JP3237096B2 - 適応ゾーンコーダ - Google Patents

適応ゾーンコーダ

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JP3237096B2 JP29967190A JP29967190A JP3237096B2 JP 3237096 B2 JP3237096 B2 JP 3237096B2 JP 29967190 A JP29967190 A JP 29967190A JP 29967190 A JP29967190 A JP 29967190A JP 3237096 B2 JP3237096 B2 JP 3237096B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の分野＞ 本発明は、イメージデータ圧縮に関し、特に、伝送ま
たは記憶のためにイメージデータを変換コード化する適
応化技術に関する。
＜発明の背景＞ 多くの通信システムは、イメージデータの伝送および
／または記憶を必要とする。一定のイメージをコード化
するのに必要な情報量を最小とする技術は、いずれも極
めて望ましいものである。変換コード化は、このような
方法の主要部分を成すものである。有意のイメージは、
通常、長レンジ構造を高度に含んでいる。換言すれば、
これらのイメージは、高要素関相関を有する。変換コー
ド化において、高要素間相関を含むイメージは、相関関
係のない複数個の係数の集合に変換されることにより、
原始イメージ中の冗長情報の大部分を削除する。初期の
変換技術は、フーリエ変換を採用した。現在の手法は、
いずれも比較的高度のコード化効率を与える離散的COS
変換（DCT）またはハデマード変換を用いる。
通常、コード化されるべきイメージは、複数個のイメ
ージブロックに区分され、各イメージブロックは、８×
８または16×16の正方配列に分割される。生じた複数の
ブロックは、順次コード化される。代表的なイメージ圧
縮パイプラインは、変換コーダ、量子化器およびエント
ロピーコーダを内包する。量子化器は、複数個の連続値
から成る範囲にある係数を一組の離散的量子化値のメン
バとして写像する。エントロピーコーダは、情報の諸統
計特性を利用して該情報を圧縮する、すなわち、より少
ない２進数を利用して同一のメッセージを表現する。例
えば、ハフマン（Huffman）コーダは、最高頻度入力デ
ータ記号を最短出力コードに関係付け、最低頻度入力デ
ータ記号を最長出力コードに関係付ける。変換コーダが
イメージブロックを相関関係のない係数の集合に変換し
た後、量子化器は、対応離散値列をエントロピーコーダ
に供給する。その後、生成した２進数ストリームは、伝
送され、または、記憶される。
イメージの変換コード化から生じた全ての係数を保存
することは可能である。しかし、これは、必要でもなく
望ましくもない。人間の視覚系の本質により、知覚され
たイメージの品質の劣化を伴うことなく、一定の係数を
切捨てることができる。視覚的に重要な係数のみを保存
することにより、許容忠実度のイメージは、変換コード
化法により供給されたものより顕著に少ない情報を利用
して復元することができる。
代表的な２次元原始イメージに対して、変換操作は、
イメージエネルギを、２次元配列にすることができる１
組の2,3低位の係数に再分配する結果となる。視覚的に
有意味の係数は、通常、上記２次元配列の上方左隅に見
出される。
「ゾーンコード化」と称される公知の方法によれば、
２次元配列の特定ゾーン、例えば２次元配列の上方左側
象限内に存在する係数のみが保存される。有意データ圧
縮は、この方法を利用することにより達成することがで
きる。しかし、画像忠実度は、有意高周波成分を含むシ
ーンに対して減少するため、この圧縮は不十分である。
「適応変換コード化」と称される他の手法において、
ブロックのアクティビティの測定値は、最適量子化器を
選択するために用いられる。この方法は、一定ブロック
のアクティビティレベルに最適な量子化精度を与えるこ
とにより効率利得を達成する。しかし、量子化器の状態
を特定するために必要な付加情報を通常係数データとと
もに伝送しなければならない。
＜発明の要約＞ 本発明は、空間領域にあるイメージデータの２次元ブ
ロックを伝送する工程を含むイメージデータ圧縮方法を
提供する。変換されたイメージデータは、アクティビテ
ィの２次元配列として表現される。その後、この係数の
２次元配列は、直列化され、先頭係数および原始後端係
数を含む係数の１次元配列となる。その後、係数の１次
元配列は、量子化される。その後、係数の１次元配列の
一部は、先頭係数から始まり、原始後端係数よりも先頭
係数に近接した新後端係数で終るように選定される。最
後に、ブロック終結記号は、上記新後端係数の後に付加
され、係数の１次元配列の上記選定部分は、エントロピ
ーコーダを用いてコード化される。
好適な実施態様において、上記選定部分は、まず、上
記係数の１次元配列の上記合計アクティビティを測定す
ることにより選定される。上記係数の１次元配列の連続
した小部分のアクティビティの測定値は、オンザフライ
と判定され、現在の合計に追加される。上記現在の合計
の各新値は、上記係数の１次元配列の上記合計アクティ
ビティと比較される。この比較、および、他の好適な実
施例において、イメージ品質の設定可能なレベルに基づ
いて、新後端係数が指定される。また、先頭係数と新後
端係数とにより区切られた上記係数の１次元配列の上記
選定部分のみがコード化のために提供される。
本発明の他の全体的特徴は、イメージデータ圧縮パイ
プラインに内包された装置である。このイメージデータ
圧縮パイプラインは、変換コーダ、シリアライザ、量子
化器およびエントロピーコーダを内包する。上記装置
は、上記量子化器および上記エントロピーコーダに接続
されたメモリを内包する。このメモリは、変換され、直
列化され、量子化されたイメージデータの少なくとも１
ブロックを記憶し遅延させることに適用される入力端お
よび出力端を有し、上記イメージデータのブロックの連
続した小部分をエントロピーコーダに供給することにも
適用される。また、上記装置は、量子化器に接続され上
記イメージデータのブロックの合計アクティビティを測
定する第１測定器と、上記メモリの出力端に接続され上
記イメージデータのブロックの連続した小部分のアクテ
ィビティを測定し上記アクティビティの現在の合計を算
出する第２測定器とを内包する。制御ローユニットは、
第１および第２測定器とエントロピーコーダとに接続さ
れ、第２測定器に供給された上記現在の合計を上記第１
測定器から供給された上記合計アクティビティに一部基
づいたレベルと比較することに適用され、ブロック終結
記号を上記エントロピーコーダに送給する。
上記エントロピーコーダは、ブロック終結記号を受取
った時に上記イメージデータのブロックの一部のみをコ
ード化することに適用される。
したがって、例えば、各ブロックのアクティビティレ
ベルまたはランレングスを表示するために各ブロックと
ともに付加情報を伝送する必要がない。上記ブロック終
結記号は、入力ビットストリームをイメージデータのブ
ロック群に逆構文解析するためにイメージデータ受信器
に十分な情報を供給する。
＜実施例の詳細な説明＞ 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。第１
図に示されているように、代表的イメージ圧縮パイプラ
インは、1974年１月発行のIEEEコンピュータによる変換
の論文集90〜93頁にあるアームドその他による「離散的
COS変換」に開示された例えば離散的COS変換コーダ（DC
T）のような変換コーダ10と、プロセスIEEEの第III部、
60巻論文集809〜820頁にあるウインツの「変換画像コー
ド化」に記載された例えばリニア量子化器のような量子
化器12と、プロセスIRE40、第９号、1098〜1101頁にあ
るハフマンの「最小冗長コードの構成方法」において論
じられた例えばハフマンコーダのようなエントロピーコ
ーダ14とを含む。変換コーダ10がイメージデータを相関
関係のない複数個の係数の集合に変換した後、量子化器
12は、複数個の連続値から成る範囲から選択された各係
数を１組の離散的量子化値のメンバに変換する。その
後、これらの量子化値は、エントロピーコーダ14により
コード化される。その後、生じた２進数ストリームは、
転送され、または、記憶される。
通常、イメージデータは、２次元である。したがっ
て、変換コーダ10によって供給された情報は、２次元配
列として表現される。好適な実施例において、連続値の
２次元配列を連続値の１次元配列に変換するために例え
ばジグザグシリアライザのようなシリアライザが使用さ
れる。その後、連続値の１次元配列は、量子化されて離
散値の１次元配列を生じる。例えば、第2A図に示された
整数４×４配列を演算し第2B図に示された整数１×16配
列を生じる。
好適な実施例において、ジグザグシリアライザ16は、
第３図に示すように、変換コーダ10と量子化器12とを結
ぶイメージ圧縮パイプラインに内包されている。変換コ
ーダ10により供給された連続値の２次元配列を直列化し
た後、量子化器は、生じた連続値の１次元配列を量子化
値の１次元配列に写像する。その後、この量子化値の１
次元配列は、１ブロック遅延メモリユニット18内に１ブ
ロック処理間隔の間保持される。この間、上記量子化値
の１次元配列の同一コピーが合計ブロックアクティビテ
ィ測定モジュール20により測定される。合計ブロックア
クティビティ測定モジュール20は、制御ローモジュール
22に対して上記量子化値の１次元配列によって表現され
たイメージの「アクティビティ」または「エネルギー」
を表現する値となる上記量子化値の１次元配列内の各要
素の２乗（または、絶対値）の合計を算出する。
上記ジグザグシリアライザ16は、配列の始めに例え
ば、離散的COS変換から生じる低位係数を配置し、配列
の終りに高位項を配置する。十分な低位項が存在すると
きは、高位項は重要度が低いので、人間視覚反応の本質
により、知覚されたイメージの劣化を伴わずに切捨てる
ことができる。例えば、第2C図は、６個の最高位係数を
切捨てた後の第2B図の１次元配列を示す。ブロックのア
クティビティが該ブロックの低位係数におて大部分見出
されることは、普通であるから、これらの低位係数のみ
を伝送すれは実質的にイメージデータの一層の圧縮とな
る。しかし、非適応ゾーンコード化の公知の場合と異な
り、高位係数に有意アクティビティを有するブロック
は、これらの高位係数の大部分が伝送ブロックに含まれ
ることを可能とする方法で伝送され、優れた忠実度を有
する受信イメージとなる。また、例えば、各ブロックの
アクティビティレベルを表示するために、該ブロックと
ともに付加情報を伝送することは必要でない。その代
り、ブロック終結記号15は、イメージデータ受信器が入
力ビットストリームをイメージデータブロックに逆構文
解析される方法を知ることを可能とする。上記量子化値
の１次元配列は、１処理間隔の間メモリユニット18に存
在した後、再度、アクティビティについて測定される。
現在ブロックアクティビティ測定モジュール24は、量子
化値の１次元配列が該モジュール24内に入力された時、
該量子化値の１次元配列中の全要素の全２乗または絶対
値の現在の合計を算出する。上記量子化値の１次元配列
の各付加要素が現在ブロックアクティビティ測定モジュ
ール24に入力された時、現在の合計の新しい値が制御ロ
ーモジュール22に供給される。また、量子化値の１次元
配列の各要素が現在ブロックアクティビティ測定モジュ
ール24に入力された時、同一要素がエントロピーコーダ
14に入力される。新しく到着した配列要素は、ブロック
終結文字を表わす終了ブロック信号が制御ローモジュー
ル22により供給されるまで、エントロピーコーダ14内の
メモリレジスタ内に保持される。終了ブロック信号は、
量子化値の１次元配列がエントロピーコーダ14に入力さ
れた後、出力されてもよい。また、制御ローモジュール
は、所定アクティビティが現在ブロックアクティビティ
測定モジュール24により測定された後、終了ブロックの
信号を出力することもできる。この場合、１次元配列全
体が未だエントロピーコーダ14に入力されていない場合
であっても、生じた部分配列は、ブロック終結信号が部
分配列の終りに付加された状態で、伝送される。
制御ローモジュール22は、合計ブロックアクティビテ
ィ測定モジュール20により供給された現在の量子化値の
１次元配列の合計ブロックアクティビティを、現在ブロ
ックアクティビティ測定モジュール24から順次出力され
る、例えば２乗または絶対値の現在の合計のような現在
のブロックアクティビティの測定値と比較する。好適な
実施例において、比率または差分回路が、制御ローモジ
ュール22に内包され、現在のブロックアクティビティの
パーセントの測定値を出力する。合計ブロックアクティ
ビティ測定と現在ブロックアクティビティ測定との比較
によりどのくらいの「アクティビティ」がエントロビー
コーダ14に入力されたかを表示する。イメージ忠実度の
望ましいレベルは、付加入力26を使用することにより設
定することができる。
所定レベルに対して、伝送される係数の数は、低位、
中位および高位の係数間のアクティビティ分布により変
動する。ブロックのアクティビティがその低位項に集中
したときは、全ブロックのアクティビティの大部分が高
位係数に見出されたときよりも少ない係数を送給する必
要がある。伝送に使用されたチャネルが過負荷ととなっ
たときは、イメージ忠実度は、データ圧縮の増大と交換
に減少する虞がある。
本発明のイメージデータ圧縮法は、２個の２イメージ
間の相違のいずれのグレースケールのイメージもしくは
表現もコード化するのに使用することができる。
当業者であれば、特許請求の範囲に記載された発明か
ら逸脱することなく他の変形例に想到し得る。したがっ
て、上記の記載は、特許請求の範囲に示された発明を除
き、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】 第１図は、代表的イメージ圧縮パイプラインのブロック
線図、第2A図は、係数４×４配列の説明図、第2B図は、
第2A図に示された係数配列に対応する係数１×16配列の
説明図、第2C図は、第2B図の係数配列に対応しブロック
終結記号を付加した短縮係数配列の説明図、第３図は、
本発明にかかるイメージ圧縮システムのブロック線図で
ある。 第１図 １……イメージデータ ２……連続値 ３……離散値 ４……ビットストリーム 10……変換コーダ 12……量子化器 14……エントロピーコーダ 第３図 １……合計 ２……現在 10……変換コーダ （例えば、離散的COS変換） 12……量子化器 14……エントロビーコーダ （例えば、ハフマンコーダ） 16……ジグザグシリアライザ 18……１ブロック遅延 20……ブロックアクティビティ測定スタテック 22……制御ロー「終了ブロック」 24……ブロックアクティビティ測定ダイナミック 26……他入力
───────────────────────────────────────────────────── 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 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】空間領域内のイメージデータの２次元ブロ
    ックを、アクティビティ係数の２次元配列として表現さ
    れる周波数領域内のデータに変換する工程と、 上記係数の２次元配列全体を直列化し、先頭係数と原始
    後端係数とを含む係数の１次元配列を生じる工程と、 上記係数の１次元配列を量子化する工程と、 上記先頭係数から始まり上記原始後端係数よりも上記先
    頭係数に近接した新後端係数で終わる、上記係数の１次
    元配列の一部を選定する工程と、 上記新後端係数の後にブロック終了記号を付加する工程
    と、 エントロピーコーダにより上記一部のみをコード化する
    工程と を備えるイメージデータ圧縮方法において、 上記一部を選定する工程は、 上記係数の１次元配列の合計アクティビティの測定値を
    得る工程と、 上記１次元配列の連続した小部分のアクティビティの測
    定値をリアルタイムで判定し、上記アクティビティの測
    定値の現在の合計に追加する工程と、 上記現在の合計を、上記合計アクティビティの測定値に
    基づいて設定可能なレベルとリアルタイムで比較する工
    程と、 上記比較に従って新後端係数を指定する工程と からなることを特徴とするイメージデータ圧縮方法。
  2. 【請求項２】上記小部分は、それぞれが単一の係数であ
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】上記設定可能なレベルは、所望とするイメ
    ージ品質の度合にも基づいていることを特徴とする請求
    項１記載の方法。
  4. 【請求項４】空間領域内のイメージデータの２次元ブロ
    ックをアクティビティ係数の２次元配列として表現され
    る周波数領域内のデータに変換する変換コーダと、 上記係数の２次元配列全体を直列化し、先頭係数と原始
    後端係数とを含む係数の１次元配列を生じるシリアライ
    ザと、 上記係数の１次元配列を量子化する量子化器と、 上記先頭係数から始まり上記原始後端係数よりも上記先
    頭係数に近接した新後端係数で終わる、上記係数の１次
    元配列の一部を選定するセレクタと、 上記新後端係数の後にブロック終了記号を付加するアペ
    ンダと、 上記一部のみをコード化するエントロピーエンコーダと を備えるイメージデータ圧縮装置において、 上記セレクタは、 上記係数の１次元配列の合計アクティビティの測定する
    測定器と、 上記１次元配列の連続した小部分のリアルタイムのアク
    ティビティの測定値を得て上記アクティビティの測定値
    の現在の合計に追加する測定器と、 上記現在の合計を、上記合計アクティビティの測定値に
    基づいて設定可能なレベルとリアルタイムで比較する比
    較器と、 上記比較に従って新後端係数を指定する指定器とからな
    ることを特徴とするイメージデータ圧縮装置。
  5. 【請求項５】上記小部分は、それぞれが単一の係数であ
    ることを特徴とする請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】変換コーダ、シリアライザ、量子化器およ
    びエントロピーコーダを含むイメージデータ圧縮パイフ
    ラインに含まれる装置であって、 変換され、直列化され、量子化されたイメージデータの
    少なくとも１ブロックを記憶し遅延させることに適用さ
    れ、また上記イメージデータのブロックの連続した小部
    分をエントロピーコーダに供給することに適用される入
    力端および出力端を有し、上記量子化器と上記エントロ
    ピーコーダとに接続されたメモリと、 上記量子化器に接続され上記イメージデータのブロック
    の合計アクティビティを測定する第１測定器と、 上記メモリの上記出力端に接続され上記イメージデータ
    の連続した小部分のアクティビティを測定し、上記アク
    ティビティの現在の合計を算出する第２測定器と、 第１および第２測定器とエントロピーコーダとに接続さ
    れ、第２測定器から供給された上記現在の合計を、上記
    第１測定器から供給された上記合計アクティビティに一
    部基づいたレベルと比較することに適用され、ブロック
    終結信号を上記エントロピーコーダに送給する制御ロー
    ユニットとからなり、 上記エントロピーコーダは、ブロック終結信号を受取っ
    た時に、上記イメージデータブロックの一部のみをコー
    ド化することに適用されることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】イメージデータの２次元ブロックを空間領
    域から周波数領域へ変換する工程であって、上記周波数
    領域内のイメージデータの生成ブロックは、アクティビ
    ティ係数の２次元配列により表現される工程と、 上記係数の２次元配列全体を直列化し、係数の１次元配
    列を生じる工程と、 上記係数の１次元配列を量子化する工程と、 上記係数の１次元配列の視覚的有意部分を選定する工程
    と、 上記選定部分の終りを示すために上記有意部分の後端に
    記号を付加する工程と、 エントロビーコーダにより上記有意部分をコード化する
    工程と を備えるイメージデータ圧縮方法において、 上記係数の１次元配列の上記有意部分を選定る工程は、 上記係数の１次元配列の合計アクティビティの測定値を
    得る工程と、 上記係数の１次元配列の連続した小部分が上記エントロ
    ピーコーダに入力された時に、上記連続した小部分のア
    クティビティの現在の合計をリアルタイムで判定する工
    程と、 上記現在の合計の連続した値を、上記係数の１次元配列
    の合計アクティビティの測定値に基づいて設定可能なレ
    ベルとリアルタイムで比較する工程と、 上記比較に従って上記１次元配列の終端を区切る工程と からなることを特徴とするイメージデータ圧縮方法。
  8. 【請求項８】変換コーダ、シリアライザ、量子化器を含
    む画像処理パイプラインに使用される装置であって、 量子化されたアクティビティ係数の１次元配列として表
    現されたイメージデータの２次元ブロックの合計アクテ
    ィビティの測定値を得る第１手段と、 上記アクティビティ係数がエントロピーコーダで受信さ
    れた時、上記１次元配列の連続したアクティビティ係数
    の現在の合計をリアルタイムで判定する第２手段と、 上記第１手段、上記第２手段およびエントロピーコーダ
    に接続され、上記現在の合計を、上記合計アクティビテ
    ィの測定値に基づいて設定可能なレベルと比較する第３
    手段と、 上記比較に従って上記１次元配列の後端を区切るための
    上記１次元配列の１つのアクティビティ係数と を備えることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】上記第１手段がイメージデータのブロック
    の合計アクティビティを測定する間、該イメージデータ
    のブロックが一時的に存在することを可能とするため
    に、上記エントロピーコーダに接続されたメモリ手段を
    有することを特徴とする請求項８記載の装置。
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