JPH058909B2 - - Google Patents

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JPH058909B2
JPH058909B2 JP25053386A JP25053386A JPH058909B2 JP H058909 B2 JPH058909 B2 JP H058909B2 JP 25053386 A JP25053386 A JP 25053386A JP 25053386 A JP25053386 A JP 25053386A JP H058909 B2 JPH058909 B2 JP H058909B2
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JP
Japan
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block
category
decoded
vector
band
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JP25053386A
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Japanese (ja)
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JPS63103583A (en
Inventor
Takao Oomachi
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は画像信号の伝送時間を短縮する、ある
いは蓄積記憶容量を削減するための画像信号符号
化装置、復号化装置、およびその方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an image signal encoding device, a decoding device, and a method thereof for shortening the transmission time of image signals or reducing the storage capacity.

(従来の技術) 多値画像(例えば1画素8bit,256レベル)に
対するデータ圧縮方式には情報保存型の符号化と
情報非保存型の符号化がある。情報保存型の符号
化とは符号化の過程に量子化を含まないものをさ
し、符号化・復号化の処理によつて原画像とまつ
たく同一の画像を再生することが可能であるが、
高い圧縮率は得られない。一方情報非保存型の符
号化とは符号化の過程でなんらかの量子化処理を
含むものをさし、符号化・復号化の処理によつて
再生画像は量子化雑音を含み、画品質の劣化をと
もなうが高い圧縮率が得られる。情報非保存型の
符号化の場合には一般に量子化歪(S/N比)と
データ圧縮率(情報量)の関係で評価されるが、
良好なS/N比対情報量の関係を実現するひとつ
の方式として直交変換後の変換係数をベクトル量
子化する方式がある。この方式の代表的なものと
して離散コサイン変換ベクトル量子化(DCT−
VQ)が知られている。(参考文献(1):「離散コサ
イン変換ベクトル量子化(DCT−VQ)」相澤、
原島、宮川、テレビジヨン学会誌Vol.39,No.10,
1985年,P920〜925)この方式は画像信号に離散
コサイン変換(DCT)を施してからベクトル量
子化を行うことにより、ベクトル量子化の対象と
して画像に対して共通の統計的性質を利用できる
ため汎用性の高いベクトル量子化器を設計できる
という特徴をもつている。DCT−VQ方式では画
像を縦n画素、横n画素のブロツク(n×n画
素)に分割し、このブロツク単位にDCT変換を
行ない、得られたn×nの変換係数をベクトル量
子化する。この場合例えばn=8とすると1ブロ
ツク内の変換係数の数は64となり、これをひとつ
のベクトルとして64次元のベクトル量子化を行う
ことは符号化処理時間の増大、ベクトル量子化に
おける代表ベクトルを入れるコードブツクのメモ
リー容量の増大につながり、実現が難かしい。そ
こでDCT−VQ方式では8×8の変換係数を第2
図のように複数のバンドに分割し、ひとつのバン
ドに入る変換係数でひとつのベクトルを作つてい
る。(ベクトル数14)この方法によりベクトルの
次元(ベクトル内の成分数)は最高でも8となり
実現が容易となる。
(Prior Art) Data compression methods for multivalued images (for example, 8 bits per pixel, 256 levels) include information preservation type encoding and information non-preservation type encoding. Information-preserving encoding does not include quantization in the encoding process, and it is possible to reproduce an image that is exactly the same as the original image through the encoding and decoding processes. ,
High compression ratio cannot be obtained. On the other hand, non-information-preserving encoding refers to one that includes some kind of quantization processing during the encoding process, and the reproduced image contains quantization noise due to the encoding/decoding process, resulting in deterioration of image quality. However, a high compression ratio can be obtained. In the case of non-information preserving encoding, it is generally evaluated based on the relationship between quantization distortion (S/N ratio) and data compression rate (amount of information).
One method for realizing a good relationship between the S/N ratio and the amount of information is a method of vector quantizing transform coefficients after orthogonal transform. A typical example of this method is discrete cosine transform vector quantization (DCT-
VQ) is known. (Reference (1): “Discrete Cosine Transform Vector Quantization (DCT-VQ)” Aizawa,
Harashima, Miyagawa, Journal of the Television Society Vol.39, No.10,
(1985, P920-925) This method performs discrete cosine transform (DCT) on the image signal and then performs vector quantization, which makes it possible to use common statistical properties of images as targets for vector quantization. It has the feature of being able to design a highly versatile vector quantizer. In the DCT-VQ method, an image is divided into blocks of n pixels vertically and n pixels horizontally (n×n pixels), DCT transform is performed in units of blocks, and the obtained n×n transform coefficients are vector quantized. In this case, for example, if n = 8, the number of transform coefficients in one block is 64, and performing 64-dimensional vector quantization using this as one vector increases the encoding processing time. This leads to an increase in the memory capacity of the codebook that is inserted, making it difficult to implement. Therefore, in the DCT-VQ method, the 8×8 transform coefficients are
As shown in the figure, it is divided into multiple bands and a single vector is created using the transform coefficients that fit into one band. (Number of vectors is 14) With this method, the dimension of the vector (the number of components in the vector) is at most 8, which is easy to implement.

(発明が解決しようとする問題点) 第2図のバンドの分け方は次の2点を考慮して
決めたものである。
(Problems to be Solved by the Invention) The method of dividing the bands in FIG. 2 was determined by considering the following two points.

(1) ベクトル内の成分の分散が大きく異なる場
合、ベクトル量子化による一様な情報割り当て
は効率が悪い。
(1) When the variances of components in a vector are significantly different, uniform information allocation by vector quantization is inefficient.

(2) DCT変換係数の分散値の大きさは一般に低
次の係数から高次の係数へかけてほぼ等方的で
ある。
(2) Generally, the magnitude of the variance of DCT transform coefficients is approximately isotropic from low-order coefficients to high-order coefficients.

ただしこの2番面の性質が成り立つのは画像の
平坦部やブロツク内の画像に方向性(縦、横、斜
め等)をもつたエツジ成分がない場合である。ブ
ロツク内の画像が縦、横、斜め方向のエツジを含
んでいる場合には第3図に示すように、大きな値
をもつ変換係数の分布がそれぞれ次のように異な
る。(第3図の画像領域の斜線部はエツジの方向
を、変換領域の斜線部は大きな値の変換係数を含
む部分を示す) Γ 縦方向にエツジ成分がある場合には低次から
横方向に大きな変換係数が発生する(第3図
a)。
However, this property of the second surface holds true when there is no edge component with directionality (vertical, horizontal, diagonal, etc.) in the flat part of the image or in the image within the block. When an image within a block includes edges in the vertical, horizontal, and diagonal directions, as shown in FIG. 3, the distribution of transformation coefficients having large values differs as follows. (The shaded area in the image area in Figure 3 indicates the edge direction, and the shaded area in the transformation area indicates the area that includes a large value of transformation coefficient.) Γ If there is an edge component in the vertical direction, it is A large conversion factor occurs (Figure 3a).

Γ 横方向にエツジ成分がある場合には低次から
縦方向に大きな変換係数が発生する(第3図
b)。
Γ If there is an edge component in the horizontal direction, a large conversion coefficient occurs in the vertical direction from the low order (Fig. 3b).

Γ 斜め方向にエツジ成分がある場合には低次か
ら斜め方向に大きな変換係数が発生する(第3
図c)。
Γ If there is an edge component in the diagonal direction, a large conversion coefficient occurs from the low order to the diagonal direction (the third
Figure c).

このため方向性のあるエツジ成分を含んだ画像
ブロツクに対するDCT変換係数に第2図のバン
ドの分け方を実行すると、ベクトル内の成分の分
散値が大きく異なりベクトル量子化による一様な
情報割り当ては効率が悪くなる。またこの結果高
い圧縮率を実現する場合には復号画像のエツジ部
にぼけが生じる。本発明はこの従来技術の問題点
をDCT変換係数の値の大きさの分布に従つてな
るべくベクトル内成分の分散値が等しくなるよう
にバンドの分け方を適応的に切り替えることによ
つて解決するものである。
For this reason, when the band division method shown in Figure 2 is applied to the DCT transform coefficients for an image block containing directional edge components, the variance values of the components within the vector will differ greatly, and uniform information allocation by vector quantization will not be possible. Efficiency decreases. Furthermore, as a result, when achieving a high compression rate, the edges of the decoded image become blurred. The present invention solves this problem in the prior art by adaptively switching the band division method so that the variance values of the components in the vector are as equal as possible according to the distribution of the value of the DCT transform coefficient. It is something.

なお第3図に示した画像領域と変換領域の関係
については参考文献(2)に詳しく述べられている。
(参考文献(2)“ゾーンを適応化した直交変換符号
化方式”宮原、田中、堀田、中川、テレビジヨン
学会誌Vol.39,No.10,1985,pp898−904) (実施例) 以下図面を参照して、本発明の実施例を説明す
る。第1図aは本発明の画像信号符号化復号化方
法を実現する符号化装置の一例を示すブロツク図
であり、第1図bは復号化装置の一例を示すブロ
ツク図である。
Note that the relationship between the image area and the transformation area shown in FIG. 3 is described in detail in reference document (2).
(Reference (2) “Orthogonal transform coding method with zone adaptation” Miyahara, Tanaka, Hotta, Nakagawa, Journal of the Television Society Vol. 39, No. 10, 1985, pp 898-904) (Example) The following drawings Examples of the present invention will be described with reference to . FIG. 1a is a block diagram showing an example of an encoding device that implements the image signal encoding/decoding method of the present invention, and FIG. 1b is a block diagram showing an example of a decoding device.

以下の説明では直交変換として2次元の離散コ
サイン変換を用いているが、アダマール変換等他
の直交変換を用いることも可能である。
In the following explanation, a two-dimensional discrete cosine transform is used as the orthogonal transform, but it is also possible to use other orthogonal transforms such as Hadamard transform.

まず符号化装置においては、画像信号はブロツ
ク読み出し部1によつてDCT変換を行うブロツ
ク単位に読み出される。例えば1画素当り8bitの
画像信号を縦8画素、横8画素の計64画素を1ブ
ロツクとして読み出される。読み出された1ブロ
ツク分の画像信号10はDCT変換部2で2次元
の離散コサイン変換が行なわれ、8×8個の
DCT変換係数11が計算されるる。
First, in the encoding device, an image signal is read out in units of blocks by a block readout section 1, which performs DCT transformation. For example, an image signal of 8 bits per pixel is read out with a total of 64 pixels (8 pixels vertically and 8 pixels horizontally) as one block. The read image signal 10 for one block is subjected to a two-dimensional discrete cosine transform in the DCT transform unit 2, and is converted into 8×8
DCT transform coefficients 11 are calculated.

このDCT変換係数11はカテゴリー分析部3に
おいて大きな係数値がどこに存在するかで4つの
カテゴリーに分類され対応するカテゴリー番号12
に出力される。ここでカテゴリー1は第3図aに
対応し、低次から横方向に大きな係数が分布する
場合、カテゴリー2は第3図bに対応し、低次か
ら縦方向に大きな係数が分布する場合、カテゴリ
ー3は第3図cに対応し、低次から斜め方向に大
きな係数が分布する場合、カテゴリー4は特に方
向性のないブロツクに対応し、低次に大きな係数
が分布する場合である。次にカテゴリー分析部3
におけるカテゴリー番号の求め方を説明する。第
4図a〜dにマスクパターン蓄積部4に蓄積され
るマスクパターンの一例を4種類示す。
This DCT conversion coefficient 11 is classified into four categories depending on where a large coefficient value exists in the category analysis unit 3, and the corresponding category number 12
is output to. Here, category 1 corresponds to Figure 3 a, where large coefficients are distributed in the horizontal direction from low orders, and category 2 corresponds to Figure 3 b, where large coefficients are distributed in the vertical direction from low orders, Category 3 corresponds to FIG. 3c, where large coefficients are distributed diagonally from the low order, and category 4 corresponds to blocks with no particular directionality, where large coefficients are distributed from the low order. Next, category analysis section 3
We will explain how to find the category number in . FIGS. 4a to 4d show four examples of mask patterns stored in the mask pattern storage section 4.

カテゴリー分析部3ではマスクパターンを1〜
4までひとつづつ読み出し、マスクパターン内の
1に対応する位置の変換係数の絶対値の総和を1
の数で割つた値Ki(1に対応する位置の変換係数
の絶対値平均)を各マスクパターンi(i=1〜
4)に対して求め、この値の最大値に対応するマ
スクパターンの番号iをカテゴリー番号12として
出力する。各マスクパターン内の1の位置は各カ
テゴリーにおける大きな係数値が分布する位置に
対応するため、この分析方法を用いることにより
変換係数の値の分布によるカテゴリー分析が可能
になる。
Category analysis section 3 selects mask patterns from 1 to
Read up to 4 one by one, and calculate the sum of the absolute values of the conversion coefficients at the positions corresponding to 1 in the mask pattern to 1.
The value Ki (average absolute value of the conversion coefficients at the position corresponding to 1) divided by the number of mask patterns i (i = 1 to
4) and outputs the mask pattern number i corresponding to the maximum value as category number 12. Since the position of 1 in each mask pattern corresponds to the position where large coefficient values in each category are distributed, using this analysis method enables category analysis based on the distribution of the values of the conversion coefficients.

第4図の各マスクパターンでDC成分を0とし
ているのは、DC成分はエツジの方向性に無関係
であり、カテゴリー分析に用いるKiの計算から
はずすべきだからである。
The reason why the DC component is set to 0 in each mask pattern in FIG. 4 is because the DC component is unrelated to the directionality of edges and should be excluded from the calculation of Ki used in category analysis.

他のカテゴリー分析の方法としては変換係数に
対してあらかじめあるスレシヨルド値Tを設定
し、各カテゴリー毎にマスクパターンが1である
位置でかつスレシヨルド値Tよりも大きな絶対値
をもつ変換係数の個数を求め、もつもこの個数が
多くなるカテゴリーを選ぶこともできる。
Another method of category analysis is to set a threshold value T in advance for the conversion coefficients, and calculate the number of conversion coefficients that have a mask pattern of 1 and an absolute value larger than the threshold value T for each category. You can also choose a category that has a large number of items.

さらにあらかじめ各カテゴリー毎に代表的な1
ブロツク分の変換係数Fk(i,j)(kはカテゴ
リー番号、(i,j)はブロツク内の位置を示す)
を定めてマスクパターン蓄積部4にマスクパター
ンのかわりにこの代表変換係数を蓄積させ、入力
された変換係数G(i,j)と各カテゴリーの代
表変換係数との距離をそれぞれ求め、この距離の
最も小さいカテゴリーを選択することもできる。
カテゴリーkに対する距離Lkの求め方の一例を
次式に示す。
In addition, a representative one for each category in advance.
Conversion coefficient Fk (i, j) for block (k is category number, (i, j) indicates position within block)
is determined, this representative conversion coefficient is stored in the mask pattern storage unit 4 instead of the mask pattern, the distance between the input conversion coefficient G(i, j) and the representative conversion coefficient of each category is determined, and this distance is You can also select the smallest category.
An example of how to obtain the distance L k for the category k is shown in the following equation.

Lk= 〓 i 〓 j√{(,)−(,)}2 代表変換係数の求め方としては、あらかじめ複数
のテスト画像を用いてブロツク単位のDCT変換
係数をブロツク内の変換係数の数を次数としたベ
クトル(8×8のブロツクならば64次元のベクト
ル)としてトレーニングシーケンスを作り、これ
からベクトル量子化のコードブツク作成の手法を
用いてカテゴリー数分の代表ベクトルを求め、こ
れを代表変換係数とすることができる。
L k = 〓 i 〓 j√{(,)−(,)} 2To find the representative transformation coefficients, first calculate the DCT transformation coefficients for each block using multiple test images, and calculate the number of transformation coefficients in the block. Create a training sequence as a vector (64 dimensions for an 8x8 block), use the vector quantization codebook creation method to find representative vectors for the number of categories, and convert them into representative transformation coefficients. It can be done.

次にバンド分割部5においてDCT変換係数11
がカテゴリー番号12に従つて複数のバンドに分割
され各バンドに含まれる交換係数を成分とするベ
クトル13が生成される。バンドテーブル蓄積部6
には各カテゴリーに対応してそれぞれなるべく等
しい分散値をもつ変換係数がひとつのバンドの中
に含まれるようにして決められたバンドテーブル
が蓄積されている。カテゴリー1〜4に対応する
バンドテーブルの一例を第5図a〜dに示す。バ
ンドテーブル内の各数値は対応する位置の変換係
数が属するバンドの番号を表わす。バンドテーブ
ル1は横方向にバンドが分割され、バンドデーブ
ル2は縦方向に、バンドテーブル3は左上から右
下方向に、バンドテーブル4は右上から左下方向
にバンドが分割されている。これらは各カテゴリ
ーに属する変換係数の値の分布に一致している。
バンドΦはDCT変換におけるDC成分のみを含む
バンドである。
Next, in the band dividing section 5, the DCT transform coefficient 11
is divided into a plurality of bands according to category number 12, and a vector 13 whose components are exchange coefficients included in each band is generated. Band table storage section 6
A band table is stored in which the conversion coefficients corresponding to each category are included in one band, each having the same variance value as possible. Examples of band tables corresponding to categories 1 to 4 are shown in FIGS. 5a to 5d. Each number in the band table represents the number of the band to which the conversion coefficient at the corresponding position belongs. Band table 1 has bands divided horizontally, band table 2 has bands divided vertically, band table 3 has bands divided from upper left to lower right, and band table 4 has bands divided from upper right to lower left. These correspond to the distribution of conversion coefficient values belonging to each category.
Band Φ is a band containing only DC components in DCT transformation.

バンド分割部5ではカテゴリー番号12に従つて
対応する番号のバンドテーブルをバンドテーブル
蓄積部6から読み出し、バンド番号の順番に、バ
ンドテーブルで同一バンド番号をもつ位置に対応
するDCT変換係数11を選び出し、それらを成分
とするひとつのベクトル13としてベクトルを生成
しベクトル量子化器7へ送る。例えば第5図から
カテゴリー1バンド番号2に対応するベクトルの
次元は8である。
The band dividing unit 5 reads the band table with the corresponding number according to the category number 12 from the band table storage unit 6, and selects the DCT transformation coefficients 11 corresponding to the positions having the same band number in the band table in the order of the band number. , a vector 13 having these as components is generated and sent to the vector quantizer 7. For example, from FIG. 5, the dimension of the vector corresponding to category 1 band number 2 is 8.

コードブツク蓄積部8には各カテゴリー内のさ
らに各バンド毎にそれぞれ対応してあらかじめ最
適に設計されたコードブツク蓄積されている。コ
ードブツクとはベクトル量子化における代表ベク
トル(最終的に出力されるベクトル)の集まりで
ある。例えばカテゴリー1には第5図に示すよう
にバンド0〜8に対応して9つのコードブツクが
あらかじめ用意されている。ベクトル量子化器7
ではカテゴリー番号12とバンド分割部5から入力
されるベクトルのハンド番号(バンド分割部5か
らは先に述べたようにバンドの番号順にベクトル
が送られるのでベクトル量子化器7では入力され
たベクトルのバンド番号を知ることができる。)
から対応するコードブツクをコードブツク蓄積部
8から読み出し、この中の複数の代表ベクトルの
中から最も入力ベクトルとの距離が短いものを選
び出し、その代表ベクトルにつけられた番号をベ
クトルインデツクス14として出力する。
The code book storage section 8 stores code books optimally designed in advance for each band within each category. A codebook is a collection of representative vectors (finally output vectors) in vector quantization. For example, for category 1, nine code books are prepared in advance, corresponding to bands 0 to 8, as shown in FIG. Vector quantizer 7
Then, the category number 12 and the hand number of the vector inputted from the band dividing unit 5 (as mentioned earlier, the vectors are sent from the band dividing unit 5 in the order of the band numbers, so the vector quantizer 7 calculates the hand number of the input vector. (You can know the band number.)
The corresponding codebook is read out from the codebook storage unit 8, the one with the shortest distance to the input vector is selected from among the plurality of representative vectors, and the number assigned to that representative vector is output as the vector index 14. do.

コードブツクの作り方としては多くのテスト画
像から選んだベクトル、あるいは各係数の分布
(例えばラプラス分布)を仮定して発生させたベ
クトルをトレーニングシーケンスとしてLBGア
ルゴリズム(参考文献(3):「アンアルゴリズムフ
オーベクトルクオンタイザーデザイン(An
Algorithm for Uector Quantizer Design)」)
Y Linde,A.Buzo,R.M.Gray,IEEE
Trans.,COM−28,1,pp.84−95,Jan.,
1980)を用いて設計することができる。また各コ
ードブツクの中の代表ベクトルの数M=2mはトレ
ーニングシーケンスから求めた各カテゴリー内の
各バンドに含まれる成分の分散値と達成目標の圧
縮率とから適切な値をあらかじめ決めておくこと
ができる。(参考文献(1)) カテゴリー分析部5で求められたカテゴリー番
号12とベクトル量子化器7で求めれたベクトルイ
ンデツクス14は符号化部9で符号化され符号1
5が出力される。符号として等長符号を用いた場
合、カテゴリー数が4ならば1ブロツク毎にカテ
ゴリー番号を2bitで符号化することができる。ま
たベクトルインデツクスは各カテゴリー、各バン
ド毎に割当てbit数が異あなり、対応するコード
ブツクの代表ベクトル数をMとして(log2M)
bitで符号化される。
To create a codebook, vectors selected from many test images or vectors generated assuming the distribution of each coefficient (for example, Laplace distribution) are used as a training sequence for the LBG algorithm (Reference (3): "Unalgorithm format"). Vector Quantizer Design (An
Algorithm for Uector Quantizer Design)
Y Linde, A. Buzo, RMGray, IEEE
Trans., COM-28, 1, pp.84-95, Jan.
(1980). In addition, the number of representative vectors in each codebook M = 2 m is determined in advance by an appropriate value from the variance value of the component included in each band in each category obtained from the training sequence and the target compression ratio. be able to. (Reference (1)) The category number 12 obtained by the category analysis section 5 and the vector index 14 obtained by the vector quantizer 7 are encoded by the encoding section 9 and are coded 1.
5 is output. When an equal length code is used as the code, if the number of categories is 4, the category number can be encoded with 2 bits for each block. In addition, the number of bits allocated to the vector index differs for each category and each band, and the number of representative vectors of the corresponding codebook is set as M (log 2 M).
Encoded in bits.

さらに各カテゴリー番号、各ベクトルインデツ
クスの発生頻度にかたよりがある場合にはハフマ
ン符号等の不等長符号を用いることにより、符号
量を削減することができる。
Furthermore, if the frequency of occurrence of each category number or each vector index varies, the amount of code can be reduced by using an unequal length code such as a Huffman code.

次に第1図bのブロツク図に従つて復号化装置
の説明を行う。上記符号化装置から受け取とつた
符号15は復号化部20で復号されカテゴリー番
号31とベクトルインデツクス32が出力される。
これはそれぞれ第1図aのカテゴリー番号12、ベ
クトルインデツクス14と同一のものである。次
にベクトル逆量子化器21では復号されたカテゴ
リー番号31と逆量子化を行うべきベクトルのバン
ド番号(各ブロツク毎にバンド番号の順番にベク
トルが符号化されて送られてくるので、バンド番
号はベクトル逆量子化器21の中で発生できる)
とから対応するコードブツクをコードブツク蓄積
部から読み出し、このコードブツクの中の代表ベ
クトルの中から復号されベクトルインデツクスで
示される代表ベクトルを復号ベクトル33として
出力する。復号化装置のコードブツク蓄積部22
の中のコードブツクは符号化装置におけるコード
ブツク蓄積部8の中のコードブツクと同一であ
る。
Next, the decoding device will be explained according to the block diagram of FIG. 1b. The code 15 received from the encoding device is decoded by a decoding section 20, and a category number 31 and a vector index 32 are output.
These are the same as category number 12 and vector index 14 in FIG. 1a, respectively. Next, the vector dequantizer 21 uses the decoded category number 31 and the band number of the vector to be dequantized. can be generated in the vector inverse quantizer 21)
A corresponding codebook is read out from the codebook storage section, and a representative vector that is decoded from among the representative vectors in this codebook and indicated by the vector index is output as a decoded vector 33. Codebook storage unit 22 of the decoding device
The codebook in the codebook is the same as the codebook in the codebook storage section 8 in the encoding device.

ブロツク合成部23ではカテゴリー番号31に従
つてバンドテーブル蓄積部24から対応するカテ
ゴリーのバンドテーブルを読み出し、入力される
復号ベクトルをバンド番号の順にバンドテーブル
で示されるブロツク内の対応する位置に配置して
いく。1ブロツク内の全ベクトルの復号と配置が
終つた時点で1ブロツク分の復号変換係数34がブ
ロツク合成部23から出力される。
The block synthesis unit 23 reads out the band table of the corresponding category from the band table storage unit 24 according to the category number 31, and arranges the input decoded vectors in the order of the band numbers at the corresponding positions in the block indicated by the band table. To go. When decoding and arrangement of all vectors in one block are completed, decoded transform coefficients 34 for one block are output from the block synthesis section 23.

復号化装置のバンドテーブル蓄積部24に蓄積
されるハンドテーブルは符号化装置におけるバン
ドテーブル蓄積部6に蓄積されるバンドテーブル
と同一のものである。逆DCT変換部では1ブロ
ツク単位に復号変換係数を逆DCT変換し、1ブ
ロツク分の復号画像35を順次出力する。ブロツ
ク単位の復号画像信号35は最後にブロツク書込
み部26を通して画像蓄積装置やプリンター等の
画像出力装置に出力される。
The hand table stored in the band table storage section 24 of the decoding device is the same as the band table stored in the band table storage section 6 of the encoding device. The inverse DCT transform section performs inverse DCT transform on the decoded transform coefficients in units of one block, and sequentially outputs one block worth of decoded images 35. The decoded image signal 35 in units of blocks is finally output through the block writing section 26 to an image output device such as an image storage device or a printer.

以上の説明においてはカテゴリーの数は4個と
して説明したがもつと増やすことも、逆に2つ程
度に減らすこともできる。ブロツクサイズも8×
8として説明したが別のサイズを用いてもさしつ
かえない。本実施例ではベクトル量子化は単に入
力ベクトルと近い代表ベクトルをみつけるだけで
あつたが、各カテゴリーの各バンド毎にベクトル
成分の平均的な分散値から正規化係数を求めこの
正規化係数でベクトル各成分を割つてからベクト
ル量子化し、復号化装置では逆ベクトル量子化し
た後にベクトル各成分に正規化係数をかけて復号
ベクトルを求めることもできる。(参考文献(1))
ただしこの場合には正規化係数を各カテゴリーの
各バンド毎に付加情報として符号化する必要があ
る。
In the above explanation, the number of categories was explained as four, but it can be increased or conversely reduced to about two. Block size is also 8x
8, but other sizes may be used. In this example, vector quantization simply finds a representative vector close to the input vector, but it calculates a normalization coefficient from the average variance value of vector components for each band in each category, and uses this normalization coefficient to It is also possible to obtain a decoded vector by dividing each component and then vector quantizing the vector, and after inverse vector quantizing in the decoding device, multiplying each component of the vector by a normalization coefficient. (References (1))
However, in this case, it is necessary to encode the normalization coefficient as additional information for each band of each category.

さらに本実施例では各カテゴリー内の各バンド
毎に使用するコードブツク内の代表ベクトルの数
M=2m(mはベクトルに対するbit配分数を示す)
はあらかじめ一定に定めていたが、圧縮する画像
によつて、また目標の圧縮率によつて適応的に切
り替えることもできる。
Furthermore, in this example, the number of representative vectors in the codebook used for each band in each category M = 2 m (m indicates the number of bits allocated to the vector)
is set constant in advance, but it can also be adaptively switched depending on the image to be compressed or the target compression rate.

この方法としてはあらかじめ各カテゴリー、各
バンド毎に代表ベクトル数を変えて複数のコード
ブツクを用意しておき、圧縮する画像を各カテゴ
リー、各バンド毎に分割した場合のバンド内の各
ベクトル成分の平均分散値と目標圧縮率からどの
コードブツクを用いるかを適応的に切り変えるも
ので、これについては参考文献(1)に「最適bit配
分」として詳細に述べられている。この方法を用
いた場合には各カテゴリー、各バンド毎に用いた
コードブツク内の代表ベクトルの数(あるいはこ
の数を表現するbit数)を付加情報として符号化
する必要がある。
In this method, multiple codebooks are prepared in advance with different numbers of representative vectors for each category and each band, and when the image to be compressed is divided into each category and each band, each vector component in the band is This method adaptively changes which codebook to use based on the average variance value and target compression rate, and this is described in detail in Reference (1) as ``optimal bit allocation.'' When this method is used, it is necessary to encode the number of representative vectors (or the number of bits representing this number) in the codebook used for each category and each band as additional information.

また以上述べた正規化処理、適応的なベクトル
へのbit配分をさらに適切に行うために、各カテ
ゴリー毎にそれに含まれるブロツクをさらにブロ
ツク内AC成分の二乗和に従つて複数(例えば4
つ)のクラスに分け、このクラス毎に正規化係
数、bit配分を切り替える方式も可能である。こ
の場合にはブロツク毎にカテゴリー番号に加えて
クラス番号を付加情報として符号化する必要があ
る。このクラス分けの詳細については次の参考文
献(4)に述べられている。(参考文献(4):「アダプテ
イブコーテイングオブモノクロームアンドカラー
イメーシズ(Adaptive coding of monochrome
and color imagers)」,アイ・イー・イー・イ
ー・トランザクシヨンズ オン コミユニケーシ
ヨンズ(IEEE TRANSACTIONS ON
COMMUNICATIONS)誌、1977年11月号、
1285〜1292頁) 最後にDCT変換係数の中のDC成分(バンド
Φ)は他のバンドとは別に一様量子化することも
できる。(例えば8bitの一様量子化) 以上の説明においては画像信号として特に規定
はしていないが、多値の白黒画像、RGBの各カ
ラー成分画像、Y,R−Y,B−Y等の輝度、色
素信号はすべてこの画像信号の中に含まれる。
In addition, in order to perform the normalization processing and adaptive bit allocation to the vectors described above more appropriately, the blocks included in each category are further divided into multiple blocks (for example, 4
It is also possible to divide the data into two classes and switch the normalization coefficient and bit allocation for each class. In this case, it is necessary to encode the class number as additional information in addition to the category number for each block. Details of this classification are described in the following reference (4). (Reference (4): “Adaptive coding of monochrome and color images”
and color images), IEEE TRANSACTIONS ON
COMMUNICATIONS) magazine, November 1977 issue,
(pp. 1285-1292) Finally, the DC component (band Φ) in the DCT transform coefficients can also be uniformly quantized separately from other bands. (For example, 8-bit uniform quantization) In the above explanation, image signals are not specified in particular, but include multivalued black and white images, RGB color component images, luminance of Y, R-Y, B-Y, etc. , all dye signals are included in this image signal.

さらにテレビジヨン信号等の動画像におけるフ
レーム間差分信号においても適用でき、十分な効
果を得ることができる。フレーム間差分信号につ
いては文献(5)に詳細に述べられている。(参考文
献(5)「テレビジヨンバンドウイドスコムプレツシ
ヨントランスミツシヨンバイモーシヨンコムペン
セイテイドインターフレームコーデイング
(Televicion Bandwith Compression
Transmission by Motion−compensated Inter
−frame Coding)」,ア イ・イー・イー・イ
ー・コミユニケーシヨンマガジン(IEEE
Communication Magagine)誌、1982年11月号
24〜30頁) (発明の効果) 以上述べたように本発明の画像信号の符号化方
法および符号化復号化装置を用いることにより、
直交変換係数をブロツク毎にその変換係数の大き
さの分布に従つて複数のカテゴリーに分割し、カ
テゴリー毎に異なるバンド分けを実現し、効率の
よいベクトル量子化が可能となる。
Furthermore, it can be applied to inter-frame difference signals in moving images such as television signals, and sufficient effects can be obtained. The interframe difference signal is described in detail in document (5). (Reference (5) “Television Bandwith Compression Transmission Bimotion Compression Interframe Coding”
Transmission by Motion−compensated Inter
-frame Coding)”, IE Communication Magazine (IEEE
Communication Magazine), November 1982 issue
(Pages 24-30) (Effects of the Invention) As described above, by using the image signal encoding method and encoding/decoding device of the present invention,
The orthogonal transform coefficients are divided into a plurality of categories according to the size distribution of the transform coefficients for each block, and different bands are realized for each category, making it possible to perform efficient vector quantization.

これにより強い方向性をもつた画像に対しても
エツジ部分のぼけの発生を軽減し、かつ圧縮効率
の高い圧縮伸張処理を実現することができる。
As a result, it is possible to reduce the occurrence of blurring in edge portions even for images with strong directionality, and to realize compression/expansion processing with high compression efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図aは本発明の符号化装置の一実施例を示
すブロツク図、第1図bは復号化装置の一実施例
を示すブロツク図、第2図は従来の方式のバンド
分けを示す図、第3図a,b,cは画像領域と変
換領域の関数を示す図、第4図a〜dはカテゴリ
ー分析に用いるマスクパターンの一例を示す図、
第5図a,b,c,dはバンドテーブルの一例を
示す図である。 図において、1……ブロツク読み出し部、2…
…DCT変換部、3……カテゴリー分析部、4…
…マスクパターン蓄積部、5……バンド分割部、
6,24……バンドテーブル蓄積部、7……ベク
トル量子化器、8,22……コードブツク蓄積
部、9……符号化部、20……復号化部、21…
…ベクトル逆量子化器、23……ブロツク合成
部、25……逆DCT変換部、26……ブロツク
書込み部。
FIG. 1a is a block diagram showing an embodiment of the encoding device of the present invention, FIG. 1b is a block diagram showing an embodiment of the decoding device, and FIG. 2 is a diagram showing band division in the conventional system. , Figures 3a, b, and c are diagrams showing the functions of the image region and the transformation region, and Figures 4 a to d are diagrams showing examples of mask patterns used for category analysis.
FIGS. 5a, b, c, and d are diagrams showing an example of a band table. In the figure, 1...block reading unit, 2...
...DCT conversion section, 3...Category analysis section, 4...
...mask pattern storage section, 5...band division section,
6, 24...Band table storage section, 7...Vector quantizer, 8, 22...Codebook storage section, 9...Encoding section, 20...Decoding section, 21...
...Vector inverse quantizer, 23...Block synthesis section, 25...Inverse DCT transformation section, 26...Block writing section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 送信側では複数の画素からなるブロツク単位
で画像信号を読み出し、該ブロツク単位に直交変
換を施して複数の変換係数を求め、該ブロツク内
の複数の変換係数の大きさの分布に従つて該ブロ
ツク単位に複数のカテゴリーのいずれかに分類し
てカテゴリー番号を発生し、該カテゴリー番号
と、各カテゴリー毎に異なるあらかじめ定められ
たブロツク内のバンド分割テーブルとに従つて該
ブロツク内の変換係数を複数のバンドに分割して
複数のベクトルを発生し、該カテゴリー番号と、
各カテゴリー各バンド毎にあらかじめ定められた
コードブツクとに従つて該複数のベクトルをベク
トル量子化して複数のベクトルインデツクスを発
生し、該カテゴリー番号と該複数のベクトルイン
デツクスを符号化して符号を発生し、受信側では
該符号を入力して該カテゴリー番号と該複数のベ
クトルインデツクスを復号し、復号された該カテ
ゴリー番号と、各カテゴリー各バンド毎にあらか
じめ定められた該コードブツクとに従つて復号さ
れた該複数のベクトルインデツクスを逆ベクトル
量子化して複数の復号ベクトルを発生し、復号さ
れた該カテゴリー番号と、各カテゴリー毎に異な
るあらかじめ定められたブロツク内の該バンド分
割テーブルとに従つて該複数の復号ベクトルを配
置して複数の復号変換係数から成るブロツクを合
成し、該ブロツク内の複数の復号変換係数を逆直
交変換して該ブロツクの復号画像信号を発生し、
該復号画像信号をブロツク単位に出力する画像信
号符号化復号化方法。 2 複数の画素からなるブロツク単位で画像信号
ろ読み出す手段と、該ブロツク単位に直交変換を
施して複数の変換係数を求める手段と、該ブロツ
ク内の複数の変換係数の大きさの分布に従つて該
ブロツク単位に複数のカテゴリーのいずれかに分
類してカテゴリー番号を発生する手段と、該カテ
ゴリー番号と、各カテゴリー毎に異なるあらかじ
め定められたブロツク内のバンド分割テーブルと
に従つて該ブロツク内の変換係数を複数のバンド
に分割して複数のベクトルを発生する手段と、該
カテゴリー番号と、各カテゴリー各バンド毎にあ
らかじめ定められたコードブツクとに従つて該複
数のベクトルをベクトル量子化して複数のベクト
ルインデツクスを発生する手段と、該カテゴリー
番号と該複数のベクトルインデツクスを符号化す
る手段を有することを特徴とする画像信号符号化
装置。 3 複数の画素からなるブロツク単位で画像信号
を読み出し、該ブロツク単位に直交変換を施して
複数の変換係数を求め、該ブロツク内の複数の変
換係数の大きさの分布に従つて該ブロツク単位に
複数のカテゴリーのいずれかに分類してカテゴリ
ー番号を発生し、該カテゴリー番号と、各カテゴ
リー毎に異なるあらかじめ定められたブロツク内
のバンド分割テーブルとに従つて該ブロツク内の
変換係数を複数のバンドに分割して複数のベクト
ルを発生し、該カテゴリー番号と、各カテゴリー
各バンド毎にあらかじめ定められたコードブツク
とに従つて該複数のベクトルをベクトル量子化し
て複数のベクトルインデツクスを発生し、該カテ
ゴリー番号と該複数のベクトルインデツクスを符
号化して符号を発生する画像信号符号化装置から
符号を入力し、該符号から該カテゴリー番号と該
複数のベクトルインデツクスを復号する手段と、
復号された該カテゴリー番号と、各カテゴリー各
バンド毎にあらかじめ定められた該コードブツク
とに従つて復号された該複数のベクトルインデツ
クスを逆ベクトル量子化して複数の復号ベクトル
を発生する手段と、復号された該カテゴリー番号
と、各カテゴリー毎に異なるあらかじめ定められ
たブロツク内の該バンド分割テーブルとに従つて
該複数の復号ベクトルを配置して複数の復号変換
係数から成るブロツクを合成する手段と、該ブロ
ツク内の複数の復号変換係数を逆直交変換して該
ブロツクの復号画像信号を発生する手段と、該復
号画像信号をブロツク単位に出力する手段を有す
ることを特徴とする画像信号復号化装置。
[Scope of Claims] 1. On the transmitting side, an image signal is read out in units of blocks each consisting of a plurality of pixels, orthogonal transformation is performed on each block to obtain a plurality of transform coefficients, and the magnitude of the plurality of transform coefficients in the block is determined. A category number is generated by classifying each block into one of a plurality of categories according to the distribution of The transformation coefficients in the block are divided into multiple bands to generate multiple vectors, and the category number and
A plurality of vector indices are generated by vector quantizing the plurality of vectors according to a predetermined codebook for each category and each band, and a code is generated by encoding the category number and the plurality of vector indices. The receiving side inputs the code, decodes the category number and the plurality of vector indexes, and decodes the category number and the codebook predetermined for each category and band. The decoded vector indices are inverse vector quantized to generate a plurality of decoded vectors, and the decoded category number and the band division table in a predetermined block that is different for each category are used. Therefore, the plurality of decoded vectors are arranged to synthesize a block consisting of a plurality of decoded transform coefficients, and the plurality of decoded transform coefficients in the block are inversely orthogonally transformed to generate a decoded image signal of the block,
An image signal encoding/decoding method for outputting the decoded image signal in block units. 2. Means for reading out image signals in units of blocks consisting of a plurality of pixels, means for performing orthogonal transformation on the block units to obtain a plurality of transform coefficients, and means for obtaining a plurality of transform coefficients according to the size distribution of the plurality of transform coefficients in the block. means for classifying each block into one of a plurality of categories and generating a category number; means for dividing a transform coefficient into a plurality of bands to generate a plurality of vectors; and a means for vector quantizing the plurality of vectors according to the category number and a predetermined codebook for each category and each band. 1. An image signal encoding device comprising: means for generating a vector index; and means for encoding the category number and the plurality of vector indices. 3 Read out the image signal in units of blocks consisting of a plurality of pixels, perform orthogonal transformation on the blocks to obtain a plurality of transformation coefficients, and read out the image signals in units of the blocks according to the distribution of the magnitudes of the plurality of transformation coefficients in the blocks. A category number is generated by classifying into one of multiple categories, and the conversion coefficients within the block are divided into multiple bands according to the category number and a predetermined band division table within the block that is different for each category. generating a plurality of vectors, vector quantizing the plurality of vectors according to the category number and a predetermined codebook for each category and each band, and generating a plurality of vector indices; means for inputting a code from an image signal encoding device that encodes the category number and the plurality of vector indices to generate a code, and decoding the category number and the plurality of vector indices from the code;
means for generating a plurality of decoded vectors by inverse vector quantizing the plurality of decoded vector indices according to the decoded category number and the codebook predetermined for each category and each band; means for arranging the plurality of decoded vectors according to the decoded category number and the band division table in a predetermined block different for each category to synthesize a block consisting of a plurality of decoded transform coefficients; , means for generating a decoded image signal of the block by performing inverse orthogonal transform on a plurality of decoded transform coefficients in the block, and means for outputting the decoded image signal in units of blocks. Device.
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