JP3530318B2 - 画像データ符号化装置 - Google Patents

画像データ符号化装置

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JP3530318B2
JP3530318B2 JP22676996A JP22676996A JP3530318B2 JP 3530318 B2 JP3530318 B2 JP 3530318B2 JP 22676996 A JP22676996 A JP 22676996A JP 22676996 A JP22676996 A JP 22676996A JP 3530318 B2 JP3530318 B2 JP 3530318B2
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和彦 近藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像データをブロ
ック単位で可変長符号化して圧縮画像データを生成する
画像データ符号化装置に関し、詳しくは、圧縮画像デー
タの1ブロック毎の総符号量の制御に関する。
【0002】
【従来の技術】画像データの伝送及び蓄積においては、
画像データを圧縮してデータ量を減らし、効率的に処理
することが重要である。このような画像データの圧縮に
ついては、従来より種々の方法が考えられているが、近
年、国際的な符号化方式の標準化がJPEG(Joint Pho
tographic Expert Group)によって進められている。こ
のJPEGによる符号化方式は、JPEGアルゴリズム
と称され、CD−ROMシステム等の画像データの処理
に広く用いられている。
【0003】JPEGアルゴリズムに従う符号化方式で
は、図8に示すように、1つの画面を8×8画素単位で
複数のブロックB11〜Bmnに分割し、各ブロック毎に符
号化処理が行われる。即ち、各ブロックB11〜Bmnを構
成する8行×8列分の画素P11〜P88を表す64個のデ
ータを1つの単位として符号化することにより、データ
量の圧縮が行われる。
【0004】JPEGアルゴリズムに従う符号化回路
(JPEGエンコーダ)は、図9に示すように、DCT
演算回路1、量子化回路2及び符号化回路3より構成さ
れ、しきい値テーブル4及びハフマン符号テーブル5が
接続される。DCT演算回路1は、画像データを1ブロ
ック単位(64画素分)で取り込み、その画像データに
対して2次元の離散的コサイン変換(DCT:Discrete Cosi
ne Transform)を行って64個のDCT係数を生成す
る。量子化回路2は、DCT演算回路1から供給される
DCT係数をしきい値テーブル4に格納されたしきい値
を参照して量子化する。この量子化の際のしきい値は、
画像データの圧縮率や再生画像の画質を決定するもので
あり、装置の使用目的に合わせて任意に設定される。符
号化回路3は、量子化されたDCT係数をハフマン符号
テーブル5に格納されたハフマン符号に基づいて可変長
符号化し、圧縮画像データを生成する。ハフマン符号
は、量子化されたDCT係数に対して予め予想される出
現頻度に応じて割り当てられる可変長の符号であり、出
現頻度の高いものに対して短く割り当てられる。
【0005】上述のJPEGエンコーダでは、DCT演
算回路1により画像データが周波数成分に分解され、図
10に示すように、低周波数成分から高周波成分が左上
から順に右下に向かって配列される。そして、各データ
を量子化回路2により量子化した後、左上端から始めて
対角線方向にジグザグにスキャンしながら右下端まで符
号化回路3により順次符号化処理が繰り返される。この
とき、1ブロック毎に圧縮画像データの総符号量の上限
が定められているため、その上限の基準量を超えないよ
うにして符号化処理が制御される。例えば、符号化回路
3から出力される圧縮画像データの符号量をカウント
し、総符号量が基準符号量を超える前に符号化回路3に
対して符号化処理の打ち切り指示を与えるように構成さ
れる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】通常の符号化処理で
は、数個(符号の内容によって変化する)の符号がまと
めて出力されるため、次に出力される符号が基準符号量
を超えるものか否かを判定し、超えなければ次の符号の
出力を許可し、超えるときには次の符号を出力せず、E
OB(End Of Block)符号を出力する。この場合、高周波
成分のデータの一部が切り捨てられることになる。例え
ば、図10に示すように、あるデータDaまで符号化し
た時点で、次の符号化がデータDbまでになるとすれ
ば、データDbまで符号化したときの総符号量が基準符
号量を超えるか否かについて判定される。そこで、総符
号量が基準符号量を超えなければデータDbまで符号化
されて出力され、超えればデータDa以降のデータが無
視されてEOB符号が出力される。これにより、1ブロ
ック毎の圧縮画像データの総符号量が常に基準符号量に
納められるようになる。
【0007】しかしながら、符号化処理の打ち切りを行
うと、データの高周波成分の一部が切り捨てることにな
るため、圧縮画像データを伸長処理した際に元の画像デ
ータを完全に再生することができず、再生画面の画質を
劣化させるという問題が生じる。このような画質の劣化
を最小限にする方法としては、1ブロックの圧縮画像デ
ータの総符号量が基準符号量を超えるとき、圧縮率を高
く設定し直して再度符号化処理を行うことが考えられ
る。この場合、符号化回路3から出力される圧縮画像デ
ータの符号量を1ブロック毎にカウントし、総符号量が
基準符号量を超えたとき、その超過分に合わせて量子化
回路2の閾値を設定し、量子化回路2及び符号化回路3
での符号化処理を繰り返すようにしている。この方法
は、1画面の画像データに対して符号化処理を2度繰り
返す必要があることから、符号化に要する時間は長くな
る。このため、1秒間に30フレームの画面が連続する
テレビジョン信号(NTSC方式)等の動画像信号を圧
縮処理する場合には、連続して入力される画像信号に符
号化処理が追従できなくなるおそれがある。
【0008】そこで本発明は、再生画面の画質の劣化を
最小限にしながら、画像データを高速で符号化処理でき
るようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、1画面の画像を構成する画像データを一定の行及び
列の画素からなるブロック毎に符号化して圧縮画像デー
タを生成する画像データ符号化装置において、1ブロッ
ク単位で取り込んだ上記画像データを所定の規則に従い
可変長符号化して圧縮画像データを生成する符号化回路
と、上記圧縮画像データの符号量をカウントして1ブロ
ック毎に累加算する符号量カウンタと、上記圧縮画像デ
ータの総符号量の基準符号量に対する過不足を判定し、
その判定結果に応じて借入符号量を増減させる符号量制
御部と、を備え、上記符号量制御部の借入符号量が所定
の量以下になったときに上記符号化回路の可変長符号化
処理を打ち切ることにある。
【0010】本発明によれば、1ブロックの画像データ
の符号化処理の結果、総符号量の基準符号量に満たない
分が借入符号として次のブロックの画像データの符号化
処理に割り当てられる。次のブロックの画像データの符
号化処理では、総符号量が基準符号量と借入符号量とを
加算した量に達するまで符号化処理が繰り返され、加算
量を超えた時点で符号化処理が打ち切られる。この結
果、1ブロック分の圧縮画像データの総符号量が多くな
ったときでも、符号化処理の打ち切りが少なくなり、再
生画面の画質の劣化を抑制できる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の画像データ符号
化装置の第1の実施の形態を示すブロック図である。D
CT演算回路1、量子化回路2及び符号化回路3は、図
9に示すJPEGエンコーダと同一であり、ブロック単
位で入力される画像データを離散的コサイン変換してD
CT係数を生成した後、しきい値テーブル4のしきい値
を参照して量子化し、さらに、ハフマン符号テーブル5
のハフマン符号に基づいて可変長符号化する。これによ
り、圧縮画像データを生成する。
【0012】符号出力バッファ6は、符号化回路3から
出力される圧縮画像データを順次バッファリングし、符
号量制御部10の指示に応答してその圧縮画像データま
たはEOB(End Of Block)符号を出力する。EOB符号
は、1ブロック分の画像データの処理が終了したことを
示す符号であり、圧縮画像データの総符号量が多く、1
ブロックの途中で符号化処理が打ち切られたとき、打ち
切り直後に出力される。符号量カウンタ7は、符号化回
路3から出力される圧縮画像データの符号量をカウント
し、1ブロック分累加算して総符号量を符号量制御部1
0に供給する。
【0013】符号量制御部10は、差分検出回路11、
借入符号量減算回路12及び比較判定回路13からな
り、符号化により生成された圧縮画像データの総符号量
と借入符号量とに基づいて、符号化回路3及び符号出力
バッファ6の動作を制御する。即ち、符号量カウンタ7
から供給される総符号量が、1ブロックの基準符号量を
超えたとき、その超過分が、1ブロックの処理が完了す
る毎に更新される借入符号量よりも少ないかまたは多い
かが判定される。そして、超過符号量が借入符号量より
も少ないときには、符号化回路3に符号化を継続させて
符号バッファ6に符号(圧縮画像データ)の出力を許可
し、多いときには、符号化を打ち切らせてEOB符号を
出力させる。このとき、借入符号量については、基準符
号量に対する総符号量の超過分に割り当てた量が減算さ
れ、1ブロックの処理が完了する毎に更新される。尚、
総符号量が基準符号量に達しなかったときには、総符号
量に対する基準符号量の余剰分が借入符号量に加算さ
れ、借入符号量の更新が行われる。
【0014】差分検出回路11は、予め設定された1ブ
ロック毎の基準符号量と符号量カウンタ7でカウントさ
れる総符号量との差を算出し、総符号量が基準符号量よ
りも小さいときには負の差分量を出力し、総符号量が目
標符号量よりも大きいときには正の差分量を出力する。
借入符号量減算回路12は、最初に初期借入量を保持
し、その後に差分検出回路11から出力される差分量を
比較判定回路13の指示に応答して減算する。この借入
符号量減算回路12では、差分検出回路11からの差分
量が正の場合には、借入符号量から差分量がそのまま減
算されて借入符号量が減少され、差分量が負の場合に
は、借入符号量に差分量が加算されて借入符号量が増加
される。比較判定回路13は、差分検出回路11から出
力される差分量と借入符号量減算回路12から出力され
る借入符号量とを比較し、差分量が借入符号量を超えた
ときに符号化回路3に対して符号化打ち切りの指示を与
え、符号バッファ6に対してEOB出力の指示を与え
る。また、比較判定回路13は、符号化回路3に符号化
打ち切りの指示を与えると同時に、借入符号量減算回路
12に対して減算実行の指示を与える。これにより、符
号量制御部10は、圧縮画像データの1ブロックあたり
の総符号量の平均値を所定の値に納めるように制御を行
う。
【0015】図2は、本発明の画像データ符号化装置の
動作を示すフローチャートである。ステップS1では、
符号化回路3により画像データを符号化して圧縮画像デ
ータを生成し、ステップS2では、符号量カウンタ7に
より圧縮画像データの符号量をカウントし、累加算す
る。ステップS3では、差分検出回路11により圧縮画
像データの総符号量と予め設定された基準符号量との
差、即ち差分量を算出する。ステップS4では、比較判
定回路13により差分量と借入符号量とを比較し、差分
量が借入符号量よりも小さい場合にはステップS5に進
み、逆に、大きい場合にはステップS6に進む。ステッ
プS5では、符号化回路3での符号化処理の様子から1
ブロック分の画像データの処理が完了したか否かを判定
し、処理が完了していなければステップS1に戻り、処
理が完了していればステップS6、S7をとばしてステ
ップS8に進む。ステップS6では、符号化回路3の符
号化処理を打ち切り、ステップS7では、符号出力中止
の後、符号出力バッファ6からEOB符号を出力する。
ステップS8では、借入量減算回路12により、借入符
号量から、それまでにカウントされた圧縮画像データの
総符号量と基準符号量との差分量を減算し、借入符号量
を更新する。そして、ステップS9では、総符号量、即
ち符号量カウンタ7のカウント値をリセットし、ステッ
プS10で1ブロック分の画像データの符号化処理を終
了する。
【0016】この処理フローによれば、ステップS1か
らステップS4の処理が繰り返される過程で、1ブロッ
クの画像データの符号化処理が完了するまでの間、差分
量が借入符号量を超えなければ、ステップS8、S9の
処理を経て動作が終了する。1ブロックの画像データの
符号化処理が完了するより先に差分量が借入符号量を超
えると、ステップS6、S7の処理を経た後、ステップ
S8、S9の処理を経て動作が終了することになる。こ
こで、ステップS8において、圧縮画像データの総符号
量が基準符号量よりも少なかったときには、借入符号量
から負の差分量が減算されるため借入符号量は増加す
る。逆に、総符号量が基準符号量より多く、符号量の借
入が行われたときには、借入符号量から正の差分値が減
算されるため借入符号量は減少する。
【0017】圧縮画像データで特定の1ブロックについ
て考えると、例えば、図3の(a)に示すように、特定
ブロックの圧縮画像データの総符号量が基準符号量より
も少なく、符号量の借入がなかったときには、基準符号
量の余剰量(基準符号量−総符号量)が借入符号量に加
算される。そして、図3の(b)に示すように、圧縮画
像データの総符号量が基準符号量より多く、符号量の借
入があったときには、基準符号量の対する超過量(総符
号量−基準符号量)が借入符号量から減算される。ま
た、図3の(c)に示すように、圧縮画像データの総符
号量が基準符号量と借入符号量とを加算した量より多い
ときには、借入符号量を超えない範囲で符号量の借入が
行われ、符号化処理が途中で打ち切られる。その打ち切
り時点で、総符号量の基準符号量に対する超過量が借入
符号量から減算される。
【0018】図4は、本発明の画像データ符号化装置の
第2の実施の形態を示すブロック図で、図5は、その符
号化処理の順序を説明する模式図である。この図におい
て、DCT演算回路1、量子化回路2、符号化回路3、
符号バッファ6、符号量カウンタ7は、図1と同一であ
り、符号量カウンタ7でカウントされる圧縮画像データ
の総符号量に基づいて符号化処理を打ち切るように構成
している。
【0019】符号量制御部10’は、差分検出回路1
1、借入符号減算回路12及び比較判定回路13に加え
てブロック数カウンタ14を有する。ブロック数カウン
タ14は、量子化回路2から出力される画像データを取
り込み、符号化回路3に入力される画像データのブロッ
ク数をカウントする。そして、そのカウント値が、一定
の値に達した時点で、借入符号量減算回路12をリセッ
トし、符号量制御部10’での符号量の借入処理を初期
化する。即ち、符号量制御部10’の制御動作を適当な
ブロック数毎に初期化することにより、符号量の借入処
理を所定のブロック行単位で完結させるようにしてい
る。この符号量制御部10’の初期化は、通常ブロック
行単位で行われる。従って、各ブロック行毎に符号量の
借入処理が完結するため、各ブロックの符号借入量が1
画面の特定の領域に偏ることが少なくなり、不自然な再
生画面にはなりにくい。
【0020】例えば、コンピュータ機器のVGA規格に
対応する場合、図5に示すように、1画面は640×4
80画素で構成され、JPEGアルゴリズムに従う符号
化処理では、この1画面が、80×60個のブロックに
分割される。そこで、ブロック数カウンタ20が80ブ
ロックをカウントする毎に符号量カウンタ7及び借入符
号量減算回路12をリセットするようにして、1ブロッ
ク行毎に符号量制御部10’の制御動作を初期化するよ
うに構成する。これにより、符号の借入は、同一のブロ
ック行内に限って行われるようになる。
【0021】尚、符号量制御部10’の初期化は、1ブ
ロック行毎に限らず、複数のブロック行毎に行うように
してもよい。例えば、1600ブロック(80×20ブ
ロック行)毎に符号量制御部10’を初期化することに
より、1画面を3つの領域でそれぞれ符号の借入処理を
完結させるように構成することも可能である。さらに
は、符号量制御部10’の初期化の間隔を均等に設定す
る必要はなく、画面の特定の領域、例えば、画面の中央
部で広くなるような領域に分割し、各分割領域毎に符号
の借入処理を完結させるようにしてもよい。このとき、
初期借入符号量について、1画面内での総借入符号量が
所定の量に納まればよいため、各分割領域で全て均一に
設定する必要はなく、重要度の高い領域で借入符号量を
多くすれば、再生画面の画質の劣化をさらに少なくする
ことが可能である。この場合には、複数の初期借入符号
量を記憶するレジスタを借入符号量減算回路12に接続
し、ブロック数カウンタ14から借入符号量減算回路1
2へのリセット指示に対応して特定の初期借入符号量を
選択的に供給できるように構成する。
【0022】図6は、本発明の画像データ処理装置の
の実施の形態を示すブロック図で、図7は、その符号
化処理の順序を説明する模式図である。この図において
も、図4と同様に、DCT演算回路1、量子化回路2、
符号化回路3、符号バッファ6、符号量カウンタ7は、
図1と同一であり、符号量カウンタ7でカウントされる
圧縮画像データの総符号量に基づいて符号化処理を打ち
切るように構成している。
【0023】符号量制御部10''は、差分検出回路1
1、借入符号減算回路12及び比較判定回路13に加え
てブロック数カウンタ15及び符号量レジスタ16を有
する。ブロック数カウンタ15は、量子化回路2から出
力される量子化データを取り込み、符号化回路3に入力
されるブロック数をカウントする。そして、そのカウン
ト値が一定の値に達した時点で、借入符号量減算回路1
2に対し、借入符号量を符号量レジスタ16に一時的に
記憶させた後、符号量レジスタ16に記憶された借入符
号量または初期借入符号量をロードさせる。符号量レジ
スタ16は、借入符号量減算回路12に接続され、ブロ
ック数カウンタ15の指示に応答して借入符号量減算回
路12の借入符号量を一時的に記憶する。借入符号量
は、所定の数だけ記憶され、その内の1つが読み出され
て借入符号量減算回路12に供給される。これにより、
1画面内を複数のエリアに分割し、各エリア毎に符号の
借入処理を完結させるようにすることが可能になる。
【0024】例えば、図7に示すように、1画面を4×
3個のエリア(A〜L)に分割して20×20ブロック
の各エリア毎に符号の借入処理を完結させる場合、水平
方向の4つのエリアに対応して4つの借入符号量を符号
量レジスタ16に記憶させる。各エリアの左上端のブロ
ック(Baa)の処理を開始するときには、借入符号量減
算回路12に初期借入符号量をロードさせる。また、各
エリアの左端のブロック(Bba〜Bta)の処理を開始す
る時点で、そのブロックに対応した借入符号量を借入符
号量減算回路12にロードさせる。右端のブロック(B
at〜Bst)の処理を終了した時点で、借入符号量減算回
路12の借入符号量を左端のブロック(Bba〜Bta)の
処理開始時にロードした借入符号量に代えて符号量レジ
スタ16に記憶させる。そして、各エリアの右下端のブ
ロック(Btt)の処理が完了した時点で、符号量レジス
タ16の借入符号量をクリアし、次段のエリアの各ブロ
ックの処理に移る時点では、借入符号量減算回路12を
初期の借入符号量から動作を開始させる。これにより、
各エリア内で符号量の借入処理が完結するようになり、
1画面の特定の領域で符号の借入量が偏ることがなくな
る。
【0025】尚、各エリアの分割は、均等分割に限ら
ず、ブロック数カウンタ15による借入符号量のリセッ
ト/ロードのタイミングを各エリア毎に個別に設定して
各エリアを任意の大きさに分割するようにしてもよい。
また、各エリア毎に符号の借入量の初期値を個別に設定
すれば、重要度が高くなり易い画面の中央部で符号の借
入量を多く設定して再生画面の画質の劣化をさらに少な
くすることができる。この場合には、複数の初期借入符
号量を記憶するレジスタを借入符号量減算回路12に接
続し、ブロック数カウンタ15から借入符号量減算回路
12へのリセット指示に応答して特定の初期借入符号量
選択的に供給できるように構成する。
【0026】以上の実施の形態においては、符号化処理
の基準符号量を各ブロックで一定に設定した場合を例示
したが、各ブロック毎に固有の基準符号量を設定するよ
うにしてもよい。この基準符号量の設定は、上述の初期
借入符号量の設定と同様に、複数の基準符号量を記憶し
たレジスタを差分検出回路11に接続し、各ブロックに
対応する基準符号量を選択的に読み出すようにして行う
ことができる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、1ブロックの符号量が
少ない場合に符号量を蓄え、蓄えた符号量内で符号量の
借入を行うようにしたことで、各ブロックでの符号化の
打ち切りが生じにくくなるとともに、仮に生じたとして
も、切り捨てられる符号量が少なくなる。従って、符号
量の制限により符号化の打ち切りが行われた場合でも、
画質の劣化を最小限にすることができる。
【0028】また、符号量の借入処理を画面内の特定エ
リア毎に完結させるようにしたことで、符号の借入量が
特定の領域に偏るのを防止することができる。そして、
各分割エリア毎に借入符号量または基準符号量を個別に
設定すれば、画面の中央部等の特定のエリアで特に画質
の劣化を少なくさせることが可能である。このように、
画面内で符号の借入処理を完結させるエリアの分割単位
の設定に加えて、各分割エリア毎の初期借入符号量や各
ブロック毎の基準符号量の設定により、多彩な符号化処
理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像データ符号化装置の第1の実施の
形態を示すブロック図である。
【図2】本発明の画像データ符号化装置の動作を説明す
るフローチャートである。
【図3】符号の借入動作を説明する図である。
【図4】本発明の画像データ符号化装置の第2の実施の
形態を示すブロック図である。
【図5】第2の実施形態での1画面の画像データの符号
化処理の順序を示す図である。
【図6】本発明の画像データ符号化装置の第3の実施の
形態を示すブロック図である。
【図7】第3の実施形態での1画面の画像データの符号
化処理の順序を示す図である。
【図8】JPEGアルゴリズムに従って処理される画面
の1ブロックの構成を説明する図である。
【図9】JPEGエンコーダの構成を示すブロック図で
ある。
【図10】JPEGエンコーダでの符号化処理の際の量
子化データの走査順序を示す図である。
【符号の説明】
1 DCT演算回路 2 量子化回路 3 符号化回路 4 しきい値テーブル 5 ハフマン符号テーブル 6 符号出力バッファ 7 符号量カウンタ 10、10’、10'' 符号量制御部 11 差分検出回路 12 借入符号量減算回路 13 比較判定回路 14、15 ブロック数カウンタ 16 カウント値レジスタ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−222152(JP,A) 特開 平5−75867(JP,A) 特開 平4−167868(JP,A) 特開 平4−326254(JP,A) 特開 平4−358476(JP,A) 特開 平4−2291(JP,A) 特開 平4−326858(JP,A) 特開 平4−326859(JP,A) 特開 平4−329763(JP,A) 特開 平5−3550(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1画面の画像を構成する画像データを一
    定の行及び列の画素からなるブロック毎に符号化して圧
    縮画像データを生成する画像データ符号化装置におい
    て、1ブロック単位で取り込んだ上記画像データを所定
    の規則に従い可変長符号化して圧縮画像データを生成す
    る符号化回路と、上記圧縮画像データの符号量をカウン
    トして1ブロック毎に累加算する符号量カウンタと、上
    記圧縮画像データの総符号量の基準符号量に対する過不
    足を判定し、その判定結果に応じて借入符号量を増減さ
    せる符号量制御部と、を備え、上記符号量制御部は、目標とする基準符号量に対する上
    記圧縮画像データの総符号量の過不足を検出する差分検
    出回路と、借入符号量を保持すると共に、この借入符号
    量から上記差分検出回路で検出された差分量を減算して
    更新する借入符号量減算回路と、上記借入符号量に対す
    る上記差分量の大小を判定し、上記差分量が上記借入符
    号量を超えるときに上記符号化回路に対して可変長符号
    化処理の打ち切り指示を与える比較回路と、上記符号化
    回路に入力される上記画像データのブロック数をカウン
    トするブロック数カウンタを有し、上記ブロック数カウ
    ンタのカウント値に基づいて上記借入符号量減算回路に
    保持される借入符号量を初期化すること を特徴とする画
    像データ符号化装置。
  2. 【請求項2】 上記符号量制御部は、上記借入符号量減
    算回路の初期値を複数種類保持し、1画面内の各領域に
    対応して初期値を切り換えることを特徴とする請求項1
    に記載の画像データ符号化装置。
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