JP2550021B2

JP2550021B2 - デ−タ圧縮を用いた信号伝送受信方法

Info

Publication number: JP2550021B2
Application number: JP28499785A
Authority: JP
Inventors: 哲二郎近藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1985-12-18
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPS62143584A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、テレビジョン信号等の画像データを高能
率符号により圧縮して伝送し、受信側において、復元画
像を形成するようにしたデータ圧縮を用いた信号伝送受
信方法に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、画像データを伝送する場合に適用され、
入力画像データをブロックに分割し、各ブロック毎の画
素の輝度値を所定の次数の曲面によりフィッティング
し、フィッティング時の予測誤差の自乗和を最小とする
パラメータを固定し、このパラメータを伝送し、受信側
では、受信されたパラメータとブロックの座標データと
からブロック内の画素の輝度値を復元することにより、
高い圧縮率でデータを伝送でき、また、良好な復元画像
を形成でき、更に、データ圧縮及び復元の処理を簡単に
行うことができるようにしたものである。

〔従来の技術〕

情報量が多い画像データ例えばディジタルテレビジョ
ン信号を伝送する場合に、データ量を圧縮する高能率符
号化方法が知られている。高能率符号化方法の一つとし
て、１枚のテレビジョン画像を複数個の画素により構成
される２次元領域（ブロックと称する。）に分割し、ブ
ロック毎に符号化を行うブロック符号化方法が知られて
いる。

従来のブロック符号化方法は、ブロック内の複数個の
画素データ（輝度値）の平均値Avと標準偏差σとを求
め、ブロック内の各画素に対して１ビットを割り当て、
（Av＋σ）の輝度値を“1",（Av−σ）の輝度値を“0"
に符号化し、各ブロックの平均値Av及び各画素の符号化
出力を伝送する方法が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のブロック符号化方法は、受信側で復元された画
像がブロックの大きさと対応するモザイクの集合とな
り、ブロック間の境界で発生するブロック歪が目立つも
のとなる。従って、復元画像として、良質なものを得た
い時には、ブロックの大きさを小さくする必要がある。
ブロックを小さくすることにより、圧縮率が低下する欠
点があった。

従って、この発明の目的は、高い圧縮率で良好な復元
画像を得ることができる伝送受信方法を提供することに
ある。

この発明の他の目的は、パラメータを同定するための
構成及び受信されたパラメータを用いて復元を行うため
の構成が簡単な伝送受信方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、複数個の画素データの２次元配列で構成
されるブロック毎に入力画像データのデータ量を圧縮
し、圧縮されたデータを伝送し、受信側で入力画像デー
タを復元するデータ圧縮を用いた信号伝送受信方法にお
いて、入力画像データをブロック毎の順番を有するデータ系
列に変換するステップと、ブロック内の画素のレベル値の分布を所定の次数の結
合式により表される曲面によりフィッティングするとき
の予測誤差の自乗和が最小となる結合式の係数をブロッ
ク毎に同定して伝送するステップと、伝送された係数を受信し、その受信された係数とブロ
ック内の各画素の座標値と結合式とに基づいて、ブロッ
ク内の各画素のレベル値を復元する復元ステップと、復元されたレベル値を有する各画素を元の順序の復元
画像データに変換するステップとからなることを特徴とするデータ圧縮を用いた信号伝送
受信方法である。

また、この発明は、複数個の画素データの２次元配列
で構成されるブロック毎に入力画像データのデータ量を
圧縮し、圧縮されたデータを伝送するデータ圧縮を用い
た信号伝送方法であって、入力画像データをブロック毎の順番を有するデータ系
列に変換するステップと、ブロック内の画素のレベル値の分布を所定の次数の結
合式により表される曲面によりフィッティングするとき
の予測誤差の自乗和が最小となる結合式の係数をブロッ
ク毎に同定して伝送するステップとからなる、データ圧
縮を用いた信号伝送方法において、係数をブロック毎に同定するステップは、最小自乗法
により係数を同定する式中のブロック間で共通の項であ
るブロック内の各画素の座標値から定まるデータを読み
出し専用メモリ（ROM）から発生するステップを含むこ
とを特徴とするデータ圧縮を用いた信号伝送方法であ
る。

〔作用〕

複数の画素からなる各ブロックは、等しいブロックサ
イズを持ち、共通の（x,y）座標によって規定される。
このブロック内の画素の輝度値を所定の例えば次数３の
曲面によりフィッティングし、フィッティング時の予測
誤差を最小とする各ブロックのパラメータが伝送され
る。次数３の場合では、10個のパラメータa₁〜a₁₀のみ
を伝送すれば良く、１ブロック内の画素数をＭとすれ
ば、（10/M）の圧縮率を実現することができる。また、
２値で符号化するのに比べて、曲面によりフィッティン
グするので、復元画質を良好とすることができる。更
に、ブロックの座標に基づいて生成される座標データ
は、各ブロックで共通となり、パラメータの同定及び復
元画像の形成を容易に行うことができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について図面を参照して説
明する。第１図は、送信側及び受信側からなる伝送シス
テムの構成を示し、第１図において、１がディジタルテ
レビジョン信号の入力端子である。

入力ディジタルテレビジョン信号がブロック化回路２
に供給され、データの順序がテレビジョン走査の順序か
らブロックの順序に変換される。第２図において、Ｆ
は、１枚のテレビジョン画像を示す。テレビジョン画像
Ｆでは、ラインの左端から右端に向かって画素データが
発生し、垂直方向では、上側から下側に向かって各ライ
ンの画素データが発生する。ブロック化回路２では、第
２図に示すように、画像Ｆの縦方向を例えば５分割し、
横方向を例えば５分割することにより、１ブロックＢを
形成する。各ブロックＢに付した数字の順序でブロック
化回路２から画像（輝度）データが発生する。隣接する
ブロックＢの境界同士をオーバーラップさせることは、
ブロック歪を防止するために有効である。

第３図は、１ブロックＢを示し、１ブロックＢには、
水平方向の（4N＋１）個の画素と、垂直方向に（2N＋
１）個の計Ｍ個〔Ｍ＝（4N＋１）×（2N＋１）〕の画素
が含まれる。このブロックＢ内の各画素の位置は、中心
を原点ｏとするｘ軸及びｙ軸の座標により表される。ブ
ロックＢ内の左端の上側コーナーに位置する画素の輝度
値をZ₁とし、このデータから水平方向に位置する画素デ
ータの輝度値をZ₂,Z₃‥‥とし、ブロックＢの右側の下
側コーナーに位置する画素データの輝度値をZ_Mとする。
Z_iの輝度値を持つ画素の座標は、（x_i,y_i）と表され
る。

ブロック化回路２の出力信号がパラメータ同定部３に
供給される。１ブロックに含まれる全ての輝度値の分布
は、第３図に示す（x,y）座標で近似的に表現すること
ができる。つまり、ブロック内のデータを極が３個ある
ような曲面でフィッティングした場合に、予測輝度値
_ｉは、下式で表すものとなる。_ｉ＝a₁x_i ³＋a₂x_i ²y_i＋a₃x_iy_i ² ＋a₄y_i ³＋a₅x_i ²＋a₆x_iy_i ＋a₇y_i ²＋a₈x_i＋a₉y_i＋a₁₀ 上式で、（x_i,y_i）が輝度値Z_iの画素のブロック内の
位置を示し、a₁〜a₁₀は、パラメータである。

パラメータ同定部３においては、上式で算出される予
測値_ｉが持つ真値Z_iに対する予測誤差の自乗和が最小
となるようなパラメータa₁〜a₁₀を同定する。パラメー
タ同定部３からの各ブロックのパラメータa₁〜a₁₀が出
力端子９に取り出され、受信側に送出される。輝度値の
量子化ビット数が８ビットとされ、パラメータa₁〜a₁₀
のビット数が例えば８ビットとされる。

受信側の入力端子11には、送信側からのパラメータa₁
〜a₁₀が受信され、復元部15に供給される。復元部15で
は、ブロックＢの座標データとパラメータa₁〜a₁₀とに
より輝度値が復元される。復元部15からの復元データが
走査変換回路16に供給される。走査変換回路16により、
データの順序がテレビジョン信号の順序に戻され、出力
端子17に復元画像のデータが得られる。

この一実施例では、１ブロックＢ内のＭ〔＝（4N＋
１）×（2N＋１）〕個のデータが10個のパラメータa₁〜
a₁₀に圧縮され、大幅な圧縮を行うことができる。パラ
メータ同定部３によりなされるパラメータa₁〜a₁₀の同
定について以下に説明する。

ブロックＢ内のＭ個の画素の輝度値Z₁〜Z_Mは、次数が
３の曲面をフィッティングして予測する場合、予測誤差
をe₁,e₂‥‥e_Mとすると、次の行列の演算で示される。

上述の行列の演算は、次のように書き換えられる。

つまり、は、Ｍ次のベクトル、Ｗは（Ｍ行10列）の行列、は、10次のベクトル、はＭ次のベクトルである。最小自乗法によって求められ
る誤差の自乗和を最小にするパラメータは、次式のものとなる。

ブロック内の各輝度値の座標（x₁,x₂,‥‥x_M,y₁,y₂,
‥‥y_M）は、ブロックサイズと対応するＮの値が決まれ
ば固定データとなる。従って、（W^TW）^-1W^Tの項（座標
データ）は、全てのブロックに共通の固定データとな
り、例えばROMによって発生することができる。

（W^TW）^-1の行列は、〔（10行Ｍ列）×（Ｍ行10
列）〕の積であるから、（10行10列）となり、（W^TW）
^-1W^Tの行列は、〔（10行10列）×（10行Ｍ列）〕の積で
あるから、（10行Ｍ列）の行列となる。従って、パラメ
ータを最小自乗法により求めるための式は、以下のようにな
る。

ブロック内のデータのフィッティングについて、理解
の容易のため、１次元ブロックを直線でフィッティング
する例について説明する。１ブロックが同一ライン上の
７個の画素からなり、第４図に示すように、中心の画素
を原点とするｘ座標が形成される。各画素の輝度値Z₁,Z
₂,・・・Z₇が第４図に示す変化を持つ場合に、破線で示
す直線（ax＋ｂ）により、ブロック内の輝度値がフィッ
ティングされる。従って、各画素の輝度値は、次式で表
される。

上式に関して、最小自乗法により、パラメータａ及び
ｂが同定される。直線でなく、２次曲線（ax²＋bx＋
ｃ）でフィッティングする時には、a,b,cの３個のパラ
メータを同定することが必要である。この発明では、２
次元ブロックであるため、直線或いは曲線の代わりに曲
面によりブロック内のデータをフィッティングするもの
である。

第５図は、パラメータ同定部３の一例を示す。20で示
す入力端子にブロック化回路２からの輝度値Z_kが供給さ
れる。この輝度値Z_kが10個の乗算回路21,22,・・・30の
夫々に供給される。乗算回路21,22,・・・30には、ROM
（図示せず）からの輝度値Z_kの座標データW_k（１）,W_k
（２），…W_k（10）が供給される。

各算乗回路21,22,・・・30の夫々の出力データが加算
回路31,32,・・・40の一方の入力端子に供給される。加
算回路31,32,・・・40の夫々の出力データがレジスタ5
1,52,・・・60に供給されると共に、出力端子71,72,・
・・80に取り出される。加算回路及びレジスタの対によ
って積算回路が構成される。レジスタ51,52,・・・60
は、１ブロックのＭ個の輝度値の演算が終了する毎にリ
セットされる。

Ｍ個の輝度値が入力端子20に供給されると、出力端子
71に得られる出力データは、〔W₁（１）Z₁＋W₂（１）Z₂
＋・・・＋W_M（１）Z_M＝a₁〕となり、パラメータa₁が生
成される。同様に、出力端子72,73,・・・80の夫々に、
パラメータa₂,a₃,…a₁₀が取り出される。

受信側に設けられた復元部15は、第６図に示す構成と
されている。図示せずも、復元部15には、ROMが設けら
れており、このROMから相異なる座標データがＭ回発生
する。この座標データがＭ回発生している間で、入力端
子91,92,・・・100の夫々に１ブロックの受信されたパ
ラメータa₁,a₂,…a₁₀が供給される。

パラメータa₁,a₂,…a₁₀が乗算回路101,102,・・・109
に供給される。例えばｉ番目の画素の座標（x_i,y_i）と
関連した座標データ〔x_i ³,x_i ²y_i,x_iy_i ²,…y_i〕が乗算回
路101,102,・・・109に夫々供給される。乗算回路101,1
02,・・・109の夫々の出力が加算回路112,113,・・・12
0によって加算される。従って、最終段の加算回路120か
ら導出された出力端子121には、次式で示される復元さ
れた輝度値_ｉが得られる。_ｉ＝a₁x_i＋a₂x_i ²y_i＋a₃x_iy_i ² ＋a₄y_i ³＋a₅x_i ²＋a₆x_iy_i ＋a₇y_i ²＋a₈x_i＋a₉y_i＋a₁₀ １ブロックの大きさを変えた時の復元誤差の標準偏差
の一例（実験結果）を下記に示す。

なお、この発明は、次数が３以外のｎ次曲面を用いる
場合にも同様に適用することができる。

〔発明の効果〕

この発明は、各ブロック毎に予め用意した次数の曲面
のフィッティングを行い、最も良くフィッティングする
上記次数の曲面即ち誤差の自乗和を最小とするようなパ
ラメータのみを伝送するものである。従って、この発明
に依れば、非常に大きな圧縮率を得ることができ、ま
た、種々の曲面により輝度値が表現され、従来の２値の
ブロック符号化に比して、画質を大幅に改善することが
できる。

また、この発明では、パラメータを同定する場合に、
ブロック間で共通の座標データを用いるので、例えばRO
Mにより座標データを発生させることにより、乗算及び
加算の処理のみで容易にパラメータ同定部を構成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図及び第３図はブロック化及び１ブロックの説明の
ための略線図、第４図はこの発明によるフィッティング
の理解を容易とするための略線図、第５図はこの発明の
一実施例におけるパラメータ同定部の一例のブロック
図、第６図はこの発明の一実施例における復元部の一例
のブロック図である。図面における主要な符号の説明 2:ブロック化回路、3:パラメータ同定部、15:復元部、1
6:走査変換回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の画素データの２次元配列で構成さ
れるブロック毎に入力画像データのデータ量を圧縮し、
上記圧縮されたデータを伝送し、受信側で上記入力画像
データを復元するデータ圧縮を用いた信号伝送受信方法
において、上記入力画像データを上記ブロック毎の順番を有するデ
ータ系列に変換するステップと、上記ブロック内の画素のレベル値の分布を所定の次数の
結合式により表される曲面によりフィッティングすると
きの予測誤差の自乗和が最小となる上記結合式の係数を
上記ブロック毎に同定して伝送するステップと、上記伝送された係数を受信し、その受信された係数とブ
ロック内の各画素の座標値と上記結合式とに基づいて、
上記ブロック内の各画素のレベル値を復元する復元ステ
ップと、上記復元されたレベル値を有する各画素を元の順序の復
元画像データに変換するステップとからなることを特徴とするデータ圧縮を用いた信号伝送
受信方法。
【請求項２】複数個の画素データの２次元配列で構成さ
れるブロック毎に入力画像データのデータ量を圧縮し、
上記圧縮されたデータを伝送するデータ圧縮を用いた信
号伝送方法であって、上記入力画像データを上記ブロック毎の順番を有するデ
ータ系列に変換するステップと、上記ブロック内の画素のレベル値の分布を所定の次数の
結合式により表される曲面によりフィッティングすると
きの予測誤差の自乗和が最小となる上記結合式の係数を
上記ブロック毎に同定して伝送するステップとからな
る、データ圧縮を用いた信号伝送方法において、上記係数をブロック毎に同定するステップは、最小自乗
法により上記係数を同定する式中の上記ブロック間で共
通の項であるブロック内の各画素の座標値から定まるデ
ータを読み出し専用メモリ（ROM）から発生するステッ
プを含むことを特徴とするデータ圧縮を用いた信号伝送
方法。