(57)【要約】      （修正有）【課題】ディジタル信号符号化の量子化ステップサイズを決定するに際し、量子化誤差を増加させることなく量子化レベルを小さくし、符号化効率を向上させる。【解決手段】小ブロックをあらかじめ定められた規則に従って求めた基準量子化ステップサイズによりあらかじめ量子化し、得られた各小ブロックの量子化レベルから公約数を算出し、この公約数と基準量子化ステップサイズとから、実際の量子化にもちいる量子化ステップサイズを決定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を小ブロックに分割して可変の量子化ステップサイズで量子化し、その量子化出力をその量子化ステップサイズに関する情報とともに符号化するディジタル信号符号化方式における量子化ステップサイズの決定方法において、
前記小ブロックをあらかじめ定められた規則にしたがって求めた基準量子化ステップサイズによりあらかじめ量子化し、
得られた各小ブロックの量子化レベルから公約数を算出し、
この公約数と前記基準量子化ステップサイズとから実際の量子化に用いる量子化ステップサイズを決定する
ことを特徴とするディジタル信号符号化の量子化ステップサイズ決定方法。
【請求項２】
前記実際の量子化に用いる量子化ステップサイズは前記公約数と前記基準量子化ステップサイズとの積により算出する請求項１記載のディジタル信号符号化の量子化ステップサイズ決定方法。
【請求項３】
前記公約数として、前記基準量子化ステップサイズとの積が最大量子化ステップサイズを越えることのない最大のものを選択する請求項２記載のディジタル信号符号化の量子化ステップサイズ決定方法。
【請求項４】
入力信号を小ブロックに分割して量子化する量子化手段と、この量子化手段の量子化ステップサイズをあらかじめ定められた規則にしたがって求める量子化制御手段と、
前記量子化手段の出力を前記量子化手段に設定された量子化ステップサイズに関する情報とともに符号化する符号化手段と
を備えたディジタル信号符号化装置において、
前記量子化制御手段により求めた量子化ステップサイズで入力信号をあらかじめ量子化する手段と、
このあらかじめ量子化する手段により得られた各小ブロックの量子化レベルから公約数を算出する手段と、
この公約数と前記量子化制御手段により求めた量子化ステップサイズとから、前記符号化手段に出力するための量子化に用いる実際の量子化ステップサイズを決定する手段と
を備えたことを特徴とするディジタル信号符号化装置。
【請求項５】
前記あらかじめ量子化する手段が前記量子化手段とは別に設けられた請求項４記載のディジタル信号符号化装置。
【請求項６】
前記公約数を算出する手段はあらかじめ定められた値が公約数であるかどうかを判定する手段（３１２）を含み、
前記量子化手段は、前記あらかじめ量子化する手段と共通の量子化部（３０３）と、この量子化部の出力する量子化レベルを前記あらかじめ定められた値により除算する手段（３１３）と、前記判定する手段により前記あらかじめ定められた値が公約数であると判定されたときには前記除算する手段（３１３）の出力を選択し、それ以外のときには前記量子化部の出力を選択する手段（３１４）とを含む
請求項４記載のディジタル信号符号化装置。
【請求項７】
前記判定する手段により前記あらかじめ定められた値が公約数であると判定されたときには前記量子化制御手段の求めた量子化ステップサイズの値に前記あらかじめ定められた値を乗算し、それ以外のときには前記量子化ステップサイズの値をそのまま、量子化ステップサイズに関する情報として前記符号化手段に供給する手段を備えた請求項６記載のディジタル信号符号化装置。
【請求項８】
信号処理プロセッサに請求項１ないし３記載の方法を実行させるためのプログラム。
【請求項９】
信号処理プロセッサを請求項４ないし７記載の装置として機能させるためのプログラム。
【請求項１０】
請求項８または９記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタル信号の符号化に関する。特に、符号化時の量子化ステップサイズの決定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、映像信号などをディジタル信号に変換し、符号化してデータサイズを圧縮する符号化方式が多く利用されている。多くの符号化方式では、ディジタル信号を量子化している。この量子化の「粗さ・細かさ」を示す指標を量子化ステップサイズと呼ぶ。ＭＰＥＧ−２などの一般的な映像符号化方式では、圧縮後のデータサイズをコントロールするために、量子化ステップサイズを小ブロック毎に変更できるようになっている（非特許文献１、２参照）。
【０００３】
図５は従来例の映像符号化伝送装置のブロック構成図を示す。この構成において、符号化側５０１には減算器５０２、ＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、離散コサイン変換）部５０３、量子化部５０４、符号化器５０５、逆量子化部５０６、ＩＤＣＴ（逆離散コサイン変換）部５０７、加算器５０８、フレームメモリ５０９、動き検出部５１０、動き補償部５１１および量子化制御部５１２を備え、復号側５１３には、復号器５１４、逆量子化部５１５、ＩＤＣＴ部５１６、加算器５１７、フレームメモリ５１８および動き補償部５１９を備える。
【０００４】
入力映像信号は、減算器５０２により動き補償部５１１の出力が減算された後、ＤＣＴ部５０３および量子化部５０４によりそれぞれ離散コサイン変換および量子化の処理が施され、符号化器５０５により動き検出部５１０の出力する動きベクトル情報とともに符号化される。
【０００５】
逆量子化部５０６の出力はまた、ＩＤＣＴ部５０７により逆離散コサイン変換され、加算器５０８により動き補償部５１１の出力が加算され、フレームメモリ５０９に蓄えられる。このフレームメモリ５０９に蓄えれらた映像信号と新たな入力映像信号とを動き検出部５１０で比較して映像信号内の動きが検出され、得られた動きベクトル情報が符号化器５０５に出力されるとともに、動き補償部５１１に出力される。動き補償部５１１は、フレームメモリ５０９に蓄えられた映像信号と動き検出部５１０からの動きベクトル情報とに基づいて、動き補償予測情報を出力する。
【０００６】
量子化部５０４における量子化ステップサイズは、量子化制御部５１２により決定される。この量子化制御部５１２は、符号化器５０５から出力される符号量（発生符号量）に基づいて量子化ステップサイズを決定し、小ブロック内を同一の量子化ステップサイズで量子化するように量子化部５０４を設定する。量子化後の値（これを「量子化レベル」という）は、符号化器５０５でエントロピー符号化されて、ビット列として出力される。このときの発生符号量から、次の小ブロックの量子化ステップサイズを量子化制御部５１２で決定する。量子化制御部５１２では、発生符号量が目標発生符号量より多い場合は、量子化ステップサイズを大きくして粗く量子化し、逆に少ない場合は、量子化ステップサイズを小さくして細かく量子化するように、量子化部５０４を制御する。量子化ステップサイズに関する情報はまた、符号化器５０５で映像信号とともに符号化される。
【０００７】
符号化側５０１からの符号は、復号側５１３の復号器５１４により復号され、逆量子化部５１５により逆量子化され、ＩＤＣＴ部５１６−１により逆離散コサイン変換され、加算器５１７−１により動き補償部５１９の出力した動き補償予測情報が加算されて、出力映像信号として出力される。この出力映像信号はフレームメモリ５１８に蓄えられ、動き補償部５１９は、このフレームメモリ５１８に蓄えられた映像信号と復号器５１４により復号された動きベクトル情報とから、動き補償予測情報を出力する。逆量子化部５１５における逆量子化ステップサイズは、復号器５１４で得られた量子化ステップサイズ情報により設定される。
【０００８】
ここで、入力信号、量子化ステップサイズおよび量子化レベルの関係について説明する。入力信号ｄ（ｘ）、量子化ステップサイズＱｐおよび量子化レベルｑ（ｘ）の関係は、一般的に、
ｑ（ｘ）  ＝  ｄ（ｘ）／Ｑｐ      ．．．（１）
で表現できる。また、復号する場合は、逆量子化部５１５にて、
ｄ’（ｘ）  ＝  ｑ（ｘ）×Ｑｐ      ．．．（２）
として、出力信号ｄ’（ｘ）を算出する。この出力信号ｄ’（ｘ）を以下「量子化代表値」という。このときの量子化誤差ｅ（ｘ）は、
ｅ（ｘ）  ＝  ｄ（ｘ）−ｄ’（ｘ）      ．．．（３）
となる。量子化誤差ｅ（ｘ）は、量子化ステップサイズＱｐが大きくなるに従い増加する傾向がある。
【０００９】
このように、通常、量子化ステップサイズは、発生符号量に応じた値が設定される。また、視覚特性を考慮した量子化ステップサイズの決定方法も提案されている。
【００１０】
【非特許文献１】
ＩＳＯ／ＩＥＣ  ＩＳ  １３８１８−２，  ＩＴＵ−Ｔ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ  Ｈ．２６２，  ”Ｇｅｎｅｒｉｃ  ｃｏｄｉｎｇ  ｏｆ  ｍｏｖｉｎｇ  ｐｉｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ａｕｄｉｏ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”，  Ｎｏｖ．  １９９４
【非特許文献２】
ＭＰＥＧ−２，  Ｔｅｓｔ  Ｍｏｄｅｌ  ５（ＴＭ５），  Ｄｏｃ．  ＩＳＯ／ＩＥＣ  ＪＴＣ１／ＳＣ２９／ＷＧ１１／Ｎ０４００，  Ｔｅｓｔ  Ｍｏｄｅｌ
Ｅｄｉｔｉｎｇ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ，  Ａｐｒ．  １９９３
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
多くの符号化方式で用いられている予測符号化方法は、その予測誤差が零近傍に集中することが知られている。そこで、予測誤差の量子化レベルの符号語長は、零近傍ほど短い符号が割り当てられ、量子化レベルが高くなるに従い、長い符号長が割り当てられている。よって、量子化誤差が変わらなければ、より大きい量子化ステップサイズで量子化したほうが量子化レベルが小さくなり、結果として発生符号量を抑えることができる。
【００１２】
ある量子化ステップサイズＱｐで量子化した際、小ブロック内のすべての量子化レベルｑ（ｘ）に、１以外の公約数ａが存在したと仮定する。つまり、量子化レベルｑ（ｘ）＝ｑ’（ｘ）×ａとする。このとき、量子化代表値ｄ’（ｘ）は、
ｄ’（ｘ）  ＝  ｑ（ｘ）×Ｑｐ  ＝  （ｑ’（ｘ）・ａ）×Ｑｐ  ＝  ｑ’（ｘ）×（ａ・Ｑｐ）      ．．．（４）
となる。つまり、入力信号ｄ（ｘ）をａ・Ｑｐで量子化した場合と等価になる。しかし、先に述べた量子化ステップサイズ決定方法では、量子化ステップサイズは、発生符号量や視覚特性から決定され、一度量子化した後の量子化レベルの特性は考慮されていない。このため、符号化効率が低下する可能性がある。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決し、量子化誤差を増加させることなく量子化レベルを小さくでき、符号化効率を向上させることのできるディジタル信号符号化の量子化ステップサイズ決定方法およびディジタル信号符号化装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、量子化レベルの公約数を用いて、量子化ステップサイズを決定する。
【００１５】
すなわち、本発明の第一の観点によると、入力信号を小ブロックに分割して可変の量子化ステップサイズで量子化し、その量子化出力をその量子化ステップサイズに関する情報とともに符号化するディジタル信号符号化方式における量子化ステップサイズの決定方法において、前記小ブロックをあらかじめ定められた規則にしたがって求めた基準量子化ステップサイズによりあらかじめ量子化し、得られた各小ブロックの量子化レベルから公約数を算出し、この公約数と前記基準量子化ステップサイズとから実際の量子化に用いる量子化ステップサイズを決定することを特徴とするディジタル信号符号化の量子化ステップサイズ決定方法が提供される（請求項１）。
【００１６】
前記実際の量子化に用いる量子化ステップサイズは前記公約数と前記基準量子化ステップサイズとの積により算出することが望ましい（請求項２）。この際、前記公約数として、前記基準量子化ステップサイズとの積が最大量子化ステップサイズを越えることのない最大のものを選択することが望ましい（請求項３）。
【００１７】
本発明の第二の観点によると、入力信号を小ブロックに分割して量子化する量子化手段と、この量子化手段の量子化ステップサイズをあらかじめ定められた規則にしたがって求める量子化制御手段と、前記量子化手段の出力を前記量子化手段に設定された量子化ステップサイズに関する情報とともに符号化する符号化手段とを備えたディジタル信号符号化装置において、前記量子化制御手段により求めた量子化ステップサイズで入力信号をあらかじめ量子化する手段と、このあらかじめ量子化する手段により得られた各小ブロックの量子化レベルから公約数を算出する手段と、この公約数と前記量子化制御手段により求めた量子化ステップサイズとから、前記符号化手段に出力するための量子化に用いる実際の量子化ステップサイズを決定する手段とを備えたことを特徴とするディジタル信号符号化装置が提供される（請求項４）。
【００１８】
前記あらかじめ量子化する手段と前記量子化手段とは別個に設けられてもよく（請求項５）、少なくとも一部を共通化してもよい。
【００１９】
前記あらかじめ量子化する手段と前記量子化手段との少なくとも一部を共通化する構成の一例として、前記公約数を算出する手段があらかじめ定められた値が公約数であるかどうかを判定する手段を含み、前記量子化手段は、前記あらかじめ量子化する手段と共通の量子化部と、この量子化部の出力する量子化レベルを前記あらかじめ定められた値により除算する手段と、前記判定する手段により前記あらかじめ定められた値が公約数であると判定されたときには前記除算する手段の出力を選択し、それ以外のときには前記量子化部の出力を選択する手段とを含む構成とすることができる（請求項６）。この構成において、前記判定する手段により前記あらかじめ定められた値が公約数であると判定されたときには前記量子化制御手段の求めた量子化ステップサイズの値に前記あらかじめ定められた値を乗算し、それ以外のときには前記量子化ステップサイズの値をそのまま、量子化ステップサイズに関する情報として前記符号化手段に供給する手段を備えることができる（請求項７）。
【００２０】
本発明は、信号処理プロセッサに前記第一の観点の方法を実行させるためのプログラムとして（請求項８）、あるいは信号処理プロセッサを前記第二の観点の装置として機能させるためのプログラムとして（請求項９）実施でき、さらに、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として実施することもできる（請求項１０）。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第一の実施形態を示すブロック構成図であり、図５に示した符号化側５０１の量子化部５０４と量子化制御部５１２との間に付加される構成例を示す。この実施形態は、量子化部５０４に入力される信号が分岐されて入力され、この入力信号を量子化制御部５１２であらかじめ決定した基準となる量子化ステップサイズで小ブロックを量子化する量子化部１１と、小ブロック内の量子化レベルから公約数を算出する量子化レベル公約数算出部１２と、基準量子化ステップサイズと公約数から新たな量子化ステップサイズを算出する量子化ステップサイズ算出部１３とを備える。
【００２２】
図２は量子化ステップサイズ決定までの処理の流れを示す。まず、従来の量子化ステップサイズ算出と同様に、基準量子化ステップサイズＱｐを算出する（Ｓ２１）。次に、基準量子化ステップサイズＱｐで、一度、小ブロック（サイズＮ）に分割された入力信号ｄ（ｘ）  （ｘ＝１，  ２，  ．．．，  Ｎ）の量子化を行い、量子化レベルｑ（ｘ）を算出する（Ｓ２２）。続いて、量子化レベルｑ（ｘ）について、１以外の公約数ａを算出する（Ｓ２３）。ここで、１以外の公約数が存在しない場合は処理を終了し、量子化ステップサイズの再計算は行わない（Ｓ２４）。１以外の公約数が存在した場合は、算出した公約数ａと基準量子化ステップサイズを越えない最大の公約数を選択する（Ｓ２５）。
【００２３】
たとえば、基準量子化ステップサイズＱｐと公約数ａとの積から新たな量子化ステップサイズＱｎｅｗを算出している場合、最大公約数ａｍａｘは、次式から求められる。
ａｍａｘ  ＝  ｍａｘ（ａｉ）  （｛ａｉ  ：  Ｑｍａｘ  ≧  Ｑｐ・ａｉ｝）      ．．．（５）
ここで、Ｑｍａｘは最大量子化ステップサイズである。
【００２４】
このようにして、本発明により、量子化した結果を考慮した量子化ステップサイズの決定が可能となる。
【００２５】
図３は本発明の別の実施形態を示す。ここでは、符号化方式として、ＭＰＥＧ−２のような動き補償付きフレーム間予測符号化＋離散コサイン変換方式を想定する。また、構成を簡単化するため、公約数に２が含まれているかどうかのみ判定する。
【００２６】
この実施形態は、図５に示した符号化側５０１と同様に、減算器３０１、ＤＣＴ部３０２、量子化部３０３、符号化器３０４、逆量子化部３０５、ＩＤＣＴ部３０６、加算器３０７、フレームメモリ３０８、動き検出部３０９、動き補償部３１０および量子化制御部３１１を備え、図５の各部と同様に動作する。
【００２７】
図３に示す実施形態はさらに、量子化部３０３と符号化器３０４との間に量子化レベル判定部３１２、１／２倍部３１３およびスイッチ３１４を備え、量子化制御部３１１から符号化器３０４への量子化ステップサイズ情報の信号経路に、２倍部３１５およびスイッチ３１６を備える。
【００２８】
量子化レベル判定部３１２は、図１に示した量子化レベル公約数算出部１２に対応しているが、公約数を２に限定したことから公約数そのものを算出する必要がなく、小ブロック内の量子化レベルｑ（ｘ）が全て偶数になっているかを判定する。二つのスイッチ３１４、３１６は、量子化レベル判定部３１２の結果により制御される。図１の実施形態では、基本量子化ステップサイズＱｐと新たな量子化ステップサイズＱｎｅｗでの量子化のために二つの量子化部１１、５０４が必要であったが、図３の実施形態では、新たな量子化ステップサイズＱｎｅｗの量子化について、量子化レベルｑ（ｘ）を１／２倍部３１３で１／２倍することで実現している。加えて、量子化レベル判定部３１２の結果に基づき、符号化対象となる量子化レベルを切り替えている。図１の実施形態における量子化ステップサイズ算出部１３は、基準量子化ステップサイズＱｐを２倍にする２倍部３１５と、スイッチ３１６での切り替えにより実現している。
【００２９】
図４は本実施形態の処理の流れを示す。まず、基準量子化ステップサイズＱｐでＤＣＴ係数を量子化する（Ｓ４１）。続いて、小ブロック内の量子化レベルｑ（ｘ）がすべて偶数になっているかを判定する（Ｓ４２）。量子化レベルに奇数が１つでも含まれている場合は、処理を終了し（Ｓ４３）、従来と同様の符号化処理を行なう。判定結果が全て偶数の場合、基準量子化ステップサイズを２倍し、
Ｑｎｅｗ  ＝  Ｑｐ・２      ．．．（６）
とする（Ｓ４４）。ここで、Ｑｎｅｗ＞Ｑｍａｘとなる場合（Ｓ４５）、基準量子化ステップサイズＱｐと量子化レベルｑ（ｘ）とをそのまま符号化器３０４に送る。それ以外の場合は、量子化レベルを１／２倍し、
ｑ’（ｘ）  ＝  ｑ（ｘ）／２      ．．．（７）
とする（Ｓ４６）。
【００３０】
このような方法により、小ブロック内の量子化レベルが全て偶数の場合、量子化ステップサイズを２倍にすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明では、基準量子化ステップサイズでの量子化レベルにより、新たな量子化ステップサイズを決定する。これにより、量子化誤差を増加させることなく、量子化レベルを小さくでき、符号化効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態を示すブロック構成図。
【図２】量子化ステップサイズ決定までの処理の流れを示す図。
【図３】本発明の別の実施形態を示すブロック構成図。
【図４】処理の流れを示す図。
【図５】従来例の映像符号化伝送装置のブロック構成図。
【符号の説明】
１１  量子化部
１２  量子化レベル公約数算出部
１３  量子化ステップサイズ算出部
３０１、５０２  減算器
３０２、５０３  ＤＣＴ部
３０３、５０４  量子化部
３０４、５０５  符号化器
３０５、５０６、５１５  逆量子化部
３０６、５０７、５１６  ＩＤＣＴ部
３０７、５０８、５１７  加算器
３０８、５０９、５１８  フレームメモリ
３０９、５１０  動き検出部
３１０、５１１、５１９  動き補償部
３１１、５１２  量子化制御部
３１２  量子化レベル判定部
３１３  １／２倍部
３１４、３１６  スイッチ
３１５  ２倍部
５０１  符号化側
５１３  復号側
５１４  復号器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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