JPH06350988A - イントラ−ブロックｄｃ変換係数量子化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バッファに貯蔵されたデータの量と入力映像
信号の複雑度によって適応的にイントラ−ブロックＤＣ
変換係数を量子化して伝送映像の質を向上させるもので
ある。 【構成】 入力ディジタル映像信号から伝送する符号化
された映像信号を提供するディジタル化された映像信号
符号器で用いる、イントラ−ブロックＤＣ変換係数量子
化方法において、入力ディジタル映像信号に含まれた多
数のブロックの各々をインタ−ブロックＡＣおよびＤＣ
変換係数またはイントラ−ブロックＡＣおよびＤＣ変換
係数のセットに変換し、前記各変換係数のセットからイ
ントラ−ブロックＤＣ変換係数を選択し、制御信号に基
づいて、イントラ−ブロックＤＣ量子化器ステップ大き
さを決定し、該量子化器ステップ大きさを用いて前記選
択されたイントラ−ブロックＤＣ変換係数を量子化す
る。

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符号化するた
めの方法に関するもので、とくに、伝送される映像から
えられたイントラ−ブロック（ｉｎｔｒａ−ｂｌｏｃ
ｋ）ＤＣ変換係数の量子化器ステップ大きさ（ｑｕａｎ
ｔｉｚｅｒ ｓｔｅｐ ｓｉｚｅ）を調節して、伝送さ
れる映像の質を向上させるためのイントラ−ブロックＤ
Ｃ変換係数量子化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】高精
度テレビジョンおよび映像電話器システムのような多様
な電気／電子活用分野において、映像信号はディジタル
化された形態で伝送される。連続的な映像フレームを含
む映像信号がディジタル化された形態で表現されれば、
各映像フレームの各々の走査線が画素と呼ばれる一連の
ディジタルデータ要素からなるので、相当な量のディジ
タルデータが発生する。しかし、通常の伝送チャネルの
利用可能な周波数帯域は制限されているので、相当な量
のディジタルデータを制限されたチャネルを通じて伝送
するためには、伝送されるデータの量を減らすために映
像信号符号化装置の使用が必要である。

【０００３】通常、映像信号は一つのフレーム内の画素
間および隣接フレームなどの内の画素のあいだに相関関
係または冗長性（ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）があるので、
画質を深刻に損傷させることなく圧縮されうる。多様な
映像圧縮技法のうち、時間的圧縮技法および空間的圧縮
技法を統計的符号化技法と共に用いる、いわゆる、ハイ
ブリッド符号化技法が最も効果的であることが知られて
いる。

【０００４】大部分のハイブリッド符号化技法は、適応
的インタ／イントラ−モード（ｉｎｔｅｒ／ｉｎｔｒａ
−ｍｏｄｅ）符号化、直交変換（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、変換係数の量子化および可変
長さ符号化を採用する。適応的インタ／イントラ−モー
ド符号化は、後続の直交変換のための信号を、たとえ
ば、信号の分散に基づいて現在フレームのパルス符号化
変調データまたは差分パルス符号変調データから適応的
に選択するプロセスである。予測方法とも呼ばれ、隣接
フレーム間の冗長性を減少させる概念に基づいたインタ
−モード符号化は、現在フレームと隣接した一つまたは
二つのフレーム間での物体の動きを決定し、物体の動き
によって現在フレームを予測し、現在フレームと予測と
のあいだの差分を表す差分信号を発生するプロセスであ
る。この符号化方法は、たとえば、ステファン エリク
ソン（Ｓｔａｆｆａｎ Ｅｒｉｃｓｓｏｎ）の「フィク
スドアンド アダプティブ プレディクターズ、フォア
ハイブリッド プレディクティブ／トランスフォーム
コーディング（Ｆｉｘｅｄ ａｎｄ Ａｄａｐｔｉｖ
ｅ Ｐｒｅｄｉｃｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｈｙｂｒｉｄ Ｐ
ｒｅｄｉｃｔｉｖｅ／Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｃｏｄｉｎ
ｇ）」（アイイーイーイー トランザクションズ オン
コミュニケーションズ（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔ
ｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、Ｃ
ＯＭ−３３、Ｎｏ １２、１９８５年１２月）およびニ
ノミヤ（Ｎｉｎｏｍｉｙａ）とオオツカ（Ｏｈｔｓｕｋ
ａ）の「ア モーション−コンペンセイティド インタ
ーフレーム コーディング スキーム フォア テレビ
ジョン ピクチャー（Ａ Ｍｏｔｉｏｎ−Ｃｏｍｐｅｎ
ｓａｔｅｄ Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓ
ｃｈｅｍｅ ｆｏｒ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｐｉｃｔ
ｕｒｅ）」（アイイーイーイー トランザクションズ
オン コミュニケーションズ（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａ
ｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、
ＣＯＭ−３０、Ｎｏ １、１９８２年１月）に開示され
ている。

【０００５】現在のフレームのパルス符号変調データお
よび動き補償された差分パルス変調データのような映像
データの空間的な相関関係を用いて、データ間の空間的
な冗長性を減少または除去させる直交変換は、ディジタ
ル映像データのブロックを変換係数のセットに変換させ
る。この技法はチェン（Ｃｈｅｎ）およびプラット（Ｐ
ｒａｔｔ）の「シーン アダプティブ コーダ（Ｓｃｅ
ｎｅ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｏｄｅｒ）」（アイイーイ
ーイー トランザクションズ オン コミュニケーショ
ンズ（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃ
ｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）ＣＯＭ−３２，Ｎｏ
３、１９８４年３月）に開示されている。かかる変換係
数データを量子化および可変長さ符号化することによっ
て、伝送されるデータの量が効率的に圧縮されうる。

【０００６】具体的に、離散コサイン変換のような直交
変換において、映像データは、たとえば、８×８画素と
なったブロックである同じ大きさのブロックに分割さ
れ、各ブロックは空間ドメインから周波数ドメインに変
換される。よって、一つのＤＣ変換係数と、複数のＡＣ
変換係数がえられる。ブロックのＤＣ変換係数はブロッ
クの平均信号の大きさを反映する。イントラ−モード入
力映像信号は通常、０から２５５までのあいだの値を有
するので、イントラ−ブロックＤＣ変換係数は１１ビッ
トと表されうる０から２０４０までの範囲を有し、イン
トラ−ブロックＡＣ変換係数は、約−１０００から１０
００までの値を有する。−２５５から２５５までの値を
有するイントラ−モード映像信号のばあい、ＡＣおよび
ＤＣ変換係数は約−２０００から２０００までの値を有
する。

【０００７】直交変換からの直交変換係数は量子化され
る。量子化において、小さい量子化器ステップ大きさ
は、多数のコードビットを必要とする多量のデータをな
し、大きい量子化器ステップ大きさは、小さい数のコー
ドビットを必要とする小量のデータをなす。多量のコー
ドビットは小量のコードビットより映像をさらに精密に
表すことができるので、伝送チャネルに付加されるデー
タの量と伝送された映像の質とのあいだにはトレードオ
フの関係があることになる。

【０００８】通常、多様な量子化器ステップ大きさの制
御方法がこの分野に提案されているが、これらの方法に
おいて、量子化器ステップ大きさの制御はインタ−ブロ
ックＤＣおおよびＡＣ、イントラ−ブロックＡＣ変換係
数に対する量子化器ステップ大きさの制御を意味する。
かかる量子化器ステップ大きさの制御は、バッファメモ
リに現在貯蔵されているデータの量および入力映像信号
の複雑度に基づく。また、高周波数に対する人間の視覚
感度が低いことを用いて、認知される映像の質を損傷さ
せることなく、高周波数の変換係数に対して大きい量子
化器ステップ大きさが用いられることができる。同じよ
うに、直交変換係数のうち、最も低い周波数であるＤＣ
変換係数に対しては最も小さい量子化器ステップ大きさ
が用いられる。

【０００９】しかし、前述した従来技法において、量子
化器ステップ大きさは、インタ−ブロックＡＣおよびＤ
Ｃ係数とイントラ−ブロックＡＣ係数に対してだけ適応
的に調節される。イントラ−ブロックＤＣ係数のばあい
には、相対的に小さい、たとえば、８である固定された
ステップ大きさで量子化される。すなわち、イントラ−
ブロックＤＣ係数はバッファメモリのデータ量および入
力映像信号の複雑度に関係なく一括的に量子化される。

【００１０】したがって、本発明の目的は、バッファに
貯蔵されたデータの量と入力映像信号の複雑度によって
適応的にイントラ−ブロックＤＣ変換係数を量子化して
伝送映像の質を向上させるイントラ−ブロックＤＣ変換
係数量子化方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明によれば、入力ディジタル映像信号の複雑度
を決定する手段と、伝送する符号化された映像信号を一
時貯蔵し、貯蔵されたビット数を表すバッファ内容信号
を発生する手段と、前記入力ディジタル映像信号の複雑
度および前記バッファ内容信号から制御信号を発生する
手段とを備え、各々のブロックがインタ−モードまたは
イントラ−モードである同一の大きさを有する多数の前
記ブロックからなる前記入力ディジタル映像信号から前
記伝送する符号化された映像信号を提供するディジタル
化された映像信号符号器で用いるための、イントラ−ブ
ロックＤＣ変換係数量子化方法において、前記入力ディ
ジタル映像信号に含まれた前記多数のブロックの各々を
インタ−ブロックＡＣおよびＤＣ変換係数またはイント
ラ−ブロックＡＣおよびＤＣ変換係数のセットに変換す
るステップと、前記インタ−ブロックＡＣおよびＤＣ変
換係数またはイントラ−ブロックＡＣおよびＤＣ変換係
数のセットからイントラ−ブロックＤＣ変換係数を選択
するステップと、前記制御信号に基づいて、イントラ−
ブロックＤＣ量子化器ステップ大きさ（ｑｕａｎｔｉｚ
ｅｒ ｓｔｅｐ ｓｉｚｅ）を決定するステップと、前
記イントラ−ブロックＤＣ量子化器ステップ大きさを用
いて前記選択されたイントラ−ブロックＤＣ変換係数か
ら量子化されたイントラ−ブロックＤＣ変換係数を発生
するステップとを含むイントラ−ブロックＤＣ変換係数
量子化方法が提供される。

【００１２】

【実施例】図１は、ディジタル化された映像信号符号化
装置のブロック図を示す。入力ディジタル映像信号は直
交変換器１０および前進分析器７０に入力される。入力
ディジタル映像信号は各々のブロックが８×８画素のイ
ンタ−モード映像信号またはイントラ−モード映像信号
である多数の同じ大きさのブロックを含む。

【００１３】前進分析器（ｆｏｒｗａｒｄ ａｎａｌｙ
ｚｅｒ）７０は、入力ディジタル映像信号を分析して映
像信号の分散から映像信号の複雑度（ｄｅｇｒｅｅ ｏ
ｆｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）を決定して複雑度係数（ｃｏ
ｍｐｌｅｘｉｔｙ ｉｎｄｅｘ）を量子化器制御器６０
へ伝送する。

【００１４】映像信号の画素データを空間ドメインから
周波数ドメインに転換する直交変換器１０は８×８画素
の各々の同じ大きさのブロックに一つのＤＣ係数および
６３個のＡＣ係数を含む変換係数のセットを提供する。
量子化ブロック２０で量子化される係数がイントラ−モ
ード映像信号ブロックから発生したイントラ−ブロック
ＤＣ係数、イントラ−ブロックＡＣ係数のうちの一つ
か、またはインタ−モード映像信号ブロックから発生さ
れたインタ−ブロックＡＣ／ＤＣ係数のうちの一つであ
るかを表すために、係数表示信号も量子化ブロック２０
へ出力される。

【００１５】たとえば、量子化器スケールである量子化
器制御器６０からの制御信号に応答して、本発明による
量子化ブロック２０は直交変換器１０からのＤＣＴ係数
のような直交変換係数の各々に対する量子化器ステップ
大きさを決定して、決定された量子化器ステップ大きさ
で直交変換係数を量子化する。量子化ブロック２０につ
いては図２を参照しつつあとで詳述する。

【００１６】量子化ブロック２０からの量子化された変
換係数は、可変長さ符号化器３０で連続的に処理され
て、当該技術分野で知られているような変換長さ符号化
方法によって符号化される。

【００１７】マルチプレクサ４０は可変長さ符号化器３
０からの可変長さ符号化された係数および量子化器制御
器６０からの量子化器スケールのような付加情報をレー
トバッファ５０へ伝送する。

【００１８】可変長さ符号化された係数および量子化器
スケールのような情報はレートバッファ（ｒａｔｅ ｂ
ｕｆｆｅｒ）５０に一時貯蔵されて、伝送チャネルへ伝
送される。現在レートバッファ５０に貯蔵されたビット
数は、量子化器制御器６０へ出力され、量子化器制御器
６０ではレートバッファ５０からの現在レートバッファ
５０に貯蔵されているビット数と前進分析器７０からの
複雑度係数値に基づいて量子化器スケールが決定され
る。

【００１９】量子化器スケールは、ユニット単位で決定
される。ユニットには、ブロック、マクロブロックおよ
びＧＯＢ（ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｂｌｏｃｋｓ）の三つが
ある。ブロックは前述したような８×８画素からなるブ
ロックとすることができる。これらのブロック四つは、
ＧＯＢに含まれた多数のマクロブロックの各々を構成す
る。いかなるユニットも量子化器スケール決定に用いら
れうる。一般に、映像はマクロブロック内で大幅に変化
しないので、マクロブロックが量子化器スケール決定の
ためのユニットとして選択されれば、映像の質を損傷さ
せずに映像を量子化しうる。

【００２０】図２は、図１に示された、本発明による量
子化ブロック２０の詳細図を示す。

【００２１】図１に示された直交変換器１０からの変換
係数および係数表示信号が各々スイッチ２２および量子
化器選択器２１へ入力される。

【００２２】量子化器選択器２１は、入力係数表示信号
に応答して、変換係数が量子化される量子化器をスイッ
チ２２が選択するようにする。すなわち、イントラ−ブ
ロックＤＣ変換係数はイントラ−ブロックＤＣ係数量子
化器２６へ、イントラ−ブロックＡＣ変換係数の各々は
イントラ−ブロックＡＣ係数量子化器２４へ、インタ−
ブロックＡＣ／ＤＣ変換係数の各々はインタ−ブロック
量子化器２８へ入力される。

【００２３】図１に示された量子化器制御器６０からの
量子化器スケールは、量子化器ステップ大きさ制御部２
３、２５、２７へ入力される。

【００２４】インタ−ブロック量子化器ステップ大きさ
制御部２７は、入力された量子化器スケールを用いて、
インタ−ブロックＡＣ／ＤＣ変換係数を量子化するため
のインタ−ブロックＡＣ／ＤＣ量子化器ステップ大きさ
を計算して決定する。詳述すれば、当該技術分野で知ら
されているように、量子化器ステップ大きさは、量子化
器スケールおよび同じ値を有するマトリックス要素を有
するインタ−ブロック量子化マトリックスからえられ
る。

【００２５】イントラ−ブロックＡＣ量子化ステップ大
きさ制御部２３は、インタ−ブロック量子化器ステップ
大きさ制御部２７と類似の方法でイントラ−ブロックＡ
Ｃ係数を量子化するためのイントラ−ブロックＡＣ量子
化器ステップ大きさを決定する。しかし、イントラ−ブ
ロックＡＣ量子化マトリックスのマトリックス要素は多
様な値を有するので、イントラ−ブロックＡＣ量子化器
ステップ大きさはＡＣ変換係数によって異なることがで
きる。

【００２６】インタ−ブロック量子化器ステップ大きさ
制御部２７およびイントラ−ブロックＡＣ量子化器ステ
ップ大きさ制御部２３からの量子化器ステップ大きさ
は、各々インタ−ブロック量子化器２８およびイントラ
−ブロックＡＣ係数量子化器２４へ入力される。変換係
数の値は相応する量子化器ステップ大きさに分けられて
最も近い整数に四捨五入されて量子化された変換係数が
えられる。

【００２７】本発明によって、イントラ−ブロックＤＣ
変換係数は、図１に示された量子化器制御器６０から提
供された量子化器スケールによって決定される多様な量
子化器ステップ大きさで量子化される。詳述すれば、量
子化器スケールは変換係数から量子化された変換係数を
計算するために符号化器により用いられ、また伝送され
た量子化された係数から変換係数を復元するために復号
化器により用いられる５ビット整数である。量子化器ス
ケールは１から３１までのあいだの値を有することがで
きる。

【００２８】本発明のイントラ−ブロックＤＣ量子化ス
テップ大きさ制御部２５において、イントラ−ブロック
ＤＣ量子化器ステップ大きさは、量子化器スケールが１
から４までの値を有するばあい、１と設定されて、非常
に精密な量子化が行われうる。同じように、もし量子化
器スケールが５から８までの値であるばあいは２と、も
し９から１６までの値を量子化器スケールが有するばあ
いは４と、量子化器スケールが１７から３１までの値で
あるばあいは８と量子化器ステップ大きさが設定され
る。

【００２９】イントラ−ブロックＤＣ量子化器ステップ
大きさは、イントラ−ブロックＤＣ係数量子化器２６へ
入力されて、ここで入力された量子化器ステップ大きさ
にイントラ−ブロックＤＣ係数が分けられ、最も隣接し
た整数に四捨五入されて、量子化されたイントラ−ブロ
ックＤＣ変換係数が提供される。すなわち、イントラ−
ブロックＤＣ量子化器ステップ大きさが１であるばあ
い、１１ビットイントラ−ブロックＤＣ係数は１１ビッ
トで、２であるばあいは１０ビットで、４であるばあい
は９ビットで、８であるばあいは８ビットで表現される
量子化されたイントラ−ブロックＤＣ変換係数に転換さ
れる。

【００３０】インタ−ブロック量子化器２８，イントラ
−ブロックＡＣ係数量子化器２４およびイントラ−ブロ
ックＤＣ係数量子化器２６からの量子化された変換係数
は、図１に示された可変長さ符号化器３０へ出力され
る。

【００３１】前述した内容から分かるように、本発明に
よるイントラ−ブロックＤＣ量子化器ステップ大きさ
は、従来の復号化器がインタ−ブロックＡＣ／ＤＣおよ
びイントラ−ブロックＡＣ係数などのような伝送された
量子化された係数から変換係数を計算しうるように伝送
される量子化器スケールによって適応的に決定されるの
で、１，２，４，８のイントラ−ブロックＤＣ量子化器
ステップ大きさを表す付加情報ビットが伝送される必要
がない。同じように、符号化器で行われた方法とは逆
に、イントラ−ブロックＤＣ量子化器ステップ大きさを
うることによって復号化器は伝送された量子化されたイ
ントラ−ブロックＤＣ係数からイントラ−ブロックＤＣ
変換係数を復元しうる。

【００３２】イントラ−ブロックＤＣ量子化器ステップ
大きさは、前述したこととは異なる方式、たとえば、
１、２、４、８以外の他の量子化器ステップ大きさを用
いるか、本発明の実施例とは異なる範囲の量子化器スケ
ールで量子化器ステップ大きさを決定する方式でえられ
ることを特記しなければならない。

【００３３】

【発明の効果】本発明による新規な量子化方法により、
イントラ−ブロックＡＣおよびインタ−ブロックＡＣ／
ＤＣ変換係数を量子化するのに用いられる量子化スケー
ルを用いて、適切に調節された量子化ステップ大きさと
共にイントラ−ブロックＤＣ変換係数が量子化されて、
イントラ−ブロック量子化ステップ大きさを表す付加情
報なく、伝送された映像の質を向上させうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】映像信号符号化装置の概略図である。

【図２】図１に示された本発明における量子化ブロック
の詳細ブロック図である。

【符号の説明】

１０ 直交変換器 ２０ 量子化ブロック ２１ 量子化器選択器 ２２ スイッチ ２３ イントラ−ブロックＡＣ量子化器ステップ大きさ
制御部 ２４ イントラ−ブロックＡＣ係数量子化器 ２５ イントラ−ブロックＤＣ量子化器ステップ大きさ
制御部 ２６ イントラ−ブロックＤＣ係数量子化器 ２７ インタ−ブロック量子化器ステップ大きさ制御部 ２８ インタ−ブロック量子化器 ３０ 可変長さ符号化器 ４０ マルチプレクサ ５０ レートバッファ ６０ 量子化器制御器 ７０ 前進分析器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ディジタル映像信号の複雑度を決定
   する手段と、伝送する符号化された映像信号を一時貯蔵
   し、貯蔵されたビット数を表すバッファ内容信号を発生
   する手段と、前記入力ディジタル映像信号の複雑度およ
   び前記バッファ内容信号から制御信号を発生する手段と
   を備え、各々のブロックがインタ−モードまたはイント
   ラ−モードである同一の大きさを有する多数の前記ブロ
   ックからなる前記入力ディジタル映像信号から前記伝送
   する符号化された映像信号を提供するディジタル化され
   た映像信号符号器で用いるための、イントラ−ブロック
   ＤＣ変換係数量子化方法において、 前記入力ディジタル映像信号に含まれた前記多数のブロ
   ックの各々をインタ−ブロックまたはイントラ−ブロッ
   クＡＣおよびＤＣ変換係数のセットに変換するステップ
   と、 前記インタ−ブロックまたはイントラ−ブロックＡＣお
   よびＤＣ変換係数のセットからイントラ−ブロックＤＣ
   変換係数を選択するステップと、 前記制御信号に基づいて、イントラ−ブロックＤＣ量子
   化器ステップ大きさを決定するステップと、 前記イントラ−ブロックＤＣ量子化器ステップ大きさを
   用いて前記選択されたイントラ−ブロックＤＣ変換係数
   から量子化されたイントラ−ブロックＤＣ変換係数を発
   生するステップとを含むイントラ−ブロックＤＣ変換係
   数量子化方法。
2. 【請求項２】 前記制御信号が前記インタ−ブロックＡ
   Ｃ／ＤＣおよびイントラ−ブロックＡＣ変換係数の量子
   化器ステップ大きさを制御するための量子化器スケール
   である請求項１記載のイントラ−ブロックＤＣ変換係数
   量子化方法。
3. 【請求項３】 前記イントラ−ブロックＤＣ量子化器ス
   テップ大きさが前記量子化器スケールが１ないし４であ
   るばあいは１と、５ないし８であるばあいは２と、９な
   いし１６であるばあいは４と、１７ないし３１であるば
   あいは８と決定されるイントラ−ブロックＤＣ変換係数
   量子化方法。