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技術 量子化単位設定装置及び量子化単位設定方法、符号化装置及び符号化方法並びに情報記録媒体

出願人 パイオニア株式会社
発明者 松浦弘治
出願日 2000年12月28日 (18年11ヶ月経過) 出願番号 2000-400532
公開日 2002年7月19日 (17年5ヶ月経過) 公開番号 2002-204449
状態 未査定
技術分野 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 TV信号の圧縮,符号化方式
主要キーワード 移動関係 量子化単位 設定用プログラム 減算信号 画素単位毎 一様分布 符号化バッファ ベクトル信号
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (4)

課題

適切な量子化処理を行うことで、結果として高精度の符号化処理を実行することが可能な量子化単位設定装置等を提供する。

解決手段

ディジタル情報信号Sdを量子化する際に用いられる量子化スケールを設定する量子化スケール設定装置において、複数の量子化スケールを用いてディジタル情報信号Sdを量子化した際に発生する量子化誤差を、夫々の量子化スケール毎に試算する加算器12と、試算された量子化誤差に基づいて、複数の量子化スケールの中からディジタル情報信号Sdの量子化に用いられる量子化スケールを設定する誤差制御部10と、を備える。

概要

背景

近年、静止画像又は動画像を含む画像情報圧縮して符号化するための符号化処理規格として、いわゆるMPEG(Moving Picture Experts Group)方式が国際標準として規格化されている。

このとき、一般に、画像情報の符号化においてはその前段階として当該画像情報に対していわゆる量子化処理が施されるのが通常であるが、この量子化処理は、画像情報を構成する画素毎(又は予め設定された数の画素を含む画素単位毎)の輝度信号の値又は色差信号の値を、量子化単位(一般には、例えば上記MPEG方式においては量子化スケール(Quantizer Scale)又は量子化ステップ幅と称されることもある。以下、当該量子化単位を適宜量子化スケールと称する。)で除することで実行されるものである。

ここで、従来の上記MPEG方式等の符号化処理においては、上記量子化単位の値の決め方としては、当該量子化単位の値について予め設定された許容範囲内において、単純に画像情報の内容が複雑になればなるほど大きな値の量子化単位が割り当られることとされていた。

概要

適切な量子化処理を行うことで、結果として高精度の符号化処理を実行することが可能な量子化単位設定装置等を提供する。

ディジタル情報信号Sdを量子化する際に用いられる量子化スケールを設定する量子化スケール設定装置において、複数の量子化スケールを用いてディジタル情報信号Sdを量子化した際に発生する量子化誤差を、夫々の量子化スケール毎に試算する加算器12と、試算された量子化誤差に基づいて、複数の量子化スケールの中からディジタル情報信号Sdの量子化に用いられる量子化スケールを設定する誤差制御部10と、を備える。

目的

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたもので、その課題は、量子化誤差を少なくする適切な量子化処理を行うことで、結果として高精度の符号化処理を実行することが可能な量子化単位設定装置及び量子化単位設定方法、当該量子化単位設定装置を含む符号化装置及び符号化方法並びに当該量子化単位設定用プログラム又は符号化用プログラムコンピュータで読取可能に記録された情報記録媒体を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

情報を量子化する際に用いられる量子化単位を設定する量子化単位設定装置において、複数の前記量子化単位を用いて前記情報を量子化した際に発生する量子化誤差を、夫々の前記量子化単位毎に試算する試算手段と、前記試算された量子化誤差に基づいて、複数の前記量子化単位の中から前記情報の量子化に用いられる前記量子化単位を設定する設定手段と、を備えることを特徴とする量子化単位設定装置。

請求項2

請求項1に記載の量子化単位設定装置において、前記試算手段は、一の前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行い、量子化情報を生成する量子化手段と、当該一の量子化単位を用いて前記生成された量子化情報の逆量子化を行い、逆量子化情報を生成する逆量子化手段と、前記生成された逆量子化情報と元の前記情報と差を、前記一の量子化単位に対応する前記量子化誤差とする量子化誤差算出手段と、を備えることを特徴とする量子化単位設定装置。

請求項3

請求項1又は2に記載の量子化単位設定装置において、前記設定手段は、一の前記量子化単位に対応して試算された一の前記量子化誤差の値が、各前記量子化誤差の分散の時間平均に基づいて設定された閾値未満であるか否かを判定する判定手段と、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満でないときのみ、他の前記量子化単位に対応する前記量子化誤差の試算を行うように前記試算手段を制御することを繰り返す制御手段と、を備え、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満となったとき、当該閾値未満となった値を有する前記量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定することを特徴とする量子化単位設定装置。

請求項4

請求項1から3のいずれか一項に記載の量子化単位設定装置において、前記設定手段は、前記試算された複数の量子化誤差のうち最も小さい量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定することを特徴とする量子化単位設定装置。

請求項5

請求項1から4のいずれか一項に記載の量子化単位設定装置と、前記設定された量子化単位を用いて前記情報を量子化し、量子化情報を生成する量子化手段と、前記生成された量子化情報を符号化し、符号化情報を生成する情報符号化手段と、を備えることを特徴とする符号化装置

請求項6

情報を量子化する際に用いられる量子化単位を設定する量子化単位設定方法において、複数の前記量子化単位を用いて前記情報を量子化した際に発生する量子化誤差を、夫々の前記量子化単位毎に試算する試算工程と、前記試算された量子化誤差に基づいて、複数の前記量子化単位の中から前記情報の量子化に用いられる前記量子化単位を設定する設定工程と、を備えることを特徴とする量子化単位設定方法。

請求項7

請求項6に記載の量子化単位設定方法において、前記試算工程は、一の前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行い、量子化情報を生成する量子化工程と、当該一の量子化単位を用いて前記生成された量子化情報の逆量子化を行い、逆量子化情報を生成する逆量子化工程と、前記生成された逆量子化情報と元の前記情報と差を、前記一の量子化単位に対応する前記量子化誤差とする量子化誤差算出工程と、により構成されていることを特徴とする量子化単位設定方法。

請求項8

請求項6又は7に記載の量子化単位設定方法において、前記設定工程は、一の前記量子化単位に対応して試算された一の前記量子化誤差の値が、各前記量子化誤差の分散の時間平均に基づいて設定された閾値未満であるか否かを判定する判定工程と、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満でないときのみ、他の前記量子化単位に対応する前記量子化誤差の試算を行うように制御することを繰り返す制御工程と、により構成されており、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満となったとき、当該閾値未満となった値を有する前記量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定することを特徴とする量子化単位設定方法。

請求項9

請求項6から8のいずれか一項に記載の量子化単位設定方法において、前記設定工程においては、前記試算された複数の量子化誤差のうち最も小さい量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定することを特徴とする量子化単位設定方法。

請求項10

請求項6から9のいずれか一項に記載の量子化単位設定方法と、前記設定された量子化単位を用いて前記情報を量子化し、量子化情報を生成する量子化工程と、前記生成された量子化情報を符号化し、符号化情報を生成する情報符号化工程と、を備えることを特徴とする符号化方法

請求項11

情報を量子化する際に用いられる量子化単位を設定する量子化単位設定装置に含まれるコンピュータを、複数の前記量子化単位を用いて前記情報を量子化した際に発生する量子化誤差を、夫々の前記量子化単位毎に試算する試算手段、及び、前記試算された量子化誤差に基づいて、複数の前記量子化単位の中から前記情報の量子化に用いられる前記量子化単位を設定する設定手段、として機能させることを特徴とする量子化単位設定用プログラムが前記コンピュータで読取可能に記録された情報記録媒体

請求項12

請求項11に記載の情報記録媒体において、前記試算手段として機能する前記コンピュータを、一の前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行い、量子化情報を生成する量子化手段、当該一の量子化単位を用いて前記生成された量子化情報の逆量子化を行い、逆量子化情報を生成する逆量子化手段、及び、前記生成された逆量子化情報と元の前記情報と差を、前記一の量子化単位に対応する前記量子化誤差とする量子化誤差算出手段、として機能させることを特徴とする前記量子化単位設定用プログラムが前記コンピュータで読取可能に記録された情報記録媒体。

請求項13

請求項11又は12に記載の情報記録媒体において、前記設定手段として機能する前記コンピュータを、一の前記量子化単位に対応して試算された一の前記量子化誤差の値が、各前記量子化誤差の分散の時間平均に基づいて設定された閾値未満であるか否かを判定する判定手段、及び、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満でないときのみ、他の前記量子化単位に対応する前記量子化誤差の試算を行うように前記試算手段を制御することを繰り返す制御手段、として機能させると共に、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満となったとき、当該閾値未満となった値を有する前記量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定するように機能させることを特徴とする前記量子化単位設定用プログラムが前記コンピュータで読取可能に記録された情報記録媒体。

請求項14

請求項11から13のいずれか一項に記載の情報記録媒体において、前記設定手段として機能する前記コンピュータを、前記試算された複数の量子化誤差のうち最も小さい量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定するように機能させることを特徴とする前記量子化単位設定用プログラムが前記コンピュータで読取可能に記録された情報記録媒体。

請求項15

請求項11から14のいずれか一項に記載の量子化単位設定用プログラムと、符号化装置に含まれる符号化コンピュータを、前記設定された量子化単位を用いて前記情報を量子化し、量子化情報を生成する量子化手段、及び、前記生成された量子化情報を符号化し、符号化情報を生成する情報符号化手段、として機能させることを特徴とする符号化用プログラムと、が前記コンピュータ及び前記符号化コンピュータで読取可能に記録された情報記録媒体。

技術分野

0001

本発明は、量子化単位設定装置及び量子化単位設定方法符号化装置及び符号化方法並びに情報記録媒体の技術分野に属し、より詳細には、より正確な量子化処理を行うための量子化単位設定装置及び量子化単位設定方法、当該量子化単位設定装置を含む符号化装置及び符号化方法並びに当該量子化単位設定用プログラム又は符号化用プログラムコンピュータで読取可能に記録された情報記録媒体の技術分野に属する。

背景技術

0002

近年、静止画像又は動画像を含む画像情報圧縮して符号化するための符号化処理規格として、いわゆるMPEG(Moving Picture Experts Group)方式が国際標準として規格化されている。

0003

このとき、一般に、画像情報の符号化においてはその前段階として当該画像情報に対していわゆる量子化処理が施されるのが通常であるが、この量子化処理は、画像情報を構成する画素毎(又は予め設定された数の画素を含む画素単位毎)の輝度信号の値又は色差信号の値を、量子化単位(一般には、例えば上記MPEG方式においては量子化スケール(Quantizer Scale)又は量子化ステップ幅と称されることもある。以下、当該量子化単位を適宜量子化スケールと称する。)で除することで実行されるものである。

0004

ここで、従来の上記MPEG方式等の符号化処理においては、上記量子化単位の値の決め方としては、当該量子化単位の値について予め設定された許容範囲内において、単純に画像情報の内容が複雑になればなるほど大きな値の量子化単位が割り当られることとされていた。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記従来の符号化処理においては、上記したように画像情報の内容が複雑になればなるほど単純に大きな値の量子化単位が割り当られることとされていたので、場合によってはいわゆる量子化雑音(一般には量子化誤差と称される場合もある。)が許容範囲を超えて大きくなり、結果として適切な量子化処理が実行されずに、結果として正確な符号化処理ができない場合があるという問題点があった。

0006

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたもので、その課題は、量子化誤差を少なくする適切な量子化処理を行うことで、結果として高精度の符号化処理を実行することが可能な量子化単位設定装置及び量子化単位設定方法、当該量子化単位設定装置を含む符号化装置及び符号化方法並びに当該量子化単位設定用プログラム又は符号化用プログラムがコンピュータで読取可能に記録された情報記録媒体を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、情報を量子化する際に用いられる量子化単位を設定する量子化単位設定装置において、複数の前記量子化単位を用いて前記情報を量子化した際に発生する量子化誤差を、夫々の前記量子化単位毎に試算する加算器等の試算手段と、前記試算された量子化誤差に基づいて、複数の前記量子化単位の中から前記情報の量子化に用いられる前記量子化単位を設定する誤差制御部等の設定手段と、を備える。

0008

よって、複数の量子化単位に対応して試算された量子化誤差に基づいて実際に量子化に用いられる量子化単位を設定するので、量子化誤差を考慮して情報を適切に量子化することができる。

0009

上記の課題を解決するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の量子化単位設定装置において、前記試算手段は、一の前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行い、量子化情報を生成する量子化部の量子化手段と、当該一の量子化単位を用いて前記生成された量子化情報の逆量子化を行い、逆量子化情報を生成する逆量子化部等の逆量子化手段と、前記生成された逆量子化情報と元の前記情報と差を、前記一の量子化単位に対応する前記量子化誤差とする加算器等の量子化誤差算出手段と、を備える。

0010

よって、一の量子化単位を用いて生成された量子化情報をその量子化単位により逆量子化して得られる逆量子化情報と元の情報とを比較して量子化誤差を算出するので、正確に算出された量子化誤差を用いて量子化に用いられる量子化単位を設定することができる。

0011

上記の課題を解決するために、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の量子化単位設定装置において、前記設定手段は、一の前記量子化単位に対応して試算された一の前記量子化誤差の値が、各前記量子化誤差の分散の時間平均に基づいて設定された閾値未満であるか否かを判定する比較部等の判定手段と、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満でないときのみ、他の前記量子化単位に対応する前記量子化誤差の試算を行うように前記試算手段を制御することを繰り返す誤差制御部等の制御手段と、を備え、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満となったとき、当該閾値未満となった値を有する前記量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定するように構成される。

0012

よって、一の量子化単位に対応する量子化誤差の値が閾値以下となったときに当該一の量子化単位を用いて情報の量子化を行うので、量子化単位設定のための計算量を低減することができる。

0013

上記の課題を解決するために、請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の量子化単位設定装置において、前記設定手段は、前記試算された複数の量子化誤差のうち最も小さい量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定するように構成される。

0014

よって、量子化誤差が最も小さい量子化単位を用いて情報の量子化を行うように設定するので、高品質で情報の量子化を行うことができる。

0015

上記の課題を解決するために、請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載の量子化単位設定装置と、前記設定された量子化単位を用いて前記情報を量子化し、量子化情報を生成する量子化部等の量子化手段と、前記生成された量子化情報を符号化し、符号化情報を生成する可変長符号化部等の情報符号化手段と、を備える。

0016

よって、量子化誤差を考慮して適切に量子化された量子化情報を用いて元の情報の符号化を行うので、より高精度に情報の符号化を行うことができる。

0017

上記の課題を解決するために、請求項6に記載の発明は、情報を量子化する際に用いられる量子化単位を設定する量子化単位設定方法において、複数の前記量子化単位を用いて前記情報を量子化した際に発生する量子化誤差を、夫々の前記量子化単位毎に試算する試算工程と、前記試算された量子化誤差に基づいて、複数の前記量子化単位の中から前記情報の量子化に用いられる前記量子化単位を設定する設定工程と、を備える。

0018

よって、複数の量子化単位に対応して試算された量子化誤差に基づいて実際に量子化に用いられる量子化単位を設定するので、量子化誤差を考慮して情報を適切に量子化することができる。

0019

上記の課題を解決するために、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の量子化単位設定方法において、前記試算工程は、一の前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行い、量子化情報を生成する量子化工程と、当該一の量子化単位を用いて前記生成された量子化情報の逆量子化を行い、逆量子化情報を生成する逆量子化工程と、前記生成された逆量子化情報と元の前記情報と差を、前記一の量子化単位に対応する前記量子化誤差とする量子化誤差算出工程と、により構成されている。

0020

よって、一の量子化単位を用いて生成された量子化情報をその量子化単位により逆量子化して得られる逆量子化情報と元の情報とを比較して量子化誤差を算出するので、正確に算出された量子化誤差を用いて量子化に用いられる量子化単位を設定することができる。

0021

上記の課題を解決するために、請求項8に記載の発明は、請求項6又は7に記載の量子化単位設定方法において、前記設定工程は、一の前記量子化単位に対応して試算された一の前記量子化誤差の値が、各前記量子化誤差の分散の時間平均に基づいて設定された閾値未満であるか否かを判定する判定工程と、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満でないときのみ、他の前記量子化単位に対応する前記量子化誤差の試算を行うように制御することを繰り返す制御工程と、を備え、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満となったとき、当該閾値未満となった値を有する前記量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定するように構成される。

0022

よって、一の量子化単位に対応する量子化誤差の値が閾値以下となったときに当該一の量子化単位を用いて情報の量子化を行うので、量子化単位設定のための計算量を低減することができる。

0023

上記の課題を解決するために、請求項9に記載の発明は、請求項6から8のいずれか一項に記載の量子化単位設定方法において、前記設定工程においては、前記試算された複数の量子化誤差のうち最も小さい量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定するように構成される。

0024

よって、量子化誤差が最も小さい量子化単位を用いて情報の量子化を行うように設定するので、高品質で情報の量子化を行うことができる。

0025

上記の課題を解決するために、請求項10に記載の発明は、請求項6から9のいずれか一項に記載の量子化単位設定方法と、前記設定された量子化単位を用いて前記情報を量子化し、量子化情報を生成する量子化工程と、前記生成された量子化情報を符号化し、符号化情報を生成する情報符号化工程と、を備える。

0026

よって、量子化誤差を考慮して適切に量子化された量子化情報を用いて元の情報の符号化を行うので、より高精度に情報の符号化を行うことができる。

0027

上記の課題を解決するために、請求項11に記載の発明は、情報を量子化する際に用いられる量子化単位を設定する量子化単位設定装置に含まれるコンピュータを、複数の前記量子化単位を用いて前記情報を量子化した際に発生する量子化誤差を、夫々の前記量子化単位毎に試算する試算手段、及び、前記試算された量子化誤差に基づいて、複数の前記量子化単位の中から前記情報の量子化に用いられる前記量子化単位を設定する設定手段、として機能させるための量子化単位設定用プログラムが前記コンピュータで読取可能に記録されている。

0028

よって、複数の量子化単位に対応して試算された量子化誤差に基づいて実際に量子化に用いられる量子化単位を設定するようにコンピュータが機能するので、量子化誤差を考慮して情報を適切に量子化することができる。

0029

上記の課題を解決するために、請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の情報記録媒体において、前記試算手段として機能する前記コンピュータを、一の前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行い、量子化情報を生成する量子化手段、当該一の量子化単位を用いて前記生成された量子化情報の逆量子化を行い、逆量子化情報を生成する逆量子化手段、及び、前記生成された逆量子化情報と元の前記情報と差を、前記一の量子化単位に対応する前記量子化誤差とする量子化誤差算出手段、として機能させるための前記量子化単位設定用プログラムが前記コンピュータで読取可能に記録されている。

0030

よって、一の量子化単位を用いて生成された量子化情報をその量子化単位により逆量子化して得られる逆量子化情報と元の情報とを比較して量子化誤差を算出するようにコンピュータが機能するので、正確に算出された量子化誤差を用いて量子化に用いられる量子化単位を設定することができる。

0031

上記の課題を解決するために、請求項13に記載の発明は、請求項11又は12に記載の情報記録媒体において、前記設定手段として機能する前記コンピュータを、一の前記量子化単位に対応して試算された一の前記量子化誤差の値が、各前記量子化誤差の分散の時間平均に基づいて設定された閾値未満であるか否かを判定する判定手段、及び、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満でないときのみ、他の前記量子化単位に対応する前記量子化誤差の試算を行うように前記試算手段を制御することを繰り返す制御手段、として機能させると共に、前記一の量子化誤差の値が前記閾値未満となったとき、当該閾値未満となった値を有する前記量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定するように機能させるための前記量子化単位設定用プログラムが前記コンピュータで読取可能に記録されている。

0032

よって、一の量子化単位に対応する量子化誤差の値が閾値以下となったときに当該一の量子化単位を用いて情報の量子化を行うようにコンピュータが機能するので、量子化単位設定のための計算量を低減することができる。

0033

上記の課題を解決するために、請求項14に記載の発明は、請求項11から13のいずれか一項に記載の情報記録媒体において、前記設定手段として機能する前記コンピュータを、前記試算された複数の量子化誤差のうち最も小さい量子化誤差に対応する前記量子化単位を用いて前記情報の量子化を行うように設定するように機能させるための前記量子化単位設定用プログラムが前記コンピュータで読取可能に記録されている。

0034

よって、量子化誤差が最も小さい量子化単位を用いて情報の量子化を行うように設定するようにコンピュータが機能するので、高品質で情報の量子化を行うことができる。

0035

上記の課題を解決するために、請求項15に記載の発明は、請求項11から14のいずれか一項に記載の量子化単位設定用プログラムと、符号化装置に含まれる符号化コンピュータを、前記設定された量子化単位を用いて前記情報を量子化し、量子化情報を生成する量子化手段、及び、前記生成された量子化情報を符号化し、符号化情報を生成する情報符号化手段、として機能させるための符号化用プログラムと、が前記コンピュータ及び前記符号化コンピュータで読取可能に記録されている。

0036

よって、量子化誤差を考慮して適切に量子化された量子化情報を用いて元の情報の符号化を行うように符号化コンピュータが機能するので、より高精度に情報の符号化を行うことができる。

発明を実施するための最良の形態

0037

始めに、具体的な実施の形態を説明する前に、本発明に特徴点についてその概要を説明する。

0038

上述したように、従来において量子化単位を設定するに当たっては、単純に画像情報の内容が複雑になればなるほど大きな値の量子化単位を割り当てることとされていたが、これは、従来では圧縮レートが高いほど(すなわち、量子化単位が大きいほど)符号化後画質劣化が著しいとされていたので、そもそも量子化単位の設定に当たって量子化誤差の試算を実行する必要はないとされていたことによるものである。

0039

これに対して、本願の出願人は、量子化誤差の影響により圧縮レートの大小と画質劣化高低とが必ずしも対応関係にあるものではないことを発見し、以下に説明するように量子化誤差を試算した上で量子化単位を設定することとしたものである。

0040

次に、本発明に好適な実施の形態について、図1乃至図3を用いて説明する。

0041

なお、以下に説明する実施の形態は、静止画像及び動画像を含む画像情報を上記MPEG方式に則って圧縮して符号化するための符号化装置に対して本発明を適用した場合の実施の形態である。

0042

また、図1は実施形態に係る符号化装置の概要構成を示すブロック図であり、図2は実施形態の量子化スケール設定処理を示すフローチャートであり、図3は当該量子化スケール設定処理を示す模式図である。

0043

ここで、上記MPEG方式による符号化についてその概要を説明しておくと、当該MPEG方式とは、符号化したい画像と当該画像に対して時間的に先行又は後行する参照画像との差分に対してDCT(Discrete Cosine Transform(離散コサイン変換))を施すと共に量子化して得られた情報及びマクロブロック(当該画像における16画素×16画素の画素を含む正方形の画素のブロックをいう。)単位の動きベクトル(参照画像と符号化したい画像との間で何らかの画像の動きがある場合における当該動きの方向と量を示すベクトルをいう。)の差分を可変長符号化して伝送又は記録することにより、本来、膨大な情報量となる画像情報を高能率に圧縮することが可能となる符号化技術である。

0044

次に、実施形態に係る符号化装置の構成について、図1を用いて説明する。

0045

図1に示すように、実施形態の符号化装置Sは、加算器1及び15並びに試算手段及び量子化誤差算出手段としての加算器12と、DCT部2と、量子化手段としての量子化部3と、逆量子化手段としての逆量子化部4と、情報符号化手段としての可変長符号化部5と、逆DCT部6と、動き検出部7と、動き補償予測部8と、レート制御部9と、設定手段及び制御手段としての誤差制御部10と、判定手段としての比較部11と、スイッチ13及び14と、フレームメモリ16と、により構成されている。

0046

次に、符号化装置Sの動作について、図1乃至図3を用いて説明する。

0047

始めに、後述する量子化スケール設定処理により設定された量子化スケールを用いてMPEG方式に則って実行される通常の符号化処理について説明する。

0048

なお、当該通常の符号化処理においてはスイッチ13及び14は比較部11からのスイッチ制御信号Scmに基づいて夫々オンとされている。

0049

図1に示すように、符号化装置Sに外部から入力されるディジタル情報信号Sd(当該ディジタル情報信号Sdのうちの画像情報については複数のフレーム画像により構成されており、各フレームを構成する画素毎にディジタル化されている。)は、動き検出部7へ入力されると共に、加算器1へ入力される。

0050

そして、動き検出部7において、ディジタル情報信号Sd内の各フレームについて上記動きベクトルが算出され、対応するベクトル信号Svが動き補償予測部8へ出力される。

0051

ここで、当該動きベクトルについて詳説すると、当該動きベクトルは、MPEG方式に基づいた動画像の圧縮時において実行される動き補償処理に用いられるものである。

0052

すなわち、当該動き補償処理においては、先ず、符号化する画像を予め設定された所定数の画素を含む上記マクロブロックに分割し、各々のマクロブロック内の各画素と、時間軸上で前又は後のいずれか一方のフレーム内の対応する画素との差分の絶対値をマクロブロック内の全ての画素について加算した絶対値和が最小となる画像(すなわち、当該マクロブロック内の画像に最も近い、当該前又は後のいずれか一方のフレーム内の画像)の空間的な位置を求める。

0053

そして、当該マクロブロックとそれに最も近い画像との移動関係を上記動きベクトルとし、この動きベクトルを当該前又は後のいずれか一方のフレーム内の画像を示す情報として符号化する。これにより、実際に符号化する情報量を、画像情報そのものをそのまま符号化する場合に比して相当量圧縮して当該画像情報を符号化することができるのである。

0054

次に、加算器1へ出力されたディジタル情報信号Sdは、当該加算器1において動き補償予測部8からの補償信号Seが減算され、減算信号SaとしてDCT部2へ出力される。

0055

次に、DCT部2は、当該減算信号Saに対して情報量の圧縮のためのDCTを施し、変換信号Sdcとして量子化部3及び加算器12へ出力する。

0056

そして、量子化部3は、後述する量子化スケール信号Sqsで示される量子化スケールを用いて当該変換信号Sdcを量子化し、量子化信号Sqを生成して逆量子化部4へ出力すると共に、スイッチ13を介して可変長符号化部5へ出力する。

0057

次に、逆量子化部4は、量子化信号Sqに対して逆量子化処理を施し、逆量子化信号Siqを生成してスイッチ14を介して逆DCT部6へ出力する。

0058

そして、逆DCT部6は、逆量子化信号Siqに対して逆DCT(逆離散コサイン変換)を施し、逆DCT信号Sidとして加算器15に出力する。

0059

これにより、加算器15は上記補償信号Seと逆DCT信号Sidとを加算し、加算信号Sm(当該加算処理により現在のフレーム画像が復元されていることとなる。)を生成してフレームメモリ16へ出力する。

0060

そして、フレームメモリ16は、当該加算信号Smを一フレームに相当する時間だけ一時的に記憶し、一つ前のフレーム画像を示す加算信号Smとして動き補償予測部8へ出力する。

0061

その後、動き補償予測部8は、上述したベクトル信号Sv内に含まれる動きベクトルと加算信号Smとに基づいて、MPEG方式におけるいわゆるフレーム間予測を用いた動き補償処理を行い、情報量の圧縮のための上記補償信号Seを生成して加算器1及び15に出力する。

0062

これと並行して、動き補償予測部8は、上記動き補償処理に際して用いられた動きベクトル予測モードを示すモード信号Semを生成して可変長符号化部5へ出力する。

0063

そして、可変長符号化部5は、当該モード信号Semにより示される動きベクトル予測モードに基づき、上記量子化信号Sqに対して可変長符号化処理を施し、元のディジタル情報信号SdをMPEG方式で圧縮符号化した信号である上記圧縮情報信号Spdを図示しない符号化バッファメモリに出力する。

0064

このとき、レート制御部9は、当該圧縮情報信号Spdにおける符号化レートに基づいて、量子化スケール(量子化部3における量子化の際の量子化スケール(換言すれば、圧縮情報信号Spdにおける符号化レート))を最適化するためのレート信号Srrを生成し、誤差制御部10に出力する。

0065

これにより、誤差制御部10は、レート制御部9からのレート信号Srrに基づいて後述する量子化スケール設定処理により設定された上記量子化スケールを含む量子化スケール信号Sqsを生成し、量子化部3へ出力する。

0066

次に、上述した通常の符号化処理を実行する際に用いられる量子化スケールを設定するための実施形態に係る量子化スケール設定処理について、図1乃至図3を用いて説明する。

0067

なお、当該量子化スケール設定処理は、上述した通常の符号化処理とは時分割的に実行されるものであり、当該量子化スケール設定処理によって設定された量子化スケールを用いて上述した通常の符号化処理を行うことが、例えば上記ディジタル情報信号Sdにおけるマクロブロック毎に繰り返されることとなる。また、量子化スケール設定処理を実行する際にのみスイッチ13及び14が比較部11からのスイッチ制御信号Scmによりオフとされる。

0068

実施形態の量子化スケール設定処理においては、比較部11からのスイッチ制御信号Scmに基づいてスイッチ13及び14がオフとされて当該量子化スケール設定処理が開始されると、先ず、誤差制御部10から量子化スケールの初期値が初期値信号Sq0として比較部11に出力され、当該比較部11が初期化される。

0069

この初期化処理が終了すると、次に、DCT部2からの変換信号Sdcが加算器12に出力されると共にこれと並行して量子化部3において上記量子化スケールの初期値を用いて量子化され(図2テップS1)、量子化信号Sqとして逆量子化部4へ出力される。

0070

このとき、上記変換信号Sdcとして具体的には、図3左端に示すように、各マクロブロックMB毎の輝度信号又は色差信号の値が生成されて加算器12及び量子化部3に出力され、当該量子化部3においてそのときに誤差制御部10から出力されてくる量子化スケール信号Sqsにより示される値を有する量子化スケールにより量子化が実行される。この量子化により、それに含まれる各マクロブロックMB毎の輝度信号又は色差信号の値が、元の変換信号Sdcにおける当該輝度信号又は色差信号の値を当該量子化スケールで夫々除した値とされた量子化信号Sqが生成されることとなる(例えば、図3上段左から二番目参照)。

0071

次に、逆量子化部4において当該量子化信号Sqを逆量子化し(図2ステップS2)、逆量子化信号Siqとして加算器12へ出力する。

0072

このとき、当該逆量子化処理についてより具体的には、当該逆量子化処理としては、量子化信号Sqに含まれている各マクロブロックMB毎の輝度信号又は色差信号の値に対して、図2ステップS1の量子化に用いられた量子化スケールの値が夫々に再度乗じられ、当該逆量子化信号Siqが生成される(例えば、図3上段左から三番目参照)。

0073

これにより、加算器12において量子化前の変換信号Sdcから逆量子化信号Siqが減算され(図2ステップS3)、量子化部3における量子化により発生した量子化誤差を示す誤差信号Serが生成されて比較部11に出力される。

0074

より具体的には、図3右端に示すように、逆量子化信号Siqから変換信号Sdcが各マクロブロックMB毎に減算され、当該マクロブロックMB毎に誤差信号Serが生成される。

0075

そして、比較部11において、当該誤差信号Serの値と予め設定されている閾値とが比較され(図2ステップS4)、その結果、誤差信号Serの値が当該閾値以上であるときは(図2ステップS4;閾値以上)、そのときの量子化部3における量子化処理に用いられた量子化スケールの値が適切でないとして、その値をインクリメントし(図2ステップS5)、当該インクリメント後の量子化スケールの値を評価すべく図2ステップS1に戻って再度上述した図2ステップS1乃至S5の処理を繰り返す。より具体的には、図3下に示すように、量子化スケールを「1」だけインクリメントした後に上記ステップS1乃至S5を繰り返すこととなる。

0076

このとき、当該閾値として具体的には、例えば、誤差信号Serにより示される量子化誤差について、複数の当該量子化誤差の分散の時間平均に基づいて予め設定される。より具体的には、元のディジタル情報Sdが一様分布であると仮定すると、その場合の上記時間平均の値はそのときの量子化スケールの値を二乗したものを「12」で除した値となることが知られており、この値がそのままそのときの比較処理における上記閾値として用いられる。

0077

なお、上述した量子化スケールのインクリメントは、単純な加算(すなわち、Qn←Qn-1+1)や減算(すなわち、Qn←Qn-1−1)に限られるものではなく、例えば、Qn←S(Qn-1+t)(S及びtは整数)の如き演算であっても良い。

0078

一方、図2ステップS4の判定において、誤差信号Serの値が当該閾値未満に抑制されているときは(図2ステップS4;閾値未満)、その直後に実行される上記通常の符号化処理に用いられる量子化スケールの値を、当該閾値未満となった量子化スケールの値として設定(すなわち、誤差制御部10からの上記量子化スケール信号Sqsとして出力されるように設定)するための比較結果信号Srsを比較部11から誤差制御部10へ出力し(図2ステップS6)、実施形態の量子化スケール設定処理を終了する。

0079

この後は、比較部11からのスイッチ制御信号Scmに基づいてスイッチ13及び14がオンとされ、上述した一連の通常の符号化処理が、図2及び図3に示した方法により設定された量子化スケールを用いて実行されることとなる。

0080

以上説明したように、実施形態の符号化装置Sにおける量子化スケールの設定方法によれば、複数の量子化スケールに対応して試算された量子化誤差に基づいて実際に量子化に用いられる量子化スケールを設定するので、量子化誤差を考慮して変換信号Sdcを適切に量子化することができる。

0081

また、一の量子化スケールを用いて生成された量子化信号Sqをその量子化スケールにより逆量子化して得られる逆量子化信号Siqと、元の変換信号Sdcとを比較して量子化誤差を算出するので、正確に算出された量子化誤差を用いて量子化に用いられる量子化スケールを設定することができる。

0082

更に、一の量子化スケールに対応する量子化誤差の値が上記閾値以下となったときに当該一の量子化スケールを用いて変換信号Sdcの量子化を行うので、量子化スケール設定のための計算量を低減することができる。

0083

更にまた、量子化雑音を考慮して適切に量子化された量子化信号Sqを用いて元のディジタル情報信号Sdの符号化を行うので、より高精度に情報の符号化を行うことができる。

0084

なお、上述した実施形態においては、算出された量子化誤差が上記閾値以下であるときには、その時の量子化誤差に対応する量子化スケールを用いて量子化を行う構成としたが、これ以外に、複数の量子化スケールについて検討した量子化誤差の値を一時的に記憶し、これらの中から、上記閾値以下の値を有する量子化誤差に対応する量子化スケールであって最も小さい値を有する量子化誤差に対応する量子化スケールを用いて以後の量子化を行うように構成することもできる。

0085

この場合には、量子化誤差が最も小さい量子化スケールを用いて変換信号Sdcの量子化を行うので、更に高品質で変換信号Sdcの量子化を行うことができる。

0086

また、上述した実施形態においては、画像情報を含むディジタル情報SdをMPEG方式に則って符号化する場合に本発明を適用した場合について説明したが、これ以外に、量子化を伴う符号化方式であれば、全ての符号化方式に本発明を適用することが可能である。

0087

更に、図2に示したフローチャートに対応するプログラムを情報記録媒体としてのフレキシブルディスク又はハードディスク等に記録しておき、これを汎用パーソナルコンピュータ等により読み出して実行することにより、当該パーソナルコンピュータを実施形態の誤差制御部10又は比較部11等として機能させて実施形態の量子化スケール設定処理を実行させることも可能である。

発明の効果

0088

以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、複数の量子化単位に対応して試算された量子化誤差に基づいて実際に量子化に用いられる量子化単位を設定するので、量子化誤差を考慮して情報を適切に量子化することができる。

0089

従って、適切な量子化処理を用いることで符号化処理を高精度化することができる。

0090

請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加えて、一の量子化単位を用いて生成された量子化情報をその量子化単位により逆量子化して得られる逆量子化情報と元の情報とを比較して量子化誤差を算出するので、正確に算出された量子化誤差を用いて量子化に用いられる量子化単位を設定することができる。

0091

請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は2に記載の発明の効果に加えて、一の量子化単位に対応する量子化誤差の値が閾値以下となったときに当該一の量子化単位を用いて情報の量子化を行うので、量子化単位設定のための計算量を低減することができる。

0092

請求項4に記載の発明によれば、請求項1から3のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、量子化誤差が最も小さい量子化単位を用いて情報の量子化を行うように設定するので、高品質で情報の量子化を行うことができる。

0093

請求項5に記載の発明によれば、量子化誤差を考慮して適切に量子化された量子化情報を用いて元の情報の符号化を行うので、より適切に情報の符号化を行うことができる。

0094

請求項6に記載の発明によれば、複数の量子化単位に対応して試算された量子化誤差に基づいて実際に量子化に用いられる量子化単位を設定するので、量子化誤差を考慮して情報を適切に量子化することができる。

0095

従って、適切な量子化処理を用いることで符号化処理を高精度化することができる。

0096

請求項7に記載の発明によれば、請求項6に記載の発明の効果に加えて、一の量子化単位を用いて生成された量子化情報をその量子化単位により逆量子化して得られる逆量子化情報と元の情報とを比較して量子化誤差を算出するので、正確に算出された量子化誤差を用いて量子化に用いられる量子化単位を設定することができる。

0097

請求項8に記載の発明によれば、請求項6又は7に記載の発明の効果に加えて、一の量子化単位に対応する量子化誤差の値が閾値以下となったときに当該一の量子化単位を用いて情報の量子化を行うので、量子化単位設定のための計算量を低減することができる。

0098

請求項9に記載の発明によれば、請求項6から8のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、量子化誤差が最も小さい量子化単位を用いて情報の量子化を行うように設定するので、高品質で情報の量子化を行うことができる。

0099

請求項10に記載の発明によれば、量子化誤差を考慮して適切に量子化された量子化情報を用いて元の情報の符号化を行うので、より高精度に情報の符号化を行うことができる。

0100

請求項11に記載の発明によれば、複数の量子化単位に対応して試算された量子化誤差に基づいて実際に量子化に用いられる量子化単位を設定するようにコンピュータが機能するので、量子化誤差を考慮して情報を適切に量子化することができる。

0101

従って、適切な量子化処理を用いることで符号化処理を高精度化することができる。

0102

請求項12に記載の発明によれば、請求項11に記載の発明の効果に加えて、一の量子化単位を用いて生成された量子化情報をその量子化単位により逆量子化して得られる逆量子化情報と元の情報とを比較して量子化誤差を算出するようにコンピュータが機能するので、正確に算出された量子化誤差を用いて量子化に用いられる量子化単位を設定することができる。

0103

請求項13に記載の発明によれば、請求項11又は12に記載の発明の効果に加えて、一の量子化単位に対応する量子化誤差の値が閾値以下となったときに当該一の量子化単位を用いて情報の量子化を行うようにコンピュータが機能するので、量子化単位設定のための計算量を低減することができる。

0104

請求項14に記載の発明によれば、請求項11から13のいずれか一項に発明の効果に加えて、量子化誤差が最も小さい量子化単位を用いて情報の量子化を行うように設定するようにコンピュータが機能するので、高品質で情報の量子化を行うことができる。

0105

請求項15に記載の発明によれば、量子化誤差を考慮して適切に量子化された量子化情報を用いて元の情報の符号化を行うように符号化コンピュータが機能するので、より高精度に情報の符号化を行うことができる。

図面の簡単な説明

0106

図1実施形態の符号化装置の概要構成を示すブロック図である。
図2実施形態の量子化スケール設定処理を示すフローチャートである。
図3実施形態の量子化スケール設定処理を説明する図である。

--

0107

1、12、15…加算器
2…DCT部
3…量子化部
4…逆量子化部
5…可変長符号化部
6…逆DCT部
7…動き検出部
8…動き補償予測部
9…レート制御部
10…誤差制御部
11…比較部
13、14…スイッチ
S…符号化装置
MB…マクロブロック
Sd…ディジタル情報信号
Spd…圧縮情報信号
Sa…減算信号
Sdc…変換信号
Sq…量子化信号
Srr…レート信号
Siq…逆量子化信号
Sid…逆DCT信号
Se…補償信号
Sv…ベクトル信号
Sqs…量子化スケール信号
Sm…加算信号
Sem…モード信号
Scm…スイッチ制御信号
Sq0…初期値信号
Ser…誤差信号
Srs…比較結果信号

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