JPH04329089A

JPH04329089A - 動画像符号化装置

Info

Publication number: JPH04329089A
Application number: JP3099282A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Matsukura; 松倉　和浩
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1992-11-17
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: JP3069144B2

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】本発明は割り当て符号量とステッ
プサイズを好適に設定して画像データの符号化を行う動
画像符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より提案されている動画像符号化装
置の一例を図５に示し説明する。

【０００３】まず入力画像信号ｘが、動き補償を行なう
予測部１と減算部２とに入力される。そして前記予測部
１から予測された画像Ｘが前記減算部２に入力し、前記
減算部２で前記画像ｘから減算され、予測誤差信号ε（
ε＝ｘ−Ｘ）が得られる。この予測誤差信号εは、直交
変換部３に入力し、該直交変換部３で直交変換係数に変
換された後、量子化部４により量子化される。前記量子
化部４から量子化信号ｑが得られ、さらにＶＬＣ部５で
符号化される。ここで、直交変換手法として、離散コサ
イン変換、また、可変長符号（ＶＬＣ）としてエントロ
ピ―符号化であるハフマン符号化が考えられる。前記直
交変換部３において、ＤＣＴ係数が算出された後、前記
量子化部４において、あるステップサイズにより量子化
されその量子化値が出力される。

【０００４】その後、ＶＬＣ部５では、図６に示される
ように、直流成分ＤＣについては、前ブロックの直流成
分と差分をとることによりＤＰＣＭ化を行ない、また、
交流成分ＡＣについては、低周波成分から高周波成分の
順序に従がい、ジグザグスキャンを行なう。このとき交
流成分について、ジグザグスキャンによるデ―タ列をゼ
ロラン長とランが終了した後の量子化値について２次元
ハフマン符号化を行なう。その後、バッファ部６より伝
送路に出力される。

【０００５】一方、加算器７において、前記量子化信号
ｑを逆量子化部８，逆直交変換部９により、逆直交変換
した信号と１フレ―ム前の予測信号ｘが加算され、その
値が局部復号出力値ｘｓ　として出力される。この局部
復号出力値ｘｓ　は、前記予測部１によって、１フレ―
ム分遅延された後、新たに動き補償された予測信号ｘが
出力される。

【０００６】しかし、前述した符号化装置では、エント
ロピ―符号化を行なうため、画像ごとに符号長が異なっ
ている。また、動きの激しい画像あるいは、シ―ンチェ
ンジ等では、符号量が増大することから、バッファ部６
のオ―バ―フロ―，アンダ―フロ―が発生するだけでな
く、一定速度のデ―タ伝送も阻害される。

【０００７】このような課題を解決するため、特開昭６
２−８５５８８号公報に記載されているように、シ―ン
チェンジ直後、量子化器出力のダイナミックレンジを小
さく制限し、時間の経過に従がいダイナミックレンジを
大きくして量子化を行なう手法や、特開昭６２−２０９
９８４号公報に記載されるような、シ―ンチェンジ直後
、量子化器のステップサイズを変更し、時間の経過に従
がい、ステップサイズを通常の値に徐々にもどす手法が
提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
例は、シ―ンチェンジ後のしばらくの間、量子化幅が粗
い、ダイナミックレンジが狭いという理由から画質の劣
化を免がれないという欠点ある。これらの量子化特性は
、時間の経過のみに依存し、画像の性質について全く考
慮されていない。すなわち、画像において、平たん部分
は、空間周波数帯域が狭いため画像情報量が小さくなる
。さらに、絵柄の細かい部分では、周波数帯域が広くな
るため画像情報量が大きくなるという性質を利用してい
ない。つまり最適な量子化特性および符号量に関する制
御を行なうためには、画像の各部分における情報量を考
慮しなければならない。

【０００９】従って、より最適な符号量制御を行なうた
めには、フレ―ムごと、あるいは、時刻の経過に依存し
た量子化特性の変更ではなく、フレ―ム内部でのダイナ
ミックな量子化特性および符号量の変更が望まれる。

【００１０】そこで本発明は、フレ―ム内で小領域に分
割されたブロックごとの情報量に応じて符号量制御を行
い、各ブロックごとの割り当て符号量とステップサイズ
を最適な状態に設定する符号量制御による動画像符号化
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、各フレ―ム画像を所定ブロックに分割し、
該ブロック毎について現フレ―ムと動き補償されたフレ
―ムとの差分をとり、その差分ブロックに直交変換を行
ない、その変換結果を量子化手段により量子化し変換符
号化手段に与え、エントロピ―符号化による変換符号化
を行ない、バッファ部で符号語の転送を平滑化させ、フ
レ―ム画像の圧縮符号化をする動画像符号化装置におい
て、前記現フレ―ムと、前後フレ―ム間における各ブロ
ックの動ベクトルを検出する動ベクトル検出手段と、前
記バッファ部からのバッファ情報により画像符号量を設
定する手段と、動ベクトル検出手段による動ベクトルと
、動ベクトルの検出基準となる評価関数値により、現フ
レ―ムの各ブロックについて符号量を割り当てる符号量
割り当て手段と、前記符号量割り当て手段により設定さ
れた符号量により量子化ステップサイズを予測する予測
手段と、前記変換符号化手段により符号化された符号量
が前記符号量割り当て手段により設定された符号量を越
えないよう符号の送出を制御する手段とで構成される動
画像符号化装置が提供される。

【００１２】

【作用】以上のような構成の動画像符号化装置によれば
、動ベクトル検出時の評価関数の値により、各ブロック
の割り当て符号量および量子化ステップサイズを求める
ため、実際の各ブロックの差分デ―タ量に応じて符号化
される。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１（ａ）に、本発明の実施例の動画像符
号化装置の概念的構成を示す。

【００１４】まず予測誤差信号εが、直交変換部１１に
入力し、該直交変換部１１で直交変換係数に変換された
後、量子化部１２により量子化される。前記量子化部１
２から量子化信号ｑが得られ、さらにＶＬＣ部１３で符
号化され、バッファ１４に入力される。

【００１５】そして動ベクトル検出部１５は、動き補償
を行なうためのものであり、該動ベクトル検出部１５か
ら、ベクトルを決定するための判断基準となるベクトル
（あるいはブロック間）の評価関数値が、符号量制御部
１６に出力される。前記符号量制御部１６は、バッファ
部１４からバッファ内部の符号量情報、ＶＬＣ部１３か
ら変換符号化した後の符号量情報が送られ、一方、前記
符号量制御部１６から、符号量制御部への情報に基づき
、量子化部へ量子化ステップサイズ幅、ＶＬＣ部へＶＬ
Ｃ制御情報がそれぞれ送られる。

【００１６】従って、図１（ｂ）〜（ｆ）に示すように
、復号画像（前フレ―ム）と原画像（現フレ―ム）の各
ブロックから現フレ―ムへの動ベクトルを検出して、そ
の動ベクトル検出に基づき、現フレ―ムの動き補償と符
号量の割り当てが算出される。次に図２に前述した符号
量制御部の具体例を示す。この符号量制御部は、画像符
号設定部２１、量子化ステップサイズ予測部２２、符号
量計測及び符号化制御部２３で構成される。

【００１７】前記画像符号量設定部２１は、図１のバッ
ファ１４内部の符号量等に応じて、例えば１フレ―ム分
の画像を符号化するときの目標符号量を設定するもので
ある。すなわち、前記バッファ１４内部が、オ―バ―フ
ロ―あるいはアンダ―フロ―が無く、最適な状態になる
ように符号量を設定する。ここで算出された設定値は、
前記量子化ステップサイズ予測部２２及び、前記符号量
計測及び符号化制御部２３へ出力される。

【００１８】そして前記量子化ステップサイズ予測部２
３は、動き補償の動ベクトル検出部１５から出力される
ブロックごとの評価関数値と、前記画像符号設定部２１
から出力される符号量設定値とで、各ブロックの設定符
号量と量子化ステップサイズを算出して、それぞれ、符
号量計測及び符号化制御部２３、前記量子化部１２へ出
力する。

【００１９】前記符号量計測及び符号化制御部２３では
、画像符号量設定値およびブロック符号量設定値に基づ
き、前記ＶＬＣ部１３により発生した符号語の総符号量
が設定符号量内に納まるように制御する。ここで、所定
ブロックの設定符号量をＢｄｉｆ　とする。またその所
定ブロックを量子化ステップサイズ予測部２２によって
、算出されたステップサイズで直交変換係数を量子化し
た後、可変長符号化されたときのブロック内の総符号量
をＢｖｌｃ　とする。前記総符号量Ｂｖｌｃ　は、前記
ＶＬＣ部１３から出力される符号語により符号量計測が
行なわれ求められる。第１に、総符号量Ｂｖｌｃ　＞割
り当て符号量Ｂｄｉｆ　のとき、

【００２０】バッファ１４へ送り出す符号量を設定符号
量におさめるため、前記符号量が割り当て符号量Ｂｄｉ
ｆ　を越える時点で、符号化制御部１６から直ちに停止
させる信号が、前記ＶＬＣ部１３へ出力される。従って
、前記ＶＬＣ部１３からは、割り当て符号量Ｂｄｉｆ　
に相当する変換符号が、バッファ１４へ出力されること
になる。

【００２１】このように符号化されるべきデ―タが全て
出力されることはないが、従来例で述べたように、低周
波成分から高周波成分の順序に従がいジグザグ状に符号
化が行なわれるため、符号化の停止による画像の劣化が
、ほとんど見られない。すなわち、符号化されないデ―
タが高周波成分に偏っているため、人間の視覚特性を考
慮すると画像の劣化は感知されにくいものとなる。第２
に、総符号量Ｂｖｌｃ　＜割り当て符号量Ｂｄｉｆ　の
とき、

【００２２】前記ＶＬＣ部１３から割り当て符号
量Ｂｄｉｆ　に相当するすべての変換符号がバッファに
出力される。このとき設定符号量に対し（Ｂｄｉｆ　−
Ｂｖｌｃ　）相当の符号量が余ることになるが、この余
った符号量を次のブロックの設定符号量に割り当てる。このように第１，第２の符号化処理を行なうことにより
、バッファへ出力される総符号量が、画像設定総符号量
と等しくなり、常に最適な符号量制御がなされる。次に
図３に、量子化ステップサイズ予測部の具体例を示し説
明する。

【００２３】この量子化ステップサイズ予測部は、各ブ
ロックの動ベクトル検出時における評価値ａｉ　を記憶
するメモリ部３１と、その各ブロックの評価値を１画像
相当分だけ加算する評価値総和算出部３２と、評価値お
よび画像設定符号量ＴＢをもとに各ブロックの割り当て
符号量Ｂｄｉｆ　を求める割り当て符号量算出部３３と
、割り当て符号量をもとにステップサイズを求めるステ
ップサイズ算出部３４によって構成されている。以下、
評価関数の一例として絶対差分和を考え、具体的に説明
する。前記割り当て符号量算出部３３において、ブロックの割
り当て符号量は、次式によって求められる。Ｂｄｉｆ　＝ＴＢ・ａｉ　／Σａｉ　　　　　　　　　
…（１）

【００２４】この（１）式から、現在のフレ―
ムのブロックと動ベクトルにより示される前または後の
フレ―ムのブロックとの差が多い場合、絶対差分和の値
が大きくなり、その結果、割り当て符号量が多くなるこ
とがわかる。従って、ブロック間の誤差に応じた割り当
て符号が可能となる。そしてステップサイズ算出部３４
では、このようなブロックの割り当て符号量を参照し、
ステップサイズが求められる。

【００２５】つまり図４に示すように、割り当て符号量
が多い程、ステップサイズが小さくなり、細かい量子化
を行なえるということがわかる。また、同図に示すよう
な線形特性により量子化ステップサイズを決定したが、
勿論本発明はこの特性に限定されるものではない。

【００２６】以上のことから、本発明の動画像符号化装
置によれば、動ベクトル検出時の評価関数の値により、
各ブロックの割り当て符号量および量子化ステップサイ
ズを求めるため、実際の各ブロックの差分デ―タ量に応
じた符号化を行なうことができる。

【００２７】また、各ブロックの実際の符号化量と割り
当て符号量との間に差が生じた場合でも符号化の停止、
あるいは符号量の次のブロックへの加算割り当てを行な
うことから、常に画像レベルで設定された符号量に保つ
ことが可能となる。このことから、バッファ部のオ―バ
―フロ―・アンダ―フロ―の問題が生じなくなり、かつ
、デ―タの伝送を一定に保持することが可能となる。また本発明は、前述した実施例に限定されるものではな
く、他にも発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形や
応用が可能であることは勿論である。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、フ
レ―ム内で小領域に分割されたブロックごとの情報量に
応じて符号量制御を行い、各ブロックごとの割り当て符
号量とステップサイズを最適な状態に設定する符号量制
御による動画像符号化装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、本発明の実施例の動画像符号化
装置の概念的構成図、図１（ｂ）〜（ｆ）は、画像の状
態を示す図である。

【図２】図２は、図１（ａ）に示した符号量制御部の具
体的な構成を示す図である。

【図３】図３は、図１（ａ）に示したの動画像符号化装
置の量子化ステップサイズ予測部の具体的な構成を示す
図である。

【図４】図４は、本実施例の割り当て符号量とステップ
サイズとの特性を示す図である。

【図５】図５は、従来の動画像符号化装置の一例の構成
を示す図である。

【図６】図６は、ジグザグスキャンによるデ―タ列の符
号化状態を示す図である。

【符号の説明】

１…予測部、２…減算部、３，１１…直交変換部、４，
１２…量子化部、５，１３…ＶＬＣ部、１４…バッファ
、１５…動ベクトル検出部、１６…符号量制御部、２１
…画像符号設定部、２２…量子化ステップサイズ予測部
、２３…符号量計測及び符号化制御部、ｘ…入力画像信
号、ε…予測誤差信号、ｑ…量子化信号。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　各フレ―ム画像を所定ブロックに分割
し、該ブロック毎について現フレ―ムと動き補償された
フレ―ムとの差分をとり、その差分ブロックに直交変換
を行ない、その変換結果を量子化手段により量子化し変
換符号化手段に与え、エントロピ―符号化による変換符
号化を行ない、バッファ部で符号語の転送を平滑化させ
、フレ―ム画像の圧縮符号化をする動画像符号化装置に
おいて、前記現フレ―ムと、前後フレ―ム間における各
ブロックの動ベクトルを検出する動ベクトル検出手段と
、前記バッファ部からのバッファ情報により画像符号量
を設定する画像符号量設定手段と、動ベクトル検出手段
による動ベクトルと、動ベクトルの検出基準となる評価
関数値により、現フレ―ムの各ブロックについて符号量
を割り当てる符号量割り当て手段と、前記符号量割り当
て手段により設定された符号量により量子化ステップサ
イズを予測する予測手段と、前記変換符号化手段により
符号化された符号量が前記符号量割り当て手段により設
定された符号量を越えないよう符号の送出を制御する制
御手段とを具備することを特徴とする動画像符号化装置
。