JP3336029B2 - 画像圧縮用量子化方法及び装置 - Google Patents
画像圧縮用量子化方法及び装置Info
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/60—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像圧縮システムに用
いるための新規な量子化方法及び装置に関する。
いるための新規な量子化方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】画像圧縮で実際にデータが圧縮されるの
は、全体プロセスの量子化段階においてである。予定さ
れているJPEG国際標準の原理は、空間次元(画素デ
ータ)を2次元離散コサイン変換係数の系列に変換する
ことである。そして、これらの係数がソフトウエアまた
はハードウエアによって量子化され、ついで符号化され
ることによって、圧縮がなされる。
は、全体プロセスの量子化段階においてである。予定さ
れているJPEG国際標準の原理は、空間次元(画素デ
ータ)を2次元離散コサイン変換係数の系列に変換する
ことである。そして、これらの係数がソフトウエアまた
はハードウエアによって量子化され、ついで符号化され
ることによって、圧縮がなされる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、画像
圧縮技術に用いるための改良した量子化方法及び装置を
提供することにある。
圧縮技術に用いるための改良した量子化方法及び装置を
提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の画像圧縮用量子
化を実現する装置は、N×N画素ブロックの入力画素を
受け取る手段と、該画素ブロックを、一つのDC係数と
複数のAC係数を含む複数の周波数変換係数となる周波
数領域形式に変換する手段と、該周波数変換係数を量子
化して、整数ビットと少なくとも3個の小数ビットを含
む複数ビットの数値Xを生成するとともに、該数値Xを
整数に丸める手段と、該数値を符号化する手段とからな
る。
化を実現する装置は、N×N画素ブロックの入力画素を
受け取る手段と、該画素ブロックを、一つのDC係数と
複数のAC係数を含む複数の周波数変換係数となる周波
数領域形式に変換する手段と、該周波数変換係数を量子
化して、整数ビットと少なくとも3個の小数ビットを含
む複数ビットの数値Xを生成するとともに、該数値Xを
整数に丸める手段と、該数値を符号化する手段とからな
る。
【0005】そして、量子化された数値Xを整数に丸め
る場合、具体的には、−0.625 < X < +0.625 のときX=
0 0.625 < X < +1.625 のときX=1 1.625 < X < +2.625 のときX=2 と丸めることを特徴とする。
る場合、具体的には、−0.625 < X < +0.625 のときX=
0 0.625 < X < +1.625 のときX=1 1.625 < X < +2.625 のときX=2 と丸めることを特徴とする。
【0006】
【作用】本発明の量子化法によれば、後記実施例によっ
て具体的に説明されるように、JPEG標準案に比べ、
圧縮率が3〜6%改善される(圧縮ファイルにある誤差
レベルを仮定)。また特筆すべきは、本発明の量子化法
は、ハードウエアを殆ど追加せずに実施できることと、
システムをJPEG標準案に対し完全互換にできること
である。丸め(rounding)手法を用いることにより、品
質を劣化させずに3〜6%の圧縮率向上を達成できる。
て具体的に説明されるように、JPEG標準案に比べ、
圧縮率が3〜6%改善される(圧縮ファイルにある誤差
レベルを仮定)。また特筆すべきは、本発明の量子化法
は、ハードウエアを殆ど追加せずに実施できることと、
システムをJPEG標準案に対し完全互換にできること
である。丸め(rounding)手法を用いることにより、品
質を劣化させずに3〜6%の圧縮率向上を達成できる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について詳述す
るに、その例が添付図面に示されている。本発明は、こ
の好適な実施例に関連して説明されるが、それのみに限
定されるものではなく、添付のクレームによって定義さ
れる発明の精神及び範囲に含め得る変形例や均等物を包
含するものである。
るに、その例が添付図面に示されている。本発明は、こ
の好適な実施例に関連して説明されるが、それのみに限
定されるものではなく、添付のクレームによって定義さ
れる発明の精神及び範囲に含め得る変形例や均等物を包
含するものである。
【0008】図1において、データフローは画素がシス
テムの第1のステージ(手段)のフロントエンド10に
入力されることを示している。代表的な画素値範囲は0
〜255または−128〜+127であり、その表現に
8ビットのデータを必要とする。
テムの第1のステージ(手段)のフロントエンド10に
入力されることを示している。代表的な画素値範囲は0
〜255または−128〜+127であり、その表現に
8ビットのデータを必要とする。
【00099】第2のステージ(手段)は変換ステージ
20である。この変換ステージ20は整数以外の因数に
よる乗算及び/または加算を含むが、最終結果である6
4個の周波数係数の範囲は普通、−1024〜+102
3である。この数値は11ビット数により表現可能で、
整数と見做される。
20である。この変換ステージ20は整数以外の因数に
よる乗算及び/または加算を含むが、最終結果である6
4個の周波数係数の範囲は普通、−1024〜+102
3である。この数値は11ビット数により表現可能で、
整数と見做される。
【0010】第3のステージ(手段)は量子化ステージ
24(太線で囲んで示されている)であり、これが一番
重要な部分である。この量子化こそが、高周波成分の多
くをゼロまで減少させることによって実際的に圧縮を達
成する。この量子化は、対象となる係数に依存して変わ
ることになろう。実験の結果から、画像品質に悪影響を
及ぼすことなく、一部係数を抑圧(suppress)できるこ
とが分かっている。量子化のための実際の数値演算は、
量子化因数Qによる除算である。もし結果が数値X(図
3に示される)となったときは、Xを次のように表現す
る。 X=C÷Q ここでCは量子化前の係数値である。
24(太線で囲んで示されている)であり、これが一番
重要な部分である。この量子化こそが、高周波成分の多
くをゼロまで減少させることによって実際的に圧縮を達
成する。この量子化は、対象となる係数に依存して変わ
ることになろう。実験の結果から、画像品質に悪影響を
及ぼすことなく、一部係数を抑圧(suppress)できるこ
とが分かっている。量子化のための実際の数値演算は、
量子化因数Qによる除算である。もし結果が数値X(図
3に示される)となったときは、Xを次のように表現す
る。 X=C÷Q ここでCは量子化前の係数値である。
【0011】Cのとり得る値は−1024〜+1024
の範囲であり、Qの範囲は1〜512であるが、CとQ
の典型値は一般にもっと小さくなる。大概、CをQで除
した結果は−5〜+5の範囲の小さな数値となる。この
ような小さな数値では、小数点以下の値がXとして選ば
れた整数値に大きな影響を及ぼすことがあるので、小数
点以下を単純に切り捨てることは許されないであろう。
の範囲であり、Qの範囲は1〜512であるが、CとQ
の典型値は一般にもっと小さくなる。大概、CをQで除
した結果は−5〜+5の範囲の小さな数値となる。この
ような小さな数値では、小数点以下の値がXとして選ば
れた整数値に大きな影響を及ぼすことがあるので、小数
点以下を単純に切り捨てることは許されないであろう。
【0012】JPEG国際標準案は、以下のX値丸め方
法を提案している。 −0.5<X<+0.5 のときに X=0 とする。 0.5<X<+1.5 のときに X=1 とする。 1.5<X< 2.5 のときに X=2 とする。 等々である。
法を提案している。 −0.5<X<+0.5 のときに X=0 とする。 0.5<X<+1.5 のときに X=1 とする。 1.5<X< 2.5 のときに X=2 とする。 等々である。
【0013】本発明の方法(”Z”量子化と呼ぶ)は次
の基準を用いる。 −0.625<X<+0.625 のときに X=0
とする。0.625 <X<+1.625 のときに X=1 と
する。 1.625<X<+2.625 のときに X=2 と
する。
の基準を用いる。 −0.625<X<+0.625 のときに X=0
とする。0.625 <X<+1.625 のときに X=1 と
する。 1.625<X<+2.625 のときに X=2 と
する。
【0014】一見すると、二つの方法の相違はごく小さ
いようであるが、ある誤差レベルの場合に、圧縮比率が
3〜6%向上するという効果を実際に得られる。その理
由を理解するには、符号器(エンコーダ)の説明が役立
つであろう。
いようであるが、ある誤差レベルの場合に、圧縮比率が
3〜6%向上するという効果を実際に得られる。その理
由を理解するには、符号器(エンコーダ)の説明が役立
つであろう。
【0015】図2(a)は64個の変換係数の一般的配
列を示す。DC値は左上コーナーにあり、残りの63個
のAC係数は右下コーナーに向かうに従い水平方向及び
垂直方向の周波数が増加する順序になっている。
列を示す。DC値は左上コーナーにあり、残りの63個
のAC係数は右下コーナーに向かうに従い水平方向及び
垂直方向の周波数が増加する順序になっている。
【0016】図2(b)は8×8の画素ブロックで出現
する典型値を示す。JPEG国際標準は、符号器がAC
係数全体を”ジクザグ(zig−zag)”スキャンす
ることを要求している(図1の28が、この符号化のた
めの符号化ステージである)。このような方法をとるの
は、最高の圧縮が達成されるゼロのランを長くするため
である。
する典型値を示す。JPEG国際標準は、符号器がAC
係数全体を”ジクザグ(zig−zag)”スキャンす
ることを要求している(図1の28が、この符号化のた
めの符号化ステージである)。このような方法をとるの
は、最高の圧縮が達成されるゼロのランを長くするため
である。
【0017】この図に示されるように、(強調して図示
されている)孤立した1("stray"ones)は、そのまま
にしておくと、しばしば長いゼロのランを分断してしま
う。”stray ”と記した1の位置での値が丸め前に0.
609であったとしよう。JPEG基準を用いると、こ
の値は1に丸められてしまう。
されている)孤立した1("stray"ones)は、そのまま
にしておくと、しばしば長いゼロのランを分断してしま
う。”stray ”と記した1の位置での値が丸め前に0.
609であったとしよう。JPEG基準を用いると、こ
の値は1に丸められてしまう。
【0018】本発明では、この0.609を0に丸め
る。JPEGシステムの下では、最後の18個の係数は
ゼロが10個、1が1個、次にゼロが7個という如く符
号化される。本発明によれば、最後の18個の係数は1
8個のゼロからなる一つのランに符号化される。最終的
に得られる結果が、より長いゼロのランとなるので、本
発明の方法を”Z”量子化と命名している。
る。JPEGシステムの下では、最後の18個の係数は
ゼロが10個、1が1個、次にゼロが7個という如く符
号化される。本発明によれば、最後の18個の係数は1
8個のゼロからなる一つのランに符号化される。最終的
に得られる結果が、より長いゼロのランとなるので、本
発明の方法を”Z”量子化と命名している。
【0019】この改良量子化法の大きな利点の一つは、
JPEG標準案との100%の互換性が維持されること
である。システムの伸張(decompression)部で、伸張
装置はJPEGと”Z”のいずれの方法が量子化中に用
いられたかを認識する必要がない。
JPEG標準案との100%の互換性が維持されること
である。システムの伸張(decompression)部で、伸張
装置はJPEGと”Z”のいずれの方法が量子化中に用
いられたかを認識する必要がない。
【0020】”Z”量子化の場合、0.625の値を選
ぶのが、いくつかの理由から最適のようである。けれど
も、”Z”量子化の場合、0.5以外の他の値も用い得
る。0.75といった、より大きな値を選ぶと、恐ら
く、正確さが重要な高ビットレート圧縮に悪影響があ
る。0.625より小さな値では、多分、圧縮率が例え
ば1〜2%しか改善できず、効果的ではなかろう。
ぶのが、いくつかの理由から最適のようである。けれど
も、”Z”量子化の場合、0.5以外の他の値も用い得
る。0.75といった、より大きな値を選ぶと、恐ら
く、正確さが重要な高ビットレート圧縮に悪影響があ
る。0.625より小さな値では、多分、圧縮率が例え
ば1〜2%しか改善できず、効果的ではなかろう。
【0021】0.625の値を選ぶと、圧縮率を3〜6
%改善でき、またハードウエアあるいはソフトウエアに
よって容易に具体化できる。X=C/Qの計算結果が、
図3に示される如く出力されると考える。
%改善でき、またハードウエアあるいはソフトウエアに
よって容易に具体化できる。X=C/Qの計算結果が、
図3に示される如く出力されると考える。
【0022】Xの値は、丸められると11ビットの整数
になる。この丸めでは、小数点以下のビット(b-1〜b
-3)を調べる。JPEGアルゴリズムでは、丸めを行な
うためにチェックするビットはb-1だけでよい。すなわ
ち、b-1=1 かつ b10=0 のときに、Xに1を加
える。
になる。この丸めでは、小数点以下のビット(b-1〜b
-3)を調べる。JPEGアルゴリズムでは、丸めを行な
うためにチェックするビットはb-1だけでよい。すなわ
ち、b-1=1 かつ b10=0 のときに、Xに1を加
える。
【0023】本発明による”Z”量子化法は、丸めのア
ルゴリズムが多少複雑になるに過ぎない。すなわち、 b-1=1 かつ (b -2 or b-3 =1) かつ b10
=0 のときに Xに1を加える。同様の論理を負数にも適用できる。
ルゴリズムが多少複雑になるに過ぎない。すなわち、 b-1=1 かつ (b -2 or b-3 =1) かつ b10
=0 のときに Xに1を加える。同様の論理を負数にも適用できる。
【0024】結果 離散コサイン変換によって生じる誤差の程度は、8×8
画素ブロック中の場所によって異なる。比較のため、コ
ーナーの画素”A”とセンターの画素”B”におけるデ
ータについて考える。図4は、8×8画素ブロックを表
わしている。
画素ブロック中の場所によって異なる。比較のため、コ
ーナーの画素”A”とセンターの画素”B”におけるデ
ータについて考える。図4は、8×8画素ブロックを表
わしている。
【0025】本発明の”Z”量子化法は、誤差をあらゆ
る場所で減らすが、特に効果があるのはコーナーの画
素”A”においてである。
る場所で減らすが、特に効果があるのはコーナーの画
素”A”においてである。
【0026】図5と図6は、で代表的なテスト画像につ
いての結果を示している。あるビットレートの場合、セ
ンター画素では、”Z”量子化法はJPEGより優れて
いるといっても殆ど差がない(図5参照。SNRが大き
いほど誤差は少ないことに注意)。しかし、コーナー画
素”B”では、その差が非常に顕著になる。ここが、図
6に見られるように、最も効果が現われる場所である。
いての結果を示している。あるビットレートの場合、セ
ンター画素では、”Z”量子化法はJPEGより優れて
いるといっても殆ど差がない(図5参照。SNRが大き
いほど誤差は少ないことに注意)。しかし、コーナー画
素”B”では、その差が非常に顕著になる。ここが、図
6に見られるように、最も効果が現われる場所である。
【0027】JPEG画像圧縮システムの量子化回路に
ほんの簡単な変更を加えるだけで圧縮率の向上(3〜6
%)を達成でき、そのためのコスト増は非常に小さ
い。”Z”量子化法は、JPEG標準案と完全な互換性
を有する。0.625の値を選択することが、この方法
の効果と具体化の両面から、ほぼ最適のようである。
ほんの簡単な変更を加えるだけで圧縮率の向上(3〜6
%)を達成でき、そのためのコスト増は非常に小さ
い。”Z”量子化法は、JPEG標準案と完全な互換性
を有する。0.625の値を選択することが、この方法
の効果と具体化の両面から、ほぼ最適のようである。
【0028】以上、本発明の実施例について述べたが、
これはあくまで本発明の説明のためのものである。前記
実施例は、それが全てでもないし、それのみに本発明を
限定するものでもなく、以上の説明に照らして様々な修
正変更が可能であることは当然である。前記実施例を選
んで説明したのは、本発明の原理とその実際的な応用に
ついて最善の説明をすることによって、当業者が、本発
明とその様々な態様を、意図する特定用途に適するよう
に色々と修正し最大限に利用できるようにするためであ
る。本発明の範囲は、添付のクレーム及びその均等物に
よって定義されるものである。
これはあくまで本発明の説明のためのものである。前記
実施例は、それが全てでもないし、それのみに本発明を
限定するものでもなく、以上の説明に照らして様々な修
正変更が可能であることは当然である。前記実施例を選
んで説明したのは、本発明の原理とその実際的な応用に
ついて最善の説明をすることによって、当業者が、本発
明とその様々な態様を、意図する特定用途に適するよう
に色々と修正し最大限に利用できるようにするためであ
る。本発明の範囲は、添付のクレーム及びその均等物に
よって定義されるものである。
【0029】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
量子化法は、JPEG標準案と完全互換であるうえに、
JPEG標準案に比べ、ハードウエアを殆ど追加するこ
となく圧縮率を向上でき、しかも画像品質を劣化させな
いものである。
量子化法は、JPEG標準案と完全互換であるうえに、
JPEG標準案に比べ、ハードウエアを殆ど追加するこ
となく圧縮率を向上でき、しかも画像品質を劣化させな
いものである。
【図1】典型的な画像圧縮装置のデータフローを示す図
である。
である。
【図2】(a)画像圧縮に用いられる一般的な変換係数
配列を示す図である。(b)8×8画素ブロックでの変
換係数の典型値とジグザグスキャンを示す図である。
配列を示す図である。(b)8×8画素ブロックでの変
換係数の典型値とジグザグスキャンを示す図である。
【図3】演算ユニットによる量子化計算と出力データの
ビット構成の説明図である。
ビット構成の説明図である。
【図4】8×8画素ブロックのコーナー画素とセンター
画素を示す図である。
画素を示す図である。
【図5】本発明方法とJPEG標準案によるテスト画像
の量子化結果をセンター画素について示すグラフであ
る。
の量子化結果をセンター画素について示すグラフであ
る。
【図6】本発明方法とJPEG標準案によるテスト画像
の量子化結果をコーナー画素について示すグラフであ
る。
の量子化結果をコーナー画素について示すグラフであ
る。
10 フロントエンド(8×8画素ブロックの入力部) 20 変換ステージ 24 量子化ステージ 28 符号化ステージ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−209984(JP,A) 特開 昭61−157194(JP,A) 沢田克敏(外2名),フィールド内 /フレーム間適応DCTを用いたSTM −1レートHDTV符号化装置,テレビ ジョン学会技術報告,日本,社団法人 テレビジョン学会,1990年11月22日,V ol.14,No.69,P.37−44 (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 (2)
- 【請求項1】 N×N画素ブロックの入力画素を受け取
るステップ、該画素ブロックを、一つのDC係数と複数
のAC係数を含む複数の周波数変換係数となる周波数領
域形式に変換するステップ、該周波数変換係数を量子化
して、整数ビットと少なくとも3個の小数ビットを含む
複数ビットの数値Xを生成するステップ、該数値Xを整
数に丸めるステップからなる画像圧縮用量子化法におい
て、前記数値Xを整数に丸めるステップでは、少なくとも、 −0.625 < X < +0.625 のときX=
0 0.625 < X < +1.625 のときX=1 1.625 < X < +2.625 のときX=2 とすることを特徴とする 画像圧縮用量子化方法。 - 【請求項2】 N×N画素ブロックの入力画素を受け取
る手段と、該画素ブロックを、一つのDC係数と複数の
AC係数を含む複数の周波数変換係数となる周波数領域
形式に変換する手段と、該周波数変換係数を量子化し
て、整数ビットと少なくとも3個の小数ビットを含む複
数ビットの数値Xを生成するとともに、該数値Xを整数
に丸める手段と、該丸め処理後の数値を符号化する手段
とからなる画像圧縮用量子化装置において、 前記周波数変換係数を量子化し、数値Xを整数に丸める
手段では、少なくとも、 −0.625 < X < +0.625 のときX=
0 0.625 < X < +1.625 のときX=1 1.625 < X < +2.625 のときX=2 と丸めることを特徴とする画像圧縮用量子化装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US63583191A | 1991-01-02 | 1991-01-02 | |
US07/635,831 | 1991-01-02 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04297185A JPH04297185A (ja) | 1992-10-21 |
JP3336029B2 true JP3336029B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=24549281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35364091A Expired - Fee Related JP3336029B2 (ja) | 1991-01-02 | 1991-12-18 | 画像圧縮用量子化方法及び装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3336029B2 (ja) |
DE (1) | DE4143204C2 (ja) |
FR (1) | FR2671208B1 (ja) |
GB (1) | GB2253113B (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5664028A (en) * | 1990-04-19 | 1997-09-02 | Ricoh Corporation | Apparatus and method for compressing still images |
US5594812A (en) * | 1990-04-19 | 1997-01-14 | Ricoh Corporation | Apparatus and method for compressing still images |
JP3155383B2 (ja) * | 1992-02-28 | 2001-04-09 | 株式会社リコー | 2モード処理装置、2次元変換装置及び静止画像データの圧縮システム |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2550820B1 (fr) * | 1983-08-18 | 1987-08-21 | Jourdan Charles | Dispositif d'echappement pour moteur a combustion interne |
DE3608914A1 (de) * | 1986-03-18 | 1987-10-01 | Thomson Brandt Gmbh | Verfahren zur korrektur |
US4922273A (en) * | 1987-04-02 | 1990-05-01 | Konica Corporation | Compression method of halftone image data |
JPH0810935B2 (ja) * | 1988-12-09 | 1996-01-31 | 富士写真フイルム株式会社 | 画像信号圧縮符号化装置および伸長再生装置 |
US5170264A (en) * | 1988-12-10 | 1992-12-08 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Compression coding device and expansion decoding device for a picture signal |
CA2009848C (en) * | 1989-02-14 | 1995-11-21 | Masahiro Fukuda | Method and system for writing and reading coded data |
FR2644962A1 (fr) * | 1989-03-24 | 1990-09-28 | Labo Electronique Physique | Dispositif de codage de signaux video numeriques |
-
1991
- 1991-12-18 JP JP35364091A patent/JP3336029B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-20 GB GB9127136A patent/GB2253113B/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-30 DE DE19914143204 patent/DE4143204C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-31 FR FR9116392A patent/FR2671208B1/fr not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
沢田克敏(外2名),フィールド内/フレーム間適応DCTを用いたSTM−1レートHDTV符号化装置,テレビジョン学会技術報告,日本,社団法人 テレビジョン学会,1990年11月22日,Vol.14,No.69,P.37−44 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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