JP2514115B2 - 画像信号符号化装置 - Google Patents

画像信号符号化装置

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JP2514115B2 JP3044236A JP4423691A JP2514115B2 JP 2514115 B2 JP2514115 B2 JP 2514115B2 JP 3044236 A JP3044236 A JP 3044236A JP 4423691 A JP4423691 A JP 4423691A JP 2514115 B2 JP2514115 B2 JP 2514115B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、デイジタル処理により
画像信号を符号化する装置に関わり、特にフレームスキ
ップ数や発生情報量に応じて適応的に量子化ステップサ
イズを制御する画像信号符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】画像信号を符号化し伝送する装置では、
対象画像の動きの激しさによって発生する符号量が大き
く変化する。一方、伝送路の容量は一定であるために、
変動する発生情報を平滑するためのバッファメモリが使
用される。又発生する情報量に応じて適応的に量子化ス
テップサイズを制御して空間解像度を制御する方式が知
られている。例えば特開昭６３ー３５８６号には、バッ
ファメモリの蓄積量から制御回路により量子化のスレッ
ショールドを制御する装置が開示されている。また特開
平１ー１４１４８３号には、動きベクトルから比較回路
により量子化回路（係数符号化回路）を制御する装置が
開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術で
は、送信バッファメモリ蓄積量や動きベクトル情報から
直接的に量子化ステップサイズを制御しており、バッフ
ァ使用量あるいは通信情報量の変化に応じた精密な量子
化ステップサイズの制御を行っていないため、画質向上
が不十分であるという問題があった。
【０００４】本発明の目的は、可変フレームレート動作
も可能な画像信号符号化装置において、バッファ使用量
の変化を予測した量子化ステップサイズの制御を行うこ
とができ、また量子化ステップサイズの更新判断基準量
を外部から指定できるようにすることにより、利用者の
要求に応じて品質の高い画像伝送を行える画像信号符号
化装置を提供するにある。
【０００５】本発明は、直交変換後のフレームデータ
を、量子化ステップサイズに従って量子化し、この電子
化のデータを可変長符号化する画像信号符号化装置にお
いて、少なくとも符号化タイミング制御部とフレームレ
イト制御部と送信バッファメモリとステップサイズ制御
部とを具備し、ステップサイズ制御部は、上記符号化タ
イミング制御部からの符号化ブロック同期信号（ＭＢ
Ｓ）と、上記フレームレイト制御部からのトータルフレ
ームスキップ数信号（ＳT）と、上記送信バッファメモ
リからのバッファ蓄積量（Ｂ）と、外部情報であるバッ
ファ規定値設定信号（ＢL）伝送レイト設定信号
（Ｐ）、最小スキップフレーム設定信号（Ｓmin）とを
入力として、量子化ステップサイズを決定し、この量子
化ステップサイズで量子化を行わせるようにした画像信
号符号化装置を開示する。
【０００６】
【作用】フレームレートが可変な符号化装置では、フレ
ームスキップ数が大きいほど、また伝送速度が大きいほ
ど、使用可能バッファ量は増大する。従ってフレームス
キップ数と伝送速度から使用可能なバッファ量の余裕を
予測し、これが大きいほど量子化ステップが小さくなる
ように制御すれば、送信バッファがオーバーフローしな
い範囲で可能な小さいステップサイズによる量子化が行
われ、良質の画像伝送が行える。又、決定されたステッ
プサイズと前回の決定値の差が規定値よりも小さいとき
はステップサイズを更新しないことにより、更新情報を
低減できる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は本発明の一実施例を示すもので、伝送情報量
の制限された通信システムに用いられる。本実施例の画
像信号符号化装置は直交変換を使用したフレーム間符号
化と、動きベクトルによる動き補償を採用している。テ
レビ信号１はＡ／Ｄ変換部１００でデイジタル画像信号
に変換され、フレームメモリ１１０に記憶される。後述
のように局所復号化された前フレームの再生画像信号は
可変遅延フレームメモリ２１０に蓄えられており、この
画像信号はループフイルタ２００を通して減算器１２０
に入力され、現フレーム画像との差分が演算され、その
差分信号が直交変換部１３０に入力される。直交変換の
方法は今日では離散コサイン変換（Discrete Cosine Tr
ansform）が一般的であり、１つのフレームの画面をい
くつかのブロックに分割し、各ブロック（例えば８×８
画素）毎の画像データに対するコサイン変換が施され
る。直交変換された変換信号は量子化部１４０において
線形もしくは非線形の離散レベルに量子化され、可変長
符号化部１５０により発生頻度に応じた可変長符号に符
号化されてフレーム組立部１６０に入力される。フレー
ム組立部１６０では、符号化された画像データ情報と付
帯情報（動きベクトル３、符号化モード４）から送信用
のフレームが組み立てられ、これは送信バッファメモリ
１７０に蓄えられ、送信データ２として通信回線により
伝送される。
【０００８】本装置は局所復号化のループを構成してい
る。即ち量子化部１４０の出力は逆量子化部２４０、逆
直交変換部２３０により再生画像信号となり、前フレー
ムのデータと加算器２２０で加算されて可変遅延フレー
ムメモリ２１０に記憶される。動き補償のために必要な
動きベクトル検出部３００は、現フレーム入力と前フレ
ーム入力との間でパターンマッチング処理により動きを
検出し、その結果は動きベクトル判定・符号化モード判
定部３１０に入力され、付帯情報としての動きベクトル
３および符号化モード４が生成される。符号化タイミン
グ制御部５００は、符号化モード４と符号化フレーム起
動信号（ＦＳＥＮ）５を入力として、フレームメモリ制
御信号６、動きベクトル検出制御信号７、可変遅延メモ
リ制御信号８、符号化フレーム開始信号（ＦＳＳ）９及
び符号化ブロック同期信号（ＭＢＳ）１０を発生し出力
する。フレームレート制御部７００は、符号化タイミン
グ制御部５００を制御して装置全体の画像処理フレーム
レートを制御するものである。フレームレート制御部７
００には、外部設定信号として最小及び最大フレームス
キップ数設定値ＳｍｉｎおよびＳｍａｘ、バッファ規定
値ＢL及びフレームクロック信号（ＦＳＴ）１８が入力
され、更に動き情報３、バッファ蓄積量Ｂ、符号化フレ
ーム開始信号９、符号化ブロック同期信号１０及びステ
ップサイズＱｓが内部信号として入力される。これらの
入力を基に符号化フレーム起動信号５を所定の方法で発
生させ、装置全体が処理する画像フレームを選択し制御
する。
【０００９】以上の各部動作は従来装置と同様である
が、ステップサイズ制御部６００は、量子化部１４０で
の離散的レベルの幅（ステップサイズと呼ばれる）を決
定するもので、本発明の特徴とする部分である。ここで
は、符号化ブロック同期信号１０、トータルフレームス
キップ数ＳT、バッファ蓄積量Ｂ，及び外部設定信号で
ある伝送速度設定値Ｐ、最小フレームスキップ数設定値
Ｓｍｉｎ，及びバッファ規定値ＢLを入力として、ステ
ップサイズＱｓを出力する。
【００１０】図２は本発明の特徴とするステップサイズ
制御部６００の具体的な構成例を示したものである。い
ま画面を分割して１ブロックを８×８画素とし、画像の
輝度信号については近隣する４個のブロック、色差信号
については空間的に輝度領域と対応する２個のブロック
の合計６個のブロックをマクロブロック（ＭＢ）と呼ぶ
ことにする。更に、符号化処理はこの１マクロブロック
を単位として行われ、１フレームは３９６マクロブロッ
クから成っているものとする。この時送信がＳフレーム
スキップして１フレームを送るという状態にあるとする
と、１秒間に送られるフレーム数は３０／（１＋Ｓ）
で、この３９６倍のマクロブロックが１秒間に符号化さ
れる。そこで１マクロブロックを符号化したときのビッ
ト数をＭとすると１秒間に符号化されて出力されるビッ
ト数は
【００１１】 ３０×３９６Ｍ／（１＋Ｓ）ビット （１） である。一方、伝送速度の設定値Ｐと言うのは６４Ｐ×
１０3ビット／秒の伝送速度を意味しているから、これ
が式（１）の値以上であればバッファ蓄積量Ｂを増加さ
せずに送信できる。言い替えれば１マクロブロック当り
の符号化ビット数Ｍが
【００１２】 Ｍ＝６４×１０3Ｐ（１＋Ｓ）／３０／３９６≒５Ｐ（１＋Ｓ） （２） の値以下であればバッファ蓄積量Ｂは増大しない。そこ
で式（２）の値を１マクロブロック当りの使用可能ビッ
ト数と呼ぶと、図２のＭS算出部６１０では、スキップ
数Ｓを最小フレームスキップ数設定値Ｓｍｉｎとしたと
きの式（２）の値を基準使用可能ビット数ＭSとして算
出する；
【００１３】 ＭS＝５Ｐ（１＋Ｓｍｉｎ） （３） またＭT算出部６２０では、スキップ数Ｓをそのときの
トータルフレームスキップ数ＳTとしたときの式（２）
の値を現在使用可能ビット数ＭTとして算出する；
【００１４】 ＭT＝５Ｐ（１＋ＳＴ） （４）
【００１５】次に減算手段６３０でＭD＝ＭT−ＭS（＞
０）を求めるとこれは１マクロブロック当りの、基準使
用可能ビット数からの余裕のビット数を示している。一
方、符号化ブロック同期信号（ＭＢＳ）１０をＭＢＳ計
数部６４０にてカウントしてマクロブロック数ＭNを求
め、上記の余裕ビット数ＭDとバッファ蓄積量Ｂとから
補正蓄積バッファ量ＲBをＲB算出部６５０により次式に
したがって計算する；
【００１６】 ＲB＝Ｂ−ＭN×ＭD （５） この補正蓄積バッファ量は、画像フレームスキップによ
り実質的に使用できるバッファ量の目安を与えている。
この値をＲB-IDX算出部６６０においてバッファ規定値
ＢLで基準化した補正バッファ量インデックスＲB-IDX；
【００１７】 ＲB-IDX＝２５６ＲB／ＢL （６） とすると、この値は小さいほど符号化を細かく行って出
力できるビット数が多いことを示している。ここで式
（６）の係数２５６は、フレーム毎の基準情報総量であ
る。
【００１８】次のＱS算出部６７０では、表１に示した
ＲB-IDXとステップサイズＱSとの対応表を用いてＱS0を
求め、ＱS更新信号６７に同期してＱSレジスタ６８０に
セットし、ＱS＝ＱS0を出力する。表１では、補正バッ
ファ量インデックスＲB-IDXが小さいほど小さいステッ
プサイズＱSを与えており、フレームスキップ数ＳTが大
きくなって使用可能ビット数の余裕ＭDが大きくなるほ
ど（ＲBーIDXが小さくなるほど）細かい量子化を行える
ようにしている。従って、図４のバッファ蓄積量Ｂに示
すように、従来装置ではフレームスキップ発生前はバッ
ファ蓄積量はほぼ一定で、それに対応して比較的大きな
量子化ステップサイズが設定されているが、本実施例で
は上記のようにフレームスキップによるバッファの余裕
に応じた制御を行うので、画質のよい画像の伝送が可能
となる。
【００１９】図３は図２の構成例の変形を示すもので、
ＱS算出部６７０の出力ＱS0を外部へ出す方法が図２の
場合と異なっており、他は全く同じである。本構成例で
は、外部指定信号として規定ステップサイズ設定値ＱEN
を入力し、この設定値をスレシュホールドとしてＱS更
新判定部６９０では次式にしたがい更新判断を実行す
る。
【００２０】
【表１】
【００２１】｜ＱS−ＱS0｜＞ＱEN 即ち、新規に算出されたステップサイズＱS0が現状値Ｑ
Sと比べて差が大きく、設定値ＱENを越えている場合に
のみＱSを更新する。本構成例によれば、ステップサイ
ズＱS0のわずかな値の修正は行われず、更新情報を少な
く出来る利点がある。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、画像フレームのスキッ
プを行う場合においても、バッファ蓄積量の増減を予測
した補正バッファ蓄積量を導入することにより、より精
密な量子化ステップサイズの制御を行うことができ、従
って高品質の画像を伝送できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像信号符号化装置の一実施例を示す
ブロック図である。
【図２】ステップサイズ制御部の具体的構成例を示すブ
ロック図である。
【図３】ステップサイズ制御部の別の具体的構成例を示
すブロック図である。
【図４】本発明の装置と従来装置のバッファ使用状態を
示す図である。
【符号の説明】
１４０ 量子化部 １７０ 送信バッファメモリ ５００ 符号化タイミング制御部 ６００ ステップサイズ制御部 ６１０ ＭS算出部 ６２０ ＭT算出部 ６３０ 減算手段 ６４０ ＭＢＳ計数部 ６５０ ＲB算出部 ６６０ ＲB-IDX算出部 ６７０ ＱS算出部 ６８０ ＱSレジスタ ６９０ ＱS更新判定部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 優徳 東京都港区南青山７丁目１番５号 株式 会社グラフィックス・コミュニケーショ ン・テク ノロジーズ内 (72)発明者 柿井 栄治 東京都港区南青山７丁目１番５号 株式 会社グラフィックス・コミュニケーショ ン・テク ノロジーズ内

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直交変換後のフレームデータを、量子化
    ステップサイズに従って量子化し、この電子化のデータ
    を可変長符号化する画像信号符号化装置において、少な
    くとも符号化タイミング制御部とフレームレイト制御部
    と送信バッファメモリとステップサイズ制御部とを具備
    し、ステップサイズ制御部は、上記符号化タイミング制
    御部からの符号化ブロック同期信号（ＭＢＳ）と、上記
    フレームレイト制御部からのトータルフレームスキップ
    数信号（ＳT）と、上記送信バッファメモリからのバッ
    ファ蓄積量（Ｂ）と、外部情報であるバッファ規定値設
    定信号（ＢL）伝送レイト設定信号（Ｐ）、最小スキッ
    プフレーム設定信号（Ｓmin）とを入力として、量子化
    ステップサイズを決定し、この量子化ステップサイズで
    量子化を行わせるようにした画像信号符号化装置。
  2. 【請求項２】 請求項１の画像信号符号化装置におい
    て、上記ステップサイズ制御部は、上記伝送レイト設定
    信号（Ｐ）と上記最小スキップフレーム設定信号（Ｓ
    min）から基準ビットレイト（Ｍs）を、 Ｍs＝５×Ｐ×（１＋Ｓmin） で決定し、上記伝送レイト設定信号（Ｐ）と上記トータ
    ルフレームスキップ数信号（ＳT）から現ビット数
    （ＭT）を、 ＭT＝５×Ｐ×（１＋ＳT） で決定し、上記Ｍsとの差Ｍdを、 Ｍd＝ＭT−ＭS で決定し、上記符号化ブロック同期信号から符号化ブロ
    ック数（ＭN）を決定し、上記バッファ蓄積量（Ｂ）と
    上記Ｍd及びＭNから補正バッファ蓄積量（ＲB）を、 ＲB＝Ｂ−ＭN×Ｍd で決定し、更に上記バッファ規定値設定信号（ＢＬ）と
    上記ＲBから補正バッファ蓄積量インデックス
    （ＲB-IDX）を、 ＲB-IDX＝（ＲB／ＢL）×２５６ で決定し、ステップサイズテーブルから量子化ステップ
    サイズを決定し更新することを特徴とする画像信号符号
    化装置。
  3. 【請求項３】 外部情報である規定ステップサイズ設定
    信号（ＱEN）を入力して、上記ステップサイズ制御部に
    おいて量子化ステップサイズを決定し更新するに、決定
    したステップサイズ（Ｑ′s）と現状のステップサイズ
    （Ｑs）から、 ｜Ｑ′s−Ｑs｜＞ＱEN ならばステップサイズを更新することを特徴とする請求
    項２記載の画像信号符号化装置。
JP3044236A 1991-02-15 1991-02-15 画像信号符号化装置 Expired - Lifetime JP2514115B2 (ja)

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JP3044236A JP2514115B2 (ja) 1991-02-15 1991-02-15 画像信号符号化装置
US07/752,072 US5241401A (en) 1991-02-15 1991-08-29 Image signal encoding apparatus and method for controlling quantization step size in accordance with frame skip numbers
GB9118760A GB2252883B (en) 1991-02-15 1991-09-02 Image signal encoding apparatus
FR9111499A FR2673014B1 (fr) 1991-02-15 1991-09-18 Dispositif de codage de signal d'image.
DE4135181A DE4135181C2 (de) 1991-02-15 1991-10-24 Bildsignal-Kodiergerät

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