JPH0898179A - 画像符号化装置 - Google Patents

画像符号化装置

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JPH0898179A
JPH0898179A JP23510394A JP23510394A JPH0898179A JP H0898179 A JPH0898179 A JP H0898179A JP 23510394 A JP23510394 A JP 23510394A JP 23510394 A JP23510394 A JP 23510394A JP H0898179 A JPH0898179 A JP H0898179A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 入力画像データを複数フレーム分蓄えるフレ
ームメモリ４０と、フレームメモリ４０からの画像デー
タの情報量を評価する画像情報評価回路５０と、フレー
ムメモリ４０に蓄積された複数フレームの画像データか
らシーンチェンジを検出するシーンチェンジ検出回路３
１と、画像データにＤＣＴ処理を施すＤＣＴ回路１４
と、生成されたＤＣＴ係数を所定の量子化ステップで量
子化する量子化器１５と、画像情報評価回路５０からの
情報量の評価値とシーンチェンジ検出回路３１からの画
像間の相関情報とに基づいて、フレーム内符号化／フレ
ーム間予測符号化の選択を行う圧縮方法選択回路３２
と、評価値と選択情報とに基づいて適応的に量子化ステ
ップを制御する量子化ステップ制御器３９とを有する。 【効果】 効率の良い画像圧縮が可能で、全体的に画質
を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば画像を圧縮符号
化する場合に用いて好適な画像符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の例えば画像を圧縮符号化する場合
に用いて好適な画像符号化装置の構成例を図３に示す。
【０００３】この図３の画像符号化装置において、入力
端子１には、図４に示すように、 輝度成分(Y) 352(H)×240(V)×30フレーム クロマ成分(Cb) 174(H)×120(V)×30フレーム クロマ成分(Cr) 174(H)×120(V)×30フレーム のピクセル数にディジタル化された画像データが供給さ
れる。
【０００４】上記入力端子１に供給された入力画像デー
タは、当該入力画像データを一時的に蓄えて然るべき順
番に入れ替えるためのフレームメモリ１０を介して、動
き検出器２０とブロック分割器１１に送られる。
【０００５】当該ブロック分割器１１は、フレームメモ
リ１０から供給されたそれぞれのフレームを、図５に示
すように、輝度成分(Y) ，クロマ成分(Cr),(Cb) それぞ
れを８×８ピクセルのブロックに分割する。なお、輝度
成分(Y) の４つのブロック(Y0,Y1,Y2,Y3）と１つのクロ
マ成分(Cb)のブロックと、１つのクロマ成分(Cr)のブロ
ックからなる合計６つのブロック(Y0,Y1,Y2,Y3,Cb,Cr)
は、マクロブロック(MB)と呼ばれている。
【０００６】このブロック分割器１１からのマクロブロ
ック単位のデータは差分器１２に送られる。
【０００７】この差分器１２では、ブロック分割器１１
からのデータと後述するフレーム間予測画像データとの
差分をとり、その出力を後述するフレーム間予測符号化
がなされるフレームのデータとして切換スイッチ１３の
被切換端子ｂに送る。また、当該切換スイッチ１３の被
切換端子ａには、上記ブロック分割器１１からのデータ
が後述するフレーム内符号化がなされるフレームのデー
タとして供給される。
【０００８】上記切換スイッチ１３を介したブロック単
位のデータはＤＣＴ回路１４によって離散コサイン変換
（ＤＣＴ）処理され、そのＤＣＴ係数が量子化器１５に
送られる。当該量子化器１５では、所定の量子化ステッ
プ幅で上記ＤＣＴ出力を量子化し、この量子化した係数
がジグザグスキャン回路１６に送られる。
【０００９】当該ジグザグスキャン回路１６では、上記
量子化係数を図６に示すようにいわゆるジグザグスキャ
ンによって並べ換え、その出力を可変長符号化回路１７
に送る。この可変長符号化回路１７では、上記ジグザグ
スキャン回路１６の出力データを可変長符号化（ＶＬ
Ｃ）し、その出力を出力バッファ１８に送ると共に、当
該可変長符号化処理により発生した符号量を示す情報
を、量子化ステップ制御器１９に送る。量子化ステップ
制御器１９は、可変長符号化回路１７からの符号量を示
す情報に基づいて量子化器１５の量子化ステップ幅を制
御する。また、上記出力バッファ１８から出力されたデ
ータは圧縮符号化がなされた符号化出力として出力端子
２から出力される。
【００１０】また、上記量子化器１５からの出力は、逆
量子化器２７によって逆量子化され、さらに逆ＤＣＴ回
路２６によって逆ＤＣＴ処理される。当該逆ＤＣＴ回路
２６の出力は、加算器２５に送られる。
【００１１】この加算器２５には、フレーム間予測符号
化のフレームのときにオンとなる切換スイッチ２４を介
した動き補償器２１からのフレーム間予測画像データも
供給され、当該データと上記逆ＤＣＴ回路２６の出力デ
ータとの加算が行われる。この加算器２５の出力データ
は、フレームメモリ２２に一時的に蓄えられた後、動き
補償器２１に送られる。
【００１２】当該動き補償器２１は、上記動き検出器２
０によって検出された動きベクトルに基づいて動き補償
を行い、これによって得たフレーム間予測画像データを
出力する。
【００１３】以下、上記図３の従来の画像符号化装置の
具体的な動作について詳細に説明する。ここで、説明の
ために以下のように各フレームの呼び名を定義する。
【００１４】先ず、表示順にフレームを並べたとき、そ
れぞれを Ｉ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｐ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｐ６，Ｂ７，Ｂ
８，Ｉ９，Ｂ１０，Ｂ１１，Ｂ１２，・・・・・ と呼ぶこととする。これらのフレームのうち、Ｉ，Ｐ，
Ｂは、後に説明するが、圧縮方法の種類を示し、これら
Ｉ，Ｐ，Ｂの次の数字は、単純に表示順を示している。
【００１５】カラー動画像符号化方式の国際標準化作業
グループであるいわゆるＭＰＥＧ（Moving Picture Exp
ert Group)のうちＭＰＥＧ１では、この様な画像を圧縮
するために、以下のようにすることが規定されている。
【００１６】先ず、Ｉ０の画像を圧縮する。
【００１７】次に、Ｐ３の画像を圧縮するのだが、Ｐ３
そのものを圧縮するのではなく、Ｐ３とＩ０の画像との
差分データを圧縮する。
【００１８】その次に、Ｂ１の画像を圧縮するのだが、
Ｂ１そのものを圧縮するのではなく、Ｂ１とＩ０或い
は、Ｂ１とＰ３との差分データ或いはＩ０とＰ３の平均
値との差分（いずれか情報の少ない方）を圧縮する。
【００１９】その次に、Ｂ２の画像を圧縮するのだが、
Ｂ２そのものを圧縮するのではなく、Ｂ２とＩ０或い
は、Ｂ２とＰ３との差分データ或いはＩ０とＰ３の平均
値との差分（どちらか情報の少ない方を選んで）を圧縮
する。
【００２０】次に、Ｐ６の画像を圧縮するのだが、Ｐ６
そのものを圧縮するのではなく、Ｐ６とＰ３の画像との
差分データを圧縮する。
【００２１】上述したような処理を順番に並べて表す
と、 となる。このようにエンコード順は、 Ｉ０，Ｐ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｐ６，Ｂ４，Ｂ５，Ｐ９，Ｂ
７，Ｂ８，Ｉ９，Ｐ１２，Ｂ１０，Ｂ１１，・・・・ のように、表示順とは順番が入れ替わる。圧縮後のデー
タ（符号化データ）はこの順番に並ぶことになる。
【００２２】以下、上述したことを図３の構成の動作と
共にさらに詳しく述べる。
【００２３】１枚目の画像（すなわちＩ０）のエンコー
ドでは、先ず、上記フレームメモリ１０から１枚目に圧
縮すべき画像のデータが、ブロック分割器１１によって
ブロック化される。このブロック分割器１１からは、前
記Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｃｂ，Ｃｒの順にブロック
毎のデータが出力され、被切換端子ａ側に切り換えられ
た切換スイッチ１３を介してＤＣＴ回路１４に送られ
る。このＤＣＴ回路１４では、それぞれのブロックにつ
いて縦横２次元の離散コサイン変換処理を行う。これに
より、時間軸であったデータが周波数軸に変換される。
【００２４】このＤＣＴ回路１４からのＤＣＴ係数は、
量子化器１５に送られ、当該量子化器１５で所定の量子
化ステップ幅で量子化される。その後、ジグザグスキャ
ン回路１６によって図６のようにジグザグ順に並べ変え
られる。このようにジグザグ順に並べると、後ろへ行く
ほど、その係数は周波数成分の高い係数となるから、一
般的に係数の値は後ろの方が小さくなる傾向にある。し
たがって、ある値Ｓで量子化すると、後ろへ行くほど、
その結果は０になる頻度が増し、結果的に高域の成分が
切り落とされることになる。
【００２５】その後、この量子化後の係数は、可変長符
号化（ＶＬＣ）回路１７へ送られ、ここでいわゆるハフ
マンコーディングが施される。この結果得られる圧縮さ
れたビットストリームは、出力バッファ１８に一旦蓄え
られた後、一定のビットレートで送出される。当該出力
バッファ１８は、不規則に発生するビットストリームを
一定のビットレートで送出できるようにするための緩衝
のためのメモリである。
【００２６】以上の様に１枚の画像だけ単独で圧縮する
ことをフレーム内（イントラ：Intra ）符号化と言い、
この画像をＩピクチャと呼ぶ。
【００２７】したがって、デコーダが上記のＩピクチャ
のビットストリームを受信した場合は、以上に述べたこ
とを逆にたどり、１枚目の画像を完成させる。
【００２８】次に、２枚目の画像（すなわちＰ３）のエ
ンコードでは、以下のようになされる。
【００２９】すなわち、この２枚目以降もＩピクチャと
して圧縮してビットストリームを作っても良いが圧縮率
を上げるには、連続する画像の内容には相関があること
を利用して、以下の様な方法で圧縮する。
【００３０】先ず、動き検出器２０では、２枚目の画像
を構成するマクロブロック毎に、１枚目の画像（Ｉ０）
の中からそれに良く似たパターンを捜し出し、それを動
きベクトルという（ｘ，ｙ）の相対位置の座標として表
現する。
【００３１】また、２枚目の画像ではそれぞれのブロッ
クを、上記Ｉピクチャの場合のようにそのままＤＣＴ回
路１４に送るのではなく、そのブロック毎の動きベクト
ルに従って一枚目の画像から引っ張ってきたブロックと
の差分のデータ（差分器１２による差分データ）を、Ｄ
ＣＴ回路１４へ送るようにする。なお、動きベクトルの
検出方法としては、ＩＳＯ／ＩＥＣ 11172-2 annex D.
6.2 に詳細に述べられているためここでは省略する。
【００３２】ここで、例えば上記動きベクトルによって
示された一枚目の画像のパターンと、これから圧縮しよ
うとするブロックのパターンとの間で、相関が非常に強
くなっていれば、その差分データは非常に小さくなり、
したがって、上記フレーム内（イントラ）符号化で圧縮
するよりも、上記動きベクトルと上記差分データとを符
号化した方が、圧縮後のデータ量は小さくなる。
【００３３】このような圧縮方法を、フレーム間（イン
ター：Inter)予測符号化と呼んでいる。ただし、常に差
分データが少なくなるわけではなく、絵柄（画像内容）
によっては、差分を取るよりも、上記フレーム内符号化
で圧縮した方が、圧縮率が上がる場合がある。このよう
な場合は、上記フレーム内符号化で圧縮する。フレーム
間予測符号化にするか、フレーム内符号化にするかは、
マクロブロック毎に異なる。
【００３４】以上のことを図３の画像符号化装置（エン
コーダ）に即して説明すると、先ず、フレーム間予測符
号化を行うためには、エンコーダ側でたえずデコーダ側
で作られる画像と同じ画像を作って置く必要がある。
【００３５】そのためにエンコーダ内には、デコーダと
同じ回路が存在する。その回路をローカルデコーダ（局
部復号器）と呼ぶ。図３の逆量子化器２７と逆ＤＣＴ回
路２６と加算器２５とフレームメモリ２２と動き補償器
２１が当該ローカルデコーダに対応し、フレームメモリ
２２内に記憶される画像のことをローカルデコーデッド
ピクチャ（Local decoded picture)又はローカルデコー
デッドデータ(Local decoded data)と呼ぶ。これに対し
て、圧縮前の画像のデータは、オリジナルピクチャ(Ori
ginal picture)又はオリジナルデータ(Original data)
と呼ぶ。
【００３６】なお、前述した１枚目のＩピクチャの圧縮
時にも、上記ローカルデコーダを通して復号化された１
枚目の画像が、上記フレームメモリ２２内に格納され
る。ここで、注意すべきことは、このローカルデコーダ
によって得られる画像は、圧縮前の画像ではなく、圧縮
後復元した画像であり、圧縮による画質劣化のある、デ
コーダが復号化する画像とまったく同じ画像であるとい
うことである。
【００３７】このような状態のエンコーダに２枚目の画
像（Ｐ３）のデータ(Original data）が入ってくるわけ
だが（この段階ですでに、動きベクトルは検出済でなけ
ればならない）、データはブロック毎に動きベクトルを
持ち、このベクトルが動き補償器（MC:Motion Compensa
tion）２１に与えられる。当該動き補償回路２１は、そ
の動きベクトルの示すローカルデコーデッドピクチャ上
のデータ（動き補償データ：MC data:１マクロブロッ
ク）を上記フレーム間予測画像データとして出力する。
【００３８】上記２枚目のオリジナルデータとこの動き
補償データ（フレーム間予測画像データ）のピクセル毎
の、差分器１２による差分データが、上記ＤＣＴ回路１
４に入力される。それからの後の圧縮方法は、基本的に
Ｉピクチャと同じである。上述のような圧縮方法によっ
て圧縮する画像をＰピクチャ（Predicted picture)と呼
ぶ。
【００３９】さらに詳しく説明すると、Ｐピクチャにお
いてすべてのマクロブロックがフレーム間予測符号化で
圧縮するとは限らず、フレーム内符号化で圧縮する方が
効率が良いと判断されるときは、そのマクロブロックは
当該フレーム内符号化で符号化を行う。
【００４０】すなわち、Ｐピクチャにおいても、マクロ
ブロック毎に、フレーム内符号化によるか（このマクロ
ブロックをイントラマクロブロックと呼ぶ）、又はフレ
ーム間予測符号化によるか（このマクロブロックをイン
ターマクロブロックと呼ぶ）のどちらかを選択して圧縮
を行う。
【００４１】上述のように、上記ローカルデコーダで
は、量子化器１５の出力が、逆量子化器２７で逆量子化
され、さらに逆ＤＣＴ回路２６で逆ＤＣＴ処理された
後、エンコード時に動き補償データ（MC data ）と足さ
れ最終的なローカルデコーデッドピクチャとなる。
【００４２】次に、３枚目の画像（すなわちＢ１）のエ
ンコードでは、以下のようになされる。
【００４３】上記３枚目の画像（Ｂ１）のエンコードで
は、Ｉ０，Ｐ３の２枚の画像それぞれに対する動きベク
トルを探索する。ここで、Ｉ０に対する動きベクトルを
フォワードベクトル（forward Vector）ＭＶｆ(x,y) と
呼び、Ｐ３に対する動きベクトルをバックワードベクト
ル（Backward Vector)ＭＶｂ(x,y) と呼ぶ。
【００４４】この３枚目の画像についても差分データを
圧縮するわけであるが、どのデータを圧縮するのかが、
問題である。この場合も一番情報量が少なくなるものと
の差分を取れば良い。このときの圧縮方法の選択肢とし
ては、 （１）フォワードベクトルＭＶｆ(x,y) の示すＩ０上の
データとの差分 （２）バックワードベクトルＭＶｂ(x,y) の示すＰ３上
のデータとの差分 （３）フォワードベクトルＭＶｆ(x,y) の示すＩ０上の
データとバックワードベクトルＭＶｂ(x,y) の示すＰ３
上のデータの平均値との差分 （４）差分データは使わない（フレーム内符号化） の４つである。マクロブロック毎にこの４種類の圧縮方
法から一つが選択される。上記圧縮方法の選択肢のうち
の（１），（２），（３）の場合は、それぞれの動きベ
クトルも動き補償器２１に送られ、差分器２１ではその
動き補償データとの差分をとり、これがＤＣＴ回路１４
に送られる。上記圧縮方法の選択肢のうちの（４）の場
合は、そのままのデータがＤＣＴ回路１４へ送られる。
【００４５】上述した１枚目、２枚目のエンコードの処
理の結果、ローカルデコーデッドピクチャを格納するフ
レームメモリ２２には、Ｉ０，Ｐ３の２枚のピクチャ
が、復元されているのでこのようなことが可能である。
【００４６】次に、４枚目の画像（すなわちＢ２）のエ
ンコードでは、以下のようになされる。
【００４７】上記４枚目の画像（Ｂ２）のエンコードで
は、上述した３枚目（Ｂ１）のエンコード方法のところ
の説明文で、Ｂ１をＢ２に置き換えたこと以外は、上記
３枚目のエンコードと同じ方法で圧縮する。
【００４８】次に、５枚目の画像（すなわちＰ６）のエ
ンコードでは、以下のようになされる。
【００４９】上記５枚目の画像（Ｐ６）のエンコードで
は、上述した２枚目（Ｐ３）のエンコード方法のところ
の説明文で、Ｐ３をＰ６に、Ｉ０をＰ３に置き換えただ
けで、他は同じ説明となる。
【００５０】６枚目以降は、上述の繰り返しとなるので
説明は省略する。
【００５１】また、ＭＰＥＧにおいては、ＧＯＰ（Grou
p Of Picture）と呼ばれるものが規定されている。
【００５２】すなわち、何枚かのピクチャの集まりがグ
ループオブピクチャ（ＧＯＰ）と呼ばれており、当該Ｇ
ＯＰは符号化データ（圧縮後のデータ）上で見て連続し
た画像の集まりでなくてはならないものである。また、
ＧＯＰはランダムアクセスを考慮したもので、そのため
には符号化データ上で見てＧＯＰの最初に来るピクチャ
は上記Ｉピクチャである必要がある。さらに、表示順
（ディスプレイ順）でＧＯＰの最後は、Ｉ又はＰピクチ
ャでなくてはならない。
【００５３】図７には、最初が４枚のピクチャからなる
ＧＯＰで、それ以降が６枚のピクチャからなるＧＯＰと
なる例を挙げる。なお、図７のＡはディスプレイ順を示
し、図７のＢは符号化データ順を示している。
【００５４】この図７において、ＧＯＰ２に注目する
と、Ｂ４，Ｂ５はＰ３，Ｉ６から形成されるため、例え
ばランダムアクセスでＩ６にアクセスされると、Ｐ３が
無いため、Ｂ４，Ｂ５は正しく復号化できない。このよ
うにＧＯＰ内だけで正しく復号化できないＧＯＰは、ク
ローズドＧＯＰ（Closed GOP）でないという。
【００５５】これに対し、もしＢ４，Ｂ５がＩ６だけし
か参照していないとしならば、例えばランダムアクセス
でＩ６にアクセスしても、Ｐ３は必要ないため、これら
Ｂ４，Ｂ５は正しく復号化できることになる。このよう
にＧＯＰ内だけの情報で、完全に復号化できるＧＯＰを
クローズドＧＯＰ（Closed GOP）と呼ぶ。
【００５６】以上のような圧縮方法の選択の中から一番
効率の良い方法で圧縮するわけであるが、その結果発生
する符号化データ（Coded data）の量は、入力画像にも
依存し、実際に圧縮してみないと判らない。
【００５７】しかし、圧縮後のデータのビットレートを
一定にするためにコントロールすることも必要である。
当該コントロールを行うためのパラメータは、量子化器
１５に与える前記符号量を表す情報としての量子化ステ
ップ（又は量子化スケール：Q-scale ）である。同じ圧
縮方法でも、上記量子化ステップを大きくすれば発生ビ
ット量は減り、小さくすれば増える。
【００５８】この量子化ステップの値は、次のようにし
て制御する。
【００５９】エンコーダには、圧縮後のデータを一定の
ビットレートにするために、出力に緩衝バッファ（出力
バッファ１８）が設けられており、これによって画像毎
のある程度のデータ発生量の差は吸収できるようになさ
れている。
【００６０】しかし、定められたビットレートを超える
ようなデータの発生が続けば、出力バッファ１８の残量
が増加し、ついにはオーバーフローを起こすことにな
る。逆にビットレートを下回るデータの発生が続けば出
力バッファ１８の残量は減少し、最後にはアンダーフロ
ーを引き起こすことになる。
【００６１】したがって、エンコーダは、出力バッファ
１８の残量をフィードバックすることにより、前記量子
化ステップ制御器１９が量子化器１５の量子化ステップ
をコントロールし、ここで出力バッファ１８の残量が少
なくなればあまり圧縮しないように量子化ステップを小
さくなるよう制御し、出力バッファ１８の残量が多くな
れば圧縮率を高くするように量子化ステップを大きくす
るようにコントロールを行うようにしている。
【００６２】また、前述した圧縮方法（前記フレーム内
符号化やフレーム間予測符号化）によって発生する符号
化データ量の範囲には、大きな差がある。
【００６３】特にフレーム内符号化方式で圧縮をすると
大量のデータが発生するため、出力バッフファ１８の空
き容量が小さい場合には量子化ステップサイズを大きく
しなければならず、場合によっては量子化ステップサイ
ズを最大にしてもバッファ１８のオーバーフローを招く
かもしれない。よしんばバッファ１８に収まったとして
も量子化ステップが大きければフレーム内符号化の画像
は後のフレーム間予測符号化の画質に影響するので、フ
レーム内符号化での圧縮を行う前には出力バッファ１８
に十分な空き容量が必要である。
【００６４】したがって、予め定められた順序の圧縮方
法を決めておき、フレーム内符号化の前には十分な出力
バッファ１８の空き容量を確保するように、量子化ステ
ップ制御器１９は量子化ステップサイズのフィードバッ
クコントロールを行うようにしている。
【００６５】以上のようにして一定レートの符号化デー
タに抑えることが可能となる。
【００６６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の方法では、以下の理由により高画質を得られないこ
とが欠点となっている。
【００６７】すなわち、出力バッファの残量をフィード
バックすることによって量子化ステップをコントロール
する従来の方法では、フィードバックに基本的に遅延が
あるため入力画像の急激な情報量変化に追随できない。
そのため、入力画像の情報量が急激に増加した場合、大
量の圧縮データが発生し、バッファの残量を大幅に減ら
し、時にはオーバーフローを引き起こす。また、オーバ
ーフローしなかったとしても、出力バッファの残量は非
常に少なくっているので、次に圧縮される画像は量子化
ステップが大きくなり、その結果画質の低下を招くこと
になる。逆に、入力画像の情報量が急激に減少した場
合、発生する圧縮データは小さなものになるにもかかわ
らず、上記遅延のために量子化ステップはすぐには小さ
くならないので、当該遅延の間の画質を上げることがで
きない。
【００６８】また、一般に入力画像は様々で、同じ圧縮
率であっても同じ画質を得られるとは限らない。それは
画像の情報量そのものの違いや、圧縮方法に依存した特
徴（前後で相関が高い等）に依存するからである。した
がって、画質を均質に圧縮するには画像に適応的に圧縮
方法、圧縮率などを変えなければならない。
【００６９】さらに、時々刻々情報量の変化する入力画
像を一定のビットレートで平均的に高画質に圧縮するた
めには、出力バッファによって低ビットレートを維持で
きる範囲でかつ画質が均質になるように、情報量の多い
画像（絵）には多めの圧縮データを許し、情報量の少な
い画像には少なめの圧縮データにすることが必要だが、
次のような場合に従来の方法ではそれができない。
【００７０】例えば、情報量の少ない画像が連続し、そ
のあとで急に情報量の多い画像が入ってくる場合を考え
ると、先に供給される情報量の少ない画像に対しては量
子化ステップをあまり小さくし過ぎず、その後に続く情
報量が多い画像が符号化されるまで出力バッファの残量
を低く保つべきであるのに、前述した出力バッファ残量
をフィードバックする方式では、上記情報量が少ない画
像が連続するうちに出力バッファの残量を増加させてし
まうようになる。
【００７１】逆に、情報量が多い画像の後に情報量の少
ない画像が続く場合では、先に供給される情報量の多い
画像を大きな量子化ステップで圧縮して出力バッファの
残量を減らさなくても、その後に続くのは情報量の少な
い画像なのでオーバーフローし難いはずであるが、上記
出力バッファ残量フィードバック方式では、続く画像の
情報量がわからないためバッファの残量を減らす方向、
すなわち量子化ステップを大きくする方向に制御し、画
質を低下させてしまう。
【００７２】さらに、入力画像の情報量の急激な変化の
顕著な例がシーンチェンジであるが、シーンチェンジは
前の画像との相関が極めて低いため、フレーム内符号化
で圧縮したほうが効率良く圧縮できるが、予め情報量を
知っており、かつ前後の画像のそれとの比較ができなけ
ればシーンチェンジかどうか、すなわち、フレーム内符
号化で圧縮するか、あるいはフレーム間予測符号化で圧
縮するか判断することができない。
【００７３】またさらに、フレーム内符号化で圧縮をす
るには出力バッファに十分な空き容量が必要であるが、
前の画像の画質を著しく損なうことなく出力バッファに
十分な空き容量を確保するためには、充分前のフレーム
から準備を行い、当該出力バッファの残量を減らしてお
かなければならない。したがって、フレーム内符号化で
圧縮をすることは圧縮を行うよりも充分以前に判ってい
なければならない。
【００７４】そこで、本発明は、上述のような実情に鑑
みて提案されたものであり、効率の良い画像圧縮が可能
で、全体的に画質を向上させることができる画像符号化
装置を提供することを目的とするものである。
【００７５】
【課題を解決するための手段】本発明の画像符号化装置
は、上述した目的を達成するために提案されたものであ
り、入力画像データを複数枚蓄える画像データ蓄積手段
と、上記画像データ蓄積手段に蓄積された複数枚の画像
データから当該入力画像データの情報量を評価する画像
情報評価手段と、上記画像データ蓄積手段に蓄積された
複数枚の画像データから画像間の相関を検出する画像間
相関検出手段と、画像データに直交変換処理を施し直交
変換係数を生成する直交変換手段と、上記直交変換手段
による生成された直交変換係数を所定の量子化ステップ
で量子化する量子化手段と、上記画像情報評価手段によ
って得られた情報量の評価値と上記画像間相関検出手段
からの画像間の相関情報とに基づいて適応的に画像デー
タの圧縮方法を選択する圧縮方法選択手段と、上記画像
情報評価手段によって得られた情報量の評価値と上記圧
縮方法選択手段からの圧縮方法の選択情報とに基づいて
適応的に上記量子化手段における所定の量子化ステップ
を制御する量子化ステップ制御手段とを有することを特
徴としている。
【００７６】ここで、上記画像間相関検出手段は、画像
間の相関によってシーンチェンジを検出する。また、圧
縮方法選択手段は、上記相関情報が所定値より低いとき
に上記圧縮方法としてフレーム内符号化を選択する。
【００７７】さらに、上記量子化ステップ制御手段は、
上記情報量の評価値と圧縮方法の選択情報とに基づい
て、量子化手段における量子化の際のビット割り当てを
決定し、当該割り当て量のビットを発生させるために過
去の配分量と発生量とから予測して量子化ステップサイ
ズを決定する。またさらに、上記画像データ蓄積手段
は、フレーム内符号化が定期的に行われる周期の２倍程
度分の画像データを蓄積する。
【００７８】
【作用】本発明によれば、入力画像データを複数枚蓄え
ることで入力と圧縮の処理（出力）に遅延を生じさせる
ことができる。また、入力画像データの情報量を評価す
ることで、符号化に先立って入力画像データが本来持っ
ている情報量の大小を画像数枚先まで事前に見積もるこ
とができ、これにより、より正確に圧縮後のデータサイ
ズを予測することが可能になり、したがって、一定の出
力ビットレートにすることや、例えば出力バッファの残
量制御などが容易になる。また、入力画像データの評価
値や相関情報に基づいて適応的に圧縮方法を選択するこ
とで、効率的に圧縮をすることができるようになる。
【００７９】また、シーンチェンジなどの画像間の相関
が著しく低いときには、圧縮方法としてフレーム内符号
化を選択することで画質の劣化を抑えている。
【００８０】さらに、情報量の評価値と圧縮方法の選択
情報とに基づいて、量子化手段における量子化の際のビ
ット割り当てを決定し、この割り当て量のビットを発生
させるために過去の配分量と発生量とから予測して量子
化ステップサイズを決定することにより、効率的なビッ
ト配分を行っている。
【００８１】
【実施例】以下、図面を参照し、本発明の実施例につい
て詳述する。
【００８２】図１には本発明実施例の画像符号化装置の
概略構成を示す。なお、この図１において、前述した図
３と同じ構成については同一の指示符号を付してその説
明については省略する。
【００８３】この図１の構成において、前記図３の構成
に追加された構成要素は画像情報評価回路５０とシーン
チェンジ検出回路３１と圧縮方法選択回路３２であり、
また、フレームメモリ４０と量子化ステップ制御器３９
が変更されている。
【００８４】すなわち、本発明実施例の画像符号化装置
は、入力画像データを複数フレーム文蓄える画像データ
蓄積手段であるフレームメモリ４０と、上記フレームメ
モリ４０に蓄積された複数枚の画像データから当該入力
画像データの情報量を評価する画像情報評価回路５０
と、上記フレームメモリ４０に蓄積された複数フレーム
のの画像データから画像間の相関を検出する画像間相関
検出手段であるシーンチェンジ検出回路３１と、画像デ
ータに直交変換（例えばＤＣＴ）処理を施しそのＤＣＴ
係数を生成する直交変換手段であるＤＣＴ回路１４と、
上記ＤＣＴ回路１４によって生成されたＤＣＴ係数を、
所定の量子化ステップで量子化する量子化器１５と、上
記画像情報評価回路５０によって得られた情報量の評価
値と上記シーンチェンジ検出回路３１からの画像間の相
関情報とに基づいて、適応的に画像データの圧縮方法
（フレーム内符号化／フレーム間予測符号化）を選択す
る圧縮方法選択回路３２と、上記画像情報評価回路５０
によって得られた情報量の評価値と上記圧縮方法選択回
路３２からの圧縮方法の選択情報とに基づいて、適応的
に上記量子化器１５における所定の量子化ステップを制
御する量子化ステップ制御器３９とを有することを特徴
とするものである。
【００８５】この図１において、先ず、入力端子１から
入力された入力画像データは、フレームメモリ４０に蓄
えられる。このフレームメモリ４０は、図３のフレーム
メモリ１０とは異なり、所定数のフレームを蓄積できる
ものである。このときの蓄積する所定数としては、多過
ぎるとフレームメモリ４０が大規模になってしまうので
好ましくない。上記所定数として効率的な長さ（フレー
ム数）は、ビットレートと出力バッファ１８の容量、フ
レーム内符号化の圧縮方式の画像同士の間隔（ほとんど
の場合ＧＯＰの長さといっても差し支えない）に大きく
依存する。これは圧縮方法及び圧縮率の違いから生ずる
圧縮データの大きさのむらを上記出力バッファ１８によ
って吸収し、定ビットレートにすることができる範囲
が、上記ビットレート及び出力バッファ容量とフレーム
内符号化がなされる画像同士の間隔等の条件によって制
約されるからである。
【００８６】ところで、一般的にフレーム内符号化方式
で圧縮することは定期的に行われる（これがＧＯＰの区
切りになることが多い）ものであり、このフレーム内符
号化の圧縮方式は当該圧縮後のデータ量が他の方式（フ
レーム間予測符号化）に比べてかなり大きいものであ
る。このため、当該フレーム内符号化による圧縮画像同
士（或いはＧＯＰ）の間隔で情報量を調べ、データ量の
配分をするのは、一つの合理的な方法である。
【００８７】しかし、本実施例の方式では、後述するよ
うにシーンチェンジ等によって前後の画像の相関が著し
く低くなった場合にもフレーム内符号化方式で圧縮する
ようにしており、このようにシーンチェンジ部分でフレ
ーム内符号化を行うようにすると、例えば、当該シーン
チェンジに基づくフレーム内符号化画像の近傍に前記定
期的なフレーム内符号化がきた場合、当該定期的に行わ
れるフレーム内符号化の画像に対しては、定ビットレー
ト或いは均質な画質の維持が困難になるため、フレーム
内符号化による圧縮である必然性を失い、当該フレーム
内符号化で圧縮することを取り止める必要がでてくる。
【００８８】したがって、上記フレームメモリ４０の記
憶可能な容量（上記所定数）は、上述のようにシーンチ
ェンジが上記定期的に行われるはずであるフレーム内符
号化の画像の近傍にくる場合があることを考慮して、当
該定期的にフレーム内符号化で圧縮を行う周期の２倍程
度とすることが適当である。
【００８９】もちろん、上記所定数は一例であり、これ
に限定されることはなく様々な条件に合わせて変更する
ことは可能である。
【００９０】上記フレームメモリ４０に蓄積された画像
データは、適宜、画像情報評価回路５０に送られる。
【００９１】ここで、当該画像情報評価回路５０は、大
別して２通りのパラメータを算出するものである。
【００９２】第１のパラメータは、フレーム内符号化で
圧縮を行った場合の圧縮後のデータ量を予測することが
可能なように、その画像自身の情報量を示すものであ
る。この第１のパラメータとしては、例えば、フレーム
メモリ４０から供給された画像データに対して、ＤＣＴ
処理をブロック毎に行い、そのＤＣＴ係数の和や統計を
とったものとしたり、また、それでは規模が大きくなる
場合には、平均自乗誤差のブロック毎の和を求めたもの
とする。いずれにしても、当該画像情報評価回路５０で
は、画像の情報量を表し、圧縮後のデーター量を類推す
るに足るパラメータを算出する。
【００９３】第２のパラメータは、フレーム間予測符号
化で圧縮を行った場合の圧縮後のデータ量を予測するこ
とが可能な、画像の差分情報量を示すものである。この
場合のパラメータとしては、例えば、フレームメモリ４
０に格納された画像と動き補償後の画像との差分値のブ
ロック内の和を用いる。このパラメータ算出の際には、
一般的な動きベクトル検出回路（動き検出器２０）で得
られる動きベクトルが検出された最小誤差を利用するこ
とができる。
【００９４】上記画像情報評価回路５０によって上述し
たようにして算出された画像情報の評価値（パラメー
タ）は、次に説明するシーンチェンジ検出回路３１と、
量子化ステップ制御器３９とに送られる。
【００９５】また、画像情報評価回路５０からは、後述
する圧縮方法選択回路３２においてＧＯＰの長さを決定
する際に画像のカウントを行うため、その圧縮方法選択
回路３２に対して画像情報も送られる。
【００９６】次に、シーンチェンジ検出回路３１は、上
記画像情報評価回路５０の出力（第２のパラメータ）を
用いてシーンチェンジを検出するものである。
【００９７】ここで、当該シーンチェンジ検出回路３１
においてシーンチェンジを検出する目的は、フレーム間
予測符号化かフレーム内符号化のいずれかの圧縮方式を
決定するための判断材料にすることが主である。それ
は、シーンチェンジ部分のように前後で相関の極めて低
い画像では、フレーム間予測符号化で圧縮するよりもフ
レーム内符号化で圧縮する方が効率良く圧縮できるから
である。また、シーンチェンジ部分では、圧縮後のデー
タも大きなものとなるため、データ量配分や出力バッフ
ァマネジメントの観点からも当該シーンチェンジを把握
することは重要である。
【００９８】上述のようなシーンチェンジは前後の画像
で相関が著しく損なわれる所に存在するものであるた
め、当該シーンチェンジ部分は、例えば、前後の画像に
ついてそれぞれ例えば動きベクトル補償後の画像との差
分値を求め、それぞれこの差分値の画像全体での総和を
求めて、さらに当該前後の画像での上記総和の比を求め
るなどして検出できる。
【００９９】このようなことから、本実施例のシーンチ
ェンジ検出回路３１では、上記画像情報評価回路５０の
出力を用いてシーンチェンジを検出するようにしてい
る。すなわち、上記画像情報評価回路５０は、前述のよ
うに動き補償後の画像の差分値のブロック内の和を第２
のパラメータとして出力するため、当該シーンチェンジ
検出回路３１では、当該差分値のブロック内の和を用い
て、上述のシーンチェンジ検出のための演算を行うこと
ができる。
【０１００】次に、圧縮方法選択回路３２について説明
する。
【０１０１】当該圧縮方法選択回路３２は、上記シーン
チェンジ検出回路３１からのシーンチェンジ検出出力
と、画像情報評価回路５０からの画像情報をカウントし
たカウント値とに基づいて、フレーム内符号化／フレー
ム間予測符号化（Ｐ，Ｂピクチャ）のいずれの圧縮方式
で圧縮を行うのかを選択する回路である。
【０１０２】ここで、フレーム内符号化方式による圧縮
画像は少なくともＧＯＰの最初になければならない。ま
た、ＧＯＰはランダムアクセスを考慮してある程度の間
隔となされているので、必然的にＩピクチャは当該間隔
で定期的に発生するものであり、また、本実施例ではシ
ーンチェンジ等によっても発生するものである。
【０１０３】このようなことから、当該圧縮方法選択回
路３２では、上記画像情報評価回路５０からの画像情報
のカウントを行うと共に、上記シーンチェンジ検出回路
３１からのシーンチェンジ検出出力が当該圧縮方法選択
回路３２に加えられる。これにより当該圧縮方法選択回
路３２では、上記画像のカウント値から定期的なフレー
ム内符号化を選択すると共にシーンチェンジ検出時にも
フレーム内符号化を選択（すなわちＧＯＰの間隔を決定
する）し、それら以外ではフレーム間予測符号化を選択
するようにしている。
【０１０４】この圧縮方法選択回路３２は、上記圧縮方
法の選択に応じて前記切換スイッチ１３と２４の切換制
御を行うと共に、その選択結果を示す情報を量子化ステ
ップ制御器３９に送る。
【０１０５】また、上記量子化ステップ制御器３９は、
前記画像情報評価回路５０からの評価値（パラメータ）
から画像の情報量、さらにはシーンチェンジのように前
後の画像の相関が極めて低くなる所を知ると共に、圧縮
方法選択回路３２からの選択結果を示す情報からフレー
ム内符号化かフレーム間予測符号化のいずれが選択され
た画像であるかも知ることができる。
【０１０６】したがって、当該量子化ステップ制御器３
９においては、出力バッファ１８の残量のみをフィード
バックする従来の量子化ステップ制御に比べて、入力画
像の急激な情報量変化に追随できることになり、また、
画像の情報量の変化に応じて適切な量子化ステップ制御
が可能で、さらに、フレーム内符号化／フレーム間予測
符号化の圧縮方法に応じて適切な量子化ステップ制御も
可能となる。
【０１０７】次に本実施例の各主要構成要素における処
理の流れを、図２のフローチャートに沿ってより詳細に
説明する。
【０１０８】先ず、ステップＳ１では、入力端子１に入
力された画像データが順次フレームメモリ４０へ格納さ
れる。
【０１０９】ここで、先に述べたようにＩピクチャの頻
度や間隔の決定が画質に影響を及ぼすので、これに関係
して符号化に先だってＧＯＰを決めておく必要があり、
また、レートコントロール（量子化ステップ制御による
ビットレートのコントロール）をするために符号化に先
だって１ＧＯＰ分の画像についての情報を収集しなけれ
ばならない。このように、次々と入力されてくる画像デ
ータに対してその間に分析を行い、符号化するまでの十
分な遅延時間を稼ぐため、大量のフレームメモリ４０を
用いる。
【０１１０】次に、ステップＳ２では、動き検出器２０
において、フレーム間予測符号化で圧縮するために必要
な動きベクトルを検出する。すなわち、このステップＳ
２では、予め定められたスケジュールでフレームメモリ
４０中の各画像データをＰピクチャ或いはＢピクチャと
して圧縮符号化できるように、動き検出（モーションエ
スティメーション）を行う。
【０１１１】ここで、動き検出を行う画像については、
Ｉピクチャを規定しない。それはどの画像データがＩピ
クチャになるのかこの時点では確定していないからであ
り、またＩピクチャは動き補償を必要としないため、後
にどの画像データでもＩピクチャにすることが可能だか
らである。
【０１１２】上記画像情報評価回路５０は、上記動き検
出をする際に用いられる最小歪み（Minimum Distortio
n）或いは誤差の絶対値和（ＡＤ：Absolute Difference
）と呼ばれるものを符号化に用いるパラメータの一つ
（第２のパラメータ）として読み出し格納する。
【０１１３】この第２のパラメータは、前述したように
シーンチェンジの判定やフレーム間予測符号化で圧縮す
る場合の画像の相関も考慮した情報量の推定に用いるも
のである。
【０１１４】この第２のパラメータはまた、後述するよ
うにマクロブロックタイプを決定するためにも使われ
る。
【０１１５】第２のパラメータである画像の情報量を推
定するパラメータＳＡＤは、式(1)に示すように、一つ
の画像内の上記誤差の絶対値和（ＡＤ）を合計したもの
である。
【０１１６】ＳＡＤ＝ΣＡＤ (1) 次に、画像情報評価回路５０では、ステップＳ３のよう
に、上記動き検出で得られたパラメータ以外に、誤差の
平均絶対値和（ＭＡＤ：Mean Absolute Difference）、
アクティビティ（Activity）を各画像毎に評価する。
【０１１７】上記誤差の平均絶対値和（ＭＡＤ）はＩピ
クチャの情報量を推定するためのパラメータで、下記の
式(2) によって８×８画素のブロック毎に求め、必要に
応じてマクロブロック或いは画面で集計を行う。このパ
ラメータはまた、マクロブロックタイプを決定するため
に使われる。
【０１１８】
【数１】
【０１１９】これをさらに、式(3) のように、マクロブ
ロック内のブロックについて合計したものを用いてマク
ロブロックの判定に用いる。
【０１２０】ＭＡＤ＝Σ blockＭＡＤ (3) またさらに、式(4) のように、マクロブロックの値を一
つの画像内で合計してその値を、その画像の（Ｉピクチ
ャとしての）情報量を表すパラメータＳＭＡＤとする。
【０１２１】ＳＭＡＤ＝ΣＭＡＤ (4) また、上記アクティビティは、一つの画面の中でそのマ
クロブロックの画像の状態に応じてよりきめ細かに量子
化ステップを制御することによって画質を維持しながら
より圧縮効率を高めるために、その画像の状態を定量化
するためのパラメータである。
【０１２２】例えば一つのブロック内で画像が画素のレ
ベル変化の少ない平坦な部分では量子化による歪みが目
立ち易く、量子化ステップを小さくしてやるべきで、逆
にレベル変化が多い複雑なパターンのブロックでは量子
化歪みは目立ち難く、情報量も多いので量子化ステップ
を大きくするべきである。
【０１２３】そこで、例えばブロックの平坦度を表すパ
ラメータをこのアクティビティとして用いるようにして
いる。
【０１２４】次に、圧縮方法選択回路３２においては、
ステップＳ４でＧＯＰ長の決定を行い、ステップＳ５で
圧縮方法の選択（ピクチャタイプの決定）を行う。
【０１２５】ここでは、すでに述べたように、符号化に
際してランダムアクセス性を考慮して適当なフレーム数
毎にＧＯＰを区切る。このとき少なくともＧＯＰの符号
順で最初のピクチャはＩピクチャでなければならないか
ら、ピクチャの数をカウントし定期的にピクチャタイプ
をＩピクチャにする。
【０１２６】一方、前記シーンチェンジによって前後の
ピクチャで相関が低くなった場合、これも先に述べたよ
うにＩピクチャで圧縮符号化すると効率が良い。しかし
ながら、Ｉピクチャは圧縮率が低いため、低ビットレー
トにおいては頻繁に現れると画質の低下を招く。したが
ってシーンチェンジ検出回路３１によってシーンチェン
ジが検出された場合、圧縮方法選択回路３２は、Ｉピク
チャ同士の間隔を適度に保つよう適応的にＧＯＰの長さ
を決める。
【０１２７】次に、ステップＳ６では、マクロブロック
タイプの判定を行う。すなわち、圧縮方法選択回路３２
では、当該ステップＳ６においてマクロブロック毎の圧
縮方法とマクロブロックタイプとを決める。
【０１２８】前述のように既に求めた上記誤差の平均絶
対値和（ＭＡＤ）と誤差の絶対値和（ＡＤ）は、それぞ
れフレーム内符号化／フレーム間予測符号化で圧縮した
ときの圧縮後のデータ量に関係するので、この２つのパ
ラメータを比較すればフレーム内符号化／フレーム間予
測符号化のどちらのマクロブロックタイプがより少ない
データ量になるか判定できる。
【０１２９】次のステップＳ７では、量子化ステップ制
御器３９において、レートコントロールのためのビット
配分を行う。
【０１３０】各ピクチャ毎の圧縮符号化された後のデー
タサイズは、その符号化方式や元々の画像データが持つ
情報量、前後の相関などによって大きく変動する。平均
的な画質を保つようにするならばことさらである。
【０１３１】各ピクチャ毎の圧縮符号化された後のデー
タサイズのむらは出力バッファ１８によってある程度吸
収されるが、平均的には一定のビットレートにしなけれ
ばならない。したがって、ある区間を定めればその間の
ピクチャのトータルの圧縮後のデータ量が決まる。そこ
で、既に決定しているピクチャタイプと、予め調べてお
いた画像の情報量パラメータとを用いて各ピクチャ毎に
圧縮後のデータ量、すなわち各ピクチャが使用可能なビ
ットの量を決める。
【０１３２】このとき、例えば情報量の少ない画像やＢ
ピクチャには少なく、情報量の多い画像やＩピクチャに
は多くする。これをビット配分と呼ぶ。これによって画
質のばらつきを抑え、なおかつ一定レートに保つことが
容易になる。
【０１３３】本実施例ではＧＯＰをビット配分の区間と
して、次の式(5) ，式(6) のようにビット配分を行う。
【０１３４】 Total Bit Count ＝（Bit Rate [bit/s]× Number Of Picture In GOP [picture ])／（Picture Rate [picture/s]） [bit] (5) Available Bits＝（Total Bit Count ×ターゲットの画像情報量パラメータ）／ 画像情報量パラメータのＧＯＰ合計値） [bit] (6) なお、この式(6) で使用している情報量パラメータは、
先に述べたパラメータＳＭＡＤ，ＳＡＤを用い、これに
圧縮するピクチャタイプ別の乗数をかけたものである。
また、上記乗数は各ピクチャタイプ間のパラメータと画
質との関係を調整するものである。
【０１３５】なお、上記式(6) の上記画像情報量パラメ
ータのＧＯＰ合計値は、式(7) に示すようにして求め
る。
【０１３６】 画像情報量パラメータのＧＯＰ合計値＝Ki×ΣSMAD＋Kp×ΣSADp＋Kb×ΣSADb SADp: ＰピクチャのＳＡＤ SADb: ＢピクチャのＳＡＤ (7) 上記量子化ステップ制御器３９においては、次のステッ
プＳ８で基本量子化ステップの決定を行う。
【０１３７】すなわち、ピクチャタイプが決まれば、情
報量パラメータと量子化ステップから量子化後のデータ
サイズをある程度予測できる。したがって、情報量パラ
メータと量子化後のデータ量が決まっていれば量子化ス
テップを逆算することができる。量子化ステップ制御器
３９は、このようにして求めた量子化ステップをそのピ
クチャの基本量子化ステップとする。
【０１３８】次に、量子化ステップ制御器３９は、ステ
ップＳ９において画面内の量子化ステップの制御を行
う。
【０１３９】先に述べたように画面内の量子化ステップ
を各ブロック毎に、なるべく画質を高く、しかも圧縮効
率を高くするように制御する。すなわち、量子化ステッ
プ制御器３９では、上記アクティビティやマクロブロッ
クタイプなどの情報をもとに基本量子化ステップを加減
することで量子化器１５に対する量子化ステップの制御
を行う。
【０１４０】次のステップＳ１０では、可変長符号化回
路１７において符号化を行う。
【０１４１】ここまでで圧縮符号化の全てのパラメータ
が決まっているので、これ以後は、ＭＰＥＧの規則にし
たがって圧縮符号化する。
【０１４２】最後に、ステップＳ１１では、前述した各
パラメータの更新を行う。
【０１４３】画像情報量と基本量子化ステップ、圧縮後
のデータ量の関係は、圧縮する画像に依存する。したが
って、その関係を表す式に用いるパラメータ、予測パラ
メータを圧縮後の実際のデータ量をフィードバックして
やることにより学習させ、予測の精度を向上させてい
る。
【０１４４】上述したようなことから、本発明実施例の
画像符号化装置においては、数フレーム分のフレームメ
モリ４０を備えて入力画像データを複数フレーム蓄える
ことによって、入力と圧縮の処理（出力）に遅延を生じ
させることができる。さらに画像情報評価回路５０で入
力画像データの情報量を評価することで、符号化に先立
って入力画像データが本来持っている情報量の大小を画
像数枚先まで事前に見積もることができ、これにより、
より正確に圧縮後のデータサイズを予測することが可能
になり、したがって、一定の出力ビットレートにするこ
とや、例えば出力バッファの残量制御などが容易にな
る。また、シーンチェンジ検出回路３１で画像間の相関
等を調べ、上記評価値や相関情報に基づいて、圧縮方法
選択回路３２で適応的に圧縮方法を選択する共に、量子
化ステップ制御器３９で適応的に量子化器１５での量子
化ステップ幅を変えるようにしているため、効率的に圧
縮をすることができ、情報量及び圧縮方法の違いなどに
応じてデータ発生量が適応的に配分され、画質の急激な
変化（画質のむら）が減り、画質が均質に、かつ全体的
に向上する。
【０１４５】言い換えれば、本発明実施例装置によれ
ば、符号化に先だって入力画像データが本来持っている
情報量の大小を数フレーム先まで事前に見積もり、それ
に合わせてビット量をそれぞれの画像に配分し、そのと
き、配分したビット量の総和から導かれるビットレート
が一定になるようにしている。また、割り当て量のビッ
トが発生するように過去の割当量とビット発生量から予
測してステップサイズを決定している。これによって、
緩衝用の出力バッファ１８の効果を期待できる近傍に存
在する画像間では当該バッファ１８を効果的に利用でき
る。
【０１４６】また、シーンチェンジなどによって前後の
画像間の相関が著しく低いときには、圧縮方法としてフ
レーム内符号化を選択して画質の劣化を抑えている。
【０１４７】さらに、情報量の評価値と圧縮方法の選択
情報とに基づいて、量子化手段における量子化の際のビ
ット割り当てを決定し、この割り当て量のビットを発生
させるために過去の配分量と発生量とから予測して量子
化ステップサイズを決定することにより、効率的な圧縮
率でかつ連続した画像でより均質な画質を得て、全体的
な画質を向上できるようになる。
【０１４８】すなわち、本発明実施例の画像符号化装置
においては、圧縮処理を行う画像のある枚数先のフレー
ムまで画像の情報量、前後の相関等など画像についての
情報を調べ、効率的な圧縮方法を自動的に選択するた
め、同じレートで画質が向上する。なおかつ、他の圧縮
方式に比べて圧縮効率の極めて悪いフレーム内符号化で
圧縮するシーンチェンジ等前後の相関の低い画像をＧＯ
Ｐの先頭のＩピクチャとすることが可能なため、そのよ
うな画像が入力された場合でも高画質を維持することが
できる。また、一定レートを保つようにしながら画像の
情報量に応じたビット量の配分をすることにより効率的
な圧縮率、かつ連続した画像でより均質な画質が得ら
れ、全体的に画質が向上する。
【０１４９】
【発明の効果】本発明の画像符号化装置においては、入
力画像データを複数枚蓄えることで入力と圧縮の処理
（出力）に遅延を生じさせることが可能となる。また、
入力画像データの情報量を評価することで、符号化に先
立って入力画像データが本来持っている情報量の大小を
画像数枚先まで事前に見積もることができ、これによ
り、より正確に圧縮後のデータサイズを予測することが
可能になり、したがって、一定の出力ビットレートにす
ることや、例えば出力バッファの残量制御などが容易で
ある。また、入力画像データの評価値や相関情報に基づ
いて適応的に圧縮方法を選択することで、効率的に圧縮
をすることができ、出力ビットレートが同じでも画質を
向上させることが可能となる。
【０１５０】また、シーンチェンジなどの画像間の相関
が著しく低いときには、圧縮方法としてフレーム内符号
化を選択して画質の劣化を抑えることができ、さらに、
情報量の評価値と圧縮方法の選択情報とに基づいて、量
子化手段における量子化の際のビット割り当てを決定
し、この割り当て量のビットを発生させるために過去の
配分量と発生量とから予測して量子化ステップサイズを
決定することにより、効率的な圧縮率でかつ連続した画
像でより均質な画質を得て、全体的な画質を向上できる
ようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の画像符号化装置の概略構成を示
すブロック回路図である。
【図２】本実施例装置の動作を説明するためのフローチ
ャートである。
【図３】従来の画像符号化装置の概略構成を示すブロッ
ク回路図である。
【図４】画像の解像度と構成について説明するための図
である。
【図５】マクロブロックとブロックについて説明するた
めの図である。
【図６】ジグザグスキャンについて説明するための図で
ある。
【図７】ＧＯＰの一例について説明するための図であ
る。
【符号の説明】 ２２，４０ フレームメモリ １１ ブロック分割器 １２ 差分器 １３，２４ スイッチ １４ ＤＣＴ回路 １５ 量子化器 １６ ジグザグスキャン回路 １７ 可変長符号化回路 １８ 出力バッファ １９，３９ 量子化ステップ制御器 ２０ 動き検出器 ２１ 動き補償器 ２５ 加算器 ２６ 逆ＤＣＴ回路 ２７ 逆量子化器 ３１ シーンチェンジ検出回路 ３２ 圧縮方法選択回路 ５０ 画像情報評価回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力画像データを複数枚蓄える画像デー
    タ蓄積手段と、 上記画像データ蓄積手段に蓄積された複数枚の画像デー
    タから、当該入力画像データの情報量を評価する画像情
    報評価手段と、 上記画像データ蓄積手段に蓄積された複数枚の画像デー
    タから、画像間の相関を検出する画像間相関検出手段
    と、 画像データに直交変換処理を施し、直交変換係数を生成
    する直交変換手段と、 上記直交変換手段による生成された直交変換係数を、所
    定の量子化ステップで量子化する量子化手段と、 上記画像情報評価手段によって得られた情報量の評価値
    と上記画像間相関検出手段からの画像間の相関情報とに
    基づいて、適応的に画像データの圧縮方法を選択する圧
    縮方法選択手段と、 上記画像情報評価手段によって得られた情報量の評価値
    と上記圧縮方法選択手段からの圧縮方法の選択情報とに
    基づいて、適応的に上記量子化手段における所定の量子
    化ステップを制御する量子化ステップ制御手段とを有す
    ることを特徴とする画像符号化装置。
  2. 【請求項２】 上記画像間相関検出手段は、画像間の相
    関によってシーンチェンジを検出することを特徴とする
    請求項１記載の画像符号化装置。
  3. 【請求項３】 上記圧縮方法選択手段は、上記相関情報
    が所定値より低いときに上記圧縮方法としてフレーム内
    符号化を選択することを特徴とする請求項１又は２記載
    の画像符号化装置。
  4. 【請求項４】 上記量子化ステップ制御手段は、上記情
    報量の評価値と圧縮方法の選択情報とに基づいて、量子
    化手段における量子化の際のビット割り当てを決定し、
    当該割り当て量のビットを発生させるために過去のビッ
    ト配分量とビット発生量とから予測して量子化ステップ
    サイズを決定することを特徴とする請求項１から請求項
    ３のうちのいずれか１項に記載の画像符号化装置。
  5. 【請求項５】 上記画像データ蓄積手段は、フレーム内
    符号化が定期的に行われる周期の略２倍分の画像データ
    を蓄積することを特徴とする請求項１から請求項４のう
    ちのいずれか１項に記載の画像符号化装置。
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