JP3382959B2 - 画像符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像符号化装置に関
し、特に画像データを離散余弦変換によって高能率符号
化する画像符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像データを伝送したり、例えば磁気テ
ープ等の記録媒体に記録するとき、画像情報圧縮のため
に種々の符号化が採用されている。例えば所謂予測符号
化、変換符号化、ベクトル量子化等が知られている。

【０００３】ところで、上記変換符号化は、画像信号の
有する相関性を利用し、標本値（以下画像データとい
う）を相互に直交する軸に変換して画像データ間の相関
を無相関化し、データ量の削減を行うものであり、所謂
基底ベクトルが互いに直交し、変換前の平均信号電力の
総和と直交変換により得られる所謂変換係数の平均電力
の総和が等しく、かつ低周波成分への電力集中度に優れ
た直交変換が採用されており、例えば所謂アダマール変
換、ハール変換、カールネン・ルーベ（Ｋ−Ｌ）変換、
離散余弦変換（以下ＤＣＴ：Discrete Cosine Transfor
m という）、離散正弦変換（以下ＤＳＴ：Discrete Sin
e Transform という）、傾斜（スラント）変換等が知ら
れている。

【０００４】ここで、上記ＤＣＴについて簡単に説明す
る。ＤＣＴは、画像を空間配置における水平・垂直方向
ともにｎ個（ｎ×ｎ）の画素からなる画像ブロックに分
割し、画像ブロック内の画像データを余弦関数を用いて
直交変換するものである。このＤＣＴは、高速演算アル
ゴリズムが存在し、画像データの実時間変換を可能にす
る１チップの所謂ＬＳＩが実現したことにより、画像デ
ータの伝送や記録に広く用いられるようになっている。
また、ＤＣＴは、符号化効率として、効率に直接影響す
る低周波成分への電力集中度の点で最適な変換である上
記Ｋ−Ｌ変換と殆ど同等の特性を有するものである。し
たがって、ＤＣＴにより得られる変換係数を、電力が集
中する成分のみを符号化することにより、全体として情
報量の大幅な削減が可能となる。

【０００５】具体的には、ｎ×ｎ個の画像データをＤＣ
Ｔして得られる変換係数を例えばＣ_ij（ｉ＝０〜ｎ−
１，ｊ＝０〜ｎ−１）で表すと、変換係数Ｃ₀₀は画像ブ
ロック内の平均輝度値を表す直流成分に対応し、その電
力は、通常、他の成分に比べてかなり大きくなる。そこ
で、この直流成分を粗く量子化した場合、視覚的に大き
な画質劣化として感じられる直交変換符号化特有の雑音
である所謂ブロック歪みが生じるところから、変換係数
Ｃ₀₀に多くのビット数（例えば８ビット以上）を割り当
てて均等量子化し、直流成分を除く他の成分（以下交流
成分という）の変換係数Ｃ_ij（Ｃ₀₀を除く）には、例え
ば視覚の空間周波数が高域では低下するという視覚特性
を利用して、高周波成分ほどビット数の割り当てを減少
させて量子化するようになっている。

【０００６】また、例えば、変換係数Ｃ_ijの１画像ブロ
ックに相当する領域において、値が零以外の有意変換係
数Ｃ_ij（≠０）が存在する最大の行番号と列番号を検出
し、有意変換係数をこの行と列とで決定される四角形で
囲み、この囲まれた領域（以下、このような領域を単に
符号化領域という）に含まれる変換係数Ｃ_ijのみを量子
化する所謂ゾーンコーディング（Zonal Coding）におい
て、画像ブロックを動きのある動画ブロックと動きのな
い静止画ブロックに分類し、動画ブロックと静止画ブロ
ックで符号化領域の大きさを変えて量子化を行い、符号
化効率を高めることが行われている。

【０００７】具体的には、静止画ブロックでは、例えば
図８に示すように、変換係数Ｃ_ijの画像ブロックに相当
する領域８０を例えば８×８の大きさとすると、有意変
換係数Ｃ_ijが低周波領域に集中する。一方、動画ブロッ
クでは、例えば図９に示すように有意変換係数Ｃ_ijの低
周波領域への集中度が低くなる。

【０００８】そこで、従来の装置では、２つの所謂フレ
ームメモリを備え、各画像ブロック毎にフレーム間の差
分を検出し、差分が大きい画像ブロックを動画ブロック
とし、差分が小さな画像ブロックを静止画ブロックして
画像ブロックの分類を行うようになっている。そして、
動画ブロックに対しては符号化領域を広くし、静止画ブ
ロックに対しては符号化領域を狭くして適応的に量子化
を行うことにより、データ量を削減して、符号化効率を
高めるようになっている。

【０００９】そして、画像データの伝送や記録では、画
像データをＤＣＴして得られる変換係数Ｃ_ijを上述のよ
うに量子化した後、さらに圧縮を行うために所謂ハフマ
ン符号化（Huffman coding）やランレングス符号化（Ru
n Length coding ）等の可変長符号化を施し、得られる
符号化データに同期信号やパリティ等を付加して伝送や
記録を行うようになっている。

【００１０】さらに、例えば映像信号をディジタル信号
として磁気テープに記録するディジタルビデオテープレ
コーダ（以下単にＶＴＲという）では、編集や変速再生
等を考慮すると１フレームあるいは１フィールドのデー
タ量が一定（固定長）であることが望ましく、また回路
規模を考慮すると、１画像ブロックの符号化データのデ
ータ量あるいは符号化データを所定の画像ブロック数分
集めた処理単位のデータ量も一定であることが望まし
い。そこで、ＶＴＲでは、量子化幅が互いに異なる複数
の量子化器を準備しておき、例えば画像ブロックのデー
タ量が所定値以下であって量子化幅が最小の量子化器を
選択して量子化を行うようになっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のゾー
ンコーディングにおける動き検出を伴う適応的な量子化
では、高い符号化効率を得ることができるが、動き検出
のために、上述のように２つのフレームメモリや差分を
検出するための回路等が必要となり、従来の装置では回
路規模が大きくなっていた。また、動き検出のために処
理時間が長くなっていた。

【００１２】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、従来の装置に比して回路規模を小さくす
ることができると共に、処理時間を短くすることがで
き、また、動き検出を精度良く行い得、符号化効率が高
い画像符号化装置の提供を目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に係るディジタルビデオテープレコーダの
画像符号化装置は、互いに時間差を有する２つのフィー
ルドからなる１フレーム分の画像データを空間配置にお
けるｎ×ｎ個を１ブロックとするブロックに分割するブ
ロック化手段と、ブロック化手段からの各ブロックの画
像データを余弦関数を用いて、垂直方向と水平方向に直
交変換して変換係数を算出する離散余弦変換手段と、離
散余弦変換手段から供給される垂直方向と水平方向の直
交変換で得られる変換係数を量子化して量子化データを
形成し、量子化データを出力する量子化手段と、離散余
弦変換手段から供給される垂直方向の直交変換で得られ
る変換係数に基づいて、ブロックが高周波成分の変換係
数を多く含むときはブロックを動きがある動画ブロック
とし、ブロックが高周波成分の変換係数を多く含まない
ときはブロックを静止画ブロックとし、ブロックが静止
画ブロックのときは垂直方向と水平方向の直交変換で得
られる変換係数の低周波成分を量子化し、ブロックが動
画ブロックのときは垂直方向と水平方向の直交変換で得
られる変換係数の低周波成分と高周波成分を量子化する
ように量子化手段を制御する制御手段とを有する。

【００１４】

【作用】本発明に係るディジタルビデオテープレコーダ
の画像符号化装置では、互いに時間差を有する２つのフ
ィールドからなる１フレーム分の画像データを空間配置
におけるｎ×ｎ個を１ブロックとするブロックに分割
し、各ブロックの画像データを余弦関数を用いて、垂直
方向と水平方向に直交変換して変換係数を算出し、この
垂直方向と水平方向の直交変換で得られる変換係数を量
子化して量子化データを形成し、量子化データを出力す
る際に、垂直方向の直交変換で得られる変換係数に基づ
いて、ブロックが高周波成分の変換係数を多く含むとき
はこのブロックを動きがある動画ブロックとし、ブロッ
クが高周波成分の変換係数を多く含まないときはこのブ
ロックを静止画ブロックとし、ブロックが静止画ブロッ
クのときは垂直方向と水平方向の直交変換で得られる変
換係数の低周波成分を量子化し、ブロックが動画ブロッ
クのときは垂直方向と水平方向の直交変換で得られる変
換係数の低周波成分と高周波成分を量子化する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係る画像符号化装置の一実施
例を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明を適
用した画像符号化装置の回路構成を示すものであり、図
２は、この画像符号化装置を適用したディジタルビデオ
テープレコーダ（以下単にＶＴＲという）の記録系の回
路構成を示すものであり、図３は、該ＶＴＲの再生系の
回路構成を示すものである。

【００１６】まず、このＶＴＲについて説明する。この
ＶＴＲは、図２に示すように、アナログ映像信号をディ
ジタル信号に変換し、得られる画像データに所謂変換符
号化等のデータ処理を施してデータ圧縮を行った後、磁
気ヘッド２１を介して磁気テープ１に記録する記録系
と、図３に示すように、磁気テープ１から磁気ヘッド３
１によって再生される再生信号を２値化すると共に、復
号化等のデータ処理を施した後、アナログ信号に変換し
てアナログ映像信号を再生する再生系とから構成され
る。

【００１７】上記記録系は、上述の図２に示すように、
映像信号をサンプリングし、ディジタル信号に変換して
画像データを形成するアナログ／ディジタル変換器（以
下Ａ／Ｄ変換器という）１１と、該Ａ／Ｄ変換器１１か
らの画像データを空間配置におけるｎ×ｎ個を１ブロッ
クとする画像ブロックＧ_h （ｈ＝１〜Ｈ、Ｈは１フレー
ムの画素数及び画像ブロックＧ_h の画素数ｎ² に依存す
る）に分割すると共に、所定数の画像ブロックＧ_hから
なる、例えばデータ処理や伝送の１単位となる処理単位
を形成するブロック化回路１２と、該ブロック化回路１
２からの画像データを余弦関数を用いて直交変換（以下
ＤＣＴ：Discrete Cosine Transform という）して各画
像ブロックＧ_h の変換係数Ｃ_ij（ｉ＝０〜ｎ−１，ｊ＝
０〜ｎ−１）を算出する離散余弦変換回路（以下ＤＣＴ
回路という）１３と、該ＤＣＴ回路１３からの変換係数
Ｃ_ijを量子化して量子化データを形成する量子化回路１
４と、該量子化回路１４からの量子化データを、例えば
所謂可変長符号により符号化して符号化データＶＬＣ_ij
（ｉ＝０〜ｎ−１，ｊ＝０〜ｎ−１）を形成する符号化
回路１５と、該符号化回路１５からの符号化データＶＬ
Ｃ_ijに、例えばエラー検出やエラー訂正のためのパリテ
ィを処理単位毎に付加するパリティ付加回路１７と、該
パリティ付加回路１７からのパリティが付加された符号
化データＶＬＣ_ijに、同期信号と画像ブロックＧ_h の番
号ｈ等を識別する識別ビット（以下ＩＤという）を処理
単位毎に付加して伝送データを形成する同期信号挿入回
路１８と、該同期信号挿入回路１８からパラレルデータ
として送られてくる伝送データをシリアルデータに変換
するパラレル／シリアル（以下Ｐ／Ｓという）変換器１
９と、該Ｐ／Ｓ変換器１９からの伝送データに記録に適
した変調処理を施して記録信号を生成し、上記磁気ヘッ
ド２１に供給するチャンネルエンコーダ（以下ＥＮＣと
いう）２０とから構成される。

【００１８】そして、この記録系は、端子２を介してア
ナログ信号として供給される映像信号を画像データに変
換した後、互いに時間差を有する２つのフィールドから
なる１フレーム分（以下、単に１フレーム分という。）
の画像データを画像ブロックＧ_ｈに分割し、各画像ブロ
ックＧ_ｈの画像データをＤＣＴして変換係数Ｃ_ｉｊを算
出し、この変換係数Ｃ_ｉｊを量子化して量子化データを
形成すると共に、可変長符号化により量子化データを符
号化して符号化データＶＬＣ_ｉｊを形成するようになっ
ている。また、この記録系は、符号化データＶＬＣ_ｉｊ
に同期信号等を処理単位毎にふかして伝送データを形成
した後、この伝送データに記録に適した変調、例えばス
クランブルやＮＲＺＩ変調処理を施し、磁気ヘッド２１
によって磁気テープ１に記録するようになっている。

【００１９】かくして、本発明に係る画像符号化装置、
すなわち上述のように構成されるＶＴＲの要部は、上記
ブロック化回路１２〜量子化回路１４から構成され、具
体的には、以下のようになっている。

【００２０】上記ブロック化回路１２は、例えば図１に
示すように、例えば１フレーム分の記憶容量を有し、画
像データを記憶するメモリ１２ａと、該メモリ１２ａか
ら画像データを空間配置におけるｎ×ｎ個を１ブロック
とする画像ブロックＧ_h に分割すると共に、１フレーム
分を複数に分割した所定数の画像ブロックＧ_h からなる
処理単位毎に読み出すブロック化器１２ｂとから構成さ
れる。

【００２１】そして、このブロック化回路１２は、端子
４を介して供給される画像データをメモリ１２ａに１フ
レーム毎に記憶すると共に、このメモリ１２ａに記憶さ
れている画像データを空間配置における例えば８×８個
を１ブロックとする画像ブロックＧ_h に分割すると共
に、所定数の画像ブロックＧ_h からなる処理単位毎に読
み出し、この読み出した画像データをＤＣＴ回路１３に
供給するようになっている。

【００２２】上記ＤＣＴ回路１３は、例えば所謂ＤＳＰ
（Digital Signal Processor）等からなり、余弦関数を
用いて垂直方向に直交変換するＤＣＴ１３ａと、更に水
平方向に直交変換するＤＣＴ１３ｂとから構成され（以
下、１方向の直交変換を１次元ＤＣＴといい、２方向の
直交変換を２次元ＤＣＴという）、ブロック化回路１２
から処理単位毎に供給される画像データを２次元ＤＣＴ
して変換係数Ｃ_ijを算出し、この変換係数Ｃ_ijを量子化
回路１４に供給するようになっている。

【００２３】上記量子化回路１４は、同じく図１に示す
ように、上記ＤＣＴ回路１３からの変換係数Ｃ_ijを処理
単位毎に記憶するバッファメモリ１４ａと、該バッファ
メモリ１４ａから読み出された変換係数Ｃ_ijをそれぞれ
量子化して量子化データを形成する量子化器Ｑ₁ 、
Ｑ₂ 、Ｑ₃ と、上記ＤＣＴ１３ａからの垂直方向の変換
係数に基づいて各画像ブロックＧ_h の動きを検出し、こ
れらの画像ブロックＧ_hを動きのある動画ブロックと動
きのない静止画ブロックに分類する動き検出回路５０
と、該動き検出回路５０からの分類情報に基づいて、上
記ＤＣＴ回路１３からの変換係数Ｃ_ijのうち、値が零以
外の有意変換係数Ｃ_ij（≠０）を、動画ブロックと静止
画ブロックで互いに異なる所定の形状で囲み、この囲ま
れた領域の変換係数Ｃ_ijのみを量子化する所謂ゾーンコ
ーディング（Zonal Coding）を行うために、量子化の対
象となる領域（以下符号化領域という）を決定する領域
決定回路１４ｂと、該領域決定回路１４ｂで決定された
符号化領域に含まれる変換係数Ｃ_ijを量子化した後、所
謂ハフマン符号（Huffman code）により符号化して画像
ブロックＧ_h のデータ量を検出すると共に、該データ量
に基づいて上記量子化器Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ の量子化幅を
制御する符号量算出回路１４ｃと、該符号量算出回路１
４ｃにハフマン符号の符号化則（以下テーブルという）
を与えるハフマン符号テーブル回路１４ｄと、上記符号
量算出回路１４ｃの制御のもとに上記量子化器Ｑ₁ 、Ｑ
₂ 、Ｑ₃ の出力の１つを選択するセレクタ１４ｅとから
構成される。

【００２４】さらに、上記動き検出回路５０は、例えば
図４に示すように、上記ＤＣＴ１３ａから端子５５を介
して供給される垂直方向の変換係数のｎ列分を、高周波
成分から順に累積する累積回路５１と、該累積回路５１
からの累積値と所定の閾値ＴＨを比較して、累積値が閾
値ＴＨを超える行番号ｋを検出する比較回路５２と、該
比較回路５２からの検出された行番号ｋに基づいて、各
画像ブロックＧ_h を動画ブロックと静止画ブロックに分
類する分類回路５３とから構成される。

【００２５】そして、この量子化回路１４は、ＤＣＴ回
路１３からの変換係数Ｃ_ijを、動画ブロックと静止画ブ
ロックとで異なる形状の符号化領域を用いてゾーンコー
ディングすると共に、画像ブロックＧ_h のデータ量が所
定のデータ量以下であって量子化歪みが最小となるよう
に最小の量子化幅で（細かく）量子化して量子化データ
を形成し、この量子化データを符号化回路１５に供給す
るようになっている。

【００２６】具体的には、累積回路５１は、ＤＣＴ１３
ａからの画像データを垂直方向に１次元ＤＣＴして得ら
れる変換係数Ｄ_ij（ｉ＝０〜ｎ−１，ｊ＝０〜ｎ−１）
の例えば絶対値を、垂直方向の高周波成分から順次累積
し、累積値を各行毎に出力する。例えば画像ブロックＧ
_h の大きさを８×８とすると、各行の変換係数Ｄ_ijの合
計Ｔ_i は、下記（１）式により求められる。

【００２７】 Ｔ_i ＝｜Ｄ_i0｜＋｜Ｄ_i1｜＋｜Ｄ_i1｜＋・・・＋｜Ｄ_i7｜ ・・・（１）

【００２８】そして、各行の変換係数Ｄ_ijの合計Ｔ
_i を、下記（２）式に示すように高周波成分から順次累
積し、この累積値Ｓを各行毎に比較回路５２に供給す
る。 Ｓ_i ＝Ｓ_i+1 ＋Ｔ_i （ｉ＝７〜０） ・・・（２）

【００２９】比較回路５２は、この累積値Ｓ_i と閾値Ｔ
Ｈを各行毎に比較して、累積値Ｓ_i が閾値ＴＨを超える
行番号ｋを検出し、この行番号ｋを分類回路５３に供給
する。

【００３０】分類回路５３は、この行番号ｋを所定値、
例えば「５」と比較し、行番号ｋが「５」以上のとき
は、当該画像ブロックＧ_h を動画ブロックと、行番号ｋ
が「５」未満のときは、当該画像ブロックＧ_h を静止画
ブロックと判別する。そして、例えば、動画ブロックで
は論理「１」と、静止画ブロックでは論理「０」を分類
情報として端子５６を介して上述の図１に示す領域決定
回路１４ｂ及び上述の図２に示すパリティ付加回路１７
に供給する。

【００３１】かくして、動き検出回路５０は、ＤＣＴ１
３ａからの垂直方向に１次元ＤＣＴして得られる変換係
数Ｄ_ijの分布に基づいて、高周波成分が多く含まれる画
像ブロックＧ_h を動画ブロックとし、高周波成分が多く
含まれない画像ブロックＧ_h を静止画ブロックとして各
画像ブロックＧ_h を分類し、分類情報を領域決定回路１
４ｂに供給するようになっている。

【００３２】領域決定回路１４ｂは、画像ブロックＧ_h
が静止画ブロックのときは、例えば図５ａに示すよう
に、ＤＣＴ回路１３からの変換係数Ｃ_ijの１画像ブロッ
クＧ_h に相当する領域６０において、値が零以外である
有意変換係数Ｃ_ij（≠０）を四角形で囲み、この囲まれ
た（斜線で示す）領域を符号化領域６１とし、また例え
ば図５ｂに示すように、有意変換係数Ｃ_ijを三角形で囲
み、この囲まれた領域を符号化領域６２とする。一方、
画像ブロックＧ_h が動画ブロックのときは、この領域決
定回路１４ｂは、例えば図６ａに示すように、上述の形
状が四角形の符号化領域６１に加えて垂直方向の高周波
成分を含む領域を符号化領域６３とし、また例えば図６
ｂに示すように、上述の形状が三角形の符号化領域６２
に加えて垂直方向の高周波成分を含む領域を符号化領域
６４とする。そして、領域決定回路１４ｂは、符号化領
域を識別するための領域情報、例えば、静止画ブロック
では上述の図５ａに示す行番号Ｕ₁ と列番号Ｖ₁ 、ある
いは上述の図５ｂに示す行番号Ｕ₂ と列番号Ｖ₂ を符号
量算出回路１４ｃに供給し、一方、動画ブロックでは、
上述の図６ａに示す列番号ｖ₁、ｖ₂ 、あるいは上述の
図６ｂに示す行番号ｕ₁ と列番号ｖ₂ 、ｖ₃ を符号量算
出回路１４ｃに供給する。

【００３３】符号量算出回路１４ｃは、領域決定回路１
４ｂからの領域情報に基づいて、符号化領域に含まれる
変換係数Ｃ_ijを、低周波成分ほど小さな量子化幅で量子
化するような複数の量子化幅の組合せで画像ブロックＧ
_h毎に量子化した後、ハフマン符号テーブル回路１４ｄ
からのハフマン符号テーブルに基づいて符号化して画像
ブロックＧ_h のデータ量を検出し、画像ブロックＧ_h の
データ量が所定値以下であって最小の量子化幅の（量子
化歪みが最小となる）組合せを検出する。そして、この
符号量算出回路１４ｃは、検出された量子化幅の組合せ
を示す量子化番号ｍを量子化器Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ に供給
し、領域情報をセレクタ１４ｅに供給すると共に、この
量子化番号ｍと領域情報を端子６、７をそれぞれ介して
上述の図２に示すパリティ付加回路１７に供給する。

【００３４】量子化器Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ は、それぞれの
量子化幅が符号量算出回路１４ｃからの量子化番号ｍに
基づいて制御されるようになっており、例えば量子化番
号ｍが「０」（以下単にｍ＝０という）のとき、量子化
器Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ の全てが所定の量子化幅ｑで量子化
を行い、ｍ＝１のとき、量子化器Ｑ₁ 、Ｑ₂ は量子化幅
ｑで量子化を行い、量子化器Ｑ₃ は量子化幅２ｑで量子
化を行い、ｍ＝２のとき、量子化器Ｑ₁ は量子化幅ｑで
量子化を行い、量子化器Ｑ₂ 、Ｑ₃ は量子化幅２ｑで量
子化を行い、ｍ＝３のとき、量子化器Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃
の全てが量子化幅２ｑで量子化を行い・・・、すなわち
量子化番号ｍが小さく、また添字の番号が若い量子化器
ほど小さな量子化幅で（細かく）量子化を行うようにな
っており、バッファメモリ１４ａから読み出された変換
係数Ｃ_ijをそれぞれ量子化して、同一の変換係数Ｃ_ijに
対して例えば互いに異なるデータ量の量子化データをそ
れぞれ形成し、これらの量子化データをセレクタ１４ｅ
に供給する。なお、量子化幅を２倍（例えばｑに対して
２ｑ）にする代わりに、変換係数Ｃ_ij自体を１／２倍に
しても同等である。

【００３５】セレクタ１４ｅは、符号量算出回路１４ｃ
からの領域情報に基づいて量子化器Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ か
らの量子化データを切り換え選択する。例えば図７に示
すように、セレクタ１４ｅは、変換係数Ｃ_ijの１画像ブ
ロックＧ_h に相当する領域７０を低周波成分の領域７
１、中間の周波数成分の領域７２、高周波成分の領域７
３の３つの領域に分け、量子化データが、符号化領域の
うちの領域７１に含まれる変換係数Ｃ_ijに相当するとき
は、量子化器Ｑ₁ からの量子化データを選択し、量子化
データが、符号化領域のうちの領域７２に含まれる変換
係数Ｃ_ijに相当するときは、量子化器Ｑ₂ からの量子化
データを選択し、量子化データが、符号化領域のうちの
領域７３に含まれる変換係数Ｃ_ijに相当するときは、量
子化器Ｑ₃ からの量子化データを選択し、量子化データ
が符号化領域以外の領域の変換係数Ｃ_ijに相当するとき
は、いずれの量子化器Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ からの量子化デ
ータも選択せず、このようにして選択した量子化データ
を符号化回路１５に供給する。

【００３６】この結果、例えば上述の図７に示すよう
に、画像ブロックＧ_hが静止画ブロックであって符号化
領域が上述の図５ｂに示す符号化領域６２（図７では破
線で示す）であり、ｍ＝１のときは、符号化領域６２の
うちの領域７１に含まれる変換係数Ｃ_ijが量子化幅ｑで
量子化され、符号化領域６２のうちの領域７２に含まれ
る変換係数Ｃ_ijが量子化幅２ｑで量子化され得られる量
子化データが符号化回路１５に供給される。すなわち、
画像ブロックＧ_h を動画ブロックと静止画ブロックに分
類し、動画ブロックと静止画ブロックとで符号化領域の
形状を変え、この符号化領域において、低周波成分ほど
小さな量子化幅で（細かく）量子化されて得られる量子
化データが符号化回路１５に供給される。

【００３７】上記符号化回路１５は、可変長符号化を行
う例えばハフマン符号器と所謂ランレングス符号（Run
Length code ）器等から構成され、この符号化回路１５
は、セレクタ１４ｅからの量子化データをハフマン符号
とランレングス符号によりそれぞれ符号化して符号化デ
ータＶＬＣ_ijを形成し、この符号化データＶＬＣ_ijを端
子５を介して上述の図２に示すパリティ付加回路１７に
供給するようになっている。

【００３８】この結果、符号化回路１５からは、画像ブ
ロックＧ_h のデータ量が所定値以下であって量子化歪み
が最小となるように量子化されて得られる符号化データ
ＶＬＣ_ijが出力される。そして、このとき、符号化領域
を、従来の装置のように有意変換係数Ｃ_ijが存在する最
大の行及び列で囲まれる四角形の領域と一義的に決定す
るのではなく、垂直方向の１次元ＤＣＴして得られる変
換係数Ｄ_ijに基づいて画像ブロックＧ_h を動画ブロック
と静止画ブロックに分類し、動画ブロックと静止画ブロ
ックにおいて、例えば上述の図５、６に示すように、符
号化領域を互いに異なる形状の領域とすることにより、
例えば従来の技術で述べたような図８に示す静止画ブロ
ックの変換係数Ｃ_ijの分布、すなわち低域集中度が高い
分布、図９に示す動画ブロックの変換係数Ｃ_ijの分布、
すなわち低域集中度が低い分布にそれぞれ適合した量子
化を行うことができ、高い符号化効率を得ることができ
る。また、画像ブロックＧ_h を動画ブロックと静止画ブ
ロックに分類するための動き検出をＤＣＴ１３ａからの
変換係数Ｄ_ijを用いて行っており、従来の装置のよう
に、動き検出のためのフレームメモリや差分を検出する
回路等を必要とせず、回路規模をより小さくすることが
できる。また、動き検出を垂直方向の１次元ＤＣＴして
得られる変換係数Ｄ_ijに基づいて、すなわち垂直方向の
周波数解析に基づいて行っているので、動き検出の精度
がよい。さらに、動き検出を水平方向の１次元ＤＣＴと
同時に進行して行うことができ、処理時間を短くするこ
とができる。

【００３９】そして、上述の図２に示すパリティ付加回
路１７と同期信号挿入回路１８は、符号化回路１５から
の符号化データＶＬＣ_ij、量子化回路１４からの各画像
ブロックＧ_h の分類情報、採用された量子化番号ｍ及び
領域情報（行番号ｕ₁ 、Ｕ₁ 、列番号ｖ₁ 、Ｖ₁ 等）を
時分割多重すると共に、パリティ、同期信号を付加して
伝送データを形成する。この結果、例えば、１処理単位
が先頭から順に同期信号、ＩＤ、各画像ブロックＧ_h の
分類情報、量子化番号ｍ及び領域情報、所定数の画像ブ
ロックＧ_h の符号化データＶＬＣ_ij、パリティからなる
伝送データが出力される。なお、上述のように領域情報
を各画像ブロックＧ_h 毎に記録しておくのは、後述する
ように再生の際に符号化領域を認識できるようにするた
めであるが、例えば画像ブロックＧ_h の大きさを８×８
とすると、行番号ｕ₁ 、Ｕ₁ 、列番号ｖ₁ 、Ｖ₁ 等の値
は最大で「７」であるから、領域情報のために新たに必
要とされるビット数は６（＝３×２）あるいは９（＝３
×３）ビットとなり、符号化効率に対しては殆ど影響を
与えることはない。

【００４０】以上のように、この画像符号化装置は、端
子４を介して供給される画像データをメモリ１２ａに一
旦記憶し、記憶した画像データを、空間配置におけるｎ
×ｎ個を１ブロックとする画像ブロックＧ_h に分割する
と共に、所定数の画像ブロックＧ_h からなる処理単位毎
に読み出し、各画像ブロックＧ_h の画像データをＤＣＴ
した後、得られる変換係数Ｃ_ijを、画像ブロックＧ_h の
データ量が所定値以下であって量子化歪みが最小となる
量子化幅の組合せで量子化し、この量子化データを可変
長符号化し、得られる符号化データＶＬＣ_ijを端子５を
介して出力する際に、ＤＣＴ１３ａからの垂直方向に１
次元ＤＣＴして得られる変換係数Ｄ_ijに基づいて、各画
像ブロックＧ_h を動画ブロックと静止画ブロックに分類
し、符号化領域を、静止画ブロックでは低周波成分の領
域とし、動画ブロックでは低周波成分及び高周波成分の
領域とし、符号化領域の変換係数Ｃ_ijのみを量子化する
ことにより、符号化効率を高くすることができる。ま
た、動き検出を垂直方向の１次元ＤＣＴして得られる変
換係数Ｄ_ijに基づいて、すなわち垂直方向の周波数解析
に基づいて行っているので、動き検出の精度がよい。さ
らに、動き検出を水平方向の１次元ＤＣＴと同時に進行
して行うことができ、処理時間を短くすることができ
る。

【００４１】つぎに、このＶＴＲの再生系について説明
する。この再生系は、上述の図３に示すように、磁気テ
ープ１から磁気ヘッド３１によって再生される再生信号
にＮＲＺＩ復調等の信号処理を施して伝送データを再生
するチャンネルデコーダ（以下単にＤＥＣという）３２
と、該ＤＥＣ３２からシリアルデータとして送られてく
る伝送データをパラレルデータに変換するシリアル／パ
ラレル（以下Ｓ／Ｐという）変換器３３と、該Ｓ／Ｐ変
換器３３からの伝送データの同期を引き込むと共に、符
号化データＶＬＣ_ijを再生する同期信号検出回路３４
と、該符号化データＶＬＣ_ijの再生の際に生じる時間軸
の変動を補正する時間軸補正回路（以下ＴＢＣ：Time B
ase Corrector という）３５と、該ＴＢＣ３５からの符
号化データＶＬＣ_ijのエラー訂正を行うと共に、エラー
訂正できなかった符号化データＶＬＣ_ijに対してエラー
フラグＥＦをセットするエラー訂正回路３６と、該エラ
ー訂正回路３６からの記録の際に可変長符号化された符
号化データＶＬＣ_ijを復号化して量子化データを再生す
る復号化回路３７と、該復号化回路３７からの量子化デ
ータに逆量子化の信号処理を施して変換係数Ｃ_ijを再生
する逆量子化回路３８と、該逆量子化回路３８からの変
換係数Ｃ_ijを直交変換して画像データを再生する逆離散
余弦変換回路（以下ＩＤＣＴ回路という）３９と、該Ｉ
ＤＣＴ回路３９から画像ブロックＧ_h 毎に供給される画
像データから１フレーム分の画像データを形成する逆ブ
ロック化回路４０と、上記エラー訂正回路３６からのエ
ラーフラグＥＦに基づいて上記逆ブロック化回路４０か
らの画像データにエラー補正を施すエラー補正回路４１
と、該エラー補正回路４１からの画像データをアナログ
信号に変換して出力するディジタル／アナログ変換器
（以下Ｄ／Ａ変換器という）４２とから構成される。

【００４２】つぎに、以上のように構成される再生系の
動作について説明する。ＤＥＣ３２は、磁気テープ１か
ら磁気ヘッド３１によって再生される再生信号を２値化
した後、ＮＲＺＩ復調すると共に、ディスクランブル処
理を施して伝送データを再生し、この伝送データをＳ／
Ｐ変換器３３を介して同期信号検出回路３４に供給す
る。

【００４３】同期信号検出回路３４は、Ｓ／Ｐ変換器３
３でパラレルデータに変換された伝送データから同期信
号を検出して同期を引き込むと共に、符号化データＶＬ
Ｃ_ijを再生し、この符号化データＶＬＣ_ijをＴＢＣ３５
に供給する。

【００４４】ＴＢＣ３５は、符号化データＶＬＣ_ijの時
間軸補正を行い、再生の際に生じる時間軸の変動を吸収
し、この時間軸補正された符号化データＶＬＣ_ijをエラ
ー訂正回路３６に供給する。

【００４５】エラー訂正回路３６は、符号化データＶＬ
Ｃ_ijのエラー訂正を記録の際に付加されたパリティを用
いて行うと共に、エラー訂正能力を超えたエラーを有す
る符号化データＶＬＣ_ijに対してエラーフラグＥＦをセ
ットし、エラー訂正された符号化データＶＬＣ_ijを復号
化回路３７に供給する。

【００４６】復号化回路３７は、記録の際にハフマン符
号及びランレングス符号により符号化されている符号化
データＶＬＣ_ijを復号化して量子化データを再生し、こ
の量子化データを逆量子化回路３８に供給する。

【００４７】逆量子化回路３８は、符号化データＶＬＣ
_ijと共に再生される各画像ブロックＧ_h の分類情報、量
子化番号ｍ及び領域情報（行番号ｕ、Ｕ、列番号ｖ、
Ｖ）に基づいて、記録の際に用いられた量子化幅の組合
せと符号化領域を認識する。そして、例えば、画像ブロ
ックＧ_h が静止画ブロックであって符号化領域が上述の
図５ｂに示す符号化領域６２であり、ｍ＝１のときは、
符号化領域６２であって領域７１に含まれる量子化デー
タを量子化幅ｑで逆量子化し、符号化領域６２であって
領域７２に含まれる量子化データを量子化幅２ｑで逆量
子化し、符号化領域６２以外の領域では値を「０」とし
て変換係数Ｃ_ijを再生し、この変換係数Ｃ_ijをＩＤＣＴ
回路３９に供給する。

【００４８】ＩＤＣＴ回路３９は、記録の際に用いられ
た変換行列に対応する転置行列を用いて変換係数Ｃ_ijを
直交変換して画像データを画像ブロックＧ_h 毎に再生
し、この画像データを逆ブロック化回路４０に供給す
る。

【００４９】逆ブロック化回路４０は、画像ブロックＧ
_h 毎に再生される画像データから１フレーム分の画像デ
ータを形成してエラー補正回路４１に供給する。

【００５０】エラー補正回路４１は、例えば、上述のエ
ラー訂正回路３６においてエラー訂正できなった画像デ
ータの近隣のエラーがない画像データを用いて補間処理
を行うことにより、エラー訂正できなった画像データの
エラー補正を行い、このエラーが補正された画像データ
をＤ／Ａ変換器４２に供給する。

【００５１】Ｄ／Ａ変換器４２は、エラー補正された画
像データをアナログ信号に変換し、端子３からアナログ
映像信号を例えば輝度信号Ｙ及び色差信号Ｕ、Ｖとして
出力する。

【００５２】以上のように、画像ブロックＧ_h のデータ
量を所定値以下とし、すなわち所定数の画像ブロックＧ
_h からなる処理単位を固定長とし、各画像ブロックＧ_h
の画像データをＤＣＴし、得られる変換係数Ｃ_ijを量子
化して記録を行う際に、垂直方向に１次元ＤＣＴして得
られる変換係数Ｄ_ijに基づいて、各画像ブロックＧ_h を
動画ブロックと静止画ブロックに分類し、符号化領域
を、静止画ブロックでは低周波成分の領域とし、動画ブ
ロックでは低周波成分及び高周波成分の領域とし、符号
化領域の変換係数Ｃ_ijのみを量子化すると共に、各画像
ブロックＧ_h の分類情報、量子化番号ｍ及び符号化領域
を示す領域情報を記録しておき、再生の際に、これらの
分類情報、量子化番号ｍ及び領域情報に基づいて逆量子
化を行って再生を行うことにより、記録の際に効率良く
符号化しているので、良好な画質を得ることができる。
また、処理単位が固定長であり、編集や変速再生等を簡
単に行うことができる。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明でも明らかなように、本発明
では、画像データを空間配置におけるｎ×ｎ個を１ブロ
ックとするブロックに分割し、各ブロックの画像データ
を余弦関数を用いて直交変換して変換係数を算出し、こ
の変換係数を量子化して量子化データを形成し、量子化
データを出力する際に、変換係数に基づいて、各ブロッ
クが動きがある動画ブロックか動きがない静止画ブロッ
クかを検出し、ブロックが静止画ブロックのときは変換
係数の低周波成分を量子化し、ブロックが動画ブロック
のときは変換係数の低周波成分及び高周波成分を量子化
することにより、動き検出のためのメモリや差分を検出
する回路等が不要になり、従来の装置に比して回路規模
を小さくすることができる。また、動き検出を２次元Ｄ
ＣＴの処理と平行して行うことにより、処理時間を短く
することができる。さらに、動き検出を精度良く行い
得、符号化効率が高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した画像符号化装置の回路構成を
示すブロック図である。

【図２】上記画像符号化装置を適用したディジタルビデ
オテープレコーダの記録系の回路構成を示すブロック図
である。

【図３】上記画像符号化装置を適用したディジタルビデ
オテープレコーダの再生系の回路構成を示すブロック図
である。

【図４】上記画像符号化装置を構成する動き検出回路の
具体的な構成を示す図である。

【図５】静止画ブロックの符号化領域を説明するための
変換係数の領域を示す図である。

【図６】動画ブロックの符号化領域を説明するための変
換係数の領域を示す図である。

【図７】上記符号化領域の量子化幅を説明するための変
換係数の領域を示す図である。

【図８】静止画ブロックの変換係数の分布を示す図であ
る。

【図９】動画ブロックの変換係数の分布を示す図であ
る。

【符号の説明】

１２・・・ブロック化回路 １３・・・ＤＣＴ回路 １４・・・量子化回路 １４ｂ・・・領域決定手段 １４ｃ・・・符号量算出回路 ５０・・・動き検出回路 Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ ・・・量子化器

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−214282（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−246089（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−202270（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−146485（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−222593（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−29582（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−222783（ＪＰ，Ａ) 金子正秀（他２名），”ハイブリッド 符号化における量子化対象係数範囲の決 定”，電子情報通信学会創立70周年記念 総合全国大会講演論文集，社団法人 電 子情報通信学会，1987年，Ｐ．５−33 渡邊敏明（他１名），”レート適応型 ＤＣＴ符号化方式の性能改善”，1990年 テレビジョン学会年次大会講演予稿集, 社団法人 テレビジョン学会，1990年７ 月，ｐ．301−302 渡邊敏明，”レート適応型ＤＣＴ符号 化方式における符号化効率の改善”, 1990年画像符号化シンポジウム（ＰＣＳ Ｊ90）第５回シンポジウム資料，社団法 人 電子情報通信学会 画像工学研究専 門委員会，1990年10月，ｐ．95−98 宮原 誠（他３名），”ゾーンを適応 化した直交変換符号化方式−輪郭部分の 再現性の改善−”，テレビジョン学会 誌，社団法人 テレビジョン学会，1985 年10月20日，Ｖｏｌ．39，Ｎｏ．10, Ｐ．898−904

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディジタルビデオテープレコーダの画像
   符号化装置において、 互いに時間差を有する２つのフィールドからなる１フレ
   ーム分の画像データを空間配置におけるｎ×ｎ個を１ブ
   ロックとするブロックに分割するブロック化手段と、 上記ブロック化手段からの各ブロックの画像データを余
   弦関数を用いて、垂直方向と水平方向に直交変換して変
   換係数を算出する離散余弦変換手段と、 上記離散余弦変換手段から供給される上記垂直方向と水
   平方向の直交変換で得られる変換係数を量子化して量子
   化データを形成し、該量子化データを出力する量子化手
   段と、 上記離散余弦変換手段から供給される上記垂直方向の直
   交変換で得られる変換係数に基づいて、ブロックが高周
   波成分の変換係数を多く含むときは該ブロックを動きが
   ある動画ブロックとし、ブロックが高周波成分の変換係
   数を多く含まないときは該ブロックを静止画ブロックと
   し、ブロックが静止画ブロックのときは上記垂直方向と
   水平方向の直交変換で得られる変換係数の低周波成分を
   量子化し、ブロックが動画ブロックのときは上記垂直方
   向と水平方向の直交変換で得られる変換係数の上記低周
   波成分と高周波成分を量子化するように上記量子化手段
   を制御する制御手段とを有する画像符号化装置。
2. 【請求項２】 上記制御手段は、 上記量子化手段から供給される垂直方向の変換係数のｎ
   列分を、高周波成分から順に累積する累積手段と、 上記累積手段からの累積値と所定の閾値ＴＨを比較し
   て、累積値が閾値ＴＨを超える行番号ｋを検出する比較
   手段と、 上記比較回路からの検出された行番号ｋに基づいて、ブ
   ロックを動画ブロックと静止画ブロックに分類する分類
   手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像符号
   化装置。
3. 【請求項３】 上記累積手段は、上記量子化手段から供
   給される垂直方向の変換係数の絶対値を累積することを
   特徴とする請求項２記載の画像符号化装置。