JP3161097B2 - 高能率符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コサイン変換等の変
換符号化で得られた係数データを量子化するようにした
高能率符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタルビデオ信号を例えば回転ヘッ
ドにより磁気テープに記録するディジタルＶＴＲが知ら
れている。ディジタルビデオ信号の情報量が多いので、
その伝送データ量を圧縮するための高能率符号化が採用
されることが多い。ＡＤＲＣ（Adaptive Dynamic Range
Coding)、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform)等の種
々の高能率符号化が提案されている。

【０００３】ＡＤＲＣは、例えば特開昭６１−１４４９
８９号公報に記載されているような、２次元ブロック内
に含まれる複数画素の最大値及び最小値により規定され
るダイナミックレンジを求め、このダイナミックレンジ
に適応した符号化を行う高能率符号化である。ＡＤＲＣ
の一つとして、可変長ＡＤＲＣが提案されている。ＡＤ
ＲＣは、ダイナミックレンジＤＲ（最大値ＭＡＸと最小
値ＭＩＮの差）が例えば（８ライン×８画素＝６４画
素）からなる２次元的なブロック毎に算出される。ま
た、入力画素データからそのブロック内で最小のレベル
（最小値）が除去される。この最小値除去後の画素デー
タが代表レベルに変換される。この量子化は、元の量子
化ビット数より少ないビット数例えば２ビットと対応す
る４個のレベル範囲に検出されたダイナミックレンジＤ
Ｒを分割し、ブロック内の各画素データが属するレベル
範囲を検出し、このレベル範囲を示すコード信号を発生
する処理である。従って、各画素の８ビットのデータが
２ビットに圧縮されて伝送される。

【０００４】可変長ＡＤＲＣは、量子化ビット数とし
て、例えば０、１、２、３ビット（０ビットは、量子化
コードを伝送しないことを意味する）を用意し、ダイナ
ミックレンジＤＲが大きい時には、量子化ビット数を多
くし、これが小さい時には、量子化ビット数を少なくす
るものである。

【０００５】磁気テープを使用するディジタルＶＴＲ、
ディスク状記録媒体を使用するディスク記録装置等で
は、１フィールドあるいは１フレームのビデオデータが
複数個のトラックに記録されるのが普通である。しかし
ながら、上述のように、可変長出力が形成される時に
は、これらの所定期間のデータ量が変動する。このた
め、所定期間のデータ量を目標値以下とするためのバッ
ファリング処理が必要とされる。

【０００６】可変長ＡＤＲＣのバッファリングの方式と
して、本願出願人は、特願昭６１−２５７５８６号明細
書に記載されているように、累積型のダイナミックレン
ジの度数分布を形成し、この度数分布に対して、予め用
意されている割り当てビット数を定めるためのしきい値
を適用し、所定期間例えば１フレーム期間の発生情報量
を求め、発生情報量が目標値を超えないように、制御す
るものを提案している。

【０００７】高能率符号化の他のものとして、所定数の
画素からなるブロックに画面を分割し、ブロック毎に原
画像信号の特徴と合った変換軸で線形変換を行う変換符
号化が知られている。変換符号化としては、アダマール
変換、コサイン変換（discrete cosine transform)等が
知られている。コサイン変換で得られた係数データが量
子化され、量子化出力がランレングス符号化及びハフマ
ン符号化により、所定ビット数のコード信号に変換され
る。

【０００８】コサイン変換で得られた係数データをより
圧縮し、また、係数データを伝送路の容量に合わせた所
定ビットレートのデータにすることを容易とするため
に、本願出願人は、コサイン変換とＡＤＲＣとを組み合
わせたハイブリッド高能率符号化を提案している（特願
昭６２−２７０５６４号及び特願昭６３−２４５２２７
号参照）。

【０００９】先に提案されているハイブリッド高能率符
号化では、係数データに関して人間の視覚特性に基づ
き、量子化を行っていた。つまり、係数データの中の直
流成分については、固定的に許容最大歪みを決めて、こ
れ以下に歪みが収まるように、直流成分を量子化し、ま
た、ＡＣ成分については、歪みを与えた時に劣化が目立
ち易い係数データ（低周波成分）を細かいステップで量
子化し、劣化が目立ち難い係数データ（高周波成分）を
粗いステップで量子化していた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、画像の
性質は様々である。例えば静止画像または静止画像に近
い画像と、パニングで発生したように、画面全体が動い
ている画像では、コサイン変換後でエネルギーが集中す
る成分が異なる。静止画像または静止画像に近い画像の
場合では、ＡＣ係数の次数が高いほど、量子化ステップ
を粗くする方式が適しているが、画面全体が動いている
画像では、この方式が適していない。このように、ＡＣ
成分の係数データの量子化パラメータは、エネルギーの
分布状態に応じて制御することが好ましい。また、量子
化パラメータを制御する時に、１フレーム期間のような
大きい単位では、画像の局所的特徴に適合した制御がで
きない問題がある。

【００１１】従って、この発明の目的は、変換符号化で
発生した係数データの量子化パラメータを画像の局所的
特徴に応じて制御することで、復元画像の画質の改善を
図った高能率符号化装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、画像データ
を所定数の画素データからなるサブブロックに分割する
とともに、サブブロックの複数個からなる主ブロックに
画像データを分割するためのブロック化回路と、ブロッ
ク化回路の出力データをサブブロック毎に直交変換符号
化し、係数データを発生する直交変換符号化回路と、直
交変換符号化回路と結合され、サブブロックの特徴を係
数データのＡＣ係数データに基づいて抽出し、サブブロ
ックの特徴情報を形成するための第１の分類回路と、第
１の分類回路からの特徴情報に基づいて主ブロックを分
類するための第２の分類回路と、第２の分類回路からの
情報に基づいて、主ブロックの量子化パラメータを決定
し、主ブロック内で、直交変換回路からの係数データの
同じ次数のものをまとめて、まとめられたＡＣ係数デー
タを量子化パラメータによって量子化するための量子化
回路とを有してなる高能率符号化装置である。

【００１３】

【作用】コサイン変換回路３からの係数データが第１分
類回路４に供給され、各ＤＣＴブロックの特徴に基づい
て分類情報が形成される。第２分類回路５では、主ブロ
ックに含まれるＤＣＴブロックの分類情報からその主ブ
ロックの分類がなされる。この分類に基づいて量子化パ
ラメータ発生回路１１が量子化パラメータＱｐを発生す
る。係数分離回路６で直流成分の係数データＤＣとＡＣ
成分の各係数データＡＣ１〜ＡＣ１５とに分離される。
主ブロック内で同じ次数の係数データがまとめられ、サ
ブブロックが形成される。このサブブロックのＡＣ係数
データがＡＤＲＣエンコーダ７₁ 〜７₁₅に供給され、量
子化パラメータＱｐに基づいてＡＤＲＣ符号化される。
これにより、画像の局所的性質に適合した量子化が可能
となり、復元画像の画質を良好とすることができる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例について、図面を
参照して説明する。この一実施例の全体的な構成を示す
第１図において、１がディジタル画像信号が供給される
入力端子である。ディジタル画像信号がブロック化回路
２に供給され、コサイン変換のためのブロック構成に入
力ディジタル画像信号の順序が変更される。例えば１フ
レームの画像が（４×４）画素のＤＣＴブロック（これ
は、サブブロックと同じ大きさである）に分割される。
また、複数のＤＣＴブロックから主ブロック（以下、ハ
イブリッドブロックと称する）が構成される。ハイブリ
ッドブロックの大きさは、例えば（４×４）ＤＣＴブロ
ックである。

【００１５】ブロック化回路２の出力信号がコサイン変
換回路３に供給され、コサイン変換回路３で従来と同様
の処理により、２次元コサイン変換がなされる。コサイ
ン変換回路３からのＤＣＴブロックサイズと対応する
（４×４）の係数データが得られる。勿論、コサイン変
換のブロックのサイズは、これに限定されるものではな
い。

【００１６】図２は、コサイン変換回路３から得られる
（４×４）の係数データを示す。図２において、ＤＣが
直流成分を示し、ＡＣ１、ＡＣ２、・・・・ＡＣ１５が
ＡＣ成分を示す。係数データは、直流成分からスタート
してジグザグ走査の順序で各係数データが配置された系
列で伝送される。これらの係数データは、例えば８ビッ
トの整数部分と４ビットの小数部分とからなる１２ビッ
トのコードである。ハイブリッドブロックを構成する
（４×４）ＤＣＴブロックＢＬ１〜ＢＬ１６のそれぞれ
の係数データが図２に示されている。

【００１７】コサイン変換回路３からの係数データが第
１分類回路４に供給される。第１分類回路４は、各ＤＣ
Ｔブロックの特徴を係数データのＡＣ成分に基づいて決
定し、ＤＣＴブロックを分類するものである。図３に示
すように、第１分類回路４は、ＤＣＴブロックをその特
徴に応じて３種類に分ける。特徴データ１は、そのＤＣ
Ｔブロックが垂直方向の高周波成分を有する場合を示
す。特徴データ２は、そのＤＣＴブロックが水平方向の
高周波成分を有する場合を示す。特徴データ３は、その
ＤＣＴブロックが動きを有する場合を示す。

【００１８】図４は、第１分類回路４の一例の構成を示
す。コサイン変換回路３からの係数データがゲート回路
２１および２２に供給される。これらのゲート回路２１
および２２に対して制御信号が端子２３および２４から
それぞれ供給される。制御信号は、係数データの所定の
タイミングで位置する垂直方向の高周波成分および水平
方向の高周波成分をそれぞれゲートするタイミングで、
ゲート回路２１および２２をオンする。

【００１９】ゲート回路２１および２２で分離された成
分の絶対値が加算回路２５および２６で累算される。加
算回路２５および２６のそれぞれの出力が比較回路２７
および２８に供給され、所定のしきい値Ｔｈ１と比較さ
れる。これらの比較回路２７および２８の比較出力が判
定回路２９に供給される。加算回路２５および２６は、
各ＤＣＴブロックの係数データを加算すると、リセット
される。

【００２０】判定回路２９は、比較回路２７および２８
の出力信号を受け取って、そのＤＣＴブロックが垂直方
向の高周波成分、または水平方向の高周波成分を含むブ
ロックかどうかを決定する。判定回路２９から特徴デー
タ１または２が発生する。ＤＣＴブロックの動きの有無
は、別の動き検出によって決定される。動き検出の場
合、係数データではなく、もとの画像データを使用して
なされる。例えば画像データのフレーム間差分を使用し
て動き検出が可能である。

【００２１】第１分類回路４からの特徴データＣ１およ
び係数データが第２分類回路５に供給される。第２分類
回路５は、図５に示すように、特徴データＣ１を利用し
て、各ハイブリッドブロックの特徴を抽出し、ハイブリ
ッドブロックをグループ分けする。ハイブリッドブロッ
クのグループとしては、Ａ〜Ｄの４種類が用意される。
グループＡは、動きがなく、ディテールが大のものであ
る。グループＢは、動きがなく、ディテールが中のもの
である。グループＣは、動きがなく、ディテールが小の
ものである。グループＤは、動きがあるものである。

【００２２】第２分類回路５からの分類情報Ｃ２が量子
化パラメータ例えば量子化ビット数発生回路１１に供給
される。分類情報Ｃ２に基づいて量子化ビット数Ｑｐが
決定される。図６は、第２分類回路５の一例である。第
１分類回路４からの分類情報Ｃ１がメモリ３１に供給さ
れ、ハイブリッドブロックの分類情報Ｃ１がメモリ３１
から読出され、識別回路３２に供給される。識別回路３
２は、分類情報Ｃ１の特徴データ１、２、３を分離し、
各特徴データをカウンタ３３、３４および３５に供給す
る。

【００２３】カウンタ３３がハイブリッドブロック内の
特徴データ１の個数を計数し、カウンタ３４がハイブリ
ッドブロック内の特徴データ２の個数を計数し、カウン
タ３５がハイブリッドブロック内の特徴データ３の個数
を計数する。カウンタ３３、３４および３５の計数出力
が判定回路３６に供給される。判定回路３６は、各カウ
ンタの計数値を受け取ってそのハイブリッドを特徴Ａ〜
Ｄにグループ分けする。

【００２４】例えば１ハイブリッドブロック（１６ＤＣ
Ｔブロック）中、特徴３のＤＣＴブロックが５個以上あ
れば、そのハイブリッドブロックをグループＤと決定す
る。特徴３のＤＣＴブロックが４個以下のハイブリッド
ブロックについては、次のようにグループ分けする。特
徴１および特徴２のＤＣＴブロックを合計した個数が１
６以上の場合では、グループＡと決定する。特徴１およ
び特徴２のＤＣＴブロックを合計した個数が８以上の場
合では、グループＢと決定する。特徴１および特徴２の
ＤＣＴブロックを合計した個数が７以下の場合では、グ
ループＣと決定する。

【００２５】判定回路３６からの判定出力Ｃ２がビット
数決定回路１１に供給され、出力端子３７には、ビット
数データＱｐが発生する。ビット数決定回路１１は、例
えば標準偏差を求め、標準偏差から最大歪みと対応する
量子化ビット数を決定する方法を採用できる（特願平２
−１０３６２号参照）。

【００２６】第２分類回路５を通過した係数データが係
数分離回路６に供給される。係数分離回路６は、直流成
分ＤＣと、同じ次数（同次）のＡＣ成分との計１６個の
係数データを分離して出力する。図２は、ＤＣＴブロッ
クＢＬ１〜ＢＬ１６のそれぞれの係数データ間で、同次
のものがまとめられてサブブロックＳＢ１〜ＳＢ１６が
構成される様子を示す。分離回路６からのサブブロック
の係数データがＡＤＲＣエンコーダ７₁ 、７₂ 、・・・
７₁₆にそれぞれ供給される。これらのＡＤＲＣエンコー
ダ７₁ 、７₂ 、・・・７₁₆で発生した符号化出力および
分類情報Ｃ２がフレーム化回路９により伝送データの形
態に変換され、出力端子１０には、伝送又は記録媒体に
記録されるデータが取り出される。

【００２７】図７は、ＡＤＲＣエンコーダ７₂ の一例を
示す。４１で示す入力端子からの係数データＡＣ１のサ
ブブロックが検出回路４２及び遅延回路４３に供給され
る。検出回路４２は、サブブロック毎に係数データＡＣ
１の最大値ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮを検出する。遅延回
路４３は、検出回路４２で生じる遅延を補償するために
設けられている。

【００２８】最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差であるダ
イナミックレンジＤＲが減算回路４４で求められる。ま
た、減算回路４５において、遅延回路４３からの係数デ
ータから最小値ＭＩＮが減算され、最小値が除去される
ことで正規化された係数データが得られる。この正規化
された係数データが量子化回路４６に供給される。量子
化回路４６には、ダイナミックレンジＤＲと量子化ビッ
ト数Ｑｐとが供給される。係数データが量子化ビット数
ＱｐとダイナミックレンジＤＲとから求まる量子化ステ
ップで割算され、その商が整数とされることでコード信
号（量子化データ）が得られる。量子化回路４６は、割
算回路、ＲＯＭ等で構成できる。量子化ビット数Ｑｐが
大きいほど、最大歪みが小となる。他のＡＣ係数データ
に関するＡＤＲＣエンコーダ７₃ 〜７₁₆も、図７に示さ
れるＡＤＲＣエンコーダ７₂ と同様の構成を有してい
る。直流成分は、端子８からの別に指定された量子化ビ
ット数でもってＡＤＲＣ符号化がなされる。

【００２９】なお、ＡＤＲＣに限らず、単なる量子化を
行い、量子化出力をランレングスリミティッドコード、
ハフマンコードで符号化しても良い。また、ＡＤＲＣの
場合に、最大値ＭＡＸで係数データを正規化しても良
く、係数データの所定期間の度数分布を求めて発生デー
タ量を伝送路の容量に応じて制御するバッファリングを
行っても良い。更に、コサイン変換以外のアダマール変
換等の直交変換を使用しても良い。

【００３０】

【発明の効果】この発明は、ハイブリッド高能率符号化
において、ＤＣＴ係数データ中のＡＣ成分を量子化する
時に、画像の局所的な特徴（ディテールおよび動きの有
無）に応じて量子化の細かさを制御するので、伝送デー
タ量が制約されているときに、復元画像の画質を良好と
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のブロック図である。

【図２】この発明の一実施例におけるコサイン変換ブロ
ックおよびハイブリッドブロックの説明に用いる略線図
である。

【図３】この発明の一実施例におけるＤＣＴブロックの
特徴の抽出の一例を示す略線図である。

【図４】ＤＣＴブロックを分類分けする回路の一例のブ
ロック図である。

【図５】この発明の一実施例におけるハイブリッドブロ
ックの特徴の抽出の一例を示す略線図である。

【図６】ハイブリッドブロックを分類分けする回路の一
例のブロック図である。

【図７】ＡＤＲＣエンコーダの一例のブロック図であ
る。

【符号の説明】

３ コサイン変換回路 ４ 第１分類回路 ５ 第２分類回路 ６ 係数分離回路 ７₁ 〜７₁₆ ＡＤＲＣエンコーダ １１ 量子化ビット数発生回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像データを所定数の画素データからな
   るサブブロックに分割するとともに、上記サブブロック
   の複数個からなる主ブロックに上記画像データを分割す
   るためのブロック化手段と、 上記ブロック化手段の出力データを上記サブブロック毎
   に直交変換符号化し、係数データを発生する直交変換符
   号化手段と、 上記直交変換符号化手段と結合され、上記サブブロック
   の特徴を上記係数データのＡＣ係数データに基づいて抽
   出し、上記サブブロックの特徴情報を形成するための第
   １の分類手段と、 上記第１の分類手段からの上記特徴情報に基づいて上記
   主ブロックを分類するための第２の分類手段と、 上記第２の分類手段からの情報に基づいて、上記主ブロ
   ックの量子化パラメータを決定し、上記主ブロック内
   で、上記直交変換手段からの係数データの同じ次数のも
   のをまとめて、まとめられたＡＣ係数データを上記量子
   化パラメータによって量子化するための量子化手段とを
   有してなる高能率符号化装置。