JPH08130736A - データ圧縮方式 - Google Patents

データ圧縮方式

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JPH08130736A
JPH08130736A JP29067794A JP29067794A JPH08130736A JP H08130736 A JPH08130736 A JP H08130736A JP 29067794 A JP29067794 A JP 29067794A JP 29067794 A JP29067794 A JP 29067794A JP H08130736 A JPH08130736 A JP H08130736A
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00Image coding
    • G06T9/007Transform coding, e.g. discrete cosine transform

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一定の圧縮率や符号化ビットレートでの画質
の劣化をなくす。 【構成】 第2DCT演算部14は、画像分割部13に
より縮小・分割された画像に対するDCT演算を行う。
第2量子化部15は当該演算結果を適用システムにおけ
る量子化ステップの最大値で量子化し、第3量子化部1
6は最小値で量子化する。符号量制御部17は、第2量
子化部15による量子化の結果と第3量子化部16によ
る量子化の結果とを基に両方の量子化に係るデータにお
ける符号量の発生を調べ、両者による発生符号量に大き
な差があるか否かを画像分割部13により分割された各
要素毎に判別し、当該判別の結果と目的とする圧縮率や
符号化ビットレートとに基づいて最適な量子化ステップ
を各要素について決定する。第1量子化部11は、符号
量制御部17により決定された最適な量子化ステップで
第1DCT演算部10の演算結果を量子化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、静止画の圧縮装置や圧
縮した静止画を伸長し連続表示させ動画として見せる装
置や圧縮動画像符号化装置におけるデータ圧縮方式に関
し、特にデータ圧縮方式における符号量制御に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のデータ圧縮方式、特に圧縮率や符
号化ビットレートを一定にするデータ圧縮方式(目的と
する圧縮率や符号化ビットレートが存在するデータ圧縮
方式)としては、以下のようなものがあった。
【0003】第1の従来例としては、「目的とする圧縮
率や符号化ビットレートに適合するまで圧縮符号化を何
度も繰り返して最適な量子化ステップ等のパラメータを
決定し、そのパラメータを基に最終的に圧縮を行うデー
タ圧縮方式」がある。
【0004】図4は、この第1の従来例に係るデータ圧
縮方式が適用される画像データ記録方式(特開平4−4
8874号公報)の構成を示すブロック図である。この
画像データ記録方式は、フレームメモリと、離散コサイ
ン変換回路と、量子化回路と、ジグザグスキャン回路
と、ハフマン符号回路と、符号量測定回路と、スケーリ
ングファクタ制御回路と、量子化マトリクス回路とを含
んで構成されている。ここで、スケーリングファクタ制
御回路から供給されるスケーリングファクタに基づく値
によって、量子化ステップは規定される(当該公報中の
第625頁左上欄第5行〜第13行等参照)。
【0005】第2の従来例としては、「画像を分割し、
その分割した中で量子化のレベルを目的とする圧縮率や
符号化ビットレートから最適なパラメータとして与えて
やるデータ圧縮方式」がある。
【0006】この第2の従来例に係るデータ圧縮方式
は、特開平4−329089号公報に係る動画像符号化
装置や特開平4−266286号公報に係るテレビ電話
用映像信号圧縮装置に適用されるデータ圧縮方式に該当
する。
【0007】図5(a)は、前者(特開平4−3290
89号公報におけるデータ圧縮方式)によるブロックの
分割の概念を示す図である。この場合には、原画像(人
の画像を有する原画像)が矩形のブロック(ブロック分
割領域)に分割されて最適な量子化ステップ等が決定さ
れている。
【0008】図5(b)は、後者(特開平4−2662
86号公報におけるデータ圧縮方式)によるブロック
(ゾーン)の分割の概念を示す図である。この場合に
は、テレビ電話での利用が考えられており、人が主とし
て画面の真ん中にくることが想定され(図5(b)中の
「画像(人)」を参照のこと)、中心部(ゾーン2)の
量子化は細かくされ、周囲(ゾーン1)の量子化は中心
部に比べて粗くされることにより、全体の符号量の制御
が行われている。
【0009】また、図6は、特開平4−329089号
公報に係る動画像符号化装置をさらに詳しく述べている
特開平4−331592号公報に係る動画像符号化装置
の構成を示すブロック図(機能ブロック図)である。こ
の動画像符号化装置は、画像入力手段と、画像選択手段
と、直交変換手段と、量子化手段と、可変長符号化手段
と、フレーム内フレーム間判定手段と、現フレーム画像
記憶手段と、前フレーム画像記憶手段と、復号画像算出
手段と、判定結果蓄積手段と、量子化ステップ決定手段
とを含んで構成されている。この動画像符号化装置は、
ある一定時間内で符号化されるデータ量(符号量)があ
らかじめ予定していた標準的な符号量(目標符号量)よ
りも大きくなるような場合に、発生符号量を抑えるため
に量子化ステップを大きくとるようにする。また、あら
かじめ予定していた標準的な符号量よりも小さくなるよ
うな場合には、発生符号量を標準的なものに近づけるた
めに量子化ステップを小さくとるようにする。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した第1の従来例
に係るデータ圧縮方式では、目標の符号量以下になるま
で何回もフィードバックし圧縮を繰り返す必要があるの
で、一定時間内でのリアルタイムな処理を必要としない
静止画を対象にした装置(例えば、電子スチルカメラ)
には有効であるが、静止画を連続して動画のように見せ
たり、リアルタイムに圧縮しながら画像の取り込みを行
うような場合には、「何回もフィードバックを繰り返し
て制御を行うこと」が非常に困難になるという問題点が
あった。
【0011】また、上述した第2の従来例に係るデータ
圧縮方式では、以下のおよびに示すような問題点が
あった。
【0012】 特開平4−266286号公報(テレ
ビ電話用映像信号圧縮装置)におけるデータ圧縮方式の
ように「フレームをゾーンに分割して、そのゾーンにあ
らかじめ設定された量子化ステップで符号化制御を行う
方式」では、テレビ電話のようにあらかじめ画像の中央
部に人がくる確率の高いような画像に対しては有効であ
るが、その他の画像(中央部に大きな被写体がこない画
像)の場合には最適な画質や符号量を得るための制御が
できないという欠点がある。
【0013】 特開平4−331592号公報(動画
像符号化装置)におけるデータ圧縮方式のように「ブロ
ック分割後、そのブロックであらかじめ設定された目標
符号量より高い場合には量子化ステップを大きくし、目
標符号量より低い場合には量子化ステップを小さくする
方式」では、の場合とは反対に、中央部に人がくるよ
うな画像の場合には、次のような欠点が発生することが
ある。すなわち、かかる場合に、背景画像の符号量は目
標符号量より小さくなり量子化ステップが小さくとられ
るので画質的に向上するが、画像の中央部の符号量は目
標符号量より大きくなり量子化ステップが大きくとられ
るので画質的に劣化し、結果として背景画像の画質は良
いが画像の中央部の画質は良くないという現象が生じ
る。
【0014】すなわち、従来のデータ圧縮方式では、目
的とする圧縮率や符号化ビットレートがある場合(一定
の圧縮率や符号化ビットレートの制約がある場合)に、
画質の劣化を余儀なくされるという問題点があった。
【0015】なお、「データを圧縮し蓄積したり、また
一定の符号化ビットレート内でのデータの転送等におい
て、画質を保ちつつ有効な符号量の制御を行う」こと
は、画像データの制御の分野において重要な課題であ
る。
【0016】本発明の目的は、上述の点に鑑み、一定の
圧縮率や符号化ビットレートでの画質の劣化をなくすこ
とができるデータ圧縮方式を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明のデータ圧縮方式
は、原画像に対するDCT(Discrete Cos
ine Transform。離散コサイン変換)演算
を行う第1DCT演算部と、符号量制御部により決定さ
れた最適な量子化ステップで前記第1DCT演算部の演
算結果を量子化する第1量子化部と、この第1量子化部
による量子化の結果を基に有効係数と0値のラン数とを
カウントしそのカウント結果に対して可変長符号を与え
る可変長符号化部と、原画像を縮小していくつかの要素
に分割する画像分割部と、この画像分割部により分割さ
れた画像に対するDCT演算を行う第2DCT演算部
と、この第2DCT演算部の演算結果を適用システムに
おける量子化ステップの最大値で量子化する第2量子化
部と、前記第2DCT演算部の演算結果を適用システム
における量子化ステップの最小値で量子化する第3量子
化部と、前記第2量子化部による量子化の結果と前記第
3量子化部による量子化の結果とを基に両方の量子化に
係るデータにおける符号量の発生を調べ、前記第2量子
化部による発生符号量と前記第3量子化部による発生符
号量とに大きな差があるか否かを前記画像分割部により
分割された各要素毎に判別し、当該判別の結果と目的と
する圧縮率や符号化ビットレートとに基づいて最適な量
子化ステップを各要素について決定する前記符号量制御
部とを有する。
【0018】
【作用】本発明のデータ圧縮方式では、第1DCT演算
部が原画像に対するDCT演算を行い、第1量子化部が
符号量制御部により決定された最適な量子化ステップで
第1DCT演算部の演算結果を量子化し、可変長符号化
部が第1量子化部による量子化の結果を基に有効係数と
0値のラン数とをカウントしそのカウント結果に対して
可変長符号を与え、画像分割部が原画像を縮小していく
つかの要素に分割し、第2DCT演算部が画像分割部に
より分割された画像に対するDCT演算を行い、第2量
子化部が第2DCT演算部の演算結果を適用システムに
おける量子化ステップの最大値で量子化し、第3量子化
部が第2DCT演算部の演算結果を適用システムにおけ
る量子化ステップの最小値で量子化し、符号量制御部が
第2量子化部による量子化の結果と第3量子化部による
量子化の結果とを基に両方の量子化に係るデータにおけ
る符号量の発生を調べ第2量子化部による発生符号量と
第3量子化部による発生符号量とに大きな差があるか否
かを画像分割部により分割された各要素毎に判別し当該
判別の結果と目的とする圧縮率や符号化ビットレートと
に基づいて最適な量子化ステップを各要素について決定
する。
【0019】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。
【0020】図1は、本発明のデータ圧縮方式の一実施
例の構成を示すブロック図である。
【0021】本実施例のデータ圧縮方式は、第1DCT
演算部10と、第1量子化部11と、可変長符号化部1
2と、画像分割部13と、第2DCT演算部14と、第
2量子化部15と、第3量子化部16と、符号量制御部
17とを含んで構成されている。
【0022】図2(a)〜(c)は、本実施例、ひいて
は本発明のデータ圧縮方式での処理の概念を示す図であ
る。
【0023】図3は、本実施例のデータ圧縮方式におけ
る最適量子化ステップ決定処理(第1量子化部11にお
ける量子化で採用される「最適な量子化ステップ」を決
定するための処理)を示す流れ図である。この処理は、
原画像縮小ステップ301と、画像分割ステップ302
と、DCT演算ステップ303と、最大値量子化ステッ
プ304と、最小値量子化ステップ305と、符号量算
出ステップ306と、発生符号量差判別ステップ307
と、原画像発生符号量予測ステップ308と、最適量子
化ステップ決定ステップ309と、最適量子化ステップ
供与ステップ310とからなる。
【0024】次に、このように構成された本実施例のデ
ータ圧縮方式の動作について説明する。
【0025】原画像は、第1DCT演算部10に送られ
る。
【0026】第1DCT演算部10は、当該原画像に対
するDCT演算を行い、当該原画像を周波数成分のデー
タに変換する。
【0027】次に、第1量子化部11は、第1DCT演
算部10によるDCT演算の演算結果(周波数成分のデ
ータ)を、後述する「符号量制御部17によって決定さ
れた最適な量子化ステップ」にて量子化する。
【0028】可変長符号化部12は、第1量子化部11
による量子化の結果を基に、8×8のブロックを順次ジ
グザクスキャンし、有効係数と0値のラン数との組み合
わせから可変長符号を割り当てていく(有効係数と0値
のラン数とをカウントし、そのカウント結果に対して可
変長符号を与える)。これにより、可変長符号化部12
による符号出力が実現される。
【0029】一方、原画像は画像分割部13にも送ら
れ、図3に示すような処理(最適量子化ステップ決定処
理)によって第1量子化部11における量子化で採用さ
れる「最適な量子化ステップ」の決定が行われる。以下
に、図3の一連の処理について説明する。
【0030】原画像を受け取った画像分割部13は、原
画像をまず縮小し(ステップ301)、縮小した画像を
いくつかの要素に分割する(ステップ302)。
【0031】第2DCT演算部14は、画像分割部13
によって縮小・分割された画像に対するDCT演算を行
う(ステップ303)。
【0032】第2DCT演算部14によるDCT演算の
演算結果は、第2量子化部15および第3量子化部16
に送られる。
【0033】第2量子化部15は、本実施例のデータ圧
縮方式が適用されるシステム(以下、適用システムとい
う)における量子化ステップの最大値で、当該演算結果
の量子化を行う(ステップ304)。
【0034】また、第3量子化部16は、適用システム
における量子化ステップの最小値で、当該演算結果の量
子化を行う(ステップ305)。
【0035】ここで、上述の「適用システム」として
は、MPEG(Moving Picture Exp
erts Group)に係る標準化がなされたシステ
ム(請求項2記載の発明参照)や、JPEG(Join
t PhotographicExperts Gro
up)に係る標準化がなされたシステム(請求項3記載
の発明参照)等が考えられる。
【0036】符号量制御部17は、第2量子化部15に
よる量子化の結果と第3量子化部16による量子化の結
果とに基づき、両方の量子化の結果に係るデータの符号
量(発生符号量)を算出する(ステップ306)。
【0037】そして、符号量制御部17は、画像分割部
13にて分割された要素(その要素の領域)毎に、第2
量子化部15による発生符号量と第3量子化部16によ
る発生符号量との差を比較し、発生符号量に大きな差が
あるか否かを判別する(ステップ307)。
【0038】また、符号量制御部17は、画像分割部1
3にて縮小された画像の発生符号量から原画像における
発生符号量を予測し(ステップ308)、さらに目的と
する圧縮率や符号化ビットレートとステップ307にお
ける判別結果とを基に分割された各要素における最適な
量子化ステップを決定する(ステップ309)。
【0039】最後に、符号量制御部17は、ステップ3
09において決定した最適な量子化ステップの値を第1
量子化部11に与える(ステップ310)。
【0040】次に、図2(a)〜(c)を参照して、本
実施例、ひいては本発明のデータ圧縮方式での処理の概
念を説明する。
【0041】図2(a)は、原画像の一例を示す図であ
る。ここでは、人が中央に存在して背景が壁である画像
を例としてあげることにする。
【0042】図2(b)は、画像分割部13にて図2
(a)に示す原画像が縮小された画像(縮小画像)を示
す図である。縮小画像は、さらにいくつかの要素(ここ
では16の要素)に分割されている。
【0043】図2(c)は、図2(b)に示すように縮
小され分割された画像に対するDCT演算(第2DCT
演算部14によるDCT演算)の演算結果が第2量子化
部15と第3量子化部16とに送られ、各要素毎に発生
符号量の比較・判別(図3ステップ307参照)が行わ
れた結果を示す図である。図2(c)中でXと書かれて
いる要素は「発生符号量の差が小さい」と判別されたも
のであり、Yと書かれている要素は「発生符号量の差が
大きい」と判別されたものである。
【0044】符号量制御部17は、図2(b)に示すよ
うに縮小された画像における全体の発生符号量を予測
し、さらに目的とする圧縮率や符号化ビットレートと各
要素がXであるかYであるかの情報(図2(c)参照)
とに基づいて各要素における最適な量子化ステップを決
定する。
【0045】ここで、Xの要素の場合には、量子化ステ
ップを変化させても符号量の変化は発生しない。これが
意味するのは、量子化ステップを小さくしなくても、あ
る一定の画質は十分得られるということである。したが
って、Xの要素における量子化ステップは大きな値に設
定される。
【0046】また、Yの要素の場合には、逆に、量子化
ステップを変化させると発生符号量が大きく変化する。
これが意味するのは、量子化ステップを小さくすれば、
それだけ画質は向上していくということである。したが
って、Yの要素における量子化ステップは小さな値に設
定される。
【0047】例えば、図2(a)に示す原画像のように
「人が中央に存在し他の部分(背景)が壁である画像」
があった場合には、壁に相当する要素は図2(c)でX
になり、人が存在する要素は図2(c)でYとなる。こ
こで、壁の場合にはその画像的特徴から、発生符号量も
全体的に少ない。したがって、符号量制御部17は、X
の要素である壁の領域の量子化ステップを大きくし、そ
の分だけYの要素である人の領域の量子化ステップを小
さくしてその発生符号量を上げて、画質を向上させるこ
とができる。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、原画像を
縮小した画像を対象にしてあらかじめ発生符号量を予測
し、かつ縮小・分割した画像の各要素における最適な量
子化ステップを「量子化ステップの最大値による量子化
での発生符号量と量子化ステップの最小値による量子化
での発生符号量との差」に基づいて決定することによ
り、単一色的な絵柄を有する要素には大きい(高い)量
子化ステップを与えることができ、細かい絵柄を有する
要素には小さい(低い)量子化ステップを与えることが
できるので、一定の圧縮率や符号化ビットレートでの画
質の劣化をなくすことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のデータ圧縮方式に係る一実施例の構成
を示すブロック図である。
【図2】図1に示すデータ圧縮方式での処理の概念を示
す図である。
【図3】図1に示すデータ圧縮方式における最適量子化
ステップ決定処理を示す流れ図である。
【図4】従来のデータ圧縮方式に係る第1の従来例の構
成を示すブロック図である。
【図5】従来のデータ圧縮方式に係る第2の従来例にお
けるブロック分割の概念を示す図である。
【図6】従来のデータ圧縮方式に係る第2の従来例の構
成を示すブロック図(機能ブロック図)である。
【符号の説明】
10 第1DCT演算部 11 第1量子化部 12 可変長符号化部 13 画像分割部 14 第2DCT演算部 15 第2量子化部 16 第3量子化部 17 符号量制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03M 7/40 9382−5K H04N 1/41 B

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原画像に対するDCT演算を行う第1D
    CT演算部と、 符号量制御部により決定された最適な量子化ステップで
    前記第1DCT演算部の演算結果を量子化する第1量子
    化部と、 この第1量子化部による量子化の結果を基に有効係数と
    0値のラン数とをカウントしそのカウント結果に対して
    可変長符号を与える可変長符号化部と、 原画像を縮小していくつかの要素に分割する画像分割部
    と、 この画像分割部により分割された画像に対するDCT演
    算を行う第2DCT演算部と、 この第2DCT演算部の演算結果を適用システムにおけ
    る量子化ステップの最大値で量子化する第2量子化部
    と、 前記第2DCT演算部の演算結果を適用システムにおけ
    る量子化ステップの最小値で量子化する第3量子化部
    と、 前記第2量子化部による量子化の結果と前記第3量子化
    部による量子化の結果とを基に両方の量子化に係るデー
    タにおける符号量の発生を調べ、前記第2量子化部によ
    る発生符号量と前記第3量子化部による発生符号量とに
    大きな差があるか否かを前記画像分割部により分割され
    た各要素毎に判別し、当該判別の結果と目的とする圧縮
    率や符号化ビットレートとに基づいて最適な量子化ステ
    ップを各要素について決定する前記符号量制御部とを有
    することを特徴とするデータ圧縮方式。
  2. 【請求項2】 第2量子化部および第3量子化部で最大
    値および最小値が考慮される適用システムがMPEGに
    係る標準化がなされたシステムであることを特徴とする
    請求項1記載のデータ圧縮方式。
  3. 【請求項3】 第2量子化部および第3量子化部で最大
    値および最小値が考慮される適用システムがJPEGに
    係る標準化がなされたシステムであることを特徴とする
    請求項1記載のデータ圧縮方式。
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