JPH07154800A - 画像符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像符号化装置において、高能率符号化した
画像信号の発生情報量を狙った値に制御する。 【構成】 画像符号化装置には量子化特性制御器２１が
設けられる。この量子化特性制御器２１には情報発生量
カウンタ２１８が設けられ、情報発生量カウンタ２１８
には、ビデオマルチプレクスコーダＶＭＣから符号化デ
ータが与えられる。情報発生量カウンタ２１８は、この
符号化データから１フレーム前の実際の情報発生量Ｊk-
1 を求め、補正目標情報発生量演算器２１３に与える。
補正目標情報発生量演算器２１３では目標情報発生量Ｉ
k 、推定情報発生量Ｉ^* k-1 、及び情報発生量Ｊk-1 を
用いて、補正目標情報発生量を求める。これにより、符
号化特性を短周期で更新しなくとも、情報発生量を精度
良く目標情報量に合わせ込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は画像符号化装置、特に
画像信号を能率良く符号化を行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像信号の高能率符号化を行う場合、そ
の発生情報量は画像の性質により大きく変動する。例え
ば、動画像の場合には動きの大きさ等によって大きく変
動することになる。従って、高能率符号化した画像信号
を一定速度の伝送路を通して伝送する場合や転送速度が
一定のパッケージメディアで記録、再生する場合には、
発生情報量の平滑化が必須となる。このため、動きの大
きい画像処理後の発生情報量は、減少したりするので、
表示画像が劣化する。

【０００３】発生情報量の平滑化の方法としては、高能
率符号化を行う際の各種パラメータの設定によって、あ
る画像単位（例えばフレーム）毎の発生情報量を適当な
範囲に抑え、更にこれを平滑化用のバッファを通すこと
により一定速度にすることが一般的である。この平滑化
用バッファに蓄積する量を増やせば増やすほど、平滑化
の効果は大きくなるが、一方ではバッファを構成するメ
モリ容量の増加による装置価格の上昇や、データがバッ
ファに滞留することによる遅延量の増大が生じ、通信等
の用途において不都合である。そこで、高能率符号化を
行う際の各種パラメータの設定によって、可能な限り一
定に近い情報発生量を得ることが求められている。

【０００４】高能率符号化における情報発生量制御の方
法としては、例えば文献ＣＣＩＴＴＳＧＸＶ，“Ｄｅｓ
ｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｆ．Ｍｏｄｅｌ ８”，
Ｄｏｃｕｍｅｎｔ ５２５ １９８９．（以下、ＲＭ８
と略記する）に示されたバッファメモリの蓄積量による
フィードバック制御の方式がある。

【０００５】図８にはこのＲＭ８の制御方法を説明する
ための従来の画像符号化装置の構成が示されている。図
において、１１は入力画像信号と予測信号との差をとる
減算器、１２は予測誤差信号の離散コサイン変換を行う
変換器（ＤＣＴ）、１３は変換係数を量子化する量子化
器、１４は逆量子化器、１５は逆変換器、１６は符号化
／復号された予測誤差信号と予測信号を加算する加算
器、１７は予測信号を生成する予測器、１８はループ内
フィルタ、１９はビデオマルチプレクスコーダＶＭ
Ｃ）、２０はバッファメモリ、２１は量子化特性制御器
である。

【０００６】次に動作について説明する。

【０００７】入力された画像信号は減算器１１にて予測
信号との差を演算された予測誤差信号となる。この予測
誤差信号はＤＣＴ１２にて離散コサイン変換を施されて
変換係数となり、更に量子化器１３で量子化されて量子
化インデックスとしてビデオマルチプレクスコーダＶＭ
Ｃ１９に入力される。量子化インデックスは逆量子化器
１４にも入力されて逆量子化され、更に逆変換器１５で
逆離散コサイン変換を施されて、符号化／復号された予
測誤差信号となる。

【０００８】この予測誤差信号は加算器１６にて予測信
号と加算され、符号化／復号された画像信号となって予
測器１７に入力される。予測器１７では入力画像と前フ
レームの復号画像から動き補償予測を行い、この結果得
られる最少歪みと入力画像の分散値からフレーム内符号
化をするかフレーム間符号化をするかを決定する。フレ
ーム内符号化選択時にはフレーム内符号化を示すフラグ
をビデオマルチプレクスコーダＶＭＣ１９に出力すると
同時に最適予測信号として０を出力する。一方、フレー
ム間符号化選択時には最適予測信号を出力すると同時
に、フレーム間符号化を示すフラグと最適予測を与える
動きベクトルをビデオマルチプレクスコーダＶＭＣ１９
に出力する。最適予測信号はループ内フィルタ１８にて
適応的にフィルタ処理を施された後、予測信号として出
力される。この時フィルタ処理を行ったかどうかの信号
がビデオマルチプレクスコーダＶＭＣ１９に出力され
る。

【０００９】マルチプレクスコーダＶＭＣ１９では入力
された複数の信号をそれぞれ可変調符号化した後に、多
重化してバッファメモリ２０に出力する。バッファメモ
リ２０からは一定の速度で符号化データが出力される。

【００１０】バッファメモリ２０の蓄積量は、量子化特
性制御器２１に入力される。量子化特性制御器２１では
以下の式に従って量子化のステップ幅を決定し、量子化
器１３、逆量子化器１４、及びビデオマルチプレクスコ
ーダＶＭＣ１９に出力する。

【００１１】 量子化ステップ幅＝２×ＩＮＴ（バッファメモリの蓄積
量／（２００×ｑ））＋２ 但し、 ｑ：バッファメモリからの出力速度／６４ｋｂ
ｉｔ／ｓ ＩＮＴ：少数点以下切り捨て ＲＭ８では画像の１フレームを複数の領域（例えば１２
の領域）に区分し、各領域の符号化が終了する度毎に前
記式に従って、量子化ステップ幅を更新する方法がとら
れている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように制御され
る従来の画像符号化装置においては、以下に示すような
問題点がある。すなわち、 （１）情報発生量を目標値に近付けるためには、量子化
ステップ幅の更新周期を短くする必要があるが、更新周
期を短くするほど局所的な情報発生量の増減によって量
子化ステップ幅が変化する発振状態に陥りやすくなり、
結果として画質が劣化する。

【００１３】（２）画像の性質が激しく変化したとき
に、追従が遅く情報量を制御しきれないので、バッファ
が破綻してしまい、表示画像の脱落が生じる。

【００１４】（３）画像の性質が激しく変化したとき
に、追従を早めようとすると、１フレーム中で量子化ス
テップを大きく変化させることが必要になり、１フレー
ム内での量子化ステップ幅の大きな変化は局所的な画像
の劣化として視覚的に認識される。

【００１５】本発明は以上のような問題点を解決するた
めになされたもので、通常の画像はもとより、画像の性
質が急激に変化する場合でも、実際の情報発生量を精度
よく目標情報発生量の近くに合わせ込むことができると
ともに、必要以上に符号化特性を変化させることによっ
て生じる画像劣化を抑圧できる画像符号化装置を得るこ
とを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の画像符号化装置は、入力画像信号と
この入力画像信号のフレームに対する前フレーム（第１
のフレーム）との変化量ＣK を算出する変化量算出手段
と、前記入力画像信号のフレームに対する目標情報発生
量ＩK を算出する目標情報発生量算出手段と、入力画像
信号のフレームに対する前記前フレーム（第１のフレー
ム）の符号化特性Ｑk-1 と、前記第１のフレームに対す
る前フレーム（第２のフレーム）の符号化特性Ｑk-2 と
にもとづいて所定の画像の推定情報発生量Ｉ^* k-1 を算
出する推定情報発生量算出手段と、前記推定情報発生量
Ｉk ^* -1、前記目標情報発生量Ｉk 及び前記入力画像信
号の符号化のときの情報発生量Ｊk-1 に基づいて補正目
標情報Ｌk を算出する補正目標情報発生量算出手段と、
前記変化量Ｃk 、前記補正目標情報Ｌk 、前記符号化特
性Ｑk-1 とを用いて前記入力画像信号の符号化特性Ｑk
を算出する符号化特性算出手段と、この符号か特性Ｑk
にもとづいて入力画像信号の符号化をおこなう符号化手
段と、を備えたことを特徴とする。

【００１７】また、上記目的を達成するために、請求項
２記載の画像符号化装置は、請求項１記載の画像符号化
装置において、前記補正目標情報発生量算出手段は、前
記推定情報発生量Ｉ^* k-1 、及び前記情報発生量Ｊk-1
を用いて１フレーム前の画像の情報発生特性ｐk-1 を ｐk-1 ＝Ｊk-1 ／Ｉ^* k-1 により算出する情報発生特性算出手段と、算出された情
報発生特性ｐk-1 を用いて Ｌk ＝Ｉk ／Ｐk-1 により前記現入力画像の目標情報発生量Ｉk を補正する
補正手段とを有することを特徴とする。

【００１８】また、上記目的を達成するために、請求項
３記載の画像符号化装置は、請求項１記載の画像符号化
装置において、前記補正目標情報発生量算出手段は、前
記推定情報発生量Ｉ^* k-1 、及び前記情報発生量Ｊk-1
を用いて１フレーム前の画像の情報発生特性ｐk-1 を ｐk-1 ＝Ｊk-1 ／Ｉ^* k-1 により算出する情報発生特性算出手段と、現入力画像の
ｎ（ｎ：２以上の整数）フレーム前の画像の情報発生特
性をそれぞれｐk-1 ，ｐk-2 ，…，ｐk-n としたとき
に、１フレーム前の画像での発生特性履歴Ｐ^* k-1 を、 Ｐ^* k-1 ＝ａ1 ・ｐk-1 ＋ａ2 Ｐk-2 ＋ … ＋ａn ・
ｐk-n 但し ０＜ａi ＜１ （ｉ：自然数） ａ1 ＋ａ2 ＋ … ＋ａn ＝１ により算出する発生特性履歴算出手段と、算出されたＰ
^* k-1 を用いて Ｌk ＝Ｉk ／Ｐ^* k-1 により前記現入力画像の目標情報発生量Ｉk を補正する
補正手段とを有することを特徴とする。

【００１９】また、上記目的を達成するために、請求項
４記載の画像符号化装置は、請求項１または請求項２ま
たは請求項３記載の画像符号化装置において、さらに、
現入力画像（フレーム番号：ｋ）をＤ個（Ｄ：２以上の
整数）の領域に分割し、各々の領域ごとに使用する符号
化特性を切り替える切替手段とを備え、少なくともフレ
ーム単位に決定される前記符号化特性Ｑk 、領域番号
ｍ、第１番目から第（ｍ−ｔ）番目（ｔ：ｔ≦ｍ−２な
る自然数）までの領域を符号化した時に発生した情報発
生量の総和、及び目標情報発生量Ｉk を用いて第ｍ番目
の領域を符号化するための符号化特性ｑm （ｍ：ｍ≦Ｄ
なる自然数）を決定することを特徴とする。

【００２０】また、上記目的を達成するために、請求項
５記載の画像符号化装置は、請求項４記載の画像符号化
装置において、予測誤差信号を離散コサイン変換する変
換手段と、この変換手段からの変換係数を線形量子化す
る量子化手段とを有し、第ｍ番目の領域を符号化するの
に用いる線形量子化ステップ幅ｑm をフレーム単位に決
定される前記符号化特性Ｑk 、目標情報発生量Ｉk 、前
記領域番号ｍ、及び前記情報発生量の総和Ｓを用いて、 ｑm ＝Ｑk （１＋ｆ（Ｓ ，ｍ，Ｉk ）） 但し、ｆ（Ｓ ，ｍ，Ｉk ）はＳ とｍとＩk によって
値が決定される関数により算出することを特徴とする。

【００２１】また、上記目的を達成するために、請求項
６記載の画像符号化装置は、請求項５記載の画像符号化
装置において、前記関数ｆは ｆ（Ｓ ，ｍ，Ｉk ）＝ｖ・（ Ｓ ／Δ−ｍ＋１） （但し Δ＝Ｉk ／Ｄ， ｖ：正の実数）であることを
特徴とする。

【００２２】また、上記目的を達成するために、請求項
７記載の画像符号化装置は、請求項１または請求項２ま
たは請求項３または請求項４または請求項５または請求
項６記載の画像符号化装置において、さらに、前記変化
量Ｃk と所定のしきい値とを比較する比較手段とを備
え、前記変化量Ｃk が前記しきい値よりも大きい場合に
は前記符号化特性Ｑk として目標情報発生量Ｉk から一
意に定まる特性を用いることを特徴とする。

【００２３】また、上記目的を達成するために、請求項
８記載の画像符号化装置は、請求項１または請求項２ま
たは請求項３または請求項４または請求項５または請求
項６記載の画像符号化装置において、さらに、前記変化
量Ｃk のフレーム毎の変化である（Ｃk −Ｃk-1 ）と所
定のしきい値とを比較する比較手段とを備え、前記変化
量Ｃk のフレーム毎の変化である（Ｃk −Ｃk-1 ）の値
が前記しきい値よりも大きい場合には前記符号化特性Ｑ
k として目標情報発生量Ｉk から一意に定まる特性を用
いることを特徴とする。

【００２４】さらに、上記目的を達成するために、請求
項９記載の画像符号化装置は、請求項１または請求項２
または請求項３または請求項４または請求項５または請
求項６記載の画像符号化装置において、さらに、前記変
化量Ｃk のフレーム毎の変化の比であるＣk ／Ｃk-1 と
所定のしきい値とを比較する比較手段とを備え、前記変
化量Ｃk のフレーム毎の変化の比であるＣk ／Ｃk-1 の
値が前記しきい値よりも大きい場合には前記符号化特性
Ｑk として目標情報発生量Ｉk から一意に定まる特性を
用いることを特徴とする。

【００２５】

【作用】請求項１乃至請求項３記載の画像符号化装置に
よれば、前フレーム以前を符号化した際の実際の情報発
生量と変化量と符号化特性の関係から目標情報発生量が
補正され、この目標情報発生量と入力画像の変化量と前
フレームを符号化するのに用いた符号化特性とから、現
入力画像の発生情報量を目標量の近くに制御することが
できる符号化特性が決定される。そして、現入力画像の
符号化に適した符号化特性を決定するフィードフォワー
ド制御を行うことによって、符号化特性を必要以上に変
化させることなく画像の変化にすばやく追従して情報発
生量を制御できるようになる。また、前フレーム以前を
符号化した際の実際の情報発生量と変化量と符号化特性
の関係から目標情報発生量を補正することにより、フィ
ードフォワード制御において予測している情報発生量と
変化量と符号化特性の関係からはずれるような画像に対
しても、精度良く情報発生量を制御できる。

【００２６】また、請求項４乃至請求項６記載の画像符
号化装置によれば、入力画像を複数個の領域に分割し、
各々の領域ごとに使用する符号化特性を切り替える手段
を具備し、ある領域を符号化するのに用いる符号化特性
を決定する際に、フレーム単位に決定される前記符号化
特性と、１フレーム中で他の領域を符号化した時にすで
に発生した情報発生量の総和とを用いる。これにより、
どんな画像の変化にもすばやく追従して情報発生量を制
御できる上に、きめ細く情報発生量を制御できる。

【００２７】さらに、請求項７乃至請求項９記載の画像
符号化装置によれば、比較手段により入力画像の変化量
からシーンチェンジを検出し、シーンチェンジ時にはフ
レーム単位に決定される前記符号化特性として専用の特
性を用いるようにしたので、シーンチェンジにもすばや
く追従して情報発生量を制御できる。

【００２８】

【実施例】以下、図面を用いながら本発明の画像符号化
装置の実施例について説明する。

【００２９】第１実施例 図１には本発明の第１実施例の画像符号化装置の構成図
が示されている。図において、１１は入力画像信号と予
測信号の差をとる減算器、１２は予測誤差信号の離散コ
サイン変換を行う変換器ＤＣＴ、１３は変換係数を量子
化する量子化器、１４は逆量子化器、１５は逆変換器、
１６は符号化／復号された予測誤差信号と予測信号を加
算する加算器、１７は予測信号を生成する予測器、１８
はループ内フィルタ、１９はビデオマルチプレクスコー
ダ、２０はバッファメモリ、２１は量子化特性制御器、
２２は変化量演算器である。

【００３０】次に動作について説明する。基本的な画像
信号の流れは図８に示された従来例と同一なので説明は
省略し、本実施例において特徴的な構成要件である変化
量演算器２２及び量子化特性制御器２１の動作を中心に
説明する。

【００３１】変化量演算器２２には、符号化対象の画像
信号が入力される。変化量演算器２２においては、現入
力画像（フレーム番号：ｋ）の数フレーム前の画像（フ
レーム番号：ｋ−１）に対する変化の程度を示す変化量
Ｃk を演算する。なお、本実施例においては、１フレー
ム前の画像に対する変化量Ｃk を演算する場合について
説明する。

【００３２】図２には変化量演算器２２の構成が示され
ている。図において、２２１はフレーム遅延器、２２２
は減算器、２２３は絶対値演算器、２２４は累算器であ
る。入力される画像信号は、フレーム遅延器２２１と減
算器２２２に入力される。減算器２２２では現入力画像
と１フレーム前の画像信号との差を求め、絶対値演算器
２２３に入力される。そして、差信号は絶対値演算器２
２３で絶対値に変換された後、累算器２２４にて１フレ
ーム分累算され、その値が変化量として量子化特性制御
器２１に送られる。量子化特性制御器２１には前述の変
化量の他、バッファメモリ２０から蓄積量が、またビデ
オマルチプレクスコーダＶＭＣ１９からは符号化データ
が入力される。

【００３３】図３には量子化特性制御器２１の構成が示
されている。図において、２１１は推定情報発生量演算
器、２１２は目標情報発生量演算器、２１３は補正目標
情報発生量演算器、２１４は符号化特性選択器、２１５
ａ，２１５ｂ，２１５ｃはフレーム遅延器、２１８は情
報発生量カウンタである。

【００３４】目標情報発生量演算器２１２には、バッフ
ァメモリ２０から現入力画像（フレーム番号：ｋ）を符
号化開始する時点での蓄積量Ｂk-1 が入力される。蓄積
量Ｂk-1 から目標情報発生量Ｉk を求める方法として
は、例えば次式のようなものがある。

【００３５】Ｉk ＝Ｂc ＋Ｒ−Ｂk-1 但しＢc は各画像フレーム符号化終了時での目標蓄積量
であり一定の値である。またＲは、１フレーム時間内に
バッファメモリから読み出される情報量でこれも一定の
値である。ここで求められた目標情報発生量Ｉk は、補
正目標情報発生量演算器２１３に入力される。図２に示
された変化量演算器２２から入力される変化量Ｃk は、
フレーム遅延器２１５ａと符号化特性選択器２１４に入
力される。なお、フレーム遅延器２１５ｃで数フレーム
遅延させたフレームは、本実施例において、１フレーム
遅延させたフレームとする。

【００３６】フレーム遅延器２１５ａからは、入力され
た変化量よりも１フレーム前の変化量Ｃk-1 が推定情報
発生量演算器２１１に入力される。推定情報発生量演算
器２１１には、符号化特性選択器２１４から出力される
符号化特性選択信号をフレーム遅延器２１５ｂで１フレ
ーム遅延させたＱk-1 と、フレーム遅延器２１５ｃで更
にもう数フレーム遅延させたＱk-2 も入力される。

【００３７】推定情報発生量演算器２１１には、推定情
報発生量Ｉ^* k-1 とＣk-1 ，Ｑk-1，Ｑk-2 の関係が下
記のテーブルの形式で格納されている。

【００３８】Ｉ^* k-1 ＝Ｆ（Ｃk-1 ，Ｑk-1 ，Ｑk-2 ） このテーブルは、画像信号全般に対してほぼ成り立つよ
うに予め統計的に求めておく。推定情報発生量演算器２
１１では、入力されるＣk-1 ，Ｑk-1 ，Ｑk-2から１フ
レーム前の画像（フレーム番号：ｋ−１）でどの程度の
情報が発生すると予想されるかをＩ^* k-1 として求め、
補正目標情報発生量演算器２１３に与える。

【００３９】情報発生量カウンタ２１８には、ビデオマ
ルチプレクスコーダＶＭＣ１９から符号化データが与え
られる。情報発生量カウンタ２１８は、この符号化デー
タから１フレーム前の実際の情報発生量Ｊk-1 を求め、
補正目標情報発生量演算器２１３に与える。補正目標情
報発生量演算器２１３では目標情報発生量Ｉk 、推定情
報発生量Ｉ^* k-1 、及び情報発生量Ｊk-1 を用いて、補
正目標情報発生量を求める。

【００４０】ここで、目標情報発生量を補正する意義
は、次の通りである。すなわち、本発明の画像符号化に
おいては、ある画像フレームを符号化したときに発生す
る情報量が、そのフレームの１つ前のフレームに対する
変化量と、実際に使用する符号化特性と、１つ前のフレ
ームを符号化する際に用いた符号化特性とにより、ある
程度の誤差をもって求められるという前提にたってい
る。この時の誤差の値は画像の性質によって変動する
が、連続する数フレームでは性質がほぼ同じと仮定すれ
ば、例えば１フレーム前の推定情報発生量と実際の情報
発生量の関係から現入力画像で推定情報発生量と実際の
情報発生量がどの程度ずれるかが予測できることにな
る。従って、このずれを補正した目標情報発生量を設定
して符号化特性を決定すれば、実際の発生量は目標情報
発生量により近付くことになる。

【００４１】実際の補正の方法としては、以下のような
補正が行われる。すなわち、現入力画像の直前ｎ（ｎ：
２以上の整数）フレームの前記情報発生特性をそれぞれ
Ｐk-1 ，ｐk-1 ， … ，ｐk-n としたときに、前フレ
ーム（フレーム番号：ｋ−１）までの発生特性履歴を、 Ｐ^* k-1 ＝ａ1 ・ｐk-1 ＋ａ2 Ｐk-2 ＋ … ＋ａn ・
ｐk-n 但し ０＜ａi ＜１ （ｉ：自然数） ａ1 ＋ａ2 ＋ … ＋ａn ＝１ として求め、このＰ* k-1 を用いてＬk ＝Ｉk ／Ｐ^* k-
1 なる補正を行う。

【００４２】この方法では、現入力画像の直前ｎフレー
ムの履歴を加重平均するので、特定フレームの性質に左
右されず連続する数フレームの性質から補正を加えるこ
とになる。

【００４３】以上のようにして求められた補正目標情報
発生量Ｌk は、符号化特性選択器２１４に与えられる。
符号化特性選択器２１４では、補正目標情報発生量Ｌk
と変化量Ｃk と前フレームに用いた符号化特性Ｑk-1 と
から、現入力画像に対する符号化特性Ｑk を求める。

【００４４】符号化特性Ｑk は、以下のように算出され
る。すなわち、符号化特性選択器２１４は、推定情報発
生量演算器２１１に保有されているのと同様な下記テー
ブルをもっている。

【００４５】Ｑk ＝Ｇ（Ｃk ，Ｌk ，Ｑk-1 ） このテーブルは、情報発生量と変化量と符号化特性と１
フレーム前の符号化特性についての関係を示したもので
あり、推定情報発生量演算器２１１に保有されているテ
ーブルの形式を変型したものにすぎない。符号化特性選
択器２１４は、このテーブルから、現入力画像に対して
目標情報発生量を得るための最適な符号化特性を得るこ
とができる。

【００４６】量子化器１３、逆量子化器１４、逆変換器
１５は上記符号化特性Ｑk にもとづいて画像信号の量子
化及び符号化をおこなう。

【００４７】以上の構成により得られる符号化特性Ｑk
は、以下のような特徴がある。

【００４８】（ａ）変化量と１フレーム前の符号化特性
とから、現入力画像を符号化した際にどの程度の情報を
発生するかを予測して、目標情報発生量に近い情報発生
量を得られる符号化特性を求めるフィードフォワード型
の制御なので、画像変化に追従して情報発生量を制御で
きるようになる。

【００４９】（ｂ）しかも直前もしくは何フレームか前
までの、予測のずれを考慮した補正を行うフィードバッ
ク型の制御を併せて用いているので、情報発生量の制御
精度を高めることができると同時に、特定の画像フレー
ムの性質によって制御が発振状態に陥ることを防止でき
る。

【００５０】（ｃ）フレーム単位の制御なので、１フレ
ーム内の符号化特性の大きな変化による画像劣化を生じ
ない。

【００５１】なお本実施例では符号化特性Ｑk の制御を
フレーム単位で行っているが、これをフィールド単位で
行っても本実施例と同様の効果を有する。

【００５２】（ｄ）フィードフォワード型制御において
予測している情報発生量と変化量と符号化特性の関係か
らはずれるような画像に対しても精度よく情報発生量を
制御できる。

【００５３】第２実施例 以下、図面を用いながら本発明の第２実施例について説
明する。

【００５４】図４には本実施例における量子化特性制御
器２１の構成が示されている。図において、２１２は目
標情報発生量演算器、２１１は推定情報発生量演算器、
２１３は補正目標情報発生量演算器、２１４は符号化特
性選択器、２１５ａ，２１５ｂ，２１５ｃはフレーム遅
延器、２１６は符号化特性補正器、２１８は情報発生量
カウンタである。本第２実施例においては、現入力画像
（フレーム番号：ｋ）をＤ個（Ｄ：２以上の整数）の領
域に分割し、各々の領域ごとに使用する符号化特性を切
り替える。図５には領域分割の例として、１フレームを
８個の領域に分割した例が示されている。実際の符号化
は、領域番号の小さい順に実行される。

【００５５】次に動作について説明する。

【００５６】基本的な画像信号の流れは前述した第１実
施例と同様なので説明は省略し、特に量子化特性制御器
２１の動作を中心に説明する。本第２実施例において
は、量子化特性制御器２１に変化量演算器２２から変化
量が、バッファメモリ２０から蓄積量が、またビデオマ
ルチプレクスコーダＶＭＣ１９から符号化データが入力
されて符号化特性選択器２１４がフレーム単位の符号化
特性Ｑk を決定するところまでは、第１実施例と全く同
様の動作をする。

【００５７】一方、本第２実施例と第１実施例との違い
は、符号化特性Ｑk がそのまま量子化特性制御器２１の
出力として出力されるのではなく、符号化特性補正器２
１６によって補正された後に出力されることである。

【００５８】符号化特性補正器２１６の動作について以
下で説明する。

【００５９】図６には符号化特性補生器２１６の構成が
示されている。図において、２１６ａは領域番号カウン
タ、２１６ｂは補正器、２１６ｃは情報発生量累積器で
ある。

【００６０】情報発生量累積器２１６ｃには、情報発生
量カウンタ２１８から情報発生量が入力される。前述し
た第１実施例においては、量子化特性制御器２１に情報
発生量として与えられるのは、フレーム単位の前フレー
ムの情報発生量Ｊk-1 のみであったが、本第２実施例で
は、この他に現在符号化中のフレームに対する前記領域
単位の情報発生量Ｓi （ｉ：領域番号）も与えられる。
情報発生量累積器２１６ｃには、この領域単位の情報発
生量が入力される。

【００６１】情報発生量累積器２１６ｃはこの領域単位
の情報発生量を順次累積して、累積値Ｓi を補正器２１
６ｂに出力する。なお累積値はフレームの先頭でリセッ
トされる。領域番号カウンタ２１６ａからは、これから
符号化すべき領域の番号が出力され補正器２１６ｂに与
えられる。また、目標情報量演算器２１２から出力され
る目標情報量Ｉk が補正器２１６ｂに与えられる。

【００６２】ここで、これから符号化を行う領域の番号
をｍとする。補正器２１６ｂには、領域番号カウンタ２
１６ａから領域番号ｍが、情報発生量累積器２１６ｃか
ら領域１〜（ｍ−１）での情報発生量の累積値ΣＳi
（但し、和はｉ＝１〜ｍ−１である）が、目標情報演算
器２１２から目標情報量Ｉk が、また、符号化特性選択
器２１４からフレーム単位の符号化特性Ｑk が入力され
る。

【００６３】以上の入力から、補正器は領域番号ｍの領
域を符号化する際に使用する符号化特性ｑm を決定す
る。決定の基準は、例えば領域１〜（ｍ−１）までの情
報発生量の累積値ΣＳi から予測される現入力画像の情
報発生量が目標情報量を上回りそうならばＱk よりも情
報発生量が多くなる符号化特性をｑm とする。この補正
を加えることにより、現入力画像の１フレーム全体を符
号化特性Ｑk で符号化する場合よりも更に精度良く、情
報発生量を目標情報量に合わせ込むことができる。しか
も、前述した第１実施例で得られる符号化特性Ｑk 自体
が目標情報量にかなり近い情報発生量を与えるものであ
るから、符号化特性ｑm はＱk を微小な範囲で変化させ
ただけのものとなり、従来例のように１フレーム中で符
号化特性を大きく変化させることによる画像の劣化は引
き起こさない。

【００６４】次に実際に符号化特性ｑm を求める方法に
つき、例をもとに説明する。

【００６５】画像符号化の方法として、従来例と同様に
予測誤差信号をＤＣＴ変換しその変換係数を線形量子化
する場合を考える。このとき符号化特性ｑm は量子化の
ステップ幅となる。前記第ｍ番目の領域を符号化するの
に用いる線形量子化ステップ幅ｑm を、フレーム単位に
決定される前記符号化特性Ｑk 及び目標情報発生量Ｉk
と、前記領域番号ｍと、前記情報発生量の総和ΣＳi と
から、 ｑm ＝Ｑk （１＋ｆ（ ΣＳi ，ｍ，Ｉk ）） 但し、ｆ（ΣＳi ，ｍ，Ｉk ）はΣＳi とｍとＩk によ
って値が決定される関数として得ることができる。ここ
で、ｆ（ΣＳi ，ｍ，Ｉk ）の値は、領域１〜（ｍ−
１）までの情報発生量の累積値ΣＳi から予測される現
入力画像の情報発生量が、目標情報量Ｉk にどれだけ近
いかを表すものである。

【００６６】ＤＣＴの変換係数を線形量子化する場合、
ステップ幅が小さいときにはステップ幅の変化に対して
情報発生量が大きく変化し、ステップ幅が大きいときに
はステップ幅の変化に対して情報発生量の変化が小さい
ことが知られている。

【００６７】前式によって得られるステップ幅ｑm は、
目標情報量Ｉk からのずれの指標が同値であっても、Ｑ
k の値が大きいほどｑm への影響が大きいように構成さ
れており、前述の情報発生量の変化特性に良く追従する
ことができる。

【００６８】ｆ（ΣＳi ，ｍ，Ｉk ）としては、例え
ば、 ｆ（ΣＳi ，ｍ，Ｉk ）＝ｖ・（ΣＳi ／Δ−ｍ＋１） （但し Δ＝Ｉk ／Ｄ， ｖ：正の実数）なる関数が考
えられる。

【００６９】なお本実施例では符号化特性Ｑk の制御を
フレーム単位で行っているが、これをフィールド単位で
行っても本実施例と同様の効果を有する。

【００７０】第３実施例 以下、図面を用いながら本発明の第３実施例について説
明する。

【００７１】図７には本実施例の量子化特性制御器２１
の構造が示されている。図において、２１２は目標情報
発生量演算器、２１１は推定情報発生量演算器、２１３
は補正目標情報発生量演算器、２１４は符号化特性選択
器、２１５はフレーム遅延器、２１７はシーンチェンジ
検出器、２１８は情報発生カウンタである。

【００７２】次に動作について説明する。

【００７３】基本的な画像信号の流れは前述した第１実
施例と同様なので説明は省略し、特に量子化特性制御器
２１の動作を中心に説明する。

【００７４】本第３実施例では、１フレーム前の画像の
変化量Ｃk-1 と現入力画像の変化量Ｃk を入力して、シ
ーンチェンジ検出信号を生成して符号化特性選択器２１
４に与えるシーンチェンジ検出器２１７が新たに設置さ
れる。

【００７５】シーンチェンジ検出器２１７においては、
現入力画像の変化量Ｃk があらかじめ定めたしきい値Ｔ
ｈ１よりも大きいときにシーンチェンジ信号を有意とす
る。そして、シーンチェンジ信号が有意でないときは、
符号化特性選択器２１４は前述した第１実施例１と同様
の動作をする。一方、シーンチェンジ信号が有意のとき
は、符号化特性選択器２１４は目標情報量Ｉk よって一
意に定まる符号化特性をフレーム単位の符号化特性Ｑk
として出力する。

【００７６】この制御を行う理由は以下の通りである。
すなわち、シーンチェンジの発生したフレームの場合に
は、従来例の説明で述べた予測器１７において、フレー
ム内符号化が選択される頻度が非常に高くなる。シーン
チェンジ以外の場合には、フレーム内符号化が選択され
ることはまれである。１フレーム中でほとんどがフレー
ム内符号化されるような場合、そのフレームの情報発生
量は前フレームまでの符号化特性や情報発生量とは無関
係となる。このため、シーンチェンジの発生したフレー
ムには、フレーム内符号化を前提とした制御を行う必要
がある。

【００７７】実際には、フレーム内符号化を行った場合
の符号化特性と発生情報量の関係を、画像全般に対して
あてはまるように統計的に求め、これをテーブルとして
符号化特性選択器２１４に保有しておき、シーンチェン
ジ発生時にはここから符号化特性を決定する。

【００７８】またシーンチェンジ検出の方法としては、
前記方法以外にも以下のようなものも有効である。

【００７９】（１）フレーム毎の変化量の変位（Ｃk −
Ｃk-1 ）が所定のしきい値Ｔｈ２よりも大きい時にシー
ンチェンジとする方法。

【００８０】（２）フレーム毎の変化量の比（Ｃk ／Ｃ
k-1 ）が所定のしきい値Ｔｈ３よりも大きい時にシーン
チェンジとする方法。

【００８１】これらの方法は、比較的細かい絵柄が動い
ているような画像で、変化量が定常的に高い場合や、逆
に変化量が定常的に低い場合に有効である。

【００８２】なお本実施例では符号化特性Ｑk の制御を
フレーム単位で行っているが、これをフィールド単位で
行っても本実施例と同様の効果を有する。

【００８３】

【発明の効果】以上のように、請求項１乃至請求項３記
載の画像符号化装置によれば、入力画像の変化量と目標
情報発生量と前フレームを符号化するのに用いた符号化
特性とから、現入力画像の符号化に適した符号化特性を
決定するとともに、前フレーム以前を符号化した際の実
際の情報発生量と変化量と符号化特性の関係から目標情
報発生量を補正することにより、美しい画像を得ること
ができる。

【００８４】また、請求項４乃至請求項６記載の画像符
号化装置によれば、入力画像を複数個の領域に分割し、
各々の領域ごとに使用する符号化特性を切り替える手段
を具備し、ある領域を符号化するのに用いる符号化特性
を決定する際に、フレーム単位に決定される前記符号化
特性と、１フレーム中で他の領域を符号化した時にすで
に発生した情報発生量の総和とを用いるようにしたの
で、どんな画像の変化にもすばやく追従して情報発生量
を制御できる上に、きめ細く情報発生量を制御できる。

【００８５】さらに、請求項７乃至請求項９記載の画像
符号化装置によれば、入力画像の変化量からシーンチェ
ンジを検出し、シーンチェンジ時にはフレーム単位に決
定される前記符号化特性として専用の特性を用いるよう
にしたので、シーンチェンジにもすばやく追従して情報
発生量を制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による画像符号化装置の構
成図である。

【図２】本発明の第１実施例による変化量演算器の構成
図である。

【図３】本発明の第１実施例による量子化特性制御器の
構成図である。

【図４】本発明の第２実施例による量子化特性制御器の
構成図である。

【図５】本発明の第２実施例による画像の領域分割の例
を示す図である。

【図６】本発明の第２実施例による符号化特性補正器の
構成図である。

【図７】本発明の第３実施例による量子化特性制御器の
構成図である。

【図８】従来の画像符号化装置の構成図である。

【符号の説明】

１１ 減算器 １２ 離散コサイン変換器（ＤＣＴ） １３ 量子化器 １４ 逆量子化器 １５ 逆変換器 １６ 加算器 １７ 予測器 １８ ループ内フィルタ １９ ビデオマルチプレクスコーダ（ＶＭＣ） ２０ バッファメモリ ２１ 量子化特性制御器 ２２ 変化量演算器

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【手続補正書】

【提出日】平成６年４月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の画像符号化装置は、入力画像信号と
この入力画像信号のフレームに対する前フレーム（第１
のフレーム）との変化量ＣK を算出する変化量算出手段
と、前記入力画像信号のフレームに対する目標情報発生
量ＩK を算出する目標情報発生量算出手段と、入力画像
信号のフレームに対する前記前フレーム（第１のフレー
ム）の符号化特性Ｑk-1 と、前記第１のフレームに対す
る前フレーム（第２のフレーム）の符号化特性Ｑk-2 と
にもとづいて所定の画像の推定情報発生量Ｉ^* k-1 を算
出する推定情報発生量算出手段と、前記推定情報発生量
Ｉ ^* k -1、前記目標情報発生量Ｉk 及び前記入力画像信
号の符号化のときの情報発生量Ｊk-1 に基づいて補正目
標情報Ｌk を算出する補正目標情報発生量算出手段と、
前記変化量Ｃk 、前記補正目標情報Ｌk 、前記符号化特
性Ｑk-1 とを用いて前記入力画像信号の符号化特性Ｑk
を算出する符号化特性算出手段と、この符号か特性Ｑk
にもとづいて入力画像信号の符号化をおこなう符号化手
段と、を備えたことを特徴とする。

フロントページの続き (72)発明者 岡田 信一 神奈川県鎌倉市大船五丁目１番１号 三菱 電機株式会社通信システム研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力画像信号とこの入力画像信号のフレ
   ームに対する前フレーム（第１のフレーム）との変化量
   ＣK を算出する変化量算出手段と、 前記入力画像信号のフレームに対する目標情報発生量Ｉ
   K を算出する目標情報発生量算出手段と、 入力画像信号のフレームに対する前記前フレーム（第１
   のフレーム）の符号化特性Ｑk-1 と、前記第１のフレー
   ムに対する前フレーム（第２のフレーム）の符号化特性
   Ｑk-2 とにもとづいて所定の画像の推定情報発生量Ｉ^*
   k-1 を算出する推定情報発生量算出手段と、 前記推定情報発生量Ｉk ^* -1、前記目標情報発生量Ｉk
   及び前記入力画像信号の符号化のときの情報発生量Ｊk-
   1 に基づいて補正目標情報Ｌk を算出する補正目標情報
   発生量算出手段と、 前記変化量Ｃk 、前記補正目標情報Ｌk 、前記符号化特
   性Ｑk-1 とを用いて前記入力画像信号の符号化特性Ｑk
   を算出する符号化特性算出手段と、 この符号か特性Ｑk にもとづいて入力画像信号の符号化
   をおこなう符号化手段と、 を備えたことを特徴とする画像符号化装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像符号化装置におい
   て、 前記補正目標情報発生量算出手段は、 前記推定情報発生量Ｉ^* k-1 、及び前記情報発生量Ｊk-
   1 を用いて１フレーム前の画像の情報発生特性ｐk-1 を ｐk-1 ＝Ｊk-1 ／Ｉ^* k-1 により算出する情報発生特性算出手段と、 算出された情報発生特性ｐk-1 を用いて Ｌk ＝Ｉk ／Ｐk-1 により前記現入力画像の目標情報発生量Ｉk を補正する
   補正手段と、 を有することを特徴とする画像符号化装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の画像符号化装置におい
   て、 前記補正目標情報発生量算出手段は、 前記推定情報発生量Ｉ^* k-1 、及び前記情報発生量Ｊk-
   1 を用いて１フレーム前の画像の情報発生特性ｐk-1 を ｐk-1 ＝Ｊk-1 ／Ｉ^* k-1 により算出する情報発生特性算出手段と、 現入力画像のｎ（ｎは２以上の整数）フレーム前の画像
   の情報発生特性をそれぞれｐk-1 ，ｐk-2 ，…，ｐk-n
   としたときに、１フレーム前の画像での発生特性履歴Ｐ
   ^* k-1 を、 Ｐ^* k-1 ＝ａ1 ・ｐk-1 ＋ａ2 Ｐk-2 ＋ … ＋ａn ・
   ｐk-n 但し ０＜ａi ＜１ （ｉは自然数） ａ1 ＋ａ2 ＋ … ＋ａn ＝１ により算出する発生特性履歴算出手段と、 算出されたＰ^* k-1 を用いて Ｌk ＝Ｉk ／Ｐ^* k-1 により前記現入力画像の目標情報発生量Ｉk を補正する
   補正手段と、 を有することを特徴とする画像符号化装置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２または請求項３
   記載の画像符号化装置において、さらに、 現入力画像をＤ個（Ｄは２以上の整数）の領域に分割
   し、各々の領域ごとに使用する符号化特性を切り替える
   切替手段と、 を備え、少なくともフレーム単位に決定される前記符号
   化特性Ｑk 、領域番号ｍ、第１番目から第（ｍ−ｔ）番
   目（ｔはｔ≦ｍ−２なる自然数）までの領域を符号化し
   た時に発生した情報発生量の総和、及び目標情報発生量
   Ｉk を用いて第ｍ番目の領域を符号化するための符号化
   特性ｑm （ｍはｍ≦Ｄなる自然数）を決定することを特
   徴とする画像符号化装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の画像符号化装置におい
   て、 予測誤差信号を離散コサイン変換する変換手段と、 この変換手段からの変換係数を線形量子化する量子化手
   段と、 を有し、第ｍ番目の領域を符号化するのに用いる線形量
   子化ステップ幅ｑm をフレーム単位に決定される前記符
   号化特性Ｑk 、目標情報発生量Ｉk 、前記領域番号ｍ、
   及び前記情報発生量の総和Ｓを用いて、 ｑm ＝Ｑk （１＋ｆ（Ｓ ，ｍ，Ｉk ）） 但し、ｆ（Ｓ ，ｍ，Ｉk ）はＳ とｍとＩk によって
   値が決定される関数により算出することを特徴とする画
   像符号化装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の画像符号化装置におい
   て、 前記関数ｆは ｆ（Ｓ ，ｍ，Ｉk ）＝ｖ・（ Ｓ ／Δ−ｍ＋１） （但し Δ＝Ｉk ／Ｄ， ｖは正の実数）であることを
   特徴とする画像符号化装置。
7. 【請求項７】 請求項１または請求項２または請求項３
   または請求項４または請求項５または請求項６記載の画
   像符号化装置において、さらに、 前記変化量Ｃk と所定のしきい値とを比較する比較手段
   と、 を備え、前記変化量Ｃk が前記しきい値よりも大きい場
   合には前記符号化特性Ｑk として目標情報発生量Ｉk か
   ら一意に定まる特性を用いることを特徴とする画像符号
   化装置。
8. 【請求項８】 請求項１または請求項２または請求項３
   または請求項４または請求項５または請求項６記載の画
   像符号化装置において、さらに、 前記変化量Ｃk のフレーム毎の変化である（Ｃk −Ｃk-
   1 ）と所定のしきい値とを比較する比較手段と、 を備え、前記変化量Ｃk のフレーム毎の変化である（Ｃ
   k −Ｃk-1 ）の値が前記しきい値よりも大きい場合には
   前記符号化特性Ｑk として目標情報発生量Ｉkから一意
   に定まる特性を用いることを特徴とする画像符号化装
   置。
9. 【請求項９】 請求項１または請求項２または請求項３
   または請求項４または請求項５または請求項６記載の画
   像符号化装置において、さらに、 前記変化量Ｃk のフレーム毎の変化の比であるＣk ／Ｃ
   k-1 と所定のしきい値とを比較する比較手段と、 を備え、前記変化量Ｃk のフレーム毎の変化の比である
   Ｃk ／Ｃk-1 の値が前記しきい値よりも大きい場合には
   前記符号化特性Ｑk として目標情報発生量Ｉkから一意
   に定まる特性を用いることを特徴とする画像符号化装
   置。