JPH08275176A

JPH08275176A - 量子化装置および量子化方法

Info

Publication number: JPH08275176A
Application number: JP9955895A
Authority: JP
Inventors: Tetsujiro Kondo; 哲二郎近藤; Yasuhiro Fujimori; 泰弘藤森
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-18
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: JP3627279B2

Abstract

(57)【要約】【目的】量子化装置を使用することによる画質劣化を
防止する。【構成】動き量検出部１５では、ブロック毎に動き量
が検出され、動き履歴検出部１６において、その動き量
の履歴が生成される。重み決定部１７では、動き履歴に
応じて評価値に対する重みが決定される。基本的に動き
履歴が大きいほど、時間変動評価値に対する重みγが単
調増加するように変化する。判定部１８では、入力信号
値と量子化復号値の量子化誤差であるＳ／Ｎ評価値と、
入力信号値の空間変動と量子化復号値の空間変動の差分
である空間変動評価値と、入力信号値の時間変動と量子
化復号値の時間変動の差分である時間変動評価値とが決
定された重みを使用して重み付け加算され、それによっ
て、新規範評価値が算出される。新規範評価値を最小と
する量子化候補が選択的に出力端子１４に取り出され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばディジタル画
像信号を量子化する場合に入力信号値と量子化復号値と
で定義される量子化誤差最小規範に対して、さらに視覚
特性を考慮した空間変動規範および／または時間変動規
範を加味するようにした量子化装置および量子化方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、各画素が８ビットで表されるデ
ィジタル画像信号が入力され、各画素を８ビットより少
ないビット数で量子化（再量子化）することによって、
データ量を圧縮することが行われる。従来、この量子化
としては、入力信号値と量子化復号値との量子化誤差が
最小となるように量子化値が選択されていた。この量子
化装置において、入力信号レベルの分布に極端な偏りが
ない場合、その量子化誤差の積算値は最小となりＳ／Ｎ
（Signal/Noise）比は、最良となる。そのため、従来の
量子化装置は、Ｓ／Ｎ規範に基づいて量子化値が決定さ
れている。この規範とは、のっとるべき規則を言い、す
なわちＳ／Ｎ規範とは、量子化誤差を最小とする量子化
値を選択する規則を意味する。

【０００３】ここで、Ｓ／Ｎ規範Ｑ１は式（１）で表さ
れる。Ｌ（ｉ）は入力信号値を表し、Ｌ（ｉ）＾は量子
化復号値を表し、ｑ（ｉ）は量子化値を表し、ｎは量子
化ビット数を表す。また、一般的な８ビット量子化の入
力ディジタル画像信号に対する量子化式と復号式を式
（２）、（３）に示す。

【０００４】Ｑ１＝ＭＩＮ〔｜Ｌ（ｉ）＾−Ｌ（ｉ）｜〕（１）ｑ（ｉ）＝Ｌ（ｉ）／（２５５／２ⁿ）（２）Ｌ（ｉ）＾＝ｑ（ｉ）・２５５／２ⁿ （３）

【０００５】式（１）におけるＭＩＮ〔〕は、〔〕
内の値が最小値となる量子化値を選択することを意味す
る。入力信号値に対する各量子化値の量子化復号値の量
子化誤差を比較し、Ｓ／Ｎ規範Ｑ１に基づいて量子化値
が選択される。図１３に３ビット量子化の例を示す。従
来のＳ／Ｎ規範量子化装置は、入力信号を８階調に量子
化し、各量子化区間の中央値を量子化復号値として出力
する。

【０００６】図１３によると、入力信号の変化が小さく
なる平坦領域において画質劣化が認められる。つまり、
入力信号が領域境界レベルを挟み僅かに変動しているに
も拘らず、量子化復号値においては、量子化ステップ幅
に相当する信号変動に拡大されることになる。このよう
な画質劣化は空間方向と時間方向の両者に発生し、画像
のエッジ部分がザラザラと見える、すなわちエッジビジ
ネスや時間的劣化の原因となる。このように、人間の視
覚特性を考慮すると、必ずしもＳ／Ｎ規範による量子化
が最適とは言えない。特に人間の視覚特性は、入力信号
の空間的、あるいは時間的な信号変化に対する感度が高
いと考えられるにも拘らず、従来の量子化装置は、入力
信号値そのものを基準として量子化を行うため、信号変
化に伴う画質劣化が目立つという欠点があった。

【０００７】このような従来のＳ／Ｎ規範のみに基づく
量子化装置の欠点を克服するため、本出願人は、上述の
ような人間の視覚特性を考慮した新規範Ｑ２を用いた量
子化装置を先に提案している（特開平６−１６９２５７
号公報参照）。新規範Ｑ２を式（４）に示す。Ｑ２＝ＭＩＮ〔α〔Ｓ／Ｎ〕＋β〔ΔＳ〕＋γ〔ΔＴ〕〕（４）

【０００８】ここで、〔Ｓ／Ｎ〕はＳ／Ｎ評価値を表
し、〔ΔＳ〕は空間変動評価値を表し、〔ΔＴ〕は時間
変動評価値を表し、さらにα、β、γはそれぞれの重み
を表している。この式（４）で表される新規範Ｑ２は、
複数の量子化値候補に関して、Ｓ／Ｎ評価値、空間変動
評価値および時間変動評価値を重み付け加算した新規範
評価値を求め、この評価値を最小とする量子化値候補を
出力量子化値として選択する規則である。図１４には、
空間的に対応するｋフレームと（ｋ−１）フレームの画
素配置図を示す。ｋフレームのＬｘ（ｋ）の値を有する
画素の量子化を行う場合、新量子化規範Ｑ２で用いられ
る各評価値は次式で表される。

【０００９】〔Ｓ／Ｎ〕＝｜Ｌｘ（ｋ）＾−Ｌｘ（ｋ）｜（５）〔ΔＳ〕＝〔ΔＳ₁ 〕＋〔ΔＳ₂ 〕＋〔ΔＳ₃ 〕＋〔ΔＳ₄ 〕（６）〔ΔＴ〕＝｜（Ｌｘ（ｋ）＾−Ｌｘ（ｋ−１）＾）−（Ｌｘ（ｋ）−Ｌｘ（ｋ −１））｜（７）但し、〔ΔＳ₁ 〕、〔ΔＳ₂ 〕、〔ΔＳ₃ 〕、〔ΔＳ
₄ 〕は、次式で定義される。

【００１０】〔ΔＳ₁ 〕＝｜（Ｌｘ（ｋ）＾−Ｌａ（ｋ）＾）−（Ｌｘ（ｋ）−Ｌａ（ｋ））｜（８）〔ΔＳ₂ 〕＝｜（Ｌｘ（ｋ）＾−Ｌｂ（ｋ）＾）−（Ｌｘ（ｋ）−Ｌｂ（ｋ））｜（９）〔ΔＳ₃ 〕＝｜（Ｌｘ（ｋ）＾−Ｌｃ（ｋ）＾）−（Ｌｘ（ｋ）−Ｌｃ（ｋ））｜（１０）〔ΔＳ₄ 〕＝｜（Ｌｘ（ｋ）＾−Ｌｄ（ｋ）＾）−（Ｌｘ（ｋ）−Ｌｄ（ｋ））｜（１１）

【００１１】Ｓ／Ｎ評価値〔Ｓ／Ｎ〕は、従来の量子化
装置で評価されるのと同様の量子化誤差である。空間変
動評価値〔ΔＳ〕は、空間内の量子化復号値の信号変化
量（すなわち、空間内の量子化復号値の傾き）と入力信
号の信号変化量（すなわち、空間内の入力信号値の傾
き）との比較を行うものである。量子化復号値の信号変
化量を算出する場合、既に新規範Ｑ２により決定済み
の、過去の画素の量子化値を使用して比較するという処
理上の制約がある。図１４においては、量子化対象画素
Ｌｘ（ｋ）に関し、処理済み画素は近傍４画素Ｌａ
（ｋ）、Ｌｂ（ｋ）、Ｌｃ（ｋ）、Ｌｄ（ｋ）であり、
これらを使用して〔ΔＳ₁ 〕、〔ΔＳ₂ 〕、〔ΔＳ
₃ 〕、〔ΔＳ₄ 〕がそれぞれ求められる。

【００１２】時間変動評価値〔ΔＴ〕は、量子化対象画
素Ｌｘ（ｋ）と同一位置にある前フレームの画素Ｌｘ
（ｋ−１）とに関し、入力信号のフレーム間の変化量と
量子化復号値のフレーム間の信号変化量とを比較するも
のである。上述のように式（４）のＭＩＮ〔〕は、
〔〕内の評価値を最小とする量子化値候補が最終的な
量子化値として選択されることを意味する。その結果、
従来の量子化装置で問題となる画質劣化が低減される。

【００１３】その様子を図１３に示す。すなわち、従来
の量子化装置では、入力信号が量子化境界レベル近傍で
僅かに変動している場合、量子化復号値においては量子
化ステップ幅に相当する信号変動に拡大されていたが、
上述の式（４）に基づく新規範量子化装置においては、
この信号変動は抑圧され安定した量子化復号化値が得ら
れる。こうして新規範量子化装置によって、意図した画
質改善が達成できる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述の新規範量子化装
置と従来の量子化装置とを比較すると、画質劣化はかな
り低減される。しかしながら、新規範量子化の構造に起
因する独特な画質劣化が発生する。そのひとつに『時間
へばりつき』パターンが挙げられる。この画質劣化は、
式（４）における時間変動評価値の寄与率が高すぎる場
合に発生する。

【００１５】すなわち、物体輪郭部のような空間内信号
変化が大きい対象が動く場合には、評価値の中で時間変
動評価値が大きくなり、入力信号値の時間変化に追従し
た量子化値が選択される。一方、空間内の信号変化が小
さい平坦部分が動いたときでは、時間変動評価値も小さ
くなる。この平坦部分が動く時には、時間変動評価値の
全体の評価値に対する寄与率が適切でないと、動き部分
であっても、過去と同じ量子化値が選択され、時間的に
変化しない、『時間へばりつき』パターンが発生するこ
とになる。より具体的には、画面内の比較的大きな面積
の物体が動いた時に、量子化復号値の画像では、その輪
郭部は動くが、物体内の平坦部分が動かない現象が生
じ、見る者が違和感を持つことになる。

【００１６】従って、この発明の目的は、新規範による
量子化に独特な画質劣化である、上述の『時間へばりつ
き』現象を防止できる量子化装置および量子化方法を提
供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、所定の量子化ビット数の入力信号値が供給され、量
子化ビット数と異なるｎビットの量子化値を出力する量
子化装置において、量子化値の複数の量子化値候補に関
して、入力信号値と量子化値候補の復号値の差であるＳ
／Ｎ評価値と、入力信号値の空間変動と量子化値候補の
復号値の空間変動の差である空間変動評価値および／ま
たは入力信号値の時間変動と量子化値候補の復号値の時
間変動の差である時間変動評価値とを重み付け加算した
評価値をそれぞれ求め、評価値を最小とする量子化候補
を出力すべき量子化値として選択的に出力すると共に、
入力信号の局所的な動き量の履歴に応じて、Ｓ／Ｎ評価
値、空間変動評価値および／または時間変動評価値に対
する重みを適応的に変化させることを特徴とする量子化
装置である。

【００１８】さらに、請求項９に記載の発明は、所定の
量子化ビット数の入力信号値が供給され、量子化ビット
数と異なるｎビットの量子化値を出力する量子化装置に
おいて、量子化値の複数の量子化値候補に関して、入力
信号値と量子化値候補の復号値の差であるＳ／Ｎ評価値
と、入力信号値の空間変動と量子化値候補の復号値の空
間変動の差である空間変動評価値および／または入力信
号値の時間変動と量子化値候補の復号値の時間変動の差
である時間変動評価値とを重み付け加算した評価値をそ
れぞれ求め、評価値を最小とする量子化候補を出力すべ
き量子化値として選択的に出力すると共に、入力信号の
大局的な動き量の履歴に応じて、Ｓ／Ｎ評価値、空間変
動評価値および／または時間変動評価値に対する重みを
適応的に変化させることを特徴とする量子化装置であ
る。

【００１９】そして、請求項１７に記載の発明は、所定
の量子化ビット数の入力信号値が供給され、量子化ビッ
ト数と異なるｎビットの量子化値を出力する量子化方法
において、入力信号の動き量の履歴に応じて、Ｓ／Ｎ評
価値、空間変動評価値および／または時間変動評価値に
対する重みを適応的に変化させるステップと、量子化値
の複数の量子化値候補に関して、入力信号値と量子化値
候補の復号値の差であるＳ／Ｎ評価値と、入力信号値の
空間変動と量子化値候補の復号値の空間変動の差である
空間変動評価値および／または入力信号値の時間変動と
量子化値候補の復号値の時間変動の差である時間変動評
価値とを、重みによって重み付け加算した評価値をそれ
ぞれ求めるステップと、評価値を最小とする量子化値候
補を出力すべき量子化値として選択的に出力するステッ
プとからなることを特徴とする量子化方法である。

【００２０】

【作用】入力画像から検出される動き量の履歴に応じ
て、各規範の重みを変更することで、『時間へばりつ
き』パターンの発生を防止する。

【００２１】

【実施例】以下、この発明に係る量子化装置の一実施例
について説明する。この発明は、動き量を検出し、Ｓ／
Ｎ評価値、空間変動評価値および／または時間変動評価
値に対する重みを適切に制御するものである。そこで、
動画像系列において過去から現在までの動き量の履歴
（以下、動き履歴と称する）に基づき式（４）の新量子
化規範Ｑ２での各規範の重みを変更することで上述の画
質劣化の発生を防止する。以下、動き量の幾つかの検出
方法について述べる。

【００２２】動き量検出方法の第１の例は、時間差分絶
対値の積算値により動き量を決定する手段である。ｋフ
レームの座標（ｘ，ｙ）における入力信号値Ｌ_{x ,y}
(k)、ｋ−１フレームの入力信号値をＬ_{x ,y} (k-1)とす
ると、時間差分絶対値が式（１２）で定義され、対象ブ
ロックの画素平均時間差分絶対値Ｍが式（１３）で定義
される。勿論、必ずしも画素平均化を行う必要はない。

【００２３】 ΔＴ_x,y＝Ｌ_x,y(k) −Ｌ_x,y(k-1) （１２）

【００２４】

【数１】

【００２５】動き量検出方法の第２の例は、各画素の空
間傾斜で正規化した時間差分絶対値を用いた動き量の決
定法である。一般に、空間変動の大きい部分（輪郭部の
ような空間傾斜の大きい部分）での時間差分絶対値は大
きくなる。一方、空間変動の小さい部分（平坦部のよう
な空間傾斜の小さい部分）での時間差分絶対値は小さく
なる。そこで、適正な動き量を算出するために、空間傾
斜で正規化された時間差分絶対値を使用する。図１４の
画素配置図における空間傾斜の算出例を式（１４）〜式
（１８）に示す。

【００２６】 ΔＳ＝（｜ΔＳ₁ ｜＋｜ΔＳ₂ ｜＋｜ΔＳ₃ ｜＋｜ΔＳ₄ ｜）／４（１４）但し、｜ΔＳ₁ ｜、｜ΔＳ₂ ｜、｜ΔＳ₃ ｜、｜ΔＳ₄
｜は、次式で定義されるもので、斜め方向、垂直方向お
よび水平方向の空間傾斜を表す。

【００２７】｜ΔＳ₁ ｜＝｛（Ｌａ（ｋ）−Ｌｘ（ｋ））＋（Ｌｘ（ｋ）−Ｌｈ（ｋ））｝／２（１５）｜ΔＳ₂ ｜＝｛（Ｌｂ（ｋ）−Ｌｘ（ｋ））＋（Ｌｘ（ｋ）−Ｌｇ（ｋ））｝／２（１６）｜ΔＳ₃ ｜＝｛（Ｌｃ（ｋ）−Ｌｘ（ｋ））＋（Ｌｘ（ｋ）−Ｌｆ（ｋ））｝／２（１７）｜ΔＳ₄ ｜＝｛（Ｌｄ（ｋ）−Ｌｘ（ｋ））＋（Ｌｘ（ｋ）−Ｌｅ（ｋ））｝／２（１８）

【００２８】このように、算出された座標（ｘ，ｙ）に
おける空間傾斜ΔＳ_x,yにより正規化された画素平均動
き量は、式（１９）で得られる。

【００２９】

【数２】

【００３０】また、空間傾斜が極端に小さい画素におい
ては正規化値が小さくなるため、動き量の感度が敏感に
なり過ぎる傾向がある。そこで、式（２０）のしきい値
処理を導入する。すなわち、 ΔＳ_x,y＜しきい値ＴＨ： ΔＳ_x,y＝１．０（２０）（ΔＳ_x,y≧しきい値ＴＨ： ΔＳ_x,yを変更しな
い。）このしきい値処理により適正な動き量を算出することが
可能となる。

【００３１】第３の動き量検出法として、所謂、動きベ
クトルを使用することも可能である。その例を以下に説
明する。一般的に、動きベクトル検出法には大きく分類
して次の３種類が挙げられる。（１）ブロックマッチング法（２）勾配法（３）位相相関法

【００３２】ブロックマッチング法は、パターンマッチ
ングと同じ発想で、現画像のブロック化された領域が、
過去の画像中の何処に存在したか、現画像と過去画像の
比較を行う。具体例としては、ブロック内対応画素毎の
差分絶対値を加算し、ブロック毎の差分絶対値和（ある
いは差分の二乗和）が最小となる位置を動きベクトルと
するものである。

【００３３】ブロックマッチング法を用いるブロックデ
ータの構造例を図５に示す。隣接フレーム間での動きベ
クトルを検出する場合、空間的に対応する位置にブロッ
ク（Ｍ画素×Ｎライン）が設定される。ｋフレーム（現
フレーム）とｋ−１フレーム（前フレーム）で探索座標
分ずらし、すなわち、水平方向で（Ｘ＋Ｍ）画素、垂直
方向で（Ｙ＋Ｎ）ラインずらし、各座標位置においてパ
ターンマッチングを行ない、ブロック毎の差分絶対値和
（あるいは差分の二乗和）が最小となる座標位置を検出
する。

【００３４】ｋフレームの座標(i,j) の画素レベルをＬ
_k(i,j) 、k-1 フレームの座標(i,j) の画素レベルをＬ
_k-1 (i,j）とすると、座標（ｘ，ｙ）における評価式の
例として式（２１）が挙げられる。

【００３５】

【数３】

【００３６】図５の例においては、サーチ領域内の各座
標についての評価式（式２１）の評価値Ｅを演算する。
サーチ点の数はＸ・Ｙ点となる。その中で、評価値Ｅが
最小となる座標（ｘ，ｙ）が動きベクトルに対応する。
求められた動きベクトルをｖ＝（ｖ_x, ｖ_y）とする
と、ｖ_x＝−ｘ、ｖ_y＝−ｙで与えられる。この手法は
演算量が膨大となる欠点があるが、検出精度は良いので
広く一般的に用いられている。

【００３７】勾配法は、ある空間傾斜を持つ画素がある
位置まで動くと、動き量に応じた時間差分が発生すると
いうモデルに基づく。よって、時間差分を空間傾斜で割
算すれば動きベクトルが得られる。勾配法の基本処理を
次に示す。

【００３８】座標（ｘ，ｙ）における画素値をｇ（ｘ，
ｙ）とする。動きベクトルをｖ＝（ｖ_x，ｖ_y）とする
と、次の時刻の画素値は、ｇ（ｘ−ｖ_x，ｙ−ｖ_y）と
なる。これをテーラー展開すると式（２２）になる。

【００３９】

【数４】

【００４０】ここで時間差分を式（２３）で表す。ｄ（ｘ，ｙ）＝ｇ（ｘ−ｖ_x，ｙ−ｖ_y）−ｇ（ｘ，ｙ）（２３）これにより式（２４）が得られる。ｖ・gradｇ（ｘ，ｙ）〜 −ｄ（ｘ，ｙ）（２４）この式（２４）により時間差分と空間勾配から動きベク
トルを求めることが出来る。

【００４１】あるブロック内の画素に対し、最小自乗法
を式（２４）に適用し動きベクトルｖについて解くと、
式（２５）、式（２６）が得られる。ｖ_x＝−（ΣΔ_tΔ_x）／（ΣΔ_x ² ）（２５）ｖ_y＝−（ΣΔ_tΔ_y）／（ΣΔ_y ² ）（２６） Δ_tは時間差分、Δ_xは水平勾配、Δ_yは垂直勾配を表
す。

【００４２】更に簡略化することで式（２７）、式（２
８）が得られる。ｖ_x＝−｛ΣΔ_tsign（Δ_x）｝／（Σ｜Δ_x｜）（２７）ｖ_y＝−｛ΣΔ_tsign（Δ_y）｝／（Σ｜Δ_y｜）（２８） sign（）は符号を表す。

【００４３】一般的に勾配法による動き量検出には、式
（２７）、式（２８）が用いられる。勾配法の演算量は
少ないが、動き量が大きくなると検出される動きベクト
ルの精度が落ちるという欠点がある。それは前述のモデ
ルが成り立たなくなるからである。しかしながら、実用
上は、反復的に動きベクトルを順次検出していくなど、
様々な工夫により精度を得るようにしている。

【００４４】さらに、位相相関法は、現画像と過去画像
の同一位置のブロックデータに対し、各々フーリエ変換
を施し、周波数領域で位相のずれ量を検出し、その位相
項を逆フリーエ変換を用いて動きベクトル値を検出する
手法である。この手法の特徴として、精度を確保するた
めには、ある程度以上の大きいブロックサイズが要求さ
れる。そのためフーリエ変換により演算量が膨大とな
る。また、一般的に大きいブロックの中には複数の動き
が存在し、その識別判定が難しくなるという欠点があ
る。

【００４５】以上述べた動きベクトル検出法の何れかを
適用し、図１の各ブロック毎に動きベクトルｖ＝
（ｖ_x，ｖ_y) を検出する。こうして決定された画面全
体の動きベクトルに対し、例えば、式（２９）で定義さ
れる動きベクトルノルムＭを動き量とする。

【００４６】

【数５】

【００４７】この動き量は、上述の時間差分絶対値を使
用する手法と比較すると、回路の負担は大きいが、精度
は高い。

【００４８】この実施例では、以上の手法に基づき検出
された対象画素の動き量を過去から現在まで記憶し、そ
の動き履歴により式（４）の各規範重みを制御すること
で、視覚特性に合致した量子化を実行するものである。
規範重み特性の例としては、激しい動き画像ではＳ／Ｎ
規範重みαの寄与率を上げることが考えられる。また、
背景部などの静止領域においては、シーンチェンジ後な
どの静止画像開始時にはＳ／Ｎ規範重みα、空間変動規
範重みβ、時間変動規範重みγも寄与させるが、静止連
続時間が長くなるにつれて、空間変動規範重みβの寄与
率を下げ、時間変動規範重みγの寄与率を大きくする。
この制御により背景部などの静止領域において、エッジ
ビジネスなどの空間内画質劣化が排除された量子化パタ
ーンを安定的に保持することが可能となる。

【００４９】以上の手法により動き履歴に基づき決定さ
れるＳ／Ｎ規範重みα、空間変動規範重みβ、時間変動
規範重みγの特性例を図２、図３および図４に示す。図
２の例ではＳ／Ｎ規範重みαは、常に一定としている。
本来、Ｓ／Ｎ規範は新規範量子化の暴走を防止するため
に用いられる。他の規範重みとの関係で寄与率は変化す
るので、この例においては一定としている。図３の例
は、空間変動規範重みβの特性を示している。この空間
変動規範重みβは、上述のように静止連続時間により寄
与率を減衰させる。

【００５０】これは、『斜め流れ現象』と呼ばれる決定
済み量子化値伝播問題を防止するためである。式（４）
の判定においては過去の決定済み量子化値を使用してお
り、空間変動規範の寄与率が大き過ぎると判定順序に依
存した特異な『斜め縞パターン』が発生することがあ
る。この画質劣化を防止するために空間変動規範重みβ
を制御する。図４は、時間変動規範重みγの特性例であ
る。この例では静止連続時間が長くなるにつれ、重みγ
を大きくすることで量子化値の時間変動を抑制し、信号
安定性を高めた制御を実現する。以上のような規範重み
の制御を行うことで所望の処理を実現する。

【００５１】上述の検出法により得られた動き履歴に応
じ、各規範の重みを変更する新規範量子化器の量子化値
決定のフローチャートを図６に示す。基本的には、設定
された量子化ビット数ｎで生成可能な全ての線形量子化
値ｑ（ｉ）に関し、式（４）で定義される新規範評価値
を算出し、その最小値を有する量子化値を出力値とす
る。

【００５２】ステップ１では、上述したような方法を使
用して、検出された対象画素の過去から現在までの動き
検出結果から対象画素の動き履歴が生成される。次のス
テップ２において、生成された動き履歴からその対象画
素の重みα、β、γが決定される。例として挙げた図
２、図３および図４にそれぞれ示される特性に従って、
これらの重みが決定される。そして、ステップ３におい
て、カウンタｑに０が設定される。カウンタｑは、量子
化値候補と対応している。次のステップ４では、ｑと対
応する量子化値候補について、式（４）を使用した評価
値の算出がなされる。その算出された新規範評価値が登
録される。

【００５３】ステップ５のインクリメントでは、カウン
タｑに `＋１' が加算され、ステップ６へ制御が移る。
ステップ６のｑ＝Ｎでは、ステップ５（インクリメン
ト）において、加算されたカウンタｑがＮと等しいか否
かが判別され、ｑ≠Ｎの場合、ステップ４（評価値の算
出および登録）へ制御が戻り、ｑ＝Ｎの場合、ステップ
７へ制御が移る。すなわち、評価対象の量子化値の最大
値が（Ｎ−１）の場合には、この（Ｎ−１）で設定され
る回数、ステップ４およびステップ５の処理が繰り返さ
れ、カウンタｑがＮに等しくなるとき、ループは終了す
る。

【００５４】次に、ステップ７の評価値の最小値検出に
おいて、量子化値候補の内で最小の新規範評価値を生じ
させる量子化値ｑが最終結果として選択される。ステッ
プ８の量子化値ｑ登録において、選択された量子化値ｑ
が登録され、このフローチャートは終了する。

【００５５】次に、この発明の量子化装置の処理を実現
する一実施例のブロック図を図７に示す。入力端子１１
から供給される入力信号値Ｌ（ｉ）、例えば各画素が８
ビットに量子化されたディジタル画像信号は、量子化器
１２、新規範処理部１３へ供給される。この新規範処理
部１３は、動き量検出部１５、動き履歴検出部１６、重
み決定部１７、判定部１８、メモリ部１９から構成さ
れ、入力端子１１から供給された入力信号値Ｌ（ｉ）
は、動き量検出部１５、判定部１８およびメモリ部１９
へ供給される。量子化器１２において、供給された入力
信号値Ｌ（ｉ）は、８ビットより少ないｎビットへ量子
化される。この量子化器１２からは、２ⁿの数の量子化
値候補が発生する。

【００５６】量子化器１２により生成された線形量子化
値ｑ（ｉ）は、ｄ３として判定部１８へ供給される。ま
た、線形量子化値の上下の量子化値も生成され、判定部
１８へ供給される。動き量検出部１５により検出された
対象画素の動き判定フラグｄ０は、動き履歴検出部１６
へ供給され、動き履歴検出部１６において、動き履歴が
生成される。その動き履歴はｄ１として、重み決定部１
７へ供給され、重み決定部１７では、動き履歴ｄ１に応
答して、対象画素の重みが決定される。この重み決定部
１７からの重みα、β、γがｄ２として判定部１８へ供
給される。

【００５７】新規範量子化においては、式（４）で定義
される新規範Ｑ２が用いられるため、入力信号値Ｌ
（ｉ）と決定済み量子化値ｄ４を記憶しておく必要があ
る。メモリ部１９からは、必要に応じて記憶データｄ４
（すなわち、決定済み量子化値）が、判定部１８へ供給
される。判定部１８では、上述した図６に示すフローチ
ャートの処理が行われる。すなわち、供給された入力信
号値Ｌ（ｉ）、重みｄ２、線形量子化値ｄ３、記憶デー
タｄ４から式（４）の判定が実行された後、最終的な量
子化値ｑ（ｉ）が選択され、出力端子１４を介して取り
出される。

【００５８】ここで、上述の動き量検出部１５の一例を
図８に示す。この実施例は、局所的な動き量、すなわち
画素毎の動き量を検出する手法である。入力信号値Ｌ
（ｉ）が入力端子１１から供給され、その入力信号値Ｌ
（ｉ）は、減算器２１およびメモリ部２２へ供給され
る。減算器２１では、入力信号値Ｌ（ｉ）と過去データ
であるメモリ部２２の出力値ｉ１との間で、例えば画素
毎の時間差分値ｉ２が生成され、ＲＯＭ２３へ供給され
る。ＲＯＭ２３の処理の例としては、時間差分値ｉ２の
絶対値化および静止判定などが行われる。その結果、出
力ｄ０は局所的な動き量の動き判定フラグとなる。例え
ば、局所的な動き量は、動き判定フラグｄ０が `０' の
場合は静止となり、 `１' の場合は動きとなる。この動
き判定フラグｄ０が動き量検出部１５から出力端子２４
を介して動き履歴検出部１６へ供給される。

【００５９】ここで、動き履歴検出部１６の一例を図９
のブロック図に示す。動き判定フラグｄ０は、各画素毎
に独立アドレスを持つ動き履歴メモリの対応アドレスを
アクセスする。そして、動き判定フラグｄ０が静止であ
る場合は、動き履歴メモリに記憶されている過去の静止
連続数をＲＯＭ３１により＋１インクリメントし、その
値を書き込むことにより、そのアドレスの動き履歴メモ
リ３２の内容を更新する。その処理が図９中に示す動き
履歴メモリ３２の出力ｄ１からＲＯＭ３１へのループで
ある。また、動き判定フラグｄ０が静止でない場合は、
ＲＯＭ３１によりｉ６として０が発生し、その値を書き
込むことにより動き履歴メモリ３２の内容をクリアす
る。このような処理により、対象範囲の過去から現在ま
での動き履歴を生成することができる。この例における
動き履歴とは、対象範囲の過去から現在までの静止連続
時間に対応する。この動き履歴検出部１６の出力とし
て、動き履歴ｄ１が重み決定部１７へ伝送される。

【００６０】そして、重み決定部１７の一例を図１０の
ブロック図に示す。動き履歴検出部１６から動き履歴ｄ
１が入力端子３３を介して供給され、その動き履歴ｄ１
に基づき上述した図２、図３および図４に示すような特
性の各規範の重みが決定される。動き履歴ｄ１は、ＲＯ
Ｍ４１、４２、４３へ供給され、ＲＯＭ４１は、Ｓ／Ｎ
規範重みαの特性が記憶され、動き履歴ｄ１に応じて重
みαがｄ２として、出力端子４４を介して判定部１８へ
供給される。ＲＯＭ４２は、空間変動規範重みβの特性
が記憶され、動き履歴ｄ１に応じて重みβがｄ２とし
て、出力端子４５を介して判定部１８へ供給される。同
様に、ＲＯＭ４３は、空間変動規範重みγの特性が記憶
され、動き履歴ｄ１に応じて重みγがｄ２として、出力
端子４６を介して判定部１８へ供給される。すなわち、
動き履歴ｄ１に対応する各重みα、β、γは、ｄ２とし
て、次の判定部１８へ供給される。

【００６１】次に、判定部１８の一例を図１１のブロッ
ク図に示す。先ず、新規範評価部５３において、上述し
た式（４）の新規範評価値を最小化する量子化値の検出
が行われる。ハードワイヤによる検出も可能であるが、
ＣＰＵ等を用いた演算による検出でも実行される。この
検出のためには、式（４）に必要な様々な信号が要求さ
れる。そこで、入力端子１１から入力信号値Ｌ（ｉ）、
入力端子５２を介して量子化器１２からの線形量子化値
ｑ（ｉ）がｄ３として、入力端子５１を介してメモリ部
１９からの記憶データ（すなわち、決定済み量子化値）
ｄ４、入力端子４４、４５、４６から規範重みα、β、
γがｄ２として新規範評価部５３へ供給される。

【００６２】新規範評価部５３で用いられる式（４）に
よると、メモリ部１９には、上述したように入力信号値
Ｌ（ｉ）と決定済み量子化値ｑ（ｉ）を記憶しておく必
要があり、新規範評価部５３における処理に応じてメモ
リ部１９からも必要な信号が記憶データｄ４として供給
される。新規範評価部５３で検出された新規範最小化量
子化値の選択コードｉ１１は、選択器５７へ供給され
る。量子化器１２からの線形量子化値ｄ３は、線形量子
化値と上下の量子化値も伝送されるので、その３つの量
子化値は、最終量子化値候補としてレジスタ５４、５
５、５６に保持される。これらの量子化値ｉ１２、ｉ１
３、ｉ１４は、選択器５７に入力され、上述の選択コー
ドｉ１１により適切な値が選択され、判定部１８の決定
済み量子化値ｑ（ｉ）として、出力端子１４から取り出
される。

【００６３】ここで、上述の動き量検出部１５の他の例
を図１２に示す。この例は、大局的な動き量、すなわち
ブロック毎あるいは１画面毎の動き量を検出する方式で
ある。入力信号値Ｌ（ｉ）が入力端子１１から供給さ
れ、その入力信号値Ｌ（ｉ）は、減算器６１およびメモ
リ部６２へ供給される。メモリ部６２では、入力信号値
Ｌ（ｉ）に対して、例えば１フレームの遅延がなされ、
その出力ｉ２１と入力信号値Ｌ（ｉ）は、減算器６１に
おいて、上述の式（１２）で示されるような画素毎の時
間差分ｉ２２が生成される。時間差分ｉ２１は、ＲＯＭ
６３により適切なデータｉ２３へ変換され、加算器６４
へ供給される。一例として、時間差分ｉ２２は、このＲ
ＯＭ６３において、差分値の絶対値化などが施され、デ
ータｉ２３として出力される。

【００６４】加算器６４では、データｉ２３とレジスタ
６５から供給される積算値ｉ２５との加算が行われ、そ
の値ｉ２４は、レジスタ６５へ供給される。レジスタ６
５では、積算値ｉ２５がＲＯＭ６６および加算器６４へ
供給され、１ブロック毎に絶対値差分の積算がなされ
る。このレジスタ６５から出力される絶対値差分の積算
値は、１ブロックに限らず、１画面の絶対値差分の積算
値を出力することも可能である。ＲＯＭ６６の処理の例
としては、積算値ｉ２５の静止判定が行われ、その結
果、出力ｄ０は対象範囲の動き判定フラグとなる。例え
ば、大局的な動き量は、動き判定フラグｄ０が `０' の
場合、静止となり、 `１' の場合、動きとなる。この動
き判定フラグｄ０が動き量検出部１５から出力端子６７
を介して動き履歴検出部１６へ供給される。

【００６５】この新規範量子化装置により、従来の量子
化装置の画質劣化を低減し、視覚特性に合致する量子化
画像を得ることができる。

【００６６】図７中の量子化器１２において、全ての量
子化値を発生するのと異なり、Ｓ／Ｎ規範に基づいて選
択された基準の量子化値を生成し、この量子化値と、そ
の上下の量子化値の３種類の量子化値候補について、判
定部１８が新規範評価値をそれぞれ求め、この３個の新
規範評価値の中で最小のものと対応する量子化値候補を
選択的に出力する構成としても良い。

【００６７】なお、この発明は、空間変動評価値と時間
変動評価値との一方のみを使用して新規範評価値を構成
するようにしても良い。例えば、ディジタルオーディオ
信号のような場合には、Ｓ／Ｎ評価値と時間変動評価値
とを使用した評価値を使用することができる。

【００６８】

【発明の効果】この発明によれば、視覚特性を考慮した
量子化が行えることで、量子化境界レベル近傍の入力信
号値の変化が拡大されることによる空間方向、あるいは
時間方向の画質劣化を低減することができる。

【００６９】また、この発明によれば、動き量が大きい
場合、時間変動評価値に対する重みγを減少させること
によって、重みγの値を適切なものとすることができ、
冒頭に述べたような画質劣化を防止することが可能とな
る。

【００７０】さらに、この発明によれば、元の量子化ビ
ット数より少ないビット数でも良好な画像を得ることが
でき、例えばディジタル入力信号の圧縮を良好に得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る動き量検出のための画面分割の
一例を示す略線図である。

【図２】時間変動評価値に対する重みの動き量に応じた
変化の特性例を示す略線図である。

【図３】空間変動評価値に対する重みの動き量に応じた
変化の特性例を示す略線図である。

【図４】Ｓ／Ｎ評価値に対する重みの動き量に応じた変
化の特性例を示す略線図である。

【図５】動きベクトル検出方法の一例を説明するための
略線図である。

【図６】この発明に係る可変重みの新規範量子化装置の
判定部の一例を示すフローチャートである。

【図７】この発明に係る新規範量子化装置の一実施例を
示すブロック図である。

【図８】この発明に係る動き量検出部の一例を示すブロ
ック図である。

【図９】この発明に係る動き履歴検出部の一例を示すブ
ロック図である。

【図１０】この発明に係る重み決定部の一例を示すブロ
ック図である。

【図１１】この発明に係る判定部の一例を示すブロック
図である。

【図１２】この発明に係る動き量検出部の他の例を示す
ブロック図である。

【図１３】入力信号に対して３ビット量子化が行われた
一例を示す略線図である。

【図１４】画素の配置の一例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１２量子化器１３新規範処理部１５動き量検出部１６動き履歴検出部１７重み決定部１８判定部１９メモリ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の量子化ビット数の入力信号値が供
給され、上記量子化ビット数と異なるｎビットの量子化
値を出力する量子化装置において、上記量子化値の複数の量子化値候補に関して、上記入力
信号値と上記量子化値候補の復号値の差であるＳ／Ｎ評
価値と、上記入力信号値の空間変動と上記量子化値候補
の復号値の空間変動の差である空間変動評価値および／
または上記入力信号値の時間変動と上記量子化値候補の
復号値の時間変動の差である時間変動評価値とを重み付
け加算した評価値をそれぞれ求め、上記評価値を最小と
する上記量子化候補を上記出力すべき量子化値として選
択的に出力すると共に、入力信号の局所的な動き量の履歴に応じて、上記Ｓ／Ｎ
評価値、上記空間変動評価値および／または上記時間変
動評価値に対する重みを適応的に変化させることを特徴
とする量子化装置。
【請求項２】請求項１に記載の量子化装置において、入力信号の時間差分量に基づいて検出された局所的な動
き量の履歴に応じて、上記Ｓ／Ｎ評価値、上記空間変動
評価値および／または上記時間変動評価値に対する重み
を適応的に変化させることを特徴とする量子化装置。
【請求項３】請求項１に記載の量子化装置において、空間傾斜で正規化された入力信号の時間差分量に基づい
て検出された局所的な動き量の履歴に応じて、上記Ｓ／
Ｎ評価値、上記空間変動評価値および／または上記時間
変動評価値に対する重みを適応的に変化させることを特
徴とする量子化装置。
【請求項４】請求項１に記載の量子化装置において、しきい値処理を介された、空間傾斜で正規化された入力
信号の時間差分量に基づいて検出された局所的な動き量
の履歴に応じて、上記Ｓ／Ｎ評価値、上記空間変動評価
値および／または上記時間変動評価値に対する重みを適
応的に変化させることを特徴とする量子化装置。
【請求項５】請求項１に記載の量子化装置において、局所的に検出された動きベクトルに基づいて検出された
局所的な動き量の履歴に応じて、上記Ｓ／Ｎ評価値、上
記空間変動評価値および／または上記時間変動評価値に
対する重みを適応的に変化させることを特徴とする量子
化装置。
【請求項６】請求項１に記載の量子化装置において、空間変動評価値および時間変動評価値は、入力信号値
と、決定済みの量子化値の復号値とを使用して求められ
ることを特徴とする量子化装置。
【請求項７】請求項１に記載の量子化装置において、入力信号がディジタルビデオ信号であって、空間変動評
価値が同一フィールドまたは同一フレーム内の入力信号
値と復号値とを用いて求められることを特徴とする量子
化装置。
【請求項８】請求項１に記載の量子化装置において、入力信号がディジタルビデオ信号であって、時間変動評
価値が現フレームの入力信号値および復号値と前フレー
ムの入力信号値と復号値とを用いて求められることを特
徴とする量子化装置。
【請求項９】所定の量子化ビット数の入力信号値が供
給され、上記量子化ビット数と異なるｎビットの量子化
値を出力する量子化装置において、上記量子化値の複数の量子化値候補に関して、上記入力
信号値と上記量子化値候補の復号値の差であるＳ／Ｎ評
価値と、上記入力信号値の空間変動と上記量子化値候補
の復号値の空間変動の差である空間変動評価値および／
または上記入力信号値の時間変動と上記量子化値候補の
復号値の時間変動の差である時間変動評価値とを重み付
け加算した評価値をそれぞれ求め、上記評価値を最小と
する上記量子化候補を上記出力すべき量子化値として選
択的に出力すると共に、入力信号の大局的な動き量の履歴に応じて、上記Ｓ／Ｎ
評価値、上記空間変動評価値および／または上記時間変
動評価値に対する重みを適応的に変化させることを特徴
とする量子化装置。
【請求項１０】請求項９に記載の量子化装置におい
て、入力信号の時間差分量に基づいて検出された大局的な動
き量の履歴に応じて、上記Ｓ／Ｎ評価値、上記空間変動
評価値および／または上記時間変動評価値に対する重み
を適応的に変化させることを特徴とする量子化装置。
【請求項１１】請求項９に記載の量子化装置におい
て、空間傾斜で正規化された入力信号の時間差分量に基づい
て検出された大局的な動き量の履歴に応じて、上記Ｓ／
Ｎ評価値、上記空間変動評価値および／または上記時間
変動評価値に対する重みを適応的に変化させることを特
徴とする量子化装置。
【請求項１２】請求項９に記載の量子化装置におい
て、しきい値処理を介された、空間傾斜で正規化された入力
信号の時間差分量に基づいて検出された大局的な動き量
の履歴に応じて、上記Ｓ／Ｎ評価値、上記空間変動評価
値および／または上記時間変動評価値に対する重みを適
応的に変化させることを特徴とする量子化装置。
【請求項１３】請求項９に記載の量子化装置におい
て、大局的に検出された動きベクトルに基づいて検出された
大局的な動き量の履歴に応じて、上記Ｓ／Ｎ評価値、上
記空間変動評価値および／または上記時間変動評価値に
対する重みを適応的に変化させることを特徴とする量子
化装置。
【請求項１４】請求項９に記載の量子化装置におい
て、空間変動評価値および時間変動評価値は、入力信号値
と、決定済みの量子化値の復号値とを使用して求められ
ることを特徴とする量子化装置。
【請求項１５】請求項９に記載の量子化装置におい
て、入力信号がディジタルビデオ信号であって、空間変動評
価値が同一フィールドまたは同一フレーム内の入力信号
値と復号値とを用いて求められることを特徴とする量子
化装置。
【請求項１６】請求項９に記載の量子化装置におい
て、入力信号がディジタルビデオ信号であって、時間変動評
価値が現フレームの入力信号値および復号値と前フレー
ムの入力信号値と復号値とを用いて求められることを特
徴とする量子化装置。
【請求項１７】所定の量子化ビット数の入力信号値が
供給され、上記量子化ビット数と異なるｎビットの量子
化値を出力する量子化方法において、入力信号の動き量の履歴に応じて、Ｓ／Ｎ評価値、空間
変動評価値および／または時間変動評価値に対する重み
を適応的に変化させるステップと、上記量子化値の複数の量子化値候補に関して、上記入力
信号値と上記量子化値候補の復号値の差であるＳ／Ｎ評
価値と、上記入力信号値の空間変動と上記量子化値候補
の復号値の空間変動の差である空間変動評価値および／
または上記入力信号値の時間変動と上記量子化値候補の
復号値の時間変動の差である時間変動評価値とを、上記
重みによって重み付け加算した評価値をそれぞれ求める
ステップと、上記評価値を最小とする上記量子化値候補を上記出力す
べき量子化値として選択的に出力するステップとからな
ることを特徴とする量子化方法。