JP3071205B2 - 画像データの符号化装置および符号化方法 - Google Patents

画像データの符号化装置および符号化方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画像データ特に動画像のデータを高圧縮符号
化するための符号化装置および符号化方法に関する。
〔従来の技術〕
CCDに代表される固体撮像装置等により撮像された画
像信号をメモリカード、磁気ディスク、あるいは磁気テ
ープ等の記憶装置にディジタルデータとして記録する場
合、そのデータ量は膨大なものとなるため、多くのフレ
ーム画像を限られた記録容量の範囲で記録しようとする
には、得られた画像信号のデータに対し、何らかの圧縮
を行うことが必要となる。
例えば、ディジタル電子スチルカメラなどにおいて
は、撮影した画像を銀塩フィルムの代わりに、メモリカ
ードや磁気ディスク等のデータ記憶媒体にディジタルデ
ータとして保存するので、１枚のメモリカードあるいは
磁気ディスク装置に記録できる画像の枚数が規定され、
この規定枚数分の画像の記録が保証されなければならな
い。
同様に、ディジタルVTR（ビデオテープレコーダ）等
の場合もフレーム当たりの画像のデータに影響されるこ
となく、所定量のフレームを記録できなければならな
い。すなわち、スチル像であっても、動画像であって
も、必要なコマ数分を確実にできる必要がある。
しかも、データの記録再生処理に要する時間が短く、
且つ、一定である必要がある。これは、特に動画像の場
合、処理時間は次のコマの画像を欠落させないためにも
重要である。
このような条件を満たす画像データの圧縮方法とし
て、直交変換符号化とエントロピー符号化を組み合わせ
た符号化方法が広く知られている。
その代表的なものとして、静止画符号化国際標準化に
おいて検討されている方式について次に概略を説明す
る。
この方式はまず、画像データを所定の大きさのブロッ
クに分割し、分割されたブロック毎に直交変換として２
次元のDCT（離散コサイン変換）を行う。次に各周波数
成分に応じた線形量子化を行い、この量子化された値に
対しエントロピー（単位通報当りの情報量）符号化とし
てハフマン符号化を行う。この時、直流成分に関しては
近傍ブロックの直流成分との差分値をハフマン符号化す
る。
交流成分はジグザグスキャンと呼ばれる低い周波数成
分から高い周波数成分へのスキャンを行い、無効（値が
０）の成分の連続する個数とそれに続く有効な成分の値
とから２次元のハフマン符号化を行う。以上がこの方式
の基本部分である。
この基本部分だけでは、エントロピー符号化であるハ
フマン符号化を用いているために符号量が画像毎に一定
ではなくなってしまう。
そこで、符号量の制御の方法として次の方式が提案さ
れている。まず、前記基本部分の処理を行うと同時に全
画面の発生した総符号量を求める。この総符号量と目的
とする符号量とからDCT係数に対する目的とする符号量
に近づけるのに最適な量子化幅を予測する。次にこの量
子化幅を用いて前記基本部分の量子化以降の処理を繰り
返す。
そして、今回発生した総符号量と、前回発生した総符
号量と、目的とする符号量とから再び目的の符号量に近
づけるのに最適な量子化幅を予測する。そして、この予
測した量子化幅と前回の量子化幅が一致し、かつ目的の
符号量よりも今回発生した総符号量の方が少ない場合に
は処理を終了し、符号を出力する。そうでない場合には
新しい量子化幅を用いて処理を繰り返す。
以上の動作を第12図を参照して具体的に説明すると、
まず、（ａ）に示すように、１フレームの画像データ
（国際標準化案で提示されている１フレームの画像は72
0×576画素）を所定の大きさのブロック（例えば８×８
の画素よりなるブロックA,B,C…）に分割し、（ｂ）に
示すように、この分割されたブロック毎に直交変換とし
て２次元のDCT（離散コサイン変換）を行い、８×８の
マトリックス上に順次格納する。画像データは二次元平
面で眺めてみると、濃淡情報の分布に基づく周波通情報
である空間周波数を有している。
従って上記DCTを行うことにより、画像データは直流
成分DCと交流成分ACに変換され、８×８のマトリックス
上には原点位置（0,0位置）に直流成分DCの値を示すデ
ータが、そして、0,7位置には横軸方向の交流成分ACの
最大周波数値を示すデータが、そして、7,0位置には縦
軸方向の最大交流成分ACの周波数値を示すデータが、さ
らに7,7位置には斜め方向の交流成分ACの最大周波数値
を示すデータが、それぞれ格納され、中間位置ではそれ
ぞれの座標位置により関係付けられる方向における周波
数データが、原点側より順次高い周波数のものが出現す
る形で格納されることになる。
次にこのマトリックスにおける各座標位置の格納デー
タを、定められた量子化マトリックスと量子化幅係数α
を掛け合わせて得られる各周波数成分毎の量子化幅によ
り割ることにより、各周波数成分に応じた線形量子化を
行い（ｃ）、この量子化された値に対しエントロピー符
号化としてハフマン符号化を行う。この時、直流成分DC
に関しては近隣ブロックの直流成分との差分値をグルー
プ番号（付加ビット数）の付加ビットで表現し、そのグ
ループ番号をハフマン符号化し、得られた符号語と付加
ビットを合わせて符号化データとする（d1,d2,e1,e
2）。
交流成分ACに関しても有効である（値が“0"でない）
係数は、グループ番号と付加ビットで表現する。
そのため、交流成分ACはジグザグスキャンと呼ばれる
低い周波数成分から高い周波数成分へのスキャンを行
い、無効（値が“0"）の成分の連続する個数（零のラン
数）と、それに続く有効な成分の値のグループ番号とか
ら２次元のハフマン符号化を行い、得られた符号語と付
加ビットを合わせて符号化データとする。
ハフマン符号化はフレーム画像あたりの上記直流成分
DCおよび交流成分ACの各々のデータ分布における発生頻
度のピークのものを中心として、この中心のものほど、
データビットを少なくし、周辺になるほどビット数を多
くするようにしてビット割り当てをした形でデータを符
号化して符号語を得ることで行う。
以上がこの方式の基本部分である。
この基本部分だけでは、エントロピー符号化であるハ
フマンン符号化を用いているために符号量が画像毎に一
定ではなくなってしまうから、符号量の制御の方法とし
て例えば、次のように処理する。
まず、暫定的な量子化幅係数αを用いて前記基本部分
の処理を行うと同時に、全画面の発生した総符号量（総
ビット数）を求める（ｇ）。
この総符号量と、目的とする符号量と、用いた暫定的
な量子化幅係数αの３者とからDCT係数に対する目的と
する符号量に近づけるのに最適な量子化幅係数αをニュ
ートン−ラプソン−イタレーション（Newton Raphson I
teration）により予測する（ｈ）。
次にこの量子化幅係数αを用い（ｉ）、前述の基本部
分の量子化以降の処理を繰り返す。そして、今回発生し
た総符号量と、前回発生した総符号量と、目的とする符
号量と、今回用いた量子化幅係数αと、前回用いた量子
化幅係数αとから、再び目的の符号量に近づけるのに最
適な量子化幅係数αを予測する。
そして、この予測した量子化幅係数αと前回の量子化
幅係数αが一致し、かつ目的の符号量よりも今回発生し
た総符号量の方が少ない場合には処理を終了し、今回発
生した符号化データを出力してメモリカードに記憶する
（ｆ）。そうでない場合には量子化幅係数αを変更し、
この新しい量子化幅αを用いて処理を繰り返す。
（発明が解決しようとする課題） 上述したように、例えば、ディジタル電子スチルカメ
ラなどにおいては、１枚のメモリカードあるいは磁気デ
ィスク装置あるいは１本の磁気テープに記録できる画像
の枚数が保証されていなければならず、そのため、画像
データを圧縮して記録するが、操作性の上からその処理
時間ができるだけ短く、且つ、一定である必要がある。
また、高能率で画像データの圧縮が行える事が望まれ
る。これらはディジタル電子スチルカメラに限らず、他
のアプリケーションにおいても少なからず要求される項
目である。
そして、このような要求を満たす圧縮方法として上述
の国際標準案方式があり、この方式において、前記基本
部分で例示したようなブロック毎の直交変換とエントロ
ピー符号化を組み合わせた手法では、画像データの圧縮
を高能率で行えるものの、エントロピー符号化を用いて
いるが故に符号量が画像によって一定にならず、１枚の
メモリカードあるいは磁気ディスク装置に記憶できる画
像の枚数が不足になるという欠点があった。
また、従来例で例示したような符号量の制御の方法で
は符号化の基本部分のパスを何度繰り返すかが画像によ
って異なるために処理時間が不定となるばかりでなく、
一般的に処理時間を長く必要とする欠点があった。特に
このことは動画像を扱うシステムの場合、致命的であ
る。
そこで、この発明の目的とするところは、一定の処理
時間内で、一定の符号量以内に収まるように符号化でき
ると共に、動画像用として十分に実用可能な画像データ
の符号化装置および符号化方法を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は次のように構成す
る。
すなわち、第１には画像データをブロックに分割し、
この分割されたブロック毎に直交変換を行ってからこの
変換出力を量子化手段により量子化し、その後、この量
子化出力をエントロピー符号化手段に与えてエントロピ
ー符号化し、データの符号化をする符号化装置におい
て、動画像のデータを得る手段と、この動画像データの
うち、隣接する複数フレーム分の画像データを３次元配
置して、この３次元配置した各フレームの画像データを
所定サイズのマトリックス領域にブロック分けしてその
各ブロックについて３次元の直交変換を行う第１の手段
およびこの第１の手段により得られた３次元の直交変換
係数データにおける原点位置より、該原点位置を中心と
する３次元空間上の球面に近似させた平面について所定
の順序で走査を行い、１次元化された直交変換係数デー
タに変換して前記エントロピー符号化手段に与える第２
の手段とよりなる変換手段と、前記エントロピー符号化
手段によりエントロピー符号化された各ブロック毎の１
次元の直交変換係数データをもとに前記各ブロック毎の
符号量を算出すると共に、全画像の符号量を算出する符
号量算出手段と、この符号量算出手段により算出された
各ブロック毎の符号量および画像全体の符号量と目標符
号量とから各ブロック毎の符号量の割当てを行う符号量
割当手段と、前記符号量算出手段により算出された画像
全体の符号量と目標符号量とから最適な量子化幅を予測
すると共に前記量子化手段にこの予測量子化幅を与える
量子化幅予測手段と、前記符号割当手段により割当てら
れた各ブロック毎の割当て符号量を越えないように、前
記エントロピー符号化手段の符号化を打切る符号化打切
手段と、前記エントロピー符号化手段によりエントロピ
ー符号化された変換係数を符号として出力する符号出力
手段と、前記量子化手段に対し、予め定めた暫定的な量
子化幅を用いて量子化を行わせる第１の符号化処理を実
施させ、その結果をもとに符号量を制御して第２の符号
化処理を実施させるように制御する制御手段とを備え
る。
また、第２には画像データをブロックに分割し、この
分割されたブロック毎に直交変換を行ってからこの変換
出力を量子化手段により量子化し、その後、この量子化
出力をエントロピー符号化手段に与えてエントロピー符
号化し、データの符号化をする符号化方法において、動
画像のデータを得る第１のステップと、この動画像デー
タのうち、隣接する複数フレーム分の画像データを３次
元配置して、この３次元配置した各フレームの画像デー
タを所定サイズのマトリックス領域にブロック分けして
その各ブロックについて３次元の直交変換を行う第２の
ステップと、この第２のステップにより得られた３次元
の直交変換係数データにおける原点位置より、該原点位
置を中心とする３次元空間上の球面に近似させた平面に
ついて所定の順序で走査を行い、１次元化された直交変
換係数データに変換して前記エントロピー符号化ステッ
プに与える第３のステップと、前記エントロピー符号化
ステップによりエントロピー符号化された各ブロック毎
の１次元の直交変換係数データをもとに前記各ブロック
毎の符号量を算出すると共に、全画像の符号量を算出し
て最適化するに必要なブロック毎の情報量および画像全
体の情報量を調べる第４のステップと、この第４のステ
ップで得た各ブロック毎の情報量の割り当てと最適化に
必要な量子化幅を予測を行う第５のステップと、この予
測量子化幅を用いて前記各ブロック毎の量子化を行う第
６のステップと、この第６のステップにおける各ブロッ
ク毎の割り当て情報量に収まる範囲でそのブロックのエ
ントロピー符号化を実施する第７のステップとよりなる
ことを特徴とする。
（作 用） このような構成において、得られた動画像のデータを
隣接する複数フレームの画像を順に並べるかたちで３次
元配置し、この３次元配列の画像データを所定のサイズ
のマトリックス領域にブロック分けし、その各ブロック
について３次元の直交変換（DCT）係数データ化し、そ
の各ブロックにおける原点位置より、該原点位置を中心
とする３次元空間上の球面に近似させた各平面について
の例えば、渦巻き状の走査により３次元DCT係数データ
を走査し、同一もしくは近い値のDCT係数を示すデータ
について、面毎にデータをまとめるようにして１次元DC
T化し、このブロック別の１次元DCTデータを、暫定的な
量子化幅で量子化を行った後、エントロピー符号化し、
各ブロック毎の符号量と画像全体の符号量を算出し、こ
れから各ブロック毎の割当て符号量を算出すると共に、
最適な量子化幅を予測する（第１の符号化）。そして、
次に再び直交変換された変換係数に対し、新しい量子化
幅で量子化を行った後、第１の符号化により割当てられ
た各ブロック毎の割当て符号量を超える前に符号化を打
切るようにエントロピー符号化を行う。
このように本装置は得られた動画像に対し、隣接する
複数フレームの画像を順に並べて３次元配置し、この３
次元配置した各フレームの画像データを所定サイズのマ
トリックス領域にブロック分けしてその各ブロックにつ
いて３次元の直交変換を行い、これにより得られた３次
元の直交変換係数データにおける原点位置より、該原点
位置を中心とする３次元空間上の球面に近似させた各平
面についての渦巻き状の走査を行うかたちで３次元DCT
係数データを走査し、同一もしくは近い値のDCT係数を
示すデータについて、面毎にデータをまとめるようにし
て１次元DCT化し、これによって、０ラン符号の続く傾
向の強い高周波数領域の成分をまとめ、圧縮の効率化を
可能にしたうえで、さらにこのようにして得たブロック
別の１次元DCT化データに対し、最初に統計処理を行
い、最適化するに必要なブロック毎の情報量や画像全体
の情報量等を調べ、次にこの統計処理により得た情報を
もとに最適化された符号化を行うための処理に入り、順
次、符号化出力を見ながら、所望の符号量内で収まるよ
うに、エントロピー符号化を制御し、符号化出力を最終
出力として得るようにしたものである。
そのため、最初に画像のブロック化とそのブロック化
画像についての３次元DCT係数データ化、この３次元DCT
係数データを高圧縮が可能な状態に処理する３次元DCT
係数データの１次元DCTデータ化処理、このブロック化
され１次元DCT処理さた画像の要素に対する標準の量子
化幅を使用しての量子化、量子化により得られた変換係
数のエントロピー符号化、そして、このエントロピー符
号化により得られる各ブロックの各要素の符号量情報と
画像全体の符号量情報より最適な符号量にするに必要な
量子化幅の予測、各ブロックの各要素における割当符号
量の決定、これらに基づく処理対象画像への最適符号化
の処理モードへの移行、この処理モードの実施における
画像のブロック化処理、このブロック化された画像の要
素に対する前記予測量子化幅を使用しての量子化処理、
この量子化により得られた変換係数のエントロピー符号
化、そして、このエントロピー符号化にあたり、各ブロ
ックの各要素における割当符号量を基準としての該割当
符号量に収まる範囲内での当該要素のエントロピー符号
化、処理対象画像の全符号の保存のための出力処理と云
った処理を行い、最終出力を得るようにしたものである
から、得られた画像データに対し、極めて効率良く圧縮
符号化することができると共に、必ず一定の符号量以内
に収まるように符号化できるようになり、画像の記憶容
量が規定される場合等では、記憶手段の記憶容量に対し
て、規定記憶量を保証することができる他、一旦、統計
処理をして画像全体のデータの目安を知った後、これに
基づき符号化を実施するので、統計処理のパスと符号化
処理のパスの２パスで処置が終わるから、一定の処理時
間内で、一定の符号量以内で符号化を行うことができる
ようになる。
従って、この発明によれば、一定の処理時間内に収ま
るように、しかも、高い圧縮率で符号化できるようにな
る。
〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
初めに本発明を分かり易くするために、本発明の基本
的な考え方を説明しておく。
すなわち、本発明は最初に１パス目の処理として統計
処理を行い、最適な量子化幅係数を予測すると共に、ブ
ロック毎の割当て符号量を決定する。
そして、２パス目の処理として最終的な符号化処理を
実施する。２パス目は各ブロック毎に前記予測量子化幅
係数により量子化すると共に、これを符号化し、この符
号化により得られる符号量がブロック毎の割り当て符号
量に収まるように、そのブロックについて符号量を監視
しながら、符号化を進め、EOB符号を含め、符号量が割
当符号量に達するとそのブロックの符号化は終了させて
次のブロックの符号化に移って行くと云うものである。
統計処理は最適な量子化幅を予測すると共に、ブロッ
ク毎の割当符号量を決定するものであり、最適符号量の
予測は符号化を行った時の符号量を粗く（しかし、かな
りの精度で）近付けるための処理である。
この最適化された量子幅を符号化処理で使用すること
で、ほぼ目的の符号量に近付けることができるようにな
る。そして、この時点で符号量が目的の符号量内に収ま
れば、この処理だけで十分であるが、１画像のデータ量
の上限が規定されている場合、１バイトはおろか、１ビ
ットでも目的の符号量をオーバーすることはできない。
そこで、オーバーしたときの処理法が必要になる。
それがブロック毎の割当符号量の決定である。
これは符号化を行ったときの符号量が目的の符号量を
オーバーした時の微調整に使用するデータを決定するた
めのものである。実際に符号化処理を統計処理において
予測した最適な量子化幅で実行した結果を見て、オーバ
ーしなかったときは終了、オーバーしたときは後処理と
云うようにしても良いが、その場合、統計処理、符号化
処理、後処理の３ステップとなり、時間がかかるばかり
でなく、符号化処理と後処理の間で、長さの異なる符号
を繋ぎ合わせることなく区別がつくように、保存する必
要が生じ、問題であるから、符号化処理の最中に微調整
を行うことが望まれる。
しかし、無闇にデータを落とすことは画質の劣化に繋
がるので、避けねばならない。
そこで、本発明では各ブロックの高い周波数成分から
省略して行くことにより視覚的な影響を最小にする。と
ころが、符号量がオーバーするか否かは符号化を終了し
てみないと分からないので、本発明ではそれを各ブロッ
ク毎に判定させるようにする。
これは最適な量子化幅あるいは統計処理により予測さ
れた量子化幅を用いて符号化を行ったときに発生する各
ブロックの符号量において、各ブロックの発生符号量の
相対的な比率があまり変化しないことが実験により確認
されているので、これを利用する。すなわち、統計処理
で暫定的な量子化幅（これは目的の符号量によって、ご
く粗く予測することが可能）を用いて、符号化を行うと
きに、各ブロックにおいて発生した符号量を目的とする
符号量にする際、各ブロック毎に「これを超えない限り
画像全体の符号量が目的の符号量を越えない」と云うガ
イドラインを設定し、このガイドラインを各ブロック毎
の割当符号量として監視の基準にする。
このようにして量子化幅と各ブロック毎の割当符号量
が決まったならば、これに基づき符号化処理を実施し、
最終的な符号化を行う。
本発明においては、符号化処理では各ブロックにおい
て、そのブロックの割当符号量を越えないように各ブロ
ックにおいて符号化を打ち切る。
各ブロックの符号化において、低い周波数成分から高
い周波数成分に順次、符号化しながら、ガイドライン
（割当符号量）を超えないようにチェックする。オーバ
ーしなかったブロックは問題なく符号化を終了、つま
り、EOBを出力する。途中でオーバーしてしまったブロ
ックはそれ以上の高周波成分は符号化せず、符号化を打
ち切り、そのブロックの符号化を終了、つまり、EDBを
出力する。このとき、EOBもハフマン符号の一つである
から、EOBも含めて割当符号量内に収まるようにする必
要がある。
このようにして、例えば、半数のブロックは打ち切る
必要無く符号化を終了し、残りの半数はごく高い周波数
の一部が省略されて、符号化を終了したとすれば、欠落
する情報は極めてわずかであり、しかも、欠落するのは
視覚的に影響の少ない高い周波数成分の情報にとどめる
ことができる。
そして、この方式により統計処理、符号化処理の２ス
テップで必ず符号化を終了することができ、従来のよう
に何度も最適化を繰り返すことなく総符号量を規定値内
に収めることができるようになり、しかも、画質の劣化
も抑制できる。
以上の原理を用いた装置の実施例を説明する。初めに
理解をし易くするため、スチル像を取り扱うディジタル
電子スチルカメラに適用した例を説明する。
第８図に本発明による画像データの符号化装置をディ
ジタル電子スチルカメラに適用した一実施例をブロック
図で示す。なお、本発明とは直接関係のないディジタル
電子スチルカメラの機構は図示および説明を省略する。
第８図において、10は撮影レンズ、12はCCD等の撮像
デバイスであり、前記撮影レンズ10の後方におかれてい
る。撮影レンズ10によりこの撮像デバイス12上に結像さ
れた光学像を画像信号に変換する。14はプロセス回路で
あり、前記撮像デバイス12により得られた画像信号を信
号線100を通して受けてこれをカラー信号のＹ、Ｒ−Ｙ
（以下、このRYをCr（クロマレッド）と略称する）、Ｂ
−Ｙ（以下、このＢ−ＹをCb（クロマブルー）の略称す
る）の各色成分に分離されると共にガンマ補正やホワイ
トバランス処理等を行うものである。
16YはＹ成分用の信号のディジタル変換を行うA/D変換
回路、16CはCr、Cb成分用の信号のディジタル変換を行
うA/D変換回路である。プロセス回路14より出力された
各色成分の画像信号のうち、Ｙ成分は信号線102Yを通り
A/D変換回路16YによりA/D変換され、Cr、Cb成分は信号
線102Cを通りA/D変換回路16CによりA/D変換される。
18Y,18CはそれぞれＹ成分用およびCr,Cb成分用に分け
られた画像メモリであり、少くとも１フレームの画像を
記憶する容量を有していて、A/D変換回路16Y,16Cの出力
はそれぞれ信号別に分けられた信号線104Y,104Cを通
り、対応する画像メモリ18Y,18Cに記録する構成となっ
ている。
20Y,20CはそれぞれＹ成分用およびCr,Cb成分用に分け
られたブロック化回路であり、これらブロック化回路20
Y,20Cは対応する画像メモリ18Y,18Cの画像データ（１フ
レーム分）をそれぞれ対応する信号線106Y,106Cを通し
て受けて、所定の大きさのブロックに分割するブロック
化処理を行うものである。ここでは例としてブロックサ
イズは８×８とするが、このブロックサイズは８×８に
限るものではなく、またＹとＣ（クロマ系）でブロック
サイズが異なっても良い。本実施例では、クロマ系のブ
ロック回路106Cは最初にCr成分の画像データについて総
てのブロック化を行った後に、Cb成分の画像データをブ
ロック化して行くものとする。
22Y,22CはそれぞれＹ成分用およびCr,Cb成分用に分け
られた直交変換回路であり、それぞれ対応する成分用の
系統のブロック化回路20Y,20Cによりブロック化された
各画像データを、それぞれの系統の信号線108Y,108Cを
通して受けると、このブロック化された画像データに対
し、各ブロック毎に２次元の直交変換を行うものであ
る。直交変換としてはコサイン変換、サイン変換、フー
リエ変換、アダマール変換などが使用できる。直交変換
を行うことにより、変換係数としての画像データが得ら
れる。
24Y,24CはそれぞれＹ成分用およびCr,Cb成分用に分け
られた量子化回路であり、前記直交変換回路22Y,22Cの
画像データ（変換係数）をそれぞれの系の対応する信号
線110Y,110Cを通して受けると、この量子化回路24Y,24C
は第１回目の量子化では予め設定された各周波数成分毎
の量子化幅に、予め設定された量子化幅係数αを掛けた
値で変換係数の量子化を行い、第２回目以降では前回の
処理により決定された最適量子化幅係数αを用いて量子
化を行う構成としてある。
26Y,26CはそれぞれＹ成分用およびCr,Cb成分用に分け
られたエントロピー符号化回路であり、エントロピー符
号化回路26Y,26Cは量子化された信号線112Y,112Cを介し
て得られた変換係数をエントロピー符号化するものであ
る。
エントロピー符号化としてはハフマン符号化、算術符
号化などを利用する。エントロピー符号化は可変長符号
化であるために、ブロック毎の符号量画像全体の符号量
などが画像毎に変化する。
どのようなエントロピー符号化を用いるかは本発明と
は直接関係が無いが、ここではハフマン符号化を使用し
た一例を示すこととする。
エントロピー符号化回路26Y,26Cでは入力した量子化
された変換係数を第２図に示す順序でスキャンするジグ
ザグ・スキャンと呼ばれる手法により、低い周波数成分
から高い周波数成分への走査を行う。
第２図の走査順序の１番目の直流成分のデータは直前
にエントロピー符号化を行ったブロックの直流成分との
差分値をハフマン符号化して出力する。
交流成分については第２図の走査順序の２番目から64
番目まで順番に変換係数を見て行き、変換係数が０でな
い（すなわち、有効な）係数が出て来たらその存在した
連続した０（無効）の係数の数（ゼロラン）とその有効
係数の値とで２次元のハフマン符号化して出力すると云
った動作をする。
また、ある係数以降64番目の係数まで連続して無効係
数が続く場合は、ブロックの終りを示すEOB（エンド・
オブ・ブロック）の符号を出力する。また、打ち切り信
号が入力されると符号化を終了し、EOBを付加して出力
する。そして、そのブロックについて発生した符号量を
信号線114Y,114Cを通して符号量算出回路28に出力す
る。
符号量算出回路28は入力されたＹ、Cr、Cb各成分の各
ブロック毎の符号量とその符号量の積算を行い、Ｙ、C
r、Cb各成分の各ブロック毎の符号量データの収集と画
像全体の符号量を計算し、この画像全体の符号量のデー
タについては信号線116を通して量子化幅予測回路30に
出力すると共に、各ブロック毎の符号量と画像全体の符
号量のデータについては信号線118を通して符号量割当
て回路32に出力する構成としてある。
30は量子化幅予測回路であり、この回路30は符号量算
出回路28から入力された画像全体の符号量と、１画像当
りの許容される最大のデータ量である目標符号量とか
ら、例えば、Newton−Raphson iteration法を用いて、
目標符号量に近づけるのに最適な量子化幅係数αを、今
回実際に使用した量子化幅係数を勘案して予測するもの
である。
また、32は符号量割当回路であり、この回路32は符号
量算出回路28から入力された各ブロック毎の画像データ
の符号量、画像全体の符号量と、目標符号量とから各ブ
ロックの割当符号量を算出して符号化打切回路34Y,34C
に出力するものである。ここでの算出の方法は、例え
ば、各ブロック毎の符号量の比で、目標符号量を比例配
分する。
例えば、あるブロックの符号量と目標符号量との乗算
を行い、それを画像全体の符号量で割ることにより、そ
のブロックの割当符号量を決定する。
符号量割当回路32は符号量情報テーブルとブロック割
当符号量データテーブルとを持ち、符号量情報テーブル
における該当ブロック位置の符号量情報を符号量算出回
路28から入力された符号量情報に書き替える一方、符号
量算出回路28から入力された各ブロック毎の符号量およ
び画像全体の符号量と、目標符号量とから各ブロックの
割当符号量を算出し、この算出した各ブロックの割当符
号量のデータをブロック割当符号量データテーブルに格
納する。
このブロック割当符号量データテーブルの各ブロック
別割当符号量は該当のブロックがエントロピー符号化処
理される際に符号化打切回路34Y,34Cに与えられる。
符号化打切回路34Y,34Cは符号量割当回路32からの各
ブロックの符号量を割当符号量から減算し、割当符号量
の残りが送出すべき符号量とEOBの符号との合計符号量
より小さくなった場合には信号線126Y,126Cを通して打
切り信号を出力し、そのブロックの符号化を終了すると
云った機能を有する。
従って、符号化打切回路34Y,34Cではこの割当符号量
を参照し、入力された送出すべき符号量およびEOBの符
号を送出しても割当符号量を越えない場合は、打切りは
行われず、そのブロックの符号化を終了し、該ブロック
の割当符号量から送出すべき符号量を減ずると云った動
作を行う。
36は符号出力回路であり、この符号出力回路36は信号
線128Y,128Cを通して入力されるエントロピー符号化回
路26Y,26Cからの可変長の符号をつなぎ合わせるもの
で、この繋ぎ合わせた符号を信号線130を通してメモリ
カード38に書き込むように機能する。
本システムでは最初に統計処理を行い、最適化するに
必要なブロック毎の情報量や画像全体の情報量等を調
べ、次にこの統計処理により得た情報をもとに最適化さ
れた符号化を行うための処理に入る。
そのため、最初に画像のブロック化、このブロック化
された画像の要素に対する標準の量子化幅係数αを使用
しての量子化、量子化により得られた変換係数のんエン
トロピー符号化、そして、このエントロピー符号化によ
り得られる各ブロックの各要素の符号量情報と画像全体
の符号量情報より最適な符号量にするに必要な符号化幅
係数αの予測、各ブロックの各要素における割当符号量
の決定、これらに基づく処理対象画像への最適符号化の
処理モードへの移行、この処理モードの実施における画
導のブロック化処理、このブロック化された画像の要素
に対する前記予測量子化幅αを使用しての量子化処理、
この量子化により得られた変換係数のエントロピー符号
化、処理対象画像の全符号の保存のための出力処理と云
った手順を実施させるが、その全体の制御管理は図示し
ない制御部により行うようにしてあるものとする。
なお、制御部のこのような機能はマイクロプロセッサ
（CPU）を使用することで容易に実現できる。
次に上記構成の本装置の作用を動作遷移図である第10
図を参照して説明する。
撮影を行うと撮影レンズ10により、該撮影レンズ10の
後方におかれた撮像デバイス12上に被写体像が光学像と
して結像される。そして、この撮像デバイス12はこの結
像された光学像を画像信号に変換して出力する。
撮像デバイス12により得られた画像信号は信号線100
を通してプロセス回路14に送られ、ここでＹ成分、Cr成
分（Ｒ−Ｙ成分）、Cb成分（Ｂ−Ｙ成分）の各色成分の
信号に分離されると共にガンマ補正やホワイトバランス
処理等が行われる。
プロセス回路14より出力された各色成分の画像信号の
うち、Ｙ成分は信号線102Yを通してA/D変換回路16Yに与
えられ、ディジタルデータに変換されて出力される。ま
た、Cr、Cb成分は信号線102Cを通してA/D変換回路16Cに
与えられ、ディジタルデータに変換されて出力される。
A/D変換回路16Y、16Cのこの出力はそれぞれ対応する系
統の信号線104Y,104Cを通り、対応する系統の画像メモ
リ18Y,18Cに記録する。
一方、ブロック化回路20Y,20Cは対応する系統の画像
メモリ18Y,18Cの画像データをそれぞれ対応する信号線1
06Y,106Cを通して受け、所定の大きさのブロックに分割
する。すなわちブロック化を行う。ここでは例としてブ
ロックサイズは８×８とする。本実施例では、ブロック
化回路20Cは最初にCrの画像データについて総てのブロ
ック化を行った後に、Cbの画像をブロック化してゆくも
のとする。
ブロック化回路20Y,20Cによりブロック化された各ブ
ロックの画像データは、対応する信号線108Y,108Cを通
して対応する直交変換回路22Y,22Cに与える。すると、
直交変換回路22Y,22Cはブロック化された入力画像デー
タ（以下、ブロック画像データと呼ぶ）に対し、各ブロ
ック毎に例えば、離散コサイン変換（DCT）による２次
元の直交変換を行う。このDCTによる直交変換と云うの
は、ある波形を周波数成分に分割し、これを入力サンプ
ル数と同じ数だけのコサイン波で表現すると云った処理
である。
そして、直交変換されたブロック画像データ（変換係
数）は８×８のマトリックスの対応する周波数成分位置
に格納され（マトリックスの原点位置が直流成分、それ
以外は交流成分で原点位置より離れるに従い周波数が高
くなるような関係を持たせたマトリックスに格納す
る）、これが信号線110Y,110Cを通して量子化回路24Y,2
4Cに入力される。
すると量子化回路24Y,24Cはこのブロック画像データ
（変換係数）に対して１パス目（第１回目）の量子化を
行う。この第１回目の量子化では、予め設定された各周
波数成分毎（周波数成分はブロックの各マトリックス位
置に対応して決まる）の量子化マトリックスに、標準
（暫定）の量子化幅係数を掛けた量子化幅で変換係数の
量子化を行う。この時の量子化マトリックスは２系統あ
る量子化回路24Y,24Cそれぞれで同じであっても良い
が、それぞれに適した量子化マトリックスを設定する方
が良い結果が得られる。
量子化されたブロック画像データ（変換係数）は信号
線112Y,112Cを通りエントロピー符号化回路26Y,26Cに入
力され、ここで、エントロピー符号化される。
エントロピー符号化回路26Y,26Cでは量子化されて入
力された変換係数を第２図に示す順序でジグザグスキャ
ンし、低い周波数成分から高い周波数成分への走査を行
う。すなわち、変換係数は８×８のマトリックスに周波
数成分に対応して格納されており、原点に近いほど、周
波数が低いので第９図のようにジグザグスキャンするこ
とで低い周波数成分から高い周波数成分へと走査でき
る。
第９図の走査順序の１番目のデータは直流成分DCであ
るから、この直流成分DCのデータは直前にエントロピー
符号化を行ったブロック（一つ前のブロック）の直流成
分DCとの差分値diff−DCをハフマン符号化する（（d
1），（e1））。
交流成分ACについては、第９図の走査順序の２番目か
ら64番目まで順番に変換係数を見て行き、変換係数が０
でない（すなわち、有効な）係数が出て来たらその直前
に存在した連続した０（無効）の係数の数（ゼロラン）
とその有効係数の値とで２次元のハフマン符号化を行う
（（d2），（e2））。
また、エントロピー符号化回路26Y,26Cは、ある係数
以降64番目の係数まで連続して無効係数が続く場合はブ
ロックの終りを示すEOB（エンド・オブ・ブロック）の
符号を与える。
そして、そのブロックについて発生した符号量を信号
線114Y,114Cを通して符号量算出回路28に出力する（g
1）。そして、１画像分の全ブロックについてこのよう
な処理を実行して行く。
一方、符号量算出回路28は入力されたＹ、Cr、Cb各成
分の１画像全体の符号量の計算をすべく、Ｙ、Cr、Cb各
成分の各ブロック毎の符号量の算出のその符号量の積算
を行う（g2）と共に、各ブロック毎の符号量のデータは
信号線118を通して符号量割当回路32に出力する。符号
量割当回路32はこの各ブロック毎の符号量のデータを符
号量情報テーブルにおける該当ブロック位置の符号量情
報として書き込む。
そして、１画像分の全ブロックについてハフマン符号
化の処理を終了した段階で、図示しない制御部の制御に
より符号量算出回路28は、この画像全体の符号量のデー
タを信号線116を通して量子化幅予測回路30に出力する
と共に、画像全体の符号量のデータを、信号線118を通
して符号量割当回路32に出力する。
量子化幅予測回路30はこの入力された画像全体の符号
量データと目標符号量データとから、例えば、Newton−
Raphson iteration法を用いて、目標符号量の値に近づ
けるのに最適な量子化幅係数αを、実際に使用した量子
化幅係数に基づいて予測する（第10図（h1））。
また、符号量割当回路32は入力された各ブロック毎の
符号量および画像全体の符号量と、目標符号量とから各
ブロックの割当符号量を、例えば各ブロック毎の符号量
の比で、目標符号量を比例配分する等して算出する（第
10図（h2））。
具体的には、あるブロックの割当符号量を決定するに
は、当該ブロックの符号量と目標符号量とを乗算し、そ
れを画像全体の符号量で割ることで得た結果を以て割当
符号量とする。
そして、この算出した各ブロックの割当符号量のデー
タをブロック割当符号量データテーブルに格納する。こ
のブロック割当符号量データテーブルの各ブロック別割
当符号量のデータは該当のブロックがエントロピー符号
化処理される際に信号線120Y,120Cを通して符号化打切
回路34Y,34Cに与えられることになる。
以上で１パス目、すなわち、各ブロックの割当符号量
の決定及び量子化幅の最適化のための第１の符号化（統
計処理）を終了する。
次に２パス目の処理に入る。この２パス目の処理は、
第２の符号化（符号化処理）であり、目標符号量に収ま
るように最適化した最終の符号化出力を得る処理であ
る。
この処理はまず、画像メモリ18Y,18Cに記憶されてい
る各系統別の画像データを対応する信号線106Y,106Cを
介して対応するブロック化回路20Y,20Cに入力し、再び
ブロック化を行う（ａ）。
ブロック化された画像データは各系統に対応する信号
線108Y,108Cを通して各系統対応の直交変換回路22Y,22C
に入力し、再び直交変換を行う（ｂ）。この直交変換に
より得られた変換係数を信号線110Y,110Cを介して対応
する量子化回路24Y,24Cに入力し、再び量子化を行う
（ｃ）。
ただし、このとき使用する量子化幅係数αは前回のパ
スにおいて量子化幅予測回路30が算出した予測の最適量
子化幅数αである。
次に、量子化したブロック画像データの変換係数を信
号線122Y,122Cを通し、エントロピー符号化回路26Y,26C
に入力する。
エントロピー符号化は統計処理の時と同様、このブロ
ック画像データの変換計数のうち、まず直流成分DCの差
分値diff−DCをハフマン符号化し（（d1），（e1））、
次に交流成分ACをジグザグスキャンで順次データ抽出し
て２次元のハフマン符号化を行う（（d2），（e2））。
但し、一つの要素（マトリックス内の一つの位置）に
対するハフマン符号が発生する度に符号量割当回路32か
ら、そのブロック割当符号量データテーブルに格納され
ている当該要素位置における送出すべき割当符号量を信
号線124Y,124Cを通して符号化打切回路34Y,34Cに出力
し、一方、符号化打切回路34Y,34Cでは信号線120Y,120C
を通して入力された各ブロックの割当符号量をもとに、
信号線124Y,124Cを通して入力された送出すべき符号量
およびEOBの符号を送出しても割当符号量を越えない場
合は、打切り信号を発生せず、該ブロックの割当符号量
から送出すべき符号量を減ずる。
そして、送出すべき該ブロックの符号量とEOBの符号
との合計の符号量が割当符号量の残りの符号量を上まわ
ったときに、符号化打切回路34Y,34Cは信号線126Y,126C
を通してエントロピー符号化回路26Y,26Cに打切り信号
を出力し、そのブロックのハフマンン符号化を終了させ
る。そして、エントロピー符号化回路26Y,26Cは量子化
回路24Y,24Cより得られる次のブロックのハフマン符号
化に移る。
従って、エントロピー符号化回路26Y,26Cは符号化打
切回路34Y,34Cから信号線126Y,126Cを介して打切り信号
が入力されなかった場合には、変換されたハフマン符号
を、信号線128Y,128Cを通して符号出力回路36に出力
し、打切り信号発生前にマトリックスのすべての要素に
対するハフマン符号化が終わった場合にはエントロピー
符号化回路26Y,26CはEOBの符号を信号線128Y,128Cを通
して符号出力回路36に出力する。
また、エントロピー符号化回路26Y,26Cはマトリック
スのすべての要素に対するハフマン符号化が終らない前
に打切信号が入力された場合にはその符号のかわりにEO
Bの符号を信号線128Y,128Cを通して符号出力回路36に出
力することになる。
そして、エントロピー符号化回路26Y,26Cは量子化回
路24Y,24Cより得られる次のブロックのハフマン符号化
に移る。
このような動作を繰り返し、１画面の画像の全ブロッ
クの処理が終わることにより、全ての符号化処理を終了
する。
この終了にあたり、最適化された１画面像分のハフマ
ン符号化データはメモリカード38に書き込む（ｆ）。
これは、符号出力回路36の出力により行われるが、符
号出力回路36は信号線128Y,128Cを通して入力されたエ
ントロピー符号化回路26Y,26Cからの可変長のハフマン
符号をつなぎ合わせ、信号線130を通してメモリカード3
8に与えることで書き込む（ｆ）。
この符号出力回路36の出力によるメモリカード38への
書き込みは、第２パスが終わった段階でまとめて行うよ
うにしても良いが、第１パスが終って、第２パス実行に
入った段階で可変長のハフマン符号をつなぎ合わせた結
果が、１バイト若しくは数バイト単位、まとまり次第、
順次、メモリカード38へ書き込むようにしても良い。
以上の処理をPADフローチャートに示すと第11図の如
きとなる。
以上、本装置においては、暫定的な量子化幅を用いて
統計処理を行いそのデータをもとに最適な量子幅を予測
することにより、符号化処理における符号量を目標の符
号量に近づけると共に、更に各ブロックの割当符号量を
決定することにより符号化処理における符号量が目的の
符号量を越えないようにしたものであり、この点が本発
明の重要なポイントとなっている。
よって、本実施例で使用したブロックサイズ、直交変
換の種類、エントロピー符号化の種類などに限定される
ものではない。また画像メモリ18Y,18Cは直交変換回路2
2Y,22Cと量子化回路24Y,24Cとの間にあっても良く、む
しろこのようにすると符号化処理におけるブロック化と
直交変換のプロセスを省略できる。
しかし、精度を保つためには、この場合、画像メモリ
のサイズが大きくなる。また、プロセス回路14も、A/D
変換の後にディジタルで処理を行うようにしても構わな
い。
また、本装置においては、ブロック毎のエントロピー
符号化を低周波数成分側より行い、画質への影響の比較
的小さい高周波成分は割り当て符号量に余裕のある範囲
で符号化して利用するようにしているので、画質の劣化
を最小限に抑えて、しかも、高圧縮で符号化できるよう
になる。
以上はスチル像（静止画）を対象とする場合の例であ
った。この手法は動画像にも、勿論適用することができ
るが、動画像を対象とする場合は工夫をすると更に高圧
縮が可能になる。すなわち、上述の例は１枚のフレーム
画像内における処理の手法であり、他のフレーム画像と
の関連は一切、考えていない。
一方、動画像の場合、場面が変わらない限り、各フレ
ーム画像は隣接するフレーム画像の一部が変化するだけ
であるから、短かい時間内に得られたこの時間内の隣接
フレームには基本的には各画素が微小な変移を起こして
いるに過ぎない。そして、近接した複数フレームを時間
軸に従って並べて得られる３次元データを考えた場合、
そのデータに基づく、３次元DCT係数の分布において、
確率的に原点（DC成分）を中心とした球面上に同じよう
な値が分布する傾向にあること、言い換えると３次元DC
T係数の振幅の等高面が原点を中心とした球面状になり
易いことが知られている。
このことを利用し、走査が進むにつれて、DCT係数値
が暫時減少し、最後は零値が連続して続くようにするこ
とでより効率的なデータ圧縮が可能になる筈である。
本発明は動画像における隣接フレーム複数コマ分をひ
と纏まりとして考えた場合における３次元のデータ列
を、このような１次元のデータ列に変換することによっ
て、エントロピー符号化回路による圧縮の効率を一層高
めるようにする。
第１図はこのような考え方に基づく本発明による動画
像用の画像データ符号化装置の構成例を示すもので、基
本的には第８図で説明したものと同じであるので、同一
機能要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第１図の構成では、撮像素子12で得た画像信号を、A/
D変換器16でディジタル信号（画像データ）に変換後、
画像メモリ18に記憶させ、この画像メモリ18に記憶させ
た画像データを読出して、ビデオプロセス部（プロセス
回路）14により、ビデオ信号として必要なＹ信号、Ｒ−
Ｙ信号、Ｂ−Ｙ信号の順次信号に変換する。画像メモリ
18はそれぞれ８フレーム分の容量を有する第１画像メモ
リ18aと第２画像メモリ18bとを有し、切替スイッチ18c,
18dにより一方を書き込みに使用しているときは、他方
を読出しするように系を切り替えて使用する。
すなわち、撮像素子12で検出された画像はA/D変換器1
6でディジタルデータに変換された後、画像メモリ18と
そのコントロール用のメモリコントロール部40によって
８フレーム分ずつ記憶され、且つ、この記憶された画像
データは第３図に示すような３次元のブロック（８×８
×８画素）毎に読み出される。
次にビデオプロセス部14によってY,R−Y,B−Ｙの順次
信号に変換され、３次元DCT回路222に入力される。
そして、次に３次元DCT回路222によって離散コサイン
変換（DCT変換）され、これによって得られたDCT係数デ
ータはバッファメモリ41に入力される。
３次元DCT回路222でのDCT処理は、読み出された３次
元のブロック（８×８×８画素）毎に、まずはじめにそ
のｘ軸方向に対する各要素のDCTを１次元DCT222aにて行
い、この結果得られた１次元DCT係数データによる３次
元ブロック（８×８×８の要素）について、更にそのｙ
軸方向に対する各要素のDCTを１次元DCT222bにて行い、
この結果得られた２次元DCT係数データによる３次元ブ
ロック（８×８×８の要素）について、さらにそのｚ軸
方向に対する各要素のDCTを１次元DCT222cにて行い、３
次元DCT係数データによる３次元ブロック（８×８×８
の要素）を得る。
このようにして３次元ブロックの画素に対する３次元
DCT係数データを得、これをバッファメモリ41に記憶
し、バッファメモリ41に一時記憶されたDCT係数データ
はメモリコントロール部42の制御によって、一例として
第４図に示すような走査により読出しが行われる。
第４図に示す走査は、８×８×８のDCT係数データの
３次元ブロックについて、その原点に対し、x,y,t軸上
をそれぞれ１ドット分ずつ次第にずらす形で得られる平
面をそれぞれ渦巻き状に走査する形でデータを走査す
る。例えば、最初にx,y,t軸の原点（0,0,0）位置のデー
タ、次に（1,0,0）位置のデータ、次に（0,1,0）位置の
データ、次に（0,0,1）位置のデータ、同様にして（2,
0,0）→（1,1,0）→（0,2,0）→（0,1,1）→（0,0,2）
→（1,1,1）→…と云った具合である。これを例示する
と第４図の如きで（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→…
と走査を進める。
このような走査をするに必要な制御は、メモリコント
ロール部42によりなされる。
第４図のような走査を行う理由は、３次元DCT係数が
確率的に原点（DC成分）を中心とした球面上に同じよう
な値が分布する傾向があること、言い換えると３次元DC
T係数の振幅の等高面が原点を中心とした球面状になり
易いことを利用し、走査が進むにつれて、DCT係数値が
暫時減少し、最後は零値が連続して続くようにするため
である。
３次元のデータ列を、このような１次元のデータ列に
変換することによって、後のエントロピー符号化回路26
による圧縮の効果を上げることができる。但し、球面状
にバッファメモリ41の読出し制御するのは厄介で回路規
模が大きくなるため、一例としてアドレスのインクリメ
ント、デクリメントだけで済む第４図のような走査を行
う。回路が複雑になることを承知していれば、勿論、球
面状に２次元走査を行っても差支えない。
後の量子化回路以降の処理は第８図で説明したものと
同じである。そして、最後に誤り訂正符号を付加するた
めの誤り訂正符号付加回路45と、データの記録のための
変調を行う変調記録変調回路43を通じてマスストレージ
44（VTRやディスク）に記録され、或いは伝送されるこ
とになる。
なお、第４図の走査はNo.（ｈ）の走査でストップさ
れても良い。その理由はテレビジョン信号の空間周波数
成分は第６図に示すように、（ａ）視覚特性上、斜めの
周波数成分は重要でないので、NTSC信号に変換すると
き、色差信号を多重させるために撮像素子上で光学フィ
ルタによって周波数成分を斜めにカットしている。ま
た、（ｂ）フィールド（インターライン，時間軸方向の
サブナイキストサンプリング）走査のため、周波数成分
は時間軸方向についても、斜めから外の成分は必要無
い。そのため、３次元空間周波数成分は（ｃ）の範囲で
良い。
これは空間周波数的に３次元のサブナイキストサンプ
リングを行ったことに匹敵する。
この場合の走査のコントロールに必要なメモリコント
ロール部42の構成例は第２図のようにすれば良い。第２
図の構成はシステムクロックを計数してカウントを進
め、リセット信号でリセット操作される7bitカウンタ42
aと、この7bitカウンタ42aのカウント出力を受けてその
値に対応した所定の7bitパターンを出力するROM 42b
と、このROM 42bの出力によりアップカウント／ダウン
カウントのモード指定と計数のイネーブル信号として
得、システムクロックを計数してカウントを進め、リセ
ット信号でリセット操作されるｘ軸、ｙ軸、ｔ軸用（ｚ
軸用）の3bitカウンタ42c,42d,42eとより構成したもの
であり、7bitカウンタ42aの計数値をROM 64bに与えるこ
とにより、120種類のパターンを順次選択して、ROM 64b
より読み出されるパターンに従ってｘ軸、ｙ軸、ｔ軸用
の3bitカウンタ42c,42d,42eをモード指定とカウントの
許可制御をしてバッファメモリ41のアドレスを指定し、
８×８×８の要素からなる３次元DCT係数データにおけ
るｘ軸、ｙ軸、ｔ軸のアドレスを発生させて、球面に近
似させた平面についての渦巻き状の走査を行う。
８×８×８のDCT係数信号すべてについて行わず、原
点より８×８×８のDCT係数信号における空間の取り得
る最大の正三角形領域に達するまでの空間について走査
を行うことから、120種類のパターンで各画素を指定す
ることができることによりこのような構成としてある。
120種類のパターンは原点を中心として走査を開始
し、第７図に示すように走査が進むにつれて、ｘ軸、ｙ
軸、ｔ軸に頂点を持つ三角形領域がこれらの軸上を移動
することで得られる平面であって、第５図のようにその
各平面において、外側から内側の画素に渦巻きを描いて
走査が進むようにアドレスを割り当てることのできるパ
ターンである。
このような３次元DCT係数データにおける原点位置よ
り、該原点位置を中心とする３次元空間上の球面に近似
させた平面についての渦巻き状の走査を行うかたちで３
次元DCT係数データを走査し、同一もしくは近い値のDCT
係数を示す面毎にデータをまとめるようにして１次元DC
T化する結果、０ラン符号の続く傾向の強い高周波数領
域の成分をまとめることができ、従って、一層の高圧縮
率を可能にする。
このように本装置は動画像において、隣接する複数フ
レームの画像を順に並べて３次元配置し、この３次元配
列の画像データを所定サイズのマトリックス領域にブロ
ック分けし、その各ブロックについて３次元の直交変換
を行い、これにより得られた３次元の直交変換係数デー
タにおける原点位置より、該原点位置を中心とする３次
元空間上の球面に近似させた平面についての渦巻き状の
走査を行うかたちで３次元DCT係数データを走査し、同
一もしくは近い値のDCT係数を示す面毎にデータをまと
めるようにして１次元DCT化し、これによって、０ラン
符号の続く傾向の強い高周波数領域の成分をまとめ、圧
縮の効率化を可能にしたうえで、さらにこのようにして
得たブロック別の１次元DCT化データに対し、最初に統
計処理を行い、最適化するに必要なブロック毎の情報量
や画像全体の情報量等を調べ、次にこの統計処理により
得た情報をもとに最適化された符号化を行うための処理
に入り、順次、符号化出力を見ながら、所望の符号量内
で収まるように、エントロピー符号化を制御して符号化
出力を最終出力として得るようにしたものである。
そのため、最初に連続する複数フレーム分の画像の３
次元ブロック化、この３次元ブロック化された画像の要
素におけるｘ軸方向各成分のDCT係数化による３次元配
列化（１次元DCT係数化データ）、この３次元配列され
たDCT係数化データのｙ軸方向各成分のDCT係数化による
３次元配列化（２次元DCT係数化データ）、この３次元
配列化されたDCT係数化データのｚ軸方向各成分のDCT係
数化による３次元配列化（３次元DCT係数化データ）に
より３次元配列化された３次元DCT係数化データを得、
この３次元配列化された３次元DCT係数化データに対す
る原点位置を中心としての３次元空間上の球面に近似さ
せた各平面についての渦巻き状走査による近似データの
面毎の集計による１次元DCTデータ化にての高能率圧縮
準備、この１次元DCTデータに対し、標準の量子化幅係
数αを使用しての量子化、量子化により得られた変換係
数のエントロピー符号化、そして、このエントロピー符
号化により得られる各ブロックの各要素の符号量情報と
画像全体の符号量情報より最適な符号量にするに必要な
符号化幅係数αの予測、各ブロックの各要素における割
当符号量の決定、これらに基づく処理対象画像への最適
符号化の処理モードへの移行、この処理モードの実施に
おける画像のブロック化処理、このブロック化された画
像の要素に対する前記予測量子化幅係数αを使用しての
量子化処理、この量子化により得られた変換係数のエン
トロピー符号化、そして、このエントロピー符号化にあ
たり、各ブロックの各要素における割当符号量を基準と
しての該割当符号量に収まる範囲内での当該要素のエン
トロピー符号化、処理対象画像の全符号の保存のための
出力処理と云った処理を行い、最終出力を得るようにし
たから、画像データを高い効率で圧縮符号化することが
でき、しかも、得られた一定フレーム数の画像データ
（第１図の実施例における８フレーム分のデータ）に対
し、一定の符号量以内に収まるように符号化できるよう
になり、画像の記憶枚数が規定される場合等では、記憶
手段の記憶容量に対して、一定の記憶可能枚数を保証す
ることができる他、一旦、統計処理をして画像全体の各
ブロック毎の符号量割り当てを決定した後、これに基づ
き符号化処理を実施するので、２回のパスで符号化を終
了することができ、一定の処理時間内で符号の最適化を
行うことができるようになる。
また、これをディジタルVTR等に応用した場合、極め
て高い圧縮率が得られるので、高品位テレビジョン（HD
TV;ハイビジョン）等にも極めて有用であり、しかも、
一定符号量以内に収まるように符号化できることから、
録画時間が規定される磁気テープや磁気ディスク装置に
対する録画時間が保証されると共に、一定フレーム分
（実施例は８フレーム分）を単位に処理を終結させてい
るので、データエラーが発生してもエラー伝播を該一定
フレーム数（第１図における８フレーム分）内で終結す
ることができ、画像破壊を他に及ぼさずに済むようにな
る。
また、この一定フレーム数（一定符号量）毎にアドレ
ス情報を付加しておけば、ランダムアクセス（ヘッド出
し）や編集ができるようになり、高速サーチ、静止画、
スロー、逆転再生等のトリック再生においても、高画質
の再生が可能になる。
その他、本発明は上記し、且つ、図面に示す実施例に
限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で、適
宜変形して実施し得るものであり、例えば、第１図の実
施例に示されている３次元DCT回路222に、第13図に示す
ように切換スイッチ223を付加して切り換えることによ
り、３次元DCTと２次元DCTを切り換えて使用することが
できる。
つまり、動画用の圧縮を行うときは切換スイッチ223
は223−１側に切り換えて、１次元DCT222cからの３次元
DCT出力を最終出力として得るようにして第１図の実施
例で既に説明した処理を行う。
静止画用の圧縮を行うときは切換スイッチ223は223−
２の側に切り換えて、１次元DCT 22bからの２次元DCT出
力を最終出力として得るようにすると同時に、目標符号
量、量子化幅を静止画用に切り換える。そして、DCT係
数の操作（バッファメモリ41の読出し）を第９図と同じ
にすれば、静止画用の圧縮が可能になる。
このときのバッファメモリ41の操作は、一例として第
14図（ａ）に示すような構成のメモリコントロール部42
を使用して行うようにすれば良い。第14図（ａ）の構成
は基本的には第２図の構成と変わりはないが、ROM 42b
は例えば、6bit×256WORDのものを用い、このROM42bに
おけるアドレス空間は例えば、第14図（ｂ）に示す如
く、０〜127 WORDの領域を動画用データ、128〜256WORD
の領域を静止画用データの格納に用いてそれぞれ必要な
データを格納して、出力データが動画用と静止画用でワ
ード別に区別されるようにして記憶しておく。
そして、この領域の選択は例えば、アドレスの最上位
ビット（MSB:モスト・スケール・ビット）を使用して切
り換えるようにする。この切り換えは、スイッチ42fに
よりROM 42bのアドレスの最上位ビットを“H".“L"のい
ずれかにすれば良く、この例の場合、“H"にすれば静止
画用領域が選択でき、“L"にすれば動画用領域が選択で
きる。その他の動作は第２図の場合と同じである。
以上のような構成により、動画と静止画の圧縮を切り
換えることができ、これをカメラ一体型VTRに応用すれ
ば、一コマ撮りも可能になり、電子カメラとしても使用
することができるようになる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明によれば、得られた動画像
のデータに対し、高い圧縮率で圧縮符号化できると共
に、一定の処理時間内で、一定の符号量以内に収まるよ
うに符号化できるようになる他、一定フレーム数分の総
符号量が一定のため、エラー伝播を一定フレーム数内に
収めることができ、さらに圧縮処理を行っていても、ラ
ンダムアクセス、高速サーチ、逆転、スロー、静止等の
特殊な再生処理が可能となり、編集等が容易になる等の
特徴を有する画像データの符号化装置および符号化方法
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図におけるメモリコントロール部の構成例を示すブ
ロック図、第３図は３次元DCT係数データ化するために
隣接する８枚のフレームより８×８×８画素に分けて得
るブロックの様子を示す図、第４図および第５図は本発
明装置における３次元DCT係数データから１次元DCT係数
データに変換するための走査例を説明するための図、第
６図は第４図の走査例の根拠を説明するための図、第７
図は本発明装置における３次元DCT係数データから１次
元DCT係数データに変換するための走査例を説明するた
めの図、第８図は本発明の実施例の基本的な考え方を実
現するための構成例を示すブロック図、第９図は８×８
画素に分けられたブロックのジグザグ・スキャンを説明
するための図、第10図は第８図装置の動作を説明するた
めの動作遷移図、第11図は第８図装置の動作を説明する
ためのフローチャート、第12図は従来技術を説明するた
めの動作遷移図、第13図は本発明の他の実施例に使用す
る静止画表示を可能にする３次元DCT回路の構成例を示
すブロック図、第14図は本発明の他の実施例に使用する
静止画／動画表示切換を可能にしたメモリコントローラ
の構成例を示すブロック図である。 10……撮影レンズ、12……撮像デバイス、 14……プロセス回路、 16Y,16C,16……A/D変換回路、 18Y,18C,18……画像メモリ、 20Y,20C……ブロック化回路、 22Y,22C……直交変換回路、 24Y,24C,24……量子化回路、 26Y,26C,26……エントロピー符号化回路、 28……符号量算出回路、30……量子化幅予測回路、 32……符号量割当回路、 34Y,34C,34……符号化打切回路、 36……符号出力回路、38……メモリカード、 40,42……メモリコントロール部、 41……バッファメモリ、222……３次元DCT回路。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】画像データをブロックに分割し、この分割
    されたブロック毎に直交変換を行ってからこの変換出力
    を量子化手段により量子化し、その後、この量子化出力
    をエントロピー符号化手段に与えてエントロピー符号化
    し、データの符号化をする符号化装置において、 動画像のデータを得る手段と、 この動画像データのうち、隣接する複数フレーム分の画
    像データを３次元配置して、この３次元配置した各フレ
    ームの画像データを所定サイズのマトリックス領域にブ
    ロック分けしてその各ブロックについて３次元の直交変
    換を行う第１の手段およびこの第１の手段により得られ
    た３次元の直交変換係数データにおける原点位置より、
    該原点を中心とする３次元空間上の球面に近似させた平
    面について所定の順序で走査を行い、１次元化された直
    交変換係数データに変換して前記エントロピー符号化手
    段に与える第２の手段よりなる変換手段と、 前記エントロピー符号化手段によりエントロピー符号化
    された各ブロック毎の１次元の直交変換係数データをも
    とに前記各ブロック毎の符号量を算出すると共に、全画
    像の符号量を算出する符号量算出手段と、 この符号量算出手段により算出された各ブロック毎の符
    号量および画像全体の符号量と目標符号量とから各ブロ
    ック毎の符号量の割当てを行う符号量割当手段と、 前記符号量算出手段により算出された画像全体の符号量
    と目標符号量とから最適な量子化幅を予測すると共に前
    記量子化手段にこの予測量子化幅を与える量子化幅予測
    手段と、 前記符号量割当手段により割当てらてた各ブロック毎の
    割当て符号量を越えないように、前記エントロピー符号
    化手段の符号化を打切る符号化打切手段と、 前記エントロピー符号化手段によりエントロピー符号化
    された変換係数を符号として出力する符号出力手段と、 前記量子化手段に対し、予め定めた暫定的な量子化幅を
    用いて量子化を行わせる第１の符号化処理を実施させ、
    その結果をもとに符号量を制御して第２の符号化処理を
    実施させるように制御する制御手段と を備えたことを特徴とする画像データの符号化装置。
  2. 【請求項２】前記画像データは色成分に分離されたカラ
    ー画像データであることを特徴とする請求項（１）記載
    の画像データの符号化装置。
  3. 【請求項３】前記符号化打切手段は高い周波数成分の符
    号化を打切ことを特徴とする請求項（１）記載の画像デ
    ータの符号化装置。
  4. 【請求項４】画像データをブロックに分割し、この分割
    されたブロック毎に直交変換を行ってからこの変換出力
    を量子化手段により量子化し、その後、この量子化出力
    をエントロピー符号化手段に与えてエントロピー符号化
    し、データの符号化をする符号化方法において、 動画像のデータを得る第１のステップと、 この動画像データのうち、隣接する複数フレーム分の画
    像データを３次元配置して、この３次元配置した各フレ
    ームの画像データを所定サイズのマトリックス領域にブ
    ロック分けしてその各ブロックについて３次元の直交変
    換を行う第２のステップと、 この第２のステップにより得られた３次元の直交変換係
    数データにおける原点位置より、該原点位置を中心とす
    る３次元空間上の球面に近似させた平面について所定の
    順序で走査を行い、１次元化された直交変換係数データ
    に変換して前記エントロピー符号化ステップに与える第
    ３のステップと、 前記エントロピー符号化ステップによりエントロピー符
    号化された各ブロック毎の１次元の直交変換係数データ
    をもとに前記各ブロック毎の符号量を算出すると共に、
    全画像の符号量を算出して最適化するに必要なブロック
    毎の情報量および画像全体の情報量を調べる第４のステ
    ップと、 この第４のステップで得た各ブロック毎の情報量の割り
    当てと最適化に必要な量子化幅を予測を行う第５のステ
    ップと、 この予測量化幅を用いて前記各ブロック毎の量子化を行
    う第６のステップと、 この第６のステップにおける各ブロック毎の割り当て情
    報量に収まる範囲でそのブロックのエントロピー符号化
    を実施する第７のステップと よりなることを特徴とする符号化方法。
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