JPH0638169A - 記録伝送符号化方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 符号データ量を正確に制御して圧縮する符号
化方式によって、静止画像を符号化した場合、より冗長
度の多い画像にたいしては設定された符号データ量が十
分過ぎてしまうことによる非効率性を解決し、より効率
的で実用的な符号化を可能とする。 【構成】 復号画像の画質を制御するパラメタによって
符号化する符号化部と、符号データ量を正確に制御可能
とするために、画像の複雑さに応じて画質を制御するパ
ラメタを求める画質制御パラメタ決定部と、その画質制
御パラメタ決定部から得られたパラメタと所定の画質に
するためのパラメタを比較し、大きい方の値を前記符号
化部に出力する画質制御パラメタ判定部とから構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像デ−タ圧縮符号化
方式に関し、特に静止画像の画像記録や画像伝送を効率
良く行なうための符号化方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、最も一般的な画像データの高能率
符号化方式を図２に示す。入力画像データ１１は符号化
部１２で圧縮され符号データ１４となるが、その際、復
号画像の画質が一定となるように外部設定パラメタで制
御して、圧縮することを基本にしている。このパラメタ
をここでは、画質制御パラメタと呼ぶことにする。図２
においては、画質制御パラメタ１３が対応する。これに
より、扱う画像の複雑さに関係無く常に画質を一定に保
って圧縮することができる。しかし画像の冗長度によっ
て、符号データ量は変化する。つまり、冗長度の多い画
像は、符号データ量が少なくなるが、冗長度の少ない画
像は、符号データ量が多くなる。

【０００３】例えば、静止画像符号化の標準方式である
ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｃ
ｏｄｉｎｎｇ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｇｒｏｕｐ）も図２に
含まれる符号化方式である。（詳細は、ＩＳＯ／ＩＥＣ
ＪＴＣ１／ＳＣ２／ＷＧ１０：ＪＰＥＧ Ｔｅｃｈｎ
ｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＪＰＥＧ８−
Ｒ８（１９９０．８）参照。）このＪＰＥＧにおける画
質制御パラメタ１３は、量子化の重み付けをするスケー
リングファクタに対応する。また、特開昭６２−２５２
２１７号「データ符号化方式」に示されている非等長ブ
ロック分割符号化方式も図２に含まれる符号化方式であ
る。この符号化方式における画質制御パラメタ１３は、
歪の大小を判定する許容値、つまり許容歪に対応する。

【０００４】ところで、動画像を圧縮してディジタルＶ
ＴＲに記録したり、伝送する場合を考えると、上述のよ
うに符号データ量が画像の冗長度によって変化しては困
る。この場合、符号化装置にとっては、入力データレー
トｒ（ｉｎ）と出力データレートｒ（ｏｕｔ）が固定さ
れるために、画像の冗長度に関係無く常に圧縮比＝ｒ
（ｏｕｔ）／ｒ（ｉｎ）の符号データ量に圧縮しなけれ
ばならない。したがって、画像の冗長度に応じて、与え
られた符号データ量にするための画質制御パラメタを求
める必要がある。この制御をここでは符号データ量制御
と呼ぶことにする。

【０００５】図２に示した符号化方式を、符号データ量
制御可能とする技術が、いくつかある。その一例を図３
に示す。図３の画質制御パラメタ決定部１８は、入力画
像１５の冗長度を、冗長度データ１７から判断し、外部
から与えられた符号データ量１９にするために、その画
像の冗長度を考慮しながら適切な画質制御パラメタ２０
を求め出力する。この出力された画質制御パラメタ２０
をもとに、符号化部１６で符号化を行なえば、与えられ
た符号データ量の、符号データ２１が得られることにな
る。

【０００６】前記非等長ブロック分割符号化方式を符号
データ量制御可能とした場合には、冗長度データは、出
現可能な全ブロックにたいし、各ブロックにおいて関数
近似したときの歪（原画像との差）になる。この値が全
体的に大きいときは冗長度が少なく、この値が全体的に
小さいときには冗長度が多いといえる。

【０００７】この符号データ量制御の有用性は動画像に
限ったものではない。例えば、静止画像を圧縮してディ
スク等に記録する場合などでは、記録媒体の容量が決ま
っていることから、符号データ量制御ができれば、記録
枚数を完全に保証することができる。このことは、電子
スチルカメラにおいては必須のこととなっている。ま
た、伝送においても、例えば生放送のニュース等で現場
から静止画像を伝送してもらうときには、限定された時
間内に必ず伝送される必要がある。これも、符号データ
量制御によって可能になる。以上のように、静止画像に
おいても符号データ量制御は十分必要な機能であり、現
実に多くのシステムが存在している。

【０００８】しかし、符号データ量制御を静止画像に適
用する場合、必ずしも効率的ではない。なぜなら、扱う
画像の中には様々な冗長度の画像が含まれている。通常
符号データ量制御をする場合、より冗長度の少ない画像
を圧縮しても画質劣化に問題が生じないように多めに符
号データ量が設定されることになる。したがって、大半
の画像にとって設定された符号データ量は十分すぎるこ
とになる。より冗長度の多い画像にとっては、設定され
た符号データ量の１／２、１／４、またそれ以下のデー
タ量でも、復号画像の画質に問題が生じないことは十分
考えられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来符号デ
ータ量制御を用いることで、記録枚数を保証して静止画
像の圧縮記録や、限定された期間内での圧縮伝送が可能
であったが、一方でより冗長度の多い画像にたいして冗
長度削減が十分に行われておらず、効率的な圧縮が実現
できていなかった。本発明はこれらの欠点を解決するた
めに、設定された符号データ量を超えること無く、かつ
冗長度の多い画像に対しては、外部設定した画質制御パ
ラメタで制限された画質にみあう程度に、より符号デー
タ量を削減することで、効率の良い符号化を可能とする
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の全体構成
を示すブロック図である。図１において、入力画像１は
符号化部２に入力され、符号化部２からは冗長度データ
３が出力され、画質制御パラメタ決定部４に入力され
る。この画質制御パラメタ決定部４には符号データ量５
も入力されており、出力として画質制御パラメタ６を出
力する。画質制御パラメタ６は画質制御パラメタ判定部
８に入力され、この画質制御パラメタ判定部８には基準
画質制御パラメタ７も入力される。画質制御パラメタ判
定部８は最適画質制御パラメタ９を符号化部２に出力す
る。符号化部２は、符号データ１０を出力する。

【００１１】

【作用】以下、本発明の動作について説明する。図１に
おいて画質制御パラメータ決定部４が画質制御パラメタ
６を出力するまでは従来と同じである。つまり、符号化
部２は入力画像１を入力し、その画像の冗長度を示す情
報として冗長度データ３を画質制御パラメタ決定部４に
出力する。画質制御パラメタ決定部４は外部設定された
符号データ量５に圧縮するための画質制御パラメタ６を
出力する。

【００１２】この画質制御パラメタ決定部４の動作を図
４を用いてもう少し具体的に述べる。まず、図４の横軸
は外部設定された符号データ量を示す。縦軸は画質制御
パラメタ６の値を示す。（この値が、大きいほど復号画
像の画質劣化も大きくなるものとする。）ａ，ｂ，ｃの
線は冗長度データ３から得られる各画像の冗長度を示す
ものとする。原点に近い線ほど冗長度の多い画像である
ことを示す。ここで扱う画像の冗長度は、おおむねａか
らｂの範囲の画像と仮定する。そして、画質劣化が問題
とならない画質制御パラメタの値が仮に１６とすれば、
より冗長度の少ない画像（ｂの線の画像）において画質
制御パラメタが１６になるのは符号データ量が４００Ｋ
Ｂｙｔｅのときである。したがって、符号データ量５
は、４００ＫＢｙｔｅに設定されることになる。

【００１３】ここで、画質制御パラメタ決定部４の動作
は次のようになる。仮にａという冗長度の画像が入力さ
れると、冗長度データ３から図４に示すａの線の冗長度
であることを把握する。そして、符号データ量５に設定
されている値４００ＫＢｙｔｅとａの線の交点における
画質制御パラメタの値を求める。この場合は８になるた
め、この８を画質制御パラメタ６の値として出力する。
また、ときには仮定していたｂの冗長度よりも冗長度の
少ない画像が入力されることもある。この場合も、画質
制御パラメタ決定部４は、前述と同様に冗長度データ３
から、例えばｃという線の冗長度であることを把握し、
その線と符号データ量５の値４００ＫＢｙｔｅとの交点
である画質制御パラメタの値３２を画質制御パラメタ６
として出力する。このように画質制御パラメタ決定部４
は、どんな冗長度の画像が入力されても、符号データ量
が４００ＫＢｙｔｅになる画質制御パラメタ６を出力す
るものである。

【００１４】本発明で問題にしているのは、扱う画像に
おいて、ａの線の冗長度に近い画像の頻度が多い場合、
ほとんどの画像が画質劣化の問題が生じない１６よりも
かなり低い画質制御パラメタの値で圧縮されることによ
る非効率性である。言い替えれば、必要以上の高画質で
圧縮するために、必要以上の符号データ量となる非効率
性である。そして、これは現実に良くあるケースであ
る。

【００１５】そこで、図１ではこの画質制御パラメタ６
を直接符号化部２に入力しないで、画質制御パラメタ判
定部８により一度基準画質制御パラメタ７と比較してか
ら適切な値に変更して符号化部２に入力するようにして
いる。この基準画質制御パラメタ７の値には、実用上問
題とならない画質になる値を設定する。図４の例では１
６という値になる。画質制御パラメタ判定部８の具体的
な処理は、画質制御パラメタ６と基準画質制御パラメタ
７を比較し、大きい値の方を最適画質制御パラメタ９と
するものである。すなわち、 最適画質制御パラメタ９＝ＭＡＸ（画質制御パラメタ
６，基準画質制御パラメタ７）

【００１６】これにより、冗長度の多いａという冗長度
の画像が入力され、画質制御パラメタ６の値が８（８＜
＜１６）になっても、画質制御パラメタ判定部８は、最
適画質制御パラメタ９を１６という値に変更して符号化
部２に出力できる。これにより、むだの無い画質に圧縮
することができ、図４に示すように符号データ量も２０
０ＫＢｙｔｅという４００ＫＢｙｔｅよりも十分少ない
データ量に符号化することが可能である。また、この画
質制御パラメタ判定部８は、仮定していたものよりも冗
長度の少ない画像が入力された場合、例えば図４のｃの
線の冗長度の画像が入力された場合、画質制御パラメタ
６は３２（３２＞＞１６）となり、最適画質パラメタ９
の出力として、３２を出力する。このため、従来どおり
符号データ量を絶対超えること無く符号化することが可
能である。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図５により説明
する。入力画像２２は、非等長ブロック分割符号化部２
３に入力され、非等長ブロック分割符号化部２３から
は、許容歪決定部２５に歪データ２４が出力される。許
容歪決定部２５には、符号データ量２７も入力され、許
容歪２６を出力する。出力された許容歪２６は、セレク
タ２８と比較器２９に入力される。また、セレクタ２８
と比較器２９には、基準許容歪３１も入力される。比較
器２９からは、セレクタ制御信号３０がセレクタ２８に
出力される。セレクタ２８からは最適許容歪３２が非等
長ブロック分割符号化部２３に出力される。そして、非
等長ブロック分割符号化部２３からは符号データ３３が
出力される。

【００１８】前記非等長ブロック分割符号化部２３は、
基本的に特開昭６２−２５２２１７号「データ符号化方
式」の符号化方式で処理するものである。出力される歪
データ２４は、前記符号化方式により出現可能な全ブロ
ックにたいし、各ブロックにおいて関数近似したときの
歪（原画像との差）に対応するものである。また、入力
される最適許容歪３２は、前記歪の大小を判定する許容
値に対応するものである。したがって、この非等長ブロ
ック分割符号化部２３の動作は、入力画像２２を、与え
られた最適許容歪３２で制限された画質より、劣化しな
いように符号化するものである。なお、処理の途中で算
出された歪データ２４は出力するようにしている。許容
歪決定部２５は、符号データ量制御可能にするための処
理部である。基本的な処理内容は、前記歪データ２４か
ら、画像の冗長度を判断し、設定された符号データ量２
７に圧縮するための許容歪２６を求めるものである。

【００１９】この許容歪決定部２５の、より具体的な実
施例を図６に示す。図６のヒストグラム作成部３５で
は、前記出現可能な全ブロックの歪データ３４を入力
し、歪の値を横軸にしたヒストグラムを作成し、ヒスト
グラム書き込みデータ３６によって記憶部３７に前記ヒ
ストグラムを記憶させる。つぎに、許容歪検出部３９で
は、まず許容歪を∞とした場合の符号データ量を求め、
これを初期符号データ量とする。この初期符号データ量
は、許容歪を∞とした場合は入力データの内容に関係な
く常に最大サイズのブロックだけで対象データ内が分割
されるため、これらのブロックに割り当てられる符号デ
ータ量を加算するだけで求めることが出来る。この初期
符号データ量は最も少ないデータ量であり、許容歪を∞
より小さくしていくことで符号データ量は増加していく
ことになる。そこで許容歪検出部３９では、次に許容歪
を∞より小さい値にした場合に増加する符号データ量
を、記憶部３７に記憶されているヒストグラム読み出し
データ３８から入力し調べることで求める。

【００２０】具体的には、許容歪を∞より小さい例えば
２５４という値にしたとすれば２５４以上の歪を持つブ
ロック数をヒストグラムより求める。これらの許容歪以
上のブロックは４分木構造における該当ブロックに対す
る４つの子ブロックに置き換えることで、許容歪の値２
５５を満足する分割状態に変化する。つまり、出現可能
な全ブロックには、４分木構造における子ブロックの歪
は、親ブロックの歪より大きくないという関係があるこ
とから、許容歪以上のブロックはその子ブロックに置き
換えることで許容歪を満たすブロック分割状態に変化す
るわけである。この変化をここではブロック展開と呼ぶ
ことにするが、上述のように１つのブロックが展開され
ると４つの子ブロックに置き換えることから、その４つ
の子ブロック全部に割り当てられる符号データ量から展
開されるブロックに割り当てられる符号データ量を引く
と、１つのブロック展開により増加する符号データ量を
得ることが出来る。このデータ量を仮に６Ｂｙｔｅとし
て、前述したように許容歪を２５５としたときにヒスト
グラムから展開しなければならないブロック（２５５以
上の歪をもつブロック）の数を求めたとき仮に１００個
であったとしたら、符号データの増加量は６×１００で
求められる。なお、上記１ブロック展開による増加分が
６Ｂｙｔｅだけでなく複数種類ある場合は、、その種類
ごとに出現可能なブロックを分類して、各々の分類した
ブロックごとにヒストグラムを作成すれば同様に符号デ
ータの増加量を求めることができる。以上のようにして
求めた増加量を前記初期符号データ量に加算することで
小さくした許容歪に対する符号データ量が求まる。そし
て、その符号データ量が外部より指定された符号データ
量４０に等しくなるように許容歪を変えて上記処理を繰
り返す。これにより許容歪検出部３９では符号データ量
４０に符号化することのできる許容歪を得ることが出
来、それを許容歪４１として求めることができる。

【００２１】本発明の特徴である図１の画質制御パラメ
タ判定部８は、図５の実施例ではセレクタ２８と比較器
２９で実現している。比較器２９は、許容歪２６と基準
許容歪３１の大小関係を判定する。仮に、許容歪２６が
大きかった場合は、最適許容歪３２に許容歪２６が接続
するように、セレクタ制御信号３０によってセレクタ２
８を制御する。また、許容歪２６が小さかった場合は、
基準許容歪３１が最適許容歪３２と接続するように、セ
レクタ制御信号３０によってセレクタ２８を制御する。
（全く同じ値の場合は、どちらを接続しても問題無
い。）

【００２２】これにより、より冗長度の多い画像が入力
された場合、許容歪２６は基準許容歪３１よりも小さい
値となる。比較器２９はこれを判定し、セレクタ制御信
号２８によって、最適許容歪３２が基準許容歪３１にな
る様にセレクタ２８を制御する。よって、より冗長度の
多い画像にたいし必要以上の高画質で圧縮することな
く、符号データ量２７で設定された値よりも、より少な
い量で、効率的に符号化することが可能となる。また、
仮定した冗長度より冗長度の少ない画像が入力された場
合、許容歪２６は基準許容歪３１よりも大きい値にな
る。比較器２９はこれを判定し、セレクタ制御信号２８
によって、最適許容歪３２が許容歪２６になる様にセレ
クタ２８を制御する。これにより、従来と同様に符号デ
ータ量２７に設定した値を絶対に超えることなく符号化
することができる。これを、圧縮記録伝送システムに適
用すれば、画像の冗長度に応じて、保証した記録枚数よ
り、より多くの画像を記録したり、また、限定された時
間より、より短い時間で伝送することが可能であり、効
率的な記録伝送システムを実現することができる。な
お、図５の比較器２９とセレクタ２８における処理は、
ｃｐｕを用いて、ソフトウェアで実現することも可能で
ある。この時の、フローチャートを図７に示す。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、所定の符号データ量に
圧縮するための画質制御パラメタと、所定の画質にする
ための基準画質制御パラメタを比較判定し、最適な画質
制御パラメタによって、符号化することで、従来どおり
どんな画像にたいしても符号データ量を超えること無
く、かつ、より冗長度の多い画像に関しては、基準画質
制御パラメタによる画質劣化よりも劣化させること無
く、より少ないデータ量で効率良く符号化することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示すブロック図である。

【図２】一般的な画像の高能率符号化方式の概要を示す
ブロック図である。

【図３】従来技術において、符号データ量制御可能とし
た方式の概要を示すブロック図である。

【図４】画質制御パラメタ決定部４の動作を説明する図
である。

【図５】本発明の一実施例を示す図である。

【図６】図５における許容歪決定部２５のより具体的な
実施例のブロック図である。

【図７】図５の比較器２９とセレクタ２８の処理をソフ
トウェアで実現する場合のフローチャートの一例を示す
図である。

【符号の説明】

６ 画質制御パラメタ ７ 基準画質制御パラメタ ８ 画質制御パラメタ判定部８ ９ 最適画質制御パラメタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像データを所定の符号データ量に符号
   化するために、画像の冗長度に応じて復号画像の画質を
   制御するパラメタを求め、符号化する符号化方式におい
   て、所定のデータ量の符号データに符号化するためのパ
   ラメタと、所定の画質の符号データに符号化するための
   パラメタを比較し、符号データ量が少なくなる方のパラ
   メタを選択して、符号化することを特徴とする記録伝送
   符号化方式。
2. 【請求項２】 上記画像の冗長度を、複数の適応化処理
   に対する原画像と復号画像との差である歪によって判断
   することを特徴とする請求項１記載の記録伝送符号化方
   式。