JPH04270582A - 直交変換符号化装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像信号を高能率符号
化する場合に、圧縮率を高めるために用いられる直交変
換符号化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】映像信号を録画再生する録画再生装置（
ＶＴＲやビデオディスクなど）を構成するのに、長時間
録画のために元映像信号のデータ量を削減する帯域圧縮
技術（または高能率符号化技術）が用いられている。 この帯域圧縮技術のひとつに直交変換符号化がある。直
交変換符号化は、映像信号をブロック化して、そのブロ
ック単位の周波数分解を行なって、高域成分ほど伝送す
る（記録する）データ量を少なくしていく手法であって
、高域成分ほど劣化を検知しにくいという視覚特性を利
用するものである。

【０００３】以上のような直交変換符号化を行なう従来
の直交変換符号化装置のブロック図を（図７）に示し、
その動作を説明する。

【０００４】（図７）において、１は映像信号のブロッ
ク化信号を入力する本従来例の入力端子、２は前記ブロ
ック化信号を直交変換する直交変換回路、３は前記直交
変換回路２より得る直交変換係数を符号化するために、
その係数並びを並べ換える並べ換え回路、４は前記並べ
換え回路３出力の直交変換係数を符号化する符号化回路
、５は本従来例である直交変換装置の出力端子であって
符号化データを出力する。また、前記符号化回路４は、
前記直交変換係数をあるステップ幅で量子化する量子化
器４１と、所望のデータ量におさめるために適するステ
ップ幅を持つ量子化器を選択する量子化選択回路と、前
記量子化器４１出力の量子化データを符号化する符号化
器４３とで構成される。

【０００５】前記符号化器４３は、符号化した符号語の
発生頻度に対して発生頻度の高い符号語ほど短い（デー
タ量の少ない）符号語を割り当てる可変長符号化を用い
る。よって前記量子化選択回路４２は、前記可変長符号
化を施された結果のデータ量を計算することにより最適
なステップ幅をもつ量子化器を選択する。

【０００６】（図８）は、前記並べ換え回路３の動作を
説明するための前記直交変換回路２出力Ａと並べ換え回
路３出力Ｂにおける１ブロック単位の係数並びを示して
いる。同図の係数並びは、本従来例の直交変換符号化装
置が水平方向および垂直方向の２次元直交変換の手法を
取り入れて、そのブロックは水平４画素、垂直４画素の
ブロックサイズを持っているものである。よって（図８
）信号Ａでは水平方向４係数、垂直方向４係数の１６係
数で１ブロックを構成する。図のブロックにおいて、各
係数が表わす周波数成分は左方ほど水平方向の低域に対
応し、上方ほど垂直方向の低域に対応するものとする。 ２次元直交変換を行なう直交変換回路２の構成は、水平
方向と垂直方向の一方向の直交変換を施した後にもう一
方向の直交変換を行なうので、信号Ａのような係数並び
になっている。

【０００７】しかし、２次元直交変換に対する符号化の
ためには、信号Ｂの係数並びに示すようなジグザグスキ
ャンと言われる２次元周波数的に低域（水平・垂直とも
に低域で図の左上方）から高域（図の右下方）に並びが
適する。つまり直流成分を含めて低域成分ほど視覚に対
する影響が大きいためで、低域ほどより重要な成分とす
るものである。そのため、符号化回路４では、まず最も
粗いステップ幅で量子化した状態からはじめてデータ量
が所望のデータ量になるまで係数並びの最初の法から順
にステップ幅を細かくしていけばよい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では以下のような課題を有している。

【０００９】符号化によるデータ量でみれば、データ量
の大きいブロックには大振幅の周波数成分を含んだブロ
ック、データ量の小さいブロックには小振幅の周波数成
分しか含まないブロックがある。これら２種類のブロッ
クについて、データ量削減のために同様のステップ幅を
割り当てられた場合、後者の小振幅の周波数成分しか含
まないブロックの係数は大半が削除（係数を０に割当て
）される。これは、平坦な画面のブロックではあるけれ
ども重要な情報が失われてブロックノイズが発生する（
例えば背景の草木や空に顕著）。それに比べ、前者の大
振幅の周波数成分を含むブロックは、その周波数成分の
振幅のためステップ幅によって削除されることはなく、
よって量子化誤差による影響は視覚的に後者のブロック
より小さい。

【００１０】しかしながら、前記従来の直交変換符号化
装置の符号化回路４内で行なう最適量子化が、前記ブロ
ック単位毎に行なうので、ブロック間の量子化器の選択
制御（データ量制御）が困難で、上記小振幅の周波数成
分しか含まないようなブロックも前記大振幅の周波数成
分を含むブロックと同じように量子化選択操作がおこな
われ、背景のような平坦な部分の画質を劣化させていた
。

【００１１】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ブ
ロック間に渡るデータ量制御を容易にならしめ、かつ回
路規模増加も非常に少ない直交変換符号化装置を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、直交変換され
た変換係数を符号化するための係数並びに並べ換える並
べ換え手段と、前記並べ換え手段と並行して前記変換係
数の最大値を検出する最大値検出手段、または前記並べ
換え手段と並行して前記変換係数の最大値を検出する最
大値検出手段と前記最大値検出手段によって得られた最
大値を複数の閾値に応じて所定のクラス分けを行なうク
ラス分け手段、または前記並べ換え手段と並行して前記
変換係数を複数の閾値に応じて所定のクラス分けを行な
うクラス分け手段と、前記クラス分け手段によって得ら
れたクラスの最大変換係数に対するクラスを検出する最
大クラス検出手段を備えていることを特徴とする直交変
換符号化装置である。

【００１３】

【作用】以上構成により、本発明は、各ブロック内に含
まれる周波数成分のうちの最大振幅相当する変換係数の
最大値の値そのものまたはクラス分けした結果を得るの
で、後段の符号化時にブロック毎の周波数成分の振幅が
容易に分かり、小振幅でも重要な周波数成分を削除する
ことなくデータ量制御できる。さらに、前記周波数成分
の最大値またはクラスを得るのに、前記並べ換え回路と
並行で実行するので、前記最大値またはクラスの検出の
ために新たなメモリを必要としない。

【００１４】

【実施例】（図１）は本発明の第１の実施例における直
交変換符号化装置のブロック図である。同図の１は本実
施例の入力端子で前記従来例と同様に１ブロック当り水
平４画素、垂直４画素のブロックサイズを持つ。２は直
交変換回路で前記４×４画素の入力ブロックを２次元直
交変換し、３は４の符号化回路において２次元周波数的
に量子化及び符号化を行なうための前記直交変換回路２
出力の変換係数の並びを２次元周波数における低域から
高域へ並ぶように並べ換える並べ換え回路である。５は
符号化回路４によって符号化された直交変換係数を出力
する出力端子である。ここで、６０は前記直交変換回路
２出力の変換係数（Ａ）にたいして、１ブロック毎に係
数の最大値を求める最大値検出回路である。

【００１５】以上構成において、その動作を（図２）の
ブロック内の変換係数の振幅値の変化図を用いて説明す
る。

【００１６】（図２）の（ａ）はブロック内に含まれる
周波数成分の振幅が比較的小さなもののみで構成された
ブロック、（ｂ）は比較的大きな振幅の周波数成分を含
むブロックについての変換係数の振幅の変化を示してい
る。図中Ａは直交変換回路２出力の変化を、Ｃは最大値
検出回路６０出力の変化を示す。また（ａ），（ｂ）そ
れぞれにおいて、横軸は係数の順番を示しており、前記
（図８）従来例の変換係数の順番Ａに相当している。ま
た縦軸は振幅の大きさで前記変換係数の絶対値である。

【００１７】さて最大値検出回路６０は、ブロック信号
Ａの係数の順に係数の絶対値を検出するが、１ブロック
の最初の変換係数は直流成分で、最大値検出から除く。 そのため横軸１において、最大値検出回路６０内の最大
値候補を初期値０に設定しておく。以降、最大値候補と
変換係数の絶対値を比較して最大値候補を更新していく
。そして最後の変換係数（図の場合は横軸１６）との比
較を終えた時点で、当該ブロックの変換係数の最大値と
して出力する。

【００１８】以上のような本実施例によれば、最大値検
出回路６０で得たブロック毎の変換係数（直流成分を除
く）の最大値は、後段の符号化回路４内の量子化選択回
路４４に送られる。このようにすれば、量子化選択回路
４４は、前記変換係数の最大値をもとに、大振幅の周波
数成分を含むブロックに比べて、小振幅の周波数成分の
みしか含まないブロックの変換係数を削除する割合を高
くして平坦部での画質劣化を防ぐことができる。

【００１９】なお、上記最大値検出回路６０は量子化選
択回路４４内にも構成させることは可能であるが、最大
値検出の際には１ブロック分の変換係数をすべて比較検
査しなければならず、そのために少なくとも１クロック
分の遅延回路またはメモリが新たに必要になる。しかし
本実施例の構成では、前記並べ換え回路３と並行に実行
するので、遅延回路またはメモリの増加を伴わないので
回路規模の点でも有効な構成である。

【００２０】また、最大値検出回路６０において、直流
成分を最大値検出の対象から除くのは、直流成分はその
他周波数成分で構成される交流成分のブロック全体のオ
フセットであって、いま問題とする周波数成分の振幅値
とは異なって、課題の平坦部の画質劣化には関係しない
からである。

【００２１】（図３）は本発明の第２の実施例における
直交変換装置のブロック図であって、前記第１の実施例
の構成に対して最大値検出回路６０の直後に７０のクラ
ス分け回路を設けたものである。

【００２２】本実施例の動作を（図４）の変換係数の変
化図を用いて説明する。（図４）の直交変換回路２出力
の変換係数の変化Ａ、および最大値検出回路６０による
最大値候補の変化Ｃについては、前記第１の実施例と同
様である。さて、クラス分け回路７０によって分類され
るクラスを、図のようにＰ１，Ｐ２，Ｐ３　の３種類の
閾値を用いて、４種類のクラスを用意する。これら４種
類のクラスを図では変換係数の絶対値の小さい方から０
，１，２，３と番号付けている。（図４）の直交変換係
数の変化Ａの場合には、その最大値が閾値Ｐ３　より大
きいのでクラス３にクラス分け回路７０で検出され、そ
のクラスは後段の符号化回路４内の量子化選択回路４５
によりステップ幅の異なった量子化器を選択するのに用
いられる。

【００２３】前記第１の実施例では直交変換係数の最大
値そのままを符号化回路４に送ったが、課題とする周波
数成分の振幅が小さい度合はかなり限られた範囲である
。つまり、ある程度変換係数の最大値が大きなブロック
間においてはステップ幅は同じでも影響は少ないので、
最大値が小さいもののみを検出すれば上記課題を解決す
る。それにより量子化選択回路４５における量子化選択
機能には、前記直交変換係数の取り得る範囲をすべてを
表現できるビット数は必要ではない。

【００２４】以上説明より、本実施例では、前記課題を
解決する効果は前述の第１の実施例と同じであって、そ
の上に符号化回路４に送る変換係数の最大値をクラス分
けしたクラスを送ればよいので、その伝送ビット数が少
なくてよいので更に効果的である。

【００２５】つぎに、本発明の第３の実施例について説
明する。（図５）は本実施例における直交変換符号化装
置のブロック図、（図６）は変換係数の変化図である。

【００２６】（図３）において、入力端子１、直交変換
回路２、並べ換え回路３、符号化回路４、および出力端
子５は前記第２の実施例構成（図３）と同構成であって
、新たに７１のクラス分け回路と６１の最大クラス検出
回路を設けている。

【００２７】クラス分け回路７１は（図６）の直交変換
係数Ａを入力として、各直交変換係数の絶対値の大きさ
に応じて、絶対値の小さい変換係数から０，１，２，３
の４種類のクラスに分類する。分類の方法は前記第２の
実施例の場合と同様の３種類の閾値（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３
）　を用いる。その結果を（図６）のＥに示す。

【００２８】つぎに最大クラス検出回路６１は、前記ク
ラスＥをもとに、最大変換係数に相当するクラスを検出
する。この時、本実施例のように大きい変換係数に対す
るクラスを大きな数に割り当てておけば、その割当の数
の最大値を求めるだけでよい。これは前記第１および第
２の実施例の最大値検出回路６０と同機能で容易に実現
できる。しかも、最大値検出回路６０に比べて、その入
力のクラスの取り得る範囲は（本実施例ではクラスは０
〜３で２ビット分）、直交変換係数の取り得る範囲（一
般には８ビット以上を必要としている）ので、最大クラ
ス候補の検出のための比較器および最大クラス候補自体
を記憶しておくレジスタも小さくて済み、非常に有効で
ある。

【００２９】以上のように本実施例によれば、前記課題
を解決する効果は前述の第１および第２の実施例と同じ
であって有効である上に、変換係数をクラス分けを行な
ってから最大クラス検出を行なうので、回路規模が少な
くてよく非常に実用的である。

【００３０】なお、本発明の実施例では、直交変換され
るブロック信号を４×４画素のブロックサイズとしたが
、８×８画素や１６×１６画素のブロックサイズでもよ
い。さらに水平垂直の２次元直交変換ではなく、３次元
の直交変換の場合でもよい。このように、ブロックサイ
ズまた次元数が大きくなって、ブロックを構成する変換
係数の数が多くなればなるほど、本実施例のように変換
係数の最大値または最大クラスの検出を前記並べ換え回
路３と並行して実行するのは、前記検出に新たに遅延器
等を必要としないので更に効果的である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各ブロック内に含まれる周波数成分のうちの最大振幅に
相当する変換係数の最大値の値そのものまたはクラス分
けした結果を得るので、後段の符号化時にブロック毎の
周波数成分の振幅が容易に分かり、小振幅でも重要な周
波数成分を削除することなくデータ量制御できるので、
画質劣化のない直交変換符号化が行えて非常に効果的で
ある。さらに、前記周波数成分の最大値またはクラスを
得るのに、前記並べ換え回路と並行で実行するので、前
記最大値またはクラスの検出のために新たなメモリを必
要としないので、回路規模の点でも有利であってその実
用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における直交変換符号化
装置のブロック図。

【図２】前記第１の実施例を説明するための変換係数の
絶対値の変化図。

【図３】本発明の第２の実施例における直交変換符号化
装置のブロック図。

【図４】前記第２の実施例を説明するための変換係数の
絶対値の変化図。

【図５】本発明の第３の実施例における直交変換符号化
装置のブロック図。

【図６】前記第３の実施例を説明するための変換係数の
絶対値の変化図。

【図７】従来の直交変換符号化装置のブロック図。

【図８】前記従来例の動作を説明するためのブロックの
係数の並べ図。

【符号の説明】 ３　　並べ換え回路 ６０　　最大値検出回路 ６１　　最大クラス検出回路 ７０、７１　　クラス分け回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　映像信号を直交変換して符号化する装
   置であって、直交変換された変換係数を符号化するため
   の係数並びに並べ換える並べ換え手段と、前記並べ換え
   手段と並行して前記変換係数の最大値を検出する最大値
   検出手段を備えていることを特徴とする直交変換符号化
   装置。
2. 【請求項２】　　映像信号を直交変換して符号化する装
   置であって、直交変換された変換係数を符号化するため
   の係数並びに並べ換える並べ換え手段と、前記並べ換え
   手段と並行して前記変換係数の最大値を検出する最大値
   検出手段と、前記最大値検出手段によって得られた最大
   値を複数の閾値に応じて所定のクラス分けを行なうクラ
   ス分け手段を備えていることを特徴とする直交変換符号
   化装置。
3. 【請求項３】　　映像信号を直交変換して符号化する装
   置であって、直交変換された変換係数を符号化するため
   の係数並びに並べ換える並べ換え手段と、前記並べ換え
   手段と並行して前記変換係数を複数の閾値に応じて所定
   のクラス分けを行なうクラス分け手段と、前記クラス分
   け手段によって得られたクラスの最大変換係数に対する
   クラスを検出する最大クラス検出手段を備えていること
   を特徴とする直交変換符号化装置。