JP2922598B2 - 画像符号化方式 - Google Patents

画像符号化方式

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、画像データの符号量が所定の値になるよう
に符号化処理を制御する画像符号化方式に関する。
[従来の技術] 従来、直交変換符号化方式の中で符号化効率が高く、
しかも高画質な圧縮方法として、ADCT(Adaptive Discr
ete Cosine Transform)方式が知られている。以下、第
4図,第5図に示すADCT方式を用いて符号化を行う装置
のブロツク図とその符号化手順を第6図に示すフローチ
ヤートを参照して説明する。
第4図は、符号化装置全体を示す概略ブロツク図であ
る。図示するように、入力端子401から入力された画像
データはフレームメモリ402に蓄積され、後述するDCT符
号化部403により読み出される。このDCT符号化部403で
は、量子化ステツプ・サイズ制御部404からの量子化ス
テツプ・サイズに基づいて符号化が行われ、符号化され
た画像データが出力端子405へ出力される。
次に、DCT符号化処理を第6図に示すフローチヤート
に従つて以下に説明する。
まず、ステツプS601では、DCT符号化部403が量子化ス
テツプ・サイズ制御部404から入力した量子化ステツプ
・サイズT1を初期値として設定する。次に、ステツプS6
02では、量子化ステツプ・サイズTから圧縮符号量Bn
求め、続くステツプS604では、予め設定した符号量Bo
求めた符号量Bnが等しいか否かをチエツクする。ここ
で、等しくなければステツプS603において、圧縮符号量
Bnと設定符号量Boとが一致するような量子化ステツプ・
サイズTを求めるように、量子化ステツプ・サイズ制御
部404へ指示し、上述の処理を繰り返す。
その後、ステツプS604で圧縮符号量Bnと設定符号量Bo
とが一致すればステツプS605へ処理を進め、フレームメ
モリ402からデータを読み込み、その時の量子化ステツ
プ・サイズTに基づいて符号化を実施する。そして、出
力端子405より符号化されたデータを出力する。
次に、DCT符号化部403の詳細を第5図に示すブロツク
図を参照して以下に説明する。
まず、入力された画像データは、ブロツク化部501で
8×8画素のブロツクに分割され、次のDCT部502で各ブ
ロツクごとにDCTが実施される。そして、量子化部503で
は、量子化ステツプ・サイズに対して、視覚特性に応じ
た重み付けがなされ、DCT係数のうち、高周波側は粗
く、低周波側は細かく量子化される。
次に、可変長符号化部504で1個又は複数個組み合わ
せたDCT係数を可変長符号に変換し、符号量計算部505で
は、可変長符号化部504によつて符号化された場合の圧
縮符号量を求め、その値を出力する。また、可変長符号
化部504は、上述したように、最終的に符号化を実施す
る時だけ圧縮符号を出力する。
なお、1種類の画像について調べると、DCT符号化部4
03に与える量子化ステツプ・サイズと圧縮符号量との関
係は、第7図に示すような単調減少関数になる。また、
他の画像については異なる曲線となるが、その特性は同
じである。
つまり、上述した圧縮符号量が設定符号量に一致する
ような量子化ステツプ・サイズを求める反復動作は必ず
収束する。
また、符号化方法は同じであるが、圧縮符号量の調節
方法が異なる方式も提案されており、以下その方式を第
8図に示すフローチヤートに従つて説明する。
まず、ステツプS801において、画像データの画面全体
における高域強度を計算し、ステツプS802では、その値
から圧縮符号量が設定符号量に近い値をとる量子化ステ
ツプ・サイズを予測する。そして、ステツプS803におい
て、この予測値を用い、上述したように、DCT符号化を
実行する。次に、ステツプS804では、量子化ステツプ・
サイズの予測値で符号化した事による圧縮符号量の誤差
は、符号化されたDCT係数のうち、高域側を削除して調
整する。
[発明が解決しようとしている課題] しかしながら、上記従来例では、画質を考慮した符号
量の制御が十分行われていなかった。
本発明は、上記課題を解決するために成されたもので
あり、画質の劣化を抑え、かつ、簡易な処理を用いて画
像を符号化した際の符号量を制御する画像符号化方式を
提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明の画像符号化方式
は、画像データを符号化した際に検出された初期符号量
に基づいて、前記画像データに対するフィルタ処理方法
及び第1の量子化ステップを決定し、該決定されたフィ
ルタ処理方法で前記画像データをフィルタ処理し、該フ
ィルタ処理された画像データを前記第1の量子化ステッ
プで量子化することにより第1の符号化データを生成
し、該生成された第1の符号化データの符号量に応じ
て、前記フィルタ処理方法でフィルタ処理された画像デ
ータを前記第1の量子化ステップとは異なる第2の量子
化ステップで量子化し直すことにより第1の符号化デー
タに代わる第2の符号化データを生成することを特徴と
する。
[実施例] 以下、添付図面を参照して本発明に係る好適な一実施
例を詳細に説明する。
第1図は、本実施例における符号化装置の構成を示す
概略ブロツク図である。ここで、フレームメモリ102,DC
T符号化部104,量子化ステツプ・サイズ制御部105は、前
述した第4図に示す各部と同様であり、ここでの説明は
省略する。
第1図において、101は画像入力部であり、例えばCCD
エリアセンサやCCDラインセンサなどにより構成され、
画素毎の画像データをデジタル信号に変換し、フレーム
メモリ102に送出する。入力は、1画面毎に行い、フレ
ームメモリ102に格納される。なお、センサの代わり
に、例えばコンピユータに接続し、インタフエースによ
り入力しても良い。
107はDCT符号化部104によつて符号化された圧縮符号
を記録する記憶部であり、例えばハードデイスクや磁気
記憶媒体,ICメモリ等によつて構成される。108は圧縮符
号を、例えば公衆回線(デジタル,アナログ)等を介し
て送信する送信部、109は圧縮符号を復号化する復号化
部である。110は復号化部109によつて復号化された画像
を表示する画像表示部であり、CRT等のモニタにより構
成される。
111は復号化部109によつて復号化された画像を記録媒
体上に再生する画像再生部であり、例えば、レーザビー
ムプリンタ,インクジエツトプリンタ,熱転写プリン
タ,ドツトプリンタによつて構成される。112はセレク
タであり、符号化部104からの圧縮データを記憶部107
に送る送信部108に送る復号化部109に送る記憶部
107に記憶された圧縮データを送信部108に送る復号化
部109に送るの何れかを選択する。
なお、本実施例では、DCT符号化部104の前段に高周波
成分を減衰する2次元デイジタル・フイルタ(2次元LP
F)103を設け、画像全体について、なめらかに高域成分
の情報を削減することにより、ブロツク歪の発生を抑え
るものである。また、2次元LPF103のフイルタ係数は、
DCT符号化部104の符号量の計算値又はその値で決定され
る量子化ステツプ・サイズの値に基づいて2次元LPF係
数決定部106が決定し、画像の情報量を減少させたい度
合いに応じて急峻な特性にするか、ゆるやかな特性にす
るか、又はフイルタ処理しない等のように適応的に決定
するものである。
ここで、本実施例における動作を第1図に示す概略ブ
ロツク図と第2図に示すフローチヤートを参照して以下
に説明する。
画像データは、入力端子101から入力されてフレーム
・メモリ102に蓄積される。そして、符号化処理の前
に、2次元LPF103によつて高域成分が除去される。この
2次元LPF103の伝達関数H(z,w)を次の(1)式に示す。
ただし、μ,νはそれぞれ画像の水平,垂直方向の空
間周波数であり、xs,ysは水平,垂直方向のサンプリン
グ間隔、jは虚数を示す記号である。また、本実施例で
は、m=n=1であり、フイルタ係数[ast]を次の
(2)式に示す。
ここで、kはフイルタの特性を決めるフイルタ変数で
あり、第2図に示すステツプS201では2次元LPF係数決
定部106が、初期値としてk=0に設定し、最初、伝達
関数をH(z,w)=1にしている。そして、0≦k≦1/16の
範囲でkが大きい程、高域成分が減衰する。
第3図は,0<k≦1/16のフイルタ特性を示す図であ
り、斜線部は遮断領域である。
また、ステツプS201では、DCT符号化部104が量子化ス
テツプ・サイズ制御部105からの量子化ステツプ・サイ
ズT1を初期値として設定し、ステツプS202では、量子化
ステツプ・サイズT1で符号化した場合の圧縮符号量B1
求める。そして、ステツプS203では、圧縮符号量B1と量
子化ステツプ・サイズT1とから圧縮符号量が設定符号量
B0と一致するような量子化ステツプ・サイズT2を求め
る。つまり、画像の情報量が多い程、量子化を粗く行う
必要があり、T2の値は大きくなる。
そこで、ステツプS204,S205においてT2の値を基準と
し、上述したフイルタ変数kの値を設定する。まずステ
ツプS204で所定の値Tbと比較を行い、Tb未満であればk
(=0)をそのままとするが、Tb以上であればステツプ
S205へ処理を進め、所定の値Ta(>Tb)と比較する。こ
こで、Ta未満であればステツプS206へ処理を進め、kに
“1/32"を設定するが、Ta以上であればステツプS207へ
処理を進め、kに“1/16"を設定する。
従つて、情報量の多い画像は、kの値を大きく設定
し、予め高域側の情報量を減少させることができる。以
後、符号化処理が終了するまでkの値は、1画面分の処
理の間、固定される。
次に、ステツプS208では、DCT符号化部104が、2次元
LPF103によつてフイルタ処理された画像データを読み込
み、続くステツプS209で再度圧縮符号量を計算する。そ
して、ステツプS210へ処理を進め、設定符号量B0と圧縮
符号量とが一致するか否かを判断し、一致しなければス
テツプS210へ処理を進め、量子化ステツプ・サイズの値
を計算し直し、上述した処理を繰り返す。
その後、設定符号量B0と一致すると、ステツプS212へ
処理を進め、2次元LPF103によりフイルタ処理を行い、
次のステツプS213では、DCT符号化処理を行い、圧縮符
号を出力端子107より出力する。
本実施例では、2次元LPF103の特性制御を3段階(0,
1/32,1/16)としたが、任意のn段階(n≧0の整数)
で制御しても良いし、また量子化ステツプ・サイズTの
関数k=f(T)として連続的に制御しても良い。
以上説明したように、本実施例によれば、画像全体を
なめらかな処理によつて斜め方向の高域成分の情報を減
少させることで、その分だけ細かい量子化ができ、ブロ
ツク歪のような視覚上好ましくない劣化の発生を阻止で
きる効果がある。
[他の実施例] 次に、本発明に係る他の実施例を関係する図面を参照
して以下に説明する。
なお、この実施例における装置の構成は、前述した実
施例における構成と同様であり、ここでの説明は省略す
る。また、2次元LPF103は、前述した実施例と同様なフ
イルタ係数を使用し、フイルタ変数により特性を可変と
する。
以下、第9図に示すフローチヤートを参照して処理を
説明する。
第9図に示すステツプS901〜S903は、前述した実施例
と同じであり、この実施例ではステツプS904以降を説明
する。
このステツプS904では、量子化ステツプ・サイズはT2
に固定され、フイルタ変数の制御により圧縮符号量を調
節する。また、フイルタ変数kを決め、ステツプS905で
はフイルタ処理を行う。そして、ステツプS906で圧縮符
号量を計算し、その圧縮符号量が設定符号量B0と等しい
かをステツプS907で判断する。その結果、等しくなけれ
ばステツプS904へ処理を戻し、上述した処理を繰り返
す。
一方、ステツプS907で、圧縮符号量の計算値と設定符
号量が一致すればステツプS908へ処理を進め、2次元LP
F103によりフイルタ処理を行う。そして、ステツプS909
へ処理を進め、DCT符号化処理を行い、圧縮符号を出力
端子107から出力する。
この実施例において、ステツプS902及びS903を省略
し、量子化ステツプ・サイズを最初から固定とし、フイ
ルタ特性だけを制御して圧縮符号量を調節しても良い。
また、前述したように、高域強度により設定符号量を
与える量子化ステツプ・サイズを予測し、2次元LPFの
特性を可変にして、設定符号量を調節しても良い。
また、上述した実施例では、全ブロツクについて同じ
方法で量子化を行つているが、各ブロツク毎に画像デー
タの特性に適した量子化をする適応的な量子化手段を併
用しても、ブロツク歪や符号量制御のし易さ等から有効
である。
更に、2次元LPFの特性を決定するために、量子化ス
テツプ・サイズの値を用いても良いし、圧縮符号量の計
算値を用いても良い。その場合、画像の高域強度等、画
像の情報量と相関を持つ量なら利用する事ができる。
上述した実施例では、2次元LPFの特性は、第3図に
示すように、斜め方向の高周波成分のみを減衰する3×
3次のフイルタを使用したが、m×n(m≧1,n≧1)
次のフイルタを用いても良い。そして、次数を大きくす
ればより急峻なカツト・オフ特性を得る事ができる。
また、第10図,第11図に示すようなダイヤモンド型
や、縦方向,横方向の高周波成分を減衰する第12図又は
第13図に示すような他の遮断特性の形状を持つフイルタ
を使用しても良い。
更にまた、フイルタ処理を施した画像データをフレー
ム・メモリに格納し、再度、読出して同じあるいは異な
る係数でフイルタ処理を行つても、次数を大きくした場
合と同様な効果を得ることが可能となる。
上述の画像符号化方式は、静止画像,動画像を問わず
適用することができる。例えば、画像フアイルシステム
やスチルビデオカメラ等の記憶装置、複写機等の画像記
録装置、フアクシミリやテレビ電話等の画像伝送装置な
どの静止画像処理装置の他、ビデオカメラや動画像のテ
レビ電話等の動画像処理装置にも本発明は有効である。
また、白黒画像のみでなく、カラー画像に対しても本
発明は適用できる。例えば、カラー画像信号を(R,G,
B)、(Y,M,C)、(X,Y,Z)や(Y,I,Q)、(L*,a*
b*)、(L,u,v)、(L,R,B)等の各色成分の各々につい
て、本発明の符号化のアルゴリズムを用いて符号化すれ
ばよい。その際、特に(Y,I,Q)のように輝度信号と色
度信号とに分離されている場合には、色度信号に対して
はより少ない符号量に圧縮しても、画像の劣化は人間の
目には目立たない。
また、DCT符号化部104で行う可変長符号化(エントロ
ピー符号化)は、ハフマン符号化に限らず、MH符号化,M
MR符号化,算術符号化などであつてもよい。また、上述
のエントロピー符号化に限らず、ランレングス符号化等
であつてもよい。さらに、DCTに限らず、他の直交変換
(アダマール変換等)を行つてもよい。
すなわち、符号化の方法は、前述した実施例に限らな
い。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、画像データを
符号化した際に検出された初期符号量に基づいて、目標
符号量にするために当該画像データを再度符号化する際
に用いられる候補となるフィルタ処理方法及び量子化ス
テップとを適切に設定し、この設定に基づいて符号化し
た際の符号量に応じて再度量子化ステップのみを調節し
て符号量を細かく制御できるので、目標符号量の符号化
データを確実に得ることができる。また、フィルタ処理
と量子化ステップの双方を設定することにより画質を考
慮した効率の良い符号量制御が可能となる。更に、フィ
ルタ処理方法の設定は初期の一度だけ行うようにしたの
で、画像処理の負荷を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本実施例における符号化装置の構成を示す概略
ブロツク図、 第2図は本実施例における処理手順を示すフローチヤー
ト、 第3図は本実施例におけるLPFの周波数特性を示す図、 第4図は一般的な符号化装置の構成を示す概略ブロツク
図、 第5図は一般的なDCT符号化部の構成を示す概略ブロツ
ク図、 第6図及び第8図は一般的なDCT符号化処理を示すフロ
ーチヤート、 第7図はDCT符号化の量子化ステツプサイズと圧縮符号
量との関係を示す図、 第9図は他の実施例での処理手順を示すフローチヤー
ト、 第10図乃至第13図は他の実施例でのLPFの周波数特性を
示す図である。 図中、101…画像入力部、102…フレームメモリ、103…
2次元LPF、104…DCT符号化部、105…量子化ステツプ・
サイズ制御部、106…2次元LPF係数決定部、107…記憶
部、108…送信部、109…復号化部、110…画像表示部、1
11…画像再生部、112…セレクタである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 1/41 - 1/419 H04N 7/24 - 7/68

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画像データを符号化した際に検出された初
    期符号量に基づいて、前記画像データに対するフィルタ
    処理方法及び第1の量子化ステップを決定し、 該決定されたフィルタ処理方法で前記画像データをフィ
    ルタ処理し、 該フィルタ処理された画像データを前記第1の量子化ス
    テップで量子化することにより第1の符号化データを生
    成し、 該生成された第1の符号化データの符号量に応じて、前
    記フィルタ処理方法でフィルタ処理された画像データを
    前記第1の量子化ステップとは異なる第2の量子化ステ
    ップで量子化し直すことにより第1の符号化データに代
    わる第2の符号化データを生成することを特徴とする画
    像符号化方式。
  2. 【請求項2】更に、前記第2の符号化データの符号量に
    応じて、前記フィルタ処理された画像データを前記第1
    及び第2の量子化ステップとは異なる第3の量子化ステ
    ップで量子化し直すことにより第2の符号化データに代
    わる第3の符号化データを生成することを特徴とする請
    求項1に記載の画像符号化方式。
  3. 【請求項3】更に、前記第2の符号化データの符号量に
    応じて、前記フィルタ処理された画像データを前記第1
    及び第2の量子化ステップとは異なる複数の量子化ステ
    ップを順次使用して量子化し直すことにより第2の符号
    化データよりも目標符号量に近い第3の符号化データを
    生成することを特徴とする請求項1に記載の画像符号化
    方式。
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