JP3194757B2

JP3194757B2 - 電子カメラ装置

Info

Publication number: JP3194757B2
Application number: JP18768791A
Authority: JP
Inventors: 秀俊山田
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 2001-08-06
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: JPH0537784A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像信号をデジタル化
し、高能率符号化によりデータ圧縮してメモリ等の記録
媒体に記録する電子カメラ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ（電荷結合素子）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、磁気ディスク等の記録媒体にデジタルデータとして
記録する場合、その量は厖大となる。

【０００３】例えば、撮像信号をデジタル信号に変換し
てそのまま記録する場合に、１フレームのデータ量は、
撮像素子の画素数と１画素あたり数ビット（例えば８ビ
ット）の積となり、記録媒体に収録できるフレーム数は
極めて限られたものとなる。従って、多くのフレーム画
像を限られた記録容量の範囲内で記録するためには、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。そして、そのための高能率の画像デー
タ圧縮方式としては、直交変換符号化と可変長符号化を
組み合わせた符号化方法が広く知られている。以下、静
止画圧縮方式の国際標準として検討されている方式（Ｊ
ＰＥＧ方式）について説明する。

【０００４】上記方式では、まず画像データを所定の大
きさのブロック（８×８の画素よりなるブロック）に分
割し、該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、該量子化された値に対し
可変長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。

【０００５】そして、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の組に対してハフマン符号化を行
う。

【０００６】上記標準方式を電子カメラ装置において用
いれば、該カメラ装置で撮影した画像データを、他の標
準方式を用いた画像装置において転送や記録、編集を行
い利用することができるという利点がある。そして、こ
のようなデータの互換性を保証するために、静止画圧縮
国際標準化方式では画像のサンプリング周期も標準を規
定している。

【０００７】すなわち、現行のテレビジョン並の画像に
ついては７２０×５７６画素を３：４のアスペクト比に
表示することとしており、ここからサンプリング周期が
規定され、画素の縦（垂直）方向の周期に対する横（水
平）方向の周期の比で表現できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の推奨値
に従ってデータ圧縮を行う場合、電子カメラ装置の撮像
素子の固有のサンプリング周期がこの推奨値に一致して
いる場合は問題にならないが、一致しない場合は次のよ
うな問題がある。即ち、撮像素子から出力されるアナロ
グ映像信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器によ
りデジタル変換するときに、撮像素子を駆動するクロッ
ク周波数とＡ／Ｄ変換器を駆動するクロック周波数（上
記推奨値に対応）とが単純な整数比にならない。従っ
て、このような異なるクロック周波数を同期させながら
発生させるためには、ＰＬＬ（フェイズロックループ）
回路を使用する必要がある。しかしながら、該ＰＬＬ回
路は複雑であり電子カメラの大きさ及びコストに影響す
る。

【０００９】さらに、上記撮像素子を駆動するクロック
周波数と上記Ａ／Ｄ変換器を駆動するクロック周波数と
が異なる周波数で、それらのクロックが同時に発振して
いる場合、該クロックが互いに干渉し、ビートノイズを
発生させて画質を低下させるという問題がある。

【００１０】本発明は上記の問題に鑑みてなされたもの
で、簡単な回路構成によりデータ圧縮標準方式の推奨サ
ンプリング周期でのデータ記録を可能にすることを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による電子カメラ装置は、所望の光学像を撮像
する撮像素子と、上記撮像素子により撮像された画像信
号を第１のサンプリング周期でアナログ信号からデジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、上記Ａ／Ｄ変換手
段により変換されたデジタルデータを複数のブロックに
分割し、該ブロックに対して、直交変換マトリクスと、
該第１のサンプリング周期を該第１のサンプリング周期
とは異なる第２のサンプリング周期に変換する周期変換
マトリクスとを乗算することにより、該第２のサンプリ
ング周期を持つ直交変換を行い、該第２のサンプリング
周期を有する直交変換出力を量子化した後に可変長符号
化することによりデータ圧縮を行うデータ圧縮手段と、
上記データ圧縮手段により圧縮されたデジタルデータを
記録する記録手段と、を具備することを特徴とする。

【００１２】

【作用】即ち、本発明による電子カメラ装置では、撮像
素子により、所望の光学像が撮像され、Ａ／Ｄ変換手段
により、上記撮像素子により撮像された画像信号が第１
のサンプリング周期でアナログ信号からデジタル信号に
変換され、データ圧縮手段により、上記Ａ／Ｄ変換手段
により変換されたデジタルデータが複数のブロックに分
割され、該ブロックに対して、直交変換マトリクスと、
該第１のサンプリング周期を該第１のサンプリング周期
とは異なる第２のサンプリング周期に変換する周期変換
マトリクスとが乗算されることで、該第２のサンプリン
グ周期を持つ直交変換が行われ、該第２のサンプリング
周期を有する直交変換出力が量子化された後に可変長符
号化されることでデータ圧縮が行われ、記録手段によ
り、上記データ圧縮手段により圧縮されたデジタルデー
タが記録される。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例について説明する前に、まず
本発明による電子カメラ装置における符号化回路の動作
原理について説明する。

【００１４】上記符号化回路がデータ圧縮に用いる直交
変換として、８×８画素ブロックに対するＤＣＴ（離散
コサイン変換）を例にあげると、一次元のＤＣＴは次式
（１）で表される。

【００１５】

【数１】尚、上記式（１）においてｘ（ｉ）は原信号を表す。

【００１６】これに対して、二次元のＤＣＴは行（水
平）方向に上記の一次元ＤＣＴを行った後、列（垂直）
方向に再び一次元ＤＣＴを行うことで計算され、次式
（２）で表される。Ｆ＝ＥＸ^t（Ｅ） …（２）

【００１７】ただし、上記式（２）においてＸは８行８
列の画素値マトリックス、Ｅは図３に示すような式
（３）の値をもつＤＣＴマトリックス、Ｆは８行８列の
ＤＣＴ係数、^t（）は転置行列を表す。一方、水平サ
ンプリング周期の変換は次式（４）により行うことがで
きる。Ｙ＝ＸＡ …（４）ただし、上記式（４）において、Ａは補間マトリックス
であり、適当な補間関数、例えばスプライン関数により
求められる。上記式（４）のような補間演算はＤＣＴと
同様に行列演算で行えるので、同一のハードウェアが利
用できる。ここで、上記式（２）のＸの代りにＹを代入
するとに上記式（４）より次式（５）を得る。Ｆ＝ＥＸＡ^t（Ｅ） …（５）そして、上記式（５）でＡ^t（Ｅ）＝Ｄとおけば次式
（６）を得る。Ｆ＝ＥＸＤ …（６）即ち、上記式（２）のＤＣＴ演算と同じ２回の行列演算
により、補間と直交変換とを同時に実行することもでき
る。以下、図１及び図２を参照して本発明による電子カ
メラ装置の第１の実施例について説明する。図１は本発
明による電子カメラ装置（以下、電子カメラと略す）の
第１の実施例の構成を示すブロック図である。

【００１８】図１に示すように、第１の実施例の電子カ
メラはレンズ１、本体２、ＣＣＤ等の撮像素子３、プロ
セス回路４、Ａ／Ｄ変換器５、メモリ６、符号化回路
７、記録媒体８、そしてシステムコントローラ９により
構成されている。上記レンズ１は撮像素子３の前方に置
かれ、所望の被写体像を撮像素子３上に投射する。上記
撮像素子３は上記の被写体像を撮像し、該撮像した映像
信号をプロセス回路４に出力する。上記プロセス回路４
は上記映像信号を受けて色分離、ホワイトバランス、ガ
ンマ補正等の処理を行う。上記Ａ／Ｄ変換器５は上記の
各処理がされた映像信号をデジタル信号に変換し、メモ
リ６に出力する。

【００１９】上記メモリ６はＲＡＭで構成され、該メモ
リ６から符号化回路７への信号読み出し時には、システ
ムコントローラ９によるメモリアドレス制御によってブ
ロックに分割するブロック化圧縮処理が行われる。上記
符号化回路７は入力された画像データに対し補間演算を
行い、再びメモリ６に書き込む。そして、上記補間され
たデータは再度符号化回路７に読み込まれ、該符号化回
路７が圧縮処理し、記録媒体８が該圧縮処理が完了した
データを記録する。上記システムコントローラ９は上記
の各構成要素の制御を行う。また、各部に同一もしくは
単純整数比のクロックを与える。図２は第１の実施例の
電子カメラ装置における上記符号化回路７の構成を示す
ブロック図である。図２に示すように、上記符号化回路
７は、直交変換回路２０、量子化回路２１、ハフマン符
号化回路２２、符号出力回路２３により構成されてい
る。

【００２０】上記直交変換回路２０はその内部に係数テ
ーブル２０１ａ，２０１ｂ、乗算器２０２ａ，２０２ｂ
を具備し、上記メモリ６から出力されるブロック化処理
された画像データを、各ブロック毎に補間演算および直
交変換（ここではＤＣＴ）を行う。ここで、特に図示は
していないが上記乗算器２０２ａの出力は乗算器２０２
ｂへの出力とメモリ６へ選択的出力が可能になるように
構成されている。

【００２１】上記量子化回路２１は、直交変換回路２０
から出力される直交変換係数に対し、各周波数成分ごと
に予め設定された各周波数成分毎の量子化幅を用いて線
形量子化を行う。そして、上記ハフマン符号化回路２２
は、上記量子化された変換係数をハフマン符号化する。

【００２２】そして更に、上記符号出力回路２３は上記
ハフマン符号化されたデータを一定のバス幅、例えば８
ビットに揃えて区切り、記録媒体８に出力する制御を行
う。以下、上記のような構成の第１の実施例の電子カメ
ラ装置の実際の動作について説明する。

【００２３】まず、画像の撮影に際して不図示のシャッ
ターレリーズボタンが押されると、レンズ１により投影
された所望の被写体像が撮像素子３により映像信号に変
換され、プロセス回路４に出力される。

【００２４】上記撮像素子３の水平画素数はＰＡＬ（Ｐ
ｈａｓｅＡｌｔｅｒｎａｔｉｏｎｂｙＬｉｎｅ）規
格用として標準的な値の７５２画素となっており、水平
クロック周波数としてｆｈ＝１４．１８ＭＨｚが用いら
れている。上記プロセス回路４では上記の映像信号に色
分離、ホワイトバランス、ガンマ補正等の処理が施さ
れ、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ，Ｃｂが得られる。

【００２５】そして、上記Ａ／Ｄ変換器５により上記処
理がされた映像信号はデジタル信号に変換されるが、輝
度信号に対しては上記クロック周波数ｆｙ＝１４．１８
ＭＨｚでサンプリングされ、その結果、水平対垂直のサ
ンプリング比は約０．９８：１となる。また、上記色差
信号はその１／２の周波数でサンプリングされている。
上記メモリ６はこれら映像信号を記憶し、該メモリ６は
記憶した映像信号を輝度信号、次に色差信号の順序で符
号化回路７に出力する。そして、上記符号化回路７では
入力された画像データに対し、まず直交変換回路２０に
おいて補間演算を行う。

【００２６】ここで、ＤＣＴ後の輝度信号に対する水平
画素数は国際標準値である７２０とされているため、サ
ンプリング比を０．９３７５：１に変換するが、これは
水平２１画素に対して２０画素の値を当てはめることに
なる。よって、補間係数行列Ａ＝［ａ_ij］を線形補間に
より求めると次式（７）で表される。

【００２７】

【数２】

【００２８】上記直交変換回路２０では、まず入力され
た画素データ（画素値マトリックスＸ）に対して係数テ
ーブル２０１ａに記録されている式（７）の値（補間マ
トリックスＡ）を乗算器２０２ａで乗算する。そして、
この結果ＸＡ（＝Ｙ）は再度メモリ６に書き込まれる。

【００２９】この補間演算が全画素データに対して終了
すると、データが再びメモリ６から符号化回路７に８×
８の画素よりなるブロックに分割するブロック化処理圧
縮処理が行われながら出力される。

【００３０】すると上記符号化回路７では、直交変換回
路２０により係数テーブル２０１ａに記録されている上
記式（３）を転置した（ＤＣＴマトリックス^t（Ｅ））
を乗算器２０２ａで乗算し、その結果の行列（ＸＡ
^t（Ｅ））を出力する。この値と係数テーブル２０１ｂ
に記録されている式（３）の値（Ｅ）とを乗算器２０２
ｂで乗算することにより（ＥＸＡ^t（Ｅ）（＝Ｆ））、
ＤＣＴが行われる。

【００３１】上記ＤＣＴにより得られたＤＣＴ係数
（Ｆ）に対し、量子化回路２１が各周波数成分ごとに各
周波数成分毎の量子化幅を用いて線形量子化を行い、該
量子化された変換係数は、ハフマン符号化回路２２によ
りハフマン符号化される。

【００３２】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グループ番号（付加ビット数）
と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
データとされる。

【００３３】そして、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
を行われ、無効成分の連続する個数とそれに続く有効な
成分の値のグループ番号との組に対してハフマン符号化
が行われ、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。

【００３４】上記処理された画像データはハフマン符号
化回路２２から符号出力回路２３に出力され、ここで８
ビットに揃えて区切られて上記記録媒体８に出力され、
符号化データとして記録される。この上記の処理が各ブ
ロック毎に順次行われ、全画面分のブロックの処理が終
了した時点で一画面分の撮影が終了する。以下、図４乃
至図６を参照して、本発明による電子カメラの第２の実
施例について説明する。図４は本発明による電子カメラ
の第２の実施例の構成を示すブロック図であり、図６は
電子カメラにおける符号化回路７の構成を示すブロック
図である。図４において、第１の実施例と同一の構成要
素については同一番号で示し、説明は省略する。

【００３５】本実施例では、補間演算と直交変換とを直
交変換回路２０において同時に行い、直交変換回路２０
内の乗算器２０２ａの出力は常に乗算器２０２ｂに出力
される。以下、第２の実施例の電子カメラの実際の動作
について説明する。

【００３６】画像の撮影に際して、不図示のシャッター
レリーズボタンが押されると、レンズ１により投影され
た所望の被写体像が撮像素子３により映像信号に変換さ
れる。

【００３７】ここで、本実施例では上記撮像素子３の水
平画素数はＮＴＳＣ（ＮａｔｉｏｎｎａｌＴｅｌｅｖ
ｉｓｉｏｎｎＳｙｓｔｅｍＣｏｍｍｉｔｔｅｅ）方
式で標準的な７６８画素となっている。

【００３８】上記撮像素子３により出力された映像信号
はプロセス回路４に送られ、該プロセス回路４ではＣＣ
Ｄ等の撮像素子３から読み出された映像信号に色分離、
ホワイトバランス、ガンマ補正等の処理がなされ、輝度
信号Ｙと色差信号Ｃｒ，Ｃｂが得られる。

【００３９】ここで、上記プロセス回路４により処理さ
れた映像信号はＡ／Ｄ変換器５によりデジタル信号に変
換されるが、輝度信号に対してはクロック周波数１４．
３１８ＭＨｚでサンプリングされ、サンプリング比は約
１．１８：１となる。色差信号はその１／２の周波数で
サンプリングされる。これらの映像信号はメモリ６に記
憶される。そして、メモリ６は、ブロックに分割するブ
ロック化処理圧縮処理を行いながら映像信号を輝度信
号、続いて色差信号の順序で符号化回路７に出力する。
上記符号化回路７では入力された画像データに対し、ま
ず直交変換回路２０において補間およびＤＣＴを行う。

【００４０】本実施例では、ＤＣＴ後の水平画素数は国
際標準値である７２０とされており、サンプリング比を
０．９３７５：１に変換する必要があるため、水平１０
画素から８画素への変換を行う。

【００４１】このための補間係数をスプライン関数から
求めると図６に示す式（８）（行列Ａ）で表されるが、
式（８）の値と上記式（３）を転置した値（行列
^t（Ｅ））を乗算することにより、行列Ａ^t（Ｅ）が得ら
れる。

【００４２】つまり、直交変換回路２０では、入力され
た１０×８画素ブロックのデータ（Ｘ）に対し、係数テ
ーブル２０２ａに記録されている上記行列Ａ^t（Ｅ）を
乗算し（ＸＡ^t（Ｅ））、続いて、係数テーブル２０１
ｂ内の上記式（３）（Ｅ）を乗算器２０２ｂで乗算する
ことにより（ＥＸＡ^t（Ｅ）（＝Ｆ））サンプリング比
が変換された８×８画素ブロックのＤＣＴ係数（Ｆ）を
得る。

【００４３】そして、ここで得られたＤＣＴ係数に対
し、量子化回路２１により各周波数成分ごとに各周波数
成分毎の量子化幅を用いて線形量子化が行われ、該線形
量子化された変換係数は、ハフマン符号化回路２２によ
りハフマン符号化される。

【００４４】この際、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グループ番号（付加ビット数）
と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
データとされる。

【００４５】また、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、無効成分の連続する個数と、それに続く有効な成
分の値のグループ番号との組みに対してハフマン符号化
が行われ、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。

【００４６】こうして処理された画像データは、ハフマ
ン符号化回路２２から符号出力回路２３に出力され、こ
こで８ビットに揃えて区切られて記録媒体８に出力さ
れ、符号化データとして記録媒体８に記録される。そし
て、上記の処理が各ブロック毎に順次行われ、全画面分
のブロックの処理が終了した時点で一画面の処理が終了
する。

【００４７】以上詳述したように、本発明の電子カメラ
装置では、アナログからデジタルへの変換時に使用する
サンプリング周期から、記録時に必要となるサンプリン
グ周期への補間演算を直交変換回路２０を用いて行うこ
とにより、余分なハードウェアを不要としている。ある
いはアナログからデジタルへの変換時に使用するサンプ
リング周期から、記録時に必要となるサンプリング周期
への補間演算を直交変換時に同時に行うことにより、ハ
ードウェア構成を複雑化することを防いでいる。また、
撮像素子３とＡ／Ｄ変換器５のサンプリング周期を同一
もしくは単純な整数比とすることができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、撮像素子とＡ／Ｄ変換
器とに同一あるいは単純整数比の駆動クロック周波数を
用いることを可能とし、簡単な回路構成によりデータ圧
縮標準方式の推奨サンプリング周期でのデータ記録が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による電子カメラ装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施例による電子カメラ装置に
おける符号化回路の構成を示すブロック図である。

【図３】ＤＣＴ（離散コサイン変換）マトリックスであ
る。

【図４】本発明の第２の実施例による電子カメラ装置の
構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の第２の実施例による電子カメラ装置に
おける符号化回路の構成を示すブロック図である。

【図６】水平画素数を１０画素から８画素に変換するた
めの補間係数を示すマトリックスである。

【符号の説明】

１…レンズ、２…カメラ本体、３…撮像素子、４…プロ
セス回路、５…Ａ／Ｄ変換器、６…メモリ、７…符号化
回路、８…記録媒体、９…システムコントローラ、２０
…直交変換回路、２１…量子化回路、２２…ハフマン符
号化、２３…符号出力、２０１ａ，２０１ｂ…係数テー
ブル、２０２ａ，２０２ｂ…乗算器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所望の光学像を撮像する撮像素子と、上記撮像素子により撮像された画像信号を第１のサンプ
リング周期でアナログ信号からデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換手段と、上記Ａ／Ｄ変換手段により変換されたデジタルデータを
複数のブロックに分割し、該ブロックに対して、直交変
換マトリクスと、該第１のサンプリング周期を該第１の
サンプリング周期とは異なる第２のサンプリング周期に
変換する周期変換マトリクスとを乗算することにより、
該第２のサンプリング周期を持つ直交変換を行い、該第２のサンプリング周期を有する直交変換出力を量子
化した後に可変長符号化することによりデータ圧縮を行
うデータ圧縮手段と、上記データ圧縮手段により圧縮されたデジタルデータを
記録する記録手段と、を具備することを特徴とする電子
カメラ装置。