JPH0750836A

JPH0750836A - 画像符号化装置

Info

Publication number: JPH0750836A
Application number: JP5196370A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Katada; 裕之堅田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-08-06
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】与えられた変換に対して最適な係数走査方法
を求め、圧縮効率のよい符号化を実現する。【構成】重複ブロック変換部１１は、入力画像を重複
ブロック変換し、量子化部１２は、変換係数を量子化す
る。優先度決定部１３は、変換係数の量子化インデック
スの統計によって各係数の優先度を決定し、係数走査順
決定部１４は、前記優先度決定部１３で決定された優先
度を用いて係数走査の順序を決定する。変換係数走査部
１５は、前記係数走査順決定部１４で決定された順序で
変換係数を１次元的に走査し、可変長符号化部１６は、
１次元走査された変換係数を２次ランレングス符号化す
る。このように、変換係数の統計分布をもちいて変換係
数のスキャンの順序を決定するので、より少ない符号量
でかつ視覚的に良好な復元画像を得ることのできる符号
化が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像符号化装置に関
し、より詳細には、画像を重複ブロック変換して符号化
する画像符号化において、変換係数の統計分布から係数
の優先度を定め、該優先度に従って変換係数走査の順序
を決定することにより、最適な走査順を用いるようにし
た画像符号装置に関する。例えば、ディジタル画像処理
の分野における画像データの高能率符号化に適用される
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ディジタル動画像をフレーム
間予測、直交変換、量子化、可変長符号化等の技術を用
いて圧縮する方式が提案されている。特に近年、新しい
変換として変換基底がブロック間にまたがった変換（重
複ブロック変換）が盛んに研究されている。また、これ
を画像符号化に応用する試みも行われている。

【０００３】図６は、従来の画像符号化装置の構成図
で、図中、３１は重複ブロック変換部、３２は量子化
部、３３は変換係数走査部、３４は可変長符号化部であ
る。重複ブロック変換部３１は、入力画像を重複ブロッ
ク変換する部分である。量子化部３２は、変換係数を量
子化して量子化インデックスを生成する部分である。変
換係数走査部３３は、図７や図８に示すような順序
（０,１,…,６３）で変換係数の量子化インデックスを
１次元的に走査する部分である。ただし、ここでは変換
のブロックサイズが８×８の場合について示している。
重複ブロック変換ではないが、従来より広く用いられて
いる離散コサイン変換（ＤＣＴ）では図７の走査が用い
られ、ウェーブレット変換では図８の走査が用いられて
いる。

【０００４】ウェーブレット変換については、例えば、
「Ｗavelet変換を用いた９.６kb/s画像符号化」（1993年
電子情報通信学会春季大会Ｄ−262）に記載されてい
る。テレビ電話やテレビ会議を主要な用途とする動画像
信号の低レート符号化方式は、ＤＣＴ（離散コサイン変
換）をベースとした符号化であることにより、ブロック
ひずみやモスキートノイズの発生が、特に低レートでは
避けられない。この点を解決するために、前記文献にお
いては、Ｗavelet変換を用いた動画像信号の低レート符
号化について記載されている。

【０００５】可変長符号化部３４は、１次元走査された
変換係数を２次元ランレングス符号化する部分である。
２次元ランレングス符号化方式は、変換係数の量子化イ
ンデックスを０と０以外のものに分け、０のランレング
スと０以外の量子化インデックスの値をセットにして可
変長符号化する手法である。従って、変換係数走査の結
果、０が連続すればするほど効率よく符号化できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
変換係数走査は、どのような画像に対しても最適な方法
であるとは限らないため、画像によっては符号化の効率
が悪くなることがある。例えば、インタレースの動画像
をフィールド単位に符号化するような場合、変換係数の
偏りは水平方向と垂直方向で同一にはならない。図７や
図８示すような従来の変換係数走査は、このような点が
考慮されていない。また、同一の動画像シーケンスであ
ってもフレーム毎に変換係数の偏りが変化することも考
えられる。例えば、縞模様の画像が回転するような場
合、変換係数の偏りは時間的に変化する。従来の変換係
数走査は、このようなシーケンスに対して最適な走査方
法ではない。さらに、公知文献「ハイブリッド変換によ
る画像符号化の一検討」（1992年,画像符号化シンポジ
ウム 6-4 pp.217-220）に述べられている手法では、ウ
ェーブレット変換とＤＣＴなどの通常の直交変換とを組
み合わせたハイブリッド変換が用いられているが、この
ような変換では変換係数の統計的分布が従来の変換とは
異なるため、図７や図８に示すような変換係数走査を用
いることができない。

【０００７】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、与えられた変換に対して最適な係数走査方法
を求め、圧縮効率のよい画像符号装置を提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）原画像を重複ブロック変換する重
複ブロック変換手段と、該重複ブロック変換手段により
変換された変換係数を量子化する量子化手段と、該量子
化手段により量子化された変換係数の量子化インデック
スの統計によって各変換係数の優先度を定める優先度決
定手段と、該優先度決定手段により決定された優先度に
したがって係数の走査方法を決定する係数走査順決定手
段と、該係数走査順決定手段により決定された走査方法
にしたがって前記変換係数のインデックスを走査する変
換係数走査手段と、前記変換係数のインデックスを可変
長符号化する可変長符号化手段とから成ること、更に
は、（２）原画像をハイブリッド変換するハイブリッド
変換手段と、該ハイブリッド変換手段により変換された
変換係数を量子化するハイブリッド変換用量子化手段
と、前記係数の走査方法にしたがって変換係数のインデ
ックスを走査するハイブリッド変換用変換係数走査手段
と、前記変換係数のインデックスを可変長符号化する可
変長符号化手段とから成ることを特徴としたものであ
る。

【０００９】

【作用】原画像を重複ブロック変換し、該変換係数を量
子化し、変換係数の量子化インデックスの統計によって
各変換係数の優先度を定め、優先度にしたがって係数の
走査方法を決定し、該走査方法にしたがって該変換係数
のインデックスを走査し、該変換係数のインデックスを
可変長符号化する。このように、係数走査の順序を決定
しているため、最適な走査順序を得ることができ、効率
のよい圧縮が実現できる。また、原画像をハイブリッド
変換し、該変換係数を量子化し、前記走査方法によって
定められた係数の走査方法にしたがって変換係数のイン
デックスを走査し、該変換係数のインデックスを可変長
符号化する。このように、ハイブリッド変換のような新
しい変換に対しても、最適な走査順序を定めることがで
き、効率のよい圧縮が実現できる。

【００１０】

【実施例】実施例について、図面を参照して以下に説明
する。図１は、本発明による画像符号化装置の一実施例
を説明するための構成図で、図中、１１は重複ブロック
変換部、１２は量子化部、１３は優先度決定部、１４は
係数走査順決定部、１５は変換係数走査部、１６は可変
長符号化部である。重複ブロック変換部１１は、入力画
像を重複ブロック変換する部分である。量子化部１２
は、変換係数を量子化する部分である。優先度決定部１
３は、変換係数の量子化インデックスの統計によって各
係数の優先度を決定する部分である。係数走査順決定部
１４は、前記優先度決定部１３で決定された優先度を用
いて係数走査の順序を決定する部分である。変換係数走
査部１５は、前記係数走査順決定部１４で決定された順
序で変換係数を１次元的に走査する部分である。可変長
符号化部１６は、１次元走査された変換係数を２次ラン
レングス符号化する部分である。

【００１１】優先度決定部１３は、変換係数の量子化イ
ンデックスの統計によって優先度を決定する。優先度と
しては、例えば、以下に示すような変換係数の量子化イ
ンデックスの分散σ²を用いることができる。

【００１２】

【数１】

【００１３】ここで、ｕ,ｖは変換係数の番号、ｉ,ｊは
ブロックの位置を示す番号、Ｉは水平方向のブロック
数、Ｊは水平方向のブロック数である。また、ｇ(ｉ,
ｊ：ｕ,ｖ)は、（ｉ,ｊ）番目のブロック内の（ｕ,ｖ）
番目の変換係数の量子化インデックスをあらわす。例え
ば、ブロックの大きさが８×８の場合、ｕ,ｖはいずれ
も０〜７の整数である。あるいは次式のような、各変換
係数が０にならない確率ｐ(ｕ,ｖ）を優先度としてもよ
い。

【００１４】

【数２】

【００１５】本実施例では、変換係数の量子化インデッ
クスをもとに優先度を決定しているが、変換係数の値を
もとにして決定してもよい。係数走査順決定部１４は、
優先度決定部１３で求めた優先度の大きいものから順に
番号を割り当て、係数走査順序を決定する。また、この
係数走査順序の情報は付加情報として符号化される。図
２に、優先度とそれに対応する係数走査順序の例を示
す。異なる（ｕ,ｖ）の組合せに対して優先度が同じに
なる場合は、前フレームの係数走査順序を考慮して順序
を決定する。

【００１６】例えば、優先度が（ｕ,ｖ）＝（１,３）,
（２,２）,（５,１）に対して同じ値となり、前回の走
査順序が … →（１,３）→（１,４）→（２,２）→
（３,１）→（５,１）→ … であれば、今回の走査順序
を …→（１,３）→（２,２）→（５,１）→ … のよう
に決める。これは、前フレームの係数走査順序のかわり
に従来の係数走査順序又はあらかじめ決めておいた走査
順序を考慮するようにしてもよい。

【００１７】以上の例では、画像毎に係数走査順序を決
定するが、いろいろな動画像シーケンスに現れる複数種
類の代表的な画像の統計を用いて、あらかじめ係数走査
順序を定めるようにしてもよい。また、複数の低域成分
の走査順序はあらかじめ決定しておき、残りの係数に対
する走査順序を本発明の手法によって決定してもよい。

【００１８】図３は、本発明による画像符号化装置の他
の実施例を示す図で、図中、２１はハイブリッド変換
部、２２はハイブリット変換用量子化部、２３はハイブ
リッド変換用変換係数走査部、２４は可変長符号化部で
ある。ハイブリッド変換部２１は、入力画像をハイブリ
ッド変換する部分である。ハイブリッド変換用量子化部
２２は、ハイブリッド変換係数を量子化する部分であ
る。図４に量子化幅行列の一例を示す。これは、ハイブ
リッド変換係数の統計（分散など）及び視覚特性によっ
て定めたものであり、ブロックサイズが８×８の場合で
ある。ハイブリッド変換用変換係数走査部２３は、図１
に示す実施例によってあらかじめ求めた走査順に従っ
て、ハイブリッド変換係数を１次元的に走査する部分で
ある。可変長符号化部２４は、１次元走査された変換係
数を２次元ランレングス符号化する部分である。

【００１９】図３に示す実施例では、図１に示す実施例
によってあらかじめ求めた走査順を用いて変換係数を走
査するようにしたが、これとは別に、あらかじめ求めた
走査順を用いてもよい。例えば、ハイブリッド変換で
は、低域の変換係数の基底関数はＤＣＴなどの直交変換
係数と同様の形であり、高域の変換係数の基底関数はウ
ェーブレット変換と同様の形をしているので、従来用い
られている直交変換の走査順序とウェーブレット変換走
査順序を組み合わせるようにして作成した走査順序を用
いることができる。図５は、そのようにして作成した走
査順序の例である。ただし、実際の変換係数の統計を加
味しているため、全く図８と図９の組み合わせにはなっ
ていない。

【００２０】以上、実施例について説明したが、本発明
は、上記以外のいかなる動画像符号化にも適用できる。
例えば、公知文献「ＭＰＥＧ２フレーム間予測方式」
（テレビジョン学会技術報告 Vol.16 No.61 pp.37-4
2）や公知文献「ＭＰＥＧ２量子化と符号化制御」（テ
レビジョン学会技術報告 Vol.16 No.61 pp.43-48）に
述べられている動き補償予測を用いるフレーム間差分符
号化方式にも応用することができる。

【００２１】すなわち、前記「ＭＰＥＧ２フレーム間予
測方式」のものは、インタレース信号の取り扱いに特徴
を有し、例えば、ピクチャタイプでは、画像の符号化の
単位をフレームだけでなくフィールド単位にも設定する
ことができる。フレームの状態のままマクロブロックを
構成し、動き補償やＤＣＴを行うフレーム構造の符号化
では、フレームピクチャを指定し、フィールドの画素か
らなるマクロブロックを用いるフィールド構造の符号化
では、フィールドピクチャが指定される。また、「ＭＰ
ＥＧ２量子化と符号化制御」のものは、インタレースビ
デオの符号化で、予測差分をＤＣＴとしてＤＣＴ係数の
符号化の際に量子化を行い、ＤＣＴ変換係数全体を小さ
い値の数値で表現し、符号量を減らすことができる。な
お、ＭＰＥＧ２とは、bitrate を５Mb/s程度、１０Mb/s
までと規定し、ＮＴＳＣやＰＡＬ以上の画質を提供する
動画像符号化の標準化活動である。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、変換係数又はその量子化インデックスの統計
に基づいて係数の優先度を定め、これによって係数走査
の順序を決定しているため、最適な走査順序を得ること
ができる。また、最適な走査順序を用いて符号化するた
め、効率のよい圧縮が実現できる。さらに、ハイブリッ
ド変換のような新しい変換に対しても、最適な走査順序
を定めることができるので、効率のよい圧縮が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像符号化装置の一実施例を説明
するための構成図である。

【図２】本発明における優先度とそれに対応する係数走
査順序の例を示す図である。

【図３】本発明による画像符号化装置の他の実施例を示
す図である。

【図４】本発明における量子化幅行列の一例を示す図で
ある。

【図５】本発明における係数走査順序の例を示す図であ
る。

【図６】従来の画像符号化装置の構成図である。

【図７】従来の係数走査順序の例（その１）を示す図で
ある。

【図８】従来の係数走査順序の例（その２）を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１…重複ブロック変換部、１２…量子化部、１３…優
先度決定部、１４…係数走査順決定部、１５…変換係数
走査部、１６…可変長符号化部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原画像を重複ブロック変換する重複ブロ
ック変換手段と、該重複ブロック変換手段により変換さ
れた変換係数を量子化する量子化手段と、該量子化手段
により量子化された変換係数の量子化インデックスの統
計によって各変換係数の優先度を定める優先度決定手段
と、該優先度決定手段により決定された優先度にしたが
って係数の走査方法を決定する係数走査順決定手段と、
該係数走査順決定手段により決定された走査方法にした
がって前記変換係数のインデックスを走査する変換係数
走査手段と、前記変換係数のインデックスを可変長符号
化する可変長符号化手段とから成ることを特徴とする画
像符号化装置。
【請求項２】原画像をハイブリッド変換するハイブリ
ッド変換手段と、該ハイブリッド変換手段により変換さ
れた変換係数を量子化するハイブリッド変換用量子化手
段と、前記係数の走査方法にしたがって変換係数のイン
デックスを走査するハイブリッド変換用変換係数走査手
段と、前記変換係数のインデックスを可変長符号化する
可変長符号化手段とから成ることを特徴とする請求項１
記載の画像符号化装置。