JPH0556274A - 画像符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】符号量を高精度に予測することを可能にして再
生画像の劣化を防止する。 【構成】ハフマン符号化部16はブロック別符号配分値演
算器９からのブロック別配分値に基づく符号量でデータ
丸め部４の出力をハフマン符号化する。また、データ丸
め部４の出力は絶対値変換部５によって絶対値に変換
し、セレクタ22を介して累積加算器６，７に与える。ゼ
ロ検出部21は絶対値変換部５の出力が“０”であるか否
かを検出しており、“０”である場合には係数αをセレ
クタ22に選択させる。これにより、ブロック別符号配分
値演算器９からのブロック別符号配分値は、係数“０”
が多い場合には大きな値となり、ハフマン符号化部16に
おける符号量に略一致する。これにより、データ丸め部
４の出力の全てが符号化され、再生画像の劣化が防止さ
れる。

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、可変長符号を固定長に変換するものに好適の
画像符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、テレビ電話及び電子スチルカメラ
等の普及に伴い、画像のディジタル処理、特に、画像デ
ータを圧縮するための高能率符号化技術の進歩が著し
い。この画像圧縮技術は、ディジタル伝送及び記録等の
効率を向上させるために、より小さいビットレイトで画
像を符号化する技術である。この技術として、ディジタ
ル化された画像データを離散コサイン変換（ＤＣＴ）し
ハフマン符号化を施すことによって、画像圧縮を可能に
したもの等がある。ハフマン符号化は符号の発生頻度に
応じて、符号化のビット幅を変化させる可変長符号を生
成するものであり、固定長符号に比してビットレイトを
小さくすることができる。

【０００３】ところで、ハフマン符号は可変長符号であ
ることから、圧縮された１枚分の画像データ量はその絵
柄によって異なり一定ではない。従って、この圧縮デー
タを所定の記録媒体に記録させようとする場合等には、
記録可能な元情報の量を記録前に把握することができな
いので極めて不便であり、データ管理が煩雑となってし
まう。

【０００４】そこで、画像１枚分の圧縮データ量を一定
か又は少なくとも所望の量以下にするようにしたものも
ある。図２はこのような従来の画像符号化装置を示すブ
ロック図である。

【０００５】ディジタル化された輝度信号Ｙ及び色差信
号Ｃｒ，Ｃｂはディジタル画像データとしてフレームメ
モリ１に入力する。これらのデータＹ，Ｃｒ，Ｃｂは夫
々独立して処理する。先ず、実際の圧縮処理を行う前
に、１枚分の圧縮データ量を一定とするための処理を行
う。フレームメモリ１から輝度信号（Ｙ）データを読出
してブロック分割部２に与える。２次元に配列されたＹ
データ（例えば、７６８×４８８画素）はブロック分割
部２において２次元のブロック（例えば、８×８画素）
単位で順次ＤＣＴ回路３に出力する。

【０００６】図３はブロック分割部２からのブロックデ
ータを説明するための説明図である。図３の○印は画素
を示しており、８×８の画素によって破線にて囲ったブ
ロックを形成している。これらの６４ワードのデータを
ＤＣＴ回路３に与えて、２次元離散コサイン変換（ＤＣ
Ｔ）する。ＤＣＴ回路３はＤＣＴ処理によって、ブロッ
クデータを変換してＤＣＴ係数として出力する。下記式
（１）に２次元離散コサイン変換の変換式を示す。式
（１）において、ｆ（ｊ，ｋ）は入力データであり、Ｆ
（ｕ，ｖ）は得られるＤＣＴ係数である。また、Ｎはブ
ロック幅を示しており、図３の例では８である。

【０００７】

【０００８】ＤＣＴ回路３からのＤＣＴ係数Ｆ（０，
０）はＤＣ成分であり、その値は１つのブロックの全デ
ータの平均値となっている。他の部分はＡＣ成分であ
る。ＤＣ成分とＡＣ成分とは相互に異なる処理を受け
る。

【０００９】ＤＣＴ係数のＡＣ成分はデータ丸め部４に
入力する。データ丸め部４はＤＣＴ係数に１以下で正の
係数を掛け、小数点以下を切り捨てる。これにより、デ
ータ量を削減する。データ丸め部４の出力は絶対値変換
部５に与える。絶対値変換部５はデータ丸め部４の出力
を絶対値に変換して累積加算器６，７に出力する。累積
加算器６は入力されるデータを画像１枚分累積加算し、
累積加算結果をＲＡＭで構成された符号量テーブル８に
書込む。累積加算器２は入力されるデータを１ブロック
分累積加算し、加算結果を符号量テーブル８に書込む。
図２の例では１枚の画像は５８５６個のブロックで構成
しており、符号量テーブル８には、画像１枚分の累積加
算値と５８５６個の各ブロック毎の累積加算値が書込ま
れる。

【００１０】ここで実際の圧縮処理を開始する。フレー
ムメモリ１から読出した輝度信号（Ｙ）データを再度ブ
ロック分割部２に与えて、２次元のブロック単位で順次
出力する。ＤＣＴ回路３は入力されたブロックデータを
２次元離散コサイン変換し、ＤＣＴ係数のＤＣ成分をデ
ータ丸め部10に与え、ＡＣ成分をデータ丸め部４に与え
る。ＤＣＴ係数のＤＣ成分は、データ丸め部10において
データ量を削減した後、ＤＰＣＭ部において差分ＰＣＭ
符号に変換して、ハフマン符号化部12に与える。ハフマ
ン符号化部12はＲＯＭで構成されたＤＣ用ハフマンテー
ブル（ＲＯＭ）を参照して、差分ＰＣＭ符号をハフマン
符号化して加算器14に出力する。

【００１１】また、１ブロック分で６３個のＡＣ成分は
データ丸め部４によってデータ量を削減してジグザグス
キャン部15に与える。ジグザグスキャン部15は図４の矢
印に示すジグザグスキャン順にデータを読出してハフマ
ン符号化部16に与える。すなわち、ジグザグスキャン部
15はデータＦ（０，１），Ｆ（１，０），Ｆ（２，
０），Ｆ（１，１），Ｆ（０，２），……，Ｆ（７，
７）の順にデータを出力する。一方、ブロック別符号配
分値演算器９は符号量テーブル８から各ブロックの累積
加算値及び画像１枚分の累積加算値を取り入れており、
下記式（２）に示す演算によってブロック別符号配分値
を得る。ハフマン符号化部16は、ジグザグスキャン部15
からデータを入力すると同時に、そのブロックのブロッ
ク別符号配分値も入力する。

【００１２】 ブロック別符号配分値＝ｋ×（該当ブロックの累積加算値）／（画像１枚分の 累積加算値） …（２） 但し、ｋは所定係数である。

【００１３】ハフマン符号化部16はＲＯＭで構成された
ＡＣ用ハフマンテーブル17を参照してハフマン符号化を
行う。この場合には、各処理ブロック毎にハフマン符号
化されたデータの量を随時積算して符号化量を得てい
る。符号化量がブロック別符号化配分値を越えると、ハ
フマン符号化部16は該当ブロックの処理を停止する。つ
まり、１つのブロックのデータのうち符号化されずに捨
てられるデータが生ずる可能性があるが、これにより１
枚分の圧縮データ量が所望のデータ量以下に抑えられ
る。

【００１４】ハフマン符号化部16の出力は加算器14に与
え、加算器14はＤＣ成分の圧縮データとＡＣ成分の圧縮
データとを時系列で合成して、圧縮データとして出力す
る。同様に、色差信号Ｃｒ，Ｃｂのデータも処理する。

【００１５】次に、下記表１を参照してＡＣ成分のハフ
マン符号化について説明する。

【００１６】

【表１】

【００１７】符号化は係数値が“０”のデータが続く数
（ゼロラン）と“０”でない係数値との組について行
う。例えば、入力データが“…，８，３，０，０，２，
０，４，…”であるものとする。最初の入力データ
“８”は例えば０係数の個数が０で入力値が８であ
り、、次の入力データ“３”は０係数の個数が０で入力
値が３である。従って表１に示すように、これらのデー
タは“1111110110，100 ”というハフマン符号に変換さ
れる。次に、一連のデータ“０，０，２”は０係数の個
数が２で０でない係数値は２であるので、表１に示すよ
うに、ハフマン符号“11111000”に変換される。同様
に、次の入力データ“０，４”は０係数の個数が１で入
力値が４であり、ハフマン符号“111110110 ”に変換さ
れる。結局、ハフマン符号化部16からは一連のハフマン
符号“…，1111110110，100 ，11111000，111110110 ，
…”が出力される。

【００１８】ところで、ブロック別符号配分値はデータ
丸め部４の出力に基づいて求めたものであり、該当する
ブロックの圧縮データ符号量の予測値である。すなわ
ち、ブロック別符号配分値（予測値）は実際に必要とす
るハフマン符号量と相違することがある。予測したブロ
ック別符号配分値が実際の圧縮データ符号量よりも小さ
い場合には、入力データは必要以上に切り捨てられるこ
とになり、信号の劣化が増大する。逆に、予測値が実際
の圧縮データ符号量よりも大きい場合には、そのブロッ
クに必要以上のデータ容量が配分されることになり無駄
が生ずる。

【００１９】図５は横軸に予測したブロック別符号配分
値（予測値）をとり縦軸に実際の符号量をとって両者の
関係を示すグラフである。なお、図５の破線は両者が一
致した場合の特性を示している。また、図６及び図７は
横軸にハフマン符号化部16の入力値をとり縦軸に出力符
号量をとって、夫々入力値の直前の０係数の個数が０の
場合及び０係数の個数が１の場合の入力値とハフマン符
号の符号量との関係を示すグラフである。なお、図６及
び図７の破線は入力値と変換符号の符号量が等しい場合
を示している。

【００２０】０係数の個数が０の場合には、図６に示す
ように、ハフマン符号化出力は略入力値に比例した符号
量である。前述したように、ブロック別符号配分値（予
測値）はデータ丸め部４の出力、すなわち、ハフマン符
号化部16の入力値に基づいたものとなっている。このた
め、予測値と実際の符号量とが略一致している。これに
対し、０係数の個数が１の場合には、図７に示すよう
に、ハフマン符号化出力の符号量は小さい入力値であっ
ても大きい。同様に、０係数の個数が０以外の値である
場合には、入力値の符号量よりも出力ハフマン変換符号
の符号量が大きくなる。このため、一般的には、符号量
が比較的小さいと予測したブロックの実際の圧縮データ
符号量は、図５に示すように、予測値よりも大きくな
る。逆に、符号量が比較的大きいと予測したブロックの
実際の圧縮データ符号量は、予測値よりも小さくなる。
ハフマン符号化部16はブロック別符号配分値演算器９か
らのブロック別符号配分値によって符号量が制限されて
いるので、予測値と実際値との相違によって再生画像が
劣化してしまうという問題があった。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
従来の画像符号化装置においては、予測値が比較的小さ
い場合の実際の符号量は予測値よりも大きく、ハフマン
符号に変換されないデータが発生し、また、予測値が比
較的大きい場合の実際の符号量は予測値よりも小さく余
分のビットが割り当てられて無駄が生じ、再生画像の画
質が劣化してしまうという問題点があった。

【００２２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、各ブロックの圧縮データ符号量を高精度に
予測することを可能にして、再生画像の画質の劣化を抑
制することができる画像符号化装置を提供することを目
的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る画像符号化
装置は、ディジタル化された画像データがブロック単位
で入力されこのブロックデータを離散コサイン変換して
変換係数を出力する変換手段と、前記変換係数を量子化
して量子化出力を出力するデータ丸め部と、前記量子化
出力の絶対値が零か否かを検出して選択信号を出力する
ゼロ検出手段と、前記量子化出力の絶対値が零でないこ
とを示す前記選択信号によって前記量子化出力を選択し
前記量子化出力の絶対値が零であることを示す前記選択
信号によって所定の係数を選択する選択手段と、この選
択手段の出力の１画面分を累積加算する第１の累積加算
手段と、前記選択手段の出力の１ブロック分を累積加算
する第２の累積加算手段と、前記第１及び第２の累積加
算手段の出力から各ブロック毎にブロック別符号配分値
を求めるブロック別符号配分値演算手段と、前記ブロッ
ク別符号配分値に基づいた符号量で前記量子化出力を符
号化する符号化手段とを具備したものである。

【００２４】

【作用】本発明において、データ丸め部からの量子化出
力は選択手段を介して第１及び第２の累積加算手段に与
える。選択手段には所定の係数も与えられており、選択
手段は、ゼロ検出手段からの選択信号に基づいて、量子
化出力の絶対値が零である場合にはこの量子化出力の絶
対値に代えて所定の係数を第１及び第２の累積加算手段
に与える。そうすると、量子化出力のゼロ係数の数に応
じて第１及び第２の累積加算手段の累積加算値も増大す
る。これにより、ブロック別符号配分値演算手段からの
ブロック別符号配分値は大きくなって、符号化手段にお
いて必要な実際の符号量に略一致する。

【００２５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明に係る画像符号化装置の一実
施例を示すブロック図である。図１において図２と同一
の構成要素には同一符号を付してある。

【００２６】フレームメモリ１には輝度信号Ｙ及び色差
信号Ｃｒ，Ｃｂからなるディジタル画像データを入力す
る。フレームメモリは１枚分の画像データを記憶する。
ブロック分割部２はフレームメモリ１から例えば８×８
画素のブロック単位でデータを読出してＤＣＴ回路３に
与える。ＤＣＴ回路３はブロック単位の６４ワードのデ
ータに対してＤＣＴ処理を行うことによりＤＣＴ係数を
出力する。

【００２７】ＤＣＴ係数のＤＣ成分はデータ丸め部10に
与え、ＤＣＴ係数のＡＣ成分はデータ丸め部４に与え
る。データ丸め部４，10は入力されたデータに１以下で
正の所定係数を掛け、小数点以下を切り捨てて出力する
ことによりデータを圧縮するようになっている。データ
丸め部10の出力はＤＰＣＭ部11に与え、ＤＰＣＭ部11は
データを差分ＰＣＭ符号に変換してハフマン符号化部12
に出力する。また、データ丸め部４の出力はジグザグス
キャン部15を介してハフマン符号化部16に与える。ジグ
ザグスキャン部15は水平及び垂直の低周波成分から高周
波成分に向かって順次データをジグザグに読出すように
なっている。

【００２８】ハフマン符号化部12はＤＣ用ハフマンテー
ブル13を用いてＤＣ成分をハフマン符号に変換して加算
器14に出力し、ハフマン符号化部16はＡＣ用ハフマンテ
ーブル17を用いてＡＣ成分をハフマン符号に変換して加
算器14に出力する。加算器14はハフマン符号のＡＣ成分
及びＤＣ成分を時分割多重して圧縮データとして出力す
るようになっている。

【００２９】ハフマン符号化部16はブロック別符号配分
値演算器９によって符号量が制限されるようになってい
る。ブロック別符号配分値はデータ丸め部４の出力に基
づいて作成する。すなわち、データ丸め部４の出力は絶
対値変換部５にも与える。絶対値変換部５はデータ丸め
部４の出力の絶対値を求める。本実施例においては、絶
対値変換部５の出力はセレクタ22を介して累積加算器
６，７に与えるようになっている。絶対値変換部５の出
力はゼロ検出部21にも与えており、ゼロ検出部21は入力
されたデータの“０”を検出した場合にのみ、選択信号
“１”をセレクタ22に出力し、他の場合には選択信号を
“０”にするようになっている。

【００３０】セレクタ22は係数出力部23から係数α（α
＞０）も与えられており、ゼロ検出部21からの選択信号
が“０”の場合には絶対値変換部５の出力を累積加算器
６，７に出力し、選択信号が“１”の場合には係数αを
累積加算器６，７に出力する。累積加算器６は入力され
たデータを画像１枚分累積加算して符号量テーブル８に
書込む。また、累積加算器７は入力されたデータを１ブ
ロック分累積加算して符号量テーブル８に書込む。符号
量テーブル８は累積加算器６，７からのデータを記憶し
てブロック別符号配分値演算器９に与える。ブロック別
符号配分値演算器９は下記式（３）に示す演算を行っ
て、ブロック別符号配分値を求めてハフマン符号化部16
に出力するようになっている。

【００３１】 ブロック別符号配分値＝ｋ×（（該当ブロックの累積加算値）＋α×ｎ）／（ （画像１枚分の累積加算値）＋α×Ｎ） …（３） 但し、ｋは所定の係数であり、ｎはＡＣ成分のうちの０
係数の該当ブロック内の個数であり、ＮはＡＣ成分のう
ちの０係数の１画面内の個数である。

【００３２】次に、このように構成された実施例の動作
について説明する。

【００３３】先ず、符号量を一定化するための符号量予
測を行う。すなわち、フレームメモリ１に入力されたデ
ィジタル画像データを、ブロック分割部２においてブロ
ック単位で読出してＤＣＴ回路３に与える。ＤＣＴ回路
３はＤＣＴ処理によって入力されたデータを水平及び垂
直の周波数成分に分離し、ＡＣ成分をデータ丸め部４に
出力する。データ丸め部４は所定係数を乗算して小数点
以下を切り捨てることによりデータ量を削減して絶対値
変換部５に出力する。絶対値変換部５はデータ丸め部４
の出力を絶対値に変換してゼロ検出部21及びセレクタ22
に出力する。

【００３４】いま、データ丸め部４の出力が“０”以外
の値であるものとする。この場合には、ゼロ検出部21は
絶対値変換部５の出力が“０”でないことを検出して、
“０”の選択信号をセレクタ22に出力する。そうする
と、セレクタ22は絶対値変換部５の出力を累積加算器
６，７に出力する。ゼロランが０の場合には、図６に示
すように、データ丸め部４の出力に基づく予測値は実際
の符号量と略一致する。従って、この場合には、従来と
同様に絶対値変換部５の出力を累積加算器６，７に与え
て累積加算させた場合でも、画質の劣化を生じない。

【００３５】一方、データ丸め部４の出力が“０”であ
る場合には、ゼロ検出部21は“１”の選択信号をセレク
タ22に与えて係数αをセレクタ22に選択させる。これに
より、絶対値変換部５からのデータ“０”に代えて係数
αが累積加算器６，７に与えられる。絶対値変換部５の
出力が“０”である場合、換言すると、ゼロランが１以
上の場合には、図７に示すように、実際の符号量はデー
タ丸め部４の出力に基づく予測値よりも大きくなる。従
って、この場合には、予測値を従来よりも大きくする必
要がある。この理由から、本実施例では、セレクタ22は
係数αをデータ“０”に代えて累積加算器６，７に与え
ており、累積加算器６，７の累積加算値はゼロ係数の個
数に応じて大きな値となる。累積加算器６，７は夫々１
画面分のデータ及び１ブロック分のデータを累積加算し
て符号量テーブル８に記憶させる。

【００３６】次に、実際の符号化を行う。ＤＣＴ回路３
からのＤＣＴ係数のＤＣ成分はデータ丸め部10に与えて
符号量を削減し、更に、ＤＰＣＭ部11において差分ＰＣ
Ｍ符号に変換する。ハフマン符号化部12は、この差分Ｐ
ＣＭ符号をＤＣ用ハフマンテーブル13に基づいてハフマ
ン符号に変換して加算器14に出力する。

【００３７】一方、ＤＣＴ係数のＡＣ成分は、データ丸
め部４において符号量を削減し、ジグザグスキャン部15
によってジグザグスキャンして読出してハフマン符号化
部16に与える。また、ブロック別符号配分値演算器９は
上記式（３）に示す演算によって、ブロック別符号配分
値を求めてハフマン符号化部16に与える。ハフマン符号
化部16はブロック別符号配分値に基づいて符号量が制限
される。ブロック別符号配分値は、前述したように、デ
ータ丸め部４からの係数値とゼロ係数の個数に基づくも
のとなっている。従って、ハフマン符号化するブロック
のゼロ係数が比較的多い場合であっても、ブロック別符
号配分値（予測値）は比較的大きな値となり、実際の符
号量に近づく。これにより、ハフマン符号化部16におい
て、入力された全てのデータをハフマン符号化すること
が可能となる。ハフマン符号化部16からの符号化出力は
加算器14に与え、加算器14はハフマン符号のＤＣ成分と
ＡＣ成分とを時分割で加算して圧縮データとして出力す
る。

【００３８】このように、本実施例においては、絶対値
に変換されたデータ丸め部４の出力が０である場合に
は、この０係数に代えて係数αを累積加算器６，７に与
えており、ゼロ係数の数が多い場合にはブロック別符号
配分値も大きくなりデータ丸め部４の全ての出力がハフ
マン符号化されることを可能にしている。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
ブロックの圧縮データ符号量を高精度に予測することを
可能にして、再生画像の画質の劣化を抑制することがで
きるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像符号化装置の一実施例を示す
ブロック図。

【図２】従来の画像符号化装置を示すブロック図。

【図３】ブロックデータを説明するための説明図。

【図４】ジグザグスキャンを説明するための説明図。

【図５】従来例を説明するためのグラフ。

【図６】従来例を説明するためのグラフ。

【図７】従来例を説明するためのグラフ。

【符号の説明】

３…ＤＣＴ回路 ４…データ丸め部 ５…絶対値変換部 ６，７…累積加算器 ８…符号量テーブル ９…ブロック別符号配分値演算器 16…ハフマン符号化部 21…ゼロ検出部 22…セレクタ 23…係数出力部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディジタル化された画像データがブロッ
   ク単位で入力されこのブロックデータを離散コサイン変
   換して変換係数を出力する変換手段と、 前記変換係数を量子化して量子化出力を出力するデータ
   丸め部と、 前記量子化出力の絶対値が零か否かを検出して選択信号
   を出力するゼロ検出手段と、 前記量子化出力の絶対値が零でないことを示す前記選択
   信号によって前記量子化出力を選択し前記量子化出力の
   絶対値が零であることを示す前記選択信号によって所定
   の係数を選択する選択手段と、 この選択手段の出力の１画面分を累積加算する第１の累
   積加算手段と、 前記選択手段の出力の１ブロック分を累積加算する第２
   の累積加算手段と、 前記第１及び第２の累積加算手段の出力から各ブロック
   毎にブロック別符号配分値を求めるブロック別符号配分
   値演算手段と、 前記ブロック別符号配分値に基づいた符号量で前記量子
   化出力を符号化する符号化手段とを具備したことを特徴
   とする画像符号化装置。