JPH07212767A - 画像データ圧縮装置 - Google Patents

画像データ圧縮装置

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JPH07212767A
JPH07212767A JP502394A JP502394A JPH07212767A JP H07212767 A JPH07212767 A JP H07212767A JP 502394 A JP502394 A JP 502394A JP 502394 A JP502394 A JP 502394A JP H07212767 A JPH07212767 A JP H07212767A
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JP
Japan
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frame
quantization step
picture
image
image data
Prior art date
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Pending
Application number
JP502394A
Other languages
English (en)
Inventor
Takatoshi Nada
孝稔 名田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH07212767A publication Critical patent/JPH07212767A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/10Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/169Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding
    • H04N19/17Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being an image region, e.g. an object

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 符号化する画像に応じて符号量を最適に割当
てることのできる画像データ圧縮装置を提供する。 【構成】 符号化器101で入力画像が圧縮符号化さ
れ、復号化器102により復号される。一方、入力画像
は、フレーム遅延器103によりフレーム単位で遅延さ
れ、復号化された画像と対応して、SN比演算器104
に入力される。SN比演算器104により復号化された
画像と原画とのSN比が求められ、量子化ステップ演算
器106に送られる。量子化ステップ演算器106で
は、求められたSN比に応じて符号量が割り当てられ、
量子化ステップが計算される。また、量子化ステップ入
力装置105により、フレーム内の特定の領域の量子化
ステップが入力される。求められた量子化ステップは、
符号化器101に送られ、再度繰り返し、符号化が行わ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像の帯域圧縮を必要
とする通信系および蓄積メディア系(ディスク,テープ
等)に使用される画像データ圧縮装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高S/Nを実現するために、画像
データをディジタル化し、記録または伝送する試みが多
くなされている。ところが、画像データをディジタル化
して記録再生しようとすると広い帯域が必要となり、媒
体の必要面積、およびコストの増大および通信コストの
増大を招く。そこで、画像の持っている相関性および人
間の持つ視覚特性を利用し、画像のデータ量を大幅に削
減するための試みがなされている。
【0003】以下に、従来の画像データ圧縮装置につい
て説明する。図4はこの従来の画像データ圧縮方式によ
り符号化されたフレームの構成を示している。まず、複
数枚のフレームで1つのフレームグループを構成したと
する。1つのグループの内で、最初のフレームはフレー
ムデータを差分処理しないで符号化する。そして、次
に、そのフレームのグループの内3枚毎に前方予測し、
その差分を符号化する。最初のフレームと次の前方予測
のフレームの間、または、前方予測フレームどうしの
間、または、前方予測のフレームと、次のグループの最
初のフレームとの間にあるフレームは、両側のフレーム
内処理または前方予測されたフレームから補間されたデ
ータとの差分が、それぞれ符号化されていく。
【0004】次に、具体的に、符号化方法について説明
する。図5は従来の動画像データ圧縮装置の構成を示す
ブロック図である。動画像データは、フレーム間に大き
な相関が有るため、前方予測による処理または、前方、
後方の両側による処理等が行われる。
【0005】図4にフレームの順番とフレームの相関処
理の関係を示す。前方予測フレームは、イントラフレー
ムが処理された後、処理される。また、両側予測フレー
ムは、イントラフレーム、または、前方予測フレームが
処理された後、処理される。
【0006】図6は符号化されるフレームの順番を示
す。ここで、1つのグループは、15のフレームにより
構成され、フレーム1は差分処理されないで符号化され
るフレームで、フレーム4,7,10,13は前方予測
差分で符号化されるフレーム、その他は両側予測差分し
た後符号化されるフレームである。従って、まず、フレ
ーム1が符号化され、次にフレーム4が前方予測差分符
号化され、次に、フレーム2〜3までがフレーム1,フ
レーム4により両側予測差分され、順次同様の処理が行
われる。
【0007】次に、発生符号量を決定する量子化につい
て説明する。量子化は、量子化ステップ演算器503に
より行われる。発生する符号量は、可変長符号化されて
いるため変化するが、出力されるデータのレートを一定
にするために、発生した符号は、一時、レートバッファ
502に蓄えられる。しかし、レートバッファ502に
符号量がアンダーフロー、オーバーフローしないよう
に、また、画質を最適に保つために、量子化ステップ演
算器503により量子化ステップが求められる。イント
ラフレーム、前方予測フレーム、両側予測フレームの発
生する符号量は、画質を一定に保とうとすると、一般
に、イントラフレームが最も多く、両側予測フレームが
最も少ない。しかも、レートバッファ502からは、一
定のレートで出力されるため、レートバッファ502の
蓄積されるバッファ量は図7のようになる。ここで、フ
レーム1は、フレーム内処理されたデータであるため、
発生符号量は、出力レートよりも十分多いためバッファ
量は大きく増大する。フレーム4は、前方予測のフレー
ムであるため、発生符号量は、出力レートよりも若干多
いためバッファ量は少し増大する。フレーム2〜3は、
両側予測のフレームで出力レートよりも少ないために、
バッファ量は、減少する。
【0008】いま、平均出力レートをRとし、イントラ
の発生符号量をBIとし、イントラフレームと、前方予
測フレームと両側予測フレームの発生符号量の比率を
1:α P:αBとすると、次のような関係になる。
【0009】
【数1】
【0010】ここで、1フレームグループを15とし、
イントラフレームの数を1フレーム、前方予測フレーム
の数を4フレーム、両側予測のフレームの数を10フレ
ームとした。したがって、イントラフレームの目標発生
符号量は、
【0011】
【数2】
【0012】となる。また、αPを0.5、αBを0.25
とすると、イントラフレームの目標発生符号量は、
【0013】
【数3】
【0014】前方予測フレームの目標発生符号量B
Pは、
【0015】
【数4】
【0016】両側予測フレームの目標発生符号量B
Bは、
【0017】
【数5】
【0018】となる。また、フレームを16画素×16
画素のマクロブロックに分割したとし、1フレームが3
30のマクロブロックで構成された場合、イントラフレ
ームのマクロブロックの目標発生符号量MIは、
【0019】
【数6】
【0020】前方予測フレームのマクロブロックの目標
発生符号量MPは、
【0021】
【数7】
【0022】両側予測フレームのマクロブロックの目標
発生符号量MBは、
【0023】
【数8】
【0024】となる。そして、イントラフレーム、前方
予測フレーム、両側予測フレームの量子化係数はそれぞ
れ、以前の量子化係数k(m−1)とマクロブロックの
バッファステイタスS(m−1)より求められ、
【0025】
【数9】
【0026】となる。ここで、SI,SP,SBは、イン
トラフレーム,前方予測フレーム,両側予測フレームの
マクロブロックのバッファステイタスを示し、それぞれ
【0027】
【数10】
【0028】なる関係があり、B(m)は発生した符号
量である。つまり、発生符号量が、目標とする符号量よ
りも大きければ、量子化係数が大きくなり、量子化ステ
ップが、粗くなる。一方、発生符号量が、目標とする符
号量よりも小さければ、量子化係数が小さくなり、量子
化ステップが、細かくなる。以上のように量子化係数を
決めることにより画質に最適な符号量を割当てることが
できる。
【0029】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、各フレームの発生する符号量は画像自身の
細かさ及び画像の動きの複雑さに関係するため、符号化
しようとする画像によって、その比率は異なる。
【0030】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、符号化しようとする画像に応じて、符号量を最適に
割当てることを目的とする。
【0031】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の画像データ圧縮装置は、一度符号化されたデ
ータを復号化し、原画とのSN比を求めることにより、
各フレームの目標符号量を決定し、さらに、外部からフ
レーム内の特定の領域を指定することにより、量子化ス
テップを決定することによる。
【0032】
【作用】本発明は上記した構成により、画像に応じて最
適な符号割当てを行うことができる。
【0033】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。
【0034】図1は本発明の第1の実施例における画像
データ圧縮装置のブロック図を示すものである。図1に
おいて、符号化器101は入力画像データを圧縮符号化
する符号化器である。符号化器は、一般に、動画像デー
タの場合、フレーム間差分処理、直交変換、可変長符号
化等の処理が行われる。符号化されたデータは、復号化
器102により復号化処理が行われる。一方、入力画像
は、フレーム遅延器103により復号化された画像デー
タに合致するように遅延され、SN比演算器104によ
りSN比が計算される。計算されたSN比に基づいて、
量子化ステップ演算器106により各フレームのSN比
がある程度一定になるように各フレームの割当て符号量
が計算される。また、量子化ステップ入力装置105に
より、各フレーム内の特定の領域の量子化ステップを変
更することができる。次に、求められた量子化ステップ
により、再度、同じ画像シーケンスに対して符号化が行
われる。
【0035】以上のように構成された本実施例の画像デ
ータ圧縮装置について、以下その動作について説明す
る。まず、最初に従来と同様の方法で符号化される。し
かし、最初符号化されたデータは、イントラフレーム、
前方予測フレーム、両側予測フレームの符号量の比率及
び、レートバッファに蓄積されるバッファ量に基づいて
符号化されているため、例えば、図2の点線のようにS
N比に大きな偏差を生じ、画質的にはチラツキが生じ
る。
【0036】そこで、復号化器102により、符号化さ
れたデータを復号し、フレーム遅延器103により対応
した入力画像と比較し、SN比がSN比演算器104に
より求められる。最初の圧縮伸張の結果求められたSN
比は、図2の点線のように偏差が大きくなっているが、
符号量の見直しを行うことにより、ある一定の範囲内に
納まるようにする。例えば、図2の点線において、フレ
ーム2、フレームN−1は、SN比が極端に低いため、
フレーム2、フレームN−1に対して割当て符号量を増
やす。そして、増加した割当て符号量に応じて、他のフ
レームの割当て符号量も見直される。ただし、見直され
る符号量は、レートバッファがオーバーフロー、アンダ
ーフローを起こさないように予めチェックされる。同様
の処理が、ある範囲のシーケンスに対して繰り返し行わ
れ、図2の実線のように、SN比がある一定の範囲内に
納まるまで行われる。
【0037】次に、フレーム内のSN比が、ある一定の
範囲内に納まると、フレーム内の特定の領域の画質を改
善する。例えば、人間の顔の部分など、注目すべき領域
の画質を改善する。特定の領域の画質を改善するために
は、特定の領域の量子化ステップを細かく再設定する必
要がある。そこで、図3に示すように、圧縮伸張処理さ
れた画像を左側、同じ画像の領域をメッシュで区切った
画像を右側に表示する。ここで、メッシュの単位は、マ
クロブロックまたは、複数個のマクロブロックでも良
い。そして、ポインティングデバイス(マウス等)によ
り改善したい領域(図3の斜線部)を指定し、その部分
の量子化ステップを細かくする。さらに、各フレームの
中の各領域に対して同様の処理が行われ、量子化ステッ
プ演算器106により量子化ステップの見直しが行われ
る。そして、再度、同じシーケンスに対して符号化処理
を行い、満足できる画質になるまで繰り返される。以上
のように量子化ステップを決めることにより最適な画質
を得ることができる。
【0038】
【発明の効果】以上のように本発明は、フレーム毎、ま
たは、スライス毎に、SN比を求めることにより、フレ
ーム、または、スライスの符号量の割当てを行うことが
でき、また、外部から特定の領域の量子化ステップを細
かくすることにより、最適なレートコントロール及び、
画質を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における画像データ圧縮装置の
構成を示すブロック図
【図2】同実施例における量子化ステップの変更前と変
更後のSN比の関係を説明するための説明図
【図3】同実施例における特定領域を指定する量子化ス
テップ入力装置を説明するための説明図
【図4】従来例における符号化されるフレームの構成を
説明するための説明図
【図5】従来例における画像データ圧縮装置の構成を示
すブロック図
【図6】従来例における処理するフレームの順番を説明
するための説明図
【図7】従来例におけるレートバッファに蓄積される符
号量を説明するための説明図
【符号の説明】
101 符号化器 102 復号化器 103 フレーム遅延器 104 SN比演算器 105 量子化ステップ入力装置 106 量子化ステップ演算器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 動画像データを圧縮符号化する符号化器
    と、 前記符号化器により符号化されたデータを復号化する復
    号化器と、 入力画像データを遅延させるためのフレーム遅延器と、 前記フレーム遅延された画像と前記復号化された画像と
    を比較し、SN比を求めるためのSN比演算器と、 外部から、フレーム内のサブ領域の量子化ステップを入
    力するための量子化ステップ入力装置と、 前記SN比演算器によって求められた結果と前記量子化
    ステップ入力装置とに基づいて量子化ステップを求める
    ための量子化ステップ演算回路とを備えた画像データ圧
    縮装置。
  2. 【請求項2】 フレーム単位での符号割当て量及び量子
    化ステップは、フレーム単位でのSN比に基づき、画像
    のグループ内で調整するように動作する請求項1記載の
    画像データ圧縮装置。
  3. 【請求項3】 フレーム内での量子化ステップは、一
    度、符号化、復号化処理された画像を見ながら特定のポ
    イントを指定することにより外部から変更できるように
    動作する請求項1記載の画像データ圧縮装置。
JP502394A 1994-01-21 1994-01-21 画像データ圧縮装置 Pending JPH07212767A (ja)

Priority Applications (1)

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JP502394A JPH07212767A (ja) 1994-01-21 1994-01-21 画像データ圧縮装置

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JP502394A JPH07212767A (ja) 1994-01-21 1994-01-21 画像データ圧縮装置

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JPH07212767A true JPH07212767A (ja) 1995-08-11

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JP502394A Pending JPH07212767A (ja) 1994-01-21 1994-01-21 画像データ圧縮装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0824824A4 (en) * 1995-05-08 1998-09-09 Toshiba Kk SYSTEM FOR MODIFYING ENCODED VIDEO FRAMES

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0824824A4 (en) * 1995-05-08 1998-09-09 Toshiba Kk SYSTEM FOR MODIFYING ENCODED VIDEO FRAMES
US5819004A (en) * 1995-05-08 1998-10-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Method and system for a user to manually alter the quality of previously encoded video frames

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