JP3691180B2 - 符号化装置、符号化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は符号化装置、符号化方法及び符号化プログラム記憶媒体に係り、特に画像データを圧縮する符号化装置、符号化方法及び符号化プログラム記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より動画像に対応する画像信号を記録するための記憶媒体として、磁気テープや光ディスクなどを用いる場合には、磁気テープ記録（あるいは記録再生）装置あるいは光ディスク記録（あるいは記録再生）装置が駆動機構を備えているため、そのアクセス時間の制限や転送レートの制限などの観点から固定レートの符号化が行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の固定レートによる符号化では、複雑な画面に対してはＳ／Ｎが低くなり、画質の劣化が大きくなり、単純な画面に対してはＳ／Ｎが高く画質の劣化が小さく、表示対象画面（フレーム）毎の画質が変動し画像により画質に差が生じてしまうという問題点があった。
【０００４】
また、単純な画面に対しても固定の符号量で処理を行うため、半導体メモリなどの駆動機構を有しない高速な記憶媒体を用いようとする場合には、記憶容量の有効利用が図れないという問題点があった。
そこで本発明の目的は、表示対象画面（フレーム）毎の画質の変動を抑制するとともに、記憶容量の有効利用を図ることが可能な符号化装置、符号化方法及び符号化プログラム記憶媒体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、入力データを複数の帯域に分割して帯域分割データとして出力する帯域分割手段と、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みをＤ*Tとし、前記重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、前記平均ビットレートＲTが最小となるように前記帯域分割データ毎に量子化ビット数を定め、量子化ビット数制御データを出力する量子化ビット数制御手段と、前記量子化ビット数制御データに対応する量子化ビット数で前記帯域分割データを量子化して量子化データとして出力する量子化手段と、前記量子化データを符号化して符号化データとして出力する符号化手段と、を備えて構成する。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、帯域分割手段は、入力データを複数の帯域に分割して帯域分割データとして量子化ビット数制御手段及び量子化手段に出力する。
量子化ビット数制御手段は、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みをＤ*Tとし、重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、平均ビットレートＲTが最小となるように帯域分割データ毎に量子化ビット数を定め、量子化ビット数制御データを量子化手段に出力する。
【０００７】
量子化手段は、量子化ビット数制御データに対応する量子化ビット数で帯域分割データを量子化して量子化データとして符号化手段に出力する。
符号化手段は、量子化データを符号化して符号化データとして出力する。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、前記量子化ビット数Ｒ及び予め算出した前記量子化ビット数Ｒに対応する（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶する判別値記憶手段と、
【０００８】
【数９】
各前記帯域の分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、分散σ2と重みＢの積Ｇを（２）式により算出する積算出手段と、
Ｇ＝σ2・Ｂ （２）
前記判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて前記積Ｇに最も近い値を有する前記判別値Ｆに対応する前記量子化ビット数Ｒに相当する前記量子化ビット数制御データを出力する量子化ビット数判別手段と、を備えて構成する。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御手段の判別値記憶手段は、（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶する。
積算出手段は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（２）式により算出する。
【００１０】
量子化ビット数判別手段は、判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて積Ｇに最も近い値を有する判別値Ｆに対応する量子化ビット数Ｒに相当する量子化ビット数制御データを量子化手段に出力する。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、量子化ビット数Ｒ＝Ｘ（Ｘ＝０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax−１以下の整数）に対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを前記量子化ビット数に対応づけて記憶する相乗平均値記憶手段と、
【００１１】
【数１０】
【００１２】
【数１１】
各前記帯域の分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、分散σ2と重みＢの積Ｇを（３）式により算出する積算出手段と、
Ｇ＝σ2・Ｂ （３）
前記積Ｇと前記相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて前記量子化ビット数制御データを出力する量子化ビット数判別手段と、を備えて構成する。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御手段の相乗平均値記憶手段は、量子化ビット数Ｒ＝Ｘに対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを量子化ビット数に対応づけて記憶する。
【００１４】
積算出手段は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（３）式により算出する。
これらにより量子化ビット数判別手段は、積Ｇと相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて量子化ビット数制御データを量子化手段に出力する。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の標準偏差σを標準偏差データとして出力する標準偏差出力手段を備え、前記量子化手段は、前記量子化を行うに際し、前記標準偏差データに基づいて各前記帯域の分散σ2が１となるように正規化を行う正規化手段を備えて構成する。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御手段の標準偏差出力手段は、各帯域の標準偏差σを標準偏差データとして正規化手段に出力する。
量子化手段の正規化手段は、量子化を行うに際し、標準偏差データに基づいて各帯域の分散σ2が１となるように正規化を行う。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の標準偏差σを標準偏差データとして出力する標準偏差出力手段を備え、前記量子化手段は、前記標準偏差データに基づいて前記量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングする量子化ステップ幅制御手段を備えて構成する。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御手段の標準偏差出力手段は、各帯域の標準偏差σを標準偏差データとして量子化ステップ幅制御手段に出力する。
量子化手段の量子化ステップ幅制御手段は、標準偏差データに基づいて量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、前記帯域分割手段は、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理（Ｙ：２以上の整数）を行い、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割するように構成する。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明の作用に加えて、帯域分割手段は、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理を行って、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割する。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、前記帯域分割手段は、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとし（Ｙ：２以上の整数）、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を生成する離散コサイン変換処理を行い、前記（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配するように構成する。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明の作用に加えて、帯域分割手段は、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとし（Ｙ：２以上の整数）て離散コサイン変換処理を行い、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配する。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項１記載の発明の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【００２３】
【数１２】
【００２４】
請求項８記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【００２５】
請求項９記載の発明は、入力データを複数の帯域に分割する帯域分割工程と、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みをＤ*Tとし、前記重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、前記平均ビットレートＲTが最小となるように前記分割した帯域毎に量子化ビット数を定める量子化ビット数制御工程と、前記定められた量子化ビット数で前記帯域分割された前記入力データを量子化する量子化工程と、前記量子化された入力データを符号化する符号化工程と、を備えて構成する。
【００２６】
請求項９記載の発明によれば、帯域分割工程は、入力データを複数の帯域に分割する。
量子化ビット数制御工程は、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、平均ビットレートＲTが最小となるように分割した帯域毎に量子化ビット数を定める。
【００２７】
量子化工程は、定められた量子化ビット数で帯域分割された入力データを量子化する。
符号化工程は、量子化された入力データを符号化する。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、前記量子化ビット数Ｒ及び予め算出した前記量子化ビット数Ｒに対応する（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶する判別値記憶工程と、
【００２８】
【数１３】
各前記帯域の分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、分散σ2と重みＢの積Ｇを（２）式により算出する積算出工程と、
Ｇ＝σ2・Ｂ （２）
前記判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて前記積Ｇに最も近い値を有する前記判別値Ｆに対応する前記量子化ビット数Ｒを当該分割した帯域について定めるべき量子化ビット数とする量子化ビット数判別工程と、を備えて構成する。
【００２９】
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御工程の判別値記憶工程は、量子化ビット数Ｒ及び予め算出した量子化ビット数Ｒに対応する（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶する。
積算出工程は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（２）式により算出する。
【００３０】
量子化ビット数判別工程は、判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて積Ｇに最も近い値を有する判別値Ｆに対応する量子化ビット数Ｒを当該分割した帯域について定めるべき量子化ビット数とする。
請求項１１記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、量子化ビット数Ｒ＝Ｘ（Ｘ＝０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax−１以下の整数）に対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを前記量子化ビット数に対応づけて記憶する相乗平均値記憶工程と、
【００３１】
【数１４】
【００３２】
【数１５】
各前記帯域の分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、分散σ2と重みＢの積Ｇを（３）式により算出する積算出工程と、
Ｇ＝σ2・Ｂ （３）
前記積Ｇと前記相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて当該分割した帯域について量子化ビット数を定める量子化ビット数判別工程と、を備えて構成する。
【００３３】
請求項１１記載の発明によれば、請求項９記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御工程の相乗平均値記憶工程は、量子化ビット数Ｒ＝Ｘに対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを量子化ビット数に対応づけて記憶する。
【００３４】
積算出工程は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（３）式により算出する。
量子化ビット数判別工程は、積Ｇと相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて当該分割した帯域について量子化ビット数を定める。
請求項１２記載の発明は、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明において、前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の標準偏差σを算出する標準偏差算出工程を備え、前記量子化工程は、前記量子化を行うに際し、前記標準偏差に基づいて各前記帯域の分散σ2が１となるように正規化を行う正規化工程を備えて構成する。
【００３５】
請求項１２記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御工程の標準偏差算出工程は、各帯域の標準偏差σを算出する。
量子化工程の正規化工程は、量子化を行うに際し、標準偏差に基づいて各帯域の分散σ2が１となるように正規化を行う。
【００３６】
請求項１３記載の発明は、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明において、前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の標準偏差σを算出する標準偏差算出工程を備え、前記量子化工程は、前記標準偏差に基づいて前記量子化を行う際の量子化ステップ幅を制御して標準偏差σでスケーリングする量子化ステップ幅制御工程を備えて構成する。
【００３７】
請求項１３記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御工程の標準偏差算出工程は、各帯域の標準偏差σを算出する。
量子化工程の量子化ステップ幅制御工程は、標準偏差に基づいて量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングする。
【００３８】
請求項１４記載の発明は、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明において、前記帯域分割工程は、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理（Ｙ：２以上の整数）を行い、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割するように構成する。
【００３９】
請求項１４記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、帯域分割工程は、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理を行って、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割する。
【００４０】
請求項１５記載の発明は、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明において、前記帯域分割工程は、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとし（Ｙ：２以上の整数）て、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を生成する離散コサイン変換処理を行って、前記（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯
域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配するように構成する。
【００４１】
請求項１５記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、帯域分割工程は、離散コサイン変換処理を行って、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配する。
【００４２】
請求項１６記載の発明は、請求項１記載の発明の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【００４３】
【数１６】
【００４４】
請求項１６記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【００４５】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
図１にサブバンド符号化の方法としてウェーブレット変換を用いた映像記録再生装置の概要構成ブロック図を示す。
【００４６】
映像記録再生装置１は、大別すると、１フレーム分の入力データＤGをウェーブレット変換し、量子化し、符号化し、フレーム単位で所定のデータフォーマットに変換（フォーマッティング）して符号化フレームデータＤFLとして出力するエンコーダ２と、符号化フレームデータを記憶する記憶媒体としてのメモリ３と、メモリから読み出した符号化フレームデータＤFLを逆フォーマッティングし、復号化し、逆量子化し、逆ウェーブレット変換を行って再生データＤPGとして出力するデコーダ４と、を備えて構成されている。
エンコーダ２は、１フレーム分の入力データＤGを２次元ウェーブレット変換し、複数のサブバンドデータＤSBを生成して出力するウェーブレット変換部５と、順次入力されたサブバンドデータＤSBに基づいて、当該サブバンドデータＤSBの量子化ビット数を算出し、ビット割当情報データＤBTとして出力するとともに、後述の標準偏差σm,dを出力する適応ビット割当部６と、順次入力されたサブバンドデータＤSBを対応するビット割当情報データＤBTに基づいて量子化し、量子化データＤQSBとして出力する量子化部７と、量子化データＤQSBを２次元ハフマン符号化し符号化データＤENとして出力するハフマン符号部８と、ビット割当情報データＤBT、標準偏差σm,d及び１フレームに対応する複数の符号化データＤENに基づいて所定のフォーマットを有するフレームデータＤFLを生成し、出力するフォーマッタ部９と、を備えて構成されている。
【００４７】
デコーダ４は、メモリ３から読み出したフレームデータＤFLを逆フォーマッティングし、符号化データＤENを取り出し、ビット割当情報データＤBT及び標準偏差σm,dを分離して出力する逆フォーマッタ部１０と、入力された符号化データＤENを２次元ハフマン復号化し、復号化データＤDEとして出力するハフマン復号部１１と、ビット割当情報データＤBT及び標準偏差σm,dに基づいて復号化データＤDEを逆量子化し、逆量子化サブバンドデータＤRSBとして出力する逆量子化部１２と、逆量子化サブバンドデータＤRSBを２次元逆ウェーブレット変換して再生データＤPGとして出力するウェーブレット逆変換部１３と、を備えて構成されている。
【００４８】
図２に適応ビット割当部及び量子化部の概要構成ブロック図を示す。
適応ビット割当部６は、Ｍ階層２次元ウェーブレット変換（Ｍは、自然数）において、ｍ階層（ｍは、Ｍ以下の自然数）、サブバンド方向ｄ（ｄ＝１：垂直方向、ｄ＝２：水平方向、ｄ＝３：対角方向）のサブバンドデータＤSBの分散σ2 m,dを算出するとともに、分散σ2 m,dの算出の際に得られる標準偏差σm,dを出力する分散計算部１５と、分散σ2 m,dに、サブバンドＳＢ（ｍ，ｄ）に対する重みＢm,dを乗じて得られる判別用データＤ、すなわち、
Ｄ＝σ2 m,d・Ｂm,d
を出力する重み乗算部１６と、判別用データＤに基づいて予め設定した判別境界テーブルを参照し、階層ｍ、方向ｄのサブバンドＳＢm,dの量子化ビット数Ｒm,d（Ｒm,dは、量子化可能ビット数範囲内の値をとる。図２では、０、１、…、Ｎ）を算出し、ビット割当情報データＤBTを出力する判別境界テーブル参照部１７と、を備えて構成されている。
【００４９】
量子化部７は、入力されたサブバンドデータＤSBを標準偏差σm,dで除することにより、分散σ2 m,d＝１となるようにサブバンドデータＤSBの正規化を行い正規化サブバンドデータＤNSBを出力する正規化部２０と、正規化サブバンドデータＤNSBを０、１、…、Ｎビットのいずれかで量子化する０ビット量子化器２１-0、１ビット量子化器２１-1、…、Ｎビット量子化器２１-Nと、判別境界テーブル参照部１７により出力されたビット割当情報データＤBTに基づいて、協働して０ビット量子化器２１-0、１ビット量子化器２１-1、…、Ｎビット量子化器２１-Nのうちのいずれかの量子化器の入力端子を正規化部２０に接続し、当該量子化器の出力端子をハフマン符号部８に接続する切換スイッチＳＷ１、ＳＷ２と、を備えて構成されている。
１）エンコーダの動作
まず、ウェーブレット変換部１１の概要動作（３階層２次元ウェーブレット変換；Ｍ＝３相当）について図３及び図４を参照して説明する。
【００５０】
３階層２次元ウェーブレット変換は、図３に示すように、１階層毎に第１の方向（図３では水平方向）に１次元のサブバンド分割を行い、さらに第２の方向（図３では垂直方向）に１次元のサブバンド分割を行うという処理を、当該階層で最も低域のサブバンドに再帰的に適用することによって実現できる。
【００５１】
図４において、記号「Ｌ」及び記号「Ｈ」は、ウェーブレット理論に基づいて設計されたクアドラチャミラーフィルタ（ＱＭＦ）あり、記号「Ｌ」は低域通過フィルタを表し、記号「Ｈ」は高域通過フィルタを表している。
この場合において、低域通過フィルタＬ及び高域通過フィルタＨのインパルス応答をそれぞれｌ（ｎ）及びｈ（ｎ）とすると、
ｈ（ｎ）＝（−１）(1-n)ｌ（１−ｎ）
の関係を有している。
【００５２】
また記号「↓２」は、１／２サブサンプリングを表している。
さらに１対の「Ｌ↓２」及び「Ｈ↓２」は分割フィルタ対を構成している。
次にウェーブレット変換部５の詳細動作を説明する。
ａ） 第１階層
入力された画像データＤGを水平方向にサブバンド分割を行い、図示しない第１フレームメモリ上に低域信号及び高域信号を分割記録する。
【００５３】
次に第１フレームメモリ上のデータに基づいて、垂直方向にサブバンド分割を行い、図３に示すように、図示しない第２フレームメモリ上にサブバンドＬＬ1、ＳＢ（1,1）、ＳＢ（1,2）、ＳＢ（1,3）の４つのサブバンドを分割記録する。
ｂ） 第２階層
続いて、サブバンドＬＬ1、ＳＢ（1,1）、ＳＢ（1,2）、ＳＢ（1,3 ）のうち最も低域のサブバンドＬＬ1を水平方向にサブバンド分割し、図示しない第１フレームメモリ上に低域信号及び高域信号を分割記録する。
【００５４】
次に第１フレームメモリ上のサブバンドＬＬ1に対応する領域上のデータに基づいて垂直方向にサブバンド分割を行い、図３に示すように、図示しない第２フレーム上のサブバンドＬＬ1に対応する領域にサブバンドＬＬ2、ＳＢ（2,1）、ＳＢ（2,2）、ＳＢ（2,3 ）の４つのサブバンドを分割記録する。
ｃ） 第３階層
同様に、サブバンドＬＬ2、ＳＢ（2,1）、ＳＢ（2,2）、ＳＢ（2,3）のうち最も低域のサブバンドＬＬ2を水平方向にサブバンド分割し、図示しない第１フレームメモリ上に低域信号及び高域信号を分割記録する。
【００５５】
次に第１フレームメモリ上のサブバンドＬＬ2に対応する領域上のデータに基づいて垂直方向にサブバンド分割を行い、図３に示すように、第２フレームメモリ上のサブバンドＬＬ2に対応する領域にサブバンドＳＢ（3,0）、ＳＢ（3,1）、ＳＢ（3,2）、ＳＢ（3,3）の４つのサブバンドを分割記録する。
【００５６】
これらの第１階層〜第３階層の２次元ウェーブレット変換を行うことにより入力された画像データＤGは、サブバンドＳＢ（3,0）〜ＳＢ（1,3）の１０個のサブバンドに分割されることとなる。
同様にして、Ｍ階層２次元ウェーブレット変換を行うと、得られるサブバンド分割数ＳＢＮは、
ＳＢＮ＝３×Ｍ＋１（個）
となる。この場合において、サブバンドＳＢ（M,0）、例えば、上述の場合サブバンドＳＢ（3,0）の信号は直流成分を含むので、差分符号化することにより直流成分を除き、その平均値を０とする。なお、他のサブバンドＳＢ（M,1）〜（1,3）の信号の平均値は０である。
【００５７】
これらの第１階層〜第３階層の２次元ウェーブレット変換を行うことにより入力された画像データＤGは、サブバンドデータＤSB(3,0)〜ＤSB(1,3)の１０個のサブバンドデータに分割される。これらのサブバンドデータＤSB(3,0)〜ＤSB(1,3)はサブバンド画像データＤSBを構成する。
【００５８】
このようにして画像データＤGをウェーブレット変換することにより得られたサブバンド画像データＤSB（＝サブバンドデータＤSB(3,0)〜ＤSB(1,3)）は適応ビット割当部６及び量子化部７に出力される。
２）適応ビット割当部の動作
次に、適応ビット割当部におけるビット割当について詳細に説明する。
【００５９】
１サンプル当たりのビット数の平均値である平均ビットレートＲT［bits/sample］は、
【００６０】
【数１７】
で表される。
ここで、
ＲM,0：Ｍ階層２次元ウェーブレット変換を行った場合に最も低域の（最も解像度の 低い）サブバンドＳＢ(Ｍ，０)の量子化ビット数［bits/sample］
Ｒm,d：階層ｍ、方向ｄ（ｄ＝１：水平、ｄ＝２：垂直、ｄ＝３：対角）のブバンド ＳＢ(Ｍ，０)の量子化ビット数［bits/sample］である。
【００６１】
このときの重み付き平均二乗歪みＤ*Tは、
【００６２】
【数１８】
となる。
ここで、
ＤM,0：量子化ビット数ＲM,0のときのサブバンドＳＢ(Ｍ，０)の平均二乗歪み
ＢM,0：サブバンドＳＢ(Ｍ，０)に対する重み
Ｄm,d：量子化ビット数Ｒm,dのときのサブバンドＳＢ(ｍ，ｄ)の平均二乗歪み
Ｂm,d：サブバンドＳＢ(ｍ，ｄ)に対する重み
である。
【００６３】
この場合において、最適な量子化ビット割当を行うため、すなわち、符号量の無駄を抑制し、かつ、画質を安定させるためには、各フレームの重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定の条件下で、符号量が最小となるようにすればよい。
より詳細には、重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定の条件下で、平均ビットレートＲTを最小とする量子化ビット数Ｒm,dを各サブバンド毎に求めればよい。
【００６４】
そこでラグランジェの未定乗数法を用いて（３）式で表されるラグランジェ関数Ｌを最小化する。
【００６５】
【数１９】
ところで、サブバンドＳＢ(ｍ，ｄ)の平均二乗歪みＤm,dをレート歪み理論を用い、サブバンドＳＢ(ｍ，ｄ)の信号の分散σ2 m,dと量子化ビット数Ｒm,dとの関係で表すと、
【００６６】
【数２０】
という関係がある。ここで、パラメータδは、入力信号の確率密度関数及びこの確率密度関数に対して設計した量子化器によって定まる値である。
（４）式を（３）式に代入し、量子化ビット数Ｒm,dで偏微分してその値を０として、（５）式を得る。
【００６７】
【数２１】
（５）式を変形することにより、（６）式が得られる。
【００６８】
【数２２】
この（６）式を（４）式に代入することにより、量子化ビット数Ｒm,dのときのサブバンドＳＢ(ｍ，ｄ)の平均二乗歪みＤm,dは、（７）式のように表すことができる。
【００６９】
【数２３】
得られた（７）式を（２）式に代入することにより、重み付き平均二乗歪みＤ*Tは、
【００７０】
【数２４】
で表すことができる。この（８）式を（６）式に代入することにより、（９）式が得られる。
【００７１】
【数２５】
この（９）式を変形することにより、最適な量子化ビット数Ｒm,dは、
【００７２】
【数２６】
となる。
ところで、後述するように、パラメータδは量子化ビット数Ｒの関数であるので、（１０）式を変形して、以下に示す（１１）式を満足する量子化ビット数Ｒm,dを求めれば良いこととなる。
【００７３】
【数２７】
さらに量子化ビット数Ｒm,dは、整数値しかとらないので、（１２）式を満たす整数値の量子化ビット数Ｒm,dを算出すればよい。
【００７４】
【数２８】
（１２）式からわかるように、重み付き平均二乗歪みＤ*Tが与えられたとき、各サブバンドＳＢ(ｍ，ｄ)の量子化ビット数Ｒm,dは、サブバンドＳＢ(ｍ，ｄ)のパラメータδ（Ｒm,d）、各サブバンドＳＢ(ｍ，ｄ)の分散σ2ｍ，ｄ及びサブバンドＳＢ(ｍ，ｄ)に対する重みＢm,dによって決まる。
【００７５】
そこで、以下、重み付き平均二乗歪みＤ*T、パラメータδ（Ｒm,d）、分散σ2 m,d及び重みＢm,dの算出について説明する。
ａ） 重み付き平均二乗歪みＤ*Tの算出
入力画像の符号化の場合には、ＳＮ比ＳＮＲは、ピークＳＮ比ＳＮＲpで表すのが一般的であり、原画像が８ビット量子化により行われている場合、
【００７６】
【数２９】
で表される。従って、所望のＳＮＲpが与えられれば、（１４）式により重み付き平均二乗歪みＤ*Tが求まる。
【００７７】
【数３０】
ｂ） パラメータδ（Ｒm,d）の算出
Ｒビットで量子化したときの信号の分散σ2と平均二乗歪みＤの比は、（４）式より、
【００７８】
【数３１】
となる。（１５）式をデシベル（ｄＢ）で表したものをＳＮＲ（Ｒ）とすると、
【００７９】
【数３２】
となる。
ところで、信号振幅分布の確率密度関数が与えられれば、ＳＮ比を最大にするための最適な量子化器を設計することができ、この最適な量子化器を用いた場合の最大のＳＮ比ＳＮＲ（Ｒ）を求めることができる。
【００８０】
この求めたＳＮ比ＳＮＲ（Ｒ）を（１６）式に代入することにより、パラメータδ（Ｒ）が求まることとなる。
【００８１】
【数３３】
一例として確率密度関数をラプラス分布とし、量子化ビット数Ｒ＝１〜８［bit(s)］の場合の最適非一様量子化器におけるＳＮ比ＳＮＲ（Ｒ）及びパラメータδ（Ｒ）の値を図５に示す。例えば、量子化ビット数Ｒ＝３の場合には、
ＳＮＲ（Ｒ）＝１２．６４［ｄＢ］
δ（Ｒ） ＝０．９００３
となる。
【００８２】
ｃ） 分散σ2 m,dの算出
分散σ2 m,d は、（１８）式により算出することができる。
【００８３】
【数３４】
ここで、ｘiはサブバンド信号、Ｎm,dはサブバンド内のサンプル数である。
ｄ） サブバンドの重みＢm,dの算出
文献［M.Antonini, M.Barlaud, P.Mathieu, and, I.Daubechies,"Image Coding Using Wavelet Transform" IEEE Trans. Image Proc.,vol.1, pp.205-220,April,1992]によれば、サブバンドの重みＢm,dは、（１９）式により与えられる。
【００８４】
【数３５】
この場合において、γとβm,dは人間の視覚特性に合うように実験的に定められる値である。
なお、このサブバンドの重みＢm,dは、その都度演算により求めることも可能であるが、各サブバンド毎に予め求めておくように構成することも可能である。
【００８５】
以上の説明のように、重み付き平均二乗歪みＤ*T、パラメータδ（Ｒm,d）及び分散σ2 m,d、サブバンドの重みＢm,dを得ることができるので、これらを用いて（１２）式を満たす量子化ビット数Ｒm,dを算出することができる。
ところで、（１２）式は、対数演算を含むので、計算が煩雑になる。
【００８６】
そこで、実際には、以下のようにすることにより演算の簡略化を図っている。
（９）式より、重み付き平均二乗歪みＤ*T、パラメータδ（Ｒm,d）及び分散σ2 m,d及びサブバンドの重みＢm,dの間には、
【００８７】
【数３６】
の関係がある。従って、整数値をとる量子化ビット数Ｒに対して、
【００８８】
【数３７】
を算出し、図６に示すように、メモリ上にテーブルを作成して格納しておく。なお、図６は、ピークＳＮ比ＳＮＲp＝４０［ｄＢ］（Ｄ*T＝６．５）の場合である。
【００８９】
そして、各サブバンドＳＢm,dについて、分散σ2 m,dと、サブバンドの重みＢm,dと、の積Ｇを求める、
Ｇ＝σ2 m,d・Ｂm,d
そして、得られた積Ｇに基づいて、テーブル（図６参照）を参照し、最も近い（２１）式の値に対応する量子化ビット数Ｒを選択する。
【００９０】
さらに簡略化するためには、量子化ビット数Ｒを量子化ビット数Ｒ＝Ｙ（Ｙ：０、１、…、７［bit(s)］）あるいは量子化ビット数Ｒ＝Ｙ＋１の何れにすべきかを判別するための判別境界（値）及び量子化ビット数Ｒ（図６参照）のみを予めメモリにテーブルとして登録しておけばよい。
【００９１】
この結果、得られた積Ｇの値を判別境界（値）と比較することにより、迅速に量子化ビット数Ｒを割り当てることが可能となる。この場合において、（２１）式は量子化ビット数Ｒの増加に対して指数関数的に増加するので、判別境界（値）は、量子化ビット数Ｒ＝Ｙ及び量子化ビット数Ｒ＝Ｙ＋１にそれぞれ対応する、
【００９２】
【数３８】
の値の相乗平均値とする。
実際の判別としては、積Ｇの値が１００である場合には、
６６．５＜１００＜２２４．８
であるので（図６参照）、量子化ビット数Ｒ＝３となる。
３）量子化部の動作
次に量子化部７の動作について図２を参照して説明する。
【００９３】
量子化部７の正規化部２０は、サブバンド画像データＤSB（＝サブバンドデータＤSB(3,0)〜ＤSB(1,3)）が入力されると、当該入力されたサブバンドデータＤSBを標準偏差σm,dで除することにより、分散σ2 m,d＝１となるようにサブバンドデータＤSBの正規化を行い正規化サブバンドデータＤNSBを切換スイッチＳＷ１の入力端子に出力する。
【００９４】
この正規化サブバンドデータＤNSBの入力に先立って、切換スイッチＳＷ1、ＳＷ2を、当該正規化サブバンドデータＤNSBに対応する判別境界テーブル参照部１７により出力されたビット割当情報データＤBTに対応するビット数で量子化が可能な０ビット量子化器２１-0、１ビット量子化器２１-1、…、Ｎビット量子化器２１-Nのうちのいずれか一の量子化器に接続しておく。
【００９５】
この結果、切換スイッチＳＷ1に入力された正規化サブバンドデータＤNSBはビット割当情報データＤBTに対応するビット数を有する量子化データＤQSBとしてハフマン符号部８に切換スイッチ２を介して出力する。
４）ハフマン符号部及びフォーマッタ部の動作
ハフマン符号部８は、入力された量子化データＤQSBを２次元ハフマン符号化し符号化データＤENとしてフォーマッタ部９に出力する。
【００９６】
フォーマッタ部９は、適応ビット割当部６により入力されたビット割当情報データＤBT及び１フレームに対応する複数の符号化データＤENに基づいて所定のフォーマットを有する符号化フレームデータＤFLを生成し、メモリ３に出力する。
５）メモリの物理フォーマット
図７にメモリの物理フォーマットを示す。
【００９７】
メモリ３は、大別すると、画像シーケンスのファイル名、当該画像シーケンスに対応するファイルのスタートセクタ番号、当該画像シーケンスに対応するファイルのエンドセクタ番号、当該ファイルのファイルサイズ、記録時間などのディレクトリ情報を記憶するディレクトリ領域３Ａと、フレームデータＤFLを記憶するプログラム領域３Ｂとを備えて構成されており、ディレクトリ領域３Ａを参照することにより、メモリ３内に記録されている画像シーケンス数、各画像シーケンスの先頭位置及び記録時間などが分かることとなる。
【００９８】
より詳細には、メモリ３は、（Ｎ＋１）個のセクタ（例えば、各セクタは２０４８バイトで構成）で構成されており、ディレクトリ領域３Ａは第０セクタ（図中、セクタ０と表記）ＳＣ０が割り当てられ、プログラム領域３Ｂは第１セクタ（図中、セクタ１と表記）ＳＣ１〜第Ｎセクタ（図中、セクタＮと表記）ＳＣＮのＮ個のセクタが割り当てられている。
【００９９】
さらに実際の符号化画像データＤENは、フレームに対応するフレームデータ単位でプログラム領域３Ｂに格納され、各フレームデータＤFL1〜ＤFLLは各フレームデータＤFL1、…、ＤFLLの先頭検出を容易とするため、必ず、各セクタＳＣ１〜ＳＣＮの先頭からデータが書き込まれ、当該フレームデータに対応する最後のセクタのデータが存在しない領域にはダミーデータとしてのゼロデータが書き込まれる。
【０１００】
例えば、第１フレームデータＤFL1は、第１セクタＳＣ１の先頭からデータが記録され、第ｎセクタＳＣｎの途中まで記録され、第ｎセクタの残りの部分にはゼロデータがダミーデータとして書き込まれることとなる。
そして次の第（ｎ＋１）セクタＳＣ（ｎ＋１）の先頭から第２フレームデータが書き込まれることとなる。
【０１０１】
６）フレームデータの構成
図８にフレームデータＤFLのデータ構成図を示す。
フレームデータＤFLは、大別すると、インデックス情報部３０と、画像データ部３１と、を備えて構成されている。
【０１０２】
インデックス情報部３０は、フレームデータの先頭を表すＳＯＦ（Start Of Frame）データ３２と、フレーム番号（Frame No.）を表すフレーム番号データ３３と、当該フレームの総バイト数を表すフレームバイト数カウントデータ３４と、を備えて構成されている。
【０１０３】
画像データ部３１は、各サブバンド毎の輝度信号（Ｙ）成分データ、Ｒ−Ｙ色差信号成分データ及びＢ−Ｙ色差信号成分データを備えて構成されており、より具体的には、サブバンドＳＢ(3,0)の輝度信号成分に対応する輝度信号（Ｙ）成分データＳＢ0Ｙ、サブバンドＳＢ(3,0)のＲ−Ｙ色差信号成分に対応するＲ−Ｙ色差信号成分データＳＢ0Ｒ、サブバンドＳＢ(3,0)のＢ−Ｙ色差信号成分に対応するＢ−Ｙ色差信号成分データＳＢ0Ｂ、サブバンドＳＢ(3,1)の輝度信号（Ｙ）成分データＳＢ1Ｙ、……、サブバンドＳＢ(1,3)の輝度信号成分に対応する輝度信号（Ｙ）成分データＳＢ9Ｙ、サブバンドＳＢ(1,3)のＲ−Ｙ色差信号成分に対応するＲ−Ｙ色差信号成分データＳＢ9Ｒ及びサブバンドＳＢ(1,3)のＢ−Ｙ色差信号成分に対応するＢ−Ｙ色差信号成分データＳＢ9Ｂを備えて構成されている。
【０１０４】
ここで、輝度信号（Ｙ）成分データとして、サブバンドＳＢ(3,1)の輝度信号（Ｙ）成分データＳＢ1Ｙを例として説明する。
輝度信号（Ｙ）成分データＳＢ1Ｙは、当該サブバンドＳＢ(3,1)の先頭であることを表すＳＯＳ（Start Of Subband）データ４０と、当該サブバンドＳＢ(3,1)の量子化ビット数（Q Bit）を表すデータ４１と、当該サブバンドＳＢ(3,1)の標準偏差を表すスケールファクター（ＳＣＦ）データ４２と、当該サブバンドＳＢ(3,1)のバイト数を表すサブバンドバイト数カウントデータ４３と、２次元ハフマン符号化されたサブバンドのデータであるハフマン符号化データ４４と、を備えて構成されている。
【０１０５】
７）デコーダの動作
ここで、具体的なデコーダ４の動作について説明する。
まず、再生指令が入力されると、逆フォーマッタ部１０は、メモリ３から再生指令に対応するフレームデータＤFLを読み出し、フレームデータＤFLを逆フォーマッティングし、符号化データＤENを取り出し、ハフマン復号部１１に出力するとともに、ビット割当情報データＤBT及び標準偏差σm,dを分離して逆量子化部１２に出力する。
【０１０６】
ハフマン復号部１１は、入力された符号化データＤENを２次元ハフマン復号化し、復号化データＤDEとして逆量子化部１２に出力する。
逆量子化部１２は、ビット割当情報データＤBT及び標準偏差σm,dに基づいて復号化データＤDEを逆量子化し、逆量子化サブバンドデータＤRSB（＝逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,0)〜ＤRSB(1,3)）としてウェーブレット逆変換部１３に出力する。
【０１０７】
逆ウェーブレット逆変換部１３は、逆量子化サブバンドデータＤRSBを２次元逆ウェーブレット変換して再生データＤPGとして出力する。
８）ウェーブレット逆変換部の動作
次にウェーブレット逆変換部１３の概要動作（３階層２次元ウェーブレット逆変換）について説明する。
【０１０８】
３階層２次元ウェーブレット逆変換は、第１の方向（例えば、垂直方向）に１次元のサブバンド合成を行い、さらに第２の方向（例えば、水平方向）に１次元のサブバンド合成を行うという処理を行い、さらに二つの合成結果を順次再合成することによって実現できる。
【０１０９】
次にウェーブレット逆変換部１３の詳細動作を図３及び図９を参照して説明する。
図９において、記号「Ｌ」は低域通過フィルタを表し、記号「Ｈ」は高域通過フィルタを表す。また記号「↑２」は、２倍のアップサンプリングを表している。更に一対の「↑２Ｌ」と「↑２Ｈ」は合成フィルタ対を構成している。
【０１１０】
そして、逆量子化サブバンドデータＤRSB(m,d)は、第１のフレームメモリ上に図３に示すように記録される。
ａ） 第３階層
逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,0)と逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,1)とは、第３階層第１垂直方向合成フィルタ対によって合成され、図示しない第２フレームメモリ上に水平方向低域信号として記録される。
【０１１１】
一方、逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,2)と逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,3)とは、第３階層第２垂直合成フィルタ対によって合成され、図示しない第２フレームメモリ上に水平方向高域信号として記録される。
サブバンドデータＤRSB(3,0)及びサブバンドデータＤRSB(3,1)の垂直方向合成結果である低域信号並びに逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,2)及び逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,3)の垂直方向合成結果である高域信号は、第３階層水平合成フィルタ対によって合成され、サブバンドデータＬＬ2として、第１フレームメモリＦＭ１上の対応する領域に記録される。
【０１１２】
ｂ） 第２階層
サブバンドデータＬＬ2と逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,1)とは、第２階層第１垂直方向合成フィルタ対によって合成され図示しない第２フレームメモリ上に水平方向低域信号として記録される。
【０１１３】
一方、逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,2)と逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,3)とは、第２階層第２垂直方向合成フィルタ対によって合成され、図示しない第２フレームメモリ上に水平方向高域信号として記録される。
逆量子化サブバンドデータＬＬ2及び逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,1)の垂直方向合成結果である低域信号並びに逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,2)及び逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,3)の垂直方向合成結果である高域信号は第２階層水平合成フィルタ対によって合成され、逆量子化サブバンドデータＬＬ1として、第１フレームメモリ上の対応する記録される。
【０１１４】
ｃ） 第１階層
逆量子化サブバンドデータＬＬ1と逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,1)とは、第１階層第１垂直方向合成フィルタ対によって合成され図示しない第２フレームメモリ上に水平方向低域信号として記録される。
【０１１５】
一方、逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,2)と逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,3)とは、第１階層第２垂直方向合成フィルタ対によって合成され図示しない第２フレームメモリ上に水平方向高域信号として記録される。
サブバンドデータＬＬ1及び逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,1)の垂直方向合成結果である低域信号並びに逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,2)及び逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,3)の垂直方向合成結果である高域信号は第１階層水平合成フィルタ対によって復号画像データＤPGとして、第１フレームメモリ上に記録されることとなる。
【０１１６】
そして復号画像データＤPGはＤ／Ａ変換されて画像信号とされ、図示しないディスプレイに出力される。
この結果、ディスプレイの画面上には復号された画像が表示されることとなる。
【０１１７】
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、重み付き平均二乗歪みが一定という条件下で、符号量（平均ビットレート）が最小になるように構成することにより、複雑な画面に対しては多くの符号量を割り当て、単純な画面に対しては少ない符号量を割り当てるようにしているので、半導体メモリのような駆動機構がなく高速処理が可能ではあるが、容量の小さな記憶媒体を用いる場合でも、符号量の無駄を押さえ、かつ、画質の安定した映像を得られることとなる。
【０１１８】
以上の第１実施形態においては、２次元３階層ウェーブレット変換処理を行う場合について説明したが、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理（Ｙ：２以上の整数）を行う場合にも本発明の適用が可能である。
すなわち、、最も低域のサブバンドであるサブバンドＳＢ(Y,0)から最も高域のサブバンドであるサブバンドＳＢ(1,3)までの（３・Ｙ＋１）個のサブバンドを構成するサブバンドデータＤSB(Y,0)〜ＤSB(1,3)を生成するように構成すればよい。
第２実施形態
以上の第１実施形態においては、符号化方法としてウェーブレット変換を用いていたが、本第２実施形態は、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）やＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）で用いられているＤＣＴ（離散コサイン変換）を用いた場合の実施形態である。
【０１１９】
ＤＣＴを用いる場合には、図１のウェーブレット変換部５を図１０（ａ）に示す２次元の離散コサイン変換を行う２次元ＤＣＴ部５１及び離散コサイン変換により得られたＤＣＴ係数を並び換えるＤＣＴ係数並び換え部５２に置き換え、図１のウェーブレット逆変換部を図１０（ｂ）に示すＤＣＴ係数の逆並び換えを行うＤＣＴ係数逆並び換え部５３及び逆並び換えられたＤＣＴ係数を逆離散コサイン変換する２次元逆ＤＣＴ（２次元ＩＤＣＴ）部５４に置き換えることにより実現できる。
【０１２０】
２次元ＤＣＴの変換対象ブロックを８［画素］×８［画素］構成とすると、図１１（ａ）に示すように、６４個のＤＣＴ係数Ｋ0〜Ｋ63が得られる。
第１番目のＤＣＴ係数Ｋ0は直流成分を表し、図１１（ａ）中、右側にあるＤＣＴ係数ほど水平方向の高周波成分を表し、図１１（ａ）中、下側にあるＤＣＴ係数ほど垂直方向の高周波成分を表している。
【０１２１】
そこで、図１１（ｂ）に示すように、６４個のＤＣＴ係数Ｋ0〜Ｋ63を１０個のＤＣＴ係数グループ（帯域）Ｇ0〜Ｇ9に分割し、１フレーム分のＤＣＴ係数グループを各帯域毎にまとめて、図１２に示すようにマッピング（再配置）すると、上述の第１実施形態のように、ウェーブレット変換を用いたサブバンド分割と類似の帯域分割を行うことが可能となる。
【０１２２】
この結果、第１実施形態のエンコーダ２における量子化部７の量子化動作からメモリ３への記録動作並びにメモリ３からの読出動作からデコーダ４おける逆量子化部１２の逆量子化動作までは、第１実施形態と同様の処理を行うことができ、特に量子化ビット数を決定する際には、各帯域毎に分散σm 2（ｍ：０〜９）を求めればよい。
【０１２３】
より具体的には、図１２に示すように、各フレームの第１ＤＣＴ係数グループＧ0を元の変換対象ブロックの配置に基づいて第１フレームＤＣＴ係数グループ（帯域）ＦＧ0にマッピングし、第２ＤＣＴ係数グループＧ1を元の変換対象ブロックの配置に基づいて第２フレームＤＣＴ係数グループＦＧ1 にマッピングし、……、第９ＤＣＴ係数グループＧ8を元の変換対象ブロックの配置に基づいて第９フレームＤＣＴ係数グループＦＧ8にマッピングし、第１０ＤＣＴ係数グループＧ9を元の変換対象ブロックの配置に基づいて第１０フレームＤＣＴ係数グループＦＧ9にマッピングする。
【０１２４】
この結果、ウェーブレット変換を用いた場合と同様に帯域分割が行え、同様にして、適応ビット割当部により量子化ビット数を設定することができる。
ここで、ディスプレイの画面への映像シーケンスの再生動作について説明する。
【０１２５】
映像１フレーム分の第１フレームＤＣＴ係数グループＦＧ0〜第１０フレームＤＣＴ係数グループＦＧ9がメモリから読み出され、ハフマン復号化及び逆量子化が行われる。
逆量子化されたＤＣＴ係数は、図１２のマッピングとは逆の操作であるＤＣＴ係数逆並び換えにより図１３（ａ）に示すように、
８×８＝６４［個］
のＤＣＴ係数Ｋ0〜Ｋ63からなるＤＣＴ係数ブロックに再構築される。ＤＣＴ係数は１フレーム分得られる。
【０１２６】
そして得られた６４個のＤＣＴ係数からなる各ＤＣＴ係数ブロックに対して２次元ＩＤＣＴ部により２次元ＩＤＣＴを施し、図１３（ｂ）に示すように、８［画素］×８［画素］（元の画素数（＝６４［画素］）からなるブロックを構成して、フレームメモリの当該ブロックに対応する領域に書き込む。
【０１２７】
以上の処理を１映像フレームを構成する全てのＤＣＴ係数ブロックに対して行うことにより、フレームメモリ上には、復号画像が得られることとなる。
こうして得られた復号画像を図示しないビデオインターフェース部でＤ／Ａ変換することによりディスプレイ画面上に動画再生がなされることとなる。
【０１２８】
以上の第２実施形態においては、８×８画素をブロックとしてＤＣＴ変換係数を生成する場合について説明したが、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとし（Ｙ：２以上の整数）、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を生成する離散コサイン変換処理を行う場合についても、本発明の適用が可能である。
【０１２９】
すなわち、得られた１フレームの離散コサイン変換係数を予め設定した（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割し、最も低域の帯域である第１帯域に相当する第１フレームＤＣＴ係数グループから最も高域の第（３・Ｙ＋１）フレームＤＣＴ係数グループまでの（３・Ｙ＋１）個のフレームＤＣＴ係数グループを生成するように構成すればよい。
【０１３０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、帯域分割手段は、入力データを複数の帯域に分割して帯域分割データとして量子化ビット数制御手段及び量子化手段に出力する。
【０１３１】
量子化ビット数制御手段は、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みをＤ*Tとし、重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、平均ビットレートＲTが最小となるように帯域分割データ毎に量子化ビット数を定め、量子化ビット数制御データを量子化手段に出力し、量子化手段は、量子化ビット数制御データに対応する量子化ビット数で帯域分割データを量子化して量子化データとして符号化手段に出力し、符号化手段は、量子化データを符号化して符号化データとして出力するので、入力データが動画データである場合、複雑な画面に対しては、多くの符号量を割り当て、単純な画面に対しては少ない符号量を割り当てても、一定の画質（ＳＮ比）を確保することが可能となる。
【０１３２】
この結果、画像の記憶媒体として、駆動機構がなく高速ではあるが、ビット当たりの単価が高く、容量の少ない半導体メモリのような記憶媒体を用いたとしても、記憶容量を有効に利用して、高品質な画像を得ることが可能となる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御手段の判別値記憶手段は、（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶し、
【０１３３】
【数３９】
積算出手段は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（２）式により算出し、
Ｇ＝σ2・Ｂ （２）
量子化ビット数判別手段は、判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて積Ｇに最も近い値を有する判別値Ｆに対応する量子化ビット数Ｒに相当する量子化ビット数制御データを量子化手段に出力するので、高速で量子化ビット数を割り当てることができ、画質を劣化させることなく高速で符号化処理を行うことが可能となる。
【０１３４】
従って、動画像データを高品位で高速に符号化することが可能となる。
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御手段の相乗平均値記憶手段は、量子化ビット数Ｒ＝Ｘに対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを量子化ビット数に対応づけて記憶し、
【０１３５】
【数４０】
【０１３６】
【数４１】
積算出手段は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（３）式により算出し、
Ｇ＝σ2・Ｂ （３）
これらにより量子化ビット数判別手段は、積Ｇと相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて量子化ビット数制御データを量子化手段に出力するので、演算量をより低減して、より高速に符号化処理を行える。
【０１３７】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御手段の標準偏差出力手段は、各帯域の標準偏差σを標準偏差データとして正規化手段に出力し、量子化手段の正規化手段は、量子化を行うに際し、標準偏差データに基づいて各帯域の分散σ2が１となるように正規化を行うので、入力データの種類に拘わらず、同一の演算処理を行え、装置構成を簡略化することが可能となる。
【０１３８】
請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御手段の標準偏差出力手段は、各帯域の標準偏差σを標準偏差データとして量子化ステップ幅制御手段に出力し、量子化手段の量子化ステップ幅制御手段は、標準偏差データに基づいて量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングするので、入力データの種類に拘わらず、同一の演算処理を行え、装置構成を簡略化することが可能となる。
請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明の効果に加えて、帯域分割手段は、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割するので、符号化効率の良い符号化を行うことができ、データ量の削減が可能となる。
【０１３９】
請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明の効果に加えて、符号化は、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとし（Ｙ：２以上の整数）、帯域分割手段は、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配するので、符号化としてウェーブレット変換を用いる場合と同様の取り扱いが可能となる。
【０１４０】
請求項８記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【０１４１】
【数４２】
【０１４２】
請求項９記載の発明によれば、帯域分割工程は、入力データを複数の帯域に分割し、量子化ビット数制御工程は、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みをＤ*Tとし、重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、平均ビットレートＲTが最小となるように分割した帯域毎に量子化ビット数を定め、量子化工程は、定められた量子化ビット数で帯域分割された入力データを量子化し、符号化工程は、量子化された入力データを符号化するので、入力データが動画データである場合、複雑な画面に対しては、多くの符号量を割り当て、単純な画面に対しては少ない符号量を割り当てても、一定の画質（ＳＮ比）を確保することが可能となる。
【０１４３】
この結果、画像の記憶媒体として、駆動機構がなく高速ではあるが、ビット当たりの単価が高く、容量の少ない半導体メモリのような記憶媒体を用いたとしても、記憶容量を有効に利用して、高品質な画像を得ることが可能となる。
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御工程の判別値記憶工程は、量子化ビット数Ｒ及び予め算出した量子化ビット数Ｒに対応する（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶し、
【０１４４】
【数４３】
積算出工程は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（２）式により算出する。
Ｇ＝σ2・Ｂ （２）
量子化ビット数判別工程は、判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて積Ｇに最も近い値を有する判別値Ｆに対応する量子化ビット数Ｒを当該分割した帯域について定めるべき量子化ビット数とするので、高速で量子化ビット数を割り当てることができ、画質を劣化させることなく高速で符号化処理を行うことが可能となる。
【０１４５】
従って、動画像データを高品位で高速に符号化することが可能となる。
請求項１１記載の発明によれば、請求項９記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御工程の相乗平均値記憶工程は、量子化ビット数Ｒ＝Ｘに対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを量子化ビット数に対応づけて記憶し、
【０１４６】
【数４４】
【０１４７】
【数４５】
積算出工程は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（３）式により算出し、
Ｇ＝σ2・Ｂ （３）
量子化ビット数判別工程は、積Ｇと相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて当該分割した帯域について量子化ビット数を定めるので、演算量をより低減して、より高速に符号化処理を行える。
【０１４８】
請求項１２記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御工程の標準偏差算出工程は、各帯域の標準偏差σを算出し、量子化工程の正規化工程は、量子化を行うに際し、標準偏差に基づいて各帯域の分散σ2が１となるように正規化を行うので、入力データの種類に拘わらず、同一の演算処理を行え、符号化装置の装置構成を簡略化することが可能となる。
【０１４９】
請求項１３記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御工程の標準偏差算出工程は、各帯域の標準偏差σを算出し、量子化工程の量子化ステップ幅制御工程は、標準偏差に基づいて量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングするので、入力データの種類に拘わらず、同一の演算処理を行え、装置構成を簡略化することが可能となる。
【０１５０】
請求項１４記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、帯域分割工程は、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割するので、符号化効率のよい符号化を行うことができ、データ量の削減が可能となる。
【０１５１】
請求項１５記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、帯域分割手段は、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配するので、符号化としてウェーブレット変換を用いる場合と同様の取り扱いが可能となる。
【０１５２】
請求項１６記載の発明は、請求項１記載の発明の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【０１５３】
【数４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態の映像記録再生装置の概要構成ブロック図である。
【図２】 適応ビット割当部及び量子化部の概要構成ブロック図である。
【図３】 ウェーブレット変換動作の説明図（１）である。
【図４】 ウェーブレット変換動作の説明図（２）である。
【図５】 最適非一様量子化器におけるＳＮ比ＳＮＲ（Ｒ）及びパラメータδ（Ｒ）の値の関係説明図である。
【図６】 量子化ビット数と判別境界のメモリテーブルの説明図である。
【図７】 メモリの物理フォーマットの説明図である。
【図８】 フレームデータのデータ構成説明図である。
【図９】 逆ウェーブレット変換の説明図である。
【図１０】 第２実施形態の構成説明図である。
【図１１】 ＤＣＴ係数及びＤＣＴ係数の帯域分割の説明図である。
【図１２】 ＤＣＴ係数の並び替え処理の説明図である。
【図１３】 ２次元逆ＤＣＴ変換の説明図である。
【符号の説明】
１ 映像記録再生装置
２ エンコーダ
３ メモリ
４ デコーダ
５ ウェーブレット変換部
６ 適応ビット割当部
７ 量子化部
８ ハフマン符号部
９ フォーマッタ部
１０ 逆フォーマッタ部
１１ ハフマン復号部
１２ 逆量子化部
１３ ウェーブレット逆変換部
１５ 分散計算部
１６ 重み乗算部
１７ 判別境界テーブル参照部
２０ 正規化部
２１-1〜２１-N 量子化器
Ｄ 判別用データ
ＤBT ビット割当情報データ
ＤDE 復号化データ
ＤEN 符号化データ
ＤG 画像データ
ＤNSB 正規化サブバンドデータ
ＤPG 再生データ
ＤRSB 逆量子化サブバンドデータ
ＤFL フレームデータ
ＤSB サブバンドデータ
ＤQSB 量子化データ
【発明の属する技術分野】
本発明は符号化装置、符号化方法及び符号化プログラム記憶媒体に係り、特に画像データを圧縮する符号化装置、符号化方法及び符号化プログラム記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より動画像に対応する画像信号を記録するための記憶媒体として、磁気テープや光ディスクなどを用いる場合には、磁気テープ記録（あるいは記録再生）装置あるいは光ディスク記録（あるいは記録再生）装置が駆動機構を備えているため、そのアクセス時間の制限や転送レートの制限などの観点から固定レートの符号化が行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の固定レートによる符号化では、複雑な画面に対してはＳ／Ｎが低くなり、画質の劣化が大きくなり、単純な画面に対してはＳ／Ｎが高く画質の劣化が小さく、表示対象画面（フレーム）毎の画質が変動し画像により画質に差が生じてしまうという問題点があった。
【０００４】
また、単純な画面に対しても固定の符号量で処理を行うため、半導体メモリなどの駆動機構を有しない高速な記憶媒体を用いようとする場合には、記憶容量の有効利用が図れないという問題点があった。
そこで本発明の目的は、表示対象画面（フレーム）毎の画質の変動を抑制するとともに、記憶容量の有効利用を図ることが可能な符号化装置、符号化方法及び符号化プログラム記憶媒体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、入力データを複数の帯域に分割して帯域分割データとして出力する帯域分割手段と、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みをＤ*Tとし、前記重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、前記平均ビットレートＲTが最小となるように前記帯域分割データ毎に量子化ビット数を定め、量子化ビット数制御データを出力する量子化ビット数制御手段と、前記量子化ビット数制御データに対応する量子化ビット数で前記帯域分割データを量子化して量子化データとして出力する量子化手段と、前記量子化データを符号化して符号化データとして出力する符号化手段と、を備えて構成する。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、帯域分割手段は、入力データを複数の帯域に分割して帯域分割データとして量子化ビット数制御手段及び量子化手段に出力する。
量子化ビット数制御手段は、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みをＤ*Tとし、重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、平均ビットレートＲTが最小となるように帯域分割データ毎に量子化ビット数を定め、量子化ビット数制御データを量子化手段に出力する。
【０００７】
量子化手段は、量子化ビット数制御データに対応する量子化ビット数で帯域分割データを量子化して量子化データとして符号化手段に出力する。
符号化手段は、量子化データを符号化して符号化データとして出力する。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、前記量子化ビット数Ｒ及び予め算出した前記量子化ビット数Ｒに対応する（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶する判別値記憶手段と、
【０００８】
【数９】
Ｇ＝σ2・Ｂ （２）
前記判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて前記積Ｇに最も近い値を有する前記判別値Ｆに対応する前記量子化ビット数Ｒに相当する前記量子化ビット数制御データを出力する量子化ビット数判別手段と、を備えて構成する。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御手段の判別値記憶手段は、（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶する。
積算出手段は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（２）式により算出する。
【００１０】
量子化ビット数判別手段は、判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて積Ｇに最も近い値を有する判別値Ｆに対応する量子化ビット数Ｒに相当する量子化ビット数制御データを量子化手段に出力する。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、量子化ビット数Ｒ＝Ｘ（Ｘ＝０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax−１以下の整数）に対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを前記量子化ビット数に対応づけて記憶する相乗平均値記憶手段と、
【００１１】
【数１０】
【数１１】
Ｇ＝σ2・Ｂ （３）
前記積Ｇと前記相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて前記量子化ビット数制御データを出力する量子化ビット数判別手段と、を備えて構成する。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御手段の相乗平均値記憶手段は、量子化ビット数Ｒ＝Ｘに対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを量子化ビット数に対応づけて記憶する。
【００１４】
積算出手段は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（３）式により算出する。
これらにより量子化ビット数判別手段は、積Ｇと相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて量子化ビット数制御データを量子化手段に出力する。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の標準偏差σを標準偏差データとして出力する標準偏差出力手段を備え、前記量子化手段は、前記量子化を行うに際し、前記標準偏差データに基づいて各前記帯域の分散σ2が１となるように正規化を行う正規化手段を備えて構成する。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御手段の標準偏差出力手段は、各帯域の標準偏差σを標準偏差データとして正規化手段に出力する。
量子化手段の正規化手段は、量子化を行うに際し、標準偏差データに基づいて各帯域の分散σ2が１となるように正規化を行う。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の標準偏差σを標準偏差データとして出力する標準偏差出力手段を備え、前記量子化手段は、前記標準偏差データに基づいて前記量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングする量子化ステップ幅制御手段を備えて構成する。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御手段の標準偏差出力手段は、各帯域の標準偏差σを標準偏差データとして量子化ステップ幅制御手段に出力する。
量子化手段の量子化ステップ幅制御手段は、標準偏差データに基づいて量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、前記帯域分割手段は、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理（Ｙ：２以上の整数）を行い、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割するように構成する。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明の作用に加えて、帯域分割手段は、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理を行って、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割する。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、前記帯域分割手段は、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとし（Ｙ：２以上の整数）、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を生成する離散コサイン変換処理を行い、前記（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配するように構成する。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明の作用に加えて、帯域分割手段は、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとし（Ｙ：２以上の整数）て離散コサイン変換処理を行い、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配する。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項１記載の発明の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【００２３】
【数１２】
請求項８記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【００２５】
請求項９記載の発明は、入力データを複数の帯域に分割する帯域分割工程と、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みをＤ*Tとし、前記重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、前記平均ビットレートＲTが最小となるように前記分割した帯域毎に量子化ビット数を定める量子化ビット数制御工程と、前記定められた量子化ビット数で前記帯域分割された前記入力データを量子化する量子化工程と、前記量子化された入力データを符号化する符号化工程と、を備えて構成する。
【００２６】
請求項９記載の発明によれば、帯域分割工程は、入力データを複数の帯域に分割する。
量子化ビット数制御工程は、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、平均ビットレートＲTが最小となるように分割した帯域毎に量子化ビット数を定める。
【００２７】
量子化工程は、定められた量子化ビット数で帯域分割された入力データを量子化する。
符号化工程は、量子化された入力データを符号化する。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、前記量子化ビット数Ｒ及び予め算出した前記量子化ビット数Ｒに対応する（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶する判別値記憶工程と、
【００２８】
【数１３】
Ｇ＝σ2・Ｂ （２）
前記判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて前記積Ｇに最も近い値を有する前記判別値Ｆに対応する前記量子化ビット数Ｒを当該分割した帯域について定めるべき量子化ビット数とする量子化ビット数判別工程と、を備えて構成する。
【００２９】
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御工程の判別値記憶工程は、量子化ビット数Ｒ及び予め算出した量子化ビット数Ｒに対応する（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶する。
積算出工程は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（２）式により算出する。
【００３０】
量子化ビット数判別工程は、判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて積Ｇに最も近い値を有する判別値Ｆに対応する量子化ビット数Ｒを当該分割した帯域について定めるべき量子化ビット数とする。
請求項１１記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、量子化ビット数Ｒ＝Ｘ（Ｘ＝０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax−１以下の整数）に対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを前記量子化ビット数に対応づけて記憶する相乗平均値記憶工程と、
【００３１】
【数１４】
【数１５】
Ｇ＝σ2・Ｂ （３）
前記積Ｇと前記相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて当該分割した帯域について量子化ビット数を定める量子化ビット数判別工程と、を備えて構成する。
【００３３】
請求項１１記載の発明によれば、請求項９記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御工程の相乗平均値記憶工程は、量子化ビット数Ｒ＝Ｘに対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを量子化ビット数に対応づけて記憶する。
【００３４】
積算出工程は、分散σ2と重みＢの積Ｇを（３）式により算出する。
量子化ビット数判別工程は、積Ｇと相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて当該分割した帯域について量子化ビット数を定める。
請求項１２記載の発明は、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明において、前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の標準偏差σを算出する標準偏差算出工程を備え、前記量子化工程は、前記量子化を行うに際し、前記標準偏差に基づいて各前記帯域の分散σ2が１となるように正規化を行う正規化工程を備えて構成する。
【００３５】
請求項１２記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御工程の標準偏差算出工程は、各帯域の標準偏差σを算出する。
量子化工程の正規化工程は、量子化を行うに際し、標準偏差に基づいて各帯域の分散σ2が１となるように正規化を行う。
【００３６】
請求項１３記載の発明は、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明において、前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の標準偏差σを算出する標準偏差算出工程を備え、前記量子化工程は、前記標準偏差に基づいて前記量子化を行う際の量子化ステップ幅を制御して標準偏差σでスケーリングする量子化ステップ幅制御工程を備えて構成する。
【００３７】
請求項１３記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明の作用に加えて、量子化ビット数制御工程の標準偏差算出工程は、各帯域の標準偏差σを算出する。
量子化工程の量子化ステップ幅制御工程は、標準偏差に基づいて量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングする。
【００３８】
請求項１４記載の発明は、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明において、前記帯域分割工程は、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理（Ｙ：２以上の整数）を行い、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割するように構成する。
【００３９】
請求項１４記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、帯域分割工程は、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理を行って、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割する。
【００４０】
請求項１５記載の発明は、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明において、前記帯域分割工程は、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとし（Ｙ：２以上の整数）て、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を生成する離散コサイン変換処理を行って、前記（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯
域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配するように構成する。
【００４１】
請求項１５記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、帯域分割工程は、離散コサイン変換処理を行って、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配する。
【００４２】
請求項１６記載の発明は、請求項１記載の発明の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【００４３】
【数１６】
請求項１６記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【００４５】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
図１にサブバンド符号化の方法としてウェーブレット変換を用いた映像記録再生装置の概要構成ブロック図を示す。
【００４６】
映像記録再生装置１は、大別すると、１フレーム分の入力データＤGをウェーブレット変換し、量子化し、符号化し、フレーム単位で所定のデータフォーマットに変換（フォーマッティング）して符号化フレームデータＤFLとして出力するエンコーダ２と、符号化フレームデータを記憶する記憶媒体としてのメモリ３と、メモリから読み出した符号化フレームデータＤFLを逆フォーマッティングし、復号化し、逆量子化し、逆ウェーブレット変換を行って再生データＤPGとして出力するデコーダ４と、を備えて構成されている。
エンコーダ２は、１フレーム分の入力データＤGを２次元ウェーブレット変換し、複数のサブバンドデータＤSBを生成して出力するウェーブレット変換部５と、順次入力されたサブバンドデータＤSBに基づいて、当該サブバンドデータＤSBの量子化ビット数を算出し、ビット割当情報データＤBTとして出力するとともに、後述の標準偏差σm,dを出力する適応ビット割当部６と、順次入力されたサブバンドデータＤSBを対応するビット割当情報データＤBTに基づいて量子化し、量子化データＤQSBとして出力する量子化部７と、量子化データＤQSBを２次元ハフマン符号化し符号化データＤENとして出力するハフマン符号部８と、ビット割当情報データＤBT、標準偏差σm,d及び１フレームに対応する複数の符号化データＤENに基づいて所定のフォーマットを有するフレームデータＤFLを生成し、出力するフォーマッタ部９と、を備えて構成されている。
【００４７】
デコーダ４は、メモリ３から読み出したフレームデータＤFLを逆フォーマッティングし、符号化データＤENを取り出し、ビット割当情報データＤBT及び標準偏差σm,dを分離して出力する逆フォーマッタ部１０と、入力された符号化データＤENを２次元ハフマン復号化し、復号化データＤDEとして出力するハフマン復号部１１と、ビット割当情報データＤBT及び標準偏差σm,dに基づいて復号化データＤDEを逆量子化し、逆量子化サブバンドデータＤRSBとして出力する逆量子化部１２と、逆量子化サブバンドデータＤRSBを２次元逆ウェーブレット変換して再生データＤPGとして出力するウェーブレット逆変換部１３と、を備えて構成されている。
【００４８】
図２に適応ビット割当部及び量子化部の概要構成ブロック図を示す。
適応ビット割当部６は、Ｍ階層２次元ウェーブレット変換（Ｍは、自然数）において、ｍ階層（ｍは、Ｍ以下の自然数）、サブバンド方向ｄ（ｄ＝１：垂直方向、ｄ＝２：水平方向、ｄ＝３：対角方向）のサブバンドデータＤSBの分散σ2 m,dを算出するとともに、分散σ2 m,dの算出の際に得られる標準偏差σm,dを出力する分散計算部１５と、分散σ2 m,dに、サブバンドＳＢ（ｍ，ｄ）に対する重みＢm,dを乗じて得られる判別用データＤ、すなわち、
Ｄ＝σ2 m,d・Ｂm,d
を出力する重み乗算部１６と、判別用データＤに基づいて予め設定した判別境界テーブルを参照し、階層ｍ、方向ｄのサブバンドＳＢm,dの量子化ビット数Ｒm,d（Ｒm,dは、量子化可能ビット数範囲内の値をとる。図２では、０、１、…、Ｎ）を算出し、ビット割当情報データＤBTを出力する判別境界テーブル参照部１７と、を備えて構成されている。
【００４９】
量子化部７は、入力されたサブバンドデータＤSBを標準偏差σm,dで除することにより、分散σ2 m,d＝１となるようにサブバンドデータＤSBの正規化を行い正規化サブバンドデータＤNSBを出力する正規化部２０と、正規化サブバンドデータＤNSBを０、１、…、Ｎビットのいずれかで量子化する０ビット量子化器２１-0、１ビット量子化器２１-1、…、Ｎビット量子化器２１-Nと、判別境界テーブル参照部１７により出力されたビット割当情報データＤBTに基づいて、協働して０ビット量子化器２１-0、１ビット量子化器２１-1、…、Ｎビット量子化器２１-Nのうちのいずれかの量子化器の入力端子を正規化部２０に接続し、当該量子化器の出力端子をハフマン符号部８に接続する切換スイッチＳＷ１、ＳＷ２と、を備えて構成されている。
１）エンコーダの動作
まず、ウェーブレット変換部１１の概要動作（３階層２次元ウェーブレット変換；Ｍ＝３相当）について図３及び図４を参照して説明する。
【００５０】
３階層２次元ウェーブレット変換は、図３に示すように、１階層毎に第１の方向（図３では水平方向）に１次元のサブバンド分割を行い、さらに第２の方向（図３では垂直方向）に１次元のサブバンド分割を行うという処理を、当該階層で最も低域のサブバンドに再帰的に適用することによって実現できる。
【００５１】
図４において、記号「Ｌ」及び記号「Ｈ」は、ウェーブレット理論に基づいて設計されたクアドラチャミラーフィルタ（ＱＭＦ）あり、記号「Ｌ」は低域通過フィルタを表し、記号「Ｈ」は高域通過フィルタを表している。
この場合において、低域通過フィルタＬ及び高域通過フィルタＨのインパルス応答をそれぞれｌ（ｎ）及びｈ（ｎ）とすると、
ｈ（ｎ）＝（−１）(1-n)ｌ（１−ｎ）
の関係を有している。
【００５２】
また記号「↓２」は、１／２サブサンプリングを表している。
さらに１対の「Ｌ↓２」及び「Ｈ↓２」は分割フィルタ対を構成している。
次にウェーブレット変換部５の詳細動作を説明する。
ａ） 第１階層
入力された画像データＤGを水平方向にサブバンド分割を行い、図示しない第１フレームメモリ上に低域信号及び高域信号を分割記録する。
【００５３】
次に第１フレームメモリ上のデータに基づいて、垂直方向にサブバンド分割を行い、図３に示すように、図示しない第２フレームメモリ上にサブバンドＬＬ1、ＳＢ（1,1）、ＳＢ（1,2）、ＳＢ（1,3）の４つのサブバンドを分割記録する。
ｂ） 第２階層
続いて、サブバンドＬＬ1、ＳＢ（1,1）、ＳＢ（1,2）、ＳＢ（1,3 ）のうち最も低域のサブバンドＬＬ1を水平方向にサブバンド分割し、図示しない第１フレームメモリ上に低域信号及び高域信号を分割記録する。
【００５４】
次に第１フレームメモリ上のサブバンドＬＬ1に対応する領域上のデータに基づいて垂直方向にサブバンド分割を行い、図３に示すように、図示しない第２フレーム上のサブバンドＬＬ1に対応する領域にサブバンドＬＬ2、ＳＢ（2,1）、ＳＢ（2,2）、ＳＢ（2,3 ）の４つのサブバンドを分割記録する。
ｃ） 第３階層
同様に、サブバンドＬＬ2、ＳＢ（2,1）、ＳＢ（2,2）、ＳＢ（2,3）のうち最も低域のサブバンドＬＬ2を水平方向にサブバンド分割し、図示しない第１フレームメモリ上に低域信号及び高域信号を分割記録する。
【００５５】
次に第１フレームメモリ上のサブバンドＬＬ2に対応する領域上のデータに基づいて垂直方向にサブバンド分割を行い、図３に示すように、第２フレームメモリ上のサブバンドＬＬ2に対応する領域にサブバンドＳＢ（3,0）、ＳＢ（3,1）、ＳＢ（3,2）、ＳＢ（3,3）の４つのサブバンドを分割記録する。
【００５６】
これらの第１階層〜第３階層の２次元ウェーブレット変換を行うことにより入力された画像データＤGは、サブバンドＳＢ（3,0）〜ＳＢ（1,3）の１０個のサブバンドに分割されることとなる。
同様にして、Ｍ階層２次元ウェーブレット変換を行うと、得られるサブバンド分割数ＳＢＮは、
ＳＢＮ＝３×Ｍ＋１（個）
となる。この場合において、サブバンドＳＢ（M,0）、例えば、上述の場合サブバンドＳＢ（3,0）の信号は直流成分を含むので、差分符号化することにより直流成分を除き、その平均値を０とする。なお、他のサブバンドＳＢ（M,1）〜（1,3）の信号の平均値は０である。
【００５７】
これらの第１階層〜第３階層の２次元ウェーブレット変換を行うことにより入力された画像データＤGは、サブバンドデータＤSB(3,0)〜ＤSB(1,3)の１０個のサブバンドデータに分割される。これらのサブバンドデータＤSB(3,0)〜ＤSB(1,3)はサブバンド画像データＤSBを構成する。
【００５８】
このようにして画像データＤGをウェーブレット変換することにより得られたサブバンド画像データＤSB（＝サブバンドデータＤSB(3,0)〜ＤSB(1,3)）は適応ビット割当部６及び量子化部７に出力される。
２）適応ビット割当部の動作
次に、適応ビット割当部におけるビット割当について詳細に説明する。
【００５９】
１サンプル当たりのビット数の平均値である平均ビットレートＲT［bits/sample］は、
【００６０】
【数１７】
ここで、
ＲM,0：Ｍ階層２次元ウェーブレット変換を行った場合に最も低域の（最も解像度の 低い）サブバンドＳＢ(Ｍ，０)の量子化ビット数［bits/sample］
Ｒm,d：階層ｍ、方向ｄ（ｄ＝１：水平、ｄ＝２：垂直、ｄ＝３：対角）のブバンド ＳＢ(Ｍ，０)の量子化ビット数［bits/sample］である。
【００６１】
このときの重み付き平均二乗歪みＤ*Tは、
【００６２】
【数１８】
ここで、
ＤM,0：量子化ビット数ＲM,0のときのサブバンドＳＢ(Ｍ，０)の平均二乗歪み
ＢM,0：サブバンドＳＢ(Ｍ，０)に対する重み
Ｄm,d：量子化ビット数Ｒm,dのときのサブバンドＳＢ(ｍ，ｄ)の平均二乗歪み
Ｂm,d：サブバンドＳＢ(ｍ，ｄ)に対する重み
である。
【００６３】
この場合において、最適な量子化ビット割当を行うため、すなわち、符号量の無駄を抑制し、かつ、画質を安定させるためには、各フレームの重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定の条件下で、符号量が最小となるようにすればよい。
より詳細には、重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定の条件下で、平均ビットレートＲTを最小とする量子化ビット数Ｒm,dを各サブバンド毎に求めればよい。
【００６４】
そこでラグランジェの未定乗数法を用いて（３）式で表されるラグランジェ関数Ｌを最小化する。
【００６５】
【数１９】
【００６６】
【数２０】
（４）式を（３）式に代入し、量子化ビット数Ｒm,dで偏微分してその値を０として、（５）式を得る。
【００６７】
【数２１】
【００６８】
【数２２】
【００６９】
【数２３】
【００７０】
【数２４】
【００７１】
【数２５】
【００７２】
【数２６】
ところで、後述するように、パラメータδは量子化ビット数Ｒの関数であるので、（１０）式を変形して、以下に示す（１１）式を満足する量子化ビット数Ｒm,dを求めれば良いこととなる。
【００７３】
【数２７】
【００７４】
【数２８】
【００７５】
そこで、以下、重み付き平均二乗歪みＤ*T、パラメータδ（Ｒm,d）、分散σ2 m,d及び重みＢm,dの算出について説明する。
ａ） 重み付き平均二乗歪みＤ*Tの算出
入力画像の符号化の場合には、ＳＮ比ＳＮＲは、ピークＳＮ比ＳＮＲpで表すのが一般的であり、原画像が８ビット量子化により行われている場合、
【００７６】
【数２９】
【００７７】
【数３０】
Ｒビットで量子化したときの信号の分散σ2と平均二乗歪みＤの比は、（４）式より、
【００７８】
【数３１】
【００７９】
【数３２】
ところで、信号振幅分布の確率密度関数が与えられれば、ＳＮ比を最大にするための最適な量子化器を設計することができ、この最適な量子化器を用いた場合の最大のＳＮ比ＳＮＲ（Ｒ）を求めることができる。
【００８０】
この求めたＳＮ比ＳＮＲ（Ｒ）を（１６）式に代入することにより、パラメータδ（Ｒ）が求まることとなる。
【００８１】
【数３３】
ＳＮＲ（Ｒ）＝１２．６４［ｄＢ］
δ（Ｒ） ＝０．９００３
となる。
【００８２】
ｃ） 分散σ2 m,dの算出
分散σ2 m,d は、（１８）式により算出することができる。
【００８３】
【数３４】
ｄ） サブバンドの重みＢm,dの算出
文献［M.Antonini, M.Barlaud, P.Mathieu, and, I.Daubechies,"Image Coding Using Wavelet Transform" IEEE Trans. Image Proc.,vol.1, pp.205-220,April,1992]によれば、サブバンドの重みＢm,dは、（１９）式により与えられる。
【００８４】
【数３５】
なお、このサブバンドの重みＢm,dは、その都度演算により求めることも可能であるが、各サブバンド毎に予め求めておくように構成することも可能である。
【００８５】
以上の説明のように、重み付き平均二乗歪みＤ*T、パラメータδ（Ｒm,d）及び分散σ2 m,d、サブバンドの重みＢm,dを得ることができるので、これらを用いて（１２）式を満たす量子化ビット数Ｒm,dを算出することができる。
ところで、（１２）式は、対数演算を含むので、計算が煩雑になる。
【００８６】
そこで、実際には、以下のようにすることにより演算の簡略化を図っている。
（９）式より、重み付き平均二乗歪みＤ*T、パラメータδ（Ｒm,d）及び分散σ2 m,d及びサブバンドの重みＢm,dの間には、
【００８７】
【数３６】
【００８８】
【数３７】
【００８９】
そして、各サブバンドＳＢm,dについて、分散σ2 m,dと、サブバンドの重みＢm,dと、の積Ｇを求める、
Ｇ＝σ2 m,d・Ｂm,d
そして、得られた積Ｇに基づいて、テーブル（図６参照）を参照し、最も近い（２１）式の値に対応する量子化ビット数Ｒを選択する。
【００９０】
さらに簡略化するためには、量子化ビット数Ｒを量子化ビット数Ｒ＝Ｙ（Ｙ：０、１、…、７［bit(s)］）あるいは量子化ビット数Ｒ＝Ｙ＋１の何れにすべきかを判別するための判別境界（値）及び量子化ビット数Ｒ（図６参照）のみを予めメモリにテーブルとして登録しておけばよい。
【００９１】
この結果、得られた積Ｇの値を判別境界（値）と比較することにより、迅速に量子化ビット数Ｒを割り当てることが可能となる。この場合において、（２１）式は量子化ビット数Ｒの増加に対して指数関数的に増加するので、判別境界（値）は、量子化ビット数Ｒ＝Ｙ及び量子化ビット数Ｒ＝Ｙ＋１にそれぞれ対応する、
【００９２】
【数３８】
実際の判別としては、積Ｇの値が１００である場合には、
６６．５＜１００＜２２４．８
であるので（図６参照）、量子化ビット数Ｒ＝３となる。
３）量子化部の動作
次に量子化部７の動作について図２を参照して説明する。
【００９３】
量子化部７の正規化部２０は、サブバンド画像データＤSB（＝サブバンドデータＤSB(3,0)〜ＤSB(1,3)）が入力されると、当該入力されたサブバンドデータＤSBを標準偏差σm,dで除することにより、分散σ2 m,d＝１となるようにサブバンドデータＤSBの正規化を行い正規化サブバンドデータＤNSBを切換スイッチＳＷ１の入力端子に出力する。
【００９４】
この正規化サブバンドデータＤNSBの入力に先立って、切換スイッチＳＷ1、ＳＷ2を、当該正規化サブバンドデータＤNSBに対応する判別境界テーブル参照部１７により出力されたビット割当情報データＤBTに対応するビット数で量子化が可能な０ビット量子化器２１-0、１ビット量子化器２１-1、…、Ｎビット量子化器２１-Nのうちのいずれか一の量子化器に接続しておく。
【００９５】
この結果、切換スイッチＳＷ1に入力された正規化サブバンドデータＤNSBはビット割当情報データＤBTに対応するビット数を有する量子化データＤQSBとしてハフマン符号部８に切換スイッチ２を介して出力する。
４）ハフマン符号部及びフォーマッタ部の動作
ハフマン符号部８は、入力された量子化データＤQSBを２次元ハフマン符号化し符号化データＤENとしてフォーマッタ部９に出力する。
【００９６】
フォーマッタ部９は、適応ビット割当部６により入力されたビット割当情報データＤBT及び１フレームに対応する複数の符号化データＤENに基づいて所定のフォーマットを有する符号化フレームデータＤFLを生成し、メモリ３に出力する。
５）メモリの物理フォーマット
図７にメモリの物理フォーマットを示す。
【００９７】
メモリ３は、大別すると、画像シーケンスのファイル名、当該画像シーケンスに対応するファイルのスタートセクタ番号、当該画像シーケンスに対応するファイルのエンドセクタ番号、当該ファイルのファイルサイズ、記録時間などのディレクトリ情報を記憶するディレクトリ領域３Ａと、フレームデータＤFLを記憶するプログラム領域３Ｂとを備えて構成されており、ディレクトリ領域３Ａを参照することにより、メモリ３内に記録されている画像シーケンス数、各画像シーケンスの先頭位置及び記録時間などが分かることとなる。
【００９８】
より詳細には、メモリ３は、（Ｎ＋１）個のセクタ（例えば、各セクタは２０４８バイトで構成）で構成されており、ディレクトリ領域３Ａは第０セクタ（図中、セクタ０と表記）ＳＣ０が割り当てられ、プログラム領域３Ｂは第１セクタ（図中、セクタ１と表記）ＳＣ１〜第Ｎセクタ（図中、セクタＮと表記）ＳＣＮのＮ個のセクタが割り当てられている。
【００９９】
さらに実際の符号化画像データＤENは、フレームに対応するフレームデータ単位でプログラム領域３Ｂに格納され、各フレームデータＤFL1〜ＤFLLは各フレームデータＤFL1、…、ＤFLLの先頭検出を容易とするため、必ず、各セクタＳＣ１〜ＳＣＮの先頭からデータが書き込まれ、当該フレームデータに対応する最後のセクタのデータが存在しない領域にはダミーデータとしてのゼロデータが書き込まれる。
【０１００】
例えば、第１フレームデータＤFL1は、第１セクタＳＣ１の先頭からデータが記録され、第ｎセクタＳＣｎの途中まで記録され、第ｎセクタの残りの部分にはゼロデータがダミーデータとして書き込まれることとなる。
そして次の第（ｎ＋１）セクタＳＣ（ｎ＋１）の先頭から第２フレームデータが書き込まれることとなる。
【０１０１】
６）フレームデータの構成
図８にフレームデータＤFLのデータ構成図を示す。
フレームデータＤFLは、大別すると、インデックス情報部３０と、画像データ部３１と、を備えて構成されている。
【０１０２】
インデックス情報部３０は、フレームデータの先頭を表すＳＯＦ（Start Of Frame）データ３２と、フレーム番号（Frame No.）を表すフレーム番号データ３３と、当該フレームの総バイト数を表すフレームバイト数カウントデータ３４と、を備えて構成されている。
【０１０３】
画像データ部３１は、各サブバンド毎の輝度信号（Ｙ）成分データ、Ｒ−Ｙ色差信号成分データ及びＢ−Ｙ色差信号成分データを備えて構成されており、より具体的には、サブバンドＳＢ(3,0)の輝度信号成分に対応する輝度信号（Ｙ）成分データＳＢ0Ｙ、サブバンドＳＢ(3,0)のＲ−Ｙ色差信号成分に対応するＲ−Ｙ色差信号成分データＳＢ0Ｒ、サブバンドＳＢ(3,0)のＢ−Ｙ色差信号成分に対応するＢ−Ｙ色差信号成分データＳＢ0Ｂ、サブバンドＳＢ(3,1)の輝度信号（Ｙ）成分データＳＢ1Ｙ、……、サブバンドＳＢ(1,3)の輝度信号成分に対応する輝度信号（Ｙ）成分データＳＢ9Ｙ、サブバンドＳＢ(1,3)のＲ−Ｙ色差信号成分に対応するＲ−Ｙ色差信号成分データＳＢ9Ｒ及びサブバンドＳＢ(1,3)のＢ−Ｙ色差信号成分に対応するＢ−Ｙ色差信号成分データＳＢ9Ｂを備えて構成されている。
【０１０４】
ここで、輝度信号（Ｙ）成分データとして、サブバンドＳＢ(3,1)の輝度信号（Ｙ）成分データＳＢ1Ｙを例として説明する。
輝度信号（Ｙ）成分データＳＢ1Ｙは、当該サブバンドＳＢ(3,1)の先頭であることを表すＳＯＳ（Start Of Subband）データ４０と、当該サブバンドＳＢ(3,1)の量子化ビット数（Q Bit）を表すデータ４１と、当該サブバンドＳＢ(3,1)の標準偏差を表すスケールファクター（ＳＣＦ）データ４２と、当該サブバンドＳＢ(3,1)のバイト数を表すサブバンドバイト数カウントデータ４３と、２次元ハフマン符号化されたサブバンドのデータであるハフマン符号化データ４４と、を備えて構成されている。
【０１０５】
７）デコーダの動作
ここで、具体的なデコーダ４の動作について説明する。
まず、再生指令が入力されると、逆フォーマッタ部１０は、メモリ３から再生指令に対応するフレームデータＤFLを読み出し、フレームデータＤFLを逆フォーマッティングし、符号化データＤENを取り出し、ハフマン復号部１１に出力するとともに、ビット割当情報データＤBT及び標準偏差σm,dを分離して逆量子化部１２に出力する。
【０１０６】
ハフマン復号部１１は、入力された符号化データＤENを２次元ハフマン復号化し、復号化データＤDEとして逆量子化部１２に出力する。
逆量子化部１２は、ビット割当情報データＤBT及び標準偏差σm,dに基づいて復号化データＤDEを逆量子化し、逆量子化サブバンドデータＤRSB（＝逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,0)〜ＤRSB(1,3)）としてウェーブレット逆変換部１３に出力する。
【０１０７】
逆ウェーブレット逆変換部１３は、逆量子化サブバンドデータＤRSBを２次元逆ウェーブレット変換して再生データＤPGとして出力する。
８）ウェーブレット逆変換部の動作
次にウェーブレット逆変換部１３の概要動作（３階層２次元ウェーブレット逆変換）について説明する。
【０１０８】
３階層２次元ウェーブレット逆変換は、第１の方向（例えば、垂直方向）に１次元のサブバンド合成を行い、さらに第２の方向（例えば、水平方向）に１次元のサブバンド合成を行うという処理を行い、さらに二つの合成結果を順次再合成することによって実現できる。
【０１０９】
次にウェーブレット逆変換部１３の詳細動作を図３及び図９を参照して説明する。
図９において、記号「Ｌ」は低域通過フィルタを表し、記号「Ｈ」は高域通過フィルタを表す。また記号「↑２」は、２倍のアップサンプリングを表している。更に一対の「↑２Ｌ」と「↑２Ｈ」は合成フィルタ対を構成している。
【０１１０】
そして、逆量子化サブバンドデータＤRSB(m,d)は、第１のフレームメモリ上に図３に示すように記録される。
ａ） 第３階層
逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,0)と逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,1)とは、第３階層第１垂直方向合成フィルタ対によって合成され、図示しない第２フレームメモリ上に水平方向低域信号として記録される。
【０１１１】
一方、逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,2)と逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,3)とは、第３階層第２垂直合成フィルタ対によって合成され、図示しない第２フレームメモリ上に水平方向高域信号として記録される。
サブバンドデータＤRSB(3,0)及びサブバンドデータＤRSB(3,1)の垂直方向合成結果である低域信号並びに逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,2)及び逆量子化サブバンドデータＤRSB(3,3)の垂直方向合成結果である高域信号は、第３階層水平合成フィルタ対によって合成され、サブバンドデータＬＬ2として、第１フレームメモリＦＭ１上の対応する領域に記録される。
【０１１２】
ｂ） 第２階層
サブバンドデータＬＬ2と逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,1)とは、第２階層第１垂直方向合成フィルタ対によって合成され図示しない第２フレームメモリ上に水平方向低域信号として記録される。
【０１１３】
一方、逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,2)と逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,3)とは、第２階層第２垂直方向合成フィルタ対によって合成され、図示しない第２フレームメモリ上に水平方向高域信号として記録される。
逆量子化サブバンドデータＬＬ2及び逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,1)の垂直方向合成結果である低域信号並びに逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,2)及び逆量子化サブバンドデータＤRSB(2,3)の垂直方向合成結果である高域信号は第２階層水平合成フィルタ対によって合成され、逆量子化サブバンドデータＬＬ1として、第１フレームメモリ上の対応する記録される。
【０１１４】
ｃ） 第１階層
逆量子化サブバンドデータＬＬ1と逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,1)とは、第１階層第１垂直方向合成フィルタ対によって合成され図示しない第２フレームメモリ上に水平方向低域信号として記録される。
【０１１５】
一方、逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,2)と逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,3)とは、第１階層第２垂直方向合成フィルタ対によって合成され図示しない第２フレームメモリ上に水平方向高域信号として記録される。
サブバンドデータＬＬ1及び逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,1)の垂直方向合成結果である低域信号並びに逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,2)及び逆量子化サブバンドデータＤRSB(1,3)の垂直方向合成結果である高域信号は第１階層水平合成フィルタ対によって復号画像データＤPGとして、第１フレームメモリ上に記録されることとなる。
【０１１６】
そして復号画像データＤPGはＤ／Ａ変換されて画像信号とされ、図示しないディスプレイに出力される。
この結果、ディスプレイの画面上には復号された画像が表示されることとなる。
【０１１７】
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、重み付き平均二乗歪みが一定という条件下で、符号量（平均ビットレート）が最小になるように構成することにより、複雑な画面に対しては多くの符号量を割り当て、単純な画面に対しては少ない符号量を割り当てるようにしているので、半導体メモリのような駆動機構がなく高速処理が可能ではあるが、容量の小さな記憶媒体を用いる場合でも、符号量の無駄を押さえ、かつ、画質の安定した映像を得られることとなる。
【０１１８】
以上の第１実施形態においては、２次元３階層ウェーブレット変換処理を行う場合について説明したが、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理（Ｙ：２以上の整数）を行う場合にも本発明の適用が可能である。
すなわち、、最も低域のサブバンドであるサブバンドＳＢ(Y,0)から最も高域のサブバンドであるサブバンドＳＢ(1,3)までの（３・Ｙ＋１）個のサブバンドを構成するサブバンドデータＤSB(Y,0)〜ＤSB(1,3)を生成するように構成すればよい。
第２実施形態
以上の第１実施形態においては、符号化方法としてウェーブレット変換を用いていたが、本第２実施形態は、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）やＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）で用いられているＤＣＴ（離散コサイン変換）を用いた場合の実施形態である。
【０１１９】
ＤＣＴを用いる場合には、図１のウェーブレット変換部５を図１０（ａ）に示す２次元の離散コサイン変換を行う２次元ＤＣＴ部５１及び離散コサイン変換により得られたＤＣＴ係数を並び換えるＤＣＴ係数並び換え部５２に置き換え、図１のウェーブレット逆変換部を図１０（ｂ）に示すＤＣＴ係数の逆並び換えを行うＤＣＴ係数逆並び換え部５３及び逆並び換えられたＤＣＴ係数を逆離散コサイン変換する２次元逆ＤＣＴ（２次元ＩＤＣＴ）部５４に置き換えることにより実現できる。
【０１２０】
２次元ＤＣＴの変換対象ブロックを８［画素］×８［画素］構成とすると、図１１（ａ）に示すように、６４個のＤＣＴ係数Ｋ0〜Ｋ63が得られる。
第１番目のＤＣＴ係数Ｋ0は直流成分を表し、図１１（ａ）中、右側にあるＤＣＴ係数ほど水平方向の高周波成分を表し、図１１（ａ）中、下側にあるＤＣＴ係数ほど垂直方向の高周波成分を表している。
【０１２１】
そこで、図１１（ｂ）に示すように、６４個のＤＣＴ係数Ｋ0〜Ｋ63を１０個のＤＣＴ係数グループ（帯域）Ｇ0〜Ｇ9に分割し、１フレーム分のＤＣＴ係数グループを各帯域毎にまとめて、図１２に示すようにマッピング（再配置）すると、上述の第１実施形態のように、ウェーブレット変換を用いたサブバンド分割と類似の帯域分割を行うことが可能となる。
【０１２２】
この結果、第１実施形態のエンコーダ２における量子化部７の量子化動作からメモリ３への記録動作並びにメモリ３からの読出動作からデコーダ４おける逆量子化部１２の逆量子化動作までは、第１実施形態と同様の処理を行うことができ、特に量子化ビット数を決定する際には、各帯域毎に分散σm 2（ｍ：０〜９）を求めればよい。
【０１２３】
より具体的には、図１２に示すように、各フレームの第１ＤＣＴ係数グループＧ0を元の変換対象ブロックの配置に基づいて第１フレームＤＣＴ係数グループ（帯域）ＦＧ0にマッピングし、第２ＤＣＴ係数グループＧ1を元の変換対象ブロックの配置に基づいて第２フレームＤＣＴ係数グループＦＧ1 にマッピングし、……、第９ＤＣＴ係数グループＧ8を元の変換対象ブロックの配置に基づいて第９フレームＤＣＴ係数グループＦＧ8にマッピングし、第１０ＤＣＴ係数グループＧ9を元の変換対象ブロックの配置に基づいて第１０フレームＤＣＴ係数グループＦＧ9にマッピングする。
【０１２４】
この結果、ウェーブレット変換を用いた場合と同様に帯域分割が行え、同様にして、適応ビット割当部により量子化ビット数を設定することができる。
ここで、ディスプレイの画面への映像シーケンスの再生動作について説明する。
【０１２５】
映像１フレーム分の第１フレームＤＣＴ係数グループＦＧ0〜第１０フレームＤＣＴ係数グループＦＧ9がメモリから読み出され、ハフマン復号化及び逆量子化が行われる。
逆量子化されたＤＣＴ係数は、図１２のマッピングとは逆の操作であるＤＣＴ係数逆並び換えにより図１３（ａ）に示すように、
８×８＝６４［個］
のＤＣＴ係数Ｋ0〜Ｋ63からなるＤＣＴ係数ブロックに再構築される。ＤＣＴ係数は１フレーム分得られる。
【０１２６】
そして得られた６４個のＤＣＴ係数からなる各ＤＣＴ係数ブロックに対して２次元ＩＤＣＴ部により２次元ＩＤＣＴを施し、図１３（ｂ）に示すように、８［画素］×８［画素］（元の画素数（＝６４［画素］）からなるブロックを構成して、フレームメモリの当該ブロックに対応する領域に書き込む。
【０１２７】
以上の処理を１映像フレームを構成する全てのＤＣＴ係数ブロックに対して行うことにより、フレームメモリ上には、復号画像が得られることとなる。
こうして得られた復号画像を図示しないビデオインターフェース部でＤ／Ａ変換することによりディスプレイ画面上に動画再生がなされることとなる。
【０１２８】
以上の第２実施形態においては、８×８画素をブロックとしてＤＣＴ変換係数を生成する場合について説明したが、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとし（Ｙ：２以上の整数）、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を生成する離散コサイン変換処理を行う場合についても、本発明の適用が可能である。
【０１２９】
すなわち、得られた１フレームの離散コサイン変換係数を予め設定した（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割し、最も低域の帯域である第１帯域に相当する第１フレームＤＣＴ係数グループから最も高域の第（３・Ｙ＋１）フレームＤＣＴ係数グループまでの（３・Ｙ＋１）個のフレームＤＣＴ係数グループを生成するように構成すればよい。
【０１３０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、帯域分割手段は、入力データを複数の帯域に分割して帯域分割データとして量子化ビット数制御手段及び量子化手段に出力する。
【０１３１】
量子化ビット数制御手段は、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みをＤ*Tとし、重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、平均ビットレートＲTが最小となるように帯域分割データ毎に量子化ビット数を定め、量子化ビット数制御データを量子化手段に出力し、量子化手段は、量子化ビット数制御データに対応する量子化ビット数で帯域分割データを量子化して量子化データとして符号化手段に出力し、符号化手段は、量子化データを符号化して符号化データとして出力するので、入力データが動画データである場合、複雑な画面に対しては、多くの符号量を割り当て、単純な画面に対しては少ない符号量を割り当てても、一定の画質（ＳＮ比）を確保することが可能となる。
【０１３２】
この結果、画像の記憶媒体として、駆動機構がなく高速ではあるが、ビット当たりの単価が高く、容量の少ない半導体メモリのような記憶媒体を用いたとしても、記憶容量を有効に利用して、高品質な画像を得ることが可能となる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御手段の判別値記憶手段は、（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶し、
【０１３３】
【数３９】
Ｇ＝σ2・Ｂ （２）
量子化ビット数判別手段は、判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて積Ｇに最も近い値を有する判別値Ｆに対応する量子化ビット数Ｒに相当する量子化ビット数制御データを量子化手段に出力するので、高速で量子化ビット数を割り当てることができ、画質を劣化させることなく高速で符号化処理を行うことが可能となる。
【０１３４】
従って、動画像データを高品位で高速に符号化することが可能となる。
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御手段の相乗平均値記憶手段は、量子化ビット数Ｒ＝Ｘに対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを量子化ビット数に対応づけて記憶し、
【０１３５】
【数４０】
【数４１】
Ｇ＝σ2・Ｂ （３）
これらにより量子化ビット数判別手段は、積Ｇと相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて量子化ビット数制御データを量子化手段に出力するので、演算量をより低減して、より高速に符号化処理を行える。
【０１３７】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御手段の標準偏差出力手段は、各帯域の標準偏差σを標準偏差データとして正規化手段に出力し、量子化手段の正規化手段は、量子化を行うに際し、標準偏差データに基づいて各帯域の分散σ2が１となるように正規化を行うので、入力データの種類に拘わらず、同一の演算処理を行え、装置構成を簡略化することが可能となる。
【０１３８】
請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御手段の標準偏差出力手段は、各帯域の標準偏差σを標準偏差データとして量子化ステップ幅制御手段に出力し、量子化手段の量子化ステップ幅制御手段は、標準偏差データに基づいて量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングするので、入力データの種類に拘わらず、同一の演算処理を行え、装置構成を簡略化することが可能となる。
請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明の効果に加えて、帯域分割手段は、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割するので、符号化効率の良い符号化を行うことができ、データ量の削減が可能となる。
【０１３９】
請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明の効果に加えて、符号化は、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとし（Ｙ：２以上の整数）、帯域分割手段は、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配するので、符号化としてウェーブレット変換を用いる場合と同様の取り扱いが可能となる。
【０１４０】
請求項８記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【０１４１】
【数４２】
請求項９記載の発明によれば、帯域分割工程は、入力データを複数の帯域に分割し、量子化ビット数制御工程は、１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みをＤ*Tとし、重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、平均ビットレートＲTが最小となるように分割した帯域毎に量子化ビット数を定め、量子化工程は、定められた量子化ビット数で帯域分割された入力データを量子化し、符号化工程は、量子化された入力データを符号化するので、入力データが動画データである場合、複雑な画面に対しては、多くの符号量を割り当て、単純な画面に対しては少ない符号量を割り当てても、一定の画質（ＳＮ比）を確保することが可能となる。
【０１４３】
この結果、画像の記憶媒体として、駆動機構がなく高速ではあるが、ビット当たりの単価が高く、容量の少ない半導体メモリのような記憶媒体を用いたとしても、記憶容量を有効に利用して、高品質な画像を得ることが可能となる。
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御工程の判別値記憶工程は、量子化ビット数Ｒ及び予め算出した量子化ビット数Ｒに対応する（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶し、
【０１４４】
【数４３】
Ｇ＝σ2・Ｂ （２）
量子化ビット数判別工程は、判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて積Ｇに最も近い値を有する判別値Ｆに対応する量子化ビット数Ｒを当該分割した帯域について定めるべき量子化ビット数とするので、高速で量子化ビット数を割り当てることができ、画質を劣化させることなく高速で符号化処理を行うことが可能となる。
【０１４５】
従って、動画像データを高品位で高速に符号化することが可能となる。
請求項１１記載の発明によれば、請求項９記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御工程の相乗平均値記憶工程は、量子化ビット数Ｒ＝Ｘに対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを量子化ビット数に対応づけて記憶し、
【０１４６】
【数４４】
【数４５】
Ｇ＝σ2・Ｂ （３）
量子化ビット数判別工程は、積Ｇと相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて当該分割した帯域について量子化ビット数を定めるので、演算量をより低減して、より高速に符号化処理を行える。
【０１４８】
請求項１２記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御工程の標準偏差算出工程は、各帯域の標準偏差σを算出し、量子化工程の正規化工程は、量子化を行うに際し、標準偏差に基づいて各帯域の分散σ2が１となるように正規化を行うので、入力データの種類に拘わらず、同一の演算処理を行え、符号化装置の装置構成を簡略化することが可能となる。
【０１４９】
請求項１３記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の発明の効果に加えて、量子化ビット数制御工程の標準偏差算出工程は、各帯域の標準偏差σを算出し、量子化工程の量子化ステップ幅制御工程は、標準偏差に基づいて量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングするので、入力データの種類に拘わらず、同一の演算処理を行え、装置構成を簡略化することが可能となる。
【０１５０】
請求項１４記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、帯域分割工程は、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割するので、符号化効率のよい符号化を行うことができ、データ量の削減が可能となる。
【０１５１】
請求項１５記載の発明によれば、請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、帯域分割手段は、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配するので、符号化としてウェーブレット変換を用いる場合と同様の取り扱いが可能となる。
【０１５２】
請求項１６記載の発明は、請求項１記載の発明の発明において、前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定する。
【０１５３】
【数４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態の映像記録再生装置の概要構成ブロック図である。
【図２】 適応ビット割当部及び量子化部の概要構成ブロック図である。
【図３】 ウェーブレット変換動作の説明図（１）である。
【図４】 ウェーブレット変換動作の説明図（２）である。
【図５】 最適非一様量子化器におけるＳＮ比ＳＮＲ（Ｒ）及びパラメータδ（Ｒ）の値の関係説明図である。
【図６】 量子化ビット数と判別境界のメモリテーブルの説明図である。
【図７】 メモリの物理フォーマットの説明図である。
【図８】 フレームデータのデータ構成説明図である。
【図９】 逆ウェーブレット変換の説明図である。
【図１０】 第２実施形態の構成説明図である。
【図１１】 ＤＣＴ係数及びＤＣＴ係数の帯域分割の説明図である。
【図１２】 ＤＣＴ係数の並び替え処理の説明図である。
【図１３】 ２次元逆ＤＣＴ変換の説明図である。
【符号の説明】
１ 映像記録再生装置
２ エンコーダ
３ メモリ
４ デコーダ
５ ウェーブレット変換部
６ 適応ビット割当部
７ 量子化部
８ ハフマン符号部
９ フォーマッタ部
１０ 逆フォーマッタ部
１１ ハフマン復号部
１２ 逆量子化部
１３ ウェーブレット逆変換部
１５ 分散計算部
１６ 重み乗算部
１７ 判別境界テーブル参照部
２０ 正規化部
２１-1〜２１-N 量子化器
Ｄ 判別用データ
ＤBT ビット割当情報データ
ＤDE 復号化データ
ＤEN 符号化データ
ＤG 画像データ
ＤNSB 正規化サブバンドデータ
ＤPG 再生データ
ＤRSB 逆量子化サブバンドデータ
ＤFL フレームデータ
ＤSB サブバンドデータ
ＤQSB 量子化データ
Claims (16)
- 入力データを複数の帯域に分割して帯域分割データとして出力する帯域分割手段と、
１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みをＤ*Tとし、前記重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、前記平均ビットレートＲTが最小となるように前記帯域分割データ毎に量子化ビット数を定め、量子化ビット数制御データを出力する量子化ビット数制御手段と、
前記量子化ビット数制御データに対応する量子化ビット数で前記帯域分割データを量子化して量子化データとして出力する量子化手段と、
前記量子化データを符号化して符号化データとして出力する符号化手段と、
を備えたことを特徴とする符号化装置。 - 請求項１記載の符号化装置において、
前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、前記量子化ビット数Ｒ及び予め算出した前記量子化ビット数Ｒに対応する（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶する判別値記憶手段と、
Ｇ＝σ2・Ｂ （２）
前記判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて前記積Ｇに最も近い値を有する前記判別値Ｆに対応する前記量子化ビット数Ｒに相当する前記量子化ビット数制御データを出力する量子化ビット数判別手段と、
を備えたことを特徴とする符号化装置。 - 請求項１記載の符号化装置において、
前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、量子化ビット数Ｒ＝Ｘ（Ｘ＝０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax−１以下の整数）に対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを前記量子化ビット数に対応づけて記憶する相乗平均値記憶手段と、
Ｇ＝σ2・Ｂ （３）
前記積Ｇと前記相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて前記量子化ビット数制御データを出力する量子化ビット数判別手段と、
を備えたことを特徴とする符号化装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の符号化装置において、
前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の標準偏差σを標準偏差データとして出力する標準偏差出力手段を備え、
前記量子化手段は、前記量子化を行うに際し、前記標準偏差データに基づいて各前記帯域の分散σ2が１となるように正規化を行う正規化手段を備えたことを特徴とする符号化装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の符号化装置において、
前記量子化ビット数制御手段は、各前記帯域の標準偏差σを標準偏差データとして出力する標準偏差出力手段を備え、
前記量子化手段は、前記標準偏差データに基づいて前記量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングする量子化ステップ幅制御手段を備えたことを特徴とする符号化装置。 - 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の符号化装置において、
前記帯域分割手段は、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理（Ｙ：２以上の整数）を行い、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割することを特徴とする符号化装置。 - 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の符号化装置において、
前記帯域分割手段は、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとして（Ｙ：２以上の整数）、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を生成する離散コサイン変換処理を行い、前記（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配することを特徴とする符号化装置。 - 請求項１記載の符号化装置において、
前記量子化ビット数制御手段は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定することを特徴とする符号化装置。
- 入力データを複数の帯域に分割する帯域分割工程と、
１サンプル当たりのビット数であるビットレートの平均値である平均ビットレートＲTのときの重み付き平均二乗歪みＤ*Tとし、前記重み付き平均二乗歪みＤ*Tが一定、かつ、前記平均ビットレートＲTが最小となるように前記分割した帯域毎に量子化ビット数を定める量子化ビット数制御工程と、
前記定められた量子化ビット数で前記帯域分割された前記入力データを量子化する量子化工程と、
前記量子化された入力データを符号化する符号化工程と、
を備えたことを特徴とする符号化方法。 - 請求項９記載の符号化方法において、
前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、前記量子化ビット数Ｒ及び予め算出した前記量子化ビット数Ｒに対応する（１）式で表される判別値Ｆの値を記憶する判別値記憶工程と、
Ｇ＝σ２・Ｂ （２）
前記判別値Ｆ及び積Ｇに基づいて前記積Ｇに最も近い値を有する前記判別値Ｆに対応する前記量子化ビット数Ｒを当該分割した帯域について定めるべき量子化ビット数とする量子化ビット数判別工程と、
を備えたことを特徴とする符号化方法。 - 請求項９記載の符号化方法において、
前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし（Ｒ；０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax以下の整数）、量子化ビット数Ｒ＝Ｘ（Ｘ＝０以上、かつ、最大量子化ビット数Ｒmax−１以下の整数）に対応する（１）式で表される判別値ＦX及び量子化ビット数Ｒ＝Ｘ＋１に対応する（２）式で表される判別値Ｆ(X+1)の相乗平均値Ｈを前記量子化ビット数に対応づけて記憶する相
乗平均値記憶工程と、
Ｇ＝σ2・Ｂ （３）
前記積Ｇと前記相乗平均値Ｈの大小関係に基づいて当該分割した帯域について量子化ビット数を定める量子化ビット数判別工程と、
を備えたことを特徴とする符号化方法。 - 請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の符号化方法において、
前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の標準偏差σを算出する標準偏差算出工程を備え、
前記量子化工程は、前記量子化を行うに際し、前記標準偏差に基づいて各前記帯域の分散σ2が１となるように正規化を行う正規化工程を備えたことを特徴とする符号化方法。 - 請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の符号化方法において、
前記量子化ビット数制御工程は、各前記帯域の標準偏差σを算出する標準偏差算出工程を備え、
前記量子化工程は、前記標準偏差に基づいて前記量子化を行う際の量子化ステップ幅を標準偏差σでスケーリングする量子化ステップ幅制御工程を備えたことを特徴とする符号化方法。 - 請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の符号化方法において、
前記帯域分割工程は、２次元Ｙ階層ウェーブレット変換処理（Ｙ：２以上の整数）を行い、最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分割することを特徴とする符号化方法。 - 請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の符号化方法において、
前記帯域分割手段は、（２Ｙ×２Ｙ）画素を一のブロックとして（Ｙ：２以上の整数）、（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を生成する離散コサイン変換処理を行い、前記（２Ｙ×２Ｙ）個の離散コサイン変換係数を最も低域の帯域である第（Ｙ，０）帯域から最も高域の帯域である第（１，３）帯域までの（３・Ｙ＋１）個の帯域に分配することを特徴とする符号化方法。 - 請求項１記載の符号化方法において、
前記量子化ビット数制御工程は、分散をσ2とし、各前記帯域の重みをＢとし、各前記帯域の量子化ビット数をＲとし、δ（Ｒ）をパラメータとしたときに（１）式の関係が成立するような各前記帯域の量子化ビット数Ｒを決定することを特徴とする符号化方法。
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