JP2552381B2 - 画像信号圧縮符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は画像信号圧縮符号化装置に関し、特に、一つ
の画面を構成する画像データを記録媒体に記録する際に
圧縮符号化する画像信号圧縮符号化装置に関する。

背景技術 たとえばディジタル電子スチルカメラにより撮影され
た画像データのようなディジタル画像データをメモリに
記憶する場合には、データ量を減らしてメモリの記憶容
量を少なくするため、各種の手法による圧縮符号化が行
われている。特に２次元直交変換符号化は、大きな圧縮
率で符号化を行うことができ、かつ符号化に伴う画像歪
も抑圧できることから、広く用いられている。

このような２次元直交変換符号化においては、一つの
画面を構成する画像データは画面上で所定の数のブロッ
クに分割され、その分割された画面のそれぞれのブロッ
ク内の画像データが２次元直交変換される。直交変換さ
れた画像データ、すなわち変換係数は、所定の閾値と比
較され、閾値以下の部分の切り捨て（係数切り捨て）が
行われる。これにより閾値以下の変換係数は、その後、
０のデータとして処理される。次に係数切り捨てが行わ
れた変換係数は、所定の量子化ステップ値、すなわち正
規化係数により除算され、ステップ幅による量子化、す
なわち正規化が行われる。これにより、変換係数の値、
すなわち振幅のダイナミックレンジを抑圧することがで
きる。

このような２次元直交変換符号化において、上記の正
規化係数を一定の値として正規化を行い、符号化した場
合には、画像データによって符号化されたデータ量が異
なり、メモリへの記録に不便であった。

すなわち、一定の正規化係数を用いて正規化し符号化
を行った場合には、高周波（AC）成分を多く含む画像デ
ータは符号化されたデータ量が多くなり、低周波（DC）
成分を多く含む画像データは符号化されたデータ量が少
なくなる。このような符号化されたデータ量の差は５〜
10倍にも達することがあるため、一定の容量のメモリに
記録する場合に不都合であった。

そこで例えば、一つの画面を複数のブロックに分割
し、この分割されたブロック単位の画像データに高周波
成分が含まれる程度、いわゆるアクティビティを算出
し、これに基づいて各ブロック単位に正規化係数を設
定、すなわち１画素当りのビット数の設定（ビット配
分）が行われていた。

しかしながら、たとえばこのような画像信号圧縮符号
化装置を備えたディジタル電子スチルカメラにより画像
を記録する場合に画面上で主要被写体（たとえば人物）
の周辺（背景）にアクティビティの高い領域が存在する
と、その領域に画像データ圧縮時におけるビット配分が
高く設定されることとなる。したがって画面の中央部分
に位置する主要被写体の領域におけるビット配分は相対
的に低くなり、画像データの圧縮処理に起因して画質が
劣化するという問題があった。

目 的 本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、一つの画面を構成する画像データを圧縮符号化する
際に画面上の領域に応じてビット配分を設定することが
できる画像信号圧縮符号化装置を提供することを目的と
する。

発明の開示 本発明によれば、一つの画面を構成するディジタル画
像データを画面上で複数のブロックに分割して各ブロッ
クについて２次元直交変換を行い、かつ該直交変換され
た画像データを与えられた正規化係数に基づいて正規化
すると共に、正規化された画像データを符号化する画像
信号圧縮符号化装置は、上記ブロックごとのアクティビ
ティを算出するブロックアクティビティ算出手段と、ブ
ロックアクティビティ算出手段から出力される１画面分
のブロックアクティビティの合計値を算出する総アクテ
ィビティ算出手段と、１画面分の画像データの圧縮符号
化処理時におけるビット配分を高くする画面上の特定の
領域を含む各領域に配分されるビット数を算出する第１
のビット配分算出手段と、第１のビット配分算出手段に
より算出され各領域に配分されるビット数、ブロックア
クティビティ算出手段により算出される各領域に属する
ブロックごとのアクティビティおよび総アクティビティ
算出手段により算出されるブロック単位のアクティビテ
ィの合計値に基づいて上記各領域に属するブロックごと
に配分されるビット数を算出する第２のビット配分算出
手段とを有し、第１のビット配分算出手段は特定の領域
については他の領域に比してビット配分が高くなるよう
に重み付けをして算出するものである。

実施例の説明 次に添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

第1A図および第1B図には本発明による画像信号圧縮符
号化装置の一実施例の構成が示されている。

本装置はブロック化部12を有する。ブロック化部12は
フレームバッファにより構成され、電子スチルカメラに
より撮影された１フレーム分のスチル画像データが入力
端子10を通して入力され、記憶される。ブロック化部12
に記憶された１フレーム分の画像データは複数のブロッ
クに分割されてブロック単位に読み出され、２次元直交
変換部14に送られる。２次元直交変換部14はブロック単
位に入力される画像データを２次元直交変換する。２次
元直交変換としては、ディスクリートコサイン変換、ア
ダマール変換等の周知の手法が用いられる。

２次元直交変換部14において２次元直交変換されたブ
ロック単位の画像データは縦横に配列され、左上の部分
に低次のデータが配列され、右下の方向に向かうにつれ
て高次のデータとなる。２次元直交変換部14の出力は正
規化部16に送られる。

正規化部16は、正規化係数設定部22の設定出力に基づ
いて２次元直交変換部14において２次元直交変換された
画像データ、すなわち変換係数に対して係数切り捨てを
行った後、正規化を行う。係数切り捨ては、直交変換さ
れた変換係数を所定の閾値と比較し、閾値以下の部分を
切り捨てるものである。正規化は、係数切り捨てを行わ
れた変換係数を所定の量子化ステップ値、すなわち量子
化テーブル54から求められた正規化係数αとパラメータ
設定部52により設定される重み係数Ｔとの積であるαＴ
により除算し、量子化を行うものである。正規化係数α
は、後述するように、総アクティビティ算出部24により
算出されるブロック単位のアクティビティを合計した値
に基づき、正規化係数設定部26により設定される。

ブロック化部12から出力されるブロック単位の画像デ
ータは、ブロックアクティビティ算出部20にも送られ
る。ブロックアクティビティ算出部20は、ブロック単位
のアクティビティ、すなわちそのブロックに高周波成分
の画像データが含まれている程度を算出する。

ブロック単位のアクティビティＢ−act（i,j）の算出
は、分割されたブロックが例えば第２図に示すように８
×８の画素で構成されている場合に、画素データをXij
とすると（ここで、i,j＝０…７）、式 により算出される。ここで、 である。

すなわちこの式によれば、ブロックを構成する８×８
の画素のデータの平均値DC（i,j）を求め、各画素デー
タと平均値DC（i,j）との差の絶対値を加算してブロッ
ク単位のアクティビティＢ−act（i,j）を求める。

上記の式によってアクティビティを求める場合に、DC
（i,j）は各画素データの加算および加算されたデータ
をブロックの画素数である64で除算することにより得ら
れるから、加算器とデータのシフトを行うシフタのみに
より構成できる。また、Ｂ−act（i,j）は得られたDC
（i,j）を用いて絶対値化回路と加算器によって求めら
れる。したがって、アクティビティＢ−act（i,j）の算
出においては乗算器および除算器を必要としない。

上記のようにして、ブロックアクティビティ算出部20
はブロック単位のアクティビティＢ−act（i,j）を算出
し、総アクティビティ算出部24へ出力する。総アクティ
ビティ算出部24はブロックアクティビティ算出部20から
送られるブロック単位のアクティビティＢ−act（i,j）
を加算し、アクティビティの合計値Ｔ−actを算出す
る。総アクティビティ算出部24はアクティビティの合計
値Ｔ−actを正規化係数設定部26、ビットファクター算
出部44およびビット配分算出部46に出力する。

正規化係数設定部26は正規化係数αを総アクティビテ
ィ算出部24から算出されるブロック単位のアクティビテ
ィＢ−act（i,j）の合計値であるＴ−actに基づいて量
子化テーブル54を参照して設定する。

この正規化係数αはパラメータ設定部52により設定さ
れる重み係数Ｔにより重み付けされて正規化部16に出力
される。

正規化部16で正規化された画像データは２次元ハフマ
ン符号化部18により２次元ハフマン符号化され、AC符号
量カウント部50およびマルチプレクサ64に出力される。

パラメータ設定部52は、画質モード（画像データの圧
縮率）を用途に応じて選択し、正規化係数αの設定に必
要な重み係数Ｔを正規化係数設定部26に出力すると共
に、画質、画像の記録枚数を特定するパラメータをビッ
トファクター算出部44に出力する。

量子化テーブル54は、画面全体のアクティビティ、す
なわちブロック単位のアクティビティの合計値Ｔ−act
と正規化係数αとの関係を示すテーブルである。

一方、DC量子化部28はブロック化部12から出力される
ブロック単位の画像データの低周波（DC）成分について
各ブロック間の差分値を算出する。ハフマン符号化部40
はDC量子化部28より出力される差分値に対してハフマン
符号化を行う。DC符号量カウント部42はハフマン符号化
部40から出力される符号量を計数し、その総数をビット
ファクター算出部44に出力する。

またエリア指定部70は、第３図および第４図に示すよ
うに本発明に係る画像信号圧縮符号化装置が内蔵された
電子スチルカメラ30により被写界90を撮影する場合にフ
ァインダ32のファインダ表示部80に表示される画面34に
おいて画像データ圧縮処理時にビット配分を高くすべき
領域38（点線の枠36内）を指定する。この場合に領域38
の指定はキーボード等によりファインダ表示部80に表示
される枠36の画面34上における中心位置Ｏを示す座標デ
ータを指定することにより行われる。たとえば第５図に
示すように枠36の横，縦の辺長をそれぞれ2p,2qとすれ
ば直交座標系で枠36の中心位置Ｏを原点（0,0）にとる
と、枠36の各頂点A,B,C,Dの座標はそれぞれ、Ａ（p,
q）,B（−p,q）,C（−p,−ｑ）,D（p,−ｑ）となる。

エリア指定部70により枠36の中心位置Ｏの座標データ
Ｏ（x,y）を指定すると、その位置情報はエリア演算部7
2に入力される。

エリア演算部72では枠36の中心位置Ｏ（x,y）の指定
に伴い、ファインダ表示部80の表示画面34上において、
枠36の移動後の頂点A,B,C,Dの座標Ａ（ｐ＋x,q＋ｙ）,B
（−ｑ＋x,q＋ｙ）,C（−ｐ＋x,−ｑ＋ｙ）,D（ｐ＋x,
−ｑ＋ｙ）ならびにこれらの頂点A,B,C,Dにより定めら
れる領域およびこの指定領域以外の領域に含まれるブロ
ック数Ａ−blk（ｎ）を求める。これらの求められた各
頂点の座標データが表示画面34に含まれる範囲内で枠36
の移動、すなわち領域38の指定が許容されるようになっ
ている。

なお、ｎは画面34を複数の領域に分割した際に各領域
に付された番号である。

エリア演算部72の演算出力はエリア記憶部74、エリア
ビット配分算出部78およびファインダ制御部80に入力さ
れる。

エリア記憶部74は、エリア演算部72の演算出力であ
る、領域38を特定する位置情報を記憶する。

またファインダ制御部80はエリア演算部72から出力さ
れる位置情報に基づいてファインダ表示部82内において
枠36を移動するように制御する。

エリア記憶部74より読み出される位置情報は画質重み
計数設定部76に入力される。

画質重み係数設定部76はエリア指定部70により指定さ
れた画面34上の領域およびこの領域以外の各領域につい
て画質重み係数Ｗ（ｎ）を設定する。ここで画質重み係
数Ｗ（ｎ）の合計値は、たとえば１になるように設定さ
れる。

画質重み係数設定部76は画質重み係数Ｗ（ｎ）をエリ
アビット配分算出部78に出力する。

エリアビット配分算出部78はエリア演算部72、画質重
み係数設定部76よりそれぞれ、ブロック数Ａ−blk
（ｎ）、画質重み係数Ｗ（ｎ）を取り込み、次式（１）
により各領域に配分されるビット数Ａ−bit（ｎ）を算
出する。

Ａ−bit(ｎ)＝Ａ−blk(ｎ)・Ｗ(ｎ)・Ｔ−bit/T−blk…
（１） 上式（１）においてＴ−btiは１画面に割り当られた
目標ビット数、Ｔ−blkは１画面中に含まれるブロック
数である。

エリアビット配分算出部78により求められたビット数
Ａ−bit（ｎ）はビットファクター算出部44に入力され
る。

ビットファクター算出部44で次式により、画面34上の
各領域に属するブロックに配分されるビット数Ｓ（i,
j）を算出する係数であるビットファクターｆ（ｎ）が
算出される。

ｆ（ｎ）＝Ａ−bit（ｎ）/T−bit ＝Ｗ（ｎ）・Ａ−blk（ｎ）/T−blk …（２） ビットファクター算出部44で算出されたビットファク
ターｆ（ｎ）はビット配分算出部46に入力される。ビッ
ト配分算出部46にはブロックアクティビティ算出部20、
総アクティビティ算出部24からの出力である各ブロック
のアクティビティＢ−act（i,j）、１画面全体のアクテ
ィビティＴ−actも入力される。

ビット配分算出部46では次式により１画面の各ブロッ
クに配分されるビット数Ｓ（i,j）が算出される。

Ｓ（i,j）＝ｆ（ｎ）・Ｔ−bit・Ｂ−act（i,j）／ Ｔ−act＝Ａ−bit（ｎ）・Ｂ−act（i,j）/T−act …
（３） 一方、AC符号量カウント部50は２次元ハフマン符号化
部18から出力されるAC符号量を計数し、符号化停止判定
部48に出力する。

符号化停止判定部48はAC符号量カウント部50から出力
されるAC符号量とビット配分算出部46から出力されるビ
ット数Ｓ（i,j）とを比較し、AC符号量がビット数Ｓ
（i,j）を超えた時点でそのブロックの符号化を停止さ
せるための判定信号を２次元ハフマン符号化部18に出力
する。

上記構成において、撮影者が電子スチルカメラ30を用
いて被写界90撮影する際に、ファインダ32のファインダ
表示部80に表示された表示画面34における画像データ圧
縮処理時にビット配分を高くすべき領域38を指定するた
めの枠36の中心位置Ｏを示す座標データＯ（x,y）がエ
リア指定部70により指定される。

エリア指定部70から座標データＯ（x,y）を示す位置
情報がエリア演算部72に出力される。エリア演算部72で
は、入力されたファインダ表示部80の表示画面34上にお
ける枠36の中心位置Ｏの位置情報に基づいて指定された
領域38の表示画面34上における位置を特定する枠36の各
頂点A,B,C,Dの座標ならびにこれらの頂点A,B,C,Dにより
定められる領域およびこの指定領域以外の領域に含まれ
るブロック数Ａ−blk（ｎ）が求められる。

エリア演算部72の演算出力は、エリア記憶部74、エリ
アビット配分算出部78およびファインダ制御部80に入力
される。エリア記憶部74ではエリア指定部70で指定され
た表示画面34上における領域38を特定する位置情報が記
憶される。

またファインダ制御部80はエリア演算部72から出力さ
れる位置情報に基づいてファインダ表示部82内において
指定された位置に枠36を移動させるように制御する。こ
れにより撮影者がエリア指定部70により指定した、ファ
インダ表示部82の表示画面34上において画像データ圧縮
処理時にビット配分を高くする領域を確認することがで
きる。

一方、入力端子10より入力された１フレーム分の画像
データはブロック部12に入力され、記憶される。このブ
ロック部12に記憶された１フレーム分の画像データは、
複数のブロックに分割されてブロック単位ごとに読み出
され、２次元直交変換部14に送出される。２次元直交変
換部14はブロック部12より入力されるブロック単位に入
力される画像データを２次元直交変換する。２次元直交
変換部14の出力信号は正規化部16に入力される。

またブロック部12から出力されるブロック単位の画像
データは、ブロックアクティビティ算出部20に送出さ
れ、ブロックアクティビティ算出部20はブロック単位の
アクティビティＢ−act（i,j）を算出し、総アクティビ
ティ算出部24に出力する。総アクティビティ算出部24ば
ブロックアクティビティ算出部20から送出されるブロッ
ク単位のアクティビティＢ−act（i,j）を加算し、アク
ティビティの合計値Ｔ−actを算出すると共に、その算
出値Ｔ−actを正規化係数設定部26、ビットファクター
算出部44およびビット配分算出部46に出力する。

正規化係数設定部26では量子化テーブル54を参照し、
パラメータ設定部52の設定出力に基づいて正規化部16に
重み付けされた正規化係数α・Ｔが設定される。

正規化部16で正規化された画像データは２次元ハフマ
ン符号化部18により２次元ハフマン符号化される。

一方、画質重み係数設定部76により設定される画面34
の各領域の画質重み係数Ｗ（ｎ）、エリア演算部72によ
り算出される画面34の各領域に含まれるブロック数Ａ−
bnk（ｎ）に基づいてエリアビット配分算出部78は各領
域に配分されるビット数Ａ−bit（ｎ）を算出し、ビッ
トファクター算出部44に出力する。

ビットファクター算出部44は、エリアビット配分算出
部78より入力されるビット数Ａ−bit（ｎ）に基づいて
ビットファクターｆ（ｎ）を算出し、ビット配分算出部
46に出力する。

ビット配分算出部46は、ブロックアクティビティ算出
部20、総アクティビティ算出部24およびビットファクタ
ー算出部44からブロック単位のアクティビティＢ−act
（i,j）、１画面全体のアクティビティＴ−act、ビット
ファクターｆ（ｎ）を取り込み、１画面の各ブロックに
配分されるビット数Ｓ（i,j）を算出し、符号化停止判
定部48に出力する。

一方、ブロック化部12から出力されるブロック単位の
画像データのブロック間のDC成分の差分値がDC量子化部
28により求められ、その差分値がハフマン符号化部40に
よりハフマン符号化される。このハフマン符号化部40に
より出力される画像データと２次元ハフマン符号化部18
より出力される画像データはマルチプレクサ64により選
択的に出力される。

符号化停止判定部48は、AC符号量カウント部50から出
力されるAC符号量とビット配分算出部46から出力される
ビット数Ｓ（i,j）を比較し、AC符号量がビット数Ｓ
（i,j）を超えた時点でそのブロックの符号化を停止さ
せるための判定信号を２次元ハフマン符号化部18に出力
する。

１画面は、たとえば第６図に示すようにファインダ表
示部80の表示画面上において、指定領域38（領域番号ｎ
＝１）と、その周辺部は指定領域38を除いて４等分した
各領域（領域番号ｎ＝２〜５）に分割され、これらの各
領域に属するブロックについて個別にビット配分され
る。

効 果 以上に説明したように本発明では、ファインダ視野内
に表示される被写界画像のうち画像データの圧縮処理時
にビット配分を高める領域を予め指定できるようにし、
かつ指定された領域に属する画像データについて圧縮処
理時にビット配分が高くなるように設定している。

したがって本発明によれば画面の中央部にある主要被
写体が暗く、かつその周辺部にアクティビティの高い画
像が存在し、画像データ圧縮時に同一の正規化係数で圧
縮処理を行った場合に主要被写体について画質の劣化が
目立つ画像であっても高画質化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第1A図および第1B図は、本発明に係る画像信号圧縮符号
化装置の一実施例の構成を示すブロック図、 第２図は、画面のブロックを構成する画像データの構成
例を示す説明図、 第３図は、電子スチルカメラにより被写界を撮影する状
態を示す説明図、 第４図は、ファインダ表示部内に表示された被写界像の
うち圧縮処理時に高ビット配分をすべき領域が主要被写
体について指定された状態を示す説明図、 第５図は、ファインダ表示部内において領域指定を行う
場合に表示される枠の位置決めを行うのに必要な座標デ
ータについての説明図、 第６図は撮影画面が複数の各領域に分割された状態を示
す説明図である。 主要部分の符号の説明 20……ブロックアクティビティ算出部 24……総アクティビティ算出部 44……ビットファクター算出部 46……ビット配分算出部 70……エリア指定部 72……エリア演算部 74……エリア記憶部 76……画質重み係数設定部 78……エリアビット配分算出部 80……ファインダ制御部 82……ファインダ表示部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一つの画面を構成するディジタル画像デー
   タを画面上で複数のブロックに分割して各ブロックにつ
   いて２次元直交変換を行い、かつ該直交変換された画像
   データを与えられた正規化係数に基づいて正規化すると
   共に、該正規化された画像データを符号化する画像信号
   圧縮符号化装置において、該装置は、 前記ブロックごとのアクティビティを算出するブロック
   アクティビティ算出手段と、 該ブロックアクティビティ算出手段から出力される１画
   面分のブロックアクティビティの合計値を算出する総ア
   クティビティ算出手段と、 前記１画面分の画像データの圧縮符号化処理時における
   ビット配分を高くする画面上の特定の領域を含む各領域
   に配分されるビット数を算出する第１のビット配分算出
   手段と、 該第１のビット配分算出手段により算出され各領域に配
   分されるビット数、前記ブロックアクティビティ算出手
   段により算出される各領域に属するブロックごとのアク
   ティビティおよび総アクティビティ算出手段により算出
   されるブロック単位のアクティビティの合計値に基づい
   て前記各領域に属するブロックごとに配分されるビット
   数を算出する第２のビット配分算出手段とを有し、 前記第１のビット配分算出手段は前記特定の領域につい
   ては他の領域に比してビット配分が高くなるように重み
   付けをして算出することを特徴とする画像信号圧縮符号
   化装置。