JPH07222154A - 映像符号化方法およびその装置 - Google Patents

映像符号化方法およびその装置

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JPH07222154A JP26008594A JP26008594A JPH07222154A JP H07222154 A JPH07222154 A JP H07222154A JP 26008594 A JP26008594 A JP 26008594A JP 26008594 A JP26008594 A JP 26008594A JP H07222154 A JPH07222154 A JP H07222154A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑度の異なる映像で構成された画面内でも
画質の劣化なく符号化できる映像信号符号化方法および
装置を提供する。 【構成】 入力画像に対して空間領域に対する複雑度に
応じて各マクロブロックに対する複雑度の正規化値を求
める段階と、入力画像に対して離散余弦変換を取り、各
マクロブロックに対する離散余弦変換係数が±１より小
さい係数をカウントしてゼロ係数和を求める段階と、ゼ
ロ係数和により各マクロブロックに対するゼロ係数正規
化値を求める段階と、ゼロ係数和と圧縮率に応じて各マ
クロブロックに対する遷移加重値を求める段階および複
雑度正規化値、ゼロ係数正規化値および前記遷移加重値
を加えて圧縮整数を求める段階とを含む。 【効果】 これにより、画面内で複雑度の異なる映像に
対応して画像の劣化なく一定したビット率で符号化でき
る利点がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は映像信号符号化方法およ
びその装置に関し、例えば複雑度の異なる映像を一定し
たビット率で符号化するために複雑度による圧縮整数を
求めて映像を量子化する際に最適な映像符号化方法およ
びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】貯蔵および通信技術は、最近のコンピュ
ーターと半導体、そしてディジタル信号の処理技術の発
展に負って急速に発展している。これに伴いディジタル
映像装置、例えばディジタルＶＴＲ、ディジタルビデオ
カメラ、ビデオフォン又はテレビジョン電話機などでは
映像情報を記録媒体に効率的に記録し再生映像の質を高
めるための技術が要求される。
【０００３】しかしながら、映像信号をディジタル方式
で記録あるいは伝送する場合、ディジタル映像信号のデ
ータ量はアナログ方式に比べて非常に膨大となるため、
記録媒体および伝送チャンネルを効率的に使用するため
には映像情報の圧縮が必要となる。映像信号圧縮と関連
して従来主に使用されてきた方式は、離散余弦変換技法
と可変長符号化技法である。図５は従来の映像信号符号
化装置の構成を示したブロック図であり、離散余弦変換
部１１は時間領域のデータである一定の大きさの映像ブ
ロック、例えば８×８の映像ブロックを６４個の周波数
領域の離散余弦変換係数に変換する。
【０００４】量子化部１２は離散余弦変換部１１から出
力される離散余弦変換係数を所定の量子化間隔で量子化
する。可変長符号化部１３は情報量の少ないデータ、す
なわち情報的価値の低いデータには少ない数のビットが
割り当てられ、情報量の多いデータ、すなわち情報的価
値の高いデータには多い数のビットが割り当てられるよ
うに可変長さの符号化データを生成して符号化時要求さ
れるビット数を最小化する。バッファ１４は可変長符号
化部１３から出力されるデータの長さが一定でないた
め、一時的に貯蔵した後一定したビット率で出力する。
【０００５】従来においては、離散余弦変換部１１で入
力映像を８×８ブロックの小さい副映像に分けてそれぞ
れ独立的に処理し、量子化部１２は離散余弦変換係数を
バッファ１４の状態と現在入力映像の複雑度により求め
られた量子化間隔で量子化する。したがって、隣接する
マクロブロック間の量子化の間隔の差が大きければ隣接
マクロブロックの境界面ではブロック間の相関性が失わ
れ所謂ブロック効果が現れる。
【０００６】また、各マクロブロックに対して一定の量
子化間隔で量子化する場合、１画面内でも各マクロブロ
ックに対して複雑度が異なるため画面上に不均一にエラ
ーが発生して特定部分の画質が低下するアーティファク
ト（artifact）が現れ、このようなアーティファクトが
発生しないように適した量子化間隔を決定すべきであ
り、この決定がなによりも重要である。
【０００７】一方、可変長符号化は発生するコードの長
さが可変的なので、高速サーチのような特殊再生の時再
生にくしため、発生するビット量を一定に制御する必要
がある。ビット量を決定する重要なパラメータである圧
縮整数は量子化器の量子化間隔を決定し、これにより圧
縮比が決定され画面の解像度にも影響を及ぼす。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示したようにビット量を一定に制御するためにバッファ
を利用する場合バッファの充満度により量子化間隔を制
御するため、１画面内での複雑度に適応して特定領域
（マクロブロック）に適したビット割当が困難だという
問題点があった。
【０００９】一方、ＤＣＴ変換ブロックの複雑度を検出
した後周辺のＤＣＴ変換ブロックの関係により量子化器
の量子化間隔を適応的に調整してブロッキング現象を緩
和させる映像信号符号化／復号化システムは米国特許番
号５，２５３，０７５号に開示されている。前述した装
置は周波数領域上の情報を利用して画像の複雑度を検出
して量子化間隔を調節しているが、従来の映像信号符号
化／復号化システムは空間領域上の所定ブロック（マク
ロブロック）に対して一定したビット率で符号化するた
めの手段が提供できなかった。
【００１０】本発明の目的は、所定数の単位ブロックか
ら構成される副ブロック単位で検出された複雑度に適応
して一定したビット率で映像データが符号化できる圧縮
整数を決定する映像符号化方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、マクロブロック単位で空間
領域および周波数領域上から検出された複雑度に適応し
て量子化間隔を調整する映像符号化方法を提供すること
である。
【００１１】更に本発明の他の目的は、副ブロック単位
で検出された複雑度に適応して圧縮整数を求めて量子化
間隔を決定するための映像符号化装置を提供することで
ある。
【００１２】
【課題を達成するための手段】前記の目的および他の目
的を達成するために本発明による映像符号化方法は、例
えば以下の構成を備える。即ち、所定数の単位ブロック
で構成された副ブロック単位に分割される入力画像に対
して時間領域のデータである副ブロックを周波数領域の
データである離散余弦変換係数に変換する離散余弦変換
部と、前記離散余弦変換係数を圧縮整数により決定され
る所定の量子化間隔で量子化する量子化部と、量子化さ
れた係数を可変長符号化する可変長符号化部とを具備す
る映像符号化装置において、前記副ブロック単位で入力
画像のピクセル値により複雑度を計算する複雑度計算部
と、各副ブロックに対して前記複雑度を正規化する複雑
度正規化部と、前記離散余弦変換部で変換された離散余
弦変換係数で前記副ブロック単位で所定範囲内にある小
さいゼロ係数をカウントするゼロ係数カウント部と、各
副ブロックに対して前記ゼロ係数を正規化するゼロ係数
正規化部と、前記ゼロ係数と予め設定される圧縮率によ
り遷移加重値を計算する加重値計算部と、前記複雑度正
規化値、前記ゼロ係数正規化値および前記遷移加重値を
加えて前記圧縮整数を発生して前記量子化部に出力する
圧縮整数発生部とを含むことを特徴とする。
【００１３】そして例えば、前記副ブロックはマクロブ
ロック単位であることを特徴とする。あるいは、前記ゼ
ロ係数カウント部で所定数は±１であることを特徴とす
る。
【００１４】
【作用】以上の構成において、入力映像の空間領域上の
複雑度と周波数領域上の複雑度により一定したビット率
で符号化する圧縮整数を求めて量子化器の量子化間隔を
調整することにより、複雑度の異なる映像で構成された
画面内でも画質の劣化なく符号化できる。
【００１５】
【実施例】以下、添付した図面に基づき本発明に係る一
実施例を詳細に説明する。図１のＡないし図１のＣは、
ＣＣＩＲ６０１勧告案の４：２：２フォーマットの画像
を示し、図２のＡおよび図２のＢはＹ（回路）画面に対
してマクロブロックの構成を説明するための図面であ
る。
【００１６】各画像はＹ（図１のＡ）、Ｃｒ（図１の
Ｂ）、Ｃｂ（図１のＣ）信号で構成され、各信号はマク
ロブロックに分けられる。各マクロブロックはＹ信号に
４個の８×８ピクセルブロックの信号、ＣｒおよびＣｂ
信号に対してそれぞれ２つの８×８ピクセルブロックの
信号からなる。図２のＡはＹ信号の１画面を示してお
り、図２のＢはＹ信号に対して１６×１６ピクセルのマ
クロブロックを示している。
【００１７】図３は本発明に係る一実施例の圧縮整数を
決定するための映像符号化方法に対する流れ図であり、
図１のＡないし図２のＢを参照して入力画像に対する圧
縮整数を決定する本実施例の映像符合化方法を詳細に説
明する。数式に使用される記号の定義は次の通りであ
る。Ｐｉｘ（ｋ，ｌ）はピクセル値、ｋは０，１，・・
・，７、ｌは０，１，・・・，７、Ｎはブロック数（本
実施例でＮ＝４）、ＭＢはマクロブロック数（本実施例
でＭＢ＝３０×４５）、ｉは０，１，２，３，・・・，
ＭＢー１、ｊは０，１，・・・，Ｎー１である。
【００１８】第１の過程として、空間領域に対する複雑
度により各マクロブロックに対する複雑度正規化値を求
めるために、入力された４：２：２フォーマット画像
（第４１０段階）に対してマクロブロック内の各８×８
ブロック（以下単位ブロックと称する）単位で画像の平
均複雑度を求める（第４２１段階）。複雑度は輝度信号
Ｙに対して、画像のピクセル値を利用して計算する。
【００１９】単位ブロックの平均複雑度Ａyb[j] は、以
下に示す数１式により求める。
【００２０】
【数１】
【００２１】マクロブロックに対して以下に示す数２式
により、単位ブロックの平均複雑度を全部合算した後、
単位ブロック数で割ってマクロブロックの平均複雑度Ａ
yt[i] を求める（第４２２段階）。
【００２２】
【数２】
【００２３】ここで、Ｎは４である。続いて数３式によ
りマクロブロックの各単位ブロックの平均複雑度と実際
ピクセル値の間の差に対する単位ブロックの自乗平均値
σ2 BT[j] を求める（第４２３段階）。
【００２４】
【数３】
【００２５】そして数４式により各マクロブロックの４
つのＹ単位ブロック（ｊ＝０〜３）に対して各単位ブロ
ックの自乗平均値のうち最小自乗平均値を求めた後１を
加え、各マクロブロックの最小自乗平均値σ2 BT min
[i]を求める（第４２４段階）。
【００２６】
【数４】σ2 BTmin [i] ＝ＭＩＮ（σ2 BT[j] ）＋１ ここで１を加えることは最小自乗平均値が“０”になら
ないようにするためである。そして数５式により各マク
ロブロックに対してマクロブロックの最小自乗平均値と
平均複雑度により正規化して、マクロブロックの複雑度
正規化値ＮｏｒACT[i] を求める（第４２５段階）。
【００２７】
【数５】
【００２８】ここで、αは正規化のための定数である。
第２の過程として映像信号の周波数領域で各マクロブロ
ックに対するゼロ係数正規化値と遷移加重値を求めるた
めに、数６式 及び数７式に基づき 入力された４：
２：２フォーマット画像４１に対して離散余弦変換を行
った係数(PixCoef f(u,v)) を求める（第４３１段階）。
【００２９】
【数６】
【００３０】ここで、ｕ，ｖ＝０，１，・・・，７であ
る。
【００３１】
【数７】
【００３２】次に数８式によりマクロブロックのうちＹ
ブロックに対して離散余弦変換係数が±１より小さい係
数を全てカウントしてマクロブロックのゼロ係数和Ｚ
[i] を求める（第４３２段階）。
【００３３】
【数８】
【００３４】そして数９式により各マクロブロックのゼ
ロ係数和を全てのマクロブロックに対して合算して全体
ゼロ係数和ＺT を求める（第４３３段階）。
【００３５】
【数９】
【００３６】続いて数１０式により 全体ゼロ係数和を
マクロブロックの数で割って、マクロブロックの平均ゼ
ロ係数和ＡZEROを求める（第４３４段階）。
【００３７】
【数１０】ＡZERO＝（Ｚr ／ＭＢ） 続いて数１１式により、マクロブロックの平均ゼロ係数
和と各マクロブロックのゼロ係数和の差を自乗してマク
ロブロックのゼロ係数自乗平均値σ2 ZERO[i]を求める
（第４３５段階）。
【００３８】
【数１１】σ2 ZERO[i] ＝（ＡZERO−Ｚ[i] ）2 続いて数１２式によりマクロブロック当たりゼロ係数自
乗平均値とゼロ係数和により正規化して、各マクロブロ
ックのゼロ係数正規化値ＮｏｒZERO[i] を求める（第４
３６段階）。
【００３９】
【数１２】
【００４０】ここで、αは正規化のための定数である。
圧縮整数は画像の複雑度により可変し、量子化間隔は該
圧縮整数により決定される。ゼロ係数の発生頻度により
量子化間隔が変動されることができ、圧縮率により圧縮
整数が制御されるため、Ｗを圧縮整数の遷移加重値とす
れば次のように表せる。
【００４１】
【数１３】Ｗ＝（ＡZEROー (β×RATIO)）／γ したがって、マクロブロックの平均ゼロ係数和と圧縮し
ようとする圧縮率に応じて各マクロブロックに対する遷
移加重値Ｗを求める（第４４１段階）。ここで、β、γ
は加重値のための定数であり、RATIO は圧縮率で、該圧
縮率が予め決定される。
【００４２】したがって、マクロブロック単位の圧縮整
数ＳＦ[i] は以下に示す数１４にしたがって複雑度正規
化値とゼロ係数正規化値と遷移加重値との和で定められ
る（第４５０段階）。
【００４３】
【数１４】 ＳＦ[i] ＝ＮｏｒACT [i] ＋ＮｏｒZERO[i] ＋Ｗ 圧縮整数は量子化器で量子化行列により離散余弦変換係
数の量子化間隔を決定する。すなわち、マクロブロック
の平均ゼロ係数和が大きいほど、圧縮率が小さいほど遷
移加重値Ｗも大きくなり、遷移加重値Ｗが大きくなれば
圧縮整数は大きくなり、量子化間隔は小さくなる。
【００４４】図４は本発明に係る一実施例の上述した映
像符合化処理を実行可能な映像符号化装置の構成例を示
すブロック図である。本実施例の符号化装置は、Ｙ，Ｃ
ｒ，Ｃｂ信号のマクロブロックに分けられる入力画像に
対して、時間領域のデータであるマクロブロックデータ
を周波数領域のデータである離散余弦変換係数に変換す
る離散余弦変換部５１、離散余弦変換部５１から出力さ
れる離散余弦変換係数を所定の量子化間隔で量子化する
量子化部５８、情報量により可変長さの符号化データを
生成して全体的に最小限のビット数で符号化する可変長
符号化部５９を具備する従来の映像符号化装置に入力映
像に対する圧縮整数を求めるための構成を更に含んでい
る。
【００４５】次いで、図５に示す従来の装置に比して付
加された構成を中心として図４を説明することにする。
複雑度計算部５２は入力映像のピクセル値により複雑度
を計算し、複雑度正規化部５３は各マクロブロックに対
して前記複雑度を正規化する。ゼロ係数カウント部５４
は、離散余弦変換部５１で変換された離散余弦変換係数
のうち±１より小さいゼロ係数をカウントし、ゼロ係数
正規化部５５は各マクロブロックに対してゼロ係数を正
規化する。
【００４６】加重値計算部５６は、マクロブロックに対
してゼロ係数カウント部５４でカウントしたゼロ係数と
圧縮率により遷移加重値を計算する。加算器５７は複雑
度正規化値とゼロ係数正規化値と遷移加重値とを合算し
て圧縮整数を発生して量子化器５８に出力する。離散余
弦変換係数に対する量子化間隔は圧縮整数と量子化行列
により決定される。量子化行列は全ての入力映像毎に変
化の程度、色成分の特性、解像度、応用目的などが異な
るため、それに適した量子化行列を求めるべきであり、
人間の視覚的特性と離散余弦変換係数の特性を結合した
様々な心理視覚的な実験により求められる。
【００４７】量子化器５８は決定された量子化間隔によ
り映像信号を量子化し、その結果値が可変長符号化器５
９を経て望むビット率の圧縮されたビットストリームが
得られる。前記実施例においてマクロブロックは一定の
ビット率で符号化したが、マクロブロック単位より拡張
されたブロック単位でも可能である。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、入
力映像の空間領域上の複雑度と周波数領域上の複雑度
（ゼロ係数の発生頻度）により一定したビット率で符号
化する圧縮整数を求めて量子化器の量子化間隔を調整す
ることにより、複雑度の異なる映像で構成された画面内
でも画質の劣化なく符号化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】入力画像のＣＣＩＲ ６０１ ４：２：２フォ
ーマット図である。
【図２】図１に示したＹ信号に対する構成マップを示す
図である。
【図３】本発明に係る一実施例による映像符号化方法に
よる圧縮整数を決定する処理を示すフローチャートであ
る。
【図４】本発明に係る一実施例の映像符号化装置の構成
を示すブロック図である。
【図５】従来の映像符号化装置の構成を示すブロック図
である。
【符合の説明】
５２ 複雑度計算部 ５３ 複雑度正規化部 ５４ ゼロ係数カウント部 ５５ ゼロ係数正規化部 ５６ 加重値計算部 ５７ 加算器 ５８ 量子化器 ５９ 符号化器

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力画像を所定数の単位ブロックで構成
    された副ブロック単位に分割して分割された映像信号を
    圧縮整数により決定される所定の量子化間隔に量子化し
    た後符号化する映像符号化方法において、 前記入力画像に対して空間領域に対する複雑度に応じて
    各副ブロックに対する複雑度の正規化値を求める段階
    と、 前記入力画像に対して離散余弦変換を取り、各副ブロッ
    クに対する離散余弦変換係数が所定数より小さい係数を
    カウントしてゼロ係数和を求める段階と、 前記ゼロ係数和により各副ブロックに対するゼロ係数正
    規化値を求める段階と、 前記ゼロ係数和と予め設定される圧縮率に応じて各副ブ
    ロックに対する遷移加重値を求める段階と、 前記複雑度正規化値、前記ゼロ係数正規化値および前記
    遷移加重値を加算して前記圧縮整数を求める段階とを含
    むことを特徴とする映像符号化方法。
  2. 【請求項２】 前記複雑度正規化値の算出段階では複雑
    度正規化値を求めることが輝度信号に対して行われるこ
    とを特徴とする請求項１項記載の映像符号化方法。
  3. 【請求項３】 前記所定数は±１であることを特徴とす
    る請求項１項記載の映像符号化方法。
  4. 【請求項４】 前記ゼロ係数値の算出段階で前記離散余
    弦変換係数が±１より小さい係数はＹに対する係数であ
    ることを特徴とする請求項３項記載の映像符号化方法。
  5. 【請求項５】 前記副ブロックはマクロブロックである
    ことを特徴とする請求項１項記載の映像符号化方法。
  6. 【請求項６】 前記複雑度正規化値の算出段階は、 マクロブロックの各単位ブロックに対し平均複雑度を求
    める段階と、 前記単位ブロックの平均複雑度に応じてマクロブロック
    の平均複雑度を求める段階と、 単位ブロックの平均複雑度と実際の画素値の差を算出し
    て単位ブロックの自乗平均値を求める段階と、 マクロブロックで各単位ブロックに対して前記自乗平均
    値のうちの最小値に１を加えマクロブロックの最小自乗
    平均値を求める段階と、 各マクロブロックに対して前記マクロブロックの最小自
    乗平均値と平均複雑度に応じて正規化して各マクロブロ
    ックの複雑度正規化値を求める段階とからなることを特
    徴とする請求項５項記載の映像符号化方法。
  7. 【請求項７】 前記ゼロ係数正規化値の算出段階は、 前記マクロブロック当たりゼロ係数和を全部合算して全
    体ゼロ係数和を求める段階と、 前記全体ゼロ係数和に応じてマクロブロックの平均ゼロ
    係数和を求める段階と、 前記マクロブロックの平均ゼロ係数和と前記マクロブロ
    ックのゼロ係数和の差に応じてマクロブロックのゼロ係
    数自乗平均値を求める段階と、 前記マクロブロックのゼロ係数自乗平均値とゼロ係数和
    に応じて正規化して、各マクロブロックのゼロ係数正規
    化値を求める段階とからなることを特徴とする請求項５
    項記載の映像符号化方法。
  8. 【請求項８】 前記遷移加重値算出段階は、 前記マクロブロックのゼロ係数和を全部合算して全体ゼ
    ロ係数和を求める段階と、 前記全体ゼロ係数和によりマクロブロックの平均ゼロ係
    数和を求める段階と、 前記マクロブロックの平均ゼロ係数和と予め定められた
    圧縮率により各マクロブロックに対する遷移加重値を求
    める段階とからなることを特徴とする請求項５項記載の
    映像符号化方法。
  9. 【請求項９】 所定数の単位ブロックで構成された副ブ
    ロック単位に分割される入力画像に対して時間領域のデ
    ータである副ブロックを周波数領域のデータである離散
    余弦変換係数に変換する離散余弦変換部と、前記離散余
    弦変換係数を圧縮整数により決定される所定の量子化間
    隔で量子化する量子化部と、量子化された係数を可変長
    符号化する可変長符号化部とを具備する映像符号化装置
    において、 前記副ブロック単位で入力画像のピクセル値により複雑
    度を計算する複雑度計算部と、 各副ブロックに対して前記複雑度を正規化する複雑度正
    規化部と、 前記離散余弦変換部で変換された離散余弦変換係数で前
    記副ブロック単位で所定範囲内にある小さいゼロ係数を
    カウントするゼロ係数カウント部と、 各副ブロックに対して前記ゼロ係数を正規化するゼロ係
    数正規化部と、 前記ゼロ係数と予め設定される圧縮率により遷移加重値
    を計算する加重値計算部と、 前記複雑度正規化値、前記ゼロ係数正規化値および前記
    遷移加重値を加えて前記圧縮整数を発生して前記量子化
    部に出力する圧縮整数発生部とを含むことを特徴とする
    映像符号化装置。
  10. 【請求項１０】 前記副ブロックはマクロブロック単位
    であることを特徴とする請求項９項記載の映像符号化装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記ゼロ係数カウント部で所定数は±
    １であることを特徴とする請求項９項記載の映像符号化
    装置。
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