JP2674642B2 - 画像圧縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は画像圧縮装置、特に画像をコード化，投影化
または変換処理を施して情報量の保存を行いつつ見掛け
のデータ量の圧縮を行う画像圧縮装置に関するものであ
る。 （従来の技術） デジタル画像を通信回線を通して送受信する場合ある
いは記憶装置に格納する場合、または通信路あるいは記
憶装置の負荷を軽減する場合には、より少ない語数で原
画像を表現する方法、所謂画像圧縮を必要とするがこの
画像圧縮方法には可逆圧縮と非可逆圧縮の２種がある。
可逆圧縮では、ランレングスユーデイング法または例え
ば予測符号化で圧縮したハフマン符号法等を用いること
により原画像に完全に復元可能であるのに対し、KLT,コ
サイン変換等の非可逆圧縮では、可逆圧縮に比し圧縮率
を大きくとれるが、完全に原画像に復元することができ
ず、しかも、圧縮率に比例して画質も劣化するので、人
間の目に画質の劣化を生じさせない程度に圧縮率を制限
する必要がある。 非可逆圧縮では直交変換、特にブロック直交変換法が
周知であり、その中でもブロックコサイン変換法が最も
実用的で有望視されている。 第８図はブロックコサイン変換法を採用した従来の画
像圧縮装置を示すものである。同図に示すようにこの装
置は、取り込まれた原画像を一旦記憶するメモリ11と、
このメモリ11のアドレス制御を行い、ブロック毎に画像
の一部を出力させるアドレス制御部12と、メモリ11内の
原画像をブロック毎に直交変換（例えば２次元の高速コ
サイン変換）を行う直交変換部13と、この変換出力を量
子化する量子化部14とを有する。量子化部14はビットア
ロケーションテーブル15と、このテーブル情報に基づい
て前記直交変換部13の変換出力を量子化する量子化器16
とを有して成り、この量子化器16の出力が、圧縮画像デ
ータとして外部装置例えば記憶装置等に送出される。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来装置においてはブロック直交変換
法により圧縮した画像を復元した場合に、その復元画像
にブロックの継ぎ目が現われ（ブロック効果と称され
る）、画質が低下する。この現象は画像の低周波成分の
量子化誤差に起因するもので、圧縮率を上げるほど著し
い。 この発明は上記事情に鑑みて成されたもので、その目
的とするところは、ブロック直交変換法による圧縮画像
データ生成における量子化誤差の減少を図った画像圧縮
装置を提供することにある。 ［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、原画像を複数のブロックに分割し、分割さ
れた複数のブロックの同一空間座標における周波数成分
の平均値を、各ブロックの対応空間座標における空間周
波数成分の値より減じることで原画像データの前処理を
行う前処理手段と、前記前処理後の原画像をブロック毎
に直交変換する第１の直交変換部とこの直交変換出力を
同一周波数成分毎のブロックに再配置する再配置部と再
配置されたブロック毎に直交変換を行う第２の直交変換
部とこの直交変換出力を量子化する量子化部とを備えた
画像圧縮手段とを有することを特徴とするものである。 （作 用） 量子化誤差を増大させる原因の一つは、例えば第５図
に示すように、直交変換後の同一周波数成分の振幅分布
が、量子化器に設定された中心から外れ、量子化バンド
からはみ出た成分が多くなることにある。本願発明者は
このことに注目し、上記の前処理手段を画像圧縮手段の
前段に設け、原画像データの前処理結果を画像圧縮手段
に送出するようにしたのである。 すなわち前処理手段は、取り込まれた原画像を複数の
ブロック（これをサブ・ブロックと称する）に分割し、
分割された複数のブロックの同一空間座標における周波
数成分の平均（疑似アンサンブル平均）を求め、この平
均値を各ブロックの対応空間座標における空間周波数成
分の値より減じ（これを擬似アンサンブルゼロ平均と称
する）、この演算出力を前記画像圧縮手段に送出する。
ここで、アンサンブル平均値Meamは、第７図に示すよう
にｉ番目（ｉは正の整数）のサブ・ブロック内の空間座
標の画素値をｆ（，ωｉ）とすると、 と表わされる。ただし、Ｎは全ブロック数を意味する、
また、擬似アンサンブゼロ平均値ｆ′（，ωｉ）は、 ｆ′（，ωｉ）＝ｆ（，ωｉ）−Mean（） ……
（２） と表わされ、この疑似アンサンブルゼロ平均値間には、 の関係が成立する。そして、前（２）式による演算結果
（前処理出力）が、画像圧縮手段に送出され、画像圧縮
に供されることになる。 このように原画像データを前処理を行うことにより、
ブロック直交変換された同一周波数成分の振幅の分布は
第６図に示すようになり、量子化バンドの中心から外れ
ることがなくなる。これにより量子化誤差が抑えられ、
画像圧縮の安定性,S/N比向上が図られる。画像圧縮手段
では、前処理後の画像に対して次のように画像圧縮を行
う。すなわち、第１の直交変換部は、原画像をブロック
毎に直交変換し、この直交変換出力を再配置部によって
同一周波数成分毎のブロックに再配置し、第２の直交変
換部は、再配置されたブロック毎に直交変換を行い、こ
の直交変換出力を量子化部によって量子化する。これに
より、従来のように原画像をブロック毎に直交変換し、
その直後に量子化するものではないから、従来よりも画
像のパワーを集中させることができ、このようにするこ
とで量子化による誤差を一層低減することができる。 （実施例） 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。 第１図は本発明の一実施例たる画像圧縮装置のブロッ
ク図である。同図に示すように本実施例装置は、原画像
を複数のブロックに分割し、分割された複数のブロック
の同一空間座標における周波数成分の平均値を、各ブロ
ックの対応空間座標における空間周波数成分の値より減
じることで原画像データの前処理を行う前処理手段１
と、この前処理手段１の後段に配置され、該前処理出力
をブロック直交変換後に量子化することで画像圧縮を行
う画像圧縮手段７をとを有して成る。 前処理手段１は、メモリ2,アドレス制御部3,演算部4,
メモリ5,圧縮符号化部６を有する。メモリ２は外部より
取り込まれた原画像データを記憶するものであり、アド
レス制御部３はこのメモリのアドレス制御を行うことで
原画像を複数のブロックに分割するものである。演算部
４は前（１）式及び前（２）式の演算実行により疑似ア
ンサンブル平均値及び疑似アンサンブルゼロ平均値を得
るものであり、疑似アンサンブル平均値はメモリ５を介
して圧縮符号化部６に送出され、また、疑似アンサンブ
ルゼロ平均値は画像圧縮手段７に送出される。圧縮符号
化部６は取り込まれた疑似アンサンブル平均値を圧縮符
号化するものであり、その出力は圧縮画像データのヘッ
ド情報として外部に送出されることになる。 また、画像圧縮手段７は、メモリ11,アドレス制御部1
2,第１の直交変換部13,再配置部17,第２の直交変換部2
0,量子化部14を有する。メモリ11は前処理出力を一旦記
憶するものであり、アドレス制御器12はメモリ１のアド
レス制御を行うことで前処理画像をブロック毎に出力さ
せるものであり、第１の直交変換部13はメモリ11よりブ
ロック毎に出力された前処理画像をブロック毎に直交変
換（例えば２次元高速コサイン変換）するものであり、
いずれも第８図に示すのと同様の機能を有している。 再配置部17は、前記第１の直交変換部13の変換出力を
同一周波数成分毎のブロックに再配置するものであり、
メモリ19とこのメモリ19のアドレス制御を行うアドレス
制御器18とを有して成る。第２の直交変換部20は、この
再配置部17により再配置されたブロック毎に直交変換を
行うものである。尚、この第２の直交変換部20において
は２次元（２−Ｄ）又は１次元（１−Ｄ）の高速コサイ
ン変換が行われる。 そして、量子化部14は、前記第２の直交変換部20の変
換出力を量子化するものであり、第８図に示すのと同
様、ビットアロケーションテーブル15と量子化器16とを
有して成る。 次に、上記構成の作用について第２図のフローチャー
トに従って説明する。 先ず、アドレス制御部３の制御下で原画像が複数のブ
ロックに分割され（ステップS1）、演算部４に送出され
る。そしてこの演算部４において前（１），（２）式の
演算処理（疑似アンサンブルゼロ平均の演算）が行われ
る（ステップS2）。前（１）式の演算実行によって得ら
れた平均値はメモリ５を介して圧縮符号化部６に送出さ
れ、ここで圧組符号化された後に、ヘッド情報として出
力される（ステップS7）。 一方、前記演算部４において前（２）式の演算実行に
よって得られた差分出力は前処理出力として画像圧縮手
段７に取り込まれる。そして、アドレス制御部12の制御
下でメモリ11に書き込まれた前処理画像（第３図（ａ）
参照）が再びアドレス制御部12の制御により第３図
（ｂ）に示すように所定のブロック毎に分割され、第１
の直交変換部13に送出される。そしてこの第１の直交変
換部13により第３図（ｃ）に示すようにブロック毎に直
交変換（２次元高速コサイン変換）され（ステップS
3）、この変換出力が再配置部17に送出される。この再
配置部17においは、アドレス制御器18の制御により、同
一周波数成分毎のブロックに再配置される（ステップS
3）。第３図（ｃ）の直交変換出力をさらに詳しく表わ
すと同図（ｄ）のようになり、これを同一周波数成分毎
のブロックに再配置したものが同図（ｅ）である。尚、
図中において丸印の違いは周波数の違いを意味する。 そして再配置されたブロック毎に、第２の直交変換部
20において直交変換（２次元又は１次元の高速コサイン
変換）が行われ（ステップS5）、この変換出力が量子化
部14に送出され、ここで量子化される（ステップS6）。
第３図（ｆ）は前記第２の直交変換部20による変換出力
を示している。 このように本実施例装置にあっては、画像圧縮手段７
の前段に前処理手段１を設け、前処理出力を圧縮するよ
うにしたので、ブロック直交変換された同一周波数成分
の振幅の分布が、量子化バンドの中心から外れることが
なくなり、量子誤差を低減することができ、画像圧縮の
安定性,S/N比の向上を図ることができる。 また、原画像をブロック毎に直交変換し、この変換出
力を同一周波数成分毎のブロックに再配置し、再配置さ
れたブロック毎に直交変換し、この変換出力を量子化す
るようにしたものであり、従来のように原画像をブロッ
ク毎に変換し、これを直交変換した直後に量子化するも
のではないから、従来より画像のパワーを集中させるこ
とができ、このようにすることで量子化による誤差を一
層低減することができる。このため、本実施例装置によ
って生成された圧縮画像データを復元した場合に、量子
化誤差に起因する“ブロックの継ぎ目”が低減され、S/
N比向上により診断能に優れた画像を得ることができ
る。また、同一圧縮率では従来装置に比してより少ない
ビット数でしかもより小さな誤差で量子化できるので、
多くのビット数を高周波成分に割り当てることができ、
これにより復元画像の空間分解能及び濃度分解能を高め
ることができるという利点をも有する。さらに、より少
ないビット数で従来と同質の復元画像が得られるため、
従来より圧縮率を上げることもでき、これにより、圧縮
画像データの転送時間短縮及び記憶容量の節約を図るこ
とができる。 以上本発明の一実施例について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施
が可能であるのはいうまでもない。 例えば上記実施例では、再配置部17により再配置され
た全てのブロックについて第２の直交変換部20により直
交変換を行うものについて説明したが、再配置されたブ
ロック中には直交変換を要しないブロックも存在するた
め、このようなブロックについては第２の直交変換部20
を経由させずに量子化部14に送出するのが好ましい。こ
のようにすれば画質及び処理時間短縮の点で上記実施例
よりも有利となる。この場合の画像圧縮手段7Aの構成例
を第４図に示す。同図においては、再配置部17と第２の
直交変換部20との間にブロック選択器21を配置し、この
ブロック選択器21により、第２の直交変換部20による直
交変換を要するブロックと要しないブロックとに分ける
ようにしている。直交変換を要するか否かは、再配置さ
れたブロックのアドレスから明確に判別できるため、ブ
ロック選択はアドレス制御を行うことで容易に実現でき
る。また、必要に応じて量子化部のビットアロケーショ
ンテーブルも切り換える。 ［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、ブロック直交変
換法による画像圧縮データ生成における量子化誤差の減
少を図った画像圧縮装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本実施例装置の作用を説明するためのフローチャート、
第３図（ａ）乃至（ｆ）は本実施例装置における各種処
理の説明図、第４図は本発明の他の実施例を示すブロッ
ク図、第５図乃至第７図は本発明の原理説明図、第８図
は従来例のブロック図である。 １……前処理手段、7,7A……画像圧縮手段、 13……第１の直交変換部、14……量子化部、 17……再配置部、20……第２の直交変換部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−159869（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−39988（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．原画像を複数のブロックに分割し、分割された複数
   のブロックの同一空間座標における周波数成分の平均値
   を、各ブロックの対応空間座標における空間周波数成分
   の値より減じることで原画像データの前処理を行う前処
   理手段と、 前記前処理後の原画像をブロック毎に直交変換する第１
   の直交変換部とこの直交変換出力を同一周波数成分毎の
   ブロックに再配置する再配置部と再配置されたブロック
   毎に直交変換を行う第２の直交変換部とこの直交変換出
   力を量子化する量子化部とを備えた画像圧縮手段とを有
   することを特徴とする画像圧縮装置。