JPH06153172A

JPH06153172A - 符号量制御方式

Info

Publication number: JPH06153172A
Application number: JP29243692A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kondo; 和弘近藤; Akiko Gonda; 亜紀子権田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は一定単位の符号化対象を厳密に一定
の符号量以下で符号化可能であり、かつ符号化による劣
化の少ない符号量制御方法を提供することにある。【構成】入力をブロック分割手段１０でブロックに分
割し、直交変換器１１で変換後、符号化手段１２で符号
化する。その符号化は、一定単位毎に固定長、ないしは
可変長符号化の内、効率の良い方で行なう。符号化後の
符号量の相関の大きい走査方向を符号量方向性判定部１
３で判定し、符号化単位の走査方向はこの方向に行な
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は信号の高能率符号化方法
に関し、特に高解像度画像信号のディジタル伝送のため
の高能率符号化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の方法としては、例えば電
子情報通信学会論文誌B-I分冊、J73-B-I巻、４号、３２
８項ー３３６項に記載されている。ここではバッファの
占有状態に基づき量子化器と、固定長、あるいは可変長
符号器を切り替えて用いている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術ではバッ
ファの占有量によりフィードバック制御を行なっている
ため、厳密な意味で符号量を制御することはできない。
また、入力の性質の変化に追従するため複数の量子化
器、符号器を並列に動作させる必要があった。

【０００４】本発明の目的は一定単位の符号化対象を厳
密に一定の符号量以下で符号化可能な符号量制御方法を
提供することにある。また本発明の別の目的は１セット
の固定長符号器／可変長符号器でも入力の性質変化に対
応できる符号化方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では１セットの固定長符号器と、１セットの
可変長符号器を並列に動作させている。可変長符号器の
入力はある係数によりスケーリングされる。このスケー
リング係数は符号化単位が所定量以上の時増量され、所
定量以下の時は減量される。

【０００６】

【作用】入力画像はまずブロック単位で直交変換され、
固定長、および可変長各々の符号器で符号化される。こ
れを所定のブロック数に対して行なった後、可変長符号
器出力の符号量を算出する。この符号量が設定値以下の
場合は、可変長符号器出力に無効データを付与して符号
量がちょうど設定値となるようにし、記録系に出力す
る。設定値以上の場合は固定長符号器出力を選択し、記
録系に出力する。この時、固定長符号器の符号量はちょ
うど設定値となるように設計されている。

【０００７】一般に可変長符号器の符号量が多い場合
は、直交変換係数の高域部分まで大きな成分が存在す
る。すなわち対応する画面が細かいディテールを含むも
のであることを意味する。よってこれと隣接するブロッ
クも高域成分を多く含み、可変長符号器出力の符号量が
多いことが予想される。そこで可変長符号器出力量が多
く、所定値を超過して固定長符号器が選ばれた場合、次
のブロックの可変長符号器出力符号量を抑制するため、
スケーリング係数を増加させる。これにより、符号化さ
れる変換係数の値を小さくする。この結果、量子化雑音
は増加傾向になるが、符号量は減少する。逆に符号量が
少なかった場合は、隣接ブロックの可変長符号器出力符
号量も少ないと予想されるため、スケーリング係数を減
少させて、量子化雑音を削減する。この時、一般に上記
傾向はエッジなどが出現した場合は符号量の増加が急激
なため、スケールファクタもこれに追従できるように増
加量を多く設定する。これに対し、符号量減少に合わせ
て急激にスケールファクタを小さくすると、量子化雑音
量が急激に変化し、かえってその変化が目立つ。よって
スケールファクタの減少量は増加量より少なく抑える。

【０００８】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
説明する。図１に本発明の第１の実施例を示す。

【０００９】入力する画像信号はまずブロック分割手段
１０によりブロックに分割される。ここでは入力信号は
デジタル化されたＢＴＡ規格のＨＤＴＶ信号であり、コ
ンポーネント方式の輝度信号Ｙ、および色差信号Ｐ_R、
Ｐ_Bからなる。たとえば輝度信号、各色差信号別々に
縦、横とも８画素のブロックに分割する。これらの入力
信号はブロック単位で直交変換器１１にて直交変換され
る。されに、可変長符号器、固定長符号器を含む符号化
手段１２により符号化が行われ、記録系、もしくは伝送
のためのインターフェイス（図示せず）に導かれる。

【００１０】符号化はこのブロックを複数個まとめて行
なう。図２に輝度を２ブロック、各色差信号１ブロック
を１単位とした例を示す。前フレームの符号量変化の方
向性により(a)ないしは(b)の走査方向が選ばれる。符号
量判定部１３は、符号化手段の可変長符号器より出力さ
れる符号量により次フレームの分割走査の方向を図２
(a)、(b)のいずれ方向にするか判定する。図３の符号量
判定部１３の詳細図を参照してその判定方法を説明す。

【００１１】まず各符号化単位毎の可変長符号器より出
力される符号量が入力される。この符号量は水平高域通
過フィルタ３１、水平低域通過フィルタ３２、垂直高域
通過フィルタ３３、垂直低域通過フィルタ３４各々でフ
ィルタされた後、総和が取られる。１フレームについて
以上の処理を終えた後、水平高域通過フィルタ３１と水
平低域通過フィルタ３２の比、および垂直高域通過フィ
ルタ３３と垂直低域通過フィルタ３４の比が計算され、
比較される。上記比が小さいほうが符号量の相関が大き
い方向を示すことになる。水平方向に相関が大きい場合
は図２の(a)の走査方法が選ばれ、垂直方向に相関が大
きい場合は図２の(b)の走査方法が選ばれる。

【００１２】上記１符号化単位は各々ブロック別に直交
変換１１され、その符号量により可変長、あるいは固定
長符号化され、記録系に出力される。以上の処理を符号
化単位毎に１フレームについて行なう。

【００１３】図４に固定長／可変長符号器１２の構成を
示す。入力される直交変換係数は可変長と固定長の符号
化が平行して行なわれる。

【００１４】固定長符号化は各係数をあらかじめ定めら
れたステップ幅で量子化する。すなわち、例えば表１に
示す係数で各直交変換係数を除算し、整数化する。劣化
が目立つ低域のステップ幅は高域に比べ小さくなってい
る。上記量子化後の係数は表２に示すビット数で表現さ
れ、出力される。やはり低域に多くのビット数を割当
て、高域はビット数を多く割り当てないことにより、情
報量を圧縮する。この例では元々各係数が８ビット表現
されていたとすれば、処理後は１２８ビットで表現され
ることになり、１／４に圧縮されたことになる。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】一方、可変長符号化はまず各係数を後述す
るスケールファクタで除算する。次に各ブロックの係数
は図５に示すような順序で走査され、０の連続する個
数、すなわちラン長が計測される。この結果、ラン長と
非零振幅値の組み合わせが表３に示す規則に従い符号化
される。発生頻度が多いラン長と振幅の組み合わせには
短い符号が、逆に発生頻度が低い組み合わせには長い符
号が組み合わされているので、符号化系列長の統計的平
均は固定長に比べて短くなる。

【００１８】

【表３】

【００１９】可変長符号化された符号化単位の総符号量
が計測され、これが目標符号量を上回る場合は固定長符
号器出力が選ばれ、逆に下回る場合は可変長符号器出力
が選ばれる。図６にこの形態を示す。

【００２０】先頭１ビット６１、６２は、続く符号が固
定長か可変長かを示す。固定長の場合は続く符号は全て
有効な画像符号である。可変長の場合は前記スケーリン
グファクタ６３に続いて可変長符号６５が出力される。
もし可変長符号総量が所定量に満たない場合は無効符号
６６が追加される。

【００２１】スケールファクタ制御４５では次の符号化
単位で用いるスケールファクタSfを定義する。スケール
ファクタSfの定義は以下による。

【００２２】Sf = Sf +2 （固定長符号器が選ばれた場
合） = Sf -1 （可変長符号器が選ばれた場合）ただし、Sf > 0 これより可変長符号量が多かった場合、次の符号化単位
のスケールファクタは増加し、符号量は減少する。逆に
可変長符号量が少なかった場合、次の符号化単位のスケ
ールファクタは減少し、符号量は増加する負帰還がかか
ることになる。前記のように符号量の相関が大きい方向
へ符号化単位は走査されるので、上記制御により可変符
号量は目標量に収束する。

【００２３】以上、第１の実施例によれば、符号化単位
の総符号量を厳密に目標量以下に抑えることができ、同
時に対象画像に応じてスケールファクタを制御し、最適
な可変長符号化特性を保つことができる。例えばハイビ
ジョン信号を上記方法により１／４の符号化レートに符
号化した場合、ＳＮ比劣化は少なくとも輝度信号に関し
ては１dB以下に抑えることができる。

【００２４】次に、対象画像の変化の有無に応じて符号
量割当を制御する第２の実施例について説明する。

【００２５】本実施例は一般に変化のある部分の方が静
止部より劣化が目立たないことを利用する。全体の構成
は第１の実施例と同じだが、可変長／固定長符号化部は
図７に示す可変長符号化で置換される。他の部分の動作
は第１の実施例と同様なため、ここでは省略する。

【００２６】まず入力画像からブロック単位で変化の有
無を検出する。図８に簡単な例を示す。ブロック単位の
入力画素値と、フレームメモリ８１に格納してある前フ
レームの対応画素値との差分を算出し、積算器８２でこ
のブロック総和を算出する。符号化単位内の各ブロック
について上記和を算出する。

【００２７】同時に上記符号化単位の直交変換係数を可
変長符号化し、バッファ７４に格納し、その符号量を算
出する。もし符号量が目標値以下の場合はそのまま符号
器出力を用いるが、目標値以上の場合は上記変化量を参
照して符号量を目標値以下に抑える。前記のように、変
化量の多いブロックの方が劣化が目立たない傾向にある
ので、変化量の多いブロックから順に符号量を削減して
いく。図９を用いてその例を説明する。ここでは４×４
のブロックを用いた例で説明する。まず符号化単位内の
ブロックの内、前記変化部検出７１の結果、変化量の最
も多いブロックに注目する。ここでは(c)に相当するも
のとする。

【００２８】前述のように、可変長符号は０のラン長
と、非零の振幅値の組を表現している。そこで、ブロッ
ク(c) を表現する最高域側の上記組み合わせを表す符号
を削除する。この例ではラン長０、振幅値１となり、２
ビット分削除される。もしこれで目標値を下回らなけれ
ば、次に変化量の多いと想定する(a)について同じ処理
を行なう。この例ではラン長１、振幅値１に対応する４
ビットになる。以下、目標値達成まで同様の処理を繰り
返すが、全ブロックを走査してもなお目標値が達成され
なければ再び変化の多いブロックから同様の処理を繰り
返す。この後、バッファ７４から最終的に得られた符号
を読みだす。以上をフレーム全体に対して繰り返す。

【００２９】本実施例によれば、変化が大きく、よって
劣化が目立ちにくいブロックの符号を削減することによ
り、あらかじめ定められた符号化単位毎に、目標とする
符号量で符号化することができる。

【００３０】また上記実施例において、変化量の多さに
変えて「エッジさしさ」を用いることもできる。すなわ
ち一般にエッジを含むブロックでは高周波のノイズが他
のブロックに比べて目立つ。例えば直交変換を用いる画
像符号化では実際のエッジの回りに疑似エッジが現われ
ることが知られており、極めて目障りである。よって
「エッジらしさ」をより少なく含むブロックから符号長
を削減することにより、上記ノイズを防げる。図１０に
「エッジらしさ」の判定方法の例を示す。

【００３１】入力信号はまず２次元で微分され、それぞ
れ正負のスレッショールド値と比較される。何れかのス
レッショールドを超過した画素はエッジと考えられ、各
ブロックについて上記画素数を係数する。図１１に１次
元の入力波形と微分出力、および各スレッショールド値
の例を示す。

【００３２】以上のようにして得られた「エッジらし
さ」の少ないブロックから順に前記実施例同様に符号を
削減していくことにより、目標とする符号量に収めるこ
とができる様になる。

【００３３】本実施例によれば、「エッジらしい」画素
が少なく、よって劣化が目立ちにくいブロックの符号を
削減することにより、あらかじめ定められた符号化単位
毎に、目標とする符号量で符号化することができる。

【００３４】次に符号化を行なうと同時に非零の係数値
によりヒストグラムを作成しておき、これを参照して符
号量を制御する実施例について説明する。図１２にこの
実施例の構成を示す。前記実施例同様に入力画像は符号
化単位毎に直交変換１１、可変長符号化１２１され、バ
ッファ７４に書き込まれると同時にこの符号系列よりヒ
ストグラムが作成される。図１３の例を用いてその様子
を説明する。

【００３５】各ブロック毎に符号化順序と逆に走査し、
特定の非零振幅値を順に検索し、この振幅値を含む符号
の累積量により表を作成する。ただし、目的とする振幅
値より大きい振幅値が出現した場合、この表には加えな
い。例えばまず１から走査を始め、これに遭遇するまで
走査された符号量を算出する。図９(a)の例では１の前
にラン長１の０が存在するので、表３に従い４ビット、
同様に(b)ではラン長０なので２ビット、(c)も２ビット
となる。振幅値１に関しては以上の合計、８ビットとな
る。

【００３６】次に２の場合は(a)、(c)で０ビット、(b)
でラン長０の５ビットとなり、累積１３ビットとなる。
以下同様の計算により図１４のヒストグラムを得る。

【００３７】上記ヒストグラム作成と同時に可変長符号
器出力の符号長も算出される。もし、符号長が目標値以
下であれば、バッファに蓄えられた符号はそのまま出力
される。しかし、目標値以上であれば、符号長と目標値
の差を算出し、その差に相当する累積値をヒストグラム
から捜し出し、その時の振幅値を読み取り、この値を含
む符号をバッファに蓄積してある符号から削除し、出力
する。例えば図１３の例では、目標値と符号長の差が１
５であれば振幅値として３がヒストグラムより選ばれ
る。この結果、３を含む符号がバッファに蓄えられた符
号系列から削除され、バッファより読みだされる。この
様子を図１４に示す。この結果総符号量は目標値以下に
抑えられる。

【００３８】以上の実施例では削除される符号に含まれ
る最大係数値を制限しながら符号化単位の符号系列長を
目標値以下に抑えることができる。

【００３９】次に上記実施例において、振幅値に変え
て、累積振幅値を用いる実施例について説明する。構成
は上記実施例と同じであるため、重複部分の説明は省略
する。

【００４０】本実施例では符号化順序と逆に走査を行な
い、この時走査される振幅値の累積値を算出し、これに
対応する符号量とのヒストグラムを作成しておく。この
例を図１５に示す。もし符号化単位の符号量が目標値を
越えた場合は、上記実施例同様、目標値以下に符号量を
抑える累積振幅値を上記ヒストグラムから探し、これに
相当する符号を削除した符号系列をバッファより出力す
る。

【００４１】一般に周波数領域、すなわち直交変換係数
を削減することにより与える雑音のエネルギー量は時間
領域、すなわち逆直交変換後の信号系列の雑音エネルギ
ーと等しいことが証明されている。本実施例では、この
事実を利用し、復号後の信号系列に与える雑音エネルギ
ーを最小に保ちながら符号量を目標値以下に抑えること
ができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、符号化による劣化を最
小限に抑えながらも、符号化単位毎に目標とする量以内
に符号量を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例におけるブロック分割の
方法を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施例における符号量方向性判
定部の構成を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施例における可変長／固定長
符号化部の構成を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施例における直交変換係数の
走査方法を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施例における記録系への出力
符号構成を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施例における可変長符号化部
の構成を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施例における変化部検出の方
法を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施例における直交変換係数の
例を示す図である。

【図１０】本発明の第３の実施例におけるエッジ検出方
法を示す図である。

【図１１】本発明のエッジ検出方法を模式的に示した図
である。

【図１２】本発明の第４の実施例の構成を示す図であ
る。

【図１３】本発明の第４の実施例におけるヒストグラム
の例を示す図である。

【図１４】本発明の第５の実施例における直交変換係数
の例を示す図である。

【図１５】本発明の第５の実施例におけるヒストグラム
の例を示す図である。

【符号の説明】

１０…ブロック分割手段、１１…直交変換器、１２…符号化手段、１３…符号量判定部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】あらかじめ定められた符号化単位の入力信
号の、直交変換後の係数を可変長符号化を行なった後
に、一定パターンで走査した後の符号量が一定値を越え
る場合は別の符号器に切り替える符号量制御方式におい
て、符号量が所定値を越える位置があらかじめ定められ
た位置より後の場合は、符号走査終了位置を所定の基準
に従い増減させることを特徴とする符号量制御方式。
【請求項２】直交変換後の係数を可変長符号化を行なっ
た後に、一定パターンで走査した後の符号量が一定値を
越える場合は別の符号器に切り替える符号量制御方式に
おいて、符号量が所定値を越える位置があらかじめ定め
られた位置より後の場合は、量子化ステップ幅と走査終
了位置を所定の基準に従い増減させることを特徴とする
符号量制御方式。
【請求項３】請求項１もしくは２に記載の符号量制御方
式において、一単位の符号量が一定値を越えた場合、次
の単位の符号化に用いるステップ幅、および走査終了位
置を符号量が減少する方向に修正し、そうでない場合は
符号量が増加する方向に修正することを特徴とした符号
量制御方式。
【請求項４】請求項１もしくは２に記載の符号量制御方
式において、符号量が増加する方向への修正と減少する
方向への修正の度合いが異なることを特徴とする符号量
制御方式。
【請求項５】請求項１もしくは２に記載の符号量制御方
式において、入力の性質に応じて符号化する画面上の順
序を切り替えることを特徴とする符号量制御方式。
【請求項６】請求項１もしくは２に記載の符号量制御方
式において、前記符号化単位のうち、動きのあったブロ
ックに対しては静止ブロックより相対的に割当符号量を
少なくすることを特徴とする符号量制御方式。
【請求項７】請求項１もしくは２に記載の符号量制御方
式において、前記符号化単位のうち、エッジが検出され
たブロックに対しては他のブロックより相対的に割当符
号量を多くすることを特徴とする符号量制御方式。
【請求項８】請求項１もしくは２に記載の符号量制御方
式において、一単位の符号量が所定の量に満たない場合
はこの量に対応した無効データを出力することを特徴と
する符号量制御方式。
【請求項９】請求項１もしくは２に記載の符号量制御方
式において、一定パターンで走査した後の符号量が一定
値を越える場合はこれと逆方向に走査して、走査された
最大係数値と累積符号ビット数の分布表を符号化単位に
ついて作成し、この分布表より上記符号化単位を所定ビ
ット数内で符号化する最大係数値を判定し、この係数値
までの符号のみを出力することを特徴とする符号量制御
方式。
【請求項１０】請求項１もしくは２に記載の符号量制御
方式において、一定パターンで走査した後の符号量が一
定値を越える場合はこれと逆方向に走査して、走査され
た累積係数値と累積符号ビット数の分布表を符号化単位
について作成し、この分布表より上記符号化単位を所定
ビット数内で符号化する累積係数値を判定し、この係数
値までの符号のみを出力することを特徴とする符号量制
御方式。