JPH04290085A - 画像データ圧縮装置およびこれを用いた画像データ記録再生装置 - 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ＶＴＲ等へ記録を行なうことを目的として、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画像データ圧縮装置およ
びこれを用いた画像データ記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来はアイ・トリプルイー・トランザク
ション・オン・コンスマーエレクトロニクス第３５巻（
１９８９年）第３号第４５０頁から４５６頁（ＩＥＥＥ
　Ｔｒａｎｓ．　ｏｎＣｏｎｓｕｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ，　ｖｏｌ．３５（１９８９），ｎｏ．３，
ｐｐ．４５０−４５６）に記載のように、１フィールド
のデータ量を一定とするために、画像圧縮を行なう部分
をＤＣＴ変換（離散コサイン変換）回路、データ量予測
器、適応的量子化器および可変長符号化器を用いて構成
し、画像データを縦８ピクセル横８ピクセルのブロック
を形成し、ブロック毎にＤＣＴ変換回路において２次元
ＤＣＴ変換を行ない、データ量予測器により可変長符号
化後のデータ量を予測し、その予測に基づいて量子化条
件を選択して量子化を行うことで、可変長符号化後の１
ブロックのデータ量が所定の値の以下に抑え、それによ
って１フィールド単位で発生情報量を所定の値以下に抑
えるように制御していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上に述べた従来技術は
データ発生量を１ブロック毎に所定の値以下に抑える方
式である。量子化条件を一定にした場合、可変長符号化
回路からのデータ発生量は、そのブロックの画像が内在
している本来の情報量を反映して多幅に変化する。即ち
、多くの情報を含んでいるブロックのデータ発生量は多
く、少ない情報量しか含んでいないブロックのデータ発
生量は少ない。高圧縮比の圧縮を実現する場合、１フィ
ールド内でデータ発生量が集中する部分では各ブロック
を十分の画質で再現するためにはブロック毎に割り当て
た所定のデータ量では不十分であることが起こりうる。 これとは逆にデータがほとんど発生しない部分では所定
のデータ量は過剰であることが起こりうる。したがって
、従来技術のように量子化条件を適応的に切り替えてブ
ロック毎にデータ発生量を所定の値以下に抑えようとす
れば、情報をほとんど含まない部分においては必要以上
のデータ量を割り当てるためデータ量の効率的分配とい
う観点から考えて非効率的であり、情報を多く含む部分
において劣化を生じる問題があった。本発明の目的は入
力画像によらず１フィールドの発生データ量を所定の値
にすると同時に一画面内を均一で最適の画質で符号化す
る方法を与えることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、広範囲の画像に対応した複数の量子化条件において量
子化した場合のデータ発生量を見積り、その結果に基づ
いて現フィールドに適した所定数の量子化条件を作成し
、一方で一画面のデータ発生量を所定の値とする目標デ
ータ発生量曲線を設定し、これと実際の符号化後のデー
タ発生量を比較し、その比較結果に基づいて実際の符号
化後のデータ発生量が目標データ発生量に一致するよう
に上記作成した量子化条件内で量子化条件を変化させる
ようにしたものである。あるいは上記課題を解決するた
めに一画面のデータ発生量を所定の値とする目標データ
発生量曲線を設定し、実際の符号化後のデータ発生量が
目標データ発生量に一致するように量子化条件を変化さ
せて一画面の画像を符号化し、その過程で、各量子化条
件に対する実際のデータ発生量と目標のデータ発生量の
差の平均の分布を作成し、この分布を用いて実際のデー
タ発生量と目標のデータ発生量の差の累積値を相殺する
量子化条件を選択し、この量子化条件により量子化を行
なうようにしたものである。

【０００５】

【作用】１フィールドの総和がフィールドの所定の情報
量に等しい情報量発生曲線をフィールド毎に設定し、こ
の発生曲線に実際の情報発生量が従うように量子化条件
を切り替えることにより、フィールド単位で情報量を所
定の量にすることができる。また、広範囲の画像に対応
した複数の量子化条件においてデータ発生量を見積るこ
とにより、現フィールドを所定の情報量で符号化するた
めのおおよその量子化条件を求めることができる。さら
に、そのおおよその量子化条件の付近に所定数の量子化
条件を生成することによりきめ細かい情報発生量の制御
が可能となる。また、実際のデータ発生量と目標のデー
タ発生量の差の累積値を相殺する量子化条件を選択する
ことにより応答性の良い制御をすることができる。

【０００６】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【０００７】図１は本発明の第一の実施例の基本構成図
である。入力端子１よりブロック化し、ＤＣＴ変換（離
散コサイン変換）などの直交変換を施したディジタル画
像データを入力する。基準量子化条件算出回路２では、
フィールド毎に入力画像データに応じて、基準量子化条
件を算出する。この基準量子化条件は、量子化条件作成
回路３において各画像に対応して作成する量子化条件の
作成基準となるものである。また１フィールドの所定の
情報量で符号化するための量子化条件の目安を示すもの
である。この基準量子化条件は、量子化条件作成回路３
の量子化条件作成方法に依存して、１つのこともあれば
複数であることもある。量子化条件作成回路３では上記
基準量子化条件より、現フィールドの画像に適した所定
数の量子化条件を作成する。量子化回路４は上記フィー
ルド毎に作成した量子化条件内のどれかの量子化条件を
用いて量子化を行なう。量子化した画像データを符号化
回路５により可変長符号化する。可変長符号化の１つの
方法としてハフマン符号化を用いることができる。ハフ
マン符号化はエントロピー符号化の一種であり、入力画
像に含まれるエントロピー（符号化に要する最小の情報
量）に応じてデータ発生量が変化するものである。可変
長符号化した画像データを数フィールド分のデータ容量
を持つフレームバッファ１０に入力する。このフレーム
バッファには入出力を非同期に行なえるメモリを用いる
。フレームバッファ１０より一定のデータレートで画像
データを読みだし、出力端子１１より出力することによ
り、出力のデータレートを多幅に低減することが可能と
なる。

【０００８】目標情報量曲線作成回路６は、入力画像に
応じて現フィールドを符号化する際に各ブロックの符号
長すなわち情報発生量として目標とすべき量（以下、目
標情報量と記す）をブロック毎に設定する。目標情報量
の１フィールドの総和はフィールドの所定情報量に等し
くする。情報量検出回路９は符号化回路出力より実際の
符号化画像データのブロック毎の符号長すなわち情報量
を検出する。減算器７は目標情報量と実際の情報発生量
の差（以後、情報量エラーと記す）を算出し、量子化制
御回路８は上記情報量エラーの値により上記フィールド
毎に作成した量子化条件内で量子化条件をブロック毎に
切り替え、情報量エラーを減らすように制御をかける。

【０００９】以上のようにフィールド毎に目標情報量を
設定し、実際の情報発生量がこれに従うように量子化条
件をブロック毎に量子化条件を切り替えることにより、
１フィールドの情報発生量を画像によらず一定とするこ
とができる。この方法によれば、各ブロックに必要とさ
れる情報量に応じて情報量を配分することができるため
、フィールドの所定情報量を効率的に利用し、かつ均質
で最適の画質で符号化を行なうことができる。さらにフ
ィールド内で切り替える量子化条件をフィールド毎に画
像に応じて作成するため、より微細な情報発生量まで制
御することができる。これにより量子化テーブルを切り
替えることによる余分な情報量エラーを低減することが
できる。上記第１の実施例の具体例がいくつか考えられ
る。これらは基準量子化条件算出回路２、量子化条件作
成回路３および目標情報量曲線作成回路６の構成が異な
っている。図２に第１の具体例を示す。この例では図１
の基準量子化条件算出回路２を情報量予測器２８、積算
器３０、比較回路３２により構成している。入力端子２
２よりＤＣＴ変換後の画像データを入力し、情報量予測
器２８により複数の異なった量子化条件において符号化
したときの情報発生量を予測する。これら量子化条件は
すべての画像に対してデータ発生量がフィールドの所定
情報量以下になる量子化条件を必ずその中に含むように
広範囲にとる。それぞれの量子化条件における予測情報
発生量を積算器３０に入力し積算することにより、それ
ぞれの１フィールドの予測情報発生量を計算する。比較
回路３２では各１フィールドの予測情報量をフィールド
の所定情報量と比較し、フィールドの所定情報量をその
間に含み、かつ所定情報量に最も近い予測情報量を生ず
る２つの量子化条件を基準量子化条件として選択する。

【００１０】図３に情報量予測器２８の構成例を示す。 この構成例はあらかじめ種々の量子化条件で符号化を行
ない情報発生量を見積る方法である。ＤＣＴ変換などの
直交変換を施した画像データを入力端子１４より入力し
、量子化回路４２において量子化を行ない、量子化した
画像データをハフマン符号化回路４３により符号化し、
符号長計算回路４４によりブロック毎の符号長を計算す
る。量子化テーブル４５は情報量予測器２８の中の予測
器毎に異なる固定の量子化条件を与える。ハフマン符号
化回路４３の符号化方式は図２のハフマン符号化回路２
５と全く同一のものでなければならないが、ここでは実
際の符号を発生する必要はないため、次の処理ブロック
の符号長計算回路４４において符号長を計算できる信号
を出力する簡易的なものでよい。以上のようにして算出
した各ブロック毎の符号長を予測情報量として出力端子
４６より出力する。

【００１１】図１の目標情報量曲線作成回路６に対応す
る部分は、情報量予測器２８、メモリ２９、積算器３０
、マルチプレクサ３１、比較回路３２および目標情報量
設定回路３３である。上で説明した情報量予測器２８の
予測結果をメモリ２９にも入力し、すべての量子化条件
について１フィールド分記憶する。そして比較回路３２
の結果に従い、マルチプレクサ３１においてフィールド
の所定情報量にもっとも近い情報量を発生する量子化条
件に対応するメモリ２９内の予測情報量を選択し、目標
情報量設定回路３３において選択した予測情報量を一定
の比率で変化させ、その１フィールドの総和が１フィー
ルドの所定情報量に一致するようにした値を各ブロック
の目標情報量として設定する。

【００１２】量子化テーブル作成回路３４は、図２の比
較回路３２により求めた基準量子化条件をもとにして現
フィールドの画像に適した量子化テーブルを所定数作成
する。図５に上記量子化テーブルの作成例をいくつかを
示す。図５のテーブル番号は量子化条件を与える量子化
テーブルにつけた番号であり、情報発生量に関係した量
子化条件の一つの尺度である。この番号には小数点以下
まで意味を持たせることができる。たとえば、テーブル
番号２と３の中間の情報発生量を発生させる量子化テー
ブルは２．５となる。図５では現フィールドの画像を符
号化後の情報発生量を予測した場合にテーブル番号２と
３に対応した情報発生量の間にフィールドの所定情報量
があると仮定する。このように仮定すると本具体例では
基準量子化条件としてテーブル番号２と３が選ばれる。 図５の（ａ）はこの２つの基準量子化条件の間を等間隔
に分割したものである。（ｂ）は基準量子化条件間は等
分割し、それに隣接する区間は間隔を広げて分割したも
のである。（ｃ）はこの２つの基準量子化条件における
情報発生量の大きさを考慮し、それら量子化条件間を内
分してより１フィールドの情報発生量に近い情報発生量
を生ずる量子化条件を第２の基準量子化条件として算出
し、その第２の基準量子化条件を含む一定の範囲に等間
隔で量子化条件を作成したものである。（ｄ）は上記第
２の基準量子化条件を服務一定の範囲に、中心では密に
、周辺部では粗に量子化条件を作成したものである。

【００１３】以上のように量子化テーブル作成回路３４
によりフィールド毎に作成した所定数の量子化テーブル
データを量子化テーブル３５に転送し、その内部のメモ
リにおいて１フィールドの間保持しておく。そして量子
化テーブル制御回路３７からの信号に従い、実際使用す
るテーブルをブロック毎に切替え、量子化回路２４の量
子化条件を変化させる。量子化テーブル制御回路３７は
上記目標情報量と情報量検出器３６により検出した実際
の情報発生量を比較し、実際の情報発生量が目標情報量
に従うように量子化テーブル３５を変化させて制御をか
ける。量子化テーブル制御回路３７の構成例を図４に示
す。５１および５２は入力端子、５３は減算器、５４は
積分回路、５５はアドレス発生回路、５６は出力端子で
ある。入力端子５１より上記目標情報量を、入力端子５
２より実際の情報発生量を入力する。減算器４２におい
て、上記２つの情報量の差すなわち情報量エラーを各ブ
ロック毎に求め、積分回路４３において随時積算し、フ
ィールド始めより現時点のブロックまでのエラー積算値
を求める。ここでのエラーは実際の情報発生量の目標情
報量に対する超過分とする。アドレス発生回路５４はエ
ラー積算値に応じて量子化テーブル３５の内部メモリ内
のアドレスを発生し、量子化テーブルの選択を行なう。 本例は出力として、符号化画像データ（出力端子２７）
、１フィールド毎に作成した量子化テーブルの内容（出
力端子３９）、および各ブロック毎に使用したテーブル
のテーブル番号（出力端子３８）を出力する。テーブル
の内容はフィールド毎に出力する。

【００１４】図６に第１の実施例の第２の具体例を示す
。図２の第１の具体例との違いは基準量子化条件と目標
情報量の算出方法である。まず始めに基準量子化条件の
算出方法について説明する。情報量予測器６７と積算器
７０により複数の異なった量子化条件における１フィー
ルドの情報発生量を求める。この１フィールドの情報発
生量と所定の情報発生量の差分すなわちエラー積算値の
量子化条件に対する分布の概念図を図７に示す。横軸は
量子化条件を与える量子化テーブルのテーブル番号であ
る。この番号は第１の具体例同様に情報発生量に関係し
た量子化条件の一つの尺度であり小数点以下まで意味を
持つ。最適量子化条件算出回路７５は入力されるエラー
積算値に対し図７に示すように補間曲線を作成しエラー
積算値が０となるテーブル番号を計算する。そしてこの
テーブル番号の量子化条件を現フィールドにおける最適
条件すなわち基準量子化条件として、量子化条件作成回
路７６において量子化条件を作成する。目標情報量曲線
は情報量予測器６７よりもっとも情報発生量の多い量子
化条件の予測情報量をメモリ７３に１フィールド分記憶
し、それらを目標情報量設定回路７４により１フィール
ドの総和がフィールドの所定情報量に一致するように一
定の比率で変化させたものを用いる。

【００１５】図８に本発明の第１の実施例の第３の具体
例を示す。ここには基準量子化条件算出回路部分のみを
示す。残りの部分は第１あるいは第２の具体例と同様の
ものを用いればよい。本具体例では上記第２の具体例と
同様にエラー積算値の量子化条件に対する分布を作成す
るが、第２の具体例とは違い、基準量子化条件算出回路
内部に量子化条件の制御ループを形成し、単一の情報量
予測器９５により予測を行ない、１フィールドの期間、
仮の符号化を行った結果として基準量子化条件を算出す
る。

【００１６】図９に本発明の第２の実施例の基本構成図
を示す。目標情報量曲線は第１の実施例の第２の具体例
と同じく単一の量子化条件による符号化を行った時の情
報発生量を比例的に変化させたものを用いる。この処理
は情報量予測器１１８、メモリ１１９および目標情報量
設定回路１２０により行なう。減算器１２５によりブロ
ック毎に目標情報量と実際の情報発生量の差分即ち情報
量エラーを計算し、エラー平均分布作成回路１２４によ
りエラー平均分布を逐次作成する。このエラー平均分布
は図１０に示すものであり、各テーブル毎にそのテーブ
ルを使用したときに発生する情報量エラーの平均値を計
算したものである。この分布を基に現在生じているエラ
ー積算値を相殺するにはどの量子化テーブルを用いれば
よいかを判断することができる。すなわち、エラー平均
値分布の補間曲線を作成し、この曲線とエラー積算値の
符号を反転した値のレベルとの交点のテーブル番号を求
めればよい。

【００１７】以上に説明した第２の実施例は、第１の実
施例と同様に、目標情報発生量にしたがって実際の情報
発生量を制御する方式であるため、フィールドの所定情
報量を効率的に利用し、かつ均質で最適の画質で符号化
を行なうことができる。また、本実施例はエラー積算値
の値に応じて量子化条件を選択する方式のため、情報量
エラーを常に最小にすることが可能であり、さらに情報
量を効率的に分配でき、画質を最適化することができる
。

【００１８】図１１および１２に本発明を用いた画像デ
ータの記録再生装置の構成例を示す。同一回路ブロック
には同じ番号を付けた。図１１は記録モ−ドの回路構成
図である。映像信号を入力端子１４５より入力し、デー
タ変換回路１４４およびタイミング発生回路１３９に供
給する。タイミング回路１３９は映像信号より垂直、水
平およびブロックなどの同期信号を発生し、各処理ブロ
ックのタイミングを取る。データ変換回路１４４は映像
信号をブロック化し、ＤＣＴなどの直交変換を行なう。 画像データ圧縮回路１４３は上で説明した用に入力デー
タを画像に応じて量子化および可変長符号化を行ない、
各フィールドで用いた量子化テーブルのデータ、各ブロ
ックの符号化に用いた量子化テーブルの番号および各ブ
ロックの符号化画像データを出力する。合成回路１４２
によりこれらのデータを合成して時系列データに変換す
る。この時系列データのフォーマットの一例を図１３に
示す。合成回路１４２の出力信号を誤りパリティ付加回
路１４１に入力し、誤り検出用のデータを付加した後、
ディジタル変調回路１４０によりテープ記録用の信号に
変換し、ヘッド１３２に供給して通常のＶＴＲ記録を行
なう。

【００１９】図１２は再生モ−ドの回路構成図である。 ヘッド１３２、ドラム１３１、ドラムモータ１３５、ド
ラムモータ制御回路１３６、キャプスタン１３３、キャ
プスタンモータ１３７、キャプスタンモータ制御回路１
３８、同期検出回路１５１およびタイミング発生回路１
３９を用いて、磁気テープ１３４より通常のＶＴＲの信
号再生を行なう。ヘッド１３２により再生した信号は同
期検出回路１５１で各種同期信号を抽出した後、ディジ
タル復調回路１５２によりディジタル画像データに復調
する。この信号は誤り訂正符号を含んでいるので、誤り
訂正回路１５３で誤りを検出、訂正を行なう。誤り訂正
が済んだ信号より、分離回路１５４においてフィールド
毎の量子化テーブルのデータ、各ブロック毎の量子化テ
ーブル番号および各ブロックの符号化画像データを分離
し、画像データ伸長回路１５５に入力する。

【００２０】図１４に画像データ伸長回路１５５の構成
例を示す。各ブロックの符号化画像データを入力端子１
５１より入力し、可変長復号化回路１５４により固定長
符号に復号し、逆量子化回路１５６において量子化テー
ブル１５７より供給する量子化条件に基づいて逆量子化
し、出力端子１５９より出力する。量子化テーブル１５
７の内部メモリには、入力端子１５２より入力されるフ
ィールド内で使用する全ての量子化テーブルデータを書
き込み、その中よりブロック毎に使用するテーブルを入
力端子１５３より入力するテーブル番号に従い逆量子化
回路１５６に与える量子化条件を切り替える。データ逆
変換回路１５６はデータ伸長した画像データに対して記
録時に行ったデータ変換の逆変換を行ない、逆ブロック
化して映像信号に変換して出力端子１５７より出力する
。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明を用いれ
ば、１フィールドの情報発生量を入力画像によらず一定
とすることができる。本発明ではフィールド内の部分毎
に必要な情報量に応じて所定の情報量を分配する方式で
あるため、効率的に情報量を活用し、均質で最適の画質
で符号化を行なうことができる。

【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】第１の実施例の第１の具体例の回路構成である
。

【図３】図２の情報量予測器２８の構成例である。

【図４】図２の量子化テーブル制御回路の構成例である
。

【図５】図１の量子化条件作成回路３の量子化条件の作
成例である。

【図６】第１の実施例の第２の具体例の回路構成である
。

【図７】図６の最適条件算出回路７６の説明図である。

【図８】第１の実施例の第３の具体例の基準量子化条件
作成回路部分のブロック図である。

【図９】本発明の第２の実施例の基本構成図である。

【図１０】図９のエラー平均分布作成回路１２４の説明
図である。

【図１１】本発明の画像データ記録再生装置の記録モー
ドの回路構成である。

【図１２】本発明の画像データ記録再生装置の再生モー
ドの回路構成である。

【図１３】図１１の合成回路１４２の出力信号フォーマ
ットの一例である。

【図１４】図１２の画像データ伸長回路１５５の構成例
である。

【符号の説明】

２…基準量子化条件算出回路 ３…量子化条件作成回路 ４…量子化回路 ５…符号化回路 ６…目標情報量曲線作成回路 ７…減算器 ８…量子化制御回路 ９…情報量検出回路 １０…フレームバッファ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像データの量子化を行なう手段、該量子
   化の条件をフィールド内で変化させる手段、該量子化後
   の画像データの可変長符号化を行なう手段および該符号
   化後の数フィールドの画像データを記憶する手段を有す
   る画像符号化装置において、入力画像に応じてフィール
   ド毎に、上記可変長符号化後の情報発生量の目標とする
   情報量発生曲線、およびフィールド内で使用する複数の
   量子化条件を作成し、上記目標情報量発生曲線と符号化
   後の情報発生量の差分に応じてフィールド内で量子化条
   件を上記複数の量子化条件内で切り替えることを特徴と
   した画像データ圧縮装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の画像デ−タ圧縮装置を用
   いた画像データ記録再生装置。
3. 【請求項３】複数の異なる量子化条件における符号化後
   の１フィールドの情報発生量を予測する手段を設け、入
   力画像に応じて、上記複数の量子化条件の中より対応す
   る情報発生量が１フィールドの所定の情報発生量を含む
   少なくとも２つの量子化条件を選択し、該複数の量子化
   条件のを含んだ区間を所定の個数の量子化条件に細分化
   し、該細分化した量子化条件を用いて１フィールドの画
   像データを量子化することを特徴とした請求項１に記載
   の画像データ圧縮装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の画像デ−タ圧縮装置を用
   いた画像データ記録再生装置。
5. 【請求項５】複数の異なる量子化条件ごとにフィールド
   内の部分毎の上記予測情報発生量を記憶する手段を設け
   、その中より一つを選び、該予測情報発生量を一定の比
   率で変化させて１フィールドの総和が１フィールドの所
   定の情報発生量に等しくなるようにしたものを上記目標
   情報量発生曲線としたことを特徴とした請求項３に記載
   の画像データ圧縮装置。
6. 【請求項６】請求項５に記載の画像デ−タ圧縮装置を用
   いた画像データ記録再生装置。
7. 【請求項７】複数の異なる量子化条件における符号化後
   の１フィールドの情報発生量を予測する手段を設け、該
   予測情報発生量の結果を補間し、１フィールドの所定の
   情報発生量に等しくなる量子化条件を算出し、該量子化
   条件を含む一定の範囲に所定個数の量子化条件を生成し
   、該量子化条件を用いて１フィールドの画像データを量
   子化することを特徴とした請求項１に記載の画像データ
   圧縮装置。
8. 【請求項８】請求項７に記載の画像デ−タ圧縮装置を用
   いた画像データ記録再生装置。
9. 【請求項９】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
   ィールドの画像データを記憶する手段を有し、量子化条
   件を変化させることにより出力の情報発生量を制御する
   画像データの圧縮装置において、目標とする情報発生量
   を設定する回路と実際の情報発生量を測定する回路とを
   設け、量子化条件に対する目標と実際の２つの情報発生
   量の差の平均の分布を逐次計算し、該分布より上記情報
   発生量の差の累積値を相殺する量子化条件を求め、該量
   子化条件を用いて量子化することを特徴とする画像デー
   タ圧縮装置。
10. 【請求項１０】請求項９に記載の画像デ−タ圧縮装置を
    用いた画像データ記録再生装置。