JP2518524B2 - 画像デ―タの圧縮/伸長方法 - Google Patents

画像デ―タの圧縮/伸長方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は画像データの圧縮/伸長
方法に関し、特に発生する符号量を制御するための画像
データの圧縮/伸長方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の画像データの圧縮/伸長方法で
は、量子化テーブルを用いて1フレーム(画面)単位に
符号量の制御を行っていた(例えば、「インターフェー
ス」,1991年12月号,“カラー静止画像の国際標
準符号化方式−JPEGアルゴリズム”,遠藤俊明著,
p.160〜182,CQ出版社発行等参照)。
【0003】また、m*n(mおよびnは正整数)ドッ
トのブロック単位に符号量を制御する方式もあるが、ブ
ロック単位で符号量を制御するために1フレームに対し
て符号量制御量が多数発生することになる。多数の符号
量制御量を格納するためには符号化後の圧縮データの先
頭部分に1フレーム毎にヘッダを用意して格納すること
などが考えられるが、ヘッダ中に符号量制御量を格納す
るようにすると、どの符号量制御量がどのブロックデー
タに対応しているかを決めることが煩雑になる上に、符
号量制御量を格納するための容量が余計に必要になるこ
とになる。
【0004】さらに、画像データをブロックごとに分割
して、各ブロックごとに最適な画像変換の方式を選択し
て圧縮を行う画像符号化方式も知られているが(特開昭
61−285869号公報参照)、どの方式が最適かを
選択する基準が判らないために、処理が増えるわりには
あまり実用性がなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の画像デ
ータの圧縮/伸長方法は、ブロック単位で符号量の制御
を行った場合、画像サイズによってブロックの個数も変
化するため、それに対応して符号量制御量の数も変化す
るので、符号量制御量を格納するためのヘッダサイズも
変化し、ヘッダの管理もそれだけ煩雑になり、またそれ
ぞれの符号量制御量を各ブロックに対応づけるのも複雑
となって不便であるという問題点があった。
【0006】また、ヘッダに格納すると、1フレーム分
の符号量制御量を格納しなければならないため、ヘッダ
容量も余計にとる必要があり、ヘッダ容量の無駄になる
という問題点があった。
【0007】本発明の目的は、上述の点に鑑み、符号量
制御量を量子化変換係数群の1つの量子化変換係数と差
し替えることにより、余計なヘッダ容量を必要とするこ
となしに、1ブロックデータ単位に符号量制御量を付加
することができるようにした画像データの圧縮/伸長方
法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の画像データの圧
縮/伸長方法は、量子化変換係数群の1つの量子化変換
係数と符号量制御量とを差し替える符号量制御量差替え
ステップと、この符号量制御量差替えステップで1つの
量子化変換係数を前記符号量制御量と差し替えられた量
子化変換係数群を符号化して符号化データを生成する符
号化ステップと、符号化データを1ブロックデータ単位
に復号化して量子化変換係数群を得る復号化ステップ
と、この復号化ステップで復号化された量子化変換係数
群から1つの量子化変換係数に差し替えられた符号量制
御量を取り出す符号量制御量取出しステップとを含む。
【0009】また、本発明の画像データの圧縮/伸長方
法は、ラスタデータをm*n(mおよびnは正整数)ド
ットのブロックデータに変換するラスタ/ブロック変換
ステップと、このラスタ/ブロック変換ステップで変換
されたブロックデータを空間周波数変換して変換係数群
を生成する空間周波数変換ステップと、この空間周波数
変換ステップで空間周波数変換された変換係数群から発
生する符号量を均一にするための符号量制御量を決定す
る符号量制御量決定ステップと、前記空間周波数変換ス
テップで空間周波数変換された変換係数群を1ブロック
データごとに前以って決められた量子化係数群および前
記符号量制御量で割って量子化を行う量子化ステップ
と、この量子化ステップで量子化された量子化変換係数
群の1つの量子化変換係数と前記符号量制御量とを差し
替える符号量制御量差替えステップと、この符号量制御
量差替えステップで1つの量子化変換係数を前記符号量
制御量と差し替えられた量子化変換係数群を符号化して
符号化データを生成する符号化ステップと、前記量子化
変換係数群の前記符号量制御量と差し替えられる量子化
変換係数に対応する前記量子化係数群の量子化係数を0
に変更する量子化係数マスク化ステップと、1フレーム
分のブロックデータが符号化されたときに前記符号化ス
テップで符号化された符号化データと前記量子化係数マ
スク化ステップで量子化係数が0に変更された量子化係
数群とを合成して圧縮データを生成する合成ステップ
と、圧縮データから符号化データと量子化係数群とを分
離する分離ステップと、この分離ステップで分離された
量子化係数群を取り出す量子化係数群取出しステップ
と、前記分離ステップで分離された符号化データを1ブ
ロックデータ単位に復号化して量子化変換係数群を得る
復号化ステップと、この復号化ステップで復号化された
量子化変換係数群から1つの量子化変換係数に差し替え
られた符号量制御量を取り出す符号量制御量取出しステ
ップと、前記復号化ステップで復号化された量子化変換
係数群に前記量子化係数群取出しステップで取り出され
た量子化係数群と前記符号量制御量取出しステップで取
り出された符号量制御量とを掛けて逆量子化する逆量子
化ステップと、この逆量子化ステップで逆量子化された
変換係数群を逆空間周波数変換する逆空間周波数変換ス
テップと、この逆空間周波数変換ステップで逆空間周波
数変換されたブロックデータをデブロック処理を行うこ
とでラスタデータに変換するブロック/ラスタ変換ステ
ップとを含む。
【0010】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。
【0011】図1(a)は、本発明の第1実施例に係る
画像データの圧縮方法の処理を示す流れ図である。この
画像データの圧縮方法は、ラスタデータを8*8ドット
のブロックデータに変換するラスタ/ブロック変換ステ
ップS1と、ラスタ/ブロック変換ステップS1で変換
されたブロックデータをDCT(DiscreateC
osin Transformation)変換して変
換係数群[Sij]を生成するDCT変換ステップS2
と、DCT変換ステップS2でDCT変換された変換係
数群[Sij]から発生する符号量を均一にするための符
号量制御量kを決定する符号量制御量決定ステップS3
と、DCT変換ステップS2でDCT変換された変換係
数群[Sij]を1ブロックデータごとに前以って決めら
れた量子化係数群[Qij]および符号量制御量kで割っ
て量子化を行う量子化ステップS4と、量子化ステップ
S4で量子化された量子化変換係数群[Rij]の最高周
波成分の量子化変換係数R88を符号量制御量kと差し替
える符号量制御量差替えステップS5と、符号量制御量
差替えステップS5で得られた量子化変換係数群
[Rij’]を符号化して符号化データを生成する符号化
ステップS6と、符号量制御量kに差し替えられる量子
化変換係数R88に対応する量子化係数群[Qij]の量子
化係数Q88を0にして量子化係数群[Qij’]を生成す
る量子化係数マスク化ステップS7と、1フレーム分の
ブロックデータが符号化されたときに符号化データと量
子化係数群[Qij’]とを合成して圧縮データを生成す
る合成ステップS8とからなる。
【0012】図1(b)は、本発明の第1実施例に係る
画像データの伸長方法の処理を示す流れ図である。この
画像データの伸長方法は、圧縮データから符号化データ
と量子化係数群[Qij’]とを分離する分離ステップS
11と、分離ステップS11で分離された量子化係数群
[Qij’]を取り出す量子化係数群取出しステップS1
2と、分離ステップS11で分離された符号化データを
1ブロックデータ単位に復号化して量子化変換係数群
[Rij’]を得る復号化ステップS13と、復号化ステ
ップS13で復号化された量子化変換係数群[Rij’]
の最高周波成分の量子化変換係数R88に差し替えられた
符号量制御量kを取り出す符号量制御量取出しステップ
S14と、復号化ステップS13で復号化された量子化
変換係数群[Rij’]に量子化係数群取出しステップS
12で取り出された量子化係数群[Qij’]と符号量制
御量取出しステップS14で取り出された符号量制御量
kとを掛けて逆量子化する逆量子化ステップS15と、
逆量子化ステップS15で逆量子化された変換係数群
[Sij’]を逆DCT変換する逆DCT変換ステップS
16と、逆DCT変換ステップS16で逆DCT変換さ
れたブロックデータをデブロック処理を行うことでラス
タデータに変換するブロック/ラスタ変換ステップS1
7とからなる。
【0013】次に、このような第1実施例の画像データ
の圧縮/伸長方法について説明する。
【0014】(1) 圧縮方法
【0015】画像データ(ラスタデータ)が取り込まれ
ると、ラスタ/ブロック変換ステップS1で、ラスタデ
ータを8*8ドットのブロックデータに変換する。
【0016】次に、DCT変換ステップS2で、ラスタ
/ブロック変換ステップS1で変換されたブロックデー
タをDCT変換して変換係数群[Sij](i=1〜8,
j=1〜8)を生成する(例えば、図2(a)の変換係
数群[Sij]を参照)。
【0017】続いて、符号量制御量決定ステップS3
で、DCT変換ステップS2でDCT変換された変換係
数群[Sij]から発生する符号量を均一にするための符
号量制御量k(>0、実数)を決定する。符号量の制御
を行うには、量子化係数群[Qij]を符号量制御量k倍
すればよく、符号量が目標値よりも多いときには1≦k
とし、符号量が目標値よりも少ないときには0<k<1
とすればよい。例えば、変換係数群[Sij]の総和ΣΣ
ijをA、目標とする符号量をBとすると、符号量は変
換係数群[Sij]の総和Aに比例する傾向にあるので、
k=(A/B)・(1/C)なる式を設定し、変換係数
群[Sij]を符号化した際に符号量がBになるような変
換係数群[Sij]を経験的に求めておき、このときのA
およびBからkが1になるような定数Cをあらかじめ求
めておいて、上式よりkを決定する。
【0018】次に、量子化ステップS4で、図2(a)
に示すように、DCT変換ステップS2でDCT変換さ
れた変換係数群[Sij]を1ブロックデータごとに前以
って決めておいた量子化係数群[Qij]および符号量制
御量kで割って量子化を行う。詳しくは、変換係数群
[Sij]の変換係数Sijを対応する量子化係数群
[Qij]の量子化係数Qijの符号量制御量k倍でそれぞ
れ割り四捨五入することにより、量子化変換係数Rij
らなる量子化変換係数群[Rij]を得る。図3(a)
は、符号量制御量k=2の場合の具体的な数値例を示
す。
【0019】続いて、符号量制御量差替えステップS5
で、量子化ステップS4で量子化された量子化変換係数
群[Rij]の最高周波成分の量子化変換係数R88を符号
量制御量kと差し替えて量子化変換係数群[Rij’]を
得る。
【0020】次に、符号化ステップS6で、符号量制御
量差替えステップS5で得られた量子化変換係数群[R
ij’]をハフマン符号化等により符号化して符号化デー
タを得る。
【0021】1フレーム分のブロックデータが符号化さ
れたかどうかを判断し、1フレーム分のブロックデータ
が符号化されていなければ、ステップS1に戻る。
【0022】一方、量子化係数マスク化ステップS7
で、量子化変換係数R88に対応する量子化係数群
[Qij]の量子化係数Q88を0にした量子化係数群[Q
ij’]を得る。すなわち、量子化係数群[Qij]の1つ
の量子化係数Q88を操作し、その値を0として、この部
分に対応する量子化変換係数群[Rij’]の量子化変換
係数R88(=k)をマスクする。このようにすると、後
の逆量子化ステップS15で量子化係数Q88に対応する
変換係数群[Sij’]の変換係数S88がかならず0にな
る。通常、変換係数群[Sij]の高周波成分の変換係数
ijは量子化した後にほとんど0になる場合が多いの
で、この部分の量子化係数Q88を操作する。このように
操作することで、マスクされた部分の量子化変換係数R
88は、任意の値が入っていてもすべて0になるから、符
号量制御量kを量子化変換係数R88と置き換えたとき
に、符号量制御量kの値によって変換係数群[Sij’]
に変化を与えることはない。
【0023】1フレーム分のブロックデータが符号化さ
れたときに、合成ステップS8で、1フレーム分の符号
化データと量子化係数群[Qij’]とを合成して圧縮デ
ータを生成する。
【0024】(2) 伸長方法
【0025】圧縮データを入力すると、分離ステップS
11で、1フレーム分の符号化データと量子化係数群
[Qij’]とを分離する。
【0026】次に、量子化係数群取出しステップS12
で、量子化係数群[Qij’]を取り出す。
【0027】続いて、復号化ステップS13で、1ブロ
ック分の符号化データを復号化して、量子化変換係数群
[Rij’]を得る。
【0028】次に、符号量制御量取出しステップS14
で、量子化変換係数群[Rij’]の量子化変換係数R88
から符号量制御量kを取り出す。
【0029】続いて、逆量子化ステップS15で、図2
(b)に示すように、量子化変換係数群[Rij’]の量
子化変換係数Rijと量子化係数群[Qij’]の量子化係
数Qijと符号量制御量kとを掛けて逆量子化し、変換係
数群[Sij’]を得る。図3(b)は、符号量制御量k
=2の場合の具体的な数値例を示す。
【0030】次に、逆DCT変換ステップS16で、変
換係数群[Sij’]を逆DCT変換してブロックデータ
を再生する。
【0031】続いて、ブロック/ラスタ変換ステップS
17で、ブロックデータをデブロック処理を行うことで
ラスタデータに変換する。
【0032】以上のようなステップS13〜S17の伸
長処理を1ブロックデータごとに1フレーム分繰り返
し、1フレーム分が終了したならば1フレーム分の画像
データが再生される。
【0033】なお、上記第1実施例では、1フレームの
ラスタデータを8*8ドットのブロックデータに分ける
ようにしたが、ブロックデータの大きさが8*8ドット
に限られるわけではなく、一般に、m*n(mおよびn
は正整数)ドットのブロックデータに分けることができ
る。また、量子化変換係数群[Rij]の最高周波成分の
量子化変換係数R88を符号量制御量kと差し替えるよう
にしたが、符号量制御量kと差し替えられる量子化変換
係数がR88に限られるわけではないことはもちろんであ
る。
【0034】ところで、上記第1実施例では、空間周波
数変換としてDCT変換を用いた場合を例にとって説明
したが、アダマール変換,K−L(Karhunen−
Loeve)変換,DST(Discreate Si
n Transformation)変換等の他の変換
であってもよいことはいうまでもない。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、符号量制
御量を量子化変換係数群の1つの量子化変換係数と差し
替えるようにしたことにより、余計なヘッダデータを必
要としすることなしに、1ブロックデータ単位に符号量
制御量を付加することができるという効果がある。特
に、DCT変換等で空間周波数変換された量子化変換係
数群に関しては、最高周波成分の量子化変換係数に符号
量制御量を割り当てれば、画質の劣化に影響しないので
好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る画像データの圧縮/
伸長方法の処理を示す流れ図であり、(a)は圧縮方法
を、(b)は伸長方法をそれぞれ示す。
【図2】本実施例の画像データの圧縮/伸長方式におけ
る量子化/逆量子化を説明する図であり、(a)は量子
化を、(b)は逆量子化をそれぞれ示す。
【図3】本実施例の画像データの圧縮/伸長方式におけ
る量子化/逆量子化の具体的な数値例を示す図であり、
(a)は量子化を、(b)は逆量子化をそれぞれ示す。
【符号の説明】
S1 ラスタ/ブロック変換ステップ S2 DCT変換ステップ(空間周波数変換ステップ) S3 符号量制御量決定ステップ S4 量子化ステップ S5 符号量制御量差替えステップ S6 符号化ステップ S7 量子化係数マスク化ステップ S8 合成ステップ S11 分離ステップ S12 量子化係数群取出しステップ S13 復号化ステップ S14 符号量制御量取出しステップ S15 逆量子化ステップ S16 逆DCT変換ステップ(逆空間周波数変換ステ
ップ) S17 ブロック/ラスタ変換ステップ

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 量子化変換係数群の1つの量子化変換係
    数と符号量制御量とを差し替える符号量制御量差替えス
    テップと、 この符号量制御量差替えステップで1つの量子化変換係
    数を前記符号量制御量と差し替えられた量子化変換係数
    群を符号化して符号化データを生成する符号化ステップ
    と、 符号化データを1ブロックデータ単位に復号化して量子
    化変換係数群を得る復号化ステップと、 この復号化ステップで復号化された量子化変換係数群か
    ら1つの量子化変換係数に差し替えられた符号量制御量
    を取り出す符号量制御量取出しステップとを含むことを
    特徴とする画像データの圧縮/伸長方法。
  2. 【請求項2】 ラスタデータをm*n(mおよびnは正
    整数)ドットのブロックデータに変換するラスタ/ブロ
    ック変換ステップと、 このラスタ/ブロック変換ステップで変換されたブロッ
    クデータを空間周波数変換して変換係数群を生成する空
    間周波数変換ステップと、 この空間周波数変換ステップで空間周波数変換された変
    換係数群から発生する符号量を均一にするための符号量
    制御量を決定する符号量制御量決定ステップと、 前記空間周波数変換ステップで空間周波数変換された変
    換係数群を1ブロックデータごとに前以って決められた
    量子化係数群および前記符号量制御量で割って量子化を
    行う量子化ステップと、 この量子化ステップで量子化された量子化変換係数群の
    1つの量子化変換係数と前記符号量制御量とを差し替え
    る符号量制御量差替えステップと、 この符号量制御量差替えステップで1つの量子化変換係
    数を前記符号量制御量と差し替えられた量子化変換係数
    群を符号化して符号化データを生成する符号化ステップ
    と、 前記量子化変換係数群の前記符号量制御量と差し替えら
    れる量子化変換係数に対応する前記量子化係数群の量子
    化係数を0に変更する量子化係数マスク化ステップと、 1フレーム分のブロックデータが符号化されたときに前
    記符号化ステップで符号化された符号化データと前記量
    子化係数マスク化ステップで量子化係数が0に変更され
    た量子化係数群とを合成して圧縮データを生成する合成
    ステップとを含むことを特徴とする画像データの圧縮方
    法。
  3. 【請求項3】 圧縮データから符号化データと量子化係
    数群とを分離する分離ステップと、 この分離ステップで分離された量子化係数群を取り出す
    量子化係数群取出しステップと、 前記分離ステップで分離された符号化データを1ブロッ
    クデータ単位に復号化して量子化変換係数群を得る復号
    化ステップと、 この復号化ステップで復号化された量子化変換係数群か
    ら1つの量子化変換係数に差し替えられた符号量制御量
    を取り出す符号量制御量取出しステップと、 前記復号化ステップで復号化された量子化変換係数群に
    前記量子化係数群取出しステップで取り出された量子化
    係数群と前記符号量制御量取出しステップで取り出され
    た符号量制御量とを掛けて逆量子化する逆量子化ステッ
    プと、 この逆量子化ステップで逆量子化された変換係数群を逆
    空間周波数変換する逆空間周波数変換ステップと、 この逆空間周波数変換ステップで逆空間周波数変換され
    たブロックデータをデブロック処理を行うことでラスタ
    データに変換するブロック/ラスタ変換ステップとを含
    むことを特徴とする画像データの伸長方法。
  4. 【請求項4】 ラスタデータをm*n(mおよびnは正
    整数)ドットのブロックデータに変換するラスタ/ブロ
    ック変換ステップと、 このラスタ/ブロック変換ステップで変換されたブロッ
    クデータを空間周波数変換して変換係数群を生成する空
    間周波数変換ステップと、 この空間周波数変換ステップで空間周波数変換された変
    換係数群から発生する符号量を均一にするための符号量
    制御量を決定する符号量制御量決定ステップと、 前記空間周波数変換ステップで空間周波数変換された変
    換係数群を1ブロックデータごとに前以って決められた
    量子化係数群および前記符号量制御量で割って量子化を
    行う量子化ステップと、 この量子化ステップで量子化された量子化変換係数群の
    1つの量子化変換係数と前記符号量制御量とを差し替え
    る符号量制御量差替えステップと、 この符号量制御量差替えステップで1つの量子化変換係
    数を前記符号量制御量と差し替えられた量子化変換係数
    群を符号化して符号化データを生成する符号化ステップ
    と、 前記量子化変換係数群の前記符号量制御量と差し替えら
    れる量子化変換係数に対応する前記量子化係数群の量子
    化係数を0に変更する量子化係数マスク化ステップと、 1フレーム分のブロックデータが符号化されたときに前
    記符号化ステップで符号化された符号化データと前記量
    子化係数マスク化ステップで量子化係数が0に変更され
    た量子化係数群とを合成して圧縮データを生成する合成
    ステップと、 圧縮データから符号化データと量子化係数群とを分離す
    る分離ステップと、 この分離ステップで分離された量子化係数群を取り出す
    量子化係数群取出しステップと、 前記分離ステップで分離された符号化データを1ブロッ
    クデータ単位に復号化して量子化変換係数群を得る復号
    化ステップと、 この復号化ステップで復号化された量子化変換係数群か
    ら1つの量子化変換係数に差し替えられた符号量制御量
    を取り出す符号量制御量取出しステップと、 前記復号化ステップで復号化された量子化変換係数群に
    前記量子化係数群取出しステップで取り出された量子化
    係数群と前記符号量制御量取出しステップで取り出され
    た符号量制御量とを掛けて逆量子化する逆量子化ステッ
    プと、 この逆量子化ステップで逆量子化された変換係数群を逆
    空間周波数変換する逆空間周波数変換ステップと、 この逆空間周波数変換ステップで逆空間周波数変換され
    たブロックデータをデブロック処理を行うことでラスタ
    データに変換するブロック/ラスタ変換ステップとを含
    むことを特徴とする画像データの圧縮/伸長方法。
  5. 【請求項5】 前記空間周波数変換が、DCT変換であ
    る請求項記載の画像データの圧縮方法。
  6. 【請求項6】 前記逆空間周波数変換が、逆DCT変換
    である請求項記載の画像データの伸長方法。
  7. 【請求項7】 前記空間周波数変換がDCT変換であ
    り、前記逆空間周波数変換が逆DCT変換である請求項
    記載の画像データの圧縮/伸長方法。
  8. 【請求項8】 前記符号量制御量と差し替えられる量子
    化変換係数および前記符号量制御量が取り出される量子
    化変換係数が、前記量子化変換係数群の最高周波成分で
    なる請求項1または4記載の画像データの圧縮/伸長方
    法。
  9. 【請求項9】 前記符号量制御量と差し替えられる量子
    化変換係数が、前記量子化変換係数群の最高周波成分で
    なる請求項2記載の画像データの圧縮方法。
  10. 【請求項10】 前記符号量制御量が取り出される量子
    化変換係数が、前記量子化変換係数群の最高周波成分で
    なる請求項3記載の画像データの伸長方法。
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