(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
輝度信号（Ｙ）と２つの色差信号（Ｐｂ，Ｐｒ）とにより構成されるカラー画像信号を符号化するカラー画像符号化装置であって、
符号化すべきカラー画像信号を所定の画素数のブロックに分割する分割手段と、
分割されたカラー画像信号について、各ブロック毎に直交変換して変換係数を出力する直交変換手段と、
量子化制御情報に基づき、前記直交変換係数を量子化して量子化値を出力する量子化手段と、
量子化値を符号化して符号化データを出力する符号化手段と、
符号化データから発生符号量を計数する発生符号量計数手段と、
各ブロックの輝度信号及び２つの色差信号を受け取り、視覚特性に基づく制御情報を出力する視覚特性演算手段と、
前記発生符号量計数手段及び視覚特性演算手段からの出力情報に基づいて量子化制御情報を出力する量子化制御手段とを具えるカラー画像符号化装置において、
前記視覚特性演算手段は、各ブロックの輝度信号の分散値を算出する手段と、  輝度信号の直流成分を出力する手段と、輝度信号及び２つの色差信号から三原色ＲＧＢの直流成分を測定する手段と、前記輝度信号の直流成分と三原色ＲＧＢの直流成分との比率を演算する手段とを有し、
前記量子化制御手段は、輝度信号の分散値と発生符号量とに基づいて量子化制御情報（Ｑ０）を発生する量子化制御情報発生手段と、前記輝度信号の直流成分と三原色の直流成分との比率を用いて量子化制御情報を補正する手段とを有し、補正された量子化制御情報（Ｑ）を量子化手段に供給することを特徴とするカラー画像信号符号化装置。
【請求項２】
前記視覚特性演算手段は、輝度信号の直流成分と三原色の直流成分との比率のうち最小値又は最大値（Ｎ）を求める手段と、当該最小値又は最大値（Ｎ）を変数として含む関数ｆ（Ｎ）を発生する手段とをさらに有し、
前記量子化制御手段は、前記関数ｆ（Ｎ）を用いて前記量子化制御情報（Ｑ０）を補正することを特徴とする請求項１に記載のカラー画像信号符号化装置。
【請求項３】
請求項２に記載のカラー画像信号符号化装置において、前記関数ｆ（Ｎ）として、ｋを０＜ｋ≦１の値をとる係数とした場合に、ｆ（Ｎ）＝ｋ（Ｎ−１）＋１で表される関数を用いることを特徴とするカラー画像信号符号化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は適応量子化を用いたカラー画像符号化装置、特に色再現性に優れたカラー画像符号化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静止画や動画像等の画像データを小領域に分割し、人間の視覚特性を考慮して小領域毎に量子化値を適応的に与えることにより、画像を高品質に圧縮符号化する画像符号化方式が広く普及している。このような符号化方式として、静止画についてはJPEGが規定され、動画像についてはMPEG−1,2,4が国際標準として規定されている。 MPEG−2では、入力された画像は16×16画素のマクロブロックに分割され、輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｐb,Ｐrとの組に分割される。さらに、マクロブロックは、8×8画素の小ブロックに分割される。各小ブロックの画素データは直交変換され、直交変換係数が量子化される。直交変換係数の量子化値はマクロブロック毎に1つ与えられ、マクロブロックに含まれる複数の小ブロックの全てが同一の量子化値で符号化される。
【０００３】
ＴＭ５（Test Model 5, ISO/IEC JTC1/SC29/WG11/NO400, MPEG93/475）に代表されるように、従来のMPEG−2ビデオ準拠の動画像符号化方法では、圧縮符号化データの符号量は量子化値により制御されている。量子化値を大きくすれば発生符号量は減少し量子化値を小さくすれば発生符号化量は増大するので、目標符号量と過去の符号量とを比較し、平均符号量が目標符号量に近くなるように適応的に発生符号量が制御されている。量子化の際、量子化値を大きくすると画質は低下するが、人間の視覚特性を考慮し、劣化が検知され易い領域と検知されにくい領域とで量子化値を相違させることにより視覚的な画質の向上が図られている。例えば、人間の視覚特性として、周波数の高い領域は周波数の低い領域よりも劣化が検知されにくい特性がある。この視覚特性を考慮し、各マクロブロックの輝度成分の分散値（アクティビティ）を算出し、分散値の小さい領域は劣化が検知され易いため量子化値が小さくなるように制御し、分散値の大きい領域については劣化が検知されにくいため、量子化値が大きくなるように制御されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した輝度信号の分散値に基づいて量子化値を制御する方法は、人間の視覚特性に適合し、画質劣化を視覚的に目立ちにくくする利点が達成される。しかしながら、色再現性に十分な考慮が払われていないため、カラー画像の再現性に難点があり、特に彩度の高い領域の画質が低下する問題が生じていた。彩度の高い領域の画質を改善する方法として、R-Y色差信号から赤色信号成分を含む領域を検出し、赤色成分の高い領域のブロックの輝度信号の圧縮率を低くする方法が提案されているが（例えば、特開平8-34055号公報参照）、複雑な閾値処理を行って赤色成分の高い領域を特定しなければならず、符号化処理が複雑になる欠点があった。
【０００５】
本発明の目的は、カラー再現性に優れたカラー画像符号化装置を実現することにある。
本発明の別の目的は、彩度の高い領域の画質低下を抑制したカラー画像符号化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるカラー画像符号化装置は、輝度信号（Ｙ）と２つの色差信号（Ｐｂ，Ｐｒ）とにより構成されるカラー画像信号を符号化するカラー画像符号化装置であって、
符号化すべきカラー画像信号を所定の画素数のブロックに分割する分割手段と、
分割されたカラー画像信号について、各ブロック毎に直交変換して変換係数を出力する直交変換手段と、
量子化制御情報に基づき、前記直交変換係数を量子化して量子化値を出力する量子化手段と、
量子化値を符号化して符号化データを出力する符号化手段と、
符号化データから発生符号量を計数する発生符号量計数手段と、
各ブロックの輝度信号及び２つの色差信号を受け取り、視覚特性に基づく制御情報を出力する視覚特性演算手段と、
前記発生符号量計数手段及び視覚特性演算手段からの出力情報に基づいて量子化制御情報を出力する量子化制御手段とを具えるカラー画像符号化装置において、
前記視覚特性演算手段は、各ブロックの輝度信号の分散値を算出する手段と、  輝度信号の直流成分を出力する手段と、輝度信号及び２つの色差信号から三原色ＲＧＢの直流成分を測定する手段と、前記輝度信号の直流成分と三原色ＲＧＢの直流成分との比率を演算する手段とを有し、
前記量子化制御手段は、輝度信号の分散値と発生符号量とに基づいて量子化制御情報（Ｑ０）を発生する量子化制御情報発生手段と、前記輝度信号の直流成分と三原色の直流成分との比率を用いて量子化制御情報を補正する手段とを有し、補正された量子化制御情報（Ｑ）を量子化手段に供給することを特徴とする。
【０００７】
従来の符号化方法では、色成分による符号化劣化が考慮されていないため、彩度の高い画像領域の劣化が顕著になる欠点があった。また、同一の彩度の領域であっても、黄（Ｒ＋Ｇ）、緑（Ｇ）、マゼンダ（Ｒ＋Ｂ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の順序で劣化が目立っていた。そこで、本発明では、輝度信号Ｙの寄与度だけでなく、三原色ＲＧＢの寄与度も考慮して量子化値を補正ないし制御する。すなわち、輝度信号の直流成分と三原色ＲＧＢの直流成分との比率を算出し、得られた比率のうち最も強く寄与している色の比率（Ｎ）を求め、求めた比率を用いて又は比率を変数として含む関数を用いて量子化制御情報を補正ないし補償する。この結果、彩度の高い画像領域について、その寄与度に応じて量子化値が制御されることになり、彩度の高い画像領域の符号化劣化を抑制することができる。
【０００８】
本発明によるカラー画像信号符号化装置の好適実施例は、関数ｆ（Ｎ）として、ｋを０＜ｋ≦１の値をとる係数とした場合に、ｆ（Ｎ）＝ｋ（Ｎ−１）＋１で表される関数を用いることを特徴とする。当該関数値を補正用のパラメータとして用いる場合、係数ｋの値を適切に選択することにより、色再現性に対する寄与率を適切に設定することができる。
【０００９】
本発明によるカラー画像信号符号化装置に別の好適実施例は、三原色ＲＧＢの直流成分を測定する手段は、以下の変換式、
Ｒ＝Ｙ＋1.5748Ｐｒ
Ｇ＝Ｙ−0.1873Ｐｂ −0.4681Ｐｒ 
Ｂ＝Ｙ＋1.8556Ｐｂ 
を用いて三原色の直流成分を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、輝度信号に対する三原色ＲＧＢの寄与率を考慮して、量子化制御情報を補正しているので、彩度の高い画像領域の符号化劣化を適切に抑制することができ、カラー再現性に優れたカラー画像符号化装置を実現することできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明によるカラー画像符号化装置の一例を示す線図である。本例では、MPEG-2映像符号化（ISO/IEC13818-2）に適合した例について説明する。符号化すべきカラー画像信号は、輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｐｂ，Ｐｒとで構成される。カラー画像信号は、分割手段１に入力し、16×16画素のマクロブロックに分割した後、さらにY信号及び2つの色差信号の各信号について8×8画素を単位とする信号に分割され、ブロック化された画像信号とする。
【００１２】
ブロック化された画像信号は、直交変換器２により各ブロック毎に直交変換され、その変換係数を量子化器３に供給する。尚、変換方式として、DCT（離散コサイン変換）を用いる。
【００１３】
量子化器３は、量子化制御部４から供給される量子化制御情報（又は、量子化幅）に基づいて変換係数を量子化して量子化値を出力して可変長符号化器５に供給する。量子化値は各マクロブロックについて１つ与えられ、マクロブロックに含まれる複数の全てのブロックが同一の量子化値で符号化され、符号化器５から符号化データを出力する。
【００１４】
ブロック化された画像信号は視覚特性演算部６にも供給され、ブロック化された画像信号について人間の視覚特性に応じた演算処理が行われ、視覚特性に基づく制御情報を量子化制御部６に供給する。符号化器５から出力される符号化データは発生符号化量係数部７に供給され、発生符号化量が量子化制御部４に供給する。量子化制御部４は、視覚特性演算部６から供給される視覚特性制御情報と発生符号量係数部７から供給される発生符号量とを用いて演算処理し、量子化制御情報を量子化器３に供給する。
【００１５】
図２は視覚特性演算部６の一例を示す線図である。輝度信号Ｙは、輝度信号分散値測定部１０に供給され、輝度信号の分散値（アクティビティ）が測定され、輝度信号分散値情報として量子化制御部４に供給する。また、輝度信号は直流成分測定部１１にも供給され、輝度信号の直流成分を検出する。尚、直流成分は、マクロブロックの平均値を表すものとする。
【００１６】
Ｙ信号及び２つの色差信号Ｐｒ，Ｐｂ   は受像三原色ＲＧＢの直流成分（マクロブロックの平均値）を測定するＲＧＢ直流成分測定部１２に供給する。ＲＧＢ直流成分測定部１２は、一例として以下の変換式に基づいて伝送三原色の直流成分［Ｒ］，［Ｇ］，［Ｂ］を求める。
Ｙ ＝ＣｒＲ＋ＣｇＧ＋ＣｂＢ
Ｐｒ＝（Ｂ−Ｙ）／{２（１−Ｃｂ  ）}                                 （１）
Ｐｂ＝（Ｒ−Ｙ）／{２（１−Ｃｒ  ）}
ここで、Ｃｒ＋Ｃｇ＋Ｃｂ  ＝１であり、ITU-R Rec.BT.709の場合、Ｃｒ ＝0.2126、Ｃｇ ＝0.7152、Ｃｂ ＝0.0722である。
上記（１）式より、三原色ＲＧＢは以下の式で表される。
Ｒ＝Ｙ＋1.5748Ｐｒ
Ｇ＝Ｙ−0.1873Ｐｂ −0.4681Ｐｒ                                       （２）
Ｂ＝Ｙ＋1.8556Ｐｂ 
ＲＧＢ直流成分測定部１２は、入力したＹ信号及び２つの色差信号Ｐｒ，Ｐｂ  から式（２）を用いて三原色ＲＧＢの輝度値を求め、求めた輝度値からマクロブロックの平均値である直流成分［Ｒ］，［Ｇ］，［Ｂ］を求める。尚、上記変換式の数値は一例であり、各種画像符号化方式に対応した変換式の数値が用いられ、例えばＤＶＤのＮＴＳＣ方式の場合、ITU-R Rec. BT.601において  Ｃｒ＝0.299、Ｃｇ＝0.587、Ｃｂ＝0.114が用いられる。
【００１７】
求めたＲＧＢの直流成分は、比率測定部１３に供給する。この比率測定部１３には輝度信号の直流成分［Ｙ］も入力する。この比率測定部１3においては、輝度信号の直流成分［Ｙ］と三原色ＲＧＢの直流成分［Ｒ］，［Ｇ］，［Ｂ］との比率、［Ｙ］／［Ｒ］、［Ｙ］／［Ｇ］、及び［Ｙ］／［Ｂ］をそれぞれ求める。この輝度信号に対する比率を求めることにより、ブロック中の彩度の高い画素が占める相対的な割合が求められる。すなわち、例えば、比率［Ｙ］／［Ｒ］が一番小さい場合、当該ブロックは、彩度の高い赤の画素が占める割合が高いことを意味する。一方、比率［Ｙ］／［Ｒ］の値が相対的に大きい場合、当該ブロックは、赤の画素が占める割合が小さいことを意味する。
【００１８】
求めた３つの比率［Ｙ］／［Ｒ］、［Ｙ］／［Ｇ］、及び［Ｙ］／［Ｂ］は最小値検出部１４に供給し、３つの比率のうち最も小さい比率の値をＮとして検出する。すなわち、Ｎ＝min{［Ｙ］／［Ｒ］，［Ｙ］／［Ｇ］，［Ｙ］／［Ｂ］}を求める。
【００１９】
求めた最小値Ｎは、パラメータ発生部１５に供給する。このパラメータ発生部１５は、関数ｆ（Ｎ）＝ｋ（Ｎ−１）＋１  （０＜ｋ≦１）を有し、この関数に最小値Ｎを挿入して、パラメータｆ（Ｎ）を発生する。このパラメータは、輝度信号分散値と共に量子化制御部４に供給する。上記関数ｆ（Ｎ）は、カラーの影響すなわち彩度による劣化の改善を図る場合、係数ｋの値を大きく設定し、彩度の高い画素が占める割合の高いブロックについて量子化値が小さくなるように作用する。一方、カラーに対する補正ないし補償作用を小さくする場合係数ｋの値を小さく設定する。
【００２０】
図３は、量子化制御部４の一例を示す線図である。視覚特性演算部から供給される輝度信号分散値及び発生符号量係数部から供給される発生符号量は量子化制御情報発生部２０に供給する。この量子化制御情報発生部２０は、前のブロックの符号量と輝度信号の分散値とに基づいて量子化制御情報Ｑ０を発生する。すなわち、目標符号量と過去の符号量とを比較して平均符号量が目標符号量に近くなるように制御すると共に、輝度信号の分散値が大きいブロックについては量子化値が大きくなるように制御し輝度信号の分散値が小さいブロックについては量子化値が小さくなるように制御する。例えば、過去のマクロブロックの分散値の平均と当該マクロブロックの分散値の平均との比を目標符号量から求まる量子化値に乗算して量子化制御情報を発生する。尚、量子化制御情報発生部２０は、MPEG-2に準拠した既存の量子化制御情報発生手段を用いることができる。
【００２１】
量子化制御情報Ｑ０ 及びパラメータｆ（Ｎ）は、補正部２１に供給する。この補正部２１は、例えば乗算器で構成することができ、量子化制御情報Ｑ０ にパラメータｆ（Ｎ）を乗算して、パラメータｆ（Ｎ）によりカラー補正された量子化制御情報Ｑを出力することができる。すなわち、従来の符号化装置により得られる量子化制御情報Ｑ０に、例えば彩度の高い画素が占める割合を表す情報であるパラメータｆ（Ｎ）を乗算することにより、彩度の高い画素が占める割合の高いブロックないし領域について、その割合に応じて量子化値が補正ないし補償されるため、彩度の高い領域の劣化を改善することができる。例えば、彩度の高い画素が占める割合の高いブロックについては、量子化制御情報Q0 に対して量子化値が小さくなるように関数ｆ(N)を用いて量子化制御情報を補正することにより、彩度の高いブロックの画質の劣化を改善することができる。
【００２２】
本発明は上述した実施例だけに限定されず、種々の変更や変形が可能である。例えば、上述した実施例では、量子化制御情報にパラメータｆ（Ｎ）を乗算する構成を採用したが、量子化制御情報にパラメータｆ（Ｎ）を加算することにより量子化制御情報を補正することも可能である。また、補正用のパラメータの生成方法は一例であり、輝度信号の直流成分と三原色ＲＧＢの直流成分との比率を用いて種々の補正用のパラメータを生成することも可能である。
【００２３】
さらに、上述した実施例では、輝度信号の直流成分と三原色ＲＧＢの直流成分との比率として、{［Ｙ］／［Ｒ］，［Ｙ］／［Ｇ］，［Ｙ］／［Ｂ］}を用いたが、{［Ｒ］／［Ｙ］，［Ｇ］／［Ｙ］，［Ｂ］／［Ｙ］}を用いることもでき、この場合これらの比率のうち最大値をＮとして用いる。
【００２４】
さらに、上述した実施例では、１つのマクロブロックについて輝度信号と三原色ＲＧＢとの比率を算出したが、マクロブロックを４分割又は１６分割、あるそれ以上に細分割した領域ないしブロックを用いて比率を算出することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるカラー画像信号符号化装置の一例を示す線図である。
【図２】視覚特性演算部の一例を示す線図である。
【図３】量子化制御部の一例を示す線図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  分割手段
２  直交変換器
３  量子化器
４  量子化制御部
５  符号化器
６  視覚特性演算部
７  発生符号量係数部
１０  輝度信号分散値測定部
１１  直流成分測定部
１２  ＲＧＢ直流成分測定部
１３  比率測定部
１４  最小値検出部
１５  パラメータ発生部
２０  量子化制御情報発生部
２１  補正部
【図１】
0004714044.tif 000002
【図２】
0004714044.tif 000003
【図３】
0004714044.tif 000004