JP3899552B2 - 画像データ圧縮装置およびその方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単位時間長あたりの画像データの圧縮後の符号量が等しくなるように画像データを圧縮し、編集処理に適した圧縮画像データを供給する画像データ圧縮装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
ＭＰＥＧ(motion picture coding experts group) 方式等の画像圧縮技術を、通信および読み出し専用の記録媒体（光ディスク等）に対する記録に応用する場合には、ＴＭ５（Test Model 5）方式等に代表されるように、マクロブロックそれぞれから発生される圧縮画像データのデータ量（符号量）は、仮想的バッファの残り容量等に基づいて、平均して目標符号量以下になるようにすれば足りる。
【０００３】
一方、画像圧縮技術を、高画質が要求される放送局用のデジタルビデオテープレコーダ（ＶＴＲ装置）に応用する場合には、通信等に応用する場合と異なり、インサート編集および早送り再生等を実現する必要性から、圧縮画像データの符号量に関する制限が存在する。つまり、例えば、単位時間長（等符号長時間）の画像データから得られる圧縮画像データは、ビデオテープの所定長の範囲に記録され得るように、一定の目標符号量以下とされる必要がある。通常、圧縮画像データの符号量の制限に用いられる等符号長時間は、例えば、フレーム（ピクチャー）単位に定められ、あるいは、複数のピクチャーから構成され、圧縮符号化の単位となるＧＯＰ(group of pictures) 単位に定められる。
【０００４】
このように、放送用ＶＴＲ装置に圧縮画像データを供給するためには、発生する圧縮画像データの符号量を厳しく制限する必要があるため、量子化レベルＱを高精度に制御しなければならない。量子化レベルＱの制御のための方式としては、例えば、特開平６−３１９１１２号公報および特開平５−２８４４５８号公報に開示されているように、発生した圧縮画像データの符号量（発生符号量）が、目標符号量Ｔｊを越えないような量子化レベルＱを算出する二分木探索方式(binary search) 、あるいは、固定の量子化レベルＱで画像データを予備的に圧縮符号化し、この圧縮符号化の結果に基づいて、最適な量子化レベルＱを算出するバックサーチ(back search) 方式が知られている。
【０００５】
これらの方式は、各マクロブロックごとに、発生する圧縮画像データの符号量の最大値が、目標符号量を超えないように量子化レベルＱを制御するという点で一致し、発生する圧縮画像データの符号量が、全てのマクロブロックについて目標符号量以下となり、等符号長時間ごとに発生する圧縮画像データを等長化するという目的を達成することができる。
しかしながら、これらの方式においては、等符号長時間ごとの目標符号量と、実際に発生した圧縮画像データの符号量の差が無駄になり、無駄にした符号量の分だけ、圧縮画像データを伸長復号して得られる画像の品質が劣化してしまうことになる。
【０００６】
二分木探索方式およびバックサーチ方式の問題点を解決する方法として、マクロブロックごとに、実際に発生した圧縮画像データの符号量と目標符号量との差（余り符号量）を、続くいくつかのマクロブロックに対して分配し、これらのマクロブロックに割り当てて目標符号量を増やす方法がある。
しかしながら、余り符号量を、１つのマクロブロックに対してのみ分配すると、配分したマクロブロックの画像の品質が際立って良くなったり、あるいは逆に、他のブロックの画像の品質が際立って劣化するといったように、１つの画面内の画像の品質にムラが生じてしてしまうことがある。
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、単位時間長の画像データを圧縮符号化し、所定の目標符号量以下の圧縮画像データを得ることができ、しかも、目標符号量と、実際に発生した圧縮画像データの符号量との差を非常に少なくすることができる画像データ圧縮装置およびその方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、目標符号量と実際に発生した圧縮画像データの符号量との差を非常に少なくすることができるにもかかわらず、全てのマクロブロックに対して均一な符号量を割り当てることができ、伸長復号後の画面の部分ごとに生じる画像品質のムラをなくすことができる画像データ圧縮装置およびその方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮装置であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出する繰り越し符号量算出手段と、
前記繰り越し符号量算出手段によって算出された繰り越し符号量が、所定の固定符号量より大きいことを条件として前記上限値を増加させ、前記所定の固定符号量より小さいことを条件として前記上限値を減少させるように、前記ブロック単位で前記上限値を更新する上限値更新手段と、
前記繰り返し符号量算出手段により算出された前記繰り越し符号量を、前記上限値更新手段により更新された上限値以下に制限する上限値制限手段と、
前記上限値制限手段により前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出する目標符号量設定手段と、
前記目標符号量算出手段により算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮する圧縮手段と
を有する画像データ圧縮装置が提供される。
【０００９】
また本発明によれば、画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮装置であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出する繰り越し符号量算出手段と、
前記繰り越し符号量算出手段によって算出された繰り越し符号量が、所定の範囲外である場合にのみ前記上限値を更新する上限値更新手段と、
前記繰り返し符号量算出手段により算出された前記繰り越し符号量を、前記上限値更新手段により更新された上限値以下に制限する上限値制限手段と、
前記上限値制限手段により前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出する目標符号量設定手段と、
前記目標符号量算出手段により算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮する圧縮手段と
を有する画像データ圧縮装置が提供される。
【００１０】
本発明によれば、画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮方法であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
算出された繰り越し符号量が、所定の固定符号量より大きいことを条件として前記上限値を増加させ、前記所定の固定符号量より小さいことを条件として前記上限値を減少させるように、前記ブロック単位で前記上限値を更新するステップと、
算出された前記繰り越し符号量を、更新された上限値以下に制限するステップと、
前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
前記算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮するステップと
を有する画像データ圧縮方法が提供される。
【００１１】
また本発明によれば、画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮方法であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
算出された繰り越し符号量が、所定の範囲外である場合にのみ前記上限値を更新するステップと、
算出された前記繰り越し符号量を、更新された上限値以下に制限するステップと、
前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
前記算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮するステップと
を有する画像データ圧縮方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
以下、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る画像データ圧縮装置１の構成を示す図である。
図１に示すように、画像データ圧縮装置１は、圧縮符号化部２および予備符号化部４および目標符号量制御部５から構成される。
【００１３】
圧縮符号化部２は、画像並べ替え部１０、ピクチャタイプ制御部１２、走査変換ブロック化部１４、動き検出部１６、ＦＩＦＯ１８，３８、減算部１９、ＤＣＴ(discrete cosine transform) 部２０、量子化部２２、可変長符号化部２４、逆量子化部３０、ＩＤＣＴ(inverse discrete cosine transform) 部３２、加算部３４および動き補償部３６から構成され、外部から入力される画像データを、予備符号化部４により設定される量子化インデックスＱＩに基づいて圧縮符号化し、圧縮画像データを生成する。
【００１４】
予備符号化部４は、動き補償部２６、減算部２８、ＤＣＴ部４２、予測部４４、バックサーチ(back search) 部４６Ｄ 構成され、目標符号量Ｔに圧縮画像データの符号量（発生符号量Ｇ）を近付けるための量子化レベル（レート）Ｑの制御に用いられる量子化インデックスＱＩを高い精度で求める。
目標符号量制御部５は、減算部４８、加算部５０，５６、上限値制限部(limitter)５２および配分符号量生成部５４から構成される。
画像データ圧縮装置１は、これらの構成部分により、非圧縮画像データを、所定の画像圧縮符号化方式、例えば、ＭＰＥＧ方式により圧縮符号化し、所定の単位時間長（等符号長時間ＴＥ）、例えば、ＧＯＰごとにほぼ等しい発生符号量Ｇの圧縮画像データを生成する。
【００１５】
以下、画像データ圧縮装置１の各構成部分を説明する。
圧縮符号化部２において、画像並べ替え部１０は、ピクチャタイプ制御部１２からのピクチャータイプ信号に基づいて、画像データ圧縮装置１に接続された編集装置あるいはディジタルビデオテープレコーダ（ＶＴＲ装置）等の画像機器（図示せず）から入力される非圧縮画像データに含まれるピクチャーを、ＭＰＥＧ方式による圧縮符号化に適した順序に並び替えて、走査変換ブロック化部１４に対して出力する。
【００１６】
ピクチャタイプ制御部１２は、非圧縮画像データのピクチャーそれぞれに対して圧縮後のフレーム（ピクチャー）の種類、つまり、各ピクチャーが圧縮符号化後にＩピクチャー(intra picture) 、Ｐピクチャー(predictive picture)およびＢピクチャー(bidirectionally predictive picture)のいずれになるかを示すピクチャータイプ信号を生成し、画像並べ替え部１０に対して出力する。
【００１７】
図２は、図１に示した走査変換ブロック化部１４におけるマクロブロック（ＭＢ）化処理を示す図である。
走査変換ブロック化部１４は、画像並べ替え部１０から入力された画像データのピクチャーそれぞれに対して、フィールド／フレーム変換処理およびマクロブロック化処理を行ない、動き検出部１６および動き補償部２６に対して出力する。
【００１８】
なお、走査変換ブロック化部１４におけるマクロブロック化処理は、画像データの輝度信号（輝度データ；Ｙ）および色差信号（色差データ；Ｃｒ，Ｃｂ）を、それぞれ所定数の画素を含むブロックに分割する処理であって、図２に示すように、１ピクチャー分の輝度データ（Ｙ）を、１マクロブロック当たり１６×１６画素の画像データ（輝度データ）を含むマクロブロックに分割し、１ピクチャー分の色差データ（Ｃｒ，Ｃｂ）を、それぞれ１マクロブロック当たり８×１６画素の画像データ（色差データ）を含むマクロブロックに等分割する。
【００１９】
つまり、輝度データ（Ｙ）のマクロブロックは、１マクロブロックあたり８×８画素の画像データを含む４個のブロック（部分）から構成され、色差データ（Ｃｒ，Ｃｂ）それぞれのマクロブロックは、輝度データ（Ｙ）に比べて水平方向を１／２にサブサンプリングし、１つあたり８×８画素の画像データを含む２個のブロックから構成される。
【００２０】
動き検出部１６（図１）は、走査変換ブロック化部１４から入力された画像データに対して、マクロブロック単位で動き検出を行い、動き検出の結果として得られる動きベクトルを、動き補償部２６、および、図１中に点線で示すように、ＦＩＦＯ３８に対して出力し、走査変換ブロック化部１４から入力された画像データを減算部２８の正入力端子およびＦＩＦＯ１８に対して出力する。
【００２１】
ＦＩＦＯ１８は、動き検出部１６から入力された画像データを、予備符号化部４のＤＣＴ部４２、予測部４４およびバックサーチ部４６の処理に要する時間だけ遅延し、減算部１９の正入力端子に対して出力する。
ＦＩＦＯ３８は、動き検出部１６から入力された動きベクトルを、ＦＩＦＯ１８と同様に、予備符号化部４のＤＣＴ部４２、予測部４４およびバックサーチ部４６の処理に要する時間だけ遅延し、動き補償部３６に対して出力する。
【００２２】
減算部１９は、圧縮後にＢピクチャーおよびＰピクチャーになるピクチャーの画像データから、動き補償部３６の動き補償の結果として得られた画像データを減算して予測誤差データを算出し、圧縮後にＩピクチャーになる画像データそのもの、および、算出した予測誤差データをＤＣＴ部２０に対して出力する。
【００２３】
ＤＣＴ部２０は、減算部１９から圧縮後にＩピクチャーになるピクチャーの画像データが入力される場合は、画像データそのものに対してマクロブロック単位に離散余弦変換（ＤＣＴ）処理を行い、圧縮後にＢピクチャーおよびＰピクチャーになるピクチャーの画像データが入力される場合には、予測誤差データに対してマクロブロック単位にＤＣＴ処理を行い、これらのＤＣＴ処理の結果（ＤＣＴ係数）を量子化部２２に対して出力する。
【００２４】
量子化部２２は、バックサーチ部４６から入力される量子化インデックスＱＩが示す量子化レベルＱを用いて、１マクロブロック（ＭＢ）あたりの発生符号量Ｇｊが目標符号量Ｔｊ以下であって、目標符号量Ｔｊに近い値になるように、ＤＣＴ部２０から入力されるＤＣＴ係数を量子化し、量子化の結果として得られたデータを可変長符号化部２４および逆量子化部３０に対して出力する。
【００２５】
ここで、量子化レベルＱと量子化インデックスＱＩとの関係を説明する。量子化レベル（レート）Ｑとは、量子化部２２においてＤＣＴ係数に対して除算を行う際に、あるいは、逆量子化部３０において量子化されたデータに対して乗算を行う際に用いられるデータであって、量子化部２２においては、発生符号量Ｇ５ｊを目標符号量Ｔｊに近づけるために、量子化レベルＱとして、非線形に変化する複数の値の組み合わせが、画像の複雑さ等に応じて複数、使い分けられる。
【００２６】
一方、量子化インデックスＱＩは、複数の量子化レベルＱの組み合わせに付された番号であり、量子化インデックスＱＩを参照することにより、量子化レベルＱとして用いられた複数の値の組み合わせを識別することができる。なお、量子化インデックスＱＩは、通常、量子化レベルＱそのものよりも符号量が少ないので、ＶＴＲ装置等においては、量子化レベルＱの代わりに量子化インデックスＱＩが、画像データとともに記録媒体に記録されることが多い。
【００２７】
可変長符号化部２４は、量子化部２２から入力されるデータを可変長符号化して圧縮画像データを生成し、画像データ圧縮装置１に接続された画像機器に対して出力するとともに、圧縮画像データの１マクロブロック（ＭＢ）あたりの発生符号量Ｇｊを算出して減算部４８に対して出力する。
逆量子化部３０は、量子化部２２と逆の処理を行い、量子化部２２が出力するデータに、量子化インデックスＱＩが示す量子化レベルＱを乗算してＤＣＴ部２０が生成したＤＣＴ係数に対応するＤＣＴ係数を再生し、ＩＤＣＴ部３２に対して出力する。
【００２８】
ＩＤＣＴ部３２は、逆量子化部３０から入力されるＤＣＴ係数に対して逆離散余弦変換（ＩＤＣＴ）処理を行い、ＤＣＴ部２０に入力された、加算部１９に入力された画像データに対応する画像データを再生して加算部３４に対して出力する。
加算部３４は、動き補償部３６から入力される画像データと、ＩＤＣＴ部３２から入力される画像データを加算して、動き補償部３６に対して出力する。
【００２９】
動き補償部３６は、ＦＩＦＯ３８を経由して入力される、動き検出部１６で求めた動きベクトルに基づいて、加算部３４から入力される画像データに対して動き補償処理を行い、減算部１９の負入力端子および加算部３４に対して出力する。
動き補償部２６、減算部２８、ＤＣＴ部４２、予測部４４、バックサーチ部４６を有する予備符号化部４において、動き補償部２６は、動き検出部１６における動き検出の結果に基づいて、動き検出部１６から入力される画像データに対して動き補償を行い、動き補償の結果として得られた画像データを減算部２８の負入力端子に対して出力する。
【００３０】
減算部２８は、動き検出部１６で求めた動きベクトルから動き補償部２６で求めた動き補償の結果を減じて、圧縮後にＢピクチャーおよびＰピクチャーになるピクチャーの画像データから、動き補償部２６の動き補償の結果として得られたデータを減算して予測誤差データを算出し、圧縮後にＩピクチャーになる画像データそのもの、および、算出した予測誤差データをＤＣＴ部４２に対して出力する。
ＤＣＴ部４２は、減算部２８から圧縮後にＩピクチャーになるピクチャーの画像データが入力される場合は、画像データそのものに対してマクロブロック単位にＤＣＴ処理を行い、圧縮後にＢピクチャーおよびＰピクチャーになるピクチャーの画像データが入力される場合には、予測誤差データに対してマクロブロック単位にＤＣＴ処理を行い、ＤＣＴ係数を予測部４４に対して出力する。
【００３１】
予測部４４は、ＤＣＴ部４２から入力されたＤＣＴ処理の結果（ＤＣＴ係数）を、例えば、固定値の量子化レベルＱ(Fix-Q) により量子化し、量子化処理の結果として得られたデータの符号量、および、加算部５６から入力される目標符号量Ｔｊに基づいて、量子化インデックスＱＩを算出し、ＤＣＴ部４２から入力されたＤＣＴ係数とともにバックサーチ部４６に対して出力する。
【００３２】
なお、予測部４４において、二分木探索方式により量子化インデックスＱＩを算出することも可能である。以下、図３を参照して、予測部４４において、二分木探索方式により、量子化インデックスＱＩを求める場合の処理を説明する。
図３は、図１に示した予測部４４において、二分木探索方式により量子化インデックスＱＩを求める処理を、量子化インデックスＱＩの数が１６である場合について例示する図である。
等符号長時間ＴＥにおいて、目標符号量以下であって、目標符号量に近い値の圧縮映像データを得るためには、通常、等符号長時間ＴＥ単位で、刻々と生成される圧縮画像データの符号量に基づいて、量子化レート（レベル）Ｑを動的に（ダイナミックに）制御するフィードバック制御が用いられる。
【００３３】
しかしながら、動的なフィードバック制御により発生符号量を制御する方法を採った場合、長い時間において、発生符号量を一定以下に収めることができるものの、等符号長時間ＴＥごとに発生符号量を一定に保つことは難しい。二分木探索方式は、量子化インデックスＱＩの値が量子化レートＱの刻みを粗くする方向に大きくなる、発生符号量は量子化インデックスＱＩの値に応じて単調に減少することに着目し、フィードフォワード制御により、等符号長時間ＴＥごとの発生符号量を目標符号量以下であって、目標符号量に近い値とするために考案された方式である。
【００３４】
予測部４４は、図３に示すように、第１段階（1st stage)で、量子化インデックスＱＩの中央値〔図３の例においては、ＱＩ＝７（０〜１５の中央値）〕とし、この量子化インデックス７に対応する量子化レートＱで、ＤＣＴ部４２から入力されたＤＣＴ係数を量子化し、発生符号量を求める。
【００３５】
予測部４４は、第１段階において、量子化による発生符号量が目標符号量を超えた場合には、第２段階(2nd stage) において、量子化インデックスＱＩを１１として、量子化インデックス１１（７〜１５の中央値）に対応する量子化レートＱで、ＤＣＴ部４２から入力されたＤＣＴ係数を量子化し、発生符号量を求める。反対に、発生符号量が目標符号量より少ない場合には、予測部４４は、第二段階において、量子化インデックスＱＩを３（０〜７の中央値）として、量子化インデックス３に対応する量子化レートＱで、ＤＣＴ部４２から入力されたＤＣＴ係数を量子化し、発生符号量を求める。
【００３６】
以下、予測部４４は、第３段階および第４段階において、同様な処理を行い、最適な量子化インデックスの値を求める。
二分木探索方式によれば、ｎ個の量子化インデックスＱＩから最適な量子化インデックスＱＩを求めるための演算はｌｏｇ２ｎ回で済み、全ての量子化インデックスＱＩを用いてＤＣＴ係数に対する量子化を行い、最適な値を求める場合に比べて、演算量および演算を実行するハードウェア量を大幅に少なくすることができる。
【００３７】
バックサーチ部４６は、画像データをダビングすることにより量子化インデックスＱＩ（量子化レートＱ）が不明になった画像データから、正しい量子化インデックスＱＩを求める手段であって、予測部４４から入力されたマクロブロックごとのＤＣＴ係数および量子化インデックスＱＩに基づいて、バックサーチにより、目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの差を、予測部４４が算出した符号化インデックスＱＩよりもさらに少なくすることができる量子化インデックスＱＩ’を算出して、図１中に点線で示すように量子化部２２に対して出力する。
【００３８】
以下、図４を参照して、バックサーチ部４６の構成および動作をさらに説明する。
図４は、図１に示したバックサーチ部４６の構成を示す図である。
図４に示すように、バックサーチ部４６は、絶対値回路４６０、（ｎ＋１）個の１６ビット×１６ビットの乗算を行う乗算器４６２、（ｎ＋１）個のシフト回路４６４、（ｎ＋１）個の絶対値回路４６６、（ｎ＋１）個の総和回路４６８、最大値検出・最小値検出セレクタ４７０および除算回路４７２から構成される。
【００３９】
絶対値回路４６０は、予測部４４を経由して入力されるＤＣＴ部４２で生成したＤＣＴ係数の絶対値を算出し、（ｎ＋１）個の乗算器４６２に対して出力する。絶対値回路４６０によりＤＣＴ係数の絶対値を算出するのは、乗算器４６２〜最大値検出・最小値検出セレクタ４７０の各構成部分の処理においては数値の倍数関係のみが問題となり、数値の正負が問題とならず、また、絶対値とすることにより、これらの構成部分における演算が容易になるからである。
【００４０】
（ｎ＋１）個の乗算器４６２および（ｎ＋１）個の絶対値回路４６６はそれぞれ、実質的に除算回路を構成し、絶対値回路４６０から入力されるＤＣＴ係数の絶対値を、予測部４４から入力された量子化インデックスＱＩに０，１，２，…，ｎを加えた値で除算し、量子化する。具体的には、例えば、乗算器４６２およびシフト回路４６４が、ＤＣＴ係数を量子化レベル＝３で量子化する場合には、乗算器４６２がＤＣＴ係数に、１６進数表記で「０ＡＡＡＢｈ」を乗算し、シフト回路４６４が乗算結果を１８ビットシフトする。このような構成するのは、除算器の構成は複雑であり、乗算器４６２およびシフト回路４６４を用いて実質的に除算器を構成した方が、ハードウェア量が少なくて済むからである。
【００４１】
（ｎ＋１）個の絶対値回路４６６は、それぞれ（ｎ＋１）個の乗算器４６２および（ｎ＋１）個のシフト回路４６４による量子化結果の小数部に対して、下の式１に示す演算を行い、実質的に絶対値を算出する。
【００４２】
【数１】
ｆ（ｘ） ＝ ｘ （ｘ＜０．５）
ｆ（ｘ） ＝ １−ｘ （ｘ≧０．５） …（１）
【００４３】
式１に示した演算により、（ｎ＋１）個の絶対値回路４６６はそれぞれ、例えば、（ｎ＋１）個の乗算器４６２および（ｎ＋１）個のシフト回路４６４の量子化結果の絶対値化された小数部が０．９である場合には、実際には−０．１であったとみなして、小数部の絶対値の値を０．１とするためである。
（ｎ＋１）個の総和回路４６８はそれぞれ、（ｎ＋１）個の絶対値回路４６６により絶対値化された量子化結果の小数部の絶対値の総和値を算出し、最大値検出・最小値検出セレクタ４７０に対して出力する。
【００４４】
最大値検出・最小値検出セレクタ４７０は、（ｎ＋１）個の総和回路４６８が算出した総和値の内、最大の値を求めて、除算回路４７２に対して出力する。
除算回路４７２は、シフト回路から構成され、最大値検出・最小値検出セレクタ４７０が求めた２進数で表記される総和値を１ビットシフトすることにより、２で除算し、最大値検出・最小値検出セレクタ４７０に対して出力する。
（ｎ＋１）個の総和回路４６８それぞれから入力される総和値の最小値が、最大値の１／２以下である場合には、明らかに小さいと見なして倍数関係があると判断することができ、１／２より大きい場合には特定の倍数関係がないと判断することができる。
【００４５】
したがって、バックサーチ部４６の最大値検出・最小値検出セレクタ４７０は、（ｎ＋１）個の総和回路４６８それぞれから入力される総和値の最小値が、最大値の１／２以下である場合には、この最小値を与える量子化インデックスＱＩを最終的な量子化インデックスＱＩ’として量子化部２２に対して出力し、最大値の１／２より大きい場合には、最大値の１／２の値を与える量子化インデックスＱＩを最終的な量子化インデックスＱＩ’として量子化部２２に対して出力する。
以上説明したバックサーチ部４６の処理により、ダビングされ、元の量子化レート（レベル）Ｑが不明になった画像データに対しても、最適な量子化インデックスＱＩ’が求められる。このようにして、最適な量子化インデックスＱＩ’を求めることができる理由は、一度、記録・再生された画像データをＤＣＴ処理して得られるＤＣＴ係数は、元の量子化レベルの倍数になっているためである。
【００４６】
目標符号量制御部５において、減算部４８は、配分符号量生成部５４からマクロブロックごとに入力される配分符号量Ｄ ｊ から、可変長符号化部２４からマクロブロックごとに入力される発生符号量Ｇｊを減算して剰余符号量Ｒｊを算出し、加算部５０に対して出力する。
加算部５０は、上限値制限部５２からマクロブロックごとに入力される繰り越し符号量Ｓｊ の上限値ＵＬＩＭと、減算部４８からマクロブロックごとに入力される剰余符号量Ｒｊとを加算して生成した、現在のマクロブロックをｊ番目とした場合に、（ｊ＋１）番目のマクロブロックへの新たな繰り越し符号量Ｓｊ＋１を算出して上限値制限部５２に対して出力する。
このように、減算部４８において、配分符号量生成部５４から入力される配分符号量Ｄ ｊ から発生符号量Ｇ ｊ を減算して生成する剰余符号量Ｒ ｊ を算出し、加算部５０において、算出した剰余符号量Ｒ ｊ を用いて繰り越し符号量Ｓ ｊ 〔Ｓ j+1 ＝Ｓ j −ｍｉｎ（ＬＩＭ，Ｓ j ）＋Ｒ j ）〕を算出する。
【００４７】
上限値制限部５２は、予め設定される繰り越し符号量の上限値ＬＩＭと、加算部５０から入力される新たな繰り越し符号量Ｓ ｊ＋１ の内、いずれか小さい方の値を符号量の上限値ＵＬＩＭとして加算部５６に対して出力する。
配分符号量生成部５４は、マクロブロックそれぞれに予め配分されている配分符号量Ｄｊを加算部５６に対して出力する。
【００４８】
ここで、配分符号量Ｄｊは、等符号長時間ＴＥごとに圧縮画像データに割り当てられる符号量を、等符号長時間ＴＥに含まれる画像データのピクチャーのマクロブロックそれぞれに、ピクチャーの種類（ピクチャータイプ）等に応じて配分した符号量である。また、上限値ＬＩＭは、マクロブロックそれぞれの配分符号量Ｄｊに、繰り越し符号量Ｓｊの値に応じて加算する符号量の上限値である。
なお、上限制限部５２から出力される符号量の上限値ＵＬＩＭは、予め設定される繰り越し符号量の上限値ＬＩＭと、新たな繰り越し符号量Ｓ ｊ＋１ のいずれか小さいほうが選択されたものであり、加算部５６において、配分符号量生成フィルタ５４から出力されるマクロブロックそれぞれの配分符号量Ｄ ｊ に加算する符号量の上限値である。
加算部５６は、配分符号量生成部５４から入力された配分符号量Ｄ ｊ と、上限値制限部５２から入力された符号量の上限値ＵＬＩＭとを加算し、目標符号量Ｔｊとして予測部４４に対して出力する。
【００４９】
以下、画像データ圧縮装置１の動作を説明する。
まず、図５を参照して、減算部４８、加算部５０、上限値制限部５２および加算部５６による目標符号量Ｔｊの制御を行わない場合の画像データ圧縮装置１（図１）における発生符号量の制御を説明する。
図５は、第１の実施形態における画像データ圧縮装置１の目標符号量Ｔｊの制御を行わない場合の発生符号量制御を示す図である。なお、実際には、例えば、５２５／６０形式の画像データの１ピクチャーは１４４０個のマクロブロックから構成されるが、図５においては、図示の簡略化のために、１ピクチャーが３×４個（１〜１２）の画素のマクロブロックから構成されている場合を示してある（以下、図６，図８等において同様）。
【００５０】
図５において、配分符号量生成部５４が、等符号長時間ＴＥに割り当てられた目標符号量Ｔ ｊ を、各マクロブロックに均等に配分した配分符号量Ｄｊが、例えば、１，０００ビットである場合、予測部４４が生成した量子化インデックスＱＩまたはバックサーチ部４６が生成した量子化インデックスＱＩ’に基づいて、圧縮符号化部２に入力された各マクロブロックの画像データから、１，０００ビット以下であって、１，０００ビットに近い値の発生符号量の圧縮画像データが、最終的に可変長符号化部２４から出力される。
【００５１】
しかしながら、例えば、第１のマクロブロック〜第１２のマクロブロックから、可変長符号化部２４から実際に生成された圧縮画像データの発生符号量Ｇ１〜Ｇ１２がそれぞれ、例えば、図５に示すように、９５０ビット、９８０ビット、１，０００ビット…である場合、配分符号量Ｄ ｊ と発生符号量Ｇ ｊ の差〔剰余符号量Ｒｊ（＝Ｄ ｊ −Ｇｊ）〕は、５０ビット、２０ビット、０ビット…となり、このピクチャー全体で、３５０ビットの繰り越し符号量Ｓ（＝ΣＲｊ）が生じ、無駄になる。
【００５２】
次に、図６を参照して、減算部４８、加算部５０、上限値制限部５２、配分符号量生成部５４および加算部５６による目標符号量Ｔｊの制御を行い、繰り越し符号量Ｓｊを減少させた画像データ圧縮装置１（図１）における発生符号量Ｇ ５ｊの制御を説明する。
図６は、第１の実施形態における画像データ圧縮装置１の目標符号量Ｔｊの制御を行なう場合の発生符号量制御を示す図である。
【００５３】
図６に示すように、目標符号量Ｔｊの制御は、減算部４８〜加算部５６により、第ｊ番目のマクロブロックで生じた剰余符号量Ｒｊを、それ以降のマクロブロックに再配分することにより行われる。
図６において、配分符号量生成部５４が、等符号長時間ＴＥに割り当てられた目標符号量Ｔ ｊ を、各マクロブロックに均等に配分した配分符号量Ｄｊが、図５と同様に、例えば、１，０００ビットである場合、予測部４４が生成した量子化インデックスＱＩまたはバックサーチ部４６が生成した量子化インデックスＱＩ’に基づいて、圧縮符号化部２に入力された各マクロブロックの画像データから、１，０００ビット以下であって、１，０００ビットに近い値の発生符号量の圧縮画像データが、最終的に可変長符号化部２４から出力される。
【００５４】
例えば、第１のマクロブロックから、実際に生成された圧縮画像データの発生符号量Ｇ１が９５０ビットである場合、減算部４８が、配分符号量生成部５４から入力される配分符号量Ｄ１から発生符号量Ｇ１を減算して得る剰余符号量Ｒ５１は５０ビット、加算部５０が算出した繰り越し符号量Ｓ１〔Ｓｊ＝Ｓｊ−１−ｍｉｎ（ＬＩＭ，Ｓｊ−１）＋Ｒｊ、但し、Ｓ０，Ｒ０＝０〕は５０ビットになる。
なお、繰り越し符号量Ｓ１は、ピクチャー（等符号長時間ＴＥ）ごとに初期化され、初期値Ｓ０は０ビットとなる。
【００５５】
上限値制限部５２は、加算部５０で算出された繰り越し符号量Ｓ１ か、予め設定された符号量の上限値ＬＩＭ（図６においては４０ビット）のいずれか値が小さいほうを選択することにより、第２のマクロブロックに再配分する目標符号量の値〔再配分値｛＝ｍｉｎ（Ｓｊ−１，ＬＩＭ）｝〕を制限し、加算部５６に対して出力する。
加算部５６は、配分符号量生成部５４が生成する配分符号量Ｄｊと、上限値制限部５２から入力される再配分値を加算し、第２のマクロブロックに対する目標符号量Ｔ２（１，０４０ビット）を生成し、予測部４４に対して出力する。
【００５６】
予測部４４は、ＤＣＴ部４２から入力されるＤＣＴ係数、および、加算部５６から入力される目標符号量Ｔ２に基づいて量子化インデックスＱＩを生成し、バックサーチ部４６が量子化インデックスＱＩを最適化して、最終的な量子化インデックスＱＩ’を生成し、量子化部２２に対して出力する。
予備符号化部４は、入力される第２のマクロブロックの画像データを、量子化インデックスＱＩ’に基づいて量子化し、可変長符号化部２４は、最終的に発生符号量Ｇ ２ が１，０２０ビットの圧縮画像データを生成し、出力する。
【００５７】
画像データ圧縮装置１は、以下同様に、第３のマクロブロック〜第１２のマクロブロックの目標符号量Ｔ３〜Ｔ１２をそれぞれ、１，０３０ビット、１０１０ビット、…、１，０４０ビットとして圧縮符号化を行い、可変長符号化部２４から、それぞれ発生符号量Ｇｊが１，０２０ビット、９７０ビット、…、１０３０ビットの圧縮画像データを生成し、出力する。
図６に示した画像データ圧縮装置１の動作によれば、図５に示した画像データ圧縮装置１の動作によって生じていた３５０ビットの繰り越し符号量Ｓ１２を、２０ビットに減らすことができ、しかも、各マクロブロックから生成される圧縮画像データの符号量を増やすことができるので、伸長復号後の画像の品質が向上する。
【００５８】
なお、上限値制限部５２において、各マクロブロックの画像データに対する符号量の再配分値を制限する理由は、再配分する符号量に制限を設けないと、特定のマクロブロックの画像データだけに多くの符号量を再配分したり、逆に、他の特定のマクロブロックの画像データには全く符号量を再配分できなくなったりして、伸長復号後の画像にむらが生じ、画像の品質（画質）が劣化するからである。
【００５９】
なお、図６においては、説明の簡略化のために、可変長符号化部２４が出力した第ｊ番目のマクロブロックの圧縮画像データの発生符号量Ｇｊが、次の第（ｊ＋１）番目のマクロブロックの目標符号量Ｔｊ＋１に反映される場合を示したが、実際には、目標符号量の算出を行うためのハードウェア的な遅延、あるいは、ソフトウェア的な遅延が存在し、あるマクロブロックの画像データから生成される発生符号量は、数個後のマクロブロックの目標符号量に反映されることになる。
【００６０】
第２実施形態
以下、本発明の第２の実施形態を説明する。
第１の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御（図６）によれば、無駄な最終的な繰り越し符号量Ｓｊの値を少なくすることができ、圧縮画像データの発生符号量Ｔｊを増加させることができるので、伸長復号後の画像の品質を向上させることができる。しかしながら、図６に示した目標符号量Ｔｊの制御によると、各マクロブロックの画像データに対する目標符号量Ｔｊの値にばらつきが生じてしまい、伸長復号後の画像にむらが残ってしまうことになる。
【００６１】
また、バックサーチ部４６におけるバックサーチにより量子化インデックスＱＩを最適化するシステムにおいて、第１の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御（図６）を行うと、１回目の圧縮符号化において多くの目標符号量Ｔｊを割り当てたマクロブロックに、２回目の圧縮符号化に少ない目標符号量Ｔｊが割り当てられた場合、バックサーチにより求める量子化インデックスＱＩ’が、本来の１回目の量子化インデックスＱＩ’ではなく、それよりも大きい値となることが生じ、さらに画質が劣化してしまう。
【００６２】
目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの誤差が一定であれば、画像を劣化させることがない最適な符号量の上限値ＵＬＩＭを求めることができる。しかしながら、実際には、画像データ圧縮装置１に入力される動画像の絵柄より、目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊの関係は動的に変化するので、このような最適な符号量の上限値ＵＬＩＭを求めることはできない。
【００６３】
第２の実施形態に示す目標符号量Ｔｊの制御方法は、等符号長時間ＴＥにおける最終的な繰り越し符号量Ｓｊ一定の目標範囲に収めるように、各マクロブロックに対する目標符号量Ｔｊを制御すれば、各マクロブロックに対する目標符号量の再配分をほぼ一定にできるという性質と、画像データの時間方向の相関性に着目してなされたものであって、各マクロブロックの画像データに対して均等な目標符号量Ｔｊを割り当て、複数の画像データ圧縮・伸長装置を直列に接続して画像の圧縮・伸長を繰り返しても、常に正しい量子化レート（レベル）で画像データを圧縮することができ、画像にむらを生させることがないように目標符号量Ｔｊを制御する。
【００６４】
図７は、第２の実施形態における本発明に係る画像データ圧縮装置６の構成を示す図である。なお、図７においては、画像データ圧縮装置６の各構成部分のうち、第１の実施形態に示した画像データ圧縮装置１（図１等）と同じものには、同一の符号を付してある。
図７に示すように、画像データ圧縮装置６は、圧縮符号化部２および目標符号量制御部６２から構成される。つまり、画像データ圧縮装置６は、画像データ圧縮装置１（図１）の予備符号化部４と目標符号量制御部５を、目標符号量制御部６２で置換した構成をとる。
目標符号量制御部６２は、減算部６２０，６２６、目標符号量生成部６２４、目標剰余符号量生成部６２８および上限値算出部６３０から構成される。
【００６５】
まず、画像データ圧縮装置６における目標符号量の制御の原理を説明する。
図７に示すように、図１を参照して述べた予備符号化部４および目標符号量制御部５を、目標符号量Ｔと、符号量の再配分値の上限値ＵＬＩＭ、あるいは、固定の再配分値そのものに基づいて、圧縮符号化を行い、ある発生符号量の圧縮画像データを出力するブラックボックスとして考えると、画像データ圧縮装置６全体を、繰り越し符号量Ｓを制御する制御系としてとらえることができる。
画像データ圧縮装置６は、等符号長時間ＴＥ（例えば、１以上のピクチャーあるいはＧＯＰ）の画像データに対する圧縮符号化が終了したときに、その目標符号量Ｔと発生符号量Ｇとの差の総和〔最終的な繰り越し符号量Ｓ｛＝Σ（Ｔｊ−Ｇｊ）｝〕と、所定の固定目標値Ａとの差分（Ｓ−Ａ）に対して所定の伝達関数Ｆによる演算あるいは変換を行って、符号量の上限値ＵＬＩＭを決定し、次の等符号長時間ＴＥにおける圧縮符号化に用いるというフィードバックループ制御を行うように構成されている。
【００６６】
さらに詳しく説明する。画像データ圧縮装置６において、圧縮符号化部２（図実際の構成は図１に示した通り）には、各マクロブロックの画像データに対する配分符号量Ｄｊと符号量の再配分値の上限値ＵＬＩＭが与えられ、画像データを等符号長時間ＴＥごとに符号量が等しくなるように圧縮符号化する。
画像データ圧縮装置６は、等符号長時間ＴＥごとに、最終的な繰り越し符号量Ｓを算出することできる。
【００６７】
画像データ圧縮装置において、等符号長時間ＴＥそれぞれにおける最終的な繰り越し符号量Ｓの値が大きいということは、等符号長時間ＴＥそれぞれにおいて多くの符号量を無駄にして捨てており、結果として伸長復号後の画質を劣化させていることを意味する。
【００６８】
逆に、等符号長時間ＴＥそれぞれにおける最終的な繰り越し符号量Ｓの値が小さく、０に近いということは、等符号長時間ＴＥそれぞれにおいて無駄にしている符号量が少なく、伸長復号後の画質の劣化が少ないことを意味するが、一方、例えば、第１の実施形態において図６に示した目標符号量の制御を行う場合には、各マクロブロックの画像データに対する目標符号量Ｔｊの値にばらつきが生じており、伸長復号後の画像にむらが生じていることをも意味する。
【００６９】
そこで、画像データ圧縮装置６は、最終的な繰り越し符号量Ｓに対して適切な値を固定符号量Ａを設定し、等符号長時間ＴＥそれぞれにおいて、最終的な繰り越し符号量Ｓが固定符号量Ａより多い場合には、符号量の上限値ＵＬＩＭを大きく変更して符号量を無駄にしないようにし、逆に、最終的な繰り越し符号量Ｓが固定符号量Ａより少ない場合には、上限値ＵＬＩＭを小さく変更して、各マクロブロックに対する再配分値を確保できるように制御を行う。
【００７０】
なお、画像データ圧縮装置６において、符号量の上限値ＵＬＩＭは、等符号長時間ＴＥごとに変更され、ある等符号長時間ＴＥにおいて設定された上限値ＵＬＩＭは、他の等符号長時間ＴＥにおいては有効でないことに留意する必要がある。
しかしながら、画像データは時間方向に強い相関性を有し、特に、通常、数ピクチャーの等符号長時間ＴＥにおいては相関性が強いので、ある等符号長時間ＴＥにおける最終的な繰り越し符号量Ｓに基づいて算出した目標符号量Ｔｊを、次の等符号長時間ＴＥにおいて用いても、実際上、不都合は生じない。
【００７１】
以下、画像データ圧縮装置６（図７）の各構成部分を説明する。
減算部６２０は、目標符号量生成部６２４から入力される目標符号量Ｔｊから図１に図解した圧縮符号化部２の可変長符号化部２４（図１、図７において図示せず）から入力される発生符号量Ｇｊを減算して、剰余符号量Ｒｊ（＝Ｔｊ−Ｇｊ）を算出し、減算部６２６に対して出力する。また減算部６２０は、等符号長時間ＴＥあたりの目標符号量Ｔｊから発生した発生符号量Ｇｊを引き等符号長時間ＴＥあたりの剰余符号量Ｒｊ＝Ｔｊ−Ｇｊを求める。
目標符号量生成部６２４は、画像データ圧縮装置１の予備符号化部４（図１）を構成する動き補償部２６、減算部２８、ＤＣＴ部４２、バックサーチ部４６、、および、目標符号量制御部５を構成する減算部４８、加算部５０、上限値制限部５２、配分符号量生成部５４および加算部５６に対応する回路を含み（いずれも図７において図示せず）、上限値制限部５２に上限値算出部６３０から各マクロブロックに設定される符号量の上限値ＵＬＩＭに基づいて、圧縮符号化部２の走査変換ブロック化部１４（図１、図７において図示せず）から入力される画像データを処理し、マクロブロックの画像データそれぞれに対する目標符号量Ｔ５ｊを生成し、圧縮符号化部２および減算部６２０に対して出力する。
【００７２】
目標剰余符号量生成部６２８は、固定符号量Ａを生成して減算部６２６に対して出力する。
減算部６２６は、減算部６２０から入力される等符号長時間ＴＥあたりの剰余符号量Ｒから、目標剰余符号量生成部６２８から入力される固定符号量Ａを減算し、（Ｒ j −Ａ）を出力する。
上限値算出部６３０は、減算部６２６から入力される減算結果（Ｒ j −Ａ）の等符号長時間ＴＥごとの総和（Ｓ−Ａ）を算出し、所定の関数Ｆによる演算を行ってΔＬＩＭ〔Ｆ（Ｒ−Ａ）〕を算出し、元の上限値ＵＬＩＭからΔＬＩＭを加算して、新たな上限値ＵＬＩＭを算出し、目標符号量生成部６２４の上限値制限部５２（図１、図７において図示せず）に対して出力する。
【００７３】
以下、図８を参照し、符号量の上限値ＵＬＩＭが４０ビットであり、図８に示すピクチャー（等符号長時間ＴＥ）全体に対する目標符号量が１２，０００ビット（各マクロブロックに配分される配分符号量Ｄｊ＝１，０００ビット）であり、目標剰余符号量生成部６２８が生成する固定符号量Ａが７０ビットであり、上限値算出部６３０が用いる関数Ｆ〔＝０．２（Ｒ−Ａ）〕である場合を例に、画像データ圧縮装置６の動作を説明する。
【００７４】
例えば、この条件下、圧縮符号化部２が、図５に示した通りの発生符号量Ｇ５ｊの圧縮画像データを生成すると、図５に示した例における最終的な繰り越し符号量Ｓは２０ビットとなる。
目標符号量制御部６２は、減算部６２６から入力される減算結果（Ｒ−Ａ）に基づいて、繰り越し符号量Ｓ（２０ビット）から固定符号量Ａ（７０ビット）を減算し、減算結果に０．２を乗算してΔＬＩＭ〔−１０ビット｛＝０．２（２０−７０）｝〕を算出し、元（前回）の上限値ＵＬＩＭ（４０ビット）にΔＬＩＭを加算して、新たな上限値ＵＬＩＭ（３０ビット）を算出し、圧縮符号化部２に対して出力する。圧縮符号化部２は、目標符号量制御部６２から入力される上限値ＵＬＩＭを用いて、第１の実施形態においてと同様に、図８に示した次のピクチャー（等符号長時間ＴＥ）の画像データを圧縮符号化する。
【００７５】
以上説明したように、図５に示したピクチャー（等符号長時間ＴＥ）の次のピクチャー（図８）における上限値ＵＬＩＭは、目標符号量制御部６２により、３０ビットに変更される。
この上限値ＵＬＩＭの変更により、図８に示したピクチャーの各マクロブロックに対する目標符号量Ｔｊは、１，０３０ビット一定になる。しかも、最終的な繰り越し符号量Ｓは５０ビットになり、図５に示した前のピクチャーの最終的な繰り越し符号量（４０ビット）よりも、固定符号量Ａ（７０ビット）に近づいていることが分かる。
【００７６】
さらに、目標符号量制御部６２は、図８に示したピクチャーに対する圧縮符号化の結果に基づいて、次のピクチャーの圧縮符号化に用いる新たな上限値ＵＬＩＭを算出する。つまり、目標符号量制御部６２は、元の上限値ＵＬＩＭ（３０ビット）にΔＬＩＭ〔＝０．２（５０−７０）＝１４〕を加えて、図８に示したピクチャーの次のピクチャーの圧縮符号化に用いる新たな上限値ＵＬＩＭ（２６ビット）を算出する。
【００７７】
以下同様に、目標符号量制御部６２は、圧縮符号化結果に基づいて、各ピクチャーに対する上限値ＵＬＩＭを算出し、圧縮符号化部２は、目標符号量制御部６２が算出した上限値を用いて各ピクチャーを圧縮符号化する。
【００７８】
このように、目標符号量制御部６２が、マクロブロックの画像データを圧縮符号化するたびに、上限値ＵＬＩＭを、最終的な繰り越し符号量Ｓに応じて変更することにより、圧縮符号化部２は、常に、最終的な繰り越し符号量Ｓの値を一定の範囲内に収めて画像データを圧縮符号化することができ、伸長復号化後の画像の品質を一定以上に保つことができる。
【００７９】
以上説明したように、第２の実施形態に示した画像データ圧縮装置６によれば、等符号長時間ＴＥ単位で圧縮符号化を行う画像データ圧縮装置において、無駄になる符号量を減らし、伸長復号後の画像の品質を向上させることができる。
また、等符号長時間ＴＥ内のほとんど全てのマクロブロックに対して等しい目標符号量Ｔｊを割り当てることができ、同一ピクチャー内のマクロブロックに対して割り当てられる目標符号量Ｔｊの不均一性に起因して生じる画面のむらを防ぐことができる。
また、第２の実施系形態に示した目標符号量の制御とバックサーチ方式とを組み合わせることにより、量子化インデックスＱＩを正しく求めることが可能になり、画像データをダビングすることを重ねた場合に生じる伸長復号後の画像の品質低下を防ぐことができる。
また、画像データ圧縮装置６における目標符号量Ｔｊの制御方法は、圧縮符号化部２から動き補償を行う部分を除いた圧縮符号化部にも適用可能である。
【００８０】
以下、画像データ圧縮装置６の変形例を説明する。
第１の変形例
図９は、画像データ圧縮装置６（図７）の第１の変形例（画像データ圧縮装置６４）の構成を示す図である。
図９に示すように、画像データ圧縮装置６４は、圧縮符号化部２、および、マイクロプロセッサ、メモリおよびこれらの周辺回路を有する目標符号量制御部６４０から構成される。つまり、画像データ圧縮装置６４は、画像データ圧縮装置６の目標符号量制御部６２を、目標符号量制御部６４０で置換した構成になっている。
【００８１】
画像データ圧縮装置６（図７）において、減算部６２０，６２６、目標符号量生成部６２４、目標剰余符号量生成部６２８および上限値算出部６３０が行った目標符号量Ｔｊの算出処理を、画像データ圧縮装置６４においては、画像データ圧縮装置６４０がソフトウェア的な処理により行う。
このように、目標符号量制御部６２を目標符号量制御部６４０に置換することにより、目標符号量Ｔｊを生成するための演算方法の変更が容易になる。
【００８２】
第２の変形例
画像データ圧縮装置６において、固定符号量Ａの値は、必ずしも一定である必要はなく、一定の幅が許される。
従って、各等符号長時間ＴＥにおける最終的な繰り越し符号量Ｓの値がＡ１〜Ａ２（Ａ１＞Ａ２）の範囲内である場合には、上限値算出部６３０が上限値ＵＬＩＭの変更を行わず、Ａ１〜Ａ２の範囲外である場合にのみ、上限値算出部６３０が上限値ＵＬＩＭの変更を行うように画像データ圧縮装置６の動作を変形してもよい。
【００８３】
第３の変形例
第２の実施形態に示した画像データ圧縮装置６における目標符号量Ｔｊの制御（図８）においては、符号量の再配分値の上限値ＵＬＩＭを変更して、各マクロブロックに対して目標符号量Ｔｊを再配分する場合を示したが、均一に目標符号量Ｔｊの再配分が可能である限り、ピクチャー全体に共通な目標符号量Ｔｊの再配分を行うことが可能である。
【００８４】
従って、第２の実施形態において説明したように、繰り越し符号量Ｓｊ または上限値ＵＬＩＭのいずれか小さい方を再配分値として各マクロブロックに与えるのではなく、予め、予測再配分値Ｌを、ピクチャーに含まれるマクロブロックの目標符号量に加えた上で目標符号量制御部６２が上限値ＵＬＩＭを生成し、圧縮符号化部２がこの上限値ＵＬＩＭを用いて圧縮符号化を行うことも可能である。
【００８５】
図１０は、画像データ圧縮装置６（図８）の第３の変形例による動作を例示する図である。
この変形例においては、目標符号量制御部６２は、ピクチャーに含まれるマクロブロック全てについて、予め、予測再配分値Ｌ（３０ビット）を設定し、第１のマクロブロックに対する配分符号量Ｄ１に加え、第１のマクロブロックに対する目標符号量Ｔ１の値を１，０３０ビットにする。このように、予測再配分値Ｌを設定することにより、図８に示した例においては、他のマクロブロックと異なる目標符号量Ｔｊ（１，０００ビット）が割り当てられる第１のマクロブロックに対しても、図８に示した例においては、他と同じ目標符号量Ｔ１（１，０３０ビット）が割り当てることが可能になる。
【００８６】
しかしながら、予測再配分値Ｌを大きく設定しすぎると、ピクチャー（等符号長時間ＴＥ）において符号量が不足する可能性があり、図８に示した例においては、第１のマクロブロック〜第３のマクロブロックまでは、繰り越し符号量が不足し、さらに、最終的な繰り越し符号量Ｓ１２の値が０になっている。従って、第３の変形例に示した予測再配分値Ｌの値は、実際には、もう少し小さい値とする方が望ましい。
【００８７】
第３実施形態
以下、第３の実施形態を説明する。
第１の実施形態および第２実施形態（図５，図６，図８，図１０）において説明したように、繰り越し符号量Ｓｊを続くマクロブロックに再配分し、各等符号長時間ＴＥにおける最終的な繰り越し符号量Ｓを少なくするように、マクロブロックそれぞれに対する目標符号量Ｔｊを制御することにより、無駄になる符号量を少なくすることができる。
この目標符号量Ｔｊの制御方法を、例えば、画像データ圧縮装置１（図１）において、２枚のピクチャー（ＩピクチャーおよびＢピクチャー）から構成されるＧＯＰを等符号長時間ＴＥとし、このＧＯＰ単位で画像データを圧縮符号化する場合の目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの関係を図１１に例示する。なお、説明の簡略化のために、図１１においては、図５等と同様に、１つのピクチャーが３×４個のマクロブロックから構成されている場合を示す。
【００８８】
図１１に示すように、画像データ圧縮装置１の予備符号化部４（図１）において、配分符号量生成部５４は、発生符号量に応じて、ＩピクチャーおよびＢピクチャーそれぞれに、１，０００ビットおよび５００ビットの配分符号量Ｄｊを与える。
予備符号化部４は、まず、Ｉピクチャーの第ｊのマクロブロックまでの目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの差〔余剰符号量Ｒｊ（＝Ｔｊ−Ｇｊ）〕の総和〔繰り越し符号量Ｓｊ｛＝Σ（Ｔｊ−Ｇｊ）｝〕を、続く第（ｊ＋１）のマクロブロックに再配分し、圧縮符号化部２の量子化部２２（図１）に設定する。
【００８９】
なお、予備符号化部４は、第１の実施形態（図５）においてと同様に、第ｊのマクロブロックまでの画像データについて繰り越し符号号量Ｓｊの全てを、第（ｊ＋１）のマクロブロック１つだけに再配分すると、目標符号量Ｓｊ＋１の値が非常に大きくなったり、反対に、他のマクロブロックに対する再配分値が非常に小さくなったりして、マクロブロックごとの再配分値の差が顕著になりやすい。したがって、予備符号化部４は、符号量の再配分値に上限値ＵＬＩＭ（４０ビット）を設け、繰り越し符号量Ｓｊ または上限値ＵＬＩＭのいずれか少ない方〔ｍｉｎ（Ｓｊ，ＵＬＩＭ）〕を、続く第（ｊ＋１）のマクロブロックに分配する。
以上説明したように、予備符号化部４は、Ｉピクチャーのマクロブロックそれぞれに対する目標符号量Ｔｊを生成し、圧縮符号化部２に設定する。
【００９０】
Ｉピクチャーのマクロブロックそれぞれに対する目標符号量Ｔｊの生成が終了すると、次に、予備符号化部４は、Ｂピクチャーのマクロブロックそれぞれに対する目標符号量Ｔｊの生成を行う。
図１１に示すように、Ｉピクチャーの第１２のマクロブロックの圧縮符号化が終了するまでに、２０ビットの繰り越し符号量Ｓｊが生じている。
【００９１】
予備符号化部４は、Ｉピクチャーからの繰り越し符号量Ｓｊを、Ｂピクチャーの第１のマクロブロックに対する配分符号量Ｄｊ（５００ビット）に配分し、Ｂピクチャーの第１のマクロブロックの目標符号量Ｔ１を５２０ビットとして圧縮符号化部２の量子化部２２（図２）に設定する。
【００９２】
図１１に示すように、例えば、Ｂピクチャーの第１のマクロブロックの圧縮画像データの発生符号量Ｇ１が４５０ビットであり、７０ビットの余剰符号量Ｒ５１が生じた場合、予備符号化部４は、余剰符号量Ｒ１（＝繰り越し符号量Ｓ５１）が上限値ＵＬＩＭ（４０ビット）より多いため、上限値ＵＬＩＭ（４０ビット）を第２のマクロブロックに再配分し、第２のマクロブロックの目標符号量Ｔ２を１，０４０ビットとして圧縮符号化部２に設定する。
以下、同様に、予備符号化部４は、Ｂピクチャーのマクロブロックそれぞれに対する目標符号量Ｔｊを生成し、圧縮符号化部２に設定する。
【００９３】
第３の実施形態に示したように、第１の実施形態（図５）に示した目標符号量Ｔｊの制御方法は、複数の種類のピクチャーを含むＧＯＰを等符号長時間ＴＥとして画像データを圧縮符号化する場合にも適用可能である。
なお、第３の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法は、他のピクチャータイプシーケンスのＧＯＰ（等符号長時間ＴＥ）の画像データの圧縮符号化にも適用可能である。
また、同様に、第１の実施形態および第２の実施形態（図６，図８，図１０）に示した他の目標符号量Ｔｊの制御方法を、複数の種類のピクチャーを含むＧＯＰを等符号長時間ＴＥとして画像データを圧縮符号化する場合にも適用可能であことはいうまでもない。
【００９４】
第４実施形態
以下、本発明の第４の実施形態を説明する。
第３の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法（図１１）によれば、第１の実施形態および第２の実施形態（図６，図８，図１０）に示した目標符号量Ｔｊの制御方法を、複数の種類のピクチャーを含む画像データの圧縮符号化に応用することができる。
しかしながら、第３の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法（図１１）によれば、図１１においてＩピクチャーの部分に示すように、Ｉピクチャーのマクロブロックそれぞれの目標符号量Ｔｊが一定にならず、伸長復号後の画像がマクロブロック単位でばらつき、画像にむらが生じる。
【００９５】
また、図１１において、Ｂピクチャーの部分に示すように、目標符号量Ｔｊに対して発生符号量Ｇｊが比較的小さくなる場合、等符号長時間ＴＥにおける最終的な繰り越し符号量Ｓが大きくなり、多くの符号量が無駄になる（図１１においては２１０ビット）。
つまり、第３の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法においては、等符号長時間ＴＥごとに多くの符号量を無駄にし、Ｉピクチャーの伸長復号後の画像が、マクロブロックごとにばらつき、無駄が生じてしまう。
【００９６】
さらに、第２の実施形態（図６）おいて、等符号長時間ＴＥごとに、最終的な繰り越し符号量Ｓの値が目標符号値Ａに近づくようにする目標符号量Ｔｊの制御方法（第１の変形例）を、等符号長時間ＴＥ（ＧＯＰ）が複数の種類のピクチャーを含む画像データに対する圧縮符号化処理に適応しようとすると、図１１に示すように、等符号長時間ＴＥ（ＧＯＰ）ごとに、繰り越し符号量Ｓの値が目標値符号量Ａに近づいていても、Ｉピクチャーの各マクロブロックに再配分する繰り越し符号量Ｓｊが不足してしまう。
【００９６】
第４の実施形態において説明する目標符号量Ｔｊの制御方法は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、等符号長時間ＴＥ（ＧＯＰ）の最初の方のピクチャーでは、マクロブロックに再配分する符号量を少なめにして繰り越し符号量を貯蓄し、後ろの方のピクチャーでは、マクロブロックに再配分する符号量を多めにすることにより、ＧＯＰ内の各ピクチャーのマクロブロックそれぞれに再分配する符号量を一定にするとともに、等符号長時間ＴＥそれぞれにおける最終的な繰り越し符号量Ｓも少なくすることができる。
【００９７】
図１２は、第４の実施形態における目標符号量Ｔｊの制御方法により、２枚のピクチャー（ＩピクチャーおよびＢピクチャー）から構成されるＧＯＰ単位で画像データを圧縮符号化する場合の目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの関係を例示する図である。なお、説明の簡略化のために、図１２においては、図１１等と同様に、１つのピクチャーが３×４個の画素のマクロブロックから構成されている場合を示す。
第４の実施形態における目標符号量Ｔｊの制御方法は、画像データ圧縮装置１の予備符号化部４（図１）が、最初のＩピクチャーの各マクロブロックに再配分する符号量の上限値ＵＬＩＭ Ｉを、次のＢピクチャーの各マクロブロックに再配分する符号量の上限値ＵＬＩＭ Ｂよりも小さく設定することを特徴としている。
【００９８】
例えば、図１２に示すように、最初のＩピクチャーの各マクロブロックに再配分する符号量の上限値ＵＬＩＭ Ｉを３０ビット、次のＢピクチャーの各マクロブロックに再配分する符号量の上限値ＵＬＩＭ Ｂを５０ビットとすると、Ｉピクチャーの各マクロブロックに再配分される符号量が減少するとともに、均等になる。
【００９９】
また、Ｉピクチャーの最後のマクロブロック（第１２のマクロブロック）までの繰り越し符号量Ｓｊが１６０ビットと、比較的大きい量になり、上限値ＵＬＩＭ Ｂの値が５０ビットと大きいＢピクチャーの各マクロブロックに対して、充分な符号量を供給することができる。
さらに、Ｂピクチャーの第１２のマクロブロックまでの繰り越し符号量Ｓ１２（最終的な繰り越し符号量Ｓ）の値は、１００ビットになり、第３の実施形態（図１１）に示した目標符号量Ｔｊの制御方法を用いた場合（２１０ビット）よりも、無駄になる符号量が少なくなる。
【０１００】
以下、図１３を参照して、第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊ（図１２）の制御方法を実行する画像データ圧縮装置７を説明する。
図１３は、第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法（図１２）を実現する画像データ圧縮装置７の構成を示す図である。なお、図１２に示した画像データ圧縮装置７の各構成部分の内、画像データ圧縮装置１，６（図１，７）等と同じものには、同一の符号を付してある。
【０１０１】
図１３に示すように、画像データ圧縮装置７は、第２の実施形態に示した画像データ圧縮装置６（図７）に、上限値変更部７０，７２および切り換え部７４を加え、目標符号量生成部６２４を目標符号量生成部７６で置換した構成になっている。
画像データ圧縮装置７において、上限値変更部７０，７２は、それぞれ補正値Ｃ，−Ｃを発生し、切り換え部７４に対して出力する。
【０１０２】
切り換え部７４は、圧縮符号化部２から入力されるピクチャータイプを示す信号が、例えば、図１２に示した場合において、圧縮符号化部２がＩピクチャーを圧縮符号化していることを示す場合は、上限値変更部７２から入力される補正値−Ｃ（図１２においてはＣ＝１０ビット）を目標符号量生成部７６に対して出力し、Ｂピクチャーを圧縮符号化していることを示す場合は、上限値変更部７０から入力される補正値Ｃを目標符号量生成部７６に対して出力する。
目標符号量生成部７６は、画像データ圧縮装置６の目標符号量生成部６２４と同様に、上限値算出部６３０から入力された上限値ＵＬＩＭに、切り換え部７４から入力された補正値Ｃ，−Ｃを加算し、この加算結果に基づいて目標符号量Ｔｊを算出し、圧縮符号化部２の量子化部２２（図１）に設定する。
【０１０３】
なお、第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法（図１１）は、図１３に示した画像データ圧縮装置７の他に、例えば、画像データ圧縮装置１，６（図１，図７）に対して適切に変形を加えることにより、あるいは、図１４に示すように、画像データ圧縮装置６４（図９）のソフトウェアを変更することにより実現可能である。
また、第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法は、３個以上のピクチャーから構成されるＧＯＰを等符号長時間ＴＥとして画像データを圧縮符号化する場合にも、適用可能であることはいうまでもない。
また、第１〜第４の実施形態に示した各目標符号量Ｔｊの制御方法は、相互に矛盾を生じない限り、組み合わせて用いることが可能である。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像データ圧縮装置およびその方法によれば、単位時間長の画像データを圧縮符号化し、所定の目標符号量以下の圧縮画像データを得ることができ、しかも、目標符号量と、実際に発生した圧縮画像データの符号量との差を非常に少なくすることができる。
また、本発明に係る画像データ圧縮装置およびその方法によれば、目標符号量Ｔｊと実際に発生した圧縮画像データの符号量との差を非常に少なくすることができるにもかかわらず、全てのマクロブロックに対して均一な符号量を割り当てることができ、伸長復号後の画面の部分ごとに生じる画像品質のムラをなくすことができる。
しかも、本発明に係る画像データ圧縮装置およびその方法によれば、画像データをダビングした後の、元の量子化値が不明になった画像データを正しい量子化インデックスを用いて圧縮符号化することができ、伸長復号後の画像の品質を大きく劣化させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る画像データ圧縮装置の構成を示す図である。
【図２】 図１に示した走査変換ブロック化部におけるマクロブロック化処理を示す図である。
【図３】 図１に示した予測部において、二分木探索方式により量子化インデックスＱＩを求める処理を、量子化インデックスＱＩの数が１６である場合について例示する図である。
【図４】 図１に示したバックサーチ部の構成を示す図である。
【図５】 第１の実施形態における画像データ圧縮装置の目標符号量Ｔｊの制御を行わない場合の発生符号量制御を示す図である。
【図６】 第１の実施形態における画像データ圧縮装置１の目標符号量Ｔｊの制御を行なう場合の発生符号量制御を示す図である。
【図７】 第２の実施形態における本発明に係る画像データ圧縮装置の構成を示す図である。
【図８】 図７に示した画像データ圧縮装置における目標符号量Ｔｊの制御動作を示す図である。
【図９】 画像データ圧縮装置（図７）の第１の変形例（画像データ圧縮装置）の構成を示す図である。
【図１０】 画像データ圧縮装置（図８）の第３の変形例による動作を例示する図である。
【図１１】 画像データ圧縮装置（図１）において、２枚のピクチャー（ＩピクチャーおよびＢピクチャー）から構成されるＧＯＰを等符号長時間ＴＥとし、このＧＯＰ単位で画像データを圧縮符号化する場合の目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの関係を例示する図である。
【図１２】 第４の実施形態における目標符号量Ｔｊの制御方法により、２枚のピクチャー（ＩピクチャーおよびＢピクチャー）から構成されるＧＯＰ単位で画像データを圧縮符号化する場合の目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの関係を例示する図である。
【図１３】 図１３を参照して、第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊ（図１２）の制御方法を実行する画像データ圧縮装置を説明する。
【図１４】 第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法（図１１）を、画像データ圧縮装置（図９）により実現する場合を示す図である。
【符号の説明】
１…画像データ圧縮装置、２…圧縮符号化部、１０…画像並べ替え部、１２…ピクチャタイプ制御部、１４…走査変換ブロック化部、１６…動き検出部、１８…ＦＩＦＯ、２０…制御信号Ｉ／Ｆ、２２…量子化部、２４…可変長符号化部、２６…動き補償部、２８…減算部、３０…逆量子化部、３２…ＩＤＣＴ部、３４…加算部、３６…動き補償部、３８…ＦＩＦＯ、４…予備符号化部、４２…ＤＣＴ部、４４…予測部、４６…バックサーチ部、４８…減算部、５０…加算部、５２…上限値制限部、５４…配分符号量生成部５４、５６…加算部、６…画像データ圧縮装置、６２０…目標符号量制御部、６２４…目標符号量生成部、６２６…減算部、６２８…目標剰余符号量生成部、６３０…上限値算出部、６４…画像データ圧縮装置、６４０…目標符号量制御部、７…画像データ圧縮装置、７０，７２…上限値変更部、７４…切り換え部７４、７６…目標符号量生成部
【発明の属する技術分野】
本発明は、単位時間長あたりの画像データの圧縮後の符号量が等しくなるように画像データを圧縮し、編集処理に適した圧縮画像データを供給する画像データ圧縮装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
ＭＰＥＧ(motion picture coding experts group) 方式等の画像圧縮技術を、通信および読み出し専用の記録媒体（光ディスク等）に対する記録に応用する場合には、ＴＭ５（Test Model 5）方式等に代表されるように、マクロブロックそれぞれから発生される圧縮画像データのデータ量（符号量）は、仮想的バッファの残り容量等に基づいて、平均して目標符号量以下になるようにすれば足りる。
【０００３】
一方、画像圧縮技術を、高画質が要求される放送局用のデジタルビデオテープレコーダ（ＶＴＲ装置）に応用する場合には、通信等に応用する場合と異なり、インサート編集および早送り再生等を実現する必要性から、圧縮画像データの符号量に関する制限が存在する。つまり、例えば、単位時間長（等符号長時間）の画像データから得られる圧縮画像データは、ビデオテープの所定長の範囲に記録され得るように、一定の目標符号量以下とされる必要がある。通常、圧縮画像データの符号量の制限に用いられる等符号長時間は、例えば、フレーム（ピクチャー）単位に定められ、あるいは、複数のピクチャーから構成され、圧縮符号化の単位となるＧＯＰ(group of pictures) 単位に定められる。
【０００４】
このように、放送用ＶＴＲ装置に圧縮画像データを供給するためには、発生する圧縮画像データの符号量を厳しく制限する必要があるため、量子化レベルＱを高精度に制御しなければならない。量子化レベルＱの制御のための方式としては、例えば、特開平６−３１９１１２号公報および特開平５−２８４４５８号公報に開示されているように、発生した圧縮画像データの符号量（発生符号量）が、目標符号量Ｔｊを越えないような量子化レベルＱを算出する二分木探索方式(binary search) 、あるいは、固定の量子化レベルＱで画像データを予備的に圧縮符号化し、この圧縮符号化の結果に基づいて、最適な量子化レベルＱを算出するバックサーチ(back search) 方式が知られている。
【０００５】
これらの方式は、各マクロブロックごとに、発生する圧縮画像データの符号量の最大値が、目標符号量を超えないように量子化レベルＱを制御するという点で一致し、発生する圧縮画像データの符号量が、全てのマクロブロックについて目標符号量以下となり、等符号長時間ごとに発生する圧縮画像データを等長化するという目的を達成することができる。
しかしながら、これらの方式においては、等符号長時間ごとの目標符号量と、実際に発生した圧縮画像データの符号量の差が無駄になり、無駄にした符号量の分だけ、圧縮画像データを伸長復号して得られる画像の品質が劣化してしまうことになる。
【０００６】
二分木探索方式およびバックサーチ方式の問題点を解決する方法として、マクロブロックごとに、実際に発生した圧縮画像データの符号量と目標符号量との差（余り符号量）を、続くいくつかのマクロブロックに対して分配し、これらのマクロブロックに割り当てて目標符号量を増やす方法がある。
しかしながら、余り符号量を、１つのマクロブロックに対してのみ分配すると、配分したマクロブロックの画像の品質が際立って良くなったり、あるいは逆に、他のブロックの画像の品質が際立って劣化するといったように、１つの画面内の画像の品質にムラが生じてしてしまうことがある。
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、単位時間長の画像データを圧縮符号化し、所定の目標符号量以下の圧縮画像データを得ることができ、しかも、目標符号量と、実際に発生した圧縮画像データの符号量との差を非常に少なくすることができる画像データ圧縮装置およびその方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、目標符号量と実際に発生した圧縮画像データの符号量との差を非常に少なくすることができるにもかかわらず、全てのマクロブロックに対して均一な符号量を割り当てることができ、伸長復号後の画面の部分ごとに生じる画像品質のムラをなくすことができる画像データ圧縮装置およびその方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮装置であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出する繰り越し符号量算出手段と、
前記繰り越し符号量算出手段によって算出された繰り越し符号量が、所定の固定符号量より大きいことを条件として前記上限値を増加させ、前記所定の固定符号量より小さいことを条件として前記上限値を減少させるように、前記ブロック単位で前記上限値を更新する上限値更新手段と、
前記繰り返し符号量算出手段により算出された前記繰り越し符号量を、前記上限値更新手段により更新された上限値以下に制限する上限値制限手段と、
前記上限値制限手段により前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出する目標符号量設定手段と、
前記目標符号量算出手段により算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮する圧縮手段と
を有する画像データ圧縮装置が提供される。
【０００９】
また本発明によれば、画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮装置であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出する繰り越し符号量算出手段と、
前記繰り越し符号量算出手段によって算出された繰り越し符号量が、所定の範囲外である場合にのみ前記上限値を更新する上限値更新手段と、
前記繰り返し符号量算出手段により算出された前記繰り越し符号量を、前記上限値更新手段により更新された上限値以下に制限する上限値制限手段と、
前記上限値制限手段により前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出する目標符号量設定手段と、
前記目標符号量算出手段により算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮する圧縮手段と
を有する画像データ圧縮装置が提供される。
【００１０】
本発明によれば、画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮方法であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
算出された繰り越し符号量が、所定の固定符号量より大きいことを条件として前記上限値を増加させ、前記所定の固定符号量より小さいことを条件として前記上限値を減少させるように、前記ブロック単位で前記上限値を更新するステップと、
算出された前記繰り越し符号量を、更新された上限値以下に制限するステップと、
前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
前記算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮するステップと
を有する画像データ圧縮方法が提供される。
【００１１】
また本発明によれば、画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮方法であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
算出された繰り越し符号量が、所定の範囲外である場合にのみ前記上限値を更新するステップと、
算出された前記繰り越し符号量を、更新された上限値以下に制限するステップと、
前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
前記算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮するステップと
を有する画像データ圧縮方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
以下、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る画像データ圧縮装置１の構成を示す図である。
図１に示すように、画像データ圧縮装置１は、圧縮符号化部２および予備符号化部４および目標符号量制御部５から構成される。
【００１３】
圧縮符号化部２は、画像並べ替え部１０、ピクチャタイプ制御部１２、走査変換ブロック化部１４、動き検出部１６、ＦＩＦＯ１８，３８、減算部１９、ＤＣＴ(discrete cosine transform) 部２０、量子化部２２、可変長符号化部２４、逆量子化部３０、ＩＤＣＴ(inverse discrete cosine transform) 部３２、加算部３４および動き補償部３６から構成され、外部から入力される画像データを、予備符号化部４により設定される量子化インデックスＱＩに基づいて圧縮符号化し、圧縮画像データを生成する。
【００１４】
予備符号化部４は、動き補償部２６、減算部２８、ＤＣＴ部４２、予測部４４、バックサーチ(back search) 部４６Ｄ 構成され、目標符号量Ｔに圧縮画像データの符号量（発生符号量Ｇ）を近付けるための量子化レベル（レート）Ｑの制御に用いられる量子化インデックスＱＩを高い精度で求める。
目標符号量制御部５は、減算部４８、加算部５０，５６、上限値制限部(limitter)５２および配分符号量生成部５４から構成される。
画像データ圧縮装置１は、これらの構成部分により、非圧縮画像データを、所定の画像圧縮符号化方式、例えば、ＭＰＥＧ方式により圧縮符号化し、所定の単位時間長（等符号長時間ＴＥ）、例えば、ＧＯＰごとにほぼ等しい発生符号量Ｇの圧縮画像データを生成する。
【００１５】
以下、画像データ圧縮装置１の各構成部分を説明する。
圧縮符号化部２において、画像並べ替え部１０は、ピクチャタイプ制御部１２からのピクチャータイプ信号に基づいて、画像データ圧縮装置１に接続された編集装置あるいはディジタルビデオテープレコーダ（ＶＴＲ装置）等の画像機器（図示せず）から入力される非圧縮画像データに含まれるピクチャーを、ＭＰＥＧ方式による圧縮符号化に適した順序に並び替えて、走査変換ブロック化部１４に対して出力する。
【００１６】
ピクチャタイプ制御部１２は、非圧縮画像データのピクチャーそれぞれに対して圧縮後のフレーム（ピクチャー）の種類、つまり、各ピクチャーが圧縮符号化後にＩピクチャー(intra picture) 、Ｐピクチャー(predictive picture)およびＢピクチャー(bidirectionally predictive picture)のいずれになるかを示すピクチャータイプ信号を生成し、画像並べ替え部１０に対して出力する。
【００１７】
図２は、図１に示した走査変換ブロック化部１４におけるマクロブロック（ＭＢ）化処理を示す図である。
走査変換ブロック化部１４は、画像並べ替え部１０から入力された画像データのピクチャーそれぞれに対して、フィールド／フレーム変換処理およびマクロブロック化処理を行ない、動き検出部１６および動き補償部２６に対して出力する。
【００１８】
なお、走査変換ブロック化部１４におけるマクロブロック化処理は、画像データの輝度信号（輝度データ；Ｙ）および色差信号（色差データ；Ｃｒ，Ｃｂ）を、それぞれ所定数の画素を含むブロックに分割する処理であって、図２に示すように、１ピクチャー分の輝度データ（Ｙ）を、１マクロブロック当たり１６×１６画素の画像データ（輝度データ）を含むマクロブロックに分割し、１ピクチャー分の色差データ（Ｃｒ，Ｃｂ）を、それぞれ１マクロブロック当たり８×１６画素の画像データ（色差データ）を含むマクロブロックに等分割する。
【００１９】
つまり、輝度データ（Ｙ）のマクロブロックは、１マクロブロックあたり８×８画素の画像データを含む４個のブロック（部分）から構成され、色差データ（Ｃｒ，Ｃｂ）それぞれのマクロブロックは、輝度データ（Ｙ）に比べて水平方向を１／２にサブサンプリングし、１つあたり８×８画素の画像データを含む２個のブロックから構成される。
【００２０】
動き検出部１６（図１）は、走査変換ブロック化部１４から入力された画像データに対して、マクロブロック単位で動き検出を行い、動き検出の結果として得られる動きベクトルを、動き補償部２６、および、図１中に点線で示すように、ＦＩＦＯ３８に対して出力し、走査変換ブロック化部１４から入力された画像データを減算部２８の正入力端子およびＦＩＦＯ１８に対して出力する。
【００２１】
ＦＩＦＯ１８は、動き検出部１６から入力された画像データを、予備符号化部４のＤＣＴ部４２、予測部４４およびバックサーチ部４６の処理に要する時間だけ遅延し、減算部１９の正入力端子に対して出力する。
ＦＩＦＯ３８は、動き検出部１６から入力された動きベクトルを、ＦＩＦＯ１８と同様に、予備符号化部４のＤＣＴ部４２、予測部４４およびバックサーチ部４６の処理に要する時間だけ遅延し、動き補償部３６に対して出力する。
【００２２】
減算部１９は、圧縮後にＢピクチャーおよびＰピクチャーになるピクチャーの画像データから、動き補償部３６の動き補償の結果として得られた画像データを減算して予測誤差データを算出し、圧縮後にＩピクチャーになる画像データそのもの、および、算出した予測誤差データをＤＣＴ部２０に対して出力する。
【００２３】
ＤＣＴ部２０は、減算部１９から圧縮後にＩピクチャーになるピクチャーの画像データが入力される場合は、画像データそのものに対してマクロブロック単位に離散余弦変換（ＤＣＴ）処理を行い、圧縮後にＢピクチャーおよびＰピクチャーになるピクチャーの画像データが入力される場合には、予測誤差データに対してマクロブロック単位にＤＣＴ処理を行い、これらのＤＣＴ処理の結果（ＤＣＴ係数）を量子化部２２に対して出力する。
【００２４】
量子化部２２は、バックサーチ部４６から入力される量子化インデックスＱＩが示す量子化レベルＱを用いて、１マクロブロック（ＭＢ）あたりの発生符号量Ｇｊが目標符号量Ｔｊ以下であって、目標符号量Ｔｊに近い値になるように、ＤＣＴ部２０から入力されるＤＣＴ係数を量子化し、量子化の結果として得られたデータを可変長符号化部２４および逆量子化部３０に対して出力する。
【００２５】
ここで、量子化レベルＱと量子化インデックスＱＩとの関係を説明する。量子化レベル（レート）Ｑとは、量子化部２２においてＤＣＴ係数に対して除算を行う際に、あるいは、逆量子化部３０において量子化されたデータに対して乗算を行う際に用いられるデータであって、量子化部２２においては、発生符号量Ｇ５ｊを目標符号量Ｔｊに近づけるために、量子化レベルＱとして、非線形に変化する複数の値の組み合わせが、画像の複雑さ等に応じて複数、使い分けられる。
【００２６】
一方、量子化インデックスＱＩは、複数の量子化レベルＱの組み合わせに付された番号であり、量子化インデックスＱＩを参照することにより、量子化レベルＱとして用いられた複数の値の組み合わせを識別することができる。なお、量子化インデックスＱＩは、通常、量子化レベルＱそのものよりも符号量が少ないので、ＶＴＲ装置等においては、量子化レベルＱの代わりに量子化インデックスＱＩが、画像データとともに記録媒体に記録されることが多い。
【００２７】
可変長符号化部２４は、量子化部２２から入力されるデータを可変長符号化して圧縮画像データを生成し、画像データ圧縮装置１に接続された画像機器に対して出力するとともに、圧縮画像データの１マクロブロック（ＭＢ）あたりの発生符号量Ｇｊを算出して減算部４８に対して出力する。
逆量子化部３０は、量子化部２２と逆の処理を行い、量子化部２２が出力するデータに、量子化インデックスＱＩが示す量子化レベルＱを乗算してＤＣＴ部２０が生成したＤＣＴ係数に対応するＤＣＴ係数を再生し、ＩＤＣＴ部３２に対して出力する。
【００２８】
ＩＤＣＴ部３２は、逆量子化部３０から入力されるＤＣＴ係数に対して逆離散余弦変換（ＩＤＣＴ）処理を行い、ＤＣＴ部２０に入力された、加算部１９に入力された画像データに対応する画像データを再生して加算部３４に対して出力する。
加算部３４は、動き補償部３６から入力される画像データと、ＩＤＣＴ部３２から入力される画像データを加算して、動き補償部３６に対して出力する。
【００２９】
動き補償部３６は、ＦＩＦＯ３８を経由して入力される、動き検出部１６で求めた動きベクトルに基づいて、加算部３４から入力される画像データに対して動き補償処理を行い、減算部１９の負入力端子および加算部３４に対して出力する。
動き補償部２６、減算部２８、ＤＣＴ部４２、予測部４４、バックサーチ部４６を有する予備符号化部４において、動き補償部２６は、動き検出部１６における動き検出の結果に基づいて、動き検出部１６から入力される画像データに対して動き補償を行い、動き補償の結果として得られた画像データを減算部２８の負入力端子に対して出力する。
【００３０】
減算部２８は、動き検出部１６で求めた動きベクトルから動き補償部２６で求めた動き補償の結果を減じて、圧縮後にＢピクチャーおよびＰピクチャーになるピクチャーの画像データから、動き補償部２６の動き補償の結果として得られたデータを減算して予測誤差データを算出し、圧縮後にＩピクチャーになる画像データそのもの、および、算出した予測誤差データをＤＣＴ部４２に対して出力する。
ＤＣＴ部４２は、減算部２８から圧縮後にＩピクチャーになるピクチャーの画像データが入力される場合は、画像データそのものに対してマクロブロック単位にＤＣＴ処理を行い、圧縮後にＢピクチャーおよびＰピクチャーになるピクチャーの画像データが入力される場合には、予測誤差データに対してマクロブロック単位にＤＣＴ処理を行い、ＤＣＴ係数を予測部４４に対して出力する。
【００３１】
予測部４４は、ＤＣＴ部４２から入力されたＤＣＴ処理の結果（ＤＣＴ係数）を、例えば、固定値の量子化レベルＱ(Fix-Q) により量子化し、量子化処理の結果として得られたデータの符号量、および、加算部５６から入力される目標符号量Ｔｊに基づいて、量子化インデックスＱＩを算出し、ＤＣＴ部４２から入力されたＤＣＴ係数とともにバックサーチ部４６に対して出力する。
【００３２】
なお、予測部４４において、二分木探索方式により量子化インデックスＱＩを算出することも可能である。以下、図３を参照して、予測部４４において、二分木探索方式により、量子化インデックスＱＩを求める場合の処理を説明する。
図３は、図１に示した予測部４４において、二分木探索方式により量子化インデックスＱＩを求める処理を、量子化インデックスＱＩの数が１６である場合について例示する図である。
等符号長時間ＴＥにおいて、目標符号量以下であって、目標符号量に近い値の圧縮映像データを得るためには、通常、等符号長時間ＴＥ単位で、刻々と生成される圧縮画像データの符号量に基づいて、量子化レート（レベル）Ｑを動的に（ダイナミックに）制御するフィードバック制御が用いられる。
【００３３】
しかしながら、動的なフィードバック制御により発生符号量を制御する方法を採った場合、長い時間において、発生符号量を一定以下に収めることができるものの、等符号長時間ＴＥごとに発生符号量を一定に保つことは難しい。二分木探索方式は、量子化インデックスＱＩの値が量子化レートＱの刻みを粗くする方向に大きくなる、発生符号量は量子化インデックスＱＩの値に応じて単調に減少することに着目し、フィードフォワード制御により、等符号長時間ＴＥごとの発生符号量を目標符号量以下であって、目標符号量に近い値とするために考案された方式である。
【００３４】
予測部４４は、図３に示すように、第１段階（1st stage)で、量子化インデックスＱＩの中央値〔図３の例においては、ＱＩ＝７（０〜１５の中央値）〕とし、この量子化インデックス７に対応する量子化レートＱで、ＤＣＴ部４２から入力されたＤＣＴ係数を量子化し、発生符号量を求める。
【００３５】
予測部４４は、第１段階において、量子化による発生符号量が目標符号量を超えた場合には、第２段階(2nd stage) において、量子化インデックスＱＩを１１として、量子化インデックス１１（７〜１５の中央値）に対応する量子化レートＱで、ＤＣＴ部４２から入力されたＤＣＴ係数を量子化し、発生符号量を求める。反対に、発生符号量が目標符号量より少ない場合には、予測部４４は、第二段階において、量子化インデックスＱＩを３（０〜７の中央値）として、量子化インデックス３に対応する量子化レートＱで、ＤＣＴ部４２から入力されたＤＣＴ係数を量子化し、発生符号量を求める。
【００３６】
以下、予測部４４は、第３段階および第４段階において、同様な処理を行い、最適な量子化インデックスの値を求める。
二分木探索方式によれば、ｎ個の量子化インデックスＱＩから最適な量子化インデックスＱＩを求めるための演算はｌｏｇ２ｎ回で済み、全ての量子化インデックスＱＩを用いてＤＣＴ係数に対する量子化を行い、最適な値を求める場合に比べて、演算量および演算を実行するハードウェア量を大幅に少なくすることができる。
【００３７】
バックサーチ部４６は、画像データをダビングすることにより量子化インデックスＱＩ（量子化レートＱ）が不明になった画像データから、正しい量子化インデックスＱＩを求める手段であって、予測部４４から入力されたマクロブロックごとのＤＣＴ係数および量子化インデックスＱＩに基づいて、バックサーチにより、目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの差を、予測部４４が算出した符号化インデックスＱＩよりもさらに少なくすることができる量子化インデックスＱＩ’を算出して、図１中に点線で示すように量子化部２２に対して出力する。
【００３８】
以下、図４を参照して、バックサーチ部４６の構成および動作をさらに説明する。
図４は、図１に示したバックサーチ部４６の構成を示す図である。
図４に示すように、バックサーチ部４６は、絶対値回路４６０、（ｎ＋１）個の１６ビット×１６ビットの乗算を行う乗算器４６２、（ｎ＋１）個のシフト回路４６４、（ｎ＋１）個の絶対値回路４６６、（ｎ＋１）個の総和回路４６８、最大値検出・最小値検出セレクタ４７０および除算回路４７２から構成される。
【００３９】
絶対値回路４６０は、予測部４４を経由して入力されるＤＣＴ部４２で生成したＤＣＴ係数の絶対値を算出し、（ｎ＋１）個の乗算器４６２に対して出力する。絶対値回路４６０によりＤＣＴ係数の絶対値を算出するのは、乗算器４６２〜最大値検出・最小値検出セレクタ４７０の各構成部分の処理においては数値の倍数関係のみが問題となり、数値の正負が問題とならず、また、絶対値とすることにより、これらの構成部分における演算が容易になるからである。
【００４０】
（ｎ＋１）個の乗算器４６２および（ｎ＋１）個の絶対値回路４６６はそれぞれ、実質的に除算回路を構成し、絶対値回路４６０から入力されるＤＣＴ係数の絶対値を、予測部４４から入力された量子化インデックスＱＩに０，１，２，…，ｎを加えた値で除算し、量子化する。具体的には、例えば、乗算器４６２およびシフト回路４６４が、ＤＣＴ係数を量子化レベル＝３で量子化する場合には、乗算器４６２がＤＣＴ係数に、１６進数表記で「０ＡＡＡＢｈ」を乗算し、シフト回路４６４が乗算結果を１８ビットシフトする。このような構成するのは、除算器の構成は複雑であり、乗算器４６２およびシフト回路４６４を用いて実質的に除算器を構成した方が、ハードウェア量が少なくて済むからである。
【００４１】
（ｎ＋１）個の絶対値回路４６６は、それぞれ（ｎ＋１）個の乗算器４６２および（ｎ＋１）個のシフト回路４６４による量子化結果の小数部に対して、下の式１に示す演算を行い、実質的に絶対値を算出する。
【００４２】
【数１】
ｆ（ｘ） ＝ ｘ （ｘ＜０．５）
ｆ（ｘ） ＝ １−ｘ （ｘ≧０．５） …（１）
【００４３】
式１に示した演算により、（ｎ＋１）個の絶対値回路４６６はそれぞれ、例えば、（ｎ＋１）個の乗算器４６２および（ｎ＋１）個のシフト回路４６４の量子化結果の絶対値化された小数部が０．９である場合には、実際には−０．１であったとみなして、小数部の絶対値の値を０．１とするためである。
（ｎ＋１）個の総和回路４６８はそれぞれ、（ｎ＋１）個の絶対値回路４６６により絶対値化された量子化結果の小数部の絶対値の総和値を算出し、最大値検出・最小値検出セレクタ４７０に対して出力する。
【００４４】
最大値検出・最小値検出セレクタ４７０は、（ｎ＋１）個の総和回路４６８が算出した総和値の内、最大の値を求めて、除算回路４７２に対して出力する。
除算回路４７２は、シフト回路から構成され、最大値検出・最小値検出セレクタ４７０が求めた２進数で表記される総和値を１ビットシフトすることにより、２で除算し、最大値検出・最小値検出セレクタ４７０に対して出力する。
（ｎ＋１）個の総和回路４６８それぞれから入力される総和値の最小値が、最大値の１／２以下である場合には、明らかに小さいと見なして倍数関係があると判断することができ、１／２より大きい場合には特定の倍数関係がないと判断することができる。
【００４５】
したがって、バックサーチ部４６の最大値検出・最小値検出セレクタ４７０は、（ｎ＋１）個の総和回路４６８それぞれから入力される総和値の最小値が、最大値の１／２以下である場合には、この最小値を与える量子化インデックスＱＩを最終的な量子化インデックスＱＩ’として量子化部２２に対して出力し、最大値の１／２より大きい場合には、最大値の１／２の値を与える量子化インデックスＱＩを最終的な量子化インデックスＱＩ’として量子化部２２に対して出力する。
以上説明したバックサーチ部４６の処理により、ダビングされ、元の量子化レート（レベル）Ｑが不明になった画像データに対しても、最適な量子化インデックスＱＩ’が求められる。このようにして、最適な量子化インデックスＱＩ’を求めることができる理由は、一度、記録・再生された画像データをＤＣＴ処理して得られるＤＣＴ係数は、元の量子化レベルの倍数になっているためである。
【００４６】
目標符号量制御部５において、減算部４８は、配分符号量生成部５４からマクロブロックごとに入力される配分符号量Ｄ ｊ から、可変長符号化部２４からマクロブロックごとに入力される発生符号量Ｇｊを減算して剰余符号量Ｒｊを算出し、加算部５０に対して出力する。
加算部５０は、上限値制限部５２からマクロブロックごとに入力される繰り越し符号量Ｓｊ の上限値ＵＬＩＭと、減算部４８からマクロブロックごとに入力される剰余符号量Ｒｊとを加算して生成した、現在のマクロブロックをｊ番目とした場合に、（ｊ＋１）番目のマクロブロックへの新たな繰り越し符号量Ｓｊ＋１を算出して上限値制限部５２に対して出力する。
このように、減算部４８において、配分符号量生成部５４から入力される配分符号量Ｄ ｊ から発生符号量Ｇ ｊ を減算して生成する剰余符号量Ｒ ｊ を算出し、加算部５０において、算出した剰余符号量Ｒ ｊ を用いて繰り越し符号量Ｓ ｊ 〔Ｓ j+1 ＝Ｓ j −ｍｉｎ（ＬＩＭ，Ｓ j ）＋Ｒ j ）〕を算出する。
【００４７】
上限値制限部５２は、予め設定される繰り越し符号量の上限値ＬＩＭと、加算部５０から入力される新たな繰り越し符号量Ｓ ｊ＋１ の内、いずれか小さい方の値を符号量の上限値ＵＬＩＭとして加算部５６に対して出力する。
配分符号量生成部５４は、マクロブロックそれぞれに予め配分されている配分符号量Ｄｊを加算部５６に対して出力する。
【００４８】
ここで、配分符号量Ｄｊは、等符号長時間ＴＥごとに圧縮画像データに割り当てられる符号量を、等符号長時間ＴＥに含まれる画像データのピクチャーのマクロブロックそれぞれに、ピクチャーの種類（ピクチャータイプ）等に応じて配分した符号量である。また、上限値ＬＩＭは、マクロブロックそれぞれの配分符号量Ｄｊに、繰り越し符号量Ｓｊの値に応じて加算する符号量の上限値である。
なお、上限制限部５２から出力される符号量の上限値ＵＬＩＭは、予め設定される繰り越し符号量の上限値ＬＩＭと、新たな繰り越し符号量Ｓ ｊ＋１ のいずれか小さいほうが選択されたものであり、加算部５６において、配分符号量生成フィルタ５４から出力されるマクロブロックそれぞれの配分符号量Ｄ ｊ に加算する符号量の上限値である。
加算部５６は、配分符号量生成部５４から入力された配分符号量Ｄ ｊ と、上限値制限部５２から入力された符号量の上限値ＵＬＩＭとを加算し、目標符号量Ｔｊとして予測部４４に対して出力する。
【００４９】
以下、画像データ圧縮装置１の動作を説明する。
まず、図５を参照して、減算部４８、加算部５０、上限値制限部５２および加算部５６による目標符号量Ｔｊの制御を行わない場合の画像データ圧縮装置１（図１）における発生符号量の制御を説明する。
図５は、第１の実施形態における画像データ圧縮装置１の目標符号量Ｔｊの制御を行わない場合の発生符号量制御を示す図である。なお、実際には、例えば、５２５／６０形式の画像データの１ピクチャーは１４４０個のマクロブロックから構成されるが、図５においては、図示の簡略化のために、１ピクチャーが３×４個（１〜１２）の画素のマクロブロックから構成されている場合を示してある（以下、図６，図８等において同様）。
【００５０】
図５において、配分符号量生成部５４が、等符号長時間ＴＥに割り当てられた目標符号量Ｔ ｊ を、各マクロブロックに均等に配分した配分符号量Ｄｊが、例えば、１，０００ビットである場合、予測部４４が生成した量子化インデックスＱＩまたはバックサーチ部４６が生成した量子化インデックスＱＩ’に基づいて、圧縮符号化部２に入力された各マクロブロックの画像データから、１，０００ビット以下であって、１，０００ビットに近い値の発生符号量の圧縮画像データが、最終的に可変長符号化部２４から出力される。
【００５１】
しかしながら、例えば、第１のマクロブロック〜第１２のマクロブロックから、可変長符号化部２４から実際に生成された圧縮画像データの発生符号量Ｇ１〜Ｇ１２がそれぞれ、例えば、図５に示すように、９５０ビット、９８０ビット、１，０００ビット…である場合、配分符号量Ｄ ｊ と発生符号量Ｇ ｊ の差〔剰余符号量Ｒｊ（＝Ｄ ｊ −Ｇｊ）〕は、５０ビット、２０ビット、０ビット…となり、このピクチャー全体で、３５０ビットの繰り越し符号量Ｓ（＝ΣＲｊ）が生じ、無駄になる。
【００５２】
次に、図６を参照して、減算部４８、加算部５０、上限値制限部５２、配分符号量生成部５４および加算部５６による目標符号量Ｔｊの制御を行い、繰り越し符号量Ｓｊを減少させた画像データ圧縮装置１（図１）における発生符号量Ｇ ５ｊの制御を説明する。
図６は、第１の実施形態における画像データ圧縮装置１の目標符号量Ｔｊの制御を行なう場合の発生符号量制御を示す図である。
【００５３】
図６に示すように、目標符号量Ｔｊの制御は、減算部４８〜加算部５６により、第ｊ番目のマクロブロックで生じた剰余符号量Ｒｊを、それ以降のマクロブロックに再配分することにより行われる。
図６において、配分符号量生成部５４が、等符号長時間ＴＥに割り当てられた目標符号量Ｔ ｊ を、各マクロブロックに均等に配分した配分符号量Ｄｊが、図５と同様に、例えば、１，０００ビットである場合、予測部４４が生成した量子化インデックスＱＩまたはバックサーチ部４６が生成した量子化インデックスＱＩ’に基づいて、圧縮符号化部２に入力された各マクロブロックの画像データから、１，０００ビット以下であって、１，０００ビットに近い値の発生符号量の圧縮画像データが、最終的に可変長符号化部２４から出力される。
【００５４】
例えば、第１のマクロブロックから、実際に生成された圧縮画像データの発生符号量Ｇ１が９５０ビットである場合、減算部４８が、配分符号量生成部５４から入力される配分符号量Ｄ１から発生符号量Ｇ１を減算して得る剰余符号量Ｒ５１は５０ビット、加算部５０が算出した繰り越し符号量Ｓ１〔Ｓｊ＝Ｓｊ−１−ｍｉｎ（ＬＩＭ，Ｓｊ−１）＋Ｒｊ、但し、Ｓ０，Ｒ０＝０〕は５０ビットになる。
なお、繰り越し符号量Ｓ１は、ピクチャー（等符号長時間ＴＥ）ごとに初期化され、初期値Ｓ０は０ビットとなる。
【００５５】
上限値制限部５２は、加算部５０で算出された繰り越し符号量Ｓ１ か、予め設定された符号量の上限値ＬＩＭ（図６においては４０ビット）のいずれか値が小さいほうを選択することにより、第２のマクロブロックに再配分する目標符号量の値〔再配分値｛＝ｍｉｎ（Ｓｊ−１，ＬＩＭ）｝〕を制限し、加算部５６に対して出力する。
加算部５６は、配分符号量生成部５４が生成する配分符号量Ｄｊと、上限値制限部５２から入力される再配分値を加算し、第２のマクロブロックに対する目標符号量Ｔ２（１，０４０ビット）を生成し、予測部４４に対して出力する。
【００５６】
予測部４４は、ＤＣＴ部４２から入力されるＤＣＴ係数、および、加算部５６から入力される目標符号量Ｔ２に基づいて量子化インデックスＱＩを生成し、バックサーチ部４６が量子化インデックスＱＩを最適化して、最終的な量子化インデックスＱＩ’を生成し、量子化部２２に対して出力する。
予備符号化部４は、入力される第２のマクロブロックの画像データを、量子化インデックスＱＩ’に基づいて量子化し、可変長符号化部２４は、最終的に発生符号量Ｇ ２ が１，０２０ビットの圧縮画像データを生成し、出力する。
【００５７】
画像データ圧縮装置１は、以下同様に、第３のマクロブロック〜第１２のマクロブロックの目標符号量Ｔ３〜Ｔ１２をそれぞれ、１，０３０ビット、１０１０ビット、…、１，０４０ビットとして圧縮符号化を行い、可変長符号化部２４から、それぞれ発生符号量Ｇｊが１，０２０ビット、９７０ビット、…、１０３０ビットの圧縮画像データを生成し、出力する。
図６に示した画像データ圧縮装置１の動作によれば、図５に示した画像データ圧縮装置１の動作によって生じていた３５０ビットの繰り越し符号量Ｓ１２を、２０ビットに減らすことができ、しかも、各マクロブロックから生成される圧縮画像データの符号量を増やすことができるので、伸長復号後の画像の品質が向上する。
【００５８】
なお、上限値制限部５２において、各マクロブロックの画像データに対する符号量の再配分値を制限する理由は、再配分する符号量に制限を設けないと、特定のマクロブロックの画像データだけに多くの符号量を再配分したり、逆に、他の特定のマクロブロックの画像データには全く符号量を再配分できなくなったりして、伸長復号後の画像にむらが生じ、画像の品質（画質）が劣化するからである。
【００５９】
なお、図６においては、説明の簡略化のために、可変長符号化部２４が出力した第ｊ番目のマクロブロックの圧縮画像データの発生符号量Ｇｊが、次の第（ｊ＋１）番目のマクロブロックの目標符号量Ｔｊ＋１に反映される場合を示したが、実際には、目標符号量の算出を行うためのハードウェア的な遅延、あるいは、ソフトウェア的な遅延が存在し、あるマクロブロックの画像データから生成される発生符号量は、数個後のマクロブロックの目標符号量に反映されることになる。
【００６０】
第２実施形態
以下、本発明の第２の実施形態を説明する。
第１の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御（図６）によれば、無駄な最終的な繰り越し符号量Ｓｊの値を少なくすることができ、圧縮画像データの発生符号量Ｔｊを増加させることができるので、伸長復号後の画像の品質を向上させることができる。しかしながら、図６に示した目標符号量Ｔｊの制御によると、各マクロブロックの画像データに対する目標符号量Ｔｊの値にばらつきが生じてしまい、伸長復号後の画像にむらが残ってしまうことになる。
【００６１】
また、バックサーチ部４６におけるバックサーチにより量子化インデックスＱＩを最適化するシステムにおいて、第１の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御（図６）を行うと、１回目の圧縮符号化において多くの目標符号量Ｔｊを割り当てたマクロブロックに、２回目の圧縮符号化に少ない目標符号量Ｔｊが割り当てられた場合、バックサーチにより求める量子化インデックスＱＩ’が、本来の１回目の量子化インデックスＱＩ’ではなく、それよりも大きい値となることが生じ、さらに画質が劣化してしまう。
【００６２】
目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの誤差が一定であれば、画像を劣化させることがない最適な符号量の上限値ＵＬＩＭを求めることができる。しかしながら、実際には、画像データ圧縮装置１に入力される動画像の絵柄より、目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊの関係は動的に変化するので、このような最適な符号量の上限値ＵＬＩＭを求めることはできない。
【００６３】
第２の実施形態に示す目標符号量Ｔｊの制御方法は、等符号長時間ＴＥにおける最終的な繰り越し符号量Ｓｊ一定の目標範囲に収めるように、各マクロブロックに対する目標符号量Ｔｊを制御すれば、各マクロブロックに対する目標符号量の再配分をほぼ一定にできるという性質と、画像データの時間方向の相関性に着目してなされたものであって、各マクロブロックの画像データに対して均等な目標符号量Ｔｊを割り当て、複数の画像データ圧縮・伸長装置を直列に接続して画像の圧縮・伸長を繰り返しても、常に正しい量子化レート（レベル）で画像データを圧縮することができ、画像にむらを生させることがないように目標符号量Ｔｊを制御する。
【００６４】
図７は、第２の実施形態における本発明に係る画像データ圧縮装置６の構成を示す図である。なお、図７においては、画像データ圧縮装置６の各構成部分のうち、第１の実施形態に示した画像データ圧縮装置１（図１等）と同じものには、同一の符号を付してある。
図７に示すように、画像データ圧縮装置６は、圧縮符号化部２および目標符号量制御部６２から構成される。つまり、画像データ圧縮装置６は、画像データ圧縮装置１（図１）の予備符号化部４と目標符号量制御部５を、目標符号量制御部６２で置換した構成をとる。
目標符号量制御部６２は、減算部６２０，６２６、目標符号量生成部６２４、目標剰余符号量生成部６２８および上限値算出部６３０から構成される。
【００６５】
まず、画像データ圧縮装置６における目標符号量の制御の原理を説明する。
図７に示すように、図１を参照して述べた予備符号化部４および目標符号量制御部５を、目標符号量Ｔと、符号量の再配分値の上限値ＵＬＩＭ、あるいは、固定の再配分値そのものに基づいて、圧縮符号化を行い、ある発生符号量の圧縮画像データを出力するブラックボックスとして考えると、画像データ圧縮装置６全体を、繰り越し符号量Ｓを制御する制御系としてとらえることができる。
画像データ圧縮装置６は、等符号長時間ＴＥ（例えば、１以上のピクチャーあるいはＧＯＰ）の画像データに対する圧縮符号化が終了したときに、その目標符号量Ｔと発生符号量Ｇとの差の総和〔最終的な繰り越し符号量Ｓ｛＝Σ（Ｔｊ−Ｇｊ）｝〕と、所定の固定目標値Ａとの差分（Ｓ−Ａ）に対して所定の伝達関数Ｆによる演算あるいは変換を行って、符号量の上限値ＵＬＩＭを決定し、次の等符号長時間ＴＥにおける圧縮符号化に用いるというフィードバックループ制御を行うように構成されている。
【００６６】
さらに詳しく説明する。画像データ圧縮装置６において、圧縮符号化部２（図実際の構成は図１に示した通り）には、各マクロブロックの画像データに対する配分符号量Ｄｊと符号量の再配分値の上限値ＵＬＩＭが与えられ、画像データを等符号長時間ＴＥごとに符号量が等しくなるように圧縮符号化する。
画像データ圧縮装置６は、等符号長時間ＴＥごとに、最終的な繰り越し符号量Ｓを算出することできる。
【００６７】
画像データ圧縮装置において、等符号長時間ＴＥそれぞれにおける最終的な繰り越し符号量Ｓの値が大きいということは、等符号長時間ＴＥそれぞれにおいて多くの符号量を無駄にして捨てており、結果として伸長復号後の画質を劣化させていることを意味する。
【００６８】
逆に、等符号長時間ＴＥそれぞれにおける最終的な繰り越し符号量Ｓの値が小さく、０に近いということは、等符号長時間ＴＥそれぞれにおいて無駄にしている符号量が少なく、伸長復号後の画質の劣化が少ないことを意味するが、一方、例えば、第１の実施形態において図６に示した目標符号量の制御を行う場合には、各マクロブロックの画像データに対する目標符号量Ｔｊの値にばらつきが生じており、伸長復号後の画像にむらが生じていることをも意味する。
【００６９】
そこで、画像データ圧縮装置６は、最終的な繰り越し符号量Ｓに対して適切な値を固定符号量Ａを設定し、等符号長時間ＴＥそれぞれにおいて、最終的な繰り越し符号量Ｓが固定符号量Ａより多い場合には、符号量の上限値ＵＬＩＭを大きく変更して符号量を無駄にしないようにし、逆に、最終的な繰り越し符号量Ｓが固定符号量Ａより少ない場合には、上限値ＵＬＩＭを小さく変更して、各マクロブロックに対する再配分値を確保できるように制御を行う。
【００７０】
なお、画像データ圧縮装置６において、符号量の上限値ＵＬＩＭは、等符号長時間ＴＥごとに変更され、ある等符号長時間ＴＥにおいて設定された上限値ＵＬＩＭは、他の等符号長時間ＴＥにおいては有効でないことに留意する必要がある。
しかしながら、画像データは時間方向に強い相関性を有し、特に、通常、数ピクチャーの等符号長時間ＴＥにおいては相関性が強いので、ある等符号長時間ＴＥにおける最終的な繰り越し符号量Ｓに基づいて算出した目標符号量Ｔｊを、次の等符号長時間ＴＥにおいて用いても、実際上、不都合は生じない。
【００７１】
以下、画像データ圧縮装置６（図７）の各構成部分を説明する。
減算部６２０は、目標符号量生成部６２４から入力される目標符号量Ｔｊから図１に図解した圧縮符号化部２の可変長符号化部２４（図１、図７において図示せず）から入力される発生符号量Ｇｊを減算して、剰余符号量Ｒｊ（＝Ｔｊ−Ｇｊ）を算出し、減算部６２６に対して出力する。また減算部６２０は、等符号長時間ＴＥあたりの目標符号量Ｔｊから発生した発生符号量Ｇｊを引き等符号長時間ＴＥあたりの剰余符号量Ｒｊ＝Ｔｊ−Ｇｊを求める。
目標符号量生成部６２４は、画像データ圧縮装置１の予備符号化部４（図１）を構成する動き補償部２６、減算部２８、ＤＣＴ部４２、バックサーチ部４６、、および、目標符号量制御部５を構成する減算部４８、加算部５０、上限値制限部５２、配分符号量生成部５４および加算部５６に対応する回路を含み（いずれも図７において図示せず）、上限値制限部５２に上限値算出部６３０から各マクロブロックに設定される符号量の上限値ＵＬＩＭに基づいて、圧縮符号化部２の走査変換ブロック化部１４（図１、図７において図示せず）から入力される画像データを処理し、マクロブロックの画像データそれぞれに対する目標符号量Ｔ５ｊを生成し、圧縮符号化部２および減算部６２０に対して出力する。
【００７２】
目標剰余符号量生成部６２８は、固定符号量Ａを生成して減算部６２６に対して出力する。
減算部６２６は、減算部６２０から入力される等符号長時間ＴＥあたりの剰余符号量Ｒから、目標剰余符号量生成部６２８から入力される固定符号量Ａを減算し、（Ｒ j −Ａ）を出力する。
上限値算出部６３０は、減算部６２６から入力される減算結果（Ｒ j −Ａ）の等符号長時間ＴＥごとの総和（Ｓ−Ａ）を算出し、所定の関数Ｆによる演算を行ってΔＬＩＭ〔Ｆ（Ｒ−Ａ）〕を算出し、元の上限値ＵＬＩＭからΔＬＩＭを加算して、新たな上限値ＵＬＩＭを算出し、目標符号量生成部６２４の上限値制限部５２（図１、図７において図示せず）に対して出力する。
【００７３】
以下、図８を参照し、符号量の上限値ＵＬＩＭが４０ビットであり、図８に示すピクチャー（等符号長時間ＴＥ）全体に対する目標符号量が１２，０００ビット（各マクロブロックに配分される配分符号量Ｄｊ＝１，０００ビット）であり、目標剰余符号量生成部６２８が生成する固定符号量Ａが７０ビットであり、上限値算出部６３０が用いる関数Ｆ〔＝０．２（Ｒ−Ａ）〕である場合を例に、画像データ圧縮装置６の動作を説明する。
【００７４】
例えば、この条件下、圧縮符号化部２が、図５に示した通りの発生符号量Ｇ５ｊの圧縮画像データを生成すると、図５に示した例における最終的な繰り越し符号量Ｓは２０ビットとなる。
目標符号量制御部６２は、減算部６２６から入力される減算結果（Ｒ−Ａ）に基づいて、繰り越し符号量Ｓ（２０ビット）から固定符号量Ａ（７０ビット）を減算し、減算結果に０．２を乗算してΔＬＩＭ〔−１０ビット｛＝０．２（２０−７０）｝〕を算出し、元（前回）の上限値ＵＬＩＭ（４０ビット）にΔＬＩＭを加算して、新たな上限値ＵＬＩＭ（３０ビット）を算出し、圧縮符号化部２に対して出力する。圧縮符号化部２は、目標符号量制御部６２から入力される上限値ＵＬＩＭを用いて、第１の実施形態においてと同様に、図８に示した次のピクチャー（等符号長時間ＴＥ）の画像データを圧縮符号化する。
【００７５】
以上説明したように、図５に示したピクチャー（等符号長時間ＴＥ）の次のピクチャー（図８）における上限値ＵＬＩＭは、目標符号量制御部６２により、３０ビットに変更される。
この上限値ＵＬＩＭの変更により、図８に示したピクチャーの各マクロブロックに対する目標符号量Ｔｊは、１，０３０ビット一定になる。しかも、最終的な繰り越し符号量Ｓは５０ビットになり、図５に示した前のピクチャーの最終的な繰り越し符号量（４０ビット）よりも、固定符号量Ａ（７０ビット）に近づいていることが分かる。
【００７６】
さらに、目標符号量制御部６２は、図８に示したピクチャーに対する圧縮符号化の結果に基づいて、次のピクチャーの圧縮符号化に用いる新たな上限値ＵＬＩＭを算出する。つまり、目標符号量制御部６２は、元の上限値ＵＬＩＭ（３０ビット）にΔＬＩＭ〔＝０．２（５０−７０）＝１４〕を加えて、図８に示したピクチャーの次のピクチャーの圧縮符号化に用いる新たな上限値ＵＬＩＭ（２６ビット）を算出する。
【００７７】
以下同様に、目標符号量制御部６２は、圧縮符号化結果に基づいて、各ピクチャーに対する上限値ＵＬＩＭを算出し、圧縮符号化部２は、目標符号量制御部６２が算出した上限値を用いて各ピクチャーを圧縮符号化する。
【００７８】
このように、目標符号量制御部６２が、マクロブロックの画像データを圧縮符号化するたびに、上限値ＵＬＩＭを、最終的な繰り越し符号量Ｓに応じて変更することにより、圧縮符号化部２は、常に、最終的な繰り越し符号量Ｓの値を一定の範囲内に収めて画像データを圧縮符号化することができ、伸長復号化後の画像の品質を一定以上に保つことができる。
【００７９】
以上説明したように、第２の実施形態に示した画像データ圧縮装置６によれば、等符号長時間ＴＥ単位で圧縮符号化を行う画像データ圧縮装置において、無駄になる符号量を減らし、伸長復号後の画像の品質を向上させることができる。
また、等符号長時間ＴＥ内のほとんど全てのマクロブロックに対して等しい目標符号量Ｔｊを割り当てることができ、同一ピクチャー内のマクロブロックに対して割り当てられる目標符号量Ｔｊの不均一性に起因して生じる画面のむらを防ぐことができる。
また、第２の実施系形態に示した目標符号量の制御とバックサーチ方式とを組み合わせることにより、量子化インデックスＱＩを正しく求めることが可能になり、画像データをダビングすることを重ねた場合に生じる伸長復号後の画像の品質低下を防ぐことができる。
また、画像データ圧縮装置６における目標符号量Ｔｊの制御方法は、圧縮符号化部２から動き補償を行う部分を除いた圧縮符号化部にも適用可能である。
【００８０】
以下、画像データ圧縮装置６の変形例を説明する。
第１の変形例
図９は、画像データ圧縮装置６（図７）の第１の変形例（画像データ圧縮装置６４）の構成を示す図である。
図９に示すように、画像データ圧縮装置６４は、圧縮符号化部２、および、マイクロプロセッサ、メモリおよびこれらの周辺回路を有する目標符号量制御部６４０から構成される。つまり、画像データ圧縮装置６４は、画像データ圧縮装置６の目標符号量制御部６２を、目標符号量制御部６４０で置換した構成になっている。
【００８１】
画像データ圧縮装置６（図７）において、減算部６２０，６２６、目標符号量生成部６２４、目標剰余符号量生成部６２８および上限値算出部６３０が行った目標符号量Ｔｊの算出処理を、画像データ圧縮装置６４においては、画像データ圧縮装置６４０がソフトウェア的な処理により行う。
このように、目標符号量制御部６２を目標符号量制御部６４０に置換することにより、目標符号量Ｔｊを生成するための演算方法の変更が容易になる。
【００８２】
第２の変形例
画像データ圧縮装置６において、固定符号量Ａの値は、必ずしも一定である必要はなく、一定の幅が許される。
従って、各等符号長時間ＴＥにおける最終的な繰り越し符号量Ｓの値がＡ１〜Ａ２（Ａ１＞Ａ２）の範囲内である場合には、上限値算出部６３０が上限値ＵＬＩＭの変更を行わず、Ａ１〜Ａ２の範囲外である場合にのみ、上限値算出部６３０が上限値ＵＬＩＭの変更を行うように画像データ圧縮装置６の動作を変形してもよい。
【００８３】
第３の変形例
第２の実施形態に示した画像データ圧縮装置６における目標符号量Ｔｊの制御（図８）においては、符号量の再配分値の上限値ＵＬＩＭを変更して、各マクロブロックに対して目標符号量Ｔｊを再配分する場合を示したが、均一に目標符号量Ｔｊの再配分が可能である限り、ピクチャー全体に共通な目標符号量Ｔｊの再配分を行うことが可能である。
【００８４】
従って、第２の実施形態において説明したように、繰り越し符号量Ｓｊ または上限値ＵＬＩＭのいずれか小さい方を再配分値として各マクロブロックに与えるのではなく、予め、予測再配分値Ｌを、ピクチャーに含まれるマクロブロックの目標符号量に加えた上で目標符号量制御部６２が上限値ＵＬＩＭを生成し、圧縮符号化部２がこの上限値ＵＬＩＭを用いて圧縮符号化を行うことも可能である。
【００８５】
図１０は、画像データ圧縮装置６（図８）の第３の変形例による動作を例示する図である。
この変形例においては、目標符号量制御部６２は、ピクチャーに含まれるマクロブロック全てについて、予め、予測再配分値Ｌ（３０ビット）を設定し、第１のマクロブロックに対する配分符号量Ｄ１に加え、第１のマクロブロックに対する目標符号量Ｔ１の値を１，０３０ビットにする。このように、予測再配分値Ｌを設定することにより、図８に示した例においては、他のマクロブロックと異なる目標符号量Ｔｊ（１，０００ビット）が割り当てられる第１のマクロブロックに対しても、図８に示した例においては、他と同じ目標符号量Ｔ１（１，０３０ビット）が割り当てることが可能になる。
【００８６】
しかしながら、予測再配分値Ｌを大きく設定しすぎると、ピクチャー（等符号長時間ＴＥ）において符号量が不足する可能性があり、図８に示した例においては、第１のマクロブロック〜第３のマクロブロックまでは、繰り越し符号量が不足し、さらに、最終的な繰り越し符号量Ｓ１２の値が０になっている。従って、第３の変形例に示した予測再配分値Ｌの値は、実際には、もう少し小さい値とする方が望ましい。
【００８７】
第３実施形態
以下、第３の実施形態を説明する。
第１の実施形態および第２実施形態（図５，図６，図８，図１０）において説明したように、繰り越し符号量Ｓｊを続くマクロブロックに再配分し、各等符号長時間ＴＥにおける最終的な繰り越し符号量Ｓを少なくするように、マクロブロックそれぞれに対する目標符号量Ｔｊを制御することにより、無駄になる符号量を少なくすることができる。
この目標符号量Ｔｊの制御方法を、例えば、画像データ圧縮装置１（図１）において、２枚のピクチャー（ＩピクチャーおよびＢピクチャー）から構成されるＧＯＰを等符号長時間ＴＥとし、このＧＯＰ単位で画像データを圧縮符号化する場合の目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの関係を図１１に例示する。なお、説明の簡略化のために、図１１においては、図５等と同様に、１つのピクチャーが３×４個のマクロブロックから構成されている場合を示す。
【００８８】
図１１に示すように、画像データ圧縮装置１の予備符号化部４（図１）において、配分符号量生成部５４は、発生符号量に応じて、ＩピクチャーおよびＢピクチャーそれぞれに、１，０００ビットおよび５００ビットの配分符号量Ｄｊを与える。
予備符号化部４は、まず、Ｉピクチャーの第ｊのマクロブロックまでの目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの差〔余剰符号量Ｒｊ（＝Ｔｊ−Ｇｊ）〕の総和〔繰り越し符号量Ｓｊ｛＝Σ（Ｔｊ−Ｇｊ）｝〕を、続く第（ｊ＋１）のマクロブロックに再配分し、圧縮符号化部２の量子化部２２（図１）に設定する。
【００８９】
なお、予備符号化部４は、第１の実施形態（図５）においてと同様に、第ｊのマクロブロックまでの画像データについて繰り越し符号号量Ｓｊの全てを、第（ｊ＋１）のマクロブロック１つだけに再配分すると、目標符号量Ｓｊ＋１の値が非常に大きくなったり、反対に、他のマクロブロックに対する再配分値が非常に小さくなったりして、マクロブロックごとの再配分値の差が顕著になりやすい。したがって、予備符号化部４は、符号量の再配分値に上限値ＵＬＩＭ（４０ビット）を設け、繰り越し符号量Ｓｊ または上限値ＵＬＩＭのいずれか少ない方〔ｍｉｎ（Ｓｊ，ＵＬＩＭ）〕を、続く第（ｊ＋１）のマクロブロックに分配する。
以上説明したように、予備符号化部４は、Ｉピクチャーのマクロブロックそれぞれに対する目標符号量Ｔｊを生成し、圧縮符号化部２に設定する。
【００９０】
Ｉピクチャーのマクロブロックそれぞれに対する目標符号量Ｔｊの生成が終了すると、次に、予備符号化部４は、Ｂピクチャーのマクロブロックそれぞれに対する目標符号量Ｔｊの生成を行う。
図１１に示すように、Ｉピクチャーの第１２のマクロブロックの圧縮符号化が終了するまでに、２０ビットの繰り越し符号量Ｓｊが生じている。
【００９１】
予備符号化部４は、Ｉピクチャーからの繰り越し符号量Ｓｊを、Ｂピクチャーの第１のマクロブロックに対する配分符号量Ｄｊ（５００ビット）に配分し、Ｂピクチャーの第１のマクロブロックの目標符号量Ｔ１を５２０ビットとして圧縮符号化部２の量子化部２２（図２）に設定する。
【００９２】
図１１に示すように、例えば、Ｂピクチャーの第１のマクロブロックの圧縮画像データの発生符号量Ｇ１が４５０ビットであり、７０ビットの余剰符号量Ｒ５１が生じた場合、予備符号化部４は、余剰符号量Ｒ１（＝繰り越し符号量Ｓ５１）が上限値ＵＬＩＭ（４０ビット）より多いため、上限値ＵＬＩＭ（４０ビット）を第２のマクロブロックに再配分し、第２のマクロブロックの目標符号量Ｔ２を１，０４０ビットとして圧縮符号化部２に設定する。
以下、同様に、予備符号化部４は、Ｂピクチャーのマクロブロックそれぞれに対する目標符号量Ｔｊを生成し、圧縮符号化部２に設定する。
【００９３】
第３の実施形態に示したように、第１の実施形態（図５）に示した目標符号量Ｔｊの制御方法は、複数の種類のピクチャーを含むＧＯＰを等符号長時間ＴＥとして画像データを圧縮符号化する場合にも適用可能である。
なお、第３の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法は、他のピクチャータイプシーケンスのＧＯＰ（等符号長時間ＴＥ）の画像データの圧縮符号化にも適用可能である。
また、同様に、第１の実施形態および第２の実施形態（図６，図８，図１０）に示した他の目標符号量Ｔｊの制御方法を、複数の種類のピクチャーを含むＧＯＰを等符号長時間ＴＥとして画像データを圧縮符号化する場合にも適用可能であことはいうまでもない。
【００９４】
第４実施形態
以下、本発明の第４の実施形態を説明する。
第３の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法（図１１）によれば、第１の実施形態および第２の実施形態（図６，図８，図１０）に示した目標符号量Ｔｊの制御方法を、複数の種類のピクチャーを含む画像データの圧縮符号化に応用することができる。
しかしながら、第３の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法（図１１）によれば、図１１においてＩピクチャーの部分に示すように、Ｉピクチャーのマクロブロックそれぞれの目標符号量Ｔｊが一定にならず、伸長復号後の画像がマクロブロック単位でばらつき、画像にむらが生じる。
【００９５】
また、図１１において、Ｂピクチャーの部分に示すように、目標符号量Ｔｊに対して発生符号量Ｇｊが比較的小さくなる場合、等符号長時間ＴＥにおける最終的な繰り越し符号量Ｓが大きくなり、多くの符号量が無駄になる（図１１においては２１０ビット）。
つまり、第３の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法においては、等符号長時間ＴＥごとに多くの符号量を無駄にし、Ｉピクチャーの伸長復号後の画像が、マクロブロックごとにばらつき、無駄が生じてしまう。
【００９６】
さらに、第２の実施形態（図６）おいて、等符号長時間ＴＥごとに、最終的な繰り越し符号量Ｓの値が目標符号値Ａに近づくようにする目標符号量Ｔｊの制御方法（第１の変形例）を、等符号長時間ＴＥ（ＧＯＰ）が複数の種類のピクチャーを含む画像データに対する圧縮符号化処理に適応しようとすると、図１１に示すように、等符号長時間ＴＥ（ＧＯＰ）ごとに、繰り越し符号量Ｓの値が目標値符号量Ａに近づいていても、Ｉピクチャーの各マクロブロックに再配分する繰り越し符号量Ｓｊが不足してしまう。
【００９６】
第４の実施形態において説明する目標符号量Ｔｊの制御方法は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、等符号長時間ＴＥ（ＧＯＰ）の最初の方のピクチャーでは、マクロブロックに再配分する符号量を少なめにして繰り越し符号量を貯蓄し、後ろの方のピクチャーでは、マクロブロックに再配分する符号量を多めにすることにより、ＧＯＰ内の各ピクチャーのマクロブロックそれぞれに再分配する符号量を一定にするとともに、等符号長時間ＴＥそれぞれにおける最終的な繰り越し符号量Ｓも少なくすることができる。
【００９７】
図１２は、第４の実施形態における目標符号量Ｔｊの制御方法により、２枚のピクチャー（ＩピクチャーおよびＢピクチャー）から構成されるＧＯＰ単位で画像データを圧縮符号化する場合の目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの関係を例示する図である。なお、説明の簡略化のために、図１２においては、図１１等と同様に、１つのピクチャーが３×４個の画素のマクロブロックから構成されている場合を示す。
第４の実施形態における目標符号量Ｔｊの制御方法は、画像データ圧縮装置１の予備符号化部４（図１）が、最初のＩピクチャーの各マクロブロックに再配分する符号量の上限値ＵＬＩＭ Ｉを、次のＢピクチャーの各マクロブロックに再配分する符号量の上限値ＵＬＩＭ Ｂよりも小さく設定することを特徴としている。
【００９８】
例えば、図１２に示すように、最初のＩピクチャーの各マクロブロックに再配分する符号量の上限値ＵＬＩＭ Ｉを３０ビット、次のＢピクチャーの各マクロブロックに再配分する符号量の上限値ＵＬＩＭ Ｂを５０ビットとすると、Ｉピクチャーの各マクロブロックに再配分される符号量が減少するとともに、均等になる。
【００９９】
また、Ｉピクチャーの最後のマクロブロック（第１２のマクロブロック）までの繰り越し符号量Ｓｊが１６０ビットと、比較的大きい量になり、上限値ＵＬＩＭ Ｂの値が５０ビットと大きいＢピクチャーの各マクロブロックに対して、充分な符号量を供給することができる。
さらに、Ｂピクチャーの第１２のマクロブロックまでの繰り越し符号量Ｓ１２（最終的な繰り越し符号量Ｓ）の値は、１００ビットになり、第３の実施形態（図１１）に示した目標符号量Ｔｊの制御方法を用いた場合（２１０ビット）よりも、無駄になる符号量が少なくなる。
【０１００】
以下、図１３を参照して、第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊ（図１２）の制御方法を実行する画像データ圧縮装置７を説明する。
図１３は、第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法（図１２）を実現する画像データ圧縮装置７の構成を示す図である。なお、図１２に示した画像データ圧縮装置７の各構成部分の内、画像データ圧縮装置１，６（図１，７）等と同じものには、同一の符号を付してある。
【０１０１】
図１３に示すように、画像データ圧縮装置７は、第２の実施形態に示した画像データ圧縮装置６（図７）に、上限値変更部７０，７２および切り換え部７４を加え、目標符号量生成部６２４を目標符号量生成部７６で置換した構成になっている。
画像データ圧縮装置７において、上限値変更部７０，７２は、それぞれ補正値Ｃ，−Ｃを発生し、切り換え部７４に対して出力する。
【０１０２】
切り換え部７４は、圧縮符号化部２から入力されるピクチャータイプを示す信号が、例えば、図１２に示した場合において、圧縮符号化部２がＩピクチャーを圧縮符号化していることを示す場合は、上限値変更部７２から入力される補正値−Ｃ（図１２においてはＣ＝１０ビット）を目標符号量生成部７６に対して出力し、Ｂピクチャーを圧縮符号化していることを示す場合は、上限値変更部７０から入力される補正値Ｃを目標符号量生成部７６に対して出力する。
目標符号量生成部７６は、画像データ圧縮装置６の目標符号量生成部６２４と同様に、上限値算出部６３０から入力された上限値ＵＬＩＭに、切り換え部７４から入力された補正値Ｃ，−Ｃを加算し、この加算結果に基づいて目標符号量Ｔｊを算出し、圧縮符号化部２の量子化部２２（図１）に設定する。
【０１０３】
なお、第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法（図１１）は、図１３に示した画像データ圧縮装置７の他に、例えば、画像データ圧縮装置１，６（図１，図７）に対して適切に変形を加えることにより、あるいは、図１４に示すように、画像データ圧縮装置６４（図９）のソフトウェアを変更することにより実現可能である。
また、第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法は、３個以上のピクチャーから構成されるＧＯＰを等符号長時間ＴＥとして画像データを圧縮符号化する場合にも、適用可能であることはいうまでもない。
また、第１〜第４の実施形態に示した各目標符号量Ｔｊの制御方法は、相互に矛盾を生じない限り、組み合わせて用いることが可能である。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像データ圧縮装置およびその方法によれば、単位時間長の画像データを圧縮符号化し、所定の目標符号量以下の圧縮画像データを得ることができ、しかも、目標符号量と、実際に発生した圧縮画像データの符号量との差を非常に少なくすることができる。
また、本発明に係る画像データ圧縮装置およびその方法によれば、目標符号量Ｔｊと実際に発生した圧縮画像データの符号量との差を非常に少なくすることができるにもかかわらず、全てのマクロブロックに対して均一な符号量を割り当てることができ、伸長復号後の画面の部分ごとに生じる画像品質のムラをなくすことができる。
しかも、本発明に係る画像データ圧縮装置およびその方法によれば、画像データをダビングした後の、元の量子化値が不明になった画像データを正しい量子化インデックスを用いて圧縮符号化することができ、伸長復号後の画像の品質を大きく劣化させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る画像データ圧縮装置の構成を示す図である。
【図２】 図１に示した走査変換ブロック化部におけるマクロブロック化処理を示す図である。
【図３】 図１に示した予測部において、二分木探索方式により量子化インデックスＱＩを求める処理を、量子化インデックスＱＩの数が１６である場合について例示する図である。
【図４】 図１に示したバックサーチ部の構成を示す図である。
【図５】 第１の実施形態における画像データ圧縮装置の目標符号量Ｔｊの制御を行わない場合の発生符号量制御を示す図である。
【図６】 第１の実施形態における画像データ圧縮装置１の目標符号量Ｔｊの制御を行なう場合の発生符号量制御を示す図である。
【図７】 第２の実施形態における本発明に係る画像データ圧縮装置の構成を示す図である。
【図８】 図７に示した画像データ圧縮装置における目標符号量Ｔｊの制御動作を示す図である。
【図９】 画像データ圧縮装置（図７）の第１の変形例（画像データ圧縮装置）の構成を示す図である。
【図１０】 画像データ圧縮装置（図８）の第３の変形例による動作を例示する図である。
【図１１】 画像データ圧縮装置（図１）において、２枚のピクチャー（ＩピクチャーおよびＢピクチャー）から構成されるＧＯＰを等符号長時間ＴＥとし、このＧＯＰ単位で画像データを圧縮符号化する場合の目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの関係を例示する図である。
【図１２】 第４の実施形態における目標符号量Ｔｊの制御方法により、２枚のピクチャー（ＩピクチャーおよびＢピクチャー）から構成されるＧＯＰ単位で画像データを圧縮符号化する場合の目標符号量Ｔｊと発生符号量Ｇｊとの関係を例示する図である。
【図１３】 図１３を参照して、第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊ（図１２）の制御方法を実行する画像データ圧縮装置を説明する。
【図１４】 第４の実施形態に示した目標符号量Ｔｊの制御方法（図１１）を、画像データ圧縮装置（図９）により実現する場合を示す図である。
【符号の説明】
１…画像データ圧縮装置、２…圧縮符号化部、１０…画像並べ替え部、１２…ピクチャタイプ制御部、１４…走査変換ブロック化部、１６…動き検出部、１８…ＦＩＦＯ、２０…制御信号Ｉ／Ｆ、２２…量子化部、２４…可変長符号化部、２６…動き補償部、２８…減算部、３０…逆量子化部、３２…ＩＤＣＴ部、３４…加算部、３６…動き補償部、３８…ＦＩＦＯ、４…予備符号化部、４２…ＤＣＴ部、４４…予測部、４６…バックサーチ部、４８…減算部、５０…加算部、５２…上限値制限部、５４…配分符号量生成部５４、５６…加算部、６…画像データ圧縮装置、６２０…目標符号量制御部、６２４…目標符号量生成部、６２６…減算部、６２８…目標剰余符号量生成部、６３０…上限値算出部、６４…画像データ圧縮装置、６４０…目標符号量制御部、７…画像データ圧縮装置、７０，７２…上限値変更部、７４…切り換え部７４、７６…目標符号量生成部
Claims (4)
- 画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮装置であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出する繰り越し符号量算出手段と、
前記繰り越し符号量算出手段によって算出された繰り越し符号量が、所定の固定符号量より大きいことを条件として前記上限値を増加させ、前記所定の固定符号量より小さいことを条件として前記上限値を減少させるように、前記ブロック単位で前記上限値を更新する上限値更新手段と、
前記繰り返し符号量算出手段により算出された前記繰り越し符号量を、前記上限値更新手段により更新された上限値以下に制限する上限値制限手段と、
前記上限値制限手段により前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出する目標符号量設定手段と、
前記目標符号量算出手段により算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮する圧縮手段と
を有する画像データ圧縮装置。 - 画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮装置であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出する繰り越し符号量算出手段と、
前記繰り越し符号量算出手段によって算出された繰り越し符号量が、所定の範囲外である場合にのみ前記上限値を更新する上限値更新手段と、
前記繰り返し符号量算出手段により算出された前記繰り越し符号量を、前記上限値更新手段により更新された上限値以下に制限する上限値制限手段と、
前記上限値制限手段により前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出する目標符号量設定手段と、
前記目標符号量算出手段により算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮する圧縮手段と
を有する画像データ圧縮装置。 - 画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮方法であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
算出された繰り越し符号量が、所定の固定符号量より大きいことを条件として前記上限値を増加させ、前記所定の固定符号量より小さいことを条件として前記上限値を減少させるように、前記ブロック単位で前記上限値を更新するステップと、
算出された前記繰り越し符号量を、更新された上限値以下に制限するステップと、
前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
前記算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮するステップと
を有する画像データ圧縮方法。 - 画像データを所定ブロック単位で圧縮する画像データ圧縮方法であって、
所定の単位時間長の前記画像データを圧縮することによって得られる前記ブロック単位の発生符号量と、予め配分される前記ブロック単位の配分符号量との差である剰余符号量を、前記ブロック単位の繰り越し符号量のうち予め設定された上限値で制限された結果として再配分することができなかった値に加算することにより、前記繰り越し符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
算出された繰り越し符号量が、所定の範囲外である場合にのみ前記上限値を更新するステップと、
算出された前記繰り越し符号量を、更新された上限値以下に制限するステップと、
前記上限値以下に制限された繰り越し符号量と、前記配分符号量とに基づいて、前記画像データに対する目標符号量を前記ブロック単位で算出するステップと、
前記算出された前記目標符号量に基づいて、画像データを前記ブロック単位で圧縮するステップと
を有する画像データ圧縮方法。
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