WO2003085957A1 - Code amount control device and code amount control method - Google Patents

Description

明 細 書 符号量制御装置および符号量制御方法 技術分野

本発明は、 符号量制御装置および符号量制御方法に関し、 特に静止画像の符 号化により発生する符号量を制御する符号量制御装置および符号量制御方法 に関する。 背景技術

一般に、カメラ等によって撮像された静止画像は、データ量が非常に大きい。 したがって、 例えば静止画像を無線通信によって送信する場合は、 画質の劣化 を可能な限り抑制しつつ、 データ量を削減することが必要である。 これを実現 するために広く用いられる技術の一つとして、 J P E G (Joint Photographic Expert Group) と呼ばれるものがある。 J P E Gは、 国際標準規格 （ITU- T Recommendation T. 81 (1991)または IS0/IEC 10918-1 (1992) ) となっている。 上記の国際標準規格においては、 相互の接続性を保証するための最低限のァ ルゴリズムが規定されているのみである。 したがって、 画質を制御する方法な どについては、 標準化されておらず、 実装者に依存している。 そこで、 インデ ィペンデント J P E Gグループ （ I J G： Independent JPEG Group) と呼ばれ る非公式の団体が、 国際標準規格を補足するように、 J P E Gの非標準化部分 (すなわち、 実装者依存部分） について推奨されるアルゴリズムを規定してい る。

このアルゴリズムにおいては、 まず、 ユーザが画質調整のために与える画質 制御値 q一 factorを、以下の式（1 ) または式（2 ) によってパラメータ qscale へ変換する。

[q_factor > 50の場合] qscale = (2 X 0x100) — { (q_f actor X 0x100) / 50}

= 256 X (2 — q一; factor / 50) … （1 )

[q_factor ≤ 50の場合]

qscale = (50 X 256) / q_factor … （2 ) そして、得られたパラメータ qscaleと、基準となる量子化テーブル値 baseQ とを用いて、 以下の式 （3 ) の演算を行うことにより、 量子化テーブル値 Qが 得られる。 量子化テーブル値 Qの値は、 画像データの量子化幅を示しており、 この値が大きければ、 データ量は小さくなるが画質は劣化する。

Q = (baseQ X qscale + 128) » 8

= (baseQ X qscale) / 256 + 1/2 … （3 ) ユーザは、 所望の画質を得るために、 上記の画質制御値 q_fac1:₀rを決定す る。 そして、 決定された画質制御値 q_factorから量子化テーブル値 Qが算出 され、 符号化が行われる。

この符号化においては、 画像中の各データの発生頻度に応じて符号長を割り 当てる可変長符号が用いられるため、 入力画像によって発生する符号量が異な る。 具体的には、 色や明るさの変化に乏しい部分を多く含む画像の発生符号量 は少なく、 例えば本棚ゃ杂鎮踏のように、 色や明るさが細かく変化する部分を含 む画像の発生符号量は多くなるという傾向がある。 このとき、 ユーザが決定す る画質制御値 q_f actor と発生符号量との間には、 図 1に示すような関係があ る。

上述のように、 静止画像を符号化する際、 入力画像によって発生符号量が変 化するため、例えば小型の携帯端末において撮影した画像データをメモリ媒体 などに保存する場合、 ユーザは、 記録容量に限度のあるメモリ媒体に記録でき る枚数をあらかじめ知ることができない。

そこで、 例えば特開平 5 _ 1 4 5 7 6 4号公報に開示された技術においては、 あらかじめ画像の複雑度に応じて量子化テーブルを補正する補正係数を決定 し、 補正係数を乗じた量子化テーブルを用いて画像を符号ィ匕し、 符号化の結果 から再ぴ補正係数を求めて再符号化するという動作を、所定の符号量になるま で繰り返している。 これにより、 入力画像にかかわらず、 符号量を一定にする ことができる。

しかしながら、 上記の方法は、 所定の符号量になるまで再符号化を繰り返す ため、 処理時間が長くなるという問題がある。 発明の開示

本発明の目的は、 短い処理時間で画像の符号量を所定値に変更することであ る。

本発明者は、 画質制御値 q_f actor と発生符号量とは、 定式化が困難な関係 にあるが （図 1参照） 、 パラメータ qscaleの逆数と発生符号量の 2乗とは、 図 2に示すような直線関係 （比例関係） にあることに着目した。 また、 この直 線は、 画像が異なると傾きは異なるが、 画像に依存せず常に通過する固定点を 有することに着目した。 そして、 1回目の符号ィ匕結果と固定点とからこの直線 を決定することにより、 所望の符号量に対応するパラメータ （以下、 「修正パ ラメータ」 という） を決定することができ、 この修正パラメータを用いて 2回 目の符号化を行えば、 所望の符号量の画像データが得られることを見出し、 本 発明をするに至った。

すなわち、 本発明の主題は、 入力画像の符号化結果に基づいて発生符号量と パラメータとに関する一次関数を求め、 求められた一次関数から所望の符号量 に対応する修正パラメ→を算出し、 算出された修正パラメータ'を用いて入力 画像を再符号化することである。

本発明の一形態によれば、 符号量制御装置は、 画質を制御するためのパラメ ータを用!/、て入力画像を符号化する符号化手段と、 符号化されて得られる符号 化データの符号量と前記パラメータとに関する関数に基づいて所望の符号量 に対応する修正パラメータを算出する算出手段と、を有し、前記符号化手段は、 前記修正パラメータを用いて入力画像を再度符号化する構成を採る。 本発明の他の形態によれば、 符号量制御方法は、 画質を制御するためのパラ メータを用いて入力画像を符号化するステップと、符号化して得られる符号ィ匕 データの符号量と前記パラメータとに関する関数に基づいて所望の符号量に 対応する修正パラメータを算出するステップと、 前記修正パラメータを用いて 入力画像を再度符号化するステップと、 を有する。

本発明のさらに他の形態によれば、 符号量制御プログラムは、 コンピュータ によって実行される符号量制御プログラムであって、 前記コンピュータに、 画 質を制御するためのパラメータを用 、て入力画像を符号化するステップと、 符 号化して得られる符号化データの符号量と前記パラメータとに関する関数に 基づいて所望の符号量に対応する修正パラメータを算出するステップと、 前記 修正パラメータを用！/、て入力画像を再度符号化するステップと、 を実行させる。 図面の簡単な説明

図 1は、 発生符号量と画質制御値との関係を示す図、

図 2は、 発生符号量の 2乗とパラメータの逆数との関係を示す図、

図 3は、 本発明の実施の形態 1に係る移動通信端末装置の構成を示すプロッ ク図、

図 4は、 実施の形態 1に係る静止画像符号化部の構成を示すプロック図、 図 5は、 実施の形態 1に係る符号量制御部の構成を示すプロック図、 図 6 Aは、 実施の形態 1に係る符号量制御部の動作を説明する図、

図 6 Bは、 図 6 Aに続く図、

図 6 Cは、 図 6 Bに続く図、 および、

図 7は、 本発明の実施の形態 2に係る符号量制御部の構成を示すプロック図 である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態について、 図面を参照して詳細に説明する _t (実施の形態 1 )

図 3は、 本発明の実施の形態 1に係る符号量制御装置を有する移動通信端末 装置の構成を示すブロック図である。 同図に示す移動通信端末装置は、 カメラ 1 0 0、 AZD変換部 2 0 0、 静止画像符号化部 3 0 0、 無線変調部 4 0 0、 蓄積部 5 0 0、 送信部 6 0 0、 およびアンテナ 7 0 0を有している。

カメラ 1 0 0によって得られた静止画像は、 A/D変換部 2 0 0によってデ イジタル画像に変換される。 そして、 ディジタル画像は、 入力画像として静止 画像符号化部 3 0 0へ入力され、 符号化される。 符号化データは、 無 f泉変調部 4 0 0によって変調され、 送信部 6 0 0によってアンテナ 7 0 0を介して送信 される。また、符号化データを送信しない場合は、蓄積部 5 0 0に蓄積される。 図 4は、 静止画像符号化部 3 0 0の構成を示すプロック図である。 静止画像 符号化部 3 0 0は、 符号化部 3 1 0、 パラメータ算出部 3 2 0、 スィッチ 3 3 0、 スィッチ 3 4 0、 および符号量制御部 3 5 0を有している。

符号化部 3 1 0は、 入力画像をパラメータに基づいて符号化し、 符号化デー タをスィッチ 3 4 0の端子 3 4 0 bへ出力し、発生符号量を符号量制御部 3 5 0へ出力する。 パラメータ算出部 3 2 0は、 画質を制御するためにユーザが設 定する画質制御値から、 符号化を行うために用いられるパラメータを算出し、 スィッチ 3 3 0の端子 3 3 0 aおよび符号量制御部 3 5 0へ出力する。 スイツ チ 3 3 0は、 パラメータ算出部 3 2 0から出力されたパラメータと後述する符 号量制御部 3 5 0から出力された修正パラメータとを切り替えて符号化部 3 1 0へ出力する。 スィッチ 3 4 0は、 符号化部 3 1 0から出力された符号化デ ータの符号量が、 所望の符号量である指定符号量となった場合に、 符号化デー タを出力する。 符号量制御部 3 5 0は、 符号化部 3 1 0から出力された発生符 号量と指定符号量とを比較し、 符号化データの符号量を判定し、 判定結果をス イッチ 3 3 0およびスィッチ 3 4 0へ出力する。また、符号量制御部 3 5 0は、 発生符号量とパラメータとに関する一次関数を求め、符号化データの符号量を 指定符号量にするための修正パラメータを算出し、 スィッチ 3 3 0の端子 3 3 O bへ出力する。 一

図 5は、 符号量制御部 3 5 0の構成を示すプロック図である。 符号量制御部 3 5 0は、 判定部 3 5 2、 直線決定部 3 5 4、 および修正パラメータ算出部 3 5 6を有している。

判定部 3 5 2は、 符号化部 3 1 0から出力された発生符号量と指定符号量と を比較し、符号化部 3 1 0によって符号化された符号化データの符号量が指定 符号量より大きいか否かを判定する。 直線決定部 3 5 4は、 あらかじめ'定めら れた固定点と符号化部 3 1 0から出力された発生符号量の 2乗値およびパラ メータ算出部 3 2 0から出力されたパラメータの逆数値とから、 2次元座標上 において、発生符号量の 2乗値とパラメータの逆数値とに関する直線 （すなわ ち、 一次関数） を決定する。 修正パラメータ算出部 3 5 6は、 決定された直線 (—次関数） 力 ら、 指定符号量に対応する修正パラメータを算出する。

次いで、 上記のように構成された静止画像符号化部 3 0 0の動作について、 図 6を参照しながら説明する。 なお、 初期状態では、 スィッチ 3 3 0は端子 3 3 0 a側に入っており、 スィッチ 3 4 0は端子 3 4 0 a側に入っているものと する。

まず、 AZD変換部 2 0 0によって A/D変換された入力画像は、 符号化部 3 1 0へ入力される。 また、 ユーザが画質を制御するために設定する画質制御 値がパラメータ算出部 3 2 0へ入力され、 画質制御値からパラメータが算出さ れる。 算出されたパラメータはスィツチ 3 3 0の端子 3 3 0 aを介して符号化 部 3 1 0へ入力される。 そして、 符号化部 3 1 0によって、 パラメータに基づ いて入力画像が符号化される。 符号化されて得られた符号ィ匕データは、 スイツ チ 3 4 0の端子 3 4 0 bへ出力される。 また、 入力画像を符号化した際の発生 符号量は、符号量制御部 3 5 0内の判定部 3 5 2および直線決定部 3 5 4へ出 力される。

そして、 符号量制御部 3 5 0内の判定部 3 5 2によって、 発生符号量と所望 の符号量である指定符号量との大小が判定され、 判定結果として、 発生符号量 が指定符号量を超えている場合は例えば 1が出力され、発生符号量が指定符号 量以下である場合は例えば 0が出力される。 判定結果は、 スィッチ 3 3 0およ びスィツチ 3 4 0へ出力され、 判定結果として 1が出力された場合は、 スイツ チ 3 3 0は端子 3 3 0 b側へ切り替えられ、 スィツチ 3 4 0は端子 3 4 0 a側 のまま切り替えられない。 したがって、 符号化部 3 1 0から出力された符号化 データの符号量が指定符号量を超えている場合は、 符号化データが無線変調部 4 0 0または蓄積部 5 0 0へ出力されることはない。

一方、 判定結果として 0が出力された場合は、 スィツチ 3 3 0は端子 3 3 0 a側のまま切り替えられず、 スィツチ 3 4 0は端子 3 4 0 b側へ切り替えられ る。 したがって、 符号化部 3 1 0から出力された符号化データの符号量が指定 符号量以下である場合は、 符号化データが無線変調部 4 0 0または蓄積部 5 0 0へ出力される。

また、 パラメータ算出部 3 2 0から出力されたパラメータは、 符号量制御部 3 5 0内の直線決定部 3 5 4へ入力される。 そして、 直線決定部 3 5 4にあら かじめ設定されている固定点 4 0 0 (図 6 A参照） と、 パラメータ算出部 3 2 0から出力されたパラメータの逆数値 X 1および符号化部 3 1 0から出力さ れた発生符号量の 2乗値 Y 1により与えられる点 4 1 0 (図 6 B参照） と力 S、 直線決定部 3 5 4によつて結ばれることにより、 直線 4 2 0 (—次関数） が決 定される。 決定された直線 4 2 0 (—次関数） の情報は、 修正パラメータ算出 部 3 5 6へ出力される。 具体的には、 直線 4 2 0の傾きと切片が修正パラメ一 タ算出部 3 5 6へ出力される。

そして、 修正パラメータ算出部 3 5 6によって、 直線 4 2 0 (—次関数） が 用いられ、 指定符号量の 2乗値 Y tから、 指定符号量を達成することができる 修正パラメータの逆数値 X tが算出される （図 6 C参照） 。 さらに、 修正パラ メータ算出部 3 5 6によって、 修正パラメータの逆数値 X tから修正パラメ一 タが算出され、 算出された修正パラメータは、 スィッチ 3 3 0の端子 3 3 0 b へ出力される。 修正パラメータの算出には、 直線 4 2 0 (—次関数） が用いら れるため、 簡便な演算のみで修正パラメータが算出される。

ここで、 判定部 3 5 2から判定結果として 1が出力された場合、 すなわち、 発生符号量が指定符号量を超えていた場合は、 スィッチ 3 3 0は端子 3 3 0 b 側へ入っているため、 修正パラメータが符号化部 3 1 0へ入力される。 一方、 判定部 3 5 2から判定結果として 0が出力された場合、 すなわち、 発生符号量 が指定符号量以下であった場合は、 符号化データは既にスィツチ 3 4 0の端子 3 4 0 bを介して出力されており、 スィッチ 3 3 0は端子 3 3 0 a側へ入って いるため、 修正パラメータが符号化部 3 1 0へ入力されない。

そして、 判定部 3 5 2から判定結果として 1が出力された場合、 すなわち、 発生符号量が指定符号量を超えていた場合は、 符号化部 3 1 0によって、 修正 パラメータに基づいて入力画像が再符号化される。 再符号化されて得られた符 号化データは、 スィッチ 3 4 0の端子 3 4 0 bへ出力され、 発生符号量は、 符 号量制御部 3 5 0へ出力される。 そして、 再度、 発生符号量と指定符号量の判 定が行われ、 判定結果がスィツチ 3 3 0およびスィツチ 3 4 0へ出力される。 ここで、 符号化部 3 1 0による再符号化には、 修正パラメータが用いられて おり、 修正パラメータは、 符号量が指定符号量になるように定められているた め、 再符号化されて得られた符号化データの符号量は、 指定符号量に等しくな つている。 したがって、 発生符号量が指定符号量以下であることになり、 判定 部 3 5 2による判定結果として 0が出力される。 これにより、 スィッチ 3 4 0 は端子 3 4 0 b側へ入ることになり、 所望の符号量の符号化データが出力され る。

このように、 本実施の形態の移動通信端末装置によれば、 符号量の 2乗値と パラメータの逆数値との直線 （一次関数） を決定し、 1回目に入力画像を符号 化して得られた符号化データの符号量と所望の符号量とを比較し、符号化デー タの符号量が所望の符号量を超えている場合は、 所望の符号量に対応する修正 パラメータを上記の直線 （一次関数） 力 ら算出し、 算出された修正パラメータ を用いて 2回目の符号化を行うため、 入力画像を所望の符号量の符号化データ にするための再符号化の回数を削減することができるとともに、簡易な演算の みで再符号化を行うことができ、 短い処理時間で画像の符号量を所定値に変更 することができる。

なお、 本実施の形態においては、 符号量制御装置を有する移動体通信端末装 置について説明したが、 本発明はソフトウェアによる実現も可能である。 すな わち、 R OMなどの書きこみ可能な記録媒体に本発明の符号量制御方法をプロ グラム化して記憶させ、 この記憶させたプログラムを C P Uにて処理させるよ うにすることができる。 また、 本発明は、 このソフトウェアを記録媒体から読 み出してコンピュータで実現することも可能である。

また、 直線決定部 3 5 4にあらかじめ設定されている固定点は、 入力画像の サイズにより異なるため、 様々なサイズの画像を符号化する場合は、 その画像 サイズごとの固定点を定め、 例えばテーブルとして保持することにより、 任意 の画像サイズの画像を所望の符号量以下に抑制することが可能となる。

(実施の形態 2 )

本発明の実施の形態 2の特徴は、 直線 （一次関数） を決定する際に用いられ る固定点を、 画像サイズ情報に応じて可変とする点である。 本実施の形態は、 図 3力ゝら図 5に示す実施の形態 1の構成と比較して、 符号量制御部 3 5 0の構 成が異なるのみであるため、 実施の形態 1と同じ構成については説明を省略す る。

図 7は、本実施の形態に係る符号量制御部 3 5 0の構成を示すブロック図で ある。 符号量制御部 3 5 0は、 判定部 3 5 2、 直線決定部 3 5 4 a , および修 正パラメータ算出部 3 5 6を有している。

判定部 3 5 2は、 符号化部 3 1 0から出力された発生符号量と指定符号量と を比較し、符号化部 3 1 0によって符号化された符号ィヒデータの符号量が指定 符号量より大きいか否かを判定する。 直茅泉決定部 3 5 4 aは、 入力画像の画像 サイズに応じて固定点を決定し、 決定された固定点と符号化部 3 1 0から出力 された発生符号量の 2乗値おょぴパラメータ算出部 3 2 0から出力されたパ ラメータの逆数値とから、 2次元座標上において、 発生符号量の 2乗値とパラ メータの逆数値とに関する直線 （一次関数） を決定する。 修正パラメータ算出 部 3 5 6は、 決定された直線 （一次関数） から、 指定符号量に対応する修正パ ラメータを算出する。

直線決定部 3 5 4 aは、 入力画像の画像サイズに応じて図 6 Aに示す固定点 4 0 0の位置を変更するため、 画像サイズの異なる画像を再符号化して符号量 を所定値に変更することができる。

このように、 本実施の形態によれば、 画像サイズに応じて直線 （一次関数） を決定するための固定点を変更するため、入力画像として画像サイズの異なる 画像が入力される場合でも、入力画像を所望の符号量の符号化データにするた めの再符号化の回数を削減することができるとともに、容易な演算のみで再符 号化を行うことができ、 短い処理時間で画像の符号量を所定値に変更すること ができる。

なお、 上記各実施の形態においては、 符号化部 3 1 0によって入力画像の再 符号化を 1回行うものとして説明したが、 各実施の形態の構成によれば、 判定 部 3 5 2の判定結果とスィツチ 3 3 0およびスィツチ 3 4 0との動作によつ て、 再符号化を繰り返し行うことも可能である。 すなわち、 1回目の再符号化 で所望の符号量の符号化データが得られなかった場合でも、 各実施の形態にお いて説明したように修正パラメータを算出し、 さらに再符号化させることで、 所望の符号量の符号化データが得られる。

さらに、 上記各実施の形態においては、 本発明を移動通信端末装置に用いる 場合について説明したが、 これに限定されず、 ディジタル画像を符号化し、 例 えばデータ量を圧縮するために符号量を制御する装置であれば適用可能であ る。 また、 特に、 移動通信端末装置においては、 コストと電池容量が制限され ているため、 高性能なプロセッサで大量の演算を行うことが困難であり、 本発 明を適用することにより簡易な演算のみで符号量制御をすることは極めて有 用である。 以上説明したように、 本発明によれば、 短い処理時間で画像の符号量を所定 値に変更することができる。

本明細書は、 2002年 4月 5日出願の特願 2002-103417に基づ く。 この内容はすべてここに含めておく。 産業上の利用可能性

本発明は、 符号量制御装置および符号量制御方法に関し、 特に静止画像の符 号化により発生する符号量を制御する符号量制御装置および符号量制御方法 に適用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 画質を制御するためのパラメータを用いて入力画像を符号化する符号ィ匕 手段と、

符号化されて得られる符号化データの符号量と前記パラメータとに関する 関数に基づいて所望の符号量に対応する修正パラメータを算出する算出手段 と、 を有し、

前記符号化手段は、

前記修正パラメータを用いて入力画像を再度符号化する符号量制御装置。

2 . 前記算出手段は、

前記パラメータの逆数および符号量の 2乗を軸とする 2次元座標上におい て、 前記パラメータと前記パラメータを用いて入力画像を符号化する際に発生 した符号量とに対応する点、 およびあらかじめ設定された固定点を結ぶことに より直線を決定する直線決定部と、

決定された直線を用いて所望の符号量に対応する修正パラメータを算出す る修正パラメータ算出部と、

を有する請求の範囲第 1項記載の符号量制御装置。

3 . 前記直線決定部は、

入力画像の画像サイズに応じて固定点を設定する請求の範囲第 2項記載の 符号量制御装置。

4 . 前記算出手段は、

前記符号化データの符号量と前記所望の符号量との大小を判定する判定手 段、 を含み、

前記符号化手段は、

前記判定手段の判定結果として、 前記符号化データの符号量が前記所望の符 号量より大きい場合に入力画像を再度符号化する請求の範囲第 1項記載の符 号量制御装置。

5 . 請求の範囲第 1項記載の符号量制御装置を有する移動通信端末装置。

6 . 画質を制御するためのパラメータを用いて入力画像を符号化するステツ プと、

符号化して得られる符号化データの符号量と前記パラメータとに関する関 数に基づいて所望の符号量に対応する修正パラメータを算出するステップと、 前記修正パラメータを用いて入力画像を再度符号化するステツプと、 を有する符号量制御方法。

7 . コンピュータによって実行される符号量制御プログラムであって、 前記 コンピュータに、

画質を制御するためのパラメータを用レ、て入力画像を符号化するステップ と、

符号化して得られる符号化データの符号量と前記パラメータとに関する関 数に基づいて所望の符号量に対応する修正パラメータを算出するステップと、 前記修正パラメータを用いて入力画像を再度符号化するステップと、 を実行させる符号量制御プログラム。