JP3158458B2 - 階層表現された信号の符号化方式 - Google Patents

階層表現された信号の符号化方式

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JP3158458B2 JP03150291A JP3150291A JP3158458B2 JP 3158458 B2 JP3158458 B2 JP 3158458B2 JP 03150291 A JP03150291 A JP 03150291A JP 3150291 A JP3150291 A JP 3150291A JP 3158458 B2 JP3158458 B2 JP 3158458B2
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  • Compression Of Band Width Or Redundancy In Fax (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はディジタル信号の高能率
符号化に関する。
【０００２】
【従来の技術】信号の高能率符号化の技術として、信号
を帯域分割してそれぞれ符号化するサブバンド符号化が
知られている。更にその帯域分割方法として可変帯域幅
分割符号化方式も知られている。
【０００３】これらの符号化方式を図１に示す。すなわ
ち入力信号が帯域通過フィルタ１００，１０１，１０
２，１０３のそれぞれを通過し、帯域制限を受ける。帯
域制限を受けた後、それらの帯域幅に応じてそれぞれの
信号は２００，２０１，２０２，２０３でダウンサンプ
リングされる。それぞれの帯域幅が図２（ａ）のように
等分に４分割されるのならば、ダウンサンプルの比率も
総て等しく１／４である。また、図２（ｂ）のように帯
域幅がもとの信号の１／８，１／８，１／４，１／２な
らばダウンサンプル比率は１／８，１／８，１／４，１
／２である。信号はダウンサンプリングを受けた後、そ
れぞれ独立に符号化が符号器３００，３０１，３０２，
３０３で行われ、それぞれの符号化結果が多重化器４０
０でまとめて出力される。
【０００４】また図３に画像等の２次元信号を帯域分割
する場合の分割例を示す。図３（ａ）では水平方向、垂
直方向共に４帯域に等分割され、計１６個の周波数帯域
に分割される。図３（ｂ）では、低周波帯域ほど細かく
分割されるようになっており、帯域幅の異なる計１０個
の周波数帯域に分割される。
【０００５】この従来のサブバンド符号化方式において
は、符号化はそれぞれの周波数帯域に独立に行われる。
しかしながら、異なる帯域間のサンプル点信号にはまだ
相関が残っており、この相関を用いれば更に圧縮符号化
が可能な筈である。例えば画像信号におけるエッジ信号
の周辺には低周波から高周波の信号が集中して発生する
が、その他の部分では高周波成分の発生は極く小さい。
すなわち、有為な信号の発生確立は、有る程度各周波数
帯域で共通していると想定でき、この点を考慮して符号
化を行えば従来のサブバンド符号化方式よりも効率的な
符号化が確立できると考えられる。しかしながら従来の
技術ではこの点に着目した符号化方式は知られていなか
った。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明ではサブバンド
符号化方式において従来考慮されていなかった、周波数
帯域間の相関を用いた符号化方式を実現する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では各周波数帯域
を別々に符号化するのではなく、各周波数帯域に跨って
サンプル点走査を行うことで前記の課題を解決する。
【０００８】各周波数帯域内のサンプル点は、その信号
が表現する時間上の或いは空間上の位置を原信号上に持
っている。原信号上で同じ位置を表現する、あるいは近
隣の位置を表現するサンプル点をなるべく連続するよう
に走査するような手段を提案する符号化方式は持つ。こ
のような走査を行えば、エッジ信号等の不連続点附近を
走査が行われればそこに有意な信号は集中するがその反
面、無効信号が、すなわち殆どゼロレベルに近く符号化
しなくても殆ど復号画質に影響を与えない信号がその他
の部分で連続する。このような状態でランレングス符号
化手段や、ゼロレベル信号の連なりを効率的に符号化す
る手段を用いれば符号化効率を高めることができる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】即ち、請求項１の発明に従えば、入力され
た原信号を異なる周波数帯域の信号に分割して符号化を
行うサブバンド符号化方式であって、前記原信号上で同
一時間領域または空間領域を表現する各周波数帯域内の
サンプル点が木構造を有し、どの部分木も、もとの領域
の部分領域を表現するサンプル点のあつまりとなってお
り、前記木構造化されたサンプル点に対して、前記同一
木構造内のどの部分木に対してもその部分木に属するサ
ンプル点が連続して走査されるような同一木構造内のサ
ンプル点全体の走査手段を有し、信号レベルがゼロの信
号に関してはランレングス符号化を行うことを特徴とす
る符号化方式が得られる。
【００１３】また、請求項２の発明に従えば、請求項１
の発明において、各周波数帯域のサンプル点を走査する
際に、ある部分木の中を走査中にその部分木内の未走査
のサンプル点の信号がすべて無効であった場合には、ラ
ンレングス符号を用いず部分木内の走査打切りを示す符
号を用い、その符号が発生した点を含む最小の部分木内
の走査を打切ることを特徴とする符号化方式が得られ
る。
【００１４】また、請求項３の発明に従えば、入力され
た原信号を異なる周波数帯域の信号に分割して符号化を
行うサブバンド符号化方式であって、垂直方向と水平方
向の２方向で特徴づけられる２次元配列を持つ信号を入
力とする符号化方式において、垂直方向と水平方向のそ
れぞれが半分に帯域分割されて生じる４つの周波数帯域
に対して、垂直・水平共に低周波側の周波数帯域につい
て更に垂直方向と水平方向に周波数帯域を分割し、これ
を再帰的に繰り返して周波数分割を行う手段と、周波数
帯域の大きさが等しい３つの周波数帯域それぞれから、
前記原信号上で同一の空間位置を表現するサンプル点を
１個づつまとめて一つの節とし、大きさの異なる周波数
帯域毎にできあがった該節をグループ化する４分木構造
化手段と、前記４分木構造化されたサンプル点に対し
て、前記同一４木構造内のどの部分木に対してもその部
分木に属するサンプル点が連続して走査されるような同
一４木構造内のサンプル点全体の走査手段を有し、信号
レベルがゼロの信号に関してはランレングス符号化を行
うことを特徴とする符号化方式が得られる。
【００１５】また、請求項４の発明に従えば、請求項３
の発明において、各周波数帯域内でのサンプル点の走査
順序がペアノ曲線を描くことを特徴とする符号化方式が
得られる。
【００１６】
【作用】本発明では各周波数帯域を別々に符号化するの
ではなく、各周波数帯域に跨ってサンプル点走査を行う
ことで効率的符号化を行う。
【００１７】各周波数帯域内のサンプル点は、その信号
が表現する時間上の或いは空間上の位置を原信号上に持
っている。それを図４に示す。図４（ａ）の例は図２
（ａ）の帯域分割を行った場合である。この例では１／
４ダウンサンプリングを同位相で行うようにしているの
で各周波数帯域のサンプル点が時間軸上で同じ位置にあ
る。図４（ｂ）の例は図２（ｂ）の帯域分割を行った場
合である。２つの低周波帯域は１／８にダウンサンプリ
ングされ次の周波数帯域が１／４に、最高周波数帯域が
１／２にダウンサンプリングされるので原信号に比較し
てサンプル点の間隔は異なり、ダウンサンプリングのタ
イミングを調整することでこの図に示すような時間軸上
の位置関係を持つ。ここで周波数帯域でのサンプル点と
原信号のサンプル点が原信号のサンプル点間隔で半間隔
ずれているが、これは半間隔位相ずれを起こすフィルタ
を想定しているからである。これはクアドラチャー・ミ
ラー・フィルター（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｍｉｒｒｏ
ｒ Ｆｉｌｔｅｒ）というサブバンド符号化でよく用い
られるフィルタでは一般的な性質である。
【００１８】これらの図４（ａ）（ｂ）において、点線
で囲んだ部分は時間軸上で同じ位置を共有していると考
えられる。従って、この点線の中ではエッジ部分では各
周波数帯域共に有意な信号を発生し、その他の部分では
高周波数帯域を中心に共に無効信号を発生する確率が高
くなる。従って前記の点線内のサンプル点信号に対し
て、ベクトル量子化や予測符号化を行うこと、或いは点
線内の信号をアクティブかそうでないかの判定信号と共
に適応符号化することで符号化効率の改善が行える。
【００１９】更に図５及び図６は、２次元信号の例を示
している。図５及び図６の例は図３（ａ）及び（ｂ）の
帯域分割をそれぞれ行った場合である。図５の場合は図
４（ａ）の場合同様、総ての周波数帯域が同じサンプル
点構造を持ち、それぞれのサンプル点が空間軸上の位置
で一致している。図６の場合は最低周波帯域を除いて同
じ帯域幅を持つ周波数帯域が３つづつあるのが特徴であ
る。図３（ｂ）、図６のような帯域分割方式を階層サブ
バンド方式と呼ぶ。階層サブバンド方式においても点線
で囲んだ部分が原信号上で空間位置を共有するサンプル
点の集りを示している。但し、図５は３つの集りを示し
ているが、図６は表記の関係上、ひとつのサンプル点の
集りを分けて表示している。
【００２０】更にこれらの時間或いは空間上の位置を共
有するサンプル点の集りの中では、高周波帯域に無効信
号が集中して発生する傾向を持つ。従って低周波帯域の
サンプル点から高周波帯域のサンプル点へ順に、或いは
逆に走査して行けば高周波帯域で無効信号、すなわちゼ
ロ・レベルの信号が連なる可能性が高くなる。この性質
を利用してランレングス符号化で効率的な符号化が可能
になる。図４（ａ），（ｂ）に矢印で示したのが走査の
順序である。同様の走査は図５及び図６で示した２次元
信号の場合でも同様である。
【００２１】上記の走査では最も長い無効信号のランが
発生するのはサンプル点の集りの最後の部分、つまり高
周波の部分である。よってランレングス符号を用いるか
わりに、そのサンプル点の集りの中の走査を打切り次の
サンプル点の集りへ走査を移すことを示す符号を用いる
こともできる。
【００２２】請求項１に記載の発明は階層サブバンド符
号化方式に関する発明である。この方式の場合は図４
（ｂ）で示すように周波数帯域毎にサンプル点の密度が
異なる。これらのサンプル点は木構造を有しており、図
７に示すように部分木はそれだけで時間軸上の同じ領域
を共有している。
【００２３】ところで、図４（ｂ）の走査方式では高周
波帯域間を移る時に時間軸上で離れた位置へ飛ぶ必要が
ある。階層数が多くなればなるほど、この高周波帯域間
の移動量は大きくなる。そこでサンプル点の木構造を利
用して、図７の矢印に示す走査順のように、いかなる部
分木にたいしてもその中のサンプル点が連続するように
走査を行えば階層数が多くなっても発明の効果を維持す
ることができる。これが請求項１に記載の発明である。
【００２４】こうした木構造データでの走査方式に対し
ては長い無効信号のランは走査の最終部のみならず途中
にも発生する可能性がある。従って図８に示すように部
分木内の走査を打切る符号が必要となる。これが請求項
２に記載の発明である。
【００２５】図６に示すような２次元信号の階層サブバ
ンド符号化方式においては、やはり木構造を有するが図
９に示すように、それが４分木構造として考えることが
できる。この場合はサンプル点密度が同一の周波数帯域
が最低周波数帯域を除いて３つづつあるために、木構造
データの各節が３つのサンプル点を含む。従って走査順
序はこれらの節の中のサンプル点も考慮して決定する必
要がある。これが請求項３に記載の発明である。
【００２６】ところで以上の発明の中で２次元信号に対
しては、図１０に示すように、まだ走査の不連続点があ
る。この不連読点を解消するものとしてペアノ曲線があ
り、図１１に示すようにこのペアノ曲線に従って走査を
行うことで走査の不連読点を解消することができる。こ
れが請求項４に記載の発明である。
【００２７】
【実施例】本発明に従って構成した符号化装置の実施例
を示す。
【００２８】図１２は本発明に基づいて構成した符号化
装置の例である。従来技術を示した図１とは異なり、１
００，１０１，１０２，１０３の帯域制限フィルタで周
波数分割され、２００，２０１，２０２，２０３でダウ
ンサンプリングされた信号は別々に符号化された後にデ
ータ多重されるのではなく、単一の符号器３１０によっ
て符号化される。
【００２９】図１３は本発明の請求項１，２，３，４に
基づいて構成した符号化装置の例である。従来技術を示
した図１とは異なり、１００，１０１，１０２，１０３
の帯域制限フィルタで周波数分割され、２００，２０
１，２０２，２０３でダウンサンプリングされた信号は
走査器４００によって、ひとつの１次元データに変換さ
れ量子化器５００によって量子化され、レベルゼロの無
効信号に対してはゼロ・ラン信号変換器６００によって
変換されてから、符号器３２０によって符号化される。
【００３０】本発明に基づいて構成した符号化装置の場
合は図１３のゼロ・ラン信号変換器６００に対して、最
終ゼロ・ランの判定を行いそのゼロ・ランを最終ゼロ・
ランであると認識する信号を付加する回路６２０が図１
４に示すように加わる。
【００３１】請求項１の発明を実現するためには以下に
示す関係を用いて木構造データを１次元化すればよい。 周波数帯域数：Ｎ＋１ 周波数帯域番号：ｋ（Ｋ＝０，１，２，…Ｎ） 周波数帯域内サンプル番号：ｎk （ｉ＝０，１，２，…
…） １次元データ番号：ｎ ０番目の周波数帯域のサンプル点と１次元データとの対
応： ｎ＝ｎ0×２N １番目の周波数帯域のサンプル点と１次元データとの対
応： ｎ＝ｎ1×２N＋１ ２番目の周波数帯域のサンプル点と１次元データとの対
応： ｎ＝ｎ2×２N-1＋２−mod(ｎ2，２） ３番目の周波数帯域のサンプル点と１次元データとの対
応： ｎ＝ｎ3×２N-2＋３−mod(ｎ3，２）−mod([ｎ3/2],
２） ４番目の周波数帯域のサンプル点と１次元データとの対
応： ｎ＝ｎ4×２N-3＋４−mod(ｎ4，２）−mod([n4/2],２）
−mod([n4/4],２） （以下同様）
【００３２】請求項２の発明を実現するためには図１３
のゼロ・ラン信号変換器６００に対して、図１５に示す
ように、部分木内の未走査のサンプル点がすべて無効信
号かどうかを部分木内無効判定器６４０で判定し、その
結果を用いＥＯＰＴ（Ｅｎｄｏｆ Ｐａｒｔｉａｌ Ｔ
ｒｅｅ）変換器６３０において、その部分木内のゼロ・
ランを部分木内走査打切り符号に置き換える。最終ゼロ
・ランの判定を行いそのゼロ・ランの判定を行いそのゼ
ロ・ランを最終ゼロ・ランであると認識する信号を付加
する回路６２０が図１４に示すように加わる。
【００３３】請求項３の発明を実現するためには以下に
示す関係を用いて木構造データを１次元化すればよい。 周波数帯域数：３Ｎ＋１ 周波数帯域番号：ｋ（Ｋ＝０，１，２，…Ｎ）、 ｍ（if Ｋ＝０ then ｍ＝０ else ｍ＝０，１，
２） 周波数帯域内サンプル番号：ｎk,m（ｉ＝０，１，２，
……）２次元配列を１次元配列になおしたもの １次元データ番号：ｎ ０番目の周波数帯域のサンプル点と１次元データとの対
応： ｎ＝ｎ0×２2N １番目の周波数帯域のサンプル点と１次元データとの対
応： ｎ＝ｎ1×２2N＋１＋ｍ ２番目の周波数帯域のサンプル点と１次元データとの対
応： ｎ＝ｎ2×２2(N-1)−mod(ｎ2，２2）＋４＋ｍ ３番目の周波数帯域のサンプル点と１次元データとの対
応： ｎ＝ｎ3×２2(N-2)−mod(ｎ3，２2）−mod([ｎ3／
２2]，２2）＋７＋ｍ ４番目の周波数帯域のサンプル点と１次元データとの対
応： ｎ＝ｎ4 ×２2(N-3)−mod(ｎ4，２2）− mod([ｎ4／
２4]，２2） − mod([ｎ4／２5]，２2）＋１０＋ｍ （以下同様）
【００３４】図１３における走査器４００に対して図１
６に示すようなペアノ曲線発生器４２０を用いることに
より請求項４の発明が実現できる。
【００３５】
【発明の効果】本発明に従えば、サブバンド符号化に於
いて画像信号におけるエッジ等の不連続点を含む信号に
対しても、十分に長い無効データの連なりを作る走査順
序を与え、効率的な符号化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のサブバンド符号化方式を示した説明図で
ある。
【図２】１次元信号のサブバンド符号化方式における分
割帯域幅を示した図であり、（ａ）は等帯域幅分割の例
を示し、（ｂ）は可変帯域幅分割の例を示す。
【図３】２次元信号のサブバンド符号化方式における分
割帯域幅を示した図であり、（ａ）は等帯域幅分割の例
を示し、（ｂ）は可変帯域幅分割の例を示す。
【図４】１次元信号のサブバンド符号化方式における各
周波数帯域内のサンプル点の時間軸上の位置関係を示し
た図であり、（ａ）は等帯域幅分割の例を示し、（ｂ）
は可変帯域幅分割（階層サブバンド分割）の例を示す。
【図５】２次元信号のサブバンド符号化方式における各
周波数帯域内のサンプル点の空間軸上の位置関係を等帯
域幅分割の例で示した図である。
【図６】２次元信号のサブバンド符号化方式における各
周波数帯域内のサンプル点の空間軸上の位置関係を可変
帯域幅分割（階層サブバンド分割）の例で示した図であ
る。
【図７】階層サブバンド符号化におけるデータ構造とサ
ンプル点の走査順序を示した図である。
【図８】階層サブバンド符号化における部分木内走査打
切りの例を示した図である。
【図９】２次元信号の階層サブバンド符号化におけるデ
ータ構造と走査順序を示した図である。
【図１０】２次元信号の階層サブバンド符号化における
各周波数帯域毎の走査順序をペアノ曲線を用いない場合
について示した図である。
【図１１】２次元信号の階層サブバンド符号化における
各周波数帯域毎の走査順序をペアノ曲線を用いた場合に
ついて示し、本発明の第４の請求項に基づいて走査を行
った場合の図である。
【図１２】本発明に基づいて構成した符号化装置の例を
示す図である。
【図１３】本発明に基づいて構成した符号化装置の例を
示す図である。
【図１４】本発明に基づいて構成した符号化装置の例を
示す図である。
【図１５】本発明の第２の請求項に基づいて構成した符
号化装置の例を示す図である。
【図１６】本発明の第４の請求項に基づいて構成した符
号化装置の例を示す図である。
【符号の説明】
１００，１０１，１０２，１０３ 帯域制限フィルタ ２００，２０１，２０２，２０３ ダウンサンプリン
グ回路 ３００，３０１，３０２，３０３，３１０ 符号器 ４００，４１０ 走査変換器 ４２０ ペアノ曲線発生器 ５００ 量子化器 ６００ 無効信号変換器 ６１０ ランレングス信号変換器 ６２０ 最終ゼロ・ラン変換器 ６３０ ＥＯＰＴ変換器 ６４０ 部分木内無効信号変換器 ７００ データ多重化器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−42588（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−114280（ＪＰ，Ａ) Ｏ．Ｊｏｈｎｓｅｎ，Ｏ．Ｖ．Ｓｈｅ ｎｔｏｖ ａｎｄ Ｓ．Ｋ．Ｍｉｔｒ ａ，“Ａ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｃｏｄ ｉｎｇ ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｐｐｅｒ Ｂ ａｎｄｓ ｉｎ Ｓｕｂｂａｎｄ Ｃｏ ｄｉｎｇ ｏｆ Ｉｍａｇｅｓ”，ＩＥ ＥＥ Ｐｒｏｃ．ＩＣＡＳＳＰ 90, 1990，ｐｐ．2097−2100 坪井、岡本，「カラー静止画像符号化 におけるエントロピー符号化の各種方式 の比較検討」，画像符号化シンポジウム 第２回シンポジウム資料，1987年９ 月，ｐ．71−72（４−13) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419 H03M 7/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力された原信号を異なる周波数帯域の
    信号に分割して符号化を行うサブバンド符号化方式であ
    って、 前記原信号上で同一時間領域または空間領域を表現する
    各周波数帯域内のサンプル点が木構造を有し、どの部分
    木も、もとの領域の部分領域を表現するサンプル点のあ
    つまりとなっており、 前記木構造化されたサンプル点に対して、前記同一木構
    造内のどの部分木に対してもその部分木に属するサンプ
    ル点が連続して走査されるような同一木構造内のサンプ
    ル点全体の走査手段を有し、 信号レベルがゼロの信号に関してはランレングス符号化
    を行うことを特徴とする符号化方式。
  2. 【請求項２】 各周波数帯域のサンプル点を走査する際
    に、ある部分木の中を走査中にその部分木内の未走査の
    サンプル点の信号がすべて無効であった場合には、ラン
    レングス符号を用いず部分木内の走査打切りを示す符号
    を用い、その符号が発生した点を含む最小の部分木内の
    走査を打切ることを特徴とする請求項１に記載の符号化
    方式。
  3. 【請求項３】 入力された原信号を異なる周波数帯域の
    信号に分割して符号化を行うサブバンド符号化方式であ
    って、垂直方向と水平方向の２方向で特徴づけられる２
    次元配列を持つ信号を入力とする符号化方式において、 垂直方向と水平方向のそれぞれが半分に帯域分割されて
    生じる４つの周波数帯域に対して、垂直・水平共に低周
    波側の周波数帯域について更に垂直方向と水平方向に周
    波数帯域を分割し、これを再帰的に繰り返して周波数分
    割を行う手段と、 周波数帯域の大きさが等しい３つの周波数帯域それぞれ
    から、前記原信号上で同一の空間位置を表現するサンプ
    ル点を１個づつまとめて一つの節とし、大きさの異なる
    周波数帯域毎にできあがった該節をグループ化する４分
    木構造化手段と、 前記４分木構造化されたサンプル点に対して、前記同一
    ４木構造内のどの部分木に対してもその部分木に属する
    サンプル点が連続して走査されるような同一４木構造内
    のサンプル点全体の走査手段を有し、 信号レベルがゼロの信号に関してはランレングス符号化
    を行うことを特徴とする符号化方式。
  4. 【請求項４】 各周波数帯域内でのサンプル点の走査順
    序がペアノ曲線を描くことを特徴とする請求項３に記載
    の符号化方式。
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