JP2931328B2 - 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、圧縮
符号化された画像のデータ量を一定とする画像信号圧縮
符号化装置に関する。

背景技術 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、画像デ
ータは所定の数のブロックに分割され、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。次に、所定の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。

この閾値との比較と正規化の処理は、同時に行われる
ことが多い。すなわち、変換係数を所定の正規化係数に
て正規化して、その結果を整数化すると、正規化係数よ
り低い値をもつ変換係数は０となる。

正規化された変換係数はその後、ハフマン符号化さ
れ、メモリカードなどの記録媒体に記憶される。

このような２次元直交変換符号化において、ハフマン
符号化されたAC成分の符号化データは、所定のデータ長
で出力をストップするように制限される、いわゆる固定
長化が行われる。この固定長化は、要求される画質、記
録媒体の容量等に応じて最適のデータ量によって行われ
ることが望ましい。

しかし、従来の装置においては、特定の方法によって
画一的に固定長化のデータ量が設定され、これにより固
定長化が行われるため、適切な固定長化を行うことがで
きなかった。これにより出力バッファがオーバーフロー
することもあった。

目 的 本発明はこのような従来技術の問題点を解消し、符号
化されたデータの固定長化を適切に行うことのできる画
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、１つの画面を構成するディジタル画
像データを複数のブロックに分割して各ブロックの画像
データについて２次元直交変換符号化を行う画像信号圧
縮符号化装置は、複数のブロックに分割されたデジタル
画像データを２次元直交変換する直交変換手段と、直交
変換手段により直交変換されたデータを符号化する符号
化手段と、符号化手段から出力されるブロックごとの符
号化データ量を制限する符号化出力制御手段と、符号化
手段において用いられる正規化係数を設定する正規化係
数設定手段とを有し、符号化出力制御手段は、正規化係
数設定手段から正規化係数が入力された場合にはあらか
じめ定められた値によって符号化データ量の制限を行
い、正規化係数設定手段から正規化係数が入力されない
場合には分割されたブロックごとの画像データのアクテ
ィビティに基づいて符号化データ量の制限を行うもので
ある。

実施例の説明 次に添付図面を参照して本発明による画像信号圧縮符
号化装置の実施砺を詳細に説明する。

第１図には本発明による画像信号圧縮符号化装置の一
実施例が示されている。

本装置はメモリコントローラ10を有する。メモリコン
トローラ10にはメモリ60が接続され、例えば電子スチル
カメラにより撮像された１フレーム分のスチル画像デー
タをメモリ60から読み出す。メモリコントローラ10から
の出力はブロック化部12に入力される。ブロック化部12
はフレームバッファにより構成され、メモリコントロー
ラ10から入力され、ブロック化部12に記憶された画像デ
ータは複数のブロックに分割されてブロックごとに読み
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はブロックごとの画像データを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直交変換が用いられ
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
ロックごとの画像データは、第３図に示すブロックごと
の画素データと同様に、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。直流成分のデータは左上部に配置
される。２次元直交変換部14の出力は図示しない正規化
部において所定の量子化ステップ値、すなわち正規化係
数αにより正規化され、符号化部28のAC符号化部32へ送
られる。

AC符号化部32にはまた、α判定部16から正規化係数α
が入力される。α判定部16はα設定部18から入力された
正規化係数αが０であるか否かを判定し、正規化係数α
が０でない場合には、これをAC符号化部32およびビット
固定長化部36へ送出する。α設定部18は正規化係数αを
設定する。正規化係数αは、固定長化部36においてAC符
号化部32からの出力データの固定長化に用いられるデー
タである。正規化係数αの設定は、出力された符号化デ
ータの量に基づき、ニュートン法等の所定の方法によっ
て最適値を予測し、出力される符号化データの量が目標
値に集束するように行われる。したがって正規化係数α
は後述するように、符号化されたデータの量が固定長化
の目標値に近いか否かを判断することにより、修正され
る。正規化係数αの初期値は一定の値とされてもよい
し、その都度おおよその値を設定してもよい。

AC符号化部32にはさらに、α算出部44から正規化係数
αが入力される。α算出部44は総アクティビティ算出部
26において算出された総アクティビティに基づき正規化
係数αを設定する。

ブロック化部12から出力されるブロックごとの画像デ
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、ブロックごと
のアクティビティ、すなわちそのブロックに高域周波数
成分の画像データが含まれている程度を算出する。ブロ
ックのアクティビティは、ブロックを構成する各画素デ
ータとこれらの画素データの平均値との差の絶対値を加
算することによって求められる。

ブロックアクティビティ算出部20から出力されるブロ
ックごとのアクティビティは、総アクティビティ算出部
26およびビット配分算出部40へ出力される。

総アクティビティ算出部26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ごとのアクティビティを
加算し、アクティビティの合計値を算出する。総アクテ
ィビティ算出部26はアクティビティの合計値をビット配
分算出部40へ出力する。

AC符号化部32は、第４図に示すようにジグザグ状にス
キャンされて入力される変換係数の交流成分をα算出部
44から送られる正規化係数αによって正規化し、符号化
する。変換係数の交流成分は零が連続することが多いた
め、零の値のデータの連続する量すなわち零のラン長を
検出し、零のラン長および非零の振幅を求め、これを２
次元ハフマン符号化する。AC符号化部32からの出力は固
定長化部36へ送られる。

一方、ブロック化部12から出力されるブロックごとの
画像データの直流成分は、符号化部28のDC符号化部30へ
送られ、DC符号化部30において、ハフマン符号化され
る。DC符号化部30から出力されるDC符号化データは出力
バッファ38へ送られる。

ビット配分算出部40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ごとのアクティビティと、総
アクティビティ算出部26から送られるアクティビティの
合計値を用いて、各ブロックに配分される符号化ビット
を算出する。各ブロックに配分される符号化ビットと
は、ブロックごとに２次元ハフマン符号化され、低域成
分から出力されるデータをどこまでで打ち切るか、すな
わち符号化されたデータを何ビットまで出力するかを規
定するビット数である。ビット配分算出部40で配分され
た符号化ビットは、α判定部16から正規化係数αが入力
されない場合に、固定長化部36において固定長化のため
に使用される。

各ブロックに配分される符号化ビットbit B1は、例え
ば次の式で与えられる。

bit B1＝｛（act b/act t）×bit［flag］｝ ＋｛Carry Over｝ …（１） 上式において、bit［flag］はAC符号の画像全体の総
ビット数を表し、符号化において複数のブロックにより
構成されるAC符号の画像全体に割り当てられるビット数
である。すなわち、ブロックごとの２次元ハフマン符号
化されたデータが低域成分から順に出力されたときに、
所定のビット数でデータの出力を打ち切った場合に、画
像全体としてAC符号に何ビットを割り当てるかを表すビ
ット数である。このビット数により圧縮符号化され出力
されるデータの量が定められる。

act bは各ブロックごとのアクティビティである。act
tは総アクティビティを表し、ブロックのアクティビテ
ィの合計値である。したがって、上式の｛（act b/act
t）×bit［flag］｝は、AC符号全体に割り当てられるビ
ット数を、ブロックのアクティビティの合計値に対する
各ブロックごとのアクティビティの比によって配分する
ものである。

｛Carry Over｝は、前ブロックからの繰り越しビット
を表し、後述するように、配分される符号化ビットbit
B1を求めようとしているブロックの１つ前のブロックか
ら繰り越されたビット、すなわち１つ前のブロックに割
り当てられたにもかかわらず、使用されなかったビット
数である。なお、繰り越しビット｛Carry Over｝を考慮
することなく、ビット配分を行ってもよい。

ビット配分算出部40から出力される、各ブロックに配
分される符号化ビットbit B1は、固定長化部36へ送られ
る。

正規化係数αが入力されている場合には、固定長化部
36でのアクティビティに基く固定長化は行われない。但
し、出力バッファ38がオーバーフローしないように、各
ブロックのビット配分（Bit B）をすべて最大値に固定
しておく。したがってAC符号化データは上記最大値を越
えない範囲で出力バッファ38へ出力される。

出力バッファ38には固定長化部36によってビット数を
制限されたブロックごとのAC符号化データが入力され
る。出力バッファ38には一定の符号長のDC符号化データ
および、ビット数を制限されたAC符号化データが蓄積さ
れ、これらのデータはゲート42に送られる。ゲート42
は、出力バッファ38から送られたデータを一旦蓄積し、
制御部22からのゲートイネーブル信号によってこれらの
データを、コネクタ44を通してメモリカード50に送出す
る。これによりデータがメモリカード50に記録される。

なお、記録媒体としてはメモリカード50の他、磁気デ
ィスク、光ディスク等の記録媒体を用いてもよい。

出力バッファ38から出力されるデータはまた、符号カ
ウンタ24にも送られる。符号カウンタ24は、出力バッフ
ァ38から送られたデータの符号量をカウントする。符号
カウンタ24の出力は制御部22へ送られる。

制御部22は本装置の各部の動作を図示しない信号線を
通して制御する制御部である。α設定部18は正規化係数
αを、前述のように所定の方法によって計算する。制御
部22は、α設定部18に対して正規化係数αの作成を要求
する。制御部22はまた、α判定部16からの判定に応じて
固定長化部36を制御する。

第２図のフローにより、本装置の動作を説明する。

まず、DC符号量、すなわちDC符号化データに割り当て
られるビット数が算出される（100）。

α設定部18から正規化係数αが制御部22へ入力され、
制御部22は正規化係数αを符号化器28のα判定部16へ転
送する（102）。α判定部16は、α設定部18から入力さ
れた正規化係数αが０であるか否かを判定する（10
4）。正規化係数αが０である場合、すなわちα設定部1
8から正規化係数αが送られていない場合には、DC符号
化部30によりDC成分が符号化される（130）。次に、符
号化器28のビット配分算出部40でブロックビット配分が
作成される（132）。α算出部44において総アクティビ
ティ算出部からのデータに応じて正規化係数αが作成さ
れ、これによってAC符号化部32でAC成分が符号化される
（134）。符号化されたAC成分データは固定長化部36
で、ビット配分算出部40からのブロックビット配分によ
って固定長化される（136）。全ブロックについて符号
化が終了したか否かを判断し（138）、終了していない
場合にはステップ130に戻る。全ブロックについて符号
化が済むとこの処理が終了する。

ステップ104においてα設定部18から入力された正規
化係数αが０でないと判定された場合、すなわちα設定
部18から正規化係数αが送られている場合には、α設定
部18から入力された正規化係数αにより正規化を行う。
この場合には、ブロック化部12からDC符号化部30に送ら
れたそのブロックのDC成分が符号化され（ステップ11
0）、出力バッファ38に送られる。次に、２次元直交変
換部14から変換係数のAC成分がAC符号化部32へ送られて
符号化が行われ、α設定部18からα判定部16を通してAC
符号化部32へ送られた正規化係数αによって、符号化が
行われる。このとき、固定長化部36におけるビット配分
値は、アクティビティの値に関係なく、あらかじめ定め
られた一定値に固定される（ステップ112）。固定長化
されたデータは出力バッファ38に蓄積され、そのデータ
量が符号カウンタ24でカウントされる。

DC成分の符号化およびAC成分の符号化が全ブロックに
ついて終了したか否かを判定し（ステップ114）、終了
していない場合には、ステップ110に戻り、DC成分の符
号化およびAC成分の符号化を繰り返す。DC成分の符号化
およびAC成分の符号化が全ブロックについて終了する
と、符号カウンタ24でカウントされたデータ量が制御部
22へ送られ（ステップ116）、制御部22は符号量が固定
長化の目標値に充分近いか否かを判断する（ステップ11
8）。この目標値は、符号化された１画像のデータに割
り当てる符号量としてあらかじめ所定のビット数が設定
される。

符号量が目標値を越えている場合または目標値に近く
ない場合には、α設定部18において新たに正規化係数α
を算出する（ステップ120）。その後、ステップ102に戻
って、再びα設定部18から正規化係数αが入力され、α
判定部16へ転送される（102）。

符号カウンタ24からの符号量が目標値を越えず、かつ
目標値に充分近い場合には、制御部22はゲート42にゲー
トイネーブル信号を送出し（122）、出力バッファ38に
蓄積されている符号化されたデータを、コネクタ44を通
してメモリカード50に送出する（124）。これにより符
号化データがメモリカード50に記録される。

本実施例によれば、α設定部18から正規化係数αが符
号化器28に入力されているか否かを判断し、入力されて
いる場合には、これによって符号化データ量を制限し、
得られた符号量が目標値に近いことを判断してゲートか
ら出力させるようにしている。得られた符号量が目標値
をオーバーするか、または目標値に近くない場合には、
α設定部18においてより適したαが設定され、α判定部
16に送られる。したがって、最適の正規化係数αを求
め、これによって固定長化を行うことができるから、要
求される画質、メモリカード50の容量等に応じて適切な
圧縮を行うことができる。

このように最適値として設定された正規化係数αは符
号化器28の外部で設定されているから、他の画像データ
の圧縮符号化に用いることもできる。

また、α設定部18から正規化係数αが入力されている
場合にも、符号化器内部のビット配分算出部40において
算出された符号化ビットbit B1により固定長化が行われ
るから、出力バッファ38がオーバーフローすることがな
い。

なお、上記の実施例においては、固定長化部36から出
力される符号化データを出力バッファ38に蓄積し、制御
部22からのゲートイネーブル信号によってゲート42へ出
力するようにしているが、符号化器28内に出力バッファ
38を設けることなく、ゲート42に出力バッファを設ける
ようにしてもよい。この場合には符号カウンタ24でカウ
ントした符号化されたデータの符号量を制御部22で判断
し、目標値に近い場合には、その時の正規化係数αを用
いて各ブロックの符号化を行い、符号化されたデータを
出力バッファへ出力するようにすればよい。

効 果 本発明によれば、圧縮符号化装置は、符号化器の外部
において、正規化係数αを設定し、これを用いて固定長
化を行うようにしている。正規化係数αは符号化器の外
部で設定されるから、正規化係数αを複数の画像データ
の圧縮に使用することができる。しかも符号化され出力
されるデータの上限が定められているため、出力バッフ
ァがオーバーフローすることがない。

また、符号化器外部から正規化係数αが供給されない
場合にも、ブロックのアクテビティに基づき固定長化を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による画像信号圧縮符号化装置の一実
施例を示すブロック図、 第２図は、第１図の装置の動作を示すフローチャート、 第３図は、ブロックごとの画素データの例を示す図、 第４図は、変換係数の交流成分の符号化の順序を示す図
である。 主要部分の符号の説明 14……２次元直交変換部 16……α判定部 18……α設定部 20……ブロックアクティビティ算出部 24……符号カウンタ 26……総アクティビティ算出部 28……符号化部 30……DC符号化部 32……AC符号化部 36……固定長化部 38……出力バッファ 40……ビット配分算出部 42……ゲート 44……α算出部 50……メモリカード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諸永 健次 東京都港区西麻布２丁目26番30号 富士 写真フイルム株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−159185（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−124690（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−183668（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−222386（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つの画面を構成するディジタル画像デー
   タを複数のブロックに分割して各ブロックの画像データ
   について２次元直交変換符号化を行う画像信号圧縮符号
   化装置において、該装置は、 初期設定した第１の正規化係数を出力するとともに、該
   第１の正規化係数の出力の後に正規化係数作成要求信号
   を受けた場合には該受けた要求信号に基づく第２の正規
   化係数を設定して出力する第１の正規化係数設定手段
   と、 該第１の正規化係数設定手段からの第１の正規化係数が
   入力したか否かを判定し、該判定において入力したと判
   定した場合には該入力した第１の正規化係数を出力し、
   また入力しないと判定した場合には該第１の正規化係数
   を出力せず、また該第１の正規化係数設定手段からの第
   ２の正規化係数が入力した場合には該入力した第２の正
   規化係数を出力する正規化係数判定手段と、 前記複数のブロックに分割されたデジタル画像データを
   ２次元直交変換する直交変換手段と、 第３の正規化係数を受けた場合には該直交変換手段によ
   り直交変換されたデータを該受けた第３の正規化係数に
   より正規化し符号化し、また前記正規化係数判定手段か
   ら第１または第２の正規化係数が出力されている場合に
   は該直交変換手段により直交変換されたデータを該出力
   された第１または第２の正規化係数により正規化し符号
   化する符号化手段と、 前記分割されたブロックごとの画像データのアクティビ
   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により算出されたブ
   ロックごとのアクティビティに基づき前記ブロックごと
   に配分される符号化データ量を算出する符号化データ量
   配分手段と、 前記ブロックアクティビティ算出手段により算出された
   ブロックごとのアクティビティを加算して前記１つの画
   面のアクティビティの合計値を算出し、前記正規化係数
   判定手段から第１の正規化係数が出力されていない場合
   に前記符号化手段で用いる該算出した合計値に基づく前
   記第３の正規化係数を設定して出力する第２の正規化係
   数設定手段と、 前記正規化係数判定手段から第１または第２の正規化係
   数が出力されている場合にはあらかじめ定められた値に
   よって前記符号化手段から出力される前記ブロックごと
   の符号化データ量の制限を行ない、また前記正規化係数
   判定手段から第１の正規化係数が出力されていない場合
   には前記符号化データ量配分手段からの出力に応じて前
   記符号化手段から出力される前記ブロックごとの符号化
   データ量の制限を行なう符号化出力制御手段と、 該符号化出力制御手段により符号化データ量の制限の行
   なわれた前記符号化手段からの前記ブロックごとの符号
   化データを記憶する記憶手段と、 該記憶手段からのブロックごとの符号化データの符号量
   をカウントする符号カウント手段と、 該符号カウント手段によりカウントされたブロックごと
   のデータ量を受けるとともに、前記各手段を制御する制
   御手段とを有し、 前記正規化係数判定手段は前記第１の正規化係数設定手
   段からの第１の正規化係数が入力したと判定した場合に
   は該入力した第１の正規化係数を前記符号化手段および
   符号化出力制御手段に送り、該符号化手段は該送られて
   きた第１の正規化係数により正規化し符号化し該符号化
   したデータを該符号化出力制御手段に送り、該符号化出
   力制御手段はあらかじめ定められた値によって該符号化
   手段からのブロックごとの符号化データのデータ量の制
   限を行ない前記記憶手段に送り、該記憶手段は送られて
   きたブロックごとの符号化データを記憶し、該記憶した
   ブロックごとの符号化データを前記符号カウント手段に
   送り、該符号カウント手段は該送られてきたブロックご
   との符号化データの符号量をカウントし該カウントした
   データ量を前記制御手段に送り、該制御手段は該受けた
   ブロックごとのデータ量に基づく前記１画面のデータ量
   が該１画面の固定長化の目標値に充分近いか否かを判断
   し、該判断において目標値に充分近くない場合には符号
   量カウント値が目標値に近づくよう所定の補正を行なう
   前記正規化係数作成要求信号を形成し前記第１の正規化
   係数設定手段に送ることを特徴とする画像信号圧縮符号
   化装置。