JPH04331572A - 画像符号化装置 - 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、画像デ―タを量子化し
た後に圧縮して該画像デ―タの符号化を行う画像符号化
装置、特にその符号量制御方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次のような文献に記載されるものがあった。

【０００３】文献１；アイ　　イ　　イ　　イ　　トラ
ンスアクションズ　　オン　　コミュニケ―ションズ（
ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　ＯＮ　ＣＯＭＭ
ＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ）　　　　ＣＯＭ−３２［３］（
１９８４−３）（米）Ｈ．Ｈ．ＣＨＥＮ他「シ―ン　　
アダプティブ　　コ―ダ（Ｓｃｅｎｅ　Ａｄａｐｔｉｖ
ｅ　Ｃｏｄｅｒ）」Ｐ．２２５−２３２ 文献２；シ―　　シ―　　アイ　　ティ　　ティ　　Ｓ
ＧＸＶ勧告（ＣＣＩＴＴ　　ＳＧＸＶＲｅｃｏｍｍｅｎ
ｄａｔｉｏｎ）Ｈ．２６１従来、画像（静止画像と動画
像の双方を含む）を符号化し、効率的にデ―タ量を圧縮
する標準的な画像符号化装置については、前記文献２に
記載されている。以下、その構成を図２を参照しつつ説
明する。

【０００４】図２は、従来の画像符号化装置の一構成例
を示す機能ブロック図である。

【０００５】この画像符号化装置は、個別回路あるいは
コンピュ―タのプログラム制御等により構成されるもの
で、テレビカメラ等よりのビデオ信号（動画像信号）、
あるいはイメ―ジスキャナ等よりの画像信号（静止画像
信号）Ｓｉを入力する画像入力手段１を有している。こ
の画像入力手段１の出力側には、画像デ―タ記憶手段２
及び直交変換手段３が接続されている。直交変換手段３
の出力側には、量子化手段４、ラン・レングスデ―タ変
換手段５、及び可変長符号化手段６が接続され、さらに
その可変長符号化手段６の出力側に、符号量制御手段７
が接続されている。

【０００６】次に、図３（Ａ，Ｂ）を参照しつつ、従来
の画像符号化装置の動作を説明する。

【０００７】図３（Ａ，Ｂ）は図２における画像符号化
処理の説明図であり、同図（Ａ）は例えば１０個のブロ
ック分割の例を示す図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）に示す
ブロック番号順に符号化処理を行う場合の処理の流れを
示す図である。なお、分割数は任意の個数でよい。

【０００８】図２において、画像信号Ｓｉが画像入力手
段１に入力されると、該画像入力手段１では、画像信号
Ｓｉをアナログ／ディタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換とい
う）した後、水平方向及び垂直方向に広がりを持つ画像
デ―タＤｉの形で出力する。この画像デ―タＤｉは、画
像入力手段１において、図３（Ａ）に示すように、ブロ
ック分割され、その分割されたブロック単位で符号化処
理を行うために画像デ―タ記憶手段２に格納される。

【０００９】直交変換手段３では、一つの処理ブロック
の画像デ―タＤｉに対して、その処理ブロックに該当す
る画像デ―タ記憶手段２のアドレスを発生し、該画像デ
―タ記憶手段２から画像デ―タＤｉを読出し、例えばＤ
ｅｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅ　Ｔｒａｎｃｆｏｒｍ　（
以下、ＤＣＴという）演算を行い、次式（１）に従い画
像デ―タの周波数スペクトルの大きさを算出して直交変
換デ―タＦ（ｕ，ｖ）を量子化手段４へ出力する。

【００１０】

【数１】

【００１１】（１）式による変換処理の結果として出力
される直交変換デ―タＦ（ｕ，ｖ）は、ｕ，ｖが小さい
領域で比較的大きな値をとり、ｕ，ｖが大きい領域で小
さな値をとるのが一般的な傾向である。これは、画像の
濃度分布は空間的冗長性が大きく、極端に変動が大きい
部分は発生確率が低いためである。

【００１２】量子化手段４では、直交変換デ―タＦ（ｕ
，ｖ）と、符号量制御手段７から出力される量子化ステ
ップ幅ＱＰとを入力し、例えば次式（２）に従い量子化
デ―タＱＦ（ｕ，ｖ）をラン・レングスデ―タ変換手段
５へ出力する。

【００１３】

【数２】

【００１４】量子化手段４による量子化処理により、直
交変換デ―タＦ（ｕ，ｖ）の小さい成分に対して量子化
出力が０となる。量子化ステップ幅ＱＰが小であれば、
０となる回数が小さく、量子化ステップ幅ＱＰが大であ
れば、０となる回数が大となる。

【００１５】ラン・レングスデ―タ変換手段５では、量
子化デ―タＱＦ（ｕ，ｖ）に対してラン・レングスデ―
タＳ５への変換を行う。例えば、ＱＦ（ｕ，ｖ）＝｛２
，０，０，４，０，０，０，０，５，４，…｝の場合、
｛（０，２），（２，４），（４，５），（０，４），
…｝のように、０の継続回数と、０でない値の組合せが
可変長符号化手段６へ出力される。

【００１６】次に、可変長符号化手段６では、ラン・レ
ングスデ―タＳ５における０の継続回数と０でない値の
組合せそれぞれに対し、発生確率の大きさに対して相対
的に符号長を小さくなるよう予め設定されたコ―ドを割
当て、該コ―ドデ―タを符号化デ―タＳ６として出力す
る。そのため、ある一つの処理ブロックの量子化デ―タ
ＱＦ（ｕ，ｖ）を考えた場合、０の出現回数が大きい程
、符号化デ―タＳ６の符号量が小さくなる。この可変長
符号化手段６では、符号化デ―タＳ６と共に、一つの処
理ブロックに対して割当てられた符号量Ｂを符号量制御
手段７へ出力する。

【００１７】符号量制御手段７は、量子化ステップ幅決
定手段としての機能を有し、各処理ブロック毎の符号量
Ｂを入力し、適当と考えられる量子化ステップ幅ＱＰを
決定し、量子化手段４へ出力する。この量子化ステップ
幅ＱＰの制御方法の一例として、前記文献１に記載され
た方法がある。その基本的な考え方は、次の通りである
。

【００１８】ある一つの処理ブロックの標準的符号量を
ＢＳ、実際に符号化した時の符号量ＢをＢＲ（ｍ）（ｍ
；ブロック番号）とすると、量子化ステップ幅ＱＰ＝ｑ
ｐ（ｍ）は、次式（３）より求められる。 但し、α；正数で、符号化デ―タＳ６をバッファリング
する内部バッファ容量の逆数に比例した値即ち、符号量
Ｂの総和が、標準的符号量ＢＳの総和より大である時、
量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）を大きくして次処理ブロッ
クの符号量を小さくする。逆に、符号量Ｂの総和が、標
準的符号量ＢＳの総和より小である時は、量子化ステッ
プ幅ｑｐ（ｍ）を小さくして次処理ブロックの符号量を
大きくする。これにより、最終的な符号量を妥当な値に
する。

【００１９】以上述べた手順による画像符号化処理は、
図３（Ｂ）に示すように、直交変換、量子化、ラン・レ
ングス変換、及び可変長符号化をパイプライン処理する
方法が、画像符号化装置の処理速度、及び構成の簡易化
を考えた場合、有効である。そして、符号量を常に一定
の範囲に保つことで、画像符号化装置の動作を安定させ
ている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
画像符号化装置では、濃度変化が大きい処理ブロックと
、濃度変化が小さい処理ブロックとが交錯して出現した
場合、実際に割当てられた量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）
と、量子化する処理ブロックの濃度変化の大きさとが一
致しないという問題があった。この問題を、図４を参照
しつつ説明する。図４は、図２の問題点を説明する図で
ある。ここで、ブロック１，ブロック２，…の順番で符
号化処理を行うものとする。

【００２１】例えば、各ブロックの濃度変化の大きさ、
即ち周波数スペクトルの複雑さは、ブロック１が中程度
、ブロック３，４，６，７が大、ブロック２，５が小と
する。このような場合、ブロック４とブロック７に対す
る量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）の設定に問題が発生する
。つまり、時刻ｔ３までの符号量の総和は、標準的な値
より小さくなっているため、符号量制御手段７では、量
子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）を、時刻ｔ３まで使用してい
た値より小さい値に変更し、ｔ３≦ｔ＜ｔ４における量
子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）とする。

【００２２】しかし、ｔ３≦ｔ＜ｔ４で量子化を行うブ
ロック４は濃度変化が大きいので、符号化ステップ幅ｑ
ｐ（ｍ）を大きい値に設定するのが符号量を一定とする
には望ましく、図４において設定された値では都合が悪
い。これは、ブロック２までの可変長符号化結果から、
ブロック４の量子化ステップを決定する制御方式のため
、量子化ステップ幅の決定と、実際に決定された量子化
ステップ幅により量子化される画像の位置の間に、ずれ
が生じるためである。

【００２３】同様な理由により、ｔ６≦ｔ＜ｔ７におけ
るブロック７の量子化ステップ幅決定もうまくいかない
。

【００２４】このような問題があるため、画像の濃度変
化の大きさに対応した適切な符号量を得るような量子化
ステップ幅ｑｐ（ｍ）を与えることができない。これに
より、復号した画像のブロック間における画質のばらつ
きを招き、それを解決することが困難であった。

【００２５】本発明は、前記従来技術が持っていた課題
として、濃度変化が大きいブロックと濃度変化が小さい
ブロックが交錯して出現した場合、実際に割当てられた
量子化ステップ幅と量子化するブロックの濃度変化の大
きさとが一致しないという点について解決した画像符号
化装置を提供するものである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は前記課題を
解決するために、画像デ―タを入力して複数の処理ブロ
ックに分割し、前記各処理ブロック毎の画像デ―タを、
量子化ステップ幅決定手段で決定された量子化ステップ
幅により量子化して量子化デ―タを求め、前記量子化デ
―タを圧縮して前記画像デ―タの符号化を行う画像符号
化装置において、量子化ステップ幅決定手段を次のよう
に構成している。

【００２７】即ち、この第１の発明の量子化ステップ幅
決定手段は、符号化開始直後の前記処理ブロックに対し
ては、中程度の量子化ステップ幅ｑｐの値に設定する機
能を有している。さらに、前記符号化開始以降の前記処
理ブロックに対しては、前記符号化開始から該符号化対
象の処理ブロックにおける画像デ―タの入力時刻までに
符号化された画像デ―タの符号量の総和ΣＢＲと、予め
定められた前記処理ブロックの標準的符号量の総和ΣＢ
Ｓと、該符号化対象の処理ブロックにおける直前の処理
ブロックの画像濃密変化量Ｚとを比較する。そして、Σ
ＢＲ＞ΣＢＳかつＺ＞閾値ＴＨＬ１のときにｑｐを大き
い値に更新し、ΣＢＲ＜ΣＢＳかつＺ＜閾値ＴＨＬ２の
ときにｑｐを小さい値に更新し、それ以外のときにはｑ
ｐを更新しない処理を、逐次入力される前記処理ブロッ
クの画像デ―タに対して繰り返し実行する構成にしてい
る。

【００２８】第２の発明は、第１の発明の画像濃度変化
量Ｚを、前記処理ブロック内において前記量子化デ―タ
の値が零となる回数を計数し、該計数結果の値に反比例
的な関係をとる値として算出する構成にしている。

【００２９】

【作用】第１の発明によれば、以上のように画像符号化
装置を構成したので、量子化ステップ幅決定手段は、符
号化開始以降の処理ブロックにおける符号量の傾向と、
直前の処理ブロックの画像デ―タの濃度変化の大きさか
ら推測される該直前ブロックの符号量の傾向とが、一致
しない時には、量子化ステップ幅を更新しない処理を行
う。これにより、画像濃度変化量の変動に適応した量子
化ステップ幅が設定され、符号量の極端な変動が抑制さ
れて安定な画像符号化処理が行える。

【００３０】第２の発明によれば、量子化デ―タの値が
零となる回数を計数し、その零出現回数を符号量制御の
パラメ―タとして加えることにより、簡単な構成で、画
像濃度変化量の変動に適応した量子化ステップ幅の設定
が行える。

【００３１】

【実施例】図１は、本発明の実施例を示す機能ブロック
図であり、図２中の要素と共通の要素には共通の符号が
付されている。

【００３２】この画像符号化装置は、従来の図２と同様
に、個別回路、あるいはコンピュ―タのプログラム制御
等で構成されている。そして、この画像符号化装置が従
来の図２と異なる点は、ラン・レングスデ―タ変換手段
５及び可変長符号化手段６の出力側に、量子化ステップ
幅決定手段２０を接続し、その量子化ステップ幅決定手
段２０の出力を量子化手段４へフィ―ドバックするよう
にした点である。

【００３３】量子化ステップ幅決定手段２０は、ラン・
レングスデ―タ変換手段５から出力されるラン・レング
スデ―タＳ５と可変長符号化手段６から出力される符号
量Ｂとを入力し、画像濃度変化量の変動に適応した量子
化ステップ幅ＱＰを量子化手段４へ出力する機能を有し
、零回数算出手段２１及び符号量制御手段２２より構成
されている。

【００３４】零回数算出手段２１は、ラン・レングスデ
―タＳ５を入力して零出力継続数の総和を算出して零出
現回数ＺＯを符号量制御手段２２へ出力する機能を有し
ている。符号量制御手段２２は、分割された各処理ブロ
ックの符号量Ｂと零出現回数ＺＯより、量子化ステップ
幅ＱＰを算出し、量子化手段４へ出力する機能を有して
いる。

【００３５】図５は、図１における画像符号化処理の動
作説明図であり、本実施例の符号量制御方法により設定
された量子化ステップ幅による画像符号化処理の動作例
を示す図である。この図を参照しつつ、図１の動作を説
明する。

【００３６】図１において、画像信号Ｓｉが画像入力手
段１に入力されると、該画像入力手段１では、画像信号
ＳｉをＡ／Ｄ変換して画像デ―タＤｉを生成し、それを
ブロック分割して画像デ―タ記憶手段２に格納する。画
像デ―タ記憶手段２に格納された処理ブロック毎の画像
デ―タＤｉは、直交変換手段３で、例えばＤＣＴ演算を
行って直交変換デ―タＦ（ｕ，ｖ）が量子化手段４へ送
られる。量子化手段４では、制御量制御手段２２から出
力された量子化ステップ幅ＱＰと直交変換デ―タＦ（ｕ
，ｖ）とを入力し、例えば前記（２）式による方法によ
り、量子化デ―タＱＦ（ｕ，ｖ）をラン・レングスデ―
タ変換手段５へ出力する。

【００３７】ラン・レングスデ―タ変換手段５は、ある
一つの処理ブロックの量子化デ―タＱＦ（ｕ，ｖ）を入
力し、零出力継続数と零出力継続が途絶えた時の量子化
出力値の組合せから構成されるラン・レングスデ―タＳ
５に変換し、可変長符号化手段６及び零回数算出手段２
１へ出力する。量子化デ―タＱＦ（ｕ，ｖ）の並びが、
例えば、｛２，０，０，４，０，０，０，０，５，４，
…｝であるとき、ラン・レングスデ―タＳ５は、｛（０
，２），（２，４），（４，５），（０，４），…｝と
なる。

【００３８】可変長符号化手段６では、従来と同様に、
ラン・レングスデ―タＳ５の零の継続回数と零でない値
の組合せそれぞれに対し、発生確率の大きさに対して相
対的に符号長を小さくなるよう予め定められたコ―ドを
割当て、該コ―ドデ―タを符号化デ―タＳ６として出力
すると共に、一つの処理ブロックに対して割当てられた
符号量Ｂを符号量制御手段２２へ出力する。

【００３９】一方、零回数算出手段２１は、ラン・レン
グスデ―タＳ５を入力し、零出力継続数の総和を算出し
て零出現回数ＺＯを求め、それを符号量制御手段２２へ
出力する。符号量制御手段２２は、各処理ブロックの符
号量Ｂと零出現回数ＺＯより、量子化ステップ幅ＱＰを
算出し、量子化手段４へ出力する。この量子化ステップ
幅ＱＰの算出例を次に説明する。

【００４０】あるブロック番号ｍ（ｍ＝１，２，３，…
）の直交変換デ―タＦ（ｕ，ｖ）に対する量子化ステッ
プ幅をｑｐ（ｍ）、ブロック番号ｍのラン・レングスデ
―タＳ５の零出現回数をＺＯ（ｍ）、ブロック番号ｍの
ラン・レングスデ―タＳ５に対して可変長符号化を行っ
た符号量をＢＲ（ｍ）、各ブロックに与える標準的符号
量をＢＳとする。

【００４１】最初の２つのブロックについては、初期値
として ｑｐ（１）＝ｑｐ（２）＝ｑｐｉｎｉｔ但し、ｑｐｉｎ
ｉｔ；中程度の大きさの量子化ステップ幅を与えておく
。量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）は、次式（４）より求め
られる。

【００４２】

【数３】

【００４３】但し、ＴＨＬ１；所定の閾値で、ブロック
内画素数の８０〜９０％程度の値に設定ＴＨＬ２；所定
の閾値で、ブロック内画素数の５０％程度の値に設定（
ＴＨＬ２＜ＴＨＬ１） （４）式の条件（ｉ）　は、量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ
）をｑｐ（ｍ−１）より大きい値（符号量が減少する方
向）に更新するための条件であり、２ブロック前までに
要した実際の符号量が標準的な符号量より大で、かつ１
ブロック前の画像データの濃度変化がさほど小さくない
ことを示す。一方、条件（ｉｉ）は、量子化ステップ幅
ｑｐ（ｍ）をｑｐ（ｍ−１）より小さい値（符号量が増
加する方向）に更新するための条件であり、２ブロック
前までに要した実際の符号量が標準的な符号量より小で
、かつ１ブロック前の画像データの濃度変化がさほど大
きくないことを示す。

【００４４】つまり、２ブロック前までの符号量の傾向
と、１ブロック前の画像データの濃度変化の大きさから
推測される該直前ブロックの符号量の傾向とが、一致し
ない場合には、量子化ステップ幅を更新しないようにし
て、符号量の極端な変動を抑えるようにしている。

【００４５】図５には、（４）式の量子化ステップ幅決
定方法による符号量の安定化の効果が示されており、従
来の図４と同一条件における動作例である。

【００４６】前述したように、ある時刻ｔｎにおいて、
次の条件（ｉ）または（ｉｉ）を満足する時に、量子化
ステップ幅ＱＰを更新しないようにしている。

【００４７】条件（ｉ）　　時刻ｔｎ　までに可変長符
号化した各ブロックの符号量の平均値が、標準的な符号
量より大で、かつ時刻ｔｎ　において量子化を行ったブ
ロックのラン・レングスデ―タＳ５の零出現回数ＺＯが
所定の閾値より大。

【００４８】条件（ｉｉ）　　時刻ｔｎ　までに可変長
符号化した各ブロックの符号量の平均値が、標準的な符
号量より小で、かつ時刻ｔｎ　において量子化を行った
ブロックのラン・レングスデ―タＳ５の零出現回数が所
定の閾値より小。

【００４９】図５に示すように、時刻ｔ３，ｔ５，ｔ６
において量子化ステップ幅ＱＰを更新しない条件となる
ことにより、各ブロックの符号量は従来の図４に比較し
て安定した変動を示す。このように、本実施例によれば
、濃度変化が大きいブロックと濃度変化が小さいブロッ
クが交錯して出現する画像の符号量を、安定した値とす
ることができるので、復号した際のブロック間の画質の
均質性が向上する。

【００５０】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
種々の変形が可能である。例えば、量子化ステップ幅Ｑ
Ｐの決定方法は、（４）式の方法に限定されない。第ｍ
ブロックの直交変換データＦ（ｕ，ｖ）に対する量子化
ステップ幅ＱＰを決定する際、第（ｍ−２）ブロックま
でに要した符号量と第（ｍ−１）ブロックの予測符号量
の傾向が相反する時は量子化ステップ幅変更を抑制する
方法であれば、（４）式と同等の効果が得られる。

【００５１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、濃度変化が大きいブロックと濃度変化が小さ
いブロックが交錯して出現する画像の符号量を、安定し
た値とすることができるので、復号した際の画像のブロ
ック間における画質の均質化の向上が期待できる。

【００５２】第２の発明によれば、例えば各ブロックの
量子化デ―タをラン・レングス変換したデ―タの零出現
回数を計数し、その零出現回数を符号量制御のパラメ―
タとして加えることにより、画像濃度変化量を算出する
。これにより、画像濃度変化量の変動に適応した量子化
ステップ幅を設定し、符号量が一定で安定な動作を行う
画像符号化装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例示す画像符号化装置の機能ブロ
ック図である。

【図２】従来の画像符号化装置の機能ブロック図である
。

【図３】図２における画像符号化処理の説明図である。

【図４】図２における問題点の説明図である。

【図５】図１における画像符号化処理の動作説明図であ
る。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　　　　　画像入力手段２　
　　　　　　　　　　　　　　　画像デ―タ記憶手段３
　　　　　　　　　　　　　　　　直交変換手段４　　
　　　　　　　　　　　　　　量子化手段５　　　　　
　　　　　　　　　　　ラン・レングスデ―タ変換手段
６　　　　　　　　　　　　　　　　可変長符号化手段
２０　　　　　　　　　　　　　　量子化ステップ幅決
定手段２１　　　　　　　　　　　　　　零回数算出手
段２２　　　　　　　　　　　　　　符号量制御手段Ｓ
ｉ　　　　　　　　　　　　　　画像信号Ｄｉ　　　　
　　　　　　　　　　画像デ―タＦ（ｕ，ｖ）　　　　
　　直交変換デ―タＱＦ（ｕ，ｖ）　　　　量子化デ―
タ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画像デ―タを入力して複数の処理ブロ
   ックに分割し、前記各処理ブロック毎の画像デ―タを、
   量子化ステップ幅決定手段で決定された量子化ステップ
   幅により量子化して量子化デ―タを求め、前記量子化デ
   ―タを圧縮して前記画像デ―タの符号化を行う画像符号
   化装置において、前記量子化ステップ幅決定手段は、符
   号化開始直後の前記処理ブロックに対しては、中程度の
   量子化ステップ幅ｑｐの値に設定し、前記符号化開始以
   降の前記処理ブロックに対しては、前記符号化開始から
   該符号化対象の処理ブロックにおける画像デ―タの入力
   時刻までに符号化された画像デ―タの符合量の総和ΣＢ
   Ｒと、予め定められた前記処理ブロックの標準的符号量
   の総和ΣＢＳと、該符号化対象の処理ブロックにおける
   直前の処理ブロックの画像濃密変化量Ｚとを比較し、Σ
   ＢＲ＞ΣＢＳかつＺ＞閾値ＴＨＬ１のときにｑｐを大き
   い値に更新し、ΣＢＲ＜ΣＢＳかつＺ＜閾値ＴＨＬ２の
   ときにｑｐを小さい値に更新し、それ以外のときにはｑ
   ｐを更新しない処理を、逐次入力される前記処理ブロッ
   クの画像デ―タに対して繰り返し実行する構成にしたこ
   とを特徴とする画像符号化装置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の画像符号化装置におい
   て、前記画像濃度変化量Ｚは、前記処理ブロック内にお
   いて前記量子化デ―タの値が零となる回数を計数し、該
   計数結果の値に反比例的な関係をとる値として算出する
   構成にした画像符号化装置。