JPH0797753B2 - 符号化出力データ量の制御方式 - Google Patents

符号化出力データ量の制御方式

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JPH0797753B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 高能率符号化方式、特に、デジタル信号の処理が行われ
る記録、伝送、表示装置等に有効に適用できる高能率符
号化方式において、信号をより一層少ない符号量で効率
的に符号化でき、かつ、符号化出力データ量を均一化で
きる符号化出力データ量の制御方式に関する。
（従来の技術） 各サンプル当りのデータ量を圧縮する高能率符号化方式
は、通信、記録再生装置、表示装置、その他多くの技術
分野において、従来から種々の構成原理に従う高能率符
号化方式が提案されている。
ところで、高能率符号化方式の一つとして、可変長符号
を用いることにより各サンプル当りのデータ量を少なく
して高能率符号化が行われるようにした高能率符号化方
式は、従来から多くの技術分野において実用されてい
る。
すなわち、高能率符号化の手段として行われる予測符号
化、あるいは変換符号化によって得られた予測誤差ある
いは直交変換成分には、信号のレベル分布にかなりの偏
りがあるために、予めそれぞれ符号長を異にしている符
号を定めておき、信号レベルの発生頻度に合わせて符号
の長さが異なる符号（可変長の符号としては例えばハフ
マン符号などが採用できる）を割り当てるようにする
と、固定長の符号が使用された場合に比べて符号長の平
均値が短くできるので、高能率符号化の手段として、単
に、予測符号化、あるいは変換符号化等の手段を適用し
て固定長の符号を用いられた場合よりもデータ量が圧縮
できるために、従来から各種の技術分野において採用さ
れていることは周知のとおりである。
そして、前記した可変長符号が採用された場合のデータ
量の圧縮の程度は、データの発生頻度の偏りが大きな場
合ほど全体のデータ量を大きく下げることができるので
あり、また、可変長符号が採用された高能率符号化方式
では、固定長符号が用いられた高能率符号化方式の場合
と再生信号の品質を同等に保ちながら平均のデータ量を
少なくできるという利点がある。
しかしながら、前記のような利点のある可変長符号を使
用した高能率符号化方式は、それの実施例によって発生
するデータ量が一定でなくなるために、予め定められた
一定の区間毎のデータ量が一定であることが望まれる情
報信号に対する高能率符号化手段として、前記の可変長
符号を使用した高能率符号化方式をそのまま使用するこ
とは不適当である。
ところで、高能率符号化によって得られる符号化出力デ
ータ量を均一にさせるためのデータ量の制御方式の具体
例としては、 （１）エントロピー符号化とフィードバック制御とを行
って符号化出力データ量が均一になるようにデータ量の
制御を行う方式。
（２）量子化ビット数適応化とフィードフォワード制御
とを行って符号化出力データ量が均一になるようにデー
タ量の制御を行う方式。
前記の（１），（２）で示すようなデータ量制御方式を
挙げることができる。
第５図は（１）として前記したエントロピー符号化とフ
ィードバック制御とを行って符号化出力データ量が均一
になるようにデータ量の制御を行うようにしたデータ量
制御方式の具体的な構成例を示すブロツク図であり、こ
の第５図において１は高能率符号化の対象にされる画像
信号の入力端子、23は直交変換器、24は量子化器、25は
エントロピー符号化器、26は可変長バッファ・メモリ、
27は量子化ステップ設定器28を含んで構成されているデ
ータ量制御系、８は符号化出力データの出力端子であ
る。
第５図において入力端子１に供給された高能率符号化の
対象にされる画像信号は、直交変換器23において一定の
ブロック信号毎に直交変換される。直交変換として例え
ばアダマール変換や離散コサイン変換を用いることがで
きる。
前記した直交変換器23からは複数の直交変換係数が出力
されるが、前記した複数の直交変換係数は、周知のよう
に１つの平均成分（直流成分）と他のすべてが交流成分
である。直交変換器23から出力された複数の直交変換係
数は量子化器24において量子化ステップSqで均等量子化
される。
量子化器24からの出力データはエントロピー符号化器25
において、予め設定されていたハフマン符号などの可変
長の符号にされるが、直交変換によって得られる直交変
換係数に対してハフマン符号が適用される場合は、通
常、０の語長が最も短く、レベルの絶対値が大きくなる
のに従って語長が長くなる。
ところで、前記した直交変換係数の交流成分はそれの大
半が０近辺に集中しているので、エントロピー符号化器
25における符号化によって、データの大半が語長の短い
符号に変換されるので、エントロピー符号化器25におけ
る符号化によってデータ量の大巾な圧縮が行われ得るの
である。
前記のようにしてエントロピー符号化器25における符号
化により可変長符号となされたデータは各変換成分ごと
に長さが異なるので、一たん可変長バッファ・メモリ26
に記憶され、可変長バッファ・メモリ26から一定のデー
タ・レートで出力端子８へ送出されるようになされる。
さて、前記した可変長バッファ26に記憶されるデータ量
Ｍは、エントロピー符号化器25より出力されるデータ量
に応じて変化するものであって、エントロピー符号化器
25より出力されるデータ量が多ければ可変長バッファ・
メモリ26に記憶されるデータ量Ｍは多くなり、また、前
記とは逆にエントロピー符号化器25より出力されるデー
タ量が少なければ可変長バッファ・メモリ26に記憶され
るデータ量Ｍは少なくなる。
それで、量子化された信号が０から離れたものが多くて
データ語長の長いものが続いた場合には可変長バッファ
・メモリ26におけるバッファ可変幅の最大量Mmaxを越え
てしまう可能性がある。
前記の問題が生じないようにするために、例えば、前記
した可変長バッファ・メモリ26の最大記憶容量を大きく
して可変長バッファ・メモリ26のバッファ可変幅を大き
くすると、当然のことながら可変長バッファ・メモリ26
による遅延時間が大きくなるめに、例えばテレビ会議シ
ステムなどのように即時性が要求されるメディアで問題
となる。
そこで、データ量制御系27に量子化ステップ設定器28を
設けて、可変長バッファ26に記憶されるデータ量Ｍの値
に応じて自動的に量子化ステップSpが変化するように、
例えば可変長バッファ26に記憶されるデータ量Ｍが大き
くなったときには粗い量子化が行われるように量子化ス
テップSqを大きくして量子化値を０に近ずけ、エントロ
ピー符号化出力の平均語長が短くなるようにして、可変
長バッファ26に記憶されるデータ量Ｍを少なくさせるよ
うな動作を自動的に行い、また、例えば可変長バッファ
26に記憶されるデータ量Ｍが小さくなったときには細か
な量子化が行われるように量子化ステップSqを小さくし
て量子化値を大きくし、エントロピー符号化出力の平均
語長が長くなるようにして、可変長バッファ26に記憶さ
れるデータ量Ｍを多くさせるような動作を自動的に行う
フィードバック制御を適用して前記した問題点が解決で
きるようにしているのである。
そして、前記したフィードバック制御において可変長バ
ッファ・メモリ26に記憶されるデータ量Ｍと量子化ステ
ップSqとの間の変換特性としては、例えば第７図の
（ａ）に示したように概略比例関係を示すようなものが
用いられるが、可変長バッファ・メモリ26のオーバーフ
ローを避けるために前記の変換特性はバッファ可変幅の
最大量Mmaxに近いほうで急激に量子化ステップSqが大き
くなるようなものとされる。
ところで、バッファ可変幅の最大量Mmaxが小さな可変長
バッファ・メモリ26が用いられている場合のフィードバ
ック制御動作は、フィードバック制御が画像の局部的な
状態に応じて高速に激しく行なわれるために、量子化ス
テップSqの変化によって画質の変動が大きくなり、主観
評価上で望ましくない結果を生じるために、フィードバ
ック制御が行われる場合に使用される可変長バッファ・
メモリ26におけるバッファ可変幅Mmaxとしては、先に述
べた遅延時間との関係もあって一般的には１フレーム分
程度とされる。
第５図を参照して説明して来たデータ量制御方式では、
符号化出力データ量を均一にするためのデータ量の制御
がフィードバック制御によって行われるようにされてい
たから、符号化出力データ量を平均的にみて一定に保つ
ようにすることができるにしても、希望する単位の区間
毎に常に確実に一定のデータ量を有する符号化出力デー
タが得られるような制御動作を行うことはできない。
ところで、画像信号を記録媒体に記録したり再生したり
する場合に、通常再生モードの他に特殊再生（スローモ
ーション再生、高速再生等）モードでの記録再生機能も
求められた場合には、再生の対象にされている画像デー
タが各単位の区間毎、例えば各１フレーム期間毎に一定
のデータ量であることが望ましいのであり、また、例え
ば、符号化された画像データを編集する場合に、画像デ
ータを入れ換えるためには、データ長が１フィールド期
間乃至は数フレーム期間程度の単位で固定であることが
必要とされる。
しかし、第５図を参照して説明した（１）のフィードバ
ック型の制御によってデータ量が一定になされた場合に
は、既述のようにデータ量の平均値は一定に保たれるも
のの、データ量を希望する単位の区間毎に確実に一定以
内に収めるようにすることはできない。
第４図の（ｂ）は第５図を参照して説明した（１）のフ
ィードバック型の制御によってデータ量が平均的に一定
になされている状態を図示説明している図であって、第
４図の（ｂ）における横軸は時間であり、この例では画
像信号の１フレーム期間が時間の単位として用いられて
おり、また、縦軸は累積データ量（相対値）を示してい
る。
第４図の（ｂ）において実線図示の曲線は累積データ量
（相対値）を示しており、また、破線で示されいる直線
は累積データ量の平均値である。既述した（１）のフィ
ードバック型の制御ではデータ量の平均を第４図の
（ｂ）における破線で示されている直線のように一定に
できるが、順次の１フレーム期間毎におけるデータ量
は、実線の縦線の長さでそれぞれ示されているように各
１フレーム区間毎に変動しているものになっている。
それで、希望する単位の区間、例えば１フィールド期
間、あるいは１フレーム期間毎のデータ量が確実に一定
のデータ量に納まるようにして、記録再生、編集等も容
易にできる高能率符号化された画像データも得られるよ
うなデータ量の制御方式としては、本出願人会社が「適
応型データ量削減方式」として特許出願を行って特開昭
63−151269号公報により開示されているフィードフォワ
ード制御を用いてデータ量の制御を行うようにしている
高能率符号化方式がある。
第６図は先に（２）として挙げた量子化ビット数適応化
とフィードフォワード制御とを行って符号化出力データ
量が均一になるようにデータ量の制御を行うデータ量制
御方式が適用された高能率符号化方式の具体的な構成例
を示すブロック図であり、この第６図に示されている高
能率符号化方式は、画像信号には時間や空間の各部分で
比較的データ量を少なくできる部分とそうでない部分の
あることを利用して適応処理を行うようにしているもの
であって、信号処理の対象にされている信号を一定の区
間に分割して得た個々のブロック毎に正規化（規格化）
処理を行い、正規化（規格化）処理が行われた個々のブ
ロック毎に信号の状態を観測して、多くのデータ量を必
要とするブロック（変化の激しい部分）については符号
化出力データ量が多く、そうでないブロックについては
符号化出力データ量が少なくなるように、各ブロック毎
の信号の状態に応じて個々のブロックごとに符号化出力
データ量を変えることにより、均一の処理が行われた場
合に比較して平均のデータ量が少なくできるような画像
信号処理を行っているものであり、各ブロック毎にそれ
ぞれどのような信号処理が行われたのかを示す付加情報
をも出力するようになされている高能率符号化方式であ
る。
第６図において１は高能率符号化の対象にされる画像信
号の入力端子、29は正規化器（規格化器）、30は固定長
メモリ、31は適応量子化器、23は可変長バッファ・メモ
リ、33はブロック振幅観測器34としきい値設定器35と量
子化ステップ設定器36などを含んで構成されているデー
タ量制御系、８は符号化出力データの出力端子、９は正
規化情報（正規化情報…規格化情報または規格化デー
タ）の出力端子である。
第６図に示されている入力端子１に供給された高能率符
号化の対象にされる画像信号は、正規化器（規格化器）
29において、信号処理の対象にされている信号を一定の
区間に分割して得た個々のブロック毎にブロック内の最
大値と最小値とによって正規化されて、正規化器（規格
化器）29からは正規化された信号が順次に出力されて固
定長メモリ30に供給される。
また、正規化器29からは前記した各ブロックが正規化器
29においてどのような正規化処理を施されたのかを示す
ための情報として、ブロックの最小値および最大値と最
小値との差（振幅）Ｄとの規格化データが出力されて、
固定長メモリ30とデータ量制御系33におけるブロック振
幅観測器34とに供給される。
前記した正規化器29の具体的な構成例は、例えば前記し
た特開昭63−151269号公報中における非適応規格器の一
例構成として公報中の第６図について詳細に述べられて
いるので参照されるとよい。
前記した正規化器29によって正規化された信号はフィー
ドフォワード型の制御を行なうために固定長メモリ30に
より一定時間遅述された後に適応量子化器31に供給され
る。また、前記の固定長メモリ30から正規化された信号
と同時間遅延されたブロックの最小値および最大値と最
小値との差（振幅）Ｄとからなる規格化データは、デー
タ量制御系33における量子化ステップ設定器36にも供給
されている。
一方、ブロック振幅観測器34としきい値設定器35と量子
化ステップ設定器36などを含んで構成されているデータ
量制御系33では、予め定められた単位の区間（ここでは
１フレームとする）における符号化出力データ量を一定
量にするために、ブロックの最小値および最大値と最小
値との差（振幅）Ｄとからなる規格化データと対応させ
て量子化ステップSqの割当てを決めるためのしきい値を
フレーム毎に設定するフィードフォワード制御を行う。
すなわち、データ量制御系33においては、正規化器29か
ら出力されたブロックの最小値および最大値と最小値と
の差（振幅）Ｄとからなる規格化データが供給されてい
るブロック振幅観測器34が１フレーム期間にわたって各
ブロックの振幅を観測して１フレーム期間における振幅
のヒストグラムを作って振幅の分布を求め、次に、１フ
レーム期間のブロックの最大値と最小値との差（振幅）
Ｄの分布を複数のしきい値によって分割し、分割された
ブロック数にそれぞれのブロックあたりのデータ量をか
けて１フレーム期間のデータ量を求め、しきい値設定器
35では複数のしきい値を徐々に変えながら、その動作を
繰り返すことにより、データ量を目的のデータ量にさせ
うるしきい値を求める。
このようにして求めたしきい値と、固定長メモリ30から
出力される各ブロックごとのブロックの最小値および最
大値と最小値との差（振幅）Ｄにより、量子化ステップ
設定器36ではブロックごとに量子化ステップSqを決定し
て、それを前記した適応量子化器31に供給する。
前記した適応量子化器31は、各ブロック毎の信号が可変
量子化ステップSqにより画素単位で量子化ビット数を変
えることができるようなものが用いられている。
前記した適応量子化器31では前記した正規化されている
信号をブロック毎に適応量子化する。各ブロック毎の信
号はブロックの最小値および最大値と最小値との差（振
幅）Ｄとからなる規格化データによって正規化されてい
るので、ブロックの最小値および最大値と最小値との差
（振幅）Ｄとからなる規格化データの大きさに応じてよ
り少ないビット数で量子化できることになる。
前記した適応量子化器31から出力されるデータの量はブ
ロック毎には異なっているが、前記のように予めデータ
量が制御されているので、各フレーム期間の単位では確
実に一定値以内に納まる。
第４図の（ｃ）は第６図を参照して説明した（２）のフ
ィードフォワード型の制御によってデータ量が単位の区
間毎にそれぞれ一定になされている状態を図示説明して
いる図であって、第４図の（ｃ）における横軸は時間で
あり、この例では時間の単位が画像信号の１フレーム期
間であるとしており、また、縦軸は累積データ量（相対
値）を示している。第４図の（ｃ）において実線図示の
曲線は累積データ量（相対値）を示している。
既述した（２）のフィードフォワード型の制御ではデー
タ量は各１フレーム期間内では図示の曲線のように変化
しているが、順次の１フレーム期間毎におけるデータ量
は、実線の縦線の長さでそれぞれ示されているように各
１フレーム期間毎に一定しているものになっている。
適応量子化器31において前記のようにして行われる適応
量子化は、第５図を参照して既述された高能率符号化方
式で採用されていたエントロピー符号化とは異なり、量
子化ステップSqにより画素単位で量子化ビット数を変え
るものであるために、ブロックあたりのデータ量は量子
化ステップSqにより一義的に定まるものである。
そして、前記のように適応量子化された信号は既述した
（１）の場合と同様に可変長バッファ32でデータレート
が一定化された後に出力端子８から出力される。また、
復号側で必要となるブロックの最小値および最大値と最
小値との差（振幅）Ｄとからなる規格化データは、もと
もと一定レートなので、正規化情報出力端子９から出力
される。
（発明が解決しようとする課題） 第５図について既述した従来のフィードバック制御によ
るデータ量制御方式では、エントロピー符号化によって
高い符号化効率が得られるが、データ量をフレーム単位
などで確実に一定以内にすることができないから累積系
メディアには適用し難いという点が問題であり、また、
第６図を参照して説明した従来例のフィードフォワード
制御方式によるデータ量制御方式では、予め定められた
一定の区間、例えばフレーム期間単位などでデータ量を
固定化できるが、ブロックあたりのデータ量を量子化ス
テップSqに対して固定する必要があるために、データ語
長が成分ごとに異なるエントロピー符号化を使用でき
ず、符号化効率を上げることが出来ないという問題点が
ある。
（課題を解決するための手段） 本発明は予め定められた一定区間毎の符号化出力データ
量が一定値以内になるようにデータ量を制御して高能率
符号化が行われるようにした符号化出力データ量の制御
方式であって、前記した予め定められた一定区間よりも
短かい区間を単位にしてデータ量を予測する手段と、前
記した予測手段によって得られる予測データ量に基づい
て前記した予め定められた一定区間における予測データ
量の合計が一定になるように予測データ量を発生させる
手段と、前記の発生手段によって得た予測データ量と実
際に符号化されたデータ量との差に基づいて符号化処理
を制御する手段とからなる符号化出力データ量の制御方
式を提供する。
（作用） 正規化処理を行った後にエントロピー符号化を行うとと
もに、フィードフォワード制御とフィードバック制御と
の両方によりデータ量の制御を行うことにより、符号化
効率の向上と、データ量の固定化との双方が達成される
ようにするために、データ量の制御は、まず、フィード
フォワード制御により、データ量の予測値によって量子
化ステップSqのしきい値を設定する。
符号化手段としてブロック毎の符号化出力データ量を予
め正確には求めることができないエントロピー符号化を
用いてデータ量の圧縮を行うようにするが、前記のエン
トロピー符号化の対象にされる信号が、予め最大値と最
小値の差（振幅）Ｄによって正規化したものを用いるよ
うにして、エントロピー符号化によって生じる符号化出
力データの大体の予測ができるようにする。
エントロピー符号化で生じる符号化出力データ量と予測
値との差は、高速なフィードバック制御で量子化ステッ
プSqをシフトすることにより誤差累積の絶対値が大きく
ならないようにする。
フィードフォワード制御とフィードバック制御との両方
の制御により、エントロピー符号化を行いながらデータ
量が希望する単位の区間で固定化され、また、データ量
の予測誤差は高速フィードバック処理によりそのフレー
ム累積は数ブロック分の誤差程度に抑えられるから、フ
ィードフォワード制御は目的とするデータ量に対して若
干のゆとりを持てばよく、さらにフィードバック制御は
小さな予測誤差に対して行なわれるので、高速制御を行
っても画質が大きく変動することはない。
（実施例） 以下、本発明の符号化出力データ量の制御方式の具体的
な内容について添付図面を参照しながら詳細に説明す
る。
第１図は本発明の符号化出力データ量の制御方式の一実
施例のブロックであり、また、第２図及び第３図は第１
図に示されている本発明の符号化出力データ量の制御方
式における一部の構成部分のブロック図、第４図及び第
７図は説明用の特性曲線図である。
第１図において、１は高能率符号化の対象にされる画像
信号の入力端子、２は直交変換器、３は正規化器（規格
化器）、４は固定長メモリ、５は適応量子化器、６はエ
ントロピー符号化器、７は可変長バッファ・メモリ、８
は符号化出力データの出力端子、９は規格化データの出
力端子、Ａはデータ量制御系、10はデータ量予測器、11
はしきい値設定器、12は量子化ステップ設定器、13は減
算器、14は累積加算器である。
第１図に示されている本発明の符号化出力データ量の制
御方式において、入力端子１に供給された高能率符号化
の対象にされる画像データは、直交変換器２で一定のブ
ロック信号毎に直交変換される。直交変換として例えば
アダマール変換や離散コサイン変換が用いられた場合に
は周知のように簡単な構成で直交変換を行うことができ
る。
前記した直交変換器２からは複数の直交変換係数が出力
されるが、前記した複数の直交変換係数は、周知のよう
に１つの平均成分（直流成分…DC係数）と他のすべてが
交流成分（AC係数）である。直交変換器２から出力され
た１つの平均成分（直流成分…DC係数）と交流成分（AC
係数）とからなる複数の直交変換係数は、正規化器（規
格化器）３に供給され、ここで正規化処理が行われる。
前記した正規化器３としては、例えば第３図に例示され
ているような構成態様のものが使用されてもよい。第３
図において37は前記した直交変換器２から出力された直
交変換係数におけるDC係数の入力端子であり、また、38
は前記した直交変換器２から出力された直交変換係数に
おけるAC係数の入力端子である。
前記した正規化器３は、それに入力された直交変換係数
におけるDC係数及び直交変換係数におけるAC係数を、そ
れぞれ別個に規格化処理を行った後に、規格化処理され
た直交変換係数におけるDC係数及び直交変換係数におけ
るAC係数を出力端子52,53から出力するとともに、後述
されている代表レベル値と変動値などの情報が後続の回
路及び復号側でも必要とされるので、それらの情報は規
格化データ（規格化情報）として出力端子54から出力さ
れる（なお、規格化処理の具体的方法や考え方について
は、本出願人による先願の特願昭61−202164号及び特願
昭61−206599号に詳細に述べられているので、ここでは
省略する）。
第３図における入力端子37に供給された直交変換係数に
おけるDC係数と、入力端子38に供給された直交変換係数
におけるAC係数とは、互に性質を異にしているために別
々の方法で規格化処理が施される。
まず、直交変換係数におけるDC係数は、ブロック内の平
均値であるので、通常のサンプル値に対する規格化処理
と同様な方法で、最大値と最小値により規格化処理が行
われるが、直交変換係数におけるAC係数は、複数の係数
を見た場合に平均値は零に近くなるので、その絶対値に
ついて規格化処理が施される。
前記した直交変換係数におけるDC係数は、最小値検出器
40と最大値検出器41に供給され、シリアルに入力するブ
ロックの直交変換係数におけるDC係数のうちで最小値及
び最大値が検出され、次いで、次のサンプル値入力のた
めに、リセット信号によりリセットされる。
前記した最小値と最大値とは、それぞれ減算器42へ供給
され、減算器42では最大値から最小値を減算して差分値
d1を出力する。また、前記した直交変換係数におけるAC
係数は、絶対値化器43へ供給されてブロックについて統
合された直交変換係数におけるAC係数が絶対値化され、
さらに絶対値化によりピーク値が約半分になるために絶
対値化器43で２倍にされた後に出力される。
前記した絶対値化器43の出力信号は最大値検出器45に供
給され、ブロックの直交変換係数におけるAC係数のうち
で最大値d2が検出された後に次のサンプル値入力のため
にリセット信号によりリセットされる。
直交変換係数におけるDC係数の差分値d1と直交変換係数
におけるAC係数の最大値d2とは、どちらも変動分（変動
値）を表わしており、類似した性質を有するので、共通
化することが可能であり、それぞれNAM46へ供給され
て、どちらか大きな方が選択されて変動値d3となる。
NAM（Non Additive Mixer）46は、それに同時に入力す
る２信号のうち大きな方を出力するように動作する。
前記した変動値d3と前記最小値検出器40の最小値（代表
レベル値）の２値は、それぞれベクトル量子化器47へ供
給されて量子化され、情報量が削減される（なお、この
量子化については、本出願人による先願特願昭61−2065
99号で示した考え方により、２次元ベクトル量子化すれ
ば、さらに少ないビット数で量子化することが出来
る）。
前記したベクトル量子化器47の出力信号である代表レベ
ル値と変動値は、出力端子54を介して規格化情報として
復号側へ供給されると共に、量子化再生器（逆量子化
器）48へ供給される。前記した量子化再生器（逆量子化
器）48では量子化された信号を元に戻して情報量の削減
された最小値（代表レベル値）ｍと変動値ｄとを発生
し、最小値ｍは減算器49へ供給される。
また前記した入力端子37に供給された直交変換係数にお
けるDC係数は、全ての係数に対する規格化処理が終了す
るまでの時間だけ遅延器39によって遅延された後に減算
器49へ被減数信号として供給されている。
前記した減算器49は遅延器39から供給される直交変換係
数におけるDC係数を被減数信号とし、また、量子化再生
器48から供給される最小値ｍを減算信号として減算を行
って直交変換係数におけるDC係数ａを出力する。
この動作により直交変換係数におけるDC係数ａは最小値
が０となり、全体的にレベルがシフトされて余分な情報
量が削減される。
前記した減算器49の出力信号である直交変換係数におけ
るDC係数ａと、前記した量子化再生器48の出力信号であ
る変動値ｄは割り算器50においてａ÷ｄの割り算が行な
われ、０〜１間の数値に正規化されたDC係数が出力端子
52から規格化された直交変換係数におけるDC係数出力が
送出される。
また、前記した入力端子38に供給された直交変換係数に
おけるAC係数は、全ての係数に対しての処理が終了する
までの時間だけ遅延器44によって遅延された後に割算器
51へ供給されている。
前記した遅延器44の出力信号である直交変換係数におけ
るAC係数ｂは割り算器51へ供給され、ここで前記した量
子化再生器48の出力信号である変動値ｄとにより、ｂ÷
ｄの割り算が行なわれて０〜１間の数値に正規化され
て、出力端子53からは規格化された直交変換係数におけ
るAC係数出力が送出される。
前記した正規化器３から出力された信号は、フィードフ
ォワード制御を行うことによって生じる時間遅延の補償
を行なうために固定長メモリ４によって遅延された後に
適応量子化器５に供給される。そして、前記した適応量
子化器５では、ブロック毎に異なった量子化ステップSq
により量子化を行う。
前記した適応量子化器５において量子化された信号は、
エントロピー符号化器６において、例えばハフマン符号
により可変長符号化される。このエントロピー符号化器
６から出力された符号化出力データのデータ量は、大き
な量子化ステップSqで粗く量子化された場合には値が０
近辺に集中するために出力データ量が少なく、また、小
さな量子化ステップSqの場合には多くなる。このように
して得られた符号化出力データは可変長バッファ・メモ
リ７によって固定の伝送レート化された後に出力端子８
から出力される。
また、既述した正規化情報（規格化データ）は復号側に
おいて必要とされるために、固定長メモリ４で遅述され
た後に正規化情報の出力端子９から出力されるが、この
正規化情報（規格化データ）は固定長なので特にバッフ
ァ・メモリは必要とされない。
次に、第１図の他に第２図も参照してデータ量の制御系
Ａの構成及び動作について説明する。データ量の制御系
Ａにおけるデータ予測器10と量子化ステップ設定器12と
には、正規化器３から出力された正規化情報が供給され
ていて、データ量の制御系Ａは前記した正規化器３から
出力された正規化情報に基づいてフィードフォワード制
御を行なう。
前記のように正規化器３から出力された正規化情報が供
給されたデータ量の制御系Ａにおけるデータ予測器10で
は、正規化器３から供給された正規化情報と対応して、
データ予測器10に予め設定させておいたブロック当りの
データ量の予測値を出力して、それをしきい値設定器11
に与える。
前記したデータ予想器10に予め設定させておくべきブロ
ック当りのデータ量の予測値としては、正規化器３から
出力された正規化情報がデータ量の制御系Ａに供給され
たときに、前記の正規化情報と対応してデータ量の制御
系Ａの制御動作によりデータ量の制御系Ａの量子化ステ
ップ設定器12で設定された量子化ステップによってエン
トロピー符号化器６から出力される符号化出力のデータ
量を略々所定の一定値になしうるような値が用いられる
のであり、ブロック当りのデータ量の予測値は統計的に
求められた平均値が採用される。
ところで、第１図中に示されているデータ量の制御系Ａ
は、本出願人会社によって行なわれた既提案について第
６図を参照して既述した一点鎖線枠で示してあるデータ
量制御系33と同様に、各量子化ステップによって量子化
されるブロックの数を変更させて、結果的に平均量子化
ステップを変化させ、一定区間（例えば１フレーム期
間）における総符号量を所定のデータ量に一致させるよ
うに動作するフィードフォワード制御中で使用されるも
のであるから、例えばデータ量の制御系Ａにおける図面
符号10で示す構成部分と図面符号11で示す構成部分との
構成態様を、前記した第６図を参照して既述した一点鎖
線枠で示してあるデータ量制御系33における図面符号34
で示す構成部分と画面符号35で示す構成部分との構成態
様と同様なものにされてもよいのである。
第１図中に示されているデータ量の制御系Ａにおいて、
正規化器３から出力された各ブロック毎の正規化情報が
供給されて、各ブロック毎の正規化情報に対応するブロ
ック当りのデータ量の予測値（ブロック当りのデータ量
の予測値は統計的に求められた平均値の予測値）を発生
するデータ量予測器10は、例えば順次の一定区間（例え
ば１フレーム期間）毎に正規化器３から出力された各ブ
ロック毎の正規化情報となる直交変換係数の絶対値のヒ
ストグラムを作って、前記した直交変換係数の絶対値の
分布を求め、前記した直交変換係数の絶対値の分布を複
数のしきい値によって分割し、前記の分割されたブロッ
ク数にそれぞれのブロック当りの予測データ量をかけ
て、一定区間（例えば１フレーム期間）の予測データ量
を求めるような動作を、前記した複数のしきい値を徐々
に変えながら繰り返して行なって、一定区間（例えば１
フレーム期間）における複数種類の予想データ量を経
て、それをしきい値設定器11に与える。
しきい値設定器11では、データ量予測器10から供給され
た複数種類の予測データ量と、予め設定されている目的
のデータ量（固定値）とを比較して、一定区間（例えば
１フレーム期間）の出力データ量が予め定められている
目標データ量となるようなブロックのクラス分けを行な
えるようなしきい値を設定する。
前記したしきい値設定器11で設定されたしきい値が与え
られる量子化ステップ設定器12は、それの一例の具体的
な構成が第２図中に示されているように、ブロッククラ
ス判定器15と、量子化ステップ発生器16と、予測データ
量発生器17と、加算器18と、量子化ステップシフト回路
19とによって構成されている。
第２図中に示されている量子化ステップ設定器12におけ
るブロッククラス判定器15には、前記したしきい値設定
器11から出力されたしきい値が与えられているととも
に、固定長メモリ４から正規化情報が与えられている。
そして、このブロッククラス判定器15では、固定長メモ
リー４によって遅延せあた各ブロツク毎の正規化情報
と、しきい値設定器11から出力されたしきい値とを比較
してブロツクのクラスを決定して、ブロッククラス判定
器15からの出力を量子化ステップ発生器16と予測データ
量発生器17とに与える。
量子化ステップ発生器16ではブロッククラス判定器15で
決定されたクラスに対し、前記したクラスと対応する量
子化ステップPSqを発生して、それを加算器18に供給す
る。
また、予測データ量発生器17ではブロッククラス判定器
15で決定されたクラスに対し、前記したクラスと対応す
る予測データ量PDbを発生して、それを減数信号PDbとし
て減算器13に供給する。前記の予測データ量PDbとして
は統計的な平均値が用いられるのであり、この予測デー
タ量PDbは、既述したデータ予測器10に予め設定させて
おくべきブロツク当りのデータ量の予想値と同様に定め
られる。
前記の減算器13にはエントロピー符号化器６から実際に
出力されている符号化出力のデータ量Dbが被減数信号と
して供給されているから、減算器13から出力される信号
は、エントロピー符号化器６から出力されている符号化
出力のデータ量Dbと、予測データ量発生器17で発生され
た予測データ量PDbとの誤差のデータ量（Db−PDb）であ
る。
前記した減算器13から出力された誤差のデータ量（Db−
PDb）は累積加算器14における加算器20に供給される。
前記した累積加算器14における加算器20には、ブロック
ホールド回路22に保持されていた累積加算値Ｋがスイッ
チ21の可動接点ｖと固定接点ｂとを介して供給されてい
るから、前記の加算器20では前記した減算器13から出力
された前記の誤差のデータ量（Db−PDb）と、ブロック
ホールド回路22に保持されていた累積加算器Ｋとの加算
を行って、新たな累積加算値Ｋをブロックホールド回路
22で保持されるようにする。
前記したブロックホールド回路22に保持されている累積
加算値Ｋは、例えば１フレーム周期の信号によってスイ
ッ21の可動接点ｖを固定接点ａ側に切換えることにより
リセットされる。
前記した累積加算値Ｋは量子化ステップシフト回路19に
おいて、例えば第７図の（ｂ）のような変換特性でシフ
ト信号DSqに変換される。量子化ステップシフト回路19
から出力されたシフト信号DSqは加算器18において、既
述のように量子化ステップ発生器16でブロッククラス判
定器15で決定されたクラスに対応して発生された量子化
ステップPSqと加算され、加算器18から適応量子化器５
に対して所定の量子化ステップが与えられるようにす
る。
既述した予測データ量発生器17で発生される予測データ
量PDbは、既述のように統計的な平均値が用いられてお
り、一方、一般的な画像についてみると前記した予測デ
ータ量PDbの累積値と符号化出力データ量Dbの累積値と
は略々等しく、一般的な画像に関しては前記した累積加
算値Ｋは０に近い値となる。
しかし、符号化出力データ量Dbが偏って発生した場合に
は、累積加算値Ｋは正または負の値を持ち、累積加算値
Ｋを量子化ステップシフト回路19で例えば第７図の
（ｂ）のような変換特性で変換して得たシフト信号DSq
が、量子化ステップ発生器16でブロッククラス判定器15
で決定されたクラスに対応して発生された量子化ステッ
プPSqに対してシフトする。
前記した累積加算値Ｋからシフト信号への変換特性は、
基本的には符号化特性によって決められるのであり、累
積加算値ＫがKmaxを越えないように設定される。
データ量制御系Ａにおける加算器18から所定の量子化ス
テップが与えられた適応量子化器５では、固定長メモリ
４から適応量子化器５に供給されている既述のように正
規化が施されている画像データに対して適応量子化を行
って、その出力データをエントロピー符号化器６に供給
する。
エントロピー符号化器６では、それに供給された画像デ
ータを例えばハフマン符号によって符号化してデータ量
の圧縮を行った後に可変長バッファ・メモリ７を介して
出力端子８に送出する。
これまでの説明から明らかなように、本発明の符号化デ
ータ量の制御方式では、予測データ量を設定して行った
データ量のフォワード制御の結果として得られる小さな
値を示すデータ量の予測誤差に対してフィードバック制
御を行うようにしているので、第５図を参照して既述し
た固定データレートに対してフィードバック制御が行わ
れるようになされている従来例の場合とは大きく異な
る。
このことは前記した累積加算値の最大値Kmaxと可変バッ
ファ・メモリの最大記憶データ量MmaxとがKmax《Mmaxの
関係にあることからも容易に理解できる。
従来例では１フレーム期間程度のデータ量で制御が行わ
れるのに対し、本発明の符号化データ量の制御方式では
数ブロック期間程度の単位で細かく制御が行われるので
ある。
そして、本発明の符号化データ量の制御方式において前
記したデータ量の制御が正しく行われることにより、１
フレーム期間の終了時点で１フレーム期間に生じるデー
タ量の誤差はKmax以内に納まり、フィードフォワード系
で設定されるしきい値は目的とするデータ量に対してKm
axのゆとりをもてばよいのである。
今、前記した累積加算値の最大値Kmaxを10ブロック分の
データ量とした場合における前記のデータ量は、１フレ
ーム期間の画素数を例えば720×480、ブロックサイズを
８×８と仮定すると、前記の累積加算値の最大値Kmaxは
１フレーム期間における全画素数と対応するデータ量の
1/540程度であり、符号化効率の低下はほとんど無視で
きることになる。
一方、本発明の符号化データ量の制御方式では比較的に
複雑な構成の制御回路を使用しているが、データの処理
単位がブロックであるために、ブロックの大きさが例え
ば８×８画素であると、本来の信号の1/64程度の処理速
度でよいので、制御回路としては汎用のDSP（デジタル
・シグナル・プロセッサ）による処理も可能であり、制
御回路の構成の複雑さが本発明の実施に際して支承を与
えることはない。
なお、復号系としては復号化系から復号系に伝送される
規格化データに基づいてブロックのクラスを決め、符号
化系と同様なフィードバック制御系を持つことで正しい
復号値を得ることができる。符号化系のフィードフォワ
ード制御系で設定されたしきい値は、復号系でも同様に
再生できるが、そのデータ量は１フレームあたり高々10
ビット程度であるので、それを伝送してもデータ量の増
加はほとんど無視できる。
（発明の効果） 以上、詳細に説明したところから明らかなように、本発
明の符号化出力データ量の制御方式は予め定められた一
定区間毎の符号化出力データ量が一定値以内になるよう
にデータ量を制御して高能率符号化が行われるようにし
た符号化出力データ量の制御方式であって、前記した予
め定められた一定区間よりも短かい区間を単位にしてデ
ータ量を予測する手段と、前記した予想手段によって得
られる予測データ量に基づいて前記した予め定められた
一定区間における予測データ量の合計が一定になるよう
に予測データ量を発生させる手段と、前記の発生手段に
よって得た予測データ量と実際に符号化されたデータ量
との差に基づいて符号化処理を制御する手段とからなる
符号化出力データ量の制御方式であって、この本発明方
式では正規化処理とエントロピー符号化とを行い、ま
た、フィードフォワード制御とフィードバック制御との
両方の制御方式によりデータ量を制御するようにして高
い符号化効率の達成とデータ量の固定化とを両立させて
所期の目的が達成できるようにしているのである。
すなわち、直交変換およびエントロピー符号化により高
い符号化効率が得られるようにするとともに、正規化処
理と適応量子化処理とにより視覚特性に適合した量子化
を行って高能率符号化を実現させ、また、データ量の予
測値を用いてフィードフォワード制御により仮の量子化
ステップを定め、実際のエントロピー符号化で生じる実
際のデータ量とデータ量の予測値との差を高速なフィー
ドバック制御で量子化ステップをシフトさせるようにし
て予測誤差のフレーム累積が数ブロック分の程度に抑え
ることができ、したがってフィードフォワード制御では
目的とするデータ量に対してわずかなゆとりを持つだけ
で、データ量を１フレーム期間等の目的とする単位で目
的とする量に制限することができるし、さらにフィード
バク制御は小さな値を示す予測誤差に対して行われてい
るので、データ量の制御に伴って画質が大きく変動する
ようなことも生じない。さらにまた、データ量の制御に
より発生するデータの量も均一化されるので、出力に設
けられるバッファの容量も少なくでき、また、データ量
の制御はブロック単位で行なわれるので処理速度はかな
り遅くてもよいから汎用のDSPなどでも容易に制御系が
実現可能である。
したがって、本発明の符号化出力データ量の制御方式は
特殊再生やデータのフレーム単位での入れ替えが望まれ
る蓄積系メディアにも、高い符号化効率を保ちながら適
用可能であり、本発明によれば既述した従来の問題点は
良好に解決できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の符号化出力データ量の制御方式の一実
施例のブロックであり、また、第２図及び第３図は第１
図に示されている本発明の符号化出力データ量の制御方
式における一部の構成部分のブロック図、第４図及び第
７図は説明用の特性曲線図、第５図及び第６図は従来の
高能率符号化方式の構成例を示すブロック図である。 １……高能率符号化の対象される画像信号の入力端子、
２……直交変換器、３……正規化器（規格化器）、４…
…固定長メモリ、５……適応量子化器、６……エントロ
ピー符号化器、７……可変長バッファ・メモリ、８……
符号化出力データの出力端子、９……正規化情報（規格
化情報）の出力端子、10……データ量予測器、11……し
きい値設定器、12……量子化ステップ設定器、13……減
算器、14……累積加算器、15……ブロッククラス判定
器、16……量子化ステップ発生器、17……予測データ量
発生器、18……加算器、19……量子化ステップシフト回
路、20……加算器、21……スイッチ、22……ブロックホ
ールド回路、23……直交変換器、24……量子化器、25…
…エントロピー符号化器、26……可変長バッファ・メモ
リ、27……量子化ステップ設定器28を含んで構成されて
いるデータ量制御系、29……正規化器（規格化器）、30
……固定長メモリ、31……適応量子化器、32……可変長
バッファ・メモリ、33……ブロック振幅観測器34としき
い値設定器35と量子化ステップ設定器36などを含んで構
成されているデータ量制御系、
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−151269（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−56867（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−62417（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−54729（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−128627（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−169530（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−266924（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−222783（ＪＰ，Ａ) 米国特許4734767（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開380081（ＥＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】予め定められた一定区間毎の符号化出力デ
    ータ量が一定値以内になるようにデータ量を制御して高
    能率符号化が行われるようにした符号化出力データ量の
    制御方式であって、前記した予め定められた一定区間よ
    りも短かい区間を単位にしてデータ量を予測する手段
    と、前記した予測手段によって得られる予測データ量に
    基づいて前記した予め定められた一定区間における予測
    データ量の合計が一定になるように予測データ量を発生
    させる手段と、前記の発生手段によって得た予測データ
    量と実際に符号化されたデータ量との差に基づいて符号
    化処理を制御する手段とからなる符号化出力データ量の
    制御方式
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