JP2862022B2 - 画像符号化方式 - Google Patents

画像符号化方式

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JP2862022B2 JP2296196A JP29619690A JP2862022B2 JP 2862022 B2 JP2862022 B2 JP 2862022B2 JP 2296196 A JP2296196 A JP 2296196A JP 29619690 A JP29619690 A JP 29619690A JP 2862022 B2 JP2862022 B2 JP 2862022B2
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良孝 森川
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、画像のもつ相関を利用してデータ量を圧縮
する画像符号化方式に関するものである。
〔従来の技術〕
従来より、画像内の画素間の相関を利用することによ
り画像データを圧縮して符号化する方式として外挿予測
離散サイン変換符号化方式が提案されている。この画像
符号化方式では、原画像を水平方向と垂直方向とにそれ
ぞれ所定数の画素を含んだ複数個のブロックに分割し、
各ブロックごとに順次符号化するのであって、符号化後
にすでに再生されている画素値に基づいて符号化対象と
なる画素値を外挿的に予測した予測値と、原画像におけ
る符号化対象となる画素値とを比較して予測誤差を求
め、この予測誤差を符号化する。
即ち、第3図に示すように、入力画像(原画像)を水
平、垂直方向に所定数の画素を含む2次元ブロックに分
割し、予測手段8によりこのブロックの予測値を生成
し、予測値と入力された真の画素値との差分をとること
により予測誤差を生成した後、予測誤差に対して水平、
垂直方向に2次元離散サイン変換を行って変換係数を得
て、この変換係数を量子化手段3により量子化し量子化
インデクスを得る。次いで、この量子化インデクスを符
号化手段4により符号化し圧縮符号を得る。さらに量子
化インデクスは逆量子化手段5により逆量子化されて変
換係数を再生し、再生された変換係数は、2次元逆離散
サイン変換手段6により2次元逆離散サイン変換されて
予測誤差が再生される。再生された予測誤差は、前記予
測値に加算されて2次元ブロック内の画素値が再生され
記憶手段7に記憶される。記憶手段7に記憶された画素
値を用いて予測手段8により予測値を生成するのであ
る。
このように、外挿予測離散サイン変換符号化方式では
符号化時に再生画像が同時に得られるのである。また、
圧縮符号より画像を再生する場合は、第4図に示すよう
に、復号化手段9により量子化インデクスを再生し、さ
らに量子化インデクスは逆量子化手段10により逆量子化
されて変換係数を再生し、再生された変換係数は2次元
逆離散サイン変換手段11により2次元逆離散サイン変換
され、予測誤差が再生され、記憶手段12および予測手段
13を介して出力される予測値に加算されることにより2
次元ブロック内の画素値が再生される。
ここで、量子化および符号化の方法として、例えば、
第5図に示すような量子化特性により量子化を行い、量
子化インデクスが0となる変換係数(以下、無意係数と
呼ぶ)と量子化インデクスが0以外となる変換係数(以
下、有意係数と呼ぶ)に判別し、有意係数の量子化イン
デクスに、第1の可変長符号を割り当て、また、それら
のブロック内での配置パターンに第2の可変長符号を割
り当てる方法が知られている。第5図に示した量子化特
性において、Tは量子化ステップ幅であり、所望の圧縮
率に応じて可変に設定される。符号量を削減するため
に、高い圧縮率が所望されるときはTの値は大きく、低
い圧縮率の場合はTの値は小さく設定される。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述の外挿予測離散サイン変換符号化方式において
は、画像内に濃淡の変化が非常に緩やかな領域が存在す
ると、この領域での予測誤差が小さくなり、2次元ブロ
ック内の変換係数が全て0となるブロック(以下、無意
ブロックと呼ぶ)が発生しやすくなる。無意ブロックに
おいて予測手段8で生成された予測値が再生された2次
元ブロックの画素値として用いられるから、無意ブロッ
クが連続して発生すると外挿的に予測した予測値を使っ
てさらに外挿的に予測することになり、予測誤差が次第
に蓄積され、再生画像の濃淡値レベルが原画像のそれか
ら次第にずれていくことになる。このようにして、再生
画像と原画像のずれが増大すると、再生画像の画素値に
基づいて予測した予測値も原画像からずれてくるのであ
る。予測誤差が所定値を超えると有意係数を含むブロッ
ク(以下有意ブロックと呼ぶ)となるから、ここで再生
画像の濃淡値レベルは原画像に近づくことになるが、有
意ブロックが発生した時点で濃淡レベルが急激に変化す
ることになるから、ブロックの境界におけるこの変化が
目に見える歪みとして現れることがあるという問題があ
った。このような歪みは、所望の圧縮率の高い場合、つ
まり、量子化特性におけるTの値が大きい場合に無意係
数が発生しやすくなるので特に問題となる。
本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであり、その
目的とするところは、ブロックの境界における歪みを低
減させた画像符号化方式を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、原画像をそれぞれ所定数の画素を含む複数
個のブロックに分割し、原画像における符号化対象のブ
ロック内の画素値とすでに得られている予測値とを比較
して予測誤差値を求め、前記予測誤差値に対して直交変
換を施して変換係数を求め、得られた変換係数を所定の
量子化ステップ幅を用いて量子化し、得られた量子化イ
ンデクスを符号化するとともに、量子化インデクスを逆
量子化して変換係数を再生し、逆直交変換を施して予測
誤差値を再生し、得られた予測誤差再生値と前記予測値
とを加算して2次元ブロック内の画素値を再生し、以降
の予測に備えて記憶しておくような画像符号化方式にお
いて、高周波成分に対応する変換係数を量子化する際の
量子化ステップ幅を、所望の圧縮率に応じて可変とし、
低周波成分に対応する変換係数を量子化する際の量子化
ステップ幅を、予測誤差値に直交変換を行って得られた
変換係数の2次元ブロック内の低周波成分と高周波成分
の境界部分の変換係数の量子化インデクスが全て0のと
きのみ、高周波成分に対応するものより小さい固定値と
したことを特徴とするものである。
〔作用〕
本発明の画像符号化方式にあっては、予測値を直交変
換して得られた変換係数の2次元ブロックの量子化にお
いて、高周波成分に対応する変換係数を量子化する際の
量子化ステップ幅を、所望の圧縮率に応じて可変とし、
低周波成分に対応する変換係数を量子化する際の量子化
ステップ幅を、高周波成分に対応するものより小さい固
定値としており、画像の濃淡値レベルの変化の緩やかな
領域でも、低周波成分に対応する変換係数は無意係数と
なりにくく、さらに、量子化ステップ幅が固定であるの
で、高い圧縮率でも低周波成分に対応する変換係数は無
意係数となりにくい。
また、2次元ブロック内の低周波成分と高周波成分の
境界成分の変換係数の量子化インデクスが0のときにの
み、低周波成分に対応する変換係数を量子化する際の量
子化ステップ幅を固定値としており、符号化すべきブロ
ックが画像内の濃淡値レベルの変化の緩やかな領域に存
在する場合は、低周波成分の量子化ステップ幅が小さく
固定されて無意係数が発生しにくくなり、逆に、符号化
すべきブロックが画像内の濃淡値レベルの変化の緩やか
でない領域に存在する場合は、低周波成分の量子化ステ
ップ幅も圧縮率に応じて大きな値となりうるので、無意
ブロックの連続に起因する歪みが目立ちにくい領域で
は、符号量を削減することができ、効率的な圧縮が可能
となる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。本
実施例における符号化方式の基本的構成および動作は第
3図に示したものと同等であるので、ここでは特徴部分
のみ説明する。本実施例では、2次元ブロックの変換係
数の内、低周波成分に対応する部分、つまり、ブロック
の左上近傍部分と、高周波成分に対応する部分、つま
り、ブロックの右下近傍部分の変換係数を変えるという
ものである。
第1図は、本発明における量子化手段3内の変換係数
の量子化特性を示す図であり、実線で示した量子化特性
は、高周波成分に対する変換係数の量子化特性であり、
破線で示した量子化特性は、低周波成分に対する変換係
数の量子化特性である。高周波成分に対する変換係数の
量子化ステップ幅はTであり、このTは、所属する圧縮
率に応じて可変となっている。量子化インデクスが0と
なる(即ち、無意係数となる)変換係数の振幅の範囲
は、−T〜Tであり、所望する圧縮率が高い場合、つま
り、Tが大きい場合はこの範囲は広くなるので、無意係
数が発生しやすくなる。一方、低周波成分に対応する変
換係数の量子化ステップ幅SはTに比べて小さく設定さ
れ、かつ、所望の圧縮率によらず固定値となっている。
従って、量子化インデクスが0となる(即ち、無意係数
となる)変換係数の振幅の幅の範囲は−S〜Sまでであ
り、高周波成分の量子化特性の場合に比べて、小さく、
かつ、所望の圧縮率によらず一定であり、圧縮率の高い
場合も、無意係数は発生しにくい。また、低周波成分の
量子化ステップ幅が小さいと、量子化誤差の発生も小さ
くなるので、画像内の濃淡値レベルの変化が小さい領域
での再生画像がより原画像に近いものとなり、目に見え
る歪みが減少する。
以上のように、本実施例では、第1図に示したような
量子化特性を用いることにより、無意ブロックの発生に
起因する再生画像の歪みは、特に圧縮率の高い場合にお
いても抑えられる。
第2図は、本発明の他の実施例に係る2次元ブロック
の変換係数を示す。同図において、Yij(i=1〜4,j=
1〜4)は各周波数成分に対応する変換係数であり、添
え字のiおよびjが小さい程、低周波成分に対応してお
り、大きい程、高周波成分に対応している。従って、最
も周波数成分の低い変換係数はY11であり、最も周波数
成分の高い変換係数はY44となる。斜線で示した変換係
数Y13、Y23、Y31、Y32は低周波成分と高周波成分の境界
部分に位置しており、これらの変換係数が全て無意係数
の場合、統計により、高周波成分の変換係数Y33、Y34
Y43、Y44等は無意係数である確率が高いことが一般的に
知られており、このようなブロックは高周波成分をあま
り含まない。つまり、画像内の濃淡値レベルの変化が小
さい領域に存在すると考えられる。従って、このような
領域においては、無意ブロックの発生に起因する再生画
像の歪みが発生しやすいので、前記実施例と同様に低周
波成分の量子化ステップ幅を、高周波成分の量子化ステ
ップ幅よりも小さい値に固定し、歪みの発生を抑制す
る。一方、斜線で示した変換係数Y13、Y23、Y31、Y32
内、少なくとも1つに有意係数が発生した場合は、高周
波成分においても有意係数の発生する可能性が高い。従
って、このようなブロックは高周波成分を多く含む。つ
まり、画像内の濃淡値レベルの変化が大きい領域に存在
すると考えられる。このような領域においては、歪みが
人間の視覚に検知されにくいので、低周波成分の量子化
ステップ幅も所望の圧縮率に応じて可変に設定可能と
し、所望の圧縮率が高い場合には大きい量子化ステップ
幅を用いることにより符号量を削減することができる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明の画像符号化方式によれば、予測
値を直交変換して得られた変換係数の2次元ブロックの
量子化において、高周波成分に対応する変換係数を量子
化する際の量子化ステップ幅を、所望の圧縮率に応じて
可変とし、低周波成分に対応する変換係数を量子化する
際の量子化ステップ幅を、高周波成分に対応するものよ
り小さい固定値としており、画像の濃淡値レベルの変化
の緩やかな領域でも、低周波成分に対応する変換係数は
無意係数となりにくく、さらに、量子化ステップ幅が固
定であるので、高い圧縮率でも低周波成分に対応する変
換係数は無意係数となりにくくなるので、ブロックの境
界における歪みを低減させた画像符号化方式が提供でき
た。また、低周波成分の量子化ステップ幅を高周波成分
の量子化ステップ幅よりも小さくしているので、量子化
誤差の発生も小さくなり、画像内の濃淡値レベルの変化
が小さい領域での再生画像がより原画像に近いものとな
り、目に見える歪みが減少する。
また、2次元ブロック内の低周波成分と高周波成分の
境界部分の変換係数の量子化インデクスが0のときにの
み、低周波成分に対応する変換係数を量子化する際の量
子化ステップ幅を固定値としており、符号化すべきブロ
ックが画像内の濃淡値レベルの変化の緩やかな領域に存
在する場合は、低周波成分の量子化ステップ幅が小さく
固定されて無意係数が発生しにくくなり、逆に、符号化
すべきブロックが画像内の濃淡値レベルの変化の緩やか
でない領域に存在する場合は、低周波成分の量子化ステ
ップ幅も圧縮率に応じて大きな値となりうるので、無意
ブロックの連続に起因する歪みが目立ちにくい領域で
は、符号量を削減することができ、効率的な圧縮が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る量子化特性図 第2図は、本発明の他の実施例に係る変換係数の2次元
ブロック図、 第3図は、画像符号化方式を示すブロック図、 第4図は、画像復号化部を示すブロック図、 第5図は、従来例を示す量子化特性図である。 1……フレームメモリ、2……離散サイン変換手段 3……量子化手段、4……符号化手段 5……逆量子化手段、6……逆離散サイン変換手段 7……記憶手段、8……予測手段 T,S……量子化ステップ幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G06F 15/66 330H (72)発明者 森川 良孝 岡山県赤磐郡瀬戸町江尻旭ケ丘3丁目1 ―18 (72)発明者 浜田 博 岡山県岡山市高島新屋敷164―4 (72)発明者 山根 延元 岡山県岡山市津島中1丁目3番RB棟 103 (56)参考文献 特開 平3−247189(JP,A) 特開 平4−91587(JP,A) 特開 平1−129589(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原画像をそれぞれ所定数の画素を含む複数
    個のブロックに分割し、原画像における符号化対象のブ
    ロック内の画素値とすでに得られている予測値とを比較
    して予測誤差値を求め、前記予測誤差値に対して直交変
    換を施して変換係数を求め、得られた変換係数を所定の
    量子化ステップ幅を用いて量子化し、得られた量子化イ
    ンデクスを符号化するとともに、量子化インデクスを逆
    量子化して変換係数を再生し、逆直交変換を施して予測
    誤差値を再生し、得られた予測誤差再生値と前記予測値
    とを加算して2次元ブロック内の画素値を再生し、以降
    の予測に備えて記憶しておくような画像符号化方式にお
    いて、高周波成分に対応する変換係数を量子化する際の
    量子化ステップ幅を、所望の圧縮率に応じて可変とし、
    低周波成分に対応する変換係数を量子化する際の量子化
    ステップ幅を、予測誤差値に直交変換を行って得られた
    変換係数の2次元ブロック内の低周波成分と高周波成分
    の境界部分の変換係数の量子化インデクスが全て0のと
    きのみ、高周波成分に対応するものより小さい固定値と
    したことを特徴とする画像符号化方式。
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