JPH0923427A

JPH0923427A - 画像圧縮方法及び装置

Info

Publication number: JPH0923427A
Application number: JP7170923A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Suzuki; 一弘鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1995-07-06
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ＤＣＴ係数データの大きさによらずにレート
コントロールを可能とし、通常のレートコントロール時
でもビット発生量を抑えることができ、さらに画質の劣
化を最小限にすることを可能とする。【解決手段】入力画像データをＤＣＴ変換して得たＤ
ＣＴ係数データを量子化し、ジグザグスキャン順に並べ
変えられた量子化係数データを可変長符号化し、この可
変長符号化された符号化データを蓄積して所定のレート
で出力するに際し、調整量設定回路３０において、強制
的に値をゼロにする量子化係数データを出力バッファ１
８のデータ量情報に基づいて設定し、係数調整回路３１
では、調整量設定回路３０からの制御データに基づいて
ジグザグスキャン順の量子化係数データを強制的にゼロ
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば画像を圧縮
する場合に用いて好適な画像圧縮装置及び方法に関す
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圧縮装置の構成例を図１８に示す。

【０００３】この図１８の画像圧縮装置において、入力
端子１０１には、図１９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１１０を介して、
動き検出器１２０とブロック分割器１１１に送られる。

【０００５】当該ブロック分割器１１１は、フレームメ
モリ１１０から供給されたそれぞれのフレームのデータ
を、図２０に示すように、輝度成分(Y) ，クロマ成分(C
r),(Cb) それぞれを８×８ピクセルのブロック毎のデー
タに分割する。なお、輝度成分(Y) の４つのブロック(Y
0,Y1,Y2,Y3）と１つのクロマ成分(Cb)のブロック及び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１１１からのマクロブ
ロック単位のデータは差分器１１２に送られる。

【０００７】この差分器１１２では、ブロック分割器１
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１
１３の被切換端子ｂに送る。また、当該切換スイッチ１
１３の被切換端子ａには、上記ブロック分割器１１１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１１３を介したブロック
単位のデータはＤＣＴ回路１１４によって離散コサイン
変換（ＤＣＴ）処理され、得られた係数データ（以下、
ＤＣＴ係数データと呼ぶ）が量子化器１１５に送られ
る。当該量子化器１１５では、所定の量子化ステップ幅
で上記ＤＣＴ係数データを量子化し、この量子化した係
数（以下、量子化係数データと呼ぶ）がジグザグスキャ
ン回路１１６に送られる。なお、上記量子化器１１５に
おける量子化ステップ幅としては、外部から与えられた
量子化スケールと、量子化マトリクスとの積が使用され
る。外部から与える量子化スケールはマクロブロック内
では一定であるが、量子化マトリクスはマクロブロック
内の係数それぞれに値を設定できるものである。

【０００９】当該ジグザグスキャン回路１１６では、上
記量子化係数データを図２１に示すようにいわゆるジグ
ザグスキャン順に並べ換え、その出力を可変長符号化回
路１１７に送る。この可変長符号化回路１１７では、上
記ジグザグスキャン回路１１６の出力データを可変長符
号化（ＶＬＣ）し、その出力を出力バッファ１１８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１１９に送る。量
子化ステップ制御器１１９は、可変長符号化回路１１７
からの符号量を示す情報に基づいて量子化器１１５の量
子化ステップ幅を制御する。また、上記出力バッファ１
１８からは、所定レートで上記可変長符号化による圧縮
符号化がなされた符号化データが読み出され、この符号
化データが出力端子１０２から出力される。

【００１０】一方、上記量子化器１１５から出力された
量子化係数データは、逆量子化器１２７によって逆量子
化され、さらに逆ＤＣＴ回路１２６によって逆ＤＣＴ処
理される。当該逆ＤＣＴ回路１２６の出力データは、加
算器１２５に送られる。

【００１１】この加算器１２５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１２４
を介した動き補償器１２１からのフレーム間予測画像デ
ータも供給され、ここで当該フレーム間予測画像データ
と上記逆ＤＣＴ回路１２６の出力データとの加算が行わ
れる。この加算器１２５の出力データは、フレームメモ
リ１２２に一時的に蓄えられた後、動き補償器１２１に
送られる。

【００１２】当該動き補償器１２１は、上記動き検出器
１２０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１８の従来の画像圧縮装置の
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，Ｂ８，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、例えば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，Ｂ
１，Ｂ２，Ｐ６，Ｂ４，Ｂ５，Ｐ９，Ｂ７，Ｂ８，Ｉ
９，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１８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１１０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１１１によ
ってブロック化される。このブロック分割器１１１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１１３を介してＤＣＴ回路１１４
に送られる。このＤＣＴ回路１１４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上の
データに変換される。

【００２４】このＤＣＴ回路１１４からのＤＣＴ係数デ
ータは、量子化器１１５に送られ、当該量子化器１１５
で所定の量子化ステップ幅で量子化される。その後、こ
の量子化係数データは、ジグザグスキャン回路１１６に
よって図２１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１１７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１１８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１１８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１２０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（Ｉ
０）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１１４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１１２による差分データ）
を、ＤＣＴ回路１１４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】このようなノンイントラの圧縮方法を、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１８の画像圧縮装置（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おく必要がある。

【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１８の逆量子化器１２７と逆ＤＣ
Ｔ回路１２６と加算器１２５とフレームメモリ１２２と
動き補償器１２１が当該ローカルデコーダに対応し、フ
レームメモリ１２２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(Original picture)又はオリジナルデータ(O
riginal 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１２２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）１２１に与えられる。当該動き補償器１２１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１１２による差分データが、上記ＤＣＴ回路
１１４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１１５の出力データが、逆量子化器１２７
で逆量子化され、さらに逆ＤＣＴ回路１２６で逆ＤＣＴ
処理された後、エンコード時に動き補償データ（MC dat
a ）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１２１に送られ、差分器１２１ではそ
の動き補償データとの差分をとり、これがＤＣＴ回路１
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１１４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１２２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２２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２２のＡはディスプレイ順
を示し、図２２のＢは符号化データ順を示している。

【００５４】この図２２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
１１５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１１８）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１１８の残
量が増加し、ついにはオーバーフロウを起こすことにな
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１１８の残量は減少し、最後にはアンダーフ
ロウ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
１１８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１１９が量子化器１１５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１１８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１１８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、出力バッファ１１８の空
き容量が小さい場合には量子化ステップ幅を大きくしな
ければならず、場合によっては量子化ステップ幅を最大
にしてもバッファ１１８のオーバーフロウを招くかもし
れない。よしんばバッファ１１８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１１８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１１８の空き容量を確保するように、量子化ス
テップ制御器１１９は量子化ステップ幅のフィードバッ
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】ここで、上記従来の画
像圧縮装置においては、上述したように、出力バッファ
１１８がオーバーフロウしそうになったときに、量子化
ステップ幅を最大にするようなフィードバックコントロ
ールを行って量子化器１１５からの発生ビット量を最小
限に抑えることで、当該出力バッファ１１８がオーバー
フロウしてしまうことを防止する（すなわち空き領域を
確保する）ようにしている。

【００６７】ところが、出力バッファ１１８がオーバー
フロウしそうになったときに、その発生ビット量を最小
限に抑えようとして量子化ステップ幅を最大にしたとし
ても、ＤＣＴ係数がそれ以上に大きければビットが発生
してしまい、最悪の場合レートコントロールしきれずに
上記出力バッファ１１８がオーバーフロウしてしまう虞
れがある。このように、レートコントロールを量子化ス
テップ幅の制御（すなわち量子化数の制御）だけに頼る
と、確実に量子化後のデータ発生量を抑制することがで
きない。

【００６８】さらに、上記従来の画像圧縮装置において
は、通常のレートコントロール時でも確実にビット発生
量を抑えることができる手段がなく、また、画質をなる
べく落とさないようなレートコントロールもできない。

【００６９】そこで、本発明はこの様な実情に鑑みてな
されたものであり、ＤＣＴ係数の大きさによらずにレー
トコントロールが可能で、通常のレートコントロール時
でも確実にビット発生量を抑えることができ、さらに画
質の劣化を最小限にすることが可能なレートコントロー
ルも可能な画像圧縮方法及び装置を提供することを目的
とする。

【００７０】

【課題を解決するための手段】本発明の画像圧縮方法及
び装置は、時間軸上の入力画像データを複数画素毎にブ
ロック化して周波数軸上の複数の係数データに変換し、
この複数の係数データを圧縮符号化した複数の符号化デ
ータを蓄積して所定レートで出力する画像圧縮方法であ
り、上記符号化データの蓄積時のデータ量に応じて、上
記圧縮符号化前の上記ブロック毎の複数の係数データの
うちの所定の係数データを強制的にゼロにすることによ
り、上述の課題を解決する。

【００７１】すなわち、本発明によれば、圧縮符号化前
のブロック毎の複数の係数データのうちの所定の係数デ
ータを強制的にゼロにするようにしているため、符号化
データの蓄積時にオーバーフロウして破綻することはな
い。

【００７２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照にしながら説明する。

【００７３】図１には本発明にかかる第１の具体例の画
像圧縮装置の概略構成を示す。

【００７４】この図１に示す第１の具体例の画像圧縮装
置において、入力端子１には、前記図１９に示したよう
なディジタル化された画像データが供給される。この入
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。

【００７５】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のデータを、
前記図２０で示したように８×８ピクセルのブロックの
データに分割する。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。

【００７６】当該差分器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。

【００７７】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、得られた係数データ（ＤＣＴ係数
データ）が圧縮手段の一部である量子化器１５に送られ
る。

【００７８】当該量子化器１５では、所定の量子化ステ
ップ幅で上記ＤＣＴ係数データを量子化し、この量子化
した係数データ（量子化係数データ）がジグザグスキャ
ン回路１６に送られる。

【００７９】当該ジグザグスキャン回路１６では、上記
量子化係数データを前記図２１で示したようにジグザグ
スキャン順に並べ換える。このジグザグスキャン回路１
６からの出力データは、後述する係数制御回路３１を介
して、可変長符号化回路１７に転送される。

【００８０】この可変長符号化回路１７では、上記供給
されたデータを可変長符号化（ＶＬＣ）し、その出力デ
ータを出力バッファ１８に送る。上記出力バッファ１８
から一定レートで読み出されたデータは圧縮符号化がな
された符号化データとして出力端子２から出力される。

【００８１】この出力端子２から出力された符号化デー
タは、例えば、いわゆるハードディスク，フレキシブル
ディスク等の磁気ディスク、光ディスク，光磁気ディス
ク，相変化型ディスク，有機色素を用いたディスク等の
ディスク状記録媒体や、磁気テープ等のテープ状記録媒
体、或いはＩＣカードのような半導体メモリ等の各種記
録媒体に記録されたり、復号化されて映像信号が復元さ
れ、ブラウン管（ＣＲＴ）や、液晶ディスプレイ，プラ
ズマディスプレイ，フィールド・エミッションディスプ
レイ等のフラット・パネル・ディスプレイ等の表示装置
に直接送られて表示される。

【００８２】また、出力バッファ１８からは、当該出力
バッファ１８が格納しているデータ量情報（言い換える
とバッファの空き領域がどのくらいあるかを示す情報）
が出力され、このデータ量情報が後述する調整量設定回
路３０に送られるようになっている。

【００８３】一方、上記量子化器１２からの量子化係数
データは、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の出力データは、加算器２５に送られ
る。

【００８４】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、したがって当該加算器２５では当該データと
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２
２に一時的に蓄えられた後、動き補償器２１に送られ
る。

【００８５】当該動き補償器２１は、上記動き検出器３
８が検出し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、上記切
換スイッチ４及び差分器１２に出力する。

【００８６】ところで、本発明の第１の画像圧縮装置で
は、出力バッファ１８のデータ蓄積量に応じて、前記ジ
グザグスキャン回路１６から前記図２１に示したジグザ
グスキャン順で供給される前記８×８ピクセルの１ブロ
ック分の量子化係数データを、全てそのまま通過させた
り、先頭からｎ個分の量子化係数データだけを残して残
りの量子化係数データを強制的に０にしたりするような
調整を行うことで、レートコントロールを行うようにし
ている。すなわち、本具体例の画像圧縮装置では、出力
バッファ１８に十分な空き領域があってレートコントロ
ールの必要性が低いときには、前記ジグザグスキャン回
路１６からのジグザグスキャン順の量子化係数データを
全てそのまま通過させるが、可変長符号化回路１７から
の出力データ量が多過ぎて出力バッファ１８がオーバー
フロウしそうになっているときには、ジグザグスキャン
順の先頭である直流成分の量子化係数データから高周波
数側に向かってｎ個分の量子化係数データを残し、残り
のより高周波数側の量子化係数データを０にする調整を
行ってレートコントロールを行うようにしている。

【００８７】このようなことを行うため、本実施例の画
像圧縮装置は、図１に示すように、ジグザグスキャン回
路１６の後段に、係数制御手段として、係数調整回路３
１及び調整量設定回路３０を設け、上記調整量設定回路
３０に対して上記出力バッファ１８からデータ蓄積量を
示すデータ量情報を送るようにしている。

【００８８】上記調整量設定回路３０は、上記出力バッ
ファ１８から供給されるデータ量情報に基づいて、係数
調整回路３１において前記先頭から残す量子化係数デー
タの数を示す前記ｎの値を設定し、当該設定したｎの値
を示す制御データを係数調整回路３１に送る。ここで、
上記制御データが示すｎの値は、例えば０≦ｎ＜６４と
する。ただし、ｎ＝０のときには係数調整回路３１にお
いて全ての量子化係数データを残す（量子化係数データ
全てをそのまま可変長符号化回路１７に転送する）もの
とする。より具体的に言うと、当該調整量設定回路３０
は、出力バッファ１８からのデータ量情報が当該出力バ
ッファ１８に十分な空き領域があることを示していると
きには、上記制御データとしてｎ＝０を設定し、一方、
出力バッファ１８がオーバーフロウしそうになっている
ときには、当該出力バッファ１８からのデータ量情報に
応じて上記制御データとしてのｎの値を６３から徐々に
小さくする設定を行う。

【００８９】係数調整回路３１は、上記調整量設定回路
３０からの制御データが示すｎの値に応じて、ジグザグ
スキャン回路１６から供給されたジグザグスキャン順の
量子化係数データを、全てそのまま通過させたり、先頭
からｎ個分の量子化係数データだけを残して残りの量子
化係数データを強制的に０にしたりするような調整を行
う。より具体的に言うと、係数調整回路３１では、上記
調整量設定回路３０からの制御データが示すｎの値が０
であるときには前記ジグザグスキャン回路１６からのジ
グザグスキャン順の量子化係数データを全てそのまま通
過させ、上記制御データが示すｎの値が０以外の１〜６
３の値となっているときには、当該ｎの値に応じて前記
先頭から順に量子化係数データを残し、残りを０にする
ような調整を行う。

【００９０】ただし、制御データの前記ｎを１としたと
きには、係数調整回路３１を通過する量子化係数データ
が直流成分に対応する量子化係数データのみとなり、残
りの量子化係数データは全て０にできるので、データ発
生量を確実に減らせるが、この場合、最終的に得られる
画像が前記ブロックの大きさに対応するモザイク状の画
像となって好ましくないため、前記調整量設定回路３０
では画質の低下が、より少なくなるように早めに前記ｎ
の値を制御するようにしている。

【００９１】ここで、上述した第１の実施例の画像圧縮
装置における上記レートコントロールのための処理を、
図２を用いて説明する。

【００９２】この図２において、ステップＳ１１では、
ジグザグスキャン回路１６からの前記ジグザグスキャン
順の量子化係数データが係数調整回路３１に入力され
る。

【００９３】ステップＳ１２では、当該供給された量子
化係数データが前記８×８のブロックの最初のデータ
（すなわちジグザグスキャン順の先頭のデータ）である
か否かの判定がなされる。当該ステップＳ１２におい
て、Ｙｅｓと判定した場合にはステップＳ１３に進み、
当該ステップＳ１３で量子化係数データの前記ジグザグ
スキャン順での先頭からの順番に対応するカウント値を
１にリセットした後に、ステップＳ１５に進む。一方、
ステップＳ１２において、Ｎｏと判定した場合にはステ
ップＳ１４に進み、当該ステップＳ１４で上記カウント
値に１を加えた後、ステップＳ１５に進む。

【００９４】ステップＳ１５では、前記制御データのｎ
の値が０か否かの判定を行う。このステップＳ１５にお
いてｎ＝０と判定した場合には、この制御データは出力
バッファ１８に十分な空き領域があることを示している
ため、ステップＳ１６にてジグザグスキャン回路１６か
ら供給された全ての量子化係数データを残し、ステップ
Ｓ１９にてこれら量子化係数データをそのまま可変長符
号化回路１７に転送する。一方、ステップＳ１５におい
て、ｎが０でないと判定した場合には、ステップＳ１７
に進む。

【００９５】ステップＳ１７では制御データのｎの値と
前記カウント値とを比較し、ここでｎ＜カウント値であ
ると判定したときには、ステップＳ１８にて当該ｎより
大きいカウント値に対応する量子化係数データを０にし
た後、ステップＳ１９の処理に進む。また、当該ステッ
プＳ１７においてカウント値がｎ以下であると判定した
ときには、当該カウント値に対応する量子化係数データ
を残して、ステップＳ１９の処理に進む。

【００９６】上述したように、本発明の第１の具体例の
画像圧縮装置においては、出力バッファ１８のデータ蓄
積量に応じて量子化係数データを０にすることで、出力
バッファ１８のオーバーフロウを防止することができる
と共に、ジグザグスキャン順で後ろの方の量子化係数デ
ータすなわち削除したとしても目立たない高周波数成分
に対応する量子化係数データから削るようにしているた
め、レートコントロールを行っても画質の劣化を抑える
ことが可能となる。

【００９７】また、図１の構成では、レートコントロー
ルのために量子化係数データを強制的に０にし、その後
当該量子化係数データを可変長符号化回路１７に送るよ
うにしているが、当該可変長符号化回路１７における可
変長符号化は連続した０が続けば圧縮率が高まる性質を
有するものであるため、本具体例の画像圧縮装置によれ
ば、より圧縮効率を上げることが可能となる。

【００９８】さらに、本具体例では、調整量設定回路３
０において出力バッファ１８からのデータ量情報に応じ
て前記ｎの値を変化させ、係数調整回路３１において上
記ｎの値に応じて量子化係数データを０にすることのみ
で、レートコントロールを実現しているため、制御が簡
単で、かつｎの値を変化させる等のことを実際に行うこ
とになる具体的手段（例えばＣＰＵなど）の負担も非常
に少ないものとなっている。

【００９９】その他、図示は省略しているが、例えばイ
ントラ／ノンイントラのマクロブロック別に上記ｎの値
をセットすることも可能であり、このようにすれば、レ
ートコントロールの際に、例えば画質に対する影響が大
きいイントラの画像はあまり情報量を落とさず、ノンイ
ントラの画像は情報量を落とすなどの制御を行うことも
できるようになる。

【０１００】次に、上述した第１の具体例の構成では、
ジグザグスキャン回路１６とそれに続く係数調整回路３
１を量子化回路１５と可変長符号化回路１７の間に配置
するようにしているが、図３に示す第２の具体例の構成
のように、ＤＣＴ回路１４と量子化回路１５との間にジ
グザグスキャン回路１６と係数調整回路３１を配置する
ことも可能である。なお、この図３では、図１と同じ部
分については図示を省略しており、図３の端子３８には
前記切換スイッチ１３からの出力データが供給され、端
子３７には出力バッファ１８からのデータ量情報が供給
され、また可変長符号化回路１７からの出力データは端
子３９を介して出力バッファ１８に送られるようになっ
ている。また、この図３の構成の場合、ローカルデコー
ダには例えばＤＣＴ回路１４の出力データが直接送ら
れ、逆量子化器２７を省略することができる。

【０１０１】この第２の具体例の構成において、ジグザ
グスキャン回路１６はＤＣＴ回路１４からのブロック単
位のＤＣＴ係数データに対して前述同様のジグザグスキ
ャン処理を行い、調整量設定回路３０は第１の具体例装
置の場合と同様なものである。また、係数調整回路３１
では、前記調整量設定回路３０からの制御データが示す
ｎの値に応じて、上記ジグザグスキャン回路１６から供
給されたジグザグスキャン順のＤＣＴ係数を、全てその
まま通過させたり、先頭からｎ個分のＤＣＴ係数データ
だけを残して残りのＤＣＴ係数データを強制的に０にし
たりするような調整を行う。

【０１０２】この第２の具体例の画像圧縮装置における
レートコントロールのための処理は、図４に示すように
なる。

【０１０３】この図４において、ステップＳ１では、ジ
グザグスキャン回路１６からの前記ジグザグスキャン順
のＤＣＴ係数データが係数調整回路３１に入力される。

【０１０４】ステップＳ２では、当該供給されたＤＣＴ
係数データが前記８×８のブロックの最初のデータ（す
なわちジグザグスキャン順の先頭のデータ）であるか否
かの判定がなされる。当該ステップＳ２において、Ｙｅ
ｓと判定した場合にはステップＳ３に進み、当該ステッ
プＳ３でＤＣＴ係数データの前記ジグザグスキャン順で
の先頭からの順番に対応するカウント値を１にリセット
した後に、ステップＳ５に進む。一方、ステップＳ２に
おいて、Ｎｏと判定した場合にはステップＳ４に進み、
当該ステップＳ４で上記カウント値に１を加えた後、ス
テップＳ５に進む。

【０１０５】ステップＳ５では、前記制御データのｎの
値が０か否かの判定を行う。このステップＳ５において
ｎ＝０と判定した場合には、この制御データは出力バッ
ファ１８に十分な空き領域があることを示しているた
め、ステップＳ６にてジグザグスキャン回路１６から供
給された全てのＤＣＴ係数データを残し、ステップＳ９
にてこれらＤＣＴ係数データをそのまま量子化器１５に
転送する。一方、ステップＳ５において、ｎが０でない
と判定した場合には、ステップＳ７に進む。

【０１０６】ステップＳ７では制御データのｎの値と前
記カウント値とを比較し、ここでｎ＜カウント値である
と判定したときには、ステップＳ８にて当該ｎより大き
いカウント値に対応するＤＣＴ係数データを０にした
後、ステップＳ９の処理に進む。また、当該ステップＳ
７においてカウント値がｎ以下であると判定したときに
は、当該カウント値に対応するＤＣＴ係数データを残し
て、ステップＳ９の処理に進む。

【０１０７】上述したように、本発明の第２の具体例の
画像圧縮装置においては、出力バッファ１８のデータ蓄
積量に応じてＤＣＴ係数データを０にすることで、出力
バッファ１８のオーバーフロウを防止することができる
と共に、ジグザグスキャン順で後ろの方のＤＣＴ係数デ
ータすなわち削除したとしても目立たない高周波数成分
に対応するＤＣＴ係数データから削るようにしているた
め、レートコントロールを行っても画質の劣化を抑える
ことが可能となる。

【０１０８】また、図３の構成では、レートコントロー
ルのためにＤＣＴ係数データを強制的に０にし、その後
当該ＤＣＴ係数データを量子化器１５に送り、さらに可
変長符号化回路１７に送るようにしているため、第１の
具体例同様に可変長符号化回路１７での可変長符号化に
おいて、より圧縮効率を上げることが可能となる。

【０１０９】さらに、第２の具体例でも、調整量設定回
路３０において出力バッファ１８からのデータ量情報に
応じて前記ｎの値を変化させ、係数調整回路３１におい
て上記ｎの値に応じてＤＣＴ係数データを０にすること
のみで、レートコントロールを実現しているため、制御
が簡単で、かつｎの値を変化させる等のことを実際に行
うことになる例えばＣＰＵなどの負担も非常に少ないも
のとなっている。

【０１１０】その他、当該第２の具体例においても、例
えばイントラ／ノンイントラのマクロブロック別に上記
ｎの値をセットすることも可能であり、このようにすれ
ば、レートコントロールの際に、例えば画質に対する影
響が大きいイントラの画像はあまり情報量を落とさず、
ノンイントラの画像は情報量を落とすなどの制御を行う
こともできるようになる。

【０１１１】なお、前記第１，第２の具体例装置の調整
量設定回路３０における上記ｎと上記出力バッファ１８
からのデータ量情報との関係は、例えば、以下のように
設定することができる。なお、以下のＤは出力バッファ
内のデータ量の割合を示す。

【０１１２】０≦Ｄ＜３０％ → ｎ＝０３０≦Ｄ＜４０％ → ｎ＝６０４０≦Ｄ＜５０％ → ｎ＝５０５０≦Ｄ＜６０％ → ｎ＝４０６０≦Ｄ＜７０％ → ｎ＝３０７０≦Ｄ＜８０％ → ｎ＝２０８０≦Ｄ＜９０％ → ｎ＝１０９０≦Ｄ＜１００％ → ｎ＝１次に、第３の具体例として、予め全て例えば１の値から
なる量子化マトリクステーブル（以下、マトリクスＺと
呼ぶ）を用意しておき、出力バッファ１８からのデータ
量情報に応じて、上記マトリクスＺの中の１を０に変更
し、このマトリクスＺの各値をジグザグスキャン回路１
６の各出力係数データに乗算することで、レートコント
ロールを行うようにすることも可能である。

【０１１３】この第３の具体例のようなマトリクスＺを
用いたレートコントロールを実現するための構成では、
ジグザグスキャン回路１６の後段に、全て１の値からな
るマトリクスＺの各値を出力バッファ１８からのデータ
量情報に応じて０に変更するマトリクス設定回路と、当
該マトリクス設定回路からのマトリクスＺの各値を、ジ
グザグスキャン回路１６から出力された係数データにそ
れぞれ乗算する係数調整回路とを設けることになる。

【０１１４】当該第３の具体例においても、前述した第
１の具体例のようにジグザグスキャン回路１６を量子化
器１５の後に配置する場合と、第２の具体例のようにジ
グザグスキャン回路１６をＤＣＴ回路１４の後に配置す
る場合の２種類の構成を考えることができ、いずれにお
いても前述した第１，第２の具体例と準ずる動作を行う
ことになる。

【０１１５】ここでは、一例として、図５に示すよう
に、前記第２の具体例同様のＤＣＴ回路１４の後にジグ
ザグスキャン回路１６を配置する例を用いて、第３の具
体例の説明を行う。なお、この図５でも、前記図３と同
様に、図１と同じ部分については図示を省略しており、
図５の端子３８には前記切換スイッチ１３からの出力デ
ータが供給され、端子３７には出力バッファ１８からの
データ量情報が供給され、また可変長符号化回路１７か
らの出力データは端子３９を介して出力バッファ１８に
送られるようになっている。また、端子３８から供給さ
れたデータは、ＤＣＴ回路１４にてＤＣＴ係数データに
なされ、これがジグザグスキャン回路１６にてジグザグ
スキャン処理される。当該ジグザグスキャン回路１６か
らのデータは、マトリクス設定回路３６から出力バッフ
ァ１８のデータ量情報応じて変更されたマトリクスＺの
各値が供給されるマトリクス係数調整回路３５を介して
量子化器１５に送られ、当該量子化器１５からの量子化
係数データが可変長符号化回路１７に送られる。

【０１１６】ここで、上記ＤＣＴ回路１４からの出力さ
れるブロック単位のＤＣＴ係数データが、例えば図６に
示すような直流成分から順にＡ₀₀，Ａ₀₁，Ａ₁₀，・・
・，Ａ₇₇のようなデータであるとする。このデータは、
ジグザグスキャン回路１６によって前記図２１に示した
ようにジグザグスキャンされて係数調整回路３５に送ら
れることになる。

【０１１７】このとき、上記マトリクス設定回路３６
は、上記出力バッファ１８から供給されるデータ量情報
に応じて、全て１の値からなる８×８のマトリクスＺの
各値をそのまま係数調整回路３５に送るか、或いは、マ
トリクスＺの各値を０にすることを行って係数調整回路
３５に送ることを行う。すなわち、当該マトリクス設定
回路３６は、出力バッファ１８からのデータ量情報が当
該出力バッファ１８に十分な空き領域があることを示し
ているときには、上記全て１のマトリクスＺをそのまま
係数調整回路３５に送り、一方、出力バッファ１８がオ
ーバーフロウしそうになっているときには、当該出力バ
ッファ１８からのデータ量情報に応じて上記マトリクス
Ｚの各値を徐々に０にして係数調整回路３５に送るよう
にする。

【０１１８】係数調整回路３５では、マトリクス設定回
路３６からの前記出力バッファ１８のデータ量情報に応
じたマトリクスＺの各値を、ジグザグスキャン回路１６
からの出力データに乗算することで、当該係数調整回路
３５からは、上記ジグザグスキャン回路１６の出力デー
タの全てがそのまま出力されたり、マトリクスＺ内の０
の値が乗算されることで係数データが０となされたもの
を含むデータが出力されることになる。

【０１１９】ここで、出力バッファ１８のデータ量情報
に応じて一部が０に変更されたマトリクスＺの一例を図
７に示す。なお、この図７の例では、説明を分かりやす
くするために、当該図７のマトリクスにおける各値の配
列をジグザグスキャン前のＤＣＴ係数データの配列と対
応させて示している。

【０１２０】上記係数調整回路３５では、当該図７に示
すようなマトリクスＺを、ジグザグスキャン回路１６を
介したＤＣＴ係数データに乗算することになるが、ここ
でも説明を分かりやすくするため、ジグザグスキャン前
の図６に示した配列のＤＣＴ係数データに対して上記図
７のマトリクスＺを乗算した場合について述べると、当
該係数調整回路３５において図７のマトリクスＺの各値
が乗算された後のＤＣＴ係数データは、図８に示すよう
に、上記マトリクスＺのうちの０の値が配された部分の
み０の値となる。

【０１２１】したがって、マトリクス設定回路３６にお
いて、出力バッファ１８からのデータ量情報に応じて、
元々全ての値が１であったマトリクスＺの各値を、例え
ば図９に示すようにＤＣＴ係数データの配列に対応する
高周波数側から０に変更するようにすれば、前述した第
２の具体例同様に、出力バッファ１８のオーバーフロウ
を防止することができることになると共に、削除したと
しても目立たない高周波数成分に対応するＤＣＴ係数デ
ータから削ることができ、レートコントロールを行って
も画質の劣化を抑えることが可能となる。

【０１２２】上記例では、ＤＣＴ係数データに対して出
力バッファ１８のデータ量情報に応じて変更したマトリ
クスＺの各値を乗算する場合について説明しているが、
量子化係数データに対して当該変更したマトリクスＺの
各値を乗算することもできることは言うまでもなく、こ
の場合も同様の効果を得ることができる。

【０１２３】また、当該第３の具体例においても、係数
調整回路３５によって前述したように係数の調整処理が
なされた後のデータを、可変長符号化回路１７に送るよ
うにしているため、可変長符号化回路１７での可変長符
号化における圧縮効率を上げることが可能となる。

【０１２４】さらに、第３の具体例でも、マトリクス設
定回路３６におけるマトリクスＺの各値の変更と、係数
調整回路３５における上記変更がなされたマトリクスＺ
の各値と係数データとの乗算のみで、レートコントロー
ルを実現しているため、制御及び構成が簡単で、ＣＰＵ
などの負担も非常に少ないものとなっている。

【０１２５】その他、当該第３の具体例においても、例
えばイントラ／ノンイントラのマクロブロック別にマト
リクスＺを設定すれば、レートコントロールの際に、画
質に対する影響が大きいイントラの画像はあまり情報量
を落とさず、ノンイントラの画像は情報量を落とすなど
の制御を行うこともできるようになる。

【０１２６】これらに加えて、当該第３の具体例におい
ては、前述した第１，第２の具体例のように最高域側か
ら順番に係数データを０にするのではなく、マトリクス
Ｚの各値のうちの任意の場所に０の値を配置することが
できるため、前記第１，第２の具体例よりも画質の制御
が容易となる。例えば、出力バッファ１８がオーバーフ
ロウしそうになって、データ発生量を抑えなければなら
なくなったときに、当該第３の具体例では、マトリクス
Ｚを、図９に示すように直流成分に対応する部分を含む
ｘ，ｙ方向の係数データが残るようなものとし、それ以
外の部分は０となるようなものに設定することで、画質
は劣化するものの画面上では適当に高周波数成分が混じ
り、ブロックひずみを視覚上目立たなくすることができ
る等の効果がある。

【０１２７】次に、第４の具体例として、第３の具体例
のようなマトリクスＺを、ＭＰＥＧの規格により決めら
れている量子化マトリクスと兼用することも可能であ
る。

【０１２８】なお、ＭＰＥＧの規格では、量子化マトリ
クスにはなにも指示されなければデフォルト値（規定
値）が使用されるが、符号化装置側では当該量子化マト
リクスを自由に変えることができるようになっている。
このような機能のために、外部から量子化マトリクスを
セットできるようになっているのが普通である。また、
この場合の量子化マトリクスは、イントラ用とノンイン
トラ用の２種類がセットできるようになっている。な
お、ＭＰＥＧ規格における量子化マトリクスとは、例え
ば図１０及び図１１に示すような１バイト×８×８のデ
ータである。また、図１０はイントラ用の量子化マトリ
クスを、図１１にはノンイントラ用の量子化マトリクス
を示している。

【０１２９】このようなことから、当該第４の具体例で
は、例えば図１２に示すように、ジグザグスキャン回路
１６の出力データを量子化器１５に送ると共に、当該量
子化器１５には、端子３７を介した出力バッファ１８か
らのデータ量情報に基づいてマトリクス設定回路３４が
設定する例えば図１３や図１４に示す高域側の値が０
（００）となされた量子化マトリクスを送り、当該量子
化器１５において上記量子化マトリクスを用いた量子化
を行うようにする。これにより、量子化マトリクスを用
いたレートコントロールが可能となる。なお、図１３は
イントラ用の量子化マトリクスを、図１４にはノンイン
トラ用の量子化マトリクスを示し、イントラ画像に比べ
てノンイントラ画像の方の係数発生を抑える例である。

【０１３０】ただし、ＭＰＥＧ規格では、量子化マトリ
クスに０の値を使用することは禁止されているので、当
該第４の具体例では、０の値のときには量子化器１５に
おいてＤＣＴ係数データを強制的に０にすることを行
う。また、０以外の値のときには量子化器１５において
通常の量子化処理を行うようにする。

【０１３１】この第４の具体例の画像圧縮装置における
レートコントロールのための処理は、図１５に示すよう
になる。

【０１３２】この図１５のステップＳ２０において、量
子化器１５では量子化マトリクス（Ｑマトリクス）の値
が０（図１３，図１４の例では００で示す）であるか否
かの判定を行う。当該ステップＳ２０でＮｏと判定した
場合にはステップＳ２１において次の処理に移る。一
方、ステップＳ２０でＹｅｓと判定した場合には、ステ
ップＳ２２に進む。

【０１３３】ステップＳ２２では、ＤＣＴ係数データを
強制的に０にした後、ステップＳ２３に移る。当該ステ
ップＳ２３では次の量子化処理に移行する。

【０１３４】また、当該第４の具体例にて述べたよう
に、デフォルト値以外の量子化マトリクスを使用した場
合、ＭＰＥＧの規格では、その値の情報がシーケンスヘ
ッダに書き込まれることになる。しかしこの０の値は量
子化マトリクスに使用することはできないので、上記シ
ーケンスヘッダには上記０の値の代わりに、図１６及び
図１７に示すように例えば１６（必ずしも１６である必
要はないがデフォルト値として一般的であるためここで
は１６を使用する）の値を書き込むようにする。なお、
図１６にはイントラ用の量子化マトリクスを、図１７に
はノンイントラ用の量子化マトリクスを示している。

【０１３５】なお、本具体例の画像圧縮装置により圧縮
符号化されたデータを復号化するデコーダ側では、上記
シーケンスヘッダに書き込まれた値が何れの値（本具体
例では１６）になっていたとしても、当該値（１６の
値）に対応しているＤＣＴ係数データは０になっている
ので、デコード時に当該シーケンスヘッダの値（１６の
値）は使用されることがなく、したがってＭＰＥＧの規
格を乱すこともない。

【０１３６】上述したように当該第４の具体例において
も、前述の各具体例同様に、出力バッファ１８のオーバ
ーフロウを防止することができることになると共に、削
除したとしても目立たない高周波数成分に対応するＤＣ
Ｔ係数データから削ることができ、レートコントロール
を行っても画質の劣化を抑えることが可能となる。

【０１３７】また、量子化器１５からは、前述したよう
に例えば高域側において強制的に０になされた量子化係
数データが可変長符号化回路１７に送られるようにして
いるため、可変長符号化回路１７での可変長符号化にお
ける圧縮効率を上げることが可能となる。

【０１３８】さらに、第４の具体例では、量子化マトリ
クスの設定のみで、レートコントロールを実現している
ため、制御及び構成が簡単で、ＣＰＵなどの負担も非常
に少ないものとなっている。

【０１３９】その他、当該第４の具体例においても、例
えばイントラ／ノンイントラのマクロブロック別にレー
トコントロールができるため、画質に対する影響が大き
いイントラの画像はあまり情報量を落とさず、ノンイン
トラの画像は情報量を落とすなどの制御を行うこともで
きるようになり、また、ＭＰＥＧの規格をも満足してい
る。

【０１４０】

【発明の効果】本発明の画像圧縮装置及び方法において
は、圧縮符号化前のブロック毎の複数の係数データのう
ちの所定の係数データを強制的にゼロにするようにして
いるため、符号化データの蓄積時にオーバーフロウして
破綻することはなく、係数データの大きさによらずにレ
ートコントロールが可能で、通常のレートコントロール
時でもビット発生量を抑えることができ、さらに画質の
劣化を最小限にすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の具体例の画像圧縮装置の概略構
成を示すブロック回路図である。

【図２】本発明の第１の具体例におけるレートコントロ
ールのための係数調整のフローチャートである。

【図３】本発明の第２の具体例の画像圧縮装置の要部構
成を示すブロック回路図である。

【図４】本発明の第２の具体例におけるレートコントロ
ールのための係数調整のフローチャートである。

【図５】本発明の第３の具体例の画像圧縮装置の要部構
成を示すブロック回路図である。

【図６】ＤＣＴ回路から出力されたブロック単位のＤＣ
Ｔ係数データについて説明するための図である。

【図７】マトリクスＺの一例を説明するための図であ
る。

【図８】図７のマトリクスＺを使用してＤＣＴ係数デー
タの一部を強制的にゼロにした例を説明するための図で
ある。

【図９】高域側の係数データを強制的にゼロにするため
のマトリクスＺの一例を示す図である。

【図１０】イントラ用の量子化マトリクスの一例を示す
図である。

【図１１】ノンイントラ用の量子化マトリクスの一例を
示す図である。

【図１２】本発明の第４の具体例の画像圧縮装置の要部
構成を示すブロック回路図である。

【図１３】イントラ用の量子化マトリクスの一部に０の
値を挿入した一例を示す図である。

【図１４】ノンイントラ用の量子化マトリクスの一部に
０の値を挿入した一例を示す図である。

【図１５】本発明の第４の具体例におけるレートコント
ロールのための量子化器内部の処理のフローチャートで
ある。

【図１６】シーケンスヘッダに書き込まれるイントラ用
の量子化マトリクスの一例を示す図である。

【図１７】シーケンスヘッダに書き込まれるノンイント
ラ用の量子化マトリクスの一例を示す図である。

【図１８】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１９】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２０】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２１】ジグザグスキャンについて説明するための図
である。

【図２２】ＧＯＰの一例について説明するための図であ
る。

【符号の説明】１０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１４ＤＣＴ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３０調整量設定回路３１係数調整回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】時間軸上の入力画像データを複数画素毎
にブロック化し、上記ブロック毎の入力画像データを周
波数軸上の複数の係数データに変換し、上記複数の係数
データを圧縮符号化し、当該圧縮符号化された複数の符
号化データを蓄積して所定レートで出力する画像圧縮方
法において、上記符号化データの蓄積時のデータ量に応じて、上記圧
縮符号化前の上記ブロック毎の複数の係数データのうち
の所定の係数データを強制的にゼロにすることを特徴と
する画像圧縮方法。
【請求項２】上記所定の係数データは、上記ブロック
内の周波数軸上の複数の係数データのうちの高域側の係
数データであることを特徴とする請求項１記載の画像圧
縮方法。
【請求項３】最高域側から順に低域側に向かって、上
記強制的にゼロにする所定の係数データの個数を指定す
ることを特徴とする請求項２記載の画像圧縮方法。
【請求項４】上記所定の係数データに対して０の値を
乗算することにより、当該所定の係数データを強制的に
ゼロにすることを特徴とする請求項１記載の画像圧縮方
法。
【請求項５】高域側の一部の係数データを除く上記所
定の係数データに対して上記０の値を乗算することを特
徴とする請求項４記載の画像圧縮方法。
【請求項６】上記ブロック毎に上記所定の係数データ
を設定することを特徴とする請求項１記載の画像圧縮方
法。
【請求項７】上記所定の係数データは、周波数軸上の
複数の係数データを量子化した後の量子化係数データで
あることを特徴とする請求項１記載の画像圧縮方法。
【請求項８】上記圧縮符号化は可変長符号化を含むこ
とを特徴とする請求項１記載の画像圧縮方法。
【請求項９】時間軸上の入力画像データを複数画素毎
にブロック化するブロック化手段と、上記ブロック毎の入力画像データを周波数軸上の複数の
係数データに変換する変換手段と、上記複数の係数データを圧縮符号化する圧縮符号化手段
と、当該圧縮符号化された複数の符号化データを蓄積して所
定レートで出力する出力手段と、上記出力手段における上記符号化データの蓄積時のデー
タ量に応じて、上記圧縮符号化前の上記ブロック毎の複
数の係数データのうちの所定の係数データを強制的にゼ
ロにする係数制御手段とを有することを特徴とする画像
圧縮装置。
【請求項１０】上記係数制御手段は、上記所定の係数
データを上記ブロック内の周波数軸上の複数の係数デー
タのうちの高域側の係数データに設定することを特徴と
する請求項９記載の画像圧縮装置。
【請求項１１】上記係数制御手段は、最高域側から順
に低域側に向かって、上記強制的にゼロにする所定の係
数データの個数を指定することを特徴とする請求項１０
記載の画像圧縮装置。
【請求項１２】上記係数制御手段は、上記所定の係数
データに対して０の値を乗算することにより、当該所定
の係数データを強制的にゼロにすることを特徴とする請
求項９記載の画像圧縮装置。
【請求項１３】上記係数制御手段は、高域側の一部の
係数データを除く上記所定の係数データに対して上記０
の値を乗算することを特徴とする請求項１２記載の画像
圧縮装置。
【請求項１４】上記係数制御手段は、上記ブロック毎
に上記所定の係数データを設定することを特徴とする請
求項９記載の画像圧縮装置。
【請求項１５】上記係数制御手段では、周波数軸上の
複数の係数データを量子化した後の量子化係数データか
ら上記所定の係数データを設定することを特徴とする請
求項９記載の画像圧縮装置。
【請求項１６】上記圧縮符号化手段は可変長符号化を
行うことを特徴とする請求項９記載の画像圧縮装置。