(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化された画像信号が所望のビツトレートとなる量子化ステツプを予測し、その予測結果に基づいて上記画像信号を量子化する量子化方法において、
上記画像信号が所定のブロツク単位でシヤフリングされた結果得られる複数の上記ブロツク単位でなる画像部分から所定の等長化単位を形成し、
上記等長化単位を構成する上記ブロツク単位のデータを複数の量子化ステツプで量子化し、
上記複数の量子化ステツプでそれぞれ量子化された複数の量子化出力の各符号長を上記等長化単位分にわたつてそれぞれ積算し、複数の積算値の中で上記等長化単位での目標符号長に最も近い２つの積算値の間を直線近似して、所望のビツトレートを満足する上記ブロツク単位の目標符号長を割り当て、
上記割り当てられた上記ブロツク単位の目標符号長を満足する量子化ステツプを決定し、
上記決定された量子化ステツプによつて上記ブロツク単位のデータを量子化する
ことを特徴とする量子化方法。
【請求項２】
上記量子化方法は、
上記ブロツク単位のデータについて画像情報の複雑さを検出し、
上記画像情報の複雑さに応じて上記量子化ステツプを切り換える
ことを特徴とする請求項１に記載の量子化方法。
【請求項３】
符号化された画像信号が所望のビツトレートとなる量子化ステツプを予測し、その予測結果に基づいて上記画像信号を量子化する量子化装置において、
上記画像信号が所定のブロツク単位でシヤフリングされた結果得られる複数の上記ブロツク単位でなる画像部分から所定の等長化単位を形成する等長化単位形成手段と、
上記等長化単位を構成する上記ブロツク単位のデータを複数の量子化ステツプで量子化する予測系量子化手段と、
上記複数の量子化ステツプでそれぞれ量子化された複数の量子化出力の各符号長を上記等長化単位分にわたつてそれぞれ積算し、複数の積算値の中で上記等長化単位での目標符号長に最も近い２つの積算値の間を直線近似して、所望のビツトレートを満足する上記ブロツク単位の目標符号長を割り当てる目標符号長決定手段と、
上記割り当てられた上記ブロツク単位の目標符号長を満足する量子化ステツプを決定する量子化ステツプ決定手段と、
上記量子化ステツプ決定手段により決定された量子化ステツプによつて上記ブロツク単位のデータを量子化する量子化手段と
を具えることを特徴とする量子化装置。
【請求項４】
上記量子化装置は、
上記ブロツク単位のデータについて画像情報の複雑さを検出する検出手段を具え、
上記検出手段の検出結果である上記画像情報の複雑さに応じて上記量子化手段による上記量子化ステツプを切り換える
ことを特徴とする請求項３に記載の量子化装置。
【請求項５】
符号化された画像信号が所望のビツトレートとなる量子化ステツプを予測し、その予測結果に基づいて、上記画像信号を量子化する量子化ステツプを決定する量子化ステツプ決定方法において、
上記画像信号が所定のブロツク単位でシヤフリングされた結果得られる複数の上記ブロツク単位でなる画像部分から所定の等長化単位を形成し、
上記等長化単位を構成する上記ブロツク単位のデータを複数の量子化ステツプで量子化し、
上記複数の量子化ステツプでそれぞれ量子化された複数の量子化出力の各符号長を上記等長化単位分にわたつてそれぞれ積算し、複数の積算値の中で上記等長化単位での目標符号長に最も近い２つの積算値の間を直線近似して、所望のビツトレートを満足する上記ブロツク単位の目標符号長を割り当て、
上記割り当てられた上記ブロツク単位の目標符号長を満足する量子化ステツプを決定する
ことを特徴とする量子化ステツプ決定方法。
【請求項６】
符号化された画像信号が所望のビツトレートとなる量子化ステツプを予測し、その予測結果に基づいて、上記画像信号を量子化する量子化ステツプを決定する量子化ステツプ決定装置において、
上記画像信号が所定のブロツク単位でシヤフリングされた結果得られる複数の上記ブロツク単位でなる画像部分から所定の等長化単位を形成する等長化単位形成手段と、
上記等長化単位を構成する上記ブロツク単位のデータを複数の量子化ステツプで量子化する予測系量子化手段と、
上記複数の量子化ステツプでそれぞれ量子化された複数の量子化出力の各符号長を上記等長化単位分にわたつてそれぞれ積算し、複数の積算値の中で上記等長化単位での目標符号長に最も近い２つの積算値の間を直線近似して、所望のビツトレートを満足する上記ブロツク単位の目標符号長を割り当てる目標符号長決定手段と、
上記割り当てられた上記ブロツク単位の目標符号長を満足する量子化ステツプを決定する量子化ステツプ決定手段と
ことを特徴とする量子化ステツプ決定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
発明の属する技術分野
従来の技術（図８）
発明が解決しようとする課題
課題を解決するための手段
発明の実施の形態（図１〜図７）
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像信号符号化方法及び画像信号符号化装置に関し、例えばＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）等に画像信号を記録する際に用いられる画像信号符号化方法及び画像信号符号化装置に適用して好適なものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、ＭＰＥＧ(Moving Pictures Expert Group)規格に代表される画像圧縮方式では、伝送路に送出されるビツトストリームが所望のレートになるように、符号量制御を行つている。従来の符号量制御は、以前の量子化ステツプ及び符号量の関係並びに現在の平均レートに基づいて、量子化ステツプをフイードバツク制御するものである。
【０００４】
すなわち図８は、ＶＴＲにおける画像信号符号化装置を示し、デイジタル入力画像信号が入力端子Ｔ１を介して走査変換マクロブロツク化回路１に供給され、１フレームの画像が数個のＤＣＴブロツクからなる複数のマクロブロツクに分割される。ＭＰＥＧでは、輝度信号は16×16のサイズのブロツクに分割され、色差信号は、４：２：２の場合、Ｃr 、Ｃb ともに８×８のサイズのブロツクに分割され、これら６個のＤＣＴブロツクをまとめて１つのマクロブロツクが形成される。
【０００５】
走査変換マクロブロツク化回路１においてマクロブロツク化されたデータは続くＤＣＴ処理部５においてＤＣＴブロツクごとにＤＣＴ(Discrete Cosine Transform) 処理され、この結果得られる係数データが量子化器６において量子化される。
量子化されたデータ（以下これを量子化レベルと呼ぶ）は可変長符号部７において可変長符号化処理され、バツフア回路８に送出される。バツフア回路８はデータの発生量及び出力ビツトレートを量子化制御回路９に送出する。量子化制御回路９はデータの発生量及び出力ビツトレートを考慮して所定の量子化ステツプを表す量子化インデツクスを決定し、量子化器６の量子化ステツプ（量子化インデツクス）を制御する。
かくしてバツフア回路８から所定のビツトレートでビツトストリームが出力端子Ｔ２に出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところでかかる構成の画像信号符号化装置においては、第１に、バツフア回路８から量子化器６に対してフイードバツク制御を行うことにより、反応速度を速める目的でダンピングを小さくすると振動的となり、ダンピングを大きくすると振動が減少するのに反して反応が遅くなる問題があつた。
また第２に、シーンチエンジのような箇所では瞬間的にレートが大きくなり、再生画像に破綻を来たす等して極端な画像の劣化を生じる問題があつた。
また第３に、所定の決められた枚数のフレームを所定の決められたビツトレートに押さえ込むように制御することが困難であり、例えばテープ状記録媒体にデータを記録する場合にはフレーム単位の長さが不定になりテープ上で画像の切れ目を特定することが困難となる。
【０００７】
これらの問題点を解決するための一つの方法として、フイードフオワード方式で符号量を制御する方法が考えられている。この方法は、所定単位において発生する符号量を複数の量子化インデツクスについて予め計算し、発生符号量が目標符号量を越えない範囲で適切な量子化インデツクスを決定するものである。
【０００８】
かかるフイードフオワード方式の符号量制御においての所定単位としては、ＧＯＰ(Group Of Picture)、フレーム等が考えられる。ＧＯＰは１フレーム以上の画像データであり、ＭＰＥＧ２の場合ではＧＯＰ単位で符号量を制御することが考えられる。
このように符号量を制御する場合、複数の量子化ステツプが互いに異なる固定値であり、その中の一つの量子化ステツプがＧＯＰに対して選択されるために、マクロブロツクごとに復号画像の画質の良否が異なる問題があつた。例えば細かい絵柄のマクロブロツクについては、画質が劣化し、逆に平坦な絵柄のマクロブロツクについては、画質が良好となる。従つて隣接するマクロブロツク間でこのような画質の差が大きい場合には、ブロツク歪が生じる問題がある。
【０００９】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、フイードフオワード方式の符号量制御において画像信号の局所的性質に適応した制御をすることによつて復号画像の画質を向上し得る画像信号符号化方法及び画像信号符号化装置を提案しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、符号化された画像信号が所望のビツトレートとなる量子化ステツプを予測し、その予測結果に基づいて画像信号を量子化する量子化方法において、画像信号が所定のブロツク単位でシヤフリングされた結果得られる複数のブロツク単位でなる画像部分から所定の等長化単位を形成し、等長化単位を構成するブロツク単位のデータを複数の量子化ステツプで量子化し、複数の量子化ステツプでそれぞれ量子化された複数の量子化出力の各符号長を等長化単位分にわたつてそれぞれ積算し、複数の積算値の中で等長化単位での目標符号長に最も近い２つの積算値の間を直線近似して、所望のビツトレートを満足する上記ブロツク単位の目標符号長を割り当て、当該割り当てられたブロツク単位の目標符号長を満足する量子化ステツプを決定し、当該決定された量子化ステツプによつてブロツク単位のデータを量子化するようにする。
【００１１】
また本発明においては、符号化された画像信号が所望のビツトレートとなる量子化ステツプを予測し、その予測結果に基づいて画像信号を量子化する量子化装置において、画像信号が所定のブロツク単位でシヤフリングされた結果得られる複数のブロツク単位でなる画像部分から所定の等長化単位を形成する等長化単位形成手段と、等長化単位を構成するブロツク単位のデータを複数の量子化ステツプで量子化する予測系量子化手段と、複数の量子化ステツプでそれぞれ量子化された複数の量子化出力の各符号長を等長化単位分にわたつてそれぞれ積算し、複数の積算値の中で等長化単位での目標符号長に最も近い２つの積算値の間を直線近似して、所望のビツトレートを満足するブロツク単位の目標符号長を割り当てる目標符号長決定手段と、当該割り当てられたブロツク単位の目標符号長を満足する量子化ステツプを決定する量子化ステツプ決定手段と、量子化ステツプ決定手段により決定された量子化ステツプによつてブロツク単位のデータを量子化する量子化手段とを設けるようにする。
【００１２】
本発明では、画像信号をブロツク単位でシヤフリングすることにより、１画面内に複雑な絵柄の画像部分と平坦な絵柄の画像部分とが存在する場合でも平均的な画面を形成し、この平均的な画面を形成する複数のブロツクの中から所定数のブロツクによつて等長化単位を形成し、等長化単位を構成するブロツク単位のデータを複数の量子化ステツプでそれぞれ量子化することにより得られた複数の量子化出力の各符号長を等長化単位分にわたつてそれぞれ積算し、複数の積算値の中で等長化単位での目標符号長に最も近い２つの積算値の間を直線近似して、所望のビツトレートを満足するブロツク単位の目標符号長を割り当て、その割り当てたブロツク単位の目標符号長を満足する量子化ステツプを決定し、その量子化ステツプによつてブロツク単位のデータを量子化することにより、画面内に局所的に変化する絵柄の粗密が存在する場合でも復号画像の画質劣化を回避することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００１４】
図８との対応部分に同一符号を付して示す図１において画像信号符号化装置２０は、入力端子Ｔ１に入力された画像信号を走査変換／シヤフリング回路２１においてフイールド−フレーム変換の後フレームの形の画像信号を数個のＤＣＴブロツクからなるマクロブロツクに分割する。例えばＭＰＥＧでは輝度信号は16×16、色差信号Ｃr 、Ｃb は（４：２：０）の場合Ｃr 、Ｃb ともに８×８のブロツクに分割し、これら６つのＤＣＴブロツクをまとめて１つのマロクブロツクを形成する。
【００１５】
また当該走査変換／シヤフリング回路２１は、マクロブロツクを形成した後、走査変換用のメモリを用いてこれらのマクロブロツク単位でシヤフリングを行い、複数のマクロブロツクにより形成される等長化単位を作成する。この結果画面上からまんべんなく集められた複数のマクロブロツクによる等長化単位が形成される。
【００１６】
走査変換／シヤフリング回路２１から出力される等長化単位データＤ２１はＤＣＴ処理部２５及びアクテイビテイ検出回路５０にそれぞれ出力される。ＤＣＴ処理部２５は等長化単位データＤ２１をＤＣＴブロツクごとにＤＣＴ処理することにより直流成分から高次交流成分までの係数データＤ２５を得、これを予測系に設けられた複数の量子化器２６Ａ、２６Ｂ、……、２６ｎにそれぞれ出力するとともに、本線系に遅延手段として設けられているＦＩＦＯ(First-In First-Out)回路２２に出力する。
【００１７】
アクテイビテイ検出回路５０は走査変換／シヤフリング回路２１から出力される等長化単位を形成する複数のマクロブロツクについてそれぞれマクロブロツク単位でアクテイビテイを検出する。ここでアクテイビテイとはそのマクロブロツクの画像情報の複雑さ（すなわち画質劣化の見え易さ）であり、例えば色の飽和度をマクロブロツクごとに調べ、当該飽和度が高い場合そのマクロブロツクのアクテイビテイが高いと判断する。
【００１８】
アクテイビテイ検出回路５０は検出されたアクテイビテイに応じた量子化ステツプ制御信号ＣＯＮＴ５０を各量子化器２６Ａ、２６Ｂ、……、２６ｎに送出することにより、当該各量子化器２６Ａ、２６Ｂ、……、２６ｎの量子化ステツプをマクロブロツク単位で切り換える。ここで量子化器２６Ａ、２６Ｂ、……、２６ｎはそれぞれ異なる量子化ステツプで係数データＤ２５を量子化するようになされており、アクテイビテイ検出回路５０において検出されたアクテイビテイが高いとき（すなわち画質の劣化が目立ちそうな場合）には量子化ステツプ制御信号ＣＯＮＴ５０によつて各量子化器２６Ａ、２６Ｂ、……、２６ｎの量子化ステツプの全体を細かくなる方向に変化させ、これに対してアクテイビテイが低いとき（すなわち画質の劣化が目立たない場合）には量子化ステツプ制御信号ＣＯＮＴ５０によつて各量子化器２６Ａ、２６Ｂ、……、２６ｎの量子化ステツプの全体を粗くなる方向に変化させる。
【００１９】
各量子化器２６Ａ、２６Ｂ、……、２６ｎによつて量子化されたデータ（量子化レベル）Ｄ２６Ａ、Ｄ２６Ｂ、……、Ｄ２６ｎはそれぞれ続く変換回路２７Ａ、２７Ｂ、……、２７ｎに送出される。変換回路２７Ａ、２７Ｂ、……、２７ｎは各量子化レベルＤ２６Ａ、Ｄ２６Ｂ、……、Ｄ２６ｎについてそれぞれ可変長符号化したときの符号長を求め、これを符号長データＤ２７Ａ、Ｄ２７Ｂ、……、Ｄ２７ｎとしてそれぞれ続く積算回路５１Ａ、５１Ｂ、……、５１ｎに送出する。因みに変換回路２７Ａ、２７Ｂ、……、２７ｎにおいて各符号長データＤ２７Ａ、Ｄ２７Ｂ、……、Ｄ２７ｎを求める場合、実際に可変長符号化する必要はなく、可変長符号化した際の符号長が分かれば良い。
【００２０】
積算回路５１Ａ、５１Ｂ、……、５１ｎはそれぞれ符号長データＤ２７Ａ、Ｄ２７Ｂ、……、Ｄ２７ｎを等長化単位分積算した後、目標符号長決定回路５４に送出する。また各変換回路２７Ａ、２７Ｂ、……、２７ｎから出力される各符号長データＤ２７Ａ、Ｄ２７Ｂ、……、Ｄ２７ｎはそれぞれ各積算回路５１Ａ、５１Ｂ、……、５１ｎに対応して設けられているＦＩＦＯ回路５２Ａ、５２Ｂ、……、５２ｎに送出され、積算回路における積算時間分だけ遅延して目標符号長決定回路５４に送出される。
【００２１】
目標符号長決定回路５４は各積算回路５１Ａ、５１Ｂ、……、５１ｎにおいて積算した結果に基づいてマクロブロツクごとに目標符号長を決定する。この実施例においては直線近似によつて目標符号長を割り当てる手法を用いる。例えば画像信号符号化装置２０の各量子化器２６Ａ、２６Ｂ、……、２６ｎの量子化ステツプの総数は０〜31の32個であり、量子化器の個数（ｎ）が５であるとする。
【００２２】
このとき各量子化器ｊ（５つの量子化器２６Ａ〜２６ｎ（ｎ＝Ｅ）のうち所定の量子化器）の量子化ステツプを表す量子化インデツクスをｑ〔ｊ〕とすると、５つの量子化器ｊ（ｊ＝１、２、３、４、５）の各量子化インデツクスについて図２に示すような割り当てとする。
【００２３】
量子化器ｊによるｉ番目のマクロブロツクの符号長をｌｌ（ｉ、ｑ〔ｊ〕）とすると、量子化器ｊ（ｊ＝１、２、３、４、５）による１等長化単位分の符号量の積算値Σi ｌｌ（ｉ、ｑ〔ｊ〕）は、図３に示すように各量子化器ｊにおいて量子化インデツクスが異なる分、異なる積算値となる。因みに図３において縦軸は符号長を示し、横軸は量子化器ｊを示す。またｔｇｔは目標とする符号長を示し、入力端子５４Ａを介して外部から入力される。この１等長化単位での目標符号長ｔｇｔは、当該符号長ｔｇｔを満足すれば１画面（１フレーム）単位での目標符号長を満足し得るように設定されている。
【００２４】
図３において各量子化器ｊ（ｊ＝１、２、３、４、５）で量子化された結果得られる１等長化単位の符号長はそれぞれΣi ｌｌ（ｉ、ｑ〔１〕）〜Σi ｌｌ（ｉ、ｑ〔５〕）となり、目標符号長ｔｇｔは、第３の量子化器ｊ（ｊ＝３）により量子化されたときの符号長Σi ｌｌ（ｉ、ｑ〔３〕）と第４の量子化器ｊ（ｊ＝４）により量子化されたときの符号長Σi ｌｌ（ｉ、ｑ〔４〕）との間にあることになる。
【００２５】
従つて目標符号長ｔｇｔを得ることができる量子化インデツクスｑ〔ｊ〕は第３の量子化器ｊ（ｊ＝３）に割り当てられた量子化インデツクスｑ〔３〕＝１５と第４の量子化器ｊ（ｊ＝４）に割り当てられた量子化インデツクスｑ〔４〕＝２３との間にあることが分かる。よつて図３において符号長Σi ｌｌ（ｉ、ｑ〔３〕）と符号長Σi ｌｌ（ｉ、ｑ〔４〕）との間を直線近似すれば、目標符号長ｔｇｔを満足するマクロブロツクごとの目標符号長を求めることができる。
【００２６】
従つてマクロブロツクｉの目標符号長をｌｌ（ｉ）とすると、この目標符号長ｌｌ（ｉ）は、次式、
【数１】
0004404232.tif 000002
によつて算出される。
【００２７】
ここで、（Σk ｌｌ（ｋ、ｑ〔３〕）−ｔｇｔ）は、第３の量子化器ｊ（ｊ＝３）によるｋ番目のマクロブロツクまでの積算符号長からターゲツト（ｔｇｔ）の符号長を減算した符号長を意味し、ｌｌ（ｉ、ｑ〔４〕）は、第４の量子化器ｊ（ｊ＝４）によるｉ番目のマクロブロツクの符号長を意味し、（ｔｇｔ−Σk ｌｌ（ｋ、ｑ〔４〕）は、ターゲツト（ｔｇｔ）の符号長と第４の量子化器ｊ（ｊ＝４）によるｋ番目のマクロブロツクまでの積算符号長との減算結果を意味し、ｌｌ（ｉ、ｑ〔３〕）は、第３の量子化器ｊ（ｊ＝３）によるｉ番目のマクロブロツクの符号長を意味し、Σk （ｋ、ｑ〔３〕）は、第３の量子化器ｊ（ｊ＝３）によるｋ番目のマクロブロツクまでの符号長を意味し、Σk ｌｌ（ｋ、〔４〕）は、第４の量子化器ｊ（ｊ＝４）によるｋ番目のマクロブロツクまでの符号長を意味する。
【００２８】
かくして目標符号長決定回路５４において、上述の（１）式から、等長化単位の目標符号長ｔｇｔを満足するようなマクロブロツクｉの目標符号長データｌｌ（ｉ）が決定されると、当該目標符号長決定回路５４はこれを目標符号長決定データＤ５４Ａとして本線系に設けられた量子化ステツプ決定手段としての二分探索回路６０に送出する。また目標符号長決定回路５４は、ｍｉｎj （ｌｌ（ｉ、ｑ〔ｊ〕）≦ｌｌ（ｉ））を満足する量子化インデツクスｑ〔ｊ〕を上述の目標符号長データｌｌ（ｉ）とともに目標符号長決定データＤ５４Ａとして二分探索回路６０に送出する。
【００２９】
ここで二分探索回路６０が設けられた本線系には、ＤＣＴ処理部２５から出力される係数データＤ２５をＦＩＦＯ回路２２に入力し、目標符号長決定回路５４を有する予測系における処理時間分だけ当該係数データＤ２５を遅延させた後、これを二分探索回路６０に送出するとともに、当該二分探索回路６０の処理時間分だけ入力データを遅延させるＦＩＦＯ回路５３に送出する。
図４は二分探索回路６０における二分探索方法を示し、横軸に量子化インデツクスを表すとともに縦軸に符号長を表す当該グラフにおいて、ｑ０〜ｑ３１（ｑ〔ｊ〕＝０を量子化インデツクスｑ０、ｑ〔ｊ〕＝３１を量子化インデツクスｑ３１とする）までの３２個の量子化インデツクスによりマクロブロツクｉを量子化しさらにこれを可変長符号化したときの符号長をプロツトした状態を表す。
【００３０】
ここで目標符号長データｌｌ（ｉ）を満足する最小の量子化インデツクスデータｑ、すなわちｑｉ＝ｍｉｎj （ｌｌ（ｉ、ｑ〔ｊ〕）≦ｌｌ（ｉ））の解を二分探索法によつて求める。
まず第１の処理手順（ＳＴＥＰ１）として、図４のグラフにおいて解はｑ０からｑ３１までの中に存在することが分かり、その解の範囲を二分する点（ｑ１５）での符号量を求める。この結果、ｌｌ（ｉ、ｑ１５）＞ｌｌ（ｉ）であることにより、解はｑ１６からｑ３１までの範囲に存在することが分かる。
【００３１】
従つて第２の処理手順（ＳＴＥＰ２）として、第１の処理手順において求められた解の存在範囲（ｑ１６〜ｑ３１）を二分する点（ｑ２３）の符号量を求める。この結果、ｌｌ（ｉ、ｑ２３）≦ｌｌ（ｉ）であることにより、解はｑ１６からｑ２３までの範囲に存在することが分かる。
【００３２】
従つて第３の処理手順（ＳＴＥＰ３）として、第２の処理手順において求められた解の存在範囲（ｑ１６〜ｑ２３）を二分する点（ｑ１９）の符号量を求める。この結果、ｌｌ（ｉ、ｑ１９）≦ｌｌ（ｉ）（実際にはｌｌ（ｉ、ｑ１９）＝ｌｌ（ｉ））であることにより、解はｑ１６からｑ１９までの範囲に存在することが分かる。
【００３３】
従つて第４の処理手順（ＳＴＥＰ４）として、第３の処理手順において求められた解の存在範囲（ｑ１６〜ｑ１９）を二分する点（ｑ１７）の符号量を求める。この結果、ｌｌ（ｉ、ｑ１７）＞ｌｌ（ｉ）であることにより、解はｑ１８からｑ１９までの範囲に存在することが分かる。
【００３４】
従つて第５の処理手順（ＳＴＥＰ５）として、第４の処理手順において求められた解の存在範囲（ｑ１８〜ｑ１９）を二分する点（ｑ１８）の符号量を求める。この結果、ｌｌ（ｉ、ｑ１８）≦ｌｌ（ｉ）（実際にはｌｌ（ｉ、ｑ１８）＝ｌｌ（ｉ））であることにより、解はｑ１８からｑ１８までの範囲、すなわちｑ１８であることが分かる。
【００３５】
このように二分探索法では常に探索ステツプＳＴＥＰ（ｘ）の数ｘは、解の存在範囲をＡＲ（この実施例の場合ｑ０〜ｑ３１である）として、次式、
【数２】
0004404232.tif 000003
となる。
【００３６】
かくして二分探索回路６０は、求められた量子化インデツクスｑ１８を量子化制御信号ＣＯＮＴ６０として量子化器６に送出し、ＦＩＦＯ回路５３を介して量子化器６に入力された係数データＤ２５をこの量子化インデツクスｑ１８を用いて量子化する。これにより量子化器６は、予測系の目標符号長決定回路５４によつて得られたマクロブロツクの目標符号長を満足する量子化レベルデータＤ６を続く可変長符号部７に送出する。
可変長符号部７は量子化レベルデータＤ６を可変長符号化することによつてビツトストリームＤ７を完成させ、これをバツフア回路８を介して所定の出力レートで出力端子Ｔ３に出力する。
【００３７】
因みに図５は３０個のＤＣＴブロツクからなる等長化単位を用いてビツトストリームＤ７を完成させる際のタイミングチヤートを示し、図５（Ａ）はアクテイビテイ検出回路５０の検出出力を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクのアクテイビテイ検出出力を示す。但しこの実施例においては６個のＤＣＴブロツクによつて形成されたマクロブロツク単位でアクテイビテイを検出している。
【００３８】
また図５（Ｂ）はＤＣＴ処理部２５のＤＣＴ出力（係数データＤ２５）を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクのＤＣＴ出力を示す。
また図５（Ｃ）は予測系に設けられた量子化器２６（２６Ａ、２６Ｂ、……、２６ｎ）の量子化出力（量子化レベルデータＤ２６Ａ、Ｄ２６Ｂ、……、Ｄ２６ｎ）を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクの量子化出力を示す。
また図５（Ｄ）は変換回路２７（２７Ａ、２７Ｂ、……、２７ｎ）の変換出力（符号長データＤ２７Ａ、Ｄ２７Ｂ、……、Ｄ２７ｎ）を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクの変換出力を示す。
【００３９】
また図５（Ｅ）は積算回路５１Ａ、５１Ｂ、……、５１ｎの１等長化単位ごとの積算出力を示す。
また図５（Ｆ）は各積算回路５１Ａ、５１Ｂ、……、５１ｎに対応して設けられているＦＩＦＯ回路５２Ａ、５２Ｂ、……、５２ｎの出力を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクのＦＩＦＯ出力を示す。また図５（Ｇ）は目標符号長決定回路５４の目標符号長決定データＤ５４Ａを示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクに対した決定データを示す。
また図５（Ｈ）は本線系に設けられたＦＩＦＯ回路２２の出力を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクのＦＩＦＯ出力を示す。
【００４０】
また図５（Ｉ）は二分探索回路６０の探索出力、すなわちマクロブロツク単位で求められた量子化インデツクスを表す量子化制御信号ＣＯＮＴ６０を示し、例えば（ｎ−１、０）は等長化単位「ｎ−１」の「０」番のＤＣＴブロツクの量子化インデツクスを示す。但しこの実施例の場合、マクロブロツクごとに目標符号長を満足する量子化インデツクスを求めている。
また図５（Ｊ）は本線系に設けられた量子化器６の量子化出力（量子化レベルデータＤ６を示し、例えば（ｎ−１、０）は等長化単位「ｎ−１」の「０」番のＤＣＴブロツクの量子化出力を示す。
また図５（Ｋ）は可変長符号部７の可変長符号化出力（ビツトストリーム）Ｄ７を示し、例えば（ｎ−１、０）は等長化単位「ｎ−１」の「０」番のＤＣＴブロツクの可変長符号化出力を示す。
【００４１】
以上の構成において、画像信号符号化装置２０は、走査変換／シヤフリング回路２１において入力画像信号をマクロブロツク単位でシヤフリングすることにより、例えば１画面内に複雑な画像部分と平坦な画像部分が存在する場合でも、シヤフリングによつて平均的な画面が形成される。
【００４２】
このような画面を形成する複数のマクロブロツクのなかから所定数のマクロブロツクによつて等長化単位を形成することにより、この等長化単位ごとに積算して得られる符号長は１画面の符号長を均等に配分した符号長と見なすことができる。
【００４３】
従つてこの等長化単位を所定の目標符号長ｔｇｔとなるような量子化インデツクスを求め当該量子化インデツクスによつて量子化することにより、１画面（１フレーム）の符号量が目標量となるような量子化インデツクスで本線系の量子化が行われる。
【００４４】
このような符号量制御を等長化単位で行うことにより、例えば予測系に設けられたＦＩＦＯ回路５２Ａ〜５２ｎとしてそれぞれ１等長化単位分の容量のものを用意すれば良く、また積算回路５１Ａ〜５１ｎにおいても同様にして１等長化単位の処理をし得る回路規模で良く、１フレーム分で処理する場合に比べて一段と小規模な回路構成となる。
【００４５】
またアクテイビテイ検出回路５０において等長化単位内のマクロブロツクについてのアクテイビテイを検出し、これにより予測系の量子化器２６の量子化ステツプをマクロブロツク単位で局所的に切り換えることにより、１等長化単位内に含まれる局所的な画像の粗密に応じた量子化レベルによつてマクロブロツクごとの目標符号長が決定される。従つて本線系における復号画像の画質を一段と向上することができる。
【００４６】
因みにシヤフリングによつて形成された等長化単位には画面上のマクロブロツクが平均的に含まれており、これにより各等長化単位ごとにはアクテイビテイの偏りがなく、１画面内における各等長化単位の符号長は同じものとなる。従つて目標符号長決定回路５４においてマクロブロツクの目標符号長を決定する際のターゲツトとなる等長化単位ごとの積算値（ｔｇｔ）は、１画面（１フレーム）の符号量を単純に１画面内の等長化単位数に応じて配分すれば良く、このようなターゲツトに対して１画面内の各等長化単位の画像はそれぞれ同様の絵柄を持つた単位となり、１画面内のすべての等長化単位についてこのターゲツトに合わせたマクロブロツクごとの目標符号長を決定するだけで１画面内の局所的な粗密の変化に対応した復号画像を得ることができる。
【００４７】
以上の構成によれば、マクロブロツク単位でシヤフリングするとともに複数のマクロブロツクによつて等長化単位を形成することにより、一段と小規模な回路構成によつて画面の粗密の偏つた分布を考慮することなく高画質の復号画像を得ることができる。
【００４８】
なお上述の実施例においては、二分探索回路６０における探索方法として量子化インデツクスｑ０〜ｑ３１を二分する点（ｑ１５）の符号量を求める第１の処理手順（ＳＴＥＰ１）から探索を開始する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、予測系の目標符号長決定回路５４において既に求められたデータを用いて二分探索の処理を簡略化することができる。
【００４９】
すなわち図１との対応部分に同一符号を付して示す図６において、目標符号長決定回路５４は、予測系の量子化器２６のうちの第３の量子化器ｊ（ｊ＝３）の持つ量子化インデツクスｑ１５と、第４の量子化器ｊ（ｊ＝４）の持つ量子化インデツクスｑ２３との間に目標符号長ｔｇｔを得ることができる量子化インデツクスが存在することが分かつている。
【００５０】
すなわち目標符号長決定回路５４においてマクロブロツクｉの目標符号長ｌｌ（ｉ）と、ｍｉｎj （ｌｌ（ｉ、ｑ〔ｊ〕）≦ｌｌ（ｉ））である量子化イデツクスｑ〔ｊ〕が求められているので、この情報を利用することにより、解の範囲がｑ〔ｊ−１〕からｑ〔ｊ〕であることが分かる。従つて目標符号長決定回路５４は、この量子化インデツクスｑ１５及びｑ２３を量子化インデツクスデータＤ５４Ｂとして二分探索回路７０に送出することにより、二分探索回路７０において、目標符号長ｔｇｔを得ることのできる量子化インデツクスが量子化インデツクスｑ１５とｑ２３との間にあるという情報を利用する。
【００５１】
例えば図２に示す量子化器と量子化インデツクスの関係から、解の範囲は図１について上述した二分探索回路６０における探索方法においてｑ０〜ｑ３１の３２個の範囲であつたものが、図６の二分探索回路７０においてはｑ１５〜ｑ２３の８個の範囲とすることができる。つまり解はｑ１５（＝ｑ〔３〕）より大きくｑ２３（＝ｑ〔４〕）以下の範囲にあることになる。
【００５２】
従つて二分探索回路７０においては、図１の二分探索回路６０における第３の処理手順（ＳＴＥＰ３）から処理を開始すれば良い。この結果二分探索回路７０においては、図１の二分探索回路６０について上述した第１の処理手順（ＳＴＥＰ１）及び第２の処理手順（ＳＴＥＰ２）を省略することができ、当該二分探索法では探索ステツプＳＴＥＰ（ｘ）の数ｘは、量子化器の量子化インデツクスの差分をＤＩＦとして、次式、
【数３】
0004404232.tif 000004
となる。従つて二分探索回路７０に対応して設けられているＦＩＦＯ回路７３の回路規模を図１について上述したＦＩＦＯ回路５３に比べて一段と小さくすることができる。
【００５３】
因みに図７は３０個のＤＣＴブロツクからなる等長化単位を用いてビツトストリームＤ７を完成させる際のタイミングチヤートを示し、図７（Ａ）はアクテイビテイ検出回路５０の検出出力を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクのアクテイビテイ検出出力を示す。但しこの実施例においては６個のＤＣＴブロツクによつて形成されたマクロブロツク単位でアクテイビテイを検出している。
【００５４】
また図７（Ｂ）はＤＣＴ処理部２５のＤＣＴ出力（係数データＤ２５）を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクのＤＣＴ出力を示す。
また図７（Ｃ）は予測系に設けられた量子化器２６（２６Ａ、２６Ｂ、……、２６ｎ）の量子化出力（量子化レベルデータＤ２６Ａ、Ｄ２６Ｂ、……、Ｄ２６ｎ）を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクの量子化出力を示す。
また図７（Ｄ）は変換回路２７（２７Ａ、２７Ｂ、……、２７ｎ）の変換出力（符号長データＤ２７Ａ、Ｄ２７Ｂ、……、Ｄ２７ｎ）を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクの変換出力を示す。
【００５５】
また図７（Ｅ）は積算回路５１Ａ、５１Ｂ、……、５１ｎの１等長化単位ごとの積算出力を示す。
また図７（Ｆ）は各積算回路５１Ａ、５１Ｂ、……、５１ｎに対応して設けられているＦＩＦＯ回路５２Ａ、５２Ｂ、……、５２ｎの出力を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクのＦＩＦＯ出力を示す。また図７（Ｇ）は目標符号長決定回路５４の目標符号長決定データＤ５４Ａを示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクに対した決定データを示す。
また図７（Ｈ）は本線系に設けられたＦＩＦＯ回路２２の出力を示し、例えば（ｎ、０）は等長化単位「ｎ」の「０」番のＤＣＴブロツクのＦＩＦＯ出力を示す。
【００５６】
また図７（Ｉ）は二分探索回路７０の探索出力、すなわちマクロブロツク単位で求められた量子化インデツクスを表す量子化制御信号ＣＯＮＴ７０を示し、例えば（ｎ−１、０）は等長化単位「ｎ−１」の「０」番のＤＣＴブロツクの量子化インデツクスを示す。但しこの実施例の場合、マクロブロツクごとに目標符号長を満足する量子化インデツクスを求めている。
また図７（Ｊ）は本線系に設けられた量子化器６の量子化出力（量子化レベルデータＤ６を示し、例えば（ｎ−１、０）は等長化単位「ｎ−１」の「０」番のＤＣＴブロツクの量子化出力を示す。
また図７（Ｋ）は可変長符号部７の可変長符号化出力（ビツトストリーム）Ｄ７を示し、例えば（ｎ−１、０）は等長化単位「ｎ−１」の「０」番のＤＣＴブロツクの可変長符号化出力を示す。
【００５７】
図７のタイミングチヤートによれば、二分探索回路７０における探索方法が図１について上述した二分探索方法に比べて処理手順（ＳＴＥＰ）が少ない分、図７（Ｉ）に示す二分探索出力の出力タイミングが早くなる。
【００５８】
また上述の実施例においては、変換符号化の手法としてＤＣＴを用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばウエーブレツト変換、Ｈａａｒ変換又はＫ−Ｌ変換等、他の種々の変換手法を用いることができる。
【００５９】
また上述の実施例においては、アクテイビテイ回路５０におけるアクテイビテイの検出方法として、色の飽和度をマクロブロツクごとに調べた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばＤＣＴ係数の低域成分及びその高域成分の分布を調べて、マクロブロツクの画像が細かいものか又は平坦なものかを検出したり、又はマクロブロツクの画像とチエツカーフラツグのパターンとのマツチングをとることによつて、当該マクロブロツクの画像の細かさを調べる等、他の種々の方法を用いることができる。
【００６０】
また上述の実施例においては、目標符号長決定回路５４における目標符号長の予測方法として、直線近似による方法を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、より多くの点を用いる高次関数による近似を用いても良い。
【００６１】
また上述の実施例においては、１画面（１フレーム）内でマクロブロツク単位のシヤフリングを行つた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、異なる画面（フレーム）間でのシヤフリング（時間軸方向に対するシヤフリング）を行うようにしても良い。
【００６２】
また上述の実施例においては、１フレームでビツトレートを維持するように制御した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これよりも大きな単位又は小さな単位でビツトレートを維持するように制御しても良い。
【００６３】
また上述の実施例においては、４：２：０フオーマツトのマクロブロツク構造を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば４：２：２フオーマツト、４：４：４フオーマツト又は４：１：１フオーマツト等、種々のフオーマツトのマクロブロツクを用いるようにしても良い。また、マクロブロツクを構成するＤＣＴブロツクの個数に制限はない。
【００６４】
また上述の実施例においては、ＤＣＴ処理を行う前のデータについてアクテイビテイの検出を行う場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＤＣＴ処理を施した後のデータに対してアクテイビテイ検出を行うようにしても良い。
【００６５】
また上述の実施例においては、ＶＴＲの画像信号符号化方法及び画像信号符号化装置に本発明を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば光磁気記録デイスク又はハードデイスク等の記録媒体に記録する場合、さらには記録媒体を用いない通信系の画像信号符号化方法及び画像信号符号化装置においても本発明を適用し得る。
【００６６】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、画像信号をブロツク単位でシヤフリングし、平均的な画面を形成するブロツクを集めることによつて等長化単位を形成し、等長化単位を構成するブロツク単位のデータを複数の量子化ステツプでそれぞれ量子化することにより得られた複数の量子化出力の各符号長を等長化単位分にわたつてそれぞれ積算し、複数の積算値の中で等長化単位での目標符号長に最も近い２つの積算値の間を直線近似して、所望のビツトレートを満足するブロツク単位の目標符号長を割り当て、その割り当てたブロツク単位の目標符号長を満足する量子化ステツプを決定し、その量子化ステツプによつてブロツク単位のデータを量子化することにより、符号長に基づいて１画面分の発生符号量を予め決められたビツトレートに制御し、画面内に局所的に変化する絵柄の粗密が存在する場合でも復号画像の画質劣化を回避することができ、かくして画像の局所的性質に適応したフイードフオワード方式の符号量制御を一段と小規模な回路構成によつて実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像信号符号化装置の一実施例を示すブロツク図である。
【図２】量子化器の量子化インデツクスの割り当てを示す図表である。
【図３】量子化器及び１等長化単位分の積算値を示すグラフである。
【図４】二分探索法の説明に供するグラフである。
【図５】本発明による画像信号符号化処理を示すタイミングチヤートである。
【図６】他の実施例による画像信号符号化装置を示すブロツク図である。
【図７】他の実施例による画像信号符号化処理を示すタイミングチヤートである。
【図８】従来の画像信号符号化装置を示すブロツク図である。
【符号の説明】
２０……画像信号符号化装置、２１……走査変換／シヤフリング回路、２５……ＤＣＴ処理部、６、２６……量子化器、７……可変長符号部、８……バツフア回路、５０……アクテイビテイ検出回路、５１Ａ〜５１ｎ……積算回路、５４……目標符号長決定回路、６０、７０……二分探索回路。
【図１】
0004404232.tif 000005
【図２】
0004404232.tif 000006
【図３】
0004404232.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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