JP2870626B2 - 画像圧縮装置 - Google Patents

画像圧縮装置

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JP2870626B2 JP12598693A JP12598693A JP2870626B2 JP 2870626 B2 JP2870626 B2 JP 2870626B2 JP 12598693 A JP12598693 A JP 12598693A JP 12598693 A JP12598693 A JP 12598693A JP 2870626 B2 JP2870626 B2 JP 2870626B2
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00Image coding
    • G06T9/004Predictors, e.g. intraframe, interframe coding

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  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は画像処理技術における画
像圧縮装置に関する。
【0002】
【従来の技術】動画像データの符号化方式はCCITT
(国際電信電話諮問委員会)のH.261(テレビ会議
/電話用)とISO(国際標準化機関)のMPEG(蓄
積媒体動画用)によって国際標準となっており、画像圧
縮装置の全体構造を表す機能ブロックは、いずれも図2
に示すように予測符号化として動き検出器10、直交変
換として2次元離散余弦変換(Discrete Co
sine Transform.以下DCTと称する)
演算器11、量子化器12、及び、可変長符号化として
ハフマン符号化器14によって構成されている。
【0003】動き検出は、一般に図6に示すようなブロ
ック単位のパターンマッチング法が用いられる。ブロッ
ク単位のパターンマッチング法では画像をN×N画素か
らなるブロック74に分割し、次のようにブロック単位
のマッチング処理を行い動きベクトルを求める。
【0004】すなわち、現フレーム72の画素値CX,Y
と前フレーム71の画素値RX,Y が与えられたとき、動
きベクトル73の候補(p,q)に対して式(1)によ
り予測誤差D(p,q)を計算し、動きベクトル探索空
間内でD(p,q)を最小とする(p,q)を動きベク
トル73とする。この計算は、ブロック単位ごとに行わ
れる。
【0005】動き検出:式(1)
【0006】
【数1】
【0007】動きベクトル探索空間内から予測誤差を最
小とする動きベクトル73を選び出す操作については、
一般に幾つかの手法として全探索法と段階探索法などが
知られている。
【0008】また、従来技術において動き検出演算を高
速に行うために閾値などを用いた場合、動きの激しい
(大きい)時は演算時間が長く、動きの鈍い(小さい)
時は演算時間が短くなる特性がある。
【0009】DCTの変換式は、コサイン(cosin
e)関数を係数とする単純な積和演算となる。例えば2
次元DCTの場合は、次式で与えられる。
【0010】2次元DCT:式(2)
【0011】
【数2】
【0012】ただし、
【0013】
【数3】
【0014】画像圧縮の場合、 f(i,j)は原画像または復元された画像の画素値 F(k,l)は圧縮された画像の画素値 に相当する。
【0015】一般に2次元DCTは2回の1次元DCT
に分解できるため、まず行(水平)方向の1次元8次D
CTを実行し、次いでこの変換結果に対して列(垂直)
方向の1次元8次DCTを実行する。
【0016】式(2)の2次元DCTは、次の式のよう
に分解できる。
【0017】行(水平)1次元DCT:式(3)
【0018】
【数4】
【0019】列(垂直)1次元DCT:式(4)
【0020】
【数5】
【0021】ここで、FR(i,l)(i,l=0,…
…,7)は行変換の出力値を表す。
【0022】1次元DCTの演算方法については、演算
式そのままのアルゴリズム(以下、通常アルゴリズムと
称する)を用いる手法と高速アルゴリズムを用いる手法
が知られている。
【0023】高速アルゴリズムについては、いくつか知
られているが、その中でもLee方式と言われるもの
が、いくつかのDCT専用LSIに採用されている。
(参考文献:Lee B.G,”A New Algo
rithm to Compute the Disc
rete Cosine Transform,”IE
EE Transactions on Acoust
ics,Speech,and Signal Pro
cessing,ASSP−32,No.6,pp12
43−1245,Dec.1984.)次にLeeアル
ゴリズムについて説明する。
【0024】ここでは簡単のため逆DCT(IDCT)
演算式を用いる。
【0025】8×8ブロックの2次元IDCTは、次式
で与えられる。
【0026】式(5)
【0027】
【数6】
【0028】ここで f(i,j)(i=0,…,7;j=0,…,7)はイ
メージ画素の値、 F(x,y)(x=0,…,7;y=0,…,7)はD
CT係数、
【0029】
【数7】
【0030】である。
【0031】(4)式を2回の1次元IDCTで実現す
る場合は次式で与えられる。
【0032】(垂直方向) 式(6)
【0033】
【数8】
【0034】(水平方向) 式(7)
【0035】
【数9】
【0036】ここで式(6)あるいは式(7)に関して
式(8)
【0037】
【数10】
【0038】とする。
【0039】以下、式(8)についてコサイン関数の対
称性を利用して式の変形を行う。
【0040】
【数11】
【0041】とおくとf(K)は次のように表わせる。
【0042】式(9)
【0043】
【数12】
【0044】式(10)
【0045】
【数13】
【0046】以上より、N次IDCTは2つのN/2次
IDCTに変形でき、8次IDCTは2つの4次IDC
Tに変形できる。
【0047】
【発明が解決しようとする課題】ところで、たとえば
H.261に準じて動画像データの符号化を行う場合、
1秒間に30画面のデータを送らなければならない。
【0048】ここで1画面当たりの画素数は、輝度Yが
352×288、色要素CR ,CBが176×144で
ある。
【0049】この処理をリアルタイムで行おうとする場
合、図7に示すように動き検出とDCTは一定時間内で
行わなければならない。
【0050】しかし従来の画像圧縮装置では、閾値など
を用いて動き検出の演算を少なくして処理時間や消費電
力を減少させる工夫を行った場合でも、DCTは同じ演
算方法を用いていたので空き時間が発生していた。
【0051】本発明は、従来技術で発生していた動き検
出とDCTの演算の空き時間を有効に活用し、また、人
間の視覚に対して画質の良いデータを生成する画像圧縮
装置を提供することを目的とする。
【0052】
【課題を解決するための手段】本発明の画像圧縮装置
は、予測符号化手段、異なった複数種類のアルゴリズム
にて直交変換処理を行う直交変換手段、量子化手段、可
変長符号化手段を備える画像圧縮装置であって、予測符
号化手段の処理時間を閾値と比較し、制御信号を出力す
る比較手段と、前記制御信号の値により前記直交変換手
段のアルゴリズムを選択する手段とを具備することを特
徴とする。
【0053】
【作用】予測符号化手段は予測符号化を行い、同時に処
理時間を測定する。比較手段は予測符号化手段の処理時
間を閾値と比較し、制御信号を出力する。直交変換手段
は制御信号の値によりアルゴリズムを選択し、直交変換
処理を行う。更に、量子化手段により量子化を行い、可
変長符号化手段により可変長符号化を行う。
【0054】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
【0055】本発明の画像圧縮装置は、図2に示したも
のと同様な構成を有し、即ち、予測符号化を行う手段で
ある動き検出器10、直交変換を行う手段であるDCT
演算器11、量子化器12、可変長符号化を行う手段で
あるハフマン符号化器13を具備する。
【0056】図1に示す本実施例によるDCT演算器は
1次元DCT演算アルゴリズムの選択手段である比較回
路110、比較回路110に接続された第1演算手段で
ある1次元DCT演算器111、1次元DCT演算器に
接続された記憶手段である中間結果用メモリ(ランダム
・アクセス・メモリ(RAM))112、比較回路11
0およびRAM112に接続された第2演算手段である
1次元DCT演算器113から構成されている。
【0057】また、図3に示す上記1次元DCT演算器
111(1次元DCT演算器113も同様)は、接続さ
れた比較回路110の出力1101によって入力データ
の出力先を選択するデマルチプレクサ1111、1次元
DCT演算式をそのまま実現した通常アルゴリズムを用
いた1次元DCT演算器1112、例えばLee方式な
どの高速アルゴリズムを用いた1次元DCT演算器11
13、接続された比較回路110の出力1101によっ
て1112,1113の演算結果を出力するセレクタ1
114から構成されている。
【0058】通常アルゴリズムを用いた1次元DCT演
算器1112の機能は、前述した式(3)、(4)で表
現される。これらの式をデータフロー図で表現したの
が、図4である。図において、水平方向演算を考える
と、f(i)は行を表す。i=0の時は入力された8×
8のイメージ画素の0行目の各列に対して演算を行う。
図において、(0)では0行0列目に対してコサイン係
数C0を用いて式(3)あるいは式(4)の積和演算を
おこないDCT係数F(0)を求めている。(1)〜
(7)についても同様である。
【0059】高速アルゴリズムを用いた1次元DCT演
算器1113の機能は、前述した式(9)、(10)か
ら導かれる。これらの式をデータフロー図で表現したの
が、図8である。図は、IDCTを実現する回路になっ
ている。DCTを実現する回路を表す場合は入出力を逆
にして考え、図9で表現される。図9から、2次のDC
T、4次のDCT、8次のDCTが導かれる。2次のD
CT、4次のDCT、8次のDCTをそれぞれ、図1
0、図11、図12に示す。図12において、4次のD
CTを展開し、さらに2次のDCTを展開することによ
り、最終的な8次のDCTが得られ、図5に示す通りと
なる。
【0060】次に、上記各構成部分の動作を図1及び図
3を参照して説明する。
【0061】比較回路110は、DCT演算器に接続さ
れた動き検出器の総演算時間T(CPUタイム)と閾値
a,b(a<b)の比較を行う。
【0062】(0<)T<aのときは(制御信号110
1,制御信号1102)=(“1”,“1”)、a≦T
<bのときは(“0”,“1”)、b≦Tのときは
(“0”,“0”)とする。
【0063】入力データf(i,j)は1次元DCT演
算器111に入力される。
【0064】その後、入力データf(i,j)は、1次
元DCT演算器111内部のデマルチプレクサ1111
に入力される。
【0065】デマルチプレクサ1111は、制御信号1
101によって入力データ1110の出力先を選択す
る。
【0066】入力データ1110は、制御信号1101
が“1”のとき通常アルゴリズム使用1次元DCT演算
器1112に、“0”のときは高速アルゴリズム使用1
次元DCT演算器1113に入力される。
【0067】通常アルゴリズム使用1次元DCT演算器
1112と高速アルゴリズム使用1次元DCT演算器1
113は、入力データ1110について演算を行う。
【0068】セレクタ1114は、制御信号1101
が、“1”のとき通常アルゴリズム使用1次元DCT演
算器1112の演算結果を、“0”のときは高速アルゴ
リズム使用1次元DCT演算器1113の演算結果を出
力する。
【0069】以上の動作により、1次元DCT演算器1
11で得た結果を2次元DCTの中間結果として中間結
果用RAM112に格納する。
【0070】次に、中間結果用RAMに格納してあるデ
ータは入力データFR として1次元DCT演算器113
に入力される。
【0071】1次元DCT演算器113の動作は、上述
した1次元DCT演算器111の動作と同様であり、そ
のときの演算結果が出力データF(u,v)となる。
【0072】本実施例による画像圧縮装置では、動き検
出器の処理時間によってDCTの演算方法を変化させる
ので、従来技術で発生していた空き時間を有効に活用す
る作用をもつ。
【0073】また、人間の視覚は動きの激しい画像に対
しては動きに気がとられ、画質にあまり神経が行き届か
ず、逆に動きの鈍い画像に対しては動きに気がとられな
い分、画質に神経が行き届くといった特性がある。この
ことより、動き検出とDCTは一定時間内で処理を行う
ことから、動きの激しい画像の場合はDCTの精度はあ
まりとわなくてもよいので、動き検出の演算時間が長い
分DCTは演算速度の速い高速アルゴリズムを用い、動
きの鈍い画像の場合はDCTの演算速度は遅くてもよい
ので、動き検出の演算時間が短い分DCTは精度のよい
通常アルゴリズムを用いる。この結果、人間の視覚に対
して画質のよいデータを得る作用をもつ。
【0074】
【発明の効果】以上説明したように本発明の画像圧縮装
置は、予測符号化手段の処理時間を閾値と比較し、制御
信号を出力する比較手段と、前記制御信号の値により前
記直交変換手段のアルゴリズムを選択する手段とを具備
するので、従来技術で発生していた動き検出とDCTの
演算のロスタイムを有効に活用し、人間の視覚に対して
も画質のよいデータを生成する画像圧縮装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2に示すDCT演算器の一実施例よる回路ブ
ロック図である。
【図2】画像圧縮装置の従来例の構成を示す構成図であ
る。
【図3】図1の1次元DCT演算器の一実施例を示すブ
ロック図である。
【図4】図3の通常用アルゴリズム使用1次元DCT演
算器の一実施例を示すデータフロー図である。
【図5】図3の高速アルゴリズム使用1次元DCT演算
器の一実施例を示すデータフロー図である。
【図6】動き検出のブロックマッチング法を示す概念図
である。
【図7】動き検出とDCTの演算タイムチャートであ
る。
【図8】式(9)、(10)を表すデータフロー図であ
る。
【図9】図8から導かれたDCTのデータフロー図であ
る。
【図10】2次のDCTのデータフロー図である。
【図11】4次のDCTのデータフロー図である。
【図12】8次のDCTのデータフロー図である。
【符号の説明】
11 DCT演算器 110 比較回路 111、113 1次元DCT演算器 112 中間結果メモリ 1101、1102 制御信号

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予測誤差を符号化する予測符号化手段、
    異なった複数種類のアルゴリズムにて直交変換処理を行
    う直交変換手段、前記直交変換手段の出力を量子化する
    量子化手段、及び、前記量子化手段の出力を可変符号化
    する可変長符号化手段を備える画像圧縮装置であって、
    前記予測符号化手段の処理時間を閾値と比較し、制御信
    号を出力する比較手段と、前記制御信号の値により前記
    直交変換手段のアルゴリズムを選択する手段とを具備す
    ることを特徴とする画像圧縮装置。
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