JP2768351B2

JP2768351B2 - Ｄｃｔ係数のスキャン方法

Info

Publication number: JP2768351B2
Application number: JP13994096A
Authority: JP
Inventors: 恭横山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2016-06-03
Also published as: JPH09326932A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディスクリートコ
サイン変換（以降、ＤＣＴとも言う）係数のスキャン方
法に関し、特に、衛星搭載用センサによる取得画像の圧
縮符号化処理におけるＤＣＴ係数のスキャン方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＤＣＴ係数のスキャン方法は一般
的に、画像データを圧縮符号化処理する場合に用いられ
る。特に、衛星通信の場合には、高解像度の衛星搭載用
センサの画像信号を限られた衛星通信回線でダウンリン
クするために、高効率での圧縮符号化処理が求められ
る。この圧縮符号化処理のアルゴリズムとしては、一般
的に、低圧縮率が要求される場合はＤＰＣＭを用いた可
逆圧縮符号化を用いるが、高圧縮率が要求される場合は
ＤＣＴとエントロピー符号化を用いた非可逆圧縮符号化
を用いる。

【０００３】上記のいずれの方式も、１次元ＣＣＤ等の
一列に並べられた光電変換素子から出力される、一列毎
のラスタスキャン画像データをデジタル値に変換した後
に、デジタル信号処理として圧縮符号化処理を行う。一
方のＤＰＣＭ方式は、これまでに取得した画像信号を基
に、次に取得される画像信号を予測し、この予測した画
像信号と実際に取得した画像信号の差を符号化して、圧
縮する方式である。また、他方のＤＣＴとエントロピー
符号化を用いた処理方式は以下の通りである。

【０００４】まず、一列毎に取得されたデータを並べ
て、２次元画像データを構成した後、この２次元画像デ
ータからｎ×ｎ画素の正方形のブロックを切り出し、こ
のブロックに２次元ＤＣＴを実施して、ｎ×ｎ個のＤＣ
Ｔ係数を得る。ＤＣＴは、周波数空間への変換の一種で
あるため、変換後のＤＣＴ係数は、図８に示すように以
下の特徴を有している。（１）下側に行くほど、列内の空間周波数が高い。（２）右側に行くほど、列毎の空間周波数が高い。

【０００５】一般に、画像データをブロック毎に切り出
すと、ブロック内の周波数成分は偏ったものとなる。ま
た、画像データは各画素間の相関が高いため、一般に高
い周波数線分は少なく、低い周波数成分は大きい。従っ
て、ＤＣＴ係数における係数が「非０」で有意な部分
は、変換後の空間で偏って出現する。

【０００６】この性質を利用して、読み出し順序の制御
方式が特殊なスキャン方法により、ＤＣＴ係数を効率的
に「非０」で有意な係数として読み出すことが可能とな
る。代表的なスキャン方法には、ジグザグスキャンが挙
げられる。ジグザグスキャンとは、図９に示すように、
周波数の低い部分から高い部分へジグザグにスキャンし
ていく方式である。ジグザグスキャンは、「非０」で有
意な係数が発生する場所が未知であっても、画像ブロッ
クの持つ周波数成分が低い場合には、比較的高効率で
「非０」の有意な値を拾い出すことが可能である。

【０００７】このようにして得られたスキャン後のデー
タを、連続する「０」の個数と、「非０」で有意な値と
の組に対して、２次元ハフマンコードを用いたエントロ
ピー符号化を行うことにより、画像の圧縮が達成され
る。

【０００８】従来のジグザグスキャンによる画像の圧縮
効果を１つの具体例において以下に示す。ここにおい
て、符号化を行う対象の「非０」のＤＣＴ変換係数は、
本発明の説明に適用される図３に示したものを用いる。
この変換後のデータを、図１０に示すように、通常のジ
グザグスキャンによりスキャンすると、スキャン後のデ
ータは以下の通りとなる。

【０００９】｛52,55,48,45,41,30,32,35,32,26,25,23,
19,21,15,13,10,13,16,16,1,4,3,8,10,6,5,12,0,5,2,1,
0,5,0,0,0,0,3,0,0,8,6,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,3,0,0,0,
0,0,1,0,0,0 ｝

【００１０】上記のスキャン後のデータを、連続する
「０」の数（ラン長）と「非０」係数の組で現したラン
レングス符号（ラン長−非０係数）とに変換する。変換
結果は以下の通りとなる。

【００１１】｛0-52,0-55,0-48,0-45,0-41,0-30,0-32,0
-35,0-32,0-26,0-25,0-23,0-19 0-21,0-15,0-13,0-10,0-13,0-16,0-16,0-1,0-4,0-3,0-
8,0-10,0-6,0-5,0-12,1-5,0-2,0-1,1-5,4-3,2-8,0-6,9-
5,0-3,5-1,3-0｝

【００１２】このランレングス符号を、ＭＰＥＧ−２勧
告で使用しているハフマンコードで符号化すると、デー
タ長は４９４ビットになる。

【００１３】本発明と技術分野が類似する従来例に特開
平６−３５０８５６号の「画像符号化装置」がある。本
従来例では、画像データを８×８画素のブロックに分割
し、各ブロック毎にＤＣＴ演算および量子化処理を行
う。この量子化データをブロック毎にジグザグ・スキャ
ンしてＥＯＢを付加し、付加したＥＯＢの位置が奇数か
偶数番目かを検出し、テーブル形式にする。付加情報を
コードテーブルに展開し、テーブルを比較して、コード
テーブルに合わせて符号化する画像データのＥＯＢの位
置を変更する。その後通常の符号化処理を行って、画像
の符号化データに付加情報を多重化させる。この手順に
より、互換性を維持しつつ、フォーマットに変更を加え
ることなく、付加情報を伝達することができる、として
いる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例は下記の問題点を伴う。高分解能を要求される衛
星搭載用センサの取得画像信号は、一列の画像信号の内
の偶数番目の画素と奇数番目の画素の変換特性が異なる
ことが多い為、ＤＣＴ変換した後のジグザグスキャンに
おいて、効率的な「非０」で有意なＤＣＴ係数の拾い出
しの阻害となる。その理由は、偶数番目の画素と奇数番
目の画素との変換特性が異なると、画像には、実際に存
在しない高い周波数成分を持った縦縞模様が発生するか
らである。

【００１５】ジグザグスキャンは、画像ブロックの周波
数成分が低ければ、不特定な周波数成分を持つ画像のＤ
ＣＴ係数のスキャンにおいて威力を発揮する。しかし、
縦縞模様のような高い周波数成分を必ず持つ画像に対し
ては、その周波数成分に対するＤＣＴ係数をスキャン中
に必ず拾ってしまうため、効率的に連続して「０」を拾
うことが出来ない。

【００１６】また、高分解能の衛星搭載用センサに用い
られる光電変換素子は、高分解能を達成するために、要
求される分解能の半分の分解能を持つ偶数画素用と奇数
画素用の素子２個を、半角素だけずらして配置すること
により、目的の分解能を達成している。このため、偶数
列と奇数列の変換特性が異なることは避けることが出来
ない問題点を伴う。

【００１７】本発明は、衛星搭載用センサの画像データ
圧縮における高圧縮率のＤＣＴ係数のスキャン方法を提
供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明のＤＣＴ係数のスキャン方法は、画像信号の
ｎ×ｎ画素（ｎは自然数）を１ブロックとするブロック
化工程と、偶数番目画素と奇数番目画素の変換特性の差
による画像の縦縞成分の影響を受けない部分を、低い周
波数の部分から高い周波数の部分へスキャンする第１ス
キャン工程と、縦縞成分の影響を受ける部分を残りの部
分としてまとめてスキャンする第２スキャン工程とを有
し、ブロック化した画像信号の「非０」の値が現れてい
る部分を縦縞成分の影響の有無により、２段階に分けス
キャンすることを特徴としている。

【００１９】また、上記の画像信号は、偶数番目の画素
と奇数番目の画素との間で光電変換特性の異なる、１次
元光電変換素子の画像信号出力とするとよい。

【００２０】さらに、ＤＣＴ係数のスキャン方法は、Ｄ
ＣＴとエントロピー符号化を用いて、圧縮符号化する際
に適用するとよい。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よるＤＣＴ係数のスキャン方法の実施の形態を詳細に説
明する。図１〜図７を参照すると、本発明のＤＣＴ係数
のスキャン方法の一実施形態が示されている。

【００２２】図１に示すように、本実施形態は、ｎ×ｎ
個のブロックデータに対するダブルバッファメモリ１お
よび２として構成される。図１において、まず、ｎ×ｎ
画素のデータがＤＣＴ演算素子に入力され、ＤＣＴ係数
１０が演算結果としてラスタスキャン順序で出力され
る。出力されたデータの１ブロック分を、出力順序通り
にバッファメモリ１に取り込む。

【００２３】１ブロック分を一方のバッファメモリ１へ
取り込んだ後、このバッファメモリ１を読み出しに切り
換え、図２に示す順序で読み出す。一方のバッファメモ
リ１が読み出しに切り換えられている間は、他方のバッ
ファメモリ２を書込にしておく。

【００２４】また、一方のバッファメモリ１が書込に設
定されている間は、他方のバッファメモリ２をデータの
読み出し状態にしておく。これを繰り返して実施するこ
とにより、連続的にスキャンを行うことが可能となる。

【００２５】読み出されたスキャン後の出力データ２０
は、ランレングス符号変換部において、連続する「０」
の数（ランレングス）が数えられる。ランレングスが数
えられた後、ランレングスと「非０」の値とのペアで、
可変長符号化部に出力され、２次元ハフマンコードに変
換される。

【００２６】スキャンを行うためのバッファの読み出し
におけるアドレスは、例えばＲＯＭテーブルを用いたア
ドレス発生回路により生成する。この読み出しアドレス
用のＲＯＭテーブルにスキャン順序が格納されている
が、この順序を提案する順序に設定しておくことによ
り、本実施形態のＲＯＭテーブルは実現する。

【００２７】本実施形態のＲＯＭテーブルの構成例とし
て、８×８画素を１ブロックとする、宇宙搭載用センサ
の画像データ圧縮回路例について以下に説明する。宇宙
搭載用センサにより取得された画像データは、デジタル
値に変換されてライン毎に、画像データ圧縮回路に入力
される。ライン毎に入力されたデータは、入力フレーム
メモリ等により８列毎に並べられた後、ブロック毎に切
り出されて、ＤＣＴ変換素子へ入力される。ＤＣＴ変換
素子は、入力されたブロック画像データをＤＣＴ変換し
た後、ＤＣＴ係数をラスタスキャンで出力する。

【００２８】出力されたＤＣＴ係数は、ダブルバッファ
の一方のバッファメモリへ入力された順番に書き込ま
れ、１ブロック分の書込が完了した後、読み出し動作に
切り換えられる。この時、変換後のＤＣＴ係数は、偶数
番目画素と奇数番目画素との変換特性の差による画像の
縦縞成分の影響を受けて、「非０」のＤＣＴ変換係数が
図３に示すように分布している。この変換後のデータ
を、本実施形態の図４に示すスキャン順序でスキャンす
る。スキャン後のデータは以下の通りとなる。

【００２９】｛52,55,48,45,41,30,32,35,32,26,25,23,
19,21,15,13,10,13,16,16,1,4,3,8,10,6,5,0,5,2,1,0,
5,0,0,0,0,3,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,
1,3,5,6,8,12｝

【００３０】このデータを、連続する「０」の数（ラン
長）と「非０」係数の組で現したランレングス符号（ラ
ン長−非０係数）とに変換する。変換結果は以下の通り
となる。

【００３１】｛0-52,0-55,0-48,0-45,0-41,0-30,0-32,0
-35,0-32,0-26,0-25,0-23,0-19,0-21,0-15,0-13,0-10,0
-13,0-16,0-16,0-1,0-4,0-3,0-8,0-10,0-6,0-5,1-5,0-
2,0-1,1-5,4-3,19-1,0-1,0-3,0-5,0-6,0-8,0-12 ｝

【００３２】このランレングス符号を、ＭＰＥＧ−２勧
告で使用しているハフマンコードで符号化すると、デー
タ長は４７４ビットになる。従って、本実施形態で提案
するスキャン方法を採用した場合のデータ長４７４ビッ
トと、上述した従来例のデータ長４９４ビットとを比較
すると、圧縮後のデータ量は２０ビット減少し、圧縮率
は４．２％改善する。

【００３３】上記の具体例を一般的な場合において述べ
ると以下となる。第１スキャンにおいては図５に示すよ
うに、偶数番目画素と奇数番目画素の変換特性の差によ
る、画像の縦縞成分の影響を受けない部分を、ジグザグ
スキャンと同様に低い周波数の部分から高い周波数の部
分へとスキャンを実行する。この時、偶数番目画素と奇
数番目画素の変換特性の差による、縦縞成分によって常
に「非０」で有意な値が現れている部分を避けてスキャ
ンすることにより、通常の縦縞成分の無い画像信号のス
キャンと同様に、効率的に「非０」で有意なＤＣＴ係数
を拾うことが可能となる。

【００３４】第２スキャンにおいては図６に示すよう
に、偶数番目画素と奇数番目画素の変換特性の差による
画像の縦縞成分の影響を受ける部分を、残りの部分とし
てまとめてスキャンする。このように、まとめてスキャ
ンすることによって、連続する「０」の間に、縦縞成分
による値が出現することを避けて、「０」のランレング
スを長くすることが可能となる。

【００３５】上記の実施形態によれば、偶数番目画素と
奇数番目画素との変換特性の差による、高い周波数成分
を持つ縦縞成分を含んだ画像においても、効率的に「非
０」で有意なＤＣＴ係数の拾い出しを行うことにより、
圧縮率を向上させることができる。また、偶数番目画素
と奇数番目画素の変換特性の差による、画像の縦縞成分
の影響を受けるＤＣＴ係数は、図７に示すように限られ
た位置に出現する。

【００３６】本実施形態では、ＤＣＴ係数をスキャンす
る際に、通常のジグザグスキャンを行わない。縦縞成分
の影響を受けないＤＣＴ係数を先に第１スキャンし、そ
の後で縦縞成分の影響を受けるＤＣＴ係数を第２スキャ
ンする。この、２段階に分けたスキャン方法により高圧
縮符号化を達成している。

【００３７】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能
である。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
のＤＣＴ係数のスキャン方法は、画像信号のｎ×ｎ画素
（ｎは自然数）を１ブロックとし、偶数番目画素と奇数
番目画素の変換特性の差による画像の縦縞成分の影響を
受けない部分を、低い周波数の部分から高い周波数の部
分へスキャンしていく。さらに、縦縞成分の影響を受け
る部分を残りの部分としてまとめてスキャンする。ブロ
ック化した画像信号の「非０」の値が現れている部分を
縦縞成分の影響の有無により２段階に分けてスキャンす
る。

【００３９】よって、偶数番目画素と奇数番目画素の変
換特性の差による縦縞成分を含む画像についても、効率
的な非０成分の拾い出しを行うことが可能となる。これ
により、ランレングスカウント以降のエントロピー符号
化部分での圧縮率が向上し、その結果全体の圧縮率が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＤＣＴ係数のスキャン方法の実施形態
が適用されるバッファメモリの構成例を示すブロック図
である。

【図２】本実施形態のＤＣＴ係数スキャン順序の詳細図
である。

【図３】ＤＣＴ変換後のＤＣＴ係数の具体例である。

【図４】本実施形態のスキャンの具体例である。

【図５】本実施形態のスキャンの手順を説明するための
図である。

【図６】本実施形態のスキャンの手順を説明するための
図である。

【図７】ＤＣＴ係数の縦縞線分の影響の現れる部分を示
した図である。

【図８】従来のＤＣＴ係数の特徴を表す図である。

【図９】従来のジグザグスキャンを示す図である。

【図１０】従来のジグザグスキャンの具体例である。

【符号の説明】

１、２ｎ×ｎバッファメモリ１０ＤＣＴ演算器からのＤＣＴ係数２０スキャン後の出力データ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画像信号のｎ×ｎ画素（ｎは自然数）を
１ブロックとするブロック化工程と、偶数番目画素と奇数番目画素の変換特性の差による画像
の縦縞成分の影響を受けない部分を、低い周波数の部分
から高い周波数の部分へスキャンする第１のスキャン工
程と、前記縦縞成分の影響を受ける部分を残りの部分としてま
とめてスキャンする第２のスキャン工程とを有し、前記ブロック化した画像信号の「非０」の値が現れてい
る部分を前記縦縞成分の影響の有無により、２段階に分
けスキャンすることを特徴とするＤＣＴ係数のスキャン
方法。
【請求項２】前記画像信号は、前記偶数番目の画素と
奇数番目の画素との間で光電変換特性の異なる、１次元
光電変換素子の画像信号出力であることを特徴とする請
求項１記載のＤＣＴ係数のスキャン方法。
【請求項３】前記ＤＣＴ係数のスキャン方法は、ＤＣ
Ｔとエントロピー符号化を用いて、圧縮符号化する際に
適用されることを特徴とする請求項１または２記載のＤ
ＣＴ係数のスキャン方法。