JP3190164B2 - 符号量見積り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【産業上の利用分野】本発明は、直交変換を用いた高能
率符号化装置に好適の符号量見積り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像のディジタル圧縮が検討され
ている。特に、ＤＣＴ（離散コサイン変換）を用いた高
能率符号化については、各種標準化案が提案されてい
る。高能率符号化技術は、ディジタル伝送及び記録等の
効率を向上させるために、より小さいビットレートで画
像データを符号化するものである。この方式では、１フ
レームを複数の小ブロック（ｍ画素×ｎ水平走査線）に
分割してＤＣＴ処理し、座標軸成分を直交する空間周波
数成分（直交成分）に変換することにより、空間軸方向
の冗長度を削減可能にする。直交変換された成分は量子
化することにより、小ブロックの信号の冗長度を低減す
る。

【０００３】更に、量子化出力にハフマン符号化等の可
変長符号化を施すことにより、データ量を一層削減す
る。ハフマン符号化は、量子化出力の統計的符号量から
算出した結果に基づいて符号化を行うものであり、出現
確率が高いデータには短いビットを割当て、出現確率が
低いデータには長いビットを割当てる可変長符号化によ
って全体のデータ量を削減する。

【０００４】このように、高能率符号化においては可変
長符号化を採用しているので、途中で１ビットでも誤り
が生じると符号同期が外れ、以降のデータを復号するこ
とができなくなって画質が著しく劣化する。また、可変
長符号化では絵柄によって圧縮符号量が相違してしまう
ので、圧縮データを蓄積メディアに記録する場合等には
フレーム単位で一定符号量にするために絵柄に応じてフ
ィードバック制御を行う。しかし、画面の前半と後半と
で絵柄の細かさに差異がある場合には、記録位置から圧
縮データの画面上の位置を把握することはできない。

【０００５】これらの問題を解決するものとして、特開
平４−９１５８７号公報において、画面上の離散した複
数位置のサンプルデータによって１つの大ブロックを構
成し、この大ブロック単位で符号量を一定にする装置が
提案されている。

【０００６】図５はこの提案を示すブロック図である。

【０００７】入力ディジタル映像信号は大ブロック化部
14に与える。大ブロック化部14は入力される映像信号を
フレーム化した後大ブロック化する。即ち、各画素の画
像データを水平及び垂直の８×８画素の小ブロック単位
の集まりであるマクロブロック単位に分割し、図６に示
すように、画面上の離散した複数の位置のマクロブロッ
ク（斜線部）によって大ブロックを構成する。図６にお
いては、画面をＩ0 乃至Ｉ4 の５つの部分に分割し、各
部分Ｉ0 乃至Ｉ4 の１マクロブロックずつを集めて１つ
の大ブロックを構成する例を示している。他の大ブロッ
クも同様に構成する。小ブロックをシャフリングして各
大ブロックを構成しているので、各大ブロックの情報量
は絵柄に拘らず略等しくなるものと考えられる。

【０００８】大ブロックのデータは小ブロック化部15に
与えて、小ブロック化した後直交変換部16に与える。直
交変換部16は入力されたデータを小ブロック単位で直交
変換して変換係数をバッファ17を介して量子化部20に出
力すると共に、符号量見積り部18にも出力する。

【０００９】量子化部20は量子化幅及び帯域が異なる複
数の量子化手段を有しており、量子化器選択部19によっ
て指定された量子化手段を用いて、バッファ17からの変
換係数を量子化して可変長符号化部21に出力する。符号
量見積り部18は、後述するように、変換係数を所定の量
子化幅で量子化した場合のデータ量を各大ブロック毎に
計算して量子化器選択部54に出力する。

【００１０】量子化出力のデータ量は量子化幅を変化さ
せることによって制御可能である。例えば、量子化幅を
粗くすると情報は劣化するが、量子化出力のダイナミッ
クレンジは小さくなって符号量も小さくなる。量子化器
選択部19は符号量見積り部18の出力に基づいて、量子化
部20の量子化手段を選択することにより、大ブロック単
位で符号量を一定にする。なお、バッファ17は量子化部
20の量子化手段が選択されるまで、直交変換係数を遅延
させるようになっている。

【００１１】図７は直交変換部16からの変換係数を説明
するための説明図であり、図８は量子化部20の量子化テ
ーブルを説明するための説明図である。

【００１２】量子化部20は量子化手段１乃至８を有して
いる。量子化手段１乃至８は図８に示す量子化テーブル
に基づいて量子化を行う。上述したように、小ブロック
化部15からの空間座標成分は直交変換によって周波数成
分に変換する。変換係数は変換係数の平均を示すＤＣ成
分と交流成分とを有し、図７に示すように水平及び垂直
の低域から高域に向けて配列する。量子化テーブルは、
変換係数の水平及び垂直の各帯域毎に量子化幅を設定し
ている。変換係数を図７に示すように水平及び垂直の低
域から高域に向かって４つの帯域ａ，ｂ，ｃ，ｄに分割
すると、例えば図８の量子化手段３は、帯域ａ，ｂの変
換係数に対する量子化幅はＱ1 であり、帯域ｃ，ｄの変
換係数に対する量子化幅はＱ2 である。量子化幅Ｑ1 乃
至Ｑ4 はＱ1 ＜Ｑ4 の関係を有し、低域の変換係数ほど
量子化幅を小さく設定している。即ち、帯域ａのデータ
を細かい量子化幅で、帯域ｄのデータ程粗い量子化幅で
量子化しており、視覚上劣化が目立たない高域成分を粗
く量子化するようになっている。

【００１３】このように、図８では４個の量子化幅Ｑ1
乃至Ｑ4 を組合わせて８つの量子化手段を構成してい
る。量子化幅の種類が少ないので、量子化器を簡単な構
成とすることができる。

【００１４】量子化部20からの量子化出力は可変長符号
化部21に与え、可変長符号化部21は量子化出力を可変長
符号化し、伝送部22を介して符号化出力を出力する。こ
のようにして、大ブロック単位で符号量を一定化してい
るので、符号化データの位置と画面位置との対応が明ら
かとなり、誤りが生じた場合でも以後のデータを再生可
能であり、ＶＴＲの特殊再生も可能となる。

【００１５】上述したように、符号量見積り部18は、各
小ブロックを量子化部20の各量子化手段で量子化した場
合の可変長符号化出力の符号量を計算する。各小ブロッ
クの変換係数をそのまま量子化して符号量を求めると、
符号量の計算に必要な量子化回数は極めて多くなってし
まう。そこで、特開平４−９１５８７号公報及び特開平
４−６５９７５号公報にて量子化回数を低減するものが
開示されている。

【００１６】図９はこの種の従来の符号量見積り装置を
示すブロック図である。

【００１７】直交変換係数は小ブロック単位で４つの量
子化器31乃至34に与える。量子化器31乃至34の量子化幅
は夫々Ｑ1 乃至Ｑ4 である。量子化幅Ｑ1 で量子化され
た量子化出力は符号量計算器41ａ乃至41ｄに与える。符
号量計算器41ａ乃至41ｄは夫々図７の帯域ａ乃至ｄの変
換係数に対する量子化出力の符号量を計算する。例え
ば、符号量計算器41ｃからは帯域ｃの変換係数を量子化
幅Ｑ1 で量子化して量子化出力を可変長符号化したとき
の符号量が得られる。

【００１８】同様に、量子化器32の量子化出力は帯域ａ
乃至ｄに夫々対応する符号量計算器42ａ乃至42ｄに与
え、量子化器33の量子化出力は帯域ａ乃至ｄに夫々対応
する符号量計算器43ａ乃至43ｄに与える。帯域ｄの変換
係数に対しては、図８に示すように、符号化手段８のみ
が量子化幅Ｑ4 で量子化するのみであるので、量子化器
34の量子化出力を符号量計算器44ｄのみに与える。

【００１９】符号量計算器41ａ乃至41ｄ，42ａ乃至42
ｄ，43ａ乃至43ｄ，44ｄによって、図８に示す各帯域毎
に設定された量子化幅で量子化した場合の符号量が得ら
れる。即ち、例えば、量子化手段３は帯域ａ，ｂの量子
化幅がＱ1 であり、帯域ｃ，ｄの量子化幅がＱ2 である
ので、符号量計算器41ａ，41ｂ及び符号量計算器42ｃ，
42ｄの出力から量子化手段３を用いた場合の符号量を求
めることができる。従って、量子化手段３に対応する符
号量は、これらの符号量計算器41ａ，41ｂ，42ｃ，42ｄ
の出力を符号量計算器53に与えて求める。

【００２０】同様に、符号量計算器51乃至58は、夫々図
８の符号化手段１乃至８を用いた場合の符号量を出力す
るものであり、図８に示す符号化手段の各帯域毎の量子
化幅に対応させて、符号量計算器41ａ乃至41ｄ，42ａ乃
至42ｄ，43ａ乃至43ｄ，44ｄの出力を供給する。符号量
計算器51乃至58からの符号量はバッファ59を介して量子
化器選択部19に与える。

【００２１】このように、変換係数を４種類の量子化幅
を用いて量子化し、これらの４種類の量子化出力に対し
て夫々各帯域毎に独立して符号量を計算し、計算結果を
組合わせて８種類の量子化手段１乃至８を用いた場合の
符号量を求める。

【００２２】ところで、可変長符号化部21は量子化出力
に対して例えば２次元ハフマン符号化を施す。２次元ハ
フマン符号化においては、最も出現頻度が高い係数であ
る零の連続数（以下、ゼロランという）と零の次に現れ
る非零係数との組みのデータをハフマン符号化する。例
えば、いま、変換係数の量子化後の値が図１０に示すも
のであるものとする。可変長符号化部21においては、量
子化出力を水平及び垂直の低域から高域に向かって順次
読出す。即ち、図１０の矢印に示すジグザグスキャン順
で量子化出力を読出す。従って、図１０の例では、ゼロ
ランと非零係数の組みのデータを（ゼロラン，非零係
数）で表すと、（１，５），（０，３），（５，１），
…となる。

【００２３】ところが、図９の装置では、帯域毎に符号
量を求めている。即ち、帯域ａについては（１，５），
（０，３），（２，？）に対してハフマン符号化を行う
ものとして符号量を求め、帯域ｂについては（３，
１），…についてハフマン符号化を行うものとして符号
量を求めている。従って、帯域の境界では実際のハフマ
ン符号化とは異なる組みのデータを符号化して符号量を
求めることになり、符号長の見積りが実際の符号量とは
相違してしまい、量子化部20において最適な量子化手段
が使用されないことがある。このため、必要以上に量子
化が粗くなって画質が劣化することがあり、逆に量子化
幅が小さくなりすぎて、ハフマン符号化の途中で使用可
能な符号量が不足して符号化が打切られてしまうことも
ある。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の符
号量見積り装置においては、量子化回数を低減させるた
めに帯域毎に符号量を求めていることから、２つの帯域
の境界で可変長符号化単位となるデータ列が連続する場
合には、符号量の見積りを誤ってしまうという問題点が
あった。

【００２５】本発明は、量子化回数を低減させると共
に、正確に符号量を見積もることができる符号量見積り
装置を提供することを目的とする。

【００２６】［発明の構成］

【課題を解決するための手段】本発明に係る符号量見積
り装置は、複数の量子化幅を直交変換係数の帯域に応じ
て適宜選択して複数の量子化手段を構成する量子化回路
の出力を可変長符号化した場合の符号量を計算する符号
量見積り装置において、前記複数の量子化幅で前記直交
変換係数を量子化して量子化出力を蓄積する記憶手段
と、前記複数の量子化手段の各量子化手段が前記直交変
換係数の帯域に応じていずれの量子化幅を選択している
かを示すテーブルと、このテーブルに基づいて前記記憶
手段に蓄積された量子化出力を呼出す量子化係数呼出手
段と、前記複数の量子化手段のうちの１つを選択するた
めに、前記量子化係数呼出手段からの量子化出力に基づ
いて前記量子化手段を用いた場合の可変長符号化出力の
符号量を計算するデータ量計算手段とを具備したもので
ある。

【００２７】

【作用】本発明において、記憶手段は、各直交変換係数
を複数の量子化幅で量子化した結果を蓄積する。量子化
係数呼出手段は、各量子化手段が直交変換係数の帯域に
応じていずれの量子化幅を選択しているかを示すテーブ
ルに基づいて、記憶手段のデータを読出す。これによ
り、量子化係数呼出手段からは複数の量子化手段を用い
て直交変換係数を量子化した場合と同一の量子化出力が
得られる。データ量計算手段は、複数の量子化手段の１
つを選択するために、量子化係数呼出手段からの量子化
出力を用いて符号量を計算する。

【００２８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明に係る符号量見積り装置の一
実施例を示すブロック図である。本実施例は図８と同一
の量子化手段１乃至８を選択的に用いて直交変換係数を
量子化する量子化部の量子化出力を可変長符号化した場
合の符号量を見積もるものである。

【００２９】入力端子30には直交変換係数を入力する。
この直交変換係数は量子化器31乃至34に与える。量子化
器31乃至34は夫々図８に示す量子化幅Ｑ1 乃至Ｑ4 で直
交変換係数を量子化してメモリ35に出力する。メモリ35
は量子化器31乃至34からの量子化出力をブロック単位で
記憶する。これにより、メモリ35には、各ブロックの各
帯域のデータを量子化幅Ｑ1 乃至Ｑ4 で夫々量子化した
場合の全量子化出力がデータ位置及び量子化幅に対応し
たアドレスに蓄積される。

【００３０】量子化係数呼出器36は量子化テーブル37に
基づいてメモリ35に格納されたデータを読出してデータ
量計算器38に順次出力する。量子化テーブル37は図８と
同一のテーブルであり、量子化手段１乃至８の量子化幅
を各帯域ａ，ｂ，ｃ，ｄ毎に設定している。量子化係数
呼出器36はこのテーブルに基づくアドレスをメモリ35に
与える。例えば、量子化係数呼出器36は、量子化手段２
の符号量を見積もる場合には、帯域ａ，ｂ，ｃのデータ
を量子化幅Ｑ1 で量子化した結果を格納しているメモリ
のアドレスを指定すると共に、帯域ｄのデータを量子化
幅Ｑ2 で量子化した結果を格納しているアドレスを指定
する。

【００３１】量子化係数呼出器36がメモリ35から読出し
た量子化出力はデータ量計算器38に与える。データ量計
算器38は順次入力される量子化出力を可変長符号化した
ときの符号量を計算して出力するようになっている。

【００３２】次に、このように構成された実施例の動作
について図２乃至図４の説明図を参照して説明する。図
２は直交変換係数を示し、図３はメモリ35の記憶内容を
示し、図４は量子化係数呼出器36の呼出しを示してい
る。

【００３３】いま、説明を簡略化するために、１ブロッ
クを３画素×３画素で構成するものとする。この座標成
分は直交変換によってＤＣ成分と８個の交流成分とから
成る３×３の周波数成分に変換して入力端子30に供給す
る。図２は入力端子30に入力される直交変換係数を示し
ており、この場合の直交変換係数はＤＣ及びＡＣ1 乃至
ＡＣ8 によって構成される。ＡＣ1 ，ＡＣ2 は帯域ａの
変換係数であり、ＡＣ3 乃至ＡＣ5 は帯域ｂの変換係数
であり、ＡＣ6 ，ＡＣ7 は帯域ｃの変換係数であり、Ａ
Ｃ8 は帯域ｄの変換係数であるものとする。

【００３４】量子化器31乃至34は夫々量子化幅Ｑ1 乃至
Ｑ4 で入力された直交変換係数を量子化してメモリ35に
出力する。交流成分ＡＣ1 乃至ＡＣ8 の変換係数を夫々
ＡＣ1 乃至ＡＣ8 とすると、メモリ35に格納されるデー
タは図３に示すものとなる。即ち、メモリ35には交流成
分と量子化幅とで示されるアドレスにその量子化値が格
納される。

【００３５】量子化係数呼出器36は、量子化手段１乃至
８を用いた場合の符号量を得るために、図８と同一の量
子化テーブル37に基づいてメモリ35のアドレスを指定
し、指定したアドレスに格納されているデータを読出し
てデータ量計算器38に順次出力する。例えば、量子化手
段４を用いた場合の符号量を見積もるものとする。図４
はこの場合に量子化係数呼出器36が指定するアドレスを
斜線で示している。図８に示すように、量子化手段４は
帯域ａのデータを量子化幅Ｑ1 で量子化すると共に、帯
域ｂ，ｃ，ｄのデータを量子化幅Ｑ2 で量子化する。従
って、量子化係数呼出器36は、図４の右斜め斜線部に示
すように、帯域ａのデータ、即ち、交流成分ＡＣ1 ，Ａ
Ｃ2 の縦のアドレスと、量子化幅Ｑ1 の横のアドレスと
を指定する。また、量子化係数呼出器36は、図４の左斜
め斜線部に示すように、帯域ｂ，ｃ，ｄのデータ、即
ち、交流成分ＡＣ3 乃至ＡＣ8 の縦のアドレスと、量子
化幅Ｑ2 の横のアドレスとを指定する。

【００３６】量子化係数呼出器36は指定したアドレスの
データ、即ち、ＡＣ1 ／Ｑ1 ，ＡＣ2 ／Ｑ1 ，ＡＣ3 ／
Ｑ2 ，ＡＣ4 ／Ｑ2 ，ＡＣ5 ／Ｑ2 ，ＡＣ6 ／Ｑ2 ，Ａ
Ｃ7／Ｑ2 ，ＡＣ8 ／Ｑ2 を読出してデータ量計算器38
に順次出力する。他の量子化手段に対応するデータの読
出しも同様に行う。データ量計算器38は量子化手段１乃
至８に対応する量子化出力が入力され、各量子化手段を
用いて量子化して可変長符号化した場合の符号量を求め
て出力する。

【００３７】このように、本実施例においては、各量子
化幅で量子化した値をメモリに格納し、量子化テーブル
に基づいて読出しを制御することにより、複数の量子化
手段に対応した符号量を求めるようになっており、従来
と異なり、帯域毎に個別に符号量を求めているのではな
いので、帯域の境界において可変長符号化単位となるデ
ータ列が連続する場合でも、正確に符号量を計算するこ
とができる。このため、量子化手段の選択が最適化され
再生画像の画質を向上させることができる。

【００３８】なお、本実施例においては、量子化係数呼
出器の数は１個であるが、複数の量子化係数呼出器を設
けることも可能である。また、量子化係数呼出器は単に
量子化テーブルに基づいてアドレスを指定しているが、
例えば、輝度信号の標本値で構成される小ブロックであ
るか、色信号の標本値で構成される小ブロックであるか
に基づいて、補正された量子化幅に応じたアドレスを指
定するようにしてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、量
子化回数を低減させると共に、正確に符号量を見積もる
ことができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る符号量見積り装置の一実施例を示
すブロック図。

【図２】実施例の動作を説明するための説明図。

【図３】実施例の動作を説明するための説明図。

【図４】実施例の動作を説明するための説明図。

【図５】大ブロック化を採用した高能率符号化装置を示
すブロック図。

【図６】図５の装置の動作を説明するための説明図。

【図７】直交変換係数を説明するための説明図。

【図８】量子化手段を説明するための説明図。

【図９】従来の符号量見積り装置を示すブロック図。

【図１０】従来例の問題点を説明するための説明図。

【符号の説明】

31乃至34…量子化器、35…メモリ、36…量子化係数呼出
器、37…量子化テーブル、38…データ量計算器

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03M 7/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の量子化幅を直交変換係数の帯域に
   応じて適宜選択して複数の量子化手段を構成する量子化
   回路の出力を可変長符号化した場合の符号量を計算する
   符号量見積り装置において、 前記複数の量子化幅で前記直交変換係数を量子化して量
   子化出力を蓄積する記憶手段と、 前記複数の量子化手段の各量子化手段が前記直交変換係
   数の帯域に応じていずれの量子化幅を選択しているかを
   示すテーブルと、 このテーブルに基づいて前記記憶手段に蓄積された量子
   化出力を呼出す量子化係数呼出手段と、 前記複数の量子化手段のうちの１つを選択するために、
   前記量子化係数呼出手段からの量子化出力に基づいて前
   記量子化手段を用いた場合の可変長符号化出力の符号量
   を計算するデータ量計算手段とを具備したことを特徴と
   する符号量見積り装置。