JP2910416B2 - 直交変換符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像信号を高能率符号
化する場合に、圧縮率を効果的に高めるために用いられ
る直交変換符号化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】映像信号を録画再生する録画再生装置
（ＶＴＲやビデオディスクプレーヤーなど）を構成する
のに、長時間録画のために映像信号のデータ量を削減す
る帯域圧縮技術（または高能率符号化技術）が用いられ
ている。この帯域圧縮技術のひとつに直交変換符号化が
ある。直交変換符号化は、映像信号をブロック化して、
そのブロック単位の周波数分解を行なって、高域成分ほ
ど伝送する（記録する）データ量を少なくしていく手法
であって、高域成分ほど劣化を検知しにくいという視覚
特性を利用するものである。

【０００３】以上のような直交変換符号化を行なう従来
の直交変換符号化装置のブロック図を図４に示し、その
動作を説明する。

【０００４】図４において、１は映像信号をブロック化
したブロック化信号を入力する入力端子、２は前記ブロ
ック化信号を直交変換する直交変換器、３は直交変換器
２より得る直交変換係数を符号化するために、変換係数
の並びを並べ替える並べ替え器、４は並べ替え器３出力
の直交変換係数を符号化する符号化器、５は直交変換符
号化装置の出力端子であって符号化データを出力する。
また、符号化器４は、前記直交変換係数をあるステップ
幅で量子化する量子化器４１と、所望のデータ量におさ
めるのに適するステップ幅を持つ量子化器を選択する量
子化選択器４２と、量子化器４１出力の量子化データを
符号化する符号化器４３とで構成される。

【０００５】符号化器４３は、符号化した符号語の発生
頻度に対して発生頻度の高い符号語ほど短い（データ量
の少ない）符号語を割り当てる可変長符号化を用いる。
よって量子化選択器４２は、前記可変長符号化を施され
た結果のデータ量を計算することにより最適なステップ
幅をもつ量子化器４１を選択する。

【０００６】図５は、並べ替え器３の動作を説明するた
めの直交変換器２出力である（Ａ）と並べ替え器３出力
である（Ｂ）で、１ブロック単位の変換係数の並びを示
している。図５の係数並びは、本従来例の直交変換符号
化装置が水平方向および垂直方向の２次元直交変換の手
法を取り入れて、そのブロックは水平４画素、垂直４画
素のブロックサイズを持っているものである。よって図
５（Ａ）では水平方向４係数、垂直方向４係数の１６係
数で１ブロックを構成する。図５（Ａ）のブロックにお
いて、各係数が表わす周波数成分は左方ほど水平方向の
低域に対応し、上方ほど垂直方向の低域に対応するもの
とする。２次元直交変換を行なう直交変換器２の構成
は、水平方向と垂直方向のいずれか一方向の直交変換を
施した後にもう一方向の直交変換を行なうので、図５
（Ａ）のような係数並びになっている。

【０００７】しかし、２次元直交変換に対する符号化の
ためには、図５（Ｂ）の係数並びに示すようなジグザグ
スキャンと言われる２次元周波数的に低域（水平・垂直
ともに低域で図の左上方）から高域（図の右下方）に並
びが適する。つまり直流成分を含めて低域成分ほど視覚
に対する影響が大きいためで、低域ほどより重要な成分
とするものである。そのため、符号化器４では、まず最
も粗いステップ幅で量子化した状態からはじめてデータ
量が所望のデータ量になるまで係数並びの最初の方から
順にステップ幅を細かくしていけばよい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では以下のような課題を有している。符号化に
よるデータ量でみれば、データ量の大きいブロックには
大振幅の周波数成分を含んだブロック、データ量の小さ
いブロックには小振幅の周波数成分しか含まないブロッ
クがある。これら２種類のブロックについて、データ量
削減のために同様のステップ幅を割り当てられた場合、
後者の小振幅の周波数成分しか含まないブロックの係数
は大半が削除（係数を０に割当て）される。これは、平
坦な画面のブロックではあるけれども重要な情報が失わ
れてブロックノイズが発生する（例えば背景の草木や空
に顕著）。それに比べ、前者の大振幅の周波数成分を含
むブロックは、その周波数成分の振幅のためステップ幅
により削除されることはなく、よって量子化誤差による
影響は視覚的に後者のブロックより小さい。

【０００９】しかしながら、前記従来の直交変換符号化
装置の符号化器４内で行なう最適量子化が、前記ブロッ
ク単位毎に行なうので、ブロック間の量子化器の選択制
御（データ量制御）が困難で、上記小振幅の周波数成分
しか含まないようなブロックも前記大振幅の周波数成分
を含むブロックと同じように量子化選択操作が行われ、
背景のような平坦な部分の画質を劣化させていた。

【００１０】又、直流成分が大振幅で交流成分が小振幅
のブロック（例えば、輝度レベルの高い白い背景等）は
視覚的に劣化しても検知しにくいが、交流成分のみに着
目しているためにステップ幅を細かくして量子化を行な
ってしまう。つまり、視覚的冗長度を含んだまま量子化
及び符号化を行ってしまう。よって従来の方法では効率
のよい圧縮が行なえない。

【００１１】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ブ
ロック間に渡るデータ量制御を容易にならしめ、かつ圧
縮効率を高め、かつ回路規模の増加が非常に少ない直交
変換符号化装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、ブロック化さ
れた信号を直交変換する直交変換手段と、直交変換手段
により直交変換された変換係数を、ブロック毎に符号化
するための係数並びに並び替える並び替え手段と、変換
係数を複数の閾値に応じて所定のクラスに分けるクラス
分け手段と、クラス分け手段によって得られたクラスの
うち変換係数の最大値を有するとみなすクラスをブロッ
ク毎に検出する最大値クラス検出手段と、クラス分け手
段の複数の閾値を変換係数の直流成分と交流成分で異な
るように構成したことを特徴とする直交変換符号化装置
である。

【００１３】

【作用】この構成により、各ブロック内に含まれる周波
数成分のうちの最大振幅に相当する変換係数のクラス分
けした結果を得るので、後段の符号化時にブロック毎の
周波数成分の振幅が容易に分かり、小振幅でも重要な周
波数成分を削除することなくデータ量制御できる。又、
直流成分も含めてクラス分けをすることにより視覚的な
冗長度を効果的に除去する事が出来るので効率のよい圧
縮が行える。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を用
いて説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施例における直交変
換符号化装置のブロック図、図２・図３は変換係数とク
ラスの特性図である。

【００１６】図１において、１は入力端子で従来例図５
と同様に１ブロックあたり水平４画素、垂直４画素のブ
ロックサイズを持つ。２は４×４画素の入力ブロックを
水平・垂直の２次元直交変換する直交変換器で、３は直
交変換器２の出力である変換係数の並びを、符号化器４
において２次元周波数的に量子化及び符号化を行なうた
めに２次元周波数における低域から高域へ並ぶように並
び替える並び替え器である。５は符号化器４によって符
号化された直交変換係数を出力する出力端子である。新
たにクラス検出器６１と比較器６２とを有するクラス分
け器６０と最大値クラス検出器７０を設けている。

【００１７】図２・図３において、図２は交流成分（Ａ
Ｃ）による最大値クラス検出、図３は直流成分（ＤＣ）
による最大値クラス検出の経過を示している。又、横軸
は変換係数の順番を示しており、従来例図５（Ａ）の変
換係数の順番に相当している。又、左の縦軸は直流成分
（ＤＣ）、交流成分（ＡＣ）の振幅の大きさで前記変換
係数の絶対値である。右の縦軸で交流成分はＰ１，Ｐ
２，Ｐ３の３種類の閾値と４種類のクラスである。４種
類のクラスは、変換係数の絶対値の小さい方から０，
１，２，３としている。又、直流成分はＰ４の１種類の
閾値と２種類のクラス０，３である。図２を用いて説明
を行なうと、クラス分け器６０は従来例図５（Ａ）の直
交変換係数を入力として各直交変換係数の絶対値の大き
さに応じて、絶対値の小さい変換係数から０，１，２，
３のいずれかのクラスに分類する。クラス分け器６０内
では変換係数Ａをクラス検出器６１、比較器６２に入力
する。比較器６２で直流成分の絶対値を、クラス検出器
６１で交流成分の絶対値とクラス検出を行なう。図２の
様に直流成分の絶対値が閾値Ｐ４以下であるため比較器
６２からはクラス検出器６１に‘ＬＯＷ’の信号を送り
出す。クラス検出器６１は比較器６２から‘ＬＯＷ’の
信号を受け取るとクラス０のデータを最大値クラス検出
器７０に送り出し、以降クラス検出器６１で変換係数Ａ
２番目以降の絶対値を閾値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を用いて検
出し各クラスに変換して最大値クラス検出器７０に送り
出す。その経過を図２のＣに示す。

【００１８】つぎに最大値クラス検出器７０は、クラス
分け器６０からのクラス図２のＣをもとに、最大クラス
候補と入力クラスと比較して最大クラス候補を更新して
いく。なお、初期値は直流成分のクラス値０か３であ
る。最大クラス候補が３の場合は図２のＤの４番目のよ
うに最大クラス候補検出を停止して１ブロック間そのク
ラスを保持する。その保持されたクラスは符号化器４内
の量子化選択器４２によりステップ幅の異なった量子化
器を選択するのに用いられる。又、図３の様に直流成分
の絶対値が閾値Ｐ４を越えると比較器６２からクラス検
出器６１に‘ＨＩ’の信号を送り出す。クラス検出器６
１は比較器６２から‘ＨＩ’の信号を受け取るとクラス
３のデータを最大値クラス検出器７０に送り出し、以降
前記と同様な処理を行う。

【００１９】本実施例によれば、クラス分け器６０、最
大値クラス検出器７０で得たブロック毎の変換係数の最
大値を有するクラスを基に、量子化選択器４２は大振幅
の周波数成分を含むブロックに比べて、小振幅の周波数
成分のみしか含まないブロックの変換係数を削除する割
合を低くして平坦部での画質劣化を防ぐことができる。
又、輝度レベルかせ高く交流成分の振幅が小さい白い背
景等はステップ幅を粗くするため効率の良い量子化が行
える。

【００２０】又、本実施例のように大きい変換係数に対
するクラスを大きな数に割り当てておけば、その割当の
数の最大値を求めるだけでよい。しかも、入力のクラス
の取り得る範囲は本実施例ではクラスは０〜３で２ビッ
ト分、直交変換係数の取り得る範囲は一般には８ビット
以上を必要としているので、最大値クラス候補の検出の
ための比較器及び最大値クラス候補自体を記憶しておく
レジスタも小さくて済み、非常に有効である。

【００２１】さらに、最大値クラスを保持した時点でク
ラス分け器の入力信号を所定のレベルに固定することに
より、消費電流も少なくなる。

【００２２】なお、本実施例では直流成分の絶対値の閾
値を１種類でクラスを２種類に設定したが当然のことな
がら閾値及びクラスを増加させて細かく量子化する事も
可能である。

【００２３】なお、本発明の実施例では、直交変換され
るブロック信号を４×４画素のブロックサイズとした
が、８×８画素や１６×１６画素のブロックサイズでも
よい。さらに水平・垂直の２次元直交変換ではなく、３
次元の直交変換の場合でもよい。このように、ブロック
サイズまた次元数が大きくなって、ブロックを構成する
変換係数の数が大きくなればなるほど、本実施例のよう
に変換係数の最大値に相当する最大値クラスの検出を前
記並び替え器３と並行して実行することは、前記最大値
クラス検出に新たに遅延器等を検出としないので更に効
果的である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各ブロック内に含まれる周波数成分のうちの最大振幅に
相当する変換係数の最大値をクラス分けした結果を得る
ので、後段の符号化時にブロック毎の周波数成分の振幅
が容易に分かり、小振幅でも重要な周波数成分を削除す
ることなくデータ量制御できるので、画質劣化がなくか
つ、効率の良い直交変換符号化が行えて非常に効果的で
ある。さらに、前記周波数成分のクラスを得るのに、前
記並べ替え器と並行で実行するので、前記クラス検出の
ために新たなメモリを必要としないので回路規模の点で
も有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における直交変換符号化装置の
ブロック図

【図２】同実施例を説明するための変換係数の絶対値の
特性図

【図３】同実施例を説明するための変換係数の絶対値の
特性図

【図４】従来の直交変換符号化装置のブロック図

【図５】従来例の動作を説明するためのブロックの変換
係数の並び図

【符号の説明】

２ 直交変換器 ３ 並べ換え器 ６０ クラス分け器 ６１ クラス検出器 ６２ 比較器 ７０ 最大値クラス検出器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブロック化された信号を直交変換する直交
   変換手段と、前記直交変換手段により直交変換された変
   換係数を、ブロック毎に符号化するための係数並びに並
   び替える並び替え手段と、前記変換係数を複数の閾値に
   応じて所定のクラスに分けるクラス分け手段と、前記ク
   ラス分け手段によって得られたクラスのうち変換係数の
   最大値を有するとみなすクラスをブロック毎に検出する
   最大値クラス検出手段と、前記クラス分け手段の複数の
   閾値を前記変換係数の直流成分と交流成分で異なるよう
   に構成したことを特徴とする直交変換符号化装置。