JPH07284104A

JPH07284104A - 量子化器

Info

Publication number: JPH07284104A
Application number: JP7305594A
Authority: JP
Inventors: Shoji Shiomoto; 祥司塩本; Keisuke Ishikawa; 圭佑石川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】画像データを、その複雑さに正確に対応した
適切な量子化ステップで量子化することができるように
する。【構成】制御回路９において、いま符号化しようとし
ている画像のブロックにおける画素と、その画素の周辺
の画素である複数の周辺画素との画素値の関係から、画
像のブロックの起伏の度合いを表す起伏度が求められ、
この起伏度に基づいて、画像データを量子化する量子化
ステップが決定される。そして、この量子化ステップ
が、量子化回路３および逆量子化回路４に出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば画像データを符
号化する画像符号化装置などに用いて好適な量子化器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、例えばいわゆるＭＣ（動き補
償）−ＤＣＴ（離散コサイン変換）方式により画像を符
号化する画像符号化装置においては、画像データ（また
は画像データと、動き補償により得られる予測画像デー
タとの差分データ）がＤＣＴ処理され、その結果得られ
るＤＣＴ係数が量子化され、さらにその量子化データ
が、例えばＶＬＣ（可変長符号化）処理されるようにな
されている。

【０００３】ところで、このような画像符号化装置にお
いて、複雑な画像を、小さな量子化ステップで量子化す
ると、その発生符号量は多くなる。また、平坦な画像を
大きな量子化ステップで量子化すると、その画像の平坦
さが失われ、復号したときに不自然な段差のある画像と
なる。

【０００４】そこで、従来においては、符号化しようと
する画像の複雑さを表すパラメータとして、例えば２つ
の隣接する画素（例えば、注目する画素と、その右隣の
画素など）の間の画素値の差（大きい方から小さい方を
減算したもの）が、所定の閾値Ｔｈ以上である場合の総
数であるエッジ量などが用いられ、このエッジ量が大き
い画像は複雑な画像と、エッジ量が小さい画像は平坦な
画像と判定されるようになされている。そして、複雑な
画像（複雑な画像と判定された画像）に対しては大きな
量子化ステップで、平坦な画像（平坦な画像と判定され
た画像）に対しては小さな量子化ステップで、それぞれ
量子化が行われるようになされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば図５
（ａ）に示すような水平方向１３画素でなる画像のＸＹ
間上の１ラインの画素の画素値が、例えば図５（ｂ）ま
たは図５（ｃ）に示すようであった場合は、いずれのエ
ッジ量も同一の値になり、従って図５（ｂ）および図５
（ｃ）に示す画素値の画像は、同一の量子化ステップで
量子化される。

【０００６】しかしながら、この場合、図５（ｃ）の画
像に比較して、図５（ｂ）に示す画像の方が複雑であ
り、従って、上述したように、エッジ量に応じて量子化
ステップを決めたのでは、発生符号量が多くなったり、
また復号画像の画質が劣化する課題があった。

【０００７】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、画像に応じた適切な量子化を行うことが
できるようにするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の量子化器は、画
像データを、所定の量子化ステップで量子化する量子化
器であって、画像データの起伏の度合いを表す起伏度
を、注目画素と、その画素の周辺の画素である複数の周
辺画素との画素値の関係から求め、その起伏度に基づい
て、画像データを量子化する量子化ステップを決定する
ことを特徴とする。

【０００９】この量子化器は、画像データを構成する画
素のうち、複数の周辺画素それぞれとの画素値の差が、
所定の閾値以上で、かつ複数の周辺画素すべての画素値
より大きいまたは小さい画素値の注目画素である起伏画
素の総数を検出して起伏度とし、起伏度が大きいまたは
小さいほど、量子化ステップを、それぞれ大きくまたは
小さくするようにすることができる。

【００１０】また、この量子化器は、画像データを構成
する画素のうち、複数の周辺画素それぞれとの画素値の
差が、第１の閾値以上で、かつ複数の周辺画素それぞれ
との画素値の差を引数とする所定の関数の関数値が、第
２の閾値以上になる画素値の注目画素である起伏画素の
総数を検出して起伏度とし、起伏度が大きいまたは小さ
いほど、量子化ステップを、それぞれ大きくまたは小さ
くするようにすることができる。

【００１１】さらに、この量子化器は、所定の関数の関
数値が、複数の周辺画素それぞれとの画素値の差の和ま
たは積であるようにすることができる。

【００１２】また、この量子化器は、画像データを構成
する画素のうち、２つの周辺画素の画素値とつくる角度
が、所定の角度以下となる画素値の注目画素である起伏
画素の総数を検出して起伏度とし、起伏度が大きいまた
は小さいほど、量子化ステップを、それぞれ大きくまた
は小さくするようにすることができる。

【００１３】さらに、この量子化器は、周辺画素が、注
目画素に直接隣接する画素または所定数の画素をおいて
隣接する画素であるようにすることができる。

【００１４】

【作用】本発明の量子化器においては、注目画素と、そ
の画素の周辺の画素である複数の周辺画素との画素値の
関係から、画像データの起伏の度合いを表す起伏度が求
められ、この起伏度に基づいて、画像データを量子化す
る量子化ステップが決定される。従って、画像データ
が、適切な量子化ステップで量子化される。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明を適用した画像符号化装置の
一実施例の構成を示すブロック図である。この画像符号
化装置においては、１フレームの画像（画像信号）が、
例えば８画素×８画素のブロックなどの画像データに分
割されて入力されるようになされており、このブロック
単位で、画像の予測符号化が行われるようになされてい
る。

【００１６】まずブロックに分割された画像データは、
演算器１、動きベクトル検出回路８、および制御回路９
に順次入力される。動きベクトル検出回路８では、入力
された画像データが、その内蔵するフレームメモリに順
次記憶され、記憶されたもののうちの、これから符号化
しようとするフレームの画像データ（以下、原画像デー
タという）を構成する各ブロックの動きベクトルが、例
えばいわゆるブロックマッチング法などによって検出さ
れ、動き補償回路７に出力される。

【００１７】また、演算器１に入力された画像データ
（原画像データのうちの、いま符号化対象となっている
ブロック。以下、適宜、原画像ブロックという）は、直
交変換回路２に供給される。直交変換回路２では、演算
器１からの画像データに対し、直交変換処理である、例
えばＤＣＴ（離散コサイン変換）処理などが施され、Ｄ
ＣＴ係数に変換される。このＤＣＴ係数は、量子化回路
３に入力され、後述する制御回路９から供給される、原
画像ブロックの起伏の度合い（どの程度の凹凸がある
か）を表す起伏度に応じた量子化ステップで量子化され
る。この量子化データは、逆量子化回路４に出力され
る。

【００１８】逆量子化回路４では、量子化データが、制
御回路９から供給される、量子化回路３における量子化
ステップと同一の量子化ステップ（逆量子化ステップ）
で逆量子化される。逆量子化回路４により逆量子化され
たデータは、さらに逆直交変換回路５に入力され、逆直
交変換処理である、例えば逆ＤＣＴ処理されて出力され
る。逆直交変換回路５より出力されたデータは、演算器
６に入力される。

【００１９】演算器６は、逆直交変換回路５の出力デー
タと、動き補償回路７から出力される、その内蔵するメ
モリに記憶された画像データ（既に符号化され、ローカ
ルデコードされた画像データ）が動き補償された予測画
像データとを加算する。そして、その加算出力は、動き
補償回路７に出力され、その内蔵するメモリに記憶され
る。

【００２０】以上のようにして、演算器１、直交変換回
路２、および量子化回路３で符号化されたデータを復号
したローカルデコードデータ（既に符号化され、ローカ
ルデコードされた画像データ）が、演算器１に入力され
る画像データの予測画像データを生成するためのデータ
として、動き補償回路７の内蔵するメモリに記憶され
る。

【００２１】動き補償回路７では、その内蔵するメモリ
に記憶されたローカルデコードデータに対して、動きベ
クトル検出回路８より出力された動きベクトルに対応し
た動き補償が行われ、これにより演算器１に入力される
画像データに対する予測画像データが生成され、演算器
１および上述した演算器６に出力される。

【００２２】演算器１では、入力された原画像ブロック
と、ローカルデコードデータを動き補償したデータ、即
ち予測画像データとの差分がとられる。そして、この差
分データは、直交変換回路２および量子化回路３で上述
したように処理され、逆量子化回路４の他、図示せぬ可
変長符号化回路に出力される。

【００２３】可変長符号化回路では、量子化回路３から
の量子化データその他必要な情報（例えば、量子化回路
３における量子化ステップや、動きベクトル検出回路８
で検出された動きベクトルなど）が、例えばハフマン符
号などの可変長符号に変換される。そして、この符号化
データは、図示せぬ送信バッファに出力されて一時記憶
され、例えば一定の伝送レートで伝送路を介して伝送さ
れたり、あるいは図示せぬ記録媒体に記録される。

【００２４】一方、制御回路９では、入力された画像デ
ータ（原画像ブロック）、即ちいま符号化しようとして
いる画像データの起伏の度合いを表す起伏度が、注目す
る画素（注目画素）と、その画素の周辺の画素（例え
ば、その画素に直接隣接する画素や１つや２つ以上おい
て隣接する画素）である複数の周辺画素との画素値の関
係から求められ、その起伏度に基づいて、量子化回路３
および逆量子化回路４における量子化ステップが決定さ
れる。

【００２５】ここで、起伏度とは、画像データの符号化
単位（量子化単位）（図１の画像符号化装置において
は、例えば８×８のブロック単位などの原画像ブロッ
ク）に含まれる画素のうち、その画素値（例えば、輝度
など）が、その周辺に位置する画素である複数の周辺画
素の画素値より著しく大きいまたは小さいものの個数に
対応する値（例えば、その個数そのものなど）を意味す
る。従って、この起伏度は、画像データを構成する画素
の画素値の凹凸の度合いを表すことになる。

【００２６】制御回路９は、例えば次のようにして、符
号化単位の画像データ（ブロックに分割された画像デー
タ）の起伏度を算出する。即ち、制御回路９において
は、画像データを構成する画素のうちの、注目する画素
（注目画素）の画素値と、その注目画素の周辺画素とし
ての、例えばその注目画素に直接隣接する複数の画素
（例えば、注目画素の上下左右に隣接する４つの画素
や、この４つの画素に、注目画素の右上、右下、左上、
および左下の画素を加えた８つの画素など。以下、隣接
画素という）の画素値それぞれとの差（差分）が算出さ
れる。

【００２７】ここで、本明細書中において、ＡとＢとの
差または差分というときには、ＡおよびＢのうちの大き
い方から、小さい方を減算した値、即ち｜Ａ−Ｂ｜をい
うものとする。

【００２８】その後、制御回路９は、注目画素と複数の
隣接画素それぞれとの画素値の差分が、すべて所定の閾
値ＴＨ１（ＴＨ１＞０）以上であるか否かを判定する。
注目画素と複数の隣接画素それぞれとの画素値の差分
が、すべて所定の閾値ＴＨ１以上であると、制御回路９
は、注目画素の画素値が、複数の隣接画素の画素値すべ
てより大きいまたは小さいか否かを判定する。そして、
注目画素の画素値が、複数の隣接画素の画素値すべてよ
り大きいまたは小さいと、制御回路９は、画像データに
おいて、その注目画素の部分に起伏があるとし、その注
目画素を起伏画素とする。

【００２９】制御回路９は、画像データを構成するすべ
ての画素を、注目画素として、以上の処理を行い、その
結果得られた起伏画素の数（総数）を、画像データの起
伏度とする。

【００３０】この起伏度は、注目画素と、それに隣接す
る１つの隣接画素との関係だけからではなく、注目画素
と、複数の隣接画素との関係から算出されるので、従来
の場合、即ち例えば、前述したエッジ量などに比較し
て、画像の複雑さをより正確に表す。

【００３１】以上のようにして、画像データの起伏度が
求められると、制御回路９は、その起伏度に基づいて、
量子化回路３（逆量子化回路４）における量子化ステッ
プを決定し、量子化回路３および逆量子化回路４に出力
する。即ち、制御回路９は、画像データの起伏度が大き
いまたは小さいほど、その画像データを量子化する量子
化ステップを、それぞれ大きいまたは小さい値に決定
し、量子化回路３および逆量子化回路４に出力する。

【００３２】従って、量子化回路３においては、画素値
の凹凸が著しい画像データ、即ち複雑な画像に対しては
大きな量子化ステップで、また画素値の凹凸があまりな
い画像データ、即ち平坦な画像に対しては小さな量子化
ステップで、それぞれ量子化が行われることになる。

【００３３】このように、画像データが適切な量子化ス
テップで量子化されるので、発生符号量が、突然多くな
ったり、また復号画像の画質が劣化することを防止する
ことができる。

【００３４】次に、制御回路９では、上述した手法の
他、例えば次のようにして画像データにおける起伏画素
を求めるようにすることができる。

【００３５】即ち、制御回路９においては、まず上述し
た場合と同様に、注目画素の画素値と、複数の隣接画素
の画素値それぞれとの差（差分）が算出され、その差分
すべてが、所定の閾値ＴＨ２以上であるか否かが判定さ
れる。

【００３６】そして、注目画素と複数の隣接画素それぞ
れとの画素値の差分が、すべて所定の閾値ＴＨ２（この
閾値ＴＨ２は、閾値ＴＨ１より小さくても良い）以上で
あると、制御回路９は、注目画素と複数の隣接画素それ
ぞれとの画素値の差分をすべて加算し、その加算値が、
所定の閾値ＴＨ３以上であるか否かを判定する。加算値
が所定の閾値ＴＨ３以上である場合、制御回路９は、注
目画素を起伏画素とする。

【００３７】これにより、例えば図２に示すように、注
目画素Ｐと、それに隣接する画素Ｐ_Lとの画素値の差
は、それほど大きなものでない場合でも、注目画素Ｐ
と、それに隣接する他の画素Ｐ_Rとの画素値の差が、著
しく大きいときには、注目画素Ｐは、起伏画素とされる
ことになる。

【００３８】従って、以上のようにして得られた起伏画
素の総数を、画像データの起伏度とすることにより、所
定の方向にのみ変化の著しい画像でも、適切な量子化ス
テップで量子化を行うことができるようになる。

【００３９】なお、上述の場合においては、注目画素と
複数の隣接画素それぞれとの画素値の差分をすべて加算
するようにしたが、この他、例えばその差分すべての積
や、その差分すべてを引数とする所定の多変量関数の関
数値を求めるようにし、この積や関数値を、上述した加
算値に代えて用いるようにしても良い。

【００４０】さらに、制御回路９では、例えば図３に示
すように、注目画素Ｐの画素値と、それに隣接する２つ
の隣接画素Ｐ_LおよびＰ_Rの画素値によってつくられる小
さい方の角度α（この角度αは、注目画素Ｐの画素値
と、隣接画素Ｐ_L，Ｐ_Rの画素値との差が大きいほど小さ
な値になる（但し、Ｐ＜Ｐ_L，Ｐ_RまたはＰ＞Ｐ_L，Ｐ_Rの
とき））を算出し、この角度αが、所定の角度ＴＨ４以
下であるか否かを判定して、その角度αが、所定の角度
ＴＨ４以下である場合に、注目画素Ｐを、起伏画素とす
るようにすることができる。

【００４１】この場合においても、上述したように、注
目画素と、複数の隣接画素としての２つの隣接画素との
関係から起伏画素が求められ、その総数が、起伏度とさ
れるので、この起伏度は、従来の場合に比較して、画像
の複雑さをより正確に表すことになる。

【００４２】なお、制御回路９には、上述した角度αを
算出させる他、この角度αに対応する量としての、例え
ば角度αの余弦（角度αの余弦は、角度αが大きいまた
は小さいほど、それぞれ小さいまたは大きい値となる
（但し、角度αの範囲は、０乃至π））などを算出さ
せ、この余弦が、所定の閾値ＴＨ５以上である場合に、
注目画素Ｐを、起伏画素とさせるようにすることができ
る。

【００４３】この場合、注目画素Ｐ、隣接画素Ｐ_L，Ｐ_R
それぞれの画素値を、Ｐ，Ｐ_L，Ｐ_Rとするとともに、注
目画素Ｐと、隣接画素Ｐ_L，Ｐ_Rそれぞれとの距離を、例
えば１とすると、角度αの余弦は、次式にしたがって求
めることができる。角度αの余弦＝（（Ｐ−Ｐ_L）（Ｐ−Ｐ_R）−１）／
（（（Ｐ−Ｐ_L）²＋１）（（Ｐ−Ｐ_R）²＋１））^1/2

【００４４】また、注目画素Ｐの画素値と、２つの隣接
画素Ｐ_LおよびＰ_Rの画素値によってつくられる角度αの
他、注目画素Ｐの画素値と、他の２つの隣接画素の画素
値によってつくられる角度も算出するようにし、これら
の角度が、すべて所定の角度ＴＨ４以下である場合に、
注目画素Ｐを、起伏画素とするようにすることもでき
る。

【００４５】以上、本発明を、画像を予測符号化する画
像符号化装置に適用した場合について説明したが、本発
明は、この他、予測符号化の手法を用いずに画像の符号
化を行う画像符号化装置に適用することができる。

【００４６】なお、本実施例においては、注目画素と、
その注目画素に直接隣接する複数の隣接画素との関係か
ら、注目画素が起伏画素であるか否かを判定するように
したが、この他、例えば注目画素と、その注目画素に１
または２以上の画素をおいて隣接する画素である複数の
周辺画素との関係から、上述した場合と同様にして、注
目画素が起伏画素であるか否かを判定するようにするこ
とができる。

【００４７】この場合、例えば図４に示すように、注目
画素Ｐの画素値と、隣接画素Ｐ_L，Ｐ_Rの画素値それぞれ
との差が、あまり大きくない場合でも、注目画素Ｐの画
素値と、この注目画素Ｐに、例えば１つの画素をおいて
隣接する周辺画素Ｐ_L’，Ｐ_R’の画素値それぞれとの差
が著しく大きいときには、注目画素Ｐが起伏画素となる
ので、画像の複雑さを、より反映した起伏度を求めるこ
とができるようになる。

【００４８】また、本実施例では、制御回路９で、画像
データの起伏度のみに基づいて、量子化ステップを決定
するようにしたが、これに加え、例えば量子化回路３の
後段に設けられた、上述した送信バッファにおいて記憶
されているデータ容量も考慮して、量子化ステップを決
定するようにすることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上の如く、本発明の量子化器によれ
ば、画像データを、適切な量子化ステップで量子化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した画像符号化装置の一実施例の
構成を示すブロック図である。

【図２】起伏画素の検出方法を説明する図である。

【図３】起伏画素の検出方法を説明する図である。

【図４】起伏画素の検出方法を説明する図である。

【図５】従来の、画像の複雑さを表すエッジ量の算出方
法を説明する図である。

【符号の説明】

１演算器２直交変換回路３量子化回路４逆量子化回路５逆直交変換回路６演算器７動き補償回路８動きベクトル検出回路９制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データを、所定の量子化ステップで
量子化する量子化器であって、前記画像データの起伏の度合いを表す起伏度を、注目画
素と、その画素の周辺の画素である複数の周辺画素との
画素値の関係から求め、その起伏度に基づいて、前記画
像データを量子化する前記量子化ステップを決定するこ
とを特徴とする量子化器。
【請求項２】前記画像データを構成する画素のうち、
前記複数の周辺画素それぞれとの画素値の差が、所定の
閾値以上で、かつ前記複数の周辺画素すべての画素値よ
り大きいまたは小さい画素値の前記注目画素である起伏
画素の総数を検出して前記起伏度とし、前記起伏度が大きいまたは小さいほど、前記量子化ステ
ップを、それぞれ大きくまたは小さくすることを特徴と
する請求項１に記載の量子化器。
【請求項３】前記画像データを構成する画素のうち、
前記複数の周辺画素それぞれとの画素値の差が、第１の
閾値以上で、かつ前記複数の周辺画素それぞれとの画素
値の差を引数とする所定の関数の関数値が、第２の閾値
以上になる画素値の前記注目画素である起伏画素の総数
を検出して前記起伏度とし、前記起伏度が大きいまたは小さいほど、前記量子化ステ
ップを、それぞれ大きくまたは小さくすることを特徴と
する請求項１に記載の量子化器。
【請求項４】前記所定の関数の関数値は、前記複数の
周辺画素それぞれとの画素値の差の和または積であるこ
とを特徴とする請求項３に記載の量子化器。
【請求項５】前記画像データを構成する画素のうち、
２つの前記周辺画素の画素値とつくる角度が、所定の角
度以下となる画素値の前記注目画素である起伏画素の総
数を検出して前記起伏度とし、前記起伏度が大きいまたは小さいほど、前記量子化ステ
ップを、それぞれ大きくまたは小さくすることを特徴と
する請求項１に記載の量子化器。
【請求項６】前記周辺画素は、前記注目画素に直接隣
接する画素または所定数の画素をおいて隣接する画素で
あることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載
の量子化器。