JP3044514B2 - 画像圧縮用量子化装置 - Google Patents
画像圧縮用量子化装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、デジタル画像を圧縮し
て伝送・記録する際に用いる画像符号化において、従来
の符号化方式との互換性を保ちつつ、圧縮効率を向上す
る画像圧縮用量子化装置に関する。
て伝送・記録する際に用いる画像符号化において、従来
の符号化方式との互換性を保ちつつ、圧縮効率を向上す
る画像圧縮用量子化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】デジタル画像の圧縮符号化方法として、
画像をＮ×Ｎ画素のブロックに分割し、ブロックごとに
直交変換を行うことで得られる変換係数を量子化，符号
化する方法が国際標準化され、主流となってきている。
このような変換符号化は非可逆圧縮方式であり、復号化
した画像に発生する符号化歪をある程度許容することで
高能率な符号化を達成しているため、圧縮効率のほとん
どは量子化と可変長符号化で決定される。それゆえ図６
に典型的構成例を示すような、場合分けに基づく量子化
アルゴリズムが提案され、効果が確認されてきた。この
ような量子化アルゴリズムでは、量子化の前段階でブロ
ックの特徴抽出手段60により符号化対象ブロックの特徴
を抽出し、それぞれの特徴に応じて適応量子化手段61で
量子化する構成を基本としているため、圧縮効率は符号
化対象ブロックの特徴抽出手段60に大きく依存してい
る。したがって、特徴抽出手段について多くの提案がさ
れてきたが、量子化手段そのものの特性を議論したもの
は少ない。
画像をＮ×Ｎ画素のブロックに分割し、ブロックごとに
直交変換を行うことで得られる変換係数を量子化，符号
化する方法が国際標準化され、主流となってきている。
このような変換符号化は非可逆圧縮方式であり、復号化
した画像に発生する符号化歪をある程度許容することで
高能率な符号化を達成しているため、圧縮効率のほとん
どは量子化と可変長符号化で決定される。それゆえ図６
に典型的構成例を示すような、場合分けに基づく量子化
アルゴリズムが提案され、効果が確認されてきた。この
ような量子化アルゴリズムでは、量子化の前段階でブロ
ックの特徴抽出手段60により符号化対象ブロックの特徴
を抽出し、それぞれの特徴に応じて適応量子化手段61で
量子化する構成を基本としているため、圧縮効率は符号
化対象ブロックの特徴抽出手段60に大きく依存してい
る。したがって、特徴抽出手段について多くの提案がさ
れてきたが、量子化手段そのものの特性を議論したもの
は少ない。
【０００３】図７は一般的な量子化手段における量子化
ステップＱの場合の量子化特性を示している。この量子
化手段では量子化演算によって発生する端数を四捨五入
で整数に丸めるため、丸めによる誤差Δの範囲は−Ｑ／
２≦Δ＜Ｑ／２となって、端数が量子化ステップＱの半
分のときに最大となっている。このような量子化手段に
おける丸めの問題点に着目し、丸めの閾値を変更するこ
とで圧縮効率を向上する量子化手段として、特開平４−
297185号公報があり、国際標準との互換性を考慮したも
のを提案している。この方法は図８に示すように、量子
化演算で発生する小数点以下の端数３ビットを参照する
ことで丸めの閾値を５Ｑ／８とし、四捨五入による丸め
の閾値Ｑ／２よりも大きく設定することで、量子化演算
結果が小さくなるように丸めている。このように丸めの
閾値を大きくとることで丸めによる誤差Δの範囲は−５
Ｑ／８≦Δ＜５Ｑ／８となって、四捨五入の場合に比べ
て最大の絶対誤差はＱ／８だけ増加する。しかしながら
後段に可変長符号化手段を組み合わせて使用するような
場合、より短い符号が割り当てられるために圧縮効率の
向上が達成できるとしている。
ステップＱの場合の量子化特性を示している。この量子
化手段では量子化演算によって発生する端数を四捨五入
で整数に丸めるため、丸めによる誤差Δの範囲は−Ｑ／
２≦Δ＜Ｑ／２となって、端数が量子化ステップＱの半
分のときに最大となっている。このような量子化手段に
おける丸めの問題点に着目し、丸めの閾値を変更するこ
とで圧縮効率を向上する量子化手段として、特開平４−
297185号公報があり、国際標準との互換性を考慮したも
のを提案している。この方法は図８に示すように、量子
化演算で発生する小数点以下の端数３ビットを参照する
ことで丸めの閾値を５Ｑ／８とし、四捨五入による丸め
の閾値Ｑ／２よりも大きく設定することで、量子化演算
結果が小さくなるように丸めている。このように丸めの
閾値を大きくとることで丸めによる誤差Δの範囲は−５
Ｑ／８≦Δ＜５Ｑ／８となって、四捨五入の場合に比べ
て最大の絶対誤差はＱ／８だけ増加する。しかしながら
後段に可変長符号化手段を組み合わせて使用するような
場合、より短い符号が割り当てられるために圧縮効率の
向上が達成できるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
量子化手段を実際のハードウエアで実現する場合、回路
規模や演算速度などの観点から、実数による除算を実行
して理想的に量子化することは非常に困難である。
量子化手段を実際のハードウエアで実現する場合、回路
規模や演算速度などの観点から、実数による除算を実行
して理想的に量子化することは非常に困難である。
【０００５】
【外１】 それゆえ図５に示すように、量子化ステップＱの逆数Ｒ
を２Ｋ倍して小数点以下
を２Ｋ倍して小数点以下
【０００６】を四捨五入で丸めたＫビット固定小数点近
似の逆数Ｒrを用いて、量子化演算を整数の乗算で実行
することが広く行われてきた。このとき、Ｋビット固定
小数点近似による逆数Ｒrは２のべき乗の逆数の和で表
現されるため、量子化ステップＱが２のべき乗となる特
別な場合を除いて、真の逆数Ｒに対して
似の逆数Ｒrを用いて、量子化演算を整数の乗算で実行
することが広く行われてきた。このとき、Ｋビット固定
小数点近似による逆数Ｒrは２のべき乗の逆数の和で表
現されるため、量子化ステップＱが２のべき乗となる特
別な場合を除いて、真の逆数Ｒに対して
【０００７】
【外２】 −１／２Ｋ＋１＜δｒ≦１／２Ｋ＋１の範囲で近似誤差
δｒを生じる。
δｒを生じる。
【０００８】この近似誤差δrは量子化ステップＱによ
って正あるいは負にばらつくため、量子化演算する際の
丸め閾値が変動し、目的とする量子化特性が実現できな
いことになる。したがって一般的な量子化特性も前述の
特開平４−297185号公報で提案されているような圧縮効
率の向上を狙った量子化方法も効果的に作用しなくなる
など、実施上の課題が発生する。この課題を圧縮効率の
観点から見ると、逆数ＲのＫビット固定小数点近似の際
に四捨五入で小数点以下が切り上げられるような場合、
等価的な量子化ステップは目的とする量子化ステップＱ
より小さくなって、量子化演算結果が実数の除算による
理想的な量子化演算結果に比べて大きめに計算されるこ
とになる。すなわち、量子化後のデータが大きくなり、
後段の可変長符号化手段でより長い符号が割り当てられ
るため、圧縮効率が低下してしまうことになる。
って正あるいは負にばらつくため、量子化演算する際の
丸め閾値が変動し、目的とする量子化特性が実現できな
いことになる。したがって一般的な量子化特性も前述の
特開平４−297185号公報で提案されているような圧縮効
率の向上を狙った量子化方法も効果的に作用しなくなる
など、実施上の課題が発生する。この課題を圧縮効率の
観点から見ると、逆数ＲのＫビット固定小数点近似の際
に四捨五入で小数点以下が切り上げられるような場合、
等価的な量子化ステップは目的とする量子化ステップＱ
より小さくなって、量子化演算結果が実数の除算による
理想的な量子化演算結果に比べて大きめに計算されるこ
とになる。すなわち、量子化後のデータが大きくなり、
後段の可変長符号化手段でより長い符号が割り当てられ
るため、圧縮効率が低下してしまうことになる。
【０００９】また、図７に示すような一般的な量子化特
性を実現しようとする場合、規模の大小はあるものの特
別な処理が必要となる課題がある。国際標準方式のＤＳ
Ｐ(digital signal processor)化やＬＳＩ化が進んでい
る今日、従来から用いられている標準的な量子化回路を
そのまま利用することによって圧縮効率を向上すること
ができれば、装置の小型化や低コスト化が容易に実現で
き、実用上極めて有用である。本発明は、上記従来の課
題を解決するものであり、直交変換と可変長符号化を用
いた各種符号化標準と完全に互換性を保つとともに、圧
縮効率を向上することが可能な画像圧縮用量子化装置を
実現することを目的とするものである。
性を実現しようとする場合、規模の大小はあるものの特
別な処理が必要となる課題がある。国際標準方式のＤＳ
Ｐ(digital signal processor)化やＬＳＩ化が進んでい
る今日、従来から用いられている標準的な量子化回路を
そのまま利用することによって圧縮効率を向上すること
ができれば、装置の小型化や低コスト化が容易に実現で
き、実用上極めて有用である。本発明は、上記従来の課
題を解決するものであり、直交変換と可変長符号化を用
いた各種符号化標準と完全に互換性を保つとともに、圧
縮効率を向上することが可能な画像圧縮用量子化装置を
実現することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による画像圧縮用量子化装置は、量子化ステ
ップＱの逆数ＲをＫビット固定小数点近似する際に、少
なくとも量子化ステップＱが偶数の場合はＫ＋１ビット
以下を切り捨てとし、真の逆数Ｒを越えないＫビット固
定小数点近似で表現でき得る最大の逆数Ｒtを乗じるよ
うに構成するものである。
に、本発明による画像圧縮用量子化装置は、量子化ステ
ップＱの逆数ＲをＫビット固定小数点近似する際に、少
なくとも量子化ステップＱが偶数の場合はＫ＋１ビット
以下を切り捨てとし、真の逆数Ｒを越えないＫビット固
定小数点近似で表現でき得る最大の逆数Ｒtを乗じるよ
うに構成するものである。
【００１１】
【作用】以上のように構成することにより、少なくとも
量子化ステップＱが偶数であって量子化演算結果の端数
が四捨五入で整数に丸める際の閾値Ｑ／２になる可能性
がある場合、Ｋビット切り捨てによる固定小数点近似の
逆数Ｒtは常に小さめとなるため、端数Ｑ／２のものは
等価的に四捨五入の丸め閾値より下の量子化レベルに量
子化される。これにより後段の可変長符号化の際にゼロ
ラン長が長くなり、あるいは有意な係数値もレベルが減
少するためにより短い符号が割り当てられることで、圧
縮効率が向上する。なお、この際、量子化ステップＱの
逆数Ｒを切り捨てで、Ｋビット固定小数点近似したこと
による近似誤差δtは
量子化ステップＱが偶数であって量子化演算結果の端数
が四捨五入で整数に丸める際の閾値Ｑ／２になる可能性
がある場合、Ｋビット切り捨てによる固定小数点近似の
逆数Ｒtは常に小さめとなるため、端数Ｑ／２のものは
等価的に四捨五入の丸め閾値より下の量子化レベルに量
子化される。これにより後段の可変長符号化の際にゼロ
ラン長が長くなり、あるいは有意な係数値もレベルが減
少するためにより短い符号が割り当てられることで、圧
縮効率が向上する。なお、この際、量子化ステップＱの
逆数Ｒを切り捨てで、Ｋビット固定小数点近似したこと
による近似誤差δtは
【００１２】
【外３】 −１／２Ｋ＜δｔ≦０の範囲となり、従来の四捨五入に
よる近似誤差δｒの範囲
よる近似誤差δｒの範囲
【００１３】に比べて絶対誤差は増大するが、実用的な
固定小数点近似の語長Ｋ，量子化ステップＱ，直交変換
係数値の範囲では、近似誤差δtの増大は問題とならな
い。
固定小数点近似の語長Ｋ，量子化ステップＱ，直交変換
係数値の範囲では、近似誤差δtの増大は問題とならな
い。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の画像圧縮用量子化装置の実施
例について、図面を参照しながら説明する。まず図１，
図２を用いて本発明の画像圧縮用量子化装置の構成例を
説明する。図１は本発明の一実施例における量子化手段
を示しており、Ｎ×Ｎ個の基本量子化ステップ行列10、
量子化ステップをスケーリングする量子化パラメータ1
1、第１および第２の乗算装置12，13、Ｋビット切り捨
てによる逆数発生手段14、Ｋビット四捨五入による逆数
発生手段15から構成されている。本発明による画像圧縮
用量子化装置は、実際の量子化で使用する量子化ステッ
プを第１の乗算装置12でＮ×Ｎ個の基本量子化ステップ
行列10と量子化ステップをスケーリングする量子化パラ
メータ11の積として求め、量子化ステップが偶数の場合
はＫビット切り捨てによる逆数発生手段14で量子化ステ
ップの真の逆数値を越えない最大の値に、量子化ステッ
プが奇数の場合はＫビット四捨五入による逆数発生手段
１５で量子化ステップの真の逆数値に最も近い値になる
ようにＫビット固定小数点近似の逆数に変換する。ここ
で発生したＫビット固定小数点近似の逆数と直交変換係
数の積を第２の乗算装置１３で計算して量子化出力とす
る。図２は本実施例の画像圧縮用量子化装置を用いた典
型的な画像圧縮装置の構成例を示しており、Ｎ×Ｎ画素
ブロックの直交変換手段20，本実施例による量子化手段
21，可変長符号を用いた符号化手段22から構成されてい
る。画素データ列はＮ×Ｎ画素ブロックごとに直交変換
手段20で周波数変換係数に変換され、本実施例による量
子化手段21で量子化される。可変長符号を用いた符号化
手段22は、量子化された直交変換係数の出現頻度の高い
ものから短い符号を割り当てるとともに、値がゼロのも
のはそのラン長を圧縮画像の符号化ビット列として出力
する。
例について、図面を参照しながら説明する。まず図１，
図２を用いて本発明の画像圧縮用量子化装置の構成例を
説明する。図１は本発明の一実施例における量子化手段
を示しており、Ｎ×Ｎ個の基本量子化ステップ行列10、
量子化ステップをスケーリングする量子化パラメータ1
1、第１および第２の乗算装置12，13、Ｋビット切り捨
てによる逆数発生手段14、Ｋビット四捨五入による逆数
発生手段15から構成されている。本発明による画像圧縮
用量子化装置は、実際の量子化で使用する量子化ステッ
プを第１の乗算装置12でＮ×Ｎ個の基本量子化ステップ
行列10と量子化ステップをスケーリングする量子化パラ
メータ11の積として求め、量子化ステップが偶数の場合
はＫビット切り捨てによる逆数発生手段14で量子化ステ
ップの真の逆数値を越えない最大の値に、量子化ステッ
プが奇数の場合はＫビット四捨五入による逆数発生手段
１５で量子化ステップの真の逆数値に最も近い値になる
ようにＫビット固定小数点近似の逆数に変換する。ここ
で発生したＫビット固定小数点近似の逆数と直交変換係
数の積を第２の乗算装置１３で計算して量子化出力とす
る。図２は本実施例の画像圧縮用量子化装置を用いた典
型的な画像圧縮装置の構成例を示しており、Ｎ×Ｎ画素
ブロックの直交変換手段20，本実施例による量子化手段
21，可変長符号を用いた符号化手段22から構成されてい
る。画素データ列はＮ×Ｎ画素ブロックごとに直交変換
手段20で周波数変換係数に変換され、本実施例による量
子化手段21で量子化される。可変長符号を用いた符号化
手段22は、量子化された直交変換係数の出現頻度の高い
ものから短い符号を割り当てるとともに、値がゼロのも
のはそのラン長を圧縮画像の符号化ビット列として出力
する。
【００１５】図３は本実施例の逆数発生手段をＲＯＭ
（リードオンリーメモリ）を用いて構成する例を示して
おり、あらかじめ量子化ステップが偶数の場合、奇数の
場合でそれぞれＫビット切り捨て、Ｋビット四捨五入で
逆数を計算しておいた逆数テーブル30を引用することで
実現できる。これにより種々の符号化国際標準を含む従
来の量子化装置と同一の構成にすることができ、互換性
を保つことが可能となる。
（リードオンリーメモリ）を用いて構成する例を示して
おり、あらかじめ量子化ステップが偶数の場合、奇数の
場合でそれぞれＫビット切り捨て、Ｋビット四捨五入で
逆数を計算しておいた逆数テーブル30を引用することで
実現できる。これにより種々の符号化国際標準を含む従
来の量子化装置と同一の構成にすることができ、互換性
を保つことが可能となる。
【００１６】図４は本実施例による画像圧縮用量子化装
置の量子化特性を示している。本実施例の画像圧縮用量
子化装置の特性は少なくとも量子化ステップが偶数の場
合、量子化ステップの逆数をＫビット切り捨てで固定小
数点近似することにより、わずかに大きな量子化ステッ
プで量子化するようにし、量子化演算後の端数がちょう
ど四捨五入による丸め閾値になるものを１つ下の量子化
レベルにすることと等価であるため、後段の可変長符号
化を有利に利用して圧縮効率の向上を達成している。な
お、これによって数学的な絶対誤差は増大するが、実用
的な固定小数点近似語長Ｋ，量子化ステップＱ，直交変
換係数値の範囲において実用上の問題は発生しない。
置の量子化特性を示している。本実施例の画像圧縮用量
子化装置の特性は少なくとも量子化ステップが偶数の場
合、量子化ステップの逆数をＫビット切り捨てで固定小
数点近似することにより、わずかに大きな量子化ステッ
プで量子化するようにし、量子化演算後の端数がちょう
ど四捨五入による丸め閾値になるものを１つ下の量子化
レベルにすることと等価であるため、後段の可変長符号
化を有利に利用して圧縮効率の向上を達成している。な
お、これによって数学的な絶対誤差は増大するが、実用
的な固定小数点近似語長Ｋ，量子化ステップＱ，直交変
換係数値の範囲において実用上の問題は発生しない。
【００１７】
【発明の効果】本発明による画像圧縮用量子化装置は、
Ｋビット固定小数点近似の逆数を乗じて量子化を実行す
る量子化装置において、量子化ステップによる丸め閾値
のばらつきを抑え、圧縮効率の向上によって復号画像の
画質を改善するとともに、符号化国際標準方式を含む従
来の符号化方式と完全に互換性を保つため、ＤＳＰ化や
ＬＳＩ化が進んでいる種々の標準的な回路をそのまま利
用することで小型化、低コスト化を実現する効果があ
る。
Ｋビット固定小数点近似の逆数を乗じて量子化を実行す
る量子化装置において、量子化ステップによる丸め閾値
のばらつきを抑え、圧縮効率の向上によって復号画像の
画質を改善するとともに、符号化国際標準方式を含む従
来の符号化方式と完全に互換性を保つため、ＤＳＰ化や
ＬＳＩ化が進んでいる種々の標準的な回路をそのまま利
用することで小型化、低コスト化を実現する効果があ
る。
【図１】本発明の一実施例における画像圧縮用量子化装
置を示すブロック図である。
置を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例における画像圧縮用量子化装
置を用いた典型的な画像圧縮装置を示すブロック図であ
る。
置を用いた典型的な画像圧縮装置を示すブロック図であ
る。
【図３】本発明の一実施例における逆数発生手段を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図４】本発明の一実施例における画像圧縮用量子化装
置による量子化特性を示す概念図である。
置による量子化特性を示す概念図である。
【図５】Ｋビット固定小数点近似による逆数の近似法と
その算術的誤差を示す概念図である。
その算術的誤差を示す概念図である。
【図６】従来の場合分けに基づく量子化手段の典型的構
成例を示すブロック図である。
成例を示すブロック図である。
【図７】一般的な量子化特性を示す概念図である。
【図８】従来の小数点以下の端数ビットを処理する量子
化装置の概念図である。
化装置の概念図である。
10…Ｎ×Ｎ個の基本量子化ステップ行列、 11…量子化
パラメータ、 12…第１の乗算装置、 13…第２の乗算
装置、 14…Ｋビット切り捨てによる逆数発生手段、
15…Ｋビット四捨五入による逆数発生手段、 20…Ｎ×
Ｎ画素ブロックの直交変換手段、 21…本実施例による
量子化手段、 22…可変長符号を用いた符号化手段、
30…逆数テーブル、 60…ブロックの特徴抽出手段、
61…適応量子化手段。
パラメータ、 12…第１の乗算装置、 13…第２の乗算
装置、 14…Ｋビット切り捨てによる逆数発生手段、
15…Ｋビット四捨五入による逆数発生手段、 20…Ｎ×
Ｎ画素ブロックの直交変換手段、 21…本実施例による
量子化手段、 22…可変長符号を用いた符号化手段、
30…逆数テーブル、 60…ブロックの特徴抽出手段、
61…適応量子化手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419 H03M 7/30
Claims (1)
- 【請求項１】 量子化ステップの逆数を乗じて所望ビッ
トに量子化する量子化装置において、量子化ステップＱ
の逆数ＲをＫビット固定小数点近似する際に、少なくと
も量子化ステップＱが偶数の場合はＫ＋１ビット以下を
切り捨てとし、前記逆数Ｒを超えないＫビット固定小数
点近似で表現でき得る最大の逆数Ｒ t を乗じる手段を備
えたことを特徴とする画像圧縮用量子化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12714293A JP3044514B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 画像圧縮用量子化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12714293A JP3044514B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 画像圧縮用量子化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06339029A JPH06339029A (ja) | 1994-12-06 |
| JP3044514B2 true JP3044514B2 (ja) | 2000-05-22 |
Family
ID=14952662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12714293A Expired - Fee Related JP3044514B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 画像圧縮用量子化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3044514B2 (ja) |
-
1993
- 1993-05-28 JP JP12714293A patent/JP3044514B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06339029A (ja) | 1994-12-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080317 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090317 Year of fee payment: 9 |
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