜を出力する。ま
た、演算器43,44,45も同様に、サブブロックｘ₂，
ｘ₃，ｘ₄を構成する画素値の絶対値の最大値ｕ₂＝MA
X ｜ｘ₂(i,j) ｜，ｕ₃＝MAX ｜ｘ₃(i,j) ｜，ｕ₄＝
MAX ｜ｘ₄(i,j) ｜を出力する。

【００３２】最小値検出器46は、演算器42〜45の出力の
最小値すなわちＤ＝MIN ｛ｕ₁，ｕ₂，ｕ₃，ｕ₄｝を
検出して出力する。この最小値検出器46の出力Ｄは第３
の計算値として判定器９に入力される。一方、最大値検
出器47は、演算器42〜45の出力の最大値すなわちＥ＝MA
X ｛ｕ₁，ｕ₂，ｕ₃，ｕ₄｝を検出して出力する。こ
の最大値検出器47の出力Ｅは第４の計算値として判定器
９に入力される。

【００３３】判定器９は、適応量子化器４のどの量子化
テーブルを用いるかを選定する。例えば、適応量子化器
４が量子化ステップの異なる３種類の量子化テーブルを
保持している場合、それらを高レートの量子化テーブル
Ｑ₁（量子化ステップが細かい量子化テーブル）、中レ
ートの量子化テーブルＱ₂（量子化ステップが中くらい
の量子化テーブル）、低レートの量子化テーブルＱ
₃（量子化ステップが粗い量子化テーブル）と呼ぶこと
にする。判定器９は、低域成分判定値演算回路７の出力
に基づいてブロックの垂直方向の量子化レベルを選定
し、高域成分判定値演算回路８の出力に基づいてブロッ
クの水平方向の量子化レベルを選定し、この２種類の選
定結果のうち量子化ステップが細かい方を全体のサブバ
ンドブロックの量子化レベルとして選定する。

【００３４】ここで、低域成分判定値演算回路７の計算
値Ａが小さい場合、そのブロックには垂直方向に対して
画質劣化が目立ちやすい平坦部が存在する。このため適
応量子化器４では高レートまたは中レートの量子化テー
ブルが選択される必要がある。一方、低域成分判定値演
算回路７の計算値Ｃが大きいような場合は、そのブロッ
クは、ブロック内で垂直方向に対して画像の傾向が大き
く変化し、復号器側で量子化誤差が生じやすいと考えら
れる。よって計算値Ａが小さく、計算値Ｃが大きいよう
な場合は高い空間周波数の影響を無視できないため高レ
ートの量子化テーブルが選択されることが望まれる。そ
こで判定器９では低域成分判定値演算回路７から出力さ
れる計算値Ａ及び計算値Ｃに対して図９のような判定図
により垂直方向の量子化レベルを選定する。

【００３５】また、高域成分判定値演算回路８の計算値
Ｄが小さい場合、そのブロックには水平方向に対して画
質劣化が目立ちやすい平坦部が存在する。このため適応
量子化器４では高レートまたは中レートの量子化テーブ
ルが選択される必要がある。一方、高域成分判定値演算
回路８の計算値Ｅが大きいような場合は、そのブロック
は、ブロック内で水平方向に対して画像の傾向が大きく
変化し、復号器側で量子化誤差が生じやすいと考えられ
る。よって計算値Ｄが小さく、計算値Ｅが大きいような
場合は高い空間周波数の影響を無視できないため高レー
トの量子化テーブルが選択されることが望まれる。そこ
で判定器９は、高域成分判定値演算回路８から出力され
る計算値Ｄ及び計算値Ｅに対して図10のような判定図に
より水平方向の量子化レベルを選定する。

【００３６】以上のようにして選定された水平方向と垂
直方向とに対する２種類の量子化レベルに対して、判定
器９は、量子化ステップが細かい方を全体のサブバンド
ブロックの量子化レベルとして選定する。例えば垂直方
向の選定結果がＱ₁、水平方向の選定結果がＱ₂の場合
は全体のサブバンドブロックは量子化テーブルＱ₁によ
って量子化される。

【００３７】判定器９の動作を具体的に示すために、図
11(a) のように平坦な背景に高いコントラストで線が含
まれるようなブロックを考える。このようなブロックは
平坦な部分に量子化ノイズが広がり画質劣化が目立ちや
すいので、高レートの量子化テーブルが選択される必要
がある。このブロックの低域成分及び高域成分を図７の
ように４つのサブブロックに分割し低域成分の垂直方向
に対する隣合う画素間の差の絶対値和ｖ₁，ｖ₂，
ｖ₃，ｖ₄及び、高域成分のサブブロックを構成する画
素値の絶対値の最大値ｕ₁，ｕ₂，ｕ₃，ｕ₄を求め
る。例えば９ビットに量子化されたデータの一例ではｖ
₁＝９，ｖ₂＝11，ｖ₃＝15，ｖ₄＝76及びｕ₁＝６，
ｕ₂＝２，ｕ₃＝10，ｕ₄＝13のような値になる。した
がって、計算値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはそれぞれ、Ａ＝MI
N(９，11，15，76) ＝９，Ｂ＝MAX(９，11，15，76) ＝
76，Ｃ＝76−９＝67，Ｄ＝MIN(６，２，10，13) ＝２，
Ｅ＝MAX(６，２，10，13) ＝13のような値となる。垂直
方向に関しては図12(a) に示す判定図において点ａに位
置し、高レートの量子化テーブルが選択され、一方水平
方向に関しては図12(b) に示す判定図において点αに位
置するため中レートの量子化テーブルが選択される。こ
の場合サブバンドブロック全体の量子化レベルは、垂直
方向と水平方向とで量子化レベルが細かくなる方を選択
するため、高レートの量子化テーブルが選択される。

【００３８】一方図11(b) に示すように背景が平坦であ
まりコントラストが高くないエッジが含まれている場
合、このブロックには平坦部があるため低レートの量子
化を行なうことはできないが、コントラストはあまり高
くないので、高い空間周波数の影響は小さく中レートの
量子化を行なえばよい。このような場合、一例としてｖ
₁＝29，ｖ₂＝27，ｖ₃＝２，ｖ₄＝２及びｕ₁＝３，
ｕ₂＝２，ｕ₃＝２，ｕ₄＝２のような値となる。この
場合、計算値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはそれぞれ、Ａ＝MIN
(29，27，２，２) ＝２，Ｂ＝MAX(29，27，２，２) ＝2
9，Ｃ＝29−２＝27，Ｄ＝MIN(３，２，２，２) ＝２，
Ｅ＝MAX(３，２，２，２) ＝３のような値となる。垂直
方向に関しては図12(a) に示す判定図において点ｂに位
置し、中レートの量子化テーブルが選択され、一方水平
方向に関しても図12(b) に示す判定図において点βに位
置するため中レートの量子化テーブルが選択される。こ
の場合サブバンドブロック全体の量子化レベルは、中レ
ートの量子化テーブルが選択される。

【００３９】更に図11(c) に示すようにブロック全体に
わたって動きが激しい場合は、画質劣化が目立ちにくい
ので、低レートの量子化を行なえばよい。このような場
合、一例としてｖ₁＝50，ｖ₂＝52，ｖ₃＝80，ｖ₄＝
116 及びｕ₁＝17，ｕ₂＝19，ｕ₃＝59，ｕ₄＝65のよ
うな値となる。この場合、計算値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは
それぞれ、Ａ＝MIN(50，52，80，116)＝50，Ｂ＝MAX(5
0，52，80，116)＝116,Ｃ＝116 −50＝66，Ｄ＝MIN(1
7，19，59，65) ＝17，Ｅ＝MAX(17，19，59，65)＝65の
ような値となる。垂直方向に関しては図12(a) に示す判
定図において点ｃに位置し、低レートの量子化テーブル
が選択され、一方水平方向に関しても図12(b) に示す判
定図において点γに位置するため低レートの量子化テー
ブルが選択される。この場合サブバンドブロック全体の
量子化レベルは、低レートの量子化テーブルが選択され
る。

【００４０】判定器９の判定結果に従って、適応量子化
器４ではサブバンドブロック毎に量子化ステップが選定
され、直交変換回路３から出力される変換係数が選定さ
れた量子化ステップにより量子化される。そして、サブ
バンドブロック毎の量子化ステップを示す量子化パラメ
ータと量子化された変換係数とが可変長符号器５へ出力
される。適応量子化器４の出力は可変長符号器５で可変
長符号化され、バッファメモリ６に入力される。バッフ
ァメモリ６に蓄えられたデータは固定レートで読み出さ
れる。

【００４１】制御器10はバッファメモリ６に蓄えられた
データ量を検知し、バッファメモリ６がオーバーフロー
しないように判定器９における量子化ステップの選定の
仕方を制御する。例えば、バッファメモリ６に十分余裕
がある場合は図９及び図10に従って量子化ステップを選
定し、バッファメモリ６が飽和状態に近くなった場合
は、図13及び図14のように低レートの量子化テーブルを
選定する割合が増すような選定基準に移行させる。

【００４２】なお、上記実施例では、垂直方向の量子化
判定にサブバンド分割された低域成分の隣合う画素間の
絶対値和により、垂直方向の平坦部とエッジ部とを検出
している。インターレースされたTV信号の場合、垂直方
向に対する相関があまりないので、エッジ部の検出には
同様に計算値Ｃを用い、平坦部の検出には高域成分判定
値演算回路８より出力される計算値Ｄを用いて、垂直方
向の量子化ステップの選定を行なってもよい。

【００４３】また上記実施例では、１ブロックを４つの
サブブロックに分割したが、必ずしも４分割する必要は
なく、１ブロックの大きさなどによりサブブロックの個
数を決定すればよい。また、サブバンド分割は２分割で
行なったが、必ずしも２分割する必要はなくｎ分割のサ
ブバンド分割を行なってもよい。また、水平方向に対し
てサブバンド分割を行なう必要はなく垂直方向または時
間方向に行なってもよい。

【００４４】（第２実施例）上述の第１実施例では、低
域成分判定値演算回路７と高域成分判定値演算回路８と
において１ブロックを複数のサブブロックに分割する際
に各サブブロックは隣合ったサブブロックとオーバーラ
ップしていなかったが、各サブブロックがオーバーラッ
プするように分割してもよい。このように構成した例
が、本発明の第２実施例である。第２実施例における全
体構成は、第１実施例（図２）と同じであるが、低域成
分判定値演算回路７及び高域成分判定値演算回路８の内
部構成が異なっている。

【００４５】第２実施例における低域成分判定値演算回
路７の一構成例を図15に示す。低域成分判定値演算回路
７は、ブロック化回路２から出力される各ブロックを９
個のサブブロックに分割するサブブロック化回路51と、
各サブブロックの垂直方向の隣合う画素間の差の絶対値
和を求める演算器52,53,54,55,56,57,58,59,60と、演算
器52〜60の出力の最小値を検出して出力する最小値検出
器61と、演算器52〜60の出力の最大値を検出して出力す
る最大値検出器62と、最大値検出器62の出力から最小値
検出器61の出力を減算する減算器63とを有する。

【００４６】以下、低域成分判定値演算部７の動作を図
15に従って説明する。ブロック化回路２から出力される
低域バンドの各ブロックは、サブブロック化回路51で９
個のサブブロックに分割される。例えば、ブロック化回
路２が８画素×８ラインのブロックを出力する場合、サ
ブブロック化回路51は図16のように水平方向及び垂直方
向に対してそれぞれ２画素分オーバーラップさせて、１
ブロックを４画素×４ラインの９個のサブブロックに分
割する。９個のサブブロックをそれぞれｙ₁〜ｙ₉と
し、各サブブロックの画素値をそれぞれｙ₁(i,j) 〜ｙ
₉(i,j) （ｉ，ｊ＝１，２，３，４）と表すことにす
る。演算器52〜60にはそれぞれサブブロックｙ₁〜ｙ ₉
が入力される。ここで演算器52は入力サブブロックｙ₁
に対して、サブブロックｙ₁内の垂直方向の隣合う画素
の差の絶対値和ｖ₁を、下式により演算する。

【００４７】

【数６】

【００４８】また、演算器52〜60も同様にそれぞれ、入
力サブブロックｙ₂(i,j) 〜ｙ₉(i,j) に対して、サブ
ブロックｙ₂〜ｙ₉内の垂直方向の隣合う画素の差の絶
対値和ｖ₂〜ｖ₉を、下式により演算する。

【００４９】

【数７】

【００５０】最小値検出器61は、演算器52〜60の出力の
最小値すなわちＡ＝MIN ｛ｖ₁，ｖ₂，ｖ₃，ｖ₄，ｖ
₅，ｖ₆，ｖ₇，ｖ₈，ｖ₉｝を検出して出力する。こ
の最小値検出器61の出力Ａは第１の計算値として判定器
９に入力される。また、最小値検出器61の出力は減算器
63にも入力される。一方、最大値検出器62は、演算器52
〜60の出力の最大値すなわちＢ＝MAX ｛ｖ₁，ｖ₂，ｖ
₃，ｖ₄，ｖ₅，ｖ₆，ｖ₇，ｖ₈，ｖ₉｝を検出して
出力する。減算器63は、最大値検出器62の出力Ｂから最
小値検出器61の出力Ａを減算する。減算器63の出力Ｃ＝
Ｂ−Ａは第２の計算値として判定器９に入力される。

【００５１】また、第２実施例における高域成分判定値
演算回路８の一構成例を図17に示す。高域成分判定値演
算回路８は、ブロック化回路２から出力される各ブロッ
クを、オーバーラップさせて９個のサブブロックに分割
するサブブロック化回路71と、各サブブロックの画素値
の絶対値の最大値を求める演算器72,73,74,75,76,77,7
8,79,80と、演算器72〜80の出力の最小値を検出して出
力する最小値検出器81と、演算器72〜80の出力の最大値
を検出して出力する最大値検出器82とを有する。

【００５２】次に、高域成分判定値演算回路８の動作を
図17に従って説明する。ブロック化回路２から出力され
る高域バンドの各ブロックは、サブブロック化回路71で
９個のサブブロックに分割される。例えば、ブロック化
回路２が８画素×８ラインのブロックを出力する場合、
サブブロック化回路71は図16のように１ブロックを水平
及び垂直方向に対して２画素分オーバーラップさせて、
４画素×４ラインのサブブロック９個に分割する。分割
された９個のサブブロックをそれぞれｘ₁〜ｘ₉とし、
各サブブロックの画素値をそれぞれｘ₁(i,j) 〜ｘ
₉(i,j) （ｉ，ｊ＝１，２，３，４）と表すことにす
る。演算器72〜80にはそれぞれサブブロックｘ₁〜ｘ₉
が入力される。演算器72は入力サブブロックｘ₁に対し
て、サブブロックｘ₁を構成する画素値の絶対値の最大
値ｕ₁＝MAX ｜ｘ₁(i,j) ｜を出力する。演算器73〜80
も同様に、サブブロックｘ₂〜ｘ₉を構成する画素値の
絶対値の最大値ｕ₂＝MAX ｜ｘ₂(i,j) ｜〜ｕ₉＝MAX
｜ｘ₉(i,j) ｜を出力する。

【００５３】最小値検出器81は、演算器72〜80の出力の
最小値すなわちＤ＝MIN ｛ｕ₁，ｕ₂，ｕ₃，ｕ₄，ｕ
₅，ｕ₆，ｕ₇，ｕ₈，ｕ₉｝を出力する。この最小値
検出器46の出力Ｄは第３の計算値として判定器９に入力
される。一方、最大値検出器82は、演算器72〜80の出力
の最大値すなわちＥ＝MAX ｛ｕ₁，ｕ₂，ｕ₃，ｕ₄，
ｕ₅，ｕ₆，ｕ₇，ｕ₈，ｕ₉｝を出力する。この最大
値検出器82の出力Ｅは第４の計算値として判定器９に入
力される。

【００５４】判定器９は、低域成分判定値演算回路７及
び高域成分判定値演算回路８からの計算値に基づいて最
適な量子化ステップを選定する。なお、この選定手順は
第１実施例と同様であるのでその説明は省略する。ま
た、直交変換回路３，適応量子化器４，可変長符号器
５，バッファメモリ６及び制御器10の動作は、第１実施
例と同様であるのでその説明は省略する。

【００５５】なお、上記実施例においては、いずれも１
ブロックを隣合うサブブロックとオーバーラップさせて
９個のサブブロックを構成しているが、必ずしも９分割
する必要はなく、１ブロックの大きさなどによりサブブ
ロックの個数を決定すればよい。

【００５６】また、上記実施例では、垂直方向の量子化
判定にサブバンド分割された低域成分の隣合う画素間の
絶対値和により、垂直方向の平坦部とエッジ部を検出し
ているが、インターレースされたTV信号の場合、垂直方
向に対する相関があまりないので、エッジ部の検出には
同様に計算値Ｃを用い、平坦部の検出には高域成分判定
値演算回路８より出力される計算値Ｄを用いて、垂直方
向の量子化ステップの選定を行なってもよい。更に、サ
ブバンド分割は２分割で行なったが、必ずしも２分割す
る必要はなくｎ分割のサブバンド分割を行なってもよ
い。また、水平方向に対してサブバンド分割を行なう必
要はなく垂直方向または時間方向に行なってもよい。

【００５７】（第３実施例）なお、上述の第１，第２実
施例では、サブバンド分割をし、この低域成分の各サブ
ブロックの隣合う画素間の絶対値和及び、高域成分の各
サブブロックを構成する画素値によって量子化ステップ
を選定していたが、サブバンド分割を行なわず、各サブ
ブロックの隣合う画素間の絶対値和によって量子化ステ
ップを選定してもよい。このように構成した例が、本発
明の第３実施例である。

【００５８】図18は第３実施例の構成を示すブロック図
である。図において91は、入力されるディジタル画像信
号 (輝度信号と２つの色差信号、またはＲＧＢ信号) を
複数の画素毎にブロック化するブロック化回路であり、
ブロック化回路91は、構成した各ブロックを直交変換回
路92及び判定値演算回路96へ出力する。直交変換回路92
は、ブロック化回路91から出力される各ブロックに直交
変換を施して変換係数を得、得られた変換係数を適応量
子化器93へ出力する。適応量子化器93は、入力された変
換係数を適応的に量子化し、量子化データを可変長符号
器94へ出力する。可変長符号器94は、適応量子化器93の
出力を可変長符号化し、可変長符号化データをバッファ
メモリ95へ出力する。バッファメモリ95は、可変長符号
器94の出力を固定の出力レートに変換して記憶する。判
定値演算回路96は、ブロック化回路91から出力される各
ブロックに対して、１ブロックを複数個のサブブロック
に分割し、各サブブロック内の隣合う画素間の差の絶対
値和から適応量子化判定値を演算して判定器97へ出力す
る。判定器97は、判定値演算回路96から出力される計算
値に基づいて適応量子化器93の量子化ステップを選定す
る。なお98は、バッファメモリ95がオーバーフローしな
いように判定器97の量子化ステップの選定を制御する制
御器である。

【００５９】次に動作について説明する。入力されたデ
ィジタル画像信号は、ブロック化回路91により、例え
ば、水平８画素×垂直８ラインにブロック化される。ブ
ロック化回路91は、ブロック単位で画像データを出力す
る。ブロック化回路91から出力される各ブロックは直交
変換回路92において直交変換が施される。直交変換とし
ては、例えばＤＣＴを用いる。直交変換回路92から出力
される変換係数は量子化ステップが異なる複数の量子化
テーブルを保持した適応量子化器93に入力される。適応
量子化器93の量子化パラメータは、制御器98からの制御
と判定値演算回路96の演算結果とに従って判定器97で決
定される。

【００６０】次に、判定値演算回路96の動作を、その内
部構成を示す図19に従って説明する。ブロック化回路91
から出力される各ブロックは、サブブロック化回路101
で９個のサブブロックに分割される。例えば、ブロック
化回路91が８画素×８ラインのブロックを出力する場
合、サブブロック化回路101 は、図16に示すように水平
方向及び垂直方向に対してそれぞれ２画素ずつオーバー
ラップさせて、１ブロックを４画素×４ラインのサブブ
ロックに９個に分割する。

【００６１】ここで、９個のサブブロックをそれぞれｙ
₁〜ｙ₉とし、各サブブロックの画素値をそれぞれｙ₁
(i,j) 〜ｙ₉(i,j) （ｉ，ｊ＝１，２，３，４）と表す
ことにする。演算器102 〜110 にはそれぞれサブブロッ
クｙ₁〜ｙ₉が入力される。演算器102 は入力サブブロ
ックｙ₁に対して、サブブロックｙ₁内の水平方向の隣
合う画素の差の絶対値和ｖ₁と、サブブロックｙ₁内の
水平，垂直方向の隣合う画素の差の絶対値和ｗ₁とを、
下式により演算する。

【００６２】

【数８】

【００６３】また、演算器103 〜110 も同様にそれぞ
れ、サブブロックｙ₂〜ｙ₉に対して、水平方向の隣合
う画素の差の絶対値和ｖ₂〜ｖ₉と、サブブロックｙ₁
内の水平，垂直方向の隣合う画素の差の絶対値和ｗ₂〜
ｗ₉とを下式により演算する。

【００６４】

【数９】

【００６５】第１の判定値演算器111 は、ｖ₁〜ｖ₉の
最小値すなわち、Ａ＝MIN ｛ｖ₁，ｖ₂，ｖ₃，ｖ₄，
ｖ₅，ｖ₆，ｖ₇，ｖ₈，ｖ₉｝を検出して出力する。
この第１の判定値演算器111 の出力Ａは第１の判定値Ａ
として判定器97に入力される。ここで、Ａは判定器97で
画像ブロックの平坦部を表わすパラメータとして扱われ
る。一方、第２の判定値演算器112 は、ｗ₁〜ｗ₉の最
大値すなわち、NUM1＝MAX ｛ｗ₁，ｗ₂，ｗ₃，ｗ₄，
ｗ₅，ｗ₆，ｗ₇，ｗ₈，ｗ₉｝とｗ₁〜ｗ_９の最小値
すなわち、ＮＵＭ２＝MIN ｛ｗ₁，ｗ₂，ｗ₃，ｗ₄，
ｗ₅，ｗ₆，ｗ₇，ｗ₈，ｗ₉｝とを検出し、Ｃ＝NUM1
−NUM2を第２の判定値Ｃとして判定器97へ出力する。こ
こで、Ｃは判定器97で画像ブロックのエッジ部を表わす
パラメータとして扱われる。

【００６６】判定器97は、第１の判定値演算部111 の出
力Ａを画像ブロックの平坦部を表わすパラメータとし、
第２の判定値演算器112 の出力Ｃを画像ブロックのエッ
ジ部を表わすパラメータとして図20に示すような判定図
にしたがって量子化レベルを選定する。以下、可変長符
号器94、バッファメモリ95及び制御器98については第１
実施例の場合と同様であるので、その説明は省略する。

【００６７】なお、上記実施例においては、いずれも１
ブロックを隣合うサブブロックとオーバーラップさせて
９個のサブブロックを構成しているが必ずしも９分割す
る必要はなく、１ブロックの大きさなどによりサブブロ
ックの個数を決定すればよい。また、上記実施例では、
サブブロックの水平方向の隣合う画素間の絶対値和に基
づいて平坦部の検出を行なっているが、エッジ部の検出
にNUM2を用いて判定してもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上のように、本発明の高能率符号化装
置では量子化を行なう際に、画質劣化が目立ちやすいブ
ロックには細かい量子化ステップ幅、即ち高レートの量
子化レベルを選択するように構成したので、画質劣化の
目立たない高能率符号化装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の高能率符号化装置の構成を示すブロック
図である。

【図２】本発明の高能率符号化装置の第１, ２実施例の
構成を示すブロック図である。

【図３】第１，２実施例におけるサブバンド分割回路の
内部構成を示すブロック図である。

【図４】画像信号の水平方向に対するサブバンド分割を
示す図である。

【図５】画像信号の水平方向のサブバンド分割に用いる
各種フィルタの周波数特性を示す図である。

【図６】第１実施例における低域成分判定値演算回路の
内部構成を示すブロック図である。

【図７】第１実施例のサブブロック化回路におけるブロ
ック分割例を示す図である。

【図８】第１実施例における高域成分判定値演算回路の
内部構成を示すブロック図である。

【図９】第１実施例における低域成分に対する量子化判
定の一例を示す図である。

【図１０】第１実施例における高域成分に対する量子化
判定の一例を示す図である。

【図１１】第１実施例における判定器の動作を説明する
ための画像ブロックの一例を示す図である。

【図１２】第１実施例における量子化判定の一例を示す
図である。

【図１３】第１実施例における低域成分に対する量子化
判定の一例を示す図である。

【図１４】第１実施例における高域成分に対する量子化
判定の一例を示す図である。

【図１５】第２実施例における低域成分判定値演算回路
の内部構成を示すブロック図である。

【図１６】第２実施例のサブブロック化回路におけるブ
ロック分割例を示す図である。

【図１７】第２実施例における高域成分判定値演算回路
の内部構成を示すブロック図である。

【図１８】本発明の高能率符号化装置の第３実施例の構
成を示すブロック図である。

【図１９】第３実施例における判定値演算回路の内部構
成を示す図である。

【図２０】第３実施例における量子化判定の一例を示す
図である。

【符号の説明】

１サブバンド分割回路２ブロック化回路３直交変換回路４適応量子化器５可変長符号器６バッファメモリ７低域成分判定値演算回路８高域成分判定値演算回路９判定器 10 制御器 91 ブロック化回路 92 直交変換回路 93 適応量子化器 94 可変長符号化回路 95 バッファメモリ 96 判定値演算回路 97 判定器 98 制御器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ディジタル画像信号を圧縮して符号化す
る高能率符号化装置において、ディジタル画像信号を高域及び低域の複数の周波数帯域
に分割する手段と、分割した各帯域の画像信号を複数の画素毎にブロック化
するブロック化手段と、ブロック化された画像信号に対して直交変換を施して変
換係数を得る手段と、得られた変換係数を量子化する量子化手段と、量子化された画像データを符号化する手段と、前記ブロック化手段から出力される各帯域の画像信号の
各ブロックを更に複数のサブブロックに分割するサブブ
ロック化手段と、低域のサブブロックに対し、当該帯域に対応して設定さ
れた第１の演算を施すことにより、該低域のサブブロッ
クが属するブロックを量子化するための第１の量子化レ
ベルを求める第１の演算手段と、高域のサブブロックに対し、当該帯域に対応して設定さ
れた前記第１の演算と異なる第２の演算を施すことによ
り、該高域のサブブロックが属するブロックを量子化す
るための第２の量子化レベルを求める第２の演算手段
と、前記第１の演算手段により求めた第１の量子化レベルと
前記第２の演算手段により求めた第２の量子化レベルと
を比較して、より高レートの量子化レベルを前記低域及
び高域のサブブロックが属するブロックを量子化する際
の量子化レベルとする量子化レベル決定手段とを備える
ことを特徴とする高能率符号化装置。
【請求項２】前記サブブロック化手段は、前記ブロッ
ク化手段から出力される各帯域の画像信号の各ブロック
を、水平及び垂直方向に隣合うサブブロックが重なるよ
うに複数のサブブロックに分割することを特徴とする請
求項１記載の高能率符号化装置。
【請求項３】前記第１の演算手段は、各サブブロック
に対して、各サブブロック内の隣合う画素間の画素値の
差の絶対値の総和の最小値と、該最小値及び前記総和の
最大値の差とを演算し、演算した両値に基づき前記第１
の量子化レベルを求めることを特徴とする請求項１記載
の高能率符号化装置。
【請求項４】前記第２の演算手段は、各サブブロック
内の画素値の絶対値の最大値を選択し、選択した最大値
の中の最小値及び最大値を決定し、決定した両値に基づ
き前記第２の量子化レベルを求めるべくなしてあること
を特徴とする請求項１記載の高能率符号化装置。