JP3957829B2 - 動画像情報の圧縮方法およびそのシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動画像情報量を高い圧縮率でもって高速圧縮処理するための動画像情報の圧縮方法およびそのシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、動画像周波数領域での直交変換符号化として余弦関数のみを用いる低周波成分への電力集中度に優れた離散コサイン変換（以下ＤＣＴと略称する）を利用した静止画および動画の圧縮アルゴリズムは効率も良く標準化されているものが多い。すなわち、画像を水平・垂直方向ともＮ画素からなる小ブロック（Ｎ×Ｎ）に分割し、夫々のブロックに２次元ＤＣＴを施し、画像の小ブロックに一定のビット数を割り当てて符号化させるものである。また、ＪＰＥＧ設立後、標準化候補として符号化画品質の最良な適応型離散コサイン変換（ＡＤＣＴ方式）を基礎としたものが提供されている。
【０００３】
これは、画像に対して８×８画素のブロックを単位とした２次元ＤＣＴを施し、ＤＣＴ係数を求め、各係数毎に大きさの異なる量子化ステップサイズを設定した量子化マトリクスを使用して、ＤＣＴ係数を線形量子化し、直流成分は左隣のブロックの直流成分との差を量子化し、交流成分はまずジグザグスキャンされ１次元に並べ直し、各係数がゼロであるか否か判定され、連続するゼロの係数はその長さがランレングスとして勘定され、ゼロでない係数がくるとその量子化結果をそれまでのゼロ係数のランレングスを組み合わせて２次元ハフマン符号化されるというシステム構成である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、ＤＣＴが高速演算化と同時に画像の実時間変換を可能とさせるにも拘らず、時間方向の圧縮については上記したＤＣＴ以外のアルゴリズムを採用するものが殆どであるというのが現状である。これは、ＤＣＴアルゴリズムが提供された時点でのデジタルデバイスの処理能力が低いため、より演算量の必要なＤＣＴの時間方向への拡張を考慮する余地がなかったためと思われる。
【０００５】
そこで本発明は、叙上のような従来存した問題点に鑑み創出されたもので、本発明に係るアルゴリズムでは、ＤＣＴ処理ブロックを時間方向へ適用したＤＣＴベース圧縮アルゴリズムを構築させることにより、演算量の増加を抑止させた動画像情報の圧縮方法およびそのシステムを提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明にあっては、１６フレーム分の動画像データより各フレームから４×４ピクセルのブロックを重複しないように切り出し、各ブロックを第１段ジグザグスキャンしてフレーム順に並べて１６×１６のブロックを作成し、該ブロックに２次元ＤＣＴを行なった後、１６×１６のデータに量子化係数を掛けて量子化し、該量子化されたＤＣＴデータを低周波成分から高周波成分にかけて第２段ジグザグスキャンして１次元配列に格納し、該スキャンされたデータを不定長（可変長）符号を使用して必要ビット数を削減することを特徴とした動画像情報の圧縮方法としたことで上述した課題を解決した。
【０００７】
また、１６フレーム分の動画像データより各フレームから４×４ピクセルのブロックを重複しないように切り出すブロック切り出し手段１と、切り出された各ブロックをフレーム順に並べて１６×１６のブロックを作成する第１段ジグザグスキャン２と、該ブロック単位を周波数領域で符号化させるために２次元ＤＣＴを行なう２次元直交変換手段３と、前記１６×１６のデータに量子化係数を掛けてデータの値を離散的なレベルで近似する量子化手段４と、該量子化されたＤＣＴデータを低周波成分から高周波成分にかけて１次元配列に格納する第２段ジグザグスキャン５と、該スキャンされたデータを不定長（可変長）符号を使用して必要ビット数を削減する不定長（可変長）符号化手段６とを備えたことを特徴とする動画像情報の圧縮システムとしたことで同じく上述した課題を解決した。
【０００８】
本発明に係る動画像情報の圧縮方法およびそのシステムにあって、ブロック切り出し手段１により切り出された各４×４ピクセルのブロックを第１段ジグザグスキャン２によりフレーム順に並べて１６×１６のブロックを予め作成しておき、該ブロックに対し２次元直交変換手段３により１６×１６の２次元ＤＣＴを行なうことにより、例えば８×８×８画素ブロックに対し３次元ＤＣＴを用いた場合の画素当りの演算量が単位計算時間で９となるのに比べて、演算量を画素当り単位計算時間で８に削減させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するに、図１はＤＣＴベース圧縮アルゴリズムを示すブロック図であり、図２はジグザグスキャン方式を説明するもので、（Ａ）は４×４ピクセルの各ブロックに対する第１段ジグザグスキャン、（Ｂ）は量子化されたＤＣＴデータに対する第２段ジグザグスキャンを示すものである。図において、本アルゴリズムは、ブロック切り出し手段１により１６フレーム分の動画像データより各フレームから４×４ピクセルのブロックを重複しないように切り出し、該切り出された各ブロックを第１段ジグザグスキャン２へ送り、スキャンしてフレーム順に並べて１６×１６のブロックを作成する（図２（Ａ）参照）。
【００１０】
そして、２次元直交変換手段３へ送って２次元ＤＣＴを行ないブロック単位を周波数領域で符号化させる。次いで、量子化手段４へ送り、例えば各ＤＣＴ係数毎に大きさの異なる量子化ステップサイズを設定した量子化マトリクス等を用いて量子化し、符号量、復号画品質を制御可能とするための外部指定による量子化係数（スケーリングファクタ）を１６×１６のデータに掛けてデータの値を離散的なレベルで近似する。
【００１１】
次いで、第２段ジグザグスキャン５へ送り量子化されたＤＣＴデータを低周波成分から高周波成分にかけて１次元配列に格納する（図２（Ｂ）参照）。次いで、不定長（可変長）符号化手段６として例えばエントロピーエンコーダへ送りスキャンされたデータを不定長（可変長）符号を使用して必要ビット数を削減する。
【００１２】
尚、図示例にあって、前記不定長（可変長）符号化手段６は、例えば通称エントロピー符号化と呼ばれ、特にレベル発生頻度に偏りがある場合に採用されるものであり、頻度の高いレベルには短い符号を割り当て、頻度の低いレベルには長い符号を割り当てることにより全体として平均の符号長を短くするものである。そして、有意係数を符号化するブロック的符号割り当て法として所謂ハフマン符号化法を使用している。
【００１３】
この他、非ブロック的な符号割り当て法として、例えば、シンボル系列の出現確率に応じて分割された確率数直線区間内の位置を示す２進小数値をその系列に対する符号とし、符号語を算術演算により逐次的に構成してゆく所謂算術符号方式を採用することや他の符号化方式を採用することもできる。
【００１４】
通常ＤＣＴを用いた画像圧縮において（ＪＰＥＧ等）８×８画素ブロックを用い、ＤＣＴ後にジグザグスキャンする従来方式に習って、８×８×８画素ブロックに対し３次元ＤＣＴを用いた場合と、本実施の形態のアルゴリズム方式により４×４画素ブロックを予め第１段ジグザグスキャンした後、１６フレーム分のブロックに対し１６×１６の２次元ＤＣＴを用いた場合との演算量を比較すると以下のようになる。
【００１５】
ここで、一般にｎ点の１次元ＤＣＴの演算量はｎ×ｎに比例し、また高速ＤＣＴはｎLog2ｎに比例する。さらに、ｎ次元ＤＣＴは１次元ＤＣＴを夫々の次元方向へ順に適用したのと同じである。すなわち、（８×８×８の３次元ＤＣＴの演算量）＝（８× Log2 ８）×１６×６４×８＝１９６６０８であり、画素当り：１９６６０８／（８×８×８）＝３８４（単位計算時間）であるのに対し、（４×４×１６の本実施の形態のＤＣＴ演算量）＝（１６× Log2 １６）×３２×１６＝３２７６８であり、画素当り：３２７６８／（１６×１６）＝１２８（単位計算時間）である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、特に、ＤＣＴ処理ブロックを時間方向へ適用したＤＣＴベース圧縮アルゴリズムを構築させることにより、演算量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示した構成アルゴリズムのブロック図である。
【図２】同じくジグザグスキャン方式を説明するもので、（Ａ）は４×４ピクセルの各ブロックに対する第１段ジグザグスキャン、（Ｂ）は量子化されたＤＣＴデータに対する第２段ジグザグスキャンを示すものである。
【符号の説明】
１…ブロック切り出し機 ２…第１段ジグザグスキャン
３…２次元直交変換手段 ４…量子化手段
５…第２段ジグザグスキャン ６…不定長（可変長）符号化手段
【発明の属する技術分野】
本発明は動画像情報量を高い圧縮率でもって高速圧縮処理するための動画像情報の圧縮方法およびそのシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、動画像周波数領域での直交変換符号化として余弦関数のみを用いる低周波成分への電力集中度に優れた離散コサイン変換（以下ＤＣＴと略称する）を利用した静止画および動画の圧縮アルゴリズムは効率も良く標準化されているものが多い。すなわち、画像を水平・垂直方向ともＮ画素からなる小ブロック（Ｎ×Ｎ）に分割し、夫々のブロックに２次元ＤＣＴを施し、画像の小ブロックに一定のビット数を割り当てて符号化させるものである。また、ＪＰＥＧ設立後、標準化候補として符号化画品質の最良な適応型離散コサイン変換（ＡＤＣＴ方式）を基礎としたものが提供されている。
【０００３】
これは、画像に対して８×８画素のブロックを単位とした２次元ＤＣＴを施し、ＤＣＴ係数を求め、各係数毎に大きさの異なる量子化ステップサイズを設定した量子化マトリクスを使用して、ＤＣＴ係数を線形量子化し、直流成分は左隣のブロックの直流成分との差を量子化し、交流成分はまずジグザグスキャンされ１次元に並べ直し、各係数がゼロであるか否か判定され、連続するゼロの係数はその長さがランレングスとして勘定され、ゼロでない係数がくるとその量子化結果をそれまでのゼロ係数のランレングスを組み合わせて２次元ハフマン符号化されるというシステム構成である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、ＤＣＴが高速演算化と同時に画像の実時間変換を可能とさせるにも拘らず、時間方向の圧縮については上記したＤＣＴ以外のアルゴリズムを採用するものが殆どであるというのが現状である。これは、ＤＣＴアルゴリズムが提供された時点でのデジタルデバイスの処理能力が低いため、より演算量の必要なＤＣＴの時間方向への拡張を考慮する余地がなかったためと思われる。
【０００５】
そこで本発明は、叙上のような従来存した問題点に鑑み創出されたもので、本発明に係るアルゴリズムでは、ＤＣＴ処理ブロックを時間方向へ適用したＤＣＴベース圧縮アルゴリズムを構築させることにより、演算量の増加を抑止させた動画像情報の圧縮方法およびそのシステムを提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明にあっては、１６フレーム分の動画像データより各フレームから４×４ピクセルのブロックを重複しないように切り出し、各ブロックを第１段ジグザグスキャンしてフレーム順に並べて１６×１６のブロックを作成し、該ブロックに２次元ＤＣＴを行なった後、１６×１６のデータに量子化係数を掛けて量子化し、該量子化されたＤＣＴデータを低周波成分から高周波成分にかけて第２段ジグザグスキャンして１次元配列に格納し、該スキャンされたデータを不定長（可変長）符号を使用して必要ビット数を削減することを特徴とした動画像情報の圧縮方法としたことで上述した課題を解決した。
【０００７】
また、１６フレーム分の動画像データより各フレームから４×４ピクセルのブロックを重複しないように切り出すブロック切り出し手段１と、切り出された各ブロックをフレーム順に並べて１６×１６のブロックを作成する第１段ジグザグスキャン２と、該ブロック単位を周波数領域で符号化させるために２次元ＤＣＴを行なう２次元直交変換手段３と、前記１６×１６のデータに量子化係数を掛けてデータの値を離散的なレベルで近似する量子化手段４と、該量子化されたＤＣＴデータを低周波成分から高周波成分にかけて１次元配列に格納する第２段ジグザグスキャン５と、該スキャンされたデータを不定長（可変長）符号を使用して必要ビット数を削減する不定長（可変長）符号化手段６とを備えたことを特徴とする動画像情報の圧縮システムとしたことで同じく上述した課題を解決した。
【０００８】
本発明に係る動画像情報の圧縮方法およびそのシステムにあって、ブロック切り出し手段１により切り出された各４×４ピクセルのブロックを第１段ジグザグスキャン２によりフレーム順に並べて１６×１６のブロックを予め作成しておき、該ブロックに対し２次元直交変換手段３により１６×１６の２次元ＤＣＴを行なうことにより、例えば８×８×８画素ブロックに対し３次元ＤＣＴを用いた場合の画素当りの演算量が単位計算時間で９となるのに比べて、演算量を画素当り単位計算時間で８に削減させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するに、図１はＤＣＴベース圧縮アルゴリズムを示すブロック図であり、図２はジグザグスキャン方式を説明するもので、（Ａ）は４×４ピクセルの各ブロックに対する第１段ジグザグスキャン、（Ｂ）は量子化されたＤＣＴデータに対する第２段ジグザグスキャンを示すものである。図において、本アルゴリズムは、ブロック切り出し手段１により１６フレーム分の動画像データより各フレームから４×４ピクセルのブロックを重複しないように切り出し、該切り出された各ブロックを第１段ジグザグスキャン２へ送り、スキャンしてフレーム順に並べて１６×１６のブロックを作成する（図２（Ａ）参照）。
【００１０】
そして、２次元直交変換手段３へ送って２次元ＤＣＴを行ないブロック単位を周波数領域で符号化させる。次いで、量子化手段４へ送り、例えば各ＤＣＴ係数毎に大きさの異なる量子化ステップサイズを設定した量子化マトリクス等を用いて量子化し、符号量、復号画品質を制御可能とするための外部指定による量子化係数（スケーリングファクタ）を１６×１６のデータに掛けてデータの値を離散的なレベルで近似する。
【００１１】
次いで、第２段ジグザグスキャン５へ送り量子化されたＤＣＴデータを低周波成分から高周波成分にかけて１次元配列に格納する（図２（Ｂ）参照）。次いで、不定長（可変長）符号化手段６として例えばエントロピーエンコーダへ送りスキャンされたデータを不定長（可変長）符号を使用して必要ビット数を削減する。
【００１２】
尚、図示例にあって、前記不定長（可変長）符号化手段６は、例えば通称エントロピー符号化と呼ばれ、特にレベル発生頻度に偏りがある場合に採用されるものであり、頻度の高いレベルには短い符号を割り当て、頻度の低いレベルには長い符号を割り当てることにより全体として平均の符号長を短くするものである。そして、有意係数を符号化するブロック的符号割り当て法として所謂ハフマン符号化法を使用している。
【００１３】
この他、非ブロック的な符号割り当て法として、例えば、シンボル系列の出現確率に応じて分割された確率数直線区間内の位置を示す２進小数値をその系列に対する符号とし、符号語を算術演算により逐次的に構成してゆく所謂算術符号方式を採用することや他の符号化方式を採用することもできる。
【００１４】
通常ＤＣＴを用いた画像圧縮において（ＪＰＥＧ等）８×８画素ブロックを用い、ＤＣＴ後にジグザグスキャンする従来方式に習って、８×８×８画素ブロックに対し３次元ＤＣＴを用いた場合と、本実施の形態のアルゴリズム方式により４×４画素ブロックを予め第１段ジグザグスキャンした後、１６フレーム分のブロックに対し１６×１６の２次元ＤＣＴを用いた場合との演算量を比較すると以下のようになる。
【００１５】
ここで、一般にｎ点の１次元ＤＣＴの演算量はｎ×ｎに比例し、また高速ＤＣＴはｎLog2ｎに比例する。さらに、ｎ次元ＤＣＴは１次元ＤＣＴを夫々の次元方向へ順に適用したのと同じである。すなわち、（８×８×８の３次元ＤＣＴの演算量）＝（８× Log2 ８）×１６×６４×８＝１９６６０８であり、画素当り：１９６６０８／（８×８×８）＝３８４（単位計算時間）であるのに対し、（４×４×１６の本実施の形態のＤＣＴ演算量）＝（１６× Log2 １６）×３２×１６＝３２７６８であり、画素当り：３２７６８／（１６×１６）＝１２８（単位計算時間）である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、特に、ＤＣＴ処理ブロックを時間方向へ適用したＤＣＴベース圧縮アルゴリズムを構築させることにより、演算量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示した構成アルゴリズムのブロック図である。
【図２】同じくジグザグスキャン方式を説明するもので、（Ａ）は４×４ピクセルの各ブロックに対する第１段ジグザグスキャン、（Ｂ）は量子化されたＤＣＴデータに対する第２段ジグザグスキャンを示すものである。
【符号の説明】
１…ブロック切り出し機 ２…第１段ジグザグスキャン
３…２次元直交変換手段 ４…量子化手段
５…第２段ジグザグスキャン ６…不定長（可変長）符号化手段
Claims (2)
- １６フレーム分の動画像データより各フレームから４×４ピクセルのブロックを重複しないように切り出し、各ブロックを第１段ジグザグスキャンしてフレーム順に並べて１６×１６のブロックを作成し、該ブロックに２次元ＤＣＴを行なった後、１６×１６のデータに量子化係数を掛けて量子化し、該量子化されたＤＣＴデータを低周波成分から高周波成分にかけて第２段ジグザグスキャンして１次元配列に格納し、該スキャンされたデータを不定長（可変長）符号を使用して必要ビット数を削減することを特徴とした動画像情報の圧縮方法。
- １６フレーム分の動画像データより各フレームから４×４ピクセルのブロックを重複しないように切り出すブロック切り出し手段と、切り出された各ブロックをフレーム順に並べて１６×１６のブロックを作成する第１段ジグザグスキャンと、該ブロック単位を周波数領域で符号化させるために２次元ＤＣＴを行なう２次元直交変換手段と、前記１６×１６のデータに量子化係数を掛けてデータの値を離散的なレベルで近似する量子化手段と、該量子化されたＤＣＴデータを低周波成分から高周波成分にかけて１次元配列に格納する第２段ジグザグスキャンと、該スキャンされたデータを不定長（可変長）符号を使用して必要ビット数を削減する不定長（可変長）符号化手段とを備えたことを特徴とする動画像情報の圧縮システム。
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| JP24745097A Expired - Fee Related JP3957829B2 (ja) | 1997-05-29 | 1997-08-29 | 動画像情報の圧縮方法およびそのシステム |
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- 1997-11-28 TW TW086118000A patent/TW376620B/zh active
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| JPH1175182A (ja) | 1999-03-16 |
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