JP3067628B2 - 画像符号化装置 - Google Patents

画像符号化装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像符号化装置に
関し、特に動画像や静止画像を一定符号量以下に圧縮す
る画像符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１１は、従来の画像符号化装置の構成
を示す図であり、フレーム内の画像を重複しない８画素
×８ラインのブロックに分割し、各ブロックについて直
交変換を行い可変長符号化し、１フレームの符号量を目
標符号量以下となるよう制御している。直交変換には二
次元の離散コサイン変換（Discrete Cosine Transform;
「ＤＣＴ変換」という）が一般的に用いられる。
【０００３】図１１において、ディジタル映像入力信号
は入力端子１を介してブロック変換回路６１に入力され
る。ブロック変換回路６１は内部メモリ（不図示）にフ
ィールド順に信号を書き込み、１フレーム分の信号が形
成されると、メモリを制御して８画素×８ラインのブロ
ック単位に信号をＤＣＴ変換回路３に出力する。
【０００４】ＤＣＴ変換回路３は、ブロック変換回路６
１から供給された８画素×８ラインのブロック単位の信
号をＤＣＴ変換し、ＤＣＴ変換係数値をフレームメモリ
７６及び４系統の量子化回路６２，６３，６４，６５に
出力する。
【０００５】４系統の量子化回路６２，６３，６４，６
５では、量子化テーブル６６，６７，６８，６９とそれ
ぞれ異なる量子化ステップ値を用いてＤＣＴ変換係数値
の量子化を行い、量子化係数値をそれぞれ可変長符号量
累積回路７０，７１，７２，７３に出力する。
【０００６】可変長符号量累積回路７０，７１，７２，
７３は、それぞれの量子化係数値を可変長符号化を行っ
たときの符号量を１フレームに渡って累積し、発生符号
量を量子化特性関数算出回路７４に出力する。
【０００７】量子化特性関数算出回路７４では、最も目
標符号量に近い２つの発生符号量と量子化ステップ値の
組から入力画像の特性を示す符号量特性関数を算出し、
量子化ステップ値算出回路７５に出力する。
【０００８】量子化ステップ値算出回路７５では、符号
量特性関数から目標符号化量以下となる量子化ステップ
値を予測し、実際の量子化処理に用いる量子化回路９に
出力する。
【０００９】量子化回路９では、フレームメモリ７６を
利用して遅延したＤＣＴ変換係数値を量子化テーブル１
３と量子化ステップ値を用いて量子化し、可変長符号化
回路（ＶＬＣ回路という）１１に出力する。
【００１０】ＶＬＣ回路１１では、ランレングス符号
化、ハフマン符号化などを用いて可変長符号化を行い符
号化データを出力する。
【００１１】この従来の画像符号化方式の一例は、文献
１（江成正彦、樫田素一、“６０〜１４０Ｍbps対応の
「ＨＤＴＶコーディック」”、映像情報１９９２年１月
号、５１〜５８頁）に詳しく記載されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の画像符号化
装置においては、１フレーム内で目標符号量以下の符号
量で符号化するために、１フレーム区間のデータ分析を
複数個の量子化器と符号量累積回路を用いて行い、制御
を行うという方法が用いられている。
【００１３】しかしながら、この従来の方式は、高品質
な再生画像を得るために４〜８個の量子化器、可変長符
号長累積回路を並列に動作させることが必要とされてお
り、このため回路規模が大きくなることに加え、データ
分析のための量子化、符号量累積、量子化ステップ値予
測を行う区間、入力画像を遅延用遅延させることが必要
とされ、省電力化や小型・軽量化が困難であるという問
題点を有している。
【００１４】従って、本発明は、上記従来技術の問題点
を解消し、符号量制御のためのデータ分析を複数のブロ
ック単位でアクティビティの累積値を求めるという簡単
な手段で行っても、フレーム内で目標号量以下での符号
化を可能とし、従来のフレーム単位で量子化、可変長符
号量累積を求める手段と同等の再生画像品質を得ること
ができると共に、装置の小型化を容易とするような画像
符号化装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に記載した発明は、入力されたディジタル
画像信号を予め定めた所定数の画素からなる小面積のブ
ロックに分割し、該ブロックを画面内でシャフリングす
るシャフリング手段と、このシャフリングされたブロッ
ク単位のディジタル画像信号に直交変換を施す直交変換
手段と、前記直交変換手段の出力結果である変換係数値
を量子化テーブルと量子化ステップ値を用いて量子化す
る量子化手段と、前記量子化手段から出力される量子化
係数値をランレングス符号とハフマン符号を用いて可変
長符号語に変換する可変長符号化手段と、を備えた画像
符号化装置において、複数個の直交変換ブロックからな
るスライスのアクティビティの累積値から求まるスライ
ス量子化ステップ値と、ブロックごとの前記可変長符号
化手段の出力符号量（ビット数）と予測符号量との差分
値から求まる差分量子化ステップ値と、の加算値を用い
て、前記量子化手段で用いる量子化ステップ値を定める
符号量制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】請求項２に記載した発明は、請求項１の画
像符号化装置において、前記符号量制御手段が、前記可
変長符号化手段の出力符号量が前記予測符号量より大き
いブロック数をカウントするカウンタを備え、前記量子
化手段で用いる量子化ステップ値が、前記カウントされ
たブロック数に基づいて求めたオフセット量子化ステッ
プ値と、前記スライス量子化ステップ値と、前記差分量
子化ステップ値との加算値とを用いて定められることを
特徴とするものである。
【００１７】請求項３に記載した発明は、入力されたデ
ィジタル画像信号を複数の画素からなる小面積のブロッ
クに分割し、該ブロックを画面内でシャフリングするシ
ャフリング手段と、このシャフリングされたブロック単
位のディジタル画像信号に直交変換を施す直交変換手段
と、前記直交変換手段の出力結果である変換係数値を量
子化テーブルと量子化ステップ値を用いて量子化する量
子化手段と、量子化係数値をランレングス符号とハフマ
ン符号を用いて可変長符号語に変換する可変長符号化手
段と、を備えた画像符号化装置において、各直交変換ブ
ロックの全域アクティビティと高域アクティビティと、
複数個のブロックからなるスライスの全域アクティビテ
ィと高域アクティビティの累積値を求め、ブロック毎の
全域アクティビティ値及び／又はブロック毎の高域アク
ティビティ値、スライス毎の全域アクティビティ累積値
及び／又はスライス毎の高域アクティビティ累積値、ス
ライス毎の全域アクティビティ累積値及び／又はスライ
ス毎の高域アクティビティ累積値の比率を選択基準とし
て、スライスの全域アクティビティ累積値から求めたス
ライス量子化ステップ値と、ブロックの全域アクティビ
ティ値から求めたブロック量子化ステップ値とのいずれ
かを選択し、前記選択された量子化ステップ値と、ブロ
ックごとの可変長符号化手段の出力符号量と予測符号量
との差分値から求まる差分量子化ステップ値と、の加算
値を用いて、前記量子化手段で用いる量子化ステップを
定める符号量制御手段を備えたことを特徴とするもので
ある。
【００１８】請求項４に記載した発明は、請求項３の画
像符号化装置において、前記符号量制御手段が、前記可
変長符号化手段の出力符号量が予測符号量より大きいブ
ロック数をカウントするカウンタを備え、前記量子化手
段で用いる量子化ステップ値が、前記カウントされたブ
ロック数に基づいて求めたオフセット量子化ステップ値
と、前記選択された量子化ステップ値と、前記差分量子
化ステップ値と、の加算値を用いて定められることを特
徴とするものである。
【００１９】請求項５に記載した発明は、請求項４の画
像符号化装置において、前記符号量制御手段が、前記ス
ライスごとの全域のアクティビティ累積値（ＳＬＡ）と
予め定めた所定のしきい値（ＴＨＳ）とを比較し、前記
ＳＬＡが前記ＴＨＡより大きく、かつ、前記スライス毎
の高域のアクティビティ累積値（ＳＬＨ）と前記スライ
ス毎の全域のアクティビティ累積値（ＳＬＡ）との比
（ＳＬＨ／ＳＬＡ）が予め定めた所定のしきい値（ＴＳ
Ｒ）よりも大のとき、入力された前記画像信号が情報量
が多くかつ高域成分を多く含むものと判定し、全アクテ
ィビティ累積値とスライス量子化ステップ幅を規定する
特性関数として所定の第１の特性を用いて前記スライス
量子化ステップ値（ＳＬＱ）を導出し、これ以外のとき
通常の画像と判断して所定の第２の特性を用いて前記ス
ライス量子化ステップ値を求め、前記第１の特性が選択
されているとき、前記ブロックごとの全域のアクティビ
ティ（ＢＬＡ）が予め定めたしきい値（ＴＨＢ）よりも
大で、かつ、前記ブロック毎の高域のアクティビティ値
（ＢＬＨ）と前記ブロックごとの全域のアクティビティ
（ＢＬＡ）との比（ＢＬＨ／ＢＬＡ）が予め定めたしき
い値（ＴＢＲ）より大のとき、前記スライス量子化ステ
ップ（ＳＬＱ）を選択し、一方、これ以外のときブロッ
ク量子化ステップ値（ＭＢＱ）を選択し、画面内に異な
る特性を持つ画像の符号化を行う場合、前記量子化手段
の量子化ステップ値（ＱＳＣ）を適応的に選択すること
を特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明に係る画像符号化装置の実
施の形態について図面を参照して以下に詳細に説明す
る。なお、図１〜図８において、同一の構成要素には同
一符号を付してある。
【００２１】
【実施形態１】図１は、請求項１に係る本発明の実施の
形態の構成を示すブロック図である。図１を参照して、
入力端子１にはディジタル化された画像信号が入力され
る。画像信号は多値の白黒画像、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る。
【００２２】シャフリング回路２は、画像信号のブロッ
ク化およびシャフリングを行う。すなわち、シャフリン
グ回路２に入力された画像信号は、内部メモリ（不図
示）にフィールド順に１フレーム分書き込まれる。１フ
レーム分の画像信号が記憶されると、アドレスＲＯＭ
（読み出し専用メモリ）３に記憶されるシャフリングア
ドレスに従って８画素×８ラインのブロック単位で読み
出しＤＣＴ変換回路４に出力する。なお、シャフリング
アドレスの生成はＲＯＭ以外にも所定の論理回路で構成
しても良い。
【００２３】図２（Ｂ）は、本実施形態におけるシャフ
リング変換の一例を示したものである。図２において、
従来のブロック変換は横方向、あるいは縦方向に連続す
るブロック順序で符号化処理を行うのに対し（図２
（Ａ）参照）、シャフリング変換を施したブロックは、
ブロック順序が縦、横方向に連続しないように読み出さ
れる（図２（Ｂ）参照）。また、１スライスは１０個の
ＤＣＴブロックで構成される例が示されているが、スラ
イスの構成ブロック数を変更しても良い。
【００２４】ＤＣＴ変換回路４は、ブロック単位の画像
信号に対して二次元のＤＣＴ変換を施す。このＤＣＴ変
換（離散コサイン変換）は直交変換の一種で、画像信号
を圧縮する画像符号化装置で一般的用いられる変換方式
であるが、他の変換方式を用いても良い。
【００２５】ＤＣＴ変換回路４で二次元のＤＣＴ変換を
施したＤＣＴ変換係数値は、全域アクティビティ算出回
路５とスライスメモリ８に出力される。
【００２６】全域アクティビティ算出回路５は、ＤＣＴ
変換係数値のブロック当たりのアクティビティを算出
し、累積回路６に出力する。アクティビティの指標とし
ては、ＤＣＴ変換係数値の最大係数値や、変換係数値の
自乗和、絶対値和などが用いられる。
【００２７】累積回路６は、スライス当たりのアクティ
ビティ値を累積しスライス量子化ステップ値算出回路７
に出力する。
【００２８】スライス量子化ステップ値算出回路７は、
累積したアクティビティ値から、スライス内ブロックの
平均量子化ステップ値となるスライス量子化ステップ値
ＳＬＱを算出し加算回路１５に出力する。
【００２９】加算回路１３は、ＶＬＣ回路１１のバッフ
ァ状態を表すブロック毎の出力符号量と予測符号量との
差分値を求め、この差分値を差分量子化ステップ値算出
回路１４に出力する。
【００３０】差分量子化ステップ値算出回路１４は、差
分量子化ステップ値ｄＱを加算回路１３の出力値からＬ
ＳＢビットの切り落とし（truncateすること、例えば演
算結果が１２ビット幅のとき上位８ビットのみを出力す
る）やＲＯＭ等を利用して求め、加算回路１５に出力す
る。
【００３１】差分量子化ステップ値ｄＱは、スライス量
子化ステップ値ＳＬＱの値が最適値より小さいと正の値
となり発生符号量を減らし、大きいと負の値となり発生
符号量を増やす。加算回路１５はスライス量子化ステッ
プ値ＳＬＱと差分量子化ステップ値ｄＱを加算し、量子
化回路９で用いる量子化ステップ値ＱＳＣを求める（次
式（１）参照）。
【００３２】ＱＳＣ＝ＳＬＱ＋ｄＱ …(1)
【００３３】スライスメモリ８は、量子化ステップ値Ｑ
ＳＣの演算を行う間、ＤＣＴ変換係数値の遅延を行い、
量子化回路９に出力する。
【００３４】量子化回路９では、スライスメモリ８で遅
延したＤＣＴ変換係数値と量子化ステップ値ＱＳＣ、量
子化テーブル１０を利用して量子化処理を行い、量子化
係数値をＶＬＣ回路１１に出力する。
【００３５】ＶＬＣ回路１１は、可変長符号化（エント
ロピー符号化）を行い、可変長符号語として出力端子１
２に出力する。可変長符号化は発生確率の高いデータに
短い符号語、発生確率の低いデータに長い符号語を割り
当てることでデータの発生符号量を削減する符号化方式
で、ランレングス符号化とハンマン符号化を組み合わせ
て用いるのが一般的であるが、他の符号化方式を用いて
も良い。
【００３６】また、ＶＬＣ回路１１では、出力した可変
長符号語の符号量をフレーム内で累積しており、発生符
号量と予測符号量の差分値を求め、量子化回路９に差分
値をフィードバックする。
【００３７】このように量子化ステップ値ＱＳＣはブロ
ック毎に更新され、フレーム当たりの発生符号量が目標
符号量を越えることなく符号化処理を行うことができ
る。
【００３８】
【実施形態２】図３は、請求項２に係る本発明の実施の
形態の構成を示すブロック図である。図３を参照して、
本実施形態では、図１に示した前記実施形態１の構成
に、オフセット量子化ステップ値算出回路１６と加算回
路１７とが新たに付加されている。
【００３９】すなわち、加算回路１３の出力と加算回路
１５の出力の間にオフセット量子化ステップ値算出回路
１６と加算回路１７とが挿入されている。
【００４０】図３に示すように、オフセット量子化ステ
ップ値算出回路１６は、加算回路１３の出力を入力とす
る比較回路２１、正カウンタ２２、負カウンタ２３、比
較回路２４、及びカウンタ２５から構成され、比較回路
２１は、ブロックごとの加算回路１３の出力値から、差
分値が正のときカウンタ２２を駆動する制御信号を出力
し、差分値が負または「０」のときカウンタ２３を駆動
する制御信号を出力する。カウンタ２２、及びカウンタ
２３はスライスごとにリセットされ、スライス内の符号
量状態を分析する。比較回路２４はカウンタ２２の出力
とカウンタ２３の出力値をスライスごとに比較し、カウ
ンタ２２の出力値がカウンタ２３の出力値よりも大きい
場合、カウンタ２５を駆動する制御信号を出力する。カ
ウンタ２５はフレームごとにリセットされ、比較回路２
４の制御信号によりスライス内の符号量オーバーのブロ
ックが符号量アンダーのブロックよりも多い場合に駆動
され、オフセット量子化ステップ値ＡＱとして出力す
る。
【００４１】加算回路１５にて、スライス量子化ステッ
プ値ＳＬＱ、差分量子化ステップ値ｄＱの加算を行い、
加算回路１７で、加算回路１５の出力値とオフセット量
子化ステップ値ＡＱの加算を行い、量子化回路９で用い
る量子化ステップ値ＱＳＣを求める（次式（２）参
照）。
【００４２】ＱＳＣ＝ＳＬＱ＋ｄＱ＋ＡＱ …(2)
【００４３】このように量子化ステップ値ＱＳＣはブロ
ック毎に更新され、フレーム当たりの発生符号量が目標
符号量を越えることなく、かつ符号化途中であってもブ
ロックごとの目標符号量を越えることなく符号化処理を
行うことができる。
【００４４】
【実施形態３】図４は、請求項３に係る本発明の実施の
形態の構成を示すブロック図である。図４を参照して、
本実施形態においては、ＤＣＴ変換回路４でＤＣＴ変換
を施したＤＣＴ変換係数値は、全域アクティビティ算出
回路５と高域アクティビティ算出回路３１、及びスライ
スメモリ８に出力される。
【００４５】全域アクティビティ算出回路５は、ブロッ
ク内６４個のＤＣＴ変換係数値のアクティビティを算出
した累積回路６とブロック量子化ステップ値算出回路３
３、及び符号化モード決定回路３５に出力する。
【００４６】ブロック量子化ステップ値算出回路３３
は、ブロック内の全域アクティビティからブロック量子
化ステップ値ＭＢＱを求め選択回路３６に出力する。
【００４７】累積回路６は、スライス当たりのＤＣＴ変
換係数値の全域アクティビティ値を累積し、適応スライ
ス量子化ステップ値算出回路３４と符号化モード決定回
路３５に出力する。
【００４８】高域アクティビティ算出回路３１は、ブロ
ック内の高域のＤＣＴ変換係数値のアクティビティを算
出し、累積回路３２と符号化モード決定回路３５に出力
する。
【００４９】図５は、高域のＤＣＴ変換係数値の例を示
したもので、ジグザグスキャン変換を行ったデータの高
域４３個のＤＣＴ変換係数値を高域成分として処理して
いるが、他のスキャン変換を用いても良いし、高域成分
の係数値も４３個以外でも効果は変わらない。累積回路
３２はスライス当たりの高域ＤＣＴ変換係数値のアクテ
ィビティを累積し、適応スライス量子化ステップ値算出
回路３４と符号化モード決定回路３５に出力する。
【００５０】符号化モード決定回路３５は、画面内に異
なる特性を持つ画像に対しても安定して符号化するため
に４種類のアクティビティ値、すなわちスライスごとの
全域のアクティビティ累積値ＳＬＡ、スライスごとの高
域のアクティビティ累積値ＳＬＨ、ブロックごとの全域
のアクティビティ値ＢＬＡ、ブロックごとの高域のアク
ティビティ値ＢＬＨからスライス量子化ステップ値の算
出に用いる特性関数の選択信号を適応スライス量子化ス
テップ値算出回路３４に出力し、ブロック量子化ステッ
プ値ＭＢＱとスライス量子化ステップ値ＳＬＱの選択を
行う制御信号を選択回路３６に出力する。
【００５１】適応スライス量子化ステップ値算出回路３
４は、累積回路６の全域アクティビティ累積値と、符号
化モード決定回路３５の特性選択信号を用いて適応的に
スライス量子化ステップ値ＳＬＱを算出し、選択回路３
６に出力する。
【００５２】選択回路３６は、選択制御信号に従ってブ
ロック量子化ステップ値ＭＢＱとスライス量子化ステッ
プ値ＳＬＱの選択を行い、量子化回路９で用いる量子化
ステップ値ＱＳＣとして出力する。
【００５３】ここで、量子化ステップ値の算出例につい
てさらに詳細に説明する。
【００５４】入力画像が均一な特性の画面で構成される
場合、量子化ステップ値の変動を少なくすることで画面
内の画質を一定に保つことができるが、入力画像が異な
る特性の画面で構成される場合、例えば花壇と空のよう
にエッジを多く含むブロックと平坦なブロックが混在す
るとき、エッジを多く含むブロックでは画像の情報量が
多いため高い圧縮率が必要となり、量子化ステップ値Ｑ
ＳＣは大きな値を取る。一方、空のような平坦なブロッ
クを花壇部分と同じ量子化ステップ値で量子化すると情
報量の欠落が大きく画質劣化が知覚される。
【００５５】そこで、図６に流れ図として示すような算
法（アルゴリズム）を用いて符号量制御を行う。
【００５６】図９は、スライス量子化ステップ値を２種
類の特性関数を用いて求める場合の関数例を示したもの
である。
【００５７】スライスごとの全域のアクティビティ累積
値ＳＬＡとしきい値ＴＨＳを比較して（図６のステップ
61参照）、ＳＬＡがＴＨＡより大きくかつ、スライスご
との高域のアクティビティ累積値ＳＬＨとスライスごと
の全域のアクティビティ累積値ＳＬＡとの比ＳＬＨ／Ｓ
ＬＡがしきい値ＴＳＲよりも大きいとき（ステップ6
2）、入力画像は情報量が多くかつ高域成分を多く含む
ことから、図９中の特性１を用いてスライス量子化ステ
ップ値ＳＬＱを求め（ステップ63）、それ以外のとき通
常の画像と判断し、特性２を用いてスライス量子化ステ
ップ値を求める（ステップ64参照）。これを次式（３）
で示す。
【００５８】
【数１】
【００５９】特性１の関数が選択されているとき、ブロ
ックごとの全域のアクティビティＢＬＡがしきい値ＴＨ
Ｂより大きくかつ、ブロックごとの高域のアクティビテ
ィ値ＢＬＨとブロックごとの全域のアクティビティＢＬ
Ａとの比ＢＬＨ／ＢＬＡがしきい値ＴＢＲより大きいと
き（ステップ65、66参照）、スライス量子化ステップＳ
ＬＱを選択し（ステップ68）、それ以外のときブロック
量子化ステップ値ＭＢＱを選択する（ステップ67）。一
方、特性２の関数が選択されているとき、選択回路３６
は常にスライス量子化ステップ値ＳＬＱを選択する（ス
テップ69参照）。これを次式（４）で示す。
【００６０】
【数２】
【００６１】このように画面内に異なる特性を持つ画像
の符号化を行う場合、符号化に用いる量子化ステップ値
ＱＳＣを適応的に選択することで、画質劣化を最小限に
保ちながら符号化処理を行うことができる。
【００６２】
【実施形態４】図７は、請求項４に係る本発明の実施の
形態の構成を示すブロック図である。図７を参照して、
本実施形態は、図４に示した前記実施形態３に、加算回
路１３と差分量子化ステップ値算出回路１４、加算回路
１５を付加したものである。
【００６３】加算回路１３は、ＶＬＣ回路１１のバッフ
ァ状態を利用してブロック毎の出力符号量と予測符号量
の差分値を求め差分量子化ステップ値算出回路１４に出
力する。
【００６４】差分量子化ステップ値算出回路１４は、ブ
ロックごとの出力符号量と予測符号量の差分値から差分
量子化ステップ値ｄＱを算出する。
【００６５】加算回路１５は、スライス量子化ステップ
値ＳＬＱとブロック量子化ステップ値ＭＢＱから選択さ
れた量子化ステップ値ＳＥＱと差分量子化ステップ値ｄ
Ｑを加算し、量子化回路９で用いる量子化ステップ値Ｑ
ＳＣを出力する（次式（５）参照）。
【００６６】ＱＳＣ＝ＳＥＱ＋ｄＱ …(5)
【００６７】このように画面内に異なる特性を持つ画像
の符号化を行う場合、画質劣化を最小限に保ちながら、
フレーム当たりの発生符号量が目標符号量を越えること
なく符号化処理を行うことができる。
【００６８】
【実施形態５】図８は、請求項５に係る本発明の実施の
形態の構成を示すブロック図である。図８を参照して、
本実施形態では、図７に示した前記実施形態４に、オフ
セット量子化ステップ値算出回路１６と加算回路１７を
付加している。
【００６９】加算回路１７は、加算回路１５の出力値と
オフセット量子化ステップ値ＡＱを加算し、量子化回路
９で用いる量子化ステップ値ＱＳＣを出力する（次式
（６）参照）。
【００７０】ＱＳＣ＝ＳＥＱ＋ｄＱ＋ＡＱ …(6)
【００７１】本発明の実施の形態に好適に用いられる符
号量制御について数値を用いて説明する。
【００７２】図１０は、ブロックごとの全域アクティビ
ティ値ＢＬＡ、高域アクティビティ値ＢＬＨ、ブロック
量子化ステップ値ＭＢＱ、適応スライス量子化ステップ
値ＳＬＱ、ＢＬＡとしきい値ＴＨＢの比較結果、ＢＬＨ
／ＢＬＡとしきい値ＴＢＲの比較結果、選択回路３６の
出力値ＳＥＱ、差分量子化ステップ値ｄＱ、オフセット
量子化ステップ値ＡＱとその結果得られる量子化ステッ
プ値ＱＳＣを示したものである。
【００７３】入力画像は１フレームは５スライス、１ス
ライスは１０ブロックで構成されるものと想定する。
【００７４】目標符号量を１フレームあたり５０００bi
t（ビット）とすると、１ブロックあたり１００bitであ
る。
【００７５】ＶＬＣ回路１１、カウンタ２２、カウンタ
２３、カウンタ２５はフレームの開始時に初期化し、符
号化開始時の差分量子化ステップ値ｄＱとオフセット量
子化ステップ値は「０」に初期化する。
【００７６】しきい値ＴＨＳ、ＴＳＲ、ＴＨＢ、ＴＢＲ
を次式（７）で示すように設定する。
【００７７】
【００７８】第１スライスにおいて、各ブロックのＢＬ
Ａの累積値よりＳＬＡ＝２５００、各ブロックのＢＬＨ
の累積値よりＳＬＨ＝７７０を得る。この場合、次式
（８）から、図９の特性１の関数を用いてＳＬＱ＝２５
を得る。
【００７９】
【００８０】ブロック量子化ステップ値算出回路３３
は、次式（９）を用いてブロック量子化ステップ値を算
出する。
【００８１】MBQ＝BLA／20 …(9)
【００８２】第１ブロックは、次式（１０）より、ＳＬ
Ｑを選択する制御信号を出力し選択回路３６はＳＬＱ＝
２５を出力する。
【００８３】
【００８４】ｄＱ、ＡＱとも初期化されるので、次式
（１１）を得る。
【００８５】
【００８６】第２ブロックは、次式(12)よりＭＢＱを選
択する制御信号を出力し選択回路３６はＭＢＱ＝９を出
力する。
【００８７】
【００８８】ＶＬＣ回路１１のバッファ状態からｄＱ＝
０、オフセット量子化ステップ値算出回路１６の出力か
らＡＱ＝０を用いて、次式（１３）を得る。
【００８９】ＱＳＣ＝９＋０＋０＝９ …(13)
【００９０】第３ブロックも第１ブロックと同様にし
て、ＱＳＣ＝２５を得る。
【００９１】第４ブロックは、次式（14）よりＳＬＱを
選択する制御信号を出力し選択回路３６はＳＬＱ＝２５
を出力する。
【００９２】
【００９３】ここで、ＶＬＣバッファのバッファ状態か
らｄＱ＝１がフィードバックされ、次式（１５）を得
る。
【００９４】
【００９５】このようにして第１スライスの符号量制御
を行う。
【００９６】第２スライスは、第１スライスと同様にし
て、特性１の関数を用いてＳＬＱ＝２７を得る。第１ス
ライスではｄＱ＞０のブロックが６、ｄＱ≦０のブロッ
クが４なのでカウンタ２５を駆動し、ＡＱ＝１を得る。
【００９７】第２スライス、第１ブロックは、次式（１
６）より、ＳＬＱを選択する制御信号を出力し選択回路
３６はＳＬＱ＝２７を出力する。
【００９８】
【数３】
【００９９】そして、ｄＱ＝０、ＡＱ＝１より、次式
（１７）を得る。
【０１００】
【０１０１】同様にして、１フレーム分の符号量制御を
ブロックごとに行う。
【０１０２】このように画面内に異なる特性を持つ画像
の符号化を行う場合、画質劣化を最小限に保ちながら、
フレーム当たりの発生符号量が目標符号量を越えること
なく、かつ符号化途中であっても目標符号量を越えるこ
となく符号化処理を行うことができる。
【０１０３】本実施形態では、量子化ステップ値の更新
をＤＣＴブロックごととしたが、複数ブロックを制御単
位として量子化ステップ値を更新するシステムであって
も効果は変わらないことは明らかである。
【０１０４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば高
画質で実時間で目標符号量内に符号量制御できる画像符
号化装置を提供することができる。
【０１０５】すなわち、請求項１に記載した発明によれ
ば、ブロック変換を行う際シャフリングも同時に行な
い、ＤＣＴ変換係数値のアクティビティ累積回路とＶＬ
Ｃ回路のバッファ状態をフィードバックした差分量子化
ステップ値算出回路を用いて量子化ステップ値を求める
ように構成したことにより、従来の動画像符号化装置で
必要であった量子化、可変長符号量累積回路を取り除く
ことが可能とされ、装置の回路規模、符号化遅延の削減
を可能とする。
【０１０６】また、各ブロックごとの予測符号量との超
過、不足分は次ブロックに繰り越され、フレーム内で一
定符号量とあるように制御されるため、１フレームに割
り当てられる符号量を有効に利用するので再生画像品質
を向上させる。
【０１０７】また、請求項２に記載した発明によれば、
ＶＬＣ回路のバッファ状態からフレーム内で目標符号量
を越えることなく符号化できることに加え、符号化途中
のブロックにおいても、予測符号量を越えないよう制御
することができる。
【０１０８】さらに、請求項３に記載した発明によれ
ば、量子化処理に用いる量子化ステップ値を、入力画像
の特性から適応的に選択することで、回路規模の大きな
分析回路の削減を行うばかりでなく、画面内に異なる特
性を持つ画像の画質劣化を抑えることができ、再生画像
品質を向上させる。
【０１０９】そして、請求項４に記載した発明によれ
ば、量子化処理に用いる量子化ステップ値を、ＤＣＴ変
換係数値のアクティビティ値から適応的に予測し、ＶＬ
Ｃ回路のバッファ状態をフィードバックすることで、画
面内に異なる特性を持つ画像の再生画像品質を向上さ
せ、フレーム当たりの発生符号量が目標符号量を越える
ことなく符号化処理を行うことができる。
【０１１０】さらにまた、請求項５に記載した発明によ
れば、量子化処理に用いる量子化ステップ値を、入力画
像の特性とＶＬＣ回路のバッファ状態から適応的に選択
することで、フレーム内で目標符号量を越えることなく
符号化できることに加え、符号化途中のブロックにおい
ても、予測符号量を越えないよう制御することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載した本発明の実施の形態に係る
画像符号化装置のブロック図である。
【図２】シャフリング変換の一例を示す図である。
【図３】請求項２に記載した本発明の実施の形態に係る
画像符号化装置のブロック図である。
【図４】請求項３に記載した本発明の実施の形態に係る
画像符号化装置のブロック図である。
【図５】ＤＣＴ変換係数値の高域成分の一例を示す図で
ある。
【図６】請求項３に記載した本発明における符号量制御
の処理手順の一例を説明するための流れ図である。
【図７】請求項４に記載した本発明の実施の形態に係る
画像符号化装置のブロック図である。
【図８】請求項５に記載した本発明の実施の形態に係る
画像符号化装置のブロック図である。
【図９】適応スライス量子化ステップ値の特性関数の一
例を示す図である。
【図１０】請求項５に記載した本発明の動作を説明する
ための図である。
【図１１】従来技術の画像符号化装置の一構成例を示す
ブロック図である。
【符号の説明】
１ 入力端子 ２ シャフリング変換回路 ３ アドレス生成ＲＯＭ ４ ＤＣＴ変換 ５ 全域アクティビティ算出回路 ６，３２ 累積回路 ７ スライス量子化ステップ値算出回路 ８ スライスメモリ ９，６２，６３，６４，６５ 量子化回路 １０，６６，６７，６８，６９ 量子化テーブル １１ ＶＬＣ回路（可変長符号化回路） １２ 出力端子 １３，１５，１７ 加算回路 １４ 差分量子化ステップ値算出回路 １６ オフセット量子化ステップ値算出回路 ２１，２４ 比較回路 ２２，２３，２５ カウンタ ３１ 高域アクティビティ算出回路 ３３ ブロック量子化ステップ値算出回路 ３４ 適応スライス量子化ステップ値算出回路 ３５ 符号化モード決定回路 ３６ 選択回路 ６１ ブロック変換回路 ７０，７１，７２，７３ 可変長符号量累積回路 ７４ 符号量特性関数算出回路 ７５ 量子化ステップ値算出回路 ７６ フレームメモリ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419 H03M 7/30 - 7/50

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力されたディジタル画像信号を予め定め
    た所定数の画素からなる小面積のブロックに分割し、該
    ブロックを画面内でシャフリングするシャフリング手段
    と、 このシャフリングされたブロック単位のディジタル画像
    信号に直交変換を施す直交変換手段と、前記直交変換手
    段の出力結果である変換係数値を量子化テーブルと量子
    化ステップ値を用いて量子化する量子化手段と、前記量
    子化手段から出力される量子化係数値をランレングス符
    号とハフマン符号を用いて可変長符号語に変換する可変
    長符号化手段と、 を備えた画像符号化装置において、 複数個の直交変換ブロックからなるスライスのアクティ
    ビティの累積値から求まるスライス量子化ステップ値
    と、ブロックごとの前記可変長符号化手段の出力符号量
    （ビット数）と予測符号量との差分値から求まる差分量
    子化ステップ値と、の加算値を用いて、前記量子化手段
    で用いる量子化ステップ値を定める符号量制御手段を備
    えたことを特徴とする画像符号化装置。
  2. 【請求項２】入力されたディジタル画像信号を予め定め
    た所定数の画素からなる小面積のブロックに分割し、該
    ブロックを画面内でシャフリングするシャフリング手段
    と、 このシャフリングされたブロック単位のディジタル画像
    信号に直交変換を施す直交変換手段と、前記直交変換手
    段の出力結果である変換係数値を量子化テーブルと量子
    化ステップ値を用いて量子化する量子化手段と、前記量
    子化手段から出力される量子化係数値をランレングス符
    号とハフマン符号を用いて可変長符号語に変換する可変
    長符号化手段と、 を備えた画像符号化装置において、 複数個の直交変換ブロックからなるスライスのアクティ
    ビティの累積値から求まるスライス量子化ステップ値
    と、ブロックごとの前記可変長符号化手段の出力符号量
    （ビット数）と予測符号量との差分値から求まる差分量
    子化ステップ値と、の加算値を用いて、前記量子化手段
    で用いる量子化ステップ値を定める符号量制御手段を備
    え、符号量制御手段が、前記可変長符号化手段の出力符
    号量が前記 予測符号量より大きいブロック数をカウント
    するカウンタを備え、前記量子化手段で用いる量子化ス
    テップ値が、前記カウントされたブロック数に基づいて
    求めたオフセット量子化ステップ値と、前記スライス量
    子化ステップ値と、前記差分量子化ステップ値と、の加
    算値とを用いて定められる、ことを特徴とする画像符号
    化装置。
  3. 【請求項３】入力されたディジタル画像信号を複数の画
    素からなる小面積のブロックに分割し、該ブロックを画
    面内でシャフリングするシャフリング手段と、このシャ
    フリングされたブロック単位のディジタル画像信号に直
    交変換を施す直交変換手段と、前記直交変換手段の出力
    結果である変換係数値を量子化テーブルと量子化ステッ
    プ値を用いて量子化する量子化手段と、量子化係数値を
    ランレングス符号とハフマン符号を用いて可変長符号語
    に変換する可変長符号化手段と、を備えた画像符号化装
    置において、 各直交変換ブロックの全域アクティビティと高域アクテ
    ィビティと、複数個のブロックからなるスライスの全域
    アクティビティと高域アクティビティの累積値を求め、
    ブロック毎の全域アクティビティ値及び／又はブロック
    毎の高域アクティビティ値、スライス毎の全域アクティ
    ビティ累積値及び／又はスライス毎の高域アクティビテ
    ィ累積値、スライス毎の全域アクティビティ累積値及び
    ／又はスライス毎の高域アクティビティ累積値の比率を
    選択基準として、スライスの全域アクティビティ累積値
    から求めたスライス量子化ステップ値と、ブロックの全
    域アクティビティ値から求めたブロック量子化ステップ
    値とのいずれかを選択し、前記選択された量子化ステッ
    プ値と、ブロックごとの可変長符号化手段の出力符号量
    と予測符号量との差分値から求まる差分量子化ステップ
    値と、の加算値を用いて、前記量子化手段で用いる量子
    化ステップを定める符号量制御手段を備えたことを特徴
    とする画像符号化装置。
  4. 【請求項４】入力されたディジタル画像信号を複数の画
    素からなる小面積のブロックに分割し、該ブロックを画
    面内でシャフリングするシャフリング手段と、このシャ
    フリングされたブロック単位のディジタル画像信号に直
    交変換を施す直交変換手段と、前記直交変換手段の出力
    結果である変換係数値を量子化テーブルと量子化ステッ
    プ値を用いて量子化する量子化手段と、量子化係数値を
    ランレングス符号とハフマン符号を用いて可変長符号語
    に変換する可変長符号化手段と、を備えた画像符号化装
    置において、 各直交変換ブロックの全域アクティビティと高域アクテ
    ィビティと、複数個のブロックからなるスライスの全域
    アクティビティと高域アクティビティの累積値を求め、
    ブロック毎の全域アクティビティ値及び／又はブロック
    毎の高域アクティビティ値、スライス毎の全域アクティ
    ビティ累積値及び／又はスライス毎の高域アクティビテ
    ィ累積値、スライス毎の全域アクティビティ累積値及び
    ／又はスライス毎の高域アクティビティ累積値の比率を
    選択基準として、スライスの全域アクティビティ累積値
    から求めたスライス量子化ステップ値と、ブロックの全
    域アクティビティ値から求めたブロック量子化ステップ
    値とのいずれかを選択し、該選択された量子化ステップ
    値に基づき前記量子化手段で用いる量子化ステップ値を
    定める符号量制御手段を備え、前記符号量制御手段が、前記可変長符号化手段の出力符
    号量が予測符号量より大きいブロック数をカウントする
    カウンタを備え 、前記量子化手段で用いる量子化ステッ
    プ値が、前記カウントされたブロック数に基づいて求め
    たオフセット量子化ステップ値と、前記選択された量子
    化ステップ値と、ブロックごとの可変長符号化手段の出
    力符号量と予測符号量との差分値から求まる前記差分量
    子化ステップ値と、の加算値を用いて定められる、こと
    を特徴とする画像符号化装置。
  5. 【請求項５】前記符号量制御手段が、前記スライスごと
    の全域のアクティビティ累積値（ＳＬＡ）と予め定めた
    所定のしきい値（ＴＨＳ）とを比較し、前記ＳＬＡが前
    記ＴＨＡより大きく、かつ、前記スライス毎の高域のア
    クティビティ累積値（ＳＬＨ）と前記スライス毎の全域
    のアクティビティ累積値（ＳＬＡ）との比（ＳＬＨ／Ｓ
    ＬＡ）が予め定めた所定のしきい値（ＴＳＲ）よりも大
    のとき、入力された前記画像信号が情報量が多くかつ高
    域成分を多く含むものと判定し、全アクティビティ累積
    値とスライス量子化ステップ幅を規定する特性関数とし
    て所定の第１の特性を用いて前記スライス量子化ステッ
    プ値（ＳＬＱ）を導出し、これ以外のとき通常の画像と
    判断して所定の第２の特性を用いて前記スライス量子化
    ステップ値を求め、 前記第１の特性が選択されているとき、前記ブロックご
    との全域のアクティビティ（ＢＬＡ）が予め定めたしき
    い値（ＴＨＢ）よりも大で、かつ、前記ブロック毎の高
    域のアクティビティ値（ＢＬＨ）と前記ブロックごとの
    全域のアクティビティ（ＢＬＡ）との比（ＢＬＨ／ＢＬ
    Ａ）が予め定めたしきい値（ＴＢＲ）より大のとき、前
    記スライス量子化ステップ（ＳＬＱ）を選択し、一方、
    これ以外のときブロック量子化ステップ値（ＭＢＱ）を
    選択し、 画面内に異なる特性を持つ画像の符号化を行う場合、前
    記量子化手段の量子化ステップ値（ＱＳＣ）を適応的に
    選択することを特徴とする請求項４記載の画像符号化装
    置。
  6. 【請求項６】前記符号量制御手段が、全アクティビティ
    累積値とスライス量子化ステップ幅を規定する特性関数
    として前記第２の特性が選択されているときには、常に
    前記スライス量子化ステップ値（ＳＬＱ）を選択出力す
    ることを特徴とする請求項５記載の画像符号化装置。
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