JPH0487467A - 符号化方式 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、入力画像を圧縮符号化する際の符号化方式
に関する。

（従来の技術） 入力画像をディジタル化して記録・再生する場合、特に
民生用機器では記録容量の問題からデータレートを低減
する必要がある。入力画像のデータ量削減のために該入
力画像の冗長性を利用して、入力画像を圧縮する符号化
方式がテレビ電話や電子スチルカメラ、ディジタルＶＴ
Ｒ等で使われている。

符号化方式として良く使われているものに直交変換符号
化方式がある。第３図は従来技術の一実施例の構成を示
したものである。第３図において、入力端子１０１にデ
ィジタル化された画像情報が入力される。入力されたデ
ィジタル画像データは１画面分ずつブロック読みだし回
路１０２内のメモリに蓄えられ、水平ｍ×垂直ｎ　（ｍ
、ｎは０以上の整数）画素単位にブロック状に読み出さ
れる。

次に、離散的コサイン変換、アダマール変換などを行う
直交変換回路１（１３にて、ブロックごとに直交変換処
理が施され、量子化回路１０４にて適当な量子化幅によ
り各変換係数に対して量子化を行い、可変長符号化回路
１０５において、可変長データにコード化され出力端子
１０８から符号化された画像データが出力される。可変
長符号化としては、量子化された直交変換係数を１次元
データに並べ変えを行った後、量子化された直交変換係
数が同じ値で継続するランレングスと、その値とを組み
合わせたものに対してハフマン符号化を行うということ
がなされている。

そして個々のブロックにおいては可変長符号化を行うこ
とにより符号量の低減を図るわけであるが、電子スチル
カメラ等への応用においては、複数の画像情報の制御が
容易であるなどの理由により、−枚の画像ごと、あるい
は特定の画素単位ごとに一定符号量になるように符号量
制御を行いたいという要求がある。符号量制御は従来技
術では、例えば電子情報通信学会春期全国大会（１９８
９年）Ｄ−１５９ｒ固体電子スチルカメラ用レート適応
型ＤＣＴ符号化方式」、あるいは、電子情報通信学会春
期全国大会（１９９０年）Ｄ−２５７ｒＤＣＴ符号化に
おける符号量制御方式」での発表に示されているように
、以下のようにして行われる。まず、スケールファクタ
ー計算部１０６内であらかじめ定められた手段により、
入力画像の複雑さの度合いに対応した優先度（以下、ア
クティビティという）を求め、このアクティビティの大
小に応じた係数（以下スケールファクターという）が計
算される。このスケールファクターと直交変換係数の各
次数に対応した基本量子化テーブル１０７とを掛け合わ
せることにより、実際の量子化幅が設定される。基本量
子化テーブルとして、第４図（ａ）に示すように、視覚
特性を考慮して低次の直交変換係数（通常低域成分に相
当する）に対しては細かく、高次の直交変換係数（通常
高域成分に相当する）に対しては粗く設定するようなこ
とか行われる。量子化回路１０４で使われる実際の量子
化幅は、アクティビティの高い画像に対しては量子化幅
が粗くなり、アクティビティの低い画像に対しては量子
化幅が細かくなるように設定される。そして適切なスケ
ールファクターの計算が行われた場合には、ハフマン符
号化により可変長符号化を行っても最終的に一枚の画像
ごと、あるいは特定の画素単位ごとで一定符号量化が達
成できる。

しかし、アクティビティか高い画像に対しては第４図（
Ｃ）に示すような量子化特性になり、低域成分における
量子化幅が粗くなるため、ブロック歪が発生し易くなり
大きな画質劣化を生じるという問題点があった。また、
低域成分に対しての量子化幅の変更による符号量の制御
量が大きいため、ある定められた符号量で一定符号量に
なるようにスケールファクターの計算方法と基本量子化
テーブルを設定した場合に、高域成分に対する量子化幅
の可変量をあまり大きくできず、アクティビティがある
程度小さな画像に対しても高域成分の量子化幅が比較的
大きくなってしまい、視覚的な画質劣化感が大きくなる
高域成分の歪が生じ易くなるという問題点があった。ま
た、スケールファクターか特に小さくなるような画像が
入力された場合においては、量子化後取り得る値とその
値のランレングスの２つの組み合わせが膨大な数となり
、符号表の大きさが大きくなり過ぎるため、ハフマン符
号の設定においても効率の悪くなることが生じるため、
最小量子化幅を設定するための、アンダーリミッタを設
けなければならないという問題点もあった。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように従来の符号化方式は、符号量制御を行な
うための量子化幅の制御の際に、基本量子化テーブルに
スケールファクターを掛け合わせることにより量子化幅
を得ていたので、スケールファクターにより量子化幅か
決まってしまうので、ブロック歪、高域成分の歪等が生
じてしまい、これによる大きな画質劣化がおこってしま
うという問題点があった。

また、スケールファクターが特に小さくなるような入力
画像では、量子化後取り得る値及びその値のランレング
スによる２つの組み合わせが膨大な数となることからハ
フマン符号化の効率が悪くならないよう、最小量子化幅
を設定するためのアンダーリミットを設けなければなら
ないという問題点もあった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
であり、画像劣化の少ない符号量制御を用いた符号化方
式の提供を目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上述した目的を達成するために、本発明の符号化方式は
、入力画像データをｍ×ｎ画素（ただしｍ、ｎは０以上
の整数）のブロックに分割して、各ブロック毎に直交変
換を行なうことにより直交変換係数を求め、この直交変
換係数をｍ×ｎ個の量子化幅を要素とする量子化テーブ
ルの値により量子化し一定量の符号量とする符号化方式
において、それぞれ値の異なる２つ以上の量子化テーブ
ルと、前記ブロック毎の情報量に対応する係数を発生さ
せるための係数発生部とを備え、前記量子化テーブルと
前記係数発生部を入力とし、前記ｍ×ｎ個の量子化幅を
出力する関数を予め定義しておき、前記関数の出力を符
号化のための量子化テーブルとして用いることを特徴と
するものである。

（作　用） 上述したように構成された本発明の符号化方式によれば
、それぞれ値の異なるテーブルとして、例えば、主に直
交変換係数の低域の成分に対する量子化幅の設定を行う
ための量子化テーブルと、符号量制御のための係数を量
子化幅に反映させるための量子化テーブルと、最低量子
化幅を規定するための量子化テーブルを独立に持つこと
により、アクティビティの高い画像においても低域成分
の量子化幅を小さく抑えることができ、ブロック歪の発
生を抑制することができる。また、直交変換係数の高域
の成分の量子化幅の変化を従来よりも大きくできるため
、視覚的特性を考慮した量子化幅の設定に対する自由度
が大きくなり、画質劣化が視覚的に目立ちにくい様に制
御することが可能となる。さらに、前記最低量子化幅を
規定する量子化テーブルによりアンダーリミッタを設け
る必要がなくなる。

さらに、設定符号量を可変にする場合や、画質のコント
ロールを行うために、量子化幅の設定の変更を行う場合
においても、設定符号量や画質といった制御対象の性質
を反映した量子化テーブルを独立に持つことにより、他
の制御対象への影響を低く抑え、なおかつ、自由度の高
いコントロールを行うことが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の符号化方式の実施例を示したもので
ある。本実施例においては、符号量制御を行うために第
１の基本量子化テーブル１８と、入力画像の情報量に応
じたアクティビティからスケールファクターを計算する
スケールファクター計算部１６を有し、主に直交変換係
数の低域の量子化幅を設定するために、第２の基本量子
化テーブル１７を用いており、これは、最低量子化幅の
設定も兼ねている。

ディジタル化された画像信号は入力端子１１から入力さ
れる。入力されたディジタル画像データは１画面分ずつ
ブロック読みだし回路１２内のメモリに蓄えられ、８×
８画素のブロックに切り出される。ブロックに切り出さ
れた画像データは、Ｍ数的コサイン変換器１３により２
次元離散的コサイン変換が行われる。一方、ブロック読
みだし回路からの出力はスケールファクター計算部１６
に入力され、入力画像に応じたアクティビティが求めら
れる。アクティビティの計算方法としては、隣接画素の
差分値の絶対値和、離散的コサイン変換係数の直流成分
を除く係数の絶対値和等を用いることができる。このア
クティビティの値からスケールファクターの計算を行っ
て、あらかじめ設定されている第一の基本量子化テーブ
ル１８と各次数ごとに積演算が施される。この積の演算
を施した結果の値にさらに基本量子化テーブル１７の値
が各次数ごとに足し合わされ、量子化回路１４に量子化
幅の情報が入力される。この量子化幅を用いて離散的コ
サイン変換器１３からの出力が量子化される。この量子
化された離散的コサイン変換係数は可変長符号化器１５
内で、ジグザグスキャンにより１次元に並び替えをして
、量子化後の変換係数が同し値で継続するランレングス
とその値の組み合わせに対して設定されたハフマンｎ号
を用いて可変長符号化される。符号化されたデータは出
力端子１９より出力される。なお、これらのスケールフ
ァクターも伝送または記録のために出力される。

次に本実施例において用いた量子化テーブルの例を第５
図に示す。第５図において、左上端がＤＣ成分に対する
基本量子化幅で、右下に行くほどより高域の成分に対す
る基本量子化幅を示している。第５図（ａ）は第１の基
本量子化テーブル】８であり、視覚特性を考慮して高域
成分はど粗い量子化幅が得られるような特性としている
。第５図（ｂ）は第２の基本量子化テーブル１７であり
、この例では全ての成分に対して同じ値になるように設
定している。第２図に第５図の基本量子化テーブルを用
いたときの、入力画像のアクティビティの大小により実
際の量子化幅がどのように設定されるかを模式的に描い
たものを示す。第２図（Ｃ）のアクティビティが高い場
合でも第２図（ｂ）のアクティビティが低い場合と同様
に低域成分の量子化幅は小さな値に抑えられている。こ
の結果、低域成分の量子化誤差に起因するブロック状の
歪の発生が抑えられ、画質劣化に対する改善効果が大き
くなる。また、最低量子化幅はアクティビティが小さな
場合でも第２の基本量子化テーブルにより保証されてお
り、アンダーリミッタが省略可能となっている。

アクティビティからスケールファクターを計算する際に
は、複数のテスト画像に対して、あらかじめ設定しであ
る２種類の基本量子化テーブルをもちいてスケールファ
クターを漸次変化させて、ちょうど所定符号量が達成で
きるようなスケールファクターの値を求め、このデータ
がらアクティビティとスケールファクターを換算する実
験式を事前に設定して行う。この実施例においては基本
２子化テーブルとスケールファクターを単純な積の演算
で行えるように、アクティビティがらスケールファクタ
ーを求める際において、適切な関数（実験式）を用いて
その変換を行っていたが、アクティビティと第１の基本
量子化テーブルを直接適切な関数により演算を行い、第
１の量子化幅を求めても良い。また、第１の量子化幅と
第２の量子化テーブルの和の演算は、スケールファクタ
ー　あるいはアクティビティの取り得る値の各々に対し
て、あらかじめ演算結果を求めておいてＲＯＭに記憶さ
せておき、実際の量子化幅の設定に際してはこのＲＯＭ
からの読みだしにより設定しても良い。

そして、各基本量子化テーブルに対応する少なくともひ
とつの係数としては、定数係数でもかまわず、特に値が
１である定数係数で、係数と基本量子化テーブルとの演
算が単純な積の演算である場合には、上記実施例のよう
に、基本量子化テーブルの値をそのまま最終的な量子化
幅を決定するための演算で用いれば良い。

また、上記実施例においては、入力画像の性質により決
定されるスケールファクターの値はスカラー量であり、
これを基本量子化テーブルの各直交変換成分に対応した
値との積の演算を行うことを実施していたか、入力画像
により決定されるスケールファクターの値は各直交変換
成分ごとに別々に設定されてもよく、この場合において
は基本量子化テーブルとスケールファクターの各成分ご
との値の積の演算を行うことになる。

なお、設定符号量が用途に応じて切り換えできるように
している場合や、画質の特性を使用者の好みや目的に応
じて変化させる場合においては、設定符号量、あるいは
画質特性に応じた係数を発生させて、この係数と第２の
基本量子化テーブルの積演算を行うことにより、実用上
十分な制御が可能である。この１例を第６図に示す。第
６図は第１図における第２の基本量子化テーブル１７に
画質設定パラメータ発生部１６２を付加したものである
。この画質設定パラメータ発生部１６２は、出力端子１
９から出力される入力画像に対する画質設定を行なう係
数を発生するものである。つまり画質設定パラメータ発
生部１６２のパラメータを種々変換することにより任意
に画質の調節を行なうことかできる。これは第１図に示
した実施例によりさらに細かな符号化制御を行なうこと
かできる。したがって該方式を用いたテレビ電話や電子
スチルカメラに用いた場合にはユーザが入力画像のエツ
ジの強調を任意に行なうことかできる。

さらにより細かな制御を行うために、新たに、第３の量
子化テーブル、あるいは、さらに複数の量子化テーブル
と、前記係数との演算を定義する関数を設定することに
より、柔軟で最適な符号化が可能となる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の符号化方式によれば、量子
化テーブルを少なくとも２つ以上有するので、制御対象
の性質を反映した量子化テーブルを独立に持つことがで
き、他の制御対象への影響を低く抑え、なおかつ、自由
度の高いコントロールを行うことが可能となる。特に、
符号量制御を行う符号化においては、視覚的特性を考慮
した量子化幅の設定が従来よりも自由かつ柔軟に行うこ
とができ、従来よりも画質劣化が少ない符号化が行え、
同時に、最低量子化幅を規定するアンダーリミッタも省
略できるため、きわめて大きな効果を得ることができる
。

図、第２図は２種類の量子化テーブルを用いたことによ
るアクティビティの変化に対応した量子化幅の変化を示
す図、第３図は従来の符号化方式の構成を示す図、第４
図は従来の構成を用いた場合のアクティビティと量子化
幅の関係を示す図、第５図は本発明の実施例で用いた２
種類の基本量子化テーブルの例を示す図、第６図は第１
図における実施例の変形例を示した構成図である。

１１・・・入力端子、１２・・・ブロック読みだし回路
、１３・・・離散的コサイン変換器、１４・・・量子化
回路、１５・・・可変長符号化器、１６・・・スケール
ファクター計算部、１７・・・第２の基本量子化テーブ
ル、１８・・・第１の基本量子化テーブル、１９・・・
出力端子。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力画像をｍ×ｎ画素（ただしｍ、ｎは０以上の
   整数）のブロックに分割して、各ブロック毎に直交変換
   を行なうことにより直交変換係数を求め、この直交変換
   係数をｍ×ｎ個の量子化幅を要素とする量子化テーブル
   の値により量子化し一定量の符号量とする符号化方式に
   おいて、 それぞれ値の異なる２つ以上の量子化テーブルと、 前記ブロック毎の情報量に対応する係数を発生させるた
   めの係数発生部とを備え、 前記量子化テーブルと前記係数発生部による係数を入力
   とし、前記ｍ×ｎ子の量子化幅を出力する関数を予め定
   義しておき、前記関数の出力を符号化のための量子化テ
   ーブルとして用いることを特徴とする符号化方式。
2. （２）前記係数発生部による係数は、前記入力画像の情
   報量に応じた係数であることを特徴とする請求項１記載
   の符号化方式。
3. （３）前記係数発生部を複数有し、この係数発生部によ
   る係数のうち少なくとも１つが、前記入力画像の情報量
   に応じた係数若しくは設定画質又は設定符号量に応じた
   係数であることを特徴とする請求項１記載の符号化方式
   。
4. （４）前記量子化テーブルとして第１の基本量子化テー
   ブル及び第２の基本量子化テーブルなる２種類の基本量
   子化テーブルを設定し、前記係数発生部による係数を前
   記入力画像の情報量に応じた係数とし、前記量子化テー
   ブルを設定するための関数を、前記第１の基本量子化テ
   ーブル内の各要素に、前記入力画像の情報量に応じた係
   数をそれぞれ掛け合わせることによりｍ×ｎ個の乗算値
   を得て、各乗算値に対応した前記第２の基本量子化テー
   ブル内の要素の値を該乗算値に加算するよう定義したこ
   とを特徴とする請求項１記載の符号化方式。
5. （５）前記２種類の基本量子化テーブルを設定し、前記
   係数として前記入力画像の情報量に応じた第１の係数と
   、設定画質又は設定符号量に応じた第２の係数からなる
   ２種類の係数を用い、前記量子化テーブルを設定するた
   めの関数が、前記第１の基本量子化テーブル内の各要素
   に前記第１の係数をそれぞれ掛け合せることにより、ｍ
   ×ｎ個の乗算値からなる第１の仮のテーブルを得て、さ
   らに前記第２の基本量子化テーブル内の各要素に前記第
   ２の係数をそれぞれ掛け合わせることにより、ｍ×ｎ個
   の乗算値からなる第２の仮のテーブルを得て、前記ふた
   つの仮のテーブル内の対応する要素の値を加算するよう
   定義されたものであることを特徴とする請求項１記載の
   符号化方式。