JPH09214971A - 映像信号符号化装置および符号化方法 - Google Patents
映像信号符号化装置および符号化方法Info
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Abstract
係数ブロックの変換係数をジグザグスキャンした後、可
変長符号化する際の符号化効率を効果的に高めることの
できる映像信号符号化装置および符号化方法を提供す
る。 【解決手段】 画像中の物体形状に応じた形状適応型離
散コサイン変換により求められる変換係数に基づいて、
係数ブロックにおける変換係数の存在領域量と非存在領
域とを区分する形状マスクを求め、係数ブロックの変換
係数を所定の順序でスキャンする際、上記形状マスクに
従って前記変換係数の非存在領域をスキップし、存在領
域に示されるSA-DCT係数だけをスキャンすること
で、不要な[0]ランを省いて可変長符号化のビット割
付を効率化する。
Description
に応じた形状適応型離散コサイン変換により画像の変換
係数を求め、この変換係数で示される物体の情報をジグ
ザグスキャンすることでその映像信号を符号化する際
の、符号化効率を効果的に高めることのできる映像信号
符号化装置および符号化方法に関する。
フォンや映像会議等における画像伝送の規格としてH.
261が、また公衆電話網(PSTN)を用いたビデオ
フォンサービスの規格としてH.263等が標準化され
た。しかし低速の動画像(映像)を伝送する為の上記規
格H.261やH.263は、画像品質の低下が大きいの
で、その高級化が要望されている。 一方、動画像伝送
の関連技術として、CD-ROM等のデジタル蓄積メデ
ィア(DSM)を対象とした規格MPEG-1や、ハイ
ビジョンTV(HDTV)等の通信・放送を対象とした
規格MPEG-2等が国際標準化されている。
る場合、一般的にはその映像信号を符号化すべき物体領
域と、背景のように符号化する必要がない領域とに区分
することで、その符号化効率を高めることができる。例
えば画像中の物体形状に応じた映像信号の符号化を実現
する形状適応型符号化方式として、エンパック'94(J
uly-1994)なる会議において、トマスシコラ(Thomas S
ikora)とベラマカ(Bela Maka)が提唱した[ビデオコ
ーディング用形状適応型DCT(Shape-Adaptive DCT f
or Generic Coding of Video)]が知られている。
と、物体領域32を含む1フレームの画像31は、例え
ば図4(a)に示すようにグリッドによって区分される複
数の単位ブロック33の集まりとして捕らえることがで
きる。また各単位ブロック33は、図4(b)に示すよう
に複数の画素(ピクセル)34の集まりとして捕らえる
ことができる。具体的には、例えば8行8列(8×8)
の画素34の集まりにより単位ブロック33が構成さ
れ、このような単位ブロック33の集合によって1フレ
ームの画像31が構成される。
素からなる単位ブロック33に着目すると、その単位ブ
ロック33内の全ての画素34が符号化すべき物体によ
って満たされた場合、その映像信号を直接的に順次符号
化する場合と、2次元離散コサイン変換(DCT;Discr
ete Cosine Transform)して符号化する場合との符号化
効率が同一である。前記符号化方式では、上記単位ブロ
ック34内の全ての画素34が物体によって満たされな
い場合には、その符号化すべき物体の形状部分のみを先
ず垂直方向に1次元離散コサイン変換し、次いで横方向
に1次元離散コサイン変換した方が、符号化効率の向上
を図り得ることを提唱している。
らなる単位ブロック34内に符号化すべき物体領域32
が存在する場合、その物体形状に適応させて物体領域3
2だけを形状適応型離散コサイン変換(SA-DCT;Sh
ape-Adaptive DCT)符号化するため、先ず図5(b)に示
すように物体領域32を含む画素34を単位ブロック3
3の上側境界から順に詰めて垂直方向に1次元DCT符
号化し、図5(c)に黒丸で示すように垂直方向1次元D
CTのDC値を求め、図5(d)に示すように垂直方向1
次元DCT画像を求める。
して、図5(e)に示すようにその画素34を単位ブロッ
ク33の左側境界から順に詰めて水平方向に1次元DC
T符号化し、図5(f)に示すように垂直方向および水平
方向それぞれ1次元形状適応型DCTを施した変換画像
を得る。この変換画像の各画素は、DCT符号化された
変換係数を画素値として持つことになる。
ように、予め定められた順序、具体的には単位ブロック
33の左上隅の原点位置から順にジグザグスキャン(zi
gzagscan)し、その変換係数の列を符号化信号として得
る。尚、上記ジグザグスキャン方式は、ブロック指向符
号化を用いるMPEG-1やMPEG-2、またJPE
G、H.261、H.263等において、DCT後に更に
可変長符号化(VLC;Variable length coding)を行
うために採用される。
キャンにより映像信号を符号化する形状適応型符号化装
置は、例えば図7に示すように構成される。即ち、形状
適応DCT部10は、符号化の単位であるM×Nブロッ
クにおいて符号化すべき物体情報が、背景等の符号化の
不要な部分と共に存在する、例えば図5(a)に示すよう
な映像情報(image information)を、その入力端a1
に受け、前述したSA−DCTを実行する。このSA−
DCTによって前記形状適応DCT部10はその出力端
a2に、図5(f)に示すような変換画像を得ることにな
る。
CT部10から出力される変換画像を入力し、その変換
画像の各画素を構成する変換係数を量子化して量子化係
数を求める。ジグザグスキャン遂行部12は、このよう
にして量子化された変換画像の量子化係数を、前述した
図6に示す順序でジグザグスキャンし、その量子化係数
の系列を求める。この際、ジグザグスキャン遂行部12
は、例えばそのスキャン時に、変換係数(量子化係数)
の存在しない画素の値を[0]とセッティングすること
で変換係数の存在有無に拘わることなく、予め設定され
た順序に従って前記変換画像をジグザグスキャンする。
である上記量子化係数の系列は、可変長符号化部13に
おいて可変長符号化された後、一旦、バッファ14にバ
ッファリング(貯蔵)されてから、画像伝送路に送り出
される。この際、バッファ制御部15は、上記バッファ
14にバッファリングされた符号化データのバッファリ
ング充満度をモニタしており、このバッファリング充満
度に応じては前記量子化器11の作動を制御して、伝送
情報における映像品質を維持している。
ジグザグスキャン遂行部12から出力されるSA−DC
T変換係数のみを入力し、その入力値に応じて起こるイ
ベント(EVENT)に従って該可変長符号化部13におい
て予め決められたVLCテーブルを参照し、そのテーブ
ル値を可変長符号化データとして出力する。この際に用
いられるイベントの種類は、ジグザグスキャン時におけ
る最終変換係数であるか否かを表示するラスト(LAS
T)と、そのジグザグスキャン時に[0]でない変換係
数から次の[0]でない変換係数が現れるまでの、変換
係数値が[0]である数を示すラン(RUN)と、
[0]なる変換係数値の次に現れる[0]でない変換係
数値を示すレベル(LEVEL)とからなる。
うち、発生確率の高いイベントに対しては少ないビット
を割り付け、発生確率の低いイベントに対しては多いビ
ットを割り付けることで、各イベントに対して可変長の
ビット値として予め定められたVLCテーブルの値(符
号化値)を出力する。例えばH.263で使用するVL
Cテーブルの場合には、前記イベントに応じて求められ
る符号化値は、次の表1のようになる。
の入力値が[…X01…]となったとき(Xは[0]で
ない係数値を意味する)、ラン(RUN)が[1]、ラ
スト(LAST)が[0]、レベル(LEVEL)が
[1]であるイベントが発生したものとなる。この場合
には、VLCテーブルの値(符号化値)として[110
0]なる4ビットの値が求められることになる。
スキャン遂行部12において、前述したように変換係数
が存在しない画素部分を[0]とおいてスキャンする
と、[…X001…]または[…X0001…]等、不
要な[0]が追加されることになる。するとラスト(L
AST)とレベル(LEVEL)には変化はないが、ラ
ン(RUN)が[2]や[3]に変化したイベントが発
生する。この場合には、例えば可変長符号化器13の出
力が[11100]や[011010]となり、その符
号化データとして5ビットまたは6ビットが割り付けら
れることになる。つまり変換係数のない画素部分に
[0]なる係数値を付加することにより、ラン値の増加
したイベントが生じて、不要なビットが割り付けられる
ことになる。
たもので、その目的は、画像中の物体形状に応じた形状
適応型離散コサイン変換により画像の変換係数を求め、
この変換係数で示される物体の情報をジグザグスキャン
することでその映像信号を符号化する際の、符号化効率
を効果的に高めることのできる映像信号符号化装置およ
び符号化方法を提供することにある。特に形状適応型離
散コサイン変換して求められる変換係数のスキャンを、
該変換係数の存在領域だけに対して行うようにした映像
信号符号化装置および符号化方法を提供することにあ
る。
コサイン変換したブロックの変換係数をジグザグスキャ
ンする際、ブロック内の上記変換係数の存在部分のみを
スキャンする形状適応型ジグザグスキャン方法を提供す
ることにある。
るべく本発明に係る映像信号符号化装置は、画像中の物
体形状に応じて形状適応型離散コサイン変換部が求めた
変換係数に基づいて、前記画像における変換係数の存在
領域と非存在領域とを区分し、前記変換係数のジグザグ
スキャン領域を設定するジグザグスキャン制御部と、こ
のジグザグスキャン制御部の制御を受けて前記変換係数
の非存在領域をスキップし、且つ前記変換係数の存在領
域における前記変換係数だけを所定の順序でジグザグス
キャンするジグザグスキャン遂行部とを具備したことを
特徴としている。
数の存在領域と非存在領域とを区分する係数形状マスク
を作成する係数形状マスク作成部と、前記係数形状マス
クに従って前記変換係数の非存在領域を前記ジグザグス
キャンから除外させるためのスキップ信号を発生させる
ジグザグスキャン制御ユニットとにより構成し、また前
記ジグザグスキャン遂行部については、前記変換係数を
所定の順序でジグザグスキャンするジグザグスキャン遂
行ユニットと、ジグザグスキャン制御部からのスキップ
信号の入力時に前記ジグザグスキャン遂行ユニットにて
スキャンされた変換係数の出力を停止するスイッチング
部とにより構成することを特徴としている。
形状適応型離散コサイン変換部が求た変換係数に基づい
て、前記画像における変換係数の存在領域と非存在領域
とを区分し、前記画像から求められ変換係数のジグザグ
スキャン領域を設定するジグザグスキャン制御部と、こ
の変換係数を量子化して量子化係数を求める量子化器
と、前記ジグザグスキャン制御部の制御を受けて前記変
換係数の非存在領域をスキップし、前記変換係数の存在
領域における前記量子化係数だけを所定の順序でジグザ
グスキャンするジグザグスキャン遂行部と、ジグザグス
キャンされた量子化係数の発生頻度に応じて該量子化係
数を可変長符号化する可変長符号化部と、この可変長符
号化部からの符号化データをバッファリングし、そのバ
ッファリング充満度に従って前記量子化器の作動を制御
して映像品質の維持するバッファ制御部とを具備した映
像信号符号化装置を提供する。
発明に係る映像信号符号化方法は、形状適応型離散コサ
イン変換にて画像中の物体形状に応じて求めた変換係数
をジグザグスキャンして符号化するに際して、 前記変
換係数の存在領域だけをスキャンする過程を含むことを
特徴としている。特に前記変換係数の存在領域だけをス
キャンするに先立ち、前記変換係数の存在領域と非存在
領域とを区分する過程を実行し、また前記変換係数の存
在領域と非存在領域とを区分する過程については、前記
画像における変換係数の存在の有無に応じたバイナリマ
スクを作成し、このバイナリマスクを用いて実行するこ
とを特徴としている。
にて画像中の物体形状に応じて求めた変換係数を量子化
し、この量子化された変換係数をジグザグスキャンして
符号化するに際し、前記変換係数の存在領域と非存在領
域とを区分した後、その区分値に応じて前記量子化され
た変換係数の存在領域だけを部分的にスキャンするよう
にし、特に部分的なスキャン過程については、前記量子
化された変換係数の存在領域を所定の順序に従ってスキ
ャンすると共に、前記量子化された変換係数の非存在領
域をスキャン対象からスキップするようにしたことを特
徴としている。また変換係数の存在領域と非存在領域と
を区分をバイナリマスクを用いて実行することを特徴と
している。
グにより部分的にスキャンされて求められた量子化係数
に基づいて、その量子化係数を可変長符号化するように
したことを特徴としている。
実施形態に係る映像信号符号化装置と、その符号化方法
について説明する。図1は本発明の一実施形態に係る形
状適応型の映像信号符号化装置の概略構成を示すもの
で、図7に示した従来装置と同一部分には同一符号を付
して示してある。
物体形状に応じて形状適応型DCT部10から出力され
る変換係数を入力して、その変換画像における変換係数
の存在領域と非存在領域とを区分し、変換係数の存在領
域については前述した既存のジグザグスキャン順序によ
ってスキャンし、非存在領域については上記治具座区ス
キャンから除外させてスキップするように制御するジグ
ザグスキャン制御部100を備えている点にある。また
量子化器11にて量子化された量子化係数を、前記ジグ
ザグスキャン制御部100からのスキップ信号に応じて
スキャン順序から除外させてスキップしながらスキャン
する制御ジグザグスキャン遂行部200を備えている点
にある。
えば変換係数の存在領域と非存在領域とに区分したSA
−DCT係数形状マスクを形成するSA−DCT係数形
状マスク形成部110と、上記形状マスクの内部に存在
しない部分(非存在領域)であって、フラグ(Flag)さ
れた部分を、スキャン順序から除外させてスキップさせ
て前記ジグザグスキャンを実行させるべく、前記ジグザ
グスキャン遂行部200に対してスキップ信号を発生さ
せるジグザグスキャン制御ユニット120とを備えて構
成される。この際、上記形状マスクの情報は、映像目的
画面(VOP;Video Object Plane)の符号化過程にお
ける形状符号化データと共に送信され、伝送先の復号器
に与えられる。
は、SA-DCT処理によって求められた変換係数(量
子化係数)をジグザグスキャンするジグザグスキャン遂
行ユニット220(図7に示した従来装置におけるジグ
ザグスキャン遂行部12に相当する)と、前記ジグザグ
スキャン制御ユニット120からのスキップ信号を受け
て、上記スキャン遂行ユニット220にてスキャンされ
た量子化係数の出力を阻止するようにスイッチング動作
して、上記ジグザグスキャンをスキップするスイッチン
グ部210とからなる。
像信号符号化装置の動作について説明する。但し、符号
化の単位であるM×N画素からなるブロック内部におい
て、符号化されるべき物体情報が、例えば図2(a)に示
すように存在し、そのブロックが8×8画素からなるも
のとする。この図2(a)に示すような物体情報を含む画
像が形状適応型DCT部10に入力されると、前述した
形状適応型DCTにより図2(b)に示すような形状適応
型DCT係数ブロック(変換画像)が求められる。この
変換画像における各画素値は、SA-DCTによる物体
形状に応じた変換係数値で示される。
11を介して量子化された後(量子化過程)、制御ジグ
ザグスキャン遂行部200におけるジグザグスキャン遂
行ユニット220に導かれて、図6に示したようにジグ
ザグスキャンされる(ジグザグスキャン過程)。一方、
図2(b)に示される前記DCT係数ブロックは、ジグザ
グスキャン制御手段100のSA-DCT係数形状マス
ク形成部110に与えられる。この形状マスク形成部1
10では、DCT係数ブロックにおける係数値を調べる
ことで、図2(c)に示すように変換係数値の存在する部
分(存在領域;黒部分)と変換係数値が存在しない部分
(非存在領域;白部分)からなるSA-DCT係数形状
マスクを形成する。この形状マスクは、例えば変換係数
の存在する部分を[1](または[0])、また変換係
数の存在しない部分を[0](または[1])に区分す
ることによりバイナリに作成される(判断過程およびバ
イナリマスク形成過程)。
ク形成部110にて作成されたSA-DCT係数形状マ
スクは、その出力端a3を介してジグザグスキャン制御
ユニット120に印加される。そしてジグザグスキャン
制御ユニット120は、上記形状マスクに従って、前記
ジグザグスキャン遂行部200のスイッチング部210
の作動を制御する。具体的にはジグザグスキャン制御ユ
ニット120は、SA-DCT係数形状マスク形成部1
10から得られる形状マスクが図3に示すような形態を
なすとき、係数ブロックのスキャンニング位置が、前記
形状マスクによって示される非存在領域となる時点毎
に、その出力端a4を介してスキップ信号を発生し、ス
イッチング部210をオフさせる。そして前記ジグザグ
スキャン遂行ユニット220にてスキャンニングされた
係数値の出力を阻止し、そのスキャンニングをスキップ
させる(スイッチング過程)。
に変換係数が存在するか否かに拘わることなく、その係
数ブロックの全てを順にジグザグスキャンしたが、本発
明に係る符号化装置においては、ジグザグスキャン制御
手段100におけるジグザグスキャン制御ユニット12
0の制御の下で、係数値が存在しない部分においては強
制的にスイッチング部210をオフさせることでその出
力を遮断し、これによってジグザグスキャンをスキップ
させている。そして係数値が存在する部分の係数値だけ
を順に取り出し、これを可変長符号化部13に導いてい
る。
するスキップ制御を実行する本装置によれば、係数値の
非存在領域における係数値[0]のデータ自体がなくな
るので、不本意な[0]データに起因するイベントの発
生を押さえ、その発生頻度による正確なビット割付けが
可能となる。この結果、可変長符号化部13における可
変長符号化データの量を減少させて、画像伝送に必要な
データ量を減らすことができる。しかも物体形状を示す
変換係数を確実に符号化して伝送するので、映像品質が
劣化することがない。
し、変換係数の存在領域だけを所定の順序に従ってスキ
ャンして求められる変換係数(量子化係数)の系列を可
変長符号化する場合、入力された係数をイベントとして
ラスト(LAST)、ラン(RUN)、レベル(LEV
EL)に区分してビット割付けを行うものとすると、変
換係数の非存在領域をスキップしてジグザグスキャンす
ることで、[0]値係数を減らすことができる。この結
果、[0]値係数が減少した分だけて不要なラン値を計
算しなくなり、不要なビット伝送を抑制することが可能
となる。そしてビット量を低減した分だけ、その余裕ビ
ットを映像画質の向上に用いることが可能となるので、
低速の画像伝送による映像サービスの品質向上に大幅に
寄与することができる。
状適応型の映像信号符号化装置において画像中の物体形
状に応じて形状適応型DCT変換された係数ブロックに
示されるSA-DCT係数をジグザグスキャンする際、
変換係数の非存在領域をスキップしてスキャンするの
で、不要な[0]ラン数を減らして可変長符号化するこ
とができ、イベントの発生頻度に基づく正確なビット割
付けを行って可変長符号化データのビット量を減らすこ
とができ、高品質で効率的な符号化を実現することがで
きる等の多大なる効果が奏せられる。
号符号化装置の概略構成図。
ための、物体を含む画像ブロックと、そのSA−DCT
係数ブロック、および形状マスクの関係を示す図。
るジグザグスキャンの、変換係数の有無に応じたスキッ
プ制御の概念を示す図。
素の概念を示す図。
サイン変換(DCT)の処理概念を示す図。
図。
置の概略構成図。
Claims (10)
- 【請求項1】 形状適応型の離散コサイン変換部におい
て画像中の物体形状に応じて求められた変換係数に基づ
いて、前記画像における変換係数の存在領域と非存在領
域とを区分し、前記画像から求められ変換係数のジグザ
グスキャン領域を設定するジグザグスキャン制御部と、 このジグザグスキャン制御部の制御を受けて前記変換係
数の非存在領域をスキップし、前記変換係数の存在領域
における前記変換係数だけを所定の順序でジグザグスキ
ャンするジグザグスキャン遂行部とを具備したことを特
徴とする映像信号符号化装置。 - 【請求項2】 前記ジグザグ制御部は、変換係数の存在
領域と非存在領域とを区分する係数形状マスクを作成す
る係数形状マスク作成部と、前記係数形状マスクに従っ
て前記変換係数の非存在領域を前記ジグザグスキャンか
ら除外させるためのスキップ信号を発生させるジグザグ
スキャン制御ユニットとを備えたことを特徴とする請求
項1に記載の映像信号符号化装置。 - 【請求項3】 前記ジグザグスキャン遂行部は、形状適
応型の離散コサイン変換により求められた変換係数を所
定の順序でジグザグスキャンするジグザグスキャン遂行
ユニットと、ジグザグスキャン制御部からのスキップ信
号の入力時に前記ジグザグスキャン遂行ユニットにてス
キャンされた変換係数の出力を停止するスイッチング部
とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の映像
信号符号化装置。 - 【請求項4】 形状適応型の離散コサイン変換部におい
て画像中の物体形状に応じて求められた変換係数に基づ
いて、前記画像における変換係数の存在領域と非存在領
域とを区分し、前記画像から求められ変換係数のジグザ
グスキャン領域を設定するジグザグスキャン制御部と、 前記離散コサイン変換部において求められた変換係数を
量子化して量子化係数を求める量子化器と、 前記ジグザグスキャン制御部の制御を受けて前記変換係
数の非存在領域をスキップし、前記変換係数の存在領域
における前記量子化係数だけを所定の順序でジグザグス
キャンするジグザグスキャン遂行部とこのジグザグスキ
ャン遂行部によりスキャンされた量子化係数の発生頻度
に応じて該量子化係数を可変長符号化する可変長符号化
部と、 この可変長符号化部から出力される符号化データをバッ
ファリングするバッファと、 このバッファにバッファリングされた前記符号化データ
のバッファリング充満度を求めて前記量子化器の作動を
制御し、映像品質の維持するバッファ制御部とを具備し
たことを特徴とする映像信号符号化装置。 - 【請求項5】 形状適応型離散コサイン変換にて画像中
の物体形状に応じて求めた変換係数をジグザグスキャン
して符号化するに際し、 前記変換係数の存在領域だけをスキャンする過程を含む
ことを特徴とする映像信号符号化方法。 - 【請求項6】 前記変換係数の存在領域だけをスキャン
するに先立ち、前記変換係数の存在領域と非存在領域と
を区分する過程を実行することを特徴とする請求項5に
記載の映像信号符号化方法。 - 【請求項7】 前記変換係数の存在領域と非存在領域と
を区分する過程は、前記画像における変換係数の存在の
有無に応じたバイナリマスクを作成し、このバイナリマ
スクを用いて実行することを特徴とする請求項6に記載
の映像信号符号化方法。 - 【請求項8】 形状適応型離散コサイン変換にて画像中
の物体形状に応じて求めた変換係数を量子化し、この量
子化された変換係数をジグザグスキャンして符号化する
に際し、 前記変換係数の存在領域と非存在領域とを区分する過程
と、 この区分過程による区分値に応じて前記量子化された変
換係数の存在領域だけを部分的にスキャンする過程とを
含み、 この部分スキャン過程は、前記量子化された変換係数の
存在領域を所定の順序に従ってスキャンする過程と、前
記量子化された変換係数の非存在領域をスキャン対象か
らスキップする過程とを含むことを特徴とする映像信号
符号化方法。 - 【請求項9】 前記変換係数の存在領域と非存在領域と
を区分する過程は、前記画像における変換係数の存在の
有無に応じたバイナリマスクを作成し、このバイナリマ
スクを用いて実行することを特徴とする請求項8に記載
の映像信号符号化方法。 - 【請求項10】 形状適応型離散コサイン変換にて画像
中の物体形状に応じて求めた変換係数を量子化し、この
量子化された変換係数をジグザグスキャンして符号化す
るに際し、 画像における変換係数の存在を判断する過程と、 この判断過程で判断された変換係数の存在の有無に従っ
てバイナリマスクを作成する過程と、 前記変換係数を量子化して量子化係数を求める過程と、 前記画像における量子化係数をジグザグスキャンする過
程と、 このジグザグスキャンにより求められた量子化係数を前
記バイナリマスクを用いてスイッチング制御して、量子
化係数のない部分をスキップし、且つ量子化係数が存在
する部分だけ前記量子化係数を出力するスイッチング過
程と、 このスイッチング過程を介して出力された量子化係数に
基づいて、その量子化係数を可変長符号化する過程とを
含むことを特徴とする映像信号符号化方法。
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