JP2915922B2 - 画像信号圧縮符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は画像信号圧縮符号化装置に関し、特に、圧縮
符号化された画像のデータ量を一定とする画像信号圧縮
符号化装置に関する。

背景技術 電子スチルカメラにより撮影された画像データのよう
なディジタル画像データをメモリに記憶する場合には、
データ量を減らしてメモリの記憶容量を少なくするた
め、各種の圧縮符号化が行われている。特に２次元直交
変換符号化は、大きな圧縮率で符号化を行うことがで
き、かつ符号化に伴う画像歪も抑圧できることから、広
く用いられている。

このような２次元直交変換符号化においては、画像デ
ータは所定の数のブロックに分割され、それぞれのブロ
ック内の画像データが２次元直交変換される。直交変換
された画像データ、すなわち変換係数は、所定の閾値と
比較され、閾値以下の部分の切り捨て（係数切り捨て）
が行われる。これにより閾値以下の変換係数は、その
後、０のデータとして処理される。次に係数切り捨てが
行われた変換係数は、所定の量子化ステップ値、すなわ
ち正規化係数により除算され、ステップ幅による量子
化、すなわち正規化が行われる。これにより、変換係数
の値、すなわち振幅のダイナミックレンジを抑圧するこ
とができる。

この閾値との比較と正規化の処理は、同時に行われる
ことが多い。すなわち、変換係数を所定の正規化係数に
て正規化して、その結果を整数化すると、正規化係数よ
り低い値をもつ変換係数は０となる。

正規化された変換係数はその後、ハフマン符号化さ
れ、メモリに記憶される。

このような２次元直交変換符号化において、上記の正
規化係数を一定の値として正規化を行い符号化した場合
には、画像データによって符号化されたデータ量が異な
り、メモリへの記録に不便であった。

そこで、各画像に高域周波数成分が含まれる程度、い
わゆるアクティビティを算出し、これに基づいて各画像
についての正規化係数を設定し、これにより正規化を行
うことが考えられる。このように正規化係数を設定する
ことによって各画像のデータ量を一定とすることができ
る。

ところで、このように１つの画像全体に割り当てる符
号化データのビット数を一定とした場合に、この画像を
構成する各ブロックのアクティビティが異なるため、ブ
ロックごとにそのアクティビティに応じて割り当てるビ
ット数を変化させることが望ましい。

このようにブロックごとに割り当てるビット数を変化
させる場合には、各ブロックごとに符号化されたデータ
を蓄積する出力バッファはブロックごとに割り当てられ
る可能性のある最大のビット数の容量、例えば5Kbit程
度の容量を必要とする。したがって大きな容量の出力バ
ッファを必要とし、装置が大型化する欠点があった。

目的 本発明はこのような従来技術の問題点を解消し、符号
化されたブロックごとのデータを蓄積する出力バッファ
の容量を小さくすることのできる画像信号圧縮符号化装
置を提供することを目的とする。

発明の開示 本発明によれば、１つの画面を構成するディジタル画
像データを複数のブロックに分割して各ブロックの画像
データについて２次元直交変換符号化を行う画像信号圧
縮符号化装置は、複数のブロックに分割されたデジタル
画像データを２次元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データを符号化する符号
化手段と、分割されたブロックごとの画像データのアク
ティビティを算出するブロックアクティビティ算出手段
と、ブロックアクティビティ算出手段により算出された
ブロックごとのアクティビティに基づきブロックごとに
配分される符号化データ量を算出する符号化データ量配
分手段と、符号化データ量配分手段からの出力に応じて
符号化手段から出力されるブロックごとの符号化データ
量を制限する符号化出力制御手段とを有し、符号化デー
タ量配分手段は、ブロックごとのアクティビティに基づ
き配分された符号化データ量の上限値を所定の値に制限
して符号化出力制御手段に出力し、符号化出力制御手段
は上限値により制限された符号化データ量に応じて符号
化手段から出力されるブロックごとの符号化データ量を
制限するものである。

実施例の説明 次に添付図面を参照して本発明による画像信号圧縮符
号化装置の実施例を詳細に説明する。

第１図には本発明による画像信号圧縮符号化装置の一
実施例が示されている。

本装置はメモリコントローラ10を有する。メモリコン
トローラ10にはメモリ60が接続され、例えば電子スチル
カメラにより撮像された１フレーム分のスチル画像デー
タをメモリ60から読み出す。メモリコントローラ10から
の出力はブロック化部12に入力される。ブロック化部12
はフレームバッファにより構成され、メモリコントロー
ラ10から入力され、ブロック化部12に記憶された画像デ
ータは複数のブロックに分割されてブロックごとに読み
出され、２次元直交変換部14に送られる。２次元直交変
換部14はブロックごとの画像データを２次元直交変換す
る。２次元直交変換としては、ディスクリートコサイン
変換、アダマール変換等の周知の直交変換が用いられ
る。

２次元直交変換部14において２次元直交変換されたブ
ロックごとの画像データは縦横に配列され、左上の部分
から順に交流成分の低次のデータが配列され、右下の方
向に向かうにつれて高次のデータとなる。なお、直流成
分のデータは最左上部に配置される。２次元直交変換部
14の出力は正規化部16に送られる。

正規化部16は、２次元直交変換部14において２次元直
交変換された画像データ、すなわち変換係数に対して係
数切り捨てを行った後、正規化を行う。係数切り捨て
は、直交変換された変換係数を所定の閾値と比較し、閾
値以下の部分を切り捨てるものである。正規化は、係数
切り捨てを行われた変換係数を所定の量子化ステップ
値、すなわち正規化係数αにより除算し、正規化係数α
による量子化を行うものである。正規化係数αは、後述
するように、ブロックごとのアクティビティを合計した
値に基づき、ルックアップテーブルから求められる。

ブロック化部12から出力されるブロックごとの画像デ
ータは、ブロックアクティビティ算出部20にも送られ
る。ブロックアクティビティ算出部20は、ブロックごと
のアクティビティ、すなわちそのブロックに高域周波数
成分の画像データが含まれている程度を算出する。ブロ
ックのアクティビティは、ブロックを構成する各画素デ
ータとこれらの画素データの平均値との差の絶対値を加
算することによって求められる。

ブロックアクティビティ算出部20から出力されるブロ
ックごとのアクティビティは、総アクティビティ算出部
26および符号化部28のビット配分算出部40へ出力され
る。

総アクティビティ算出部26はブロックアクティビティ
算出部20から送られるブロックごとのアクティビティを
加算し、アクティビティの合計値を算出する。総アクテ
ィビティ算出部26はアクティビティの合計値を正規化係
数設定部22およびビット配分算出部40へ出力する。

正規化係数設定部22は総アクティビティ算出部26から
入力されるアクティビティの合計値に応じて正規化係数
を設定する。正規化係数の設定は例えば図示しない記憶
部に記憶されたルックアップテーブルを用いて、例えば
第3A図および第3B図に示すような変換により行われる。
第3A図に示す変換によれば、アクティビティの合計値に
比例して正規化係数が変化する。第3B図に示す変換は、
アクティビティの合計値の増加に対して正規化係数の増
加が少ないものであり、高精度の符号化を行うことがで
きる。正規化係数設定部22はこのように設定した正規化
係数を正規化部16へ出力する。

正規化部16は正規化係数設定部22から送られる正規化
係数を用いて正規化を行う。すなわち、ブロックごとの
画像データを正規化係数によって除算する。正規化に用
いられる正規化係数は、上記のようにブロックごとのア
クティビティを合計した値に基づいて設定されるから、
画像全体、すなわちすべてのブロックについて共通であ
る。

なお、この正規化は、係数切り捨てを行われた変換係
数を選択された１つの正規化係数の値αによって除算す
ることに変えて、第４図に示すような重みテーブルＴに
格納されたデータと正規化係数αとを合わせて用いても
よい。変換係数は低域の成分がデータとして重要であ
り、高域の成分は重要性が低いから、第４図に示すよう
な重みテーブルＴは、低域の成分に小さな値を、高域の
成分に大きな値を割り当てており、このテーブルＴのデ
ータに前記の正規化係数αを乗算して得た値α・Ｔによ
り、前記の係数切り捨てを行われた変換係数を除算する
ことによって正規化を行うようにしてもよい。

正規化された変換係数は第２図に示す画素データと同
様にブロック状に配列され、その交流成分が第５図に示
されるように低域成分から順にジグザグ状にスキャンさ
れて、符号化部28のAC符号化部32に入力される。

AC符号化部32は、前記のようにジグザグ状にスキャン
されて入力される正規化された変換係数の交流成分を符
号化する。変換係数の交流成分は零が連続することが多
いため、零の値のデータの連続する量すなわち零のラン
長を検出し、零のラン長および非零の振幅を求め、これ
を２次元ハフマン符号化する。AC符号化部32からの出力
は固定長化部36へ送られる。

一方、ブロック化部12から出力されるブロックごとの
画像データの直流成分は、符号化部28のDC符号化部30へ
送られ、DC符号化部30において、ハフマン符号化され
る。DC符号化部30から出力されるDC符号化データは出力
バッファ38へ送られる。

このDC符号化データは、後述するように一定長の符号
化データであり、ビット配分算出部40は、ブロックアク
ティビティ算出部20から送られるブロックごとのアクテ
ィビティと、総アクティビティ算出部26から送られるア
クティビティの合計値を用いて、各ブロックに配分され
る交流成分の符号化ビットを算出する。各ブロックに配
分される符号化ビットとは、ブロックごとに２次元ハフ
マン符号化され、低域成分から出力されるデータをどこ
までで打ち切るか、すなわち符号化されたデータを何ビ
ットまで出力するかを規定するビット数である。

各ブロックに配分される符号化ビットbit_B1は、次の
式で与えられる。

bit_B1＝｛（act_b/act_t）xbit［flag］｝ ＋｛Carry Over｝ …（１） 上式において、bit［flag］は交流成分に関して、画
像全体の総ビット数を表し、交流成分の符号化において
複数のブロックにより構成される画像全体に割り当てら
れるビット数である。すなわち、ブロックごとの２次元
ハフマン符号化されたデータが交流成分の低域成分から
順に出力されたときに、所定のビット数でデータの出力
を打ち切った場合に、画像全体として交流成分のAC符号
化データに何ビットを割り当てるかを表すビット数であ
る。このビット数により圧縮符号化され出力されるデー
タの量が定められる。

act_bは各ブロックごとのアクティビティである。act
_tは総アクティビティを表し、ブロックのアクティビテ
ィの合計値である。したがって、上式の｛（act_b/act_
t）xbit［flag］｝は、画像全体について、交流成分のA
C符号化データ全体に割り当てられるビット数を、ブロ
ックのアクティビティの合計値に対する各ブロックごと
のアクティビティの比によって配分するものである。

｛Carry Over｝は、前ブロックからの繰り越しビット
を表し、後述するように、配分される符号化ビットbit_
B1を求めようとしているブロックの１つ前のブロックか
ら繰り越されたビット、すなわち１つ前のブロックに割
り当てられたにもかかわらず、使用されなかったビット
数である。

ビット配分算出部40から出力される、各ブロックに配
分される符号化ビットbit_B1は、リミッタ34へ送られ
る。リミッタ34は、ビット配分算出部40から送られた各
ブロックに配分される符号化ビットbit_B1を次の式のよ
うに所定の大きさに制限した符号化ビットbit_B2を出力
する。

bit_B2＝limit（bit_B1） …（２） 例えば符号化ビットbit_B1の最大値は5 kbitである
が、リミッタ34により、最大値を1 kbitに制限し、符号
化ビットbit_B1が1 kbitを越える場合には、リミッタ34
は1 kbitを出力する。

リミッタ34からの出力は固定長化部36へ送られる。固
定長化部36は、AC符号化32から送られたAC符号化データ
が、リミッタ34から送られた符号化ビットbit_B2を越え
ないように出力を制限する。したがって、AC符号化化デ
ータは符号化ビットbit_B2の範囲内で出力バッファ38へ
出力される。

固定長化部36はまた、前記の各ブロックに配分される
符号化ビットbit_B1と、実際に出力バッファ38へ送られ
たAC符号化データのビット数total_block_bitsとの差を
繰り越しビット｛Carry Over｝として次の式により求
め、ビット配分算出部40へ送る。

Carry Over＝（bit_B1）−（total_block_bits） …
（３） この繰り越しビット｛Carry Over｝は、前述のよう
に、式（１）による各ブロックに配分される符号化ビッ
トbit_B1の算出に用いられる。

出力バッファ38には固定長化部36によってビット数を
制限されたAC符号化データが入力される。出力バッファ
38には一定の符号長のDC符号化データおよび、ビット数
を制限されたAC符号化データが蓄積され、これらのデー
タはコネクタを通してメモリカード50に記録される。

なお、記録媒体としてはメモリカード50の他、磁気デ
ィスク、光ディスク等の記録媒体を用いてもよい。

本実施例によれば、総アクティビティに対するブロッ
クごとのアクティビティの比を基にして各ブロックのAC
成分データの符号化出力に配分する符号化ビットを定め
ている。したがって、AC成分データに関して複数のブロ
ックからなる画像全体に割り当てるビット数を一定と
し、各ブロックに割り当てるAC符号化出力のビット数を
そのブロックのアクティビティに応じて配分しているか
ら、各ブロックのAC符号化出力データはブロックのアク
ティビティに応じて有効なデータ量とすることができ
る。すなわち高域周波数成分が多く含まれるブロックは
アクティビティが大きいため多くのビットを割り当て、
低域周波数成分が多く含まれるブロックはアクティビテ
ィが小さいため少ないビットを割り当てて、それぞれの
ブロックに応じたAC符号化データを出力させることがで
きる。

しかも、上記のように割り当てられたビット数を所定
の最大値によってリミットしているから、符号化された
AC成分データのビット数が特に大きい場合にこれを制限
することができるため、出力バッファの容量を小さくす
ることができる。

特定のブロックのAC成分符号化データに割りあてられ
るビット数が特に大きくなる場合は、高品質の画像デー
タのことが多いため、これを上記のように一定のビット
数で制限しても画質に与える影響が少なく、画像全体の
画質はあまり低下しない。

また、割り当てられたビット数と実際に出力されたデ
ータのビット数との差は繰り越しビットとして次のブロ
ックに割り当てられるから、ビットの使用効率の低下は
ほとんどない。

効果 本発明によれば、圧縮符号化装置は、アクティビティ
の合計値に対する各ブロックのアクティビティによって
各ブロックの符号化出力のデータ量を制限するから、そ
れぞれのブロックは周波数成分に応じたデータ量で出力
することができる。

しかも、特定のブロックに割り当てられたデータ量が
大きい場合に、所定の上限値によって出力データ量を制
限するから、出力バッファの容量を小さくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による画像信号圧縮符号化装置の一実
施例を示すブロック図、 第２図は、ブロックを構成する画素データの例を示す
図、 第3A図および第3B図は、アクティビティの合計値を正規
化係数に変換するルックアップテーブルの例を示す図、 第４図は、重みテーブルデータの例を示す図、 第５図は、ランレングスおよび非零の振幅の符号化を行
う順序を示す図である。 主要部分の符号の説明 14……２次元直交変換部 20……ブロックアクティビティ算出部 26……総アクティビティ算出部 28……符号化部 30……DC符号化部 32……AC符号化部 34……リミッタ 36……固定長化部 38……出力バッファ 40……ビット配分算出部 50……メモリカード

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 幹夫 東京都港区西麻布２丁目26番30号 富士 写真フイルム株式会社内 (56)参考文献 1989年電子情報通信学会春季全国大会 講演論文集［分冊７］情報システム「Ｄ −159固体電子スチルカメラ用レート適 応型ＤＣＴ符号化方式」渡邊 他, （1989年３月)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つの画面を構成するディジタル画像デー
   タを複数のブロックに分割して各ブロックの画像データ
   について２次元直交変換符号化を行う画像信号圧縮符号
   化装置において、該装置は、 前記複数のブロックに分割されたデジタル画像データを
   ２次元直交変換する直交変換手段と、 該直交変換手段により直交変換されたデータを符号化す
   る符号化手段と、 前記分割されたブロックごとの画像データのアクティビ
   ティを算出するブロックアクティビティ算出手段と、 該ブロックアクティビティ算出手段により算出されたブ
   ロックごとのアクティビティに基づき前記ブロックごと
   に配分される符号化データ量を算出する符号化データ量
   配分手段と、 該符号化データ量配分手段からの出力に応じて前記符号
   化手段から出力される前記ブロックごとの符号化データ
   量を制限する符号化出力制御手段とを有し、 前記符号化データ量配分手段は、前記ブロックごとのア
   クティビティに基づき配分された符号化データ量の上限
   値を所定の値に制限して前記符号化出力制御手段に出力
   し、前記符号化出力制御手段は前記上限値により制限さ
   れた符号化データ量に応じて前記符号化手段から出力さ
   れる前記ブロックごとの符号化データ量を制限すること
   を特徴とする画像信号圧縮符号化装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の装置において、 前記符号化データ量配分手段は、１つ前のブロックに配
   分された前記符号化データ量と該１つ前のブロックにつ
   いて実際に前記符号化手段から出力されたデータ量との
   差を繰り越しデータ量として、前記ブロックごとのアク
   ティビティに基づき配分されたブロックごとの符号化デ
   ータ量に加算することにより、前記ブロックごとに配分
   される符号化データ量を算出することを特徴とする画像
   信号圧縮符号化装置。