JPH1075179A - ビット割り当て方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低レートにおいても量子化歪みに起因する折
り返し歪みを軽減し、視覚的な妨害が少ないマルチチャ
ネル符号化におけるビット割り当て方法を得る。 【解決手段】 解像度を段階的に切り替える手段２０〜
３１を設け、最低解像度から出発してビット割り当てを
増やしてゆき、量子化歪みの条件を満たしたとき解像度
をインクリメントするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、画像の伝送・蓄
積に際して画像の情報量を削減する機能を備えた画像コ
ーデックにおけるビット割り当てに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像コーデック（画像符号化）に
関しては、国際標準であるＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６１等
が知られている。図４はこのＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６１
における画像符号化器の構成を示すブロック図である。
図において、１は減算器、２ａ及び２ｂはスイッチ、３
は（８×８）画素からなるブロックを単位としてＤＣＴ
（Discrete Cosine Transform）変換を行う変換器、４
は変換器３からの変換係数を量子化する量子化器、５は
量子化器５により量子化された変換係数を逆量子化する
逆量子化器、６は逆量子化器５により逆量子化された変
換係数を逆変換する逆変換器、７は加算器である。Ｈ．
２６１においては、（１６×１６）画素のマクロブロッ
ク単位にフレーム間予測符号化とフレーム内符号化が選
択できるよう構成されており、８はフレーム間予測符号
化を行う際に入力画像の動きを検出しそれに応じた補償
を行うための予測メモリ、９はフレーム間予測符号化を
用いるかフレーム内符号化を用いるかに応じてスイッチ
２ａ，２ｂ，及び量子化器４を制御する符号化制御部で
ある。

【０００３】次に動作について説明する。まず、フレー
ム内符号化を行う場合には、符号化制御部９によりスイ
ッチ２ａ及び２ｂはそれぞれ図中イ側に切換えられ、入
力画像信号が変換器３に入力される。一方、減算器１に
より入力画像信号と予測メモリ８からの出力信号の差分
がとられ、スイッチ２ａに入力される。そして、フレー
ム間予測符号化を行う場合には、スイッチ２ａ及び２ｂ
はそれぞれ図中ロ側に切換えられ、入力画像信号と予測
メモリ８からの出力信号の差分が変換器３に入力され
る。変換器３においては（８×８）画素のＤＣＴが行わ
れ、その変換係数は量子化器４にて量子化される。量子
化器４における量子化方法は、符号化制御部９からの量
子化特性指定情報（ｑｚ）により制御される。すなわ
ち、フレーム内量子化の直流成分に対しては直線量子化
が行われ、その他の変換係数に対しては入力値が変化し
ても出力値が０となる領域（デッド領域）を設けた量子
化が行われ、その結果として変換係数の量子化インデッ
クス（ｑ）が出力される。

【０００４】一方、量子化器４からの量子化インデック
ス（ｑ）は量子化器５にて逆量子化がなされた後、逆変
換器６にて逆ＤＣＴがなされ、加算器７に入力される。
フレーム間予測符号化を行う場合には、符号化制御部９
によりスイッチ２ｂは図中ロ側に切換えられ、加算器
７、予測メモリ８、及びスイッチ２ｂによりループが構
成される。すなわち、予測メモリは遅延時間が可変なメ
モリであり、画面内の垂直，水平方向に所定の画素ずら
して、入力画像信号の画素と前フレーム画像の画素との
差分が最も小さくなる位置である動きベクトル（ｖ）を
求めて出力する。一方、このようにして求めた動きベク
トルを予測ベクトルとして入力画像信号を予測して予測
画像信号を出力する。そして、減算器１により入力画像
信号と予測画像信号の差分をとることにより予測誤差が
求められ、この予測誤差のみがスイッチ２ａを介し、変
換器３に入力され、ＤＣＴ変換がなされ、量子化器４に
て量子化がなされ、その量子化インデックス（ｑ）が出
力される。

【０００５】また、予測画像信号は加算器７にも入力さ
れ、予測誤差の量子化インデックス（ｑ）を逆量子化器
５及び逆変換器６にて逆量子化及び逆ＤＣＴした予測誤
差と加算され、予測メモリにそのフィールドの画像信号
として記憶される。そして記憶された画像信号は次の画
面の予測画像信号を生成するために用いられる。さら
に、符号化制御部９からは、復号時に必要となるフレー
ム間／フレーム内符号化識別フラグ（ｐ）、伝送／非伝
送識別フラグ（ｔ）、量子化特性指定情報（ｑｚ）が出
力される。さて、例えば上記のような画像符号化器にお
ける変換器３においては、通常ＤＣＴやサブバンド符号
化が用いられる。これらは、入力信号を周波数の異なる
複数のチャネルに分割し、チャネル毎に符号化を行うマ
ルチチャネル符号化である。つまり、マルチチャネル符
号化装置は、例えば上記のような画像符号化器として構
成されるものである。ここで、量子化部４の（量子化）
ビットの割り当ては、符号化制御部で行われる。

【０００６】このようなマルチチャネル符号化を用いた
マルチチャネル符号化装置におけるビット割り当て方法
のアルゴリズムは、例えばIEEE Transactions on Commu
nications, pp.327-336, March 1990に記載されたもの
が知られており、図５はそのビット割り当てのアルゴリ
ズムを示す流れ図である。図において、１０は初期化ス
テップ、２０は初期化ステップ１０に続いて処理がなさ
れるレート判定ステップ、３０はレート判定ステップ２
０に続いて処理がなされるビット割り当てステップで、
ビット割り当てステップ３０が終了するとレート判定ス
テップ２０に戻るように処理される。

【０００７】図６は、ビット割り当てステップ３０の詳
細なアルゴリズムを示す流れ図である。図において、３
００はゲイン演算ステップ、３１０はゲイン演算ステッ
プ３００に続いて処理がなされる最大ゲイン検出ステッ
プ、３２０は最大ゲイン検出ステップ３１０に続いて処
理がなされるビットインクリメントステップである。

【０００８】次に動作について説明する。ＤＣＴやサブ
バンド符号化は、入力信号を周波数の異なる複数のチャ
ネルに分割し、チャネル毎に符号化を行うマルチチャネ
ル符号化である。今、分割後のチャネル数をＮ（Ｎは整
数）、チャネルｉ（ｉ＝１，．．．，Ｎ）に割り当てら
れる量子化器の番号をＱiとする。量子化器Ｑiによって
量子化された信号の符号量（ビット数）Ｒ(Ｑi)と歪み
（量子化誤差）Ｄ(Ｑi)は相当の正確さで演算可能であ
るものとする。簡単のため、符号量は選択可能な量子化
器に対して線形に変化するものとする。すなわち、Ｒ
(Ｑi＋１)−Ｒ(Ｑi)は全てのＱiについて等しい。ま
た、チャネル分割は直交変換によるものとする。

【０００９】初期化ステップ１０は全てのチャネルにお
いて選択する量子化器の番号を０に初期化する。ここ
で、量子化器０の符号量は０、量子化歪みは各チャネル
の信号電力に等しいとする。次に、レート判定ステップ
２０は、符号量の総和を演算し、これが目標値Ｒに達し
た場合はビット割り当てを終了、そうでない場合は、ビ
ット割り当てステップ３０に制御を進める。ビット割り
当てステップ３０は、チャネル毎に１式で与えられるゲ
インＧiを計算する。 Ｇi＝Ｄ(Ｑi)−Ｄ(Ｑi＋１) ・・・（１）

【００１０】Ｇiは、チャネルｉに対して、量子化器の
番号を１だけ増やした場合の歪みの減少量を表す。ビッ
ト割り当てステップ３０は最大のＧiを与えるチャネル
の量子化器番号をインクリメントする。

【００１１】ビット割り当ての結果はレート判定ステッ
プ２０にフィードバックされ、目標符号量に達するまで
量子化器番号の増加が繰り返される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来のマルチチャネル
符号化装置のビット割り当て方法は以上のように構成さ
れているので、量子化歪みは入力信号と目標符号量で定
まる一定値に規定され、符号化レートが低い場合や、符
号化レートは高くても符号化すべき画像が高域周波数成
分を多く含む場合などにおいて、再生画像に、例えばブ
ロック歪みやモスキートノイズとよばれる妨害を引き起
こしていた。

【００１３】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、低レートにおいても量子化歪み
に起因する折り返し歪みを軽減し、視覚的な妨害が少な
いビット割り当て方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係るマルチチ
ャネル符号化におけるビット割り当て方法は、入力信号
の解像度を段階的に切り替えるステップと、量子化器番
号を段階的に更新するステップと、更新された量子化器
番号に対して量子化歪みと符号量を演算するステップ
と、この量子化歪みと符号量を与えられた目標歪みおよ
び目標符号量と比較するステップと、量子化歪みと符号
量の両方を目標値とする条件を満たしたうえで、信号の
解像度が最大となるように各チャネルにおける量子化器
の選択を行うステップを設けたものである。

【００１５】また、チャネルｉの符号化量が増加し、チ
ャネルｊの符号化量が減少するように、チャネル間のビ
ット割り当てを交換するステップを設けたものである。

【００１６】さらに、入力信号を時間領域から周波数領
域に変換するステップを設け、前記解像度の段階的な切
り替えを周波数領域において行うようにしたものであ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明に係る解像度切り替えス
テップは、目標の量子化歪みと目標の符号量を同時に満
たした上で、信号の解像度を最大とするように働く。

【００１８】また、この発明に係るビット交換ステップ
は、符号量を一定としたまま、量子化歪みを減少させる
ように働く。

【００１９】さらに、この発明にかかる時間−周波数変
換ステップは、解像度の切り替えに要する演算量を減少
させるように働く。

【００２０】以下、この発明をその実施の形態を示す図
面に基づいて具体的に説明する。なお、以下の各実施の
形態におけるビット割り当て方法は、従来例同様、例え
ば図４をもとに説明した画像符号化器において、符号化
制御部により量子化部の（量子化）ビットを割り当てる
方法である。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１であるマ
ルチチャネル符号化におけるビット割り当て方法の流れ
図である。図において、１０は初期化ステップ、２０は
初期化ステップ１０に接続されたレート判定ステップ、
３０はレート判定ステップ２０に接続されたビット割り
当てステップ、４０はビット割り当てステップ３０に接
続された歪み判定ステップ、５０は歪み判定ステップ４
０に接続された解像度切り替えステップ、６０は解像度
切り替えステップ５０に接続された解像度判定ステッ
プ、２１は解像度判定ステップ６０に接続された第二の
レート判定ステップ、３１は第二のレート判定ステップ
２１に接続された第二のビット割り当てステップであ
る。第二のビット割り当てステップ３１の出力は第二の
レート判定ステップ２１に、歪み判定ステップ４０の他
方出力はレート判定ステップ２０に、解像度判定ステッ
プ６０の他方出力は歪み判定ステップ４０に、それぞれ
接続される。

【００２１】次に動作について説明する。解像度をＳ、
最低解像度をＳmin、最高解像度をＳmax、チャネル数を
Ｎ、チャネルｉの量子化器番号をＱi、量子化器Ｑiに対
する符号量をＲ(Ｑi)、量子化歪みをＤ(Ｑi)、目標レー
トをＲ、目標歪みをＤで表す。解像度はＳmin〜Ｓmaxの
Ｍ個の離散的な値に対して定義されているものとする。

【００２２】初期化ステップ１０は、２式のように、量
子化器番号を全て０とし、解像度をＳminにセットす
る。 Ｑi＝０(i＝１,...,Ｎ） ・・・（２） Ｓ＝Ｓmin

【００２３】レート判定ステップ２０は、３式に従っ
て、現在のレートを計算し、これが目標レートＲに達し
た時には、ビット割り当てを終了、そうでない場合に
は、再割り当てを行うように処理を制御する。 if sum Ｒ(Ｑi)＝Ｒ then stop ・・・（３） else increment bit

【００２４】ビット割り当てステップ３０は、従来例と
同様、最も歪みが減少するチャネルの量子化器番号をイ
ンクリメントする。

【００２５】歪み判定ステップ４０は、４式に従って、
現在の歪みを計算し、これが目標歪みＤより大きい時、
制御をレート判定ステップ２０に戻す。 if sum Ｄ(Ｘi)＞Ｄ then increment bit ・・・（４） else increment resolution ここで、レートがＲより小さければビットの再割り当て
を行う。これを繰り返すことにより、解像度Ｓにおい
て、目標レートＲを超えない範囲で、歪みがＤ以下にな
るまでビットの増加が行われる。歪み判定ステップ４０
において、歪みがＤ以下の時は、解像度切り替えステッ
プ５０によって、解像度をインクリメントする。

【００２６】解像度判定ステップ６０は解像度Ｓが最高
解像度Ｓmaxに達したかどうかを判定し、達した場合
は、第二のレート判定回路２１と第二のビット割り当て
回路３１において、残りのビットを全て割り当て、処理
を終了する。そうでない場合は、歪み判定回路４０に戻
り、新たな解像度において、歪みを計算し直し、上記の
処理を繰り返す。

【００２７】実施の形態２．実施の形態１においては、
ビット割り当てステップ３０，３１は従来例と同じもの
を用いており、このビット割り当てステップは、解像度
の変化がない場合には最適なビット割り当てを与えるこ
とが知られている。しかし、図１において、解像度切り
替えステップ５０の出力におけるビット割り当ては、前
の解像度に対して最適であっても、新しい解像度に対し
て最適である保証はない。このような解像度切り替えに
起因するビット割り当ての非最適性は、ビット割り当て
ステップ３０，３１において、適宜チャネル間の割り当
てビットの交換を行うことで回避することができる。

【００２８】図２はこの発明の実施の形態２であるマル
チチャネル符号化におけるビット割り当てステップ３
０，３１の流れ図である。図において、３００は右側ゲ
イン演算ステップ、３１０は右側ゲイン演算ステップ３
００に接続された最大ゲイン検出ステップ、３２０は最
大ゲイン検出ステップ３１０に接続されたビットインク
リメントステップ、３３０はビットインクリメントステ
ップ３２０に接続された左側ゲイン演算ステップ、３４
０は左側ゲイン演算ステップ３３０に接続された最小ゲ
イン検出ステップ、３５０は最小ゲイン検出ステップ３
４０に接続されたゲイン判定ステップ、３６０はゲイン
判定ステップ３５０に接続されたビットデクリメントス
テップである。

【００２９】次に動作について説明する。右側ゲイン演
算ステップ３００は、従来例のゲイン演算ステップ３０
０と全く同様に、５式によって、量子化器番号をインク
リメントした時の歪みの減少量をチャネル毎に求める。 Ｇ+i＝Ｄ(Ｑi)−Ｄ(Ｑi＋１) ・・・（５）

【００３０】最大ゲイン検出ステップ３１０は、５式に
おいて、右側ゲインの最大値を与えるチャネルｊを求
め、ビットインクリメントステップ３３０はチャネルｊ
の量子化器番号Ｑiを１だけ増やす。

【００３１】次に左側ゲイン演算ステップ３３０は、６
式によって、割り当てビットを減じた時に増加する量子
化歪みをチャネル毎に求める。 Ｇ-i＝Ｄ(Ｑi−１)−Ｄ(Ｑi) ・・・（６）

【００３２】最小ゲイン検出ステップ３４０は、６式に
よって、左側ゲインの最小値を与えるチャネルｋを求め
る。チャネルｋの左側ゲインがチャネルｊの右側ゲイン
よりも小さい時、チャネルｋの量子化器番号をデクリメ
ントし、チャネルｊの量子化器番号をインクリメントす
ることにより、符号量不変のまま、量子化歪みを減少さ
せることができる。ゲイン判定ステップ３５０はチャネ
ルｋの左側ゲインとチャネルｊの右側ゲインを比較し、
ビットデクリメントステップ３６０は、上記の条件を満
たすとき、チャネルｋの量子化器番号を１だけ減じる。

【００３３】なお、上記の処理において、ｊ＝ｋの時
は、左側ゲインが２番目に小さいチャネルを新たにｋと
すればよい。

【００３４】実施の形態３．ビット割り当てステップ３
０，３１において、量子化歪みは、量子化器特性と信号
電力の関数である。上記実施の形態１，２においては、
明確には述べてはいないが、異なる解像度に対する信号
電力は時間領域において計算することができる。しか
し、演算を高速に行うため、図３の流れ図に示すよう
に、入力端にフーリエ変換ステップ７０を挿入し、周波
数領域で信号電力を計算するようにしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００３６】第一に、符号化レートと量子化歪みを一定
としたまま、信号の解像度を最大とするようにしたの
で、低レートにおいても、不自然な量子化歪みを増加さ
せることなく、視覚的な劣化の少ないビット割り当てが
得られる。

【００３７】第二に、解像度の切り替えに対応して、適
宜割り当てビットのチャネル間交換を行うようにしたの
で、常に最適なビット割り当てが得られる。

【００３８】第三に、歪みの計算を周波数領域で行うよ
うにしたので、高速なビット割り当てが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１であるマルチチャネ
ル符号化におけるビット割り当て方法の流れ図である。

【図２】 この発明の実施の形態２であるマルチチャネ
ル符号化におけるビット割り当てステップの流れ図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態３であるマルチチャネ
ル符号化におけるビット割り当て方法の流れ図である。

【図４】 画像符号化（画像コーデック）における画像
符号化器の構成を示すブロック図である。

【図５】 従来のマルチチャネル符号化におけるビット
割り当て方法の流れ図である。

【図６】 従来のマルチチャネル符号化におけるビット
割り当てステップの流れ図である。

【符号の説明】

１０ 初期化ステップ、２０，２１ レート判定ステッ
プ、３０、３１ ビット割り当てステップ、４０ 歪み
判定ステップ、５０ 解像度切り替えステップ、６０
解像度判定ステップ、７０ フーリエ変換ステップ、３
００ 右側ゲイン演算ステップ、３１０ 最大ゲイン検
出ステップ、３２０ ビットインクリメントステップ、
３３０ 左側ゲイン演算ステップ、３４０ 最小ゲイン
検出ステップ、３５０ ゲイン判定ステップ、３６０
ビットデクリメントステップ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号を周波数の異なる複数のチャネルに
   分割して各チャネルの信号を複数から選択された一つの
   量子化器によって量子化し、その量子化インデックスを
   伝送するマルチチャネル符号化において、信号の解像度
   を段階的に切り替えるステップと、チャネル毎に量子化
   器を段階的に選択するステップと、選択された量子化器
   に対して量子化歪みと符号量を演算または推定するステ
   ップと、この量子化歪みと符号量を与えられた目標歪み
   および目標符号量と比較するステップと、量子化歪みと
   符号量の両方を目標値とする条件を満たしたうえで、信
   号の解像度が最大となるように各チャネルにおける量子
   化器の選択を行うステップを備えたことを特徴とするビ
   ット割り当て方法。
2. 【請求項２】 前記量子化器の選択において、チャネル
   ｉの符号量が増加し、チャネルｊ（ｉ、ｊは互いに異な
   る整数）の符号量が減少するように、チャネル間のビッ
   ト割り当てを交換するステップを備えたことを特徴とす
   る請求項１に記載のビット割り当て方法。
3. 【請求項３】 入力信号を時間領域から周波数領域に変
   換するステップを備え、前記解像度の段階的な切り替え
   を周波数領域において行うことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載のビット割り当て方法。