JPH06268986A - 量子化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ＤＣＴ１３により部分的に圧縮されたデータ
の各ブロックはメモリ２６と量子化器１４に供給され
る。量子化器１４からの量子化データは、ＲＬＣ／ＶＬ
Ｃエンコーダ１５とＩ量子化器１６に供給される。エン
コーダ１５からの符号化データと動きベクトルは、フォ
ーマット形式回路２２に供給される。メモリ２６、プロ
セッサ２７、カウンタ２８は、解析器２５を構成し、プ
ロセッサ２７は、メモリ２６と、エンコーダ１５から符
号化データを受けるカウンタ２８を制御し、コントロー
ラ２１と連絡し合って処理を中断し、量子化の適合を繰
り返えす。 【効果】 適応的に量子化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオ信号圧縮システ
ムにおける量子化装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】ビデオ信号の圧縮装置は、通常、部分的
に圧縮された信号から成る符号のワードを量子化する回
路を含んでおり、その結果、量子化された多くの符号ワ
ードが同じような値をとり、この状態はランレングス
（ｒｕｎ ｌｅｎｇｔｈ）符号化に通じる。次に、量子
化された符号ワードは、典型的には、ラン／可変長符号
化され、圧縮されたフォーマットの信号を発生する。
“部分的に圧縮された信号”という用語は、例えば、離
散的余弦変換（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｃｏｓｉｎｅ ｔｒ
ａｎｆｏｒｍ：ＤＣＴ）プロセッサにより供給される信
号に関連している。ＤＣＴプロセッサにより与えられる
ビデオデータは、例えば、８×８の隣接ピクセルのマト
リックスを表わす８×８の係数から成るブロックにおい
ても生じる。ブロック中の各係数は、典型的には、各係
数の相対的重要度に依存して個々の量で量子化される。
このような係数のブロックを量子化する場合、量子化マ
トリックスが使用される。この量子化マトリックスは、
ブロック中の各係数に供給される量子化値を含んでい
る。ビデオデータの量子化は、係数（符号ワード）から
成るすべてのブロックに対して量子化値から成る同一の
マトリックスもしくはテーブルを適用することにより実
行される。この量子化法は、マトリックス中の量子化値
が異なるものであるけれども、ここでは固定の量子化法
と呼ぶことにする。ビデオ信号の個々のフレームは個々
の画像を表わすので、固定量子化法によって得られる圧
縮ビデオデータの量はフレーム毎に可変であり、可変ビ
ットレート（ｖａｒｉａｂｌｅ ｂｉｔ ｒａｔｅ：Ｖ
ＢＲ）の圧縮を生じさせる。

【０００３】或る種の信号伝送システムは、可変ビット
レートの圧縮信号を効率的に処理することができない。
従って、一定ビットレート（ｃｏｎｓｔａｎｔ ｂｉｔ
ｒａｔｅ：ＣＢＲ）の圧縮システムが開発されてい
る。一定ビットレートの圧縮システムにおいて、符号ワ
ードの量子化は、圧縮データの数を制御するために適応
的に行なわれる。典型的には、圧縮データの量が監視さ
れ、フレーム当たりの圧縮ビット数をほぼ一定にするた
めに、量子化値は圧縮データの量に反比例して変えられ
る。また、適応形量子化システムは、係数から成るブロ
ックを量子化するための量子化値のテーブルを使用す
る。適応性は、典型的には、ブロックの各係数に供給す
るために量子化値がテーブルから読み出されるとき、量
子化値をスケーリングするだけで実現される。通常、量
子化テーブルから供給されるすべての量子化値は、同じ
因数でスケール化されるが、スケール因数はブロック毎
に変わる。

【０００４】一定ビットレートの圧縮システムでは、画
像品質がフレームからフレームで変わる傾向にあるが、
伝送するために圧縮信号が他の信号と多重化されるよう
な場合には一定ビットレートは都合がよい。一方、可変
ビットレートの圧縮信号はフレームからフレームでほぼ
一定の画像品質を与える傾向にあるが、多重化信号状況
で伝送することにより困難である。

【０００５】

【発明の概要】本発明は、圧縮データの量に制限を与え
る量子化システムであるが、フレームからフレームで画
像品質をほぼ一定に保つものである。本発明のシステム
は、符号化されたビデオデータを量子化する量子化器を
含んでおり、さらに出力データの量を監視する装置を含
んでいる。出力データの量が所定値より小さいかもしく
は大きいかに依存して、量子化器は、個別のモードで動
作するように条件づけられる。

【０００６】

【実施例】本発明は、例えば、ＭＰＥＧと類似の圧縮シ
ステムのようなブロックもしくはマクロブロック形式の
信号圧縮／処理を行う形式のビデオ信号圧縮システムを
背景にして説明が行われる。ＭＰＥＧは国際標準化機構
（ＩＳＯ）の動画専門家委員会（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃ
ｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）によ
り開発されたシステム標準である。ＭＰＥＧと類似のシ
ステムの一例は、米国特許第５，１２２，８７５号明細
書に開示されている。ＭＰＥＧと類似のシステムでは、
連続するフレームの各グループ、画像のグループ（ｇｒ
ｏｕｐｓ ｏｆ ｐｉｃｔｕｒｅｓ：ＧＯＰ）について
動きが補償された予測圧縮が実行される。圧縮された画
像のグループ内において、フレームがフレーム内処理に
より圧縮されたか、順方向フレーム間処理により圧縮さ
れたか、両方向のフレーム間処理により圧縮されたかど
うかに依り、フレームは、Ｉ、Ｐ、もしくはＢと呼ばれ
る。個々のフレーム形式は個別に圧縮され、異なるフレ
ーム形式についての圧縮データの量は、同じ画像につい
てさえ異なったものとなる。従って、個別に圧縮された
フレーム形式については個別の量子化値が適当である。

【０００７】ＭＰＥＧと類似のシステムにおける圧縮画
像データは、例えば、１６×１６の隣接ピクセルから成
るマトリックスを表すマクロブロックで構成される。各
マクロブロックは、ルミナンスデータから成る８×８ブ
ロックが４個と、クロミナンスデータから成る８×８ブ
ロックが２個とから成る。クロミナンスデータの８×８
の各ブロックは、全体として１６×１６のピクセル・マ
トリックスを表す。マクロブロックは、スライス（ｓｌ
ｉｃｅ）で構成され、各スライスは、例えば、ビデオ信
号の１６本の水平ラインを表す。従って、４９６本の有
効ラインから成る１フレームは、３１個のスライスで表
すことができる。ＭＰＥＧと類似のシステムでは、マク
ロブロックを基にしてデータを量子化するのが普通であ
る。

【０００８】本発明における量子化は、符号化データの
総量が所定量を越えない限り、固定の量子化値を使って
通常行われる。１つの実施例において、もし符号化デー
タの総量が所定量を越えると、或る限界を越えるデータ
のマクロブロックだけが適応的に量子化され、残りのマ
クロブロックについてはすべて固定の量子化が行われ
る。ＭＰＥＧと類似の圧縮状況では、最大の符号ワード
目標値は、画像のグループについて設定される。この最
大の目標値Ｒ_ＧＯＰは、各フレームについて使用される
圧縮方法に従って画像のグループ中の各フレーム中に分
配される。このＲ_ＧＯＰは、各量子化マトリックス中の
量子化値を変更するために使われる全体の量子化因数Ｑ
_Ｉ，Ｑ_Ｐ，Ｑ_Ｂの反映される。

【０００９】選択した画像品質で画像のグループを符号
化するために使用されるビット総数Ｒは、次式から推定
される。

【００１０】

【数１】

【００１１】ここで、ｒ_Ｉ，ｒ_Ｐ，ｒ_Ｂは、それぞれ可
変ビットレートのフレーム内符号化、順方向および双方
向フレーム間予測フレーム符号化についての平均ビット
レートであり、Ｎは画像のグループ中のフレーム数、Ｍ
は２つのＰフレーム間のＢフレーム数である。システム
の開始時、最初の画像のグループにおけるｒ_Ｉ，ｒ_Ｐ，
ｒ_Ｂについて公称値が使われ、その後最初のＩ、Ｐ、Ｂ
のフレームが現画像のグループについて符号化されるま
での前の画像のグループからの値が使われる。もし推定
値ＴがＲ_ＧＯＰより小さいと、画像のグループは固定の
量子化値で量子化され、所定の画像品質を発生する。推
定値ＲがＲ_ＧＯＰより小さくなければ、目標ビット割り
当てＲ_ｊが次式に従って各フレーム形式について計算さ
れる。

【００１２】

【数２】

【００１３】各フレームは最初固定量子化値で圧縮さ
れ、そのフレームについて符号化ビットの総数ｒ_ｊが計
数される。この最初の圧縮終了後、過剰レート分数（ｅ
ｘｃｅｓｓ ｒａｔｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）ｘｓ−ｆｒ
ａｃが次式により計算される。

【００１４】

【数３】

【００１５】また、閾値ＴｈＶは次式により計算され
る。

【００１６】 ＴｈＶ＝Ｅ［ｍｂ_ｓｉｚｅ］＋ＳｔＤ［ｍｂ_ｓｉｚｅ］

【００１７】ここで、Ｅ［ｍｂ_ｓｉｚｅ］はフレームに
おけるマクロブロック当りに圧縮ビットの平均数であ
り、ＳｔＤ［ｍｂ_ｓｉｚｅ］はマクロブロック当りのビ
ット数における標準偏差である。閾値ＴｈＶは、量子化
の前後の何れかにおいて各マクロブロック中のデータ量
を使って計算される。すなわち、ＴｈＶは、量子化され
ていないデータもしくは量子化データの関数でよい。

【００１８】ｘｓ−ｆｒａｃの値が零より小さいと、符
号化ビット数は設定された限度内にあり、最初の圧縮パ
ス（ｐａｓｓ）で使われた固定量子化値を使うことによ
りフレームは通常の可変ビットレートのモードで符号化
される。ｘｓ−ｆｒａｃの値が零より小さくなれば、第
２の圧縮パスが呼び出される。第２の圧縮パスにおい
て、その大きさがＴｈＶより小さいマクロブロックのす
べてについて固定の量子化値が使われる。残りのマクロ
ブロックについては、より大きい量子化係数が選択され
る。この大きい方の量子化係数は、ある公式に従って選
定され、および／または、例えばｍｂ_ｓｉｚｅ（ｉ）と
ＴｈＶの差に依存して選択される。この場合、起り得る
差の値は幾つかの範囲に区分され、量子化係数の増分が
各範囲に割り当てられる。取り得る差の値は３つの範囲
に分けられるものとする。この３つの範囲は、起り得る
値の５０％、３０％、２０％を含み、この５０％、３０
％、２０％の範囲は、それぞれ最も小さい値から最も大
きい値を含む。５０％、３０％、２０％の範囲は、それ
ぞれ１、２、３の増分値が割り当てられる。従って、ｍ
ｂ_ｓｉｚｅ（ｉ）が第２番目の範囲によって表される量
だけＴｈＶの値を越えると、そのブロックについての現
量子化係数は２で増加される。

【００１９】別の方法として、閾値を越えるマクロブロ
ックについて経験に基づいた量子化係数のルックアップ
（ｌｏｏｋｕｐ）テーブルを使用すると、良い結果の得
られることが分っている。図４、図５、図６は、このよ
うな経験に基づいて得られたルックアップテーブルを表
す。より大きな量子化係数を選択する場合、経験によっ
て得られたルックアップ・テーブルに入るために２つの
量が用いられる。この２つの量は、現量子化係数と可変
ｘｓ−ｆｒａｃである。ルックアップテーブルからの出
力は、現マクロブロックを量子化するために使われる更
新された量子化係数である。種々のテーブルが個別の符
号化フレーム形式に対して使用される。図４、図５、図
６に示す量子化テーブルは、それぞれＩフレーム、Ｂフ
レーム、Ｐフレームで使用するために求められた値に対
応する。ＰおよびＢの符号化フレーム中のマクロブロッ
クの或るものはフレーム内符号化されたものであること
に注目されたい。この場合、ＰもしくはＢフレーム中に
見い出されるＩ形式のマクロブロックについてはＩ量子
化テーブルが使用される。これらの量子化テーブルにお
いて、Ｏｌｄ ｑｉと名づけられた値は、量子化テーブ
ルをアドレス指定するために使用される現量子化係数で
あり、Ｎｅｗ ｑｉという名称の値は、量子化テーブル
から出力される新しい量子化係数があり、量子化テーブ
ルの中に示される値は、所定の値、例えば１００を掛け
たｘｓ−ｆｒａｃの値であり、このｘｓ−ｆｒａｃの値
も各量子化テーブルをアドレス指定するために使われ
る。

【００２０】マクロブロックを基にしてマクロブロック
についての閾値ＴｈＶを更新することの有利であること
が分っている。このため、各マクロブロックが処理され
るについて、継続変数αが計数される。連続する閾値Ｔ
ｈＶ_ｎは次式により計算される。

【００２１】 ＴｈＶ_ｎ＝α_ｎ（ＴｈＶ） （６）

【００２２】変数α_ｎは次式により計算される。

【００２３】 α_ｎ＋１＝α_ｎ−γ_ｎｋ_ｎ （７）

【００２４】αの逐次の値はγ_ｎｋ_ｎの量だけ減少され
る。係数γ_ｎは、γ_ｎｋ_ｎの量が余り急速に大きくなら
ないことを確実にするため、すなわちαが余り急速に減
少しないことを確実にするために使われる。γ_ｎとｋ_ｎ
の両因数は、前マクロブロックにおいて生じる累積ビッ
ト数の関数である。

【００２５】 ｋ_ｎ＝ｓ（ｘｓ−ｆｒａｃ−Ｃｕｔ−ｆｒａｃ_ｎ）÷（ｘｓ−ｆｒａｃ） （８）

【００２６】ここで、ｓは０．１のような定数であり、
変数Ｃｕｔ−ｆｒａｃは次式により計算される。

【００２７】

【数４】

【００２８】ｂｉｔｓ−ｃｕｔという用語は、ＴｈＶを
越えるマクロブロックの適応的量子化の結果として前の
マクロブロックが減少される符号化ビット数を表す。変
数γ_ｎは次式を使って計算される。

【００２９】

【数５】

【００３０】この変数γ_ｎは、フレーム中のよりビジイ
なマクロブロックが相当数処理されるまで、非常に小さ
い値をとる。また、γ_ｎは、マクロブロックから成る個
々のグループについて固定の値が割り当てられてもよ
い。この値は、それぞれ最初に生じるマクロブロックの
１／３については零、次に生じるマクロブロックの１／
３については０．１、第３番目に生じる１／３のマクロ
ブロックについては０．２５でよい。ｎ番目のマクロブ
ロックを処理した後、（６）式〜（１０）式で計算され
る値は（ｎ＋１）番目のマクロブロックを処理するのに
適用される。

【００３１】以上説明した処理は、符号化ビットの総数
が（５）式を満足するまでに何回か繰り返えされる。連
続的な反復のために、変数ｘｓ−ｆｒａｃは経験から得
られた量子化テーブルからより大きい量子化係数を発生
する方向に重み付けされる。量子化係数の作業量子化テ
ーブルが保持され、各マクロブロックについての量子化
係数が貯えられる。各マクロブロックについての量子化
係数が変わると、量子化テーブル中の対応する量子化係
数が更新される。必要な反復が完了すると、各クレーム
は、各マクロブロックを量子化するための量子化テーブ
ル中に貯えられた量子化係数を使って記録される。

【００３２】図１は、本発明を実施するシステムの全体
を示す。この特定のシステムでは、ＭＰＥＧ符号化を採
用しているが、ブロックをベースにして動作する任意の
エンコーダが本発明を具体化するために使えることは容
易に理解し得ることである。符号化しようとするビデオ
信号は、ＭＰＥＧエンコーダ４およびメモリ７の入力に
結合される母線に供給される。エンコーダ４は順方向分
析器６に結合され、解析器６に符号化方法に関する情報
を伝える。この情報には、主として現フレームの形式、
現マクロブロックの形式、各マクロブロックについての
現量子化係数、および符号化されたビット数が含まれて
いる。これらのデータに基づいて、順方向解析器６は
（１）式〜（１０）式の計算を実行し、先に説明した作
業量子化テーブルにロード（ｌｏａｄ）される新しい量
子化係数を発生する。順方向解析器６は、（５）式が満
足されるように、各フレームの符号化の十分な反復によ
り量子化係数を適合化させる。

【００３３】メモリ７に貯えられたビデオデータは、対
応するフレームについての量子化係数が順方向解析器６
により決められた後、一時に１フレーム、第２のＭＰＥ
Ｇエンコーダ８に結合される。貯えられたフレームが第
２のＭＰＥＧエンコーダ８に結合されるのと同時に、順
方向解析器６は、対応するフレームに対して選定された
量子化係数の作業量子化テーブルからの量子化係数を第
２のＭＰＥＧエンコーダ８に結合させる。ＭＰＥＧエン
コーダ８は、ビデオデータから成る対応フレームを符号
化するためにこれらの量子化係数を利用する。

【００３４】図１に示すようなシステムは単位時間当た
りより多いデータを処理することができるが、ハードウ
ェアが集中する傾向にある。図１に示すシステム程ハー
ドウェアが集中しないシステムが図２に示されている。
図２のシステムでは、システムの或る部分が時分割多重
形式で動作し、順方向の分析および符号化の各動作が行
われる。

【００３５】図２において、要素１０〜２０は、典型的
な動き補償形式の予測エンコーダを構成する。３つの並
列な処理経路が示されており、各処理経路は、ルミナン
ス成分と２つのクロミナンス成分を処理する。動き補償
装置２０は、ルミナンス信号で動作して動きベクトルを
発生し、この動きベクトルは３つの処理経路において使
用される。共通のコントロール２１は各処理回路と連絡
し、エンコーダの全体的な動作を指令する。動き補償形
式の予測エンコーダの動作は良く知られているので、こ
こでは詳しく説明しない。

【００３６】また、図２のシステムは、メモリ２６、プ
ロセッサ２７、カウンタ２８から成る順方向解析器２５
を含んでいる。プロセッサ２７は、メモリ２６、カウン
タ２８を制御し、コントローラ２１と連絡して処理を中
断し、量子化の適合を繰り返えす。図２において、ビデ
オ信号の１フレームが母線１０に供給され、固定量子化
法を用いて圧縮（符号化）される。部分的に圧縮された
データの各ブロックが離散的余弦変換プロセッサ１３に
より発生されると、これらのブロックは、メモリ２６に
貯えられ、続いて起こる量子化係数の発生の繰り返しの
ために使用される。量子化要素１４からの量子化データ
は、ランレングスおよび可変長エンコーダ１５に供給さ
れる。エンコーダ１５からのランレングスおよび可変長
符号化データと構成要素２０からの動きベクトルは、フ
ォーマット形成回路２２に結合される。フォーマット形
成回路２２はヘッダデータを発生し、エンコーダ１５か
らのブロック・データ、動きベクトル、およびヘッダデ
ータをマクロブロック、スライス、フレーム、画像のグ
ループ等に配列する。

【００３７】エンコーダもしくはフォーマット形成回路
２２から符号化データは、符号化されたフレームについ
てはデータｒ_ｊを決定するためにカウンタ２８により計
数される。フォーマット形成回路２２あるいはエンコー
ダ１５からのデータが計数されるかどうかは、動きベク
トルおよび／またはヘッダデータに対応するデータ量
が、それぞれのフレーム形式について比較的一定であり
且つ予測可能であるかどうかに依存する。もしそうであ
れば、データは何れかのデバイスの出力において計数さ
れ、もしそうでなければ、計数されるデータはフォーマ
ット形成回路２２の出力から得られなければならない。

【００３８】プロセッサ２７は、ビットレートＲ_ＧＯＰ
を受け取り、各符号化パスの終りにカウンタ２８からの
符号化ビットの計数値を受け取るために、システム・コ
ントローラ２１と通信連絡するようにプログラムされて
いる。プロセッサ２７は、これらのデータを使って量子
化係数の適合化を行う。このプロセスについては、図３
のフローチャートを使って説明する。このシステムは、
ユーザーのパラメータをシステム・コントローラ２１に
与えることにより初期化される［５０］。これらのパラ
メータは、例えば、ビデオ源素材の形式、所望の符号化
解像度、所望の画像品質などを示す。システム・コント
ローラ２１は、実質上状態装置であり、これらのパラメ
ータにより開始状態と選択された状態が設定される。ユ
ーザーによりこの種のパラメータが入力されなければ、
システム・コントローラ２１は一組のデフォルト・パラ
メータをロードする。その１つはＲ_ＧＯＰである。Ｒ
_ＧＯＰの値はプロセッサ２７に伝達され、ｒ_Ｉ，ｒ_Ｐ，
ｒ_Ｂについての公称値が、例えば、読み出し専用メモリ
から読み出される。これらの値を使って、プロセッサ２
７はＲ_ｊの各値を計算する。

【００３９】次に、システム・コントローラ２１は、第
１のフレームデータを読み出す［５１］。各フレーム
は、個々のフレームが生じる一連の入力フレームにおけ
る相対位置に応じてコントローラ２１により、Ｉ、Ｐ、
Ｂで示される。フレームは、量子化テーブルと選択され
た全体的量子化係数Ｑ_ｊを使って符号化され［５２］、
所定の画像品質を与える。この処理の間、離散的余弦変
換装置から供給されるブロックデータはメモリ２６に貯
えられる。各マクロブロックが符号化されるにつれて、
そのマクロブロックに関連するカウンタ２８からの計数
値も貯えられる。この計数値は、フレームの始めからの
累積計数値であるか、もしくは各マクロブロックの符号
化データの量を示す値である。後者の値は、カウンタ２
８からの出力を１マクロブロックの期間の間貯え、次に
続くマクロブロックに関連する累積計数値から貯えられ
た各値を引くことにより得られる。

【００４０】フレームが圧縮された後、符号化されたフ
レームについての全データｒ_ｊがカウンタ２８から得ら
れ、（５）式に従って可変ｘｓ−ｆｒａｃが計算される
［５３］。また、閾値ＴｈＶも計算される。変数ｘｓ−
ｆｒａｃは、それが正であるかどうかを決定するために
検査される［５４］。変数ｘｓ−ｆｒａｃが正確である
ならば、フレームについての符号化データはＲ_ｊより小
さく、量子化調整は必要でない。全体の量子化係数がプ
ロセッサ２７中の作業量子化テーブル（ｑ ＭＥＭ）の
すべてのロケーションにロードされる［５５］。

【００４１】この時点で、システムが取り得る少なくと
も２つの選択の道がある。全体の量子化係数を使用して
フレームを再復号化し、レートバッファ（図示せず）の
ような別の回路に符号化データを出力するようシステム
に指令を出すことができる。この場合、この種の別の回
路は、ステップ［５４］で行なわれる決定後まで、フォ
ーマット形成回路２２からのデータを受け取ることがで
きない。別のシステムにおいて、フォーマット形成回路
２２は符号化データの最後のフレームを貯えるメモリに
結合される。それから、ステップ［５４］の条件が真あ
るならば、メモリ中の符号化データは出力され、フレー
ムの再復号化を不要とする。

【００４２】ｘｓ−ｆｒａｃがゼロより小さいならば
［５４］、量子化適応処理が開始される［５６］。変数
αとβが１にセットされ［５７］、変数ｘｓ−ｆｒａｃ
にβが掛けられる［６０］。最初の反復パスにおいて、
βが１に等しいから、ｘｓ−ｆｒａｃは変わらない。し
かしながら、逐次の反復において、βが増大し、従って
ｘｓ−ｆｒａｃは増大し、２つの結果をもたらす。第１
の結果は、各量子化テーブルから選択された量子化値が
より大きくなるだろう。第２の結果は、変数αが更に急
速に変化することである。

【００４３】ｘｓ−ｆｒａｃがスケール化された後、フ
レーム中の最初のマクロブロックがメモリ２６から読み
出され［６６］、そのマクロブロックについての符号化
データの量が現閾値を越えるかどうかを決定するため
に、そのマクロブロックが検査される。現閾値は変数α
_ｎが掛けられた元の閾値ＴｈＶである。源マクロブロッ
クについての符号化データの量が現閾値を越えると、現
量子化係数と値ｃｓ−ｆｒａｃを使用して適当な経験上
の量子化テーブルが求められ、その特定のマクロブロッ
クについての新しい量子化係数を確保する。この量子化
係数は、作業量子化テーブル（プロセッサ２７中のｑ
ＭＥＭ）中の各マクロブロックに関連するアドレスロケ
ーションにロードされる［７７］。変数ビット−カット
は更新され［６９］、変数Ｃｕｔ−ｆｒａｃは、メモリ
２６に貯えられたデータおよびカウンタ２８から供給さ
れるデータにより更新される［７０］。変数γ_ｎＧ_ｎと
α_ｎは、ステップ［７１］において式（７），（８）、
（１０）により更新される。最後のマクロブロックが処
理されてしまったかどうかを決定するために、検査が行
なわれる［７２］。最後のマクロブロックが処理されて
しまわなければ、マクロブロックのアドレスが増加され
［７３］、次のマクロブロックのデータがメモリ２６か
ら読み出される。

【００４４】最後のマクロブロックが処理されてしまっ
たならば［７２］、十分なデータの低減が得られたかど
うかを決定するために、変数ｘｓ−ｆｒａｃが変数ｃｕ
ｔ−ｆｒａｃと比較される［７４］。もし変数ｘｓ−ｆ
ｒａｃが変数ｃｕｔ−ｆｒａｃより大きいならば、作業
用量子化テーブル中の量子化係数を用いてフレームを再
復号化し、次いで次のフレームを読み出してくる［５
１］ようにシステムは指令される。

【００４５】必要な量子化係数を設定する為に、１回も
しくはそれ以上の反復が必要であるならば、量子化係数
を変えると予測器１９から供給される予測フレームに影
響を与えるから、対応するフレームのデータを再復号化
する必要がある。しかしながら、フレームの再復号化の
間、動きベクトルは影響を受けないはずであるから、動
きベクトルを再計算する必要はない。この場合、フォー
マット形成回路２２が動きベクトルを貯えるのに十分な
メモリを含んでおり、その結果動きベクトルは再計算す
る必要がないものとする。

【００４６】ステップ［６７］に戻ると、検査が真でな
ければ、検査されたマクロブロックに関して何の処理も
行わず、処理はステップ［７０］に飛び、Ｃｕｔ−ｆｒ
ａｃを更新し、次のマクロブロックを検査するための準
備をする。ステップ［７４］において、検査が真である
ならば、さらに反復が開始される。βが（小さい値、例
えば、０．１）増加されると［７５］、マクロブロック
のアドレスは１フレームの最初のマクロブロックにリセ
ットされ［７６］、αは１にリセットされる。

【００４７】各量子化反復の間、フレームのデータを再
復号化する必要はない。これらの計算に必要なデータ
は、最初の符号化パスからのマクロブロックのデータで
あり、そのデータはメモリ２６に貯えられている。しか
しながら、余分のメモリ２６を省き、時間とパワーの制
約が許すならば、各反復においてすべてのデータを再復
号化することが可能である。

【００４８】図７を参照しながら、実際の量子化処理に
ついて説明する。図７において、ブロック８３は、所定
のマクロブロックからの係数データのブロックを表わ
す。各係数ｃ_ｉ（例えば、離散的余弦変換係数に対応す
る）は、大きくなる指標ｉに従うような所定の順序で配
列される。８０が付されたブロックは、量子化値ｑ_ｉの
マトリックスを表す。これらの量子化値は、ブロック８
３中の係数より大きな量子化とより小さな量子化を与え
るように選定される。より大きな量子化とより小さな量
子化は、画像の再生に対してそれぞれより小さな重要性
となり大きな重要性を有する。従って、係数ｃ_１，
ｃ_２，…ｃ_８などが量子化器８１に供給されると、量子
化を実行するために量子化値ｑ_１，ｑ_２，…ｑ_８などが
同時に取り出され、供給される。しかしながら、量子化
値ｑ_１は可変スケーリング回路８２を介して量子化器８
１に間接的に供給される。各量子化値には、作業用量子
化メモリ８４に貯えられた重み係数が掛けられる。

【００４９】メモリ８４中の各ブロックはフレーム中の
個々のマクロブロックに供給される量子化係数に対応す
る。固定量子化法の場合、メモリ８４には、個々のフレ
ーム形式、例えば、Ｑ_Ｉ，Ｑ_Ｐ，Ｑ_Ｂに関連した全体的
な量子化係数に等しい１つの値がロードされる。メモリ
８４の各ブロック中のＱは全体的量子化係数を表す。Ｘ
は、前の量子化適応処理の結果得られる更新された量子
化係数を表す。これらの更新された値は、図３のステッ
プ［７７］においてメモリ８４に貯えられる。

【００５０】係数のブロック８０が量子化器８１に供給
されるとき、メモリ８４からの対応する量子化係数がス
ケーリング回路８２に供給され、量子化器８１に供給さ
れる量子化値Ｑ_ｊ（ｑ_ｉ）もしくはＸ（ｑ_ｉ）を発生す
る。量子化器８１は、次式に従って各係数を量子化する
形式のものでよい。

【００５１】 ＱＣｉ＝（１６×Ｃｉ＋８）／／（２×Ｘｑ_ｉ）；ｃｉ＞０ ＱＣｉ＝（１６×Ｃｉ−８）／／（２×Ｘｑ_ｉ）；ｃｉ＜０ ＱＣｉ＝０； ｃｉ＝０

【００５２】ここで、ＱＣｉは量子化された係数であ
り、Ｘｑ_ｉはスケーリング回路８２から供給される量子
化値を表し、×は乗算を表し、／／はインター（ｉｎｔ
ｅｒ）分割を特定する。

【００５３】先の説明において、変数ｘｓ−ｆｒａｃは
フレームをベースとして変更もしくは更新された。この
変数ｘｓ−ｆｒａｃは、スライス毎あるいはＷマクロブ
ロック毎のような更に小さいベースで更新してもよい。

【００５４】図８は、簡単化した適応型量子化システム
のフローチャートを示す。このシステムでは、閾値Ｔｈ
Ｖ_ｎはマクロブックをベースとしてではなくてフレーム
をベースとして変えられる。フレームをベースとして閾
値を変えると、より精確な初期閾値の推定が必要とされ
るが、より均一な画像品質が得られる。図８のシステム
は、（８）式と（１０）式で定義される変数の計算をす
る必要がないことに注目されたい。この例においては、
αは反復毎に一定の値だけ減少される。図８において、
ＢＩＴＳ−ＣＵＴの値は次式で与えられる。

【００５５】

【数６】

【００５６】ここで、ｂｉｔｓ−ｃｕｔ（ｉ）は、初期
復号化パスから減じられる個々のマスロブロックのビッ
ト数に等しい。

【００５７】本発明の主たる特徴は、適応的量子化が各
フレームにおける或るブロック（マクロブロック）だけ
について行なわれる。これらのブロックは、各フレーム
内の平均ブロックより多い画像デテールの量を含むブロ
ックである傾向にある。これらの“ビジヤー（ｂｕｓｉ
ｅｒ）”なブロックを適応的に量子化することは画像品
質に最小の画質低下を与え、従って主観的な画像品質は
この処理により実質的に影響を受けない。

【００５８】現時点において、圧縮ビデオデータに関す
る十分な統計が、発明者らに利用可能な状態になってい
ないから、本発明は最適化されたものではない。しかし
ながら、そのような統計が利用可能な場合、各マクロブ
ロックにおけるデータ量に関連した閾値関数が決まり、
それにより固定量子化による第１の圧縮パスの間に発生
されるデータから量子化係数の決定が行なわれるだろ
う。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化する量子化装置を含んでいるビ
デオ信号圧縮システムのブロック図である。

【図２】本発明を具体化する量子化装置を含んでいるビ
デオ信号圧縮システムのブロック図である。

【図３】図２に示す順方向解析器の動作のフローチャー
トである。

【図４】フレーム内処理に従って圧縮されたビデオ信号
のフレームについての典型的な量子化値のテーブルを示
す。

【図５】順方向フレーム間処理に従って圧縮されたビデ
オ信号のフレームについての典型的な量子化値テーブル
を示す。

【図６】両方向フレーム間処理に従って圧縮されたビデ
オ信号のフレームに関する典型的な量子化値のテーブル
を示す。

【図７】量子化システムを絵画で示したものである。

【図８】閾値がフレーム／フィールドのベースで変更さ
れる適応型量子化システムのフローチャートである。

【符号の説明】

１３ 離散的余弦変換（ＤＣＴ） １４ 量子化器 １５ ランレングスおよび可変長エンコーダ（ＲＬＣ
＆ＶＬＣ） １６ Ｉ量子化器 １７ Ｉ離散的余弦変換（ＩＤＣＴ） １９ 予測器 ２０ 動きベクトル ２１ システム・コントローラ ２２ フォーマット形成回路 ２６ メモリ ２７ プロセッサ ２８ カウンタ

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【手続補正書】

【提出日】平成６年５月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アジヤンタ グーハ アメリカ合衆国 ニユージヤージ州 アツ パーモントクレア バン・ブリーメン・コ ート 10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 符号ワードのブロックとして発生するビ
   デオデータを量子化する量子化装置であって、 符号ワードから成るブロックの源と、 閾値を発生する閾値発生手段と、 各ブロックにおけるデータの量が前記閾値より大きいか
   小さいかを決定する比較手段と、 データの量が前記閾値より小さい符号ワードのブロック
   を予め定められる量子化値に従って符号ワードのブロッ
   クを量子化し、且つデータの量が前記閾値より大きい符
   号ワードのブロックを前記予め定められる量子化値より
   大きい量子化を与えるように設定された量子化値で符号
   ワードのブロックを量子化する手段とを含んでいる、前
   記量子化装置。
2. 【請求項２】 前記閾値発生手段が、符号ワードから成
   る予め定められる複数のブロックを統計的に解析する解
   析手段と、 前記予め定められる複数のブロックの統計に応じて前記
   閾値を発生する手段とを含んでいる、請求項１記載の量
   子化装置。
3. 【請求項３】前記量子化する手段が、 それぞれのブロックにおける個別の符号ワードの量子化
   について予め選定された量子化値から成るマトリックス
   の源と、 前記量子化値から成るマトリックスを重み付けする重み
   付け手段と、 データの量が前記閾値より小さい場合、符号ワードから
   成る各ブロックについて重み付けを行う前記重み付け手
   段に予め定められる重み付け係数を供給し、データ量が
   前記閾値を越える場合、符号ワードから成る各ブロック
   に対して適応的に発生された重み係数を供給する手段と
   を含んでいる請求項１または２記載の量子化装置。
4. 【請求項４】 前記量子化する手段が、 予め選定された重み係数がそれぞれのアドレス・ロケー
   ションに貯えられている第１のメモリ手段と、 符号ワードの各ブロックに対応するアドレス・ロケーシ
   ョンを有し、該アドレス・ロケーションは各ブロックを
   量子化するために予め供給される重み付け係数を貯えて
   いる第２のメモリ手段と、 前記第２のメモリ手段に貯えられた重み付け係数に応答
   して前記第２のメモリをアドレス指定する手段とを含ん
   でいる、請求項３記載の量子化装置。