JP2552382B2 - 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一旦、記録媒体に格納し
た後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 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一旦、メモリに
格納した後に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、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は、ディジタル画像データを記憶
する第１の記憶手段と、第１の記憶手段から読み出され
たディジタル画像データを表示画面上に表示する画像再
生手段と、表示画面上に表示された画像のうち画像デー
タ圧縮処理時にビット配分を高くすべき画面上の領域を
指定する領域指定手段と、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、領域指定手段により指定された
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領域指定手
段により指定された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。

再生処理回路70は、ブロック化部12から読み出された
画像データを所定のフォーマットの映像信号に再生処理
し、モニタ装置72に出力する。

モニタ装置72は、再生処理回路70から出力される映像
信号を受けて表示画面に画像、たとえばディジタル電子
スチルカメラで撮影され、一旦、ブロック化部12に格納
された画像データが示す画像を表示する。

第３図に示すようにモニタ装置72の表示画面90上に表
示された画像92のうち、画像データ圧縮処理時における
ビット配分を高くすべき画面上の領域94の指定は、エリ
ア指定部74により行われる。

このエリア指定部74としては、たとえばマウスが用い
られる。

またエリア指定部70は、第３図に示すように、モニタ
装置72の表示画面90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94（点線の枠95内）を指定す
る。この場合に領域94の指定はマウス等によりモニタ装
置72に表示される枠95の画面90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４図に示すように枠95の横，縦の辺長をそれぞれ2
p,2qとすれば直交座標系で枠95の中心位置Ｏを原点（0,
0）にとると、枠95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74により枠95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
6に入力される。

エリア演算部76では枠95の中心位置Ｏ（x,y）の指定
に伴い、モニタ装置72の表示画面90上において、枠95の
移動後の頂点A,B,C,Dの座標Ａ（ｐ＋x,q＋ｙ）,B（−ｐ
＋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94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−b1k（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90に含まれる範囲内で枠95の移
動、すなわち領域94の指定が許容されるようになってい
る。

なお、ｎは画面90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76の演算出力はエリア記憶部78およびエ
リアビット配分算出部82に入力される。

エリア記憶部78は、エリア演算部76の演算出力であ
る、領域94を特定する位置情報を記憶する。

エリア記憶部78より読み出される位置情報は画質重み
計数設定部80に入力される。

画質重み係数設定部80はエリア指定部74により指定さ
れた画面90上の領域94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80は画質重み係数Ｗ（ｎ）をエリ
アビット配分算出部82に出力する。

エリアビット配分算出部82はエリア演算部76、画質重
み係数設定部80よりそれぞれ、ブロック数Ａ−b1k
（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−b1k(ｎ)・Ｗ(ｎ)・Ｔ−bit/T−b1k…
（１） 上式（１）においてＴ−bitは１画面に割り当てられ
た目標ビット数、Ｔ−b1k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82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90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−b1k(ｎ)/T
−b1k …（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、ブロック化部12に一旦、格納され
た画像データが再生処理回路70により所定のフォーマッ
トの映像信号に変換され、モニタ装置72に入力されて所
定の画像が表示されたとする。この時にモニタ装置72の
表示画面90上に表示された画像92のうち画像データ圧縮
処理時にビット配分を高くすべき領域94を指定するため
の枠95の中心位置Ｏを示す座標データＯ（x,y）がエリ
ア指定部74により指定される。

エリア指定部74から座標データＯ（x,y）を示す位置
情報がエリア演算部76に出力される。エリア演算部76で
は、入力されたモニタ装置72の表示画面90上における枠
95の中心位置Ｏの位置情報に基づいて指定された領域94
の表示画面90上における位置を特定する枠95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94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−b1k（ｎ）が求められる。

エリア演算部76の演算出力は、エリア記憶部78および
エリアビット配分算出部82に入力される。エリア記憶部
78ではエリア指定部74で指定されたモニタ装置72の表示
画面90上における領域94を特定する位置情報が記憶され
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。総出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を設定する。

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80により設定される画面90
の各領域の画質重み係数Ｗ（ｎ）、エリア演算部76によ
り算出される画面90の各領域に含まれるブロック数Ａ−
b1k（ｎ）に基づいてエリアビット配分算出部82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82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５図に示すようにモニタ装置72
の表示画面90上において、指定領域94（領域番号ｎ＝
１）と、その周辺部は指定領域94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、１画面分の画像デ
ータを一旦、メモリに格納した後に画像データの圧縮処
理時にモニタ装置の表示画面に表示される撮影画像のう
ち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の画質が相対的に劣化
するような画像であってもビット配分を変えることによ
り高画質化が図れる。

【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、モニタ装置の表示画面に画像が表示された状
態を示す説明図、 第４図は、モニタ装置の表示画面上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５図は表示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……再生処理回路 72……モニタ装置 74……エリア指定部 76……エリア演算部 78……エリア記憶部 80……画質重み係数設定部 82……エリアビット配分算出部

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、 前記ディジタル画像データを記憶する第１の記憶手段
   と、 該第１の記憶手段から読み出されたディジタル画像デー
   タを表示画面上に表示する画像再生手段と、 前記表示画面上に表示された画像のうち画像データ圧縮
   処理時にビット配分を高くすべき画面上の領域を指定す
   る領域指定手段と、 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、 前記領域指定手段により指定された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領域指定手段によ
   り指定された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。