JPH07131789A - 画像符号化方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変換係数の量子化に際して、回路構成を従来
よりも複雑化させることなく、且つ、冗長なビットを増
加させないで、１より小さなレベルや３１を越えるレベ
ルの符号量制御を無駄なく十分に行い得るようにするこ
と。 【構成】 画像情報をブロック単位で変換符号化した
後、量子化手段によって線形量子化する画像符号化方式
であって、前記量子化手段が、複数種類用意されている
量子化係数の変化幅（例：QSS=0.25,1,4）の中から当該
ブロックが属している画面に関して指定された変化幅を
選択する手段を備えており、当該ブロックの変換係数
を、前記で選択された変化幅から得られた量子化係数を
用いて量子化する画像符号化方式。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＭＰＥＧ規格（ＩＳＯ
１１１７２）等で用いられる画像符号化方式に関する。
詳しくは、変換係数を量子化する際の処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＰＥＧ規格等の画像圧縮方式では、ブ
ロック単位（例：８×８画素）の変換符号化（例：ＤＣ
Ｔ＝離散コサイン変換）で変換係数を生成し、この係数
をブロック毎に決定される量子化係数を用いて量子化し
た後、可変長符号化（ＶＬＣ）している。また、ＭＰＥ
Ｇでは、後に複合化されるべき符号化デ−タ（ビットス
トリ−ム）の構造が、量子化係数の場合符号長が５ビッ
トに規定されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＭＰＥＧ規格では、量
子化係数が５ビットで、且つ、量子化係数の変化幅が１
であるため、量子化レベルは１から３１の範囲の整数値
をとる。このため、１より小さなレベルは１に、３１を
越えるレベルは３１に、各々量子化される。したがっ
て、１より小さなレベルや３１を越えるレベルの符号量
制御が不十分となって、これらのレベルでの量子化雑音
が増大するという問題がある。

【０００４】量子化係数に割り当てるべき符号長を大き
くして３１を越えるレベルにも対応できるようにするこ
とで、該レベルについても十分な符号量制御を行うとい
う方法もある。しかし、この方法では冗長なビットが増
加するため、圧縮の程度が低下するという問題が生ず
る。また、ＭＰＥＧ規格にも対応できない。

【０００５】また、上記の線形な量子化係数（５ビッ
ト，変化幅１；図３の左欄参照）の他に、図３の右欄に
示すように、量子化係数の変化幅が量子化係数の増加に
伴って段階的に増加する非線形な量子化係数を用意する
ことで、１より小さなレベルや３１を越えるレベルに対
応可能にする方法もある。しかし、この方法では、非線
形な量子化係数のために回路構成が従来よりも複雑化す
るという問題がある。また、同一画面の量子化係数は略
同程度の範囲にある場合が多いため、無駄が大きいとい
う問題もある。例えば、量子化係数が平均して３１を越
えるような画面では、１に満たない小さな量子化係数が
使用されることがないため無駄になる。逆に、量子化係
数の平均が小さな画面では、大きな量子化係数が無駄に
なる。

【０００６】本発明は、変換係数の量子化に関して、回
路構成を複雑化させず、且つ、符号化デ−タの構造を変
えないで、１より小さなレベルや、３１を越えるレベル
の符号量制御を十分に行い得るようにすることを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、画像
情報をブロック単位で変換符号化した後、量子化手段に
よって線形量子化する画像符号化方式に於いて；前記量
子化手段が、複数種類用意されている量子化係数の変化
幅の中から当該ブロックが属する画面に関して指定され
た変化幅を選択する手段を備えており、当該ブロックの
変換係数を、前記で選択された変化幅から得られた量子
化係数を用いて量子化する画像符号化方式である。

【０００８】また、請求項２の発明は、請求項１に於い
て；前記変化幅の指定が、変換係数の量子化対象のブロ
ックが属している画面の量子化係数を代表する値として
期待される値を、前記複数種類の変化幅に対応して各々
設定されている閾値と比較することによって行われる、
画像符号化方式である。上記に於いて、「代表する値と
して期待される値」とは、例えば、時間的に直前の画面
の平均的な量子化係数や、あるいは同じく直前の画面の
最後のブロックの量子化係数である。

【０００９】

【作用】請求項１の発明では、量子化対象の変換係数の
ブロックが属している画面に関して指定された変化幅
が、選択手段によって選択され、この選択された変化幅
に対応する量子化係数に、基づき変換符号が線形量子化
される。請求項２の発明では、変化幅の指定が、量子化
対象の変換係数のブロックが属している画面の量子化係
数の代表値を、前記複数種類の変化幅に対応して各々設
定されている閾値と比較することによって行われる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図４は、
動画の高能率符号化に一般的に用いられている回路に、
本実施例を適用したものである。即ち、本実施例では、
量子化係数の変化幅ＱＳＳとして、図１に示す“０．２
５”“１”“４”の３種類の値が用意されており、ピク
チャ毎に上記ＱＳＳの何れかの値が選択されて、量子化
部６１４に与えられる。

【００１１】まず、回路の動作を説明する。動画信号か
ら生成されるデジタル動画デ−タは、不図示の前処理部
でフレ−ム配列を変更されて、ブロック化部６１１に入
力される。即ち、ＭＰＥＧ規格のＢピクチャに先行又は
続くＩピクチャやＰピクチャが、当該Ｂピクチャよりも
先行するようにフレ−ム配列を変更されて、ブロック化
部６１１に入力される。ここで、Ｉピクチャは画面内の
全ブロックがフレ−ム内符号化ブロックから成るピクチ
ャであり、Ｐピクチャはフレ−ム内符号化ブロックとフ
レ−ム間の前方向予測符号化ブロックが画面内に混在す
るピクチャである。また、Ｂピクチャはフレ−ム内符号
化ブロックとフレ−ム間の前方向及び後方向予測符号化
ブロックが画面内に混在するピクチャである。

【００１２】ブロック化部６１１では、ライン単位のデ
ジタル画像デ−タが１画面（フレ−ム）分記憶され、複
数のブロック（例；８×８画素）に分割されて、ブロッ
ク単位のデジタル画像デ−タに変換される。この変換後
のデジタル画像デ−タは、ブロック単位で減算器６１２
へ送られる。

【００１３】減算器６１２では、前記ブロック化部６１
１から入力されるデジタル画像デ−タから、フレ−ムメ
モリ６１７内のデジタル画像デ−タ（符号化後に復号化
されたデ−タ）が、必要に応じて減算される。例えば、
ＰピクチャやＢピクチャのフレ−ム間予測符号化ブロッ
クであれば、直前のフレ−ムの対応するブロックのデ−
タが減算される。また、Ｂピクチャのフレ−ム間双方向
予測符号化ブロックであれば、直前と直後のフレ−ムの
対応する各ブロックの平均デ−タが減算される。また、
これらのフレ−ム間予測符号化処理では、必要に応じて
動き検出部６１８からのデ−タによる動き補償が行われ
る。なお、フレ−ム内符号化ブロックの場合には、フレ
−ムメモリ６１７内のデジタル画像デ−タによる減算は
行われず、前記ブロック化部６１１から入力されるデジ
タル画像デ−タが、そのまま直交変換部６１３へ送られ
る。

【００１４】直交変換部６１３では、減算器６１２から
入力される予測誤差デ−タ（但しフレ−ム内符号化ブロ
ックの場合は、当該ブロックの画像デ−タ）に、２次元
ＤＣＴ（離散コサイン変換）処理が施される。即ち、変
換符号化が行われて、変換係数行列が生成される。

【００１５】生成された変換係数行列は、次に、量子化
部６１４で線形量子化される。ここで、量子化係数の変
化幅（量子化ステップ）ＱＳＳは、ピクチャ毎に、前記
の如く“０．２５”“１”“４”の何れかの値が指定さ
れて与えられており、その旨の情報は、当該ピクチャに
関する情報として保持されるものとする。なお、ＱＳＳ
の指定方法については後述する。

【００１６】こうして生成された量子化係数行列は、次
に、ＤＣ成分，低周波成分，高周波成分の順にスキャン
（ジグザグスキャン）される。量子化係数はその値が変
化する毎に、５ビットで符号化される。なお、変化幅Ｑ
ＳＳとして“０．２５”が指定されている場合は４倍さ
れて符号化される。即ち、符号化デ−タが２ビット左へ
シフトされる。また、変化幅ＱＳＳとして“４”が指定
されている場合は１／４倍されて符号化される。即ち、
符号化デ−タが、２ビット右へシフトされる。

【００１７】量子化部６１４から出力される符号化デ−
タは、次に、可変長符号化部（ＶＬＣ）６１５へ送られ
て、平均的な符号長が短くなるように符号を割り当てら
れた後、多重化部６１９へ送られる。多重化部６１９で
は、量子化パラメ−タ（ピクチャ毎に指定される前記Ｑ
ＳＳ等）や適応制御情報、或いは、符号化部６１８ａで
符号化された動き補償情報が多重化され、多重化後のデ
−タはバッファへ送られる。

【００１８】また、量子化部６１４から出力される符号
化デ−タは、ロ−カル復号化部６２へも送られる。これ
は、前記減算器６１２での減算用のデ−タを生成するた
めである。即ち、ロ−カル復号化部６２では、逆量子化
処理と逆ＤＣＴ処理が施されて復号化される。ここで、
前記ＱＳＳが“０．２５”の場合は、量子化係数は復号
化された後に１／４倍して得られる。この量子化係数を
用いて逆量子化される。また、前記ＱＳＳが“４”の場
合は、符号化デ−タは、４倍（＝２ビット左へシフト）
された後に逆量子化される。このように、量子化係数の
変化幅を拡張しても、符号化時と復号化時に各々逆方向
にビットシフトを行うことで、符号化デ−タ（ビットス
トリ−ム）の構造を変更する必要がなくなるため、ＭＰ
ＥＧ規格にも適合させ得る。

【００１９】また、逆ＤＣＴ後のデ−タは、必要に応じ
て、加算器６１６でフレ−ムメモリ６１７内のデジタル
画像デ−タ（符号化後に復号化されたデ−タ）を加算さ
れた後、フレ−ムメモリ６１７に格納される。即ち、ロ
−カル復号化部６２へ入力されるデ−タが、前記予測誤
差デ−タに基づくデ−タの場合は、フレ−ムメモリ６１
７内のデジタル画像デ−タを加算されることで、当該ブ
ロックの画像デ−タが再生され、これが、フレ−ムメモ
リ６１７に格納される。その際、必要に応じて、動き検
出部６１８からのデ−タによる動き補償が行われる。な
お、ロ−カル復号化部６２へ入力されるデ−タが、当該
ブロックの画像デ−タに基づくものである場合は、加算
器６１６での加算は行われない。このようにして、フレ
−ムメモリ６１７には、符号化後に復号化された最新の
２画面の画像デ−タが格納され、前記減算器６１２での
減算処理や上記加算器６１６での加算処理に供される。

【００２０】一方、前記バッファから不図示の記録媒体
に蓄積されたデ−タは、図５に示す復号化回路によって
復号化される。この回路では、逆可変長符号化部で逆Ｖ
ＬＣ処理が行われた後に、前記ロ−カル復号化部６２と
同様にして、復号化が行われる。即ち、前記変化幅ＱＳ
Ｓが“０．２５”の場合は、量子化係数の復号化データ
を１／４倍して、得られた（量子化）係数を用いて逆量
子化される。また、前記変化幅ＱＳＳが“４”の場合
は、符号化デ−タは、４倍（＝２ビット左へシフト）さ
れた後に、逆量子化される。なお、本実施例では、量子
化係数の変化幅ＱＳＳが“０．２５”と“４”の場合を
述べているが、他の値にも同様に適用できる。

【００２１】次に、図２を参照して、前記変化幅ＱＳＳ
の指定方法を説明する。まず、当該ブロックが属してい
るピクチャの代表的な量子化係数（代表値）が求められ
る。この代表値としては、例えば、時間的に直前の画面
の平均的な量子化係数や、あるいは同じく直前の画面の
最後のブロックの量子化係数である。なお、最初の画面
の場合は、デフォルト値が採用される。

【００２２】次に、上記の代表値が、図２の下閾値
“４”、及び、上閾値“２５”と比較される。その結
果、４より小さい場合は、当該ブロックのピクチャの量
子化係数が全体的に小さいと期待できるため、変化幅Ｑ
ＳＳとして“０．２５”が指定される。また、２５より
大きい場合は当該ブロックのピクチャの量子化係数が全
体的に大きいと期待できるため、変化幅ＱＳＳとして
“４”が指定される。また、４以上で２５以下の場合
は、ＱＳＳとして“１”が指定される。なお、図２で
は、下閾値として“４”を用い、上閾値として“２５”
を用いているが、これに代えて、下閾値として“０”を
用い、上閾値として“３２”を用いた場合には、ＭＰＥ
Ｇとの互換性を有することになる。

【００２３】

【発明の効果】以上、請求項１の発明では、当該ブロッ
クが属する画面に関して指定された変化幅の係数に線形
量子化されるため、回路構成を複雑化しないで、且つ、
冗長なビットを増加させないで、量子化係数の範囲を実
質的に拡張できる。例えば、符号長が５ビットの場合で
も、１より小さなレベルや３１を越えるレベルの符号量
制御を、十分に行うことができる。また、図１のＱＳＳ
＝４の場合と図３の右欄との比較より、レベル４０以上
では、図１の量子化係数の変化幅が、図３の非線形な場
合の量子化の係数の変化幅よりも小さくなっており、し
たがって、この範囲では、図１の場合の量子化雑音が図
３の場合の量子化雑音よりも小さいと期待できる。ま
た、この傾向は、量子化レベルが大きい範囲で期待でき
る。

【００２４】また、請求項２の発明では、上記の変化幅
が、当該ブロックが属する画面の量子化係数の代表的な
値に基づいて指定される。即ち、代表値が大きければ大
きな変化幅が指定され、小さければ小さな変化幅が指定
される。このため、量子化雑音が最小になるように量子
化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いる量子化係数と変化幅ＱＳＳを示
すテ−ブル。

【図２】量子化係数の変化幅ＱＳＳの指定方式を示す説
明図。

【図３】線形量子化の量子化係数と非線形量子化の量子
化係数を示すテ−ブル。

【図４】実施例の符号化回路のブロック図。

【図５】実施例の復号化回路のブロック図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報をブロック単位で変換符号化し
   た後、量子化手段によって線形量子化する画像符号化方
   式に於いて、 前記量子化手段は、複数種類用意されている量子化係数
   の変化幅の中から当該ブロックが属する画面に関して指
   定された変化幅を選択する手段を備え、当該ブロックの
   量子化係数をこの変化幅から決定して当該ブロックと量
   子化する画像符号化方式。
2. 【請求項２】 請求項１に於いて、 前記変化幅の指定は、量子化対象のブロックが属する画
   面の量子化係数を代表する値として期待される値を、前
   記複数種類の変化幅に対応して各々設定されている閾値
   と比較することによって行われる、 画像符号化方式。