JP2929591B2 - Image coding device - Google Patents
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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、画像符号化装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、画像信号を高能率に符号化する方法として、適
応型ダイナミック・レンジ符号化が知られている(例え
ば、特開昭61−144989)。この適応型ダイナミック・レ
ンジ符号化では、画面を構成する全画素を数画素からな
るブロックに分割し、そのブロック毎に、画素の最大値
と最小値との間で構成画素を線形量子化し、画素の最大
値、最小値及びそのダイナミック・レンジ値(最大値と
最小値の差)のうちの2つと、各画素の量子化値とを伝
送するようにしている。
この符号化法では、ブロック内のダイナミック・レン
ジが小さい場合には各画素の量子化ステップが細かくな
り、逆に、ダイナミック・レンジが大きい場合には量子
化ステップが粗くなるので、人間の視覚特性に応じた適
当的な量子化を行える。また、この従来の符号化法で
は、画像伝送ビット数を大幅に減少できる。例えば、8
ビットの画像データを3×6画素からなるブロック単位
で符号化する場合、ブロック内の各画素の量子化ビット
数を4ビットとすれば、圧縮(符号化)前では、1ブロ
ック当たりのビット数は144(=3×6×8)であるの
に対し、圧縮後では、各画素データが72(=3×6×
4)ビット、最大値及び最小値に16(=8×2)ビット
であり、合計88ビットになり、約半分に圧縮できる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、この従来の符号化法では、各ブロック内にお
いて、そのダイナミック・レンジ内を均等に分割して各
画素値を量子化するので、各画素値の分布が全く考慮さ
れておらず、従って、画像によっては、各画素の量子化
誤差が極めて大きくなってしまうことがある。
そこで本発明は、従来のブロック符号化法を改良し、
画素データの量子化誤差の低減を図る画像符号化装置を
提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に係る画像符号化装置は、ディジタル画像デー
タを所定数のサンプルからなるブロックに分割するブロ
ック化手段と、前記ブロック化手段によりブロック化さ
れた画像データの最大値と最小値の間で、前記画像デー
タを量子化することにより符号化する符号化手段と、前
記符号化手段により符号化された符号化データを復号し
た復号値と前記ブロック化手段からの画像データの真値
との量子化誤差を前記ブロック単位で検出する誤差検出
手段と、前記誤差検出手段の検出結果に応じて、前記符
号化手段によって符号化された符号化データを、前記ブ
ロック単位で前記量子化誤差が小さくなるように変更す
る変更手段とを具備することを特徴とする。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。第
1図は本発明の一実施例としての符号化装置の構成ブロ
ック図を示す。尚、本実施例において用いられるテレビ
ジョン信号はNTSC方式に準拠したものとするが、これ以
外の方式に準拠したテレビジョン信号を符号化する装置
に対しても、本発明を適用できる。
第1図において、入力端子9から入力されたNTSC方式
のテレビジョン信号は、A/D変換回路10により搬送周波
数fSCの4倍のサンプリング周波数4fSCでサンプリング
され、例えば1画素当たり8ビットで量子化されたディ
ジタル・テレビジョン信号を形成し、ブロック化回路11
に供給される。ブロック化回路11は、1フィールド画面
分の前記ディジタル・テレビジョン信号を記憶可能なメ
モリと、当該メモリの書込・読出制御回路などにより構
成されており、先ず、第2図に示す矢印Aの方向にS1,S
2,S3,S4,S17,S18,…の順にシリアルに供給されるディジ
タル・テレビジョン信号を一旦当該メモリに記憶し、次
に、当該メモリから各画素データをS1,S2,S3,S4,S5,S6,
…,S15,S16,S17,S18,…,S31,S32の順に読み出すことに
より、ディジタル・テレビジョン信号を第2図中、B,C
で示すように破線で囲む水平方向に4画素分、垂直方向
に4ライン分を1ブロック単位として分割し、ブロック
化され出力される。尚、第2図はインターレース走査の
場合であり、一点鎖線で示したラインは、他のフィール
ドの走査線を示す。
12は注目するブロック内の最大値及び最小値を算出す
る回路であり、ソフトウェア又はハードウェアとして容
易に実現できる。ハードウェアで実現する方法としては
比較回路とホールド回路とで構成され、例えば最大値算
出の場合、2つの入力の内の大きい方の値をホールドし
次段に渡すようにすればよく、最小値算出の場合には逆
に、2つの入力の内の小さい方をホールドし次段に渡す
ようにすればよい。これにより最終的に最大値及び最小
値のデータが得られる。
14はブロック符号化回路、16は復号回路18は誤差計算
回路であり、ブロック化回路11から出力されるブロック
の各画素値はこれらの回路14,18にも印加される。ブロ
ック符号化回路14は最大値・最小値算出回路12により算
出された最大値及び最小値に基づき、最大値と最小値の
間をn(2以上の整数)分割し、各画素データがそのど
の区画に属するかを調べる。属する区画を示す数値をイ
ンデックスと呼ぶ。このようにして、例えば8ビット、
256レベルで量子化された画素データを、画素ブロック
単位に最大値、最小値及び2ビットの各画素情報で表現
できる。尚、ブロック符号化回路の詳細は後述する。従
来の伝送装置ではこれらのデータをそのまま伝送してい
たが、本実施例では更に以下の処理を行う。
即ち、復号回路16がブロック符号化回路14によるイン
デックスを復号し、誤差計算回路18が復号された各画素
データとブロック化回路11からの各画素データの真値と
の誤差を計算する。シフト量計算回路20は、誤差計算回
路18により計算された誤差量に従って、この誤差を打ち
消す方向に最大値及び最小値のシフト量を決定する。例
えば誤差の総和が大きな負数であれば、画素ブロック内
の最大値及び最小値をプラス側にシフトし、つまりシフ
ト量を正の値とし、逆に誤差の総和が大きな正値であれ
ば、最大値及び最小値をマイナス側へシフト、つまりシ
フト量を負の値とする。例えば表1に示すような入出力
値の対応関係を予め読出専用メモリに記憶させておけば
よい。但し表1は、1ブロック当たり4×4、即ち16個
の画素を含む場合の例である。この例では、1ブロック
中に16個の画素を含むので、最大値及び最小値のシフト
量を1にすると、1ブロック中の誤差の総和は16程度変
化すること、及び、最大値及び最小値のシフトにより境
界値が変化し、注目している画素が別の区画に属するよ
うになっても誤差が増加することがないことを考慮し
て、誤差の総和とシフト量の関係を決定している。
シフト量の決定に際しては、誤差の総和だけでなく、
ブロック内でどれだけの誤差を持った復号値が何個ある
かという情報により、また誤差の総和に加味してシフト
量を決定してもよい。そうすれば、より正確な符号を伝
送できる。
加算回路22は、最大値・最小値算出回路12により算出
された最大値及び最小値に当該シフト量を加算して修整
する。第3図はその修整の様子を例示したものである。
図中の小さな丸印が各画素値であり、復号時には、これ
が各分割領域の中間値に復号される。第3図(a)は修
整前であり、同(b)が修整後である。第3図(a)の
ように修整前で復号時の誤差の総和が正の値になってい
る場合、最大値及び最小値を第3図(b)に示すように
プラス側にシフトする。これにより、復号時の誤差の総
和が小さくなる。
ブロック符号化回路24は、加算回路22からの修整され
た最大値及び最小値に従い、ブロック符号化回路14と同
様にインデックスを計算して出力する。加算回路22から
出力される修整された最大値及び最小値、並びにブロッ
ク符号化回路24から出力されるインデックスが他の機
器、遠隔地に伝送される。
第4図はブロック符号化回路14の詳細を示す。但し説
明を簡単にするため、最大値と最小値との間の分割数n
が4の場合を示している。また、ブロック符号化回路24
も同じ構造でよい。30はブロック内の各画素データの入
力端子、32は最大値データの入力端子、34は最小値デー
タの入力端子である。減算回路36は当該最大値データか
ら当該最小値データを減算し、ダイナミック・レンジを
出力する。乗算回路38,40,42はそのダイナミック・レン
ジをそれぞれ3/4,2/4,1/4倍し、加算器44,46,48がその
乗算結果に最小値を加算する。これにより分割領域の境
界値が得られたことになる。比較回路50,52,54は入力端
子30からの画素データを各境界値と比較し、+端子の入
力が−端子の入力より大きい場合に“1"を、それ以外の
場合に“0"を出力する。エンコーダ56は、比較回路50,5
2,54の出力から、画素値の属する区画を示す2ビットの
インデックスを出力する。エンコーダ56の入出力特性を
表2に示す。第5図はまた、画素値とエンコーダ56の出
力の対応関係を示す。
第6図は復号回路16の具体例を示す。ここでも説明の
便宜上、前述のブロック符号化回路と同様、ダイナミッ
ク・レンジの分割数nを4とした。端子60は最大値デー
タの入力端子、62は最小値データの入力端子、64,66は
ブロック符号化回路14(エンコーダ56)からのインデッ
クスD1,D0の入力端子である。減算回路68は最大値から
最小値を減算し、乗算回路70,72,74,76は減算回路68の
出力をそれぞれ7/8,5/8,3/8,1/8倍する。乗算回路70〜7
6の出力は、4分割された各区画の中央相当値になって
いる。そして、各画素についてエンコーダ56から出力さ
れる2ビットのインデックスに従いスイッチ切換回路67
によりスイッチ78を切り換えて、4つの乗算回路70〜76
の何れか1つを選択する。選択結果に加算回路80で最小
値を加算すると、出力端子82に各画素データの復号値が
得られる。
上記実施例では、ブロック内の最大値データ及び最小
値データを伝送する場合について述べたが、その他に
も、ブロック内ダイナミック・レンジ(最大値と最小値
との差)と、最大値データ又は最小値データとの組み合
わせを伝送するようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によ
れば、それほど複雑でない回路構成により、量子化誤差
の少ない画素データを伝送でき、受信側において、より
画質劣化の少ない画像を再生できる。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an image encoding device. 2. Description of the Related Art Conventionally, adaptive dynamic range coding has been known as a method for coding an image signal with high efficiency (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 61-1444989). In this adaptive dynamic range coding, all pixels constituting a screen are divided into blocks each consisting of several pixels, and for each of the blocks, the constituent pixels are linearly quantized between a maximum value and a minimum value of the pixels, And the dynamic range value (difference between the maximum value and the minimum value) and the quantized value of each pixel. In this coding method, when the dynamic range in a block is small, the quantization step of each pixel is finer. On the contrary, when the dynamic range is large, the quantization step is coarse. Can be appropriately quantized according to. Also, with this conventional encoding method, the number of image transmission bits can be greatly reduced. For example, 8
In the case where bit image data is encoded in units of blocks of 3 × 6 pixels, if the number of quantization bits of each pixel in the block is 4 bits, the number of bits per block before compression (encoding) Is 144 (= 3 × 6 × 8), but after compression, each pixel data is 72 (= 3 × 6 × 8).
4) There are 16 (= 8 × 2) bits for the maximum value and the minimum value, a total of 88 bits, which can be compressed to about half. [Problems to be Solved by the Invention] However, in this conventional encoding method, each pixel value is quantized by equally dividing the dynamic range in each block, and thus the distribution of each pixel value is Is not considered at all, and therefore, depending on the image, the quantization error of each pixel may become extremely large. Therefore, the present invention improves on the conventional block coding method,
It is an object of the present invention to provide an image encoding device for reducing a quantization error of pixel data. [Means for Solving the Problems] An image encoding apparatus according to the present invention includes: a block forming unit that divides digital image data into blocks each including a predetermined number of samples; and an image data block formed by the blocking unit. Encoding means for encoding the image data by quantizing the image data between a maximum value and a minimum value, and a decoding value obtained by decoding the encoded data encoded by the encoding means and the blocking means. Error detection means for detecting a quantization error between the true value of the image data and the block unit, according to the detection result of the error detection means, the encoded data encoded by the encoding means, the block Changing means for changing the quantization error in units so as to reduce the quantization error. Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an encoding apparatus according to one embodiment of the present invention. Although the television signal used in the present embodiment complies with the NTSC system, the present invention can be applied to a device that encodes a television signal conforming to another system. In FIG. 1, an NTSC television signal input from an input terminal 9 is sampled by an A / D conversion circuit 10 at a sampling frequency 4f SC which is four times the carrier frequency f SC , and is, for example, 8 bits per pixel. It forms a quantized digital television signal and forms a block circuit 11
Supplied to The blocking circuit 11 is composed of a memory capable of storing the digital television signal for one field screen, a write / read control circuit for the memory, and the like. S 1 , S in the direction
2, S 3, S 4, S 17, S 18, ... temporarily stored in the memory of the digital television signal supplied serially in the order of, then, each pixel data from the memory S 1, S 2 , S 3 , S 4 , S 5 , S 6 ,
., S 15 , S 16 , S 17 , S 18 ,..., S 31 , S 32 are read out in this order, so that the digital television signal
As shown by, four pixels in the horizontal direction and four lines in the vertical direction surrounded by a broken line are divided into one block unit, and are divided and output. FIG. 2 shows the case of interlaced scanning, and the line indicated by the dashed line indicates the scanning line of another field. Reference numeral 12 denotes a circuit for calculating the maximum value and the minimum value in the block of interest, which can be easily realized as software or hardware. The method implemented by hardware is composed of a comparison circuit and a hold circuit. For example, in the case of calculating the maximum value, the larger value of the two inputs may be held and passed to the next stage, and the minimum value may be calculated. Conversely, in the case of calculation, the smaller of the two inputs may be held and passed to the next stage. Thereby, data of the maximum value and the minimum value is finally obtained. Reference numeral 14 denotes a block encoding circuit, 16 denotes a decoding circuit 18, and an error calculating circuit. Each pixel value of the block output from the blocking circuit 11 is also applied to these circuits 14, 18. The block coding circuit 14 divides the maximum value and the minimum value into n (integer of 2 or more) based on the maximum value and the minimum value calculated by the maximum value / minimum value calculation circuit 12, and determines whether each pixel data is Check if it belongs to a parcel. The numerical value indicating the section to which it belongs is called an index. Thus, for example, 8 bits,
Pixel data quantized at 256 levels can be represented by a maximum value, a minimum value, and 2-bit pixel information for each pixel block. The details of the block encoding circuit will be described later. In a conventional transmission apparatus, these data are transmitted as they are, but in the present embodiment, the following processing is further performed. That is, the decoding circuit 16 decodes the index by the block coding circuit 14, and the error calculation circuit 18 calculates the error between each decoded pixel data and the true value of each pixel data from the blocking circuit 11. The shift amount calculating circuit 20 determines the shift amounts of the maximum value and the minimum value in a direction to cancel the error according to the error amount calculated by the error calculating circuit 18. For example, if the sum of the errors is a large negative number, the maximum value and the minimum value in the pixel block are shifted to the plus side, that is, the shift amount is set to a positive value. The value and the minimum value are shifted to the negative side, that is, the shift amount is set to a negative value. For example, the correspondence between input and output values as shown in Table 1 may be stored in the read-only memory in advance. However, Table 1 is an example in which each block includes 4 × 4, that is, 16 pixels. In this example, since 16 pixels are included in one block, if the shift amount of the maximum value and the minimum value is set to 1, the sum of errors in one block changes by about 16, and the maximum value and the minimum value Considering that the boundary value changes due to the shift and the error does not increase even if the pixel of interest belongs to another section, the relationship between the sum of the error and the shift amount is determined. I have. When determining the shift amount, not only the sum of the errors,
The shift amount may be determined based on the information indicating how many decoded values have errors in the block, or in consideration of the sum of the errors. Then, a more accurate code can be transmitted. The adding circuit 22 modifies the maximum value and the minimum value calculated by the maximum value / minimum value calculating circuit 12 by adding the shift amount. FIG. 3 shows an example of the modification.
The small circles in the figure are the pixel values, and at the time of decoding, these are decoded into intermediate values of the respective divided regions. FIG. 3A shows the state before the modification, and FIG. 3B shows the state after the modification. As shown in FIG. 3 (a), when the sum of errors at the time of decoding is a positive value before the modification, the maximum value and the minimum value are shifted to the plus side as shown in FIG. 3 (b). As a result, the sum of errors during decoding is reduced. The block encoding circuit 24 calculates and outputs an index in accordance with the modified maximum value and minimum value from the adding circuit 22, similarly to the block encoding circuit 14. The modified maximum value and minimum value output from the addition circuit 22 and the index output from the block encoding circuit 24 are transmitted to another device or a remote place. FIG. 4 shows details of the block encoding circuit 14. However, in order to simplify the explanation, the number of divisions n between the maximum value and the minimum value
Indicates the case of 4. Also, the block coding circuit 24
May have the same structure. Reference numeral 30 denotes an input terminal for each pixel data in the block, 32 denotes an input terminal for maximum value data, and 34 denotes an input terminal for minimum value data. The subtraction circuit 36 subtracts the minimum value data from the maximum value data and outputs a dynamic range. Multipliers 38, 40, and 42 multiply the dynamic range by 3/4, 2/4, and 1/4, respectively, and adders 44, 46, and 48 add the minimum value to the multiplication result. As a result, the boundary values of the divided areas are obtained. The comparison circuits 50, 52, and 54 compare the pixel data from the input terminal 30 with each boundary value. When the input of the + terminal is larger than the input of the-terminal, “1” is output. Otherwise, “0” is output. Output. The encoder 56 includes comparison circuits 50 and 5
From the outputs of 2,54, a 2-bit index indicating the section to which the pixel value belongs is output. Table 2 shows the input / output characteristics of the encoder 56. FIG. 5 also shows the correspondence between the pixel values and the output of the encoder 56. FIG. 6 shows a specific example of the decoding circuit 16. Here also, for convenience of explanation, the number n of divisions of the dynamic range is set to 4 as in the above-described block encoding circuit. A terminal 60 is an input terminal for the maximum value data, 62 is an input terminal for the minimum value data, and 64 and 66 are input terminals for the indexes D 1 and D 0 from the block encoding circuit 14 (encoder 56). The subtraction circuit 68 subtracts the minimum value from the maximum value, and the multiplication circuits 70, 72, 74 and 76 multiply the output of the subtraction circuit 68 by 7/8, 5/8, 3/8 and 1/8, respectively. Multiplication circuit 70-7
The output of 6 is a value corresponding to the center of each section divided into four. Then, a switch switching circuit 67 according to a 2-bit index output from the encoder 56 for each pixel.
Switch 78 to switch the four multiplication circuits 70 to 76
Is selected. When the minimum value is added to the selection result by the adding circuit 80, a decoded value of each pixel data is obtained at the output terminal 82. In the above embodiment, the case where the maximum value data and the minimum value data in the block are transmitted has been described. In addition, the dynamic range (difference between the maximum value and the minimum value) within the block and the maximum value data or the minimum value data may be transmitted. A combination with the value data may be transmitted. [Effects of the Invention] As can be easily understood from the above description, according to the present invention, it is possible to transmit pixel data with a small quantization error by a circuit configuration that is not so complicated, and to reduce an image with less image quality deterioration on the receiving side. Can be played.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例としての符号化装置の構成ブ
ロック図、第2図はブロック化の説明図、第3図は最大
値データ及び最小値データの修整作用の説明図、第4図
はブロック符号化回路14の具体例、第5図はブロック符
号化回路14のエンコーダ56の出力例、第6図は復号回路
16の具体例である。
12……最小値・最大値算出回路、14,24……ブロック符
号化回路、16……復号回路、18……誤差計算回路、20…
…シフト量計算回路BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an encoding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of block formation, and FIG. 3 is modification of maximum value data and minimum value data. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation, FIG. 4 is a specific example of the block encoding circuit 14, FIG. 5 is an output example of the encoder 56 of the block encoding circuit 14, and FIG.
16 is a specific example. 12 ... Minimum / maximum value calculation circuit, 14, 24 ... Block encoding circuit, 16 ... Decoding circuit, 18 ... Error calculation circuit, 20 ...
… Shift amount calculation circuit
Claims (1)
ブロックに分割するブロック化手段と、 前記ブロック化手段によりブロック化された画像データ
の最大値と最小値の間で、前記画像データを量子化する
ことにより符号化する符号化手段と、 前記符号化手段により符号化された符号化データを復号
した復号値と前記ブロック化手段からの画像データの真
値との量子化誤差を前記ブロック単位で検出する誤差検
出手段と、 前記誤差検出手段の検出結果に応じて、前記符号化手段
によって符号化された符号化データを、前記ブロック単
位で前記量子化誤差が小さくなるように変更する変更手
段 とを具備することを特徴とする画像符号化装置。(57) [Claims] Blocking means for dividing the digital image data into blocks each consisting of a predetermined number of samples; and coding by quantizing the image data between a maximum value and a minimum value of the image data blocked by the blocking means. Encoding means for decoding, and error detection for detecting a quantization error between a decoded value obtained by decoding the encoded data encoded by the encoding means and a true value of image data from the blocking means in the block unit. Means, and changing means for changing the coded data coded by the coding means in accordance with the detection result of the error detection means so that the quantization error is reduced in units of the block. An image encoding device characterized by the above-mentioned.
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