JP3262114B2 - 映像信号符号化装置、および映像信号符号化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像信号をブロック化
し、各ブロックに直交変換を施して圧縮符号化する映像
信号符号化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル信号に変換した映像データ
を、テープ等の記録媒体にそのまま記録すると、データ
量は膨大であって、一般的には記録媒体に記録できる限
界のデータ量を超えてしまう。従って、ディジタルの映
像信号をテープ等に記録する場合には、データ量がその
限界を超えないように、映像信号を圧縮する必要があ
り、従来から高能率符号化装置を用いて映像信号の圧縮
が行われている。

【０００３】このような高能率符号化の一例である、原
信号を直交変換して得られる変換係数を量子化して符号
化する直交変換符号化方式は、高い符号化効率が得られ
るので、従来から広く用いられている。映像信号に対し
てこの方式を適用する場合は、まずｎ×ｎ（ｎ：整数）
画素からなる小ブロックに映像信号を分割し、各ブロッ
クに直交変換を施してｎ×ｎの周波数領域の変換係数に
変換し、この変換係数を量子化する。ところが、すべて
のブロックに対して同じビット数で量子化した場合、平
坦領域の画像ブロックでは十分な画質は得られるが、エ
ッジ領域を含む画像ブロックにおいてはエッジ領域の周
辺に誤差が拡散してノイズとなる。

【０００４】この問題を解決するための符号化装置とし
て、例えば特開平2-105792号公報に開示されたものがあ
る。図１は、前記公報に示された符号化装置の構成を示
すブロック図であり、図１を参照してこの符号化装置に
ついて説明する。ブロック化回路51に入力された映像信
号は小ブロックに分割された後、直交変換回路52で直交
変換される。直交変換により得られる変換係数は、複数
の量子化ビット数にて量子化を行える量子化回路53によ
り量子化されて出力される。エッジ領域検出回路54では
映像信号のエッジ検出が行われ、平坦部検出回路55では
平坦部であるかが検出される。ブロック判定回路56にお
いて、エッジ領域検出回路54及び平坦部検出回路55の出
力に基づいて、そのブロックがエッジ領域と平坦部とを
混在させたブロックであるか否かが判定される。判定結
果は量子化回路53へ出力され、この判定結果に応じて量
子化ビット数が決定される。そして、ブロック全体が平
坦であるとき、またはブロック全体が複雑な構造である
ときには、ノイズは目立たないので、少ない量子化ビッ
ト数に決定される。一方、エッジ領域と平坦部とが混在
したブロックでは、平坦部でのノイズの発生を防止する
ために、多い量子化ビット数に決定される。このよう
に、前記公報に示された符号化装置は、上述の問題を解
決するために、エッジ領域と平坦部とが混在するブロッ
クでは変換係数を細かく量子化することによりノイズを
低減し、復号化後の映像の画質を向上させている。とこ
ろで、ブロックにおけるエッジ領域または平坦部を検出
するための判断基準には、ブロック内の分散値, ブロッ
クの最大値, ブロックのダイナミックレンジ等があり、
これらは総称してアクティビティ指数と呼ばれている。
上述した従来の符号化装置では、アクティビティ指数に
基づいて、量子化ビット数（量子化レベル）を各ブロッ
ク毎に変えるという構成にしている。

【０００５】図１における量子化回路53の出力は、通常
ハフマン符号などのエントロピー符号化を用いて可変長
符号化されて伝送される。そして可変長符号化の結果、
１ブロックが何ビットで終了するかは様々であり、ヘリ
カルスキャン型ディジタルVTR のように１トラックの長
さが決められているような記録媒体の場合、１トラック
には何ブロック分のデータが記録されるかを把握してお
く方が都合が良い。従って最低でも１トラックで何ブロ
ック分のデータを記録するかを決めておくことが普通で
ある。また、誤り訂正符号としてブロック訂正符号（例
えばBCH 符号，リードソロモン符号等) を選択した場
合、誤り訂正ブロック毎に可変長符号のデータ長を固定
化することもある。通常、映像信号の符号化であるの
で、１フィールドまたは１フレームをＮ（Ｎ：整数）分
割して（その単位をユニットと称する）、Ｎ個のユニッ
ト各々でデータ量の上限を設定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、可変長符号
のデータ長が固定化されている例えばディジタルVTR の
ような伝送路では、可変長符号化処理の結果、画像の種
類によっては可変長符号のデータ長が一定とならず、可
変長符号化後の総符号長が伝送路の固定長を上回ってオ
ーバーフローを起こしてしまうことがある。このような
場合にはデータフローにより伝送が打ち切られるため
に、あふれた符号は伝送されないばかりでなく、その後
の情報も送られないことになる。従って、復号化を行な
った場合正しく復号できないという問題がある。

【０００７】テレビの一画面を可変長符号化する際に
は、一般的にテレビ画面の左から右へ、上から下へ順に
符号化する。従って、画像の特徴的な要素が存在するテ
レビ画面の中央部において、上記のような打切りが発生
し易いという問題がある。

【０００８】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、その１つの目的は、復号化側において画質の劣
化を招くことなく、符号化データ長を所定の長さに固定
化できる映像信号符号化装置を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、伝送すべきデータの
符号長が固定されている場合においても、伝送打切りに
よる歪が視覚的に検知されにくい映像信号符号化装置を
提供することにある。

【００１０】本発明による映像信号符号化装置は、１画
面の映像信号を複数のブロックにマトリクス状に分割す
る手段と、単一のまたは互いに隣接する複数の前記ブロ
ックからなるシャフリング単位により構成される複数の
ユニットを、水平および垂直方向に互いに隣接する前記
シャフリング単位の各々が異なる前記ユニットに属する
ようシャフリングして構成するとともに、前記各ユニッ
トにおいて、当該各ユニットに含まれる前記ブロックの
うち、画面中央部に位置する前記ブロックから前記画面
端部に位置するブロックの順序で符号化されるよう、前
記ブロックのアドレスを指定する手段と、指定された前
記アドレスに基づいて、前記各ユニット毎に当該各ユニ
ットに属する前記ブロックを前記順序で直交変換して符
号化する符号化手段とを備えるものである。また、映像
信号における色信号の各ブロック、および前記色信号の
各ブロックに対応する輝度信号のブロックをシャフリン
グ単位とするものである。

【００１１】本発明による映像信号符号化方法は、１画
面の映像信号を複数のブロックにマトリクス状に分割
し、単一のまたは互いに隣接する複数の前記ブロックか
らなるシャフリング単位により構成される複数のユニッ
トを、水平および垂直方向に互いに隣接する前記シャフ
リング単位の各々が異なる前記ユニットに属するようシ
ャフリングして構成するとともに、前記各ユニットにお
いて、当該各ユニットに含まれる前記ブロックのうち、
画面中央部に位置する前記ブロックから前記画面端部に
位置するブロックの順序で符号化されるよう前記ブロッ
クのアドレスを指定し、指定された前記アドレスに基づ
いて、前記各ユニット毎に当該各ユニットに属する前記
ブロックを前記順序で直交変換して符号化するものであ
る。また、映像信号における色信号の各ブロック、およ
び前記色信号の各ブロックに対応する輝度信号のブロッ
クをシャフリング単位とするものである。

【００１２】また、符号化手段により符号化されたデー
タを収納する収納手段と、前記収納手段に収納されるデ
ータ量を検出し、検出された前記データ量に基づいて、
前記符号化手段の符号化量を制御する手段とを備えたも
のである。

【００１３】本発明による映像信号符号化方法は、１画
面の映像信号を複数のブロックにマトリクス状に分割
し、単一のまたは互いに隣接する複数の前記ブロックか
らなるシャフリング単位により構成される複数のユニッ
トを、水平および垂直方向に互いに隣接する前記シャフ
リング単位の各々が異なる前記ユニットに属するようシ
ャフリングし、前記各ユニットに含まれる前記ブロック
が前記１画面中央部から端部に向かう順序で符号化され
るよう前記ブロックのアドレスを算出し、算出された前
記アドレスに基づいて、前記各ユニットに属する前記ブ
ロックを前記順序で直交変換して符号化するものであ
る。また、映像信号における色信号の各ブロック、およ
び前記色信号の各ブロックに対応する輝度信号のブロッ
クをシャフリング単位とするものである。

【００１４】また、符号化手段により符号化されたデー
タ量を検出し、検出された前記データ量に基づいて、前
記符号化手段において直交変換した各ブロックの変換デ
ータを量子化する際の量子化ビット数を制御するもので
ある。また、符号化手段により符号化されたデータ量を
検出し、検出された前記データ量に基づいて、前記符号
化手段の符号化量を制御するものである。

【００１５】

【作用】本発明による映像信号符号化装置、および映像
信号符号化方法は、１画面の映像信号を複数のブロック
にマトリクス状に分割し、単一のまたは互いに隣接する
複数の前記ブロックからなるシャフリング単位により構
成される複数のユニットを、水平および垂直方向に互い
に隣接する前記シャフリング単位の各々が異なる前記ユ
ニットに属するようシャフリングして構成するととも
に、前記各ユニットにおいて、当該各ユニットに含まれ
る前記ブロックのうち、画面中央部に位置する前記ブロ
ックから前記画面端部に位置するブロックの順序で符号
化されるよう前記ブロックのアドレスを指定し、指定さ
れた前記アドレスに基づいて、前記各ユニット毎に当該
各ユニットに属する前記ブロックを前記順序で直交変換
して符号化することにより、符号化制御により発生する
画像の歪みが画面端部に分散してされる。

【００１６】また、映像信号における色信号の各ブロッ
ク、および前記色信号の各ブロックに対応する輝度信号
のブロックをシャフリング単位とすることにより、特殊
再生をシャフリング単位で行う。

【００１７】また、符号化手段により符号化されたデー
タ量を検出し、検出された前記データ量に基づいて、前
記符号化手段において直交変換した各ブロックの変換デ
ータを量子化する際の量子化ビット数を制御することに
より、伝送データの瞬時的な増加による符号化の打切り
を防ぐ。

【００１８】また、符号化手段により符号化されたデー
タ量を検出し、検出された前記データ量に基づいて、前
記符号化手段の符号化量を制御することにより、伝送デ
ータの瞬時的な増加による符号化の打切りを防ぐ。

【００１９】また、符号量制御により発生する歪はｋが
大きいほど発生しやすくなる。第５発明では、画面の中
央部にあるブロックはｋが小さく、画面の端部にあるブ
ロックはｋが大きくなるように複数のブロックをシャフ
リングし、このシャフリングの順に符号化を行うので、
歪が発生したとしてもその歪は視覚上目立ちにくい画面
端部に集中する。

【００２０】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。

【００２１】（第１実施例）可変長符号化データをバッ
ファメモリに格納し、そのバッファメモリの残容量を監
視して剰余データの発生を判断し、その判断結果を可変
長符号化制御にフィードバックするのが第１実施例であ
る。

【００２２】図２は第１実施図の構成を示すブロック図
である。図において１は入力されるディジタルの映像信
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１は各ブロックをDCT 回路２へ出力
する。DCT 回路２は、各ブロックに離散コサイン変換
（DCT ：Discrete Cosine Transform ）を施し、得られ
る変換係数（DCT 係数）をウエイティング回路３へ出力
する。ウエイティング回路３は、各DCT 係数に対してウ
エイティング（重み付け）を施した後、重み付けされた
DCT 係数を量子化回路４へ出力する。量子化回路４は、
重み付けされたDCT 係数を制御器８にて決定される量子
化ビット数により量子化し、スイッチ７を介して可変長
符号化回路５へ出力する。可変長符号化回路５は、量子
化されたDCT 係数を可変長符号化し、可変長符号化デー
タを、１トラックのデータ長に相当するデータ容量を有
するRAM などで構成されるバッファメモリ６へ出力す
る。可変長符号化回路５へのデータ入力のON/OFFはスイ
ッチ７により切替えられる。制御器８は、バッファメモ
リ６に収納されたデータ量に基づいて、量子化回路４に
おける量子化ビット数及びスイッチ７の切替えを制御す
る。

【００２３】次に動作について説明する。

【００２４】映像信号をサンプリングして得られたデー
タは、例えば水平方向８画素，垂直方向８画素にてブロ
ック化回路１によりブロック化された後、DCT 回路２に
よりDCT が行われ、得られるDCT 係数はウエイティング
回路３により重み付けが施される。その際、高周波領域
のDCT 係数ほど値が小さくなるように重みが付けられ
る。これは、高周波領域ほど視覚的には分解能が落ちる
ので、劣化が目立つことなく高能率符号化できるからで
ある。次に量子化回路４によって重み付けされたDCT 係
数が量子化される。量子化されたｎビットのデータは例
えば図３のように表現されている。このデータは、可変
長符号化回路５により図４のように一次元走査して可変
長符号化される。可変長符号化回路５は、例えば０が続
く数（ゼロラン長）と非０の値とによって符号長が異な
る符号化回路であり、通常ハフマン符号等が良く用いら
れる。可変長符号化回路５の出力はバッファメモリ６に
蓄えられ伝送系に出力される。

【００２５】ところが、画像の絵柄によりこの可変長符
号化回路５から出力される可変長符号の長さは様々な状
態をとり、場合によっては伝送されるべき限界の符号量
を上回ったり、下回ったりする。制御器８は、書き込み
中のバッファメモリ６のアドレス値と制限データ長とを
比較して、剰余データの発生を予想する。そして、制御
器８からの出力信号により、量子化回路４における量子
化ビット数及びスイッチ７の切替えを制御する。

【００２６】従って、テレビ画面の画像の特定部分で瞬
間的にデータが急増しても、バッファメモリ６のデータ
容量は充分に大きいので、オーバーフローを起こすこと
はなく、制御器８が伝送の打切りを判断することもな
い。

【００２７】図５は、第１実施例の変形例の構成を示す
ブロック図である。この変形例においては、制御器８は
スイッチ７の切替えのみを制御している。

【００２８】（第２実施例）第２実施例は、上述の第１
実施例において、画面データの符号化をテレビ画面の画
面中央部から優先的に行なうことを特徴とする。

【００２９】図６は、この第２実施例の構成を示すブロ
ック図であり、図中図２と同番号を付した部分は同一部
分を示す。ブロック化回路１とDCT 回路２との間に、画
面データの符号化をテレビ画面の画面中央部から優先的
に行なうように、ブロック化回路１から入力された各ブ
ロックをシャフリングしてDCT 回路２へ出力するための
シャフリング回路９が設けられている。

【００３０】図７は、このシャフリング回路９における
シャフリング順序を示している。図７(a) は画面中央部
から渦巻き状に外周に向かってシャフリングする例を示
す。また図７(b) は画面縦方向に画面中央部から順に左
右に拡大してシャフリングする例を示す。更に図７(c)
は画面横方向に画面中央部から順に上下に拡大してシャ
フリングする例を示す。

【００３１】このように、第２実施例では、画面中央部
から優先的に符号化を行なうので、剰余データの発生に
より伝送データの打切りが生じても、画面端部において
その打切りは生じる。従って、視覚的には打切りによる
歪が目立たない。

【００３２】なお、シャフリング回路９におけるシャフ
リング順序は図７(a) ，(b) ，(c)に示すような方式で
ある必要はなく、乱数によってもよい。例えば、７(d)
に示すように、テレビ画面を５分割しておき、画面中央
部から順に各領域内において乱数に従ってシャフリング
順序を決定してもよい。

【００３３】図８は、第２実施例の変形例の構成を示す
ブロック図である。この変形例においては、制御器８は
スイッチ７の切替えのみを制御している。

【００３４】（第３実施例）ブロックのアクティビティ
指数と可変長符号化後のデータ長とに基づいて量子化回
路における量子化ビット数を決定する第３実施例につい
て説明する。

【００３５】図９は、第３実施例の構成を示すブロック
図であり、図において図２と同番号を付した部分は、同
一または相当部材を示すので、それらの説明は省略す
る。量子化回路４は、重み付けされたDCT 係数を量子化
ビット数決定回路14にて決定される量子化ビット数によ
り量子化し、可変長符号化回路５へ出力する。また、量
子化回路４は、この決定される量子化ビット数より１ビ
ット多いビット数によっても重み付けされたDCT 係数を
量子化し、データ再構成回路10へ出力する。可変長符号
化回路５は、量子化されたDCT 係数を可変長符号化し、
可変長符号化データをRAM などで構成されるバッファメ
モリ11へ出力する。また、可変長符号化回路５は、オー
バーフローの可能性があって可変長符号化できなかった
データを、データ再構成回路10へ出力する。データ再構
成回路10は、可変長符号化回路５からのデータと量子化
回路４からのデータとを再構成し、再構成したデータを
可変長符号化回路13へ出力する。可変長符号化回路13
は、入力データを可変長符号化し、可変長符号化データ
をRAM などで構成されるバッファメモリ15へ出力する。
バッファメモリ11，15からのデータの出力は、スイッチ
12にて切替えられる。

【００３６】次に動作について説明する。

【００３７】ブロック化回路１，DCT 回路２，ウエイテ
ィング回路３，量子化回路４，可変長符号化回路５の基
本動作は、前述した第１実施例と同じであるので、その
説明は省略する。

【００３８】画像の絵柄により可変長符号化回路５から
出力される可変長符号の長さは様々な状態をとり、場合
によっては伝送されるべき限界の符号量を上回ったり、
下回ったりする。これを解決すべく、バッファメモリ11
の使用状態が満杯に近くなるほど量子化ビット数が小さ
くなるように（粗い量子化レベルになるように）、量子
化ビット数決定回路14は量子化ビット数を決定する。

【００３９】量子化ビット数は従来例では画像のアクテ
ィビティ指数からのみ決定したが、第３実施例ではアク
ティビティ指数とバッファメモリ11の使用状態とを両方
鑑みて量子化ビット数を決定している。そして、伝送す
べき所定のブロックがすべて符号化された後、バッファ
メモリ11から可変長符号化データが伝送路に送られるよ
うに構成されている。以上のように、アクティビティ指
数と符号化済みのブロックの符号量とに鑑みて量子化ビ
ット数を決定するので、オーバーフローに対する制御は
良好である。

【００４０】このような量子化ビット数の決定例を図10
に示す。なお、図10ではバッファメモリ11の使用状態と
アクティビティ指数とを決定基準としているが、DCT を
行って可変長符号を施したブロックの個数でバッファメ
モリ11の使用量を割った数、即ち、１ブロックあたりの
平均符号長をも決定基準に加えても良いことはいうまで
もない。このように、バッファメモリ11の使用状態が満
杯に近くなると量子化ビット数は小さくなるために量子
化後の値は０となる確率が大きくなる。従って可変長符
号化された場合の符号長は１画素あたりでは少なくな
る。そのようにすると、バッファメモリ11が満杯に近く
なると発生する符号量は減少されオーバーフローに対し
て有効な制御を行える。

【００４１】また、オーバーフロー状態に対して本当に
危機的な状態に陥った場合、または陥るであろうと予測
された場合、図11のように例えば高周波側のＡというと
ころで可変長符号化を打ち切ってしまう処置をとること
もある。

【００４２】以上がバッファメモリ11に対するオーバー
フロー制御であるが、上述のように画像の種類例えば絵
柄によっては伝送限界の符号量を下回ってしまうことも
ある。この場合、限界ぎりぎり一杯まで符号化して符号
化データを付加する操作をする。これについての動作を
説明する。

【００４３】重み付けされたDCT 係数をｎビットに量子
化すると、量子化ビット数決定回路14によって決められ
た場合、量子化回路４はｎビットないし（ｎ＋１）ビッ
トに量子化する。（ｎ＋１）ビットに量子化された最下
位ビットは可変長符号化回路５では符号化されない情報
であるが、この最下位ビットが伝送され、この最下位ビ
ットを考慮して復号をすると復号後のS/N が改善され
る。即ち、伝送路に余裕が生じた場合、画質改善のため
のデータを付加して伝送する。図９において量子化回路
４は第（ｎ＋１）ビットをデータ再構成回路10へ出力し
ているが、これは（ｎ＋１）ビットで量子化した際の最
下位ビットである。基本的にはこれを可変長符号化すれ
ば良い。この最下位ビットは可変長符号化回路13にて可
変長符号化される。

【００４４】このようにすると、可変長符号化後の符号
量が伝送限界符号量を下回った場合、１ビット分解能を
あげて量子化した場合の情報を付加して伝送できるの
で、一定の伝送レートで高い品位の画質で符号化でき
る。

【００４５】可変長符号化回路５からデータ再構成回路
10へは、図11で示したように可変長符号化回路５で可変
長符号化を打ちきられたＢ〜Ｍのデータが入力される。
本発明者のシミュレーションによると、図11で示したよ
うな打ち切りは歪が生じ易いので、第３実施例ではこの
打ち切られたデータを再符号化して貯えておき、もし最
終的に伝送路に余裕が生じた場合に付加するようにして
いる。このようにすると歪が生じやすい図11の打ち切り
による弊害は少なくなる。その場合は可変長符号化回路
５で符号化を打ち切られたデータ以外を０として再度可
変長符号化回路13にて可変長符号化すれば良い。この場
合は打ち切りをしたブロックのアドレスを情報として付
加しておく方が便利である。

【００４６】データ再構成回路10において、前述した可
変長符号化が打ち切られたデータと前述の（ｎ＋１）ビ
ットで量子化した場合の最下位ビットとがデータとして
再構成されて、再構成されたデータは可変長符号化回路
13へ出力される。このデータ再構成回路10は図11で示し
たような可変長符号化回路５で可変長符号化を打ち切ら
れた図11のＢ〜Ｍのデータはそのままにし、それ以外の
データを０とし、そのデータの最下位ビットのさらに下
位に量子化回路４で量子化された第（ｎ＋１）ビットの
データを付加してデータを再構成する。このデータ再構
成回路10の出力を可変長符号化回路13の入力とする。

【００４７】このようにすると、１ビット余分に量子化
した場合の最下位ビットのデータとオーバーフロー制御
によって削られたデータとを再構成するので、画質劣化
に関与するデータを優先的に可変長符号化して伝送で
き、復号化後のS/N を高くすることが可能である。

【００４８】なお、上述した可変長符号化回路５，13に
おいて用いられる符号化テーブルとしては、可変長符号
化回路５の入力データと可変長符号化回路13の入力デー
タとはデータ分布が異なるので、それぞれに見合った符
号化テーブルを設計した方がエントロピーは下がって高
能率符号化としての符号化効率は向上する。第（ｎ＋
１）ビットの情報を付け加える場合は非０の値は常に１
であるので、ゼロラン長のみを符号化すれば良く、ゼロ
ラン長のみのデータを可変長符号化すれば、特に符号化
効率の向上を望める。ハードウェア構成上は同じ符号化
テーブルを用いた方が有利であるが、符号化効率は悪
い。

【００４９】このように可変長符号化回路５，13におい
て用いる符号化テーブルが異ならせておくと、高能率符
号化としての符号化効率を高くすることが可能である。

【００５０】再構成されたデータが可変長符号化回路13
において可変長符号化され、可変長符号化データはバッ
ファメモリ15へ出力されてバッファメモリ15内に蓄積さ
れる。バッファメモリ11からのデータがまず確実に伝送
され、伝送限界の符号量を下回っておれば、スイッチ12
をバッファメモリ15側に切替えて時間軸上でシリアルに
データを多重して伝送する。その際重要なことはバッフ
ァメモリ11のデータはすべて伝送系に出力されるが、バ
ッファメモリ15のデータは生じた余裕分が満たされる程
度にとどめるようにスイッチ12が動作することである。
従ってバッファメモリ15のデータはすべて伝送されると
は限らない。このことによって、伝送余裕量を余すこと
なく有効に可変長符号化データを伝送できる。

【００５１】以上のような映像信号符号化装置において
可変長符号化データの他に伝送した方が良いデータとし
ては、DCT ブロックのブロックアドレス，ｎビットに量
子化された場合のｎを表す情報，図11のように可変長符
号化を打ち切られたブロックのブロックアドレス等があ
げられるが、最低限量子化ビット数ｎを表す情報だけあ
れば復号化できる。

【００５２】そこで符号系側で量子化ビット数ｎを表す
情報だけを可変長符号化回路５の出力に付加してバッフ
ァメモリ11に記憶して伝送系に挿入する。量子化ビット
数ｎが伝送されていれば付加的な情報である可変長符号
化回路13の出力は、第（ｎ＋１）ビットのデータに対し
てなされたものであることが、復号側においてわかる。

【００５３】図12は復号化系の構成図である。図におい
て21は時間軸方向に多重化されたデータを分割するスイ
ッチである。分割された可変長符号化データは、バッフ
ァメモリ22, 23に夫々入力されて記憶される。バッファ
メモリ22, 23から読み出された可変長符号化データは対
応する可変長復号化回路24, 25にて復号化されて、元の
重み付け後のDCT 係数がデータ再構成回路26へ出力され
る。データ再構成回路26にてデータが再構成され、逆ウ
エイティング回路27へ出力される。この際、量子化ビッ
ト数ｎを表す情報が付加されているので、データを再構
成した後に逆ウエイティング回路27へ再構成データを出
力できる。逆ウエイティング回路27にて逆ウエイティン
グ（逆重み付け）がなされ、逆DCT 回路28にて逆DCT が
施されて元のブロック化映像信号が得られる。なお、図
12においてバッファメモリ22（23）と可変長復号化回路
24（25）との位置を変えても良いが、図12に示す構成の
方がバッファメモリ24（25）には圧縮後の可変長符号化
データを収納することになるのでその容量は少なくて済
む。またデータ再構成回路26を逆ウエイティング回路27
及び逆DCT 回路28の上流側に位置したが、他の位置でも
良いことはいうまでもなく、各データに逆ウエイティン
グ及び逆DCT を個別に施した後にデータ再構成を行う配
置、つまり例えば逆DCT 回路の下流側にデータ再構成回
路を配置するように構成してもよい。

【００５４】図13は、第３実施例のの変形例の構成を示
すブロック図であり、図中、図９と同番号を付した部分
は同様の部材を示す。この例におけるデータ再構成回路
は、可変長符号化回路５の出力を可変長復号化する可変
長復号化回路16と、可変長復号化回路16に０データを挿
入する０挿入回路17と、量子化回路４からの（ｎ＋１）
ビットのデータから０挿入回路17の出力を減算して可変
長符号化回路13へ出力する減算器18とから構成されてい
る。この場合、量子化回路４はｎビットに量子化した結
果と（ｎ＋１）ビットに量子化した結果とを両方出力す
ると都合が良い。

【００５５】また、図14は、第３実施例の変形例の構成
を示すブロック図であり、図中、図９と同番号を付した
部分は同様の部材を示す。量子化回路４から直接可変長
符号化回路13へ、（ｎ＋１）ビットに量子化したデータ
が出力されて可変長符号化される。

【００５６】更に、図15は、第３実施例の変形例の構成
を示すブロック図であり、図中、図９と同番号を付した
部分は同様の部材を示す。可変長符号化回路５から直接
可変長符号化回路13へ、可変長符号化回路５にて可変長
符号化されなかったデータが出力されて可変長符号化さ
れる。

【００５７】上述した第３実施例では、ｎビットに量子
化することを決定する量子化ビット数決定回路14への入
力はDCT 前のデータとバッファッメモリ11におけるメモ
リ使用量とであり、DCT 前の画像データから映像のアク
ティビティ指数を算出してバッファメモリ11の使用量と
１ブロックあたりの平均符号量とを参照して量子化ビッ
ト数を決定したが、もう少しきめ細かく符号量制御を行
うためにDCT 後のデータも参照して量子化ビット数を決
定しても良いことは言うまでもない。また、輝度信号と
色信号とで量子化ビット数を変えても良い。

【００５８】（第４実施例）ブロックのアクティビティ
指数と発生イベント数とに基づいて量子化ビット数を決
定する第４実施例について説明する。可変長符号化処理
とは本来発生するデータによって符号長が異なる符号を
与えるが、これをデータ数を大きくしたとき(すなわち
数万〜数十万の符号をながめたとき) その符号量は偏り
が減る。更に、数万〜数十万の符号を見たとき１イベン
ト（０ラン長と非０の値とが１つ発生する単位を１イベ
ントという）あたりの平均符号長はほぼ５〜７ビットと
安定していることがシミュレーションにより確認でき
た。このことを逆に利用すれば、イベント数を数えるこ
とにより全体の符号量をかなり正確に予測できる。この
ような可変長符号の性質を利用して符号量を予測し、そ
の予測値に基づいて量子化ビット数を決定するようにし
た例が、第４実施例である。

【００５９】図16は、この第４実施例の構成を示すブロ
ック図であり、図において図９と同番号を付した部分は
同一または相当部材を示すので、それらの説明は省略す
る。可変長符号化回路５は、量子化回路４の出力の０ラ
ンをカウントする０ランカウンタ31と、０ランカウンタ
101 のカウント値により発生するイベントの数をカウン
トするイベントカウンタ32と、イベントカウンタ32のカ
ウント値に基づいて後述するようにイベントを変換する
イベント変換回路33と、イベント変換回路33の出力を可
変長符号化する可変長符号化器34とから構成されてい
る。

【００６０】次に動作について説明する。

【００６１】なお、第４実施例の基本動作は前述した第
３実施例と類似しているので、異なる点のみを説明す
る。量子化ビット数決定回路14における量子化ビット数
の決定例を図17に示す。第４実施例では、バッファメモ
リ11の使用予想とアクティビティ指数とを決定基準とし
ている。このように、バッファメモリ11の使用状態が満
杯に近くなると予想される場合には、第３実施例と同様
に、量子化ビット数は小さくなるために量子化後の値は
０となる確率が大きくなる。従って可変長符号化された
場合の符号長は１画素あたりでは少なくなる。そのよう
にすると、バッファメモリ11が満杯に近くなると発生す
る符号量は減少されオーバーフローに対して有効な制御
を行える。また、オーバーフロー状態に対して本当に危
機的な状態に陥った場合、または陥るであろうと予測さ
れた場合、第３実施例と同様に、図11のように例えば高
周波側のＡというところで可変長符号化を打ち切ってし
まうこともある。

【００６２】可変長符号化回路５において、可変長符号
化する前の準備として０ランをカウントする０ランカウ
ンタ31を用意してイベントの内容（０ラン長と非０の
値）を数えるのが普通であるが、この０ランカウンタ31
により１イベント発生毎の符号の発生をイベントカウン
タ32に伝え、そのイベント数をカウントして発生符号量
を予測する。例えば１ブロック当たりの平均イベント数
等を求め、この結果を量子化ビット数決定回路14にフィ
ードバックし、アクティビティ指数と両方を鑑みて量子
化ビット数を図17のように決定して符号量を制御する。

【００６３】またこのようなフィードバックとは関係な
くそのイベント数をイベントカウンタ32で計数し、その
総イベント数の計数を待ってイベント変換回路33で符号
量制御をかける。例えばイベントカウンタ32により符号
量が大きくなると予測された場合、各イベントの非０の
値を1/2 にして小数点以下を切り捨てると新しく０にな
る値がある。これは非０の値が１の場合である。新しく
０が発生した場合にはその後のイベントのラン長を加え
さらに１を加えた値が新しいイベントのラン長である。
これを具体的に記すと次のようになる。

【００６４】例えば、ｋ番目のイベントのラン長が５非
０の値が６，ｋ＋１番目のイベントのラン長が２非０の
値が１，ｋ＋２番目のイベントのラン長が７非０の値が
17であったとする。このとき、符号量予測により符号量
を少なくする方に動作させるとすると、例えば上述の例
ではｋ番目のイベントのラン長が５非０の値が３に変化
し、ｋ＋１番目のイベントのラン長が２非０の値が０に
変化し、ｋ＋２番目のイベントのラン長が７非０の値が
８に変換する。

【００６５】このときｋ＋１番目に新しく０が発生する
ため、ｋ＋２番目とｋ＋１番目のイベントが一体化し、
新しくｋ＋１番目のイベントとなる。新しいｋ＋１番目
のイベントはラン長が２＋７＋１の10になり、非０の値
は８になる。また、新しいｋ＋２番目のイベントは前の
ｋ＋３番目のイベントとなり、新しいｋ＋３番目のイベ
ントは前のｋ＋４番目のイベントとなり、以後順々に新
しいイベントが作成され、新しく発生した０の数だけイ
ベント数が削減される。

【００６６】このような動作を行なうためのイベント変
換回路33の内部構成を図18に示す。イベント変換回路33
は、入力されるラン長を１イベントだけ遅延して出力す
る遅延回路35と、遅延回路35の出力と入力されるラン長
とを加算し更に１を加える加算器36と、一方の入力端子
に遅延回路35の出力が入力され他方の入力端子に加算器
36の出力が入力されて両方の入力を切換え可能なスイッ
チ37と、入力される非０の値を２で割り小数点以下を切
り捨てる除算器38と、除算器38の出力が０であるか否か
を判別し、０である場合には制御信号をスイッチ37へ与
え、０でない場合にはその非０の値を出力する０判別回
路39と、入力される非０の値を１イベントだけ遅延して
出力する遅延回路40とから構成される。そして、０判別
回路39から制御信号が入力された場合には、スイッチ37
は加算器36からの出力を選択し、制御信号が入力されな
い場合には、スイッチ37は遅延回路35からの出力を選択
する。

【００６７】このようなイベント変換回路33を用いるこ
とにより、例えば一度量子化回路４によって量子化され
たビット数を変更する際に０ランカウンタ１個だけで簡
単に変更できるという利点がある。もし、このようなイ
ベント変換回路33がない場合は可変長符号量予測のため
の０ランカウンタとビット数変更後の０ランカウンタと
の２個が必要となる。

【００６８】このイベント変換回路33の動作として非０
の値を除算することは必須ではなく、ある値ｌより絶対
値が小さい非０の値は強制的に０にしてイベントの内容
を変換するということも可能である。またこのイベント
変換処理は各ブロック同一に行う必要はなく、例えば量
子化回路４で細かく量子化された所を重点的にイベント
変換を行ったり、高周波成分ほど重点的にイベント変換
したりして適応的に行っても良い。なお、1/2 の演算を
使ってイベント変更した場合は量子化ビット数がｎビッ
トから（ｎ−１）ビットになったのと等価である。

【００６９】図19は第４実施例の変形例の構成を示すブ
ロック図であり、図16のイベントカウンタ32の代わりに
発生符号量カウンタ30を用いている。発生符号量カウン
タ30は０ランカウンタ31によって求められた０ラン長と
非０の値とを入力として、発生符号量をカウントする回
路であり、これに１ブロック処理終了毎にEOB(エンドオ
ブブロック：ブロックの最後を示す符号）等のビット数
を加え、それを符号量カウント済のブロック数で割ると
全体の発生符号量が予測できる。

【００７０】なお、イベント変換回路33で新しく０とな
ることで伝送されなくなったデータをデータ再構成回路
10で再構成しておき、万が一予測どおりにいかず、符号
量が予測値を下回った場合に、付加情報として符号化す
ることで、よりきめが細かい制御をすることができる。
この付加情報を可変長符号化回路13で符号化し、バッフ
ァメモリ15に貯え、バッファメモリ11の出力が伝送限界
符号量以下の場合はスイッチ12にて時間軸多重して伝送
すれば伝送限界ぎりぎりまで付加情報を伝送することが
できる。

【００７１】またイベントカウンタ32または発生符号量
カウンタ30において予測する符号量が伝送限界を上回っ
た場合、絶対値が小さいDCT 係数は伝送をやめても画質
への影響が小さいので、通常絶対値が小さいDCT 係数か
ら順次伝送しなくする。従って、DCT 係数の絶対値が小
さいイベントを計数しておくことは符号量制御後の符号
量を把握する上で重要である。すなわち、DCT 係数の絶
対値が１のイベント，２のイベント，３のイベントをイ
ベントカウンタ32または発生符号量カウンタ30で別途計
数しておき、この情報と符号量予測結果を使ってイベン
ト変換を行うと、より正確な符号量制御ができる。

【００７２】すなわち、絶対値１のイベントは上述の1/
2 の演算で非伝送イベントとなるが、この非伝送イベン
トの数を正確に把握しておくことで、制御精度が増すの
である。例えば絶対値１のイベントがほとんどなく２,
３のイベントが多い場合は、1/4 の演算で非伝送イベン
トをつくる必要があり、そのときはイベント変換回路33
に1/4 の演算を行うよう指示するか、あるいは絶対値１
〜３のイベントは強制的に非伝送するように指示すれば
良い。このことにより制御精度が向上する。

【００７３】ところで、このような制御を行ってVTR 用
のテープにデータを記録する際、記録する絵柄によって
発生する符号量が大きく変化するのは前に示したとおり
である。また１トラックの整数分の１でデータ長を固定
長化する方が都合が良いというのも前に示したが、通常
１フィールドないし１フレーム又はｍフレームをｎ個の
ユニットに分割して固定長化することが最も都合が良
い。例えば１フレームを10個のユニットに分割したとき
の発生符号量を図20に示す。図20の−△−がその符号量
にあたる。図20によれば10個のユニットのうち４つのユ
ニットが大きく伝送限界を超え、他の６つは大きく下回
っている。４つのユニットには大きく打切る方向の制御
が働くため若干のS/N の劣化を犠牲にして符号量を削減
しなければならず、残り６つのユニットでは付加情報な
どが付け加えられS/N の改善が期待できる。第４実施例
によりユニット間における符号量制御を行う場合は、こ
のような符号量の偏りは無視できる。なぜなら４つのユ
ニットであふれた符号は他の６つのユニット（実際には
次のフレームのユニットを使用）を使えば伝送できるか
らである。

【００７４】しかし、あまり多数のユニットにわたる処
理はハードウェアを複雑にするばかりであまりメリット
がない。そこでユニット内で処理が完結するように工夫
することは重要である。すなわち、各ユニットの符号量
の偏りをできるだけ少なくなるようにすることが重要で
ある。そのためにDCT ブロックの４近傍に同一ユニット
のブロックが存在しないようにシャフリングをかけるこ
とで各ユニットの発生符号量を平均化することが考えら
れる。そのようなシャフリングをかけたときの発生符号
量を図20に−○−で示す。図20に示すように実際にこの
ようなシャフリングで発生符号量はかなり平均化されて
いることがわかる。このように平均化された後に各ユニ
ットで閉じた符号量制御をすると次の点で非常に都合が
良い。各ユニットで閉じた符号量制御で済むためハード
ウェア構成が非常に容易である。各ユニットで閉じて符
号量制御をしても符号量を１フレーム内のある箇所だけ
を特にレート削減するという必要が発生しないため、レ
ート削減によるS/N の劣化が画面上のある特定の箇所に
かたよるということがない。

【００７５】さらに特殊再生を考慮すると、サンプル数
が少ない色信号のDCT ブロックをひとかたまりとしてこ
のようなシャフリングをかけた後に符号量制御すればさ
らに都合が良い。すなわち輝度・色信号のサンプル比が
４：１：１の場合、図21に示した如く横方向に連続した
４つのDCT ブロックをシャフリング単位としてシャフリ
ングをかけたのちユニットで閉じた符号量制御を行う。
なぜなら、特殊再生の場合、再生不能なブロックがある
が、このような単位でシャフリングをかけると、輝度・
色信号ともにそろった再生が可能であり、このようなシ
ャフリングをかけない場合は、例えば輝度信号の左から
２番目のDCT ブロックなどが欠落したりして極めて劣悪
な特殊再生画像となるからである。

【００７６】また輝度・色信号のサンプル比が４：２：
０（色線順次処理）の場合、図22に示した如く、横方向
に２、縦方向に２つのDCT ブロックを１つのシャフリン
グ単位として上述の如きシャフリングをかける。このよ
うにすると、色信号の１つのDCT ブロックが画面上に占
める大きさと、輝度信号のシャフリング単位が同じにな
る。これを１つのシャフリング単位として例えば図23に
示したようなシャフリングを施せば良い。図23では輝度
・色信号サンプル比が４：２：０の場合で、図22のシャ
フリング単位のときのシャフリング例を示したものであ
り、１フィールドを５つのユニットに分割した場合のシ
ャフリング例である。また図24は輝度・色信号サンプル
比が４：１：０の場合のシャフリング単位である。

【００７７】（第５実施例）従来、複数のブロックを単
位としてユニットを構成し、各ユニット毎に符号化デー
タを得る際に、画面の１ヵ所に集中した場所（例えば画
面の左上）からまとめて符号化している。従って、ユニ
ット毎に符号量が大きく変動してしまい符号量が多くな
るユニットにデータ量の上限を設定すると、伝送効率が
悪くなるという問題がある。このような問題を解消する
ためになされたものが、第５実施例及び後述する第６実
施例である。

【００７８】図25は、本発明に係る映像信号符号化装置
の構成を示すブロック図であり、図において２，３，
４，５は夫々DCT 回路，ウエイティング回路，量子化回
路，可変長符号化回路であり、これらは図９に示すもの
と同一のものである。DCT 回路２の前段には、ディジタ
ルの映像信号を複数の画素毎にブロック化し、得られた
各ブロックをシャフリングするブロッキング・シャフリ
ング回路41が設けられており、ブロッキング・シャフリ
ング回路41は、ブロック化データをDCT 回路２へ出力す
る。量子化回路４は、量子化ビット数決定回路43にて決
定される量子化ビット数により重み付けされたDCT 係数
を量子化し、可変長符号化回路５へ出力する。可変長符
号化回路５は、量子化されたDCT 係数を可変長符号化
し、可変長符号化データをバッファメモリ42へ出力す
る。

【００７９】次に動作について説明する。

【００８０】ディジタルの映像信号が走査線の順序でブ
ロッキング・シャフリング回路41に入力され、１フィー
ルドあるいは１フレーム内のｎ×ｎ画素でブロッキング
された後、例えば図26に示したシャフリング様式でにて
シャフリングされる。図26の１ブロックはDCT のブロッ
クに対応し、外枠はTV画面に相当する。例えばNTSC方式
の輝度信号を13.5MHz でサンプリングした場合、１フレ
ームでの有効走査エリアは水平方向に 720画素，垂直方
向に486 画素存在する。これを例えば８×８画素でブロ
ッキングしたとすると垂直方向に６余るので、画面の上
下短から３水平走査帰還分のデータは符号化しないこと
にして、符号化すべき映像信号を 720×480 画素とす
る。これを８×８画素でブロッキングするので90×60ブ
ロックの5400個のブロックができる。即ち、１フレーム
内の水平方向のブロックアドレスをｉ、垂直方向のブロ
ックアドレスをｊとすると、ｉは１≦ｉ≦90、ｊは１≦
ｊ≦60の範囲をとる。

【００８１】またこの5400個のブロックをＮ個のユニッ
トに分割する。図26ではＮ＝５の場合を示しており、図
26の各ブロックに割りふられたA1，B1等におけるアルフ
ァベット部分はユニットの名前を示している。Ｎ＝５で
あるのでユニットの名前はＡ〜Ｅの５種類存在する。ま
たA1，B1における数字部分は各ユニットにおいて何番目
に符号化されるかを示した数字である。

【００８２】図26では概して画面の左から右へ上から下
への順に符号化されているが、この例では水平方向には
90ブロック存在するので図26の上から２行目の数字は90
をＮ（＝５）で割った数（18）に１を加えた数（19）か
ら始まっている。即ち、第ｕユニットにおいて第ｋ番目
において符号化されるブロックアドレス（ｉ，ｊ）（但
し、（１，１）は画面左上隅（90, 60）は画面右下隅と
する）は次式（１）で表される。

【００８３】

【数１】

【００８４】例えばｕ＝２，ｋ＝20のときのブロックア
ドレスは、 ｉ＝５×mod(20−1, 18)＋mod 〔２＋［（19×５）／90］−１，５〕＋１ ＝５×１＋mod(２，５）＋１ ＝５＋２＋１＝８ ｊ＝［（19×５）／90］＋１ ＝２ となり、（８，２）である。またｕ＝２は、ユニット名
がＢであることを示しており、図26で考えるとB20 のブ
ロックが（８，２）で表現される位置にあることを示し
ている。同様に例えばC57 のブロックのアドレスを求め
ると、 ｉ＝５×mod(57−1, 18)＋mod 〔３＋［（56×５）／90］−１，５〕＋１ ＝５×２＋mod(３＋３−１，５）＋１ ＝10＋０＋１＝11 ｊ＝４ であるので（11，４）となる。即ち、前述の式（１）の
ような関係でシャフリングを施した後のブロック配列を
示したのが図26である。

【００８５】このようにシャフリングされて各ブロック
が順にDCT 回路２へ送られ、DCT 変換されてウエイティ
ング回路３により重み付けされる。量子化ビット数決定
回路43で各ブロックのアクティビティ指数が演算され、
そのアクティビティ指数に基づいて量子化ビット数が決
定され、量子化回路４へ出力される。重み付け後のDCT
係数が、量子化回路４にてこの量子化ビット数により量
子化された後、可変長符号化回路５にて、量子化データ
がハフマン符号等の符号を用いて符号化され、バッファ
メモリ42に送出されて蓄積される。

【００８６】このようにシャフリングを施すと、符号化
されるブロックの絵柄がバラバラになるので、ブロック
数がある程度以上になると符号量の長さがどのユニット
でもほぼ同じ程度になる。本発明者が行ったシミュレー
ションでは、このようなシャフリングを施さず画面のあ
るかたまった１ヵ所を１つのユニットに割りあてた場合
と、図26に示した如くシャフリングを施して割りあてた
場合とで、その符号量のバラツキを示す符号量の分散値
は1/5 〜1/10程度に納めることができるようになった。

【００８７】次に、このシャフリングの特徴について考
える。このシャフリングが符号量に与える効果を考える
と、同じユニットに一定の絵柄のブロックを集中させな
ければ良いということであるが、これを画素の相関を合
わせて考えると次のようになる。ある注目したブロック
に隣合うブロックは似た絵柄になっている場合が多いの
で、隣合うブロックは異なるユニットに割り当てるとい
う処理を行う。このことを近傍という考え方から説明す
る。

【００８８】図27の９個の各正方形はDCT ブロックであ
る。ある注目したブロックに隣合うブロックは８個（図
27のＡ〜Ｆ）ある。これを８近傍ブロックと称する。そ
のうち特に距離が近いＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４個のブロック
を４近傍ブロックと称する。さて、図26において任意の
１つのブロックに注目すると、その４近傍ブロックで注
目ブロックと同じユニットに属するブロックは１つも存
在しない。その８近傍ブロックについても同じユニット
に属するブロックは２つしか存在しない。このように空
間的に最も近い４近傍ブロックにおいて各ブロックが所
属するユニットを異ならしめることで、同じような絵柄
が１つのユニットに集中することを防いでいる。このこ
とが符号量の均一化という作用をもたらしている。

【００８９】しかしこのことは式（１）の場合だけでは
なく、非常に多くの方式がある。図28〜図30はその中の
ほんの一例を示している。図28〜図30のシャフリングの
例でも４近傍ブロック中には同一のユニットに属するも
のはない。図28におけるブロックアドレス（ｉ，ｊ）
は、下式で表される。

【００９０】

【数２】

【００９１】例えばD98 のブロックは、ｕ＝４，ｋ＝98
であるので、 ｉ＝［｛mod(97, 90) ｝／５］×５＋３＋（−１）³ ×［｛mod(98, ５）｝／２］ ＝５＋３−１ ＝７ ｊ＝mod （７＋４−１，５）＋１＋５×１ ＝０＋１＋５ ＝６ となり、（７，６）に位置する。また、図29におけるブ
ロックアドレス（ｉ，ｊ）は、下式で表される。

【００９２】

【数３】

【００９３】例えばE102のブロックは、ｕ＝５，ｋ＝10
2 であるので、 ｉ＝mod(11＋５，５）＋［11／５］×５ ＝１＋10 ＝11 ｊ＝１×５＋３＋（−１）×［｛mod(11，５）＋１｝／２］ ＝５＋３−１ ＝７ となり、（11, ７）に位置する。同様に図30のシャフリ
ングを関係付ける式も存在し、他にも様々なものがあ
る。

【００９４】このようなシャフリングを行う回路は、図
31のように構成すれば実現できる。図中、46は前述した
ような各式により、ブロック水平アドレス（ｉ）及びブ
ロック垂直アドレス（ｊ）を演算するブロックアドレス
演算回路であり、ブロックアドレス演算回路46にて求め
られたブロックアドレスは書き込み・読み出しアドレス
発生回路45へ出力される。書き込み・読み出しアドレス
発生回路45は、ブロックアドレスに基づいて、RAM 44に
書き込み・読み出し用のアドレスを出力する。RAM 44に
おいて、このアドレスに従って各ブロックが配列され
て、図26，図28〜30に示すようなシャフリングが実現さ
れる。

【００９５】（第６実施例）上述のようにシャフリング
を行った場合、１フィールドまたは１フレーム内の各ユ
ニットの符号量はほぼ均一になるが、動画の場合、何秒
か経過するとすっかり絵柄が変化して、１フィールドま
たは１フレーム内の各ユニットの符号量は増減する。そ
して、各ユニットにおいて符号量が増える場合、伝送可
能なデータ量を超えてしまうことがある。特に、ヘリカ
ルスキャン型VTR の場合には、上述したように１トラッ
クを整数分の１になるような長さで分割し、各々に制限
した固定量を固定した数のブロックの符号に割りあてる
ようにしているので、この問題は深刻である。これを防
ぐために考案されたのが、第６実施例である。以下第６
実施例について説明する。

【００９６】図32，図33は第６実施例に係る映像信号符
号化装置の構成を示すブロック図であり、図中図25と同
番号を付した部分は同一部材を示す。図32においては、
バッファメモリ42のメモリ使用状況の情報により、量子
化回路４及び可変長符号化回路５が制御される。また、
図33においては、バッファメモリ42のメモリ使用状況の
情報により、量子化ビット数決定回路43及び可変長符号
化回路５が制御される。

【００９７】バッファメモリ42は、制限する符号量に準
じた量のデータを記憶する能力がある。このバッファメ
モリ42が満杯近くになると伝送限界を超えてしまう符号
が生成されてしまう可能性が高くなることを示している
ので、量子化ビット数を小さくしたり、可変長符号化を
打ち切ってしまう等の制御をする。しかし、そのような
制御は復号後の画像の品位を落とすことによって符号量
を落とす制御を行っているだけであり、例えば前述のシ
ャフリングの結果、このような制御を画面の中央位置で
行うこともありうる。このような制御は各ユニットの最
後の方のブロックで行われる可能性が高いので、各ユニ
ットで最後の方に入力されるブロックは画面の端の部分
になるようにブロッキング・シャフリング回路41が動作
する。そのようなシャフリング例を図34に示す。

【００９８】図34では、数字が小さいブロックは画面中
央に集まっており、数字が大きいブロックは画面の左右
端の方に集まっていることがわかる。しかも、図34はＮ
＝５の場合であるが、任意の注目ブロックの４近傍ブロ
ックは注目ブロックと同じユニットに属していない。図
34のようなシャフリングは第ｕユニットの第ｋブロック
のブロックアドレスを（ｉ，ｊ）としたとき、下式で表
される。

【００９９】

【数４】

【０１００】例えばC134のブロックは、ｕ＝３，ｋ＝13
4 であるので、 ｉ＝45−（−１）¹¹×［６］ ＝45＋６ ＝51 ｊ＝（［65／10］−１］×５＋１−（−１）¹ ×５×１ ＋mod(11＋３−１，５） ＝26＋５＋３ ＝34 となり、(51, 34)に位置する。

【０１０１】このようなシャフリングの例は上述した以
外に数多くあり、その例を図35〜図39に示す。図37〜図
39はブロックの垂直方向のアドレスは画面上端から始ま
っているが、シミュレーションにおいて、歪が生じるの
は図34と同様画面の左右端になることを確認した。また
図38は図37と同様のシャフリングであるが、Ｎ＝10の場
合を示しており、ユニット名はＡ〜Ｋ（Ｉは１と混同し
やすいので省く）の10通りある。また図39は図37と同様
のシャフリングであるが、Ｎ＝３の場合を示している。
ここで、図37のようなシャフリングは下式で表される。

【０１０２】

【数５】

【０１０３】例えば図37においてE147のブロックは、ｕ
＝５，ｋ＝147 であるので、 ｉ＝45−（−１）¹²×［（12＋１）／２］ ＝45−６ ＝39 ｊ＝５×２＋１＋mod(12＋５−１，５） ＝11＋１ ＝12 となり、（39，12) に位置する。

【０１０４】上述したようなシャフリングを施せば、符
号量制御による歪は画面の左右端に集中する。なお、上
述の式でＮ＝２とした場合は４近傍のブロック中、同じ
ユニットに所属するブロックが存在するときが起こりう
るが、これはｋが大きくなるほど画面の端部になるよう
に関係付けるために生じる問題であり、そのようなブロ
ックは画面上のほんの一部にしかすぎないので符号量の
偏りには大きな影響を与えない。通常のディジタルVTR
では特殊再生等を考慮してＮを３以上にすることが普通
であるので実用上問題とならない。またシャフリングを
示した図においては、いずれもＮを法にとった除算を施
した演算を基本としているが、Ｎの整数倍またはＮの整
数分の整数を法とした除算でも同様な効果を示すことは
言うまでもない。例えばＮ＝10の場合、通常は法を10に
とる除算を行うが、法を20にとっても５｛10の(1/2) ｝
にとっても良い。

【０１０５】上述の第５，６実施例ではシャフリングを
ブロック単位で行う場合を説明したが、例えば（ｔ×
ｓ）ブロックを１まとめの単位と考えてこの単位でシャ
フリングをかけても良い。

【０１０６】上述の各実施例では直交変換にDCT を例に
とって説明したが、アダマール変換，Ｋ−Ｌ変換等のよ
うなDCT 以外の他の直交変換を用いても良い。また、ウ
エイティング回路３は量子化回路４の量子化幅を周波数
に依存して変化させた場合省略可能である。

【０１０７】本発明による映像信号符号化装置、および
映像信号符号化方法は、１画面の映像信号を複数のブロ
ックにマトリクス状に分割し、単一のまたは互いに隣接
する複数の前記ブロックからなるシャフリング単位によ
り構成される複数のユニットを、水平および垂直方向に
互いに隣接する前記シャフリング単位の各々が異なる前
記ユニットに属するようシャフリングして構成するとと
もに、前記各ユニットにおいて、当該各ユニットに含ま
れる前記ブロックのうち、画面中央部に位置する前記ブ
ロックから前記画面端部に位置するブロックの順序で符
号化されるよう前記ブロックのアドレスを指定し、指定
された前記アドレスに基づいて、前記各ユニット毎に当
該各ユニットに属する前記ブロックを前記順序で直交変
換して符号化することにより、符号化制御により発生す
る画像の歪みを画面端部に分散させ、中央部の画像を保
とともに、画像の歪みを画面端部においても目立たなく
することができる。

【０１０８】また、映像信号における色信号の各ブロッ
ク、および前記色信号の各ブロックに対応する輝度信号
のブロックをシャフリング単位とすることにより、良好
な特殊再生画像を得ることができる。

【０１０９】また、符号化手段により符号化されたデー
タ量を検出し、検出された前記データ量に基づいて、前
記符号化手段において直交変換した各ブロックの変換デ
ータを量子化する際の量子化ビット数を制御することに
より、伝送データの瞬時的な増加による符号化の打切り
を防ぎ、良好な画像を得ることができる。

【０１１０】また、符号化手段により符号化されたデー
タ量を検出し、検出された前記データ量に基づいて、前
記符号化手段の符号化量を制御することにより、伝送デ
ータの瞬時的な増加による符号化の打切りを防ぎ、良好
な画像を得ることができる。

【０１１１】

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の映像信号符号化装置の構成図である。

【図２】 本発明の第１実施例の映像信号符号化装置の
構成図である。

【図３】 符号化の過程の一例を示す図である。

【図４】 符号化の際の走査順序を示す図である。

【図５】 第１実施例の変形例の構成図である。

【図６】 本発明の第２実施例の映像信号符号化装置の
構成図である。

【図７】 図６に示すシャフリング回路において決定さ
れる伝送順序の具体的な方法を示す説明図である。

【図８】 第２実施例の変形例の構成図である。

【図９】 本発明の第３実施例の映像信号符号化装置の
構成図である。

【図１０】 第３実施例における量子化ビット数決定の
際のテーブルを示す図である。

【図１１】 符号化の際のデータ打ち切りを示す図であ
る。

【図１２】 復号化側の構成図である。

【図１３】 第３実施例の変形例の構成図である。

【図１４】 第３実施例の他の変形例の構成図である。

【図１５】 第３実施例の更に他の変形例の構成図であ
る。

【図１６】 本発明の第４実施例の映像信号符号化装置
の構成図である。

【図１７】 第４実施例における量子化ビット数決定の
際のテーブルを示す図である。

【図１８】 第４実施例におけるイベント変換回路の構
成図である。

【図１９】 第４実施例の変形例の構成図である。

【図２０】 第４実施例におけるシャフリングによる符
号量偏りの平均化を示すグラフである。

【図２１】 第４実施例における４：１：１の場合のシ
ャフリング単位を示す図である。

【図２２】 第４実施例における４：２：０の場合のシ
ャフリング単位を示す図である。

【図２３】 第４実施例におけるシャフリングの一例を
示す図である。

【図２４】 第４実施例における４：１：０の場合のシ
ャフリング単位を示す図である。

【図２５】 本発明の第５実施例の映像信号符号化装置
の構成図である。

【図２６】 第５実施例におけるシャフリング動作を説
明するための図である。

【図２７】 第５実施例におけるシャフリング原理を説
明するための図である。

【図２８】 第５実施例におけるシャフリング例を示す
図である。

【図２９】 第５実施例における他のシャフリング例を
示す図である。

【図３０】 第５実施例における更に他のシャフリング
例を示す図である。

【図３１】 第５実施例におけるシャフリングを行う回
路の構成図である。

【図３２】 本発明の第６実施例の映像信号符号化装置
の構成図である。

【図３３】 第６実施例のの変形例の構成図である。

【図３４】 第６実施例におけるシャフリング例を示す
図である。

【図３５】 第６実施例における他のシャフリング例を
示す図である。

【図３６】 第６実施例における更に他のシャフリング
例を示す図である。

【図３７】 第６実施例における更に他のシャフリング
例を示す図である。

【図３８】 第６実施例における更に他のシャフリング
例を示す図である。

【図３９】 第６実施例における更に他のシャフリング
例を示す図である。

【符号の説明】

１ ブロック化回路 ２ DCT 回路 ３ ウエイティング回路 ４ 量子化回路 ５, 13 可変長符号化回路 ６, 11, 15, 42 バッファメモリ ７, 12 スイッチ ８ 制御器 ９ シャフリング回路 14, 43 量子化ビット数決定回路 16 可変長復号化回路 17 ０挿入回路 30 発生符号量カウンタ 31 ０ランカウンタ 32 イベントカウンタ 33 イベント変換回路 34 可変長符号化器 41 ブロッキング・シャフリング回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平4−904 (32)優先日 平成４年１月７日(1992．1．7) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/91 - 5/95 H04N 7/24 - 7/68

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １画面の映像信号を複数のブロックにマ
   トリクス状に分割する手段と、 単一のまたは互いに隣接する複数の前記ブロックからな
   るシャフリング単位により構成される複数のユニット
   を、水平および垂直方向に互いに隣接する前記シャフリ
   ング単位の各々が異なる前記ユニットに属するようシャ
   フリングして構成するとともに、前記各ユニットにおい
   て、当該各ユニットに含まれる前記ブロックのうち、画
   面中央部に位置する前記ブロックから前記画面端部に位
   置するブロックの順序で符号化されるよう、前記ブロッ
   クのアドレスを指定する手段と、指定 された前記アドレスに基づいて、前記各ユニット毎
   に当該各ユニットに属する前記ブロックを前記順序で直
   交変換して符号化する符号化手段とを備えることを特徴
   とする映像信号符号化装置。
2. 【請求項２】 映像信号における色信号の各ブロック、
   および前記色信号の各ブロックに対応する輝度信号のブ
   ロックをシャフリング単位とすることを特徴とする請求
   項１に記載の映像信号符号化装置。
3. 【請求項３】 符号化手段により符号化されたデータを
   収納する収納手段と、 前記収納手段に収納されるデータ量を検出し、検出され
   た前記データ量に基づいて、前記符号化手段において直
   交変換した各ブロックの変換データを量子化する際の量
   子化ビット数を制御する手段とを備えたことを特徴とす
   る請求項１または２に記載の映像信号符号化装置。
4. 【請求項４】 符号化手段により符号化されたデータを
   収納する収納手段と、 前記収納手段に収納されるデータ量を検出し、検出され
   た前記データ量に基づいて、前記符号化手段の符号化量
   を制御する手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか１項に記載の映像信号符号化装置。
5. 【請求項５】 １画面の映像信号を複数のブロックにマ
   トリクス状に分割し、 単一のまたは互いに隣接する複数の前記ブロックからな
   るシャフリング単位により構成される複数のユニット
   を、水平および垂直方向に互いに隣接する前記シャフリ
   ング単位の各々が異なる前記ユニットに属するようシャ
   フリングして構成するとともに、前記各ユニットにおい
   て、当該各ユニットに含まれる前記ブロックのうち、画
   面中央部に位置する前記ブロックから前記画面端部に位
   置するブロックの順序で符号化されるよう前記ブロック
   のアドレスを指定し、指定 された前記アドレスに基づいて、前記各ユニット毎
   に当該各ユニットに属する前記ブロックを前記順序で直
   交変換して符号化することを特徴とする映像信号符号化
   方法。
6. 【請求項６】 映像信号における色信号の各ブロック、
   および前記色信号の各ブロックに対応する輝度信号のブ
   ロックをシャフリング単位とすることを特徴とする請求
   項５に記載の映像信号符号化方法。
7. 【請求項７】 符号化手段により符号化されたデータ量
   を検出し、検出された前記データ量に基づいて、前記符
   号化手段において直交変換した各ブロックの変換データ
   を量子化する際の量子化ビット数を制御することを特徴
   とする請求項５または６に記載の映像信号符号化方法。
8. 【請求項８】 符号化手段により符号化されたデータ量
   を検出し、検出された前記データ量に基づいて、前記符
   号化手段の符号化量を制御することを特徴とする請求項
   ５〜７のいずれか１項に記載の映像信号符号化方法。