JPH03217183A - 画像データの符号化装置および符号化方法 - Google Patents

画像データの符号化装置および符号化方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画像データ特に動画像のデータを高圧縮符号化
するための符号化装置および符号化方法に関する。
〔従来の技術〕
ＣＣＤに代表される固体撮像装置等により撮像された画
像信号をメモリカード、磁気ディスク、あるいは磁気テ
ープ等の記憶装置にデイジタルデ５ −タとして記録する場合、そのデータ量は膨大なものと
なるため、多くのフレーム画像を限られた記録容量の範
囲で記録しようとするには、得られた画像信号のデータ
に対し、何らかの圧縮を行うことが必要となる。
例えば、ディジタル電子スチルカメラなどにおいては、
撮影した画像を銀塩フィルムの代わりに、メモリカード
や磁気ディスク等のデータ記憶媒体にディジタルデータ
として保存するので、１枚のメモリカードあるいは磁気
ディスク装置に記録できる画像の枚数が規定され、この
規定枚数分の画像の記録が保証されなければならない。
同様に、ディジタルＶＴＲ　（ビデオテーブレコーダ）
等の場合もフレーム当たりの画像のデータ量に影響され
ることなく、所定量のフレームを記録できなければなら
ない。すなわち、スチル像であっても、動画像であって
も、必要なコマ数分を確実に記録できる必要がある。
しかも、データの記録再生処理に要する時間が短く、且
つ、一定である必要がある。これは、６ 特に動画像の場合、処理時間は次のコマの画像を欠落さ
せないためにも重要である。
このような条件を満たす画像データの圧縮方法として、
直交変換符号化とエントロピー符号化を組み合わせた符
号化方法が広く知られている。
その代表的なものとして、静止画符号化国際標準化にお
いて検討されている方式について次に概略を説明する。
この方式はまず、画像データを所定の大きさのブロック
に分割し、分割されたブロック毎に直交変換として２次
元のＤＣＴ　（離散コサイン変換）を行う。次に各周波
数成分に応じた線形量子化を行い、この量子化された値
に対しエントロピー（単位通報当りの情報量）符号化と
してハフマン符号化を行う。この時、直流成分に関して
は近傍ブロックの直流成分との差分値をハフマン符号化
する。
交流成分はジグザグスキャンと呼ばれる低い周波数成分
から高い周波数成分へのスキャンを行い、無効（値が０
）の成分の連続する個数とそれに続く有効な成分の値と
から２次元の／１フマン符号化を行う。以上がこの方式
の基本部分である。
この基本部分だけでは、エントロピー符号化であるハブ
マン符号化を用いているために符号量が画像毎に一定で
はなくなってしまう。
そこで、符号量の制御の方法として次の方式が提案され
ている。まず、前記基本部分の処理を行うと同時に全画
面の発生した総符号量を求める。
この総符号量と目的とする符号量とからＤＣＴ係数に対
する目的とする符号量に近づけるのに最適な量子化幅を
予測する。次にこの量子化幅を用いて前記基本部分の量
子化以降の処理を繰り返す。
そして、今回発生した総符号量と、前回発生した総符号
量と、目的とする符号量とから再び目的の符号量に近づ
けるのに最適な量子化幅を予測する。そして、この予測
した量子化幅と前回の量子化幅が一致し、かつ目的の符
号量よりも今回発生した総符号量の方が少ない場合には
処理を終了し、符号を出力する。そうでない場合には新
しい量子化幅を用いて処理を繰り返す。
以上の動作を第１２図を参照して具体的に説明すると、
まず、（ａ）に示すように、１フレームの画像データ（
国際標準化案で提示されている１フレームの画像は７２
０　Ｘ５７６画素）を所定の大きさのブロック（例えば
、８Ｘ８の画素よりなるプロックＡ，Ｂ，Ｃ・・・）に
分割し、（ｂ）に示すように、この分割されたブロック
毎に直交変換として２次元のＤＣＴ　（離散コサイン変
換）を行い、８×８のマトリックス上に順次格納する。
画像データは二次元平面で眺めてみると、濃淡情報の分
布に基づく周波数情報である空間周波数を有している。
従って上記ＤＣＴを行うことにより、画像データは直流
成分ＤＣと交流成分ＡＣに変換され、８×８のマトリッ
クス上には原点位置（０．０位置）に直流成分ＤＣの値
を示すデータが、そして、０．７位置には横軸方向の交
流成分ＡＣの最大周波数値を示すデータが、そして、７
．０位置には縦軸方向の最大交流成分ＡＣの周波数値を
示すデータが、さらに７，７位置には斜め方向の交流成
分ＡＣの最大周波数値を示すデータが、それぞれ格納さ
９ れ、中間位置ではそれぞれの座標位置により関係付けら
れる方向における周波数データが、原点側より順次高い
周波数のものが出現する形で格納されることになる。
次にこのマトリックスにおける各座標位置の格納データ
を、定められた量子化マトリックスと量子化幅係数αを
掛け合わせて得られる各周波数成分毎の量子化幅により
割ることにより、各周波数成分に応じた線形量子化を行
い（Ｃ）、この量子化された値に対しエントロピー符号
化としてハフマン符号化を行う。この時、直流成分ＤＣ
に関しては近隣ブロックの直流成分との差分値をグルー
プ番号（付加ビット数）と付加ビットで表現し、そのグ
ループ番号をハフマン符号化し、得られた符号語と付加
ビットを合わせて符号化データとする（ｄｉ　．　ｄ２
，　ｅｌ，　ｅ２）。
交流成分ＡＣに関しても有効である（値が“０”でない
）係数は、グループ番号と付加ビットで表現する。
そのため、交流成分ＡＣはジグザグスキャンと１０ 呼ばれる低い周波数成分から高い周波数成分へのスキャ
ンを行い、無効（値が“０”）の成分の連続する個数（
零のラン数）と、それに続く有効な成分の値のグループ
番号とから２次元のハフマン符号化を行い、得られた符
号語と付加ビットを合わせて符号化データとする。
ハフマン符号化はフレーム画像あたりの上記直流成分Ｄ
Ｃおよび交流成分ＡＣの各々のデータ分布におｌナる発
生頻度のピークのものを中心として、この中心のものほ
ど、データピットを少なくし、周辺になるほどビット数
を多くするようにしてビット割り当てをした形でデータ
を符号化して符号語を得ることで行う。
以上がこの方式の基本部分である。
この基本部分だけでは、エントロピー符号化であるハフ
マン符号化を用いているために符号量が画像毎に一定で
はなくなってしまうから、符号量の制御の方法として例
えば、次のように処理する。
まず、暫定的な量子化幅係数αを用いて前記１１ 基本部分の処理を行うと同時に、全画面の発生した総符
号量（総ビット数）を求める（ｇ）。
この総符号量と、目的とする符号量と、用いた暫定的な
量子化幅係数αの３者とからＤＣＴ係数に対する目的と
する符号量に近づけるのに最適な量子化幅係数αをニュ
ートンーラブソンーイタレーション（Ｎｅｗｔｏｎ　Ｒ
ａｐｈｓｏｎ　Ｉｔｅｒａｔｉｏｎ）により予測する（
ｈ）。
次にこの量子化幅係数αを用い（＋）、前述の基本部分
の量子化以降の処理を繰り返す。そして、今回発生した
総符号量と、前回発生した総符号量と、目的とする符号
量と、今回用いた量子化幅係数αと、前回用いた量子化
幅係数αとから、再び目的の符号量に近づけるのに最適
な量子化幅係数αを予測する。
そして、この予測した量子化幅係数αと前回の量子化幅
係数αが一致し、かつ目的の符号量よりも今回発生した
総符号量の方が少ない場合には処理を終了し、今回発生
した符号化データを出力してメモリカードに記憶する（
ｆ）。そうでない場１２ 合には量子化幅係数αを変更し、この新しい量子化幅α
を用いて処理を繰り返す。
（発明が解決しようとする課題） 上述したように、例えば、ディジタル電子スチルカメラ
などにおいては、１枚のメモリカードあるいは磁気ディ
スク装置あるいは１本の磁気テープに記録できる画像の
枚数が保証されていなければならず、そのため、画像デ
ータを圧縮して記録するが、操作性の上からその処理時
間はできるだけ短く、且つ、一定である必要がある。
また、高能率で画像データの圧縮が行える事が望まれる
。これらはディジタル電子スチルカメラに限らず、他の
アブリケーションにおいても少なからず要求される項目
である。
そして、このような要求を満たす圧縮方法として上述の
国際標準案方式があり、この方式において、前記基本部
分で例示したようなブロック毎の直交変換とエントロピ
ー符号化を組み合わせた手法では、画像データの圧縮を
高能率で行えるものの、エントロピー符号化を用いてい
るが故に符１３ 号量が画像によって一定にならず、１枚のメモリカード
あるいは磁気ディスク装置に記憶できる画像の枚数が不
定になるという欠点があった。
また、従来例で例示したような符号量の制御の方法では
符号化の基本部分のパスを何度繰り返すかが画像によっ
て異なるために処理時間が不定となるばかりでなく、一
般的に処理時間を長く必要とする欠点があった。特にこ
のことは動画像を扱うシステムの場合、致命的である。
そこで、この発明の目的とするところは、一定の処理時
間内で、一定の符号量以内に収まるように符号化できる
と共に、動画像用として十分に実用可能な画像データの
符号化装置および符号化方法を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は次のように構成する
。
すなわち、第１には画像データをブロックに分割し、こ
の分割されたブロック毎に直交変換を行ってからこの変
換出力を量子化手段により量子１４ 化し、その後、この量子化出力をエントロピー符号化手
段に与えてエントロピー符号化し、データの符号化をす
る符号化装置において、動画像のデータを得る手段と、
この動画像データのうち、隣接する複数フレーム分の画
像データを３次元配置して、この３次元配置した各フレ
ームの画像データを所定サイズのマトリックス領域にブ
ロック分けしてその各ブロックについて３次元の直交変
換を行う第１の手段およびこの第１の手段により得られ
た３次元の直交変換係数データにおける原点位置より、
該原点位置を中心とする３次元空間上の球面に近似させ
た平面について所定の順序で走査を行い、１次元化され
た直交変換係数データに変換して前記エントロピー符号
化手段に与える第２の手段とよりなる変換手段と、前記
エントロピー符号化手段によりエントロピー符号化され
た各ブロック毎の１次元の直交変換係数データをもとに
前記各ブロック毎の符号量を算出すると共に、全画像の
符号量を算出する符号量算出手段と、この符号量算出手
段により算出された各ブロック毎１５ の符号量および画像全体の符号量と目標符号量とから各
ブロック毎の符号量の割当てを行う符号量割当手段と、
前記符号量算出手段により算出された画像全体の符号量
と目標符号量とから最適な量子化幅を予測すると共に前
記星子化手段にこの予測量子化幅を与える量子化幅予測
手段と、前記符号量割当手段により割当てられた各ブロ
ック毎の割当て符号量を越えないように、前記エントロ
ピー符号化手段の符号化を打切る符号化打切手段と、前
記エントロピー符号化手段によりエントロピー符号化さ
れた変換係数を符号として出力する符号出力手段と、前
記量子化手段に対し、予め定めた暫定的な量子化幅を用
いて量子化を行わせる第１の符号化処理を実施させ、そ
の結果をもとに符号量を制御して第２の符号化処理を実
施させるように制御する制御手段とを備える。
また、第２には画像データをブロックに分割し、゛この
分割されたブロック毎に直交変換を行ってからこの変換
出力を量子化手段により量子化し、その後、この量子化
出力をエントロピー符号化手１６ 段に与えてエントロピー符号化し、データの符号化をす
る符号化方法において、動画像のデータを得る第１のス
テップと、この動画像データのうち、隣接する複数フレ
ーム分の画像データを３次元配置して、この３次元配置
した各フレームの画像データを所定サイズのマトリック
ス領域にブロック分けしてその各ブロックについて３次
元の直交変換を行う第２のステップと、この第２のステ
ップにより得られた３次元の直交変換係数データにおけ
る原点位置より、該原点位置を中心とする３次元空間上
の球面に近似させた平面について所定の順序で走査を行
い、１次元化された直交変換係数データに変換して前記
エントロピー符号化ステップに与える第３のステップと
、前記エントロピー符号化ステップによりエントロピー
符号化された各ブロック毎の１次元の直交変換係数デー
タをもとに前記各ブロック毎の符号量を算出すると共に
、全画像の符号量を算出して最適化するに必要なブロッ
ク毎の情報量および画像全体の情報量を調べる第４のス
テップと、この第４のステップで得た１７ 各ブロック毎の情報量の割り当てと最適化に必要な量子
化幅を予測を行う第５のステップと、この予測量子化幅
を用いて前記各ブロック毎の量子化を行う第６のステッ
プと、この第６のステップにおける各ブロック毎の割り
当て情報量に収まる範囲でそのブロックのエントロピー
符号化を実施する第７のステップとよりなることを特徴
とする。
（作　用） このような構成において、得られた動画像のデータを隣
接する複数フレームの画像を順に並べるかたちで３次元
配置し、この３次元配列の画像データを所定サイズのマ
トリックス領域にブロック分けし、その各ブロックにつ
いて３次元の直交変換（Ｄ　Ｃ　Ｔ）係数データ化し、
その各ブロックにおける原点位置より、該原点位置を中
心とする３次元空間上の球面に近似させた各平面につい
ての例えば、渦巻き状の走査により３次元ＤＣＴ係数デ
ータを走査し、同一もしくは近い値のＤＣＴ係数を示す
データについて、面毎にデータをまとめるようにして１
次元ＤＣＴ化し、このブロック１８ 別の１次元ＤＣＴデータを、暫定的な量子化幅で量子化
を行った後、エントロピー符号化し、各ブロック毎の符
号量と画像全体の符号量を算出し、これから各ブロック
毎の割当て符号量を算出すると共に、最適な量子化幅を
予測する（第１の符号化）。そして、次に再び直交変換
された変換係数に対し、新しい量子化幅で量子化を行っ
た後、第１の符号化により割当てられた各ブロック毎の
割当て符号量を越える前に符号化を打切るようにエント
ロピー符号化を行う。
このように本装置は得られた動画像に対し、隣接する複
数フレームの画像を順に並べて３次元配置し、この３次
元配置した各フレームの画像データを所定サイズのマト
リックス領域にブロック分けしてその各ブロックについ
て３次元の直交変換を行い、これにより得られた３次元
の直交変換係数データにおける原点位置より、該原点位
置を中心とする３次元空間上の球面に近似させた各平面
についての渦巻き状の走査を行うかたちで３次元ＤＣＴ
係数データを走査し、同一もしくは近い１９ 値のＤＣＴ係数を示すデータについて、面毎にデータを
まとめるようにして１次元ＤＣＴ化し、これによって、
０ラン符号の続く傾向の強い高周波数領域の成分をまと
め、圧縮の効率化を可能にしたうえで、さらにこのよう
にして得たブロック別の１次元ＤＣＴ化データに対し、
最初に統計処理を行い、最適化するに必要なブロック毎
の情報量や画像全体の情報量等を調べ、次にこの統計処
理により得た情報をもとに最適化された符号化を行うた
めの処理に入り、順次、符号化出力を見ながら、所望の
符号量内で収まるように、エントロピー符号化を制御し
、符号化出力を最終出力として得るようにしたものであ
る。
そのため、最初に画像のブロック化とそのブロック化画
像についての３次元ＤＣＴ係数データ化、この３次元Ｄ
ＣＴ係数データを高圧縮が可能な状態に処理する３次元
ＤＣＴ係数データの１次元ＤＣＴデータ化処理、このブ
ロック化され１次元ＤＣＴ処理された画像の要素に対す
る標準の量子化幅を使用しての量子化、量子化により得
られ２０ た変換係数のエントロピー符号化、そして、このエント
ロピー符号化により得られる各ブロックの各要素の符号
量情報と画像全体の符号量情報より最適な符号量にする
に必要な量子化幅の予測、各ブロックの各要素における
割当符号量の決定、これらに基づく処理対象画像への最
適符号化の処理モードへの移行、この処理モードの実施
における画像のブロック化処理、このブロック化された
画像の要素に対する前記予測量子化幅を使用しての量子
化処理、この量子化により得られた変換係数のエントロ
ピー符号化、そして、このエントロピー符号化にあたり
、各ブロックの各要素における割当符号量を基準として
の該割当符号量に収まる範囲内での当該要素のエントロ
ピー符号化、処理対象画像の全符号の保存のための出力
処理と云った処理を行い、最終出力を得るようにしたも
のであるから、得られた画像データに対し、極めて効率
良く圧縮符号化することができると共に、必ず一定の符
号量以内に収まるように符号化できるようになり、画像
の記憶容量が規定される場合等で２１ は、記憶手段の記憶容量に対して、規定記憶量を保証す
ることができる他、一旦、統計処理をして画像全体のデ
ータの目安を知った後、これに基づき符号化を実施する
ので、統計処理のパスと符号化処理のパスの２バスで処
理が終わるから、一定の処理時間内で符号化を行うこと
ができるようになる。
従って、この発明によれば、一定の処理時間内で、一定
の符号量以内に収まるように、しかも、高い圧縮率で符
号化できるようになる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
初めに本発明を分かり易くするために、本発明の基本的
な考え方を説明しておく。
すなわち、本発明は最初に１パス目の処理として統計処
理を行い、最適な量子化幅係数を予測すると共に、ブロ
ック毎の割り当て符号量を決定する。
そして、２バス目の処理として最終的な符号２２ 化処理を実施する。２バス目は各ブロック毎に前記予測
量子化幅係数により量子化すると共に、これを符号化し
、この符号化により得られる符号量がブロック毎の割り
当て符号量に収まるように、そのブロックについて符号
量を監視しながら、符号化を進め、ＥＯＢ符号を含め、
符号量が割当符号量に達するとそのブロックの符号化は
終了させて次のブロックの符号化に移って行くと云うも
のである。
統計処理は最適な量子化幅を予測すると共に、ブロック
毎の割当符号量を決定するものであり、最適符号量の予
測は符号化を行った時の符号量を粗＜（シかし、かなり
の精度で）近付けるための処理である。
この最適化された量子幅を符号化処理で使用することで
、ほぼ目的の符号量に近付けることができるようになる
。そして、この時点で符号量が目的の符号量内に収まれ
ば、この処理だけで十分であるが、１画像のデータ量の
上限が規定されている場合、１バイトはおろか、１ビッ
トでも目的２３ の符号量をオーバーすることはできない。
そこで、オーバーしたときの処理法が必要になる。
それがブロック毎の割当符号量の決定である。
これは符号化を行ったときの符号量が目的の符号量をオ
ーバーした時の微調整に使用するデータを決定するため
のものである。実際に符号化処理を統計処理において予
測した最適な量子化幅で実行した結果を見て、オーバー
しなかったときは終了、オーバーしたときは後処理と云
うようにしても良いが、その場合、統計処理、符号化処
理、後処理の３ステップとなり、時間がかかるばかりで
なく、符号化処理と後処理の間で、長さの異なる符号を
繋ぎ合わせることなく区別がつくように、保存する必要
が生じ、問題であるから、符号化処理の最中に微調整を
行うことが望まれる。
しかし、無闇にデータを落とすことは画質の劣化に繋が
るので、避けねばならない。
そこで、本発明では各ブロックの高い周波数成分から省
略して行くことにより視覚的な影響を２４ 最小にする。ところが、符号量がオーバーするか否かは
符号化を終了してみないと分からないので、本発明では
それを各ブロック毎に判定させるようにする。
これは最適な量子化幅あるいは統計処理により予測され
た量子化幅を用いて符号化を行ったときに発生する各ブ
ロックの符号量において、各ブロックの発生符号量の相
対的な比率があまり変化しないことが実験により確認さ
れているので、これを利用する。すなわち、統計処理で
暫定的な量子化幅（これは目的の符号量によって、ごく
粗く予測することが可能）を用いて、符号化を行うとき
に、各ブロックにおいて発生した符号量を目的とする符
号量にする際、各ブロック毎に「これを越えない限り画
像全体の符号量が目的の符号量を越えない」と云うガイ
ドラインを設定し、このガイドラインを各ブロック毎の
割当符号量として監視の基準にする。
このようにして量子化幅と各ブロック毎の割当符号量が
決まったならば、これに基づき符号化２５ 処理を実施し、最終的な符号化を行う。
本発明においては、符号化処理では各ブロックにおいて
、そのブロックの割当符号量を越えないように各ブロッ
クにおいて符号化を打ち切る。
各ブロックの符号化において、低い周波数成分から高い
周波数成分に順次、符号化しながら、ガイドライン（割
当符号量）を越えないようにチェックする。オーバーし
なかったブロックは問題なく符号化を終了、つまり、Ｂ
ＯＢを出力する。途中でオーバーしてしまったブロック
はそれ以上の高周波成分は符号化せず、符号化を打ち切
り、そのブロックの符号化を終了、つまり、ＢＯＢを出
力する。このとき、ＥＯＢもハフマン符号の一つである
から、ＥＯＢも含めて割当符号量内に収まるようにする
必要がある。
このようにして、例えば、半数のブロックは打ち切る必
要無く符号化を終了し、残りの半数はごく高い周波数の
一部が省略されて、符号化を終了したとすれば、欠落す
る情報は極めてわずかであり、しかも、欠落するのは視
覚的に影響の少な２６ い高い周波数成分の情報にとどめることができる。
そして、この方式により統計処理、符号化処理の２ステ
ップで必ず符号化を終了することができ、従来のように
何度も最適化を繰り返すことなく総符号量を規定値内に
収めることができるようになり、しかも、画質の劣化も
抑制できる。
以上の原理を用いた装置の実施例を説明する。
初めに理解をし易くするため、スチル像を取り扱うディ
ジタル電子スチルカメラに適用した例を説明する。
第８図に本発明による画像データの符号化装置をディジ
タル電子スチルカメラに適用したー実施例をブロック図
で示す。なお、本発明とは直接関係のないディジタル電
子スチルカメラの機構は図示および説明を省略する。
第８図において、ｌＯは撮影レンズ、ｌ２はＣＯＤ等の
撮像デバイスであり、前記撮影レンズ１０の後方におか
れている。撮影レンズ１０によりこの撮像デバイスｌ２
上に結像された光学像を画像信号に変換する。ｌ４はプ
ロセス回路であり、前記撮像デバ２７ イスｌ２により得られた画像信号を信号線ｌ００を通し
て受けてこれをカラー信号のＹ％Ｒ−Ｙ　　（以下、こ
のＲ−ＹをＣｒ（クロマレツド）と略称する）、Ｂ一Ｙ
　（以下、このＢ−ＹをＣｂ　（クロマブルー）と略称
する）の各色成分に分離されると共にガンマ補正やホワ
イトバランス処理等を行うものである。
１８ＹはＹ成分用の信号のディジタル変換を行うＡ／Ｄ
変換回路、１６ＣはＣｒ，　Ｃｂ成分用の信号のディジ
タル変換を行うＡ／Ｄ変換回路である。プロセス回路１
４より出力された各色成分の画像信号のうち、Ｙ成分は
信号線１０２Ｙを通り＾／Ｄ変換回路１６ＹによりＡ／
Ｄ変換され、ＣｒＳＣｂ成分は信号線１０２Ｃを通りＡ
／Ｄ変換回路ｌＢＣによりＡ／Ｄ変換される。
１８Ｙ　．　１８ＣはそれぞれＶ成分用およびＣｒ，　
Ｃｂ成分用に分けられた画像メモリであり、少くとも１
フレームの画像を記憶する容量を有していて、Ａ／Ｄ変
換回路１８Ｙ　，　１６Ｃの出力はそれぞれ信号別に分
けられた信号線１０４Ｙ，　１０４Ｃを通り、対応する
画像メモリ１８Ｙ　，　１８Ｃに記録する構成となって
いる。
２　８ ２０Ｙ　，　２０ＣはそれぞれＹ成分用およびＣｒ，　
Ｃｂ成分用に分けられたブロック化回路であり、これら
ブロック化回路２０Ｙ　，　２０Ｇは対応する画像メモ
リ１８Ｙ　，　１８０の画像データ（１フレーム分）を
それぞれ対応する信号線１０ＢＹ，　ｌ０８ｃを通して
受けて、所定の大きさのブロックに分割するブロック化
処理を行うものである。ここでは例としてブロックサイ
ズは８×８とするが、このブロックサイズは８×８に限
るものではなく、またＹとＣ　（クロマ系）でブロック
サイズが異なっても良い。本実施例では、クロマ系のブ
ロック回路１０６Ｃは最初にＣ『成分の画像データにつ
いて総てのブロック化を行った後に、ｃｂ成分の画像デ
ータをブロック化して行くものとする。
２２Ｙ　，　２２ＣはそれぞれＹ成分用およびＣｒ，　
Ｃｂ成分用に分けられた直交変換回路であり、それぞれ
対応する成分用の系統のプロ・ソク化回路２０Ｙ．２０
Ｃによりブロック化された各画像データを、それぞれの
系統の信号線１０８Ｙ，　１０８Ｃを通して受けると、
このブロック化された画像データに対し、各２９ ブロック毎に２次元の直交変換を行うものである。
直交変換としてはコサイン変換、サイン変換、フーリエ
変換、アダマール変換などが使用できる。
直交変換を行うことにより、変換係数としての画像デー
タが得られる。
２４Ｙ　，　２４ＣはそれぞれＹ成分用およびＣｒ，　
Ｃｂ成分用に分けられた量子化回路であり、前記直交変
換回路２２Ｙ　，　２２Ｃの画像データ（変換係数）を
それぞれの系の対応する信号ＮＩＩＯＹ，　ＩＩＯＣを
通して受けると、この量子化回路２４Ｙ　，　２４Ｃは
第１回目の量子化では予め設定された各周波数成分毎の
量子化幅に、予め設定された量子化幅係数αを掛けた値
で変換係数の量子化を行い、第２回目以降では前回の処
理により決定された最適量子化幅係数ａを用いて量子化
を行う構成としてある。
２ＢＹ　．　２ＢＣはそれぞれＹ成分用およびＯｒ，　
Ｃｂ成分用に分けられたエントロピー符号化回路であり
、エントロピー符号化回路２８Ｙ　，　２８Ｃは量子化
され信号線１１２Ｙ．　１１２Ｃを介して得られた変換
係数をエントロピー符号化するものである。
３０ エントロピー符号化としてはハフマン符号化、算術符号
化などを利用する。エントロピー符号化は可変長符号化
であるために、ブロック毎の符号量画像全体の符号量な
どが画像毎に変化する。
どのようなエントロピー符号化を用いるかは本発明とは
直接関係が無いが、ここではハフマン符号化を使用した
一例を示すこととする。
エントロピー符号化回路２ＢＹ　，　２８Ｃでは入力し
た員子化された変換係数を第２図に示す順序でスキャン
するジグザグ・スキャンと呼ばれる手法により、低い周
波数成分から高い周波数成分への走査を行う。
第２図の走査順序の１番目の直流成分のデータは直前に
エントロピー符号化を行ったブロックの直流成分との差
分値をハフマン符号化して出力する。
交流成分については第２図の走査順序の２番目から６４
番目まで順番に変換係数を見て行き、変換係数がＯでな
い（すなわち、有効な）係数が出て来たらその直前に存
在した連続したＯ（無効）３１ の係数の数（ゼロラン）とその有効係数の値とで２次元
のハフマン符号化して出力すると云った動作をする。
また、ある係数以降６４番目の係数まで連続して無効係
数が続く場合は、ブロックの終りを示すＥＯＢ　　（エ
ンド・オブ・ブロック）の符号を出力する。また、打ち
切り信号が入力されると符号化を終了し、ＥＯＢを付加
して出力する。そして、そのブロックについて発生した
符号量を信号線１１４Ｙ，１１４ｃを通して符号量算出
回路２Ｂに出力する。
符号量算出回路２８は入力されたＶｓ　Ｃｒ、ｃｂ各成
分の各ブロック毎の符号量とその符号量の積算を行い、
Ｙ％　Ｃｒ、ｃｂ各成分の各ブロック毎の符号量データ
の収集と画像全体の符号量を計算し、この画像全体の符
号量のデータについては信号線ｔｔｅを通して量子化幅
予測回路３０に出力すると共に、各ブロック毎の符号量
と画像全体の符号量のデータについては信号線１１ｇを
通して符号量割当て回路３２に出力する構成としてある
。
３０は量子化幅予測回路であり、この回路３０は３２ 符号量算出回路２８から入力された画像全体の符号量と
、１画像当りの許容される最大のデータ量である目標符
号量とから、例えば、Ｎｅｗｔｏｎ−ＲａｐｈｓｏｎＩ
ｔｅｒａｔｉｏｎ法を用いて、目標符号量に近づけるの
に最適な量子化幅係数αを、今回実際に使用した量子化
幅係数を勘案して予測するものである。
また、３２は符号量割当回路であり、この回路３２は符
号量算出回路２８から入力された各ブロック毎の画像デ
ータの符号量、画像全体の符号量と、目標符号量とから
各ブロックの割当符号量を算出して符号化打切回路３４
Ｙ　，　３４Ｃに出力するものである。ここでの算出の
方法は、例えば、各ブロック毎の符号量の比で、目標符
号量を比例配分する。
例えば、あるブロックの符号量と目標符号量との乗算を
行い、それを画像全体の符号量で割ることにより、その
ブロックの割当符号量を決定する。
符号量割当回路３２は符号量情報テーブルとブロック割
当符号量データテーブルとを持ち、符号量情報テーブル
における該当ブロック位置の符号３３ 量情報を符号量算出回路２８から入力された符号量情報
に書き替える一方、符号量算出回路２８から入力された
各ブロック毎の符号量および画像全体の符号量と、目標
符号量とから各ブロックの割当符号量を算出し、この算
出した各ブロックの割当符号量のデータをブロック割当
符号量データテーブルに格納する。
このブロック割当符号量データテーブルの各ブロック別
割当符号量は該当のブロックがエントロピー符号化処理
される際に符号化打切回路３４Ｙ．３４Ｃに与えられる
。
符号化打切回路８４Ｙ　，　３４Ｃは符号量割当回路３
２からの各ブロックの符号量を割当符号量から減算し、
割当符号量の残りが送出すべき符号量とＥＯＢの符号と
の合計符号量より小さくなった場合には信号線１２ＢＹ
，　１２６ｃを通して打切り信号を出力し、そのブロッ
クの符号化を終了すると云った機能を有する。
従って、符号化打切回路３４Ｙ　，　３４Ｇではこの割
当符号量を参照し、入力された送出すべき符号３４ 量およびＲＯＢの符号を送出しても割当符号量を越えな
い場合は、打切りは行われず、そのブロックの符号化を
終了し、該ブロックの割当符号量から送出すべき符号量
を減ずると云った動作を行う。
３６は符号出力回路であり、この符号出力回路３Ｂは信
号線１２８Ｙ，　１２８Ｃを通して入力されるエントロ
ピー符号化回路２ＢＹ　，　２８Ｃからの可変長の符号
をつなぎ合わせるもので、この繋ぎ合わせた符号を信号
線１３０を通してメモリカード３８に書き込むように機
能する。
本システムでは最初に統計処理を行い、最適化するに必
要なブロック毎の情報量や画像全体の情報量等を調べ、
次にこの統計処理により得た情報をもとに最適化された
符号化を行うための処理に入る。
そのため、最初に画像のブロック化、このブロック化さ
れた画像の要素に対する標準の量子化幅係数αを使用し
ての量子化、量子化により得られた変換係数のエントロ
ピー符号化、そして、このエントロピー符号化により得
られる各ブロック３５ の各要素の符号量情報と画像全体の符号量情報より最適
な符号量にするに必要な符号化幅係数αの予測、各ブロ
ックの各要素における割当符号量の決定、これらに基づ
く処理対象画像への最適符号化の処理モードへの移行、
この処理モードの実施における画像のブロック化処理、
このブロック化された画像の要素に対する前記予測量子
化幅αを使用しての量子化処理、この量子化により得ら
れた変換係数のエントロピー符号化、処理対象画像の全
符号の保存のための出力処理と云った手順を実施させる
が、その全体の制御管理は図示しない制御部により行う
ようにしてあるものとする。
なお、制御部のこのような機能はマイクロプロセッサ（
ＣＰＵ）を使用することで容易に実現できる。
次に上記構成の本装置の作用を動作遷移図である第ｌＯ
図を参照して説明する。
撮影を行うと撮影レンズ１０により、該撮影レンズ１０
の後方におかれた撮像デバイスｌ２上に被写体像が光学
像として結像される。そして、この撮３６ 像デバイス１２はこの結像された光学像を画像信号に変
換して出力する。
撮像デバイス１２により得られた画像信号は信号線ｌ０
０を通してプロセス回路ｌ４に送られ、ここでＹ成分、
Ｃｒ成分（　Ｒ−Ｙ成分）、Ｃｂ成分（　Ｂ−Ｙ成分）
の各色成分の信号に分離されると共にガンマ補正やホワ
イトバランス処理等が行われる。
プロセス回路ｌ４より出力された各色成分の画像信号の
うち、Ｙ成分は信号線１０２Ｙを通して＾／Ｄ変換回路
１８Ｙに与えられ、ディジタルデータに変換されて出力
される。また、Ｃ『、ｃｂ成分は信号線１０２Ｃを通し
てＡ／Ｄ変換回路ｌ６Ｃに与えられ、ディジタルデー夕
に変換されて出力される。Ａ／Ｄ変換回路１８Ｙ　ＳＩ
Ｂｃのこの出力はそれぞれ対応する系統の信号線１０４
Ｙ，　ｌ０４ｃを通り、対応する系統の画像メモリ１８
Ｙ　，　１８ｃに記録する。
一方、ブロック化回路２０Ｙ　．　２０Ｃは対応する系
統の画像メモリ１８Ｙ　，　１８Ｃの画像データをそれ
ぞれ対応する信号線１０８Ｙ，　１０６Ｃを通して受け
、所定の大きさのブロックに分割する。すなわちブロ３
７ ック化を行う。ここでは例としてブロックサイズは′８
Ｘ８とする。本実施例では、プロ・ソク化回路２ＤＣは
最初にＣｒの画像データについて総てのブロック化を行
った後に、Ｃｂの画像をブロック化してゆくものとする
。
ブロック化回路２０Ｙ　，　２０Ｃによりブロック化さ
れた各ブロックの画像データは、対応する信号線１０８
Ｙ，　１０８０を通して対応する直交変換回路２２ｖ，
２２Ｃに与える。すると、直交変換回路２２Ｙ　．　２
２Ｃはブロック化された入力画像データ（以下、ブロッ
ク画像データと呼ぶ）に対し、各ブロック毎に例えば、
離散コサイン変換（ＤＣＴ）による２次元の直交変換を
行う。このＯＣＴによる直交変換と云うのは、ある波形
を周波数成分に分割し、これを入力サンプル数と同じ数
だけのコサイン波で表現すると云った処理である。
そして、直交変換されたブロック画像データ（変換係数
）は８×８のマトリックスの対応する周波数成分位置に
格納され（マトリックスの原点位置が直流成分、それ以
外は交流成分で原点位置３　８ より離れるに従い周波数が高くなるような関係を持たせ
たマトリックスに格納する）、これが信号線１１０Ｙ，
　ＩＩＯｃを通して量子化回路２４Ｙ　，　２４Ｃに入
力される。
すると量子化回路２４Ｙ　，　２４Ｃはこのブロック画
像データ（変換係数）に対して１パス目（第１回目）の
量子化を行う。この第１回目の量子化では、予め設定さ
れた各周波数成分毎（周波数成分はブロックの各マトリ
ックス位置に対応して決まる）の量子化マトリックスに
、標準（暫定）の量子化幅係数を掛けた量子化幅で変換
係数の量子化を行う。この時の量子化マトリックスは２
系統ある量子化回路２４Ｙ　，　２４Ｇそれぞれで同じ
であっても良いが、それぞれに適した量子化マトリック
スを設定する方が良い結果が得られる。
量子化されたブロック画像データ（変換係数）は信号線
１１２Ｙ，　Ｉｌ２Ｃを通りエントロピー符号化回路２
６Ｙ　，　２６Ｃに入力され、ここで、エントロピー符
号化される。
エントロピー符号化回路２ＢＹ　，　２８Ｃでは量子３
９ 化されて入力された変換係数を第２図に示す順序でジグ
ザグスキャンし、低い周波数成分から高い周波数成分へ
の走査を行う。すなわち、変換係数は８Ｘ８のマトリッ
クスに周波数成分に対応して格納されており、原点に近
いほど、周波数が低いので第９図のようにジグザグスキ
ャンすることで低い周波数成分から高い周波数成分へと
走査できる。
第９図の走査順序の１番目のデータは直流成分ＤＣであ
るから、この直流成分ＤＣのデータは直前にエントロピ
ー符号化を行ったブロック（一つ前のブロック）の直流
成分ＤＣとの差分値ｄｉｆｆ−ＤＣをハフマン符号化す
る（　（ｄｉ）．　（ｅｌ））。
交流成分ＡＣについては、第９図の走査順序の２番目か
ら８４番目まで順番に変換係数を見て行き、変換係数が
０でない（すなわち、有効な）係数が出て来たらその直
前に存在した連続した０（無効）の係数の数（ゼロラン
）とその有効係数の値とで２次元のハフマン符号化を行
う（　（ｄ２），　（ｅ２））。
また、エントロピー符号化回路２［ｉＹ　，　２ＢＣは
、４０ ある係数以降６４番目の係数まで連続して無効係数が続
く場合はブロックの終りを示すＥＯＢ　　（エンド・オ
ブ・ブロック）の符号を与える。
そして、そのブロックについて発生した符号量を信号線
１１４Ｙ，　１１４Ｃを通して符号量算出回路２８に出
力する（ｇｌ）。そして、１画像分の全ブロックについ
てこのような処理を実行して行く。
一方、符号量算出回路２８は入力されたＹ％　Ｃｒ１Ｃ
ｂ各成分の１画像全体の符号量の計算をすべく、Ｙ％Ｃ
ｒ，　Ｃｂ各成分の各ブロック毎の符号量の算出とその
符号量の積算を行う（ｇ２）と共に、各ブロック毎の符
号量のデータは信号線１１ｇを通して符号量割当回路３
２に出力する。符号量割当回路３２はこの各ブロック毎
の符号量のデータを符号量情報テーブルにおける該当ブ
ロック位置の符号量情報として書き込む。
そして、１画像分の全ブロックについてハフマン符号化
の処理を終了した段階で、図示しない制御部の制御によ
り符号量算出回路２８は、この画像全体の符号量のデー
タを信号線１１Ｂを通して量４１ 子化幅予測回路８０に出力すると共に、画像全体の符号
量のデータを、信号線１１８を通して符号量割当回路３
２に出力する。
量子化幅予測回路３０はこの入力された画像全体の符号
量データと目標符号量データとから、例えば、Ｎｅｗｔ
ｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ　ｉｔｅｒａｔｉｏｎ法を用いて
、目標符号量の値に近づけるのに最適な量子化幅係数α
を、実際に使用した量子化幅係数に基づいて予測する（
第ｌＯ図（ｈｌ））。
また、符号量割当回路３２は入力された各ブロック毎の
符号量および画像全体の符号量と、目標符号量とから各
ブロックの割当符号量を、例えば各ブロック毎の符号量
の比で、目標符号量を比例配分する等して算出する（第
１０図（ｈ２））。
具体的には、あるブロックの割当符号量を決定するには
、当該ブロックの符号量と目標符号量とを乗算し、それ
を画像全体の符号量で割ることで得た結果を以て割当符
号量とする。
そして、この算出した各ブロックの割当符号量のデータ
をブロック割当符号量データテーブル４２ に格納する。このブロック割当符号量データテーブルの
各ブロック別割当符号量のデータは該当のブロックがエ
ントロピー符号化処理される際に信号線１２０Ｙ．　１
２０ｃを通して符号化打切回路３４Ｙ　，　８４Ｃに与
えられることになる。
以上で１パス目、すなわち、各ブロックの割当符号量の
決定及び量子化幅の最適化のための第１の符号化（統計
処理）を終了する。
次に２パス目の処理に入る。この２バス目の処理は、第
２の符号化（符号化処理）であり、目標符号量に収まる
ように最適化した最終の符号化出力を得る処理である。
この処理はまず、画像メモリ１８Ｙ　，　１８ｃに記憶
されている各系統別の画像データを対応する信号線ｔｏ
ｅｙ，　ｔｏｅｃを介して対応するブロック化回路２０
Ｙ　，　２０Ｃに入力し、再びブロック化を行う（ａ）
。
ブロック化された画像データは各系統に対応する信号線
１０８Ｙ，　ｌ０８ｃを通して各系統対応の直交変換回
路２２Ｙ　，　２２０に入力し、再び直交変換を行う（
ｂ）。この直交変換により得られた変換係数を４３ 信号線１１０Ｙ，　ＩＩＯＣを介して対応する量子化回
路２４Ｙ　．　２４Ｃに入力し、再び量子化を行う（Ｃ
）。
ただし、このとき使用する量子化幅係数αは前回のパス
において量子化幅予測回路３０が算出した予測の最適量
子化幅係数αである。
次に、量子化したブロック画像データの変換係数を信号
線１２２Ｙ，　１２２Ｃを通し、エントロピー符号化回
路２１１Ｙ　，　２８Ｃに八カする。
エントロピー符号化は統計処理の時と同様、このブロッ
ク画像データの変換計数のうち、まず直流成分ＤＣの差
分値ｄｆｆｆ−ＤＣをハフマン符号化し（（ｄｉ）．　
（ｅｌ））　、次に交流成分ＡＣをジグザグスキャンで
順次データ抽出して２次元のハフマン符号化を行う（　
（ｄ２）．　（ｅ２））。
但シ、一つの要素（マトリックス内の一つの位置）に対
するハフマン符号が発生する度に符号量割当回路３２か
ら、そのブロック割当符号量データテーブルに格納され
ている当該要素位置における送出すべき割当符号量を信
号線１２４Ｙ，　１２４ｃを通して符号化打切回路８４
Ｙ　，　８４Ｃに出力し、一方、４４ 符号化打切回路３４Ｙ　．　３４Ｃでは信号線１２０Ｙ
．　１２０Ｃを通して入力された各ブロックの割当符号
量をもとに、信号線１２４Ｙ，　１２４Ｃを通して入力
された送出すべき符号量およびＢＯＢの符号を送出して
も割当符号量を越えない場合は、打切り信号を発生せず
、該ブロックの割当符号量から送出すべき符号量を減ず
る。
そして、送出すべき該ブロックの符号量とＥＯＢの符号
との合計の符号量が割当符号量の残りの符号量を上まわ
ったときに、符号化打切回路３４Ｙ　，　８４０は信号
線１２ＢＹ，　１２［ＩＣを通してエントロピー符号化
回路２ＢＹ　，　２８Ｃに打切り信号を出力し、そのブ
ロックのハフマン符号化を終了させる。そして、エント
ロピー符号化回路２ＢＹ　．　２６Ｃは量子化回路２４
Ｙ　，　２４０より得られる次のブロックのノ＼フマン
符号化に移る。
従って、エントロピー符号化回路２ＢＹ　，　２８Ｃは
符号化打切回路８４Ｙ　，　３４Ｇから信号線１２８Ｙ
，１２６Ｃを介して打切り信号が入力されなかった場合
には、変換されたハフマン符号を、信号線１２８Ｙ，４
５ １２８Ｃを通して符号出力回路３Ｂに出力し、打切り信
号発生前にマトリックスのすべての要素に対するハフマ
ン符号化が終わった場合にはエントロピー符号化回路２
６Ｙ　，　２６ＣはＥＯＢの符号を信号線１２８Ｙ，１
２８ｃを通して符号出力回路３Ｂに出力する。
また、エントロピー符号化回路２ＢＹ　，　２ＢＣはマ
トリックスのすべての要素に対するハフマン符号化が終
わらない前に打切り信号が入力された場合にはその符号
のかわりにＥＯＢの符号を信号線１２８Ｙ，　１２８Ｃ
を通して符号出力回路３６に出力することになる。
そして、エントロピー符号化回路２ＢＹ　，　２８Ｃは
量子化回路２４Ｙ　，　２４Ｃより得られる次のブロッ
クのハフマン符号化に移る。
このような動作を繰り返し、１画面の画像の全ブロック
の処理が終わることにより、全ての符号化処理を終了す
る。
この終了にあたり、最適化された１画像分のハフマン符
号化データはメモリカード３８に書き込む（ｆ）。
４　６ これは、符号出力回路３６の出力により行われるが、符
号出力回路３６は信号線１２８Ｙ，　１２８Ｃを通して
入力されたエントロピー符号化回路２８Ｙ　，　２８Ｃ
からの可変長のハフマン符号をつなぎ合わせ、信号線１
３０を通してメモリカード３８に与えることで書き込む
（１’）。
この符号出力回路３６の出力によるメモリカード３８へ
の書き込みは、第２パスが終わった段階でまとめて行う
ようにしても良いが、第１バスが終って第２バス実行に
入った段階で可変長のハフマン符号をつなぎ合わせた結
果が、１バイト若しくは数バイト単位、まとまり次第、
順次、メモリカード３８へ書き込むようにしても良い。
以上の処理をＰＡＤフローチャートに示すと第１１図の
如きとなる。
以上、本装置においては、暫定的な量子化幅を用いて統
計処理を行いそのデータをもとに最適な量子幅を予測す
ることにより、符号化処理における符号量を目標の符号
量に近づけると共に、更に各ブロックの割当符号量を決
定することにより４７ 符号化処理における符号量が目的の符号量を越えないよ
うにしたものであり、この点が本発明の重要なポイント
となっている。
よって、本実施例で使用したブロックサイズ、直交変換
の種類、エントロピー符号化の種類などに限定されるも
のではない。また画像メモリ１８Ｙ．１８ｃは直交変換
回路２２Ｙ　，　２２Ｃと量子化回路２４Ｙ．２４Ｇと
の間にあっても良く、むしろこのようにすると符号化処
理におけるブロック化と直交変換のプロセスを省略でき
る。
しかし、精度を保つためには、この場合、画像メモリの
サイズが大きくなる。また、プロセス回路１４も、Ａ／
Ｄ変換の後にディジタルで処理を行うようにしても構わ
ない。
また、本装置においては、ブロック毎のエントロピー符
号化を低周波成分側より行い、画質への影響の比較的小
さい高周波成分は割り当て符号量に余裕のある範囲で符
号化して利用するようにしているので、画質の劣化を最
小限に抑えて、しかも、高圧縮で符号化できるようにな
る。
４８ 以上はスチル像（静止画）を対象とする場合の例であっ
た。この手法は動画像にも、勿論適用することができる
が、動画像を対象とする場合は工夫をすると更に高圧縮
が可能になる。すなわち、上述の例は１枚のフレーム画
像内における処理の手法であり、他のフレーム画像との
関連は一切、考えていない。
一方、動画像の場合、場面が変わらない限り、各フレー
ム画像は隣接するフレーム画像の一部が変化するだけで
あるから、短い時間内に得られたこの時間内の隣接フレ
ームには基本的には各画素が微小な変移を起こしている
に過ぎない。そして、近接した複数フレームを時間軸に
従って並べて得た３次元データを考えた場合、そのデー
タに基づく、３次元ＤＣＴ係数の分布において、確率的
に原点（ＤＣ成分）を中心とした球面上に同じような値
が分布する傾向にあること、言い換えると３次元ＤＣＴ
係数の振幅の等高面が原点を中心とした球面状になり易
いことが知られている。
このことを利用し、走査が進むにつれて、４９ ＤＣＴ係数値が暫時減少し、最後は零値が連続して続く
ようにすることでより効率的なデータ圧縮が可能になる
筈である。
本発明は動画像における隣接フレーム複数コマ分をひと
纏まりとして考えた場合における３次元のデータ列を、
このような１次元のデータ列に変換することによって、
エントロピー符号化回路による圧縮の効率を一層高める
ようにする。
第１図はこのような考え方に基づく本発明による動画像
用の画像データ符号化装置の構成例を示すもので、基本
的には第８図で説明したものと同じであるので、同一機
能要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第１図の構成では、撮像素子１２で得た画像信号を、Ａ
／Ｄ変換器１Ｂでディジタル信号（画像データ）に変換
後、画像メモリｌ８に記憶させ、この画像メモリ１Ｂに
記憶させた画像データを読出して、ビデオプロセス部（
プロセス回路）　１４により、ビデオ信号として必要な
Ｙ信号、Ｒ−Ｙ信号、Ｂ−Ｙ信号の順次信号に変換する
。画像メモリ１８はそれぞ５０ れ８フレーム分の容量を有する第１画像メモリｌ８ａと
第２画像メモリ１８ｂとを有し、切替スイッチ１８ｃ　
，　１８ｄにより一方を書き込みに使用しているときは
、他方を読出しにするように系を切り替えて使用する。
すなわち、撮像素子ｌ２で検出された画像はＡ／Ｄ変換
器ｌ６でディジタルデータに変換された後、画像メモリ
１８とそのコントロール用のメモリコントロール部４０
によって８フレーム分ずつ記憶され、且つ、この記憶さ
れた画像データは第３図に示すような３次元のブロック
（８Ｘ８Ｘ８画素）毎に読み出される。
次にビデオプロセス部１４によってＹ　，　Ｒ−Ｙ　，
Ｂ−Ｙの順次信号に変換され、３次元ＤＣＴ回路２２２
に入力される。
そして、次に３次元ＤＣＴ回路２２２によって離散コサ
イン変換（ＤＣＴ変換）され、これによって得られたＤ
ＣＴ係数データはバッファメモリ４ｌに入力される。
３次元ＤＣＴ回路２２２でのＤＣＴ処理は、読５１ み出された３次元のブロック（８Ｘ８Ｘ８画素）毎に、
まずはじめにそのＸ軸方向に対する各要素のＤＣＴを１
次元Ｄ　Ｃ　７　２２２ａにて行い、この結果得られた
１次元ＤＣＴ係数データによる３次元ブロック（８Ｘ８
Ｘ８の要素）について、更にそのｙ軸方向に対する各要
素のＤＣＴを１次元ＤＣＴ２２２ｂにて行い、この結果
得られた２次元ＤＣＴ係数データによる３次元ブロック
（８Ｘ８Ｘ８の要素）について、さらにその２軸方向に
対する各要素のＤＣＴを１次元Ｄ　Ｃ　Ｔ　２２２ｃに
て行い、３次元ＤＣＴ係数データによる３次元ブロック
（８×８×８の要素）を得る。
このようにして３次元ブロックの画素に対する３次元Ｄ
ＣＴ係数データを得、これをバッファメモリ４１に記憶
し、バッファメモリ４１に一時記憶されたＤＣＴ係数デ
ータはメモリコントロール部４２の制御によって、一例
として第４図に示すような走査により読出しが行われる
。
第４図に示す走査は、８Ｘ８Ｘ８のＤＣＴ係数データの
３次元ブロックについて、その原点に５２ 対し、Ｘ＋　　Ｙｒ　　ｔ軸上をそれぞれ１ドット分ず
つ次第にずらす形で得られる平面をそれぞれ渦巻き状に
走査する形でデータを走査する。例えば、最初にｘ，ｙ
，ｔ軸の原点（０，０．０）位置のデータ、次に（１．
０．０）位置のデータ、次に（０．１．０）位置のデー
タ、次に（０．Ｏ．ｌ）位置のデータ、同様にして（２
，０．０）→（１，１．０）→（０，２．０）→（０，
１．１）→（０，０．２）→（＋，１．１）→　・・・
　と云った具合である。
これを例示すると第４図の如きで（ａ）→（ｂ）　−（
Ｃ）→（ｄ）→　・・・　と走査を進める。
このような走査をするに必要な制御は、メモリコントロ
ール部４２によりなされる。
第４図のような走査を行う理由は、３次元ＤＣＴ係数が
確率的に原点（ＤＣ成分）を中心とした球面上に同じよ
うな値が分布する傾向があること、言い換えると３次元
ＤＣＴ係数の振幅の等高面が原点を中心とした球面状に
なり易いことを利用し、走査が進むにつれて、ＤＣＴ係
数値が暫時減少し、最後は零値が連続して続くようにす
るためである。
５　３ ３次元のデータ列を、このような１次元のデータ列に変
換することによって、後のエントロピー符号化回路２Ｂ
による圧縮の効果を上げることができる。但し、球面状
にバッファメモリ４ｌの読出し制御するのは厄介で回路
規模が大きくなるため、一例としてアドレスのインクリ
メント、デクリメントだけで済む第４図のような走査を
行う。回路が複雑になることを承知していれば、勿論、
球面状に２次元走査を行っても差支えない。
後の量子化回路以降の処理は第８図で説明したものと同
じである。そして、最後に誤り訂正符号を付加するため
の誤り訂正符号付加回路４５と、データの記録のための
変調を行う変調記録変調回路４３を通じてマスストレー
ジ４４（ＶＴＲやディスク）に記録され、或いは伝送さ
れることになる。
なお、第４図の走査はＮｏ．（ｈ）の走査でストップさ
せても良い。その理由はテレビジョン信号の空間周波数
成分は第６図に示すように、（ａ）視覚特性上、斜めの
周波数成分は重要でないので、ＮＴＳＣ信号に変換する
とき、色差信号を多重さ５４ せるために撮像素子上で光学フィルタによって周波数成
分を斜めにカットしている。また、（ｂ）フィールド（
インターライン，時間軸方向のサブナイキストサンプリ
ング）走査のため、周波数成分は時間軸方向についても
、斜めから外の成分は必要無い。そのため、３次元空間
周波数成分は（Ｃ）の範囲で良い。
これは空間周波数的に３次元のサブナイキストサンプリ
ングを行ったことに匹敵する。
この場合の走査のコントロールに必要なメモリコントロ
ール部４２の構成例は第２図のようにすれば良い。第２
図の構成はシステムクロックを計数してカウントを進め
、リセット信号でリセット操作される７ｂｉｔカウンタ
４２ａと、この７ｂｉｔカウンタ４２ａのカウント出力
を受けてその値に対応した所定の７ｂｉｔパターンを出
力するＲＯＭ４２ｂと、このＲＯＭ４２ｂの出力により
アップカウント／ダウンカウントのモード指定と計数の
イネーブル信号として得、システムクロックを計数して
カウントを進め、リセット信号でリセット操作されるＸ
軸、５５ より構成したものであり、７ｂｉｔカウンタ４２ａの計
数値をＲＯＭ６４ｂに与えることにより、１２０種類の
パターンを順次選択して、ＲＯＭ　８４ｂより読み出さ
れるパターンに従ってＸ軸、ｙ軸、ｔ軸用の３ｂｉｔカ
ウンタ４２ｃ　．　４２ｄ　，　４２ｅをモード指定と
カウントの許可制御をしてバッファメモリ４ｌのアドレ
スを指定し、８×８×８の要素からなる３次元ＤＣＴ係
数データにおけるＸ軸、ｙ軸、ｔ軸のアドレスを発生さ
せて、球面に近似させた平面についての渦巻き状の走査
を行う。
８Ｘ８Ｘ８のＤＣＴ係数信号すべてについて行わず、原
点より８Ｘ８Ｘ８のＤＣＴ係数信号における空間の取り
得る最大の正三角形領域に達するまでの空間について走
査を行うことから、１２０種類のパターンで各画素を指
定することができることによりこのような構成としてあ
る。
１２０種類のパターンは原点を中心として走査を開始し
、第７図に示すように走査が進むにつれて、Ｘ軸、ｙ軸
、ｔ軸に頂点を持つ三角形領域が５６ これらの軸上を移動することで得られる平面であって、
第５図のようにその各平面において、外側から内側の画
素に渦巻きを描いて走査が進むようにアドレスを割り当
てることのできるパターンである。
このような３次元ＤＣＴ係数データにおける原点位置よ
り、該原点位置を中心とする３次元空間上の球面に近似
させた平面についての渦巻き状の走査を行うかたちで３
次元ＤＣＴ係数データを走査し、同一もしくは近い値の
ＤＣＴ係数を示す面毎にデータをまとめるようにして１
次元ＤＣＴ化する結果、０ラン符号の続く傾向の強い高
周波数領域の成分をまとめることができ、従って、層の
高圧縮率を可能にする。
このように本装置は動画像において、隣接する複数フレ
ームの画像を順に並べて３次元配置し、この３次元配列
の画像データを所定サイズのマトリックス領域にブロッ
ク分けし、その各ブロックについて３次元の直交変換を
行い、これにより得られた３次元の直交変換係数データ
における原点５７ 位置より、該原点位置を中心とする３次元空間上の球面
に近似させた平面についての渦巻き状の走査を行うかた
ちで３次元ＤＣＴ係数データを走査し、同一もしくは近
い値のＤＣＴ係数を示す面毎にデータをまとめるように
して１次元ＤＣＴ化し、これによって、０ラン符号の続
く傾向の強い高周波数領域の成分をまとめ、圧縮の効率
化を可能にしたうえで、さらにこのようにして得たブロ
ック別の１次元ＤＣＴ化データに対し、最初に統計処理
を行い、最適化するに必要なブロック毎の情報量や画像
全体の情報量等を調べ、次にこの統計処理により得た情
報をもとに最適化された符号化を行うための処理に入り
、順次、符号化出力を見ながら、所望の符号量内で収ま
るように、エントロピー符号化を制御して符号化出力を
最終出力として得るようにしたものである。
そのため、最初に連続する複数フレーム分の画像の３次
元ブロック化、この３次元ブロック化された画像の要素
におけるＸ軸方向各成分のＤＣＴ係数化による３次元配
列化（１次元ＤＣＴ係数５８ 化データ）、この３次元配列されたＤＣＴ係数化データ
のｙ軸方向各成分のＤＣＴ係数化による３次元配列化（
２次元ＤＣＴ係数化データ）、この３次元配列化された
ＤＣＴ係数化データの２軸方向各成分のＤＣＴ係数化に
よる３次元配列化（３次元ＤＣＴ係数化データ）により
３次元配列化された３次元ＤＣＴ係数化データを得、こ
の３次元配列化された３次元ＤＣＴ係数化データに対す
る原点位置を中心としての３次元空間上の球面に近似さ
せた各平面についての渦巻き状走査による近似データの
面毎の集計による１次元ＤＣＴデータ化にての高能率圧
縮準備、この１次元ＤＣＴデータに対し、標準の量子化
幅係数αを使用しての量子化、量子化により得られた変
換係数のエントロピー符号化、そして、このエントロピ
ー符号化により得られる各ブロックの各要素の符号量情
報と画像全体の符号量情報より最適な符号量にするに必
要な符号化幅係数αの予測、各ブロックの各要素におけ
る割当符号量の決定、これらに基づく処理対象画像への
最適符号化の処理モードへの移行、５９ この処理モードの実施における画像のブロック化処理、
このブロック化された画像の要素に対する前記予測量子
化幅係数αを使用しての量子化処理、この量子化により
得られた変換係数のエントロピー符号化、そして、この
エントロピー符号化にあたり、各ブロックの各要素にお
ける割当符号量を基準としての該割当符号量に収まる範
囲内での当該要素のエントロピー符号化、処理対象画像
の全符号の保存のための出力処理と云った処理を行い、
最終出力を得るようにしたから、画像データを高い効率
で圧縮符号化することができ、しかも、得られた一定フ
レーム数の画像データ（第１図の実施例における８フレ
ーム分のデータ）に対し、一定の符号量以内に収まるよ
うに符号化できるようになり、画像の記憶枚数が規定さ
れる場合等では、記憶手段の記憶容量に対して、一定の
記憶可能枚数を保証することができる他、一旦、統計処
理をして画像全体の各ブロック毎の符号量割り当てを決
定した後、これに基づき符号化処理を実施するので、２
回のバスで符号化を終了することができ、６０ 一定の処理時間内で符号の最適化を行うことができるよ
うになる。
また、これをディジタルＶＴＲ等に応用した場合、極め
て高い圧縮率が得られるので、高品位テレビジョン（Ｈ
ＤＴＶ　；ハイビジョン）等にも極めて有用であり、し
かも、一定符号量以内に収まるように符号化できること
から、録画時間が規定される磁気テープや磁気ディスク
装置に対する録画時間が保証されると共に、一定フレー
ム分（実施例は８フレーム分）を単位に処理を終結させ
ているので、データエラーが発生してもエラー伝播を該
一定フレーム数（第１図における８フレーム分）内で終
結することができ、画像破壊を他に及ぼさずに済むよう
になる。
また、この一定フレーム数（一定符号量）毎にアドレス
情報を付加しておけば、ランダムアクセス（ヘッド出し
）や編集ができるようになり、高速サーチ、静止画、ス
ロー、逆転再生等のトリック再生においても、高画質の
再生が可能になる。
その他、本発明は上記し、且つ、図面に示す６１ 実施例に限定することなく、その要旨を変更しない範囲
内で、適宜変形して実施し得るものであり、例えば、第
１図の実施例に示されている３次元ＤＣＴ回路２２２に
、第１８図に示すように切換スイッチ２２３を付加して
切り換えることにより、３次元ＤＣＴと２次元ＤＣＴを
切り換えて使用することができる・。
つまり、動画用の圧縮を行うときは切換スイッチ２２３
は２２３−１側に切り換えて、１次元ＤＣＴ２２２Ｃか
らの３次元ＤＣＴ出力を最終出力として得るようにして
第１図の実施例で既に説明した処理を行う。
静止画用の圧縮を行うときは切換スイッチ２２３は２２
３−２の側に切り換えて、１次元ＤＣＴ２２２ｂからの
２次元ＤＣＴ出力を最終出力として得るようにすると同
時に、目標符号量、量子化幅を静止画用に切り換える。
そして、ＤＣＴ係数の操作（バッファメモリ４ｌの読出
し）を第９図と同じにすれば、静止画用の圧縮が可能に
なる。
このときのバッファメモリ４１の操作は、一例６２ 良い。第１４図（ａ）の構成は基本的には第２図の構成
と変わりはないが、ＲＯＭ４２ｂは例えば、６ｂｉｔＸ
　２５ＢＷＯＲＤ　（７）ものを用い、：（７）ＲＯＭ
４２ｂ　ニオｌ＋るアドレス空間は例えば、第１４図（
ｂ）に示す如く、０　〜１２７　ＷＯＲＩＩ７）領域を
動画用データ、１２８　〜２５ＢＷＯＲＤの領域を静止
画用データの格納に用いてそれぞれ必要なデータを格納
して、出力データが動画用と静止画用でワード別に区別
されるようにして記憶しておく。
そして、この領域の選択は例えば、アドレスの最上位ビ
ット（ＭＳＢ：モスト・スケール・ビット）を使用して
切り換えるようにする。この切り換えは、スイッチ４２
ｆによりＲ　Ｏ　Ｍ　４２ｂのアドレスの最上位ビット
を“Ｈ″．″Ｌ”いずれかにすれば良く、この例の場合
、“Ｈ′にすれば静止画用領域が選択でき、“Ｌ”にす
れば動画ヂ用領域が選択できる。その他の動作は第２図
の場合と同じである。
６　３ 以上のような構成により、動画と静止画の圧縮を切り換
えることができ、これをカメラ一体型ＶＴＲに応用すれ
ば、一コマ撮りも可能になり、電子カメラとしても使用
することができるようになる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明によれば、得られた動画像の
データに対し、高い圧縮率で圧縮符号化できると共に、
一定の処理時間内で、一定の符号量以内に収まるように
符号化できるようになる他、一定フレーム数分の総符号
量が一定のため、エラー伝播を一定フレーム数内に収め
ることができ、さらに圧縮処理を行っていても、ランダ
ムアクセス、高速サーチ、逆転、スロー、静止等の特殊
な再生処理が可能となり、編集等が容易になる等の特徴
を有する画像データの符号化装置および符号化方法を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図におけるメモリコントロール部の６４ 構成例を示すブロック図、第３図は３次元ＤＣＴ係数デ
ータ化するために隣接する８枚のフレームより８×８×
８画素に分けて得るブロックの様子を示す図、第４図お
よび第５図は本発明装置における３次元ＤＣＴ係数デー
タから１次元ＤＣＴ係数データに変換するための走査例
を説明するための図、第６図は第４図の走査例の根拠を
説明するための図、第７図は本発明装置における３次元
ＤＣＴ係数データから１次元ＤＣＴ係数データに変換す
るための走査例を説明するための図、第８図は本発明の
実施例の基本的な考え方を実現するための構成例を示す
ブロック図、第９図は８Ｘ８画素に分けられたブロック
のジグザグ・スキャンを説明するための図、第ｌＯ図は
第８図装置の動作を説明するための動作遷移図、第１１
図は第８図装置の動作を説明するためのフローチャート
、第１２図は従来技術を説明するための動作遷移図、第
１３図は本発明の他の実施例に使用する静止画表示を可
能にする３次元ＤＣＴ回路の構成例を示すブロッ，＄第
１４図は本発明の他の実施例に使用する静６　５ 止画／動画表示切換を可能にしたメモリコントローラの
構成例を示すブロック図である。 ｌＯ・・・撮影レンズ、ｌ２・・・撮像デバイス、ｌ４
・・・プロセス回路、 ＩＢＹ　，　１８０　．　１８・・・Ａ／Ｄ変換回路、
１８Ｙ　，　１８Ｃ　，　１８・・・画像メモリ、２０
Ｙ　．　２０Ｇ・・・ブロック化回路、２２Ｙ　．　２
２Ｃ・・・直交変換回路、２４Ｙ　，　２４０　．　２
４・・・量子化回路、２８Ｙ　，　２８Ｃ　，　２Ｂ・
・・エントロピー符号化回路、２８・・・符号量算出回
路、３０・・・量子化幅予測回路、３２・・・符号量割
当回路、 ８４Ｙ　，　３４０　．　８４・・・符号化打切回路、
３Ｂ・・・符号出力回路、３８・・・メモリカード、４
０．　４２・・・メモリコントロール部、４ｌ・・・バ
ッファメモリ、２２２・・・３次元ＤＣＴ回路。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）画像データをブロックに分割し、この分割された
    ブロック毎に直交変換を行ってからこの変換出力を量子
    化手段により量子化し、その後、この量子化出力をエン
    トロピー符号化手段に与えてエントロピー符号化し、デ
    ータの符号化をする符号化装置において、 動画像のデータを得る手段と、 この動画像データのうち、隣接する複数フレーム分の画
    像データを３次元配置して、この３次元配置した各フレ
    ームの画像データを所定サイズのマトリックス領域にブ
    ロック分けしてその各ブロックについて３次元の直交変
    換を行う第１の手段およびこの第１の手段により得られ
    た３次元の直交変換係数データにおける原点位置より、
    該原点位置を中心とする３次元空間上の球面に近似させ
    た平面について所定の順序で走査を行い、１次元化され
    た直交変換係数データに変換して前記エントロピー符号
    化手段に与える第２の手段よりなる変換手段と、 前記エントロピー符号化手段によりエントロピー符号化
    された各ブロック毎の１次元の直交変換係数データをも
    とに前記各ブロック毎の符号量を算出すると共に、全画
    像の符号量を算出する符号量算出手段と、 この符号量算出手段により算出された各ブロック毎の符
    号量および画像全体の符号量と目標符号量とから各ブロ
    ック毎の符号量の割当てを行う符号量割当手段と、 前記符号量算出手段により算出された画像全体の符号量
    と目標符号量とから最適な量子化幅を予測すると共に前
    記量子化手段にこの予測量子化幅を与える量子化幅予測
    手段と、 前記符号量割当手段により割当てられた各ブロック毎の
    割当て符号量を越えないように、前記エントロピー符号
    化手段の符号化を打切る符号化打切手段と、 前記エントロピー符号化手段によりエントロピー符号化
    された変換係数を符号として出力する符号出力手段と、 前記量子化手段に対し、予め定めた暫定的な量子化幅を
    用いて量子化を行わせる第１の符号化処理を実施させ、
    その結果をもとに符号量を制御して第２の符号化処理を
    実施させるように制御する制御手段と を備えたことを特徴とする画像データの符号化装置。
  2. （２）前記画像データは色成分に分離されたカラー画像
    データであることを特徴とする請求項（１）記載の画像
    データの符号化装置。
  3. （３）前記符号化打切手段は高い周波数成分の符号化を
    打切ることを特徴とする請求項（１）記載の画像データ
    の符号化装置。
  4. （４）画像データをブロックに分割し、この分割された
    ブロック毎に直交変換を行ってからこの変換出力を量子
    化手段により量子化し、その後、この量子化出力をエン
    トロピー符号化手段に与えてエントロピー符号化し、デ
    ータの符号化をする符号化方法において、 動画像のデータを得る第１のステップと、 この動画像データのうち、隣接する複数フレーム分の画
    像データを３次元配置して、この３次元配置した各フレ
    ームの画像データを所定サイズのマトリックス領域にブ
    ロック分けしてその各ブロックについて３次元の直交変
    換を行う第２のステップと、 この第２のステップにより得られた３次元の直交変換係
    数データにおける原点位置より、該原点位置を中心とす
    る３次元空間上の球面に近似させた平面について所定の
    順序で走査を行い、１次元化された直交変換係数データ
    に変換して前記エントロピー符号化ステップに与える第
    ３のステップと、 前記エントロピー符号化ステップによりエントロピー符
    号化された各ブロック毎の１次元の直交変換係数データ
    をもとに前記各ブロック毎の符号量を算出すると共に、
    全画像の符号量を算出して最適化するに必要なブロック
    毎の情報量および画像全体の情報量を調べる第４のステ
    ップと、この第４のステップで得た各ブロック毎の情報
    量の割り当てと最適化に必要な量子化幅を予測を行う第
    ５のステップと、 この予測量子化幅を用いて前記各ブロック毎の量子化を
    行う第６のステップと、 この第６のステップにおける各ブロック毎の割り当て情
    報量に収まる範囲でそのブロックのエントロピー符号化
    を実施する第７のステップとよりなることを特徴とする
    符号化方法。
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