JP2862457B2 - 画像情報の符号化・復号方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像情報の符号化、復
号方法に関し、詳しくは、画像情報を入力とし、ブロッ
ク単位に変換符号化を利用した情報圧縮を行い、蓄積若
しくは、伝送を行った後、画像情報として復元される画
像情報の符号化・復号方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像情報、とりわけ、ディジタル化され
た画像情報は膨大な情報量となり、そのままの形での伝
送、蓄積は不経済であるばかりでなく、伝送路、若しく
は蓄積に使用する媒体の性能によっては、そのままの形
で伝送、蓄積することが不可能な場合もある。例えば、
通常のテレビジョンに使用される画像情報をディジタル
化された輝度信号及び互いに直行関係にある２種類の色
差信号に変換したとすると、１００Ｍビット／秒以上と
なり、放送で使用される規格でのディジタルへの変換で
は、２００Ｍビット／秒もの情報量となる。さらに、ハ
イビジョン放送に至っては、さらに多くの情報量とな
り、これらのディジタル情報をそのままの形で伝送、蓄
積するには、大規模かつ高精度な装置を必要とする。

【０００３】以上のような理由から、画像情報を圧縮
し、伝送、蓄積する必要があり、予測符号化、変換符号
化などの種々の方式が検討されている。

【０００４】本発明は、変換符号化の改良に関するもの
であるため、以下に、変換符号化の１従来例である直交
変換符号化、中でもＤＣＴ（離散コサイン変換）を使用
した画像情報の符号化方法について説明する。

【０００５】図８が従来例に関する符号化装置を示すブ
ロック図である。

【０００６】符号化装置は、入力画像情報をブロック化
するためのブロック化器１０１、ブロック化後の情報に
直交変換を施す直交変換器１０２、量子化、符号割当を
行う量子化器／符号割当器１０３、データの順番、相互
の大きさ等により出力情報の制御を行うフォーマッタ１
０４から構成される。

【０００７】画像情報はブロック化器１０１に入力さ
れ、２次元のブロックに変換される。２次元のブロック
としては、通常、縦４ドット×横４ドットや縦８ドット
×横８ドットなどの２の冪乗で表される数が使用され
る。これは変換の際の演算効率を考えてのことである。

【０００８】ブロック化器１０１でブロック化された画
像情報は直交変換器１０２において２次元の直交変換が
施される。直交変換としては、アダマール変換、Ｋ−Ｌ
変換、スラント変換、ハール変換、ＤＣＴ（離散コサイ
ン変換）などが知られている。画像情報は、信号電力の
大部分が低周波側に集中することが知られており、変換
後の低周波成分への電力集中度に優れ、なおかつ高速の
アルゴリズムが存在する点や、実時間処理をハードウェ
アで実現可能である点などから、ＤＣＴ（離散コサイン
変換）が広く使用されている。

【０００９】変換後の係数は量子化器／符号割当器１０
３において、量子化が行われる。量子化器／符号割当器
１０３においては、入力された係数データを適当な数で
除することで量子化・符号割り当てが行われる。すなわ
ち、除数として大きな数を用いれば、除算の結果の数値
は小さな値となり、少ない情報量で大きな数を表現で
き、情報量の低減が可能となる。また、符号割り当てに
おいて、視覚的に影響の少ない方法で情報を削除するこ
とで、情報量のさらなる低減を行っている。

【００１０】量子化、符号割り当てを受けたデータはフ
ォーマッタ１０４において、データの順番、相互の大き
さなどの関係を利用し、さらに情報量が低減される。以
上述べたように、画像情報の相関などを利用し、変換後
の係数に強い偏りが発生することや、量子化後のデータ
の順番、相互の大きさなどの関係を利用して、画像情報
のデータ量を大幅に少なくすることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来例のよう
に、情報量の圧縮を行うことができるが、従来例では、
画面全体の平均レベル、すなわち、直流レベルが大きい
画面では、そのレベルに応じた情報量が必要となり、画
像の平均レベルによって情報量が大きく異なるという欠
点があった。言い方を変えれば、平均レベルが大きいと
いうだけで、情報量の低減という点では、不利なものと
なっていた。従来、平均レベル（直流レベル）のみ大き
く、平坦な画像、すなわち、一定の輝度情報を差し引い
て考えれば、情報量がさほど大きくない画像情報であっ
ても、相応の情報量が割り当てられるという問題があっ
た。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は以上のような点
に鑑み成されたものであり、画像情報を入力とし、ブロ
ック単位に変換符号化を利用した情報圧縮を行い、ディ
ジタル情報として蓄積若しくは、伝送を行った後、画像
情報として復元される画像情報の符号化・復号方法にお
いて、入力された画像情報の１フィールドの平均レベ
ル、すなわち直流レベルをあらかじめ求め、符号化に際
して、平均レベル情報を蓄積、伝送するとともに、ブロ
ック単位の変換符号化に際して、ブロック内の平均レベ
ル（直流レベル）を入力画像情報の平均レベルとの差分
として符号化するものである。

【００１３】また、平均レベル（直流レベル）だけでな
く、最大値、最小値を検出し、平均レベルと最大値間を
２の冪乗で表される数値で等分されるステップサイズで
量子化してもよい。

【００１４】さらに、量子化方法として、最大値と平均
レベルの間、及び、最小値と平均レベルの間を非線形符
号化してもよい。

【００１５】

【作用】本発明によれば、入力された画像情報の１フィ
ールドの平均レベルが予め求められ、ブロック単位の変
換符号化に際して、ブロック内の平均レベル（直流レベ
ル）を入力画像情報の平均レベルとの差分として符号化
するので、平均レベルの大きい画像でも効率のよい符号
化が可能となる。

【００１６】画像情報として、輝度情報と２つの色差情
報がある場合には、そのそれぞれに対して平均レベルが
求められる。

【００１７】また、最大値、最小値を求め、平均レベル
と最大値間を２の冪乗で表される数値で等分されるステ
ップサイズで量子化することで、１画面内に存在する範
囲のデータをむだなく量子化することができる。

【００１８】さらに、量子化方法として、上述の、２の
冪乗で表される数値で等分する方法ではなく、非線形の
量子化方法、例えば、平均レベル（直流レベル）近傍を
細かく量子化し、平均レベル（直流レベル）を中心とし
て大振幅の情報を粗く量子化することにより、圧縮後、
蓄積若しくは伝送され、復号される画像情報の品位を更
に向上させることができる。

【００１９】

【実施例】図１から７に本発明に関する実施例を示し、
以下に説明する。

【００２０】図１は本発明の請求項１に関する実施例の
構成を示すブロック図である。

【００２１】符号化装置は、ブロック化器１、直交変換
器２、量子化器／符号割当器３、フォーマッタ４に加
え、平均レベル計数器５、フィールドメモリ６を備えて
いる。

【００２２】図中、ブロック化器１、直交変換器２、量
子化器／符号割当器３については、図８に関連して説明
した、従来例における、ブロック化器１０１、直交変換
器１０２、量子化器／符号割当器１０３と、それぞれ同
一の機能を持つものである。

【００２３】処理されるべき画像情報は、平均レベル計
数器５及び、フィールドメモリー６に入力される。フィ
ールドメモリー６は、１フィールド分の画像情報を蓄積
するだけのメモリー容量を持っていれば、交換バッファ
ー（ダブルバッファー）形式でも、１フィールドの遅延
を与えるメモリーでもよい。

【００２４】平均レベル計数器５を詳細に説明した図
が、図２である。同図において、破線により囲まれた部
分は図１の平均レベル計数器５に対応している。画像情
報は、加算器５１及び、データ数カウント器５４に入力
される。加算器５１の出力は記憶要素５２の入力とな
り、加算結果が記憶される。記憶要素５２の出力は加算
器５１のもう一方の入力に戻り、加算器５１及び記憶要
素５２により累算器を構成し、入力画像情報の総和が求
められる。

【００２５】一方、データ数カウント器５４では入力さ
れた画像データの数（画像情報そのものではなく、画像
情報のデータの数）が計数される。なお、データ数カウ
ント器５４は、入力される画像情報の数が一定であるな
ど、あらかじめ既知の場合には、省略することができ
る。

【００２６】加算器５１、記憶要素５２により構成され
る累算器の出力及び、データ数カウント器５４において
求められたデータ数は除算器５３に入力され、累算値が
データの数で除算され、平均値が求められる。この値
が、平均レベル（直流レベル）である。

【００２７】以上が図１の平均レベル計数器５の動作の
説明である。

【００２８】図１のフィールドメモリー６に入力された
画像情報は、１フィールドの遅延を受けた後、ブロック
化器１に入力され、従来技術の項目で説明した、ブロッ
ク化が行われる。すなわち、２次元のブロックに変換さ
れる。２次元のブロックとしては、通常、縦４ドット×
横４ドットや縦８ドット×横８ドットなどの２の冪乗で
表される数が使用される。これは変換の際の演算効率を
考えてのことである。

【００２９】ブロック化器１でブロック化された画像情
報は直交変換器２において２次元の直交変換が施され
る。直交変換としては、アダマール変換、Ｋ−Ｌ変換、
スラント変換、ハール変換、ＤＣＴ（離散コサイン変
換）などが知られている。画像情報は、信号電力の大部
分が、低周波側に集中することが知られており、変換後
の低周波成分への電力集中度に優れ、なおかつ高速のア
ルゴリズムが存在する点や、実時間処理をハードウェア
で実現可能である点などから、ＤＣＴ（離散コサイン変
換）が広く使用されている。

【００３０】直交変換された画像情報は、量子化器／符
合割当器３に入力され、量子化・符号化が行われる。量
子化器／符号割当器３は図８に示される量子化器／符号
割当器１０３とは異なり、図３に示す構成をとる。

【００３１】図３に於いて、破線で囲まれた部分は図１
に示す量子化器／符号割当器３に相当する。図３に示す
量子化器／符号割当器は二つの入力を持つ。一方は直交
変換器２から出力される直交変換係数であり、もう一方
は、平均レベル計数器５から出力される平均レベル情報
（直流レベル）である。直交変換計数は減算器３１とデ
ータセレクタ３２に入力される。減算器３１のもう一方
の入力には、図１に示す平均レベル計数器５で求められ
た、平均レベル情報が入力される。減算器３１では入力
された直交変換計数から平均レベル情報の値が減算さ
れ、平均レベルとの差分が求められる。

【００３２】本発明では、平均レベルとの差分をデータ
として扱うのは、直交変換計数の内の、直流成分だけで
あるため、交流成分については、差分を取らずに、その
ままのデータが使用されなければならず、そのための切
り換えを、データセレクタ３２で行っている。データセ
レクタの出力は量子化器３３に入力され、量子化された
後、符号割り当て器３４により情報量の制御がなされ、
圧縮情報として出力される。

【００３３】出力された圧縮情報は図１に示すフォーマ
ッタ４で圧縮情報の順番などの制御を受け符号化された
情報として出力される。

【００３４】復号は以上の処理を逆に行うことで実現さ
れる。

【００３５】図４は入力情報が単一ではなく、ひとつの
輝度情報入力と、２つの色差情報の場合の一実施例を示
しており、請求項２に対応するものである。

【００３６】図４のブロック化器１，直交変換器２，量
子化器／符号割当器３，平均レベル計数器５，フィール
ドメモリ６については上述で説明した実施例と同一構
成、動作を行うが、図４中のフォーマッタ４は、３つの
情報を入力とし、一連の情報として出力する点が異なる
のみである。

【００３７】図５は入力情報として、輝度信号を２つの
色差信号が時分割データとして供給された場合の構成を
示しており、いわゆる、ＣＣＩＲのＲＥＣ．６０１、Ｒ
ＥＣ６５６などで規定された画像情報を処理する際の構
成である。入力画像データは、輝度信号と色差信号が交
互に送られる形式であるため、ひとつの輝度情報と、２
つの色差情報に分離する必要が生じる。これを行うの
が、入力画像情報が入力されるデータスプリッタ７であ
る。データスプリッタで分離された輝度情報と色差情報
１、２は、３つの平均レベル計数器５の夫々に入力さ
れ、それぞれの情報の平均値が求められる。なお、３つ
の平均レベル計数器５は全く同一の構成で差し支えな
い。フィールドメモリー６には入力された画像情報が逐
次蓄積され、処理される。以降の処理は、上述した図１
で示す実施例の一連の処理と同様に考えられる。

【００３８】図６に示す実施例は、平均レベルだけでな
く、画像情報の最大値、及び最小値を求め、量子化の際
にこれらの情報をもとに、最適な量子化を行うものであ
る。図６のブロック化器１，直交変換器２，フォーマッ
タ４，平均レベル計数器５，フィールドメモリ６，デー
タスプリッタ７は上述の実施例で述べたものと同一の動
作を行う。図中、３つの最大値最小値検出器８は、一連
の入力画像情報の最小値、最大値を求めるものである。
求められた最大値、最小値は、量子化器３に、画像情報
と共に入力される。量子化器の内部は、例えば、図７に
示す構成をとる。図７は必要な構成の１組を示すもの
で、実際には量子化器は同様の構成を、夫々の入力に対
応すべく、３組備えている。

【００３９】図７の減算器３１，データセレクタ３２，
量子化器３３，符号割当器３４は、図３に示す量子化器
・符号割当器での減算器３１，データセレクタ３２，量
子化器３３，符号割当器３４と夫々同様なものである
が、図７に示す量子化器・符号割当器では、正負判定回
路３５、セレクタ３６、ステップサイズ決定回路３７、
３８、関数発生器３９が新たに付加されている。

【００４０】図７に於いて、破線で囲まれた部分は図１
の量子化器／符号割当器３に相当する。図７に示す量子
化器／符号割当器３は四つの入力を持つ。ひとつは図１
の直交変換器２から出力される直交変換係数であり、も
うひとつは、図１の平均レベル計数器５から出力される
平均レベル情報（直流レベル）である。残りの２つは、
図６の最大値最小値検出回路８により検出された各画像
情報の最大値及び最小値である。直交変換計数は減算器
３１とデータセレクタ３２に入力される。減算器３１の
もう一つの入力には、図１の５に示す平均レベル計数器
で求められた、平均レベル情報が入力される。図３の３
１に示す減算器では入力された直交変換計数から平均レ
ベル情報の値が減算され、平均レベルとの差分が求めら
れる。本発明では、平均レベルとの差分をデータとして
扱うのは、直交変換計数の内の、直流成分だけであるた
め、交流成分については、差分を取らずに、そのままの
データが使用されなければならず、そのための切り替え
を、図７の３２に示すデータセレクタで行っている。デ
ータセレクタ３２の出力は図７の量子化時、図７の量子
化器３３に入力され、量子化された後、図７の３４で示
す、符号割り当て器により情報量の制御がなされ、圧縮
情報として出力される。出力された圧縮情報は図１の４
に示すフォーマッタで圧縮情報の順番などの制御を受け
符号化された情報として出力される。

【００４１】以上の動作は図３に示す動作と同様である
が、図７では、量子化に使用する際のステップサイズが
ことなる。図７の３３で示す量子化器は直交変換計数を
量子化ステップで除算することで、量子化値を求める
が、この値が可変となっている。すなわち図７のステッ
プサイズ決定回路３７に入力された平均レベルと最大値
ををもとに、ステップサイズ１が決定され、同様に、図
７のステップサイズ決定回路３８に入力された平均レベ
ルと最小値をもとに、ステップサイズ２が決定される。

【００４２】量子化に際しては、正負判定器３５により
画像情報の正負が判定され、量子化器に供給されるステ
ップサイズが選択される。画像情報が負の時には、ステ
ップサイズ１が選択され、画像情報が正の時には、ステ
ップサイズ２が選択される。この選択を行うのが、セレ
クタ３６である。ステップサイズ１は平均値と最小値の
間を２の冪乗で割り切れるような値を発生し、同様にス
テップサイズ２は平均値と最大値の間を２の冪乗で割り
切れるような値を発生する。この部分は最も簡単には、
ＲＯＭなどで発生することができる。以上の動作によ
り、請求項３に相当する機能を実現できる。

【００４３】図７の関数発生器３９は、上述のようにし
て量子化された値を入力とし、非線形な対応を持って出
力するものである。この部分は簡単には、ＲＯＭなどで
構成でき、非線形な量子化、例えば平均レベル近傍を細
かく、平均レベルを中心として大振幅の情報は粗く量子
化することを実現する（請求項４の実現）。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、画像情報を入力と
し、ブロック単位に変換符号化した後、情報の圧縮を行
い、蓄積・伝送する機器、処理系において、１画面当り
の平均レベル（直流レベル）を求め、その値とブロック
の直流値の差分を取ることで、能率のよい圧縮を行うこ
とができる。

【００４５】また、直流レベルだけでなく、画面内の最
大値、最小値を併せて求めることにより、１画面内のと
る値の範囲が確定され、その範囲内で２の冪乗で表され
る数値を最良に割り当てることができるため、符号化に
使用できる情報量内で効率的な符号化を行うことができ
る。

【００４６】さらに、非線形の符号化、例えば、平均レ
ベル近傍を細かく量子化することで、符号化の性能を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例に関する平均レベル計数器を示
すブロック図である。

【図３】本発明の実施例に関する量子化器・符号割当器
を示すブロック図である。

【図４】本発明の他の実施例を示すブロック図である。

【図５】本発明の更なる実施例を示すブロック図であ
る。

【図６】本発明の更なる他の実施例を示すブロック図で
ある。

【図７】図６に示した実施例に関する量子化器・符号割
当器を示すブロック図である。

【図８】従来技術の符号化装置を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ ブロック化器 ２ 直交変換器 ３ 量子化器／符号割当器 ４ フォーマッタ ５ 平均レベル計数器 ６ フィールドメモリ ７ データスプリッタ ８ 最大値最小値検出器

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報を入力とし、ブロック単位に変
   換符号化を利用した情報圧縮を行い、ディジタル情報と
   して蓄積若しくは、伝送を行った後、画像情報として復
   元される画像情報の符号化・復号方法において、 入力された画像情報の１フィールドの平均レベル、すな
   わち直流レベルをあらかじめ求め、 符号化に際して、平均レベル情報を蓄積、伝送するとと
   もに、 ブロック単位の変換符号化に際して、ブロック内の平均
   レベル（直流レベル）を入力画像情報の平均レベルとの
   差分として符号化し、蓄積若しくは伝送の後、画像情報
   として復元することを特徴とする画像情報の符号化・復
   号方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、画像情報として、輝
   度情報と２つの色差情報を入力とし、 該３情報（輝度情報、２つの色差情報）のそれぞれにつ
   いて平均レベルを求め、 符号化に際して、該３情報のそれぞれの平均レベル情報
   を蓄積、伝送するとともに、 ブロック単位の変換符号化に際して、ブロック内の平均
   レベル（直流レベル）を入力画像情報の平均レベルとの
   差分として符号化し、蓄積若しくは伝送の後、画像情報
   として復元することを特徴とする画像情報の符号化・復
   号方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、該３情報の平均レベ
   ルを求めることに加え、最大値、最小値を求め、 符号化に際して、最大値と平均レベルの間を２の冪乗で
   表される数値で割り切れるように等分し符号化し、 同様に最小値と平均レベルの間を２の冪乗で割り切れる
   ように等分し、符号化することを特長とする画像情報の
   符号化・復号方法。
4. 【請求項４】 請求項２において、該３情報の平均レベ
   ルを求めることに加え、最大値、最小値を求め、 符号化に際して、最大値と平均レベル間、及び、最小値
   と平均レベル間を非線形符号化することを特長とする画
   像情報の符号化・復号方法。