JPH07505268A - 改良されたビットレート制御とブロック割り付けを有する画像圧縮コーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 改良されたビットレート制御とブロック割り付けを有する画像圧縮コーグ 発明の背景 本発明は、通常、画像圧縮に関しており、本発明は、具体的には、画像の圧縮と コーディングとによる個別余弦波変換（ＤＣＴ）に関する。

画像圧縮は、便利で経済的格納と帯域幅が限定された通信回路網における伝送の ために、デジタル化された画像の多量のデータ低減に使用される。画像圧縮技術 は、デジタル静止ビデオカメラ、カラープリンタ、カラープリンタ、カラーファ ックス機、コンピュータ、および多重メディアに重要である。

ジヨイント写真専門家グループ（ＪＰＥＧ）は、多様な静止画像用途に使用され るカラー画像データ圧縮基準を設定した。圧縮には、画像の個別ブロック操作方 式ＤＣＴが採用されている。次に、ＤＣＴ係数は、視認性しきい値の測定引こ基 づき量子化される。コーディングに関しては、８×８画素アレイのＤＣＴ係数が 、ジグザクシーケンスにより一つの寸法表に再編成されており、ジグザグシーケ ンスは、下位インデックスの最下位空間周波数をジグザグシーケンス基こお０て 数０であるＤＣ成分により表している係数を集中する傾向がある。次に、ＡＣ係 数は、ハフマンコードにより符号化される。最後に、ＪＰＥＧデータ互換性のた め、ビットとバイトとを詰め込むと共に、ヘッダーとマーカーが、個別ブロック のコードに挿入される。図１は、ＪＰＥＧ圧縮アルゴリズムを示す。

次に、圧縮されたデータは、格納されるか（例えば、電子静止カメラに）、限定 帯域幅の通信回路網へ伝送される。画像の再構成には、へ・ラダーとマーカが引 き抜かれ、ハフマンコードが複合化され、係数が復量子化され、逆ＤＣＴ（ｒＤ ＣＴ）操作が係数に基づいて行われる反転工程が必要である。

シーラン・コーポレーション（本譲受人）は、図２に示されてもＸるような、個 別余弦波変換（Ｄ　ＣＴ）プロセッサ、装置番号　ＺＲ３６０２０、および画像 圧縮コーグ／デコーダ、装置番号　ＺＲ３６０３１を備えた画像圧縮用チツプセ ツトを開発した。このチップセットは、ＪＰＥＧ基準と同様な連続色調カラーま たはモノクロ画像の、アルゴリズムまたは高品質圧縮を採用している。ＤＣＴプ ロセッサは、８×８画素ブロックの正と反転の個別余弦波変換計算を行い、ゴー ダ／デコーダは、量子化、復量子化、画像圧縮アルゴリズムのハフマン符号化と 復号化とを実行する。チップセットは、画像データの統計的冗長を除去すること により、デジタル画像を格納し伝送するに必要な多量なデータサイズを低減し、 高品質画像を再構成する能力を維持する。例えば、デジタル静止ビデオカメラの 場合、チップセットにより、二つの７６８Ｘ４８０画素の画像を格納するのに、 ２４メガバイトのハードディスクの代わりに、１メガバイト固体メモリカードを 使用することが出来る。チップセットは、２次電話回線に当たり基準の９６００ ビット以上の７６８Ｘ４８０画素画像を伝送するに必要な時間を、１５分から４ ０秒に低減もする。チップセットは、デジタル静止ビデオカメラ、カラープリン タ、一定ビツトレート画像送信装置、安全保障システム、および呼び出し感心画 像圧縮装置の使用に最適化されている。

ビットレート制御（ＢＲＣ）は、画像の所定のファイルサイズへの圧縮に使用さ れる。ビットレート制御アルゴリズムを実行するために、コーグは、実際の圧縮 パス（Ｐａｓｓ　２）の前に画像全体について行う統計的パス（Ｐａｓｓ　ｌ） より成る２パス圧縮を行う。画像と各ブロックの活動率は、画像の統計的ファー ストパスの間、計算される。量子化機構の基準化係数（スケールファクタ）は、 画像活動率に従って計算され、各画像ブロックのコードボリュームは、そのブロ ックの活動率に基づいて限定される。残りのビットは、次のブロックの割り付け へ送られ、目標圧縮画像サイズの利用度を改善する。

係数の量子化は、量子化表により行われる。圧縮比は量子化表を一様基準で基準 化することにより制御される。大きい基準化係数は高い圧縮比を生成し、逆も同 様である。基準化係数を決定する機構は、二つのパスにより行われる。すなわち 、画像のファーストパスは、初期の基準化係数（ＩＳＦ）により行われる。量子 化表は、初期基準化係数で基準化される。量子化されたＤＣＴ係数を符号化する に必要なコードボリュームは、ハフマン表（ＡＣＶデータ）によりこのパスの間 に累積される。次に、このコードボリュームは、画像の活動率の尺度として使用 される。新しい基準化係数（ＮＳＦ）は、次式により、ＴＣｖデータとＡＣＶデ ータとから、および初期の基準化係数から計算される。

次に、新しい基準化係数（ＮＳＦ）は、実際の符号化が行われる第二／くスに使 用される。

全コードボリュームは、各ブロックのコードボリュームを限定することにより制 御される。各ブロックは、割り付は係数（ＡＦ）とラストパスのブロックの活動 率の尺度とに依存するブロック割り付けにより、コードボリュームを割り付けら れる。

例えば、割り付は係数は、コードボリューム（ＴＣＶ）と統計的Ｉ（スにおいて 累積されたコードボリューム（ＡＣＶ）との比で計算される。次に、各ブロック の活動率は、統計的パスのコードボリューム（ＢＣＶ）により、次式のように測 定される。

ＡＣＶ＝　Σ　ＢＣＶ ＡＦ＝ＴＣＶデータ／ＡＣＴデータ 各ブロック各側ロックられたコードボリュームは、統計的／＜スのブロックコー ドボリュームと割り付は係数との積（Ａ　Ｆ　Ｘ　Ｂ　ＣＶ）である。

ブロックの量子化されたＤＣ係数を符号化することにより、再構成された画像の ブロックに関する最小情報が保証される。このようにして、ブロックへ割り付け られたビットが十分でなくとも、ＤＣ係数は符号化される。ブロックのＤＣ力（ 符号化された後、量子化されたＡＣの係数のコードボリュームが検査される。次 のＡＣ係数のコードボリュームがＡＢＣＶを超えると、そのブロックの量子化さ れたＡＣ係数の符号化は打ち切られる。すなわち、その係数の残りは値θカ（与 えられる。上述のように、符号化のために、ＡＣ係数はジグザグの順序で配列さ れる。

ブロックの割り付けは、ＤＣＴ係数を量子化し、〕１フマン表によりそれらを符 号化するためにコードサイズを計算した後に測定されるブロックの（１くつ力翫 の活動率の測定値に依存する。この計算は、最新の基準化係数によりブロックを 処理した後に行われる。基準化係数は、セカンドパスの前に画像特性を適合させ るために調節される。従って、調節された基準化係数を使用して、その活動率を 初期の基準化係数により計算し、符号化を行う場合、各ブロックのコードボリュ ームを統計的パスにおいて格納し、圧縮パスの間に各ブロックを２回完全に符号 化することが必要である。しかし、これは格納と実行において効率が良くない。

ファーストパスにおいて測定され集められた活動率は、セカンドパスのブロック にビットを割り付けることに使用される。各ブロックの相対活動率は、セカンド パスのその相対コードボリュームの予測である。圧縮されたデータが符号化され た画像データと既知の長さのオーバヘッドとからのみ構成しているならば、現在 のビットレート制御は良好に挙動する。しかし、圧縮されたデータが、コードボ リュームが予測されない他の機能を有する場合、問題が起こる。このような場合 、ブロック・コードボリュームとファーストパスから累積されたコードボリュー ムとの計算は、セカンドパスのコードボリュームを正確に予測するために使用す ることは出来ない。ＪＰＥＧアルゴリズムは、この問題を例示する。コードボリ ュームを予測出来ない圧縮されたデータには、三つの項目がある。すなわち、ビ ットとバイトの詰め込みと、現れるか、または現れないブロック終端部のコード （ＥＯＢ）である。

ブロックの符号化の後に残ったビットは、次のブロックの割り付けに加えられる 。これは、残りビットの不平衡な分布を画像ブロックの間に生ずる。ＤＣ係数を 符号化するためにビットを借りると、次のブロックのＡＣ係数を早期に切り捨て ることになる。

発明の要約 本発明は、ブロック活動率の決定と、ブロック割り付けに関し正と負の残りビッ トの分布より成るブロックビットの割り付けとにおいて画像圧縮コーディングを 改良しようとするものである。

詳細には、予備の統計的パス（Ｐａｓｓ　１）における好適な実施態様により、 ブロック活動率は、電子化前にＤＣＴ係数から計算される。各ブロックの活動率 の尺度は、統計的パスおよび圧縮パスの場合と同一である。量子化を行うことな く、ＤＣＴ領域における活動率を計算すると、活動率を各ブロックに蓄えるか、 または、圧縮パスにおいて各ブロックを２回処理する必要を節減することになり 、これは計算時間とメモリ空間を節約する。

例えば、ＤＣＴ領域のブロック活動率（ＢＡＣＴ）の計算において、係数の絶対 値の和、ＤＣ値の無い和、係数の自乗の和の平方根、または、ＤＣ領域の分散を 使用することが出来る。さらに、異なる周波数の異なる重みを、活動率の計算を 改善するためにこの合計に使用することが出来る。あるいは、ブロック活動率を ブロックの画素値の分散として画像領域において計算することが出来る。

ビットの割り付けにおいて、コード化された画像データのコードボリュームとほ かのコード化された機能との間で、分離が行われる。統計的パスにおいて、目標 コードボリュームと累積されたコードボリュームとは、コード化画像データ（Ｔ ＣＶデータとＡＣＶデータ）にだけ対応する。ＴＣＶデータは、オーバヘッドを 減算することにより目標圧縮画像サイズと、予測不能な機能のコードボリューム の推定とから計算される。このようにして、新しい基準化係数（ＮＳＦ）と割り 付けられたブロックコードボリューム（Ａ　Ｂ　ＣＶ）とは、符号化された画像 データからのみ計算される。圧縮パスにおいて、予測不能な機能のコードボリュ ームは累積され、その推定が計算される。各ブロックを符号化した後、計算され た推定は、累積された実際のコードボリュームに比較される。推定が非常に大き いならば、その余分のビットは、圧縮画像データの割り付けへ付加され、圧力品 質を改良する。他方、推定が非常に小さいならば、その差は次のブロックの割り 付けから引き出される。この調節は、ブロックビット割り付は機構により動的に 行われる。

すべての残り（ＲＥＭ）は、次の単一のブロックの代わり、次の数個のブロック の符号化に余り依存しないので、割り付けられたビットの不平衡な分布は最小に なる。影響をうけるブロックの数は、与えられたセットからユーザーにより決定 される。

本発明と目的、およびその機能は、図面を参照し、次の詳細な説明と添付請求の 範囲とから容易に分かるであろう。

図面の説明 図１は、圧縮／脱圧縮アルゴリズムを示す機能構成図である。

図２は、図１のアルゴリズムを実行する装置の機能構成図である。

図３は、シーラン　ＺＲ３６０２０ＤＣＴプロセッサの機能構成図であり、図５ は、本発明の好適な実施態様によるビット割り付けの流れ図である。

具体的実施態様の説明 上述のように、図１はＤＣＴ／ＩＤＣＴ圧縮アルゴリズムの機能構成図であり、 図２はＺＲ３６０２０ＤＣＴ　プロセッサとＺＲ３６０３１ｍｌ−ダ／デコーダ とを有するシーラン画像圧縮チップセットの機能構成図である。図３と図４とは 、ＺＲ３６０２０ＤＣＴブＯセ−／’ｔとＺＲ３６０３１コーダ／テコーダとの それぞれ機能構成図である。

本発明の一つの実施態様を図３と４のＤＣＴプロセッサとニーダ／デコーダを使 用しているＪＰＥＧ実施例により説明する。従来の具体化の問題と限界とは明ら かであり、従って、本発明による改良を説明する。

次の表記法は本説明に使用されている。

ＴａｒｇｅｔＳｉｚｅ−ユーザーにより与えられた全目標圧縮画像サイズ。

ＪＰＥＧ実施例では、ＴａｒｇｅｔＳｉｚｅは次の項目から成っている。

マーカー・コードと信号変数の領域 バイト−詰め込み ビット−詰め込み ＥＯＢ　（ブロックの終端）のコード コード化画像データ（例えば、ハフマンコードと付加ピント）ＴＣＶデーターコ ード化画像画像データ標コードボリュームのみＴＣＶネット−演鐸的既知ヘッダ ーサイズの無いＴａｒｇｅｔＳｉｚｅ　。

ＪＰＥＧ実施例では、それは、コート化画像データの目標コードボリューム、Ｅ ＯＢビットとハイドの詰め込みを存する。すなわち、ＴＣＶはマーカコードとそ の信号領域とを含んでいない。

０ＶＥＲＨＥＡＤ−演鐸的既知ヘソダーのボリューム。ＪＰＥＧ実施例では、こ の数はマーカコードとその信号領域とに対応する。ＴＣＶネットは、この０ＶＥ ＲＨＥＡＤを差し引くことによりＴａｒｇｅｔＳｉｚｅから計算される。

ＡＣＶデーターコード化画像画像データ積されたコードボリュームのみ。

ＡＣＶネット−コード化画像データの累積されたコードボリュームと正味既知の 演鐸的オーバヘッド。このオーバヘッドは、画像データーコードに付加されるコ ードに対応し、そのボリュームは演鐸的に決定することは出来ない。

ＳＦ−ユーザーにより与えられた、量子化表の基準係数。

Ｎ５Ｆ−新しい基準化係数、これは画像に対する統計的パスを実行した後に計算 される。

ＡＦ−割り付は係数、ＡＢＣＶの計算に使用される。

ＡＳＶ−累積されたオーバヘッド、演鐸的に決定されない。ＪＰＥＧ実施例の場 合、それはビットとバイトの詰め込みに対応する。

ＡＣＴ−画像の全活動率、ＤＣＴ係数の大きさから計算される。

ＢＡＣＴ−ブロックＤＣＴ係数の大きさから測定されたブロック活動率。

ＡＢＣＶ−画像データの割り付けられたブロックコードボリュームのみ。

ＢＣＶ−単一ブロックのコード化画像データの累積コードボリューム。

ＲＥＭ−ブロックの割り付はビットの一部である符号付き数、前のブロックの借 用と残りとに基づいている。

図３は、ＺＲ３６０２０ＤＣＴ　プロセッサの機能構成図であり、１９９１年９ 月付はシーラン仕様書に詳細に記載されており、参考に本明細書に取り入れられ ている。

ＺＲ３６０２０は、専用プロセッサとして動作し、ホスト装置が、制御回線を設 けることにより、変換命令とデータフォーマットとを制御する。始動すると、装 置は１５メガバイト／秒までのデータ速度で連続的に動作する。行優先フォーマ ントで入力されたデータは、列優先フォーマットで出力され、列優先フォーマッ トで入力されたデータは、行優先フォーマットで出力される。

装置は、既知の順方向個別余弦波変換（ＦＤＣＴ）をデータに実行し、データの ＤＣＴ係数を生成する。装置は、既知の反転個別余弦波変換（ＩＤＣＴ）も実行 する。

図４は、ＺＲ３６０３１ニーダ／デコーダの機能構成図であり、１９９１年１１ 月付はシーラン仕様書に詳細に記載されており、参考に本明細書に取り入れられ ている。

ＺＲ３６０３１画像圧縮ニーダ／デコーダは、高速画像処理装置であり、係数を 受信し、基準化、画像圧縮の量子化と可変長符号化（コーディング）、および対 応する反転展開動作（デコーディング）を行う。

符号化動作において、ＺＲ３６０３１は１６ビツトＤＣＴ係数をＤＣＴチップか ら受信する。係数データは基準化され、量子化されて、メモリに格納されるか、 または、送信チャンネルへ送られる。復号化動作において、圧縮されたデータは 復号化され、復量子化され、Ｚ’Ｒ３６０３１に再基準化される。生成された係 数値はＤＣＴへ送られ、そこで、２次元反転個別余弦波変換か行われ、原始画像 へ忠実に整合する。

ＺＲ３６０２０ＤＣＴ処理装置は、画像データを空間周波数成分へ変換する。

高周波数成分は画像の微細部分を含んでおり、低周波数成分は概括的機能を含ん でいる。結果として、高周波数成分は人間の視覚に余り感じられず、さらに概括 的に量子化されるか、画像品質には影響が無視出来る程度で廃棄される。

ＤＣＴ処理装置により変換されると、画像データ（係数）は、“量子化表”によ り量子化される。これは、ＤＣＴの各係数の量子化の程度を示しており、高周波 数係数はさらに概略的に量子化される。

量子化された画像データは、高周波数係数が一般に非常に小さいので、ゼロの長 い列を有する。画像データを効率的に格納するために、ＺＲ３６０３１は、ジグ ザグ修正ランレングス符号化を使用している。この方法により、非ゼロ値と隣接 する非ゼロ値の間のゼロの数とに関し、このデータは特徴がある。結果として、 ゼロの長い列は単一の数として符号化される。次に、ハフマン・コーディングが 使用され、これにより、異なる長さのビットパターンは、非ゼロデータ値を符号 化する。すなわち、頻繁に発生する値は最短コードを使用し、めったに発生しな い値は最長コードを使用する。この方法は、画像を格納するに必要なメモリ量を 非常に低減する。

定常の圧縮のほかに、ユーザーは、圧縮されたファイルの所要のサイズを事前に 設定することか出来る。圧縮されたファイルのサイズは、量子化表の与えられた セットに対してデータ依存である。さらに、微細な画像は、滑らかな画像より十 分に大きい圧縮ファイルを生成する。この機能は、画像に割り付けられた格納空 間が固定されているような用途には極めて重要である。

この目的を達成するために、ＺＲ３６０３１は、圧縮パス（Ｐａｓｓ　２）の前 に、画像全体について統計的パス（Ｐａｓｓ　１）を行う。Ｐａ５ｓ　１におい て、ＺＲ３６０３１は、各ブロックの活動率と全画像を計算し、全体の情報が使 用されて、量子化表を再基準化する。Ｐａ５ｓ　２において、ＺＲ３６０３１は 、ブロック活動率に基づいて、各ブロックの割り付はブロック・コードボリュー ムを計算する。符号化されたブロックの実際のコード長が、割り付はブロック・ コードボリュームより小さいならば、未使用のビットが次のブロックへ送られる 。ブロックのコード長が割り付はブロック・コードボリュームを超えるならば、 このブロックのコードは切り捨てられる。これにより、画像の最後のブロックを 一貫して打ち切るよりも、“消失”ビットか画像全体に分布する。

現在のＤＣＴ／ＩＤＣＴ処理には、活動率測定、画像ビットの割り付け、および すべての残りビットの分布を行う場合、いくつかの問題がある。

ブロック割り付けは、ブロックの活動率の測定値に依存する。ＺＲ３６０３１に より処理する場合、ＤＣＴ係数を量子化し、ハフマン表によりそれらを符号化す るためにコードサイズを計算した後、この活動率が測定される。この計算は、現 在の基準化係数によりブロックを処理した後行われる。この基準化係数は調節さ れて、セカンドパスの前に画像特性を合わせる。従って、初期の基準化係数によ りその活動率を計算し、符号化を行うためには、各ブロックのコードボリューム を統計的パスに格納するか、または、この調節された基準化係数によりこの圧縮 パスの間に各ブロックを２回完全に符号化することが必要である。これは格納ま たは実行において不効率である。全画像の各ブロックの活動率は、画像領域にお いて計算される。さらに、計算は、各サブブロックの平均値と各画素の平均値と の差の和とを計算することにより、サブブロックにおいて行われる。この特殊な 計算は複雑である。

画像ビットの割り付けにおいて、ファーストパスにおいて集計された活動率測定 値は、ビットをセカンドパスのブロックへ割り付けるために使用される。各ブロ ックの相対活動率は、セカンドパスの相対コードボリュームへの予測である。

圧縮されたデータが、符号化された画像データと既知の長さのオーバヘッドとか らのみ成っているならば、現在のビットレート制御はよく動作する。問題は圧縮 されたデータがほかの機能から成っている場合に起こる。この機能に関し、コー ドボリュームを予測することは出来ない。このような場合、ブロック・コードボ リュームとファーストバスから累積されたコードボリュームとの計算は、セカン ドパスのコードボリュームを正確、十分に予測するために、使用することは出来 ない。ＪＰＥＧアルゴリズムは、割り付は問題に関する実施例である。コードボ リュームが予測されない圧縮データには、三つの項目がある。すなわち、ビット とバイトの詰め込みと、現れるか、または現れないブロック終端（ＥＯＢ）コー ドである。

最後に、ブロック符号化後の残りビットが、次のブロックの割り付けへ付加され るだけである。これにより、残りビットの不平衡な分布が画像ブロックの間に発 生する。ＤＣ係数を符号化するためにビットを借りることにより、次のブロック のＡＣ係数が早期に打ち切られる。

本発明は、活動率の新しい測定、ビットの新しい割り付け、および残りビットの 新しい分布によりこれらの問題を克服する。活動率の測定値はすべてのＤＣＴに よる圧縮に使用され、ビットの割り付けと残りビットの分布とは、ＪＰＥＧなど の可変オーバヘッドによりすべての装置に展開することが出来る。ブロックピッ トの割り付けは、新しいかつより効率的方法で計算され、ブロックの割り付けは 、予測不能な機能の推定コードボリュームとその実際のコードボリュームとの差 により制御される。ブロック割り付けは、単一の次のブロックよりもむしろ数個 のブロックの間に、未使用で借りたビットを散布することにより改善される。

本発明の好適な実施態様は、二つのタイプのバスを画像に対し行う。最初のタイ プは統計的パスで、画像活動率を計算するために使用される。コードはこのバス を通して出力されない。もう一つのタイプは圧縮パスで、各ブロックと全画像と の活動率情報が、出力された圧縮出力のサイズを割り付け、制御するために使用 される。

活動率の測定において、量子化の前にＤＣＴ係数から計算される。この計算は、 コード長を計算する必要もなく行われる。各ブロックの活動率測定値は、統計的 パスと圧縮パスにおいて同じである。量子化を行うこともなく、ＤＣ，Ｔ領域に おける活動率を計算することにより、各ブロックの活動率を格納し、圧縮パスに おいて各ブロックを２回処理する必要を節減することが出来る。これはメモリと 計算とを節約する。

例えば、ＤＣＴ領域のＢＡＣＴを計算する場合、係数の絶対値の和、ＤＣ値の無 いその和、自乗された係数の和の平方根、または、ＤＣＴ領域における分散を使 用することが出来る。異なる周波数の異なる重みが、活動率計算を改善するため に、その合計に使用される。ブロックを完全に符号化する前に計算される、ほか の活動率の測定値も使用される。ブロック活動率は、ブロック内の画素値の分散 として画像領域において計算される。画像活動率（ＡＣＴ）は、ブロック活動率 （ＢＡＣＴ）の和として計算され、割り付は係数を計算するために使用される。

ビットの割り付けにおいて、符号化された画像データのコードボリュームとほか の符号化機能との間で、分離が行われる。統計的パスにおいて、目標コードボリ ュームと累積されたコードボリュームとは、符号化画像データ（ＴＣＶデータと ＡＣＶデータ）にのみ対応する。ＴＣＶデータは、０ＶＥＲＨＥＡＤと予測不能 な機能のコードボリュームの推定値とを引き去ることにより、目標圧縮画像サイ ズから計算される。このようにして、ＮＳＦとＡＢＣＶは、符号化された画像デ ーターコードボリュームからのみ計算される。

圧縮パスにおいて、予測不能な機能のコードボリュームは累積され、その推定値 が計算される。各ブロックの符号化の後に、計算された推定値は、累積された実 際のコードボリュームと比較される。推定値がかなり大きい場合、余分のビット が、圧縮品質を改善するために圧縮画像データの割り付けへ付加される。推定値 がかなり小さい場合、その差は次のブロック割り付けから引き出される。この調 節は、ブロックピット割り付は機構により動的に行われる。図５は、この機構の 実施例を示す構成図である。

ＤＣ係数などの係数の中には、引き去ることが出来ないものがある。ブロックを 処理した後、これらの係数を符号化するために借りたビットは、切除条件が満足 されても切り去られず、残りのビット（ＲＥＭ）から差し引かれる。

残り（ＲＥＭ）は、現在の方法のように次のブロック割り付けにのみ作用する代 わりに、次の数個のブロックの間に分散される。これにより、各ブロックの割り 付けは前のブロックの符号化にあまり依存しないので、割り付けられたビットの 不平衡な分布を改善することが出来る。作用されるブロックの数は、与えられた セットからユーザーにより決定される。

本発明によるビットレート制御とブロック割り付けとを、ＪＰＥＧ実行に関して 説明する。

０ＶＥＲＨＥＡＤは、最初に、コーグが情報をデータストリームに編成する固有 の方法により計算される。成分の全数、スキャンの全数、各スキャンの成分数、 ハフマン表の数、量子代表の数、およびコメントとアプリケーションセグメント との長さが存在するならば、これはこれらの数の関数である。再始動の間隔が活 動状響にあるならば、各成分内のＭＣＵの数も変数である。オーバヘッドはＪＰ ＥＧ規準に完全に定義されており、コーグには既知である。ＴＣＶネットは次式 により与えられる ＴＣＶネット−ＴａｒｇｅＬＳｉｚｅ　−０ＶＥＲＨＥＡＤＴＣＶデータは、す べての符号化ブロックのＥＯＢのコードボリュームとビットとバイトの詰め込み の推定値とをＴＣＶネットから減算することにより得られる。統計は、］−４ビ ット／画素の圧縮比に関し、ＥＯＢの殆どすべてが、圧縮された画像に存在して いることを示している。従って、ＥＯＢのボリュームは０ＶＥＲＨＥＡＤの一部 であって、予測不能を機能の推定値の一部ではない。

ＥＯＢかそれらに関して符号化されていないブロックがあるならば、これらの余 分な未使用のビットは、コーティングにさらに使用することが出来る。

ＥＯＢのコードボリュームの上限は次式により与えられる：ここで、ＥＯＢコー ド長は、成分に関する指定ハフマン表のＥＯＢのハフマン・コード長さである。

５ｃａｎとＣｏｍｐｏｎｅｔｓは、ＪＰＥＧ規準に定義されており、Ｎｕ飄５ｃ ａｎは、フレーム内のスキャン数であり、ＮｕｍＣｏｍは、スキャン内の成分数 である。

ビットとバイトの詰め込みの期待される数は、画像全体の集計された統計量から 、ＴＣＶネットから固定されたパーセントとして推定することが出来る。

新しい基準化係数ＮＳＦは、現在の基準化係数と、画像データの目標コードボリ ュームと累積コードボリュームとの比とから計算される。これはＺＲ３６０３１ と同様に、次のように行われる： Ｎ５Ｆ＝ＳＦ／ＡＦ” 割り付は係数（ＡＦ）は、統計的パスの後に次式により計算される：ＡＦ＝ＴＣ Ｖデータ／ＡＣＴ ここで、活動率（ＡＣＴ）は、統計的パスにおいて次式により計算されている。

ＢＡＣＴ＝ΣＩＤＣＴ係数１ これにより、活動率の測定値は完成する。

圧縮パスにおけるブロックピット割り付けは、次式により与えられる。

ＡＢｃＶ＝ＡＦｘＢＡｃＴｘＲＥＭ 従来の方法では、正のＲＥＭは、前のブロックから割り付けられた残りのビ・ソ トを表している。不十分なビットがＤＣの符号化のために割り付けられているな らば、負のＲＥＭは、次のブロックから借りたビット数を表す。

本発明によるビットレート制御は、割り付けられたブロックコードボリューム機 構により、推定された詰め込みコードボリュームを実際のコードボリュームで調 節する。これは、各ブロックのデータコードボリュームを制御するほかに行われ る。累積詰め込みボリューム（Ａ　Ｓ　Ｖ）は、各ブロックの符号化の後にその 推定値と比較される。ＡＳＶが推定値より小さければ、これらの余分なビットが 、ＡＢＣＶへ付加され、このようにして、圧縮を改善する。他方、ＡＳＶが推定 値より大きければ、オーバーフローか発生し、次のブロックに対し小さいビ・ノ ドが割り付けられなければならない（ＡＳＶが期待値よりもほんの僅か大きけれ ば、ＥＯＢコードの節減により、多分平衡を失うであろう）。

そのほかの改善は、次のブロックのみによる代わりに、ＲＥＭをブロック数に作 用させることにより、段階的に行われる調節である。これはブロックの不平衡な ビット割り付けを防止し、推定詰め込みボリュームが実際のボリュームと差異が あるときは何時でも行われる。ユーザーは、ＲＥＭより作用を受け、Ｎにより指 定されたブロック数を決定することが出来る。

割り付けられたビットと実際のコードサイズとの差は、画像＝ＤＢＣＶにより累 積される。それは伝送と借用との調節に使用される。推定詰め込みボリュームと 実際の詰め込みボリュームとの差も、画像＝ＤＡＳＶにより累積される。次ブロ ックの割り付けへの残りビットの作用は、ＤＢＣＶ、！：ＤＡＳＶの両者から成 っている： ＲＥＶ＝　（ＤＢＣＶ　＋　ＤＡＳＶ）／Ｎここで、Ｎは各ブロックのコードボ リュームを制御することにより作用を受けたブロック数である。

ブロックが符号化された後、ＤＢＣＶとＤＡＳＶは、１／Ｎを減算することによ り更新され、これは、すでに、次のブロックの割り付けに寄与している：ＤＢＣ Ｖ＝ＤＢＣＶ−ＤＢＣＶ／Ｎ ＤＡＳＶ＝ＤＡＳＶ−ＤＡＳＶ／Ｎ 図５は、ブロック割り付は体系の構成図である。詰め込みの推定値は、ＡＣＶｎ ｅｔ／ｃｏである。限界が、正常に実行するために必要であり、限界値との差が 残りビットにも付加される。限界ＮとＣＯとは、個々の用途に合わせるためにユ ーザーにより選択される。構成図は、単にビット割り付は法の説明図である。個 々の実行時期を考慮して、変数のあるものは、異なる時期に計算され、このよう にして、計算を行う。

改善されたビットレート制御により画像圧縮と、個別余弦波変換によりプロ・ツ ク割り付けとを説明した。本発明は個々の実施態様に関して説明されており、説 明は本発明を例示しているが、本発明を限定するものとして制約されるものでは ない。添付請求の範囲により定義されているように、本来の精神から逸脱するこ となく、本技術の専門家は、多様な変形と適用を発想することが出来る。

〈 ゴ 係数バス ＦＩＧ　４ ＩＥＭ ＦＩＧ、５゜ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示　平成５年特許願第５１６５１５号（ＰＣＴ／ＵＳ　９３１００ ２７８） ３、補正をする者 事件との関係　出　願　人 名　称　シーラン　コーポレイション ４、代理人 ５、補正命令の日付　自　発 註面の翻訳文の浄書　（内容に変更なし）フロントページの続き （７２）発明者　リッター　ラフアニルイスラエル　３４９８７　ハイファ　フ ラースペレグ　ストリート　２２ （７２）発明者　ギル　アーロン イスラエル　３４７８６　ハイファ　５　アバクシ−ブールヴアード　９ （７２）発明者　シェンバーグ　アイザクアメリカ合衆国　カリフォルニア州 ９４３０３　パロ　アルド　アイヴイー　レーン１９３０

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．個別余弦波変換（ＤＣＴ）画像信号圧縮のビットレート制御とブロック割り 付けとの方法において、 （ａ）全面像の部分を表すブロックに画像信号を分割し、（ｂ）画像データのＤ ＣＴ係数をすべてのブロックにおいて計算し、（ｃ）前記計算されたＤＣＴ係数 に基づいた各ブロックのブロック活動率（ＢＡＣＴ）の測定値と、全ブロック活 動率の測定値の和としての全画像活動率とを得、 （ｄ）ブロック活動率（ＢＡＣＴ）の、符号化画像データの日標コードポリュー ム（ＴＣＶデータ）に対する比に基づいた各ブロックのコード割り付け係数（Ａ Ｆ）を決定し、 （ｅ）各ブロックの割り付け係数（ＡＦ）と目標コードポリューム（ＴＣＶデー タ）とにより各ブロックのビットを割り付ける段階を含んでいることを特徴とす る前記方法。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の方法において、段階（ｄ）において、目標コード ポリューム（ＴＣＶデータ）が目標サイズの無いブロック終端とビットおよびバ イト詰め込みとして決定され、割り付け係数（ＡＦ）が次式として定義されるこ とを特徴とする前記方法。 ＡＦ＝ＴＣＶデータ／ＡＣＴ
3. ３．請求の範囲第１項に記載の方法において、段階（ｃ）がＢＡＣＴの計算にお いて係数の絶対値の合計することを特徴とする前記方法。
4. ４．請求の範囲第１項に記載の方法において、段階（ｃ）がＢＡＣＴの計算にお いて係数の自乗の和の平方根を得ることを特徴とする前記方法。
5. ５．請求の範囲第１項に記載の方法において、段階（ｃ）が異なる周波数に対し 異なる重みを割り付けることを特徴とする前記方法。
6. ６．請求の範囲第１項に記載の方法において、段階（ａ〜ｄ）が画像データに対 し第一統計的パスにより行われ、段階（ｄ）からのコード割り付け係数（ＡＦ） と各ブロックの予測出来ない機能の推定値とにより、段階（ｅ）が画像データに 対し第二圧縮パスにおいて行われることを特徴とする前記方法。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の方法において、さらに、段階（ｅ）が、予測不能 な機能の推定値を累積された実際のコードポリュームと比較し、残りのビットを 少なくとも次のブロック割り付けに関する割り付けに分散し、借りたビットを少 なくとも次のブロック割り付けから減算することを特徴とする前記方法。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の方法において、借りたビットを少なくとも次のブ ロック割り付けから減算することが、ビットを複数の引き続くブロック割り付け から減算することであることを特徴とする前記方法。
9. ９．請求の範囲第８項に記載の方法において、段階（ｅ）がブロックの割り付け られたビットのすべての残りを引き続く複数のブロックへ分散することを特徴と する前記方法。
10. １０．請求の範囲第７項に記載の方法において、段階（ｅ）がブロックの割り付 けられたビットのすべての残りを引き続く複数のブロックへ分散することを特徴 とする前記方法。
11. １１．ＤＣＴ係数が画像ブロック内の面像データに関し計算される個別余弦波変 換（ＤＣＴ）画像信号圧縮の方法において、（ａ）ＤＣＴ係数に基づいた各ブロ ックのブロック活動率（ＢＡＣＴ）の測定値を得る段階と、 （ｂ）全ブロック活動率の測定値の和として全画像活動率に関する活動率の測定 値を得る段階とを含んでいることを特徴とする前記方法。
12. １２．請求の範囲第１１項に記載の方法において、段階（ｂ）がＢＡＣＴの計算 において係数の絶対値を合計することを特徴とする前記方法。
13. １３．請求の範囲第１１項に記載の方法において、段階（ｂ）がＢＡＣＴの計算 において係数の自乗の平方根を得ることを特徴とする前記方法。
14. １４．請求の範囲第１１項に記載の方法において、段階（ｂ）が異なる周波数に 対し異なる重みを割り付けることを特徴とする前記方法。
15. １５．ＤＣＴ係数が第一パスにおける画像ブロックに関しすべての画像信号に対 し計算される個別余弦波変換（ＤＣＴ）のビットレート制御とブロック割り付け の方法において、 （ａ）ブロック活動率（ＢＡＣＴ）の目標コードポリューム（ＴＣＶデータ）に 対する比に基づいた各ブロックのコード割り付け係数（ＡＦ）を決定する段階と 、 （ｂ）割り付け係数（ＡＦ）、目標コードポリューム（ＴＣＶ）、および各ブロ ックの予測不能な機能の推定値により、第二パスにおいてビットを各ブロックに 割り付ける段階とを含んでいることを特徴とする前記方法。
16. １６．請求の範囲第１５項に記載の方法において、段階（ｂ）が、予測不能な機 能の推定値を累積された実際のコードポリュームと比較し、残りのビットを少な くとも次のブロック割り付けに関する割り付けに分散し、借りたビットを少なく とも次のブロック割り付けから減算することを特徴とする前記方法。
17. １７．請求の範囲第１６項に記載の方法において、借りたビットを少なくとも次 のブロック割り付けから減算することが、ビットを複数の引き続くブロック割り 付けから減算することを特徴とする前記方法。
18. １８．請求の範囲第１６項に記載の方法において、段階（ｂ）がブロックの割り 付けられたビットのすべての残りを引き続く複数のブロックへ分散することを特 徴とする前記方法。