JP4039609B2 - Image coding apparatus and moving picture coding apparatus using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報量を削減する目的で行われる画像符号化装置に関し、特に順次画像品質を上げながら復号することのできる画像符号化装置およびこれを利用した動画像符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、画像を符号化した場合の復号画像の品質は符号化時の符号化レートに依存するため、復号側で品質の操作をすることはできない。これは静止画像だけでなく、動画像に対しても同様のことがいえる。しかし、符号化の際に階層的な符号化を行えば、復号側で画像の品質を変えて復号できるようになる。MPEG−2のSNRスケーラビリティ符号化技術に代表される従来の階層的符号化技術では、復号時に操作できる動画像の品質は二段階程度に変更できるに過ぎず、復号機器の性能や伝送路の帯域幅の細かな違いに対応して、最適な品質の復号動画像を提供するのは困難であった。すなわち、高品質な画像を再生するためには拡張階層の符号化データを全て復号できて初めて画質を向上させることができるのであって、拡張階層の途中まで復号できたとしても、途中段階までの復号結果は復号画像の品質になんら寄与することは無く、基本階層のみを復号した場合と同じ品質の画像しか得ることができない。
【0003】
このような階層符号化の途中段階までの復号は意味をなさないという問題を解消し、途中段階まで復号した結果も全て画像の品質向上に反映させるための技術として、ビットプレーン符号化技術を挙げることができる。ビットプレーン符号化技術により、全ての符号化データを復号することができなかった場合でも、途中まで復号した情報の量に応じた品質の画像を得ることができる。具体的にビットプレーン符号化技術を利用した動画像の符号化方式であるMPEG−4のFGS符号化技術では、基本階層はMPEG−4の通常の符号化で作成し、拡張階層はビットプレーン符号化を利用して構成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、MPEG−4のFGS符号化技術等に用いられているような、従来のビットプレーン符号化技術では1パス型の二値ゼロランレングス符号化方法が利用されており、上位プレーンに対しては“0”シンボルが連続で出現するため符号化効率が良い反面、下位プレーンに進むにつれて、シンボルの出現確率がランダムになり、符号化効率が極端に低下するという問題があった。また、符号化時に復号画質を向上させる順序を考慮した符号化がなされていないため、全部の符号化データではなく一部の符号化データを復号する場合の、つまり途中段階の復号画像品質の特性が良くないという問題もあった。
【0005】
本発明は前記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、復号途中段階の復号画像品質特性を高めることのできる画像符号化装置を提供することにある。さらに他の目的は、該画像符号化装置を用いた動画像符号化装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、本発明は、画像信号係数をビットプレーン表現する手段と、該ビットプレーン表現された各ビットを、上位ビットから順にスキャンして初めてシンボル“1”となるビットとこのビットより上位に属するビットとからなる有意ビット群と、該有意ビット群より下位に属するビットからなる既有意ビット群に分類する手段と、前記有意ビット群を符号化する手段と、前記既有意ビット群を符号化する手段とを具備し、前記有意ビット群を符号化する手段は、初めに有意ビット群の符号化を優先して行い、前記既有意ビット群を符号化する手段は、前記有意ビット群の符号化が全てのビットプレーンに対して終了してから既有意ビット群の符号化を開始し、既有意ビット群の符号化順序として、上位ビットから優先的に符号化していくようにした点に第1の特徴がある。
この特徴によれば、復号を行う際の途中段階での画像品質特性を良好にすることができる。また、有意ビット群の符号化効率を良好にすることができ、符号化情報量を削減することができる。
【0009】
また、符号化対象となる画像信号が階層符号化の拡張階層で用いられる差分信号であった場合、既有意ビット群にハフマン符号化等のエントロピー符号化を行うようにした点に第2の特徴がある。この特徴によれば、既有意ビット群の符号化効率を良好にすることができ、発生する符号化情報量を削減することができる。
【0010】
さらに、本発明の画像符号化装置を、静止画像だけでなく、階層的動画像符号化装置の拡張階層の符号化に適用するようにした点に第3の特徴がある。この特徴によれば、発生する動画像符号化データの符号化情報量を削減できると同時に、復号時に動画像の品質を変えて復号することができるようになる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図1は、本発明の画像符号化装置の構成を示すブロック図である。入力された画像信号aは、まず符号ビット分離部1で符号ビットbが分離され、画像信号の絶対値cが出力される。分離された符号ビットbは、符号ビット保持部5に保持される。絶対値cで表現された画像信号は、符号化前処理部2でビットプレーン表現され、入力された信号がDCTであった場合はさらにジグザグスキャン等を行い、順序を並べ替えた二値ビット系列dが出力される。
【0012】
二値ビット系列dは、有意・既有意ビット分離部3で有意ビット群eと既有意ビット群fの2種類のビット群に分類される。有意ビット群eは有意ビット符号化部4で符号化され、一方既有意ビット群fは既有意ビット並べ替え部6で図6を参照して後述するように並べ替えられた後、既有意ビット符号化部7で符号化される。ここで、有意ビットeが符号化された時に、有意ビット符号化部4から出力要請信号gが出力され、前記符号ビット保持部5から符号ビットが符号化信号と同時に出力される。符号化された有意ビットiと符号化された既有意ビットjと符号ビットhは、合成処理部8で合成されて、符号化データkとして出力される。
【0013】
以下で、前記した各処理について、詳細に説明する。説明の都合上、入力画像信号は直交変換が施されたDCT係数を入力画像信号とした場合について述べるが、本発明装置は変換の行われていない画像信号に対しても、種類を問わず適用可能である。
【0014】
まず、図2に示すように、入力画像信号aであるDCT係数(例えば、11,−4,23,−9,・・・)は正負の値を持っているから、符号ビット分離処理部1は、該DCT係数から、正または負を表す符号ビット(Sign)bを分離する。符号ビットbは、一例として、正は0,負は1で表され、符号ビット保持部5に記憶される。また、符号ビット分離部1は、このとき、DCT係数の絶対値を取り、DCT係数の大きさを表した信号(|DCT|)cを出力する。
【0015】
次に、符号化前処理部2において、DCT係数の絶対値のビットプレーン表現を行う。ビットプレーン表現の際に、ビットプレーン数を決定する必要があるが、これは、DCT係数の大きさが最大であるものを求め、その最大DCT係数を表現するために必要なビット数に合わせる。図示の例では、最大のDCT係数は23であるから、ビットプレーン数は5となる。ここに、ビットプレーンは、例えば図2の[0]〜[4]の各々に対応する0,1からなる横方向のビット列を意味する。
【0016】
さらに、符号化前処理部2において、ジグザグスキャンによって系列を並べ替え、プレーン単位で二値ビット系列を順次出力する。プレーン単位で順次出力された二系列の符号化順序を図3に示す。以降の符号化は上位プレーンの先頭から順次行うものとする。
【0017】
次に、有意・既有意ビット分離部3は、図4に示すように、二値ビット系列を有意係数の分布に基づいて、各ビットを有意ビット群と既有意ビット群の二種類のビット群に分類する。ここで有意ビットとは、DCT係数をビット表現した時、上位ビットから順にスキャンして初めてシンボル“1”となるビットのことである。つまり、そのDCT係数の有意ビットより上位に属するビットは全て“0”シンボルとなる。有意ビットと有意ビットより上位に属するビットをまとめて有意ビット群と呼ぶことにする。これとは逆に、有意ビットより下位に属するビットをまとめて既有意ビット群と呼ぶことにする。
【0018】
図4では、○印のビットが有意ビット、点線の枠で囲まれる範囲に属するビットが有意ビット群、それ以外の範囲に属するビットが既有意ビット群である。
【0019】
次に、有意ビット符号化部4の符号化処理を図5に示す。有意ビット符号化部4は、有意ビット群に対して二値ゼロランレングス符号化を行う。有意ビットより上側に位置するビットは全て“0”シンボルであることから、“0”シンボルのランが長く続く。また、シンボルの出現確率がランダムである既有意ビットを除いた結果からも、“0”シンボルのランが長く続くことになる。この“0”シンボルのランが長く続くことは、図5の上欄に示されている。その結果、二値ゼロランレングスにより効率の良い符号化を行うことができる。
【0020】
次に、二値ゼロランレングス符号化は、同図中欄に示されているように、まず(RUN、 EOP)シンボルを作成し、次いで作成された(RUN、 EOP)シンボルを可変長符号化する。この可変長符号化では、RUNは“0”シンボルの連続数を表し、EOPは1ならばプレーンの終了を表し、0ならばプレーンは終了していないことを示す。
【0021】
この有意ビット群の(RUN、 EOP)シンボルは、同図下欄に示されているようになる。また、この可変長符号化では、有意ビット群の有意ビットを区切りとして(RUN、 EOP)シンボルを作成することになるため、1つの(RUN、 EOP)シンボルが作成されるのと同時に、符号ビットhを出力する必要がある。
【0022】
次に、残った既有意ビット群の並べ替えおよび符号化処理を行う既有意ビット並べ替え部6および既有意ビット符号化部7の動作を、図6を参照して説明する。図6は、既有意ビット群の符号化処理例を示す。既有意ビット群は図3のようなプレーン単位で行うこともできるが、ここでは画像特性を考慮し、図6の点線矢印で示すように、既に符号化されたビットの直下を符号化する順序に左方向に変更する。すなわち、図6に示されているように、[2]の0から出発して、0,0,0,1,0,0,0,0を一つのプレーンとする。次に、[3]の1から出発して、0,1,0,1,1,1を第2のプレーン、次いで[4]の1から出発して、1,1,0を第3のプレーン、さらに残余の1を第4のプレーンとする。この順序によって、復号時の画像品質に寄与する情報(すなわち、上位ビット)から優先して符号化が行われることとなり、復号途中段階での画像品質特性を良好にすることができる。既有意ビット群の並べ替えを行った結果を図7に示す。並べ替えが終了した既有意ビット群に対しては、ハフマン符号化等のエントロピー符号化を行う。
【0023】
以上のような手順で符号化された有意ビット群と既有意ビット群は、前記合成処理部8で合成されて、図8のような構造の符号化データkを作成する。つまり、前半部分が有意ビット群の符号化データから成り、後半部分に既有意ビット群の符号化データを配置する。ただし、有意ビット群の符号化データの適当な場所に、符号ビットの情報も配置する。
【0024】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。この実施形態は、本発明符号化装置を動画像符号化に適用したものであり、その装置構成を図9に示す。図9は、MPEG等の動き補償予測を行う階層型動画像符号化装置を示し、図の構成から明らかなように、該階層型動画像符号化装置は基本階層と拡張階層とからなる。基本階層は、階層化を行わない通常のMPEGと同様の符号化装置によって作成される。一方、拡張階層に本発明符号化装置11を適用する。なお、MPEG階層型動画像符号化装置は既知であるので、詳細な動作説明を省略する。
【0025】
拡張階層は、原画像と基本階層の復号画像の差分画像を符号化することによって構成される。拡張階層の符号化に本発明符号化装置を適用すると、復号時に可変ビットレートで復号が可能となる。また、拡張階層は差分データの符号化を行うことにより、DCT係数はラプラス分布に従うようになり、既有意ビット群のシンボルの出現確率に偏りが生じるため、既有意ビット群にハフマン符号等のエントロピー符号化を用いることによる符号化効率の改善が得られるようになる。
【0026】
以上の説明から明らかなように、請求項1の発明によれば、復号を行う際の途中段階での画像品質特性を良好にすることができる。
【0028】
また、請求項2の発明によれば、有意ビット群の符号化効率を良好にすることができ、符号化情報量を削減することができる。また、請求項3の発明によれば、既有意ビット群の符号化効率を良好にすることができ、発生する符号化情報量を削減することができる。
【0029】
また、請求項4の発明によれば、発生する動画像符号化データの符号化情報量を削減できると同時に、復号したデータ量に従った品質の動画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図2】 画像信号のビットプレーンの説明図である。
【図3】 符号化順序の説明図である。
【図4】 有意ビット群と既有意ビット群との分類を示す説明図である。
【図5】 二値ゼロランレングスによる有意ビット群の符号化の説明図である。
【図6】 既有意ビット群の符号化順序の説明図である。
【図7】 画像品質への寄与度を考慮した既有意ビット群の符号化順序の説明図である。
【図8】 合成された符号化データの構造の説明図である。
【図9】 本発明の第2実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1・・・符号ビット分離部、2・・・符号化前処理部、3・・・有意・既有意ビット分離部、4・・・有意ビット符号化部、5・・・符号ビット保持部、6・・・既有意ビット並べ替え部、7・・・既有意ビット符号化部、8・・・合成処理部、11・・・本発明符号化装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image encoding device performed for the purpose of reducing the amount of information, and more particularly to an image encoding device capable of decoding while sequentially increasing image quality and a moving image encoding device using the same.
[0002]
[Prior art]
Generally, since the quality of a decoded image when an image is encoded depends on the encoding rate at the time of encoding, the quality cannot be manipulated on the decoding side. The same applies to not only still images but also moving images. However, if hierarchical encoding is performed at the time of encoding, decoding can be performed while changing the image quality on the decoding side. In the conventional hierarchical coding technology represented by the MPEG-2 SNR scalability coding technology, the quality of a moving image that can be manipulated at the time of decoding can only be changed in about two stages, and the performance of the decoding device and the bandwidth of the transmission path can be changed. It has been difficult to provide a decoded moving image having an optimum quality corresponding to a small difference in width. That is, in order to reproduce a high-quality image, the image quality can be improved only after all the encoded data of the enhancement layer can be decoded. The decoding result does not contribute to the quality of the decoded image at all, and only an image with the same quality as when only the base layer is decoded can be obtained.
[0003]
The bit plane coding technique is cited as a technique for solving such a problem that decoding up to the middle stage of hierarchical coding does not make sense and reflecting all the results of decoding up to the middle stage in improving image quality. be able to. Even when all the encoded data cannot be decoded by the bit plane encoding technique, an image having a quality corresponding to the amount of information decoded halfway can be obtained. Specifically, in MPEG-4 FGS coding technology, which is a moving picture coding method using bit-plane coding technology, the basic layer is created by normal MPEG-4 coding, and the extension layer is bit-plane coding. It is configured by using
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, a conventional bit-plane encoding technique such as that used in MPEG-4 FGS encoding technique uses a one-pass binary zero-run-length encoding method. Since “0” symbols appear continuously, the coding efficiency is good, but as the lower plane is reached, there is a problem that the symbol appearance probability becomes random and the coding efficiency extremely decreases. Also, since encoding is not performed in consideration of the order of improving the decoded image quality at the time of encoding, characteristics of decoded image quality in the case of decoding a part of encoded data instead of all encoded data, that is, an intermediate stage There was also a problem that was not good.
[0005]
The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and its object is to provide an image coding apparatus capable of enhancing a decoded image quality characteristic of the decoding intermediate stage. Still another object is to provide a moving picture coding apparatus using the picture coding apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the present invention provides means for expressing an image signal coefficient in a bit plane, and a bit that becomes a symbol “1” only after scanning each bit expressed in the bit plane in order from the upper bit. A significant bit group consisting of bits belonging to a higher rank than this bit; means for classifying into a significant bit group consisting of bits belonging to a lower rank than the significant bit group; means for encoding the significant bit group; Means for encoding a bit group , wherein the means for encoding the significant bit group preferentially encodes the significant bit group, and the means for encoding the significant bit group includes After encoding of significant bit groups is completed for all bit planes, encoding of significant bit groups is started. To have a first feature in that as will encode.
According to this feature, it is possible to improve the image quality characteristic in the middle of decoding. In addition, the encoding efficiency of significant bit groups can be improved, and the amount of encoded information can be reduced.
[0009]
The second feature is that when the image signal to be encoded is a differential signal used in the extended hierarchy of hierarchical encoding, entropy encoding such as Huffman encoding is performed on the already significant bits. There is. According to this feature, the encoding efficiency of the already significant bit group can be improved, and the amount of encoded information generated can be reduced.
[0010]
Furthermore, there is a third feature in that the image coding apparatus according to the present invention is applied not only to still images but also to coding of an extended hierarchy of a hierarchical moving picture coding apparatus. According to this feature, it is possible to reduce the amount of encoded information of the generated moving image encoded data and to perform decoding while changing the quality of the moving image at the time of decoding.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image encoding apparatus according to the present invention. In the input image signal a, the sign bit b is first separated by the sign
[0012]
The binary bit series d is classified into two types of bit groups, a significant bit group e and a significant bit group f, by the significant / significant
[0013]
Hereinafter, each process described above will be described in detail. For convenience of explanation, the case where the input image signal uses DCT coefficients subjected to orthogonal transformation as the input image signal will be described. However, the apparatus of the present invention can be applied to an image signal which has not been transformed, regardless of the type. Is possible.
[0014]
First, as shown in FIG. 2, since the DCT coefficients (for example, 11, -4, 23, -9,...) That are the input image signal a have positive and negative values, the sign bit
[0015]
Next, the
[0016]
Further, the
[0017]
Next, as shown in FIG. 4, the significant / significant
[0018]
In FIG. 4, the bits marked with ○ are significant bits, the bits belonging to the range surrounded by the dotted frame are the significant bit group, and the bits belonging to the other ranges are the already significant bit group.
[0019]
Next, the encoding process of the significant
[0020]
Next, as shown in the figure, binary zero-run length coding first creates (RUN, EOP) symbols, and then creates (RUN, EOP) symbols with variable-length coding. To do. In this variable length coding, RUN represents the number of consecutive “0” symbols, EOP represents the end of the plane if 1 and 0 indicates that the plane has not ended.
[0021]
The (RUN, EOP) symbols of this significant bit group are as shown in the lower column of the figure. In addition, in this variable length coding, (RUN, EOP) symbols are created with significant bits of the significant bit group as delimiters, so at the same time one (RUN, EOP) symbol is created, It is necessary to output h.
[0022]
Next, operations of the significant bit
[0023]
The significant bit group and the already significant bit group encoded by the above procedure are combined by the combining
[0024]
Next, another embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the coding apparatus of the present invention is applied to moving picture coding, and the apparatus configuration is shown in FIG. FIG. 9 shows a hierarchical video encoding apparatus that performs motion compensation prediction such as MPEG. As is clear from the configuration of the figure, the hierarchical video encoding apparatus is composed of a basic hierarchy and an extension hierarchy. The basic layer is created by an encoding device similar to normal MPEG that does not perform layering. On the other hand, the
[0025]
The enhancement layer is configured by encoding a difference image between the original image and the decoded image of the base layer. When the encoding apparatus of the present invention is applied to the enhancement layer encoding, decoding can be performed at a variable bit rate during decoding. In addition, by encoding the difference data in the enhancement layer, the DCT coefficients follow a Laplace distribution, and the appearance probability of symbols of the significant bit group is biased. Therefore, entropy such as Huffman code is applied to the significant bit group. Improvement of the encoding efficiency by using encoding can be obtained.
[0026]
As is apparent from the above description, according to the invention of
[0028]
According to the second aspect of the invention, it is possible to improve the encoding efficiency of the significant bit group and reduce the amount of encoded information. According to the invention of
[0029]
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a bit plane of an image signal.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an encoding order.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing classification of a significant bit group and an already significant bit group.
FIG. 5 is an explanatory diagram of encoding significant bit groups by binary zero-run length.
FIG. 6 is an explanatory diagram of an encoding order of a significant bit group.
FIG. 7 is an explanatory diagram of an encoding order of significant bit groups in consideration of the degree of contribution to image quality.
FIG. 8 is an explanatory diagram of the structure of synthesized encoded data.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該ビットプレーン表現された各ビットを、上位ビットから順にスキャンして初めてシンボル“1”となるビットとこのビットより上位に属するビットとからなる有意ビット群と、該有意ビット群より下位に属するビットからなる既有意ビット群に分類する手段と、
前記有意ビット群を符号化する手段と、
前記既有意ビット群を符号化する手段とを具備し、
前記有意ビット群を符号化する手段は、初めに有意ビット群の符号化を優先して行い、
前記既有意ビット群を符号化する手段は、前記有意ビット群の符号化が全てのビットプレーンに対して終了してから既有意ビット群の符号化を開始し、既有意ビット群の符号化順序として、上位ビットから優先的に符号化していくことを特徴とする画像符号化装置。Means for representing the image signal coefficients in a bit plane;
A significant bit group consisting of a bit that becomes a symbol “1” for the first time when each bit expressed in the bit plane is scanned in order from the upper bit and a bit that belongs to a higher rank than this bit, and a bit that belongs to the lower order of the significant bit group Means for classifying into significant bit groups consisting of:
Means for encoding the significant bits;
Means for encoding the significant bit group ,
The means for encoding the significant bit group is performed by first giving priority to the encoding of the significant bit group,
The means for encoding the significant bit group starts encoding the significant bit group after the encoding of the significant bit group is completed for all the bit planes, and the encoding order of the significant bit group An image encoding device characterized in that encoding is performed preferentially from the upper bits .
前記有意ビット群を符号化する手段は、可変長符号化を適用することを特徴とする画像符号化装置。The image encoding device according to claim 1,
An image encoding apparatus characterized in that the means for encoding the significant bit group applies variable length encoding.
前記既有意ビット群を符号化する手段は、符号化対象となる画像信号が階層符号化の拡張階層で用いられる差分信号であった場合、既有意ビット群にエントロピー符号化を適用することを特徴とする画像符号化装置。The image encoding device according to claim 1,
The means for encoding the significant bit group applies entropy coding to the significant bit group when the image signal to be encoded is a differential signal used in an extended layer of hierarchical coding. An image encoding device.
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