JP2001251617A - 自己相似性を利用した平均値伝送符号化・復号化方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 統計外の画像に対して良好な画像を再生でき
るとともに、汎用性の高いＣＢを設計できるようにした
自己相似性を利用した平均値伝送符号化・復号化方法び
その装置を提供する。 【解決手段】 符号化装置は、入力画像を画像ブロック
に分割するブロック分割手段１と、この手段１の出力を
もとにコードブック（ＣＢ）を作成するＣＢ作成手段２
と、このＣＢ作成手段２の作成したＣＢを読みとり書き
込み自在に記憶するＣＢ３と、前記画像ブロックをもと
にＣＢ３からもっとも似ているパターンブロックを検索
するＣＢ検索手段４と、このＣＢ検索手段４の出力及び
ＣＢからの出力で符号化する符号化手段５を備え、復号
化装置は、受信信号からパターンブロック情報を後号す
る復号化手段６と、この復号化手段６の出力のパターン
ブロックに関する情報をもとにＣＢ８からパターンブロ
ックを切り出し、切り出したパターンブロックを新しい
画像ブロックとして原画像ブロックに貼り付けるブロッ
ク再生手段８とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自己相似性を利用
した平均値伝送符号化・復号化方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ベクトル量子化による画像圧縮の方法に
ついては、以前から様々な研究が行われている。ベクト
ル量子化は代表ベクトル系列を持つコードブック（以
下、ＣＢという。）の設計がデータ圧縮の鍵となってい
る。一般にＣＢの設計法としては、ＬＢＧアルゴリズム
などの学習法のように、複数の画像からよく使われるベ
クトルを代表ベクトルとして選び出すというように統計
的手法で行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする議題】しかしながら、上記統
計的手法では統計外の画像に対して必ずしも良好な画像
を再生できるという保証がなかった。このように汎用性
の高いＣＢを設計することは困難であった。

【０００４】本発明は、このような状況に鑑みて、統計
外の画像に対して良好な画像を再生できるとともに、汎
用性の高いＣＢを設計できるようにした自己相似性を利
用した平均値伝送符号化・復号化方法及びその装置を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕自己相似性を利用した平均値伝送符号化方法にお
いて、入力画像をブロック分割した入力画像ブロックの
平均値を求め、その平均値で入力画像の縮小画像を作成
し、その縮小画像情報をパターン画像として検索可能に
ＣＢに収納し、ＣＢを作成することを特徴とする。 〔２〕自己相似性を利用した平均値伝送符号化方法にお
いて、入力画像ブロックの平均値よりなる縮小画像情報
が収納されているＣＢを検索して、任意のパターンブロ
ックを切り出して基本画像とし、この基本画像を所定角
度回転した回転パターンブロックと、この回転パターン
ブロックの反転パターンブロックとを作成し、これらパ
ターンブロックと入力画像ブロックとの画素の輝度差に
よる平均２乗誤差が最小になるパターンブロックを求
め、そのパターンブロックのＣＢ内の位置情報、回転情
報および反転情報を出力し、ＣＢを検索することを特徴
とする。 〔３〕自己相似性を利用した平均値伝送符号化方法にお
いて、入力画像ブロックの平均値よりなる縮小画像情報
が収納されているＣＢを検索して、任意のパターンブロ
ックを切り出して基本画像とし、この基本画像を所定角
度回転した回転パターンブロックと、この回転パターン
ブロックの反転パターンブロックとを作成し、入力画像
ブロックとパターンブロックをベクトル角度に変換し、
その角度で平均２乗誤差を計算し、誤差が最小になるパ
ターンブロックを求め、そのパターンブロックのＣＢ内
の位置情報、回転情報および反転情報を出力し、ＣＢを
検索することを特徴とする。 〔４〕自己相似性を利用した平均値伝送符号化方法にお
いて、入力画像ブロックの平均値よりなる縮小画像情報
が収納されているＣＢを検索して、任意のパターンブロ
ックを切り出して基本画像とし、この基本画像を所定角
度回転した回転パターンブロックと、この回転パターン
ブロックの反転パターンブロックとを作成し、入力画像
ブロックとパターンブロックを平均値と画素の比に変換
して平均２乗誤差が最小になるパターンブロックを求
め、そのパターンブロックのＣＢ内の位置情報、回転情
報および反転情報を出力し、ＣＢを検索することを特徴
とする。 〔５〕自己相似性を利用した平均値伝送復号化方法にお
いて、復号化したＣＢにおけるパターンブロックの位置
情報、回転情報、反転情報をもとにＣＢからパターンブ
ロックを切り出し、ＣＢを検索することを特徴とする。 〔６〕自己相似性を利用した平均値伝送復号化方法にお
いて、複号化したＣＢにおけるパターンブロックの位置
情報、回転情報、反転情報をもとにＣＢから取り出した
パターンブロックをベクトル角度に変換し余弦をとり、
同時に復号化した入力画像ブロックの平均値を表すパタ
ーンブロックの対応画素の画素値を平均電力値とし、こ
の余弦角度と平均電力値を掛け合わせて新しい画像ブロ
ックを作成して出力し、ＣＢを検索することを特徴とす
る。 〔７〕自己相似性を利用した平均値伝送復号化方法にお
いて、復号化したＣＢにおけるパターンブロックの位置
情報、回転情報、反転情報をもとにＣＢから取り出した
パターンブロックを平均値と画素の比率に再変換し、入
力画像ブロックの平均値を表すパターンブロックの対応
画素の画素値を平均値とし、前記比率と平均値を掛け合
わせて新しい画像ブロックを作成して出力し、ＣＢを検
索することを特徴とする。 〔８〕自己相似性を利用した平均値伝送符号化装置にお
いて、入力画像を画像ブロックに分割するブロック分割
手段と、このブロック分割手段の出力をもとにＣＢを作
成するＣＢ作成手段と、このＣＢ作成手段の作成したＣ
Ｂを読みとり書き込み自在に記憶するＣＢと、前記画像
ブロックをもとにＣＢからもっとも似ているパターンブ
ロックを検索するＣＢ検索手段と、このＣＢ検索手段の
出力及びＣＢからの出力で符号化する符号化手段とを具
備することを特徴とする。

〔９〕自己相似性を利用した平均値伝送復号化装置にお
いて、受信信号からパターンブロック情報を復号する復
号化手段と、この復号化手段の出力のパターンブロック
に関する情報をもとにＣＢからパターンブロックを切り
出し、この切り出したパターンブロックを新しい画像ブ
ロックとして原画隊ブロックに貼り付けるブロック再生
手段とを具備することを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の態様】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【０００７】図１は本発明の実施例を示す自己相似性を
利用した平均値伝送符号化・復号化方式のブロック図、
図２は本発明の実施例を示す自己相似性を利用した平均
値伝送符号化方式およびパターンブロック例を示す図、
図３は本発明の実施例を示すＣＢ検索手段の動作を表す
パターンベクトル法のフローチャートである。

【０００８】ＣＢ作成は、図２および図３に示すように
行う。まず、入力画像信号を任意のｍ×ｎ画素毎のブロ
ックに全て分割する（ステップＳ１）。これにより、入
力画像が、ブロックＡ１，ブロックＡ２，ブロックＡ
３，…からなる入力画像ブロックＡｊ（ｊ＝１，２，
３，…）に分割される。次に、全ての入力画像ブロック
Ａｊ内のｍ×ｎ個の画素の平均値Ｄを演算する。このブ
ロック毎の平均値Ｄによって入力画像の１／（ｍ×ｎ）
の縮小画像を作成する（ステップＳ２）。この縮小画像
をパターン画像として検索可能にＣＢとしてメモリに記
憶する（ステップＳ３）（請求項１に係る発明に対
応）。

【０００９】ＣＢの符号化側から復号化側への送信は、
画像１枚につき１度最初に送ればよい。

【００１０】ＣＢ検索は、図３に示すようなＣＢ検索手
段で行う。まず、ブロック分割した任意の入力画像ブロ
ックＡｊを読み込む。次に、入力画像ブロックの平均値
Ｄよりなる縮小画像情報が収納されているＣＢを検索し
て、ＣＢ内から順番に位置を変えて切り出した任意のパ
ターンブロックを基本パターンとし、この基本パターン
を任意の複数の角度回転した回転パターンブロックＢｋ
と、この回転パターンブロックＢｋを反転した反転パタ
ーンブロックＢｋとを作成し、これらパターンブロック
Ｂｋと入力画像ブロックＡｊとの画素の輝度差による平
均２乗誤差を演算し、最小になるパターンブロックを求
める。この演算を入力画像ブロックＡｊ（Ａ１，Ａ２，
Ａ３，…）の順に、１つのＡｊにつき全てのパターンブ
ロックＢｊ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂｋ，…）それぞれ
を基本パターンブロックとし、その基本パターンブロッ
クの任意の複数の角度回転した回転パターンブロックＢ
ｋと、この回転パターンブロックＢｋを反転した反転パ
ターンブロックＢｋとについても行う。最終的に、任意
の入力画像ブロックＡｊ毎に、最小になるパターンブロ
ックＢｋを求め、そのパターンブロックのＣＢ内の位置
情報、回転情報および反転情報を出力する（ステップＳ
４）（請求項２に係る発明に対応）。

【００１１】また、他のＣＢ検索は、図４に示すような
ＣＢ検索手段で行う。まず、ブロック分割した任意の入
力画像ブロックＡｊを読み込む。次に、入力画像ブロッ
クの平均値よりなる縮小画像情報が収納されているＣＢ
を検索して、ＣＢ内から順番に位置を変えて切り出した
任意のパターンブロックを基本パターンとし、この基本
パターンを任意の複数の角度回転した回転パターンブロ
ックＢｋと、この回転パターンブロックＢｋを反転した
反転パターンブロックＢｋとを作成し、これらパターン
ブロックＢｋと入力画像ブロックＡｊの平均電力値Ｄと
画素毎の角度ベクトルαａ_i 、αｂ_i を求め、両ブロッ
クの対応画素毎にその角度の平均２乗誤差Ｅを演算し、
Ｅが最小になるパターンブロックを求める。この演算を
入力画像ブロックＡ１，Ａ２，Ａ３，…の順に、１つの
Ａｊにつき全てのパターンブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，
…Ｂｋ，…それぞれを基本パターンブロックとし、その
基本パターンブロックの任意の複数の角度回転した回転
パターンブロックＢｋと、この回転パターンブロックＢ
ｋを反転した反転パターンブロックＢｋとについて行
う。最終的に、任意の入力画像ブロックＡｊ毎に、Ｅが
最小になるパターンブロックを求め、そのパターンブロ
ックのＣＢ内の位置情報、ブロック数、回転情報および
反転情報を出力する（ステップＳ１１〜１７）（請求項
３に係る発明に対応）。

【００１２】さらに、他のＣＢ検索は、図６に示すよう
なＣＢ検索手段で行う。まず、ブロック分割した任意の
入力画像ブロックＡｊを読み込む。次に、入力画像ブロ
ックの平均値よりなる縮小画像情報が収納されているＣ
Ｂを検索して、ＣＢ内から順番に位置を変えて切り出し
た任意のパターンブロックを基本パターンとし、この基
本パターンを任意の複数の角度回転した回転パターンブ
ロックＢｋと、この回転パターンブロックＢｋを反転し
た反転パターンブロックＢｋとを作成し、これらパター
ンブロックＢｋと入力画像ブロックＡｊの平均値ａｄｖ
と画素毎の画素値を求め、両ブロックの（画素／平均値
ａｄｖ）の平均２乗誤差Ｄｋを演算し、Ｄｋが最小にな
るパターンブロックを求める。この演算を入力画像ブロ
ックＡ１，Ａ２，Ａ３，…の順に、１つのＡｊにつき全
てのパターンブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂｋ，…そ
れぞれを基本パターンブロックとし、その基本パターン
ブロックの任意の複数の角度回転した回転パターンブロ
ックＢｋと、この回転パターンブロックＢｋを反転した
反転パターンブロックＢｋとについても行う。最終的
に、任意の入力画像ブロックＡｊ毎に、Ｄｋが最小にな
るパターンブロックを求め、そのパターンブロックのＣ
Ｂ内の位置情報、ブロック数、回転情報および反転情報
を出力する（ステップＳ３１〜３７）（請求項４に係る
発明に対応）。

【００１３】また、ＣＢ検索は、図３に示すように、符
号化したＣＢから、パターンブロックの位置情報、回転
情報、反転情報などをもとにパターンブロックを検索
し、切り出す（ステップＳ５）（請求項５に係る発明に
対応）更に、ＣＢ検索は、図４に示すように、復号化し
たＣＢにおけるパターンブロックの位置情報、回転情
報、反転情報をもとにＣＢから取り出したパターンブロ
ックをベクトル角度に変換し余弦をとり、同時に復号化
した入力画像ブロックの平均値を表すパターンブロック
の対応画素の画素値を平均電力値とし、この余強角度と
平均電力値を掛け合わせて新しい画像ブロックを作成し
出力する（ステップＳ１７〜２１）（請求項６に係る発
明に対応）。

【００１４】また、ＣＢ検索は、図５に示すように、復
号化したＣＢにおけるパターンブロックの位置情報、回
転情報、反転情報をもとにＣＢから取り出したパターン
ブロックを平均値と画素の比率に再変換し、入力画像ブ
ロックＡｊの平均値を表すパターンブロックの対応画素
の画素値を平均値とし、上記比率と平均値を掛け合わせ
て新しい画像ブロックを作成し出力する（ステップＳ３
１〜Ｓ３８）（請求項７に係る発明に対応）。

【００１５】符号化装置は、図１に示すように、入力画
像を画像ブロックに分割するブロック分割手段１と、前
記ブロック分割手段１の出力をもとにＣＢを作成するＣ
Ｂ作成手段２と、ＣＢ作成手段２の作成したＣＢを読み
とり書き込み自在にメモリに記憶するＣＢ３と、上記画
像ブロックをもとにＣＢからもっとも似ているパターン
ブロックを検索するＣＢ検索手段４と、前記ＣＢ検索手
段４の出力およびＣＢ３を符号化する符号化手段５とか
らなる（請求項８に係る発明に対応）。

【００１６】また、復号化装置は、図１に示すように、
受信信号からパターンブロック情報およびＣＢを復号化
する復号化手段６と、ＣＢを検索自由にメモリに記憶す
るＣＢ８と、前記復号化手段６の出力のパターンブロッ
クに関する情報をもとにＣＢ８からパターンブロックを
切り出すＣＢ検索手段７と、切り出したパターンブロッ
クを新しい画像ブロックとして原画像ブロックに貼り付
けるブロック再生手段９とからなる（請求項９に係る発
明に対応）。

【００１７】以下、順次詳細に説明する。

【００１８】まず、基本となる量子化法であるパターン
ベクトル量子化法（図３）について説明し、次にＣＢの
他の検索法である、ベクトル角度変換検索法（図４及び
図５）と平均値比率検索法（図６及び図７）について説
明し、その次にパターンベクトル量子化装置および該装
置を備えた符号化装置並びに対応する復号化装置につい
て説明する。 〔１〕パターンベクトル量子化 図２および図３に基づいて、パターンベクトル量子化方
法を説明する。図２の例は白黒の疑似多階調の画像信号
を対象としているが、輝度信号であればよい。

【００１９】なお、カラー画像信号の場合は、例えば、
Ｒ、Ｇ、Ｂ信号を基に周知の演算式から求めたＹ信号
（輝度信号）が主に対象となるが、他のカラー画像信号
でも対象となる。

【００２０】まず、符号化側を説明する。入力装置で読
みとった原画像を任意数の画素、図２（ａ）では４×４
画素のブロックに全て分割し（ステップＳ１）、そのブ
ロック内の１６個の画素の平均値を計算し、それをすべ
てのブロックについて行う。こうしてできた１ブロック
当たり１平均値の画素値によって、原画像の１／１６の
縮小画像を作る（ステップＳ２）。この縮小画像をＣＢ
としメモリに記憶する（ステップＳ３）。次に、図２
（ｂ）に示すように、原画像のブロックの内の順番に当
たった４×４画素の各ブロックに類似したブロック（パ
ターンブロック）をＣＢ内から検索する。このときの検
索方法は、ＣＢから順番に位置を変えて切り出してでき
るすべてのパターンブロックを基本ブロックとし、その
基本ブロックを回転（任意角度毎、例示では０°、９０
°、１８０°、２７０°の４種類）・反転（例示は、各
回転について１種類）を加えてできる８種類のパターン
ブロックそれぞれと１つの原画像ブロックとを比較し、
画素の輝度値による平均２乗誤差が小さいものを求める
演算をする。この演算を原画像ブロックの全てについて
行い、原画像ブロック全てに対してパターンブロックが
求まる。原画像のブロックの平均値は、ＣＢの画素の画
素値が表す。このＣＢは作成された後符号化側に記憶さ
れると共に、復号化側に送られ記憶される。最小値のパ
ターンブロックの位置情報（ＣＢ内からブロックを切り
出した位置）（画素数）；このパターンブロックの回転
（角度）情報；反転情報を原画像の該当ブロックの情報
として符号化して送信する（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ
６）。この３つの情報（「位置、角度、反転」）がイン
デックスに相当する。

【００２１】復号化側では、原画像ブロックの平均値で
構成される縮小画像のＣＢから位置データを基にパター
ンブロックを切り出し（ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９）、
それを回転・反転した新しいパターンブロックを原画像
の対応するブロックの場所に貼り付けていく（ステップ
Ｓ１０）。

【００２２】また、検索法がベクトル角度変換検索法や
平均値比較検索法の場合は、位置データを基に切り出し
たパターンブロックから上角度や比較値を求め、同じく
ＣＢから切り出した画像を各位置に対応する平均値と演
算し、該当位置に貼り付ける。

【００２３】（例）伝送する情報は１ブロックあたり ブロックの平均値；８ｂｉｔ（ＣＢの画素値） 位置情報；ｌｏｇ２（ＣＢから切り出せるブロック数） 回転情報；２ｂｉｔ 反転情報；ｌｂｉｔ （Ｓ１）入力画像信号を任意のｍ×ｎ画素毎のブロック
に全て分割する〔これにより、入力画像ブロックＡｊ
（ｊ＝１，２，３，…）ができる〕。 （Ｓ２）全ての入力画像ブロックＡｊ内のｍ×ｎ個の画
素の平均値Ｄを演算する。このブロック毎の平均値Ｄに
よって入力画像の１／（ｍ×ｎ）の縮小画像を作成す
る。 （Ｓ３）縮小画像をＣＢとしてメモリに記憶する。 （Ｓ４）入力画像ブロックＡｊを読み込む。ＣＢ検索手
段で、ＣＢ内から順番に位置を変えて切り出したパター
ンブロックを基本パターンとし、それの任意角度で回転
した回転パターンブロックＢｋと、その回転パターンブ
ロックの反転した反転パターンブロックＢｋを作成し、
それらパターンブロックＢｋと入力画像ブロックとの画
素の輝度差による平均２乗誤差として演算する。この演
算を入力画像ブロックＡ１，Ａ２，Ａ３，…の順に、１
つのＡｊにつき全てのパターンブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ
３，…Ｂｋ，…それぞれを基本パターンブロックとし、
それの任意角度での回転パターンブロックと、この回転
パターンブロックを反転した反転パターンブロックとに
ついて行う。最終的に、最も似ているパターンブロック
の位置情報、回転情報、反転情報を求める。 （Ｓ５）パターンブロックの位置情報；回転情報；反転
情報；ＣＢを符号化する。 （Ｓ６）伝送 （Ｓ７）パターンブロックの位置情報；回転情報；反転
情報；ＣＢを復号化する。 （Ｓ８）ＣＢをメモリに記憶する。 （Ｓ９）位置情報、回転情報、反転情報をもとに、ＣＢ
検索手段によりＣＢからパターンブロックを切り出す。 （Ｓ１０）切り出したパターンブロックから符号化時の
手法に対応した復号化を行い、入力画像ブロックの該当
位置に貼り付ける。 〔２〕検索法 原画像のブロックと相似なパターンブロックをＣＢから
検索する方法として、上記〔１〕で説明したパターンベ
クトル量子化法は互いの画素の輝度値による距離を計算
し、その平均２乗誤差が小さくなるようなパターンブロ
ックを探していたが、画素同士のレベル差が大きくなっ
てしまうものを選択することがあるため、平坦部におい
て凹凸歪の目立つ画像が再生された。

【００２４】そこで、平均的に輝度値が同じになるパタ
ーンブロックを探すのではなく、ブロック内における変
化の比率に変換して平均２乗誤差を計算するという方法
を見い出し、この方法で検索を行った。これにより、凹
凸の形を意識した検索が可能となる。以下に２つの方法
を示す。 〔２−１〕ベクトル角度変換検索法 図４、図７に基づいて説明する。符号化側（ステップＳ
１１〜Ｓ１８）では、以下に示すように、原画像ブロッ
クとＣＢのパターンブロックの双方のブロックをベクト
ル角度に変換し、その角度で平均２乗誤差を計算する
と、以下のようになる。

【００２５】ａ_i ；原画のブロック内の画素 ｂ_i ；ＣＢのパターン内の画素

【００２６】

【数１】

【００２７】そこで、Ｅが小さくなるものを探す。

【００２８】この方法により、ブロックの平均電力値
（平均輝度値）に関係のない変化の比率に変換され、Ｃ
Ｂ内の幅広い範囲からパターンブロックを検索すること
ができる。原画像ブロック毎にＥの最小値のパターンブ
ロックの位置（ＣＢ内からブロックを切り出した位置）
（画素数）・このパターンブロックの回転（角度）情報
・反転情報、ＣＢ、原画像ブロックの平均電力値（又は
原画像ブロックに対応するＣＢの画素値又はその位置情
報）を送信する。この３つの情報（「位置、角度、反
転」）がインデックスに相当し、平均電力値およびＣＢ
自体とともに符号化側から送信される。

【００２９】これに対し、復号側（ステップＳ１７〜Ｓ
２５）においては、画素ブロックのベクトル角度に変換
して凹凸が相似なパターンブロックを検索することがで
きたが、この場合はブロックの平均電力値に関係のない
変化の比率に変換したために、ブロックレベルの情報が
ない。従って、位置・回転・反転の３つの情報をもとに
取り出したパターンブロックをそのまま貼り付けるわけ
にはいかない。そこで次のような手段で画像信号を再生
する。

【００３０】位置・回転・反転の３つの情報をもとに、
ＣＢから取り出したパターンブロックを再びベクトル角
度に変換し、その余弦をとる。貼り付け先の平均電力値
（入力画像ブロックに対応するＣＢの画素の画素値）を
用いて、この平均電力値を前記角度の余弦と掛け合わせ
る。

【００３１】その結果（例えば４×４画素の場合、貼り
付け先の平均値に該当する、パターンブロックの平均電
力値と上述手段で求めた１６個の角度を掛け合わせたも
の）を新たな画素としたブロックを作り、原画像の該当
ブロックの位置に貼り付けることで画像を再生する。

【００３２】計算式は以下のようになる。

【００３３】

【数２】

【００３４】（Ｓ１１）入力画像信号をｍ×ｎ画素毎の
ブロックに全て分割する〔これにより、入力画像ブロッ
クＡｊ（ｊ＝１，２，３，４，…）ができる〕。 （Ｓ１２）全ての入力画像ブロックＡｊ内のｍ×ｎ個の
画素の平均値Ｄを演算する。このブロック毎の平均値Ｄ
によって入力画像の１／（ｍ×ｎ）の縮小画像を作成す
る。 （Ｓ１３）縮小画像をＣＢとしてメモリに記憶する。 （Ｓ１４）入力画像ブロックＡｊの画素ａ_i を読み込
み、入力画像ブロックＡｊの平均電力値、角度ベクトル
を演算する。

【００３５】

【数３】

【００３６】ベクトルαａ_i ＝｛αａ₁ ，αａ₂ ，…，
αａ_n ｝ αａ_i ＝ｃｏｓ^-1（ａ_i ／√Ｄ_a ） （Ｓ１５）ＣＢ検索手段で、ＣＢ内から順番に位置を変
えて切り出したパターンブロックを基本パターンとして
複数の任意角度で回転した回転パターンブロックＢｋと
その回転パターンブロックの反転したパターンブロック
Ｂｋを作成する （Ｓ１６）パターンブロックＢｋの画素ｂ_i を読み込
み、パターンブロックＢｋの平均電力値、角度ベクトル
を演算する。

【００３７】

【数４】

【００３８】ベクトルαｂ_i ＝｛αｂ₁ ，αｂ₂ ，
…，αｂ_n ｝ αｂ_i ＝ｃｏｓ^-1（ｂ_i ／√Ｄ_b ） （Ｓ１７）両ブロックの対応画素毎に、その角度の平均
２乗誤差を演算する。Ｅが小さくなるパターンブロック
Ｂｋを探す。この演算を入力画像ブロックＡ１，Ａ２，
Ａ３，…の順に、１つのＡｊにつき全てのパターンブロ
ックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂｋ…それぞれを基本パター
ンブロックとし、その回転パターンブロックＢｋと、こ
の回転パターンブロックの反転パターンブロックとにつ
いて行う。最終的に、入力画像ブロックＡｊ毎にＥが小
さくなるパターンブロックＢｋを探す。

【００３９】

【数５】

【００４０】（Ｓ１８）入力画像ブロックＡｊの平均値
（又は入力画像ブロックに対応するパターンブロックの
対応画素の画素値又はその位置情報）；パターンブロッ
クＢｋの位置情報（ｐ、ｑ）；ブロック数；回転情報；
反転情報；ＣＢを符号化する （Ｓ１９）伝送する。 （Ｓ２０）入力画像ブロックＡｊの平均値（又は入力画
像ブロックに対応するパターンブロックの対応画素の画
素値又はその位置情報）；パターンブロックＢｋの位置
情報（ｐ、ｑ）；ブロック数；回転情報；反転情報；Ｃ
Ｂを復号化する （Ｓ２１）ＣＢをメモリに記憶する。 （Ｓ２２）パターンブロックＢｋの位置情報；回転情
報；反転情報をもとに、ＣＢからパターンブロックＢｋ
を切り出す。 （Ｓ２３）パターンブロックＢｋの平均電力値Ｄ_P 、角
度（αｐ）ベクトルを演算する。

【００４１】

【数６】

【００４２】ベクトルαｐ_i ＝｛αｐ₁ ，αｐ₂ ，
…，αｐ_n ｝ αｐ_i ＝ｃｏｓ^-1（ｂ_i ／√Ｄ_P ） （Ｓ２４）貼り付け先のブロックの平均値、即ち、入力
画像ブロックの平均値を表すパターンブロックの対応画
素の画素値、を平均電力値（ａｄｖ）とし、角度の余弦
（αｐ_i ）と掛け合わせ、貼り付けようのブロックの各
画素の画素値を求める。

【００４３】

【数７】

【００４４】（Ｓ２５）ａ_i ＊を新しい画素とするブロ
ックを作り、入力画像ブロックＡｊに貼り付ける 〔２−２〕平均値比率検索法 図６（その１）及び図７にその２）に基づいて説明す
る。ベクトル角度検索法の復号法において、貼り付け先
の平均電力値の情報を、その場所の平均値を利用して再
生していたために、平均輝度値が画質劣化の原因にもな
る。

【００４５】それを考慮した方法として，双方のブロッ
クを平均値と画素の比に変換して平均２乗誤差をとると
いった方法を見い出し、これで検索を行った。

【００４６】これは、符号化側（ステップＳ３１〜Ｓ３
８）では、ベクトル角度検索法と同様で、ブロックの平
均輝度値に関係のない変化の比率に変換して検索を行う
ものである。復号化側（ステップ４０〜Ｓ４５）では、
３つの情報（位置・回転・反転）をもとに取り出したブ
ロックを平均値と画素の比率に再変換し、その場所の平
均値（入力画像ブロックに対応するＣＢの画素の画素
値）を掛け合わせることによって、符号化時と同じ形の
画素に再生することができる。検索時の演算式は以下の
とおりである。

【００４７】ａ_i ；原画像ブロック内の画素 ｂ_i ；ＣＢパターンブロック内の画素

【００４８】

【数８】

【００４９】そこで、Ｅが小さくなるものを探す。 （Ｓ３１）入力画像信号をｍ×ｎ画素毎のブロックにす
べて分割する〔これにより、入力画像ブロックＡｊ（ｊ
＝１，２，３，４，…）ができる〕。 （Ｓ３２）全ての入力画像ブロックＡｊ内のｍ×ｎ個の
画素の平均値Ｄを演算する。このブロック毎の平均値Ｄ
によって入力画像の１／（ｍ×ｎ）の縮小画像を作成す
る。 （Ｓ３３）縮小画像をＣＢとしてメモリに記憶する。 （Ｓ３４）入力画像ブロックＡｊの画素ａ_i を読み込
み、その入力画像ブロックＡｊの平均値を求める。

【００５０】

【数９】

【００５１】（Ｓ３５）ＣＢ検索手段で、ＣＢ内から順
番に位置を変えて切り出したパターンブロックを基本パ
ターンとして複数の任意角度で回転した回転パターンブ
ロックＢｋとその回転パターンブロックの反転したブロ
ックＢｋを作成する。 （Ｓ３６）パターンブロックＢｋの画素ｂ_i を読み込
み、パターンブロックＢｋの平均値を求める。

【００５２】

【数１０】

【００５３】（Ｓ３７）ａｄｖ₁ とａｄｖ₂ との平均２
乗誤差Ｄｋを求める。この演算を入力画像ブロックＡ
１，Ａ２，…の順に、１つのＡｊにつき全てのパターン
ブロックＢ１，Ｂ２，…Ｂｋ…それぞれを基本パターン
ブロックとし、その回転パターンブロックと、この回転
パターンブロックの反転パターンブロックとについて行
う。

【００５４】

【数１１】

【００５５】入力画像ブロックＡｊ毎にＤｋの最小値Ｄ
ｋ（ｍｉｎ）を検出し、このＤ_K （ｍｉｎ）のパターン
ブロックの位置情報（ｐ、ｑ）を求める。 （Ｓ３８）入力画像ブロックＡｊの平均値（又は入力画
像ブロックに対応するパターンブロックの画素の画素値
又はその位置情報）；パターンブロックの位置情報
（ｐ、ｑ）（ブロックの画素数）；回転情報；反転情
報；ＣＢを符号化する。 （Ｓ３９）伝送する。 （Ｓ４０）入力画像ブロックＡｊの平均値（又は入力画
像ブロックに対応するパターンブロックの画素の画素値
又はその位置情報）；パターンブロックの位置情報
（ｐ、ｑ）（ブロックの画素数）；回転情報；反転情
報；ＣＢを復号化する。 （Ｓ４１）ＣＢをメモリに記憶する。 （Ｓ４２）パターンブロックＢｋの位置情報（ｐ、
ｑ）；画素数；回転情報をもとに、ＣＢからパターンブ
ロックＢｋを切り出す。 （Ｓ４３）パターンブロックＢｋのａｄｖを演算する。

【００５６】

【数１２】

【００５７】（Ｓ４４）貼り付け用のパターンの画素値
ｂｊを求める。

【００５８】

【数１３】

【００５９】但し、ａｄｖ＊（入力画像ブロックＡｊの
平均値）は、パターンブロックＢｋの対応画素の画素値
でもよい（ステップＳ４５）新しい画素値ｂｊでブロッ
クを形成し貼り付ける。 〔２−３〕各検索法の評価 図９に基づいて説明する。図９は、上記の画素差検索・
ベクトル角度検索・平均値比率検索の３つの方法を比較
した場合を示している。

【００６０】ＣＢからブロックを切り出す際に、左上か
ら走査方式で１画素ずつシフトして切り出していたが、
シフト数を変化させることによって検索するブロック数
を減らしていった場合に画質の劣化（ＳＮＲ）はどのよ
うに変化するかを示したものである。この結果から、平
均値比率検索＞ベクトル角度検索＞画素差検索の幅でＳ
ＮＲが大きいことがわかり、画素差の平均２乗誤差で検
索を行うよりも、ブロックの平均輝度値に関係のない変
化の比率で検索を行った方が良好な画質を得られること
がわかる。

【００６１】また、画素差の平均２乗誤差で検索した場
合は画素シフト数１のときにＳＮＲが３２ｄＢ、ベクト
ル角度検索の場合は画素シフト数４のときに同じ３２ｄ
Ｂ、あるいは平均値比率検索において画素シフト数４の
ときに３２．５ｄＢとなる。

【００６２】この結果から、同じＳＮＲで行うならば、
ベクトル角度検索法や平均値比率検索により検索を行っ
た方が、比較するブロック数を削減することにより圧縮
効率を向上できる可能性があることがわかる。 〔３〕パターンベクトル量子化装置および該装置を備え
た符号化装置並びに対応する復号化装置 ここで、図１により、本発明のベクトル量子化および符
号化法の手順を説明する。

【００６３】入力画像信号は、ブロック分割手段１によ
り、連続した任意のｎ個の隣接画素毎にブロックに分割
される。

【００６４】ＣＢ作成手段２は、ブロック分割手段１で
入力（原）画像信号を任意数の画素、例えば４×４画素
に分割したブロック情報を入力して、そのブロック内の
１６個の画素の平均値を計算し、それを全てのブロック
について行い、できた平均値によって原画像の１／１６
の縮小画像を作り、この縮小画像情報をＣＢ３として出
力する。原画像に対応して作成されたＣＢ３は、作成の
都度まず最初に、ＣＢ検索手段４、符号化手段５を介し
て送信され、受信後、復号化手段６を介してＣＢ８に記
憶される。

【００６５】上記ＣＢ検索手段４は、入力画像ブロック
情報を上記した検索手段、即ち、平均値比率検索手段、
ベクトル角度検索手段、画素差検索手段によりＣＢ３中
の最もよく似たパターンブロックに置き換える。画素差
検索手段で検出される情報は、パターンブロックの位置
情報；回転情報；反転情報、になる。平均値比率検索手
段およびベクトル角度検索手段で検出される情報は、パ
ターンブロックの位置情報；回転情報；反転情報にな
る。

【００６６】ＣＢ検索手段４の出力、即ち、上記各情報
は、符号化手段５により、符号化され、通信路を介して
受信側後号手段６に送信される。

【００６７】受信側で受信された信号は、復号化手段６
により、各情報にもどされる。パターンベクトル量子化
法では、ＣＢ検索手段７で、送られてきたパターンブロ
ックの位置情報；回転情報；反転情報をもとにＣＢ８か
らパターンブロックを切り出す。切り出されたパターン
ブロックは、ブロック再生手段９により、原画像ブロッ
クに新しく貼り付けられる。

【００６８】また、その際、ベクトル角度検索手段で
は、ＣＢ検索手段７で、上記したように、送られてきた
パターンブロックの位置情報；回転情報；反転情報だけ
では再生できないので、それら情報をもとに切り出した
パターンブロックをベクトル角度に変換し、その余弦を
とるとともに、原画像ブロックの平均値（又は対象原画
像ブロックに対応するＣＢ（パターンブロックの場合も
ある）の画素の画素値、又はＣＢ（パターンブロック）
の画素を指定する位置情報）を送信情報から求め、この
対応画素の画素値を貼り付け先のパターンブロックの平
均電力値として用いて、パターンブロックの平均電力値
と角度の余弦を掛け合わせて再生画像パターンを作り、
貼り付ける。

【００６９】また、同じように、その際、平均値比率検
索手段では、ＣＢ検索手段７で、上記したように、送ら
れてきたパターンブロックの位置情報；回転情報；反転
情報だけでは再生できないので、それらの情報をもとに
切り出したパターンブロックを平均値と画素の比率に再
変換するとともに、対象原画像ブロックに対応するＣＢ
（パターンブロックの場合もある）の画素の画素値、即
ち、原画像ブロックの平均値としてＣＢの対応する画素
の画素値を、送信情報（パターンブロックの画素を指定
する位置情報）に基づいて求め、パターンブロックの平
均値と画素の比率にその原画像ブロックの場所の平均値
を掛け合わせて、再生画像パターンを作り、貼り付け
る。

【００７０】上記ＣＢ検索手段７の出力である再生画像
パターンは、ブロック再生手段９により、原画像の画像
ブロックに貼り付けられ、再生画像信号として出力され
る。 〔４）シミュレーション実験結果 図８に基づいて、実際に、３２０×３２０画素の原画像
を用いてシミュレーション実験を行った結果を示す。ブ
ロックサイズは４×４画素である。圧縮率は１／５．６
であり、１．４３ｂｐｐに圧縮された。画素差の平均２
乗誤差で検索するよりも、ベクトル角度検索や平均値比
率検索のようにブロック内の変化の比率を比較した方が
視覚的に原画像に近い画像を再生されることを確認し
た。特に、平坦部は隣接するブロック同士の相関がとれ
てブロック歪が目立たなくなった。

【００７１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００７２】

【発明の効果】以上、詳細に示すように、本発明では、
以下のような効果を奏することができる。 （Ａ）送信する原画像自身からＣＢを作り出すベクトル
量子化法として、原画像自身の縮小画像をＣＢとしてフ
ラクタル圧縮に用いられる回転や反転などのアフィン変
換と自己相似性を利用したパターン検索により、実際に
画像を画質良好に符号化し、再生することができる。 （Ｂ）また、ブロックの平均輝度値との比率で検索する
ことにより、凹凸の形を意識した検索をすることでＳＮ
Ｒという数値的にも視覚的にも、より良好な画像を再生
することができる。 （Ｃ）更に、原画像自身の縮小画像をＣＢとして用いて
いるので、従来のベクトル量子化の欠点であったＣＢと
原画像の不適合性を取り除き、汎用性の高いＣＢを設計
することが容易になる。 （Ｄ）また、ブロック内における変化の比率に変換して
平均２乗誤差を計算するという手段で検索を行う場合に
は、凹凸の形を意識した検索が可能になる効果がある。 （Ｅ）原画隊ブロックとパターンブロックとを平均値と
画素の比に変換して平均２乗誤差をとるという手段で検
索を行う場合には、平均輝度値による画質劣化が抑制で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す自己相似性を利用した平
均値伝送符号化・復号化方式のブロック図である。

【図２】本発明の実施例を示す自己相似性を利用した平
均値伝送符号化方式およびパターンブロック例を示す図
である。

【図３】本発明の実施例を示すＣＢ検索手段の動作を表
すパターンベクトル法のフローチャートである。

【図４】本発明の実施例を示すＣＢ検索手段の動作を表
すベクトル角度変換検索法のフローチャート（その１）
である。

【図５】本発明の実施例を示すＣＢ検索手段の動作を表
すベクトル角度変換検索法のフローチャート（その２）
である。

【図６】本発明の実施例を示すＣＢ検索手段の動作を表
す平均値比較検索法のフローチャート（その１）であ
る。

【図７】本発明の実施例を示すＣＢ検索手段の動作を表
す平均値比較検索法のフローチャート（その２）であ
る。

【図８】シミュレーションの実験例である。

【図９】検索法別ＳＮＲの比較を示す図である。

【符号の説明】

１ ブロック分割手段 ２ ＣＢ（コードブック）作成手段 ３，８ ＣＢ（コードブック） ４，７ ＣＢ検索手段 ５ 符号化手段 ６ 復号化手段 ９ ブロック再生手段

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力画像をブロック分割した入力画像ブ
   ロックの平均値を求め、該平均値で入力画像の縮小画像
   を作成し、該縮小画像情報をパターン画像として検索可
   能にコードブックに収納し、コードブックを作成するこ
   とを特徴とする自己相似性を利用した平均値伝送符号化
   方法。
2. 【請求項２】 入力画像ブロックの平均値よりなる縮小
   画像情報が収納されているコードブックを検索して、任
   意のパターンブロックを切り出して基本画像とし、該基
   本画像を所定角度回転した回転パターンブロックと、該
   回転パターンブロックの反転パターンブロックとを作成
   し、これらパターンブロックと入力画像ブロックとの画
   素の輝度差による平均２乗誤差が最小になるパターンブ
   ロックを求め、該パターンブロックのコードブック内の
   位置情報、回転情報および反転情報を出力し、コードブ
   ックを検索することを特徴とする自己相似性を利用した
   平均値伝送符号化方法。
3. 【請求項３】 入力画像ブロックの平均値よりなる縮小
   画像情報が収納されているコードブックを検索して、任
   意のパターンブロックを切り出して基本画像とし、該基
   本画像を所定角度回転した回転パターンブロックと、該
   回転パターンブロックの反転パターンブロックとを作成
   し、入力画像ブロックとパターンブロックをベクトル角
   度に変換し、その角度で平均２乗誤差を計算し、誤差が
   最小になるパターンブロックを求め、該パターンブロッ
   クのコードブック内の位置情報、回転情報および反転情
   報を出力し、コードブックを検索することを特徴とする
   自己相似性を利用した平均値伝送符号化方法。
4. 【請求項４】 入力画像ブロックの平均値よりなる縮小
   画像情報が収納されているコードブックを検索して、任
   意のパターンブロックを切り出して基本画像とし、該基
   本画像を所定角度回転した回転パターンブロックと、該
   回転パターンブロックの反転パターンブロックとを作成
   し、入力画像ブロックとパターンブロックを平均値と画
   素の比に変換して平均２乗誤差が最小になるパターンブ
   ロックを求め、該パターンブロックのコードブック内の
   位置情報、回転情報および反転情報を出力し、コードブ
   ックを検索することを特徴とする自己相似性を利用した
   平均値伝送符号化方法。
5. 【請求項５】 復号化したコードブックにおけるパター
   ンブロックの位置情報、回転情報、反転情報をもとにコ
   ードブックからパターンブロックを切り出し、コードブ
   ックを検索することを特徴とする自己相似性を利用した
   平均値伝送復号化方法。
6. 【請求項６】 復号化したコードブックにおけるパター
   ンブロックの位置情報、回転情報、反転情報をもとにコ
   ードブックから取り出したパターンブロックをベクトル
   角度に変換し余弦をとり、同時に復号化した入力画像ブ
   ロックの平均値を表すパターンブロックの対応画素の画
   素値を平均電力値とし、この余弦角度と平均電力値を掛
   け合わせて新しい画像ブロックを作成して出力し、コー
   ドブックを検索することを特徴とする自己相似性を利用
   した平均値伝送復号化方法。
7. 【請求項７】 復号化したコードブックにおけるパター
   ンブロックの位置情報、回転情報、反転情報をもとにコ
   ードブックから取り出したパターンブロックを平均値と
   画素の比率に再変換し、入力画像ブロックの平均値を表
   すパターンブロックの対応画素の画素値を平均値とし、
   前記比率と平均値を掛け合わせて新しい画像ブロックを
   作成して出力し、コードブックを検索することを特徴と
   する自己相似性を利用した平均値伝送復号化方法。
8. 【請求項８】 入力画像を画像ブロックに分割するブロ
   ック分割手段と、該ブロック分割手段の出力をもとにコ
   ードブックを作成するコードブック作成手段と、該コー
   ドブック作成手段の作成したコードブックを読みとり書
   き込み自在に記憶するコードブックと、前記画像ブロッ
   クをもとにコードブックからもっとも似ているパターン
   ブロックを検索するコードブック検索手段と、該コード
   ブック検索手段の出力及びＣＢからの出力で符号化する
   符号化手段とを具備することを特徴とする自己相似性を
   利用した平均値伝送符号化装置。
9. 【請求項９】 受信信号からパターンブロック情報を復
   号する復号化手段と、該復号化手段の出力のパターンブ
   ロックに関する情報をもとにコードブックからパターン
   ブロックを切り出し、該切り出したパターンブロックを
   新しい画像ブロックとして原画像ブロックに貼り付ける
   ブロック再生手段とを具備することを特徴とする自己相
   似性を利用した平均値伝送復号化装置。