JPH0646268A - 符号量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プリスキャン等の前処理が不要でＪＰＥＧの
ベースラインシステムに負担をかけることなくアクティ
ビティーを得ることができ、ＪＰＥＧのベースラインシ
ステムに適した符号量制御を実現する符号量制御装置を
提供する。 【構成】 アクティビティを、記憶装置38に一時記憶さ
れた量子化前の離散コサイン係数の統計的性質から、ア
クティビティ算出部39により求める。プリスキャンの前
処理が不要となり、ハードウエアの負担を軽減できる。
基準となる量子化テーブルに従って周波数成分毎に異な
るしきい値が設定し、視覚特性を考慮した量子化による
データの統計量を把握する。非ゼロ係数を振幅レベルに
応じてグループに分割することにより、ＪＰＥＧ特有の
エントロピー符号に適した符号量制御を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば画像信号をデ
ジタル記憶する際のデータ量の制御に用いられる符号量
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子スチルカメラ等では、撮像した光学
像を画像信号に変換し、この画像信号を記録媒体にデジ
タル信号として記録するように構成されている。この場
合、画像信号をそのまま記録しようとするとデータ量が
膨大となる。一方、ＩＣカード等の記録媒体は記憶容量
が限られているので、高能率符号化によるデータの圧縮
が不可欠である。

【０００３】現在、高能率符号化技術には様々な方式が
存在し、圧縮後のデータ構造も様々である。このため、
各機器に互換性や汎用性を持たせるべく、ＪＰＥＧ（Jo
intPhotographic Exparts Group）により、国際標準化
作業が進められている。ＪＰＥＧのベースラインシステ
ムの符号化方式では、エントロピー符合としてハフマン
符合を採用している。

【０００４】図５はＪＰＥＧのベースラインシステムの
ブロック図である。図５において、入力画像信号は、Ｄ
ＣＴ（Discrete Cosine Transform ）手段11により離散
コサイン、すなわちＤＣＴ変換され、ＤＣＴ係数データ
となった後、量子化手段12により視覚特性を考慮した量
子化が行なわれる。この視覚特性を考慮した量子化と
は、人間の目が高周波成分側で特性が悪くなることを利
用したもので、２次元空間周波数領域の水平方向ｕおよ
び垂直方向ｖにおける量子化前のＤＣＴ係数Ｓ（ｕ，
ｖ）を、周波数成分毎に異なる量子化幅で線形量子化す
る。すなわち、量子化後のＤＣＴ系数値をＳｑ（ｕ，
ｖ）とした場合、実際には式１で示すように、量子化前
のＤＣＴ係数Ｓ（ｕ，ｖ）を、量子化テーブルに設定さ
れた周波数成分毎に異なる値Ｔ（ｕ，ｖ）で除算するこ
とにより算出される。

【０００５】

【式１】 この式１で求めた量子化後の係数データは、エントロピ
ーコーダ13によりエントロピー符号化され、圧縮データ
となる。

【０００６】なお、上述の説明は、ＪＰＥＧの採用する
高能率符号化方式の要旨である。次に、このＪＰＥＧベ
ースラインシステムの符号化方式におけるＤＣＴ変換お
よび量子化について具体的な数値を用いて説明する。

【０００７】まず、入力画像の２次元に分布した輝度信
号Ｌ（ｕ，ｖ）のマトリクスを式２に示す。

【０００８】

【式２】 この輝度信号Ｌ（ｕ，ｖ）は、図５におけるＤＣＴ手段
11によりＤＣＴ係数に変換され、式３で示す冗長性を削
減したデータ系列となる。

【０００９】

【式３】 なお、この式３のマトリクスデータの−０は小数点以下
の切捨のため出現した表現である。

【００１０】そして、ＤＣＴ係数のマトリクスは、図６
で示すように、マトリクスの右下に向かうほど高周波成
分を示す。一般的に、自然画像を扱う場合、ＤＣＴ係数
は低周波側に集中してエネルギーが分布するデータ系列
となる。この低周波側のデータは視覚上極めて重要なデ
ータとなる。

【００１１】また、ＤＣＴ変換により求めた式３のデー
タＳ（ｕ，ｖ）は、量子化手段12において式１により量
子化される。この場合の値Ｔ（ｕ，ｖ）として、たとえ
ば表１で示すＪＰＥＧ推奨の量子化テーブルを用いて量
子化すると、量子化後のＤＣＴ係数Ｓｑ（ｕ，ｖ）は式
４で示す値となる。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【式４】 この式４から明らかなように、量子化後のＤＣＴ係数Ｓ
ｑ（ｕ，ｖ）は、ゼロデータの生起確立が極めて高くな
り、エントロピーコーダ13によるエントロピー符号化に
有利な情報源となる。

【００１４】次に、図７によってエントロピーコーダ13
によるエントロピー符号化を説明する。量子化後のＤＣ
Ｔ係数Ｓｑ（ｕ，ｖ）でのＡＣ係数データは、まず、ジ
グザグスキャン部15によりジグザグスキャンされ、判断
部16によりゼロデータと非ゼロデータとに分離される。

【００１５】そして、ゼロデータは、ランレングスカウ
ント部17により無効係数のランレングスデータＮＮＮＮ
としてカウントされる。

【００１６】また、非ゼロデータは、グループ化部18に
より、たとえば表２のグループ化テーブルを参照してグ
ループ化され、グループ番号ＳＳＳＳが出力される。

【００１７】すなわち、表２のグループ化テーブルで
は、ＡＣ係数の振幅レベルにより１１グループに分けら
れており、各グループには、グループ内データの識別デ
ータとして２進符号が設定されている。したがって、グ
ループ化部18からは、入力される非ゼロデータの値に応
じてグループ番号および識別データとしての２進符号が
出力される。

【００１８】

【表２】 また、ランレングスデータＮＮＮＮとグループ番号ＳＳ
ＳＳとは、ハフマン符号化部19において、符号化テーブ
ル19a を参照しながら２次元ハフマン符号化される。そ
して、ＡＣ符号部20において、グループ化部18から出力
されるグループ内データ識別用としての２進符号が加え
られ、エントロピー符号となる。

【００１９】ここで、ハフマン符号はＡＣ係数の生起確
立が低いシンボルほど符号長が長くなり、また２進符号
はグループ番号が大きいほど、すなわち、ＡＣ係数の振
幅レベルが大きいほど符号長が長くなる。

【００２０】このように、ＪＰＥＧの符号化方式では、
情報源シンボルの生起確立および振幅レベルにより符号
長が変化するので、圧縮後のデータ量は画像によって異
なってしまう。このため、たとえば、電子スチルカメラ
で光学像を撮像し、符号化方式により符号化したデータ
を限られた記録容量の記録媒体に記録する場合、記録媒
体への記録データ量の変化により撮影枚数が保証できな
くなってしまう。

【００２１】このような問題点を解決するため、従来は
たとえば、テレビジョン学会誌Vol.45,No.7,pp787 〜79
2(1991) で示すように、ＪＰＥＧの符号化の前にプリス
キャンを行ない、画像の、たとえば輝度データの統計的
な性質であるアクティビティを用いて各輝度平均値から
のばらつきを調べ、符号量を制御するシステムが提案さ
れている。

【００２２】図８は、ＪＰＥＧの符号化方式に上述した
符号量制御機能を付加したシステムのブロック図であ
る。この方式は、第１パスでアクティビティを求め、第
２パスでこの求めたアクティビティを基に符号量を制御
する２パス方式である。

【００２３】以下、図８にしたがって各パス毎に説明す
る。

【００２４】第１パスでは、多数の入力データである画
像信号のデジタルデータの輝度データは、まず、ブロッ
ク化部22において、８×８画素の複数ブロックに分割さ
れる。この分割されたデータはブロックアクティビティ
算出部23に入力され、各ブロック毎のアクティビティが
算出される。そして、これらブロック毎のアクティビテ
ィの総和、すなわち、画像全体のアクティビティ、すな
わち総アクティビティが総アクティビティ算出部24によ
り算出される。次に、この総アクティビティを基に、量
子化係数設定部25によって量子化係数αが求められ、さ
らに、この量子化係数αを、量子化テーブル設定部26に
おいて基本量子化テーブル27の値に乗算することによ
り、量子化テーブルが決定される。

【００２５】また、ブロック毎のアクティビティおよび
総アクティビティ、予め設定されている目標符号量28、
別途求められるＤＣＴ係数でのＤＣ係数符号量29がそれ
ぞれビット分配算出部30に入力され、公知の手法により
ブロック毎の割当てビットが決定され、エントロピーコ
ーダ31に入力される。

【００２６】第２パスでは、まず、輝度データは、前述
の場合と同様にＤＣＴ手段11によりＤＣＴ係数に変換さ
れ、さらに、このＤＣＴ係数は量子化手段12により量子
化される。この場合、量子化テーブルとしては、量子化
係数αを用いて上述のように決定された量子化テーブル
が用いられる。このようにして量子化されたＤＣＴ係数
は、エントロピーコーダ31に入力され、ブロック毎の割
当てビットにより、割当てられたビット数以内で各ブロ
ック毎に２次元ハフマン符号化が行なわれる。

【００２７】さらに、ブロックアクティビティ算出部23
におけるブロックアクティビティ算出手法を図９を参照
して説明する。

【００２８】まず、図８で説明したブロック化部22によ
り各ブロックに分割された画像の輝度データは、図９で
示すサブブロック化部33で各ブロック毎にさらに４×４
画素で構成される４個のサブブロックSB1 ，SB2 ，SB3
，SB4 に分割され、サブブロック毎に記憶回路34に一
時記憶される。その後、各サブブロック毎に、対応する
平均化回路35によって、輝度データの総和の平均値が求
められる。

【００２９】また、記憶回路34に一時記憶されたサブブ
ロックのデータは、対応する減算器36に入力され、平均
化回路35によって求められた平均値との差分の絶対値が
求められる。このようにして、各サブブロック毎に求め
られた差分の絶対値は、加算器36により加算され、ブロ
ックアクティビティとなる。また、このブロックアクテ
ィビティを基に、総アクティビティ算出部24により総ア
クティビティが求められる。このアクティビティは、画
像の精細度、すなわち、画像の細かさを示すＡＣ成分の
統計量であり、ＤＣＴ係数でのＡＣ係数の符号量にある
程度対応し、符号量制御の指標となる。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のシステ
ムでは、プリスキャンによるサブブロック分割等の処理
が必要となり、ＪＰＥＧのシステムに負担をかけてアク
ティビティを算出しなければならない。また、アクティ
ビティは符号量を制御する重要なパラメータであるが、
上記手法により得られたアクティビティでは、ＪＰＥＧ
ベースラインの符号化方式が、ＤＣＴと視覚特性を考慮
した量子化や、ゼロランレングスデータと係数の振幅レ
ベルに対応するグループ番号を用いたアダプティブな２
次元ハフマン符号化を採用しているため、符号量との対
応が十分にとれないという問題を有している。

【００３１】本発明の目的は、プリスキャン等の前処理
が不要でＪＰＥＧのベースラインシステムに負担をかけ
ることなくアクティビティを得ることができ、ＪＰＥＧ
のベースラインシステムに適した符号量制御を実現する
符号量制御装置を提供することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の符号量制
御装置は、多数の入力データをブロック化するととも
に、これら入力データを離散コサインし、前記多数の入
力データに基づきアクティビティを求め、このアクティ
ビティに基づいて設定される量子化テーブルにより、前
記離散コサインされた離散コサイン係数を量子化し、こ
の量子化された係数から符号化を行なう際に前記アクテ
ィビティに基づいて前記ブロック単位で符号量を制御す
るものであって、前記アクティビティを、量子化前の離
散コサイン係数の統計的性質から求めるアクティビティ
算出手段を有するものである。

【００３３】請求項２記載の符号量制御装置は、請求項
１記載の符号量制御装置において、アクティビティ算出
手段は、量子化前の離散コサイン係数に対し、基準とな
る量子化テーブルに従って周波数成分毎に異なるしきい
値が設定され、このしきい値との比較により、前記量子
化前の離散コサイン係数から非ゼロ係数を検出し、か
つ、この検出された非ゼロ係数を前記しきい値毎にグル
ープ化し、このグループ毎にそのグループの振幅レベル
の平均値に対応する重み量により非ゼロ係数の個数に対
する重み付けを行なってこの非ゼロ係数のカウント値を
求め、このカウント値に基づきアクティビティを算出す
る機能を有するものである。

【００３４】

【作用】請求項１記載の符号量制御装置は、アクティビ
ティを量子化前の離散コサイン係数の統計的性質から求
めるので、プリスキャン等の前処理が不要となり、ハー
ドウエアの負担を軽減することができる。

【００３５】請求項２記載の符号量制御装置は、請求項
１記載の符号量制御装置において、基準となる量子化テ
ーブルに従って周波数成分毎に異なるしきい値が設定さ
れているので、視覚特性を考慮した量子化によるデータ
の統計量を把握することができ、しかも非ゼロ係数を振
幅レベルに応じてグループに分割することにより、ＪＰ
ＥＧ特有のエントロピー符号に適した符号量制御を実現
できる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の符号量制御装置の一実施例を
図面を参照して説明する。なお、図８で示した従来例と
同様の部分には同一符号を付している。

【００３７】この図１に示す符号量制御装置も、第１パ
スでアクティビティを求め、第２パスでこの求めたアク
ティビティを基に符号量を制御する２パス方式である。

【００３８】以下、図１に従って各パス毎に説明する。

【００３９】第１パスでは、多数の入力データである画
像信号のデジタルデータである輝度データは、従来と同
様に、まず、ブロック化部22において８×８画素の複数
ブロックに分割される。この後、離散コサイン（ＤＣ
Ｔ）手段11によりＤＣＴ係数に変換され、このＤＣＴ係
数は一時的に記憶装置38に記憶される。

【００４０】そして、この記憶装置38に記憶されたデー
タ、すなわち、量子化前の離散コサイン係数の統計的性
質からアクティビティ算出手段39によりアクティビティ
を求める。そのために、まず、ブロックアクティビティ
算出部40により、分割されたブロック単位のアクティビ
ティを求める。その後は、従来と同様に、総アクティビ
ティ算出部24によりブロックアクティビティの総和、す
なわち、画像全体のアクティビティを算出する。

【００４１】さらに、この総アクティビティを基に、量
子化係数設定部25によって量子化係数αを求め、この量
子化係数αを、量子化テーブル設定部26において基本量
子化テーブル27の値に乗算し、量子化テーブルを決定す
る。

【００４２】また、ブロック毎のアクティビティおよび
総アクティビティ、予め設定されている目標符号量28、
別途求められるＤＣＴ係数でのＤＣ係数符号量29を基
に、ビット分配算出部30によってブロック毎の割当てビ
ットを決定し、その値をエントロピーコーダ31に入力す
る。

【００４３】第２パスでは、まず、記憶装置38に記憶さ
れたＤＣＴ係数は、量子化手段12により量子化される。
この場合、量子化テーブルとしては、量子化係数αを用
いて上述のように決定された量子化テーブルが用いられ
る。このようにして量子化されたＤＣＴ係数は、エント
ロピーコーダ31に入力され、ブロック毎の割当てビット
により、割当てられたビット数以内で各ブロック毎に２
次元ハフマン符号化が行なわれる。

【００４４】ここで、ＪＰＥＧの符号化方式では、低周
波側のデータに短い符号語を与え、高周波側のデータに
は長い符号語を与えるアダプティブなハフマン符号と、
符号化対象データの振幅値に比例して符合長を変化させ
るバイナリコード、すなわちグループ内データ識別用と
の組合わせにより符合を構成している。したがって、ア
クティビティとしては、たとえば図４（ａ）のような非
ゼロデータが低周波側に集中して分布する場合と、図４
（ｂ）のように高周波側にも散在する場合の双方につい
て、符合量が等しくなるようなＪＰＥＧの符号化方式に
適した統計量である必要がある。このようなアクティビ
ティを得る手法を図２を用いて説明する。

【００４５】ブロックアクティビティ算出部40では、ま
ず、記憶装置38に一時記憶させておいたＤＣＴ係数を読
み出し、基本量子化テーブル43を参照して判断部44によ
りゼロデータか非ゼロデータかの判断を行なう。そし
て、非ゼロデータについては、グループ化部45によりそ
の振幅レベルに応じて少数グループに分離する。次に、
このグループ化した非ゼロデータ量は、カウント重み付
け量46を参照してカウント部47でカウントされる。

【００４６】ここで、基本量子化テーブル43として、た
とえば表１で示したＪＰＥＧ推奨の量子化テーブルを用
いたとき、グループ化とカウント重み付け量とは、複数
の画像データの統計量から次のように定める。たとえば
表３で示すように、グループ数ｉをｉ＝４とした場合、
基本量子化テーブル値の正数倍（Ｋｉ倍）もしくは整数
分の１を各グループのしきい値とする。すなわち、基準
となる量子化テーブルに従って周波数成分毎に異なるし
きい値が設定される。そして、各グループの振幅レベル
の総和がほぼ等しくなるような４個のグループにグルー
プ化し、グループ番号ｉにおける振幅レベルの平均値を
前記カウント重み付け量として設定する。

【００４７】

【表３】 そして、グループ内のＤＣＴ系数の振幅値は、グループ
番号が大きいグループほど大きくなる。たとえばグルー
プ化に当り、グループ番号４では、表３から、基本量子
化テーブル値の８倍の値をしきい値としてＤＣＴ係数を
除算しているので、振幅値の小さなＤＣＴ係数はすべて
０にまるめられる。この場合、各ＤＣＴ係数を対応する
量子化テーブルの８倍のデータで除算した値が１以上の
ものが非ゼロデータとなる。さらに、このグループの振
幅平均値は、たとえばグループ番号１のグループの振幅
平均値に対しておおよそ１４倍となるので、１つの非ゼ
ロデータに対して１４倍の重み付けがなされ、これがア
クティビティとなる。

【００４８】すなわち、非ゼロ係数をしきい値毎にグル
ープ化し、このグループ毎に、そのグループの振幅レベ
ルの平均値に対応する重み量によって、非ゼロ係数の個
数に対する重み付けをな行ない、さらに、この非ゼロ係
数のカウント値を求め、このカウント値に基づきアクテ
ィビティを算出している。

【００４９】次に、図２で説明したＤＣＴ係数のカウン
ト部47のアルゴリズムを図３を参照して説明する。図３
において、ｎ＝０とし（ステップ１）、入力データであ
るＡＣ係数Ｓ（ｕ，ｖ）は、グループに対応する量子化
テーブル（しきい値）Ｈｎ（ｕ，ｖ）によりゼロデータ
か非ゼロデータかを判別する（ステップ２）。そして、
非ゼロデータについては対応する重み付け量Ｃｎをカウ
ント数として加算する（ステップ３）。この動作をすべ
てのグループについて繰り返し実行し（ステップ４，
５）、カウントしたデータＮを係数１つ分のアクティビ
ティとする。なお、図中のｕ，ｖはそれぞれ２次元空間
周波数の水平、垂直成分、ｎはグルーブ番号値、lim は
グループ数である。

【００５０】また、具体例として、Ｎ×Ｎ画素（Ｎは８
の倍数）のモノクロ画像を入力画像とし、目標ビットレ
ートをＭ［bits/pel］とした場合について図１により説
明する。

【００５１】まず、第１パスにおいては、ディジタルデ
ータに変換された画像信号の輝度データは、ブロック化
部22により８×８画素のブロックに分割され、トータル
でＮ² ／６４個のブロックに分割されＤＣＴ手段11によ
りＤＣＴ係数に変換される。このＤＣＴ係数は記憶装置
38に一時的に記憶され、その記憶されたデータを用いて
ブロックアクティビティ算出部40により、ブロックアク
ティビティＡｂ［ｎ］が求められ、さらに、総アクティ
ビティ算出部24により画像全体のアクティビティＡが式
５により求められる。

【００５２】

【式５】 次に、量子化係数設定部25によって量子化係数αを求
め、この量子化係数αを、量子化テーブル設定部26にお
いてたとえばＪＰＥＧ推奨する表１に示す基本量子化テ
ーブル27の値に乗算し、量子化テーブルを決定する。ま
た、図１のビット分配算出部30では、式６により、画像
全体の符号量Ｍである目標符号量28から、ＤＣＴ係数の
ＤＣ係数符号量ＭDC29を除いたＡＣ係数符号量を、画像
全体のアクティビティＡと各ブロック毎のアクティビテ
ィＡｂ（ｎ）との比で分配し、各ブロック毎の符号量と
して割り当てる。

【００５３】

【式６】 このようにして、ブロック毎に割当てられた符号量は、
エントロピーコーダ31に入力される。

【００５４】第２パスにおいては、記憶装置38に一時記
憶されたＤＣＴ係数は、量子化テーブル設定部26で決定
された量子化テーブルを用いて量子化される。このよう
にして量子化されたＤＣＴ係数は、エントロピーコーダ
31に入力され、ビット分配算出部30により算出された各
ブロック毎の分配ビット数ＭB[ｎ] 以内で、各ブロック
毎に２次元ハフマン符号化される。

【００５５】なお、符号量制御により画像データを圧縮
した場合、ＩＣメモリカード等の記録媒体に対し、ＪＰ
ＥＧに準拠したデータ構造で記録することができるの
で、デコーダとしては、ＪＰＥＧに準拠していれば復合
することができる。

【００５６】

【発明の効果】請求項１記載の符号化制御装置によれ
ば、プリスキャン等の前処理を要することなく、簡単な
アルゴリズムでアクティビティを算出できるので、シス
テムに負担をかけることなく、システムの高速化、小型
化が可能となる。

【００５７】請求項２記載の符号化制御装置によれば、
アクティビティの算出にＤＣＴ係数の非ゼロデータを用
い、さらに振幅レベルの判定には量子化テーブルを参照
しているので、周波数成分毎に異なるしきい値を設定で
きる等、ＪＰＥＧの符号化方式の特徴が十分に生かされ
ているため、圧縮データ伸張後に得られる画像の高画質
化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の符号量制御装置の一実施例を示すブロ
ック図である。

【図２】図１におけるブロックアクティビティ算出部の
動作を説明するブロック図である。

【図３】図２におけるカウント部のアルゴリズムを説明
するフローチャートである。

【図４】非ゼロデータの分布状態を説明する図である。 （ａ）は非ゼロデータが低周波側に集中して分布する場
合 （ｂ）は高周波側にも散在する場合

【図５】一般的なＪＰＥＧ符号化方式を説明するブロッ
ク図である。

【図６】多数の入力データとそれをＤＣＴ変換したＤＣ
Ｔ係数のデータ系列との関係を示す図である。

【図７】図５におけるエントロピーコーダの機能構成を
示すブロック図である。

【図８】従来装置を説明するブロック図である。

【図９】図８におけるブロックアクティビティ算出部の
機能構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

11 離散コサイン（ＤＣＴ）手段 22 ブロック化部 27 基本量子化テーブル 39 アクティビティ算出手段 47 カウント部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の入力データをブロック化するとと
   もに、これら入力データを離散コサインし、前記多数の
   入力データに基づきアクティビティを求め、このアクテ
   ィビティに基づいて設定される量子化テーブルにより、
   前記離散コサインされた離散コサイン係数を量子化し、
   この量子化された係数から符号化を行なう際に前記アク
   ティビティに基づいて前記ブロック単位で符号量を制御
   するものであって、 前記アクティビティを、量子化前の離散コサイン係数の
   統計的性質から求めるアクティビティ算出手段を有する
   ことを特徴とした符号量制御装置。
2. 【請求項２】 アクティビティ算出手段は、量子化前の
   離散コサイン係数に対し、基準となる量子化テーブルに
   従って周波数成分毎に異なるしきい値が設定され、この
   しきい値との比較により、前記量子化前の離散コサイン
   係数から非ゼロ係数を検出し、かつ、この検出された非
   ゼロ係数を前記しきい値毎にグループ化し、このグルー
   プ毎にそのグループの振幅レベルの平均値に対応する重
   み量により非ゼロ係数の個数に対する重み付けを行なっ
   てこの非ゼロ係数のカウント値を求め、このカウント値
   に基づきアクティビティを算出する機能を有することを
   特徴とした請求項１記載の符号量制御装置。