JP3178140B2 - 画像データ圧縮装置 - Google Patents

画像データ圧縮装置

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JP3178140B2 JP1981793A JP1981793A JP3178140B2 JP 3178140 B2 JP3178140 B2 JP 3178140B2 JP 1981793 A JP1981793 A JP 1981793A JP 1981793 A JP1981793 A JP 1981793A JP 3178140 B2 JP3178140 B2 JP 3178140B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像の帯域圧縮を必要
とする通信系および蓄積メディア系(ディスク、テープ
等)に使用される画像データ圧縮装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高S/Nを実現するために、画像
データをディジタル化し、記録または伝送する試みが多
くなされている。ところが、画像データをディジタル化
して記録再生しようとすると広い帯域が必要となり、媒
体の必要面積、およびコストの増大および通信コストの
増大を招く。そこで、画像の持っている相関性および人
間の持つ視覚特性を利用し、画像のデータ量を大幅に削
減するための試みがなされている。
【0003】以下に、従来の画像データ圧縮装置につい
て説明する。図4は従来の帯域分割による動画像データ
圧縮装置の構成を示すブロック図である。画像データ
は、フレーム間に大きな相関が有るため、減算器401
によって前、または、後のフレーム画像を参照フレーム
として、フレーム間の減算処理が行われる。差分処理さ
れたデータは、帯域分割・間引き処理回路402におい
て帯域分割および間引き処理が行われる。ここで、帯域
分割および間引き処理は、画像の場合、2次元的に水平
方向と垂直方向の両方に対して行われる。図5に示すよ
うに、水平方向に低域フィルタ回路501および高域フ
ィルタ回路502を用いて帯域分割される。そして、帯
域分割されたそれぞれのデータは、サブサンプリング回
路503によって2対1にサブサンプリングされる。
【0004】水平方向にサブサンプリングされたデータ
は、それぞれ垂直方向に対しても同様に低域フィルタお
よび高域フィルタによって帯域分割され、それぞれサブ
サンプリングされる。ここで、水平方向および垂直方向
の低域側のデータは、さらに、再帰的に帯域分割および
サブサンプリングが繰り返される。3回繰り返されたと
きの帯域分割の様子を図6に示す。図6において、fsは
元の画像のサンプリング周波数を示している。1回目の
帯域分割によってfs/4を中心にして2分割され、さらに
低域側がfs/8を中心にして2分割され、さらに低域側が
fs/16を中心にして2分割される。このように、低域側
を再帰的に帯域を半分に分割していくために、それぞれ
の帯域はオクターブに分割されていく。図6では、3
回、再帰的に帯域分割とサブサンプリングを繰り返して
いるが、繰り返しの数は任意でよい。また、帯域分割お
よびサブサンプリングを行ったデータを2次元的に表し
た図を図7に示す。ここで、左側が、水平方向の低域側
の領域の画像を示し、右側が水平方向の高域側の領域の
画像を示す。また、上側が垂直方向の低域側の領域の画
像を示し、下側が、垂直方向の高域側の領域の画像を示
す。次に、再帰的に分割されたデータは、それぞれの領
域(帯域)に応じて、再量子化器403によって再量子
化が行われる。ここで、行われる再量子化は、それぞれ
の帯域に対する人間のコントラストの感度に応じて量子
化される。一般に、低域側は細かく量子化され、高域は
粗く量子化される。量子化された各領域のデータは、可
変長符号化器404によって可変長符号化される。可変
長符号化の方法はハフマン符号、算術符号等が用いられ
る。再量子化されたデータは、零付近に発生頻度が集中
しているために、一般に、零付近の値に対しては短い符
号長を割当て、絶対値の大きい値に対しては長い符号長
を割り当てる。一方、符号化したデータを後に符号化す
る画像の参照フレームとするため、再構成される。した
がって、再量子化器403によって、再量子化されたデ
ータは、逆量子化器405によって、逆量子化される。
逆量子化されたデータは、補間処理回路406によっ
て、補間処理される。補間処理は、帯域分割・間引き処
理回路402で行った処理と逆に低域側から順番に、低
域と高域を対にして、それぞれ補間処理され、加算され
る。補間処理されたデータは、符号化する際に用いた以
前の参照フレームと加算される。再構成された画像デー
タは、次の符号化を行う画像の参照フレームとするた
め、フレームメモリ408に蓄積される。そして、蓄積
された参照フレームは、これから符号化するフレームと
の相関性を高めるために、動き補償回路409によっ
て、動きベクトルの計算および動き補償が行われる。図
8は、従来の動きベクトルの計算方法を説明するための
模式図である。計算方法は、符号化する画像の任意の画
素数からなる計算領域のブロックと参照画像の任意の画
素数からなる計算領域のブロックとの間の差分の絶対値
の加算を、ある捜索範囲にわたって計算し、その最小値
となる画素のずれが、動きベクトルとなる。これを、一
般にブロックマッチング法と言う。マッチングの計算を
行う計算領域の大きさ、そして動きベクトルを求める捜
索範囲は、任意でよい。このようにして、求められた動
きベクトルに従って、参照フレームは動き補償される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、ブロック単位でマッチングを行うため、フ
レーム間で平行移動以外の動き、例えば、回転,変形な
どがあると著しくフレーム間の相関が低下する。
【0006】また、参照フレームを再構成するために逆
変換処理(補間処理)が必要になってくる。
【0007】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、動画像の符号化方式において、フレーム間の相関性
を高め、符号化効率を改善し、また、逆変換器(補間処
理)を必要とせず、回路規模を削減する画像データ圧縮
装置の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の画像データ圧縮装置は、帯域分割を再帰的に
行った後、低域側から階層的に動きベクトルを求め、ま
た、フレーム間の差分処理は、帯域分割・間引き処理さ
れた画像に対して行う構成を有する。
【0009】
【作用】本発明は、上記した構成によって、フレーム間
の相関が高まり符号化効率が向上し、しかも逆変換処理
が不要になるように作用する。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。
【0011】図1は本実施例における画像データ圧縮装
置の構成を示すブロック図である。図1において、画像
データは、まず、帯域分割・間引き処理回路101にお
いて帯域分割および間引き処理が行われる。ここで、帯
域分割および間引き処理は、画像の場合、2次元的に水
平方向と垂直方向の両方に対して行われる。図5に示す
ように、水平方向に低域フィルタ回路501および高域
フィルタ回路502を用いて帯域分割される。そして、
帯域分割されたそれぞれのデータは、サブサンプリング
回路503によって2対1にサブサンプリングされる。
ここで、低域フィルタおよび高域フィルタは、復号の過
程(補間処理およびフィルタリング処理)において、完
全に復元されるフィルタが選ばれる。
【0012】水平方向にサブサンプリングされたデータ
は、それぞれ垂直方向に対しても同様に低域フィルタお
よび高域フィルタによって帯域分割され、それぞれサブ
サンプリングされる。ここで、水平方向および垂直方向
の低域側のデータは、さらに、再帰的に帯域分割および
サブサンプリングが繰り返される。3回繰り返されたと
きの帯域分割の様子を図6に示す。図6において、fsは
元の画像のサンプリング周波数を示している。1回目の
帯域分割によってfs/4を中心にして2分割され、さらに
低域側がfs/8を中心にして2分割され、さらに低域側が
fs/16を中心にして2分割される。このように、低域側
を再帰的に帯域を半分に分割していくために、それぞれ
の帯域はオクターブに分割されていく。図6では、3
回、再帰的に帯域分割とサブサンプリングを繰り返して
いるが、繰り返しの数は任意でよい。また、帯域分割お
よびサブサンプリングを行ったデータを2次元的に表し
た図を図7に示す。ここで、左側が、水平方向の低域側
の領域の画像を示し、右側が水平方向の高域側の領域の
画像を示す。また、上側が垂直方向の低域側の領域の画
像を示し、下側が、垂直方向の高域側の領域の画像を示
す。
【0013】動画像データは、減算器102によって
前、または、後の帯域分割された画像を参照フレームと
して、フレーム間の差分処理が行われる。差分処理され
たデータは、それぞれの領域(帯域)に応じて、再量子
化器103によって再量子化が行われる。ここで、行わ
れる再量子化は、それぞれの帯域に対する人間のコント
ラストの感度に応じて量子化される。一般に、低域側は
細かく量子化され、高域は粗く量子化される。量子化さ
れた各領域のデータは、可変長符号化器104によって
可変長符号化される。可変長符号化の方法はハフマン符
号、算術符号等が用いられる。再量子化されたデータ
は、零付近に発生頻度が集中しているために、一般に、
零付近の値に対しては短い符号長を割当て、絶対値の大
きい値に対しては長い符号長を割り当てる。一方、符号
化したデータを後に符号化する画像の参照フレームとす
るため、符号化とは逆の処理を行うことによって、再構
成される。したがって、再量子化器103によって、再
量子化されたデータは、逆量子化器105によって、逆
量子化される。逆量子化されたデータは、加算器106
によって、符号化する際に用いた以前の参照フレームと
加算される。再構成された画像データは、次の符号化を
行う画像の参照フレームとするため、フレームメモリ1
07に蓄積される。
【0014】さらに、蓄積された参照フレームは、これ
から符号化するフレームとの相関性を高めるために、動
き補償回路108によって、動きベクトルの計算および
動き補償が行われる。図2は、符号化を行う帯域分割さ
れたデータと、動きベクトルを求める際に参照される帯
域分割されたデータとの関係を説明するための模式図で
ある。図中の数字は、それぞれ、図7に示した各領域に
相当する数字であり、上から下に向うにつれて、低周波
領域から高周波領域に向うことを示している。いま、動
きベクトルを、低周波側から、高周波側に向かって、階
層的に求めるために、まず、符号化帯域分割データの
【0015】
【外1】
【0016】と参照される帯域分割データ
【0017】
【外2】
【0018】が比較され、領域(外1)の各画素単位で
動きベクトルが求められる。ここで、動きベクトルの捜
索範囲は、任意でよい。また、比較計算される領域は、
1画素である。同様にして、順次、高域側に向かって、
階層的に動きベクトルが求められる。図3は、階層的に
動きベクトルを求める方法を説明する模式図である。
【0019】
【外3】
【0020】の領域のデータは、(外1)の領域が2倍
に拡大されているため、(外1)で求められた動きベク
トルを2倍した点が基準となって、(外3)の領域の動
きベクトルが計算される。(外3)の領域の動きベクト
ルの捜索範囲は、水平、垂直とも、0から1画素の範囲
で計算され、画素単位で絶対値が計算され、動きベクト
ルが求められる。領域
【0021】
【外4】
【0022】の動きベクトルも同様にして求められる。
求められた動きベクトルの値は、各領域内で、相関が高
いため、各領域内で差分処理が行われる。差分処理され
た動きベクトルの値は、零付近にデータが集中するた
め、零付近の値に対して短い符号を割り当てる可変長符
号化が行われ、データが送られる。次に、求められた動
きベクトルに応じて、参照フレームの動き補償が行われ
る。領域
【0023】
【外5】
【0024】は、領域(外1)で求めた動きベクトルに
応じて、参照フレームの動き補償が行われる。また、領
【0025】
【外6】
【0026】は、領域(外3)で求めた動きベクトルに
応じて、参照フレームの動き補償が行われる。同様に、
領域
【0027】
【外7】
【0028】は、領域(外4)で求めた動きベクトルに
応じて、参照フレームの動き補償が行われる。そして、
動き補償された帯域分割データを参照フレームとして、
符号化される帯域分割フレームのデータが減算器102
によって差分処理され符号化されていく。
【0029】このように本実施例によると、画像データ
は帯域分割およびサブサンプリングし、減算器で参照フ
レームとの差分を求め、再量子化器において人間の視覚
特性に応じて再量子化し可変長符号化を行う。一方、逆
量子化して以前の参照フレームに加算し、動き補償回路
を用いて次に符号化されるデータと、低域側から高域側
に向かって順次比較し、階層的に動き補償し、帯域分割
フレームデータを符号化していくので、符号化効率が向
上する。
【0030】
【発明の効果】以上の実施例から明かなように本発明に
よると、帯域分割によって画像を符号化する圧縮装置に
おいて、帯域分割後、低域側から階層的に動きベクトル
を求めることによって、フレーム間の相関を高め符号化
効率を改善することができ、また、帯域分割後のデータ
を比較するため、参照フレームの逆変換処理が不要にな
り、回路規模を削減し得る画像データ圧縮装置を提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における画像データ圧縮装置
の構成を示すブロック図
【図2】同実施例において符号化を行う帯域分割された
データと、動きベクトルを求める際に参照される帯域分
割されたデータとの関係を説明するための模式図
【図3】同実施例における階層的に動きベクトルを求め
る方法を説明するための模式図
【図4】従来の画像データ圧縮装置の構成を示すブロッ
ク図
【図5】従来例における帯域分割および間引き処理回路
の構成を示すブロック図
【図6】従来例における帯域分割を説明するための特性
【図7】従来例における帯域分割の領域を説明するため
の模式図
【図8】従来例における動きベクトルを求める方法を説
明するための模式図
【符号の説明】
101 帯域分割・間引き処理回路 102 減算器 103 再量子化器 104 可変長符号化器 105 逆量子化器 106 加算器 107 フレームメモリ 108 動き補償回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画像データを低域と高域に分割し、帯域
    分割されたデータを間引くための帯域分割・間引き処理
    手段と、 前記帯域分割・間引き処理手段において処理されたデー
    タを参照フレームから差分処理する減算処理手段と、 前記差分処理されたデータを再量子化する再量子化処理
    手段と、 前記再量子化されたデータを可変長符号化する可変長符
    号化処理手段と、 前記再量子化されたデータを次の参照フレームとするた
    め、逆量子化する逆量子化処理手段と、 前記逆量子化されたデータと、符号化するのに用いた以
    前の参照フレームとを加算するための加算処理手段と、 前記加算されたデータを次の符号化を行うまでの間、参
    照フレームとして蓄積しておくためのフレーム蓄積手段
    と、 前記参照フレームと符号化するフレームとの間の動きベ
    クトルの計算および動き補償を行う動き補償手段とを備
    え、前記動き補償手段における動きベクトルの計算は、それ
    ぞれ帯域分割された低域側の階層から順番に高域側の階
    層の動きベクトルを求め、各階層の動きベクトルは、一
    つ前の低域側の階層の動きベクトルを初期の起点ベクト
    ルとしながら順次高域側の階層の動きベクトルを求める
    ことを特徴とする画像データ圧縮装置。
  2. 【請求項2】 各階層の動きベクトルの符号化手段は、
    一つ前のフレームで求められた同じ帯域の階層の動きベ
    クトルの値に対して差分処理をする請求項1記載の画像
    データ圧縮装置。
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