JPH0646401A - 画像圧縮装置及び動画像圧縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像に合った量子化幅を算出することがで
き、符号量の変動を抑えて画質を向上させる。 【構成】 動画像圧縮装置１０は、一画面分の符号量を
予測する予測処理部１２と、画像データにフィルタをか
け符号量比に対応する値を出力する中・高域通過型フィ
ルタ１３と、動きデータに基づいて動き部分を補正する
動き部分補正部１４と、符号量比の変化量を平坦化する
符号量比変化量平坦化部１５と、算出された一画面分の
符号量比から該当する画面の基本となる量子化幅を算出
する基本量子化幅算出部１６と、基本量子化幅を各符号
量比により補正して実際の量子化幅を算出する量子化算
出部１７と、算出された量子化幅に従って画像データ１
１を量子化する量子化部１８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像データの圧縮処理
等に用いられる画像圧縮装置及び動画像圧縮装置に係
り、詳細には、画像に合った量子化幅を算出できる画像
圧縮装置及び動画像圧縮装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像圧縮の国際標準としてＪＰＥＧ（Jo
int Photographic Expert Group）やＭＰＥＧ（Moving
Picture Expert Group）がある。ＪＰＥＧは、静止画像
を圧縮することを目的としており、すでにカラー静止画
像の符号化手法が決定し、国際標準規格として承認され
る予定である。ＪＰＥＧについては、チップも製品化さ
れており、このチップを用いたボードも市場に出始めて
いる。ＪＰＥＧアルゴリズムは、大きく２つの圧縮方式
に分けられる。第１の方式はＤＣＴ（Discrete Cosine
Transform：離散コサイン変換）を基本とした方式であ
り、第２の方式は２次元空間でＤＰＣＭ（Differntial
PCM）を行なうSpatial（空間関数）方式である。ＤＣＴ
方式は量子化を含むため一般には完全に元の画像は再現
されない非可逆符号化であるが、少ないビット数におい
ても十分な復号画像品質を得ることができ、本アルゴリ
ズムの基本となる方式である。一方、Spatial方式は、
圧縮率は小さいが元の画像を完全に再現する可逆符号化
であり、この特性を実現するために標準方式として付加
された方式である。

【０００３】ＤＣＴ方式はさらに必須機能であるベース
ライン・プロセス（Baseline System）とオプション機
能である拡張ＤＣＴプロセス（Extended System）の２
つに分類される。これらの方式と別に、上記の方式を組
み合わせてプログレッシブ・ビルドアップを実現するハ
イアラーキカル・プロセスがある。ベースライン・プロ
セスは、ＤＣＴ方式を実現するすべての符号器／復号器
がもたなければならない最小限の機能で、ＡＤＣＴ方式
（Adaptive Descrete Cosine Transform Coding：適応
型離散コサイン変換）を基礎としたアルゴリズムであ
る。上記ベースライン・プロセスにおける画像圧縮では
画像データを８×８ピクセル単位のブロックで処理をす
る。処理プロセスは、以下の通りである。 （１）２次元ＤＣＴ変換処理 （２）ＤＣＴ係数の量子化処理 （３）エントロピー符号化処理 ２次元ＤＣＴ変換処理では、図４に示すように空間デー
タを周波数データに変換し、６４個のＤＣＴ係数を出力
する。このとき、色成分は、（Ｙ，ＣB，ＣR)としてい
る。この係数のうち行列の中の左上の係数はＤＣ成分と
呼ばれ、ブロック・データの平均値である。また、残り
の６３個の係数は、ＡＣ成分と呼ばれる。

【０００４】ＤＣ成分の量子化処理では、図４に示すよ
うに量子化器で各係数ごとに大きさの異なった量子化ス
テップ・サイズを設定した量子化マトリクスを用いて、
ＤＣＴ係数を線形量子化する。但し、符号量あるいは復
号画品質を制御可能とするために、外部から指定する係
数（スケーリング・ファクタ）を量子化マトリクスに乗
じた値を実際のマトリクス値として使用し、量子化を行
なう。このように、量子化テーブルを参照しながら６４
個のＤＣＴ係数を整数値に量子化する。この量子化処理
によって非可逆圧縮となる。また、使用される参照テー
ブルの内容についてはＪＰＥＧでは規定していない。量
子化のテーブルは、人間の視覚特性を考慮して作成す
る。人間は、高周波数成分の視覚情報には鈍いので、こ
の高周波成分は粗く量子化する。

【０００５】エントロピー符号化処理では、まずＤＣ成
分と左隣ブロックにおける量子化されたＤＣ成分との差
分を計算し、符号化する。この方法は、ＤＰＣＭと呼ば
れる。また、ＡＣ成分は図４に示すようなジクザグ・ス
キャンにより１次元配列に変換される。ベースラインプ
ロセスのエントロピー符号化では、ハフマン符号化方式
を用いる。ハフマン符号化処理では各係数がゼロである
かどうかを判定し、連続するゼロの係数は、その長さが
ランレングスとして勘定される。ゼロでない係数が来る
と、その量子化結果とそれまでのゼロ係数のランレング
スを組み合わせて、２次元ハフマン符号化される。ＤＣ
／ＡＣ係数のハフマン符号化は、与えられたハフマン符
号テーブルに基づくが、量子化マトリクスおよびハフマ
ン符号テーブルは、使用する状況において最適なものに
なるようにするためデフォルト値はなく、必要に応じて
符号器から復号器へ転送して使用する。

【０００６】一方、ＭＰＥＧは、ＭＰＥＧI，ＭＰＥＧI
I，ＭＰＥＧIIIの３レベルの規格案が検討されている。
ＭＰＥＧIでは、１．５Ｍｂｐｓの通信回線で伝送でき
る動画像圧縮を目的としており、おもにテレビ電話やテ
レビ会議などで使用することが考えられている。ＭＰＥ
ＧIでは、現行のＮＴＳＣ方式のビデオ画像を３２０×
２４０ピクセルの解像度として扱い、１フレームを構成
する２フィールドのうち１フィールドのみのデータを用
いる。ＭＰＥＧIIでは、１０Ｍｂｐｓの通信回線で伝送
できる圧縮が目標で、ＩＳＤＮなどによる動画像伝送や
ディジタル・ビデオがターゲットとされている。そし
て、ＭＰＥＧIIIは、ハイビジョンなどによる次世代テ
レビが対象となっている。ＭＰＥＧの特徴は、ＤＣＴに
よる静止画像圧縮に加えて、時間軸方向の圧縮のための
フレーム間予測処理を行なうことであるが、動画像圧縮
の前提条件としてフレームのランダム・アクセスができ
ること、早送りによる再生や巻戻し再生（逆方向）がで
きることがあげられている。従って、ＭＰＥＧにおける
フレーム間予測は、前向きと後向きの両方向を採用して
いる。ＭＰＥＧにあっても、基本的にはＭＣ（動き補
償）＋ＤＣＴを用いる。動き補償を行なうブロックサイ
ズは１６×１６（但し８×８のモードもある）、ＤＣＴ
は８×８ブロックに対して行なう。また、この動き補償
は１／２画素精度で行なう。１／２画素精度の動き補償
は、予測に用いる参照フレーム上において画素単位でず
らした位置を調べるのみならず、画素と画素の間の位置
を補間によって生成し、マッチングをとることによって
行なう。通常の動き補償＋ＤＣＴとの最も大きな違い
は、周期的なフレーム内符号化フレームを基本とした動
き補償予測である。

【０００７】上述したように、直交変換（一般には、Ｄ
ＣＴ：離散コサイン変換）と時間予測を伴った画像圧縮
装置及び動画像圧縮装置は、図６に示すように１枚分の
画像データから、部分ごとに時間方向を予測したデータ
との差分をとり、８×８画素ブロックに分割し、２次元
直交変換後、量子化、ジクザグスキャンを行って符号化
される。符号化されたデータは一旦バッファに蓄積さ
れ、そこから固定レートで送出される。すなわち、一般
の動画像圧縮では固定レートでの圧縮を前提としてお
り、圧縮自体は可変長符号化で行われるため、生成され
たbit列を一旦バッファにためておき、そこから固定レ
ートで送出している。そのため、バッファに多くデータ
がたまっている時は発生する符号量を抑え、逆にバッフ
ァ量が少ない時にはより細かく符号化を行うようにす
る。ここで、画像圧縮装置及び動画像圧縮装置ではＤＣ
Ｔをかけた後、量子化することになるが、この場合に符
号量を制御する方法としては量子化幅を変える（細かい
量子化をすればデータ量が増えて、粗い量子化をすれば
データ量が減る）という方法を用いる。ＭＰＥＧ等の規
格上で一般に用いられる方法としては生成されたビット
ストリームがどれくらいの長さであるかによって逐次量
子化量を変え符号量を変えるようにする。例えば、符号
化するデータが非常に多いときには次に符号化するデー
タはなるべく粗い量子化をして符号化するデータの発生
を抑える。また、符号化するデータが少ないときには量
子化精度を上げて画質を高めるように量子化幅を決定す
る。これを、図４でみると、符号化されたデータが一旦
バッファに蓄積されるが、このバッファに蓄積されたバ
ッファ量（データ量）に応じて量子化テーブルに掛ける
ｎの値を変え、このｎを掛けたテーブル値（ｎ×Ｑｉ
ｊ）で量子化するようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の画像圧縮装置及び動画像圧縮装置にあって
は、図４に示すように符号化されたデータを一旦バッフ
ァに蓄積し、該バッファから固定レートでデータを送出
する際、該バッファに蓄えられたデータの残量によって
量子化幅を変更して符号量を制御する構成となっていた
ため、量子化幅が変更になった場合、新しい量子化幅を
データとして送出しなくてはならず、頻繁に変更してし
まうとかなりのオーバーヘッドになってしまうという問
題点があった。また、ある一定の間隔で量子化幅を変更
した場合、圧縮率の悪い画面を細かい量子化幅で圧縮し
てしまう場合があり、その場合には符号量が膨大とな
り、その後の圧縮に悪影響を及ぼすという欠点があっ
た。すなわち、従来は画面の左端から順に圧縮していき
その圧縮したデータをバッファに蓄積して固定レートで
送出されているので、このバッファにデータが多く蓄積
されているときは固定レートによる送出が応じ切れてい
ないということであるから量子化値を大きくとるように
する（画面は粗くなる）。また、上記バッファのデータ
が少ないときには量子化値を小さくするようにする（画
面は綺麗になる）。しかし、このような従来の構成で
は、例えば画面の上の方に非常に細かい絵が集中してい
たり、片寄った画像になっていたりとかした場合に、線
形に順番に量子化しているため、実際は細かく量子化す
べきであるところでも粗く量子化せざるを得ないという
不具合があった。そこで本発明は、画像に合った量子化
幅を算出することができ、符号量の変動を抑えて画質を
向上させることが可能な画像圧縮装置及び動画像圧縮装
置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記目的達成のため、画像データに対し直交変換手段に
より直交変換を行った後、量子化テーブルに基づいて量
子化を行う画像圧縮装置において、一画面の符号量を予
測する符号量予測手段と、前記符号量予測手段の出力に
基づいて部分画像毎の量子化幅を算出する量子化幅算出
手段とを備えている。請求項２記載の発明は、画像デー
タに対し直交変換手段により直交変換を行った後、量子
化テーブルに基づいて量子化を行う画像圧縮装置におい
て、一画面の符号量を予測する符号量予測手段と、前記
符号量予測手段の出力に基づいて部分画像毎の量子化幅
を算出する量子化幅算出手段と、前記量子化幅算出手段
により算出された量子化幅が隣接する部分画像同士で所
定の差があるときは量子化幅を補正して量子化幅の変化
量を平坦化する量子化幅補正手段とを備えている。請求
項７記載の発明は、画像データに対し直交変換手段によ
り時間軸方向に圧縮を行う時間予測を伴った動画像圧縮
装置において、一画面の符号量を予測する符号量予測手
段と、前記符号量予測手段の出力に基づいて部分画像毎
の量子化幅を算出する量子化幅算出手段とを備えてい
る。請求項８記載の発明は、画像データに対し直交変換
手段により時間幅方向に圧縮を行う時間予測を伴った動
画像圧縮装置において、一画面の符号量を予測する符号
量予測手段と、動きデータに基づいて前記符号予測手段
の出力を補正する動き部分補正手段とを備えている。前
記動き部分補正手段は、例えば請求項９に記載されてい
るように、前記時間予測時に得られた動きベクトルが所
定以上のとき、該動き部分に対しより多くの符号量が与
えられるように該動きベクトルに応じて前記符号量予測
手段により予測された符号量を補正するようにしてもよ
い。請求項１０の発明は、画像データに対し直交変換手
段により時間軸方向に圧縮を行う時間予測を伴った動画
像圧縮装置において、一画面の符号量を予測する符号量
予測手段と、前記符号量予測手段の出力に基づいて部分
画像毎の量子化幅を算出する量子化幅算出手段と、前記
量子化幅算出手段により算出された量子化幅及び量子化
テーブルに基づいて量子化を実行する量子化手段とを備
えている。請求項１１記載の発明は、画像データに対し
直交変換手段により時間軸方向に圧縮を行う時間予測を
伴った動画像圧縮装置において、一画面の符号量を予測
する符号量予測手段と、前記符号量予測手段の出力に基
づいて部分画像毎の量子化幅を算出する量子化幅算出手
段と、前記量子化幅算出手段により算出された量子化幅
が隣接する部分画像同士で所定の差があるときは量子化
幅を補正して量子化幅の変化量を平坦化する量子化幅補
正手段とを備えている。前記符号予測手段は、例えば請
求項１２に記載されているように、画像データの特定周
波数成分を基に符号量を予測するようにしたものであっ
てもよく、前記符号量予測手段は、例えば請求項１３に
記載されているように、画像データの中高域成分を通過
させる中高域通過型フィルタ手段であってもよい。ま
た、前記符号量予測手段は、例えば請求項５、１４に記
載されているように、離散コサイン変換を行う離散コサ
イン変換手段であってもよく、前記量子化幅補正手段に
よる量子化幅の変化量の平坦化は、例えば請求項６、１
５に記載されているようにローパスフィルタにより実行
されるものであってもよい。

【００１０】

【作用】本発明の手段の作用は次の通りである。請求項
１、２、３、４、５及び６記載の発明では、先ず、符号
化しようとする画像データが符号量予測手段に入力さ
れ、符号量予測手段により一画面分の予測が行われる。
符号量予測手段は、例えば画像に中高域通過型フィルタ
をかけ、その結果により一画面の符号量の概算値を予測
するようにしてもよい。そして、符号量予測手段で予測
された符号量に基づいて量子化幅算出手段により各画面
の量子化幅が決定される。この場合、量子化幅算出手段
により算出された量子化幅が隣接する部分画像同士で所
定の差があるときは量子化幅補正手段により量子化幅を
補正して量子化幅の変化量を平坦化される。そして、量
子化手段により算出された量子化幅及び量子化テーブル
に基づいて量子化が実行される。従って、画像圧縮装置
において、画像に合った量子化幅を算出することがで
き、符号量の変動を抑えて画質を向上させることができ
る。また、請求項７、８、９、１０、１１、１２、１
３、１４及び１５記載の発明では、ブロック化された画
像情報を直交変換によって圧縮を行う時間予測を伴った
動画像圧縮装置において、一画面分の予測が行われ、そ
の後、動き部分補正手段により予測された符号量が動き
データに基づいて補正される。この場合、動き部分補正
手段は、ベクトルが所定以上のとき、該動き部分により
多くの符号量が与えられるように予測された符号量を補
正する。そして、量子化手段により算出された量子化幅
及び量子化テーブルに基づいて量子化が実行される。従
って、動画像圧縮装置において、動画像に合った量子化
幅を算出することができ、符号量の変動を抑えて画質を
向上させることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図５は本発明に係る画像圧縮装置及び動画像圧縮装
置の一実施例を示す図であり、動画像圧縮装置に適用し
た例である。先ず、構成を説明する。図１は動画像圧縮
装置１０の機能ブロック図であり、図中、矢印はデータ
の流れを示す。この図において、動画像圧縮装置１０
は、データ圧縮すべき原画像データを記憶するフレーム
メモリ等から読出した画像データ１１と、符号量比を算
出するために一画面分の符号量を予測する予測処理部１
２と、予測処理された画像にフィルタをかけ符号量比に
対応する値を出力する中・高域通過型フィルタ１３と、
予測処理時に得られた動きデータに基づいて中・高域通
過型フィルタ１３のフィルタ結果の動き部分を補正する
動き部分補正部１４と、量子化幅の頻雑な変更を抑制す
るため符号量比の変化量を平坦化する符号量比変化量平
坦化部１５と、符号化されたデータを蓄えるバッファの
バッファ量と算出された一画面分の符号量比の合計から
該当する画面の基本となる量子化幅を算出する基本量子
化幅算出部１６と、上記基本量子化幅を画面中の各符号
量比により補正して実際の量子化幅を算出する量子化算
出部１７と、算出された量子化幅に従って画像データ１
１を量子化する量子化部１８とにより構成されている。

【００１２】上記予測処理部１２は、通常の動画像圧縮
装置（例えば、符号化標準（Ｈ．２６１）、蓄積用動画
像符号化標準（ＭＰＥＧ）に従った動画像圧縮装置）で
実行される時間方向の予測処理であり、動き補償（Ｍ
Ｃ）を伴った差分計算である。この動き補償予測処理
は、具体的には、着目フレームと参照フレーム間で対象
領域の動きベクトルを検出し、参照フレームにおいて動
きベクトル分だけずらした位置を参照画素とし、これを
予測値として着目画素との差分（予測誤差）を伝送す
る。予測処理された画像とは、差分をとった後の画像情
報となる。

【００１３】図２は中・高域通過型フィルタ１３の係数
例を示す図である。中・高域通過型フィルタ１３として
は図２のような係数を持つバイパスフィルタが用いられ
る。予測処理結果に上記中・高域通過型フィルタ１３を
かける理由は次のようなものである。すなわち、符号量
は画像の中・高域成分の複雑さに左右されやすいと考え
られ、予測処理された画像に中・高域通過型フィルタを
かけた結果は、そのまま符号量の比をある程度表してい
ると考えられる。そこで、直交変換を行う単位ごとに予
測処理を行った画像に中・高域通過型フィルタ１３をか
け、その結果を符号量比の表とする。符号量比表の作成
手順については図３により後述する。

【００１４】上記動き部分補正部１４は、動画像では動
いている部分に視覚的注意が集中しやすいと考えられて
いるので、予測処理時に得られた動きのデータ（動きベ
クトル）がある程度以上大きいところではより多くの符
号量が必要であるとして符号量比の表を書き直す。この
場合、各ブロックは、予測処理によって既に動きベクト
ルが算出されているのでこの動きベクトルを用いるよう
にする。例えば、その動きベクトルが１０dot以上動い
ていたら、符号比表の対応する値に、例えば１を減算
し、より細かく量子化が行われるようにする。

【００１５】上記符号量比変化量平坦部１５は、符号量
比の圧縮順序方向（一般に水平方向）への細かな変動を
平坦化する処理を行うものであり、この平坦化処理によ
って量子化幅の変更によるオーバーヘッドを防ぐように
する。また、平坦化はローパスフィルタによって実現で
きるが、符号比表の値が０〜２程度ならば必ずしも行う
必要はない。

【００１６】上記基本量子化幅算出部１６は、バッファ
量と一画面分の符号量比の合計からその画面の基本とな
る量子化幅を算出する処理を行うものであり、バッファ
量からの量子化幅の算出は前記Ｈ．２６１やＭＰＥＧ／
ＳＭ３等と同じ方法を用いることができる。例えば、１
２０Kbitのバッファではバッファ量／４５０を基本量子
化幅とする。

【００１７】上記量子化幅算出部１７は、基本量子化幅
を、画面中の各符号量比とによって加減し、実際の量子
化幅を決定する処理を行う。ここで、量子化幅の決定は
基本量子化幅と、符号量比から算出することができ、最
も単純な方法は基本量子化幅に符号量比を加算すること
によって量子化幅を算出する。

【００１８】図３及び図４は動画像圧縮装置のブロック
図であり、この図において、動画像圧縮装置の符号化器
は、画像モード、予測モード、動きベクトル及び各種制
御信号を出力して、システム全体の制御を行なうコント
ローラ３０と、データ圧縮すべき画像データを記憶する
画像メモリ３１と、画像メモリ３１から読み出した画像
データに動き補償フレーム間予測処理による予測結果を
減算する減算器３２と、減算器３２により減算された画
像データをコントローラ３０に出力するとともに、該画
像データに対しＤＣＴ演算を行なうＤＣＴ演算部３３
と、コントローラ３０で決定された量子化幅に従ってＤ
ＣＴ演算の出力データを一定の誤差の範囲内で量子化す
る量子化部３４と、量子化部３４により量子化された画
像データに対し画像データのほか各種ブロック属性信号
を可変長符号化した後、定められたデータ構造の符号列
に多重化するビデオマルチプレックス符号化部（ＶＬ
Ｃ）３５と、変動する情報発生を一定レートに平滑化す
るバッファ３６と、周期的なフレーム内符号化フレーム
を基本とした動き補償予測を行なう動き補償フレーム間
予測部３７と、により構成されている。

【０００１９】上記動き補償フレーム間予測部３７は、
量子化部３４により量子化された画像データを逆量子化
する逆量子化部３８と、逆量子化部３８により量子化前
の画像データに戻されたデータに対し逆ＤＣＴ（ＩＤＣ
Ｔ）演算を施すＩＤＣＴ演算部３９と、ＩＤＣＴ演算部
３９によりＤＣＴ処理される前の画像データに戻された
データに動き補償を加算する加算器４０と、コントロー
ラ３０からの画像モード、予測モードに従って信号経路
を切り換えるスイッチ４１、４２、４３と、コントロー
ラ３０で演算処理された動きベクトルにより動き補償予
測を行なう予測器４４、４５とから構成される。

【００２０】また、動画像圧縮装置の復号器は、上記符
号化器とは逆の動作を行なうものであり、具体的には、
図５に示すように、変動する情報発生を一定レートに平
滑するバッファ４６と、バッファ４６に記憶された復号
化すべき画像データを前記ビデオマルチプレックス符号
化部（ＶＬＣ）３５の処理と逆の処理を行なって復号化
する逆ビデオマルチプレックス復号化部（ＶＬＣ^-1）４
７と、ＶＬＣ^-1４７で決定された量子化幅に従ってＶＬ
Ｃ^-1４７の出力に対し逆量子化する逆量子化部４８と、
逆量子化部４８で逆量子化されたデータに対し逆ＤＣＴ
演算を施すＩＤＣＴ演算部４９と、ＩＤＣＴ演算部４９
の出力に予測結果を加算する加算器５０と、ＶＬＣ^-1４
７からの画像モード、予測モードに従って信号経路を切
り換えるスイッチ５１、５２、５３と、ＶＬＣ^-1４７で
算出された動きベクトルにより動き補償予測を行なう予
測器５４、５５とから構成される。

【００２１】次に、本実施例の動作を説明する。時間方
向の予測を伴う動画像圧縮では、一画面中に予測との差
分だけを符号化する画像データと、予測は行わずそのま
ま符号化される画像データとが混在している。これらの
画像データを量子化までの処理手順は図１で示される。

【００２２】図１において、まず、符号量比を算出する
ために予測処理部１２により一画面分の予測処理を行
い、予測処理を行った画像に中・高域通過型フィルタ１
３をかけ、その結果に基づいて符号量比の表を作成す
る。前述したように、符号量は画像の中・高域成分がど
のくらい複雑かによって決定されていると考えられるの
で、中・高域通過型フィルタ１３をかけた結果はある程
度生成される符号量（すなわち、bit列）を反映してい
る数値であると考えられる。そこで、本実施例では直交
変換を行う単位（ＪＰＥＧ，ＭＰＥＧでは８×８画素）
毎に中・高域通過型フィルタ１３をかけることにより、
直交変換，量子化，ジグザグスキャンした場合に生成さ
れる符号量（bit列）を一画面全部について先に算出す
るようにする。このように、ＤＣＴ等の直交変換の前に
一旦、一画面全部について予測処理を行なってしまうよ
うにする。その結果、得られた数値が非常に大きいとき
には非常に多くのビット列を必要とすることになるが、
このような画像は一般に高周波成分が多く存在している
から目で見たときに良く分からないような絵であること
が多い。この場合には細かく量子化をしてもビットが無
駄になるだけでそれ程画質向上の効果は現れないので、
かかる場合にはある程度粗く量子化をする。一方、殆ど
数値がないような平坦な部分の場合、平坦な部分にノイ
ズが乗っていると非常に目立つことになるので、平坦な
部分（平坦な部分自体が多くのビットを必要としない）
は細かく量子化するようにする。このように、算出され
た数値によって後述する処理でどの程度の量子化幅（図
４のｎ参照）にするかが決定される。

【００２３】上記中・高域通過型フィルタ１３がかけら
れた結果を基にしてどのくらいの割合で符号量が必要に
なるかを表わす符号量比表が作成される。

【００２４】図５は符号量比表の作成手順例を示す図で
ある。この図において、まず、ステップＳ１で予測画像
に中・高域通過型フィルタ１３をかけた画像を８×８の
各ブロックに分割し、ステップＳ２で各ブロック毎に画
素値の絶対値の合計を算出する。ここで、予測画像に図
２に示すフィルタの係数をかけると中・高域パスのフィ
ルタができる。次いで、ステップＳ３で各合計値を８×
８ブロック毎に３段階に分け、対応するブロックに０〜
２の値を割当てた表（符号量比表）を作成する。例え
ば、各ブロックの絶対値の合計が１０〜１００の間であ
るとすると、１０〜４０を０、４０〜７０を１、７０〜
１００を２として表を作成する。なお、本実施例では合
計値を３段階に分けて３つの量子化幅を作成している
が、これに限らず、もっと多くの段階の量子化幅を作成
するようにしてもよく、合計値を均等に分けるものでな
くてもよい。

【００２５】以上により画像に合った量子化幅を決定す
ることができるが、本実施例では上述した処理に加え、
更に動き部分を補正することによって動画像圧縮装置に
おいてより画質のよい符号化が行えるようにしている。

【００２６】具体的には、図１に戻って、動き部分補正
部１４により算出した符号量比表の値を補正して用い
る。すなわち、動画像のときは人間の視覚が動きのある
部分に集中し、動いていない部分は多少画面が粗くても
気付かれないという特性がある。そこで、本実施例では
物体が動いていれば符号量比表から得られた値を更に補
正して数値を小さくするようにする。例えば、動きベク
トルが１０dot以上動いていたら、符号比表の対応する
値に１を減算し、より細かく量子化が行われるようにす
る。

【００２７】なお、ブロックは、輝度または色差の隣合
った８ライン×８画素の画素から構成され、ＤＣＴはこ
の単位で実行されるが、ＭＰＥＧの規格では量子化幅を
変えられる最小の単位が１６×１６のマクロブロック毎
である。マクロブロックは、左右および上下に隣合った
４つの輝度ブロックＹ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３と、画像上
では同じ位置にあたるそれぞれの色差ブロックＣｂ，Ｃ
ｒの全部で６つのブロックで構成される。伝送の順は、
Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｃｂ，Ｃｒであり、予測デー
タ（差分をとる基準の画像データ：前方予測、後方予
測、両方向予測等で作られる）に何を用いるか、差分を
送らなくてもよいかなどは、この単位で判断される。ま
た、ＭＰＥＧでは単に同じ位置の差をとるだけでなく動
き補償を使用する。これは１６×１６画素のブロック単
位で前画像のそのブロックの位置の近傍で一番差分が少
ないところを探索し、それとの差分をとることにより更
に送らなければならないデータを削減する。従って、動
き部分補正部１４により動き部分補正を行う際には、既
に動画像の予測処理のために動き補償が算出されている
ので、この動き補償で算出された数値を参照すればよ
い。

【００２８】このように、作成した符号比表を、動きベ
クトルがある程度以上大きいところでは大きく動いてい
るものとして細かく量子化できるように補正するように
しているので、動画像の画質をより高めることが可能に
なる。

【００２９】次いで、符号量比変化量平坦化部１５によ
り符号量比の圧縮順序方向（水平方向）への変動を平坦
化する。この平坦化は、例えばローパスフィルタを用い
ることにより行なう。この平坦化は以下のような理由か
ら行われる。すなわち、図４に示すように符号化された
データは一旦バッファに蓄積され、そこから固定レート
で送出される。この時、そのバッファの残量によって量
子化幅を変更し、符号量をコントロールすることになる
が、量子化幅が変更になった場合、新しい量子化幅をデ
ータとして送出しなくてはならないため、頻繁に変更し
てしまうとかなりのオーバーヘッドになってしまう。具
体的には、隣接する部分画像において、量子化幅に大き
な違いがあるとその境界線となる部分が目立ってしま
い、特に動画像においては連続している画像は非常に似
ているため、その歪みが強調されて見えてしまうという
不具合が生じることがある。本実施例では、かかる不具
合を防ぐため作成した符号化表にローパスフィルタをか
けて隣合うブロック同士を平坦化するようにしている。

【００３０】上記平坦化処理が終わると、一画面中の量
子化幅の表が完全に作成されるので、基本量子化幅算出
部１６により基本となる量子化幅を算出し、次いで量子
化幅算出部１７により実際の量子化量を算出する。ここ
で、基本量子化幅算出方法として、符号量比の一画面分
の合計は他の画面に対するその画面の符号量比と考えら
れるので、バッファ量と一画面分の符号量比の合計から
その画面の基本となる量子化幅を算出する。そして、そ
の基本量子化幅を、画面中の各符号量比によって補正
（加減）し、実際の量子化幅を決定する。次いで、量子
化部１８により算出された量子化幅の値で、予測処理さ
れた画像データを量子化して、量子化処理を終了する。

【００３１】以上説明したように、本実施例の動画像圧
縮装置１０は、一画面分の符号量を予測する予測処理部
１２と、予測処理された画像にフィルタをかけ符号量比
に対応する値を出力する中・高域通過型フィルタ１３
と、予測処理時に得られた動きデータに基づいて動き部
分を補正する動き部分補正部１４と、符号量比の変化量
を平坦化する符号量比変化量平坦化部１５と、算出され
た一画面分の符号量比から該当する画面の基本となる量
子化幅を算出する基本量子化幅算出部１６と、基本量子
化幅を各符号量比により補正して実際の量子化幅を算出
する量子化算出部１７と、算出された量子化幅に従って
画像データ１１を量子化する量子化部１８とを備えてい
るので、画像にあった量子化幅を算出することができ、
不用意な符号量の変動を抑え全体的に画質を向上させる
ことができる。

【００３２】なお、本実施例では、画像圧縮装置及び動
画像圧縮装置をＭＰＥＧアルゴリズムに基づく動画像圧
縮装置に適用した例であるが、勿論これには限定され
ず、一画面の符号量を予測して量子化幅を決定するもの
であれば全ての装置（例えば、画像圧縮装置）に適用可
能であることは言うまでもない。画像圧縮装置に適用す
る場合は動き部分補正部１４が不用になる。

【００３３】また、本実施例では、画像データに中・高
域通過型フィルタ１３をかけて一画面の符号量を予測す
るようにしているが、一画面の符号量を予測するもので
あれば何でもよく、例えば直交変換を用いるようにすれ
ばより精度のよい数値が得られきめの細かい制御が可能
になる。

【００３４】また、本実施例では、符号量比変化量平坦
化部１５により符号量比の平坦化を行ってオーバーヘッ
ドを防ぐようにしているが、この平坦化処理は必ずしも
必須のものではない。また、この平坦化はローパスフィ
ルタでなくてもよく、例えば他のフィルタを用いたり、
符号量比の表を補正して用いるようにしてもよい。

【００３５】また、本実施例では、直交変換手段にＤＣ
Ｔを適用しているが、このＤＣＴ方式には限定されず、
例えば、アダマール変換、ハール（Harr）変換、傾斜変
換（スラント変換）、対称性サイン変換などを用いた画
像圧縮装置及び動画像圧縮装置に適用することができ
る。

【００３６】さらに、上記動画像圧縮装置１０等を構成
する回路や部材の数、種類などは前述した実施例に限ら
れないことは言うまでもなく、ソフトウェア（例えば、
Ｃ言語）により実現するようにしてもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、一画面の符号量を予測
する符号量予測手段と、前記符号量予測手段の出力に基
づいて部分画像毎の量子化幅を算出する量子化幅算出手
段とを備えているので、画像に合った量子化幅を算出す
ることができ、符号量の変動を抑えて動画像圧縮装置の
画質を全体的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】動画像圧縮装置の機能ブロックである。

【図２】動画像圧縮装置の中・高域通過型フィルタの係
数の例を示す図である。

【図３】動画像圧縮装置の符号化器のブロック構成を示
す図である。

【図４】動画像圧縮装置の復号化器のブロック構成を示
す図である。

【図５】動画像圧縮装置の符号量比表の作成手順を示す
図である。

【図６】動画像圧縮装置の画像圧縮手順を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 動画像圧縮装置 １１ 画像データ １２ 予測処理部 １３ 中・高域通過型フィルタ １４ 動き部分補正部 １５ 符号量比変化量平坦化部 １６ 基本量子化幅算出部 １７ 量子化算出部 １８ 量子化部

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像データに対し直交変換手段により直
   交変換を行った後、量子化テーブルに基づいて量子化を
   行う画像圧縮装置において、 一画面の符号量を予測する符号量予測手段と、 前記符号量予測手段の出力に基づいて部分画像毎の量子
   化幅を算出する量子化幅算出手段と、 を具備したことを特徴とする画像圧縮装置。
2. 【請求項２】 画像データに対し直交変換手段により直
   交変換を行った後、量子化テーブルに基づいて量子化を
   行う画像圧縮装置において、 一画面の符号量を予測する符号量予測手段と、 前記符号量予測手段の出力に基づいて部分画像毎の量子
   化幅を算出する量子化幅算出手段と、 前記量子化幅算出手段により算出された量子化幅が隣接
   する部分画像同士で所定の差があるときは量子化幅を補
   正して量子化幅の変化量を平坦化する量子化幅補正手段
   と、 を具備したことを特徴とする画像圧縮装置。
3. 【請求項３】 前記符号予測手段は、画像データの特定
   周波数成分を基に符号量を予測するようにしたこと特徴
   とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の画像圧縮
   装置。
4. 【請求項４】 前記符号量予測手段は、画像データの中
   高域成分を通過させる中高域通過型フィルタ手段を有す
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記
   載の画像圧縮装置。
5. 【請求項５】 前記符号量予測手段は、離散コサイン変
   換を行う離散コサイン変換手段を有することを特徴とす
   る請求項１又は請求項２の何れかに記載の画像圧縮装
   置。
6. 【請求項６】 前記量子化幅補正手段による量子化幅の
   変化量の平坦化は、ローパスフィルタにより実行される
   ことを特徴とする請求項１又は請求項の何れかに記載の
   画像圧縮装置。
7. 【請求項７】 画像データに対し直交変換手段により時
   間軸方向に圧縮を行う時間予測を伴った動画像圧縮装置
   において、 一画面の符号量を予測する符号量予測手段と、 前記符号量予測手段の出力に基づいて部分画像毎の量子
   化幅を算出する量子化幅算出手段と、 を具備したことを特徴とする動画像圧縮装置。
8. 【請求項８】 画像データに対し直交変換手段により時
   間幅方向に圧縮を行う時間予測を伴った動画像圧縮装置
   において、 一画面の符号量を予測する符号量予測手段と、 動きデータに基づいて前記符号予測手段の出力を補正す
   る動き部分補正手段と、 を具備したことを特徴とする動画像圧縮装置。
9. 【請求項９】 前記動き部分補正手段は、前記時間予測
   時に得られた動きベクトルが所定以上のとき、該動き部
   分に対しより多くの符号量が与えられるように該動きベ
   クトルに応じて前記符号量予測手段により予測された符
   号量を補正するようにしたことを特徴とする請求項８に
   記載の動画像圧縮装置。
10. 【請求項１０】 画像データに対し直交変換手段により
    時間軸方向に圧縮を行う時間予測を伴った動画像圧縮装
    置において、 一画面の符号量を予測する符号量予測手段と、 前記符号量予測手段の出力に基づいて部分画像毎の量子
    化幅を算出する量子化幅算出手段と、 前記量子化幅算出手段により算出された量子化幅及び量
    子化テーブルに基づいて量子化を実行する量子化手段
    と、 を具備したことを特徴とする動画像圧縮装置。
11. 【請求項１１】 画像データに対し直交変換手段により
    時間軸方向に圧縮を行う時間予測を伴った動画像圧縮装
    置において、 一画面の符号量を予測する符号量予測手段と、 前記符号量予測手段の出力に基づいて部分画像毎の量子
    化幅を算出する量子化幅算出手段と、 前記量子化幅算出手段により算出された量子化幅が隣接
    する部分画像同士で所定の差があるときは量子化幅を補
    正して量子化幅の変化量を平坦化する量子化幅補正手段
    と、 を具備したことを特徴とする動画像圧縮装置。
12. 【請求項１２】 前記符号予測手段は、画像データの特
    定周波数成分を基に符号量を予測するようにしたこと特
    徴とする請求項７、請求項８、請求項１０又は請求項１
    １の何れかに記載の動画像圧縮装置。
13. 【請求項１３】 前記符号量予測手段は、画像データの
    中高域成分を通過させる中高域通過型フィルタ手段であ
    ることを特徴とする請求項７、請求項８、請求項１０又
    は請求項１１の何れかに記載の動画像圧縮装置。
14. 【請求項１４】 前記符号量予測手段は、離散コサイン
    変換を行う離散コサイン変換手段であることを特徴とす
    る請求項７、請求項８、請求項１０又は請求項１１の何
    れかに記載の動画像圧縮装置。
15. 【請求項１５】 前記量子化幅補正手段による量子化幅
    の変化量の平坦化は、ローパスフィルタにより実行され
    ることを特徴とする請求項７、請求項８、請求項１０又
    は請求項１１の何れかに記載の動画像圧縮装置。