【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィルタバンク又は直交変換等により元信号を複数成分に分割して符号化する画像の高能率符号化装置の量子化器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来用いられている符号量割り当て方法として、例えば、JW Woods and SD O'neil, “Sub
band Coding of Images”, IEEE Trans. on Acoustics,
Speech, and Processing, vol.ASSP-34, No.5, pp.127
8-1288(1988)で述べられている方法は、各成分の分散σ
i ² 、歪みＤi、符号量Ｒi、総歪みΣiＤi、総符号量Ｒ＝
ΣＲi/Ｎiとし、各成分の符号量と歪みの関係が式（１）で表されるという前提で、連立するｄＤi/ｄＲi
＝λ/Ｎiを解くことにより、割り当てるべき符号量を決定する。 ここで、λはラグランジェの未定数であり、Ｎ
iはｉ成分のデータ個数に対する全体のデータ個数の比率であり、例えば、元のデータを１/２の周波数領域に帯域制限した後に１/２のデータ個数にサブサンプルするような分割に対しては、Ｎi＝２となる。 結果として式（２）が得られる。

【０００３】

【数１】

【０００４】

【数２】

【０００５】前記式（２）より、各成分へ割り当てるべき符号量が定まる。 式（１）を用いれば、割り当てられた符号量から歪みが算出できるので、それぞれの成分の符号量と歪みを求めることができ、総符号量一定時の総歪みの理論的な限界値を求めることができる。

【０００６】従来、各成分に対して異なった非線形量子化器を割り当てるなど、定まった符号量を満足するように、量子化器を設計していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法では、設計された量子化器には以下の問題点があった。

【０００８】（１）． 各成分毎に異なった非線形量子化器を用いるため、ハードウエアの規模が増大する。

【０００９】（２）． 量子化器の符号量−歪み特性は、
厳密には式（１）に従わず特性が理論的な限界から外れることがある。

【００１０】本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ハードウエア化が簡単な量子化器を用いて、理論的な限界に近い特性の量子化器を実現することが可能な技術を提供することにある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的及び新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、本発明では、以上の点を考慮し、各成分に対する量子化幅の比を一定とし、量子化幅を数値計算で求める方法で量子化器を設計する。 すなわち、入力されたディジタル画像信号系列の時間冗長度を動き補償フレーム間予測を用いて抑圧した後、あるいは静止画像の場合はそのままで、空間的冗長度をウェーブレット変換などの多段フィルタバンクあるいは離散コサイン変換などの直交変換により、複数成分に分割し、分割された該成分を、各々量子化し、量子化された信号を可変長符号化する映像符号化装置における量子化器において、分割された各成分の信号の分散に応じて所定の符号量に対して量子化誤差を最小とする手段を備えることを最も主要な特徴とする。

【００１３】

【作用】前述の手段によれば、分割された各成分の信号の分散に応じて所定の符号量に対して量子化誤差を最小とするので、ハードウエア化が容易な直線量子化器を用いて、従来の理論的な限界に近い符号量−歪み特性を実現できる。 また、一般的な帯域分割を用いる場合には、
単一の量子化器を用い、量子化される信号に対して簡単な計算を行うだけで上述の特性を実現することが可能である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

【００１５】エントロピ一定の条件で、最小の自乗歪みを与えるスカラ型の最適量子化器については、T. Berge
r, “Optimum Quantizers and Permutation Codes”, I
EEETrans. Inform. Theory, vol.IT-18, No.6, pp.759-
765 (Nov.1972)で、入力信号の分布に因らず、ほぼ線形となることが報告されている。

【００１６】また、RC Wood:“ On optimum Quatizat
ion ”, IEEE Trans. Inform. Theory, vol.IT-5, pp.2
48-252(Mar.1969)における近似によれば、直線量子化器の符号量Ｒと量子化幅ｈには、式（３）の関係がある。

【００１７】

【数３】

【００１８】従来法で割り当てられた符号量を与える量子化幅は、式（３）と式（２）から式（４）となる。

【００１９】

【数４】

【００２０】すなわち、各成分の量子化幅はその分散に関係なく、１/√Ni （√はNiの平方根を意味する)に比例するという近似解が得られる。 本発明は、以上の点を考慮し、各成分に対する量子化幅の比を一定とし、量子化幅を数値計算で求める。

【００２１】図１は、本発明を適用した一実施例の量子化幅制御回路の構成を示すブロック図であり、１は分散計算回路、２は量子化幅算出回路、３は線形量子化器である。

【００２２】前記線形量子化器３は、図２に示すように、第１ＲＯＭ（Ｒead Ｏnly Ｍemory）３１と第２Ｒ
ＯＭ３２で構成されている。 第１ＲＯＭ３１は、量子化幅算出回路２により求められた、量子化幅ｈの値が各成分に対応する√Ni（Ｎiはｉ成分に対する全体のデータ個数比率：ここでは、√はNiの平方根を意味する）の値で割られ(ｈ/√Ni）、実際の量子化幅ｈiが求められ、
その結果をテーブル化して半導体メモリ素子に記録されている。 第２ＲＯＭ３２は、前記第１ＲＯＭ３１の出力である量子化幅ｈiと成分ｉ（成分ｉのデータ個数＝全体のデータ個数／Ni ）が入力されると、成分ｉの量子化番号が出力されるテーブルが半導体メモリ素子に記録されている。 すなわち、第２ＲＯＭ３２のなかの成分ｉ
のデータの値と量子化幅ｈiを並べた数値からなるアドレスに、対応する量子化番号を記録しておく。 このようなＲＯＭ読み出し回路を構成しておけばデータを読み出すアドレスを指定するだけで量子化番号が得られる。 分散計算回路１は公知のものを使用する。 量子化器はＲＯ
Ｍを基本要素として構成される。

【００２３】本実施例の量子化幅制御回路は、図１に示すように、分散計算回路１において各成分の分散σ ₁ ² ，
σ ₂ ² σ ₃ ² ，・・・・σM ² (このＭはσの下付のエムである）が計算され、量子化算出回路２に入力される。 この量子化算出回路２では後で説明する図３に示すフローチャートに従い、量子化幅ｈが計算され、各成分に対する線形量子化器３に各成分のデータとともに入力される。

【００２４】図３は、図１に示す量子化幅算出回路２における量子化幅算出処理手順を示すフローチャートである。

【００２５】図３において、ｈは量子化幅、Ｒobjは目標符号量、σiはｉ成分の分散値、Ｒiはｉ成分の符号量、Ｎiはｉ成分に対する全体のダータ個数比率、ｈmax
は量子化幅の一時的最大値、ｈminは量子化幅の一時的最小値、εはしきい値である。

【００２６】関数 r(ｈ/√Ni，σ ² ）は変数ｈ/√Ni，σ
に対して次式（５）で表される。

【００２７】

【数５】

【００２８】量子化幅算出回路２における量子化幅算出処理は、まず、量子化幅ｈを適当に定める。 例えば、ｈ
＝１とし、成分の数をＭとする。

【００２９】図３に示すように、ステップ１０１で、各成分ｉ（ｉ＝１，２，３・・・Ｍ）の分散値σiとデータ個数比率Ｎiは既知である。

【００３０】前記式（５）で表される成分ｉの符号量Ｒ
iをｉ＝１，２，３・・・Ｍついて計算する。 各成分と統合した平均符号量Ｒは、次式（６）により計算する。

【００３１】

【数６】

【００３２】ステップ１０２で、平均符号量Ｒと目標符号量Ｒobjとを比較し、平均符号量Ｒが目標符号量Ｒobj
以上であれば（ＮＯ）、ステップ１０３で、量子化幅ｈ
の値を２倍し（ｈ'＝２ｈ）、再び式（５)，(６）を計算し、ステップ１０５で、平均符号量Ｒと目標符号量Ｒ
objとを比較する。 この操作を平均符号量Ｒが目標符号量Ｒobj以上になるまで繰り返す。

【００３３】前記ステップ２で、平均符号量Ｒが目標符号量Ｒobj以上になれば（ＹＥＳ）、ステップ１０４
で、この時の量子化幅ｈを一時的な最大値ｈmaxとしてメモリに蓄える。 次にｈ（＝ｈmax）に１/２を乗じる。

【００３４】ステップ１０５で、このｈ（＝ｈmax）に１/２を乗じた量子化幅ｈ''（＝ｈ/２）を量子化幅ｈとして前記式（５)，(６）を計算し、ステップ１０６で、
平均符号量Ｒと目標符号量Ｒobjとを比較し、平均符号量Ｒが目標符号量Ｒobj以下であれば（ＮＯ）、ステップ１０７で、ｈに更に１/２を乗じ、平均符号量Ｒが目標符号量Ｒobj以上になるまで繰り返す。 通常は１回１/
２を乗じるだけでＲ＞Ｒobjとなる。 平均符号量Ｒが目標符号量Ｒobj以上であれば（ＹＥＳ）、この時の量子化幅ｈを一時的な最小値ｈminとしてメモリに蓄える（ステップ１０８）。

【００３５】求めたい量子化幅は、最大値ｈmaxと最小値ｈminとの間にある。 ステップ１０９で、最大値ｈmax
と最小値ｈminとの平均値をとり、それを量子化幅ｈとする。 この時のｈに対するＲの値が目標値符号量Ｒobj
に対して絶対値誤差で見た時、あるしきい値ε以下になっていれば、得られたｈを最終的な量子幅とする。

【００３６】そうでない場合は、以下の処理により量子化幅ｈを変化させる。

【００３７】ステップ１１０で、ｈ＝（ｈmax＋ｈmin）
/２として式（５)，(６）により平均符号量Ｒを求める。 ステップ１１１で、｜Ｒ−Ｒobj｜としきい値εとを比較し、｜Ｒ−Ｒobj｜がしきい値εより小さい（｜
Ｒ−Ｒobj｜＜ε：ＹＥＳ）ときは処理は終了する。 ｜
Ｒ−Ｒobj｜がしきい値εより大きい（｜Ｒ−Ｒobj｜＞
ε：ＮＯ）のときは、ステップ１１２で、平均符号量Ｒ
と目標値符号量Ｒobjとを比較し、平均符号量Ｒが目標値符号量Ｒobjより小さい（Ｒ＜Ｒobj：ＹＥＳ）ときはｈをｈmaxに置き換える。 逆に平均符号量Ｒが目標値符号量Ｒobjより大きい（Ｒ＞Ｒobj：ＮＯ）ときはｈをｈ
minに置き換える。

【００３８】この処理を平均符号量Ｒの値が目標値符号量Ｒobjに対して絶対値誤差で見た時、あるしきい値ε
以下になるまで繰り返す。

【００３９】以上の説明からわかるように、本実施例によれば、用意すべき量子化器はすべて直線量子化器となり従来方法と比較してハードウエア構成が簡易となる。
また直交変換では、Ｎｉは、各成分ですべて等しいため、同一の量子化器を各成分に用いることができる。 また、フィルタパンクにより分割する場合、各成分の画素数比は、一般的に２ ²ⁿであるため、単一の量子化器を用意し、量子化される信号を２ ⁿ倍することで、上述の特性を実現できる。

【００４０】信号の２ ⁿ倍は、信号が、整数または固定小数点実数で表される場合には、ビットシフトで、浮動小数点実数で表される場合には指数部の加算で簡単に実現できる。

【００４１】さらにDP Garredo and WA Finamore,
“Optimum Bit Allocation Procedure for Hierarchica
l Subband Coding of Image", Proc. IMAGE' COM 90,p
p.126-129 (Nov. 1990).から引用した表１の異なる分散を持つ７成分の信号に対して上述の手法で設計した量子化器を用いた場合と、従来の論理的限界値を比較すると図４のように差は僅かであり、上述手法で論理的な限界に近い特性を実現できる。 図４中、Ｄは、量子化誤差の分散である。

【００４２】

【表１】

【００４３】図５は、本発明の量子化器を適用した画像の高能率符号化装置の一実施例の概略構成を示すブロック図であり、４０１は帯域分割器、５０１，５０２，５
０３，・・・,５０Ｍは量子化器、６０１，６０２，６０
３，・・・，６０Ｍは可変長符号化器である。

【００４４】入力画像は、帯域分割器４０１でＮ成分に分割され、前述の手法で設計した量子化器５０１，５０
２，５０３，・・・，５０Ｍでそれぞれ量子化され、可変長符号化器６０１，６０２，６０３，・・・，６０Ｍでそれぞれ可変長符号化され、圧縮された符号列として出力される。

【００４５】本実施例は、静止画の符号化、もしくは動画像のフレーム内符号化に対する符号化装置であるが、
動画像のフレーム間符号化に適用する際には、フレーム間動き補償予測を行い、該予測誤差信号に対して、本実施例で示した構成で符号化を行えば良いことは容易に類推できる。

【００４６】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、
その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることはいうまでもない。

【００４７】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば、ハードウエア化が容易な直線量子化器を用いて、従来の理論的な限界に近い符号量−歪み特性が実現できる。 また、一般的な帯域分割を用いる場合には、単一の量子化器を用い、量子化される信号に対して簡単な計算を行うだけで前述の特性を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明を適用した一実施例の量子化幅制御回路の構成を示すブロック図、

【図２】 図１に示す線形量子化器の構成を示すブロック図、

【図３】 図１に示す量子化幅算出回路における量子化幅算出処理手順を示すフローチャート、

【図４】 従来の理論的な限界に近い符号量−歪み特性と本実施例による符号量−歪み特性を示す図、

【図５】 本発明の量子化器を適用した画像の高能率符号化装置の一実施例の概略構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１…分散計算回路、２…量子化算出回路、３…線形量子化器、３１…第１ＲＯＭ、３２…第２ＲＯＭ、４０１…
帯域分割器、５０１，５０２，５０３,・・・,５０Ｍ…各成分に対する量子化器、６０１，６０２，６０３,・・・,
６０Ｍ…各成分に対する可変長符号化器。