JPH0787585B2

JPH0787585B2 - 高能率符号化装置

Info

Publication number: JPH0787585B2
Application number: JP14789189A
Authority: JP
Inventors: 達郎重里
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1989-06-09
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH0313065A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、画像情報を伝送する場合に用いる高能率符号
化装置に関するものである。

従来の技術画像信号のディジタル化にともなって高能率符号化技術
が重要になってきている。高能率符号化の効率を上げる
ためには、情報量の大きいところに多くのビットを割り
当て、小さいところに少ないビットを割り当てる必要が
ある。このため可変長符号化がよく用いられる。第１表
は３ビットのデータ「０」、「１」、・・・、「７」に
対する可変長符号化の対応表である。

この例では、「０」、「１」に対して２ビット、
「２」、「３」に対して３ビット、「４」、「５」、
「６」、「７」に対して４ビットを割り当てている。
「０」、「１」の発生確率が「４」、「５」「６」、
「７」に比べてかなり大きい場合には、符号化された後
の平均ビット数が３ビットより小さくなるため、可変長
符号化の効果が現われる。

従来の可変長符号化では、直交変換された信号に対して
実際に伝送する直交成分の量子化値を可変長符号化し、
どの直交成分を伝送するかという伝送情報と共に伝送し
ていた。このためデータ量の制御は、可変長符号化され
た符号語と伝送情報を一度バッファに蓄積し、そのバッ
ファのデータ量を検出して特定の範囲でデータ量が一定
になるように量子化を制御している。またその制御方法
としてはバッファ内のデータ量が増加してきた場合に
は、量子化時のまるめを大きくし、データ量が減少して
きた場合にはまるめを小さくすることによって制御でき
る。

しかしながら可変長符号化では、１ビットでも誤りが発
生すると語同期がはずれるため、その誤り以降の全ての
情報が消失してしまう。このため特定の小さな範囲で一
定長になるように量子化を制御して、誤り伝搬をその範
囲内でリセットする必要がある。

発明が解決しようとする課題ところが従来例のようなバッファを用いた構成で一定長
になる範囲の大きさを小さくすると、大きい情報量を持
つブロックでは、伝送すべきデータ量がオーバーフロー
してしまい、大きく歪んでしまう。逆に情報量の小さい
ブロックでは伝送すべきデータ量が少なすぎるため、ダ
ミーデータ（無駄なデータ）を伝送しなければならなく
なる。

なお上記従来例において小さな範囲で一定長になるよう
に効率的に制御するためには、前記のようなフィードバ
ック処理ではなく、実際の符号化の前にデータ量を計算
して量子化を制御するフォワード処理が必要になる。し
かしながら通常の可変長符号化では、符号化前に量子化
値から実際に伝送するデータ量を計算するのは困難であ
る。

本発明はこのような従来の可変長符号化を用いた高能率
符号化装置の課題を解決することを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、入力信号の標本値を水平方向にＨ個、垂直方
向にＶ個集めてＨ×Ｖの四角形に小ブロック化する小ブ
ロック化手段と、前記小ブロック化された小ブロック毎
に水平方向、垂直方向の２次元直交変換する直交変換手
段と、この直交変換手段によって得られた直交成分を水
平、垂直の２次元周波数上で低い周波数を表す直交成分
から順に並べ換えて新たにＨ×Ｖ個の直交成分からなる
小ブロックを作る並べ換え手段と、この並べ換え手段に
よって得られた小ブロックを複数個集めて大ブロックを
構成する大ブロック化手段と、前記直交成分に対する複
数種類の量子化器と、それぞれの量子化器で量子化した
場合の符号化後のデータ量を前記並べ換えられた小ブロ
ック単位で計算するデータ量先読み手段と、このデータ
量先読み手段で得られた各量子化器に対する符号化後の
データ量を用いて、予め決められた大ブロックに対する
伝送すべきデータ量を超えないように前記並べ替えれた
小ブロック毎に最適な量子化器を選択する量子化器選択
手段と、この量子化器選択手段で選択された量子化器を
用いて前記大ブロック内の直交成分を量子化する量子化
手段と、この量子化手段で得られた量子化値を可変長符
号化する可変長符号化手段と、この可変長符号化手段で
得られた符号語を伝送する伝送手段とを備えたことを特
徴とする。

なお、上記構成において、可変長符号化手段が量子化手
段で得られる量子化値に対して、並べ換え手段で小ブロ
ック内の直交成分を水平Ｈ個、垂直Ｖ個の直交成分で囲
まれる四角形内に並べ換える際に、水平方向、垂直方向
共に一番低い周波数成分を表す直交成分を前記四角形の
第一の頂点に配置し、その他の直交成分を前記第一の頂
点から前記第一の頂点に対し前記四角形で対角上にある
第２の頂点に向けて、水平、垂直の２次元周波数上で低
い周波数を表す直交成分から順に並べる場合に、前記四
角形に含まれ、且つ前記第一の頂点を一つの頂点とし、
全ての０でない量子化値を含む最小の四角形によって得
られる伝送領域内の量子化値だけを可変長符号化し、且
つその量子化値が０の場合には符号長が１に成るように
符号化するものであり、伝送手段が前記可変長符号化さ
れた符号語と前記最小の四角形の前記第一の頂点の対角
上にある頂点の前記四角形内の位置を表す情報とを伝送
するものであると好適である。

また、上記構成において、可変長符号化手段が量子化手
段で得られる量子化値に対して、並べ換え手段で小ブロ
ック内の直交成分を水平Ｈ個、垂直Ｖ個の直交成分で囲
まれる四角形内に並べ換える際に、水平方向、垂直方向
共に一番低い周波数成分を表す直交成分を前記四角形の
第一の頂点に配置し、その他の直交成分を前記第一の頂
点から前記第一の頂点に対し前記四角形で対角上にある
第２の頂点に向けて、水平、垂直の２次元周波数上で低
い周波数を表す直交成分から順に並べる場合に、前記四
角形に含まれ、且つ前記第一の頂点を一つの頂点とし、
全ての０でない量子化値を含む最小の四角形によって得
られる伝送領域に囲まれる部分の量子化値だけをその量
子化値の絶対値の桁数Ｋに対して符号長Ｎが2K＋１また
は2Kの成るように符号化するものであり、伝送手段が前
記可変長符号化された符号語と前記最小の四角形の前記
第一の頂点の対角上にある頂点の前記四角形内の位置を
表す情報とを伝送するものであると好適である。

作用本発明によれば、符号化後のデータ量を先読み手段によ
って先読みし、これを用いて量子化器を選択するので、
常に最適な量子化器によって量子化することが可能にな
る。

また従来のフィードバック制御と違い、データ量を小ブ
ロック単位で計算するので、データ量に応じて各小ブロ
ック毎に小さな範囲で一定長になるように可変長符号化
することが可能になる。

これによってデジタルVTR等伝送路誤りが頻繁に発生す
るような機器にも可変長符号化を用いることが可能にな
る。

実施例以下に、本発明の一実施例における高能率符号化装置を
説明する。

第１図は、同装置のブロック図である。同図において、
１は入力部、２は小ブロック化部、３は直交変換器、４
は並換部、５は大ブロック化部、６はデータ量先読み
部、７は量子化器選択部、８はバッファ、９は複数種類
の量子化器、10は可変長符号化器、11は伝送部である。

先ず入力部１から入力された画像信号の標本値は小ブロ
ック化部２で画面上で長方形の小ブロックに分割され
る。ここで以下の説明を簡単にするために画面上で水平
方向に８画素、垂直方向に８画素からなる64画素で構成
されるブロックを用いて説明する。小ブロック化された
標本値は直交変換器３で水平方向、垂直方向共に直交変
換される。

第２図は直交変換器３の説明図で、12は小ブロック化さ
れた標本値の入力部分、13はディスクリートコサイン変
換（以下DCTと略する）器、14は水平垂直並換部、15はD
CT器である。前記標本値は入力部12から入力され、DCT
器13で水平方向にDCTされる。水平方向にDCTされた直交
成分は、水平垂直並換部14で垂直方向に並べ換えらえ
る。並べ換えられた直交成分はDCT器15で垂直方向にDCT
されて出力される。このようにして水平、垂直にDCTさ
れた小ブロック毎の直交成分は、第１図の並換部４に入
力される。

並換部４では、入力された直交成分を第３図に示すよう
に水平方向、垂直方向共に低周波成分を表す直交成分か
ら順番に並べかえる。並べ換えられた直交成分は、大ブ
ロック化部５において、特定の数の小ブロック毎に集め
て大ブロックにブロック化される。大ブロック化された
直交成分は、データ量先読み部分６に入力される。そこ
で予め準備されている複数個の量子化器９に対する小ブ
ロック単位での符号化後のデータ量が計算される。また
大ブロック化された直交成分はバッファ８に入力され、
量子化器９が決定されるまで遅延させられる。

ここで量子化された直交成分と符号化後のデータ量の関
係について第４図を用いて説明する。本実施例では、水
平、垂直の最も低い周波数成分（水平０、垂直０の量子
化値で、以下原点と呼ぶ）を１つの頂点とし、全ての０
でない量子化値を含む最小の長方形に囲まれる部分（第
４図の実線で囲まれた部分）を伝送領域とし、この領域
だけについて伝送を行なう。ただし原点は常に伝送する
ものとする。従ってこのブロックの伝送領域は、水平方
向、垂直方向それぞれで最も高くかつ０でない周波数成
分を表す量子化値の二位置で決定される。同時に伝送す
る量子化値の数はこの伝送領域の面積で決定されるた
め、水平方向の最高周波数の位置と垂直方向の最高周波
数の位置との積によって簡単に計算できる。また本実施
例では伝送領域の情報は、第４図のように水平方向の座
標３ビットと垂直方向の座標３ビットの合計６ビットで
表現できる。このようにして求められた伝送領域に基づ
いて、可変長符号化された量子化値と、伝送領域の情報
との和がその量子化器９に対する小ブロックにおける符
号化後のデータ量となる。

ここで可変長符号化の方法について説明する。本実施例
では、量子化値が０の時に符号長が１ビットとなる可変
長符号を用いる。つまりある量子化値Riに対して符号長
Niは Ri＝０のとき Ni＝１となる。このため１小ブロック分の全ての量子化値に対
して（Ni−１）の和を求めたものに、伝送する量子化値
の数と長方形の頂点の座標６ビットとを加算することに
よって、伝送するデータ量が求められる。従ってデータ
量の計算において、符号長の和の計算と伝送領域の計算
とを独立に実行できるため、回路の簡単化と高速化が可
能になる。また水平、垂直共に最も低い周波数を表す量
子化値に対しては、固定長の符号化を割り当てることも
可能である。

このようにして求められた小ブロック単位の各量子化値
に対するデータ量は量子化器選択部７に入力される。そ
こで大ブロックで予め決められている伝送データ量を超
えないように量子化器９を小ブロック単位で決定する。
そしてこれに基づき量子化器９で量子化され、可変長符
号化器10で可変長符号化されて伝送路11に出力される。
選択された量子化器９に対する各小ブロックの伝送領域
（６ビット）もデータ量先読み部６から同時に伝送され
る。

以上のようにして本実施例では、量子化の前にデータ量
を先読みすることによって、常に最適な量子化器９を選
択することが可能になる。また従来のフィードバック制
御と違い、データ量の制御が正確に行えるため、小さな
範囲で一定長になるような可変長符号化が可能になる。
これによってデジタルVTR等伝送路誤りが頻繁に発生す
るような機器にも可変長符号化を用いることが可能にな
る。

次にもう一つの可変長符号化を用いた実施例について説
明する。先ず可変長符号化の割り当てを第２表に示す。
第２表のＸは任意の１ビットの数が割り当てられる、例
えば符号長が５ビットの符号語の１例を第３表に示す。

第２表の可変長符号化では符号長Niは量子化値の絶対値
の桁数Kiに対して、 Ni＝２×Ki＋１で表される。従って符号長は、量子化値の桁数を求める
ことによって容易に計算できる。これにより伝送する小
ブロックの総データ量Ｄは、伝送する量子化値の数Ｍと長方形の頂点の座標６ビットとを併
せて、Ｄ＝２×ΣKi＋Ｍ＋６で表されるため簡単に求めることができる。また第２表
の可変長符号において、「±（128〜255）」に対応する
可変長符号語を「11111111XXXXXXXX」に変更することも
可能である。

発明の効果本発明は前記した構成により符号化後のデータ量を先読
みするため、常に最適な量子化器を用いて量子化するこ
とが可能になる。

また従来のフィードバック制御と違い、データ量の制御
が小ブロック毎に行えるため、小さな範囲で一定長にな
るような可変長符号化が可能になる。

また本発明のデータ量を計算する部分は上記のように非
常に簡単なため、小さな回路規模での実現が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における高能率符号化装置の
ブロック図、第２図は同装置における直交変換部のブロ
ック図、第３図は同装置における並換部の説明図、第４
図は同装置におけるデータ量先読み部の説明図である。２……小ブロック化部、３……直交変換器、４……並換
部、５……大ブロック化部、６……データ量先読み部、
７……量子化器選択部、９……量子化器、10……可変長
符号化器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号の標本値を水平方向にＨ個、垂直
方向にＶ個集めてＨ×Ｖの四角形に小ブロック化する小
ブロック化手段と、前記小ブロック化された小ブロック
毎に水平方向、垂直方向の２次元直交変換する直交変換
手段と、この直交変換手段によって得られた直交成分を
水平、垂直の２次元周波数上で低い周波数を表す直交成
分から順に並べ換えて新たにＨ×Ｖ個の直交成分からな
る小ブロックを作る並べ換え手段と、この並べ換え手段
によって得られた小ブロックを複数個集めて大ブロック
を構成する大ブロック化手段と、前記直交成分に対する
複数種類の量子化器と、それぞれの量子化器で量子化し
た場合の符号化後のデータ量を前記並べ換えられた小ブ
ロック単位で計算するデータ量先読み手段と、このデー
タ量先読み手段で得られた各量子化器に対する符号化後
のデータ量を用いて、予め決められた大ブロックに対す
る伝送すべきデータ量を超えないように前記並べ替えれ
た小ブロック毎に最適な量子化器を選択する量子化器選
択手段と、この量子化器選択手段で選択された量子化器
を用いて前記大ブロック内の直交成分を量子化する量子
化手段と、この量子化手段で得られた量子化値を可変長
符号化する可変長符号化手段と、この可変長符号化手段
で得られた符号語を伝送する伝送手段とを備えたことを
特徴とする高能率符号化装置。
【請求項２】可変長符号化手段が量子化手段で得られる
量子化値に対して、並べ換え手段で小ブロック内の直交
成分を水平Ｈ個、垂直Ｖ個の直交成分で囲まれる四角形
内に並べ換える際に、水平方向、垂直方向共に一番低い
周波数成分を表す直交成分を前記四角形の第一の頂点に
配置し、その他の直交成分を前記第一の頂点から前記第
一の頂点に対し前記四角形で対角上にある第２の頂点に
向けて、水平、垂直の２次元周波数上で低い周波数を表
す直交成分から順に並べる場合に、前記四角形に含ま
れ、且つ前記第一の頂点を一つの頂点とし、全ての０で
ない量子化値を含む最小の四角形によって得られる伝送
領域内の量子化値だけを可変長符号化し、且つその量子
化値が０の場合には符号長が１に成るように符号化する
ものであり、伝送手段が前記可変長符号化された符号語
と前記最小の四角形の前記第一の頂点の対角上にある頂
点の前記四角形内の位置を表す情報とを伝送するもので
あることを特徴とする請求項１記載の高能率符号化装
置。
【請求項３】データ量先読み手段が、ある量子化器に対
する小ブロック内の符号化後のデータ量を、ｉ番目の量
子化値に対する符号長をNi、伝送すべき量子化値の数を
Ｍとするときに Σ（Ni−１）＋Ｍとして計算するものであることを特徴とする請求項２記
載の高能率符号化装置。
【請求項４】可変長符号化手段が量子化手段で得られる
量子化値に対して、並べ換え手段で小ブロック内の直交
成分を水平Ｈ個、垂直Ｖ個の直交成分で囲まれる四角形
内に並べ換える際に、水平方向、垂直方向共に一番低い
周波数成分を表す直交成分を前記四角形の第一の頂点に
配置し、その他の直交成分を前記第一の頂点から前記第
一の頂点に対し前記四角形で対角上にある第２の頂点に
向けて、水平、垂直の２次元周波数上で低い周波数を表
す直交成分から順に並べる場合に、前記四角形に含ま
れ、且つ前記第一の頂点を一つの頂点とし、全ての０で
ない量子化値を含む最小の四角形によって得られる伝送
領域に囲まれる部分の量子化値だけをその量子化値の絶
対値の桁数Ｋに対して符号長Ｎが2K＋１または2Kの成る
ように符号化するものであり、伝送手段が前記可変長符
号化された符号語と前記最小の四角形の前記第一の頂点
の対角上にある頂点の前記四角形内の位置を表す情報と
を伝送するものであることを特徴とする請求項１記載の
高能率符号化装置。
【請求項５】データ量先読み手段が、ある量子化器に対
する小ブロック内の符号化後のデータ量を、ｉ番目の量
子化値の絶対値の桁数をKi、伝送すべき量子化値の数を
Ｍとするときに２×ΣKi＋Ｍとして計算するものであることを特徴とする請求項４記
載の高能率符号化装置。