JPH04208774A - 画像信号の符号化装置並びに復号化装置 - Google Patents

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） この発明は画像の狭帯域伝送を目的とした変換符号化を
含む符号化復号化装置における符号量の制御に関し、特
に画質を最良にすべく符号量を制御する画像信号の符号
化装置並びに復号化装置に関するものである。

（従来の技術） 近年ディジタル回線の普及も始まり、画像通信に対する
要求が高まりつつある。また、国際標準化機関ＪＰＥＧ
　（ＩＳＯ：国際標準化機構とＣＣＩＴＴ：国際電信電
話諮問委員会か共同で設立した機関。ＪｏｉｎｔＰｈｏ
ｔｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｅｘｐｅｒｔ　Ｇｒｏｕｐの略）
では自然画像の符号化方式の標準化が行われている。こ
のＪＰＥＧ方式については、例えばテレビジョン学会誌
Ｖｏ１．４４　、　Ｎｏ、２　ｐｐ１５３〜１８１　（
１９９０）　　’静止画像の符号化方式」などに示され
ている。

第９図は上述したテレビジョン学会誌１５８頁に示され
たＪＰＥＧ方式の基本システムの構成概念図である。（
１０１）は８×８画素のブロック毎のディジタル画像デ
ータ、（１０２）は直交変換であるｏｃＴ（離散コサイ
ン変換）部、（１０３）は変換係数、（１０４）は量子
化スケーリングファクタ、（１０５）は量子化マトリッ
クス、（１０６）　は量子化マトリックス（１０５）　
に２の量子化スケーリングファクタ（１０４）乗を掛け
たものを量子化ステップサイズとする線形量子化部、（
１０７）は直流変換係数、（１０８）は交流変換係数、
（１０９）は水平方向の一次元予測部、（１１０）はジ
グザグ走査部、（１１１）は予測誤差、（１１２）はゼ
ロ変換係数のラン長と量子化出力しへル、ＥＯＢ　（エ
ントオブブロック）　、　　（１１３）　　と（１１４
）はハフマン符号化部、（１１５，）は多重化部、（１
１６）は符号出力である。

次に、上記構成における符号化の流れを説明する。

入力された８×８画素のディジタル画像データ（１０１
）はＤＣＴ部（１０２）で８×８の変換係数（１０３）
に変換される。変換係数（１０３）は線形量子化部（１
０６）で量子化される。このとき、量子化ステップサイ
ズに係数毎の基本量子化ステップサイズのテーブルであ
る量子化マトリックス（１０５）の値に２の量子化スケ
ーリングファクタ（１０４）’乗をそれぞれ掛けた値を
用いる。量子化スケーリングファクタ（１０４）が大き
いと粗く量子化され、情報量が少なく、逆に小さいと細
かく量子化され、情報量が多い。

量子化された変換係数は１つの直流変換係数（１０７）
　　と６３個の交流変換係数（１０８）　に分けられる
。直流変換係数（１０７）は−次元予測部（１０９）で
水平方向左のブロックの直流変換係数との差分がとられ
、予測誤差（１１１）か出力される。この予測誤差（１
１１）をハフマン符号部（１１３）で可変長符号化され
符号が得られる。

一方、交流変換係数（１０８）はジグザグ走査部（１１
０）　により、第１０図に示された順番のように走査さ
れ、ゼロでない変換係数が出現するまでのラン長とその
変換係数の値（を子化出力レベル）、そして最後のゼσ
てない変換係数のあとにＥＯＢ（１１２）か出力される
。これらのラン長、量子化出力レベル、ＥＯＢ　（１１
２）はハフマン符号部（１１４）で可変長符号化され符
号が得られる。直流と交流の変換係数の符号は多重化部
（１１５）でブロック毎に多重化され、符号出力が得ら
れる。

発生する符号量を制御するためには、該ＪＰＥＧ方式で
は量子化スケーリングファクタを変化させることで圧縮
比を制御する方式がある。第１１図には量子化スケーリ
ングファクタと量子化の説明図を示した。横軸に量子化
入力、縦軸に量子化出力をとっである。説明のため量子
化入力を±１６とし、量子化ステップサイズを２と４の
場合を示した。

量子化ステップサイズが２の場合は量子化出力は±８、
量子化ステップサイズが４の場合に量子化出力値は±４
になる。例えば単純に定長符号化すると、量子化ステッ
プサイズが２の時は符号は４ビツト、量子化ステップサ
イズが４の時は符号は３ビツトになる。このようにして
符号量を制御することができる。

また、６４個の変換係数のうち、有効な変換係数の数を
変化させることでも符号量を制御することができる。つ
まり、ゼロでない変換係数があっても、その変換係数の
位置が有効でなければ符号は発生しないので、符号量が
減ることになる。

上記のような符号量制御方式は、例えば、特開平２−４
４８８１号公報の「動画像符号化方式」などに示されて
いる。第１２図と第１３図は特開平２−４４８８１号公
報に示された動画像符号化方式のブロック図である。（
２０１）はフレームメモリ、（２０２）は減算回路、（
２０３）はＤＣＴ回路、（２０４）は量子化回路、（２
０５）は逆ＤＣＴ回路、（２０６）は加算回路、（２０
７）はフレームメモリ、（２０８）はブロックメモリ、
（２０９）は可変遅延回路、（２１０）は動き検出回路
、（２１１）は多重化回路、（２１２）は出力バッファ
、（２１３）はフレーム遅延回路、（２１４）はフレー
ムメそり、（２１５）は顔検出回路、（２１６）は量子
化ステップサイズ決定回路である。また、（２１７）は
走査変換回路、（２１８）はバッファ量／ステップサイ
ズ変換回路である。

第１２図構成の符号化装置に係る動作について説明する
。フレームメモリ（２０１）に入力された画像は減算回
路（２０６）で予測値との誤差が計算される。該予測誤
差はＤＣ丁回路（２０３）で変換され変換係数が圧力さ
れる。変換係数は量子化回路（２０４）で量子化されて
、多重化回路（’２１１　）に入力される。また、量子
化された変換係数は逆ＤＣＴ回路（２０５）で予測誤差
に変換され、ブロックメモリ（２Ｈ）に保持された予測
値と加算回路（２０６）で加算され、フレームメモリ（
２０７）　　に保持される。動き検出回路（２１０）で
はフレームメモリ（２０１）の符号化しようとする画像
データと、フレームメモリ　　　　゛（２０７）に保持
された前回の符号化、復号化した画像データとを用いて
動き量を検出し、動き情報を可変遅延回路（２０９）　
と多重化回路（２１１）に送る。

可変遅延回路（２（＋９）では動き情報を基にフレーム
メモリ（２０７）に保持された画像データから予測値を
求め、減算回路（２０２）　に送るとともに、ブロック
メモリ（２０８）に保持する。顔検出回路（２１５）で
はフレームメモリ（２０１）の符号化しようとする画像
データと、フレーム遅延回路（２１３）で遅延されてフ
レームメモリ（２１４）に保持されている画像データと
を用いて、頭領域の検出を行い、頭領域情報を多重化回
路（２１１）に送る。多重化回路（２１１）では、量子
化された符号と、量子化ステップサイズ情報と、動き情
報と、頭領域情報を多重してバッファ（２１２）　に送
る。ステップサイズ決定回路（２１６）では、バッファ
（２１２）の符号量に応じて量子化ステップサイズを決
定して、量子化回路（２０４）を制御する。

第１３図は、上記の装置において、顔検出回路（２１５
）で検出した頭領域情報を基に量子化された変換係数の
走査を第１４図に示すような走査変換を走査変換回路（
２１７）で行っている。ここで、第１４図は符号量配分
差別化の原理を示している。同図ｆａ）に示す頭領域の
走査は変換係数全部を符号化することを表わし、同図（
ｂ）に示す頭具外の領域の走査はある数で変換係数を制
限して、それ以上の変換係数は無視して符号化しないこ
とで、割り当てる符号量を差別化する。

以上説明したように、量子化ステップサイズを変化させ
て、符号量を制御する装置或いは変換係数の数を制限す
ることで符号量を制御する装置は一般に用いられている
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来装置において、符号量を制
限するのに符号化部のパラメータを変化させることで制
御すると、圧縮比を上げるには限界がある。例えば、０
．０３ビット／画素の圧縮比は１ブロツク当たり２ビツ
トの符号になり、直流成分程度が符号化できるかどうか
である。したがって、符号化部の制御だけではある程度
以上の符号量の削減は不可能であった。

この発明は、係る問題点を解決するためになされたもの
であり、広範囲の符号量に対応できる画像信号の符号化
装置並びに復号化装置を提供することを目的としている
。

（課題を解決するための手段） この発明に係る画像信号の符号化並びに復号化装置は、
画像信号を任意の画素数に変換する手段と、画像信号の
ディジタル変換信号をＭ×Ｎ（Ｍ、Ｎは任意の整数）の
大きさのブロックに分割し２次元の直交変換を行う手段
と、上記直交変換によって得られた変換係数を任意の圧
縮比で符号化する可変長符号化手段と、符号量情報を入
力する手段と、符号量情報を符号に付加する手段と、符
号量情報に基づいて最適な原画素数と圧縮比を求め原画
素数と圧縮比を制御する手段とを有し、符号量情報に基
づいた画素数と可変長符号化を行うものである。

また、上記構成の画像信号の符号化装置において、上記
可変長符号化手段に、変換係数を任意の量子化ステップ
サイズで量子化することで符号量を制御する手段を用い
たものである。

また、上記構成の画像信号の符号化装置において、上記
可変長符号化手段に、変換係数の数を制限することで符
号量を制御する手段を用いたものである。

また、上記構成の画像信号の符号化装置において、上記
可変長符号化手段に、変換係数の数を制限することで符
号量を制御する手段と、変換係数を任意の量子化幅で量
子化することで符号量を制御する手段を用いたものであ
る。

また、上記構成の画像信号の符号化装置において、符号
量情報を入力する手段に、スライドスイッチ或いは回転
式のスイッチを用いて符号量情報を連続的に入力するも
のである。

また、この発明に係る画像信号の復号化装置は、上記構
成の画像信号の符号化装置により符号化された符号から
変換係数を復号化する手段と、復号化された変換係数を
逆直交変換によって画像ディジタル信号に変換する手段
と、該画像ディジタル信号を直接画像信号に変換する手
段と、復号時の圧縮比と復号画像の画素数を制御する手
段とを有し、符号に付加された符号量情報を基に圧縮比
と原画素数を制御するものである。

また、上記構成の画像信号の復号化装置において、上記
ディジタル信号を画像信号に直接変換する手段を、復号
化したディジタル信号を固定画素数のディジタル信号に
変換し、そのディジタル信号を画像信号に変換する手段
とで構成したものである。

〔作用〕

この発明による画像信号の符号化装置においては、符号
量情報に基づいた画素数と可変長符号化を行う。

また、可変長符号化手段に、変換係数を任意の量子化ス
テップサイズで量子化することで符号量を制御する手段
を用いたことにより、量子化ステップサイズを大きくす
ると符号量は減り、逆に小さくすると符号量は増える。

また、可変長符号化手段に、変換係数の数を制限するこ
とで符号量を制御する手段を用いたことにより、圧縮比
は有効な変換係数の数で制御される。

また、可変長符号化手段に、変換係数の数を制限するこ
とで符号量を制御する手段と、変換係数を任意の量子化
幅で量子化することで符号量を制御する手段を用いたこ
とにより、圧縮比は有効な変換係数の数と量子化ステッ
プサイズの２要因で制御される。

また、符号量情報を入力する手段に、スライドスイッチ
或いは回転式のスイッチを用いたことにより符号量情報
を連続的に入力する。

また、この発明に係る画像信号の復号化装置は、符号に
付加された符号量情報を基に圧縮比と原画素数を制御す
る。

また、ディジタル信号を画像信号に直接変換する手段を
、復号化したディジタル信号を固定画素数のディジタル
信号に変換し、そのディジタル信号を画像信号に変換す
る手段とで構成したことにより、画素数変換部を分離す
ることで既存の画像信号変換部を利用でき実現が容易と
なる。

〔実施例〕

以下、この発明を図示実施例に基づいて説明する。第１
図はこの発明の一実施例による符号化装置のブロック図
を示し、（１）は画像信号、（２）は画像信号（１）を
ディジタル信号に変換する＾／Ｄ変換部、（３）はディ
ジタル信号を格納する画像メモリ、（４）は画像メモリ
（３）のディジタル信号を任意の画素数に変換して、Ｍ
×Ｎ　（Ｍ、Ｎは任意の整数）のブロックに分割する画
素数変換部、（５）はブロック毎に直交変換を行う直交
変換部、（６）は直交変換部（５）で変換された変換係
数、（７）は変換係数を可変長符号化する可変長符号化
部、（８）は符号量情報を入力する符号量情報入力部、
（９）は符号量情報入力部（８）から入力された符号量
情報を基に最適の原画素数と圧縮比を求める符号量制御
部、（ｌＯ）は符号量制御部（９）が画素変換部（４）
を制御する原画素数制御信号、（１１）は符号量制御部
（９）が可変長符号化部（７）を制御する圧縮比制御信
号、（１２）は画像の符号に付加される符号量情報、（
１３）は符号出力である。

上記のように構成された符号化装置においては、原画素
数と圧縮比の２要素で符号量を制御することになる。ま
ず、画像信号（１）は＾１０変換部（２）で画像ディジ
タル信号に変換され、画像メモリ（３）に保持される。

画素数変換部（４）は画像メモリ（３）の画像ディジタ
ル信号を基に原画素数制御信号で指定される原画素数に
変換してＭ×Ｎ（Ｍ、Ｎは任意の整数）画素のブロック
毎に直交変換部（５）に送る。直交変換部（５）ではブ
ロック毎に直交変換を行い変換符号（６）を出力する。

変換符号（６）は可変長符号化部（７）で圧縮比制御信
号（１１）で指定される圧縮比で符号化され、情報量情
報（１２）とともに符号出力（１３）となる。原画素数
制御信号（１０）と圧縮比制御信号（１２）は、符号量
情報入力部（８）から入力された情報を基に符号量制御
部（９）で求められる。

また、第２図ないし第４図は上記可変長符号化部（７）
の各実施態様を示し、可変長符号化部（７）を、第２図
では量子化部（１４）とその他の可変長符号化部（１５
）で構成している。圧縮比の制御は変換符号の量子化時
に、量子化ステップサイズを変化させることで行える。

すなわち、量子化ステップサイズを大きくすると、符号
量は減り、小さくすると符号量は増える。

同様に、第３図では可変長符号化部（７）を係数制限部
（１６）とその他の可変長符号化部（１７）で構成して
おり、圧縮比は有効な変換係数の数で制御される。

同様に、第４図では可変長符号化部（７）を係数制限部
（１６）と量子化部（１４）及びその他の可変長符号化
部（１８）で構成しており、圧縮比は有効な変換係数の
数と、量子化ステップサイズの２要因で制御される。

次に、第５図は復号化装置の一実施例のブロック図を示
し、（１９）は復号化部、（２０）は復号化部（１９）
で復号された変換係数、（２１）は逆直交変換部、（２
２）は画像ディジタル信号を画像信号（１）に変換する
画素数変換画像信号変換部、（２３）は符号量信号（１
２）から原画素数と圧縮比を求め、復号化部（１９）と
画像信号変換部（２２）を制御する復号制御部、（２４
）は復号部（１９）の復号時の圧縮比を制御する圧縮比
制御信号、（２５）は画像信号変換部（２２）での画像
ディジタル信号の画素数を指示する原画素数制御信号で
ある。

上記のように構成された復号化装置においては、符号の
うち符号量信号（１２）を取り出し、復号制御部（２３
）は原画素数と圧縮比を求め、復号化部（１９）に対し
ては圧締比制御信号（２４）で制御し、画素数変換画像
信号変換部（２２）に対しては原画素数制御信号（２５
）で制御する。復号化部（１９）は圧縮比制御信号（２
４）を基に復号し、変換係数（２ｏ）を出力する。逆直
交変換部（２１）では、変換係数（２ｏ）を逆変換して
画像ディジタル信号を出力する０画素数変換画像信号変
換部（２２）では該画像ディジタル信号を原画素数制御
信号（２５）を基に画像信号に変換する。

また、第６図は上記画素数変換画像信号変換部（２２）
を、画素数変換部（２６）と画像メモリ（２７）及び画
像信号変換部（２７）とで構成した実施態様を示し、画
素数変換部（２６）を分離することで、既存の画像信号
変換部（２８）を利用できるので、実現が容易となる。

さらに、第７図（ａ）　、　（ｂ）に示す実施態様では
、符号量情報入力の操作部にスライドスイッチ（２９）
或は回転式スイッチ（３０）を用いることで、符号量が
連続的に変化する情報を入力することを容易にする。

上記構成によれば、画像の画素数毎の符号量とＳ／Ｈの
関係は、第８図の画素数による符号量−Ｓ／Ｎグラフに
示すような曲線で表わされることが実験の結果判明した
。実験に使用したシステム１ｔＪｐＥａ方式の基本シス
テム相当でハフマン符号は最適化して用いた。Ｓ／Ｎは
原画像との平均自乗誤差を用いて画質の判定指標とした
。まず、原画素数が大きい方が同じ圧縮比ならば情報量
が多い。

しかし、同じ画質を得る為に必要な符号量は、ある画質
までは原画素数が大きい方が少ないことがわかる。つま
り、圧縮比を上げて符号量を少なくして行くと画質が急
、激に低下して、原画素数が少ない画像をより低い圧縮
比で符号化したものと逆転する。この関係から、同一符
号量で最も画質の良い原画素数が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、符号量を広範囲
に変化させるために、符号化する原画の画素数と符号化
器での圧縮比の２要素で制御する符号化装置により原画
素数と圧縮比を最適に制御することができ、指定された
符号量での最も画質の良い画像を符号化復号化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図はこの発明を説明するもので、第１
図は符号化装置のブロック図、第２図は量子化回路を持
つ符号化装置のブロック図、第３図は係数制限回路を持
つ符号化装置のブロック図、第４図は係数制限回路と量
子化回路を持つ符号化装置のブロック図、第５図は復号
化装置のブロック図、第６図は画素変換回路と画像信号
変換回路を持つ復号化装置のブロック図、第７図は符号
量情報入力のスライドスイッチ或いは回転式スイッチを
用いた実施例の外観図、第８図は画素数・による符号量
−５／Ｎのグラフの説明図、第９図はＪＰＥＧ方式の基
本システムの構成概念図、第１０図はジグザグ走査の順
番を示す説明図、Ｈｘｒ図は量子化スケ−ソングファク
タと量子化の説明図、第１２図と５第１３図は従来例の
ブロック図、第１４図は従来例の走査変換の符号量配分
差別化の説明図である。 図において、（１）は画像信号、（４）は画素数変換部
、（７）は可変長符号化部、（８）は符号量情報入力部
、（９）は符号量制御部、（ｔｏ）、　　（２３）は原
画素数制御信号、（１１）、　（２４）は圧縮比制御信
号、（１２）は符号量情報、（１８）は復号部、（２１
）は画素数変換画像信号変換部、（２２）は復号制御部
、（２５）は画素数変換部である。 なお、各図中、同一符号は同一、または相当部分を示す
。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像信号を任意の画素数に変換する手段と、画像
   信号のディジタル変換信号をＭ×Ｎ（Ｍ、Ｎは任意の整
   数）の大きさのブロックに分割し２次元の直交変換を行
   う手段と、上記直交変換によって得られた変換係数を任
   意の圧縮比で符号化する可変長符号化手段と、符号量情
   報を入力する手段と、符号量情報を符号に付加する手段
   と、符号量情報に基づいて最適な原画素数と圧縮比を求
   め原画素数と圧縮比を制御する手段とを有し、符号量情
   報に基づいた画素数と可変長符号化を行うことを特徴と
   する画像信号の符号化装置。
2. （２）請求項（１）記載の画像信号の符号化装置におい
   て、上記可変長符号化手段に、変換係数を任意の量子化
   ステップサイズで量子化することで符号量を制御する手
   段を用いたことを特徴とする画像信号の符号化装置。
3. （３）請求項（１）記載の画像信号の符号化装置におい
   て、上記可変長符号化手段に、変換係数の数を制限する
   ことで符号量を制御する手段を用いたことを特徴とする
   画像信号の符号化装置。
4. （４）請求項（１）の画像信号の符号化装置において、
   上記可変長符号化手段に、変換係数の数を制限すること
   で符号量を制御する手段と、変換係数を任意の量子化幅
   で量子化することで符号量を制御する手段を用いたこと
   を特徴とする画像信号の符号化装置。
5. （５）請求項（１）ないし（４）のいずれかに記載され
   た画像信号の符号化装置において、符号量情報を入力す
   る手段に、スライドスイッチ或いは回転式のスイッチを
   用いて符号量情報を連続的に入力することを特徴とする
   画像信号の符号化装置。
6. （６）画像信号の符号化装置により符号化された符号か
   ら変換係数を復号化する手段と、復号化された変換係数
   を逆直交変換によって画像ディジタル信号に変換する手
   段と、該画像ディジタル信号を直接画像信号に変換する
   手段と、復号時の圧縮比と復号画像の画素数を制御する
   手段とを有し、符号に付加された符号量情報を基に圧縮
   比と原画素数を制御することを特徴とする画像信号の復
   号化装置。
7. （７）請求項（６）記載の画像信号の復号化装置におい
   て、上記ディジタル信号を画像信号に直接変換する手段
   を、復号化したディジタル信号を固定画素数のディジタ
   ル信号に変換し、そのディジタル信号を画像信号に変換
   する手段とで構成したことを特徴とする画像信号の復号
   化装置。