JP3024673B2 - データ圧縮方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静止画の圧縮装置や圧
縮した静止画を伸長し連続表示させ動画として見せる装
置や圧縮動画像符号化装置におけるデータ圧縮方式に関
し、特にデータ圧縮方式における符号量制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のデータ圧縮方式、特に圧縮率や符
号化ビットレートを一定にするデータ圧縮方式（目的と
する圧縮率や符号化ビットレートが存在するデータ圧縮
方式）としては、以下のようなものがあった。

【０００３】第１の従来例としては、「目的とする圧縮
率や符号化ビットレートに適合するまで圧縮符号化を何
度も繰り返して最適な量子化ステップ等のパラメータを
決定し、そのパラメータを基に最終的に圧縮を行うデー
タ圧縮方式」がある。

【０００４】図４は、この第１の従来例に係るデータ圧
縮方式が適用される画像データ記録方式（特開平４−４
８８７４号公報）の構成を示すブロック図である。この
画像データ記録方式は、フレームメモリと、離散コサイ
ン変換回路と、量子化回路と、ジグザグスキャン回路
と、ハフマン符号回路と、符号量測定回路と、スケーリ
ングファクタ制御回路と、量子化マトリクス回路とを含
んで構成されている。ここで、スケーリングファクタ制
御回路から供給されるスケーリングファクタに基づく値
によって、量子化ステップは規定される（当該公報中の
第６２５頁左上欄第５行〜第１３行等参照）。

【０００５】第２の従来例としては、「画像を分割し、
その分割した中で量子化のレベルを目的とする圧縮率や
符号化ビットレートから最適なパラメータとして与えて
やるデータ圧縮方式」がある。

【０００６】この第２の従来例に係るデータ圧縮方式
は、特開平４−３２９０８９号公報に係る動画像符号化
装置や特開平４−２６６２８６号公報に係るテレビ電話
用映像信号圧縮装置に適用されるデータ圧縮方式に該当
する。

【０００７】図５（ａ）は、前者（特開平４−３２９０
８９号公報におけるデータ圧縮方式）によるブロックの
分割の概念を示す図である。この場合には、原画像（人
の画像を有する原画像）が矩形のブロック（ブロック分
割領域）に分割されて最適な量子化ステップ等が決定さ
れている。

【０００８】図５（ｂ）は、後者（特開平４−２６６２
８６号公報におけるデータ圧縮方式）によるブロック
（ゾーン）の分割の概念を示す図である。この場合に
は、テレビ電話での利用が考えられており、人が主とし
て画面の真ん中にくることが想定され（図５（ｂ）中の
「画像（人）」を参照のこと）、中心部（ゾーン２）の
量子化は細かくされ、周囲（ゾーン１）の量子化は中心
部に比べて粗くされることにより、全体の符号量の制御
が行われている。

【０００９】また、図６は、特開平４−３２９０８９号
公報に係る動画像符号化装置をさらに詳しく述べている
特開平４−３３１５９２号公報に係る動画像符号化装置
の構成を示すブロック図（機能ブロック図）である。こ
の動画像符号化装置は、画像入力手段と、画像選択手段
と、直交変換手段と、量子化手段と、可変長符号化手段
と、フレーム内フレーム間判定手段と、現フレーム画像
記憶手段と、前フレーム画像記憶手段と、復号画像算出
手段と、判定結果蓄積手段と、量子化ステップ決定手段
とを含んで構成されている。この動画像符号化装置は、
ある一定時間内で符号化されるデータ量（符号量）があ
らかじめ予定していた標準的な符号量（目標符号量）よ
りも大きくなるような場合に、発生符号量を抑えるため
に量子化ステップを大きくとるようにする。また、あら
かじめ予定していた標準的な符号量よりも小さくなるよ
うな場合には、発生符号量を標準的なものに近づけるた
めに量子化ステップを小さくとるようにする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した第１の従来例
に係るデータ圧縮方式では、目標の符号量以下になるま
で何回もフィードバックし圧縮を繰り返す必要があるの
で、一定時間内でのリアルタイムな処理を必要としない
静止画を対象にした装置（例えば、電子スチルカメラ）
には有効であるが、静止画を連続して動画のように見せ
たり、リアルタイムに圧縮しながら画像の取り込みを行
うような場合には、「何回もフィードバックを繰り返し
て制御を行うこと」が非常に困難になるという問題点が
あった。

【００１１】また、上述した第２の従来例に係るデータ
圧縮方式では、以下のおよびに示すような問題点が
あった。

【００１２】 特開平４−２６６２８６号公報（テレ
ビ電話用映像信号圧縮装置）におけるデータ圧縮方式の
ように「フレームをゾーンに分割して、そのゾーンにあ
らかじめ設定された量子化ステップで符号化制御を行う
方式」では、テレビ電話のようにあらかじめ画像の中央
部に人がくる確率の高いような画像に対しては有効であ
るが、その他の画像（中央部に大きな被写体がこない画
像）の場合には最適な画質や符号量を得るための制御が
できないという欠点がある。

【００１３】 特開平４−３３１５９２号公報（動画
像符号化装置）におけるデータ圧縮方式のように「ブロ
ック分割後、そのブロックであらかじめ設定された目標
符号量より高い場合には量子化ステップを大きくし、目
標符号量より低い場合には量子化ステップを小さくする
方式」では、の場合とは反対に、中央部に人がくるよ
うな画像の場合には、次のような欠点が発生することが
ある。すなわち、かかる場合に、背景画像の符号量は目
標符号量より小さくなり量子化ステップが小さくとられ
るので画質的に向上するが、画像の中央部の符号量は目
標符号量より大きくなり量子化ステップが大きくとられ
るので画質的に劣化し、結果として背景画像の画質は良
いが画像の中央部の画質は良くないという現象が生じ
る。

【００１４】すなわち、従来のデータ圧縮方式では、目
的とする圧縮率や符号化ビットレートがある場合（一定
の圧縮率や符号化ビットレートの制約がある場合）に、
画質の劣化を余儀なくされるという問題点があった。

【００１５】なお、「データを圧縮し蓄積したり、また
一定の符号化ビットレート内でのデータの転送等におい
て、画質を保ちつつ有効な符号量の制御を行う」こと
は、画像データの制御の分野において重要な課題であ
る。

【００１６】本発明の目的は、上述の点に鑑み、一定の
圧縮率や符号化ビットレートでの画質の劣化をなくすこ
とができるデータ圧縮方式を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のデータ圧縮方式
は、原画像に対するＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓ
ｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ。離散コサイン変換）演算
を行う第１ＤＣＴ演算部と、符号量制御部により決定さ
れた最適な量子化ステップで前記第１ＤＣＴ演算部の演
算結果を量子化する第１量子化部と、この第１量子化部
による量子化の結果を基に有効係数と０値のラン数とを
カウントしそのカウント結果に対して可変長符号を与え
る可変長符号化部と、原画像を縮小していくつかの要素
に分割する画像分割部と、この画像分割部により分割さ
れた画像に対するＤＣＴ演算を行う第２ＤＣＴ演算部
と、この第２ＤＣＴ演算部の演算結果を適用システムに
おける量子化ステップの最大値で量子化する第２量子化
部と、前記第２ＤＣＴ演算部の演算結果を適用システム
における量子化ステップの最小値で量子化する第３量子
化部と、前記第２量子化部による量子化の結果と前記第
３量子化部による量子化の結果とを基に両方の量子化に
係るデータにおける符号量の発生を調べ、前記第２量子
化部による発生符号量と前記第３量子化部による発生符
号量とに大きな差があるか否かを前記画像分割部により
分割された各要素毎に判別し、当該判別の結果と目的と
する圧縮率や符号化ビットレートとに基づいて最適な量
子化ステップを各要素について決定する前記符号量制御
部とを有する。

【００１８】

【作用】本発明のデータ圧縮方式では、第１ＤＣＴ演算
部が原画像に対するＤＣＴ演算を行い、第１量子化部が
符号量制御部により決定された最適な量子化ステップで
第１ＤＣＴ演算部の演算結果を量子化し、可変長符号化
部が第１量子化部による量子化の結果を基に有効係数と
０値のラン数とをカウントしそのカウント結果に対して
可変長符号を与え、画像分割部が原画像を縮小していく
つかの要素に分割し、第２ＤＣＴ演算部が画像分割部に
より分割された画像に対するＤＣＴ演算を行い、第２量
子化部が第２ＤＣＴ演算部の演算結果を適用システムに
おける量子化ステップの最大値で量子化し、第３量子化
部が第２ＤＣＴ演算部の演算結果を適用システムにおけ
る量子化ステップの最小値で量子化し、符号量制御部が
第２量子化部による量子化の結果と第３量子化部による
量子化の結果とを基に両方の量子化に係るデータにおけ
る符号量の発生を調べ第２量子化部による発生符号量と
第３量子化部による発生符号量とに大きな差があるか否
かを画像分割部により分割された各要素毎に判別し当該
判別の結果と目的とする圧縮率や符号化ビットレートと
に基づいて最適な量子化ステップを各要素について決定
する。

【００１９】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。

【００２０】図１は、本発明のデータ圧縮方式の一実施
例の構成を示すブロック図である。

【００２１】本実施例のデータ圧縮方式は、第１ＤＣＴ
演算部１０と、第１量子化部１１と、可変長符号化部１
２と、画像分割部１３と、第２ＤＣＴ演算部１４と、第
２量子化部１５と、第３量子化部１６と、符号量制御部
１７とを含んで構成されている。

【００２２】図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施例、ひいて
は本発明のデータ圧縮方式での処理の概念を示す図であ
る。

【００２３】図３は、本実施例のデータ圧縮方式におけ
る最適量子化ステップ決定処理（第１量子化部１１にお
ける量子化で採用される「最適な量子化ステップ」を決
定するための処理）を示す流れ図である。この処理は、
原画像縮小ステップ３０１と、画像分割ステップ３０２
と、ＤＣＴ演算ステップ３０３と、最大値量子化ステッ
プ３０４と、最小値量子化ステップ３０５と、符号量算
出ステップ３０６と、発生符号量差判別ステップ３０７
と、原画像発生符号量予測ステップ３０８と、最適量子
化ステップ決定ステップ３０９と、最適量子化ステップ
供与ステップ３１０とからなる。

【００２４】次に、このように構成された本実施例のデ
ータ圧縮方式の動作について説明する。

【００２５】原画像は、第１ＤＣＴ演算部１０に送られ
る。

【００２６】第１ＤＣＴ演算部１０は、当該原画像に対
するＤＣＴ演算を行い、当該原画像を周波数成分のデー
タに変換する。

【００２７】次に、第１量子化部１１は、第１ＤＣＴ演
算部１０によるＤＣＴ演算の演算結果（周波数成分のデ
ータ）を、後述する「符号量制御部１７によって決定さ
れた最適な量子化ステップ」にて量子化する。

【００２８】可変長符号化部１２は、第１量子化部１１
による量子化の結果を基に、８×８のブロックを順次ジ
グザクスキャンし、有効係数と０値のラン数との組み合
わせから可変長符号を割り当てていく（有効係数と０値
のラン数とをカウントし、そのカウント結果に対して可
変長符号を与える）。これにより、可変長符号化部１２
による符号出力が実現される。

【００２９】一方、原画像は画像分割部１３にも送ら
れ、図３に示すような処理（最適量子化ステップ決定処
理）によって第１量子化部１１における量子化で採用さ
れる「最適な量子化ステップ」の決定が行われる。以下
に、図３の一連の処理について説明する。

【００３０】原画像を受け取った画像分割部１３は、原
画像をまず縮小し（ステップ３０１）、縮小した画像を
いくつかの要素に分割する（ステップ３０２）。

【００３１】第２ＤＣＴ演算部１４は、画像分割部１３
によって縮小・分割された画像に対するＤＣＴ演算を行
う（ステップ３０３）。

【００３２】第２ＤＣＴ演算部１４によるＤＣＴ演算の
演算結果は、第２量子化部１５および第３量子化部１６
に送られる。

【００３３】第２量子化部１５は、本実施例のデータ圧
縮方式が適用されるシステム（以下、適用システムとい
う）における量子化ステップの最大値で、当該演算結果
の量子化を行う（ステップ３０４）。

【００３４】また、第３量子化部１６は、適用システム
における量子化ステップの最小値で、当該演算結果の量
子化を行う（ステップ３０５）。

【００３５】ここで、上述の「適用システム」として
は、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐ
ｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）に係る標準化がなされたシステ
ムや、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉ
ｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）に係る標準化がなさ
れたシステム等が考えられる。

【００３６】符号量制御部１７は、第２量子化部１５に
よる量子化の結果と第３量子化部１６による量子化の結
果とに基づき、両方の量子化の結果に係るデータの符号
量（発生符号量）を算出する（ステップ３０６）。

【００３７】そして、符号量制御部１７は、画像分割部
１３にて分割された要素（その要素の領域）毎に、第２
量子化部１５による発生符号量と第３量子化部１６によ
る発生符号量との差を比較し、発生符号量に大きな差が
あるか否かを判別する（ステップ３０７）。

【００３８】また、符号量制御部１７は、画像分割部１
３にて縮小された画像の発生符号量から原画像における
発生符号量を予測し（ステップ３０８）、さらに目的と
する圧縮率や符号化ビットレートとステップ３０７にお
ける判別結果とを基に分割された各要素における最適な
量子化ステップを決定する（ステップ３０９）。

【００３９】最後に、符号量制御部１７は、ステップ３
０９において決定した最適な量子化ステップの値を第１
量子化部１１に与える（ステップ３１０）。

【００４０】次に、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して、本
実施例、ひいては本発明のデータ圧縮方式での処理の概
念を説明する。

【００４１】図２（ａ）は、原画像の一例を示す図であ
る。ここでは、人が中央に存在して背景が壁である画像
を例としてあげることにする。

【００４２】図２（ｂ）は、画像分割部１３にて図２
（ａ）に示す原画像が縮小された画像（縮小画像）を示
す図である。縮小画像は、さらにいくつかの要素（ここ
では１６の要素）に分割されている。

【００４３】図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示すように縮
小され分割された画像に対するＤＣＴ演算（第２ＤＣＴ
演算部１４によるＤＣＴ演算）の演算結果が第２量子化
部１５と第３量子化部１６とに送られ、各要素毎に発生
符号量の比較・判別（図３ステップ３０７参照）が行わ
れた結果を示す図である。図２（ｃ）中でＸと書かれて
いる要素は「発生符号量の差が小さい」と判別されたも
のであり、Ｙと書かれている要素は「発生符号量の差が
大きい」と判別されたものである。

【００４４】符号量制御部１７は、図２（ｂ）に示すよ
うに縮小された画像における全体の発生符号量を予測
し、さらに目的とする圧縮率や符号化ビットレートと各
要素がＸであるかＹであるかの情報（図２（ｃ）参照）
とに基づいて各要素における最適な量子化ステップを決
定する。

【００４５】ここで、Ｘの要素の場合には、量子化ステ
ップを変化させても符号量の変化は発生しない。これが
意味するのは、量子化ステップを小さくしなくても、あ
る一定の画質は十分得られるということである。したが
って、Ｘの要素における量子化ステップは大きな値に設
定される。

【００４６】また、Ｙの要素の場合には、逆に、量子化
ステップを変化させると発生符号量が大きく変化する。
これが意味するのは、量子化ステップを小さくすれば、
それだけ画質は向上していくということである。したが
って、Ｙの要素における量子化ステップは小さな値に設
定される。

【００４７】例えば、図２（ａ）に示す原画像のように
「人が中央に存在し他の部分（背景）が壁である画像」
があった場合には、壁に相当する要素は図２（ｃ）でＸ
になり、人が存在する要素は図２（ｃ）でＹとなる。こ
こで、壁の場合にはその画像的特徴から、発生符号量も
全体的に少ない。したがって、符号量制御部１７は、Ｘ
の要素である壁の領域の量子化ステップを大きくし、そ
の分だけＹの要素である人の領域の量子化ステップを小
さくしてその発生符号量を上げて、画質を向上させるこ
とができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、原画像を
縮小した画像を対象にしてあらかじめ発生符号量を予測
し、かつ縮小・分割した画像の各要素における最適な量
子化ステップを「量子化ステップの最大値による量子化
での発生符号量と量子化ステップの最小値による量子化
での発生符号量との差」に基づいて決定することによ
り、単一色的な絵柄を有する要素には大きい（高い）量
子化ステップを与えることができ、細かい絵柄を有する
要素には小さい（低い）量子化ステップを与えることが
できるので、一定の圧縮率や符号化ビットレートでの画
質の劣化をなくすことができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のデータ圧縮方式に係る一実施例の構成
を示すブロック図である。

【図２】図１に示すデータ圧縮方式での処理の概念を示
す図である。

【図３】図１に示すデータ圧縮方式における最適量子化
ステップ決定処理を示す流れ図である。

【図４】従来のデータ圧縮方式に係る第１の従来例の構
成を示すブロック図である。

【図５】従来のデータ圧縮方式に係る第２の従来例にお
けるブロック分割の概念を示す図である。

【図６】従来のデータ圧縮方式に係る第２の従来例の構
成を示すブロック図（機能ブロック図）である。

【符号の説明】

１０ 第１ＤＣＴ演算部 １１ 第１量子化部 １２ 可変長符号化部 １３ 画像分割部 １４ 第２ＤＣＴ演算部 １５ 第２量子化部 １６ 第３量子化部 １７ 符号量制御部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 7/30 H03M 7/30 H03M 7/40 H04N 1/41

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原画像に対するＤＣＴ演算を行う第１Ｄ
   ＣＴ演算部と、 符号量制御部により決定された最適な量子化ステップで
   前記第１ＤＣＴ演算部の演算結果を量子化する第１量子
   化部と、 この第１量子化部による量子化の結果を基に有効係数と
   ０値のラン数とをカウントしそのカウント結果に対して
   可変長符号を与える可変長符号化部と、 原画像を縮小していくつかの要素に分割する画像分割部
   と、 この画像分割部により分割された画像に対するＤＣＴ演
   算を行う第２ＤＣＴ演算部と、 この第２ＤＣＴ演算部の演算結果を適用システムにおけ
   る量子化ステップの最大値で量子化する第２量子化部
   と、 前記第２ＤＣＴ演算部の演算結果を適用システムにおけ
   る量子化ステップの最小値で量子化する第３量子化部
   と、 前記第２量子化部による量子化の結果と前記第３量子化
   部による量子化の結果とを基に両方の量子化に係るデー
   タにおける符号量の発生を調べ、前記第２量子化部によ
   る発生符号量と前記第３量子化部による発生符号量とに
   大きな差があるか否かを前記画像分割部により分割され
   た各要素毎に判別し、当該判別の結果と目的とする圧縮
   率や符号化ビットレートとに基づいて最適な量子化ステ
   ップを各要素について決定する前記符号量制御部とを有
   することを特徴とするデータ圧縮方式。