JP2662451B2 - 画像データ符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、デジタル画像データ、特にデジタル動画像
データを圧縮して符号化する装置に関する。

［従来の技術］ 第２図は直交変換手法を用いて１つのフレーム内のデ
ータを符号化する従来の画像データ符号化装置のブロッ
ク図である。同図において、ブロック化回路10は１フレ
ームの画像を縦ｎ画素、横ｍ画素（ｎ、ｍは整数）から
なる複数のブロックに分割する。直交変換回路11は各ブ
ロックのデータを直交変換し、各ブロックの変換係数を
量子化回路12に送る。変換係数は量子化回路12で量子化
され、量子化値が符号作成回路13で符号化されて符号化
データとして出力される。静止画像の場合、一般に高次
（高周波）の成分に対応する変換係数の値は小さく、視
覚に対する影響も小さいことから、このような変換係数
は粗く量子化するかあるいは全く送らないことによりデ
ータの圧縮が可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、１つのフレームを第１フィールドと第
２フィールドとに分けて１本おきに走査する飛び越し走
査の場合、動画像では高周波成分に対応する変換係数が
大きな値となり、従って上記の方法でデータ圧縮した場
合には画像が劣化することが避けられない。これを第３
図（Ａ）〜（Ｄ）により説明する。

第３図（Ａ）〜（Ｄ）は夫々第１フィールド及び第２
フィールドから構成される１つのフレームを表してお
り、走査された物体が斜線で示されている。同図（Ａ）
は物体が静止しているときのフレームであり、同図
（Ｂ）は物体が第１フィールドの走査完了後に水平方向
に移動したときのフレームである。同図（Ｃ）は上半分
と下半分とで画素値が異なる物体が静止している場合の
フレームであり同図（Ｄ）はこの物体が第１フィールド
の走査完了後に垂直方向に４ライン分下方に移動したと
きのフレームである。これらの図から分かるように動画
像では第１フィールドと第２フィールドとで物体の位置
が異なるのでくし状のパターンが発生し、これによりフ
レーム内で垂直方向の高周波成分が発生する。

この問題に対処するために、各フィールド毎にデータ
を直交変換して符号化する方法が提案されている。この
方法は各フィールドを夫々ｎ×ｍ個の画素のブロックに
分割し、垂直方向にｎ点の直交変換を実行し符号化する
ものである。しかし、この方法では、１つのブロック内
における２つの画素間の垂直方向の最大距離は２（ｎ−
１）画素となり、空間的相関の小さい画素を同じブロッ
クに含めて直交変換することになるので、フレーム内で
直交変換する方法（この場合垂直方向の最大距離はｎ−
１画素である）に比べて変換効率が悪いという問題があ
る。

本発明の目的は動画像データを画像を劣化させること
なく効率的に変換して符号化する装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の前記目的は、飛び越し走査により得られた１
フレームの画像データを縦ｎ行横ｍ列の画素からなるブ
ロックに分割する手段と、各ブロック内の行を並べ変え
る手段と、行の並べ変えられた各ブロックの画素データ
を直交変換する手段とを有しており、前記並べ変える手
段が、同一のフィールドに属する行をブロック内の上部
及び下部にまとめて行番号の順に夫々並べ変えると共に
該上部及び下部を互いに隣接する行の行番号が連続する
ように配置することを特徴とする画像データ符号化装置
によって達成される。

［作用］ 上記の画像データ符号化装置は、１フレームの画像デ
ータが入力されるとこれを縦ｎ行横ｍ列の画素からなる
複数のブロックに分割し、各ブロック内の行を同一のフ
ィールドに属する行をブロック内の上部及び下部にまと
めて行番号の順に夫々並べ変えると共に該上部及び下部
を互いに隣接する行の行番号が連続するように配置す
る。次にブロック毎にデータを直交変換し各周波数成分
に対応する変換係数を求め、これらの変換係数を圧縮し
て符号化して出力する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図（Ａ）は本発明の画像データ符号化装置の一実
施例のブロック図である。

同図において20は１フレームの画像を縦ｎ画素、横ｍ
画素（ｎ、ｍは整数）からなる複数のブロックに分割す
るブロック化回路、21はブロック内の行を並べ変える並
べ変え回路、22は各ブロックのデータを直交変換し、各
ブロックの変換係数を決定する直交変換回路、23は直交
変換回路22から送られる変換係数を量子化する量子化回
路、24は量子化された変換係数のインデックスを符号化
して出力する符号作成回路である。

第１図（Ｂ）は上記の装置から送られてくる符号化デ
ータから画像データを復元するための画像データ複合化
装置のブロック図であり、該装置は、符号化データから
量子化されている変換係数のインデックスを復元する符
号復元回路25、復元されたインデックスから変換係数の
量子化値を復元し変換係数を求める量子化値復元回路2
6、求めた変換係数をブロック毎に逆変換し、各ブロッ
クの画素データを求める逆変換回路27、各ブロックの行
を元の順序に並べ変える並べ変え回路28、各ブロックを
結合して１フレームのデータを作成し出力するフレーム
作成回路29からなる。

次に上記の画像データ符号化装置の動作を説明する。

尚、本実施例では、１フレームが縦N/2画素、横Ｍ画
素の２つのフィールドからなり、ブロックサイズは縦ｎ
（偶数）画素、横ｍ画素であり、N/n及びM/mはともに整
数であるとする。

また、各画素値をｆ（x,y）（０≦ｘ≦M,0≦ｙ＜Ｎ）
で表すものとする。ここで（x,y）は画素の位置を示す
座標である。

まず、ブロック化回路20が入力された画像データを次
の式に従ってブロック化する。

fb（i,j,k,l）＝ｆ（ｍ・ｉ＋k,n・ｊ＋ｌ） （０≦ｉ＜M/m,0≦ｊ＜N/n, ０≦ｋ＜m,0≦ｌ＜ｎ） ここで、fbはブロック化された後のデータであり、
（i,j）はブロックの位置を表し、（k,l）はブロック内
での画素の座標を表している。

次にブロック化されたデータfbを並べ変え回路21で次
の式に従って並べ変え、データfpを得る。

fp（i,j,k,l）＝fb（i,j,k,2l） （０≦ｉ＜M/m,0≦ｊ＜N/n, ０≦ｋ＜m,0≦ｌ＜n/2） fp（i,j,k,l）＝fb（i,j,k,2n−（2l＋１）） （０≦ｉ＜M/m,0≦ｊ＜N/n, ０≦ｋ＜m,n/2≦ｌ＜ｎ） 第４図はこの並べ変え動作を説明するフローチャート
である。同図に示すようにまず、ステップS1〜S4でi,j,
k及びl1を０に設定する。

次にステップS5でl2をl1＋n/2に設定し、ステップS6
及びS7で上記の式に従ってデータfbをfpに夫々置き換え
る。

ステップS8及びS9によりこの並べ変えをl1がn/2に達
するまで繰り返し、更にステップS10及びS11でｋがｍに
達するまで以上の動作を繰り返すことにより、１つのブ
ロックの行の並べ変えが完了する。

ステップS12及びステップS13で、ｊがN/nに達するま
でステップS3〜S11を繰り返し、更にステップS14及びス
テップS15でステップS2〜S13を繰り返すことにより１フ
レームのデータの並べ変えが完了する。

以上の処理は、特許請求の範囲の第２項に記載の方法
に対応している。

このようにして得られたデータは従来の装置と同様、
直交変換回路22で直交変換され、量子化回路23で量子化
され、符号作成回路24で符号化されて出力される。

複合化装置は、複合化装置から送られてくる符号化デ
ータからを符号復元回路25で量子化値を復元し、量子化
値復元回路26で量子化値から変換係数を復元し、逆変換
回路27でこれを逆変換する。

以上により得られたデータについて並べ変え回路28で
次の式に従ってブロック毎に行の並べ変えを行う。

fb（i,j,k,2l）＝fp（i,j,k,l） （０≦ｉ＜M/m,0≦ｊ＜N/n, ０≦ｋ＜m,0≦ｌ＜n/2） fb（i,j,k,2n−（2l＋１））＝ fp（i,j,k,l） （０≦ｉ＜M/m,0≦ｊ＜N/n, ０≦ｋ＜m,n/2≦ｌ＜ｎ） 第５図はこの並べ変え動作を説明するフローチャート
である。同図に示すようにまず、ステップS16〜S19でi,
j,k及びl1を０に設定する。

次にステップS20でl2をl1＋n/2に設定し、ステップS2
1及びS22で上記の式に従ってデータfpをfbに夫々置き換
える。

ステップS23及びS24によりこの並べ変えをl1がn/2に
達するまで繰り返し、更にステップS25及びS26でｋがｍ
に達するまで以上の動作を繰り返すことにより、１つの
ブロックの行の並べ変えが完了する。

ステップS27及びステップS28でｊが、N/nに達するま
でステップS18〜S26を繰り返し、更にステップS29及び
ステップS30でステップS17〜S28を繰り返すことにより
１フレームのデータの並べ変えが完了する。

このようにして得られたデータはフレーム作成回路29
により次の式に従って１フレーム分のデータとして出力
される。

ｆ（ｍ・ｉ＋k,n・ｊ＋ｌ）＝fb（i,j,k,l） （０≦ｉ＜M/m,0≦ｊ＜N/n, ０≦ｋ＜ｍ−1,0≦ｌ＜ｎ） 第６図（Ａ）〜（Ｃ）は以上説明した並べ変えの様子
を示している。第６図（Ａ）は並べ変える前のフレーム
を示し、同図（Ｂ）及び（Ｃ）は特許請求の範囲の第２
項及び第３項に記載の方法により夫々並べ変えたときの
フレームを示している。但しｎは偶数としている。

また、第７図（Ａ）〜（Ｃ）は１つのブロック内のあ
る列上の画素（例えば第６図（Ａ）の線Ａ上の画素）に
注目し、行番号を横軸に、画素値を縦軸にとってこれら
の画素をプロットしたグラフを示している。第７図
（Ａ）は並べ変える前のグラフ、同図（Ｂ）及び（Ｃ）
は特許請求の範囲の第２項及び第３項に記載の方法によ
り夫々並べ変えたときのグラフである。但し、第７図で
は、ｎを８としている。

第３図（Ｂ）及び（Ｄ）を１ブロックのデータとみな
した場合、これらを上記（ａ）の方法により並べ変える
ことにより第８図（Ａ）及び（Ｂ）に示すブロックが得
られ、高周波成分が減少することが分かる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、実施例ではブロック化してから各ブロック毎に
行の並べ変えを行うようにしているが、最初に行の並べ
変えを行ってからブロック化するようにしても良い。ま
た、全てのブロックについて並べ変えを行うのでなく、
各ブロック毎に画像の動き量を調べ、動きの激しいブロ
ックについてのみ行の並べ変えを行い、そうでないブロ
ックについては並べ変えを行うことなく直交変換するよ
うにしても良い。この場合、画像の動き量としては、垂
直方向の高周波成分の大きさ、あるいは、実際に並べ変
えを行ったときと行わないときとの符号化データの差等
を用いることができる。

［発明の効果］ 本発明の画像データ符号化装置は、同一のフィールド
に属する行をブロック内の上部及び下部にまとめて行番
号の順に夫々並べ変えると共に該上部及び下部を互いに
隣接する行の行番号が連続するように配置してから画像
データを直交変換するので、動画像データを直交変換に
よりデータ圧縮して符号化する際に、従来のフレーム内
変換を行う装置に比べて、走査される物体が動くことに
よる高周波成分の増加が抑制され、動画像データを劣化
させることなく圧縮して符号化することが可能となる。

また、従来のフィールド内変換を行う装置に比べて、
同一ブロック内の２つの画素間の垂直方向の最大距離が
小さくなり、変換効率を向上させることが可能となると
共に、フィールド間の相関を利用してデータ圧縮効率を
高くすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像データ符号化装置及び複合化装置
のブロック図、第２図は従来の画像データ符号化装置の
ブロック図、第３図（Ａ）〜（Ｄ）は第１フィールドと
第２フィールドとで物体の位置が変化することを説明す
る図、第４図及び第５図は行の並べ変え動作を説明する
ためのフローチャート、第６図（Ａ）〜（Ｃ）はフレー
ム内の行の並べ変えの様子を示す図、第７図（Ａ）〜
（Ｃ）は１つのブロック内のある列上の画素値を示すグ
ラフ、第８図（Ａ）及び（Ｂ）は行の並べ変えにより得
られるブロックを示す図である。 10,20……ブロック化回路、11,22……直交変換回路、1
2,23……量子化回路、13,24……符号作成回路、21……
並べ変え回路、25……符号復元回路、26……量子化値復
元回路、27……逆変換回路、28……並べ変え回路、29…
…フレーム作成回路。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】飛び越し走査により得られた１フレームの
   画像データを縦ｎ行横ｍ列の画素からなるブロックに分
   割する手段と、各ブロック内の行を並べ変える手段と、
   行の並べ変えられた各ブロックの画素データを直交変換
   する手段とを有しており、前記並べ変える手段が、同一
   のフィールドに属する行をブロック内の上部及び下部に
   まとめて行番号の順に夫々並べ変えると共に該上部及び
   下部を互いに隣接する行の行番号が連続するように配置
   することを特徴とする画像データ符号化装置。
2. 【請求項２】１つのブロック内の行番号を上から0,1,
   2,...,n−１とするとき、前記並べ変える手段が、 ｎが偶数のとき0,2,4,...,n−4,n−2,n−1,n−3,...,5,
   3,1の順に行を並べ変え、 ｎが奇数のとき0,2,4,...,n−3,n−1,n−2,n−4,...,5,
   3,1の順に行を並べ変えることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の画像データ符号化装置。
3. 【請求項３】１つのブロック内の行番号を上から0,1,
   2,...,n−１とするとき、前記並べ変える手段が、 ｎが偶数のときｎ−2,n−4,...,4,2,0,1,3,5,...,n−3,
   n−１の順に行を並べ変え、 ｎが奇数のときｎ−1,n−3,...,4,2,0,1,3,5,...,n−4,
   n−２の順に行を並べ変えることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の画像データ符号化装置。
4. 【請求項４】１つのブロック内の行番号を上から0,1,
   2,...,n−１とするとき、前記並べ変える手段が、 ｎが偶数のとき1,3,5,...,n−3,n−1,n−2,n−4,...,4,
   2,0の順に行を並べ変え、 ｎが奇数のとき1,3,5,...,n−4,n−2,n−1,n−3,...,4,
   2,0の順に行を並べ変えることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の画像データ符号化装置。
5. 【請求項５】１つのブロック内の行番号を上から0,1,
   2,...,n−１とするとき、前記並べ変える手段が、 ｎが偶数のときｎ−1,n−3,...,5,3,1,0,2,4,...,n−4,
   n−２の順に行を並べ変え、 ｎが奇数のときｎ−2,n−4,...,5,3,1,0,2,4,...,n−3,
   n−１の順に行を並べ変えることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の画像データ符号化装置。
6. 【請求項６】１つのブロック内の行番号を上から0,1,
   2,...,n−１とするとき、前記並べ変える手段が、 ｎが偶数のとき0,2,4,...,n−4,n−2,n−1,n−3,...,5,
   3,1の順に行を並べ変え、 ｎが奇数のとき0,2,4,...,n−3,n−1,n−2,n−4,...,5,
   3,1の順に行を並べ変える第１の手段と、 ｎが偶数のときｎ−2,n−4,...,4,2,0,1,3,5,...,n−3,
   n−１の順に行を並べ変え、 ｎが奇数のときｎ−1,n−3,...,4,2,0,1,3,5,...,n−4,
   n−２の順に行を並べ変える第２の手段と、 ｎが偶数のとき1,3,5,...,n−3,n−1,n−2,n−4,...,4,
   2,0の順に行を並べ変え、 ｎが奇数のとき1,3,5,...,n−4,n−2,n−1,n−3,...,4,
   2,0の順に行を並べ変える第３の手段と、 ｎが偶数のときｎ−1,n−3,...,5,3,1,0,2,4,...,n−4,
   n−２の順に行を並べ変え、 ｎが奇数のときｎ−2,n−4,...,5,3,1,0,2,4,...,n−3,
   n−１の順に行を並べ変える第４の手段と、 ブロック毎に前記第１の手段、前記第２の手段、前記第
   ３の手段及び前記第４の手段のいずれか１つを選択する
   手段とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の画像データ符号化装置。