JPH04208775A - ビット配分符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】　本発明は、画像情報の１画面ま
たは複数画面の符号量を一定化する符号化方式に関する
。 ［０００２１

【従来の技術］　画像情報をディジタル化して磁気ディ
スクや磁気テープに記録する際、画像の膨大なデータ量
を限られた記録容量に納めるために高能率符号化を行う
必要がある。この際、画像データの管理の容易さ、ラン
ダムアクセス等の特殊再生の容易さなどの要求から１画
像毎等の一定画像単位毎に符号量が設定符号量以下に納
まるように符号量の制御を行う必要が生じることがある
。 ［０００３］高高能率骨化としてよく用いられる方法に
、画像を垂直方向ｍ画素、水平方向ｎ画素のブロック状
に切り出して各ブロック毎に２次元離散的コサイン変換
等の直交変換を行い、適当な量子化幅により量子化を行
って情報量の削減をし、さらに符号量を削減するために
ランレングス符号化とハフマン符号化等の可変長符号化
を組み合わせるというようなことが近年よく行われてい
る。 ［０００４］さらに、−窓画像単位毎に設定符号量内に
納まるようにするために、例えば、電子情報通信学会春
期全国大会（１９８９年）Ｄ−１５９ｒ固体電子スチル
カメラ用し−ト適応型ＤＣＴ符号化方式」においては、
以下に示す方式を用いていた。 ［０００５］まず、各ブロックの情報量の指標となるア
クティビティを計算し、このブロック毎のアクティビテ
ィとアクティビティの１画面全体の総和との比に応じて
、あらかじめ各ブロックに可変長符号化により使用が予
想される符号量を割り当てておく。この際ｂ、割り当て
られる符号量と実際に可変長符号化により使用される符
号量とに誤差ができるだけ生じないようにアクティビテ
ィの定義を行い、前記誤差が平均的にみて最小となるよ
うに、１画面全体の符号量に対する各ブロックへの割当
符号量の比と、アクティビティの１画面全体の総和に対
する各ブロックのアクティビティの比との関係を定めて
いた。しかし、多様な入力画像に対して必ずしも正確な
符号量割当を行い得ないため、実際に可変長符号化を行
った後に、その使用符号量が割当符号量より少なかった
場合には、次の符号化ブロックへ余剰符号量を繰り越し
て符号量割当に加え、逆に使用符号量が割当符号量より
も多かった場合には当該ブロックの高次成分から順に符
号化を打ち切ることにより割当符号量以内に納める、と
いうことが行われていた。 ［０００６］ 【発明が解決しようとする課題】　このような、従来技
術においては、多様な入力画像に対して符号量配分が必
ずしも正確に行われ得ないことに起因する符号化打ち切
りが、アクティビティの低いブロックに対しても、アク
ティビティの高いブロックと同様の頻度で生じるという
不都合があった。 ［０００７］すなわち、アクティビティの高いブロック
に於いて生じる符号化打ち切りは、主に高域成分におけ
る劣化となり、視覚的にはそれほど著しい画質劣化感を
生むものではないが、アクティビティの低いブロックに
於いて生じる符号化打ち切りは比較的低域の成分に影響
を及ぼし、ブロック歪となって現れる。これは、符号化
レートが比較的高く画質が重要となる応用に於いては、
大きな画質劣化感を生じることとなる。 ［０００８１本発明は、このようなアクティビティの大
小にかかわらず同様な頻度で符号化打ち切りが生じると
いう欠点を改良し、低域成分の符号化打ち切りにより生
じるブロック歪の発生を抑制することができるビット配
分符号化方式の提供を目的とするものである。さらに、
第２の目的はブロック歪の発生の抑制と同時に高域成分
に対する符号化打ち切りによる歪発生を軽減することが
できるビット配分符号化方式の提供を目的とするもので
ある。 ［発明の構成］ ［０００９］

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明の第１のビット配分符号化方式によれば
、アクティビティの小さなブロック程、実際に必要な符
号量よりも多めの符号量配分を行い、低域成分から符号
化することを特徴とするものである。 ［００１０１また、本発明の第２のビット配分符号化方
式によれば、前項第１の方式に加えて、アクティビティ
の大きなブロックから、順に読み出して符号化すること
を特徴とするものである。 ［００１１］

【作用】上述した構成による本発明のビット配分符号化
方式によれば、以下に示すような効果を奏する。（１）
低域成分の符号化に必要な符号量が確保される為に、低
域成分の歪みが設定条件以上に大きくならず、ブロック
歪みを生じ難くなる。 ［００１２］　（２）ブロックのアクティビティの小さ
なブロックから符号化する事により、符号化打切りを生
じ易いブロックの符号化時（−繰越し符号量を使用でき
る様になり、高域成分の符号化打切りを抑える事ができ
る。 ［００１３］

【実施例】　図１は本発明の第１の実施例を示すもので
ある。ここで、ディジタル化された画像信号は１１で水
平８画素垂直８画素のブロック状に切り出され、１２に
おいてブロック毎に２次元離散コサイン変換等の直交変
換が行われる。直交変換された信号成分は、各変換係数
に対して計算された量子化幅により、量子化器１３で量
子化され情報量の削減が行われる。この各変換係数に対
する量子化幅の計算に関しては後はど述べる。量子化器
１３の出力はスキャン変換部２０で図３に示す様なジグ
ザグスキャンにより２次元的に配列されていた量子化後
の変換係数が１次元データに並べ替えられ、可変長符号
化部１４に入力される。可変長符号化部ではさらに符号
量の削減を行うために、１次元データに並べ替えられた
量子化後の変換係数に対して、連続してゼロとなる要素
の長さ（ゼロラン）を求め、ハフマン符号等の可変長符
号化がなされる。この際、可変長符号化を行うに当たっ
て、いくつかの方法が考えられる。例えば、ゼロランに
対してはハフマン符号表を作成して可変長符号化し、ゼ
ロランに続く（あるいは先行する）非ゼロの値は固定長
で符号化してそれらを交互に出力する。あるいは、ゼロ
ランとそれに続く（あるいは、それに先行する）非ゼロ
の要素の値を組み合わせたものに対して２次元ハフマン
符号表を作成して可変長符号化を行う。さらに他の例と
しては、ゼロランと、それに続く（あるいは先行する）
の非ゼロ要素の値を表現するために必要なビット数を組
にして、２次元ハフマン符号表を作成して可変長符号化
し、前記非ゼロ要素の値を前記必要ビット数において表
現したものを交互に出力する方法などが考えられる。 ［００１４１以上述べた部分が、高能率符号化における
基本部である。さらに、上で述べた符号化方法により高
能率符号化された情報を、電子スチルカメラ、ディジタ
ルＶＴＲ１画像ディスク等で記録する場合には、画像デ
ータの管理の容易さ、特殊再生の容易さ等の目的で、１
画面毎等の一定画像単位毎に符号量が設定値以下に納ま
るように符号量の制御を行う必要が生じることがある。 このような際、図１に示した実施例においては、以下に
説明する方法で一定符号量化ということを達成している
。 ［００１５］まず、１２でブロック毎に離散的コサイン
変換された信号は、ブロックアクティビティ計算部１５
に入力され、各ブロックの情報量の指標となるブロック
アクティビティが求められる。このブロックアクティビ
ティの定義としては本実施例においては離散的コサイン
変換係数の最低次成分（直流成分）を除く係数の絶対値
和が用いられている。また、アクティビティの定義の別
の可能性として、１２で離散的コサイン変換をする前の
、ブロックに切り出された画像の値を用いて、ブロック
内の画素の値の平均値と各画素の値の差分の絶対値和、
ブロック内の画素の値の平均値と各画素の値の差分の２
乗和、隣接画素との差分値の絶対値和といったものを用
いることも可能である。 ［００１６］さらに、フレームアクティビティ計算部１
６において上記ブロック毎のアクティビティを１画面分
加え合わせることにより１画面全体の情報量の指標とな
るフレームアクティビティが計算される。このフレーム
アクティビティから１７で量子化幅制御パラメータを求
め、この量子化幅制御パラメータの値と、各変換係数に
対する量子化幅の比率を決定するためにあらかじめ定め
られている基本量子化テーブル１８の値とを掛は合わさ
れて、実際の各係数毎の量子化幅が決められる。すなわ
ち、情報量の多い入力画像に対しては粗い量子化幅、情
報量の少ない入力画像に対しては細かな量子化幅に設定
される。この量子化幅のコントロールにより入力画像の
情報量によらず一定符号量化が行われる。 ［００１７］符号化に際して一定符号量化を実現するた
めに、あらかじめ各ブロックでの使用符号量を予測して
、各ブロックへの符号量割当ということを行う。そのた
めに、符号量配分計算部１９において、前記ブロックア
クティビティとフレームアクティビティとの比から対応
するブロックへの符号量割当を行う。この際、可変長符
号化部で対象としているブロックの符号化を行った後、
実際に使用した符号量が割り当てられた符号量よりも少
ない場合には、余剰符号量を次の符号化ブロックに対す
る符号量割当に繰り越し加算する。逆に、割当符号量が
足りない場合は、非ゼロの値を持つ係数のうち高次の係
数の値をゼロにすることにより該ブロックの発生符号量
を減らし、割当符号量以内に納めるようにする。この場
合、符号化打ち切り歪と呼ぶ画質劣化を生じる。このよ
うな、次のブロックへの繰り越しや打ち切りは、多様な
入力画像に対してビット配分法の精度が十分でないこと
に起因し、現状では完全に避は得ることはできない。 ［００１８１配分符号量不足による符号化打ち切りは高
域成分から順に行うため、アクティビティが高いブロッ
クにおいては高域の劣化となって生じるが、これは、そ
れほど甚だしい劣化感を生むものではない。しかし、ア
クティビティの低いブロックにおいては、もともと高域
成分が少ないため、打ち切りが生じると比較的低域成分
での劣化となり、ブロック歪となって現れる。これは、
符号化レートが比較的高く画質が重要となる応用におい
ては、大きな画質劣化感を生じるものとなる。これに対
して、本発明においては、符号量配分計算部１９でのブ
ロックアクティビティとフレームアクティビティの比か
ら各ブロックへの符号量配分を決定する方法を図２に示
すような特性を持たせることにより解決する。図２は２
種類の入力画像例に対して、横軸にブロックアクティビ
ティとフレームアクティビティの比を、縦軸に符号化の
際に実際に必要となる符号量をとり、各ブロックに関し
てプロットしたものであり、直線で示したものが本実施
例において設定した符号量配分方法である。この図に示
すように、ブロックアクティビティの低いブロックに対
しては必要符号量よりも配分符号量が多くなる傾向に設
定し、その分、ｌフレーム単位の一定符号量化を達成す
るために、ブロックアクティビティの高いブロックに対
して配分符号量が必要符号量より少な目になるように設
定している。図４は第２の実施例を示す図であり、請求
項２に対する構成例を表している。図１との相違点は可
変長符号化を行うブロックの順序を、各ブロックのアク
ティビティの大きさによりコントロールする符号化順序
制御部２１と、可変長符号化後のデータを元の並び順に
再配置するブロック順再配置部２２だけであり、他の構
成に関しては第１の実施例と同様である。符号化順序制
御部２１ではブロックアクティビティの小さなブロック
から順にフレームメモリから読みだして可変長符号化部
に入力する。この際、必ずしも正確なアクティビティの
大きさ順ではなく、アクティビティの大小によりグルー
プ分けを行い、アクティビティが小さいグループに属す
るブロックから符号化を行うという順序制御方法も可能
である。 ［００１９］符号量配分計算部１９では第１の実施例と
同様にアクティビティの小さなブロックに必要符号量よ
りも多く割り当てる傾向により配分しているため、最初
に可変長符号化されるアクティビティの小さなブロック
からの余剰符号量は、後に可変長符号化されるアクティ
ビティの大きなブロックに繰り越され、結果としてほと
んど全てのブロックで適正な符号量の使用が行われるこ
とになる。 ［００２０１図５は第３の実施例を示すものであり、符
号化側ではブロック順序の再配置を行わず、復号側で再
配置を行うようにしたものである。−符号化順序制御部
２１からの制御情報によりアクティビティの小さなブロ
ックから順に可変長符号化が行われ、ブロックの位置情
報と一緒に出力される。このような構成においては、第
２の実施例において必要とされた、ブロック順序再配置
部２２における高能率符号化後の１フレ一ム分の符号量
程度の大きさのバッファが必要ではなくなる。しかし、
ブロック位置情報の分だけ符号化効率は低下することに
なる。 ［００２１１図６は請求項３の発明を示す実施例である
。符号量配分計算部１９において計算された各ブロック
への割当符号量は符号量制御部２４において１画面分記
憶される。符号化対象ブロックの可変長符号化部１４で
実際に符号化したときの使用符号量が信号線１０３によ
り符号量制御部２４に送られ、配分符号量と比較される
。その結果、配分符号量の方が多い場合には次のブロッ
クへの配分符号量へ繰り越される。逆に、実際の使用符
号量の方が多い場合で該ブロックの割当符号量が予め定
めた値よりも小さい場合、即ち、情報量が元々少ないブ
ロックに対しては、符号化打ち切りを行うと画質の劣化
が甚だしく目立つことになるため、符号量制御部２４に
おいて、不足符号量分を情報量の多いブロックに対する
配分符号量から補うようにすることを行う。実際の使用
符号量の方が配分符号量よりも多い場合でも、該ブロッ
クへの割当符号量が予め定めた値よりも大きい場合、即
ち、情報量が多いブロックにおいては、多少の符号化打
ち切りが生じても、それによる画質の劣化は比較的目立
ちにくいため、高周波成分から順に符号化を打ち切るこ
とにする。 ［００２２］

【発明の効果】　以上詳述した本発明のビット配分符号
化方式によれば、以下に示すような効果を奏する。（１
）低域成分の符号化に必要な符号量が確保される為に、
低域成分の歪みが設定条件以上に大きくならず、ブロッ
ク歪みを生じ難くなる。 ［００２３］　（２）ブロックのアクティビティの小さ
なブロックから符号化する事により、符号化打切りを生
じ易いブロックの符号化時に、繰越し符号量を使用でき
る様になり、高域成分の符号化打切りを抑える事ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のピッ１ル配分方式を用いる符号化装置
の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明によるビット配分方式の実際例を示す図
。

【図３】ブロック内の量子化された変換係数を１次元デ
ータに並び替える順序を示す図。

【図４】第２の実施例を示すブロック図。

【図５】第３の実施例を示すブロック図。

【図６】請求項３の実施例を示すブロック図。

【符号の説明】

１１・・・ブロック切り出し部、１２・・・離散的直交
変換部、１３・・・量子化器、１４・・・可変長符号化
部、１５・・・ブロックアクティビティ計算部、１６・
・・フレームアクティビティ計算部、１７・・・量子化
幅制御パラメータ計算部、１８・・・基本量子化テーブ
ル、１９符号量配分計算部、２０・・・スキャン変換部
、２１・・・符号化順序制御部、２２・・・ブロック順
序再配置部、２３・・・バッファメモリ、２４・・・符
号量制御部、１０１・・・符号量割当、１Ｏ２・・・符
号量繰り越し、１０３・・・使用符号量。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数サンプルで構成されるブロック毎に入
   力データから少なくとも一つのパラメータを求め、この
   パラメータの値からあらかじめ定められた計算式により
   各ブロックに符号量の配分を行って符号化する方式に於
   いて、配分符号量が少なくなる様なパラメータの値を有
   するブロックに対しては、実際に必要とする符号量を下
   回らないように配分符号量を設定し、配分符号量が多く
   なるようなパラメータの値を有するブロックに対しては
   、配分符号量が実際に必要とする符号量を下回ることを
   許すように、前記パラメータと配分符号量の関係式を設
   定することを特徴とするビット配分符号化方式。
2. 【請求項２】配分符号量が小さなブロックから順に符号
   化を行うことを特徴とする請求項１記載のビット配分符
   号化方式。
3. 【請求項３】複数サンプルで構成されるブロック毎に入
   力データから少なくとも一つのパラメータを求め、この
   パラメータの値からあらかじめ定められた計算式により
   各ブロックに符号量の配分を行って符号化する方式に於
   いて、配分符号量がある値よりも小さなブロックに対し
   て、配分符号量が実際に必要とする符号量を下回った場
   合に、配分符号量が大きなブロックから不足符号量を補
   う様にすることを特徴とするビット配分符号化方式。
4. 【請求項４】配分符号量が小さなブロックから順に符号
   化を行うことを特徴とする請求項３記載のビット配分符
   号化方式。