JPH04373260A - 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、画像符号化装置に関し
、特に画像データを離散余弦変換によって高能率符号化
する画像符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像データを伝送したり、例えば磁気テ
ープ等の記録媒体に記録するとき、画像情報圧縮のため
の種々の符号化が採用されている。例えば所謂予測符号
化、変換符号化、ベクトル量子化等が知られている。

【０００３】ところで、上記変換符号化は、画像信号の
有する相関性を利用し、標本値（以下画像データという
）を相互に直交する軸に変換して画像データ間の相関を
無相関化し、データ量の削減を行うものであり、所謂基
底ベクトルが互いに直交し、変換前の平均信号電力の総
和と直交変換により得られる所謂変換係数の平均電力の
総和が等しく、低周波成分への電力集中度に優れた直交
変換が採用されており、例えば所謂アダマール変換、ハ
ール変換、カールネン・ルーベ（Ｋ−Ｌ）変換、離散余
弦変換（以下ＤＣＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｃｏｓｉｎｅ
　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　という）、離散正弦変換（以下
ＤＳＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｓｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏ
ｒｍ　という）、傾斜（スラント）変換等が知られてい
る。

【０００４】ここで、上記ＤＣＴについて簡単に説明す
る。ＤＣＴは、画像を空間配置における水平・垂直方向
ともにｎ個（ｎ×ｎ）の画素からなる画像ブロックに分
割し、画像ブロック内の画像データを余弦関数を用いて
直交変換するものである。このＤＣＴは、高速演算アル
ゴリズムが存在し、画像データの実時間変換を可能にす
る１チップの所謂ＬＳＩが実現したことにより画像デー
タの伝送や記録に広く用いられるようになっている。ま
た、ＤＣＴは、符号化効率として、効率に直接影響する
低周波成分への電力集中度の点で最適な変換である上記
Ｋ−Ｌ変換と殆ど同等の特性を有するものである。した
がって、ＤＣＴにより得られる変換係数を、電力が集中
する成分のみを符号化することにより、全体として情報
量の大幅な削減が可能となる。

【０００５】具体的には、画像データをＤＣＴして得ら
れる変換係数を例えばＣｉｊ（ｉ＝０〜ｎ−１，ｊ＝０
〜ｎ−１）で表すと、変換係数Ｃ００は画像ブロック内
の平均輝度値を表す直流成分に対応し、その電力は、通
常、他の成分に比べてかなり大きくなる。そこで、この
直流成分を粗く量子化した場合、視覚的に大きな画質劣
化として感じられる直交変換符号化特有の雑音である所
謂ブロック歪みが生じるところから、変換係数Ｃ００に
多くのビット数（例えば８ビット以上）を割り当てて均
等量子化し、直流成分を除く他の成分（以下交流成分と
いう）の変換係数Ｃｉｊ（Ｃ００を除く）には、例えば
視覚の空間周波数が高域では低下するという視覚特性を
利用して、高周波成分ほどビット数の割り当てを減少さ
せて量子化するようになっている。

【０００６】そして、画像データの伝送や記録では、画
像データをＤＣＴして得られる変換係数を上述のように
量子化した後、さらに圧縮を行うために所謂ハフマン符
号化（Ｈｕｆｆｍａｎ　ｃｏｄｉｎｇ）やランレングス
符号化（Ｒｕｎ　Ｌｅｎｇｔｈ　ｃｏｄｉｎｇ　）等の
可変長符号化を施し、得られる符号化データに同期信号
やパリティ等を付加して伝送や記録を行うようになって
いる。

【０００７】さらに、例えば映像信号をディジタル信号
として磁気テープに記録するディジタルビデオテープレ
コーダ（以下単にＶＴＲという）では、編集や変速再生
等を考慮すると１フレームあるいは１フィールドのデー
タ量が一定（固定長）であることが望ましく、また回路
規模を考慮すると、符号化データを所定の画像ブロック
数分集めた処理単位も固定長であることが望ましい。そ
こで、ＶＴＲでは、量子化幅が互いに異なる複数の量子
化器を準備しておき、処理単位内の全ての画像ブロック
に対しては１つ量子化器を用いる条件のもとに、処理単
位のデータ量が所定値以下であって量子化幅が最小の量
子化器を選択して量子化を行うようになっている。これ
は、処理単位内の画像ブロック毎に量子化器を切換選択
して量子化を行うと、用いた量子化器の情報を画像ブロ
ック毎に伝送しなければならず、そのためにデータ量（
オーバヘッド）が増えるので、それを回避するためであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、１フレームあるいは１フィールドの画像データを所
定数の画像ブロックからなる処理単位に細分化すると共
に、処理単位を固定長にすると、各処理単位で生じる情
報の伝達に寄与しない余剰ビットが累積され、１フレー
ムあるいは１フィールドでかなりの量のビットを情報の
伝達に使用しないことになる。換言すると、符号化効率
が低下することになる。

【０００９】また、画像データを、例えば所謂輝度信号
Ｙ及び色差信号Ｕ、Ｖのデータ（以下輝度データ、色差
データという）として伝送や記録を行う場合、人間の眼
が小さな面積では色の識別ができなくなるという視覚特
性を有することから、輝度データを細かく（多くのビッ
ト数を割り当てて）量子化し、輝度データの量子化歪み
を抑えると、全体として同じデータ量であっても画質の
向上を図ることができる。しかし、輝度データと色差デ
ータのビット配分を、例えば輝度データに多くのビット
を割り当てるように、一義的に決定して量子化を行うと
、絵柄によっては、かえって画質の劣化を招くことがあ
る。

【００１０】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、所定数のブロックからなる処理単位の各
ブロックに対して同一の量子化幅で量子化を行うと共に
、処理単位のデータ量が目標データ量以下であって最小
の量子化幅で（細かく）量子化する際に、各処理単位で
生じる余剰ビット（情報の伝達に使用されないビット）
の累積による１フレームあるいは１フィールド全体の余
剰ビットの発生を抑えことができ、符号化効率が高い画
像符号化装置の提供を目的とするものである。

【００１１】また、輝度信号と色差信号の処理単位にそ
れぞれ割り当てられたデータ量の合計が所定値以下であ
って、色差信号に対する量子化歪みを増加することなく
、輝度信号の量子化歪みを低減し得、結果的に画質の向
上を図ることができる画像符号化装置の提供を目的とす
るものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するために、画像データを空間配置におけるｎ×ｎ
個を１ブロックとするブロックに分割するブロック化手
段と、該ブロック化手段からの各ブロックの画像データ
を余弦関数を用いて直交変換して変換係数を算出する離
散余弦変換手段と、該離散余弦変換手段からの変換係数
を量子化して量子化データを形成し、該量子化データを
出力する量子化手段と、所定数のブロックからなる処理
単位の量子化データのデータ量と目標データ量の差であ
る余剰データ量を検出し、該余剰データ量を所定のデー
タ量に加算して次の処理単位の目標データ量とすると共
に、目標データ量以下であって最小の量子化幅で変換係
数を量子化するように上記量子化手段を制御する制御手
段とを有することを特徴とする。

【００１３】また、本発明では、輝度データと色差デー
タを空間配置におけるｎ×ｎ個を１ブロックとするブロ
ックにそれぞれ分割するブロック化手段と、該ブロック
化手段からの各ブロックの輝度データと各ブロックの色
差データを余弦関数を用いてそれぞれ直交変換して輝度
データと色差データの変換係数を算出する離散余弦変換
手段と、該離散余弦変換手段からの輝度データの変換係
数と色差データの変換係数を量子化して輝度データと色
差データの量子化データを形成し、該量子化データを出
力する量子化手段と、所定数のブロックからなる色差デ
ータの処理単位の量子化データのデータ量と第１の目標
データ量の差である余剰データ量を検出し、該余剰デー
タ量を所定のデータ量に加算して輝度データの処理単位
の第２の目標データ量とすると共に、上記第１の目標デ
ータ量以下であって最小の量子化幅で色差データの変換
係数を量子化し、上記第２の目標データ量以下であって
最小の量子化幅で輝度データの変換係数を量子化するよ
うに上記量子化手段を制御する制御手段とを有すること
を特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明に係る画像符号化装置では、画像データ
を空間配置におけるｎ×ｎ個を１ブロックとするブロッ
クに分割し、各ブロックの画像データを余弦関数を用い
て直交変換して変換係数を算出し、この変換係数を量子
化して量子化データを形成し、量子化データを出力する
際に、所定数のブロックからなる処理単位の量子化デー
タのデータ量と目標データ量の差である余剰データ量を
検出し、余剰データ量を所定のデータ量に加算して次の
処理単位の目標データ量とすると共に、目標データ量以
下であって最小の量子化幅で変換係数を量子化する。

【００１５】また、本発明に係る画像符号化装置では、
輝度データと色差データを空間配置におけるｎ×ｎ個を
１ブロックとするブロックにそれぞれ分割し、各ブロッ
クの輝度データと各ブロックの色差データを余弦関数を
用いてそれぞれ直交変換して輝度データと色差データの
変換係数を算出し、これらの輝度データの変換係数と色
差データの変換係数を量子化して輝度データと色差デー
タの量子化データを形成し、該量子化データを出力する
際に、所定数のブロックからなる色差データの処理単位
の量子化データのデータ量と第１の目標データ量の差で
ある余剰データ量を検出し、該余剰データ量を所定のデ
ータ量に加算して輝度データの処理単位の第２の目標デ
ータ量とすると共に、上記第１の目標データ量以下であ
って最小の量子化幅で色差データの変換係数を量子化し
、上記第２の目標データ量以下であって最小の量子化幅
で輝度データの変換係数を量子化する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る画像符号化装置の実施例
を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明を適用
した画像符号化装置の第１の実施例の回路構成を示すも
のであり、図２は、この画像符号化装置を適用したディ
ジタルビデオテープレコーダ（以下単にＶＴＲという）
の記録系の回路構成を示すものであり、図３は、該ＶＴ
Ｒの再生系の回路構成を示すものである。

【００１７】まず、このＶＴＲについて説明する。この
ＶＴＲは、図２に示すように、アナログ映像信号をディ
ジタル信号に変換し、得られる画像データに所謂変換符
号化等のデータ処理を施してデータ圧縮を行った後、磁
気ヘッド２１を介して磁気テープ１に記録する記録系と
、図３に示すように、磁気テープ１から磁気ヘッド３１
によって再生される再生信号を２値化すると共に、復号
化等のデータ処理を施した後、アナログ信号に変換して
アナログ映像信号を再生する再生系とから構成される。

【００１８】上記記録系は、上述の図２に示すように、
映像信号をサンプリングし、ディジタル信号に変換して
画像データを形成するアナログ／ディジタル変換器（以
下Ａ／Ｄ変換器という）１１と、該Ａ／Ｄ変換器１１か
らの画像データを空間配置におけるｎ×ｎ個を１ブロッ
クとする画像ブロックＧｈ　（ｈ＝０〜Ｈ、Ｈは１フレ
ームあるいは１フィールドの画素数及び１画像ブロック
の画素数ｎ２　に依存する）に分割すると共に、所定数
の画像ブロックＧｈ　からなる、例えばデータ処理や伝
送の１単位となる処理単位を形成するブロック化回路１
２と、該ブロック化回路１２からの画像データを余弦関
数を用いて直交変換（以下ＤＣＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　
Ｃｏｓｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　という）して各画
像ブロックＧｈ　の変換係数Ｃｉｊ（ｉ＝０〜ｎ−１，
ｊ＝０〜ｎ−１）を算出する離散余弦変回路（以下ＤＣ
Ｔ回路という）１３と、該ＤＣＴ回路１３からの変換係
数Ｃｉｊを処理単位毎に量子化して量子化データを形成
する量子化回路１４と、該量子化回路１４からの量子化
データを、例えば所謂可変長符号により符号化して符号
化データＶＬＣｉｊ（ｉ＝０〜ｎ−１，ｊ＝０〜ｎ−１
）を形成する符号化回路１５と、該符号化回路１５から
の符号化データＶＬＣｉｊに、例えばエラー検出やエラ
ー訂正のためのパリティを処理単位毎に付加するパリテ
ィ付加回路１７と、該パリティ付加回路１７からのパリ
ティが付加された符号化データＶＬＣｉｊに、同期信号
と画像ブロックＧｈ　の番号ｈ等を識別する識別ビット
（以下ＩＤという）を処理単位毎に付加して伝送データ
を形成する同期信号挿入回路１８と、該同期信号挿入回
路１８からパラレルデータとして送られてくる伝送デー
タをシリアルデータに変換するパラレル／シリアル（以
下Ｐ／Ｓという）変換器１９と、該Ｐ／Ｓ変換器１９か
らの伝送データに、例えば所謂スクランブルやＮＲＺＩ
変調処理を施して記録信号を生成し、上記磁気ヘッド２
１に供給するチャンネルエンコーダ（以下ＥＮＣという
）２０とから構成される。

【００１９】そして、この記録系は、端子２を介してア
ナログ信号として供給される映像信号を画像データに変
換した後、例えば１フレームあるいは１フィールド分の
画像データを画像ブロックＧｈ　に分割し、各画像ブロ
ックＧｈ　の画像データをＤＣＴして変換係数Ｃｉｊを
算出し、この変換係数Ｃｉｊを処理単位毎に量子化して
量子化データを形成すると共に、可変長符号により量子
化データを符号化して符号化データＶＬＣｉｊを形成す
るようになっている。また、この記録系は、符号化デー
タＶＬＣｉｊに同期信号等を処理単位毎に付加して伝送
データを形成した後、この伝送データに記録に適した変
調、例えばスクランブルやＮＲＺＩ変調処理を施し、磁
気ヘッド２１よって磁気テープ１に記録するようになっ
ている。

【００２０】かくして、本発明に係る画像符号化装置、
すなわち上述のように構成されるＶＴＲの要部は、上記
ブロック化回路１２〜量子化回路１４から構成され、具
体的には、以下のようになっている。

【００２１】上記ブロック化回路１２は、例えば図１に
示すように、例えば１フレームあるいは１フィールド分
の記憶容量を有し、画像データを記憶するメモリ１２ａ
と、該メモリ１２ａから画像データを空間配置における
ｎ×ｎ個を１ブロックとする画像ブロックＧｈ　に分割
すると共に、１フレームあるいは１フィールド分を複数
に分割した所定数の画像ブロックＧｈ　からなる処理単
位毎に読み出すブロック化器１２ｂとから構成される。

【００２２】そして、このブロック化回路１２は、端子
４を介して供給される画像データをメモリ１２ａに１フ
レームあるいは１フィールド毎に記憶すると共に、この
メモリ１２ａに記憶されている画像データを空間配置に
おける例えば８×８個を１ブロックとする画像ブロック
Ｇｈ　に分割すると共に、所定数の画像ブロックＧｈ　
からなる処理単位毎に読み出し、この読み出した画像デ
ータをＤＣＴ回路１３に供給するようになっている。

【００２３】上記ＤＣＴ回路１３は、例えば所謂ＤＳＰ
（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ
）等から構成され、ブロック化回路１２から処理単位毎
に供給される画像データを上述のように余弦関数を用い
て直交変換して、変換係数Ｃｉｊを算出し、この変換係
数Ｃｉｊを量子化回路１４に供給するようになっている
。

【００２４】上記量子化回路１４は、同じく図１に示す
ように、上記ＤＣＴ回路１３からの変換係数Ｃｉｊを記
憶するバッファメモリ１４ａと、互いに異なる量子化幅
を有し、上記バッファメモリ１４ａから読み出された変
換係数Ｃｉｊをそれぞれ量子化して、同一処理単位に対
して互いに異なるデータ量の量子化データをそれぞれ形
成する量子化器Ｑｍ　（ｍ＝１〜Ｍ）と、該各量子化器
Ｑｍ　の出力の１つを選択するセレクタ１４ｂと、上記
ＤＣＴ回路１３からの変換係数Ｃｉｊを処理単位毎に量
子化して処理単位のデータ量を算出し、このデータ量に
基づいて上記セレクタ１４ｂを制御するデータ量算出回
路１４ｃとから構成される。

【００２５】そして、この量子化回路１４は、処理単位
の量子化データのデータ量が目標データ量以下であって
量子化歪みが最小となるように、ＤＣＴ回路１３からの
各処理単位の変換係数Ｃｉｊを、各処理単位で目標とさ
れる目標データ量以下であって最小の量子化幅で量子化
して量子化データを形成し、この量子化データを符号化
回路１５に供給するようになっている。

【００２６】具体的には、データ量算出回路１４ｃは、
ＤＣＴ回路１３からの変換係数Ｃｉｊを処理単位毎に複
数の量子化幅で量子化して、処理単位の量子化データの
データ量を検出し、処理単位のデータ量が目標データ量
以下であって最小の量子化幅を検出すると共に、目標デ
ータ量との差である余剰データ量を検出する。そして、
検出された量子化幅に対応する量子化器Ｑｍ　を選択す
るための量子化器選択信号、例えば量子化器Ｑｍ　の番
号ｍをセレクタ１４ｂ及び端子６を介して上述の図２に
示すパリティ付加回路１７に供給すると共に、検出され
た余剰データ量を所定のデータ量に加算して次の処理単
位の目標データ量を算出する。

【００２７】一方、量子化器Ｑｍ　は、例えば図４に示
すように、画像ブロックＧｈ　の変換係数Ｃｉｊの領域
８０を３つの領域８１、８２、８３に分割し、例えば量
子化器Ｑ１　は、３つの領域８１、８２、８３において
所定の量子化幅ｑで量子化を行い、例えば量子化器Ｑ２
　は、領域８１、８２において量子化幅ｑで量子化を行
うと共に、領域８３において量子化幅２ｑで量子化を行
い、例えば量子化器Ｑ３　は、領域８１において量子化
幅ｑで量子化を行うと共に、領域８２、８３において量
子化幅２ｑで量子化を行い、例えば量子化器Ｑ４　は、
３つの領域８１、８２、８３において量子化幅２ｑで量
子化を行い、・・・のようになっており、バッファメモ
リ１４ａから処理単位毎に読み出された変換係数Ｃｉｊ
を、同一処理単位に対して互いに異なるデータ量の量子
化データをそれぞれ形成し、これらの量子化データをセ
レクタ１４ｂに供給する。

【００２８】セレクタ１４ｂは、データ量算出回路１４
ｃからの量子化器選択信号に基づいて、各量子化器Ｑｍ
　の出力の１つを選択し、選択した量子化データを符号
化回路１５に供給する。

【００２９】この結果、セレクタ１４ｂからは、処理単
位のデータ量が目標データ量に収まり、かつデータ量が
最大となるように最小の量子化幅で量子化されて得られ
る量子化データが出力される。そして、このとき、前の
処理単位の余剰データ量を所定のデータ量に加算したの
もを次の処理単位の目標データ量とすることにより、１
フレームあるいは１フィールドのデータ量を所定のデー
タ量以下（固定）とすると共に、各処理単位での余剰ビ
ット（情報の伝達に使用されないビット）の累積による
１フレームあるいは１フィールド全体の余剰ビットの発
生を少なくすることができ、符号化効率を向上させるこ
とができる。

【００３０】例えば、１フレームを固定長とし、１フレ
ームの画像ブロック数をＡで表し、処理単位の画像ブロ
ック数をＢで表し、量子化データの伝送レートを２０Ｍ
ｂｐｓとすると、各処理単位に割り当てられる所定のデ
ータ量Ｃは、下記式（１）で求められる。 Ｃ＝２０×１０６　／３０×（Ａ／Ｂ）・・・（１）

【
００３１】そこで、例えばフレームの先頭からｋ番目の
処理単位をＰｋ　で表し、この処理単位Ｐｋ　の目標デ
ータ量をＴｋ　で表し、この目標データ量と実際のデー
タ量の差である余剰ビット数（余剰データ量）をＲｋ　
で表すと、処理単位Ｐｋ＋１　の目標データ量Ｔｋ＋１
　は、下記式（２）で求めることができる。 Ｔｋ＋１　＝Ｃ＋Ｒｋ　・・・（２）

【００３２】すなわち、処理単位Ｐｋ　で生じた余剰ビ
ットを次の処理単位Ｐｋ＋１　に繰り越し、次の処理単
位Ｐｋ＋１　はこの余剰データ量Ｒｋ　が加算されたも
のを目標データ量Ｔｋ＋１　とすることにより、各処理
単位で生じる余剰ビットの累積（ΣＲｋ　）を最小限に
することができ、効率が高い量子化を行うことができる
。

【００３３】上記符号化回路１５は、可変長符号化を行
う例えば所謂ハフマン符号（Ｈｕｆｆｍａｎ　ｃｏｄｅ
）器とランレングス符号（Ｒｕｎ　Ｌｅｎｇｔｈ　ｃｏ
ｄｅ　）器等から構成され、この符号化回路１５は、セ
レクタ１４ｂで選択された量子化データをハフマン符号
とランレングス符号によりそれぞれ符号化して符号化デ
ータＶＬＣｉｊを形成し、この符号化データＶＬＣｉｊ
を端子５を介して上述の図２に示すパリティ付加回路１
７に供給するようなっている。

【００３４】そして、上述の図２に示すパリティ付加回
路１７と同期信号挿入回路１８は、符号化回路１５から
の符号化データＶＬＣｉｊ、量子化回路１４からの選択
された量子化器Ｑｍ　の番号ｍを時分割多重すると共に
、パリティ、同期信号を付加して伝送データを形成する
。この結果、例えば、１処理単位が先頭から順に同期信
号、ＩＤ、処理単位で採用された量子化器Ｑｍ　の番号
ｍ、所定数の画像ブロックＧｈ　の符号化データＶＬＣ
ｉｊ、パリティからなる伝送データが出力される。

【００３５】以上のように、この画像符号化装置は、端
子４を介して供給される画像データをメモリ１２ａに一
旦記憶し、記憶した画像データを、空間配置におけるｎ
×ｎ個を１ブロックとする画像ブロックＧｈ　に分割す
ると共に、所定数の画像ブロックＧｈ　からなる処理単
位毎に読み出し、各画像ブロックＧｈ　の画像データを
ＤＣＴした後、得られる変換係数Ｃｉｊを各処理単位の
目標データ量内で量子化幅が最小の量子化器Ｑｍ　を用
いて量子化し、この量子化データを可変長符号化し、得
られる符号化データＶＬＣｉｊを端子５を介して出力す
る際に、前の処理単位で発生した余剰ビットのデータ量
（余剰データ量）を加算したものを次の処理単位の目標
データ量とすることにより、１フレームあるいは１フィ
ールドを固定長とすると共に、各処理単位の余剰ビット
（情報の伝達に使用されないビット）の累積による１フ
レームあるいは１フィールド全体の余剰ビットの発生を
少なくすることができ、符号化効率を向上させることが
できる。

【００３６】つぎに、このＶＴＲの再生系について説明
する。この再生系は、上述の図３に示すように、磁気テ
ープ１から磁気ヘッド３１によって再生される再生信号
にＮＲＺＩ復調等の信号処理を施して伝送データを再生
するチャンネルデコーダ（以下単にＤＥＣという）３２
と、該ＤＥＣ３２からシリアルデータとして送られてく
る伝送データをパラレルデータに変換するシリアル／パ
ラレル（以下Ｓ／Ｐという）変換器３３と、該Ｓ／Ｐ変
換器３３からの伝送データの同期を引き込むと共に、符
号化データＶＬＣｉｊを再生する同期信号検出回路３４
と、該符号化データＶＬＣｉｊの再生の際に生じる時間
軸の変動を補正する時間軸補正回路（以下ＴＢＣ：Ｔｉ
ｍｅ　Ｂａｓｅ　Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ　という）３５と
、該ＴＢＣ３５からの符号化データＶＬＣｉｊのエラー
訂正を行うと共に、エラー訂正できなかった符号化デー
タＶＬＣｉｊに対してエラーフラグＥＦをセットするエ
ラー訂正回路３６と、該エラー訂正回路３６からの記録
の際に可変長符号化された符号化データＶＬＣｉｊを復
号化して量子化データを再生する復号化回路３７と、該
復号化回路３７からの量子化データに逆量子化の信号処
理を施して変換係数Ｃｉｊを再生する逆量子化回路３８
と、該逆量子化回路３８からの変換係数Ｃｉｊを直交変
換して画像データを再生する逆離散余弦変換回路（以下
ＩＤＣＴ回路という）３９と、該ＩＤＣＴ回路３９から
画像ブロックＧｈ　毎に供給される画像データから１フ
レームあるいは１フィールド分の画像データを形成する
逆ブロック化回路４０と、上記エラー訂正回路３６から
のエラーフラグＥＦに基づいて上記逆ブロック化回路４
０からの画像データにエラー補正を施すエラー補正回路
４１と、該エラー補正回路４１からの画像データをアナ
ログ信号に変換して出力するディジタル／アナログ変換
器（以下Ｄ／Ａ変換器という）４２とから構成される。

【００３７】つぎに、以上のように構成される再生系の
動作について説明する。ＤＥＣ３２は、磁気テープ１か
ら磁気ヘッド３１によって再生される再生信号を２値化
した後、ＮＲＺＩ復調すると共に、ディスクランブル処
理を施して伝送データを再生し、この伝送データをＳ／
Ｐ変換器３３を介して同期信号検出回路３４に供給する
。

【００３８】同期信号検出回路３４は、Ｓ／Ｐ変換器３
３でパラレルデータに変換された伝送データから同期信
号を検出して同期を引き込むと共に、符号化データＶＬ
Ｃｉｊを再生し、この符号化データＶＬＣｉｊをＴＢＣ
３５に供給する。

【００３９】ＴＢＣ３５は、符号化データＶＬＣｉｊの
時間軸補正を行い、再生の際に生じる時間軸の変動を吸
収し、この時間軸補正された符号化データＶＬＣｉｊを
エラー訂正回路３６に供給する。

【００４０】エラー訂正回路３６は、符号化データＶＬ
Ｃｉｊのエラー訂正を記録の際に付加されたパリティを
用いて行うと共に、エラー訂正能力を超えたエラーを有
する符号化データＶＬＣｉｊに対してエラーフラグＥＦ
をセットし、エラー訂正された符号化データＶＬＣｉｊ
を復号化回路３７に供給する。

【００４１】復号化回路３７は、記録の際にハフマン符
号及びランレングス符号により符号化されている符号化
データＶＬＣｉｊを復号化して量子化データを再生し、
この量子化データを逆量子化回路３８に供給する。

【００４２】逆量子化回路３８は、符号化データＶＬＣ
ｉｊと共に再生される各処理単位の量子化器Ｑｍ　の番
号ｍに基づいて、記録の際に用いられた各処理単位の量
子化器Ｑｍ　を認識し、これらの量子化器Ｑｍ　に対応
する量子化幅で各処理単位の量子化データをそれぞれ逆
量子化して変換係数Ｃｉｊを再生し、この変換係数Ｃｉ
ｊをＩＤＣＴ回路３９に供給する。

【００４３】ＩＤＣＴ回路３９は、記録の際に用いられ
た変換行列に対応する転置行列を用いて変換係数Ｃｉｊ
を直交変換して画像データを画像ブロックＧｈ　毎に再
生し、この画像データを逆ブロック化回路４０に供給す
る。

【００４４】逆ブロック化回路４０は、画像ブロックＧ
ｈ　毎に再生される画像データから１フレームあるいは
１フィールド分の画像データを形成してエラー補正回路
４１に供給する。

【００４５】エラー補正回路４１は、例えば、上述のエ
ラー訂正回路３６においてエラー訂正できなった画像デ
ータの近隣のエラーがない画像データを用いて補間処理
を行うことにより、エラー訂正できなった画像データの
エラー補正を行い、このエラーが補正された画像データ
をＤ／Ａ変換器４２に供給する。

【００４６】Ｄ／Ａ変換器４２は、エラー補正された画
像データをアナログ信号に変換し、端子３からアナログ
映像信号を例えば輝度信号Ｙ及び色差信号Ｕ、Ｖとして
出力する。

【００４７】以上のように、記録の際に、例えば１フレ
ームを固定長とし、所定数の画像ブロックＧｈ　からな
る処理単位の各画像ブロックＧｈ　の変換係数Ｃｉｊを
同一の量子化幅で量子化する際に、処理単位で生じる余
剰ビットを次の処理単位に繰り越して量子化し、量子化
データの記録を行うと共に、各処理単位で用いられた量
子化器Ｑｍ　の番号ｍを記録しておくことにより、再生
の際に、１フレームあるいは１フィールドを固定長とす
ることができ、編集や変速再生等を簡単に行うことがで
きる。また、例えば１フレームのデータ量が同じ（固定
長）であっても、本発明に係る画像符号化装置の符号化
効率は高いので、従来の装置に比して再生画全体の画質
を良くすることができる。

【００４８】つぎに、本発明に係る画像符号化装置の第
２の実施例を説明する。この第２の実施例の画像符号化
装置は、例えば図５に示すように、端子４を介してそれ
ぞれ供給される輝度データＹ、色差データＵ、Ｖを記憶
するメモリ６１と、該メモリ６１から輝度データＹ、色
差データＵ、Ｖを、それぞれ空間配置におけるｎ×ｎ個
を１ブロックとする画像ブロックＧｈ　に分割すると共
に、所定数の画像ブロックＧｈ　からなる色差データＵ
の処理単位、色差データＶの処理単位、輝度データＹの
処理単位毎に読み出すブロック化回路６２と、該ブロッ
ク化回路６２から処理単位毎に供給される色差データＶ
、色差データＵ、輝度データＹをそれぞれＤＣＴして、
色差データＵ、Ｖ、輝度データＹの各変換係数Ｃｉｊを
算出するＤＣＴ回路６３と、該ＤＣＴ回路６３からの処
理単位毎の色差データＵ、色差データＶ、輝度データＹ
の変換係数Ｃｉｊを、処理単位のデータ量が目標データ
量以下であって最小の量子化幅で色差データＵ、色差デ
ータＶ、輝度データＹの順に量子化して各処理単位の量
子化データを形成すると共に、色差データＵ、Ｖの処理
単位の余剰ビットを繰り越して輝度データＹの処理単位
の目標データ量を決定する量子化回路６４と、該量子化
回路６４からの量子化データを、例えば可変長符号によ
り符号化して符号化データＶＬＣｉｊを形成する符号化
回路６５とから構成される。

【００４９】上記量子化回路６４は、互いに異なる量子
化幅を有し、上記ＤＣＴ回路６３からの処理単位毎に供
給される色差データＵ、色差データＶ、輝度データＹの
変換係数Ｃｉｊをそれぞれ量子化し、同一の処理単位に
対して互いに異なるデータ量の量子化データをそれぞれ
形成する量子化器Ｑｍ　（ｍ＝１〜Ｍ）と、該各量子化
器Ｑｍ　からの互いに異なるデータ量の量子化データを
それぞれ記憶するバッファメモリＢＵＦｍ　（ｍ＝１〜
Ｍ）と、該バッファメモリＢＵＦｍ　に記憶されている
データ量を検出して、処理単位のデータ量が目標データ
量以下であって最小の量子化幅を検出すると共に、検出
された量子化幅に対応する色差データＵ、Ｖのデータ量
と目標データ量との差である余剰データ量をそれぞれ検
出し、色差データＵ、Ｖの各余剰データ量を所定のデー
タ量に加算して輝度データＹの処理単位の目標データ量
とする制御回路６４ａと、該制御回路６４ａの制御の下
に、上記各量子化器Ｑｍ　の出力の１つを選択するセレ
クタ６４ｂとから構成される。

【００５０】つぎに、以上のように構成される画像符号
化装置の動作について説明する。メモリ６１は、例えば
１フレームあるいは１フィールド分の記憶容量を有し、
端子４を介して供給される輝度データＹ、色差データＵ
、Ｖを記憶する。

【００５１】ブロック化回路６２は、メモリ６１から輝
度データＹ、色差データＵ、Ｖを、空間配置におけるｎ
×ｎ個、例えば８×８個を１ブロックとする画像ブロッ
クＧｈ　にそれぞれ分割すると共に、所定数の画像ブロ
ックＧｈ　からなる処理単位毎に色差データＵ、色差デ
ータＶ、輝度データＹの順に読み出してＤＣＴ回路６３
に供給する。

【００５２】ＤＣＴ回路６３は、例えばＤＳＰ等から構
成され、ブロック化回路６２からそれぞれ処理単位毎に
供給される色差データＵ、色差データＶ、輝度データＹ
を、それぞれ上述のように余弦関数を用いて直交変換し
て、色差データＵ、色差データＶ、輝度データＹの各変
換係数Ｃｉｊを算出し、これらの変換係数Ｃｉｊを量子
化器Ｑｍ　に供給する。

【００５３】各量子化器Ｑｍ　は、ＤＣＴ回路６３から
の色差データＵ、色差データＶ、輝度データＹの変換係
数Ｃｉｊを処理単位毎に、色差データＵ、色差データＶ
、輝度データＹの順にそれぞれ量子化して、同一の処理
単位に対して互いに異なるデータ量の量子化データをそ
れぞれ形成し、これらの互いに異なるデータ量の量子化
データをバッファメモリＢＵＦｍ　にそれぞれ供給する
。そしてバッファメモリＢＵＦｍ　は、同一の処理単位
に対して互いに異なるデータ量の量子化データをそれぞ
れ記憶する。

【００５４】制御回路６４ａは、バッファメモリＢＵＦ
ｍ　に記憶されている各処理単位の量子化データのデー
タ量を検出して、処理単位のデータ量が目標データ量以
下であって最大のデータ量となる最小の量子化幅を検出
する。そして、この検出された量子化幅に対応する量子
化器Ｑｍ　を選択するための量子化器選択信号、例えば
量子化器Ｑｍ　の番号ｍをセレクタ６４ｂに供給すると
共に、この番号ｍを端子６６を介して上述の図２に示す
パリティ付加回路１７に供給する。また、この制御回路
６４ａは、選択される量子化器Ｑｍ　で量子化されて得
られる色差データＵ、Ｖの各処理単位のデータ量と目標
データ量の差である余剰データ量をそれぞれ検出し、色
差データＵ、Ｖの各余剰データ量を所定のデータ量に加
算して次の処理単位である輝度データＹの処理単位の目
標データ量とする制御を行う。

【００５５】具体的には、例えば、端子４を介して供給
される画像データを、輝度データＹが４、色差データＵ
、Ｖが各々２の割合である所謂４：２：２規格に準拠し
たものとし、１フレームを固定長とし、１フレームの輝
度データＹの画像ブロック数をＡＹ　で表し、色差デー
タＵ、Ｖの画像ブロック数をそれぞれＡＵＶで表し、輝
度データＹ、色差データＵ、Ｖの各処理単位の画像ブロ
ック数をＢで表し、量子化データの伝送レートを２０Ｍ
ｂｐｓ　とすると、輝度データＹ、色差データＵ、Ｖの
各処理単位にそれぞれ割り当てられる所定のデータ量Ｃ
Ｙ　、ＣＵＶは、下記式（３）、（４）で求められる。 　　　　　　　　ＣＹ　＝２０×１０６　／３０×（４
／８）×（ＡＹ　／Ｂ）・・・（３）　　　　　　　　
ＣＵＶ＝２０×１０６　／３０×（２／８）×（ＡＵＶ
／Ｂ）・・・（４）

【００５６】そこで、例えば色差デ
ータＵ、色差データＶ、輝度データＹの処理単位の順に
量子化し、実際に量子化されて得られる色差データＵ、
Ｖの各処理単位の量子化データのデータ量と上記所定の
データ量ＣＵＶの差である余剰ビット数（余剰データ量
）をそれぞれＲＵ　、ＲＶ　で表すと、これらの余剰デ
ータ量ＲＵ　、ＲＶ　を輝度データＹの処理単位の所定
のデータ量ＣＹ　に加算して得られる輝度データＹの処
理単位の目標データ量ＴＹ　は、下記式（５）によって
求めることができる。 ＴＹ　＝ＣＹ　＋ＲＵ　＋ＲＶ　・・・（５）

【００５
７】すなわち、色差データＵ、Ｖで生じた余剰ビットを
次の処理単位である輝度データＹの処理単位に繰り越し
、輝度データＹの処理単位はこれらの余剰データ量が加
算されたものを目標データ量とすることにより、色差デ
ータＵ、Ｖの処理単位で生じる余剰ビット（ＲＵ　＋Ｒ
Ｖ　に相当）を輝度データＹに繰り越すことができ、色
差データＵ、Ｖの量子化歪みを犠牲にすることなく、輝
度データＹの量子化幅を小さくすることができる。換言
すると、効率が高い量子化を行うことができる。なお、
さらに輝度データＹで生じた余剰ビット（ＲＹ　に相当
）を次の色差データＵの処理単位に繰り越すようにして
もよい。

【００５８】セレクタ６４ｂは、上述した制御回路６４
ａからの量子化器選択信号に基づいてバッファメモリＢ
ＵＦｍ　からの量子化データの１つを選択し、選択した
量子化データを符号化回路６５に供給する。この結果、
セレクタ６４ｂからは、処理単位の量子化データのデー
タ量が目標データ量内に収まり、かつデータ量が最大と
なるように最小の量子化幅で量子化されて得られる量子
化データが出力される。すなわち、各処理単位に所定の
データ量を割り当て、色差データＵ、Ｖの各処理単位で
生じた余剰ビットを輝度データＹに繰り越すことによっ
て、例えば１フレームの画像データを所定のデータ量以
下（固定長）とすると共に、色差データＵ、Ｖの量子化
歪みを犠牲とすることなく、輝度データＹの量子化歪み
を向上させることができる。

【００５９】符号化回路６５は、可変長符号化を行う例
えばハフマン符号器とランレングス符号器等から構成さ
れ、セレクタ６４ｂからの量子化データを、例えばハフ
マン符号とランレングス符号によりそれぞれ符号化して
符号化データＶＬＣｉｊを形成し、この符号化データＶ
ＬＣｉｊを端子５を介して上述の図２に示すパリティ付
加回路１７に供給する。この結果、符号化回路６５から
は、例えば１フレームのデータ量が固定長であり、輝度
データＹが細かく量子化されて得られた符号化データＶ
ＬＣｉｊが出力される。

【００６０】以上のように、この画像符号化装置は、端
子４を介して供給される輝度データＹ、色差データＵ、
Ｖを空間配置における例えば８×８個を１ブロックとす
る画像ブロックＧｈ　にそれぞれ分割し、各画像ブロッ
クＧｈ　の色差データＵ、Ｖと各画像ブロックＧｈ　の
輝度データＹを余弦関数を用いて直交変換して変換係数
Ｃｉｊをそれぞれ算出し、色差データＵ、Ｖの変換係数
Ｃｉｊと輝度データＹの変換係数Ｃｉｊをそれぞれ量子
化して量子化データを形成し、この量子化データを出力
する際に、所定数の画像ブロックＧｈ　からなる色差デ
ータＵ、Ｖの処理単位の量子化データのデータ量と第１
の目標データ量の差である余剰データ量をそれぞれ検出
し、色差データＵ、Ｖの各余剰データ量を所定のデータ
量に加算して輝度データＹの処理単位の第２目標データ
量とすると共に、第１の目標データ量以下であって最小
の量子化幅で色差データＵ、Ｖの変換係数Ｃｉｊを量子
化し、第２の目標データ量以下であって最小の量子化幅
で輝度データＹの変換係数Ｃｉｊを量子化することによ
り、輝度データＹに対して量子化幅をより小さくするこ
とができ、結果的に、画質の向上を図ることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明でも明らかなように、本発明
では、画像データを空間配置におけるｎ×ｎ個を１ブロ
ックとするブロックに分割し、各ブロックの画像データ
を余弦関数を用いて直交変換して変換係数を算出し、こ
の変換係数を量子化して量子化データを形成し、この量
子化データを出力する際に、所定数のブロックからなる
処理単位の量子化データのデータ量と目標データ量の差
である余剰データ量を検出し、余剰データ量を所定のデ
ータ量に加算して次の処理単位の目標データ量とすると
共に、目標データ量以下であって最小の量子化幅で変換
係数を量子化することにより、各処理単位で生じる余剰
ビット（情報の伝達に使用されないビット）の累積によ
る１フレームあるいは１フィールド全体の余剰ビットの
発生を抑えことができ、符号化効率を従来の装置に比し
て高めることができる。

【００６２】また、本発明では、輝度データと色差デー
タを空間配置におけるｎ×ｎ個を１ブロックとするブロ
ックにそれぞれ分割し、各ブロックの輝度データと各ブ
ロックの色差データを余弦関数を用いてそれぞれ直交変
換して輝度データと色差データの変換係数を算出し、こ
れらの輝度データの変換係数と色差データの変換係数を
量子化して輝度データと色差データの量子化データを形
成し、この量子化データを出力する際に、所定数のブロ
ックからなる色差データの処理単位の量子化データのデ
ータ量と第１の目標データ量の差である余剰データ量を
検出し、この余剰データ量を所定のデータ量に加算して
輝度データの処理単位の第２の目標データ量とすると共
に、第１の目標データ量以下であって最小の量子化幅で
色差データの変換係数を量子化し、第２の目標データ量
以下であって最小の量子化幅で輝度データの変換係数を
量子化することにより、色差信号に対する量子化歪みを
増加することなく、輝度信号の量子化歪みを低減し得、
結果的に画質の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した画像符号化装置の第１の実施
例の回路構成を示すブロック図である。

【図２】上記画像符号化装置を適用したディジタルビデ
オテープレコーダの記録系の回路構成を示すブロック図
である。

【図３】上記画像符号化装置を適用したディジタルビデ
オテープレコーダの再生系の回路構成を示すブロック図
である。

【図４】上記画像符号化装置を構成する量子化器の量子
化幅を説明するための変換係数の領域を示す図である。

【図５】本発明を適用した画像符号化装置の第２の実施
例の回路構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１２、６２・・・ブロック化回路 １３、６３・・・ＤＣＴ回路 １４、６４・・・量子化回路 Ｑｍ　・・・量子化器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画像データを空間配置におけるｎ×ｎ
   個を１ブロックとするブロックに分割するブロック化手
   段と、該ブロック化手段からの各ブロックの画像データ
   を余弦関数を用いて直交変換して変換係数を算出する離
   散余弦変換手段と、該離散余弦変換手段からの変換係数
   を量子化して量子化データを形成し、該量子化データを
   出力する量子化手段と、所定数のブロックからなる処理
   単位の量子化データのデータ量と目標データ量の差であ
   る余剰データ量を検出し、該余剰データ量を所定のデー
   タ量に加算して次の処理単位の目標データ量とすると共
   に、目標データ量以下であって最小の量子化幅で変換係
   数を量子化するように上記量子化手段を制御する制御手
   段とを有することを特徴とする画像符号化装置。
2. 【請求項２】　　輝度データと色差データを空間配置に
   おけるｎ×ｎ個を１ブロックとするブロックにそれぞれ
   分割するブロック化手段と、該ブロック化手段からの各
   ブロックの輝度データと各ブロックの色差データを余弦
   関数を用いてそれぞれ直交変換して輝度データと色差デ
   ータの変換係数を算出する離散余弦変換手段と、該離散
   余弦変換手段からの輝度データの変換係数と色差データ
   の変換係数を量子化して輝度データと色差データの量子
   化データを形成し、該量子化データを出力する量子化手
   段と、所定数のブロックからなる色差データの処理単位
   の量子化データのデータ量と第１の目標データ量の差で
   ある余剰データ量を検出し、該余剰データ量を所定のデ
   ータ量に加算して輝度データの処理単位の第２の目標デ
   ータ量とすると共に、上記第１の目標データ量以下であ
   って最小の量子化幅で色差データの変換係数を量子化し
   、上記第２の目標データ量以下であって最小の量子化幅
   で輝度データの変換係数を量子化するように上記量子化
   手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする画
   像符号化装置。