JPH0998415A

JPH0998415A - 量子化／逆量子化を行うための方法および装置

Info

Publication number: JPH0998415A
Application number: JP7252485A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Imai; 英隆今井; Hodaka Mizuguchi; 穂高水口; Yuji Harada; 裕司原田
Original assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Current assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】簡潔な構成で量子化／逆量子化を可能にす
る。【解決手段】占有量比較器３によって、バッファメモ
リ１４の量子化データ占有量を目標占有量と比較し、そ
の差を累算器５で累算し、その累算結果から係数乗算器
７で所定範囲内の補正情報を生成し、符号量比較器６Ａ
にフィードバックして、目標符号量を所定範囲内にその
変動が収まるように補正する。これによって、目標符号
量を整数値とすることができ、ハードウェアの構成が簡
潔となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像データなどの
圧縮伝送を行うのに好適な、量子化／逆量子化を行うた
めの方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、量子化および逆量子化について、
一般的に知られている技術を述べる。

【０００３】量子化とは、成分出力値をその成分に固有
の数値で除算し、小数点を四捨五入することである。四
捨五入されるため逆量子化時にその数値を乗算しても、
完全には復元されない。圧縮された画像の画質と圧縮率
は、量子化の処理で決定される。画質を良くするために
は、成分出力値を小さな値で割れば良く、この場合圧縮
率は低くなる。逆に大きな値で割れば、有効ビット数が
減少するため、圧縮率は大きくなるものの画質は低下す
る。また量子化において、一定の数値で割れば、入力画
像によって符号量は変化する。

【０００４】そこで、入力画像によって除算する数値を
変え、出力符号量を一定に保つように制御することが考
えられる。また、量子化と逆量子化では、除数と乗数は
同じ数値でなければならない。そのために、量子化器で
使用した数値（スケールファクタ）を逆量子化器側に伝
送することが行われている。

【０００５】ここで、画像符号化における符号量制御を
例にとり従来技術を説明する。

【０００６】最も単純な例として、たとえば図１０に示
すように複数の量子化器１１０Ａ〜１１０Ｃおよび可変
長符号化器１１１Ａ〜１１１Ｃとバッファメモリ１１２
を用意する。そして、バッファメモリ１１２の占有量の
目標値に対する誤差の累算値に応じて、判定部１１３に
よって、出力選択器１１４を制御して適切な符号量をも
つ量子化器の出力データを選択する。

【０００７】あるいは、たとえば図１１のように、符号
量予測部１２０において、画像データから何らかの方法
を用いて（たとえば空間的情報や周波数的情報など）符
号量を予測し、その結果とバッファメモリ１２１の占有
量とから量子化器１２２を制御し、可変長符号化器１２
３に制御後の量子化データを送出する方法がある。

【０００８】また、上記のスケールファクタは、量子化
テーブルの全体にかかる乗率であって、スケールファク
タの値を適宜変更していくことにより、伝送線路での情
報量が一定になるように制御される。

【０００９】すなわち、スケールファクタを伝送路上に
送出する理由は、符号器で使用したスケールファクタの
値が判らないと、復号器では、どの値で割ったのか判ら
ないため、復号することができないからである。なお、
符号器でスケールファクタを使用しない場合には（一定
のスケールファクタ値を使う場合には）、伝送線路の情
報量は入力データに依存することになるので、伝送線路
の情報量を一定にすることができない。

【００１０】一方、動画像の圧縮方式として、ＭＰＥＧ
２の国際標準方式がある。この規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ
１３８１８−２ “ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ−Ｇｅｎｅｒｉｃｃｏｄｉｎｇｏｆ
ｍｏｖｉｎｇｐｉｃｔｕｒｅｓａｎｄａｓｓｏｃ
ｉａｔｅｄａｕｄｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ−Ｄ
ｒａｆｔＩｎｔｅｒｎａｉｏｎａｌＳｔａｎｄａｒ
ｄ１９９４”）によれば、マクロブロック単位でスケ
ールファクタを変えることができ、Ｙ：Ｃｂ：Ｃｒ＝
４：２：２の符号化では、Ｙで４ブロック、Ｃｂで２ブ
ロック、Ｃｒで２ブロックの合計８ブロックからなるマ
クロブロックに対して、５ビットを割り当てている。

【００１１】ＭＰＥＧ２においてスケールファクタ以外
の情報を全て無視したとすれば、ハイビジョン信号にお
いては、１９２０（水平画素数）×１０３６（垂直画素
数）×５（ビット）×３０（フレーム／秒）×２（４：
２：２方式）／６４（１ブロックの画素数）／８（ブロ
ック）＝１１６５５００（ｂｉｔ／ｓｅｃ）という膨大
な情報を送る必要がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の技術における問題点として、図１０の構成をとる場
合、制御の精度を向上させるためには量子化器を多数用
意しなければならず、ハードウェアの規模が多くなる。
これを解決する方法として図１１の構成をとると、符号
量を予測する複雑な機構が必要となり、やはりハードウ
ェアの規模は小さくならない。

【００１３】また、従来のスケールファクタを伝送する
方式では、限られた容量の伝送線路上に多量のスケール
ファクタ情報を送出しなければならなかった。

【００１４】しかも、伝送すべき画像が高精細になるほ
ど、スケールファクタの伝送に要する情報量は極めて大
きな値になるという問題があった。

【００１５】よって本発明の目的は上述の点に鑑み、複
数の量子化器あるいは符号量予測のような特別な機構を
必要とせずに、簡潔な構成を用いて量子化／逆量子化を
可能とし、さらに、スケールファクタの伝送に要する情
報量を省略し、あるいは従来に比して激減させることに
より、所要データの伝送効率の向上を図った、量子化／
逆量子化を行うための方法および装置を提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１にかかる発明は、入力された成分データ
を量子化して得られた量子化データを伝送する際に、複
数個の前記成分データに対応する１ブロックを一単位と
して、該１ブロック中に含まれる発生符号量の、予め定
められている目標符号量に対する誤差を累算し、前記目
標符号量に対する誤差の累算値を用いて前記発生符号量
を制御し、前記制御後の量子化データを格納するバッフ
ァメモリにおける前記量子化データの占有量の、予め定
められている目標占有量に対する誤差を累算し、前記目
標占有量に対する誤差の累算値を用いて前記目標符号量
を補正することを特徴とする。

【００１７】また、請求項２にかかる発明は、請求項１
において、前記制御に際しては、前記目標符号量に対す
る誤差の累算値に所定の演算処理を施すことによりスケ
ールファクタを算出し、各ブロック毎に予め設定されて
いる量子化テーブル値に前記スケールファクタを乗算す
ることにより、量子化のための前記除数とし、Ｎフレー
ム（Ｎは、１以上の整数）毎にのみ、前記目標符号量に
対する誤差の累算値を逆量子化装置側へ送出することを
特徴とする。

【００１８】さらに、請求項３にかかる発明は、請求項
２において、前記目標占有量に対する誤差の累算値をＮ
フレームごとにのみ逆量子化装置側へ送出することを特
徴とする。

【００１９】さらに、請求項に４にかかる発明は、請求
項２において、前記発生符号量を算出する際には、１ブ
ロックＭ個（Ｍは１以上の整数）のデータを代表するゼ
ロラン長と非ゼロデータとから成るペアデータに基づい
て、符号化されたビット数を算出することを特徴とす
る。

【００２０】さらに、請求項５にかかる発明は、量子化
装置側から伝送されてきた量子化符号データに所定の乗
数を乗算することにより、逆量子化を行うにあたり、前
記量子化装置側から伝送されてきた量子化符号データを
格納するバッファメモリからの前記量子化符号データに
基づく複数個の成分データに対応する１ブロック毎の発
生符号量の、前記量子化装置側で使用されている目標符
号量に対する誤差を累算し、前記目標符号量に対する誤
差の累算値を用いて乗数を生成し、前記バッファメモリ
における前記量子化データの占有量の、予め定められて
いる目標占有量に対する誤差を累算し、前記目標占有量
に対する誤差の累算値を用いて前記目標符号量を補正す
ることを特徴とする。

【００２１】さらに、請求項６にかかる発明は、請求項
５において、さらに、前記目標符号量に対する誤差を累
算するに際して、Ｎフレーム（Ｎは１以上の整数）毎に
前記量子化装置側から伝送されて来る累算値と等しくな
るよう当該目標符号量に対する誤差の累算値を整定し、
前記累算値に対して、前記量子化装置側と同様の演算処
理を施すことによりスケールファクタを算出し、前記量
子化装置側で用いられている量子化テーブルと同一の値
を有する逆量子化テーブル値に、前記スケールファクタ
を乗算することにより、逆量子化のための前記乗数とす
ることを特徴とする。

【００２２】さらに、請求項７にかかる発明は、請求項
６において、前記発生符号量を算出する際には、ゼロラ
ンレングス復号化により得られるゼロラン長と非ゼロデ
ータとから成るペアデータに基づいて、符号化されたビ
ット数を算出することを特徴とする。

【００２３】さらに、請求項８にかかる発明は、入力さ
れた成分データを量子化して得られた量子化データを伝
送する量子化装置であって、複数個の前記成分データに
対応する１ブロックを一単位として、該１ブロック中に
含まれる発生符号量の、予め定められている目標符号量
に対する誤差を累算して累算値を得る第１累算手段と、
前記目標符号量に対する誤差の累算値を用いて前記発生
符号量を制御する制御手段と、前記制御後の量子化デー
タを格納するバッファメモリと、前記バッファメモリに
おける前記量子化データの占有量の、予め定められてい
る目標占有量に対する誤差を累算して累算値を得る第２
累算手段と、前記目標占有量に対する誤差の累算値を用
いて前記目標符号量を補正する補正手段とを具えたこと
を特徴とする。

【００２４】さらに、請求項９にかかる発明は、請求項
８において、前記制御手段は、前記目標符号量に対する
誤差の累算値に所定の演算処理を施すことによりスケー
ルファクタを算出するスケールファクタ演算手段と、各
ブロック毎に予め設定されている量子化テーブル値に前
記スケールファクタを乗算することにより、量子化のた
めの前記除数を算出する除数演算手段と、Ｎフレーム
（Ｎは、１以上の整数）毎にのみ、前記累算値を逆量子
化装置側へ送出する累算値伝送手段とを有することを特
徴とする。

【００２５】さらに、請求項１０にかかる発明は、請求
項９において、前記発生符号量は、１ブロックＭ個（Ｍ
は１以上の整数）のデータを代表するゼロラン長と非ゼ
ロデータとから成るペアデータに基づいて、符号化され
たビット数が算出されていることを特徴とする。

【００２６】さらに、請求項１１にかかる発明は、量子
化装置側から伝送されてきた量子化符号データに所定の
乗数を乗算することにより、逆量子化を行う逆量子化装
置であって、前記量子化装置側から伝送されてきた量子
化符号データを格納するバッファメモリと、前記バッフ
ァメモリからの前記量子化符号データに基づく複数個の
成分データに対応する１ブロック毎の発生符号量の、前
記量子化装置側で使用されている目標符号量に対する誤
差を累算して累算値を得る第１累算手段と、前記目標符
号量に対する誤差の累算値を用いて乗数を生成する生成
手段と、前記バッファメモリにおける前記量子化データ
の占有量の、予め定められている目標占有量に対する誤
差を累算して累算値を得る第２累算手段と、前記目標占
有量に対する誤差の累算値を用いて前記目標符号量を補
正する補正手段とを具えたことを特徴とする。

【００２７】さらに、請求項１２にかかる発明は、請求
項１１において、前記乗数生成手段は、前記目標符号量
に対する誤差を累算する累算回路と、Ｎフレーム（Ｎは
１以上の整数）毎に前記量子化装置側から伝送されて来
る累算値を導入することにより、該累算回路の累算値を
整定する累算値整定回路とを有する累算手段と、前記累
算手段から得られた累算値に対して、前記量子化装置側
と同様の演算処理を施すことによりスケールファクタを
算出するスケールファクタ演算手段と、前記量子化装置
側で用いられている量子化テーブルと同一の値を有する
逆量子化テーブル値に、前記スケールファクタを乗算す
ることにより、逆量子化のための前記乗数を算出する乗
数演算手段とを有することを特徴とする。

【００２８】さらに、請求項１３にかかる発明は、請求
項１２において、前記発生符号量は、ゼロランレングス
復号化により得られるゼロラン長と非ゼロデータとから
成るペアデータに基づいて、符号化されたビット数が算
出されることを特徴とする。

【００２９】

【発明の実施の形態】符号器（図１：１００）側では、
一つのブロックの伝送符号量を計数し、その計数結果と
ブロックの目標符号量との差を連続累算し、その累算値
の値に所定の係数を乗じ、所定の係数を加算し、次のブ
ロック量子化にあたってのスケールファクタを決定する
方法をとる。さらに、伝送すべきデータを格納するバッ
ファメモリにおけるデータの占有量が目標占有量になる
ように目標符号量を補正する。

【００３０】復号器（図１：２００）側では、符号器側
におけるスケールファクタの決定動作における所定係数
を持ち、符号器と同じ動作をする回路を設け、伝送され
てきたブロックの符号量を計測し、その量を符号器側と
同様の回路に供給して、符号器側の同一のブロックの目
標符号量との差を連続累算し、その累算値の値に応じ
て、次のブロックの逆量子化にあたってのスケールファ
クタを決定する方法をとる。さらに、伝送されてきたデ
ータを格納するバッファメモリにおけるデータの占有量
が所定の量になるように目標符号量を補正する。

【００３１】以上の構成によれば、簡潔な構成で量子化
／逆量子化が可能となり、さらに、以上の構成を採り、
双方の初期累算値を同一にすれば、以後の動作は全く同
一に成り、同じブロックに対して同じスケールファクタ
値が得られる。言い換えれば、累算値が同じであれば、
同じスケールファクタ値が得られる。その後のブロック
においても、そのブロック符号量が同じあれば累算値も
同じに成る。

【００３２】従って、基本的には符号器と復号器との累
算値の初期化は最初の時点で行うだけで、以後のスケー
ルファクタの一致が行える。しかしながら、符号器と復
号器とは、通常は別の場所にあり、また同時に電源ＯＮ
が行われることも考えられない。互いに無関係に運用さ
れても双方の累算値の一致化が瞬時に行われるために
は、常時その一致化が行われることが必要になる。実施
例では、処理単位として４フレーム毎に累算値を伝送す
るようにしている。当然、その間における個々のフレー
ム内のブロック毎のスケールファクタの一致化は、ブロ
ックの符号量を通じて行われる。このことは、ブロック
単位にスケールファクタを任意に変化させることができ
るので、画像に応じたきめ細かい符号量制御が可能に成
る。また、ブロック単位に行うので、多数のブロックで
構成される１フレームにおいては、事前にそのフレーム
全体の画像の調査をしなくとも、比較的適切な符号量に
設定することが可能になる。

【００３３】上記の実施の態様を、より具体的に述べる
と、以下の通りである。

【００３４】１．スケールファクタの決定を行うために
は、各ブロックの目標符号量と、計数されたブロック符
号量の差をとりブロック毎に累算する。この累算値に所
定係数を乗算し、所定係数を加算して、次のブロックの
量子化をする際のスケールファクタを算出する。このた
めの構成は、符号器と復号器で同じであり、目標符号量
と所定係数も符号器と復号器で同じに設定する。ただ
し、符号器では該累算器の値を出力する機能を持ち、復
号器では、符号器からの累算値を入力し累算器の値をセ
ットする機能を持っている。

【００３５】２．復号器側では、伝送されてくる連続デ
ータから、ブロック毎の符号量を計数する。計数された
符号量は、上述のスケールファクタ決定回路に供給され
る。

【００３６】３．復号器側では、符号器から送られる累
算値を受けてスケールファクタ決定回路に供給し、スケ
ールファクタ決定回路の累算器の状態をその値に設定す
る。このことで、復号器におけるその符号量が計数され
た次のブロックのスケールファクタは、符号器と同じ値
になる。

【００３７】４．１ブロックの情報量とそのブロックの
目標符号量との差をブロック毎に累算し、そのブロック
毎の累算結果から所定係数を乗算し、所定係数を加算
し、スケールファクタを決定している。累算値が同一
で、乗算する係数、加算する係数が同一であれば、得ら
れるスケールファクタは同一になる。

【００３８】１フレーム分データの最初に、前のフレー
ムの最後のブロック符号量を累算した結果としての累算
値データが復号器側に送られてくる。符号器側は、この
累算値データを初期値として次のフレームの処理が行わ
れる。復号器側も送られてきた同じデータを累算値の初
期値データとして以後に続く次のフレームの処理を行
う。後に続くフレームの処理では、１ブロックの処理が
完了する毎に、そのブロックの符号量算出結果で累算値
の更新が行われ、新しい累算値は次のブロックの量子化
のスケールファクタを導き出す。

【００３９】復号器において、あるブロックが伝送さ
れ、ハフマン復号されたランレングス符号のペアデータ
から符号器と同じようにそのペアデータの符号長を得
て、それをブロック単位で累算して符号長を算出し、そ
の算出結果がスケールファクタ決定回路に送られると、
その時点での累算値が決定される。言い換えれば、次の
ブロックの逆量子化にあたってのスケールファクタが決
定される。

【００４０】複数ブロックが伝送されてフレームとして
の伝送が完了した段階で、次のフレーム処理に移る。４
フレーム毎に、符号器側の累算値を伝送路を介して復号
器側に送り、復号器側では、送られた累算値をセットす
ることにより、その累算値に基づいたスケールファクタ
で次の最初のブロックの量子化が行われる。

【００４１】５．符号器側では伝送すべき量子化データ
を格納するためのバッファメモリのデータ占有量の、目
標占有量に対する誤差を累算し、この累算値を用いて例
えば４フレーム毎に目標符号量を補正することによっ
て、バッファメモリにおけるデータ占有量が目標量にな
るようにする。復号器側においても同様である。

【００４２】以上述べた方法で符号器と復号器が動作し
た場合、フレームの最初の時点で、累算値が一致してい
れば、以後の続くブロックの量子化と逆量子化は、同じ
スケールファクタで行われることになる。基本的には、
最初の時点で累算値の一致化が行われていれば、以後は
伝送路に障害がない限り、伝送したデータが正確に復号
器に受け取られ、復号器では、符号器で使用したスケー
ルファクタで逆量子化が行われることになる。

【００４３】伝送線路の状態が悪く、伝送エラー等があ
る場合、符号量の計測において、符号器と復号器との間
で違いが生じる。このような状態になった場合にも、本
発明では、間欠的に累算値を送ることにより、定期的に
整定を行っているので、異常状態は短時間にとどまり、
符号器と復号器との間でスケールファクタの一致化が成
されることになる。

【００４４】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例を
詳細に説明する。

【００４５】図１は、符号器と復号器における本発明を
適用した量子化器の部分のブロックダイヤグラムを示し
た図である。この図では、本発明に関係しない部分、特
に量子化前の映像処理部分等は省いている。量子化その
ものは除算器２に相当するブロックで行われる。本図に
おいて、一点鎖線で囲んだ枠１００は符号器である。こ
の符号器１００に含まれる各ブロックのうち、２は画像
データである成分データを入力する除算器であって、そ
の詳細な回路構成は図５に示す。４は符号化・符号量算
出処理を行う回路であって、その詳細な回路構成は図６
に示す。６Ａは符号量比較器であって、その詳細な回路
構成は図２に示す。８Ａは累算器であって、その詳細な
回路構成は図３の（Ａ）に示す。１０Ａはスケールファ
クタ演算器であって、その詳細な回路構成は図４に示
す。

【００４６】また、１２は符号化データ（ペアデータ）
を入力するハフマン符号化回路、１４は伝送速度を一定
に保つためのバッファメモリである。

【００４７】３は占有量比較器、５は累算器、７は係数
乗算器であって、これらの詳細な回路構成は図９に示
す。

【００４８】この符号器１００に接続されている１６−
１は、デジタル形式の伝送路である。この伝送路１６−
１は、デジタルデータの記録再生器、デジタルＶＴＲな
どとすることも可能である。１６−２（および１６−
３）は、本発明における目標符号量に対する誤差の累算
値を符号器と復号器とで一致化するためのデータライン
を示す。また、１６−４（および１６−５）は本発明に
おける目標符号量に対する誤差の累算値を符号器と復号
器とで一致化するためのデータラインを示す。これらの
データは、符号化された画像データと共に多重化されて
伝送路１６−１に送り出される。

【００４９】符号器１００の下方に示した一点鎖線の枠
２００は、復号器を示す。この復号器２００に含まれて
いる６Ｂは符号量比較器であって、符号器側の符号量比
較器６Ａ（図２参照）と同一の構成を有する。８Ｂは累
算器であって、その詳細な回路構成は図３の（Ｂ）に示
す。１０Ｂはスケールファクタ演算器であって、符号器
側のスケールファクタ演算器１０Ａ（図４参照）と同一
の構成を有する。１８はバッファメモリ、１９はハフマ
ン復号化回路である。２０は復号化・符号量算出処理を
行う回路であって、その詳細な回路構成は図７に示す。
２２は復号された成分データを出力する乗算器であっ
て、その詳細な回路構成は図８に示す。

【００５０】１１は占有量比較器、１３は累算器、１５
は係数乗算器であって、これらの詳細構成は図９に示
す。

【００５１】次に、図１ならびに図２〜図９を参照し
て、本実施例の動作を詳細に説明していく。

【００５２】まず、除算器２に入力される成分データ
は、画像データを直交変換し、周波数成分に分解された
データ（１２ビット）である。データフォーマットは、
２の補数で、１２ビット精度であり、６４個のデータで
１つのブロックを構成している。例えば、ハイビジョン
信号では１フレーム当たり１９２０×１０３６／６４＝
３１０８０個のブロックからなる。

【００５３】除算器２では、入力された成分データを、
（スケールファクタ×量子化テーブルの各要素値）で除
算し、その後、丸め処理が行われる（図５参照）。丸め
て四捨五入されると、復号器では成分データが完全には
元に戻らないことになるため、画質に影響する。すなわ
ち、成分データを大きな数で割れば、０の数が増えるた
め、圧縮率は大きくなるが画質が低下する。

【００５４】次段の符号化・符号量算出処理回路４で
は、図６に示すように、ランレングス符号化（６０Ｙ，
６０Ｕ，６０Ｖ）を行い、かつ１ブロックの符号量を算
出する（６２Ｙ，６２Ｕ，６２Ｖ，６４，６６）。この
ランレングス符号化では、除算データからゼロの長さ
（ゼロランレングス）と非ゼロデータのペアデータに分
離する。１ブロックの符号量の算出は、ハフマン符号化
された後の１ブロック毎のビット長の算出を、ペアデー
タの段階でそれぞれのペアデータに相当するビット長を
ブロック毎に積算することで行っている。この符号量算
出は、ハフマン符号化と同時処理で行っている。

【００５５】すなわち、符号量算出処理では、次の表１
に示すハフマンテーブルを参照して、１ブロックの合計
のビット長を算出する。表１において、例えば、１／２
のペアデータの場合は、ゼロラン長が１で、非ゼロデー
タが２であり、生成されるビット長は６ビットであるこ
とを示している。このほかに、非デロデータの絶対値を
示す付加ビットを２ビット伝送する。成分データのデー
タ長は、１２ビットなので１／２というペアデータが生
成された場合、（６＋２）／（１２＋１２）＝１／３に
データ圧縮されたことになる。

【００５６】

【表１】

【００５７】符号量比較器６Ａでは、図２に示すよう
に、加算器２５からの補正情報量との差分（詳細後述）
を算出した目標符号量と、発生情報量とを加算器２６で
比較する。ここで発生情報量とは、その前のブロック処
理後に更新された累算器８Ａのデータによって決定され
たスケールファクタを使用して量子化され、ランレング
ス符号化され、そしてハフマン符号化された１ブロック
のデータ量であり、ビット単位で表現されている。ま
た、目標符号量とは、１ブロック単位当たりの目標符号
量であり、ビット単位で表現されている。目標符号量か
ら発生した符号量を減算した結果が符号量誤差として出
力される。ここで、発生符号量が目標符号量よりも少な
ければ、その誤差は正の値として出力され、逆であれ
ば、負の値として出力される。

【００５８】このように符号量比較処理では、発生した
符号量と目標符号量を比較する。換言すれば、所定の伝
送路の容量に対して、圧縮映像データとしてどの程度の
容量とすべきかの目標を与えるものであり、それを映像
のブロック単位で表現している。実際には、所定の伝送
容量から、映像データ以外のデータ量を減算し、その結
果を所定のブロック数で除算した数値である。当然、こ
のデータの単位はビット単位である。

【００５９】さらに、符号量比較器６Ａに入力する実際
の目標符号量は７８（整数）ビットとする。このよう
に、整数ビットにすることによって、演算精度を下げ
て、ハードウェアの規模を抑えることができる。７８ビ
ットであれば、７ビットで表現できる。

【００６０】累算器８Ａは、図３の（Ａ）に示すよう
に、符号量比較器６Ａから出力される符号量誤差を累積
加算（３０Ａ，３２Ａ，３４Ａ）し、過去からの発生情
報量を含めて、次のブロックを量子化する際のスケール
ファクタを作成するデータを作り出す。過去から引き続
いてブロックの発生符号量が目標符号量に達していない
とき、累算値は大きな正の値になっている。また、過去
から引き続いて発生符号量が目標符号量を超えていると
き、累算値は負の大きな値になっている。また、レジス
タ３２Ａに蓄積されている累算値はＮフレーム毎に（本
実施例では４フレーム毎に１回：Ｎは１以上の整数）、
復号器側のレジスタ３２Ｂへ強制的にセットされる。

【００６１】スケールファクタ演算器１０Ａは、図４に
示すように、正負の値をもつ累算結果から、正の数値で
あるスケールファクタの値に変換するための変換回路で
あり、除算器２の除算データが適切な範囲に収まるよう
に演算する。なお、図４に示したフィードバックゲイン
とは、所定の累算値に対してどのスケールファクタ値を
与えるかの調整であり、発生符号量を帰還制御する際の
ループゲイン調整のための入力データである。オフセッ
ト調整とは正負の値を持つ累算値をオフセットして全て
正の値にするための措置であり、クリップ処理は、この
措置を行いつつ、スケールファクタの採り得る範囲を所
定の範囲内に制限する目的を持っている。

【００６２】また、本実施例においては、スケールファ
クタとして以下の条件〜を満足するものとする。

【００６３】スケールファクタの値は、正の数である
こと。

【００６４】最も細分化した量子化を行った場合で
も、量子化された有効データが所定のビット数以下であ
ること。

【００６５】最も粗く量子化を行った場合、丸め処理
を行った後では、有効データは無くゼロになること。

【００６６】図９に示すように、占有量比較器３におい
ては、データ占有量検出器１０１が、バッファメモリ１
４のライトアドレス（ＷＡ）とリードアドレス（ＲＡ）
を検出し、両者の差（ＷＡ−ＲＡ）、すなわち、バッフ
ァメモリ１４内のデータ占有量を検出し、この検出値
と、目標占有量（例えばバッファメモリ１４の容量の１
／２。他の値でもよい）との差（正または負または０）
を加算器１０２が算出し、出力する。

【００６７】ついで、累算器５においては、占有量比較
器３からの差検出値を加算器１０３を介してレジスタ１
０４に累算（蓄積）し、クリップ処理器１０５を介して
出力する。レジスタ１０４は、加算器１０３からの値を
逐次蓄積し、例えば４フレーム毎に発生するクロック
（４フレームクロック）の入力時に蓄積されているデー
タ（正，負）をクリップ処理器１０５に入力する。クリ
ップ処理器１０５は、この入力データを後段の係数乗算
器７が要求する範囲内（正，負）にクリップし、係数乗
算器７に入力すると共に加算器１０３にフィードバック
する。

【００６８】係数乗算器７においては、累算器５からの
所定範囲内に制限された累算データ（正，負）を乗算器
１０６で所定ゲインにレベルアップし、レジスタ１０７
に格納する。レジスタ１０７は４フレームクロック毎に
格納データを補正情報量として符号量比較器６Ａの加算
器２５に入力する。

【００６９】ここで、補正情報量について具体例を挙げ
て説明する。前述したように実際の目標符号量を７８
（ビット／ブロック）とすると、補正情報量としては、
０，１，２，−１，−２が形成されるように、クリップ
処理器１０５および乗算器１０６のゲインを調整する。
これによって、加算器２５の出力値としては、７８（補
正情報量０），７７（同１），７６（同２），７９（同
−１），８０（同−２）が得られることになる。例え
ば、バッファメモリ１４のデータ占有量が１／２を越え
てくると、補正情報量が１または２となり、その結果、
加算器２５の出力は７７または７６となるので、バッフ
ァメモリ１４内のデータ占有量が徐々に減っていくこと
になる。バッファメモリ１４のデータ占有量が１／２よ
り減ってくると上述と逆の動作となり、結局、目標符号
量は７８±２の範囲内に補正制御される。以上の動作
は、復号器側の構成（２０１〜２０７）においても同様
であり、符号器側と復号器側とで独立して動作すること
ができる。なお、伝送エラーが生じた時等に対応するた
め、符号器側のレジスタ１０４から復号器側のレジスタ
２０４に伝送路を介して４フレーム毎にデータをイニシ
ャルデータとして与えることもできる。ただし、この場
合、符号器側の構成（１０１〜１０７）と復号器側の構
成（２０１〜２０７）とは同一であることが望ましい。

【００７０】なお、レジスタ１０４，１０７，２０４，
２０７のクロックは、いずれのクロックも４フレーム周
期で連続したクロックである。レジスタ１０４におい
て、クロックタイミングｔ₁₁において出力されたデータ
は、その直後のクロックタイミングｔ₁₂（＝ｔ₁₁＋４フ
レーム）においてレジスタ１０７から出力される。また
レジスタ２０４において、ｔ₂₁のタイミングで出力され
たデータは、ｔ₂₂（＝ｔ₂₁＋４フレーム）においてレジ
スタ２０７から出力される。一般にｔ₁₁とｔ₂₁のタイミ
ング関係は全く無関係である。

【００７１】一方、復号器２００（図１参照）側では、
符号器１００から送られてきた符号化データを入力し、
ゼロラン長に基づき「０」のデータを挿入して、元のデ
ータ列と同じデータ列を再生する。また、符号量算出処
理は、符号器と同じ方法で算出する（図７参照）。

【００７２】復号器では、符号量算出処理からスケール
ファクタの生成まで符号器と全く同じ構成を採ってい
る。このことは、スケールファクタの値を符号器１００
側から復号器２００側へ送らなくても、量子化データか
らスケールファクタを作成できることを意味している。
すなわち符号量比較器６Ａと６Ｂ、累算器８Ａと８Ｂの
累算回路、スケールファクタ演算器１０Ａと１０Ｂは全
く同じ構成であるため、入力が等しければ、出力も等し
くなる。ただし、乗算器のレジスタ３２Ａ，３２Ｂ（図
３参照）の値が違うと出力も違ってくるので、４フレー
ムに１回だけ符号器１００の累算値を復号器２００に送
り、両レジスタ３２Ａ，３２Ｂの値を一致させている。
すなわち、伝送エラーが生じると、それ以降は符号器１
００で使用したスケールファクタを復号器側で再現でき
ず、復号できなくなってしまうので、４フレームに１回
だけ符号器で使用した累算値を送出し、累算結果を一致
させている。

【００７３】上述した実施例においては、４フレーム毎
に１回だけ１９ビットの累算値を復号器側へ伝送するの
で、これに要する情報量は１秒当たり１４２．５ビット
となる。すなわち、４フレームの画像に対して１９ビッ
トの累算値データを送る必要から、

【００７４】

【数１】19×（30/4）＝142.5 （ビット／秒）となる。他方、ハイビジョン信号のスケールファクタ
（５ビット）をＭＰＥＧ２規格で伝送しようとすると、

【００７５】

【数２】（マクロブロックの数）×５（ビット）×30（フレーム／秒）＝（（1920×1036）／（64×４））×５×30 ＝116550（ビット／秒）が必要となるので、本実施例による情報削減の効果は顕
著なものとなる。

【００７６】しかも本実施例では、１ブロック毎にスケ
ールファクタ（９ビット）を制御しているので、これ
は、１ブロック単位で圧縮率をリアルタイム制御してい
ることにほかならない。他方、ハイビジョン信号につい
てＭＰＥＧ２を適用した場合には、１マクロブロック毎
にスケールファクタ（５ビット）を制御することにな
る。このことから明らかなように、本実施例によれば、
より細かな圧縮制御が可能となる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、簡潔
な構成を用いて量子化／逆量子化を可能とすることがで
きる。また、Ｎフレーム（Ｎは１以上の整数）に１回だ
け累算値データを伝送すればよいので、本来の伝送すべ
き情報量を犠牲にすることなく、伝送効率を格段に高め
ることが可能となる。

【００７８】特に画像データの場合には、量子化のため
の除数を表わすデータをほとんど伝送しなくて済むの
で、その分を画質向上に振り向けることができる。

【００７９】さらに加えて、１ブロック毎に圧縮率を制
御できるので、高精細な画像を記録・伝送する場合に
も、特に有効である。

【００８０】また、動画像データを高圧縮率で圧縮して
伝送するような場合には、その伝送データ中に占めるブ
ロック毎のスケールファクタの符号量の大きさが無視し
得ないようになる。このような場合にも、スケールファ
クタの伝送を省略できるので、その分データ圧縮を小さ
くでき、品質の良いデータ伝送が可能になる。

【００８１】さらに追加するならば目標符号量の補正を
行わない場合にはバッファメモリ占有量が減少し続ける
ことがある。これを防ぐために無効データ（ダミーデー
タ）を挿入する例がある。本発明は目標符号量の補正を
行っているのでこのような無効データを挿入する必要が
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施例の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】目標符号量と発生情報量を比較する符号量比較
器を示す図である。

【図３】累算器を示す図である。

【図４】スケールファクタ演算処理のための回路を示す
図である。

【図５】符号器に含まれる除算器を示す図である。

【図６】符号化・符号量算出処理を行う回路を示す図で
ある。

【図７】復号化・符号量算出処理を行う回路を示す図で
ある。

【図８】復号器に含まれる乗算器を示す図である。

【図９】補正情報量を得るための構成を示す回路図であ
る。

【図１０】従来の符号量制御装置の一例を示す図であ
る。

【図１１】従来の符号量制御装置の他の一例を示す図で
ある。

【符号の説明】２除算器３，１１占有量比較器４符号化・符号量算出処理を行う回路５，８Ａ，８Ｂ，１３累算器６Ａ，６Ｂ符号量比較器７，１５係数乗算器１０Ａ，１０Ｂスケールファクタ演算器１２ハフマン符号化回路１４バッファメモリ１６−１，１６−２，１６−３，１６−４，１６−５
伝送路１８バッファメモリ１９ハフマン復号化回路２０復号化・符号量算出処理を行う回路２２乗算器１００符号器２００復号器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力された成分データを量子化して得ら
れた量子化データを伝送する際に、複数個の前記成分データに対応する１ブロックを一単位
として、該１ブロック中に含まれる発生符号量の、予め
定められている目標符号量に対する誤差を累算し、前記目標符号量に対する誤差の累算値を用いて前記発生
符号量を制御し、前記制御後の量子化データを格納するバッファメモリに
おける前記量子化データの占有量の、予め定められてい
る目標占有量に対する誤差を累算し、前記目標占有量に対する誤差の累算値を用いて前記目標
符号量を補正することを特徴とする量子化を行うための
方法。
【請求項２】請求項１において、前記制御に際して
は、前記目標符号量に対する誤差の累算値に所定の演算処理
を施すことによりスケールファクタを算出し、各ブロッ
ク毎に予め設定されている量子化テーブル値に前記スケ
ールファクタを乗算することにより、量子化のための前
記除数とし、Ｎフレーム（Ｎは、１以上の整数）毎にのみ、前記目標
符号量に対する誤差の累算値を逆量子化装置側へ送出す
ることを特徴とする量子化を行うための方法。
【請求項３】請求項２において、前記目標占有量に対
する誤差の累算値をＮフレームごとにのみ逆量子化装置
側へ送出することを特徴とする量子化を行うための方
法。
【請求項４】請求項２において、前記発生符号量を算
出する際には、１ブロックＭ個（Ｍは１以上の整数）の
データを代表するゼロラン長と非ゼロデータとから成る
ペアデータに基づいて、符号化されたビット数を算出す
ることを特徴とする量子化を行うための方法。
【請求項５】量子化装置側から伝送されてきた量子化
符号データに所定の乗数を乗算することにより、逆量子
化を行うにあたり、前記量子化装置側から伝送されてきた量子化符号データ
を格納するバッファメモリからの前記量子化符号データ
に基づく複数個の成分データに対応する１ブロック毎の
発生符号量の、前記量子化装置側で使用されている目標
符号量に対する誤差を累算し、前記目標符号量に対する誤差の累算値を用いて乗数を生
成し、前記バッファメモリにおける前記量子化データの占有量
の、予め定められている目標占有量に対する誤差を累算
し、前記目標占有量に対する誤差の累算値を用いて前記目標
符号量を補正することを特徴とする逆量子化を行うため
の方法。
【請求項６】請求項５において、さらに、前記目標符号量に対する誤差を累算するに際して、Ｎフ
レーム（Ｎは１以上の整数）毎に前記量子化装置側から
伝送されて来る累算値と等しくなるよう当該目標符号量
に対する誤差の累算値を整定し、前記累算値に対して、前記量子化装置側と同様の演算処
理を施すことによりスケールファクタを算出し、前記量子化装置側で用いられている量子化テーブルと同
一の値を有する逆量子化テーブル値に、前記スケールフ
ァクタを乗算することにより、逆量子化のための前記乗
数とすることを特徴とする逆量子化を行うための方法。
【請求項７】請求項６において、前記発生符号量を算
出する際には、ゼロランレングス復号化により得られる
ゼロラン長と非ゼロデータとから成るペアデータに基づ
いて、符号化されたビット数を算出することを特徴とす
る逆量子化を行うための方法。
【請求項８】入力された成分データを量子化して得ら
れた量子化データを伝送する量子化装置であって、複数個の前記成分データに対応する１ブロックを一単位
として、該１ブロック中に含まれる発生符号量の、予め
定められている目標符号量に対する誤差を累算して累算
値を得る第１累算手段と、前記目標符号量に対する誤差の累算値を用いて前記発生
符号量を制御する制御手段と、前記制御後の量子化データを格納するバッファメモリ
と、前記バッファメモリにおける前記量子化データの占有量
の、予め定められている目標占有量に対する誤差を累算
して累算値を得る第２累算手段と、前記目標占有量に対する誤差の累算値を用いて前記目標
符号量を補正する補正手段とを具えたことを特徴とする
量子化装置。
【請求項９】請求項８において、前記制御手段は、前記目標符号量に対する誤差の累算値に所定の演算処理
を施すことによりスケールファクタを算出するスケール
ファクタ演算手段と、各ブロック毎に予め設定されている量子化テーブル値に
前記スケールファクタを乗算することにより、量子化の
ための前記除数を算出する除数演算手段と、Ｎフレーム（Ｎは、１以上の整数）毎にのみ、前記累算
値を逆量子化装置側へ送出する累算値伝送手段とを有す
ることを特徴とする量子化装置。
【請求項１０】請求項９において、前記発生符号量
は、１ブロックＭ個（Ｍは１以上の整数）のデータを代
表するゼロラン長と非ゼロデータとから成るペアデータ
に基づいて、符号化されたビット数が算出されているこ
とを特徴とする量子化装置。
【請求項１１】量子化装置側から伝送されてきた量子
化符号データに所定の乗数を乗算することにより、逆量
子化を行う逆量子化装置であって、前記量子化装置側から伝送されてきた量子化符号データ
を格納するバッファメモリと、前記バッファメモリからの前記量子化符号データに基づ
く複数個の成分データに対応する１ブロック毎の発生符
号量の、前記量子化装置側で使用されている目標符号量
に対する誤差を累算して累算値を得る第１累算手段と、前記目標符号量に対する誤差の累算値を用いて乗数を生
成する生成手段と、前記バッファメモリにおける前記量子化データの占有量
の、予め定められている目標占有量に対する誤差を累算
して累算値を得る第２累算手段と、前記目標占有量に対する誤差の累算値を用いて前記目標
符号量を補正する補正手段とを具えたことを特徴とする
逆量子化装置。
【請求項１２】請求項１１において、前記乗数生成手
段は、前記目標符号量に対する誤差を累算する累算回路と、Ｎ
フレーム（Ｎは１以上の整数）毎に前記量子化装置側か
ら伝送されて来る累算値を導入することにより、該累算
回路の累算値を整定する累算値整定回路とを有する累算
手段と、前記累算手段から得られた累算値に対して、前記量子化
装置側と同様の演算処理を施すことによりスケールファ
クタを算出するスケールファクタ演算手段と、前記量子化装置側で用いられている量子化テーブルと同
一の値を有する逆量子化テーブル値に、前記スケールフ
ァクタを乗算することにより、逆量子化のための前記乗
数を算出する乗数演算手段とを有することを特徴とする
逆量子化装置。
【請求項１３】請求項１２において、前記発生符号量
は、ゼロランレングス復号化により得られるゼロラン長
と非ゼロデータとから成るペアデータに基づいて、符号
化されたビット数が算出されることを特徴とする逆量子
化装置。