JP2549013B2 - データ圧縮装置 - Google Patents

データ圧縮装置

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば、カラー静止画像やカラー動画像を
圧縮して、所定の記録媒体に記録する場合等に用いて好
適なデータ圧縮装置に関する。
［従来の技術］ 画像データを磁気ディスク等の記録媒体に記録すると
き、効率的な記録を行なうため、データが圧縮される。
この圧縮のため、例えば画像データはＮ×Ｎ（あるいは
Ｎ×Ｎ）画素毎のブロックに分割され、各ブロック毎に
直交変換される。直交変換されたデータは、さらに所定
の量子化ステップで量子化された後、ゼロランレングス
符号化またはハフマン符号化される。このようにしてデ
ータを圧縮すると、効果的にデータが圧縮されるが、画
像によって符号量が異なってくる。
そこで、従来、次のようにして、符号量を一定にする
ための制御が行なわれている。
その第１の方法は、所定の量子化ステップで実際に量
子化されたデータの量を演算し、その演算結果に対応し
て、データ量が所望の値になるように量子化ステップ数
を変更して、再度量子化をやり直す方法である。
その第２の方法は、直交変換後のデータの係数が符号
量と所定の関係を有していることに直目したもので、ブ
ロック毎の係数の２乗和を演算し２乗和の大きさに対応
して各ブロックを、例えば４つのクラスに区分し、デー
タ量の大きいクラスのブロックには多くのビットを配分
し、小さいクラスのブロックには少ないビットを配分す
るようにしたものである。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した第１の方法は、実際に量子化
したデータの符号量を演算する工程を、少なくとも２回
は繰り返さなければならないので、高速の処理が困難で
ある。
また、上記した第２の方法は、直交変換処理を実行し
なければならないばかりでなく、クラスを示す情報を付
加しなければならないので、符号量が多くなり、複雑な
処理が必要になる。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、簡
単かつ高速で正確な処理を可能にするものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するために、 入力された画像データを所定画素毎のブロックに分割
し、直交変換した後に量子化して、その量子化した画像
データに対して少なくともランレングス符号化を行うデ
ータ圧縮装置において、 入力された画像データ水平方向及び垂直方向に独立し
てフィルタ処理する１もしくは複数のフィルタ処理手段
と、 前記フィルタ処理手段により処理された２方向のデー
タについて、それぞれの大きさと２方向の大きさの差に
応じて前記フィルタ処理手段により処理されたデータを
対応する符号量値に変換する符号量値変換手段と、 データ量の目標値を設定する目標値設定手段と、 前記目標値設定手段により設定された前記目標値と前
記符号量値設定手段により出力された前記符号量値とを
比較し、その差に対応する水平方向及び垂直方向の帯域
制限値を出力する帯域制限値変換手段と、 前記目標値設定手段により設定された前記目標値と前
記符号量設定手段により出力された前記符号量値と帯域
制限値変換手段により出力された帯域制限値とから、対
応する量子化ステップ値を出力する量子化ステップ値変
換手段と、 直交変換する前のデータを、前記帯域制限値変換手段
により出力された水平方向及び垂直方向の前記帯域制限
値に対応して、水平方向及び垂直方向に独立して帯域制
限する帯域制限手段と、 前記帯域制限されたデータを、前記量子化ステップ値
変換手段により出力された量子化ステップ値に対応し
て、量子化する量子化手段とを備えることを特徴とする
データ圧縮装置を提供するものである。
［作用］ 上記のように構成されたデータ圧縮装置においては、
データを垂直方向と水平方向とに個別に複数処理し、さ
らに、例えば絶対値加算をし、水平及び垂直の値の大き
さのバランスのずれ具合を計算し、その分だけ絶対値加
算値を補正することにより、データ量が予測される。そ
して、予測結果に対応して、帯域制限値が垂直方向と水
平方向とに独立に調整され、さらに量子化ステップが決
定される。
従って、水平方向と垂直方向で周波数特性が大きく異
なる画像のデータであっても、適切に、簡単かつ高速の
処理が可能になる。
［実施例］ 本発明によるデータ圧縮装置の一実施例を以下、図面
とともに詳細に説明する。
第１図及び第２図はデータ圧縮装置の構成を示すブロ
ック図である。
第１図において、入力された画像データのうち、フレ
ーム内予測データは直接、また、フレーム間予測データ
は動き補償及び差分データ生成器６を介して、符号量予
測器１にそれぞれ入力される。符号量予測器１は入力さ
れたデータから符号量を予測し、予測値に対応する水平
及び垂直方向の帯域制限値と量子化ステップ数を設定
し、水平プリフィルタ2a,垂直プリフィルタ2b（帯域制
限手段）と量子化器４に出力する。
水平プリフィルタ2aは入力されたデータを、符号量予
測器１により設定された水平方向の帯域制限値に対応し
て水平方向の帯域を制限し、垂直プリフィルタ2bに出力
する。垂直プリフィルタ2bは水平プリフィルタ2aにより
処理されたデータを、符号量予測器１により設定された
垂直方向の帯域制限値に対応して垂直方向の帯域を制限
し、DTC（Discrete cosine transform）回路３に出力す
る。DCT回路３により処理されたデータは、量子化器４
に入力され、符号量予測器１により設定された量子化ス
テップ数で量子化される。量子化されたデータは、符号
器５に入力され、符号化、例えば、第８図に示すように
ジグザグに走査されてゼロランレングス符号化される
（ジグザグ走査については、画像電子学会誌第18巻第６
号［1989］技術解説「カラー静止画符号化国際標準化」
など参照）。
符号器５はそのときの符号量に関するデータをバッフ
ァメモリ７に出力し、記憶させる。CPU8はバッファメモ
リ７に記載されたデータを、必要に応じて符号量予測器
１に出力させ、次のフレームの処理にフィードバックさ
せる。
符号量測定器１は、例えば、第２図に示すように構成
される。入力された画像データは、フレームメモリ11に
一旦記憶される。フレームメモリ11より読み出されたデ
ータは、第９図の（ａ）及び（ｂ）に示すフィルタ特性
を有する水平方向及び垂直方向のローパス（またはバン
ドパス）オペレータ処理器12a,12b、同ハイパスオペレ
ータ処理器12c,12d（フィルタ処理手段）により独立に
フィルタ処理された後、絶対値和算出回路13a,13b,13c,
13d（演算手段）に入力され、演算される。すなわち、1
2,12b,12c,12dそれぞれのオペレータ処理によりフィル
タ処理されたデータをもとにローパスの水平方向及び垂
直方向のデータの大きさのバランス係数と、ハイパスの
水平方向及び垂直方向のデータの大きさのバランス係数
を算出する。絶対値和算出回路13aと13bの出力は、加算
器14により加算され、さらに15aのバランス係数算出回
路でバランスのずれぐあいを算出し、符号量値変換器15
（符号量値変換手段）に入力され、標準量子化ステップ
で、かつ、標準帯域制限値のときの符号量値に変換され
る。この符号量値は量子化ステップ変換器16と帯域制限
値変換器17（帯域制限値変換手段）に出力される。
絶対値和算出回路13aと13bの出力はまた、絶対値和比
算出回路18に出力され、その比が算出される。算出され
た比は、帯域制限値変換器17に供給される。
量子化ステップ変換器16と帯域制限値変成器17には、
制御データ値送信回路19（目標値設定手段）を介して設
定されるべきデータ量の目標値が入力されている。量子
化ステップ変換器16と帯域制限値変換器17は、符号量値
変換器15から入力される符号量値と目標値とを比較し、
その誤差に対応する量子化ステップ値と水平方向及び垂
直方向の帯域制限値を、量子化器４と水平及び垂直プリ
フィルタ2a、2bにそれぞれ出力する。
次に、その動作を説明する。入力画像データはフレー
ムメモリ11に入力され、そこに、１フレーム分の画像デ
ータが一旦記憶される。フレームメモリ11に記憶された
データは、読み出され、水平及び垂直オペレータ処理器
12a,12bに供給され、フィルタ処理される。
この、フィルタ処理について、第３図を参照して説明
する。
第３図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、水平方向のロ
ーパスフィルタとハイパスフィルタの各処理を行なう場
合の３個（１×３）の係数（オペレータ）を表わしてい
る。また、第３図（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ、垂直方
向のローパスフィルタとハイパスフィルタの各処理を行
なう場合の３個（３×１）の係数を表わしている。
フレームメモリ11から所定の領域の１×３または３×
１の画素データが読み出され、これらのデータと、第３
図に示す１×３また３×１の係数が、対応する位置どお
しで乗算される。この乗算した結果得られる３個のデー
タは、さらに加算される。次にフレームメモリ11から読
み出される領域が、例えば右に１画素分ずらされ、そこ
から読み出された１×３または３×１の画素データにつ
いて、同様の処理が実行される。以下、同様の処理が１
フレーム分のデータ全部について行なわれる。このと
き、領域を順次ずらす領域を、１画素ではなく、２画
素、３画素とすることもできる。
このようにして、水平方向と垂直方向に独立にフィル
タ処理されたデータは、絶対値和算出回路13aと13bに入
力される。絶対値和算出回路13a,13bは、水平方向及び
垂直方向オペレータ処理器12a,12bより上述したように
して、１×３または３×１の画素データをフィルタ処理
する毎に１個得られるデータの絶対値を演算し、その絶
対値を１フレーム分について加算する。また絶対値和算
出回路13c,13dは、例えば、絶対値BX、BY、HX、HYを以
下のように定義した場合、バランス係数は次のように算
出する。
BX:規格化されたローパスオペレータの水平方向の絶対
値和 BY:規格化されたローパスオペレータの垂直方向の絶対
値和 HX:規格化されたハイパスオペレータの水平方向の絶対
値和 HY:規格化されたハイパスオペレータの垂直方向の絶対
値和と定義する。
HBAR:高域成分のバランス係数 BBAR:低域成分のバランス係数 BAR:トータルのバランス係数 BAR＝（HBAR＋BBAR）/2 この加算値（絶対値和）は加算器14により加算された
後、バランス係数算出回路15aからの出力値であるバラ
ンス係数とともに符号量値変換器15に入力される。加算
器14が出力する絶対値和に対し、例えば以下のようにバ
ランス係数とともに算出した値ACTIVITYは、第４図に示
すように、符号量にほぼ対応している。
ACTIVITY＝（BX＋ｃ×BY）×（１＋BAR）ただし、 ノーインタレースでは、例えば、 ａ＝１ ｂ＝１ ｃ＝１ インタレースでは、例えば、 ａ＝５ ｂ＝３ ｃ＝２とする。
すなわち、所定の絶対値和が与えられたとき、その画
像データの符号量は、第４図にハッチングを施した部分
の範囲で表わされる。符号量値変換器15は、例えばROM
により構成され、第４図に実線で示すように、所定の絶
対値和に対応する符号量の平均値が記憶されている。す
なわち、いろいろな絵柄を持つ多数の画像のデータを、
予め設定してある標準帯域制限値で帯域制限し、かつ、
標準量子化ステップで量子化した場合に得られる符号量
を計算したものが、統計的に、絶対値和と符号量が１対
１に対応するように、デフォルトデータとして記憶され
ている。
これにより、ランレングス符号化の影響をうける一部
分を符号量の予測に反映させることができる。
符号量値変換器15は、加算器14より入力される絶対値
和を、対応する符号量値に変換し、量子化ステップ変換
器16と帯域制限値変換器17に出力する。
制御データ値送信回路19は、予め設定されたデータ量
の目標値を量子化ステップ変換器16と帯域制限値変換器
17に出力している。量子化ステップ変換器16と帯域制限
値変換器17も、例えばROMにより構成され、所定の符号
量を得るのに適切な量子化ステップ数と帯域制限値とを
対応してそれぞれ記憶している。
従って、量子化ステップ変換器16と帯域制限値変換器
17は、符号量値変換器１より入力された符号量値と、制
御データ値送信回路19より入力された目標値とを比較
し、その誤差に対応して、設定されている目標値を得る
のに適切な量子化ステップ数と水平及び垂直帯域制限値
とを読み出し、量子化器４と水平及び垂直プリフィルタ
2a,2bに出力する。
水平プリフィルタ2a（垂直プリフィルタ2bも同様）
は、例えば、第５図に示すように、帯域制限値（カット
オフ周波数）が基準値の15/16から1/16の範囲で1/16ず
つ順次変化する15種類の特性のフィルタを有し、帯域制
限値変換器17から入力される帯域制限値に対応する特性
のフィルタを選択する。この選択されたフィルタにより
帯域制限されたデータがDCT回路３に供給される。
また、水平プリフィルタ2a（垂直プリフィルタ2b）
は、第６図に示すように構成することもできる。
この実施例の場合、水平プリフィルタ2aは、フィルタ
21と、乗算器22,23と、加算器24により構成されてい
る。フィルタ21は、第７図に示すように、基準値の1/2
の帯域制限値を有している。
入力データはフィルタ21により帯域制限された後、乗
算器22に入力され、第１表に示すように、入力データの
レベル０乃至16に対応して、0/16乃至16/16の各係数が
乗算される。また、フィルタ21を経ない入力データは、
乗算器23に入力され、そのレベルに対応して、16/16乃
至0/16の各係数が乗算される。乗算器22と23の出力が加
算器24で加算され、DCT回路３に出力される。
このようにしても、第５図に示した場合と同様の動作
を実行させることができる。
また、水平方向と垂直方向の帯域制限値のバランスは
次のようにして調整される。
第２表に示すように、水平方向と垂直方向の帯域制限
値を0/16乃至16/16のいずれかの値に設定した場合にお
ける符号量の減少を、統計的に予め計算しておく。第２
表においては、仮に、帯域制限により25％の符号量を減
少させる場合、17通りの組み合わせが存在する。符号量
の減少値は符号量の目標値に対応して設定され、その減
少値を得るのにいずれの組み合わせを選択するかは、絶
対値和比算出回路18が出力する絶対値和比に対応して設
定される。
すなわち、絶対値和比から、水平方向と垂直方向の情
報量の比を推定することができるので、情報量の多い方
の帯域制限値が低く、少ない方の帯域制限値が高くなる
ように設定される。
水平方向の帯域制限値HLと垂直方向の帯域制限値VLの
バランスは、例えば、次のように設定される。
HL:VL＝HX＋BX:HY＋BY ここで、HXは水平方向のハイパスフィルタの絶対値
和、BXは水平方向のバンドパスフィルタの絶対値和、HY
は垂直方向のハイパスフィルタの絶対値和、BYは垂直方
向のバンドパスフィルタの絶対値和である。
さらに、画像によって水平方向若しくは垂直方向にバ
ランスの重み付けを行なう場合は、例えば、 HL:VL＝α（HX＋BX）：（１−α）（HY＋BY） として、αを０乃至１までの所定の数として、制御でき
る。
また、急激な画質の解像度の劣化をさけるために、帯
域制限値はたとえば１レベルづつしか変化させないよう
にすることも効果がある。このときＨ方向、Ｖ方向のど
ちらを変化させるかは例えば12a,12bからの出力値の大
きい方と決定することができる。
DTC回路３は、垂直プリフィルタ2bより入力されたデ
ータをブロック毎に区分し、直交変換する。直交変換さ
れたデータは、量子化器４に入力される。
量子化器４は、入力されたデータを、量子化ステップ
変換器16により設定された量子化ステップ数で量子化
し、符号器５に出力する。量子化ステップ数が大きい
程、符号量も大きくなる。符号器５は量子化されたデー
タを、ランレングス符号化、あるいは、ランレングス符
号化とハフマン符号化の両方を行なう。
なお、入力された画像データのうち、フレーム内予測
データは、そのまま符号量予測器１に入力され、処理さ
れるが、フレーム間予測データは、動き補償及び差分デ
ータ生成器６に入力される。そして、そこで動き補償を
行なった後、基準の画像データとフレーム間予測画像デ
ータとの差分が生成され、その差分データが符号量予測
器１に入力される。
帯域制限は、第５図（ａ）乃至（ｇ）に示すように、
カットオフ周波数が例えば、15/16から1/16までのフィ
ルタを、その制限値によって切り換えることにより行な
われる。もしくは、第６図、第７図に示すように、カッ
トオフ周波数が1/2のフィルタ21を通したデータと、フ
ィルタ21を通さないデータを、16分割した比率をその制
限値によって切り換えて加算することで、入力画像の帯
域を落しておき、最終的に符号量を制御することができ
る。
［発明の効果］ 以上のように、本データ圧縮装置によれば、例えば、
ローパスフィルタとハイパスフィルタなど、１もしくは
複数の特性のフィルタ処理を行い、その水平及び垂直の
帯域のバランスを考慮し、ランレングスの効果も予想し
てアクティビティを算出するようにしたので、誤差の少
ない符号量の予測が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明になるデータ圧縮装置の一実施例の構成
を示すブロック図、第２図は第１図の実施例における符
号量予測器の一実施例の構成を示すブロック図、第３図
（ａ）〜（ｄ）はフィルタ処理の動作を説明する図、第
４図は符号量値変換器の特性を説明する図、第５図
（ａ）〜（ｇ）は水平及び垂直プリフィルタの特性を説
明する図、第６図は水平及び垂直プリフィルタの構成を
示すブロック図、第７図は水平及び垂直プリフィルタの
特性を説明する図、第８図はジグザク走査による符号化
を説明する図、第９図（ａ）及び（ｂ）はフィルタ処理
を説明する特性図である。 １……符号量予測器、2a……水平プリフィルタ、 2b……垂直プリフィルタ、３……DCT回路、 ４……量子化器、５……符号器、 ６……動き補償及び差分データ生成器、 ７……バッファメモリ、８……CPU、 11……フレームメモリ、 12a,12c……水平方向オペレータ処理器、 12b,12d……垂直方向オペレータ処理器、 13a,13b,13c,13d……絶対値和算出回路、15……符号量
値変換器、 15a……バランス係数算出器（回路）、 16……量子化ステップ変換器、 17……帯域制限値変換器、 19……制御データ値送信回路、21……フィルタ、 22,23……乗算器、24……加算器。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力された画像データを所定画素毎のブロ
    ックに分割し、直交変換した後に量子化して、その量子
    化した画像データに対して少なくともランレングス符号
    化を行うデータ圧縮装置において、入力された画像デー
    タを水平方向及び垂直方向に独立してフィルタ処理する
    １もしくは複数のフィルタ処理手段と、 前記フィルタ処理手段により処理された２方向のデータ
    について、それぞれの大きさと２方向の大きさの差に応
    じて前記フィルタ処理手段により処理されたデータを対
    応する符号量値に変換する符号量値変換手段と、 データ量の目標値を設定する目標値設定手段と、前記目
    標値設定手段により設定された前記目標値と前記符号量
    値設定手段により出力された前記符号量値とを比較し、
    その差に対応する水平方向及び垂直方向の帯域制限値を
    出力する帯域制限値変換手段と、 前記目標値設定手段により設定された前記目標値と前記
    符号量値設定手段により出力された前記符号量値と帯域
    制限値変換手段により出力された帯域制限値とから、対
    応する量子化ステップ値を出力する量子化ステップ値変
    換手段と、 直交変換する前のデータを、前記帯域制限値変換手段に
    より出力された水平方向及び垂直方向の前記帯域制限値
    に対応して、水平方向及び垂直方向に独立して帯域制限
    する帯域制限手段と、 前記帯域制限されたデータを、前記量子化ステップ値変
    換手段により出力された量子化ステップ値に対応して、
    量子化する量子化手段とを備えることを特徴とするデー
    タ圧縮装置。
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