JP3360695B2 - 画像データの量子化回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、画像データを所定の
ビット数のデジタル量子化コードで表現するための画像
データの量子化回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に、アナログ画像データのＡ
／Ｄ変換は、元の画像の各画素が取り得る最大値と最小
値との差の値を、出力として取り得るビット数に応じて
分割して、そのビット数分の各分割レベル範囲のそれぞ
れを当該ビット数のコードで表現しておき、各画素のレ
ベルが、どのレベル範囲に属するかを判別し、それが属
する分割レベル範囲を示すコードを、デジタル出力信号
として取り出すことにより行っている。この場合に、Ｄ
／Ａ変換の際の各分割レベル範囲のコードの復号レベル
（復号代表レベル）としては、それぞれのレベル範囲の
中央値が用いられる。

【０００３】この方法は、画素単位での量子化歪みを最
小にする方法である。そして、レベル分割を均等に行う
場合は、線形量子化となり、レベル分割を、画素レベル
の出現確率に応じて不均等に行う場合は、非線形量子化
となるが、いずれも画素単位での量子化歪みを最小にす
るという、規範は変わらない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来のＡ／Ｄ変
換では、画素毎の量子化誤差を小さくし、Ｓ／Ｎを良好
とするために、元の画素のアナログレベルが最も近い復
号代表レベルに置き換えられることになる。

【０００５】しかしながら、このＡ／Ｄ変換の方法で
は、定量的には良好であっても、視覚的に目立つ劣化が
復元画像に生じることがある。すなわち、人間は、１画
素単位として画像を捕らえるのではなく、画像の時間的
変化（動き）や空間的変化（解像度や画像の輪郭などの
ディテール）として画像を捕らえているからである。

【０００６】例えば、図６の実線ａに示すように、急峻
に立ち上がって平坦なレベルに落ち着くような変化があ
った場合、従来の画素毎の量子化歪みを最小にするＡ／
Ｄ変換を行った場合の復号信号は、図６の実線ｂ（黒丸
の点を繋いだ線）に示すようなものとなり、平坦なレベ
ルとなっている範囲ＦＷにおいても「ギザギザ」なもの
となってしまい、視覚的な変化に忠実でない。

【０００７】このようなギザギザは、人間の眼で再現画
像を視たときに、画像の劣化となり、これが時間方向に
生じた場合には、いわゆるジャーキネスとなり、空間方
向のエッジ部分では、いわゆるエッジビジネス、平坦部
分ではいわゆるモスキートノイズになる。

【０００８】このように、従来のＡ／Ｄ変換回路は、画
一的に、画素毎の量子化歪み最小の基準で設計されてい
て、人間の視覚特性に合致したものではなかった。量子
化ビット数が多ければ、この画像の視覚上の劣化は目立
ちにくくなる。しかし、従来のＡ／Ｄ変換回路は、出力
信号の量子化ビット数は、固定であるので、視覚上の劣
化が生じないような画像の場合には、量子化ビット数が
多いのは無駄になり、伝送効率が悪化することになる。

【０００９】また、視覚特性に合致した画像といって
も、個人差により好みの画質が異なるものである。従来
のＡ／Ｄ変換では、その復元画像としては、画素毎の量
子化歪み最小の基準の下に生成される画一的なものしか
得られないため、この好みの画質とするためには、復元
後のアナログ画素信号に対して、コントラスト、色合
い、シャープネスなどを、調整するようにする方法しか
なかった。

【００１０】この発明は、以上の点にかんがみ、種々の
再現画像の画質や、種々の量子化ビット数を与えること
ができる画像データの量子化回路を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明による画像データの量子化回路は、所定の
ビット数よりも多いビット数の第１の量子化コードとさ
れた画像データを、前記所定のビット数の出力デジタル
信号に変換して出力する画像データの量子化回路であっ
て、前記第１の量子化コードとされた画像データについ
て、注目画素を中心とした周辺の複数の画素からなるブ
ロック内における前記複数の画素の画素パターンを判別
し、その判別結果に基づいて、前記注目画素がどのよう
な画素パターンに含まれるかをクラス分類するクラス分
類手段と、前記出力デジタル信号に要求される画質を指
定する画質切り換え信号を受けて、前記クラス分類手段
での分類結果に基づき、前記注目画素について、前記第
１の量子化コードを、前記画質切り換え信号により指定
される画質を満足するように適応的に再量子化して、前
記所定ビット数の第２の量子化コードに変換する再量子
化手段と、を備え、前記第２の量子化コードを、前記出
力デジタル信号とすることを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記の構成のこの発明においては、クラス分類
手段で、注目画素周辺の複数画素で構成されるパターン
から、当該注目画素が、平坦部分、エッジ部分、極値部
分などに分類される。そして、再量子化手段では、第１
の量子化コードの各画素データは、画質切り換え信号に
より指定される好みの画質に応じて、例えばその画質と
して必要なパターン部分を重視するような適応的な再量
子化が行なわれる。

【００１３】例えば画質切り換え信号により、画素忠実
が選択されているときには、第１の量子化コードの画素
コードは、ビット数がそれより少ない第２の量子化コー
ドに再量子化される。例えば第１の量子化コードのビッ
ト数が１０ビットのとき、再量子化により、その上位８
ビットのコードが選択されて出力される。この再量子化
のビット数は、切り換え信号により容易に切り換えるこ
とができる。

【００１４】画質切り換え信号が、視覚特性重視であれ
ば、例えば平坦部分では平坦な出力となるように適応的
な再量子化が行われる。このときの、ビット数は、ビッ
ト数切り換え信号により選定されたビット数に固定して
もよいが、画素毎にビット数を変更しても良い。

【００１５】以下、この発明による画像データの量子化
回路の一実施例を、図を参照しながら説明する。

【００１６】図１は、この発明による画像データの量子
化回路の一実施例を用いたＡ／Ｄ変換回路の一例のブロ
ック図である。入力端子１を通じたアナログ画像信号Ｓ
ｖは、Ａ／Ｄコンバータ２に供給され、所定のサンプリ
ング周波数でサンプリングされた各画素サンプルが、出
力として要求されるビット数よりも多いビット数の量子
化コードに変換される。この例では、入力アナログ画像
信号Ｓｖの各画素サンプルが１０ビットの量子化コード
のデジタル画像データに変換される。このＡ／Ｄコンバ
ータ２は、従来の量子化歪み最小規範のＡ／Ｄコンバー
タである。

【００１７】このＡ／Ｄコンバータ２の出力画素データ
は、同時化のための遅延回路３を介して再量子化回路４
に供給され、各画素サンプルデータが、後述するように
して１０ビット以下のビット数の適応符号に再量子化さ
れる。

【００１８】Ａ／Ｄコンバータ２の出力画素データは、
また、クラス分類回路５に供給される。このクラス分類
回路５は、ブロック化回路５１と、パターン化回路５２
と、分類決定回路５３とからなる。ブロック化回路５１
では、再量子化回路４で処理される注目画素を中心とし
た、例えば図２に示すような９画素によりブロックを構
成する。

【００１９】この９画素は、画面上の画素の配置、その
ものであり、注目画素が含まれるラインＬ（ｎ）よりも
１ライン前のラインＬ（ｎ−１）の、注目画素に空間的
に近い位置の３画素と、ラインＬ（ｎ）の注目画素とそ
の前後の２画素と、注目画素が含まれるラインＬ（ｎ）
よりも１ライン後のラインＬ（ｎ＋１）の、注目画素に
空間的に近い位置の３画素とからなる。

【００２０】そして、その９画素のブロックについて、
パターン化回路５２で、その部分がどのような画素パタ
ーンとなっているかを判別するのに便利なようなデータ
に変換する。この例の場合には、図３に示すように、ブ
ロック内の画素の値の最大値ＭＡＸから最小値ＭＩＮを
減算してダイナミックレンジＤＲを求め、そのダイナミ
ックレンジＤＲを均等に２分割して、レベル範囲Ｗ１、
Ｗ２とし、各レベル範囲Ｗ１、Ｗ２に対して、１ビット
のコード「０」、「１」を与える。そして、ブロック内
の９個の各画素が、Ｗ１、Ｗ２のうちのどちらのレベル
範囲に属するかによって、各画素を１ビットのコードに
より現す。つまり、各画素データを１ビットのデータに
再量子化する。

【００２１】このように、１ビットで表現された９個の
画素の集合は、２次元空間上で「０」、「１」からなる
所定のパターンとして捕らえることが可能である。この
ブロックのパターン化情報は、分類決定回路５３に供給
される。この分類決定回路５３では、パターン化回路５
２からの情報から、当該注目画素がどのような画素パタ
ーンに含まれるかクラス分類され、そのクラス分類が決
定される。決定回路５３は、例えば、時間的、空間的変
化の小さい平坦部であるか、所定の画像のエッジ（輪郭
部分）であるか、その部分だけが他の部分と極端に異な
る極値部分であるか、などのクラスに分類し、分類結果
を示す情報を出力する。そして、その分類結果情報を再
量子化回路４に供給する。

【００２２】遅延回路３は、注目画素についてのクラス
分類回路５の前記の処理の時間に相当する遅延時間を有
するもので、再量子化回路４には、注目画素の１０ビッ
トのデータと、前記のクラス分類結果情報とが同時化さ
れて供給される。

【００２３】再量子化回路４には、画質切り換え信号Ｑ
SWと、ビット数切り換え信号ＢSWとが供給されている。
この例の場合、画質切り換え信号ＱSWは、画素忠実（従
来例と同様に画素単位の量子化歪最小の量子化）、視覚
特性重視、エンハンス、エッジエンハンスなどの切り換
えポジションを備える切り換えスイッチ（図示せず）の
切り換え操作に応じた信号である。また、ビット数切り
換え信号ＢSWは、１０ビット以下のビット数、この例で
は８ビット以下のビット数を、ビット数切り換えスイッ
チ（図示せず）の切り換え操作に応じて設定する信号で
ある。

【００２４】画質切り換え信号ＱSWにより、画素忠実が
選択された場合には、再量子化回路４では、ビット数切
り換え信号ＢSWにより指定されるビット数で画素データ
が再量子化される。例えば切り換え信号ＢSWにより８ビ
ットが指定された場合には、遅延回路３からの１０ビッ
トのデータの上位８ビットを再量子化回路４は、出力す
る。

【００２５】また、画質切り換え信号ＱSWにより、視覚
特性重視が選択された場合には、再量子化回路４では、
以下に示すように、視覚特性に合致した適応符号に画素
データを再量子化する。すなわち、例えばクラス分類回
路５で平坦部と分類された画素のときには、前の画素と
の差を考慮した適応符号に量子化される。この場合も、
出力コードのビット数は、ビット数切り換え信号ＢSWに
より決定される。

【００２６】図４Ａは、視覚特性に応じた再量子化回路
のブロック図である。入力端１１からの画素データが、
コード選択回路１２に供給され、ビット切り換え信号Ｂ
SWにより選定されるビット数、例えば８ビットの出力コ
ードが、これより取り出されるが、どのコードを出力す
るかは、後述する制御信号ＤＴにより制御される。

【００２７】すなわち、入力端１１からの画素データ
が、１画素サンプルの遅延回路１４を介して減算回路１
５に供給されると共に、直接、減算回路１５に供給さ
れ、これより注目画素と前の画素との差Δｒが得られ
る。

【００２８】また、コード選択回路１２からの８ビット
の出力コードが１画素サンプルの遅延回路１７を介して
ローカルデコーダ１８に供給されて、復号レベルに変換
される。そして、復号代表レベル発生回路１９からの、
８ビットのコードが取り得る２５６段階の復号代表レベ
ルと、デコーダ１８からの復号レベルとが、減算回路Ｂ
１〜Ｂ256 において減算され、この減算回路Ｂ１〜Ｂ25
6 より、注目画素の前の画素の復号レベルと、２５６個
の復号代表レベルとの予測された差分Δ１〜Δ256 が得
られる。

【００２９】減算回路Ｂ１〜Ｂ256 の差分出力Δ１〜Δ
256 は、それぞれ減算回路Ａ１〜Ａ256 に供給され、減
算回路１５からの出力Δｒとの差分が演算される。そし
て、減算回路Ａ１〜Ａ256 の差分出力Ｃ１〜Ｃ256 が、
最小値検出回路１６に供給され、差分出力Ｃ１〜Ｃ256
のうちで最小のものが検出され、その検出出力が制御信
号ＤＴとしてコード選択回路１２に供給される。コード
選択回路１２では、予測変化量が、真値の変化量Δｒに
最も近い量子化コード（８ビット）が選択される。

【００３０】以上のような視覚特性重視の量子化によれ
ば、図６の実線ａのような画像信号は、復号したときに
図６の実線ｃ（図６の△の点を繋いだ線）に示すよう
に、平坦部が視覚特性の通りになるように適応的に符号
化（量子化）される。そのときのビット数は、ビット切
り換え信号により指定されたビット数である。

【００３１】なお、以上は、再量子化回路４の量子化の
出力ビット数が８ビットの場合であるが、それ以下のビ
ット数が指定される場合ももちろんある。そのため、ビ
ット切り換え信号ＢSWは、復号代表レベル発生回路１９
及び最小値検出回路１６にも供給され、復号代表レベル
発生回路１９では、ビット切り換え信号ＢSWにより選定
されるビット数に応じた段階の復号代表レベルが、減算
回路Ｂ１〜Ｂ（ビット数に応じた段数）に対して出力さ
れ、また、最小値検出回路１６では、減算回路Ａ１〜Ａ
（ビット数に応じた段数）からの出力のみを、検出対象
とする。

【００３２】画質切り換え信号ＱSWが、エッジエンハン
スのときには、クラス分類回路５でエッジ部分であると
クラス分類された画素は、再量子化回路４において、図
５Ａに示すような元の信号が、図５Ｂに示すように、復
号したとき、輪郭強調となるような量子化コードに適応
的に再量子化される。

【００３３】以上のようにして再量子化された画素デー
タは、パラレル−シリアル変換回路６によりシリアルデ
ータに変換されて出力端子７に出力される。

【００３４】以上の例では、出力端子７に得られる画素
データの量子化ビット数は、ビット切り換え信号ＢSWに
より切り換え可能に設定される一定値とするようにした
が、クラス分類回路の分類結果に応じて画素毎に、ビッ
ト数を変えるようにしてもよい。例えば、画像のエッジ
部分は、高ビットで出力し、平坦部は低ビットで出力す
るようにしてもよい。その場合には、パラレル−シリア
ル変換回路６の出力をビットレート監視回路に供給し
て、例えば１フィールドや１フレーム毎の画素データの
ビットレートを検出し、この監視回路の出力を再量子化
回路４にフィールドバックして、所定のデータ量のブロ
ック単位あるいは１フィールドや１フレーム単位では、
伝送ビットレートが変わらないように、再量子化回路４
での再量子化の際の画素データについての出力ビット数
を変えるようにしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による画
像データの量子化回路によれば、使用者の好みに応じた
画質を得ることができる量子化出力コードを得ることが
できる。

【００３６】また、出力ビット数を、使用者の好みに合
わせて設定することが可能である。また、画像内容に応
じてビット数を可変にすることができるので、低ビット
レートで画像データを出力することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による画像データの量子化回路の一実
施例を備えるＡ／Ｄ変換回路の一例のブロック図であ
る。

【図２】この発明の一実施例の一部回路の動作を説明す
るための図である。

【図３】この発明の一実施例の一部回路の動作を説明す
るための図である。

【図４】この発明の一実施例の一部回路の一例のブロッ
ク図である。

【図５】この発明の一実施例の一部回路の動作を説明す
るための図である。

【図６】従来のＡ／Ｄ変換回路及び図１の例のＡ／Ｄ変
換回路の、量子化出力の一例を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ アナログ画像信号の入力端子 ２ Ａ／Ｄコンバータ ４ 再量子化回路 ５ クラス分類回路 ６ パラレル−シリアル変換回路 ７ デジタル信号の出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/40 - 1/409 H04N 1/46 H04N 1/60

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定のビット数よりも多いビット数の第１
   の量子化コードとされた画像データを、前記所定のビッ
   ト数の出力デジタル信号に変換して出力する画像データ
   の量子化回路であって、 前記第１の量子化コードとされた画像データについて、
   注目画素を中心とした周辺の複数の画素からなるブロッ
   ク内における前記複数の画素の画素パターンを判別し、
   その判別結果に基づいて、前記注目画素がどのような画
   素パターンに含まれるかをクラス分類するクラス分類手
   段と、前記出力デジタル信号に要求される画質を指定する画質
   切り換え信号を受けて、 前記クラス分類手段での分類結
   果に基づき、前記注目画素について、前記第１の量子化
   コードを、前記画質切り換え信号により指定される画質
   を満足するように適応的に再量子化して、前記所定ビッ
   ト数の第２の量子化コードに変換する再量子化手段と、 を備え、前記第２の量子化コードを、前記出力デジタル
   信号とする ことを特徴とする画像データの量子化回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載の画像データの量子化回路
   において、 前記再量子化手段には、前記第２の量子化コードのビッ
   ト数を指定するビット切り換え信号が供給され、前記出力デジタル信号のビット数が、 前記ビット切り換
   え信号により切り換えられることを特徴とする画像デー
   タの量子化回路。
3. 【請求項３】請求項１に記載の画像データの量子化回路
   において、 前記再量子化手段では、画素毎に前記第２の量子化コー
   ドのビット数が、前記クラス分類手段での分類結果と、
   前記画質切り換え信号に応じて、決定可能であることを
   特徴とする画像データの量子化回路。