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技術 画像符号化装置と画像符号化方法

出願人 株式会社東芝
発明者 福島道弘
出願日 1996年11月6日 (24年0ヶ月経過) 出願番号 1996-293796
公開日 1998年5月29日 (22年5ヶ月経過) 公開番号 1998-145785
状態 未査定
技術分野 TV信号の圧縮,符号化方式 TV信号の圧縮,符号化方式 圧縮、伸長・符号変換及びデコーダ
主要キーワード 参照メモリ 逆DCT変換 符号装置 フレーム間予測誤差 係数値 高能率符号化方式 参照画像データ イントラ
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この項目の情報は公開日時点(1998年5月29日)のものです。
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図面 (8)

課題

従来のMPEGによる画像符号化装置においては、フレーム間予測符号化を行うための、多くの演算量を要するDCT演算処理部とIDCT演算処理部が不可欠であるため、処理量の十分な低減化を図ることが困難であった。

解決手段

本発明は逆量子化されたDCT係数をフレーム間予測符号化の為の参照画像のデータとして参照メモリ24に記憶する。減算器25はDCT部21の出力DCT係数とメモリ24に保持された参照画像DCT係数との差分をとる。加算器26は減算器25が得るフレーム間予測誤差のDCT係数を量子化しこれを逆量子化したものとフレーム間予測に用いた参照画像DCT係数とを加算しメモリ24に出力する。以てDCT係数上でのフレーム間予測符号化を実現する。DCΤ処理部がフレーム間予測符号化のループから外れているため逆量子化後のDCT係数の逆DCT演算が不要となり、全体の処理量を低減できる。

概要

背景

動画等の画像信号高能率符号化方式としてMPE符号化方式がある。図6に従来のMPEG符号化装置の一例を示す。

このMPEG符号化装置において、入力された画像は、まず符号化する順序に並べ替えられた後、符号化順に、動き検出回路(MC)12、減算器2およびDCT演算処理部3にて動き補償予測DCT変換が行われる。これにより得たDCT係数量子化部4で量子化され、VLC部6にて動きベクトル符号化情報と共に可変長符号化された後、バッファ7に蓄積されてMPEGデータとして出力される。

ここで、I、Pピクチャは、後で動き補償予測の参照画像として用いられるため、それらの量子化されたDCT係数は逆量子化部8、逆DCT演算処理部9、加算器10により復号され、参照メモリ11に保持される。

このようなMPEG符号化装置においては、動き検出回路(MC)12が符号化回路全体のかなりの部分を占めている。そこで、簡易化したΜPEG符号化装置においては、図7に示すように、動き検出回路を省いた構成を用いる場合が多い。

しかしながら、動き検出回路を省いただけでは、フレーム間予測符号化処理のループの中に多くの演算量を必要とするDCT演算処理部4とIDCT演算処理部9が残っているため、符号化処理に要求される処理量を十分に低減することができなかった。

概要

従来のMPEGによる画像符号化装置においては、フレーム間予測符号化を行うための、多くの演算量を要するDCT演算処理部とIDCT演算処理部が不可欠であるため、処理量の十分な低減化を図ることが困難であった。

本発明は逆量子化されたDCT係数をフレーム間予測符号化の為の参照画像のデータとして参照メモリ24に記憶する。減算器25はDCT部21の出力DCT係数とメモリ24に保持された参照画像DCT係数との差分をとる。加算器26は減算器25が得るフレーム間予測誤差のDCT係数を量子化しこれを逆量子化したものとフレーム間予測に用いた参照画像DCT係数とを加算しメモリ24に出力する。以てDCT係数上でのフレーム間予測符号化を実現する。DCΤ処理部がフレーム間予測符号化のループから外れているため逆量子化後のDCT係数の逆DCT演算が不要となり、全体の処理量を低減できる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

画像信号DCT変換してDCT係数を出力するDCT変換手段と、入力したDCT係数を量子化する量子化手段と、前記量子化手段によって量子化されたDCT係数を逆量子化する逆量子化手段と、前記逆量子化手段の後段にてDCT係数を保持する記憶手段と、前記DCT変換手段より出力されたDCT係数と前記記憶手段に記憶されたDCT係数との差分を算出する減算手段と、前記減算手段により算出された差分データもしくは前記DCT変換手段より出力されたDCT係数を選択して前記量子化手段に出力する第1の選択手段と、前記逆量子化手段より出力されたDCT係数と前記記憶手段に記憶されたDCT係数との和を算出する加算手段と、前記加算手段により算出された和データもしくは前記逆量子化手段より出力されたDCT係数を選択して前記記憶手段に出力する第2の選択手段と、前記量子化手段によって量子化されたDCT係数を可変長符号化する符号化手段とを具備することを特徴とする画像符号化装置

請求項2

画像信号のDCT係数を入力する入力端と、前記入力端より入力したDCT係数を量子化する量子化手段と、前記量子化手段によって量子化されたDCT係数を逆量子化する逆量子化手段と、前記逆量子化手段の後段にてDCT係数を保持する記憶手段と、前記入力端より入力したDCT係数と前記記憶手段に記憶されたDCT係数との差分を算出する減算手段と、前記減算手段により算出された差分データもしくは前記入力端より入力したDCT係数を選択して前記量子化手段に出力する第1の選択手段と、前記逆量子化手段より出力されたDCT係数と前記記憶手段に記憶されたDCT係数との和を算出する加算手段と、前記加算手段により算出された和データもしくは前記逆量子化手段より出力されたDCT係数を選択して前記記憶手段に出力する第2の選択手段と、前記量子化手段によって量子化されたDCT係数を可変長符号化する符号化手段とを具備することを特徴とする画像符号化装置。

請求項3

請求項1または2記載の画像符号化装置において、前記減算手段は、前記入力端より入力したDCT係数と前記記憶手段に記憶されたDCT係数のなかの、DCT変換前の画面上の位置が互いに一致するDCT係数どうしの差分を算出することを特徴とする画像符号化装置。

請求項4

請求項1乃至3記載のいずれかの画像符号化装置において、前記第1の選択手段は、前記画像信号をフレーム内符号化する場合、前記入力端より入力したDCT係数を選択して前記量子化手段に出力し、前記画像信号をフレーム間予測符号化する場合、前記減算手段より算出された差分データを選択して前記量子化手段に出力することを特徴とする画像符号化装置。

請求項5

請求項1乃至4記載のいずれかの画像符号化装置において、前記第2の選択手段は、前記画像信号をフレーム内符号化する場合、前記逆量子化手段より出力されたDCT係数を前記記憶手段に出力し、前記画像信号をフレーム間予測符号化する場合、前記加算手段より算出された和データを選択して前記記憶手段に出力することを特徴とする画像符号化装置。

請求項6

請求項1乃至5記載のいずれかの画像符号化装置において、前記量子化手段の量子化ステップが2のべき乗の整数であることを特徴とする画像符号化装置。

請求項7

請求項1乃至6記載のいずれかの画像符号化装置において、前記量子化手段により量子化されたDCT係数の高次係数を0に置き換える手段をさらに有することを特徴とする画像符号化装置。

請求項8

画像信号をDCT変換してDCT係数を得る工程と、入力したDCT係数を量子化する工程と、前記量子化されたDCT係数を逆量子化する工程と、前記DCT変換により得たDCT係数と参照メモリに記憶されているDCT係数との差分を算出する工程と、前記算出された差分データもしくは前記DCT変換より得たDCT係数を選択して前記量子化工程に導入する工程と、前記逆量子化されたDCT係数と前記参照メモリに記憶されているDCT係数との和を算出する工程と、前記算出された和データもしくは前記逆量子化されたDCT係数を選択して前記参照メモリに書き込む工程と、前記量子化されたDCT係数を可変長符号化する工程とを含むことを特徴とする画像符号化方法

技術分野

0001

本発明は、画像信号高能率符号化する画像符号化装置画像符号化方法に関する。

背景技術

0002

動画等の画像信号の高能率符号化方式としてMPE符号化方式がある。図6に従来のMPEG符号化装置の一例を示す。

0003

このMPEG符号化装置において、入力された画像は、まず符号化する順序に並べ替えられた後、符号化順に、動き検出回路(MC)12、減算器2およびDCT演算処理部3にて動き補償予測DCT変換が行われる。これにより得たDCT係数量子化部4で量子化され、VLC部6にて動きベクトル符号化情報と共に可変長符号化された後、バッファ7に蓄積されてMPEGデータとして出力される。

0004

ここで、I、Pピクチャは、後で動き補償予測の参照画像として用いられるため、それらの量子化されたDCT係数は逆量子化部8、逆DCT演算処理部9、加算器10により復号され、参照メモリ11に保持される。

0005

このようなMPEG符号化装置においては、動き検出回路(MC)12が符号化回路全体のかなりの部分を占めている。そこで、簡易化したΜPEG符号化装置においては、図7に示すように、動き検出回路を省いた構成を用いる場合が多い。

0006

しかしながら、動き検出回路を省いただけでは、フレーム間予測符号化処理のループの中に多くの演算量を必要とするDCT演算処理部4とIDCT演算処理部9が残っているため、符号化処理に要求される処理量を十分に低減することができなかった。

発明が解決しようとする課題

0007

このように従来のMPEGによる画像符号化装置においては、フレーム間予測符号化を行うための、多くの演算量を要するDCT演算処理部とIDCT演算処理部が不可欠であるため、符号化処理に要求される処理量の十分な低減化を図ることが困難であった。

0008

本発明はこのような課題を解決するためのもので、フレーム間予測符号化のループからDCT演算処理部とIDCT演算処理部を排除して、符号化に要する全体的な処理量の大幅な低減を図ることのできる画像符号化装置と画像符号化方法の提供を目的としている。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するために、本発明の画像符号化装置は、請求項1に記載されるように、画像信号をDCT変換してDCT係数を出力するDCT変換手段と、入力したDCT係数を量子化する量子化手段と、量子化手段によって量子化されたDCT係数を逆量子化する逆量子化手段と、逆量子化手段の後段にてDCT係数を保持する記憶手段と、DCT変換手段より出力されたDCT係数と記憶手段に記憶されたDCT係数との差分を算出する減算手段と、減算手段により算出された差分データもしくはDCT変換手段より出力されたDCT係数を選択して量子化手段に出力する第1の選択手段と、逆量子化手段より出力されたDCT係数と記憶手段に記憶されたDCT係数との和を算出する加算手段と、加算手段により算出された和データもしくは逆量子化手段より出力されたDCT係数を選択して記憶手段に出力する第2の選択手段と、量子化手段によって量子化されたDCT係数を可変長符号化する符号化手段とを具備することを特徴とする。

0010

減算手段は、具体的には、DCT変換手段より出力されたDCT係数と記憶手段に記憶されたDCT係数のなかの、DCT変換前の画面上の位置が互いに一致するDCT係数どうしの差分を算出する。

0011

第1の選択手段は、具体的には、画像信号をフレーム内符号化する場合、DCT変換手段より出力されたDCT係数を選択して量子化手段に出力し、画像信号をフレーム間予測符号化する場合、減算手段より算出された差分データを選択して前記量子化手段に出力する。

0012

第2の選択手段は、具体的には、画像信号をフレーム内符号化する場合、逆量子化手段より出力されたDCT係数を記憶手段に出力し、画像信号をフレーム間予測符号化する場合、加算手段より算出された和データを選択して記憶手段に出力する。

0013

本発明は、DCT係数上でのフレーム間予測符号化を行うものである。すなわち、画像信号をDCT変換、量子化、逆量子化して記憶手段に記憶されたDCT係数、或いは逆量子化手段より出力されたDCT係数と記憶手段に記憶されたDCT係数との和データを参照画像データとし、この参照画像データとDCT変換手段より出力されたDCT係数との差分を算出してその差分データを量子化、可変長符号化してフレーム間予測符号化データを得る。

0014

このようなDCT係数上でのフレーム間予測符号化を可能としたことで、DCT変換手段(DCT演算処理部)をフレーム間予測符号化のループの外に配置することが可能となり、また、画像符号化装置の構成から逆DCT変換のための回路を排除することが可能となり、全体の回路規模小形化できると共に、処理量の大幅な低減化を図ることができる。

0015

また、量子化手段の量子化ステップを2のべき乗である整数に設定することにより、例えば量子化ステップを2のべき乗倍である4に設定したとすると、逆量子化手段で逆量子化された後のDCT係数の値はすべて4の倍数となるため、逆量子化したデータの最下位ビットから2ビット分を削除して記憶手段に保持することが可能となり、記憶手段の容量を低減できる。

0016

さらに、量子化されたDCΤ係数高次の係数を0に置き換える手段を設けることで、例えば、8×8個のDCT係数のなかの低次の6×6個のDCT係数のみを記憶手段に蓄えるだけで済むので、記憶手段の容量を低減できる。

発明を実施するための最良の形態

0017

以下、本発明を実施する場合の形態について図面を参照しながら説明する。

0018

図1は本実施形態のMPEG符号化装置の構成を示すブロック図である。同図に示すMPEG符号化装置は、DCT係数上でのフレーム間予測符号化を実現したものである。

0019

すなわち、本実施形態のMPEG符号化装置は、符号化順に並べ替えられて入力された画像信号をDCT変換するDCT演算処理部21と、DCT係数を量子化する量子化部22と、量子化されたDCT係数を逆量子化する逆量子化部23と、逆量子化されたDCT係数等をフレーム間予測符号化の際の参照画像データとして保持しておくための参照メモリ24と、DCT演算処理部21より出力されたDCT係数と参照メモリ24に保持されている参照画像のDCT係数との差分を算出する減算器25と、減算器25から得られるフレーム間予測誤差のDCT係数を量子化して更にこれを逆量子化したものとフレーム間予測に用いた参照画像のDCT係数とを加算して参照メモリ24に出力する加算器26と、量子化されたDCT係数を可変長符号化してバッファ28に出力するVLC部27とを有して構成される。

0020

但し、減算器25は、画像信号をイントラ(フレーム内符号化画像)として符号化するとき、参照メモリ24に保持されている参照画像のDCT係数の代わりに係数値“0”との和を算出することで、DCT演算処理部21より入力したDCT係数をそのまま量子化部23に出力する。

0021

また、加算器26は、画像信号をイントラとして符号化するとき、参照メモリ24に保持されている参照画像のDCT係数の代わりに係数値“0”との差分を算出することで、逆量子化部23より入力したDCT係数をそのまま参照メモリ24に出力し、書き込む。

0022

次に、このMPEG符号化装置の動作について説明する。

0023

まず画像信号をイントラ符号化する場合の動作について説明する。入力された画像信号は、符号化する順序に従って並べ替えられた後、DCT演算処理部21によってDCT係数に変換される。DCT係数は量子化部22によって量子化され、さらにVLC部27によって動きクトルや符号化情報と共に可変長符号化された後、バッファ28に蓄積され、MPEGデータとして出力される。

0024

ここで、画像復号時のIDCTのミスマッチ対策によって、復号装置符号装置の間に誤差が蓄積されるのを防ぐために、量子化部22は量子化を行った後に画像復号時のIDCTのミスマッチ対策を施しておく。

0025

また、画像信号をI(イントラ)ピクチャ或いはPピクチャとして符号化する場合、量子化部22で量子化されたDCT係数は次回のフレーム間予測符号化のための参照画像データとして利用されるために、逆量子化部23で逆量子化され、参照メモリ24に蓄えられる。

0026

次に、フレーム間予測符号化を行う場合の動作について説明する。入力された画像信号は、符号化する順序に従って並べ替えられた後、DCT演算処理部21によってDCT係数に変換され、減算器25に入力される。

0027

減算器25は、図2に示すように、DCT演算処理部21から得られる、符号化するマクロブロック単位の画像xのDCT係数Xと、この符号化するマクロブロック単位の画像xとDCT変換前の位置において一致する参照画像aのDCT係数Aとの差分Dを算出する。その差分データであるDCT係数は量子化部22で量子化された後、VLC部27で動きべクトルや符号化情報と共に可変長符号化された後、バッファ28に蓄積され、MPEGデータとして出力される。

0028

なお、このフレーム間予測符号化の場合も、イントラ符号化の場合と同様に、画像復号時のIDCTのミスマッチ対策によって、復号装置と符号装置の間に誤差が蓄積されるのを防ぐために、量子化部22は量子化を行った後に画像復号時のIDCTのミスマッチ対策を施す。

0029

以上述べたイントラ符号化とフレーム間予測符号化を適宜切換えることによって画像信号の符号化が順次行われる。

0030

また、以上の画像符号化方法において、参照画像のDCT係数を保持する参照メモリ24のメモリ容量を低減させるために、量子化部22の量子化ステップを2のべき乗である数に設定してもよい。例えば量子化ステップを2のべき乗倍である4に設定したとすると、逆量子化部23で逆量子化された後のDCT係数の値はすべて4の倍数となるため、逆量子化したデータの最下位ビットから2ビット分を削除して参照メモリ24に保持することが可能となり、参照メモリ24のメモリ容量を低減させることができる。

0031

図3は本発明に係る他の実施形態のMPEG符号化装置の構成を示すブロック図である。このMPEG符号化装置は、DCT演算処理部21、量子化部22を通して得たDCΤ係数の高次の係数を0に丸める高次係数丸め処理部31を付加して構成されたものである。高次係数丸め処理部31は、例えば図4に示すように、8×8個のDCT係数のなかで低次の6×6個のDCT係数のみを有効とし、その他の高次の係数を0に丸める(置き換える)。これにより、逆量子化部23で逆量子化した後の8×8のDCT係数のなかの例えば6×6のDCT係数のみを参照メモリ24に蓄えるだけで済むので、参照メモリ24のメモリ容量を低減させることができる。

0032

以上説明した実施形態のMPEG符号化装置においては、例えば図1に示したように、DCΤ演算処理部21がフレーム間予測符号化のループから外れている。このため、フレーム間予測符号化を行うために逆量子化後のDCT係数に対する逆DCT演算を行う必要がなくなり、それだけ全体の演算量を低減することができる。また、動き検出を行わない方式との組み合わせにより、演算量を大幅に抑えた簡易型の画像符号化装置を実現することができる。

0033

また、本実施形態のMPEG符号化装置においては、DCΤ演算処理部21がフレーム間予測符号化のループから外れているので、DCΤ演算処理部21とその後段の予測符号化処理部とを分離して設けることが可能となる。例えば図5に示すように、DCT演算処理部21を撮像素子32と結合した形態にて配置することができ、内部回路にDCT演算回路を持たない、より簡単な構成の画像符号化装置を実現することができる。

発明の効果

0034

以上説明したように、本発明によれば、DCT係数上でのフレーム間予測符号化を可能としたことで、DCT変換手段をフレーム間予測符号化のループの外に配置することが可能となり、また、逆DCT変換のための回路を排除することが可能となり、装置全体としての回路規模を小形化できると共に、処理量の大幅な低減化を図ることができる。

0035

また、本発明によれば、量子化手段の量子化ステップを2のべき乗である整数に設定することにより記憶手段の容量を低減できる。

0036

さらに、量子化されたDCΤ係数の高次の係数を0に置き換える手段を設けることにより記憶手段の容量を低減できる。

図面の簡単な説明

0037

図1本発明に係る実施形態のMPEG符号化装置の構成を示すブロック図
図2図1のMPEG符号化装置におけるフレーム間予測符号化の場合について説明するための図
図3本発明に係る他の実施形態のMPEG符号化装置の構成を示すブロック図
図4図1のMPEG符号化装置における量子化されたDCT係数に対する高次係数丸め処理を示す図
図5DCΤ演算処理部と予測符号化処理部とを分離した本実施形態のMPEG符号化装置の構成を示すブロック図
図6従来のMPEG符号化装置の構成を示すブロック図
図7動き検出回路を省いた従来の簡易型のMPEG符号化装置の構成を示すブロック図

--

0038

21………DCT演算処理部
22………量子化部
23………逆量子化部
24………参照メモリ
25………減算器
26………加算器
27………VLC部
28………バッファ
31………高次係数丸め処理部

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