JP3517795B2

JP3517795B2 - 画像符号化装置

Info

Publication number: JP3517795B2
Application number: JP17073994A
Authority: JP
Inventors: 崇浜野; 徹鶴田; 喜一松田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 2004-04-12
Anticipated expiration: 2019-04-12
Also published as: JPH0837661A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力画像信号を高能率
符号化する画像符号化装置に関する。入力画像信号の１
画面分を複数に分割したブロック毎に、直交変換と可変
長符号化とを組合せて符号化する高能率符号化手段が知
られている。このような符号化に於ける処理量の削減及
び回路規模の縮小化が要望されている。

【０００２】

【従来の技術】動画像等の入力画像信号を高能率符号化
する画像符号化制御方式は、既に各種の方式が知られて
おり、例えば、直交変換と可変長符号化とを組合せた構
成が知られている。図６はこのような従来例の構成を示
し、５１は直交変換部、５２は減算部、５３はモード判
定部、５４は量子化部、５５は符号制御部、５６は可変
長符号化部、５７はバッファメモリ、５８は逆量子化
部、５９は加算部、６０はフレームメモリ、６１は切替
回路、６２は量子化制御部である。

【０００３】直交変換部５１は、例えば、フーリェ変
換，アダマール変換，離散コサイン変換（ＤＣＴ）等の
直交変換を行う構成を有し、入力画像信号の１画面を複
数に分割したブロック対応に直交変換するものである。
又減算部５２により前フレームの直交変換信号と現フレ
ームの直交変換信号との差分を求め、モード判定部５３
に於いてそのフレーム間差分直交変換信号と現フレーム
の直交変換信号との何れを用いた場合に発生情報量が少
なくなるか、即ち、フレーム間符号化を行うか否かのモ
ード判定を行う。

【０００４】フレーム間符号化モードで処理する場合
は、切替回路６１を図示のように切替えて、フレームメ
モリ６０に蓄積された前フレームの直交変換信号と現フ
レームの直交変換信号との差分を減算部５２により求
め、量子化部５４に於いて量子化し、符号制御部５５に
於いて可変長符号語数を一定値に制限し、可変長符号化
部５６に於いて量子化出力信号を可変長符号化し、バッ
ファメモリ５７を介して一定速度で可変長符号化信号を
送出する。

【０００５】又動きの激しい画面等についての入力画像
信号の場合、フレーム間符号化モードで処理すると、発
生情報量が多くなる場合がある。従って、その場合は、
フレーム間符号を行わないようにする。即ち、モード判
定部５３により切替回路６１を制御して図示と反対側に
切替えて、フレームメモリ６０からの前フレームの直交
変換信号を加算部５９に加えないようにし、又直交変換
部５１からの現フレームの直交変換信号をモード判定部
５３を介して量子化部５４に加え、直接的或いはフレー
ム内符号化に切替えて量子化し、符号制御部５５により
可変長符号語数を一定値に制限し、可変長符号化部５６
に於いて可変長符号化し、バッファメモリ５７を介して
一定速度で可変長符号化信号を送出する。この場合のモ
ード判定部５３は、フレーム間符号化モードと直接符号
化モードとの判定、又はフレーム間符号化モードとフレ
ーム内符号化モードとの判定を行うことになる。

【０００６】又量子化部５４からの量子化信号を、逆量
子化部５８により逆量子化し、加算部５９に於いて前フ
レームの直交変換信号と加算し、フレームメモリ６０に
蓄積する。又バッファメモリ５７の蓄積情報量を量子化
制御部６２に於いて監視し、バッファメモリ５７がオー
バーフローする前に、量子化部５４の量子化ステップを
大きくして発生情報量を削減し、その量子化ステップに
よって逆量子化部５８に於いて逆量子化するように制御
し、又バッファメモリ５７がアンダーフローする前に、
量子化部５４の量子化ステップを小さくして発生情報を
多くし、その量子化ステップによって逆量子化部５８に
於いて逆量子化するように制御する。それによって、バ
ッファメモリ５７のオーバーフロー及びアンダーフロー
の発生を防止する。

【０００７】例えば、入力画像信号のブロックを８×８
画素構成とし、量子化部５４から出力された１ブロック
の６４個の量子化信号が図７の（ａ）に示す場合、左上
から矢印で示すジグザグスキャンによって、ゼロランと
有効係数とが求められる。即ち、左上の直流成分を示す
有効係数が「５」で、ゼロランが「０」であるから、
（０，５）で表され、次の周波数成分の有効係数「７」
はゼロランが「１０」であるから、（１０，７）で表さ
れる。同様にして、（３，２），（０，５），（３，
２），（７，１５），（１０，７）で、ゼロランと有効
係数とが表される。又最後の有効係数「７」以降の高周
波成分は総て０であるから処理しないことになる。

【０００８】そして、可変長符号化部５６に於いて、生
起確率の高い信号に対して短い符号を割当てる可変長符
号化処理を行うもので、例えば、（０，５）には“１１
１”、（１０，７）には“００００１１０１”、（３，
２）には“０１００”、（７，１５）には“００１１１
１”の可変長符号がそれぞれ割当てられ、符号制御部５
５に於いて可変長符号語数を制限しない場合、このブロ
ックの可変長符号語数は「７」となり、その出力符号
は、“１１１００００１１０１０１００１１１０１００
００１１１１００００１１０１”となる。なお、可変長
符号語数を制限しない場合には、各ブロック毎の可変長
符号の語数の最大は６４個となる。

【０００９】符号制御部５５は、前述の可変長符号語数
を一定値以内に制限するものであり、直流成分と低周波
成分とを用い、高周波成分を除いても再生画質の劣化が
少ないことから、例えば、有効係数を６個に制限する
と、出力符号は、図７の（ｂ）に示すように、“１１１
００００１１０１０１００１１１０１００００１１１
１”となる。このように、可変長符号化部５６は、各ブ
ロック毎に一定値以内の語数について処理すれば良いこ
とになり、処理量の削減により回路規模の縮小及び処理
時間の短縮を図ることができる。

【００１０】又入力画像信号のフレーム間差分について
直交変換部５１により直交変換する構成とした場合に
も、符号制御部５５により可変長符号語数を制限するこ
とができる。このような可変長符号語数を制限する技術
は、例えば、本出願人によって出願された特開平３−７
９１８２号公報に示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来例
に於いて、入力画像信号をブロック対応に直交変換し、
且つ可変長符号化すると共に、その可変長符号語数を一
定値以内に制限することにより、再生画質への影響を少
なくして処理量の削減や回路規模の縮小を図ることがで
きるものであるが、その場合の可変長符号語数を制限す
る為の閾値は、符号化モードとは無関係に一定値として
設定されるものであった。従って、フレーム間符号化モ
ードに対して最適な閾値に設定したとしても、フレーム
内符号化に対して最適な閾値となるとは限らず、再生画
質が劣化する問題があった。本発明は、入力画像信号の
ブロックの性質に対応して可変長符号語数の閾値を選択
して、再生画質への影響を最小限として、回路規模の縮
小化及び処理量の削減を図ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の画像符号化装置
は、図１を参照して説明すると、入力画像信号の１画面
分を複数に分割したブロック毎に直交変換符号化部１に
於いて直交変換符号化し、符号制御部２に於いてブロッ
ク内の可変長符号語数を制限し、可変長符号化部３に於
いて可変長符号化し、バッファメモリ４を介して可変長
符号化信号を送出する画像符号化装置に於いて、フレー
ム間符号化を行うか否かの符号化モードにより前記ブロ
ックの性質を判定し、該判定結果に応じて前記可変長符
号語数を制限する閾値を選択する閾値制御部５を備えて
いる。

【００１３】又閾値制御部５は、ブロックの性質をフレ
ーム間符号化を行うか否かの符号化モードにより判定
し、その判定結果に応じて可変長符号語数を制限する閾
値を選択することができる。

【００１４】又閾値制御部５は、ブロックの性質をリフ
レッシュされたブロックか否かのリフレッシュモードに
より判定し、この判定結果に応じて可変長符号語数を制
限する閾値を選択することができる。

【００１５】又閾値制御部５は、ブロックの性質を入力
画像信号が輝度信号か否かの信号種別により判定し、こ
の判定結果に応じて可変長符号語数を制限する閾値を選
択することができる。

【００１６】

【作用】

（１）入力画像信号の１画面を複数に分割した例えば８
×８画素のブロック対応に直交変換符号化部１に於いて
直交変換し、フレーム間符号化，フレーム内符号化によ
り符号化して量子化し、或いはフレーム間符号化，フレ
ーム内符号化し、直交変換して量子化し、符号制御部２
に於いて可変長符号語数を制限し、可変長符号化部３に
於いて可変長符号化し、バッファメモリ４を介して一定
速度で可変長符号化信号を送出する。又閾値制御部５
は、入力画像信号のブロックの性質を判定し、そのブロ
ックの性質上、可変長符号語数が少なくても再生画質の
劣化が少ない場合は小さい閾値を選択し、可変長符号語
数が少ないと再生画質の劣化が多い場合は大きい閾値を
選択する。

【００１７】（２）又ブロックの性質をフレーム間符号
化を行うか否かの符号化モードを用いて判定する場合、
フレーム間符号化モードは、比較的動きの小さい画面に
ついて効率の良い圧縮符号化が可能であり、可変長符号
語数を少なくしても再生画質の劣化が少ないから、可変
長符号語数を制限する小さい閾値を選択し、他の符号化
モードに於いては、大きい閾値を選択する。

【００１８】（３）又ブロックの性質をリフレッシュさ
れたブロックか否かのリフレッシュモードを用いて判定
する場合、リフレッシュモードは、受信再生側に於いて
前フレームの情報を用いることなく再生できるように符
号化するモードであり、フレーム間符号化を行わない符
号化モードに相当する。従って、できるだけ原画像に近
い再生画像が得られるように、可変長符号語数を制限す
る大きい閾値を選択し、他の符号化モードに於いては小
さい閾値を選択する。

【００１９】（４）又ブロックの性質を輝度信号か否か
の信号種別を用いて判定する場合、再生画質は、色差信
号よりも輝度信号による影響が大きいものであるから、
輝度信号と判定したブロックに対する可変長符号語数を
制限する大きい閾値を選択し、色差信号と判定したブロ
ックに対しては小さい閾値を選択する。

【００２０】

【実施例】図２は本発明の第１の実施例の説明図であ
り、１１は直交変換部、１２は減算部、１３はモード判
定部、１４は量子化部、１５は符号制御部、１６は可変
長符号化部、１７はバッファメモリ、１８は逆量子化
部、１９は加算部、２０はフレームメモリ、２１は切替
回路、２２は量子化制御部、２３は閾値選択部、Ｓ１，
Ｓ２は閾値である。

【００２１】直交変換部１１と減算部１２とモード判定
部１３と量子化部１４と逆量子化部１８と加算部１９と
フレームメモリ２０と切替回路２１と量子化制御部２２
とを含む構成が、図１の直交変換符号化部１に相当し、
符号制御部１５が図１の符号制御部２に相当し、可変長
符号化部１６が図１の可変長符号化部３に相当し、バッ
ファメモリ１７が図１のバッファメモリ４に相当し、閾
値選択部２３とモード判定部１３の機能とを含む構成が
図１の閾値制御部５に相当する。又バッファメモリ１７
とフレームメモリ２０とを除く各部は、ディジタル・シ
グナル・プロセッサ（ＤＳＰ）等の処理機能によって実
現することも可能である。

【００２２】入力画像信号の１画面分を複数に分割した
ブロック対応に、従来例と同様に、離散コサイン変換
（ＤＣＴ）等により直交変換部１１に於いて直交変換
し、モード判定部１３に於いて、直交変換部１１から直
接的に加えられる現フレームの直交変換信号と、減算部
１２によるフレーム間差分直交変換信号とを用いて符号
化モードを判定し、発生情報量が少なくなる符号化モー
ドを選択する。

【００２３】この実施例は、ブロックの性質として符号
化モードを用いた場合を示し、モード判定部１３に於い
てブロック毎に符号化モードを判定し、その判定結果に
よって切替回路２１に切替制御信号を加え、且つ閾値選
択部２３に選択制御信号を加えるものである。例えば、
フレーム間符号化モードと判定した場合、切替回路２１
は図示の切替状態に制御され、閾値選択部２３は閾値Ｓ
１を選択するように制御され、且つ減算部１２からのフ
レーム間差分直交変換信号が量子化部１４に加えられ
る。それによって、前述の図６を参照して説明した場合
と同様に、直交変換とフレーム間符号化と可変長符号化
とが組合され、且つ可変長符号語数が閾値Ｓ１によって
制限されて、入力画像信号の高能率符号化が行われる。

【００２４】又フレーム間符号化以外の符号化モードと
判定したブロックについては、切替回路２１は図示と反
対側に切替接続されるように制御され、又閾値選択部２
３は閾値Ｓ２を選択するように制御される。又モード判
定部１３は直交変換部１１からの直交変換信号を量子化
部１４に加える。従って、直交変換と直接符号化又はフ
レーム内符号化と可変長符号化とが組合され、且つ可変
長符号語数は閾値Ｓ２によって制限されて、入力画像信
号の高能率符号化が行われる。

【００２５】フレーム間符号化モードの場合は、直流成
分もフレーム間差分により０となる場合があるから、閾
値Ｓ１は例えば「１」とし、フレーム間符号化以外の符
号化モードの場合は、直流成分の有効係数が含まれるか
ら、閾値Ｓ２は例えば「５」とすることができる。符号
制御部１５は、閾値選択部２３からの閾値Ｓ１又はＳ２
に対応して量子化部１４の量子化出力信号を選択して可
変長符号化部１６に加え、符号化モードに対応して最適
な可変長符号語数に制限した可変長符号化信号をバッフ
ァメモリ１７を介して送出することができる。従って、
符号化モードに対応して最適化された閾値によって可変
長符号語数を制限できるから、符号化処理量を削減する
ことが可能となる。

【００２６】図３は本発明の第２の実施例の説明図であ
り、図２と同一符号は同一部分を示し、２４は閾値選択
部、２５はリフレッシュ発生部、Ｓ３はリフレッシュモ
ードに於ける閾値を示す。この実施例は、図２に示す実
施例に対して、ブロックの性質の一つとしてリフレッシ
ュモードを付加した場合に相当し、それ以外の符号化制
御については、図２と同様な制御を行うものである。

【００２７】入力画像信号を高能率符号化する方式に於
いて、１画面内の所定周期毎の走査線或いは所定周期毎
のブロックについて、フレーム間符号化を中止し、前フ
レームに於ける伝送誤り等がその後の再生フレームに影
響を及ぼさないようにリフレッシュモードが挿入され
る。リフレッシュ発生部２５は、そのリフレッシュモー
ドのタイミング信号を発生するものであり、そのタイミ
ング信号をモード判定部１３と閾値選択部２４とに加え
る。

【００２８】閾値選択部２４は、モード判定部１３によ
るフレーム間符号化モードの判定により閾値Ｓ１を選択
し、フレーム間符号化以外の符号化モードの判定により
閾値Ｓ２を選択し、又リフレッシュ発生部２５からのタ
イミング信号によって閾値Ｓ３を選択する。又モード判
定部１３はリフレッシュ発生部２５からのタイミング信
号によってモード判定を中止し、直交変換部１１からの
現フレームの直交変換信号を選択して量子化部１４に加
える。その時の符号制御部１５は、閾値選択部２４が選
択した閾値Ｓ３によって可変長符号語数を制限する。

【００２９】閾値選択部２４に於いて選択する閾値Ｓ
１，Ｓ２は、前述の実施例と同様に、「１」，「５」と
し、リフレッシュモードの時の閾値Ｓ３を例えば「２
０」とすることができる。これは、リフレッシュモード
に於けるブロックの直交変換信号の高周波成分を含むよ
うに可変長符号語数を多くし、受信再生側に於けるリフ
レッシュモード時の画質低下を防止することができる。

【００３０】図４は本発明の第３の実施例の説明図であ
り、図２及び図３と同一符号は同一部分を示し、２６は
閾値選択部、２７は輝度／色差識別部、Ｓ４，Ｓ５は閾
値を示す。この実施例は、ブロックの性質として、輝度
信号Ｙと色差信号Ｉ，Ｑとを用いた場合を示す。例え
ば、輝度信号Ｙは４．２ＭＨｚ、色差信号のＩは１．５
ＭＨｚ、Ｑは０．５ＭＨｚの帯域を有するものである。

【００３１】モード判定部１３によりフレーム間符号化
モードとそれ以外の符号化モードとを判定して、従来例
と同様に、フレーム間差分直交変換信号と現フレームの
直交変換信号との選択及び切替回路２１の制御を行うも
のであり、又入力画像信号のブロック対応に、輝度／色
差識別部２７によって輝度信号か色差信号かを識別す
る。

【００３２】又閾値Ｓ４，Ｓ５をＳ４＞Ｓ５とすると、
閾値選択部２６は、輝度／色差識別部２７から輝度信号
の識別信号が加えられた時、閾値Ｓ４を選択して符号制
御部１５に加え、色差信号の識別信号が加えられた時、
閾値Ｓ５を選択して符号制御部１５に加えることにな
る。即ち、再生画質に対しては輝度信号の影響が大きい
ので、輝度信号についての情報量を多くし、色差信号に
よる影響は比較的少ないので、色差信号についての情報
量を削減することになる。

【００３３】図５は本発明の第４の実施例の説明図であ
り、３１は直交変換部、３２は減算部、３３はモード判
定部、３４は量子化部、３５は符号制御部、３６は可変
長符号化部、３７はバッファメモリ、３８は逆量子化
部、３９は加算部、４０はフレームメモリ、４１は切替
回路、４２は量子化制御部、４３は閾値選択部、４４は
逆直交変換部、Ｓ１，Ｓ２は閾値である。

【００３４】この実施例は、図２に示す実施例と同様
に、ブロックの性質として符号化モードを用いた場合を
示し、入力画像信号の各ブロック毎にモード判定部３３
により最適な符号化モードを判定し、例えば、フレーム
間符号化モードの場合は、閾値Ｓ１を符号制御部３５に
加えるように閾値選択部４３を制御し、フレームメモリ
４０から前フレームの画像信号を加算部３９に加えるよ
うに切替回路４１を制御する。又モード判定部３３は、
減算部３２によるフレーム間差分信号を選択して直交変
換部３１に加える。

【００３５】直交変換部３１はフレーム間差分信号を直
交変換し、量子化部３４により量子化し、符号制御部３
５により可変長符号語数を閾値Ｓ１により制限し、可変
長符号化部３６により可変長符号化し、バッファメモリ
３７を介して一定速度で送出する。又逆量子化部３８で
量子化部３４の逆処理を行い、逆直交変換部４４により
直交変換部３１の逆処理を行ってフレーム間差分信号を
再生し、加算部３９により前フレームの画像信号に加算
して現フレームの画像信号を再生し、フレームメモリ４
０に蓄積する。

【００３６】又フレーム間符号化以外の符号化モードの
場合は、閾値Ｓ２を選択して符号制御部３５に加えるよ
うに閾値選択部４３を制御し、加算部３９にはフレーム
メモリ４０から前フレームの画像信号が加えられないよ
うに切替回路４１を制御する。又モード判定部３３は、
入力画像信号を選択して直交変換部３１に加える。従っ
て、直接符号化又はフレーム内符号化による直交変換信
号を量子化部３４により量子化し、符号制御部３５によ
り閾値Ｓ２に従った語数に制限して、可変長符号化部３
６により可変長符号化し、バッファメモリ３７を介して
一定速度で送出する。

【００３７】又符号制御部３５により閾値Ｓ２に従った
語数に制限された量子化信号を、逆量子化部３８により
逆量子化し、逆直交変換部４４により逆直交変換し、加
算部３９を介してフレームメモリ４０に蓄積する。この
場合の閾値Ｓ１，Ｓ２は、図２及び図３に示す実施例に
於ける閾値Ｓ１，Ｓ２と同様にＳ１＜Ｓ２の関係に設定
することができる。

【００３８】本発明は、前述の各実施例にのみ限定され
るものではなく、種々付加変更することができるもので
あり、少なくとも、フーリェ変換，アダマール変換，離
散コサイン変換等の直交変換を用いた符号化制御方式に
適用できるものである。又図５に示す実施例に於いて
も、図３に示す実施例のように、リフレッシュモードの
ブロックをブロックの性質として判定する構成を付加す
ることができ、又図４に示す実施例のように、輝度信号
と色差信号とをブロックの性質として判定する構成を付
加することができる。又入力画像信号のブロックの性質
として、前述の各実施例に於ける判定を組合せた構成と
することもできる。又入力画像信号の交流成分の分散と
フレーム間差分信号の分散との比較等により、ブロック
の性質の判定を行うこともできる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、入力画
像信号の１画面分を複数に分割したブロックの性質を判
定して、可変長符号語数を制限する閾値を選択するもの
で、従来例のように、可変長符号語数を固定的に制限す
る場合に比較して、ブロックの性質に対応した最適な制
限を設定できるから、再生画質を劣化させることなく、
可変長符号化の処理量や回路規模を削減することができ
る。

【００４０】又ブロックの性質として符号化モードを用
いた場合、フレーム間符号化とフレーム内符号化との符
号化モードの判定手段は既に知られているから、それを
利用して可変長符号語数の閾値の選択制御が可能となる
利点がある。

【００４１】又高能率符号化に於いては、誤りの波及を
防止する為に、リフレッシュモードが挿入されるから、
そのリフレッシュモードのブロックも性質の一つとして
判定し、リフレッシュモードのブロックに対する最適な
可変長符号語数を選択することができる。

【００４２】又入力画像信号の輝度信号と色差信号とを
ブロックの性質として用い、色差信号に比較して輝度信
号による再生画質の影響が大きいことから、輝度信号の
ブロックに対する可変長符号語数を、色差信号のブロッ
クに対する可変長符号語数より多くして、符号化を行う
ことにより、再生画質を劣化させることなく、処理量の
削減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の第１の実施例の説明図である。

【図３】本発明の第２の実施例の説明図である。

【図４】本発明の第３の実施例の説明図である。

【図５】本発明の第４の実施例の説明図である。

【図６】従来例の説明図である。

【図７】可変長符号語数制限の説明図である。

【符号の説明】

１直交変換符号化部２符号制御部３可変長符号化部４バッファメモリ５閾値制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松田喜一神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (56)参考文献特開平３−79182（ＪＰ，Ａ) 特開平３−66281（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力画像信号の１画面分を複数に分割し
たブロック毎に直交変換符号化部に於いて直交変換符号
化し、符号制御部に於いて該ブロック内の可変長符号語
数を制限して、可変長符号化部に於いて可変長符号化す
る画像符号化装置に於いて、フレーム間符号化を行うか否かの符号化モードにより前
記ブロックの性質を判定し、該判定結果に応じて前記可
変長符号語数を制限する可変長符号語数の閾値を選択す
る閾値制御部を備えたことを特徴とする画像符号化装
置。
【請求項２】入力画像信号の１画面分を複数に分割し
たブロック毎に直交変換符号化部に於いて直交変換符号
化し、符号制御部に於いて該ブロック内の可変長符号語
数を制限して、可変長符号化部に於いて可変長符号化す
る画像符号化装置に於いて、前記ブロックの性質を前記入力画像信号が輝度信号か否
かの信号種別により判定し、該判定結果に応じて前記可
変長符号語数を制限する可変長符号語数の閾値を選択す
る閾値制御部を備えたことを特徴とする画像符号化装
置。