JPH1023412A

JPH1023412A - 符号化装置及び符号化方法

Info

Publication number: JPH1023412A
Application number: JP17320296A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Suzuki; 一弘鈴木
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】１回の走査で目標符号量に収束する量子化制
御係数を決定する符号化装置を提供することを目的とす
る。【解決手段】直交変換手段２は、直交変換をして変換
係数を求める。量子化手段３は、変換係数を量子化して
量子化係数を求める。第１の符号量算出手段４ａは、第
１の符号量Ｂ１を算出する。近似量子化係数算出手段５
は、量子化係数をもとに近似量子化係数を算出する。第
２の符号量算出手段４ｂは、第２の符号量Ｂ２を算出す
る。最適量子化制御係数算出手段６は、第１の符号量Ｂ
１と第２の符号量Ｂ２から目標符号量Ｂ０に対応する最
適量子化制御係数Ｑ０を算出する。遅延手段７は、画像
データを遅延させる。符号化手段８は、遅延した画像デ
ータを直交変換し、最適量子化制御係数Ｑ０で量子化し
て可変長符号化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は符号化装置及び符号
化方法に関し、特に画像データを符号化する符号化装置
及び符号化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】階調を有する画像を符号化する方式とし
て直交変換符号化方式があり、特にＤＣＴ（離散コサイ
ン変換）が広く知られている。ＤＣＴは、複数の画素か
ら構成される矩形領域（以下、画素ブロックと記す）に
対しＤＣＴ演算を行い、画素ブロック内の空間周波数成
分に相当する変換係数を出力する。これらの変換係数
は、各変換係数ごとに設定された量子化ステップ幅から
成る量子化マトリクスを用いて、量子化されるのが一般
的である。また、量子化された変換係数は可変長符号化
されて符号化動作を完了する。

【０００３】また、圧縮率や画質を変更する場合には、
スケーリングと呼ばれる手法が用いられる。これは基本
となる量子化マトリクスの各要素に一定の値を乗じ、各
変換係数に対する量子化ステップ幅を一様に増減し、圧
縮率や画質を変更するものである。この各要素に乗ずる
一定の値はスケーリングファクタあるいは量子化制御係
数といわれるが、以降は量子化制御係数と呼ぶことにす
る。

【０００４】量子化制御係数が１よりも大きいと、各量
子化ステップ幅が広がり、変換係数は粗く量子化される
ことになり、圧縮率は高く画質は低下することになる。
一方、ＤＣＴは階調変化の緩やかな領域では、ＤＣＴ後
の信号電力の大部分が低い周波数成分に集中するため、
高い圧縮率が得られる。一方、画素ブロック内にエッジ
などが含まれる場合には、高い周波数成分にも電力が分
散するために圧縮率が低下する。このようにＤＣＴを用
いた符号化圧縮率は、画像内容に依存したものとなるこ
とから、画像データの符号量を一定にすることが必要で
ある。

【０００５】画像データの符号量を一定にすることを目
的としたものとして、例えば、特開平４−２３３３７３
号公報のように目標符号量に収束する量子化制御係数を
求める手法がある。

【０００６】図１７は、上記の従来技術の構成を示す図
である。入力画像信号をディジタルの画像データにアナ
ログ−ディジタル変換するＡ／Ｄ部１００と、画像デー
タを量子化制御係数ｑ１で符号化して符号量ｂ１を算出
する第１の符号化部１０１と、画像データを量子化制御
係数ｑ２で符号化して符号量ｂ２を算出する第２の符号
化部１０２と、画像データを一定時間遅延させる遅延部
１０３と、符号量ｂ１、符号量ｂ２から目標符号量ｂ０
に収束するように量子化制御係数ｑ０を求める演算部１
０４と、演算部１０４で決定された量子化制御係数ｑ０
で画像データを符号化する第３の符号化部１０５と、か
ら構成される。

【０００７】入力されたアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ部
１００でディジタルの画像データに変換される。画像デ
ータは第１の符号化部１０１に入力され、量子化制御係
数ｑ１で符号化されて符号量ｂ１が算出される。同様に
画像データは第２の符号化部１０２に入力され、量子化
制御係数ｑ２で符号化されて符号量ｂ２が算出される。
演算部１０４は量子化制御係数ｑ１と符号量ｂ１、量子
化制御係数ｑ２と符号量ｂ２の組合せを線形補間して、
目標符号量ｂ０に収束するように量子化制御係数ｑ０を
求める。そして、画像データは遅延部１０３で一定時間
遅延した後に第３の符号化部１０５に入力され、演算部
１０４で決定された量子化制御係数ｑ０で符号化され
る。

【０００８】このような従来技術では、少なくとも２つ
の符号化部を並列化して、同時に２種類の量子化制御係
数で符号化した場合の符号量を算出し、目標符号量とな
る量子化制御係数を決定している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来技術の構成では、符号化の繰り返しが必要となり、
演算量、処理時間が増加するという問題があった。

【００１０】また、複数の符号化部を持つため、装置構
成が複雑になるという問題があった。本発明は上記問題
点を解決するために、１回の走査で目標の符号量に収束
する量子化制御係数を決定する符号化装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】また、本発明の他の目的は、装置構成を簡
略化した符号化装置を提供することである。さらに、本
発明の他の目的は、１回の走査で目標の符号量に収束す
る量子化制御係数を決定する符号化方法を提供すること
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、画像データを符号化する符号化装置において、画像
データを画素ブロックに分割し、前記画素ブロック毎に
直交変換を施して変換係数を求める直交変換手段と、前
記変換係数を第１の量子化制御係数で定まる量子化特性
で量子化して量子化係数を求める量子化手段と、前記量
子化係数に可変長符号化を施して得られる第１の符号量
を算出する第１の符号量算出手段と、第２の量子化制御
係数で定まる量子化特性で、前記変換係数の量子化を行
って得られる量子化係数と近似的に等しくなる近似量子
化係数を算出する近似量子化係数算出手段と、前記近似
量子化係数に前記可変長符号化を施して得られる第２の
符号量を算出する第２の符号量算出手段と、前記第１の
符号量と前記第２の符号量をもとに目標符号量に対応す
る最適量子化制御係数を算出する最適量子化制御係数算
出手段と、前記最適量子化制御係数が決定されるまで前
記画素ブロックを遅延させる遅延手段と、遅延後の画素
ブロックに前記直交変換を施して変換係数を求め、前記
変換係数を前記最適量子化制御係数で定まる量子化特性
で量子化して量子化係数を求め、前記量子化係数を可変
長符号化して出力する符号化手段と、を有することを特
徴とする符号化装置が提供される。

【００１３】ここで、直交変換手段は、画像データを画
素ブロックに分割し、画素ブロックごとに直交変換をし
て変換係数を求める。量子化手段は、変換係数を量子化
制御係数で定まる量子化特性で量子化して量子化係数を
求める。第１の符号量算出手段は、量子化係数に可変長
符号化を施して得られる第１の符号量を算出する。近似
量子化係数算出手段は、量子化係数から近似量子化係数
を算出する。第２の符号量算出手段は、近似量子化係数
に可変長符号化を施して得られる第２の符号量を算出す
る。最適量子化制御係数算出手段は、第１の符号量と第
２の符号量から目標符号量に対応する最適量子化制御係
数を算出する。遅延手段は、画像データを遅延させる。
符号化手段は、遅延した画像データを直交変換し、最適
量子化制御係数で量子化し、可変長符号化する。

【００１４】また、画像データを符号化する符号化方法
において、画像データを画素ブロックに分割し、前記画
素ブロック毎に直交変換を施して変換係数を求め、前記
変換係数を第１の量子化制御係数で定まる量子化特性で
量子化して量子化係数を求め、前記量子化係数に可変長
符号化を施して第１の符号量を算出し、第２の量子化制
御係数で定まる量子化特性で、前記変換係数の量子化を
行って得られる量子化係数と近似的に等しくなる近似量
子化係数を算出し、前記近似量子化係数に前記可変長符
号化を施して第２の符号量を算出し、２つの定数を含
み、量子化制御係数の対数をとった量子化制御係数パラ
メータと符号量の対数をとった符号量パラメータとから
決定される１次関数の前記量子化制御係数パラメータに
前記第１及び第２の量子化制御係数を代入し、前記１次
関数の前記符号量パラメータに前記第１及び第２の符号
量を代入し、前記第１及び第２の量子化制御係数と前記
第１及び第２の符号量とを前記１次関数に代入して生成
した連立１次方程式を解いて、前記２つの定数を求め、
前記１次関数の前記符号量パラメータに目標符号量を代
入し、求めた前記２つの定数を代入して最適量子化制御
係数を求め、前記最適量子化制御係数が決定されるまで
前記画素ブロックを遅延させ、遅延後の画素ブロックに
前記直交変換を施して変換係数を求め、前記変換係数を
前記最適量子化制御係数で定まる量子化特性で量子化し
て量子化係数を求め、前記量子化係数を可変長符号化し
て出力することを特徴とする符号化方法が提供される。

【００１５】ここで、１次関数は、２つの定数を含み、
量子化制御係数の対数をとった量子化制御係数パラメー
タと符号量の対数をとった符号量パラメータとから決定
される。この１次関数の量子化制御係数パラメータに第
１及び第２の量子化制御係数を代入し、符号量パラメー
タに第１及び第２の符号量を代入して連立１次方程式を
生成する。そして、この連立１次方程式を解いて、２つ
の定数を求める。さらに、１次関数の符号量パラメータ
に目標符号量を代入し、求めた２つの定数を代入して最
適量子化制御係数を求める。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。図１は符号化装置の構成ブロッ
ク図である。符号化装置は、アナログ画像信号をディジ
タルの画像データに変換するＡ／Ｄ変換手段１と、直交
変換をして変換係数を求める直交変換手段２と、量子化
係数を求める量子化手段３と、量子化係数から第１の符
号量を算出する第１の符号量算出手段４ａと、近似量子
化係数を算出する近似量子化係数算出手段５と、近似量
子化係数から第２の符号量を算出する第２の符号量算出
手段４ｂと、最適量子化制御係数を求める最適量子化制
御係数算出手段６と、画像データを一定時間遅延させる
遅延手段７と、遅延後の画像データを符号化する符号化
手段８と、から構成される。

【００１７】次に、各手段の動作について説明する。Ａ
／Ｄ変換手段１は、入力されるアナログ画像信号をディ
ジタルの画像データに変換する。直交変換手段２は、画
像データを画素ブロック毎に分割し、画素ブロック毎に
直交変換を施し変換係数を求める。本実施の形態ではＤ
ＣＴを用いて直交変換を行っている。

【００１８】量子化手段３は、変換係数を量子化マトリ
ックスで量子化し、量子化係数を求める。ここでの量子
化マトリックスは、あらかじめ設定された所定の量子化
マトリックスであり、量子化制御係数Ｑ＝１である。

【００１９】第１の符号量算出手段４ａは、量子化手段
３から出力される量子化係数に対応する符号量Ｂ１を算
出する。近似量子化係数算出手段５は、量子化手段３か
ら出力される量子化係数を右に１ビットシフトする。そ
して、これを近似量子化係数とする。この近似量子化係
数は、量子化制御係数Ｑ＝２でスケーリングされた量子
化マトリクスで変換係数の量子化を行って得られた量子
化係数と近似的に等しい。詳細は後述する。

【００２０】第２の符号量算出手段４ｂは、近似量子化
係数算出手段５から出力される近似量子化係数に対応す
る符号量Ｂ２を算出する。最適量子化制御係数算出手段
６は、符号量Ｂ１、Ｂ２から目標符号量Ｂ０となる最適
量子化制御係数Ｑ０を求める。

【００２１】遅延手段７は、画像データの最適量子化制
御係数Ｑ０が決定されるまで、その画像データを遅延す
る。符号化手段８は、遅延された画像データに直交変換
を施し変換係数を求める。そして、最適量子化制御係数
Ｑ０でスケーリングされた量子化マトリックスで量子化
を行い、量子化係数を求める。さらに量子化係数に可変
長符号化を施し出力する。

【００２２】次に、目標符号量に収束するための最適量
子化制御係数を決定するまでの原理について詳しく説明
する。量子化制御係数Ｑと符号量Ｂのそれぞれの対数
は、次式で表される１次関数を用いて近似できることが
経験則として知られている。

【００２３】

【数１】

【００２４】ここで、定数ａは同一の符号化であれば、
画像によらずほぼ一定となり、定数ｂの値は画像によ
り、一定の分布を持つとされている。図２は、量子化制
御係数Ｑと符号量Ｂの対数軸での関係を示す図である。
横軸に量子化制御係数の対数をとったｌｏｇＱを、縦軸
に符号量Ｂの対数をとったｌｏｇＢをとってある。図か
らもわかるように、量子化制御係数Ｑと符号量Ｂのそれ
ぞれの対数の関係は１次関数となる。よって、１つの画
像Ｘを符号化する場合に２種類の量子化制御係数Ｑでス
ケーリングされた量子化マトリクスで符号化してそれぞ
れの符号量Ｂを求めることができれば、式（１）の定数
ａ、ｂを求めることができる。そして、ａ、ｂが求まれ
ば指定された目標符号量Ｂ０に収束させるための最適量
子化制御係数を式（１）から求めることができる。

【００２５】すなわち、２つの量子化制御係数Ｑ１、Ｑ
２から得られた符号量がＢ１、Ｂ２であれば、式（１）
から、

【００２６】

【数２】

【００２７】

【数３】

【００２８】となる。そして、式（１）のＢを目標符号
量Ｂ０と置き換え、式（２）、式（３）のａ、ｂを式
（１）に代入すれば次式のように最適量子化制御係数Ｑ
０を求めることができる。

【００２９】

【数４】

【００３０】次に、近似量子化係数について説明する。
静止画像符号化の国際標準方式であるＪＰＥＧ（Ｊｏｉ
ｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔＧｒ
ｏｕｐ）のベースラインシステムと呼ばれる必須方式
は、直交変換符号化を用いる方式である。ＪＰＥＧでの
量子化処理は、次式で表される。

【００３１】

【数５】

【００３２】

【数６】

【００３３】ここで、Ｆ1 （ｉ，ｊ）は量子化係数、Ｆ
（ｉ，ｊ）は変換係数、Ｑ（ｉ，ｊ）は量子化マトリク
スを表す。ｉ、ｊは、個々のマトリクス内の要素の位置
に対応する。また、〔〕は整数化を表す演算子であ
る。

【００３４】量子化制御係数Ｑ＝２でスケーリングされ
た量子化マトリクスで変換係数の量子化を行って得られ
た量子化係数Ｆ２（ｉ，ｊ）と、量子化制御係数Ｑ＝１
でスケーリングされた所定の量子化マトリクスで変換係
数を量子化して得られた量子化係数を１／２（１ビット
右シフト）して得られた近似量子化係数Ｆ２-1（ｉ，
ｊ）との関係は近似的に次式で表すことができる。

【００３５】

【数７】

【００３６】ここで、≫は右方向、≪は左方向へのビッ
トシフト演算を表すものし、両辺の差は、丸め処理（四
捨五入）に起因する。したがって、近似量子化係数Ｆ２
-1（ｉ，ｊ）を符号化した際の符号量は、量子化係数Ｆ
２（ｉ，ｊ）を符号化した際の符号量と近似的に等しい
とみなすことができる。

【００３７】両者の関係を確認するために実際の画像を
用いて実験を行った。実験に用いた画像データは、標準
的な５１２画素×５１２画素、画素あたり８ビットの精
度を持つモノクロ階調画像である。

【００３８】なお、直交変換符号化のアルゴリズムとし
ては、ＪＰＥＧのベースライン・アルゴリズムを使用し
た。さらに、量子化マトリクス及び可変長符号化に使用
するハフマン符号表は、同標準における推奨値を用いて
いる。図３に、ＪＰＥＧによる輝度成分用の推奨量子化
マトリクス３０を示す。

【００３９】図４は、近似量子化係数から求めた符号量
の精度を示す図である。図３で示した推奨マトリクス３
０に複数の量子化制御係数によるスケーリングを施して
基本マトリクスを生成する。そして、この基本マトリク
スをさらに量子化制御係数Ｑ＝２でスケーリングして得
られる符号量と、近似量子化係数から得られる符号量と
を比較したものである。

【００４０】図の項目は、基本マトリックスを生成する
量子化制御係数３１と、量子化制御係数Ｑ＝２でスケー
リングして求めた符号量〔ｂｉｔ〕３２と、近似量子化
係数から求めた符号量〔ｂｉｔ〕３３と、スケーリング
方式を基準とした差〔％〕３４と、から構成される。

【００４１】図からわかるように、両者の差はほぼ１％
以内に納まっていることから、近似量子化係数から得ら
れた符号量を、量子化制御係数Ｑ＝２でスケーリングし
て得られた符号量とみなすことができると考えられる。

【００４２】図５は、ニュートン・ラプソン法及び近似
量子化係数で求めた量子化制御係数を示す図である。複
数の目標符号量〔ｂｉｔ／画素〕３５の設定に対し、ニ
ュートン・ラプソン法で収束させたときの量子化制御係
数３６ａと、本発明の近似量子化係数によって決定され
た量子化制御係数３６ｂとを比較している。また、ニュ
ートン・ラプソン法で収束させたときの量子化制御係数
の括弧内の数字は繰り返し数である。さらに、それぞれ
の量子化制御係数を用いて実際に符号化を行った場合に
得られる符号結果〔ｂｉｔ／画素〕３７ａ、３７ｂも合
わせて記載した。

【００４３】図からわかるように、画像をほぼ指定され
た符号量に収束させる量子化制御係数を、近似量子化係
数によって得られていることがわかる。なお、指定され
た符号量へ厳密に収束しない理由は、ＪＰＥＧベースラ
イン方式では、量子化マトリクスの各要素は８ビットの
精度と規定され、スケーリングされた量子化ステップ幅
は１〜２５５の整数に丸められるためであり、実用的に
は全く問題ない。

【００４４】このように、量子化マトリクスから得られ
る量子化係数にＮビットの右シフト処理を施して求めら
れる符号量と、同じ量子化マトリクスを２^Nでスケーリ
ングしたときに得られる符号量とが、量子化の丸め処理
に起因する誤差の範囲で近似できることを利用して最適
量子化制御係数を求めることになる。

【００４５】以上説明したように、本発明の符号化装置
は、基本マトリクス（量子化制御係数Ｑ＝１）から得ら
れた符号量Ｂ１と、量子化制御係数Ｑ＝２に対応する近
似量子化係数から得られた符号量Ｂ２と、を用い、式
（２）、式（３）から定数ａ、ｂを求める。さらに、定
数ａ、ｂと目標符号量Ｂ０を式（４）に代入して、最適
量子化制御係数Ｑ０を決定する。よって、複数の符号化
部で並列に符号化することなく最適量子化制御係数を決
定できるため、装置規模の縮小、コストの低減を実現す
る。

【００４６】なお、上記の説明では、近似量子化係数は
量子化係数を右へ１ビットシフトして得られるものとし
て説明してきたが、Ｎビットのシフト処理（ただし、Ｎ
は整数であり、右方向シフトを正、左方向を負とする）
としても構わない。そして、Ｎビットのシフト処理の場
合は、量子化制御係数Ｑ＝２^Nでスケーリングした量子
化係数に該当する。

【００４７】また、量子化係数にＭの除算、もしくは１
／Ｍの乗算を施し、量子化係数を求めてもよい。そし
て、この場合は量子化制御係数Ｑ＝Ｍでスケーリングし
た量子化係数に該当する。

【００４８】なお、量子化マトリックスにスケーリング
を施す際に、特定の位置の量子化ステップ値をスケーリ
ングの対象から除外することがある。例えば、直流成分
に対応する量子化ステップ値がスケーリングによって大
きくなりすぎると、復号画素ブロック間で平均値に大き
な段差が生じることがあり、ブロックノイズとして知ら
れる劣化の原因となるからである。

【００４９】このようなスケーリング処理の結果得られ
る量子化係数を近似するためには、スケーリング処理か
ら除外される量子化ステップ値に対応する量子化係数の
シフト、除算、乗算等の処理を同様に省略してもよい。

【００５０】次に、画像データから符号量Ｂ１、Ｂ２が
算出されるまでの処理手順について詳しく説明する。図
６は、画像データから符号量Ｂ１、Ｂ２が算出されるま
での構成を示す図である。図１で示した直交変換手段２
はＤＣＴ２ａに、近似量子化係数算出手段５はシフタ５
ａに対応する。

【００５１】図７は、ＤＣＴ後の変換係数マトリクスの
概略を示す図である。図のように水平、垂直方向の周波
数成分に対応する８×８の要素で構成されている。最左
上に位置する直流係数２０は、ＤＣＴ前の画素ブロック
の平均輝度値に相当する。これに対しマトリクス内のそ
れ以外の要素は交流係数である。

【００５２】このような変換係数マトリクスに対し、量
子化手段で式（５）、式（６）で示したような量子化処
理が行われる。次に、符号量算出手段について詳しく説
明する。第１の符号量算出手段と第２の符号量算出手段
は、同じ構成なので符号量算出手段として説明する。図
８は、符号量算出手段の構成を示す図である。符号量算
出手段は、量子化係数のマトリクスの走査順序を変換し
て、直流係数と１次元化された交流係数を出力するスキ
ャン変換手段４０と、直流係数を１画素ブロックの期間
遅延する遅延器４１と、１画素ブロック前の直流係数と
現在の画素ブロックの直流係数とを減算して差分情報を
出力する減算器４２と、差分情報をその大きさによって
所定のグループに分類し、グループ番号とグループ内の
数値を識別するための付加ビットを出力するグループ判
定手段４３ａと、グループ番号に対応する可変長符号語
の長さを直流係数符号表４５より読み出し、付加ビット
の長さと加算して符号長情報を出力する符号長読み出し
手段４４ａと、入力される量子化係数が無効（値が０）
であるか否かを判定して両者を分離する無効係数判定手
段４６と、無効係数の連続する長さをカウントしてその
長さを出力する零ランカウンタ４７と、入力される有効
係数をその大きさによって所定のグループに分類し、グ
ループ番号とグループ内の数値を識別するための付加ビ
ットを出力するグループ判定手段４３ｂと、無効係数の
連続する長さとそれに続く有効係数の大きさを示すグル
ープ番号から決定される可変長符号語の長さを交流係数
符号表４８から読み出し、付加ビットの長さと加算して
符号長情報を出力する符号長読み出し手段４４ｂと、符
号長を累積加算し１画像あたりの符号量Ｂを計算する加
算器４９と、から構成される。

【００５３】次に、符号量算出手段での符号量Ｂの計算
動作について説明する。はじめに、スキャン変換手段４
０で量子化係数は直流係数と交流係数に分離される。図
９は、スキャン変換手段で行われるジグザグスキャンの
様子を示す図である。直流係数２０を除く交流係数は、
図のようなジグザグスキャンによって２次元の配列から
１次元の配列に変換される。

【００５４】以下、直流係数に対する処理について説明
する。スキャン変換手段４０によって分離された直流係
数は、遅延器４１に記憶される。そして、遅延器４１に
記憶されていた１画素ブロック前の直流係数が出力され
る。

【００５５】減算器４２は、１画素ブロック前の直流係
数と現在の直流係数との差分を計算し差分情報として出
力する。グループ判定手段４３ａは、入力される差分信
号が属するグループ番号（ＳＩＺＥ）と、差分信号がグ
ループ内のどの数値に対応するかを識別するための付加
ビットとを出力する。図１０は、直流係数の差分のグル
ープ化を示す図である。例えば、入力される差分信号
（直流係数の差分４３ａ-2）が４であれば、ＳＩＺＥ４
３ａ-1は３で、付加ビット４３ａ-3は３である。

【００５６】符号長読み出し手段４４ａは、入力された
ＳＩＺＥに対応する可変長符号語の長さを直流係数符号
表４５から読み出す。図１１に直流係数符号表を示す。
直流係数符号表４５は、ＳＩＺＥ４５ａと、符号語４５
ｂと、符号長４５ｃとからなる。例えば、ＳＩＺＥ４５
ａが３ならば符号長４５ｃは３である。

【００５７】通常の符号化処理の場合には、ＳＩＺＥ
と、対応する符号語（ビットパターン）と、符号長とが
設定される必要があるが、本実施の形態では符号語は必
要ないためＳＩＺＥと符号長のみが設定されているだけ
でもよい。

【００５８】以上のようにして決定された可変長符号語
の長さと、付加ビットの長さとを加算して、１画素ブロ
ック内の直流成分の符号長を出力する。次に、交流係数
に対する処理について説明する。無効係数判定手段４６
は、スキャン変換手段４０から、１次元の係数列として
出力された交流係数の値が無効（０）であるか否かを判
定する。

【００５９】零ランカウンタ４７は、値が０の場合に
は、その連続する長さ（ＲＵＮ）をカウントする。ま
た、値が有効（０でない）である交流係数が検出された
場合には、グループ判定手段４３ｂに出力する。

【００６０】グループ判定手段４３ｂは、直流係数の場
合と同様にグループ番号（ＳＩＺＥ）と検出された有効
係数がグループ内のどの数値に対応するかを識別するた
めの付加ビットとを出力する。図１２は、交流係数のグ
ループ化を示す図である。例えば、入力される交流係数
４３ｂ-2が８であれば、ＳＩＺＥ４３ｂ-1は４で、付加
ビット４３ｂ-3は４である。

【００６１】符号長読み出し手段４４ｂは、有効係数が
検出された時点で、それまでに零ランカウンタ４７で計
数された数値（ＲＵＮ）と、グループ判定手段４３ｂで
決定されたＳＩＺＥの組合せに対応した可変長符号語を
決定する。

【００６２】図１３に、交流係数符号表を示す。交流係
数符号表はＲＵＮとＳＩＺＥの組合せ（ＲＵＮ／ＳＩＺ
Ｅ）４８ａと、符号語４８ｂと、符号長４８ｃとからな
る。ただし、直流係数符号表の場合と同様に、符号語が
設定されていなくても構わない。

【００６３】図１４は、ＲＵＮとＳＩＺＥから構成され
る２次元の符号表を表すものである。この符号表４４ｃ
は、図１３の（ＲＵＮ／ＳＩＺＥ）４８ａの組み合わせ
を形成するための表である。

【００６４】以上のようにして、符号長読み出し手段４
４ｂはＲＵＮとＳＩＺＥの組合せに対応する可変長符号
語の長さを読み出し、付加ビット長と加算して交流係数
の符号語長を出力する。

【００６５】加算器４９は、符号長読み出し手段４４
ａ，４４ｂの出力する符号長を、画像全体にわたって累
積加算することで、画像全体の符号量Ｂを計算する。以
上の構成、及び動作により、画像をあらかじめ指定され
た目標符号量Ｂ０に符号化することができる。

【００６６】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図１５は、符号化装置の第２の実施の形態の
構成を示す図である。第１の実施の形態と比べて遅延手
段の代わりに切替手段を用いて、第１の実施の形態と同
様な符号化を行っている。この第２の実施の形態の構成
は、原稿走査をして画像入力を行って符号化する符号化
装置に特に有効である。なお、その他の構成手段につい
ては、第１の実施の形態と同様なので説明は省略する。

【００６７】第２の実施の形態の動作について説明す
る。第２の実施の形態は、原稿走査として画像入力を２
回行い、１回目の画像入力で指定された符号量に収束す
る最適量子化制御係数Ｑ０を決定し、２回目の画像入力
時に、量子化制御係数Ｑ０によって画像を符号化するも
のである。すなわち、１回目の画像入力の時には、切替
手段９は、画像データを直交変換手段２に切り替え、２
回目の画像入力の際には、符号化手段８に画像データを
切り替える。このような動作をすることにより、第１の
実施の形態で用いた遅延手段７を不要とすることができ
る。遅延手段７は、半導体メモリ等で実現されるのが一
般的であることから、高精細で画素数の多い画像を扱う
場合には大容量のメモリが必要となる。よって、第２の
実施の形態は、これらのコストを削減することが可能で
ある。

【００６８】次に、本発明の符号化方法について説明す
る。図１６は、符号化方法の手順について示すフローチ
ャートである。〔Ｓ１〕画素ブロックにＤＣＴを施して変換係数を求め
る。〔Ｓ２〕変換係数を量子化制御係数Ｑ＝１の量子化マト
リックスで量子化して量子化係数を求める。〔Ｓ３〕量子化係数に可変長符号化を施して第１の符号
量を算出する。〔Ｓ４〕近似量子化係数を算出する。ここでは、量子化
制御係数Ｑ＝１の量子化マトリックスで量子化して得ら
れた量子化係数を右に１ビットシフトし、量子化制御係
数Ｑ＝２に相当する近似量子化係数を求める。〔Ｓ５〕近似量子化係数に可変長符号化を施して第２の
符号量を算出する。〔Ｓ６〕量子化制御係数パラメータと符号量パラメータ
とで決定される１次関数から連立１次方程式を作成す
る。〔Ｓ７〕連立１次方程式を解き、２つの定数を求める。〔Ｓ８〕１次関数の符号量パラメータに目標符号量を代
入し、最適量子化制御係数を求める。ステップＳ６、Ｓ
７、Ｓ８の最適量子化制御係数の算出方法については、
すでに詳細を示したので、説明は省略する。〔Ｓ９〕最適量子化制御係数が決定されるまで画素ブロ
ックを遅延させる。〔Ｓ１０〕遅延後の画素ブロックに直交変換を施して、
変換係数を求める。〔Ｓ１１〕変換係数を最適量子化制御係数で定まる量子
化特性で量子化して量子化係数を求める。〔Ｓ１２〕量子化係数を可変長符号化して出力する。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の符号化装
置は、１回の画像走査から複数の量子化制御係数に対応
する符号量を算出する構成とした。これにより、目標の
符号量に収束する最適量子化制御係数を少ない演算量と
処理時間で決定することが可能になる。

【００７０】また、本発明の符号化装置は、１つの符号
化部で複数の量子化制御係数に対応する符号量を算出す
る構成とした。これにより、装置構成が簡略化される。
さらに、本発明の符号化方法は、１回の画像走査から複
数の量子化制御係数に対応する符号量を算出するように
した。これにより、目標の符号量に収束する最適量子化
制御係数を少ない演算量と処理時間で決定することが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の符号化装置の原理図である。

【図２】量子化制御係数Ｑと符号量Ｂの対数軸での関係
を示す図である。

【図３】ＪＰＥＧによる輝度成分用の推奨量子化マトリ
クスを示す図である。

【図４】近似量子化係数から求めた符号量の精度を示す
図である。

【図５】ニュートン・ラプソン法及び近似量子化係数で
求めた量子化制御係数を示す図である。

【図６】画像データから符号量Ｂ１、Ｂ２が算出される
までの構成を示す図である。

【図７】ＤＣＴ後の変換係数マトリクスの概略を示す図
である。

【図８】符号量算出手段の構成を示す図である。

【図９】スキャン変換手段で行われるジグザグスキャン
の様子を示す図である。

【図１０】直流係数の差分のグループ化を示す図であ
る。

【図１１】直流係数符号表を示す図である。

【図１２】交流係数のグループ化を示す図である。

【図１３】交流係数符号表を示す図である。

【図１４】ＲＵＮとＳＩＺＥから構成される２次元の符
号表を表すものである。

【図１５】符号化装置の第２の実施の形態の構成を示す
図である。

【図１６】符号化方法の手順について示すフローチャー
トである。

【図１７】従来装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１Ａ／Ｄ変換手段２直交変換手段３量子化手段４ａ第１の符号量算出手段４ｂ第２の符号量算出手段５近似量子化係数算出手段６最適量子化係数算出手段７遅延手段８符号化手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データを符号化する符号化装置にお
いて、画像データを画素ブロックに分割し、前記画素ブロック
毎に直交変換を施して変換係数を求める直交変換手段
と、前記変換係数を第１の量子化制御係数で定まる量子化特
性で量子化して量子化係数を求める量子化手段と、前記量子化係数に可変長符号化を施して得られる第１の
符号量を算出する第１の符号量算出手段と、第２の量子化制御係数で定まる量子化特性で、前記変換
係数の量子化を行って得られる量子化係数と近似的に等
しくなる近似量子化係数を算出する近似量子化係数算出
手段と、前記近似量子化係数に前記可変長符号化を施して得られ
る第２の符号量を算出する第２の符号量算出手段と、前記第１の符号量と前記第２の符号量をもとに目標符号
量に対応する最適量子化制御係数を算出する最適量子化
制御係数算出手段と、前記最適量子化制御係数が決定されるまで前記画素ブロ
ックを遅延させる遅延手段と、遅延後の画素ブロックに前記直交変換を施して変換係数
を求め、前記変換係数を前記最適量子化制御係数で定ま
る量子化特性で量子化して量子化係数を求め、前記量子
化係数を可変長符号化して出力する符号化手段と、を有することを特徴とする符号化装置。
【請求項２】前記近似量子化係数算出手段は、前記第
２の量子化制御係数を２^Nとし、前記第１の量子化制御
係数で定まる量子化特性で量子化して得られた前記量子
化係数にＮビットのシフト処理を行って前記近似量子化
係数を算出することを特徴とする請求項１記載の符号化
装置。
【請求項３】前記近似量子化係数算出手段は、前記第
２の量子化制御係数をＭとし、前記第１の量子化制御係
数で定まる量子化特性で量子化して得られた前記量子化
係数に対してＭの除算を行って前記近似量子化係数を算
出することを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項４】前記最適量子化制御係数算出手段は、前
記第１及び第２の量子化制御係数と前記第１及び第２の
符号量との対数をとったパラメータからなる１次関数に
よって、前記最適量子化制御係数を決定することを特徴
とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項５】前記第１及び第２の符号量算出手段は、
同一の可変長符号表を用いてそれぞれの符号量を算出す
ることを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項６】前記直交変換手段は、離散コサイン変換
であることを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項７】１回目の画像データ入力時に前記画像デ
ータを前記直交変換手段に切り替えて前記最適量子化制
御係数を求め、２回目の前記画像データ入力時は、前記
画像データを前記符号化手段に切り替えて、前記１回目
の画像データで求めた前記最適量子化制御係数で符号化
することを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項８】画像データを符号化する符号化方法にお
いて、画像データを画素ブロックに分割し、前記画素ブロック
毎に直交変換を施して変換係数を求め、前記変換係数を第１の量子化制御係数で定まる量子化特
性で量子化して量子化係数を求め、前記量子化係数に可変長符号化を施して第１の符号量を
算出し、第２の量子化制御係数で定まる量子化特性で、前記変換
係数の量子化を行って得られる量子化係数と近似的に等
しくなる近似量子化係数を算出し、前記近似量子化係数に前記可変長符号化を施して第２の
符号量を算出し、２つの定数を含み、量子化制御係数の対数をとった量子
化制御係数パラメータと符号量の対数をとった符号量パ
ラメータとから決定される１次関数の前記量子化制御係
数パラメータに前記第１及び第２の量子化制御係数を代
入し、前記１次関数の前記符号量パラメータに前記第１及び第
２の符号量を代入し、前記第１及び第２の量子化制御係数と前記第１及び第２
の符号量とを前記１次関数に代入して生成した連立１次
方程式を解いて、前記２つの定数を求め、前記１次関数の前記符号量パラメータに目標符号量を代
入し、求めた前記２つの定数を代入して最適量子化制御
係数を求め、前記最適量子化制御係数が決定されるまで前記画素ブロ
ックを遅延させ、遅延後の画素ブロックに前記直交変換を施して変換係数
を求め、前記変換係数を前記最適量子化制御係数で定まる量子化
特性で量子化して量子化係数を求め、前記量子化係数を可変長符号化して出力することを特徴
とする符号化方法。