JPH0775106A - 適応量子化コーディング装置及びその方法 - Google Patents

適応量子化コーディング装置及びその方法

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HEYONDEE JIYONJIYA SANOBU JIYUSHIKUFUESA
SK Hynix Inc
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HEYONDEE JIYONJIYA SANOBU JIYU
HEYONDEE JIYONJIYA SANOBU JIYUSHIKUFUESA
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 映像の動き、複雑度、明るさ情報より人間視
覚体系を利用して処理単位区画別に量子化間隔を調節す
る為のものである。 【構成】 動き検出器２の出力によりメモリに貯蔵され
たフレームで映像を抽出する動き補償器３から抽出され
た入力映像を８×８ブロックの大きさにＤＣＴ変換する
変換器４と、量子化されたデータをＤＣＴ変換係数に復
元する逆量子化器６と、その１２ビットの出力係数を９
ビット単位の大きさに復元する逆ＤＣＴ変換器７と、Ｄ
ＣＴ変換係数及び他の情報等の可変長符号化器８と、そ
の出力を調節するための緩衝器９を備えた高品位テレビ
ジョンの適応量子化コーディング装置において、入力映
像を分析して人間視覚体系に適用される符号化情報を判
別する分析器と、入力映像を１フレーム遅延させる遅延
器１１と、映像分析器と緩衝器より送られた情報により
ＤＣＴ変換された係数の量子化間隔を算出した後量子化
する適応量子化器５により構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高品位テレビジョン（Ｈ
ＤＴＶ）システムにおいて、適応量子化（Ａｄａｐｔｉ
ｖｅ Ｑｕａｎｔｉｚｉｎｇ）コーディング装置及びそ
の方法に関するもので、特に人間の視覚系（Ｈｕｍａｎ
Ｖｉｓｕｉａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を利用して量子化間
隔を調節する適応量子化コーディング装置及びその方法
に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】一般的に高品位テレビジョンシステムに
おいて、映像情報はデジタル化して夫々の符号化と復号
化過程を通じて処理する。デジタル映像データは、アナ
ログ形態より貯蔵が容易であり、周囲の雑音に強く多様
の処理を可能にする利点を持っている。しかしながら、
映像情報をデジタル化する時、膨大なデータが発生す
る。例えば、ＮＴＳＣ方式のテレビジョン信号をデジタ
ル化する場合、秒当たり１１４Ｍｂｐｓ（Ｍｅｇａ ｂ
ｉｔｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）のデータが生成する。
又この解像度が縦横が５１２×５１２画素であり、赤
色、緑色、青色の各色性分が８ビットである天然色映像
１枚は２４００ｂｐｓで電送する時に４４分程を所要す
る。従って、これを効率的に貯蔵し、電送する為には映
像情報圧縮技術が重要となる。
【０００３】映像情報の圧縮符号化は、構成形態により
動画像符号化と、静止画像符号化とに区別することが出
来る。動画像符号化は、画面映像から時間的に連続され
た画面間の重複性を除くことにより圧縮効果をもたら
し、静止画像符号化は、画面内の重複性を除くことによ
りデータを圧縮する符号化方式である。
【０００４】
【従来の技術】図１は従来の適応量子化コーディング装
置のブロック図である。図１において、予め貯蔵された
フレーム（ｆｒａｍｅ）映像を貯蔵しているフレームメ
モリ（１）と、フレームメモリ（１）に予め貯蔵された
フレームと入力された映像を比較して動き情報を検出す
る動き検出器（２）と、動き検出器（２）より検出され
た動き情報によりフレームメモリ（１）に予め貯蔵され
たフレームより映像を抽出する動き補償器（３）と、動
き補償器（３）より抽出された映像により入力映像を８
×８ブロックの大きさにＤｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎ
ｅ変換するＤｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換器
（４）と、変換器（４）より変換された係数の量子化間
隔を算出した後量子化する適応量子化器（５）と、適応
量子化器（５）より量子化されたデータをＤｉｓｃｒｅ
ｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換係数に復元する逆量子化器
（６）と、逆量子化器（６）より出力された１２ビット
の係数の入力を受けて９ビットの単位の画素データに復
元する逆Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換器（７）
と、適応量子化器（５）より量子化されたＤｉｓｃｒｅ
ｔｅＣｏｓｉｎｅ変換係数及び他の情報等を可変長さ符
号化する可変長さ符号化器（８）と可変長さ符号化器
（８）より一定ビット率に電送される出力を調節する為
の緩衝器（９）とから構成されている。
【０００５】上記の如く構成された従来の映像信号コー
ディング装置におけるデジタル映像情報を圧縮して貯蔵
するか、電送しようとする時使われる一般的に知られた
ＣＣＩＴＴのＨ．２６１及び動画像専門家グループ（Ｍ
ｏｔｉｏｎ ＰｉｃｔｕｒｅＧｒｏｕｐ：以下ＭＰＥＧ
と称する）又は多数の高品位テレビジョン（ＨＤＴＶ）
アルゴリズムでは、コーディング装置の出力を一定比率
にする為に発生されるビット数を緩衝器制御手段を利用
して調節している。
【０００６】しかしながら、ＭＰＥＧで提案した方法
は、ただ映像の複雑度だけを考慮しているので適応量子
化の充分な効果を得られず、複雑度を検出する過程にお
いて問題となる境界面処理を十分に行わないため、境界
面がある部分では却って画質を悪くすると言う問題点が
あった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、上記の問題点を解決する為に、映像の動き、複雑
度、明るさ情報による人間の視覚体制を利用して、処理
単位の区画別に量子化間隔を調節する適応量子化コーデ
ィング装置及びその方法を提供せんとすることにある。
又、他の目的は、デジタル圧縮アルゴリズムの適応量子
化圧縮方法において複雑度検出に正確性をそえて人間視
覚体制をうまく利用する為に境界面検出アルゴリズムを
追加して複雑度検出に正確性をそえて人間視覚体制をう
まく利用する為に映像の動き、明るさを検出して適応量
子化圧縮方法に複雑度外の付加的な因子を使用する適応
量子化コーディング装置及びその方法を提供することで
ある。
【０００８】
【発明が解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明の適応量子化コーディング装置は、入力映像
を分析して符号化を詳細にする部分と、そうでない部分
を判別する映像分析器と、入力映像を１フレーム遅延さ
せるフレーム遅延器と、予め貯蔵されたフレーム映像を
貯蔵しているフレームメモリと、上記フレームメモリに
子め貯蔵されたフレームとフレーム遅延器を通じて１フ
レーム遅延された入力映像とを比較して動き情報を検出
する動き検出器と、上記動き検出器より検出された動き
情報により上記フレームメモリに貯蔵された予め貯蔵さ
れているフレームより映像を抽出する動き補償器と、上
記動き補償器より抽出された映像により上記フレーム遅
延器を通じて１フレーム遅延された入力映像を８×８ブ
ロックの大きさにＤｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換
するＤｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換器と、上記映
像分析器より送られてきた情報と緩衝器より送られてき
た情報をもってＤｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換器
で変換された係数の量子化間隔を算出した後、量子化す
る適応量子化器と、上記適応量子化器より量子化された
データをＤｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換係数に復
元する逆量子化器と、上記逆量子化器より出力された１
２ビットの係数の入力を受けて９ビットの単位の大きさ
の画素データに復元する逆Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉ
ｎｅ変換器と、適応量子化器より量子化されたＤｉｓｃ
ｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換係数及び他の情報等を可変
長さ符号化する可変長さ符号化器と、上記可変長さ符号
化器より一定ビット率に電送される出力を調節する為の
緩衝器より構成される。
【０００９】
【実施例】以下添付された図面により本発明の実施例を
詳説する。図２は、本発明による適応量子化コーディン
グ装置のブロック図である。図２に示した適応量子化コ
ーディング装置のブロック図の動作を説明すれば次の通
りである。
【００１０】入力された映像は夫々映像分析器（１０）
と、フレーム遅延器（１１）に入力される。映像分析器
（１０）では入力された映像を分析して人間の視覚体系
に適用される符号化情報を判別する。ここで人間視覚体
系に適用される符号化情報を判別する目的は、人間の視
覚が敏感である空間周波数帯域信号は充分に符号化し、
そうでない部分には映像の表現に必要な情報量を制限す
ることにより限定された情報量で人間の視覚に充分な符
号化を行なう為である。即ち、映像が低いビット率に符
号化される時、符号化された映像において一種の気にな
る現象（区画化現象、色ひろがり現象）が発生する。
【００１１】このような目立ち、気になる現象を減らす
為に目立つ現象が発生する部分を探し出してビット割当
を加え、そうでない部分、言い換えれば気になる現象が
発生しても目立たない部分はビット割当を少なくするこ
とにより映像の主観的画質を向上させることになる。
【００１２】気になる現象が発生する部分を探し出す為
には必要な因子を求めるべきである。この場合、必要な
因子は映像の複雑度、境界面、動き、変化、そして明る
さが有用な情報である。そして各因子等の抽出単位は、
フレーム単位に抽出する映像変化を除いては動きベクト
ルを求める単位である大区画を抽出単位に使用する。
【００１３】次に、各因子等を抽出する方法に対して説
明する。まず複雑度抽出方法に対して説明すれば、映像
の複雑度は、複雑度が増す程視覚感知能力が下がる事実
を利用するが、既存の提案された方法の分散（Ｖａｒｉ
ａｎｃｅ）を使用した例をそのまま利用して本発明でも
大区画単位に分散値（Ｖｂｉ：一番目大区画分散値）を
計算して複雑度因子に使用する。
【００１４】分散値 （Ｖｂｉ）の算出式は次の通りで
ある。 （１）式で、Ｓｎは画素値を表わし、Ｎｐｍは大区画の
個数を表わす。
【００１５】一方、映像の複雑度を抽出するに際して
は、大区画単位分散値（Ｖｂｉ）を利用するので平坦な
背景を有する境界部分では複雑度を誤って算出をするこ
とがある。斯様な場合、複雑度を正確に算出する為に、
境界面を検出するアルゴリズムが必要となる。
【００１６】次に境界面情報抽出方法を図３〜５に基づ
いて説明する。ここで云う小区画はＤｉｓｃｒｅｔｅ
Ｃｏｓｉｎｅ変化をする単位区画である。初めの段階と
して、ｉ番目の区画の境界面有無検出方法は、図３の如
く、周囲４個の大区画（ｊ，ｋ，ｌ，ｍ）の分散値とｉ
番目大区画分散値（Ｖｂｉ）を比較してその差異値が所
定の値以上になる大区画がひとつでもあればｉ番目大区
画は境界面を含む大区画に判定される。
【００１７】判定式の実施例は次の通りである。 ここでｘは大区画ｊ，ｋ，ｌ，ｍである。
【００１８】上記判定式の実施例について説明すれば、
ｘ番目大区画の分散値が５００以下であり、ｉ番目大区
画の分散値とｘ番目の大区画の分散値の差が２５０以上
であれば、ｉ番目の大区画は境界面を含むもの（Ｅｉ＿
１＝１）に判定し、そうでない時には境界面を含まない
もの（Ｅｉ＿１＝０）と判定する。２番目以降の段階
で、上記の如きアルゴリズムは、大区画単位に表わされ
る境界面に対しては略総ての境界面を抽出する。小区画
単位に表わされる境界面は抽出に失敗するので映像に動
きがある場合、小区画単位の境界面で目に気になる状態
が表わされる。
【００１９】この現像を補充する為に、図４の如く大区
画を８に分けた小区画の単位の複雑度と平均値を求めて
初回の段階で検出に失敗した小区画単位の境界面を検出
する。小区画単位の複雑度と平均個をもって境界面を判
定する。
【００２０】実施例は次の通りである。 ここで、ｍｅａｎ（ｋ）は、ｋ番目小区画の平均画素値
であり、ｖａｒ（ｋ）は、ｋ番目小区画の複雑度であ
る。
【００２１】上記の二つのアルゴリズムを利用した最終
境界面情報（Ｅｉ）は次の通りである。
【００２２】映像の動きがある部分において、動きがな
い部分より視覚感知能力が低下される事実は現在迄映像
処理の分野で多く利用してきた事項である。よって、映
像の動き情報は量子化間隔を調節する因子に使用する為
に、処理する大区画が動く映像を含んでいるかを探し出
すアルゴリズムが必要とされる。
【００２３】大区画の動きに対する情報で大区画の動き
ベクトルを利用する。しかし、動きベクトルは、平坦面
で動きが殆ど無い場合にも発生するので、この様な誤り
の動き情報を区別する必要がある。この為、求めた動き
ベクトルは、ＭＰＥＧで提案された動きの有無判定アル
ゴリズムを経て動きがあるとの情報のみが抽出される。
【００２４】動きの有無判定アルゴリズムは次の通りで
ある。 ここでｂｄは、同じ位置の予め貯蔵されたフレームと現
在のフレーム大区画の平均差異の値であり、ｄｂｄは、
動きベクトルにより求めた予め貯蔵されたフレームの大
区画と現在のフレーム大区画との平均差異値である。
【００２５】動きの有無判定アルゴリズムでｂｄ値が１
より小さいか、等しければ、動きが無いものと判定し
（ｍｃ＝０）、又ｂｄ値が３より小さいか、等しい場合
には、ｂｄ値に０．５を乗した値がｄｂｄより小さい
か、同じであれば動きが無いものと判定する。そして、
ｂｄ値が３より大きい場合には、ｂｄ値に０．９を乗し
た値がｄｂｄ値より小さいか、等しければ、動きがない
ものと判定する。それ以外の場合には、動きがあるもの
と判定する（ｍｃ＝１）。
【００２６】一方映像変化が発生して映像が連続となら
ない場合、即ち、現在のフレームと予め貯蔵されたフレ
ームが全く別の映像の時には、動き情報を抽出し、前の
フレームの利用が無意味になるから映像変化が発生する
場合には、動き情報を量子化間隔決定因子に使用するこ
とが出来ない。
【００２７】よって、映像変化情報は映像動き情報をす
ぐ使用出来るようにする為の情報となる。映像変化情報
の抽出は、図５の如きフレームである４区画に分ける各
区画の大区画単位平均最小値の分散値を予め貯蔵したフ
レームと比較して抽出される。
【００２８】映像変化情報の抽出に対する実施例は次の
通りである。 ここでＶｍｃｎは現在のフレームのｎ番目区画の平均画
素値の分散値であり、Ｖｍｐｎは子め貯蔵されたフレー
ムの分散値である。ＭｃｎｉとＭｐｎｉは、各フレーム
のｎ番目の区画のｉ番目大区画の平均画素値であり、Ｎ
ｒｎは、１区画に含まれている大区画の個数である。
【００２９】映像変化情報抽出の実施例において の条件を満足してｆｌａｇ値が２以上であれば映像が変
えるものと判定する。それ以外の時には映像が変えない
ものと判定する。映像明るさ情報は、映像の暗い部分で
目には気にはなるが良く見えないことを利用して発生ビ
ット数を減らす目的に使用される。大区画単位の明るさ
情報は、そのまま平均画素値より求める。
【００３０】実施例である抽出式は次の通りである。 ここで、Ｍｉは動き情報値である。
【００３１】次に、緩衝器（９）の充満（ｒｅｐｌｅｔ
ｉｏｎ）度により算出された量子化間隔算出因子（ＱＳ
Ｐ１）と、上記で抽出した各因子等を利用して算出した
第２次的量子化間隔算出因子（ＱＳＰ２）を利用して量
子化間隔を算出する方法に対して説明する。図６は、第
２次的量子化間隔算出因子である人間視覚体制因子値
（ＱＳＰ２）算出に対するチャートである。
【００３２】入力映像を大区画及び小区画に分割して境
界面の有無を判定する第１過程（２０〜６０段階）と、
大区画の境界面を含んでいれば（Ｅｉ＝１）複雑度を下
げる為に一律的にセクター値を４にし、含まない場合に
は大区画の分散値をセクター値に取った後、明るさ情報
（Ｂｉ）を加えて最終セクター値にする第２過程（７０
〜１００段階）と、映像変え（ＳＣ）が発生した場合に
は第１セクター函数ｆ１を適用して人間視覚体制因子値
（ＱＳＰ２）を算出する第３過程（１１０〜１２０段
階）と、映像変え（ＳＣ）が発生しない場合には動き情
報（Ｍｉ）により第１セクター函数ｆ１と第２セクター
函数ｆ２中のひとつを選択して人間視覚体制因子値（Ｑ
ＳＰ２）を算出する第４過程（１３０〜１４０段階）に
構成する。
【００３３】第１セクター函数ｆ１と第２セクター函数
ｆ２の式は次の通りである。 ここでａｖｇ＿ｖｂは平均分散値である。
【００３４】最終量子化間隔（Ｑｓ）は、Ｑｓ＝ＱＳＰ
１ ｘ ＱＳＰ２に算出する。算出された量子化間隔
（Ｑｓ）は、第２図の適応量子化器（５）に入力され
る。適応量子化器（５）は量子化間隔情報と緩衝器
（９）の充満度情報を利用してＤｉｃｒｅｔｅ Ｃｏｓ
ｉｎｅ変換器（４）より変換された係数の量子化間隔を
算出する。
【００３５】
【発明の効果】上記の如き、本発明は、入力映像がフレ
ーム遅延器より１フレーム分程遅延される間映像分析器
で必要の因子等を計算し出した後抽出された各因子等と
緩衝器においてスライサー毎に送られてくる緩衝器充満
度情報、そして動き検出器より抽出された大区画単位の
動き情報を考慮して大区画単位の量子間隔を算出してＤ
ｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換器の出力である係数
値等を適応量子化器より量子化する。
【００３６】本発明は、映像が低いビット率に符号化さ
れる時、符号化された映像で見られる映像が平坦な所で
良く見られる区画化現象（Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｅｆｆｅ
ｃｔ）、平坦の背景をもつ映像の境界部分で表わされる
色ひろがり現象（ＣｏｌｏｒＢｌｅｅｄｉｎｇ）等の目
立ち、気になる現像を減らす為に、人間視覚システムを
利用して気になる現象が表わされる部分を探し出してビ
ット割当を加え、そうでない部分、即ち、気になる現象
が発生しても目立たない部分はビット割当を減らす方法
を使用して区画化現象及び色ひろがり現象をへらして映
像の主観的画質を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の適応量子化コーディング装置のブロック
図
【図２】本発明による適応量子化コーディング装置のブ
ロック図
【図３】本発明の境界面抽出の為の大区画配置図
【図４】図３の大区画内の小区画配置図
【図５】本発明のフレームの４区域分割図
【図６】本発明による量子化間隔算出因子である人間視
覚体制因子値（ＱＳＰ２）算出に対するチャート
【符号の説明】
１ フレームメモリ ２ 動き検出器 ３ 動き補償器 ４ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換器 ５ 適応量子化器 ６ 逆量子化器 ７ 逆Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換器 ８ 可変長さ符号化器 ９ 緩衝器 １０ 映像分析器 １１ フレーム遅延器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 予めフレーム映像を貯蔵しているフレー
    ムメモリ（１）と、 上記フレームメモリ（１）に予め貯蔵されたフレームと
    １フレーム遅延された入力映像とを比較して動き情報を
    検出する動き検出器（２）と、 上記動き検出器（２）より検出された動き情報により上
    記フレームメモリ（１）に予め貯蔵されたフレームで映
    像を抽出する動き補償器（３）と、 上記動き補償器（３）より抽出された映像により入力映
    像を８×８ブロックの大きさにＤｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏ
    ｓｉｎｅ変換するＤｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換
    器（４）と、 量子化されたデータをＤｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ
    変換係数に復元する逆量子化器（６）と、上記逆量子化
    器（６）より出力された１２ビットの係数の入力を受け
    て９ビットの単位の大きさの画素データに復元する逆Ｄ
    ｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅ変換器（７）と、 量子化されたＤｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ変換係数
    及び他の情報等を可変長さ符号化する可変長さ符号化器
    （８）と、上記可変長さ符号化器（８）より一定のビッ
    ト率に電送される出力を調節するための緩衝器（９）を
    備えた高品位テレビジョンの適応量子化コーディング装
    置において、 上記入力映像を分析して人間視覚体系に適用される符号
    化情報を判別する映像分析器（１０）と、 上記入力映像を１フレーム遅延させるフレーム遅延器
    （１１）と、 上記映像分析器（１０）より送られた情報と上記緩衝器
    （９）より送られた情報をもって上記Ｄｉｓｃｒｅｔｅ
    Ｃｏｓｉｎｅ変換器（４）により変換された係数の量
    子化間隔を算出した後に量子化する適応量子化器（５）
    を含むことを特徴とする適応量子化コーディング装置
  2. 【請求項２】 請求項１において上記人間視覚体系に適
    用される符号化情報は映像の複雑度，境界面，動き，切
    換え，明るさ情報等よりなることを特徴とする適応量子
    化コーディング装置
  3. 【請求項３】 高品位テレビジョンにおいて適応量子化
    間隔を算出する為の適用量子化コーディング方法は、 入力映像を大区画及び小区画に分割して境界面の有無を
    判定する第１過程と、 大区画が境界面を含む場合複雑度を下げる為に一律的に
    所定のセクター値に設定し含まない場合には大区画の分
    散値をセクター値に取った後映像明るさ情報をプラスし
    て最終セクター値にする第２過程と、 映像変化が発生した場合には第１セクター函数を適用し
    て人間視覚体制因子値を算出する第３過程と、 映像変化が発生しなかった場合には動き情報により第１
    セクター函数と第２セクター函数中のひとつを選択して
    人間視覚体制因子値を算出する第４過程を含む適応量子
    化コーディング方法
  4. 【請求項４】 請求項３において上記境界面と映像明る
    さを大区画単位に検出し上記映像変化はフレーム単位に
    検出することを特徴とする適応量子化コーディング方法
  5. 【請求項５】 請求項３において上記第１セクター函数
    と第２セクター函数は上記第２過程より計算されたセク
    ター値と平均分散値を因数に計算することを特徴とする
    適応量子化コーディング方法
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