JPH04331573A - 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、画像データを圧縮して
符号化データを出力する画像符号化装置、特にその符号
化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　　コミュニケーションズ（
ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　ＯＮ　ＣＯＭＭ
ＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ）　　ＣＯＭ−３２［３］（１９
８４−３）（米）Ｈ．Ｈ．ＣＨＥＮ他「シーン　　アダ
プティブ　　コーダ（Ｓｃｅｎｅ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　
Ｃｏｄｅｒ）」Ｐ．２２５−２３２ 文献２；シー　　シー　　アイ　　ティ　　ティ　　Ｓ
ＧＸＶ勧告（ＣＣＩＴＴ　ＳＧＸＶ　Ｒｅｃｏｍｍｅｎ
ｄａｔｉｏｎ）Ｈ．２６１従来、画像（静止画像と動画
像双方を含む）を符号化し、効率的にデータ量を圧縮す
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、その構成を図を用いて説明する。

【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
はコンピュータのプログラム制御等で構成されるもので
、ビデオカメラ等よりのビデオ信号（動画像信号）、あ
るいはイメー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、画像データ記憶手段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、可変長符号化手段５、及び
符号化データ入出力バッファ６が接続され、さらにその
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を参照しつつ、図２の動作を説
明する。

【０００７】図３は、図２におけるブロックの分割例を
示す図である。この分割例では、ブロック分割数が１０
個の場合が示されている。なお、この分割数は任意の数
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
データＤｉとして画像データ記憶手段２へ出力する。こ
の画像データ２は、画像入力手段１において、図３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
単位で符号化処理が実行される。

【０００９】直交変換手段３では、一つの処理ブロック
の画像データＤｉに対し、該処理ブロックに該当する画
像データ記憶手段２のアドレスを発生し、その画像デー
タ記憶手段２から画像データＤｉを読み出し、例えばＤ
ｅｓｃｒｅｔｅ　　Ｃｏｓｉｎｅ　　Ｔｒａｎｓｆｏｒ
ｍ（以下、ＤＣＴという）演算を行い、次式（１）に従
い画像データＤｉの周波数スペクトルの大きさを算出し
、直交変換データ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
される直交変換データ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は、直交変換データＦ（ｕ，
ｖ）と、符号量制御手段７より出力される量子化ステッ
プ幅ＱＰ（ブロック番号ｍの時の量子化ステップ幅ｑｐ
（ｍ））とを入力し、例えば次式（２）に基づき、量子
化データＱＦ（ｕ，ｖ）を可変長符号化手段５へ出力す
る。

【００１３】

【数２】

【００１４】この量子化手段４における量子化処理によ
り、直交変換データＦ（ｕ，ｖ）の小さい成分に対して
量子化出力が０となる。この０の数が多いほど、データ
量の圧縮が容易である。

【００１５】可変長符号化手段５では、量子化データＱ
Ｆ（ｕ，ｖ）を入力し、その量子化データＱＦ（ｕ，ｖ
）の値の発生確立の大きさに対して相対的に符号長が小
さくなるよう予め定められたコードを割当て、その割当
てられたコードを符号化データＳ５として符号化データ
入出力バッファ６へ出力すると共に、一つの処理ブロッ
クに対して割当てられた符号量を入力符号量ＢＲｉ（ｍ
）として符号量制御手段７へ出力する。

【００１６】符号化データ入出力バッファ６は、可変長
符号化手段５からの符号化データＳ５を入力開始後、直
ちに伝送データＳ６の形で伝送路８へ出力する。伝送路
８の容量は一定であり、伝送エラー等の障害が発生しな
い限り、一定の速度で符号化データＳ５が伝送路８へ出
力される。符号化データ入出力バッファ６では、さらに
１ブロック分の符号化処理時間で出力したデータ量を出
力符号量ＢＲｏ（ｍ）の形で符号量制御手段７へ出力す
る。

【００１７】符号量制御手段７は、各処理ブロック毎の
入力符号量ＢＲｉ（ｍ）と出力符号量ＢＲｏ（ｍ）とを
入力し、適当な量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）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（
ｍ）の決定方法の一例が、前記文献１に記載されている
。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画像データＤｉ
に対して実際に符号化した時の符号量（入力符号量）を
ＢＲｉ（ｍ）、（ｍ；ブロック番号）、各処理ブロック
における伝送路８への出力符号量をＢＲｏ（ｍ）、量子
化ステップ幅をｑｐ（ｍ）、各ブロック処理段階におい
て符号化データ入出力バッファ６に残っている符号化デ
ータ量をＢＲ（ｍ）、該符号化データ入出力バッファ６
に残っている符号化データ量の標準的な量をＢＳとする
と、残存符号化データ量ＢＲ（ｍ）及び量子化ステップ
幅ｑｐ（ｍ）は、次式（３），（４）より求められる。 　　　　　　　　ｑｐ（ｍ）＝ｑｐ（ｍ−１）＋α（Ｂ
Ｒ（ｍ）−ＢＳ）　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（４）　　但
し、α；正定数で、符号化データをバッファリングする
装置内部のバッファ容量の逆数に比例する値つまり、符
号化データ入出力バッファ６に残っている残在符号化デ
ータ量（以下、バッファ残量という）ＢＲ（ｍ）が、符
号化データ量の標準的な残量ＢＳよりも大である時、量
子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）を大きい値に更新してバッフ
ァ残量ＢＲ（ｍ）を減少させる。バッファ残量ＢＲ（ｍ
）が標準的残量ＢＳより小である時、量子化ステップ幅
ｐｑ（ｍ）を小さい値に更新してバッファ残量ＢＲ（ｍ
）を増加させる。これにより、バッファ残量ＢＲ（ｍ）
を常に一定量に保持できる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
画像符号化装置における量子化ステップ幅決定方法によ
る符号量制御方式では、入力符号量ＢＲｉ（ｍ）の増加
により、バッファ残量ＢＲ（ｍ）が、この画像符号化装
置に実装されたバッファ容量を越えるおそれがあった。 この問題点を図４を参照しつつ説明する。

【００２０】図４は、図２の問題点を説明する図である
。量子化対象ブロックの濃度変化の大きさが、例えば図
４のようになったとする。（３），（４）式に従い、量
子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）を決定した場合におけるバッ
ファ残量ＢＲ（ｍ）は、図４のように変動し、時刻ｔ３
において該バッファ残量ＢＲ（ｍ）が、バッファ容量を
越える危険性がない上限値（バッファ容量の１／２程度
に設定）を越えており、危険な領域に入っている。

【００２１】これは、（４）式において、バッファ残量
に相当するＢＲ（ｍ）が与えられると、量子化ステップ
幅ｑｐ（ｍ）の変動量が標準的残量ＢＳとの差に比例し
た値として定まる。従って、バッファ残量ＢＲ（ｍ）が
同じ値であっても、変更前の量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ
）の値が異なれば、更新後の量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ
）の値も異なったものとなることが原因である。そのた
め、バッファ残量ＢＲ（ｍ）が標準値より大きく上限値
に近い値であったとしても、更新前の量子化ステップ幅
ｑｐ（ｍ）が小さい時には、更新後も量子化ステップ幅
ｑｐ（ｍ）の値が十分に大きくならないので、バッファ
残量ＢＲ（ｍ）の増大を招く。この状態が、図４中の時
刻ｔ２に示されている。

【００２２】本発明は、前記従来技術が持っていた課題
として、バッファ残量ＢＲ（ｍ）がバッファ容量を越え
るおそれがある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。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、画像データを
入力して複数の処理ブロックに分割し、前記各処理ブロ
ック毎の画像データを量子化ステップ幅で量子化して量
子化データを求め、前記量子化データを圧縮して符号化
データを出力する画像符号化装置において、次のような
手段を設けている。

【００２４】即ち、本発明では、前記符号化対象の処理
ブロックの入力時刻までに発生した前記符号化データの
符号量を参照して前記量子化ステップ幅を変更する量子
化ステップ幅決定手段と、前記符号化データの量が前記
量子化ステップ幅変更後に所定の上限値を越える可能性
がある量子化ステップ幅への変更を行わないようにする
ステップ幅変更可否判定手段とを、設けている。

【００２５】

【作用】本発明によれば、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によって量
子化ステップ幅を更新する時、ステップ幅変更可否判定
手段は、変更前の符号化データ量（例えば、バッファ残
量）に対し、量子化ステップ幅変更後のステップ幅の値
の中で所定の上限値（例えば、バッファ上限値）を越え
る可能性がある量子化ステップ幅への変更を抑制するよ
うに働く。これにより、符号化処理動作の安定性が図れ
る。従って、前記課題を解決できるのである。

【００２６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す画像符号化
装置の機能ブロック図であり、従来の図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。

【００２７】この画像符号化装置では、図２の符号量制
御手段７に代えて、可変長符号化手段５及び符号化デー
タ入出力バッファ６の出力側に、ステップ幅変更可否判
定手段１０及び量子化ステップ幅決定手段１１が接続さ
れている。

【００２８】ステップ幅変更可否判定手段１０は、可変
長符号化手段５からの入力符号量ＢＲｉ（ｍ）、符号化
データ入出力バッファ６からの出力符号量ＢＲｏ（ｍ）
、及び量子化ステップ幅決定手段１１からの変更前の量
子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）を入力し、各量子化ステップ
幅ｑｐ（ｍ）への変更が該時刻における条件下で実施可
能か否かを判定し、ステップ幅変更可能最小値ｑｐｍｉ
ｎ　（ＢＲ（ｍ））を量子化ステップ幅決定手段１１へ
出力する機能を有している。

【００２９】量子化ステップ幅決定手段１１は、入力符
号量ＢＲｉ（ｍ）、出力符号量ＢＲｏ（ｍ）及びステッ
プ幅変更可能最小値ｑｐｍｉｎ　（ＢＲ（ｍ））を入力
し、量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）を算出して量子化手段
４及びステップ幅変更可否判定手段１０へ出力する機能
を有している。

【００３０】次に、図５及び図６を参照しつつ図１の動
作を説明する。

【００３１】図５は図１の画像符号化処理における符号
量制御方法の動作説明図、及び図６は図１中のステップ
幅変更可否判定手段１０の処理内容を示す図である。

【００３２】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変換した後、水平方向及び垂直方向に広が
りを持つ画像データＤｉとして画像データ記憶手段２へ
格納する。この画像データＤｉは、画像入力手段１にお
いてブロック分割される。直交変換手段３では、一つの
処理ブロックの画像データＤｉに対してその処理ブロッ
クに該当する画像データ記憶手段２のアドレスを発生し
、該画像データ記憶手段２から画像データＤｉを読み出
し、例えばＤＣＴ演算を行って画像データの周波数スペ
クトルの大きさを算出し、直交変換データＦ（ｕ，ｖ）
を量子化手段４へ出力する。

【００３３】量子化手段４では、量子化ステップ幅決定
手段１１から出力される量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）に
基づき、直交変換データＦ（ｕ，ｖ）の量子化を行い、
量子化データＱＦ（ｕ，ｖ）を可変長符号化手段５へ出
力する。可変長符号化手段５では、量子化データＱＦ（
ｕ，ｖ）に基づき、符号化データＳ５を符号化データ入
出力バッファ６へ出力すると共に、一つの処理ブロック
に対して割当てられた入力符号量ＢＲｉ（ｍ）をステッ
プ幅変更可否判定手段１０へ出力する。

【００３４】符号化データ入出力バッファ６は、入力さ
れた符号化データＳ５を入力開始後、直ちに伝送データ
Ｓ６として伝送路８へ出力する。さらに、１ブロック分
の符号化処理時間で出力したデータ量を出力符号量ＢＲ
ｏ（ｍ）としてステップ幅変更可否判定手段１０及び量
子化ステップ幅決定手段１１へ出力する。

【００３５】ステップ幅変更可否判定手段１０は、入力
符号量ＢＲｉ（ｍ）、出力符号量ＢＲｏ（ｍ）、及び変
更前の量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）を入力し、各量子化
ステップ幅ｑｐ（ｍ）への変更が該時刻における条件下
で実施可能か否かを判定し、その判定結果であるステッ
プ幅変更可能最小値ｑｐｍｉｎ　（ＢＲ（ｍ））を量子
化ステップ幅決定手段１１へ出力する。このステップ幅
変更可否判定手段１０の処理内容を次に説明する。

【００３６】ステップ幅変更可否判定手段１０では、処
理ブロック毎に入力される入力符号量ＢＲｉ（ｍ）、及
び出力符号量ＢＲｏ（ｍ）より、（３）式に従いバッフ
ァ残量ＢＲ（ｍ）を算出する。この算出されたバッファ
残量ＢＲ（ｍ）に対するステップ幅変更可能最小値ｑｐ
ｍｉｎ　（ＢＲ（ｍ））を次式（５）より決定する。

【００３７】

【数３】

【００３８】但し、ＢＲＭＡＸ；バッファ残量ＢＲ（ｍ
）の上限値 ＢＲＭＩＮ；バッファ残量ＢＲ（ｍ）の下限値このステ
ップ幅変更可能最小値ｑｐｍｉｎ　（ＢＲ（ｍ））の内
容が図６に示されている。

【００３９】図６に示すように、バッファ残量ＢＲ（ｍ
）が大きい時には、該バッファ残量ＢＲ（ｍ）の上限値
ＢＲＭＡＸとの差が少ないので、符号量が増加する可能
性がある量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）への変更を禁止す
る。バッファ残量ＢＲ（ｍ）の値が図６に示すａである
場合、そのａに対するｘをステップ幅変更可能最小値ｑ
ｐｍｉｎ　（ＢＲ（ｍ））として量子化ステップ幅決定
手段１１へ出力する。

【００４０】量子化ステップ幅決定手段１１は、入力符
号量ＢＲｉ（ｍ）、出力符号量ＢＲｏ（ｍ）、及びステ
ップ幅変更可能最小値ｑｐｍｉｎ　（ＢＲ（ｍ））を入
力し、量子化ステップ幅ｑｐ（ｍ）を次式（６）より算
出し、量子化手段４及びステップ幅変更可否判定手段１
０へ出力する。 ｑｐ（ｍ）　＝ｍａｘ　［｛ｑｐ（ｍ−１）　＋α（Ｂ
Ｒ（ｍ）−ＢＳ）｝，ｑｐｍｉｎ　（ＢＲ（ｍ））］…
（６） 但し、ｍａｘ［Ａ，Ｂ］；Ａ，Ｂの大きい方の値を示す
。

【００４１】図４と同じ入力データに対して（６）式の
方法による量子化ステップ幅決定を行った結果が図５に
示されている。この図５の時刻ｔ２において、量子化ス
テップ幅ｑｐ（ｍ）を、図４の結果より大きい値に設定
してバッファ残量ＢＲ（ｍ）が上限値ＢＲＭＡＸを越え
る可能性を回避している。

【００４２】本実施例では、次のような利点を有してい
る。

【００４３】量子化ステップ幅決定手段１１により量子
化ステップ幅ｑｐ（ｍ）を更新する時、ステップ幅変更
可否判定手段１０では、変更前のバッファ残量ＢＲ（ｍ
）に対して、量子化ステップ幅変更後のステップ幅の値
の中でバッファ残量ＢＲ（ｍ）の上限値ＢＲＭＡＸを越
える可能性がある量子化ステップ幅を予め記憶しておき
、その記憶された量子化ステップ幅への変更を行わない
ようにしている。これにより、バッファ残量ＢＲ（ｍ）
が上限値ＢＲＭＡＸを越える可能性を回避した量子化ス
テップ幅ｑｐ（ｍ）が決定され、バッファ残量ＢＲ（ｍ
）の急激な変動が抑制された安定な動作をする画像符号
化装置の実現が可能となる。

【００４４】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。

【００４５】ステップ幅変更可否判定手段１０の処理内
容は、図６に示したものに限定されず、他の手段によっ
ても実現可能である。例えば、バッファ残量ＢＲ（ｍ）
の上限値ＢＲＭＡＸと該バッファ残量ＢＲ（ｍ）との差
分Ｓを、次式（７）より算出する。 　　　　　　　　Ｓ＝ＢＭＡＸ−ＢＲ（ｍ）　　　　　
　　　　　　　　　　　・・・（７）の様に算出した差
分Ｓに基づき、１ブロックデータの符号量が該差分Ｓを
越える可能性がある量子化ステップ幅への変更を禁止す
ることにより、上記実施例と同様の利点が得られる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、量子化ステップ幅決定手段及びステップ幅変更可
否判定手段を設けたので、符号化データ量が上限値を越
える可能性を回避した量子化ステップ幅の決定が行われ
る。そのため、符号化データ量の急激な変動を抑えるこ
とができ、安定な動作をする画像符号化装置の実現が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を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のブロック分割例を示す図である。

【図４】図２の問題点の説明図である。

【図５】図１の画像符号化処理の動作説明図である。

【図６】図１中のステップ幅変更可否判定の説明図であ
る。

【符号の説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画像デー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ータを量
   子化ステップ幅で量子化して量子化データを求め、前記
   量子化データを圧縮して符号化データを出力する画像符
   号化装置において、前記符号化対象の処理ブロックの入
   力時刻までに発生した前記符号化データの符号量を参照
   して前記量子化ステップ幅を変更する量子化ステップ幅
   決定手段と、前記符号化データの量が前記量子化ステッ
   プ幅変更後に所定の上限値を越える可能性がある量子化
   ステップ幅への変更を行わないようにするステップ幅変
   更可否判定手段とを、設けたことを特徴とする画像符号
   化装置。