KR20030086331A - 양자화 장치, 양자화 방법, 양자화 프로그램 및 기록 매체 - Google Patents

Abstract

간단한 구성에 의해 양자화 시의 수속 정밀도를 동적으로 변화시키고, 유효하게 부호화 노이즈를 억제하여 화질 열화를 방지한다. 화상 신호가 DCT된 DCT 계수가 양자화 회로(30)에 입력되고, 양자화 매트릭스에 의해 양자화되어 절대값 회로(31)를 통하여 승산기(33)에 공급된다. 레이트 컨트롤부(39)로부터 출력된, 화면 전체의 발생 부호량에 기초한 양자화 스케일값이 역수화되어 승산기(33)에 공급된다. 그와 함께, M 설정부(38)에서, 양자화 수속 정밀도를 제어하는 파라미터인 값 M이 양자화 스케일값에 대응하여 설정된다. 가산기(34)에서, 승산기(33)의 출력에 값 M이 가산되고, 5비트 시프트 회로(35)에서 소수 부분을 절사하여, 수속 처리가 행해진다. 이 때, 양자화 스케일값이 커짐에 따라서, 양자화 수속 정밀도가 보다 절사 방향으로 작용하게 된다. 그 때문에, 입력된 DCT 계수는, 그 진폭을 증대시키지 않도록 양자화되어, 부호화 노이즈가 억제된다.

Description

양자화 장치, 양자화 방법, 양자화 프로그램 및 기록 매체{QUANTIZATION APPARATUS, QUANTIZATION METHOD, QUANTIZATION PROGRAM, AND RECORDING MEDIUM}

디지털 VTR(Video Tape Recorder)로 대표되는 바와 같이, 디지털 비디오 신호 및 디지털 오디오 신호를 기록 매체에 기록하고, 또한, 기록 매체로부터 재생하도록 한 데이터 기록 재생 장치가 알려져 있다. 디지털 비디오 신호는, 데이터 용량이 방대해지기 때문에, 소정의 방식으로 압축 부호화되어 기록 매체에 기록되는 것이 일반적이다. 최근에는, MPEG 2(Moving Picture Experts Group 2) 방식이 압축 부호화의 표준 방식으로서 알려져 있다.

MPEG 2에서는, 움직임 검출을 이용한 예측 부호화와 DCT(Discrete Cosine Transform)로 얻어진 데이터를 양자화하여 압축 부호화를 행하고, 또한, 가변 길이 부호화를 이용하여 압축 효율을 높이고 있다.

DCT를 이용한 압축 부호화가 프레임 단위로 행해진다. 예를 들면, 입력된 디지털 비디오 신호가 소정 사이즈의 블록 단위로 분할되고, 그 분할된 블록에 대하여 DCT 연산이 행해지며, DCT 연산에 의해 얻어진 계수가 양자화된다. 양자화된대표값은, 가변 길이 부호화되어 압축 부호화된다. 종래에는, DCT 연산에서의 양자화 시에 이용되는 양자화 수속(收束) 정밀도는, 예를 들면 사사오입, 오사육입, 절사 등의, 미리 정해진 것이 고정적으로 이용되고 있었다.

상술한 바와 같이 양자화 시의 수속 정밀도를 고정하여 양자화를 행하는 경우에는, 양자화가 용이한 화상과 양자화가 어려운 화상의 모두를 효율적으로 압축 부호화하는 것이 곤란하다는 문제점이 있었다.

이에 대하여, 양자화 시의 수속 정밀도를 동적으로 변화시키는 방법으로서는, 예를 들면 일본 특허 공개 평10-304362호 공보에 개시된 바와 같이, DCT 계수의 진폭의 크기에 의존하여 양자화 수속 정밀도를 변화시키는 방법이나, 일본 특허 공개 평10-304363호 공보에 개시된 바와 같이, DCT 계수의 주파수 성분에 의존하여 양자화 수속 정밀도를 변화시키는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이러한 방법에 의해서도, 일정한 부호화 노이즈에 의한 화질 열화는 피할 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 간단한 구성에 의해 양자화 시의 수속 정밀도를 동적으로 변화시키고, 유효하게 부호화 노이즈를 억제할 수 있고, 화질 열화를 방지하는 것이 가능한 양자화 장치, 양자화 방법, 양자화 프로그램 및 기록 매체를 제공하는 것에 있다.

〈발명의 개시〉

본 발명은, 상술한 과제를 해결하기 위해서, 설정된 양자화 스케일값에 대응하여 양자화 임계값을 설정하는 수속 정밀도 설정 수단과, 설정된 양자화 스케일값과 수속 정밀도 설정 수단에 의해 설정된 양자화 임계값에 기초하여 화상 신호를 양자화하는 양자화 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자화 장치이다.

또한, 본 발명은, 설정된 양자화 스케일값에 대응하여 양자화 임계값을 설정하는 수속 정밀도 설정의 단계와, 설정된 양자화 스케일값과 수속 정밀도 설정의 단계에 의해 설정된 양자화 임계값에 기초하여 화상 신호를 양자화하는 양자화의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자화 방법이다.

또한, 본 발명은, 화상 신호를 양자화하는 양자화 방법을 컴퓨터 장치에 실행시키는 양자화 프로그램에 있어서, 양자화 방법은, 설정된 양자화 스케일값에 대응하여 양자화 임계값을 설정하는 수속 정밀도 설정의 단계와, 설정된 양자화 스케일값과 수속 정밀도 설정의 단계에 의해 설정된 양자화 임계값에 기초하여 화상 신호를 양자화하는 양자화의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자화 프로그램이다.

또한, 본 발명은, 화상 신호를 양자화하는 양자화 방법을 컴퓨터 장치에 실행시키는 양자화 프로그램이 기록된 기록 매체에 있어서, 양자화 방법은, 설정된 양자화 스케일값에 대응하여 양자화 임계값을 설정하는 수속 정밀도 설정의 단계와, 설정된 양자화 스케일값과 수속 정밀도 설정의 단계에 의해 설정된 양자화 임계값에 기초하여 화상 신호를 양자화하는 양자화의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 설정된 양자화 스케일값에 대응하여 설정된 양자화 임계값과, 설정된 양자화 스케일값에 기초하여 화상 신호를 양자화하도록하고 있기 때문에, 화상의 성질에 따라 양자화 스케일값을 설정함으로써, 화상 성질에 따라 양자화 수속 정밀도가 제어된다.

본 발명은 화상 신호를 양자화하여 압축 부호화하는 양자화 장치, 양자화 방법, 양자화 프로그램 및 기록 매체에 관한 것이다.

도 1A 및 도 1B는 본 발명의 실시의 일 형태가 적용된 디지털 VTR의 일례의 구성을 도시한 블록도.

도 2는 MPEG 인코더의 일례의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.

도 3은 quantiser_scale=10에 의해 수속 정밀도가 사사오입인 경우의 수속 처리를 도시한 개략선도.

도 4는 quantiser_scale=10에 의해 수속 정밀도가 오사육입인 경우의 수속 처리를 도시한 개략선도.

도 5는 quantiser_scale=10에 의해 수속 정밀도가 육사칠입인 경우의 수속 처리를 도시한 개략선도.

도 6은 DCT 블록 내의 각 계수에 대한 일례의 가중 계수를 도시한 개략선도.

도 7은 양자화 회로의 일례의 구성을 도시한 개략선도.

〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉

이하, 본 발명의 실시의 일 형태에 대하여 설명하는 본 발명에서는, 비디오 데이터를 블록화하여 블록마다 DCT를 행하고, (Discrete Cosine Transform)에 의해 얻어진 DCT 계수를 양자화하여 비디오 데이터의 압축 부호화를 행할 때에, 양자화 스케일값, 즉, 양자화 시의 나누는 값에 대응하여 양자화의 수속 정밀도를 제어한다.

또, 이하에 설명하는 실시의 일 형태는, 본 발명의 적합한 구체예로서, 기술적으로 바람직한 각종의 한정이 가해져 있지만, 본 발명의 범위는, 이하의 설명에 있어서, 특히 본 발명을 한정하는 취지의 기재가 없는 한, 이들 형태에 한정되지 않는 것으로 한다.

도 1A 및 도 1B는 본 발명의 실시의 일 형태가 적용된 디지털 VTR의 일례의 구성을 나타낸다. 이 디지털 VTR은, MPEG 방식에 의해 압축 부호화된 디지털 비디오 신호를 기록 매체에 직접적으로 기록할 수 있도록 한 것이다.

먼저, 이 디지털 VTR에서의 기록계의 구성 및 처리 동작에 대하여 설명한다. 이 기록계에 외부로부터 입력되는 신호는, SDI(Serial Data Interface) 신호 및 SDTI(Serial Data Transport Interface) 신호의 2종류의 직렬 디지털 인터페이스 신호 및 제어 신호인 외부 기준 신호 REF이다.

또, SDI는, (4:2:2) 컴포넌트 비디오 신호와 디지털 오디오 신호와 부가적 데이터를 전송하기 위해서, SMPTE에 의해 규정된 인터페이스이다. 또한, SDTI는, 디지털 비디오 신호가 MPEG 방식으로 압축 부호화된 스트림인 MPEG 엘리먼트리 스트림(이하, MPEG ES라 함)이 전송되는 인터페이스이다. ES는, 4:2:2의 컴포넌트이고, 또한, 상술한 바와 같이, 전부 I 픽쳐의 스트림이며, 1 GOP = 1 픽쳐의 관계를 갖는다. SDTI-CP(Content Package)의 포맷에서는, MPEG ES가 액세스 유닛으로 분리되고, 또한, 프레임 단위의 패킷으로 패킹되어 있다. SDTI-CP에서는, 충분한 전송 대역(클럭 레이트로 27㎒ 또는 36㎒, 스트림 비트 레이트로 270Mbps 또는 360Mbps)을 사용하고 있으며, 1 프레임 기간에 버스트적으로 ES를 보내는 것이 가능하다.

SDI에 의해 전송되는 SDI 신호는 SDI 입력부(101)에 입력된다. SDI 입력부(101)에서는, 공급된 SDI 신호를 직렬 신호로부터 병렬 신호로 변환하여 출력함과 함께, SDI 신호에 포함되는 입력의 위상 기준인 입력 동기 신호를 추출하여 타이밍 제너레이터 TG(102)에 출력한다.

또한, SDI 입력부(101)는 변환한 병렬 신호로부터 비디오 신호와 오디오 신호를 분리한다. 분리된 비디오 입력 신호와 오디오 입력 신호는, 각각 MPEG 인코더(103)와 딜레이 회로(104)에 출력된다.

타이밍 제너레이터 TG(102)는 입력된 외부 기준 신호 REF로부터 기준 동기 신호를 추출한다. 타이밍 제너레이터 TG에서는, 이 기준 동기 신호와 SDI 입력부(101)로부터 공급된 입력 동기 신호 중, 소정의 지정된 기준 신호에 동기하여 이 디지털 VTR에 필요한 타이밍 신호를 생성하고, 타이밍 펄스로서 각 블록에 공급한다.

MPEG 인코더(103)는, 입력된 비디오 입력 신호를 DCT 변환하여 계수 데이터로 변환하고, 계수 데이터를 양자화한 후 가변 길이 부호화한다. MPEG 인코더(103)로부터 출력되는 가변 길이 부호화(VLC) 데이터는, MPEG 2에 준거한 엘리먼트리 스트림(ES)이다. 이 출력은 기록측의 멀티 포맷 컨버터(이하, 기록측 MFC라 함)(106)의 한쪽의 입력단에 공급된다.

딜레이 회로(104)는, 입력된 오디오 입력 신호를, 비압축 데이터 상태 그대로, MPEG 인코더(103)에서의 비디오 신호에 대한 처리의 딜레이에 맞추기 위한 딜레이 라인의 기능을 하는 것이다. 이 딜레이 회로(104)에 의해 소정의 지연된 오디오 신호는 ECC 인코더(107)에 출력된다. 이것은, 이 실시의 일 형태에 의한 디지털 VTR에서, 오디오 신호가 비압축 신호로서 취급되기 때문이다.

외부로부터 SDTI에 의해 전송되어 공급된 SDTI 신호는, SDTI 입력부(105)에 입력된다. SDTI 신호는 SDTI 입력부(105)에서 동기 검출된다. 그리고, 버퍼에 일단 저장되고, 엘리먼트리 스트림이 추출된다. 추출된 엘리먼트리 스트림은, 기록측 MFC(106)의 다른 쪽의 입력단에 공급된다. 동기 검출되어 얻어진 동기 신호는, 상술한 타이밍 제너레이터 TG(102)에 공급된다(도시 생략).

또, SDTI 입력부(105)에서는, 또한, 입력된 SDTI 신호로부터 디지털 오디오 신호를 추출한다. 추출된 디지털 오디오 신호는 ECC 인코더(107)에 공급된다.

이와 같이, 이 실시의 일 형태에 따른 디지털 VTR은, SDI 입력부(101)로부터 입력되는 기저 대역의 비디오 신호와 독립하여, MPEG ES를 직접적으로 입력할 수 있다.

기록측 MFC 회로(106)는, 스트림 컨버터와 셀렉터를 갖고, SDI 입력부(101) 및 SDTI 입력부(105)로부터 공급된 MPEG ES 중, 어느 하나가 선택되며, 선택된 MPEG ES의 DCT 계수를, 1 매크로 블록을 구성하는 복수의 DCT 블록을 통해 주파수 성분마다 통합하고, 통합된 주파수 성분을 저주파수 성분으로부터 순서대로 재배열한다. MPEG ES의 계수가 재배열된 스트림을, 이하, 변환 엘리먼트리 스트림이라 한다. 이와 같이 MPEG ES를 재배치함으로써, 서치 재생 시에도 가능한 한 많은 DC 계수와 저차(低次)의 AC 계수를 골라 내어, 서치 화상의 품위 향상에 공헌하고 있다. 변환 엘리먼트리 스트림은 ECC 인코더(107)에 공급된다.

ECC 인코더(107)는 대용량의 메인 메모리가 접속되고(도시 생략), 패킹 및 셔플링부, 오디오용 외부호(外符號) 인코더, 비디오용 외부호 인코더, 내부호(內符號) 인코더, 오디오용 셔플링부 및 비디오용 셔플링부 등을 내장한다. 또한, ECC 인코더(109)는 싱크 블록 단위로 ID를 부가하는 회로나, 동기 신호를 부가하는 회로를 포함한다. 또, 실시의 제1 형태에서는, 비디오 신호 및 오디오 신호에 대한 에러 정정 부호로서는 곱셈 부호가 사용된다. 곱셈 부호는 비디오 신호 또는 오디오 신호의 2차원 배열의 세로 방향으로 외부호의 부호화를 행하고, 그 가로 방향으로 내부호의 부호화를 행하며, 데이터 심볼을 2중으로 부호화하는 것이다. 외부호 및 내부호로서는, 리드 솔로몬 코드(Reed-Solomon Code)를 사용할 수 있다.

ECC 인코더(107)에는, MFC 회로(106)로부터 출력된 변환 엘리먼트리 스트림이 공급됨과 함께, SDTI 입력부(105) 및 딜레이 회로(104)로부터 출력된 오디오 신호가 공급된다. ECC 인코더(107)에서는, 공급된 변환 엘리먼트리 스트림 및 오디오 신호에 대하여 셔플링 및 에러 정정 부호화를 실시하고, 싱크 블록마다 ID 및 동기 신호를 부가하여 기록 데이터로서 출력한다.

ECC 인코더(107)로부터 출력된 기록 데이터는, 기록 증폭기를 포함하는 이퀄라이저 EQ(108)에서 기록 RF 신호로 변환된다. 기록 RF 신호는, 회전 헤드가 소정의 제공된 회전 드럼(109)에 공급되고, 자기 테이프(110) 상에 기록된다. 회전 드럼(109)에는, 실제로는, 인접하는 트랙을 형성하는 헤드의 아지머스가 상호 다른 복수의 자기 헤드가 부착되어 있다.

기록 데이터에 대하여 필요에 따라 스크램블 처리를 행하여도 된다. 또한, 기록 시에 디지털 변조를 행하여도 되고, 또한, 파셜 리스펀스 클래스(4)와 비터비 부호를 사용하여도 된다. 또, 이퀄라이저(108)는, 기록측의 구성과 재생측의 구성을 모두 포함한다.

다음에, 이 디지털 VTR에서의 재생계의 구성 및 처리 동작에 대하여 설명한다. 재생 시에는, 자기 테이프(110)로부터 회전 드럼(109)에 의해 재생된 재생 신호가 재생 증폭기 등을 포함하는 이퀄라이저(108)의 재생측의 구성에 공급된다. 이퀄라이저(108)에서는, 재생 신호에 대하여 등화나 파형 정형 등이 이루어진다. 또한, 디지털 변조의 복조, 비터비 복호 등이 필요에 따라 이루어진다. 이퀄라이저(108)의 출력은 ECC 디코더(111)에 공급된다.

ECC 디코더(111)는, 상술한 ECC 인코더(107)와 역 처리를 행하는 것으로, 대용량의 메인 메모리와, 내부호 디코더, 오디오용 및 비디오용 각각의 디셔플링부 및 외부호 디코더를 포함한다. 또한, ECC 디코더(111)는 비디오용으로서, 디셔플링 및 디패킹부, 데이터 보간부를 포함한다. 마찬가지로, 오디오용으로서, 오디오 AUX 분리부와 데이터 보간부를 포함한다.

ECC 디코더(111)에서는, 재생 데이터에 대하여 동기 검출을 행하고, 싱크 블록의 선두에 부가되어 있는 동기 신호를 검출하여 싱크 블록을 추출한다. 재생 데이터는 싱크 블록마다의 내부호의 에러 정정이 이루어지며, 그 후, 싱크 블록에 대하여 ID 보간 처리가 이루어진다. ID가 보간된 재생 데이터는, 비디오 데이터와 오디오 데이터로 분리된다. 비디오 데이터 및 오디오 데이터는, 각각 디셔플링 처리되고, 기록 시에 셔플링된 데이터순이 원래대로 복원된다. 디셔플링된 데이터는, 각각 외부호의 에러 정정이 행해진다.

ECC 디코더(111)에서, 에러 정정 능력을 초과하여 정정할 수 없는 에러가 있는 데이터에 관해서는, 에러 플래그가 세트된다. 여기서, 비디오 데이터의 에러에 관해서는, 에러를 포함하는 데이터를 나타내는 신호 ERR가 출력된다.

에러 정정된 재생 오디오 데이터는, SDTI 출력부(115)에 공급됨과 함께, 딜레이 회로(114)에 의해 소정의 지연을 제공하여 SDI 출력부(116)에 공급된다. 딜레이 회로(114)는, 후술하는 MPEG 디코더(113)에서의 비디오 데이터의 처리에 의한 지연을 흡수하기 위해 제공된다.

한편, 에러 정정된 비디오 데이터는, 재생 변환 엘리먼트리 스트림으로서 재생측 MFC 회로(112)에 공급된다. 상술한 신호 ERR도, 재생측 MFC 회로(112)에 공급된다. 재생측 MFC 회로(112)는, 상술한 기록측 MFC 회로(106)와 역의 처리를 행하는 것으로서, 스트림 컨버터를 포함한다. 스트림 컨버터에서는, 기록측의 스트림 컨버터와 역의 처리가 이루어진다. 즉, DCT 블록에 걸쳐 주파수 성분마다 배열되어 있는 DCT 계수를, DCT 블록마다 재배열한다. 이것에 의해, 재생 신호가 MPEG 2에 준거한 엘리먼트리 스트림으로 변환된다. 이 때, ECC 디코더(111)로부터 신호 ERR가 공급된 경우에는, 대응하는 데이터를 MPEG 2에 완전하게 준거하는 신호로 치환하여 출력한다.

재생측 MFC 회로(112)로부터 출력된 MPEG ES는, MPEG 디코더(113) 및 SDTI 출력부(115)에 공급된다. MPEG 디코더(113)는 공급된 MPEG ES를 복호하고, 비압축의 원래의 비디오 신호로 복원한다. 즉, MPEG 디코더(113)는, 공급된 MPEG ES에 대하여 역 양자화 처리와, 역 DCT 처리를 실시한다. 복호된 비디오 신호는 SDI 출력부(116)에 공급된다.

상술한 바와 같이, SDI 출력부(116)에는, ECC 디코더(111)에 의해 비디오 데이터와 분리된 오디오 데이터가 딜레이(114)를 통하여 공급되어 있다. SDI 출력부(116)에서는, 공급된 비디오 데이터와 오디오 데이터를, SDI의 포맷으로 맵핑하고, SDI 포맷의 데이터 구조를 갖는 SDI 신호로 변환된다. 이 SDI 신호가 외부에 출력된다.

한편, SDTI 출력부(115)에는, 상술한 바와 같이, ECC 디코더(111)에 의해 비디오 데이터와 분리된 오디오 데이터가 공급되어 있다. SDTI 출력부(115)에서는, 공급된 엘리먼트리 스트림으로서의 비디오 데이터와, 오디오 데이터를 SDTI의 포맷으로 맵핑하고, SDTI 포맷의 데이터 구조를 갖는 SDTI 신호로 변환되는 이 SDTI 신호가 외부로 출력된다.

또, 시스템 컨트롤러(117)는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터로 이루어지며, 신호 SY_IO에 의해 각 블록과 통신을 행함으로써, 이 디지털 VTR의 전체 동작을 제어한다. 서보(118)는 신호 SY_SV에 의해 시스템 컨트롤러(117)와 상호 통신을 행하면서, 신호 SV_IO에 의해 자기 테이프(110)의 주행 제어나 회전 드럼(109)의 구동제어 등을 행한다.

도 2는, 도 1의 디지털 VTR에서의 MPEG 인코더(103)의 일례의 구성을 개략적으로 나타낸다. MPEG 인코더(103)는, 개략적으로는, 블록화 회로(300), 딜레이 회로(301), DCT 모드 선택 회로(302), DCT 회로(303), 양자화 회로(304) 및 가변 길이 부호화(VLC) 회로(305)를 갖는다.

MPEG 인코더(103)에 공급된 디지털 비디오 신호는, 블록화 회로(300)에 의해 래스터 블록으로 변환되고, DCT를 행하기 위한 DCT 블록 단위로 분할되어 출력된다. 또, DCT 블록은, 예를 들면 8화소×8화소의 매트릭스 형상으로 구성되며, 1개의 DC 성분과 63의 AC 계수로 구성되어 있다.

블록화 회로(300)로부터 DCT 블록 단위로 출력된 데이터는, 딜레이 회로(301)에서 소정의 지연을 제공하고, DCT 회로(303)에 공급됨과 함께 DCT 모드 선택 회로(302)에 공급된다. DCT 모드 선택 회로(302)는, DCT 회로(303)에서의 DCT를, 필드 단위로 행할지, 프레임 단위로 행할지를 선택하여 전환한다. DCT 모드 선택 회로(302)로부터 출력된 모드 선택 신호가 DCT 회로(303)에 공급된다.

DCT 회로(303)에서는, DCT 모드 선택 회로(302)에 의해 선택된 DCT 모드에 기초하여 딜레이 회로(301)로부터 출력된 DCT 블록 단위의 데이터에 대하여 DCT를 행하고, DCT 계수를 생성한다. 생성된 DCT 계수는 양자화 회로(304)에 공급된다.

DCT 회로(303)로부터 출력된 DCT 계수는 양자화 회로(304)에 의해 양자화된다. 이 양자화 회로(304)는, 양자화 스케일값(quantiser_scalc)이 저장된 양자화 스케일값 레지스터를 갖고(도시 생략), 양자화 스케일값 레지스터에 저장된 양자화 스케일값을 이용하여 DCT 계수의 양자화를 행한다. 이 때, 양자화 연산 시의 양자화 수속 정밀도가 양자화 스케일값에 대응하여 변경되고, 화상의 성질에 따른 양자화가 행해진다.

양자화 회로(304)의 출력은, VLC 회로(305)에 공급되고, 가변 길이 부호화되며, MPEG ES로 되어 출력된다.

양자화 회로(304)에서의 처리를 보다 구체적으로 설명한다. 양자화 회로(304)에서의 기본적인 처리는, 상술한 8화소×8화소로 이루어지는 DCT 블록을 구성하는 각 계수에, 미리 설정되어 있는 가중 계수(Intra_Quantiser_Matrix)를 이용하여 가중치를 부가한 후, 그 계수에 양자화 스케일값(quantiser_scale)에 기초한 나눗셈을 행하여, DCT 계수가 양자화된다. 이 양자화 시에, 후술하는 처리에 의해, 양자화 스케일값에 따른 수속 정밀도에 의한 수속 처리가 적용된다.

수속 정밀도에 대하여 개략적으로 설명한다. 도 3은 quantiser_scale=10에 의해 수속 정밀도의 사사오입인 경우의 수속 처리를 나타낸다. 횡축에 나타내는 10개마다 구획된 수치 중에서, 각각 6번째의 값이 대표값으로서 선택된다. 예를 들면, 5 이상 14 이하의 수치의 대표값이 10으로 된다. 즉, 5 이상 14 이하의 수치가 10으로 수속된다. 도 4는 quantiscr_scale=10에 의해 수속 정밀도가 오사육입인 경우의 수속 처리를 나타낸다. 횡축에 나타내는 10개마다 구획된 수치 중에서, 각각 5번째의 값이 대표값으로서 선택된다. 예를 들면, 6 이상 15 이하의 수치의 대표값이 10으로 된다. 즉, 6 이상 15 이하의 수치가 10으로 수속된다. 도 5는 quantiser_scale=10에 의해 수속 정밀도가 오사육입인 경우의 수속 처리를 나타내고 있다. 횡축에 나타내는 10개마다 구획된 수치 중에서, 각각 4번째의 값이 대표값으로서 선택된다. 예를 들면, 7 이상 16 이하의 수치의 대표값이 10으로 된다. 즉, 7 이상 16 이하의 수치가 10으로 수속된다.

도 3 내지 도 5에 의하면, 도 3의 수속 정밀도보다도 도 5의 수속 정밀도 쪽이, 보다 절사 방향으로 수속된다고 할 수 있다. 또한, 수속 정밀도는, 임의의 값을 양자화할 때의 절사, 절상을 제어하는 임계값이라 할 수 있다.

양자화 회로(304)에서는, 상술한 양자화 스케일값에 대응하여 수속 정밀도를 설정하여 양자화가 행해진다. 이것에 의해, 화상의 성질에 따라 최적의 양자화가 행해지고, 화상 압축에 의한 화질의 열화가 최소한으로 억제된다. 즉, 양자화 스케일값은, 압축이 용이한 화상에서는 작은 값으로 되고, 압축이 어려운 화상에서는 큰 값이 된다. 따라서, 이 양자화 스케일값에 기초하여 최적의 수속 정밀도로 양자화를 행한다.

다음에, 상술한 양자화 스케일값에 대응하여 수속 정밀도를 변경하는 처리의 일례의 연산에 대하여 설명한다. 이 연산은, DCT 연산된 DCT 계수의 AC 계수 F(v, u)에 대하여, 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 나타낸 연산식을 이용하여 양자화하고, 양자화된 DCT 계수 QF(v, u)를 구하는 것이다.

또, 여기서(v, u)는, DCT 블록 내의 각 계수의 좌표를 나타내고 있으며, W(v, u)는, 도 6에 도시한 바와 같은, 각 계수에 대한 가중 계수(Intra-Quantiser_Matrix)를 나타내고 있다. 이 가중 계수는, MPEG 2에서 초기값으로서준비된 것이다. 연산자 "div"는 소수부 절사 나눗셈 연산을 나타낸다. 수학식 1 및 수학식 2에서의 수치〔16〕 및〔32〕는, 상술한 연산에 이용하는 각 수치의 비트 시프트(자릿수 맞춤)를 위해, 편의상 이용한 것이다.

연산자 "sign"은, 이하와 같은 경우의 수를 행하는 것을 나타낸다. 또, 여기서는, 기재의 편의상, 컴퓨터 등의 프로그래밍 언어인 C 언어적인 표현을 이용하고 있다.

if(x > O) sign(x) = 1;

else if(x = = O) sign(x) = O;

else if(x < O) sign(x) = -1;

즉, wF(v, u)가 O보다 큰 경우에는 sign{wF(v, u)}을〔1〕로 하고, wF(v, u)가〔O〕인 경우에는 sign{wF(v, u)}을〔O〕으로 하며, wF(v, u)가 O보다 작은 경우에는 sign{wF(v, u)}을〔-1〕로 하여 계산된다.

또한, 수학식 2에서의 값 M은, 양자화 스케일(quantiser_scale)값마다 설정 가능한, 수속 정밀도를 설정하기 위한 파라미터이고, 예를 들면 다음의 수학식 3에 기초하여 설정된다. 또, 여기서는, 기재의 편의상, 수학식 3의 기술을, 컴퓨터 등의 프로그래밍 언어인 C 언어적인 표현을 이용하고 있다.

이것에 의하면, quantiser_scale의 값이〔1〕인 경우에는 값 M이〔16〕, quantiser_scale의 값이〔2〕인 경우에는 값 M이〔15〕, quantiser_scale의 값이〔3〕인 경우에는 값 M이〔14〕, …(이하 마찬가지), …로 되고, quantiser_scale의 값이〔7〕이상에서는 값 M이〔10〕으로 된다. 이러한 파라미터 M의 변경에 의해, quantiser_scale에 대응하여 수속 정밀도를 변경하는 연산이 실현된다. 즉, quantiser_scale(양자화 스케일)의 값이 작을 수록 수속 정밀도가 높게 되어 미세한 양자화가 행해지고, 양자화 스케일값이 커지면 수속 정밀도가 낮게 되어, 보다 개략적으로 양자화가 행해지게 된다. 이와 같이, 값 M에 의해 수속 정밀도가 설정된다.

또, 상술한 양자화 스케일값 quantiser_scale과 값 M과의 조합은 일례로서, 이 예에 한정되는 것은 아니다.

이상과 같은 연산에 의해 DCT 계수 F(v, u)를 양자화하고, 양자화 후의 DCT 계수 QF(v, u)를 구한다.

도 7은 상술한 양자화 회로(304)의 일례의 구성을 나타낸다. 먼저, 상술한수학식 2를, 도 7의 구성에 대응시키기 위해 이하에 표현하는 수학식 4와 같이 변형한다.

또, 실제로는, 상술한 수학식 2에서는, 나눗셈에서 소수부 절사가 행해지고 있으므로, 수학식 4에서 얻어진 QF(v, u)에 대하여, 또한 int{QF(v, u)}로서 소수부 절사를 행할 필요가 있다.

DCT 회로(303)로부터 출력된 DCT 계수 F(v, u)는, 양자화 회로(30)에 공급된다. 양자화 회로(30)에서는, 상술한 수학식 1에 기초하여, 예를 들면 상술한 도 6에 도시한 양자화 매트릭스에 의한 DCT 계수 F(v, u)의 양자화가 행해진다. 양자화의 결과는, 4비트 시프트 회로(도시 생략)에 의해 4비트 시프트됨으로써,〔16〕이 곱해진다. 이렇게 하여 얻어진 값 wF(v, u)이 절대값 회로(31)에 의해 절대값화되고, 승산기(33)의 한쪽의 입력단에 공급된다.

또한, 양자화 회로(30)에서는, 계산된 값 wF(v, u) 각각에 대하여, 〔0〕에 대한 대소가 판단되고, 판단 결과에 기초하여 상술한 바와 같이 하여 값 sign{wF(v, u)}이 구해진다. 얻어진 값 sign{wF(v, u)}은, 딜레이 회로(32)에 공급된다.

한편, 양자화 회로(304)의 외부 구성인 레이트 컨트롤부(39)로부터, 양자화 스케일 quantiser_scale이 공급된다. 이 양자화 스케일은, 역수 ROM(Read Only Memory)(37) 및 M 설정 회로(38)에 공급된다. 레이트 컨트롤부(39)는, 실제의 양자화에 앞서서, 미리 양자화에 의한 발생 부호량을 견적하고, 견적된 발생 부호량에 기초하여 1프레임의 발생 부호량이 일정값을 초과하지 않도록 양자화 스케일 quantiser_scale을 결정하는 것이다.

또, 역수 ROM(37)은, 양자화 스케일의 값에 대응한 역수값이 미리 기억되어 있으며, 양자화 스케일의 값을 입력함으로써, 대응하는 역수값이 출력되도록 되어 있다.

M 설정 회로(38)에서는, 공급된 양자화 스케일 quantiser_scale에 기초하여 수속 정밀도를 설정하는 파라미터인 값 M이 설정된다. 값 M은, 양자화 스케일 quantiser_scale에 대응하여, 상술한 수학식 3에 기초하여 설정된다. 이 예에서는, 수학식 4에 따라, 상술한 수학식 3에 기초하여 설정된 값 M을〔32〕로 나누어 이용된다.

또, M 설정 회로(38)에 대하여, 딜레이 회로(32)로부터 값 sign{wF(v, u)}이 소정으로 타이밍을 제어받아 공급된다. 이 값 sign{wF(v, u)}에 의해, 값 M의 부호가 값 wF(v, u)에 대응하여 설정된다. 값 sign{wF(v, u)}에 의해 부호가 설정된 값 M은, 가산기(34)의 한쪽의 입력단에 공급된다.

레이트 컨트롤부(39)에 의해 결정된 양자화 스케일 quantiser_scale은, 역수 ROM(37)에 의해 역수화되어 1/quantiser_scale로 되고, 승산기(33)의 다른 쪽의 입력단에 공급된다. 승산기(33)에서는, 한쪽 및 다른 쪽의 입력단에 공급된 값을 곱하여, 값 wF(v, u)/quantiser_scale을 얻는다. 승산기(33)의 출력은, 가산기(34)의 다른 쪽의 입력단에 공급된다. 가산기(34)에서는, 승산기(33)로부터 출력된 값wF(v, u)/quantiser_scale과 M 설정 회로(38)로부터 공급된 값 M이 가산된다. 가산기(34)의 출력은 5비트 시프트 회로(35)에 공급되고, 5비트 시프트되어 소수부가 절사된다. 여기까지, 상술한 수학식 4에 의한 연산이 행해지게 된다.

또, 5비트 시프트 회로(35)에 의해 가산기(34)의 출력으로부터 소수부가 절사됨으로써, DCT 계수가 가중 계수로 양자화된 값의, 값 M에 기초한 수속 정밀도로 수속 처리된 대표값이 얻어지게 된다.

5 비트 시프트 회로(35)로부터 출력된, 파라미터 M에 대응한 수속 정밀도로 양자화된 DCT 계수 QF(v, u)는 VLC 회로(305)에 공급된다. 또한, 딜레이 회로(32)에서, 상술한 절대값 회로(31), 승산기(33), 가산기(34) 및 5비트 시프트 회로(35)에 의한 처리 시간만큼 지연이 제공된 값 sign{wF(v, u)}이 VLC 회로(305)에 공급된다. DCT 계수 QF(v, u)는 VLC 회로(305)에서 값 sign{wF(v, u)}을 이용하여 가변 길이 부호화된다.

상술한 바와 같은 구성에 의하면, DCT 계수의 진폭을 증대시키지 않도록 양자화하는 것이 가능해진다. 이 결과, 부호화 노이즈를 억제하여, 특히 화소 시프트 처리를 고려한 더빙 시에 유효하다.

화소 시프트 처리는, 부호화된 화상 데이터를 복호화하여, 더빙하고, 다시 부호화하는 처리를 반복하였을 때의 화질 열화를 평가하는 방법이다. 화상 시프트 처리에서는, DCT 블록의 절단 방법을 화소 단위로 조금씩 어긋나게 하여 더빙해 갈 때의 화상 열화를 평가한다. 화상 시프트 처리에서는, DCT 블록의 절단 방법을 바꿔 가면, DCT 블록의 구성 요소가 변하기 때문에, DCT에 의해 출력된 DCT 계수가다른 것이 된다. 여기서, 백 서치라 하는 방법을 이용하여, 과거에 어떤 양자화 스케일로 양자화된 화상 데이터에 대하여, 금회의 양자화 과정에서 발생하는 소수 부분에 기초하여 전회 이용된 양자화 스케일을 추측하는 것이 가능하지만, DCT 블록의 절단 방법을 바꿔 부호화한 경우에는, 이 백 서치에서는 과거의 양자화 스케일값을 추측할 수 없게 된다. 화상 시프트 처리는, 이 DCT 블록의 절단 방법을 바꿔 부호화된 화상 데이터를, 화상 전체에 대하여 연결하였을 때, 얼마만큼 오리지널 화상에 대하여 차이가 발생되는지를 측정함으로써, 부호화에 의한 화질의 열화를 평가할 수 있는 것이다.

또한, 이 실시 형태에서는, 양자화 스케일 quantiser_scale에 대응하여 양자화 수속의 정밀도가 제어된다. 한편, 양자화 스케일은, 레이트 컨트롤부(39)에서의 발생 부호량의 견적 결과에 기초한 부호량 제어에 의해, 압축이 용이한 화상에서는 값이 작게, 압축이 어려운 화상에서는 값이 크게, 각각 제어된다. 이 실시 형태에서는, 양자화 스케일값이 커짐에 따라서, 보다 절사 방향으로 작용되도록, 수속 정밀도가 제어된다. 즉, 양자화 스케일값이 커짐에 따라서 값 M이 작게 되고, 값 QF(v, u)의 소수부의 절사 시에 보다 절사되도록 작용한다.

따라서, 화상의 성질에 따라 양자화 시의 수속 정밀도가 적절하게 설정되고, 각각 최적의 양자화를 행하는 것이 가능하기 때문에, 화상 압축 처리에 수반하는 화질 열화를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.

상술한 양자화 회로(304)는, 컴퓨터 장치 상의 소프트웨어에 의해서도 실현 가능하다. 수학식 3과 같이 하여 설정된 수속 정밀도의 파라미터인 값 M을 메모리에 유지하고, 상술한 수학식 1, 수학식 2 및 수학식 3을 소프트웨어에 의해 실현하는 것은 용이하다. 이 소프트웨어는, 예를 들면 CD-R0M(Compact Disc-Read Only Memory) 등의 기록 매체에 기록되어 제공되고, 컴퓨터 장치에 인스톨됨으로써, 해당 컴퓨터 장치 상에서 실행 가능한 상태로 된다. 또, 컴퓨터 장치의 구성은 많이 알려져 있기 때문에, 그 설명은 생략한다.

또, 상술에서는, 화상 데이터의 부호화 방식으로서 화상을 블록 단위로 DCT 하여 부호화하는 MPEG 2 방식을 채용하고 있지만, 이것은 이 예에 한정되지 않는다. 화상 데이터를 블록 단위로 부호화하는 부호화 방식이면, 다른 부호화 방식을 이용하는 것도 가능하다.

또한, 상술에서는, 이 실시 형태의 적용되는 예로서, 디지털 VTR을 설명하고 있지만, 이것은 이 예에 한정되지 않는다. 이 실시 형태는, 화상 데이터를 블록 부호화를 이용하여 압축 부호화하는 그 외의 화상 처리 장치, 예를 들면 전송을 위해 화상 데이터를 압축 부호화하는 화상 전송 장치에도 적용하는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 이 실시 형태에서는, DCT 계수를 양자화할 때에, 그 양자화 스케일값에 대응하여 양자화 수속 정밀도를 제어하고 있다. 그 때문에, 화상의 성질에 따른 양자화 수속 정밀도를 이용할 수 있어, 화질의 성질에 따라 최적의 양자화를 행할 수 있다.

따라서, 화상의 성질에 따라 유효하게 부호화 노이즈를 억제할 수 있어, 화상 압축 처리에 수반하는 화질의 열화를 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.

Claims (7)

1. 설정된 양자화 스케일값에 대응하여 양자화 임계값을 설정하는 수속(收束) 정밀도 설정 수단과,

   상기 설정된 양자화 스케일값과 상기 수속 정밀도 설정 수단에 의해 설정된 상기 양자화 임계값에 기초하여 화상 신호를 양자화하는 양자화 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자화 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수속 정밀도 설정 수단은, 상기 양자화 스케일값이 크게 됨에 따라서, 상기 양자화 임계값이 보다 절사될 확률이 높아지도록 하는 것을 특징으로 하는 양자화 장치.
3. 제1항에 있어서,

   화상 신호를 블록 단위로 분할하는 블록 분할 수단과,

   상기 블록 변환 수단에 의해 분할된 상기 화상 신호의 각 블록에 대하여 변환 처리를 행하여 변환 계수를 출력하는 변환 수단과,

   상기 변환 수단으로부터 출력된 상기 변환 계수를 양자화하기 위한 양자화 스케일값을 설정하는 양자화 스케일값 설정 수단

   을 더 포함하며,

   상기 양자화 수단은, 상기 양자화 스케일값 설정 수단에 의해 설정된 상기 양자화 스케일값을 이용하여 양자화를 행하도록 한 것을 특징으로 하는 양자화 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 양자화 수단에 의해 양자화된 대표값을 가변 길이 부호화하는 부호화 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양자화 장치.
5. 설정된 양자화 스케일값에 대응하여 양자화 임계값을 설정하는 수속 정밀도 설정의 단계와,

   상기 설정된 양자화 스케일값과 상기 수속 정밀도 설정의 단계에 의해 설정된 상기 양자화 임계값에 기초하여 화상 신호를 양자화하는 양자화의 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자화 방법.
6. 화상 신호를 양자화하는 양자화 방법을 컴퓨터 장치에 실행시키는 양자화 프로그램에 있어서,

   상기 양자화 방법은,

   설정된 양자화 스케일값에 대응하여 양자화 임계값을 설정하는 수속 정밀도 설정의 단계와,

   상기 설정된 양자화 스케일값과 상기 수속 정밀도 설정의 단계에 의해 설정된 상기 양자화 임계값에 기초하여 화상 신호를 양자화하는 양자화의 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자화 프로그램.
7. 화상 신호를 양자화하는 양자화 방법을 컴퓨터 장치에 실행시키는 양자화 프로그램이 기록된 기록 매체에 있어서,

   상기 양자화 방법은,

   설정된 양자화 스케일값에 대응하여 양자화 임계값을 설정하는 수속 정밀도 설정의 단계와,

   상기 설정된 양자화 스케일값과 상기 수속 정밀도 설정의 단계에 의해 설정된 상기 양자화 임계값에 기초하여 화상 신호를 양자화하는 양자화의 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.