JPH04255190A - 画像データ圧縮装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】ディジタル画像データの伝送ある
いは記録を行なう装置において、数フレームあるいは数
フィールド当たりの画像データの情報発生量を一定とす
る制御を行なう際の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、テレビジョン学会技術
報告「ＡＤＲＣの将来の民生用ディジタルＶＴＲへの応
用」に述べられている適応型ダイナミックレンジ符号化
（Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｇｅ　Ｃ
ｏｄｉｎｇ；以下ＡＤＲＣと記す）のための制御方法が
挙げられる。ＡＤＲＣでは、図６に示すように入力端子
５１より入力されるディジタルビデオ信号をブロック化
し、最大値最小値検出回路５３により最大値および最小
値を求め、減算回路５４により該最大値と該最小値の差
分を取ることによりダイナミックレンジを得て、ブロッ
ク内の各点の信号レベルと上記最小値の差分を量子化回
路６１により上記ダイナミックレンジおよび上記ダイナ
ミックレンジの分布より求めたしきい値に応じて量子化
する。そして該量子化した差分データと上記最小値およ
び上記ダイナミックレンジを符号化して伝送する。小さ
なダイナミックレンジのブロックは短いビット長で、大
きなダイナミックレンジのブロックは長いビット長で量
子化を行なうことにより効率のよい可変長符号化を行な
うことができる。この方式では情報発生量（符号化され
た画像データのデータ量）がダイナミックレンジ分布に
よってのみ決まるため、量子化前に度数分布検出回路５
９により１画面分のダイナミックレンジの度数分布を求
めて、しきい値設定回路６０により量子化のためのダイ
ナミックレンジのしきい値を決定することで、１画面当
たりの情報発生量を一定にする量子化の制御を行なうこ
とができる。例えば、図７に示すように最大８ビットの
ダイナミックレンジをもつデータに対して０から４ビッ
ト割当を行なう量子化の場合、ダイナミックレンジの度
数分布に合わせて４つのしきい値ＴＨ０からＴＨ３を変
化させることで１画面当たりの情報発生量を一定にする
。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上に述べた従来技術は
、画像データのダイナミックレンジ分布に応じて量子化
の方法を決定して１画面当たりの情報発生量を一定にす
る方法である。しかし、この方法はＡＤＲＣのように符
号化前にダイナミックレンジ分布によって一義的に符号
化後の情報発生量が求まる画像符号化方式に対しては有
効な方法であるが、高能率の画像符号化を実現するＤＣ
Ｔ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｃｏｓｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏ
ｒｍ　；　離散コサイン変換）のように符号化前におい
て符号化後の正確な情報発生量を知ることの困難な画像
符号化方式に対しては有効ではない。このような画像符
号化方式に対しても有効な情報量発生の制御方法を与え
ることが本発明の第１の課題である。

【０００４】さらに、上記従来技術は１画面当たりの情
報量を一定にすることのみを目的として量子化の方法を
決定しているが、それだけでは不十分であり、その条件
を守ってかつ最適の画質を確保しなければならない。こ
れが本発明の解決する第２の課題である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
るために、本発明では１画面当たりの発生情報量を一定
とする目標情報発生率（以下、情報発生率をビットレー
トと記す）を設定し、これと実際の符号化後のビットレ
ートを比較し、その比較結果により量子化条件を変化さ
せるようにした。

【０００６】上記第２の課題を解決するために、本発明
では量子化前の画像データより符号化後のビットレート
を予測し、その予測結果より目標ビットレートを設定す
るようにした。

【０００７】

【作用】目標ビットレートと実際の符号化後のビットレ
ートの比較結果より量子化条件を変化させることにより
、符号化後のビットレートが目標ビットレートに等しく
なるように制御し、１画面当たりの発生情報量を一定と
することができる。目標ビットレートの設定には必ずし
も正確な情報発生量の予測は必要ではないため本発明は
ＤＣＴなどの符号化方式にも適用できる。

【０００８】固定の量子化条件に基づいて予測した符号
化後のビットレートは、１画面当たりの発生情報量は一
定とならないが、画質を最適化するための情報量の分布
を与える。この分布より１画面当たりの発生情報量を一
定とするビットレートの分布を算出することにより、画
質を最適化し、かつ１画面当たりの発生情報量を一定と
する目標ビットレートを求める。この目標ビットレート
に沿うように量子化条件を随時変化させることにより、
画質を最適化した符号を発生させる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１０】図１は、本発明の圧縮装置の第１の実施例
の基本構成図である。１は入力端子、２はブロック化回
路、３はデータ演算回路、４は遅延回路、５はスカラー
量子化回路、６はエントロピー符号化回路、７はフレー
ムバッファー、８はビットレート検出器、９は量子化テ
ーブル、１０はビットレート予測器、１１は目標ビット
レート設定回路、１２は量子化テーブル制御回路、１３
は出力端子である。

【００１１】入力端子１より入力されるディジタルビデ
オ信号をブロック化回路２によりブロック化し、各ブロ
ック毎にデータ演算回路３により処理し、変換画像イメ
ージとする。データ変換の例としては、離散コサイン変
換（ＤＣＴ）、Ｋ−Ｌ変換などの直交変換や、従来の技
術の項で説明したＡＤＲＣ（適応的ダイナミックレンジ
符号化）や、ＤＰＣＭなどがある。上記変換画像イメー
ジを遅延回路４で遅延させ、スカラー量子化回路５にお
いて量子化テーブル９に基づいて量子化し、エントロピ
ー符号化回路６により可変長符号化し、フレームバッフ
ァー７により一時蓄える。フレームバッファー７には入
出力が非同期で行なえるメモリを使用し、画像データを
一定のビットレートにより読み出し、出力端子１３より
記録信号として出力する。

【００１２】エントロピー符号化回路６の構成例を図８
および９に示す。この例は、データ演算回路３が広義の
周波数成分への変換である場合にハフマン符号化を適用
したものであり、ＤＣ成分とＡＣ成分は別処理をする。

【００１３】図８はＤＣ成分のエントロピー符号化回路
である。７０は入力端子、７１はブロック遅延回路、７
２は減算器、７３はグループ化回路、７４は１次元ハフ
マン符号化回路、７５はＤＣ符号テーブルである。入力
端子７０よりＤＣ成分を入力し、減算器７２により、ブ
ロック遅延回路７１で１ブロック遅延させた信号と遅延
していない信号の差分をとる。該差分データをグループ
化回路７３によりグループ番号（ＳＳＳＳ；２進数４ビ
ット）とグループ内での値を示す付加ビットに変換する
。差分データとグループ番号および付加ビットの長さの
関係を表１に示す。該グループ番号は、ＤＣ符号テーブ
ル７５に基づいて１次元ハフマン符号化回路７４により
ハフマン符号に変換し、付加ビットをその後につけて出
力する。

【００１４】

【表１】

【００１５】図９はＡＣ成分のエントロピー符号化回路
である。８０は入力端子、８１はジグザグスキャン回路
、８３はランレングスカウンター、８４はグループ化回
路、８５はＡＣ符号テーブル、８６は２次元ハフマン符
号化回路である。入力端子８０より入力される各ブロッ
クのＡＣ係数をジグザグスキャン回路８１により高周波
成分ほど後に来るように１次元に並べ変える。該並べ変
えた信号において０の係数（無効係数）が連続する場合
はその長さをランレングス（ＮＮＮＮ）としてランレン
グスカウンター８３でカウントする。０以外の係数（有
効係数）は、ＤＣ成分と同じ方法によりグループ化回路
８４によりグループ化し、グループ番号（ＳＳＳＳ）と
付加ビットに変換する。２次元符号化回路８６はＡＣ符
号テーブル８５に基づいて、ランレングスとそれを止め
ている有効係数のグループ番号を２次元ハフマン符号化
する。該ハフマン符号のあとに付加ビットを付けて出力
をする。

【００１６】回路ブロック８、１０、１１および１２は
すべて量子化テーブル９を画像内容に応じて変化させる
ための回路である。ビットレート予測器１０は変換画像
イメージよりブロック毎に符号化後の符号長を予測し、
目標ビットレート設定回路１１はその符号長より目標ビ
ットレートを算出し、１フレームないしは１フィールド
（以下、１画面と記す。）分の目標ビットレートを記憶
する。ビットレート検出器８はエントロピー符号化回路
から出力される符号列より実際の符号化後の画像データ
のビットレートを検出する（以下、該ビットレートを検
出ビットレートと記す）。量子化テーブル制御回路１２
は該検出ビットレートの目標ビットレートに対する偏差
に基づいて該検出ビットレートが目標ビットレートに沿
うように量子化テーブルを変化させる。

【００１７】図２にビットレート予測器１０と目標ビッ
トレート設定回路の構成例を示す。１４は入力端子、１
５は量子化回路、１６はエントロピー符号化回路、１７
は符号長計算回路、１８はメモリー、１９は目標ビット
レート計算回路、２０は全符号長計算回路、２１は量子
化テーブル、２２は出力端子である。変換画像データを
入力端子１４より入力し、量子化回路１５において量子
化する。この量子化は固定された量子化テーブル２１に
基づいて行なう。この量子化した画像データをエントロ
ピー符号化回路１６により符号化する。この符号化方式
は図１のエントロピー符号化回路６と同一の方式のもの
でなければならないが、実際の符号を発生する必要はな
く、次の処理ブロックである符号長計算回路１７におい
て符号長を計算できる形の信号を出力する簡易的な符号
化回路でよい。この出力より符号長計算回路１７におい
てブロック毎の符号長を算出し、その結果をメモリー１
８に１画面分保持し、全符号長計算回路２０において１
画面の全符号長を計算する。この全符号長およびメモリ
ー１８の符号長データより目標ビットレート計算回路１
９において目標ビットレートを算出し、出力端子２２よ
り出力する。

【００１８】エントロピー符号化回路１６および符号長
計算回路１７の構成例を図１０に示す。この例は、図１
のエントロピー符号化回路６の構成例図８および９と同
様にデータ演算回路３が広義の周波数成分への変換であ
る場合のものである。

【００１９】入力端子９０より変換画像データを入力し
、ジグザグスキャン回路９１でＤＣ成分とＡＣ成分に分
け、ＡＣ成分についてはブロック内のジグザグスキャン
により１次元に並び変える。図８および９のエントロピ
ー符号化回路と同様にして、ＤＣ成分についてはブロッ
ク遅延回路１０１、減算器１０２およびグループ化回路
９２によりグループ番号を算出する。ＡＣ成分について
も、ランレングスカウンター９７およびグループ化回路
９８により、ランレングスおよびグループ番号を算出す
る。グループ化回路９２および９８は同一の処理であり
、一つの回路を時分割処理により兼用することも可能で
ある。ＤＣ、ＡＣどちらの場合も付加ビットは不要であ
る。なぜなら、ハフマン符号の符号長は、１次元の場合
はグループ番号のみで決まり、２次元の場合はグループ
番号とランレングスの組によって決まるからである。 付加ビットの長さはグループ番号の値に等しい。ＤＣ符
号長テーブル９３はＤＣ成分のグループ番号と符号長の
関係を示すテーブルであり、ＡＣ符号長テーブル９９は
ＡＣ成分のグループ番号ならびにランレングスと符号長
の関係を示すテーブルである。ＤＣ符号長テーブル９３
あるいはＡＣ符号長テーブル９９を参照してハフマン符
号の符号長を求め、これに加算器９４あるいは９６によ
りグループ番号を加算してＤＣあるいはＡＣ成分の符号
長を得る。ブロック遅延回路１０３によりＡＣとＤＣの
符号長のタイミングを合わせて、加算器９５で両符号長
を加算して出力端子１００にブロックの全符号長を出力
する。

【００２０】目標ビットレート算出回路１９の一例は、
メモリー１８の各ブロックの符号長データに比例して目
標ビットレートを設定する方法であり、次式により表さ
れる。

【００２１】

【数１】

【００２２】ここでＢは目標ビットレート（正確にはブ
ロックあたりの符号長）、Ｂ’はメモリー１８の符号長
データ、Ｍは１画面の全符号長、Ｎは１画面の目標デー
タ長である。

【００２３】ビットレート予測器１０のもう１つの構成
例を図３に示す。３０は入力端子、３１はＡＣエネルギ
ー計算回路、３２はメモリー、３３は総エネルギー計算
回路、３４は目標ビットレート計算回路、３５は出力端
子である。入力端子３０より入力される変換画像データ
より、ブロック毎に交流成分のエネルギーを求める（以
下、該エネルギーをＡＣエネルギーと記す）。メモリー
３２に該ＡＣエネルギーの１画面分のデータを保持し、
総エネルギー計算回路３３では該ＡＣエネルギーを積算
して１画面の総エネルギーを算出する。この例では、Ａ
Ｃエネルギーと符号化後のビットレートの相関性に基づ
いて、ＡＣエネルギーの分布をもって符号化後の予測ビ
ットレートを代用する。目標ビットレート計算回路３４
では、上記１画面分のＡＣエネルギーデータと上記総エ
ネルギーに依存して目標ビットレートを設定する。具体
的な目標ビットレートの設定方法は、図２の目標ビット
レート計算回路１９と同様である。

【００２４】量子化テーブル９をＲＯＭ（読み出し専用
メモリー）を用いて構成した例を図４に示す。この図は
、ＲＯＭのアドレスマップを表している。該ＲＯＭに複
数個ｎの量子化条件の設定を記録し、条件の変更は該Ｒ
ＯＭからの読み出し開始アドレスを変更することによっ
て行なう。各量子化条件の設定は、対応して発生するビ
ットレートの大小の順序にＲＯＭ内に連続して格納する
。

【００２５】図１の量子化テーブル制御回路１２の構成
例を図５に示す。４０および４１は入力端子、４２は減
算回路、４３は積分回路、４４はアドレス発生回路、４
５は出力端子である。入力端子４０より目標ビットレー
トを、入力端子４１より図１のビットレート検出器８で
検出した検出ビットレートを入力する。減算回路４２に
おいて、上記検出ビットレートの目標ビットレートから
の偏差を求め、積分回路４３において該偏差の累積を求
める。該累積偏差の値に応じてアドレス発生回路４４は
量子化テーブル用ＲＯＭ内のアドレスを発生し、量子化
テーブルの選択を行なう。

【００２６】

【発明の効果】記録媒体に１画面のデータ量に上限が規
定され、かつその上限が実際の画像データのデータ量を
下回るためにデータの圧縮を必要とする場合に、本発明
を用いて画像データの圧縮を行ない、記録を行なえば、
上記条件を満足し、かつそのデータ量上限における最適
の画像を記録することが可能となる。

【００２７】また、画像データの伝送系においても、１
画面のデータ伝送率に上限が規定され、データの圧縮を
必要とする場合に、該条件を満足し、かつ最適の画像を
伝送することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の基本構成図である。

【図２】図１のビットレート予測器１０の第１の構成例
図である。

【図３】図１のビットレート予測器１０の第２の構成例
図である。

【図４】図１の量子化テーブルの構成例図である。

【図５】図１の量子化テーブル制御回路１２の構成例図
である。

【図６】従来技術のＡＤＲＣ画像符号化方式のブロック
図である。

【図７】上記方式の量子化のビット割当方法の概念図で
ある。

【図８】図１のエントロピー符号化回路６の構成例（Ｄ
Ｃ成分）を示す図である。

【図９】図１のエントロピー符号化回路６の構成例（Ａ
Ｃ成分）を示す図である。

【図１０】図２のエントロピー符号化回路１６および符
号長計算回路１７の構成例を示す図である。

【符号の説明】

２…ブロック化回路、 ３…データ演算回路、 ４…遅延回路、 ５…スカラー量子化回路、 ６…エントロピー符号化回路、 ７…フレームバッファー、 ８…ビットレート検出器、 ９…量子化テーブル、 １０…ビットレート予測器、 １１…目標ビットレート設定回路、 １２…量子化テーブル制御回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像データの圧縮装置において、画像デー
   タの量子化回路、量子化後の画像データを可変長符号化
   する回路および該符号化後の数フレームあるいは数フィ
   ールドの画像データを記憶する手段を有し、量子化前の
   画像データに応じて目標とすべき上記符号化後の情報発
   生量を設定する回路と、実際の上記可変長符号化後の情
   報発生量を検出する回路を有し、上記目標情報発生量お
   よび上記可変長符号化後の情報発生量により量子化の条
   件を決定するパラメータを変化させることを特徴とした
   画像データ圧縮装置。
2. 【請求項２】目標情報発生量と可変長符号化後の情報発
   生量の差分により量子化の条件を決定するパラメータを
   変化させる構成を備える請求項１に記載の画像データ圧
   縮装置。
3. 【請求項３】量子化回路前に、画像データを広義の空間
   周波成分に変換する手段を設け、該変換後の画像データ
   を量子化回路に入力することとし、上記変換画像データ
   の交流成分の大きさに応じて上記目標情報発生量を設定
   する構成を備える請求項１に記載の画像データ圧縮装置
   。
4. 【請求項４】目標情報発生量を算出する回路において、
   ある特定の量子化条件における上記可変長符号化後の情
   報発生量を予測する手段を有し、該予測情報発生量に比
   例し、かつ数フレームあるいは数フィールドにわたる積
   分値が一定量となる目標情報発生量を設定する構成を備
   える請求項１に記載の画像データ圧縮装置。
5. 【請求項５】第２の可変長符号発生手段を有し、該手段
   により第１の可変長符号化後の情報発生量を予測する構
   成を備える請求項４に記載の画像データ圧縮装置。