JP3297472B2 - 画像圧縮符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動画像等を圧縮して符
号化する画像圧縮符号化装置、特に画像の品質及びビッ
トレートの制御方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次のような文献に記載されるものがあった。アイ
イーイーイー トランスアクションズ オン コミュニ
ケーションズ（IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS
）、ＣＯＭ−３２［３］（１９８４−３）（米）Wen-H
siung CHEN and William K.PRATT “シーン アダプテ
ィブ コーダ（Scene Adaptive Coder）”Ｐ．２２５−
２３２画像圧縮、特に動画像の実時間圧縮では、伝送チ
ャンネル等の制約を受け、画像の符号量を制御する必要
がある。従来の符号量制御方式としては、前記文献に記
載されたバッファ制御方式が最もよく用いられている。
以下、その構成例を図を用いて説明する。

【０００３】図２は、前記文献に記載されたバッファ制
御方式の画像圧縮符号化装置を示す構成ブロック図であ
る。この画像圧縮符号化装置は、入力画像Ｓ_i の冗長を
取り除いて画像データＳ１１を出力する情報量圧縮手段
１１を備えている。情報量圧縮手段１１は、例えば離散
的余弦変換（以下「ＤＣＴ」という。）手段や、予測
（ＤＰＣＭ）手段等で構成され、その出力側には、量子
化手段１２及び符号化手段１３が接続されている。量子
化手段１２は、制御データＳ１５に基づき、冗長の取り
除かれた画像データＳ１１を量子化し、量子化された画
像データＳ１２を符号化手段１３へ与えるものであり、
Ｍｉｄｔｒｅａｄ型線形量子化器等で構成されている。

【０００４】符号化手段１３は、量子化された画像デー
タＳ１２を符号化して符号化された画像データＳ１３を
出力するものであり、可変長符号（ハフマン符号等）等
がよく用いられている。この符号化手段１３の出力側に
はバッファ１４が接続され、そのバッファ１４が、バッ
ファ制御手段１５を介して量子化手段１２へフィードバ
ック接続されている。バッファ１４は、符号化された画
像データＳ１３を一時記憶し、所定のタイミングで出力
画像Ｓ_o を出力する機能を有し、ＦＩＦＯ（First In F
irst Out）等で構成されている。一般的に、このバッフ
ァ１４の入力は、不規則で、速度（ビットレート）が不
定である。バッファ制御手段１５は、バッファ１４に蓄
積されている画像の符号量（バッファ残量）Ｂを一定時
間おきに計測し、該バッファ残量Ｂから、次の制御デー
タ（量子化ステップ幅等）Ｓ１５を決定し、それを量子
化手段１２へ与える機能を有している。

【０００５】次に、図３及び図４を参照しつつ図２の動
作を説明する。図３はＭｉｄｔｒｅａｄ型線形量子化器
を説明する図であり、横軸のｘは入力、縦軸のｙは出
力、ｈは量子化ステップ幅（Ｓ１５）を示す。図４は、
バッファ１４のバッファ残量Ｂから、量子化ステップ幅
ｈを決定する方法を示す図である。図４のＢ_max は上限
バッファ残量、Ｂ_min は下限バッファ残量である。ｈ
_maxは量子化最大ステップ幅、ｈ_min は量子化最小ステ
ップ幅を示す。入力画像Ｓ_i が情報量圧縮手段１１に入
力されると、該情報量圧縮手段１１では、入力画像Ｓ_i
の冗長を取り除いて画像データＳ１１を量子化手段１２
へ送る。量子化手段１２では、バッファ制御手段１５か
ら与えられる制御データＳ１５、例えば量子化ステップ
幅ｈに基づき、画像データＳ１１を量子化して量子化さ
れた画像データＳ１２を符号化手段１３へ送る。この量
子化手段１２を、例えば図３に示すＭｉｄｔｒｅａｄ型
線形量子化器で構成すると、量子化は次式（１）のよう
に表すことができる。

【０００６】

【数１】 符号化手段１３は、量子化された画像データＳ１２を符
号化し、その符号化した画像データＳ１３をバッファ１
４へ送る。バッファ１４は、一時記憶した画像データＳ
１３を出力画像Ｓ₀ の形で、伝送チャンネルに応じて一
定の速度（ビットレート）で伝送チャンネルへ出力す
る。従来のバッファ制御方式の画像圧縮符号化装置で
は、最終段に設けたバッファ１４のバッファ残量Ｂをバ
ッファ制御手段１５で計測し、該バッファ制御手段１５
により、バッファ残量Ｂに応じて量子化手段１２の特性
（例えば、量子化ステップ幅ｈ）を変え、量子化手段１
２を制御し、バッファ１４のバッファ残量Ｂが、所定の
上限または下限を越えないように制御する。即ち、バッ
ファ制御手段１５は、バッファ１４のバッファ残量Ｂを
一定時間おきに計測し、該バッファ残量Ｂから、次の量
子化ステップ幅ｈを決定し、それを量子化手段１２へ与
える。このバッファ１４のバッファ残量Ｂから、量子化
ステップ幅ｈを決定する方法が、図４に示されている。
図４に示すように、ある時刻で計測されたバッファ残量
Ｂに対して、次の量子化ステップ幅ｈは、次式（２）の
ように決定される。

【０００７】

【数２】

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の装置では、次のような課題があった。 （ａ） 従来の画像圧縮符号化装置では、画像の品質と
は無関係に、バッファ残量Ｂによって量子化手段１２の
量子化ステップ幅ｈが制御される。そのため、同一画像
内で、画質の良い部分と悪い部分が混在し、全体として
数値評価値（例えば、信号対雑音比（以下「ＳＮ比」と
いう。））以上に画質の劣化を感じる。 （ｂ） 動画像では、フレームとフレーム間の画質のば
らつきも大きく、同様に数値評価値以上に画質の劣化を
感じる。 （ｃ） 図５（ａ），（ｂ）は前記現象を示す従来の問
題点の説明図である。

【０００９】図５（ａ）は、時間の経過とバッファ残量
Ｂの関係を示す図である。この図に示すように、画像の
局部的性質のばらつきにより、符号化手段１３による符
号量が変化し、その結果、バッファ残量Ｂが変化する。
図５（ｂ）は、時間の経過と画質の評価値ＳＮＲの関係
を示す図である。この図に示すように、バッファ残量Ｂ
が変化すれば、それに応じてバッファ制御手段１５から
出力される量子化ステップ幅ｈが変わるので、ＳＮ比も
変わる。その結果、ＳＮ比のばらつきが生じ、画質が劣
化する。本発明は、前記従来技術が持っていた課題とし
て、圧縮画像の局部的な性質のばらつきによる画像の劣
化の点について解決した画像圧縮符号化装置を提供する
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちの第１の発明は、入力された画像の冗
長を取り除く情報量圧縮手段と、前記情報量圧縮手段に
より冗長の取り除かれた画像データを、与えられた量子
化ステップ幅で量子化する量子化手段と、前記量子化手
段で量子化された画像データを所定の符号化方法で符号
化する符号化手段と、前記符号化手段で符号化された画
像データを一時記憶するバッファとを備えた画像圧縮符
号化装置において、前記入力画像の統計的性質を演算し
てその統計量を出力する統計量演算手段と、前記統計量
に基づき、所定の前記量子化ステップ幅を用いた場合
の、前記量子化手段で量子化される画像データの誤差電
力に対して所定の関数関係にある圧縮S/N比を予測演算
し、その予測圧縮S/N比を出力する圧縮S/N比予測手段
と、前記統計量に基づき、前記所定の量子化ステップ幅
及び前記所定の符号化方法を用いた場合の、前記量子化
手段で量子化される画像データの量子化出力レベルの確
率に対して所定の関数関係にある圧縮画像の符号量を予
測演算し、その予測符号量を出力する符号量予測手段
と、前記量子化手段に対して与える前記量子化ステップ
幅を決定する量子化決定手段とを有している。前記量子
化決定手段は、前記量子化手段に対して前記所定の量子
化ステップ幅を与えた場合に得られる前記予測圧縮S/N
比及び前記予測符号量が所望の圧縮S/N比あるいは符号
量を満たすように、前記所定の量子化ステップ幅を決定
するものである。第２の発明は、第１の発明の画像圧縮
符号化装置において、前記バッファのバッファ残量を定
時的に検出するバッファ残量検出手段を有し、前記量子
化決定手段は、前記バッファ残量が所定の上限あるいは
下限を越えないように、前記量子化手段に与える量子化
ステップ幅を決定している。

【００１１】第３の発明は、第１の発明の画像圧縮符号
化装置において、前記圧縮S/N比予測手段は、前記統計
量を用いて、前記情報量圧縮手段から出力される画像デ
ータの正規化エネルギーを算出する処理と、前記画像デ
ータがγ分布特性を有すると仮定した場合の当該γ分布
特性を予測する処理と、量子化ステップ数、前記量子化
ステップ幅、及び前記γ分布特性に基づき、前記量子化
手段から出力される画像データの誤差電力を求める処理
と、前記誤差電力から、これと前記所定の関数関係にあ
る前記予測圧縮S/N比を求めて、この予測圧縮S/N比と前
記量子化ステップ幅との関係を出力するものである。第
４の発明は、第１の発明の画像圧縮符号化装置におい
て、前記符号量予測手段は、前記統計量を用いて、前記
情報量圧縮手段から出力される画像データの正規化エネ
ルギーを算出する処理と、前記画像データがγ分布特性
を有すると仮定した場合の当該γ分布特性を予測する処
理と、前記量子化手段により前記所定の量子化ステップ
幅で量子化される画像データの量子化出力レベルと、前
記所定の符号化方法とに基づいて、該量子化出力レベル
の確率に対して所定の関数関係にある前記予測符号量を
求め、この予測符号量と前記量子化ステップ幅との関係
を出力するものである第５の発明は、第３の発明の画像
圧縮符号化装置において、前記圧縮ＳＮ比予測手段は、
前記予測圧縮ＳＮ比と前記量子化ステップ幅との関係
を、予め演算により求めてテーブル化しておき、前記統
計量に基づいて、前記予測圧縮ＳＮ比を読み出すように
している。第６の発明は、第４の発明の画像圧縮符号化
装置において、前記量子化決定手段は、前記バッファ残
量検出手段で検出されたバッファ残量を用いて算出され
た実際の符号量と、前記符号量予測手段から出力された
予測符号量との差を求め、この差に基づいて、前記符号
量予測手段における前記画像の前記γ分布特性のパラメ
ータの大きさを変えて、前記実際の符号量と前記予測符
号量とが一致するように調整している。

【００１２】

【作用】第１〜第４の発明によれば、以上のように画像
圧縮符号化装置を構成したので、入力画像が統計量演算
手段及び情報量圧縮手段に入力されると、該統計量演算
手段では、入力された１枚の画像の統計量を算出し、そ
れを圧縮ＳＮ比予測手段及び符号量予測手段へ送る。情
報量圧縮手段は、入力された１枚の画像の画素間の冗長
（例えば、相関）または現画像と前画像間の冗長を取り
除いた画像データを量子化手段へ送る。量子化手段で
は、量子化決定手段から与えられる量子化ステップ幅に
基づき、冗長が取り除かれた画像データを量子化する。
この画像データは、バッファに一時記憶され、あるいは
符号化手段で符号化されてバッファに一時記憶され、所
定のタイミングで外部へ出力される。

【００１３】バッファ残量検出手段は、バッファの残量
を定時的に計測し、そのバッファ残量がバッファの上下
限を越えないよう符号化決定手段に指示を出す。圧縮Ｓ
Ｎ比予測手段では、統計量演算手段から与えられた統計
量に基づき、画像の圧縮ＳＮ比を予測し、その予測圧縮
ＳＮ比を量子化決定手段へ与える。符号量予測手段で
は、統計量演算手段からの統計量に基づき、圧縮画像の
符号量を予測し、その予測符号量を量子化決定手段へ与
える。量子化決定手段は、予測圧縮ＳＮ比、予測符号
量、及びバッファ残量に基づき、希望する圧縮ＳＮ比あ
るいは符号量の実現に最適な１つの量子化ステップ幅を
決定し、その量子化ステップ幅によって量子化手段を制
御する。

【００１４】第５の発明によれば、圧縮ＳＮ比予測手段
がテーブル化されているので、統計量演算手段からの統
計量に応じた予測圧縮ＳＮ比を読み出し、実画像に対す
る量子化手段の制御処理が、ルックアップテーブルの形
式で高速に行える。第６の発明によれば、量子化決定手
段は、バッファ残量等に基づき、γ分布特性のパラメー
タの大きさを変えて、予測符号量と実際の符号量とが一
致するように調整し、予測精度の向上を図る働きがあ
る。従って、前記課題を解決できるのである。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の実施例を示す画像圧縮符号
化装置の構成ブロック図である。この画像圧縮符号化装
置は、入力された１枚の入力画像Ｓ_i の統計量（例え
ば、画像の平均、分散、相関係数等の統計的性質）Ｓ２
１を演算により求める統計量演算手段２１と、直交変換
（例えば、ＤＣＴ）や予測（例えば、ＤＰＣＭや動き補
償付きＤＰＣＭ）等の手段を用いて該入力画像Ｓ_i の冗
長（相関等）を取り除き、冗長の取り除かれた画像デー
タＳ２２を出力する情報量圧縮手段２２とを、備えてい
る。

【００１６】情報量圧縮手段２２の出力側には、量子化
手段２３、符号化手段２４、及びバッファ２５が接続さ
れている。量子化手段２３は、与えられた量子化方式の
制御データＳ２９（例えば、量子化ステップ幅）を用い
て画像データＳ２２を量子化し、量子化された画像デー
タＳ２３を符号化手段２４へ出力するものである。符号
化手段２４は、量子化された画像データＳ２３を符号化
し、符号化された画像データＳ２４をバッファ２５へ出
力する機能を有している。バッファ２５は、符号化され
た画像データＳ２４を一時記憶し、例えばＦＩＦＯの規
則に従って一定のビットレートで符号化された出力画像
Ｓ_o を外部へ出力する機能を有している。バッファ２５
には、バッファ残量検出手段２６が接続され、さらに統
計量演算手段２１の出力側には、圧縮ＳＮ比予測手段２
７及び符号量予測手段２８が接続されている。さらに、
バッファ残量検出手段２６、圧縮ＳＮ比予測手段２７、
及び符号量予測手段２８の出力側には、量子化決定手段
２９が接続され、その出力側が量子化手段２３に接続さ
れている。バッファ残量検出手段２６は、定時的にバッ
ファ２５内の符号の残量を計測し、そのバッファ残量Ｓ
２６が所定の上下限を越えないように該バッファ情報を
量子化決定手段２９へ与える機能を有している。

【００１７】圧縮ＳＮ比予測手段２７は、統計量演算手
段２１から出力された統計量Ｓ２１に基づき、所定の量
子化方法を用いたときの圧縮ＳＮ比を予測し、その予測
圧縮ＳＮ比Ｓ２７を量子化決定手段２９へ与えるもので
ある。符号量予測手段２８は、統計量演算手段２１から
の統計量Ｓ２１に基づき、所定の量子化方法及び符号化
方法を用いたときの圧縮画像の符号量を予測し、その予
測符号量Ｓ２８を量子化決定手段２９へ出力する機能を
有している。量子化決定手段２９は、予測圧縮ＳＮ比Ｓ
２７、予測符号量Ｓ２８、及びバッファ残量Ｓ２６に基
づき、圧縮ＳＮ比あるいは符号量に対する外部リクエス
トＱに一致し、かつバッファ残量Ｓ２６が上限あるいは
下限を越えないような量子化方法の制御データＳ２９
（例えば、量子化ステップ幅）を決定し、該制御データ
Ｓ２９を量子化手段２３へ出力する機能を有している。

【００１８】次に、図１の動作を図６〜図１１を参照し
つつ説明する。入力画像Ｓ_i が統計量演算手段２１及び
情報量圧縮手段２２に入力されると、該統計量演算手段
２１では、入力された１枚のＭ×Ｎの入力画像Ｓ_i ＝ｇ
（ｘ，ｙ）に対し、次式（３）〜（６）に基づき、その
統計的性質である平均値μ、分散σ² 、横方向の相関係
数ρ_H 、及び縦方向の相関係数ρ_v を求める。

【００１９】

【数３】 そして、それらの統計量Ｓ２１＝（μ，σ² ，ρ_H ，ρ
_v ）を圧縮ＳＮ比予測手段２７及び符号量予測手段２８
へ出力する。情報量圧縮手段２２では、例えば、画像を
小ブロックｎ×ｎに分割し、それを離散的余弦変換（Ｄ
ＣＴ）し、相関を取り除く。ＤＣＴでは、あるブロック
の入力画像Ｓ_i ＝ｇ（ｘ，ｙ）に対してその出力画像デ
ータＳ２２＝ｙ（ｕ，ｖ）が次式（７）〜（９）のよう
になる。

【００２０】

【数４】 量子化手段２３は、量子化決定手段２９から与えられた
制御データＳ２９（例えば、量子化ステップ幅ｈ）を用
い、入力された画像データＳ２２＝ｙ（ｕ，ｖ）に対し
て、図３及び（１）式の量子化を行い、量子化結果とし
て、その出力レベルＬを符号化手段２４へ出力する。

【００２１】

【数５】 符号化手段２４は、量子化された画像データＳ２３＝Ｌ
に対し、予め設定した符号Ｈ（Ｌ）を割り当て、その符
号Ｈ（Ｌ）を画像データＳ２４としてバッファ２５へ出
力する。また、符号化手段２４では、入力された非零の
値Ｌと、その前に入力された零データ（Ｌ＝０）の数Ｓ
を、１個の複合データ（Ｓ，Ｌ）として１個のＨ（Ｓ，
Ｌ）語長の複合符号（零ラン複合符号）を割り当て、そ
の符号を出力する方法もある。符号Ｈは、一般的には、
可変長のものが多い。符号の決め方として、次の方法が
良く用いられる。即ち、予め、ある量子化データ（また
は零ラン複合データ）の出現確率を理論計算あるいは実
験画像データより求め、その確率から、各量子化データ
の最適符号（例えば、ハフマン符号等）を決定する方法
である。

【００２２】バッファ２５は、例えばＦＩＦＯメモリで
構成され、一方では、符号化された画像データＳ２４を
随時入力し、一旦蓄積する。他方では、蓄積されたデー
タを一定の速度（ビットレート）Ｒで先着順に出力す
る。バッファ残量検出手段２６は、バッファ２５の残量
を一定時間おき（例えば、数ブロックおき、あるいは１
フレームおき）に計測し、そのバッファ残量Ｓ２６＝Ｂ
を量子化決定手段２９へ出力する。圧縮ＳＮ比予測手段
２７は、先ず、与えられた相関係数ρ_H ，ρ_v を用い
て、情報量圧縮手段２２から出力される画像データＳ２
２の正規化エネルギーを算出する。例えば、圧縮ＳＮ比
予測手段２７では、ＤＣＴ後の各画像データの正規化エ
ネルギー（分散）σ_N ² （ｕ，ｖ）を次式（１１）のよ
うに算出する。

【００２３】 _{n-1 n-1 n-1 n-1} σ_N ² (u，v)＝Σ Σ Σ Σ ρ_H ^{｜x-x1｜ x=0 y=0 x1=0 y1=0} ×ρ_v ^｜y-y1｜・φ^(u,v) (x，y)・φ^(u,v) （x1，y1） ・・・（１１） そして、画像データＳ２２がｆ（ｘ，σ，γ）の確率密
度関数を有する分布をしていると仮定し、量子化による
画像データＳ２３の誤差電力σ_E ² を求める。ここで、
確率密度関数ｆ（ｘ，σ，γ）のγは、分布特性を示す
パラメータである。画像の分布関数として良く用いられ
るガウス分布はγ＝２となり、ラプラス分布はγ＝１と
なる。確率密度関数ｆ（ｘ，σ，γ）は、一般的に、次
式（１２），（１３）で現わすことができる。

【００２４】

【数６】 量子化手段２３として、図３に示したＭｉｄｔｒｅａｄ
型線形量子化器を用いた場合、ＤＣＴ後の各成分の正規
化量子化誤差電力σ_EN ² （ｕ，ｖ）は、次式（１４）の
ようになる。 _{N (l+1/2)h} σ_EN ² （ｕ，ｖ）＝ Σ ∫ ［ｘ−ｌｈ］² ｆ（ｘ，σ，γ）ｄx ^{l=-N (l-1/2)h} ・・・（１４） （２Ｎ＋１）は量子化ステップ数で、予め設定する必要
がある。Ｎは大きいほど、量子化の範囲を越える成分が
少なくなり、量子化の精度が良くなるが、符号化に負担
がかかるので、量子化と符号化の両方を考慮して設定す
る必要がある。一般的には、十分大きい値（例えば、Ｎ
＝１２８）を設定することが多い。（１４）式から、正
規化された画像の予測平均量子化誤差電力σ _EN ² は次式
（１５）のように求められ、さらに圧縮画像のＳＮ比
（ＳＮＲ）が（１６）式のようになる。

【００２５】

【数７】 前述のように、画像データＳ２２の分布を想定し、決め
られた量子化器に対して、画像の相関係数ρ _H ，ρ _v が
与えられれば、その画像の予測圧縮ＳＮ比Ｓ２７が求ま
る。図６〜図８は、画像係数ρ_H ＝ρ_v ＝ρの場合のガ
ンマ（１／２）分布（γ＝１／２）、ラプラス分布（γ
＝１）、及びガウス分布における画像の正規化量子化ス
テップ幅と正規化量子化誤差電力との関係を示す図であ
る。即ち、図６はガンマ（１／２）分布、図７はラプラ
ス分布、及び図８はガウス分布の場合をそれぞれ示して
いる。図６〜図８に示すように、上述の演算は予め行え
るので、これらの演算を予め行っておき、メモリを用い
てテーブル化しておけば、実処理では、相関係数から、
ルックアップテーブルで、非常に高速に、予測圧縮ＳＮ
比Ｓ２７と量子化ステップ幅ｈの関係を読み出すことが
できる。

【００２６】一方、符号量予測手段２８では、前記の圧
縮ＳＮ比予測手段２７と同様に、量子化手段２３と符号
化手段２４が決まれば、与えられた画像の相関係数か
ら、画像の平均符号量と正規化量子化ステップ幅の関係
が求まる。ＤＣＴ後の各成分（ｕ，ｖ）の分散を前記
（１１）式より求め、また各成分の確率密度関数を前記
（１２）式とすると、各成分の量子化出力レベルＬの取
り得る確率は、次式（１７）のようになる。 _(L+1/2)h Ｐ（ｕ，ｖ，Ｌ）＝∫ ｆ（ｘ，σ（ｕ，ｖ），γ）ｄx ^(L-1/2)h ・・・（１７） 各ＤＣＴ成分の量子化出力レベルＬに対して同一の符号
Ｈ（Ｌ）を割り当てると、量子化出力レベルＬの確率Ｐ
（Ｌ）及び平均符号量Ｃを次式（１８），（１９）より
求めることができる。

【００２７】

【数８】 零ランＳと非零ランデータＬの複合データ（Ｓ，Ｌ）の
複合符号化方法を用いる場合、先ず、量子化後の２次元
画像データをジグザグスキャン等の方法で１次元化する
必要がある。この場合、（１７）式の確率Ｐ（ｕ，ｖ，
Ｌ）も同様に１次元化され、Ｐ（Ｓ，Ｌ）（Ｓ＝０，
１，…，ｎ² −１）となる。複合データ（Ｓ，Ｌ）の出
現確率ｑ（Ｓ，Ｌ）は、次式（２０），（２１）より求
められる。 _ｎ2 _-1 ｑ（Ｓ，Ｌ）＝ Σ ｛［１−Ｐ（ｋ−ｓ−１，０）］ ^k=s _k-1 ×［Π Ｐ（ｌ，０）］Ｐ（Ｓ，Ｌ）｝ ^l=k-s ・・・（２０） Ｐ（−１，０）＝０ ・・・（２１） 複合データ（Ｓ，Ｌ）に符号長Ｈ（Ｓ，Ｌ）を割り当て
れば、平均符号量Ｃは次式（２２）のようになる。 _{N ｎ}2 _-2 Ｃ＝ Σ Σ ｑ（Ｓ，Ｌ）・Ｈ（Ｓ，Ｌ） ・・・（２２） ^{L=-N S=0} これらの平均符号量Ｃの演算も、前記の圧縮ＳＮ比の演
算と同様に、画像データＳ２２の分布を想定し、決めら
れた量子化器（２３）及び符号化器（２４）に対して、
画像の相関係数ρ _H ＝ρ _v を与えて予め算出できる。

【００２８】図９〜図１１は、前記の正規化画像データ
（σ² ＝１）にハフマン符号を割り当てた場合の平均予
測符号量と正規化量子化ステップ幅との関係を示す図で
ある。図９はガンマ分布（γ＝１／２）の場合、図１０
はラプラス分布（γ＝１）の場合、及び図１１はガウス
分布（γ＝２）の場合である。図中のパラメータρはρ
_H ＝ρ_v ＝ρとしたものである。量子化決定手段２９
は、与えられた予測圧縮ＳＮ比Ｓ２７と量子化ステップ
幅との関係、予測符号量Ｓ２８と量子化ステップ幅との
関係、バッファ残量Ｓ２６（Ｂ）、及び外部からのＳＮ
比または符号量に対する外部リクエストＱ等を総合判断
し、最適の制御データＳ２９（例えば、量子化ステップ
幅ｈ）を量子化手段２３へ出力する。この量子化決定手
段２９の動作例（ａ）〜（ｄ）を以下説明する。

【００２９】（ａ） 動作例１ 外部リクエストＱで、ある一定間隔（Ｎフレーム）で入
力されるある種の画像（例えば、Ｉｎｔｒａ−Ｆｒａｍ
ｅ圧縮画像）に対してある一定ＳＮ比（ＳＮＲ₀ ）以上
で、全体として（例えば、Ｎフレームとして）の平均符
号量が、ある値Ｒとなるような要求があった場合、量子
化決定手段２９は次のように動作する。量子化決定手段
２９は、Ｉｎｔｒａ−Ｆｒａｍｅ圧縮画像に対して、Ｓ
Ｎ比の要求を満たすように、圧縮ＳＮ比と量子化ステッ
プ幅の関係から、量子化ステップ幅ｈを選び、その量子
化ステップ幅ｈを用いた場合の符号量Ｒ₀ を、符号量と
量子化ステップ幅の関係から割り出す。そして、その他
のＮ−１フレームの圧縮画像（例えば、Ｉｎｔｅｒ−Ｆ
ｒａｍｅ）に対して、符号量Ｒ₁ が次式（２３）となる
ように、量子化ステップ幅ｈを算出し、量子化手段２３
を制御する。

【００３０】

【数９】 （ｂ） 動作例２ 外部リクエストＱで、異種画像（例えば、Ｉｎｔｒａ−
Ｆｒａｍｅ圧縮画像とＩｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ圧縮画
像）が一定の比率（例えば、１：４）で混在している画
像例に対して、同一のＳＮ比で圧縮する要求があった場
合、量子化決定手段２９は次のように動作する。量子化
決定手段２９では、Ｉｎｔｒａ−Ｆｒａｍｅ圧縮画像の
情報量とＩｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ圧縮画像の情報量とか
ら、同一ＳＮ比（ＳＮＲ₀ ）となるときの各量子化ステ
ップ幅とそのときの各符号量Ｒｉｎｔｒａ，Ｒｉｎｔｅ
ｒを圧縮ＳＮ比予測手段２７と符号量予測手段２８から
予測し、さらに、それらの符号量の平均が次式（２４）
の制約符号量Ｒ₀ となるよう、各量子化ステップ幅ｈｉ
ｎｔｒａ，ｈｉｎｔｅｒを決定し、量子化手段２３へ出
力する。

【００３１】

【数１０】 前記（ａ），（ｂ）以外の場合も、前記動作例１，２に
準じて、量子化手段２３を制御することができる。

【００３２】（ｃ） 動作例３ 量子化決定手段２９は、バッファ残量検出手段２６から
与えられたバッファ残量Ｂ_n 、その前のバッファ残量Ｂ
_n-1 、計測間隔Ｔ、ビットレートＲ_out 、及び予測符号
量Ｒから、実際の符号量と予測符号量Ｓ２８との差Ｒ_s
を次式（２５）より求め、差Ｒ_s が正の方向に増加すれ
ば、分布関数のγを下げ、差Ｒ_s が負の方向に増加すれ
ば、分布関数のγを上げて、予測符号量Ｓ２８と実符号
量が一致するように調節する。

【００３３】

【数１１】 （ｄ） 動作例４ 量子化決定手段２９では、非常時処理として、バッファ
残量Ｂが上限を越えるときに、強制的に量子化ステップ
幅ｈを上げたり、あるいは処理速度を緩める。バッファ
残量Ｂが下限を越えるときに、強制的に量子化ステップ
幅ｈを下げたり、あるいは特定の符号をつめる等して、
装置の正常動作を維持する。

【００３４】以上、動作例１〜４で説明したように、量
子化決定手段２９では外部リクエストＱに応じて、常に
最適な圧縮ＳＮ比あるいは圧縮符号量を設定できる。な
お、本発明は上記実施例に限定されず、例えば図１の各
構成ブロックを集積回路等を用いた個別回路で構成する
他に、コンピュータを用いたプログラム制御等により構
成するようにしても良い。さらに、圧縮符号化精度を向
上させるために、図１の装置に、他の機能ブロック等を
付加することも可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１〜第４
の発明によれば、統計量演算手段で求めた１枚の画像の
統計量から、圧縮ＳＮ比予測手段及び符号量予測手段に
よって圧縮ＳＮ比及び符号量を予測し、これらの予測結
果等から、量子化決定手段によって１つの量子化ステッ
プ幅を決定し、所望の符号量を達成している。このた
め、１枚の画像内では量子化ステップ幅が変更されない
ので、画像内の品質のばらつきを解消して画質を向上で
き、かつ、所望の符号量制御を実現できる。第５の発明
によれば、圧縮ＳＮ比予測手段をテーブル化したので、
実画像に対する量子化手段制御用の量子化ステップ幅生
成処理が、ルックアップテーブルの形式で高速に実現で
きる。第６の発明によれば、予測符号量と実際の符号量
とが一致するように調整する機能を、量子化決定手段に
設けたので、予測精度が向上し、それによって画質のよ
り安定した圧縮符号化が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す画像圧縮符号化装置の構
成ブロック図である。

【図２】従来の画像圧縮符号化装置の構成ブロック図で
ある。

【図３】Ｍｉｄｔｒｅａｄ型線形量子化器を説明するた
めの図である。

【図４】従来の量子化ステップ幅の決定方法を示す図で
ある。

【図５】従来の問題点の説明図である。

【図６】本実施例のガンマ分布の場合の画像の正規化量
子化ステップ幅と正規化量子化誤差電力との関係を示す
図である。

【図７】本実施例のラプラス分布の場合の画像の正規化
量子化ステップ幅と正規化量子化誤差電力との関係を示
す図である。

【図８】本実施例のガウス分布の場合の画像の正規化量
子化ステップ幅と正規化量子化誤差電力との関係を示す
図である。

【図９】本実施例のガンマ分布の場合の平均予測符号量
と正規化量子化ステップ幅との関係を示す図である。

【図１０】本実施例のラプラス分布の場合の平均予測符
号量と正規化量子化ステップ幅との関係を示す図であ
る。

【図１１】本実施例のガウス分布の場合の平均予測符号
量と正規化量子化ステップ幅との関係を示す図である。

【符号の説明】

２１ 統計量演算手段 ２２ 情報量圧縮手段 ２３ 量子化手段 ２４ 符号化手段 ２５ バッファ ２６ バッファ残量検出手段 ２７ 圧縮ＳＮ比予測手段 ２８ 符号量予測手段 ２９ 量子化決定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 洋子 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−151989（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−175067（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−139985（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−149984（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力された画像の冗長を取り除く情報量
   圧縮手段と、前記情報量圧縮手段により冗長の取り除か
   れた画像データを、与えられた量子化ステップ幅で量子
   化する量子化手段と、前記量子化手段で量子化された画
   像データを所定の符号化方法で符号化する符号化手段
   と、前記符号化手段で符号化された画像データを一時記
   憶するバッファとを備えた画像圧縮符号化装置におい
   て、 前記入力画像の統計的性質を演算してその統計量を出力
   する統計量演算手段と、前記 統計量に基づき、所定の前記量子化ステップ幅を用
   いた場合の、前記量子化手段で量子化される画像データ
   の誤差電力に対して所定の関数関係にある圧縮信号対雑
   音比を予測演算し、その予測圧縮信号対雑音比を出力す
   る圧縮信号対雑音比予測手段と、 前記統計量に基づき、前記所定の量子化ステップ幅及び
   前記所定の符号化方法を用いた場合の、前記量子化手段
   で量子化される画像データの量子化出力レベルの確率に
   対して所定の関数関係にある圧縮画像の符号量を予測演
   算し、その予測符号量を出力する符号量予測手段と、前記 量子化手段に対して与える前記量子化ステップ幅を
   決定する量子化決定手段とを有し、 前記量子化決定手段は、前記量子化手段に対して前記所
   定の量子化ステップ幅を与えた場合に得られる前記予測
   圧縮信号対雑音比及び前記予測符号量が所望の圧縮信号
   対雑音比あるいは符号量を満たすように、前記所定の量
   子化ステップ幅を決定するものであることを特徴とする
   画像圧縮符号化装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像圧縮符号化装置は、 前記バッファのバッファ残量を定時的に検出するバッフ
   ァ残量検出手段を有し、 前記量子化決定手段は、前記バッファ残量が所定の上限
   あるいは下限を越えないように、前記量子化手段に与え
   る量子化ステップ幅を決定することを特徴とする画像圧
   縮符号化装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の画像圧縮符号化装置にお
   いて、 前記圧縮信号対雑音比予測手段は、 前記統計量を用いて、前記情報量圧縮手段から出力され
   る画像データの正規化エネルギーを算出する処理と、 前記画像データがγ分布特性を有すると仮定した場合の
   当該γ分布特性を予測する処理と、量子化ステップ数、前記量子化ステップ幅、及び前記γ
   分布特性に基づき、 前記量子化手段から出力される画像
   データの誤差電力を求める処理と、 前記誤差電力から、これと前記所定の関数関係にある前
   記予測圧縮信号対雑音比を求めて、この予測圧縮信号対
   雑音比と前記量子化ステップ幅との関係を出力するもの
   であることを特徴とする画像圧縮符号化装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の画像圧縮符号化装置にお
   いて、 前記符号量予測手段は、 前記統計量を用いて、前記情報量圧縮手段から出力され
   る画像データの正規化エネルギーを算出する処理と、 前記画像データがγ分布特性を有すると仮定した場合の
   当該γ分布特性を予測する処理と、 前記量子化手段により前記所定の量子化ステップ幅で量
   子化される画像データの量子化出力レベルと、前記所定
   の符号化方法とに基づいて、該量子化出力レベルの確率
   に対して所定の関数関係にある前記予測符号量を求め、
   この予測符号量と前記量子化ステップ幅との関係を出力
   するものであることを特徴とする画像圧縮符号化装置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の画像圧縮符号化装置にお
   いて、 前記圧縮信号対雑音比予測手段は、前記予測圧縮信号対
   雑音比と前記量子化ステップ幅との関係を、予め演算に
   より求めてテーブル化しておき、前記統計量に基づい
   て、前記予測圧縮信号対雑音比を読み出すことを特徴と
   する画像圧縮符号化装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の画像圧縮符号化装置にお
   いて、 前記量子化決定手段は、前記バッファ残量検出手段で検
   出されたバッファ残量を用いて算出された実際の符号量
   と、前記符号量予測手段から出力された予測符号量との
   差を求め、この差に基づいて、前記符号量予測手段にお
   ける前記画像の前記γ分布特性のパラメータの大きさを
   変えて、前記実際の符号量と前記予測符号量とが一致す
   るように調整することを特徴とする画像圧縮符号化装
   置。