JP3515572B2 - 画像伝送システムにおける画像圧縮符号化方法 - Google Patents

画像伝送システムにおける画像圧縮符号化方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、画像伝送処理システムにおける画像圧縮符
号化のための特許請求の範囲第１項の導入文において定
義された方法に関し、特にディジタル画像伝送システム
における圧縮符号化方法に関する。
従来の画像圧縮符号化方法としては、ベクトル量子化
（VQ）法が知られている。このVQ法は、参考刊行物
（Ｉ）において詳細に説明されている。かかるVQプロセ
スにおいては、伝送さるべき画像はいくつかのブロック
に分割される。各ブロックについては、特定ブロックに
最も良く対応する符号ベクトルがコードブック（codebo
ok）内においてサーチされる。この符号ベクトルのベク
トルインデックスすなわちコードブック内の位置が伝送
される。受信側においては、符号ベクトルのベクトルイ
ンデックスに基づいて、対応するコードブック内におい
て当該ベクトルの抽出（ルックアップ）がなされる。伝
送された画像は、上記した符号ベクトルによってブロッ
ク毎に再構築される。該コードブックは、前以てトレー
ニング用画像及び適当なコードブック設計アルゴリズム
を用いて設計される。対応する態様において、トレーニ
ング用画像は、用いられるブロックサイズに分割され
て、コードブックが生成される。
上記したVQ法の欠点は、ブロックサイズに制限がある
ことである。このプロセスの効率は、ブロックにおける
全ての統計的依存性が考慮されるという事実に依ってい
る。ブロック境界を越える相関関係は未だ使用されてい
ない。標準的なベクトル量子化法においては、大スケー
ルの相関を用いてより大なるブロックを用いることによ
ってより高い圧縮を達成することが出来る。しかし乍
ら、このことは、固定画質に対して、コードブックのサ
イズをべき乗的に増大させることに帰結する。また、コ
ードブック内において、最良の符号ベクトルを発見する
ための比較回数も増大する。よって、かかるVQ法は、大
なるブロックサイズの故に、コンピュータ的には実用的
でない。通常、ブロックサイズは４×４ピクセルのオー
ダーに制限され、これによって、この方法の限界を越え
て多数の統計的依存数を生ずる。
VQ法における大なるブロックサイズに伴なう問題は、
２重になっている。一方において、コードブックの絶対
的なサイズは、メモリ容量の問題を生ずる。他方におい
て、最良の符号ベクトルを発見するために要する演算時
間が余分となる。これらの問題を克服せんとして、VQ法
のいくつかの変形が開発された。
改良されたVQプロセス、すなわちツリーサーチ（tree
search）VQ（TSVQ）法においては、演算時間の問題が、
最良の符号ベクトルを発見するために２進サーチ処理を
用いることにより取り扱われた。しかし乍ら、TSVQ法は
標準VQ法に比して、画質面において、劣っている。
他の改良VQプロセスすなわちカスケードVQ法は、標準
VQ法の主たる問題点すなわちブロックサイズの問題の解
決をせんとしている。このカスケードVQ法においては、
比較的大なるブロックサイズが選ばれて大なるスケール
の相関を得ようとしている。この方法においては、用い
られるコードブックのサイズが小さいので取り扱いが容
易になっている。また、不可避的な精度の低下を補うた
めに、この方法においては、順次符号化ステージに適用
される。これにより、後段のステージにおいて、前段に
おいて生ずる符号化エラーが量子化される。しかし乍
ら、欠点は、連続する符号ベクトルの間に存在し得る相
関が失われてしまうことである。
次に、カスケードVQ法の改良である第３の改良VQプロ
セスにおいては、第１符号化ステージから次のステージ
へ移るときにブロックサイズが変更せしめられる。画像
の微細情報を含む符号化エラーは、サブブロックを用い
て符号化される。この方法を用いれば、微細情報を表わ
すために必要なコードブック内の符号ベクトルの数が小
なるブロックサイズと共に減少する。
次に、クラス分け（分類）VQ法である第４の改良VQプ
ロセスにおいては、符号化前に、ブロックが分類（クラ
ス分け）される。この分類は、部分画像特徴に基づいて
いる。この方法は、標準VQ法においてやや不鮮明である
エッジ部分が改善される。そして、同一分類内の画像ブ
ロックは多少なりとも類似のキャラクタ（文字等）を含
んでいる故、小なるコードブックで十分である。また、
もし、分類プロセスがブロック境界内に限定されないの
であれば、ブロック間相関をある程度用いることが出来
る。
有限状態（finite−state）VQ法（FSVQ法）と呼ばれ
る第５の改良VQプロセスにおいては、ブロック間相関
が、上記した分類に基づいて用いられる。よって、より
大なる画像情報のためにブロックの分類（クラス）が定
められる。この画像情報は、既に符号化されて伝送され
た多数の隣接ブロックを含んでいる。この方法における
欠点は、分類エラーによって、画像中のエッジの符号化
出力の品質が低下することである。
アドレスVQ法と呼ばれる第６の改良VQ法においては、
ブロック群のベクトルインデックスの連結分布（joint
distribution）を活用している。アドレスコードブック
と呼ばれるコードブック内に保持される特別の符号語が
ベクトルインデックスの最も確率の高い組み合せのため
に用いられる。その他の組み合せについては、ベクトル
インデックスは、別々に伝送される。アドレスコードブ
ックを更新する際に隣接ブロック間のベクトルインデッ
クスの異なる組み合せの検出された組み合せ確率が用い
られる。アドレスコードブックは、標準VQ法のトップの
無歪ポストコーディング構成として形成される。
本発明の目的は、画像伝送における画像圧縮符号化の
新しい方法であって、ブロックサイズの問題を少なくと
もある程度まで改善する方法を提供することである。
本発明による方法は、請求項１に羅列された新規な特
徴を有する。
画像伝送システムにおける画像圧縮符号化法特にディ
ジタル画像伝送システムにおける画像圧縮法である本発
明方法においては、発信側において画像をブロックに分
割し、各ブロックについて、最良対応の符号ベクトルを
コードブロック内においてサーチし、その位置情報を受
信側に伝送して、受信側においては、各符号ベクトル
が、ベクトルインデックスに基づいて同一のコードブッ
クにおいて抽出（ルックアップ）されて、符号ベクトル
のためにブロック毎に画像が再構築されるVQ法が用いら
れており、上記したコードブックは予めトレーニング画
像を用いて設計され、当該画像は所与のブロックサイズ
のブロックに分割されるのである。そして、本発明によ
るVQ法においては、 −受信側において符号化さるべきブロックが４分割ブロ
ックすなわちサブブロックに分割され； −各サブブロックはクラス分けされたコードブックによ
ってVQ処理され（このクラスは元のブロックのベクトル
インデックス及びサブブロックの分割ラベルに基づいて
画定される）； −このクラス分けされたコードブックに関し、サブブロ
ックのベクトルインデックスは受信側に伝送され； −受信側においては、伝送された元のブロックのベクト
ルインデックス及びサブブロックの分割ラベルに基づい
て選択されるクラス分けコードブックが用いられ； −受信側においては、送信側のクラス分けコードブック
に等しい選択されたクラス分けコードブックにおいて、
伝送されたサブブロックのベクトルインデックスに基づ
いて問題の符号ベクトルが抽出されてサブブロックの再
構築がなされる。なお、本発明による方法においては、
各クラス分けコードブックを生成する際に用いられるト
レーニング画像材料は各クラスに属する元のトレーニン
グ画像の一部すなわちそのコードブックのクラスに対応
するクラスインデックスをおけるトレーニング画像セッ
トの分割サイズのサブブロックであり、上記方法はその
トレーニング画像セットに適用される。
本発明による方法においては、適当に選択されたブロ
ックサイズをもってスタートしその分割ブロックに進む
ことによってVQ処理が順に行なわれる。後段のステージ
において実行されるVQ処理はいわゆるクラス分けによっ
てより大なるブロックサイズを用いて既に符号化された
情報を用いる。あるクラスの定義されるインデックスは
第１のVQ処理及び分割ラベルによって得られるベクトル
インデックスである。
本発明の更に改善された実施例においては分割ブロッ
クすなわちサブブロックが更に分割サブブロックに分割
され、これらの分割サブブロックはさらに同様な原理に
よって更に小なるサブブロックに分割されて各サブブロ
ックはクラス分けコードブックによって符号化される。
符号化されるべきサブブロックが属するサブブロックの
全ての親ブロックのベクトルインデックス及びサブブロ
ック及び親ブロックの分割ラベルであり、分類されたコ
ードブックは予め上記した方法によって設計されてい
る。
上記した方法におけるVQ処理は適当に選択されたブロ
ックすなわちブロックサイズからその分割ブロックに亘
って処理されて、更に所望の深さに達するまでその分割
ブロックについてさらに処理がなされる。各ブロックレ
ベルにおいてVQ処理が実行され、そのVQ処理においては
より大なるブロックサイズにおいて既に符号化された情
報がクラス分けによって利用される。クラスの決定イン
デックスは先のVQ処理及び対応する分割ラベルの結果得
られたベクトルインデックスである。符号化は用いられ
る伝送チャンネルに許容されるビットレート又は十分な
画質が得られる深さまで継続される。本発明による階級
的にクラス分けされたVQ処理において、画像が、特別な
情報あまり必要とせずに段階的に鮮明になるのである。
本発明の他のより改善された実施例においては、画像
ブロックの特徴的な分割に先だって、符号化情報に基づ
いて画像ブロックが再構築されて、元の画像ブロックと
再構築された画像ブロックとの間の相違が形成され、こ
の相違ブロックは先に実行された符号化ステップの符号
化エラーを含み、本発明による方法は、こうして形成さ
れる相違ブロックに画像ブロックに代えて適用される。
この相違ブロックは、分割ブロックに分割され、この分
割ブロックはクラス分けによってより大なるブロックサ
イズにおいて既に符号化された情報を用いてVQ処理され
る。クラス分けされたコードブックは、本発明によっ
て、この相違ブロックの考えられるサブブロックとして
対応するクラスインデックスを得る相違ブロックのサブ
ブロックをトレーニング画像材料として用いることによ
り設計される。
上記した実施例の利点は、相違信号がよりコンパクト
であることであり、すなわち相違ブロックに含まれる値
が画像信号自体の値に比してより狭い範囲において変動
する。これは符号化をより効率的にするのである。しか
しながら、より大なるブロックサイズによって符号化し
た情報は相違ブロックの特徴について乏しい記述を与
え、このことは本発明の特徴である符号化効率を減少せ
しめる。相違信号を符号化する応用の実現もより複雑と
なる。
本発明による他の改善された実施例においては画像の
各ブロックに含まれるピクセルの灰色レベルの平均値
を、符号化に先だって、分離しかつ送信側から受信側に
別々に平均値を伝送することによって、第１ブロックレ
ベルにおける符号化がより効率的になるのである。
本発明による方法のより改善された実施例において
は、画像が送信側において低域濾波されて、この濾波さ
れた画像が別々に受信側に送信されて上記したいずれか
の方法あるいは変形が画像の高周波成分すなわち元の画
像と低域濾波された画像の相違にのみ適用される。この
低域成分は画像の差異の重要な部分を含みその伝送のた
めには情報量及びチャンネル容量があまり大きく必要と
されないのである。よって画像のブロッキネス（blocki
ness）が“円滑”な領域すなわち変化の少ない領域にお
いて特に減少するのである。
本発明による方法の他の改善された実施例において
は、サブブロック及びこれに続くより小なるサブブロッ
クの符号化において用いられるコードブックのサイズが
符号化されるブロックの画像の内容に基づいてケースバ
イケースに変化し、あまり詳細な点を必要としないブロ
ックの符号化においては詳細な画像を含むブロックを符
号化する場合に比してより小なるサイズのコードブック
が用いられる。このような場合には、コードブックのサ
イズの情報が別な情報として伝送される。
本発明による他の改善された実施例においては、サブ
ブロック及びこれに続くより小なるサブブロックの符号
化に用いられるコードブックのサイズは符号化されるブ
ロックの画像内容に応じて変化し、あまり詳細な画像を
含まないブロックの符号化においてはより詳細な画像を
含むブロックを符号化する場合に比してより小なるサイ
ズのコードブロックが用いられ、このコードブックのサ
イズはクラスインデックスに基づいて画定される。この
場合、付加的な情報は伝送されずコードブックの選択が
自動的になされるのである。
本発明の利点については以下の点が指摘される。ま
ず、本発明による方法においては画像のより大なるスケ
ールの相関が利用されている。これは適当に選択された
大なる初期ブロックサイズに基づいている。再生画像の
精確度については本発明による方法は望ましい対応の下
で変形することができる。なんとなれば、本発明におい
ては、比較的大なるブロックからスタートしてより小な
るサブブロックに分割されるブロックについていくつか
のステージにおいて符号化がなされるからである。より
進んだサブブロックが符号化されれば、各々の領域にお
ける画像の精確度が増大する。本発明の他の利点は、非
常に効率的であること及び符号化された画像の画質が良
いということである。さらに他の利点は、本発明の方法
が容易に適用されることであり、伝送レートが低く出来
ることでもある。
本発明及びその利点は添付の図面を参照して以下に説
明する。
図１はベクトル符号化（VQ）方法の概念フロー図であ
る。
図2a,2b,2cは本発明による画像圧縮符号化方法におけ
る画像ブロックのサブブロックへの分割の対応を示す概
念図である。
図３は本発明による圧縮符号化方法によるエンコーダ
を示すブロック図である。
図４はデコーダを示すブロック図である。
図５は本発明による圧縮符号化方法による他のエンコ
ーダを示す図である。
本発明によるVQ方法の原理が図１のブロック図に示さ
れている。画像１はビデオカメラの如きカメラに含ま
れ、画像メモリに記憶される。画像１はｎ×ｍピクセル
（n,m＝整数）からなっている。適当な処理ユニット３
によって画像メモリ２に保持された画像１はブロック４
すなわちベクトルに分割される。ブロック４の標準的な
サイズは４×４ピクセルである。各ピクセルは灰色調の
情報を所定の灰色スケール上に含んでいる。処理ユニッ
ト３においては、画像の各ブロック４についてコードブ
ックメモリ５に保持されたコードブック６から最良に対
応する符号ベクトル7aが抽出される。コードブック６
は、予め、トレーニング画像を用いてかつ適当なコード
ブック設計アルゴリズム例えば参考文献で（２）に開示
されたいわゆるLBGアルゴリズムを用いて設計される。
コードブック６における符号ベクトル7aのオーダ数ａす
なわちそのベクトルインデックスは送信ユニットＡから
受信ユニットＢに伝送チャンネル８を介して伝送され
る。
受信ユニットＢの画像メモリにおいて、画像処理ユニ
ット10によって、コードブックのメモリ11に記憶された
コードブック12におけるベクトルインデックスａに対応
する符号ベクトル7aが抽出されて、画像が再構築され
る。画像１′に属するブロック４′の全てが符号ベクト
ルとして画像メモリ９内において編集されると画像はモ
ニターに表示される。
本発明による画像伝送システムにおける画像圧縮符号
化方法は上記したVQ処理を活用している。このことは図
３のブロック図に示されている。図から明らかなように
標準VQよりも大なるブロックサイズが選択されている。
理想的には、ブロック13のサイズ（図2a参照）は、例え
ば、８×８ピクセルである。最初のステージ（段階）に
おいては、ブロックが第１のコードブック17を用いて第
１サブコーダ16において比較的小数の符号ベクトルによ
って符号化される。第１符号ベクトル18の数は例えば64
である。符号ベクトル18のサイズはブロック13のサイズ
に対応し、例えば、８×８ピクセルである。このこと
は、この符号化ステージにおいて画像がおおまかにすな
わち画像に含まれる低域成分に含まれる基本的特徴のみ
が識別されるのである。
次のステージにおいて、ブロック13は、図2bに示した
ように、４分割ブロック14すなわちサブブロック14A′,
14B′,14C′,14D′に分割される。各サブブロック14の
サイズは、例えば４×４ピクセルである。第２サブコー
ダ19において各サブブロック14が第２コードブック20に
よって符号化される。この第２コードブック20は多数の
クラス分けされたコードブックからなり元のブロック13
のベクトルインデックスｉ及びサブブロック14の分割ラ
ベルＡ′,B′,C′,D′が元のブロック13の中での位置を
示すクラス分け標識として用いられる。従って、サブブ
ロック14の符号化においては、クラス分けされたコード
ブック20の中から元のブロック13の分割ブロック14のラ
ベル及び元のブロック13各々のベクトルインデックスｉ
によって画定されるコードブックが用いられる。元のブ
ロック13に基づいて発見された第１符号ベクトル18は各
ブロックにおける画像のおおまかな輪郭を画定し第２コ
ードブック20からの第２符号ベクトル21はサブブロック
14の画像より鮮明にする。第２符号ベクトル21のサイズ
はサブブロック14のサイズに対応し例えば４×４ピクセ
ルの大きさである。よって、精細な画像を符号化するた
めのものであっても付加的な情報量はあまり必要としな
い。なんとなれば比較的少数の符号ベクトルが分類され
たコードブック20においては十分であるからである。
本発明の方法は、さらに、上記した符号化プロセスに
おいて得られたサブブロック14A′,14B′,14C′,14D′
の各々を次のステージにおいて新しい最初のブロックと
仮定して、サブブロック14の各分割ブロック15A,15B,15
C及び15Dを同様な処理（図2c）を適用することによって
更に展開できるのである。これらの新しいサブブロック
15の各々は例えば２×２ピクセルを含む。第３サブコー
ダ22においては、小なるサブブロック15がVQプロセスを
用いて符号化され、多数のクラス分けされたコードブッ
クからなる第３のコードブック23において適当な第３の
符号ベクトル24が抽出される。元のブロック13（８×８
ピクセル）及びそのサブブロック14（４×４ピクセル、
新しいサブブロック15A,15B,15C及び15Dが属している）
のベクトルインデックスi,jはサブブロック15及びサブ
ブロック14の分割ラベルと共に符号ベクトル24を発見す
るために前記コードブック23のどれが用いられるかを画
定する。これらのクラスインデックスはブロックの画像
内容から抽出される全ての情報を含んでいる。第３コー
ドブック23の各々は、比較的少数の符号ベクトルを含
み、それらの数は選考する符号化レベルにおいて用いら
れたコードブック17及び20のサイズよりより制限される
のが通常である。よって元の比較的大なる画像ブロック
がステップバイステップ的に増大する精度によって表現
される階級的符号化手順が実現されるのである。符号化
されてさらに送信側から伝送される画像は受信側におい
て図４におけるブロック図によって示される単純な逆復
号プロセスによって復号される。受信側の組合せコード
ブック24は送信側のコードブック17,20,22に等しいコー
ドブックを含んでいる。画像の実際の編集のために最低
レベルのコードブック23の符号ベクトル24が用いられ
る。画像は再構築ユニット25においてブロック毎に編集
され、さらに伝送されて既に知られている対応によって
各ブロックを再構築して画像を形成する。各符号ベクト
ル23は分類ベクトルインデックスj,iによって示される
コードブックにおけるそのベクトルインデックスｋによ
って完全に定められる。ここで指摘されることは階級的
ベクトルインデックスi,jのみが伝送されるべきであ
り、分割ラベルすなわち分割ブロックの１インデックス
はコーダとデコーダの間の同期によって自動的に示唆さ
れるのである。あるレベルで伝送されるベクトルインデ
ックスはその４つのサブブロック及びそれらの全ての子
孫ブロックによって共有される。
図３及び４は平均することによって符号化及び復号が
いかに改善されるかを破線のブロックによって示してい
る。図３の送信側において第１ブロックレベルにおい
て、例えば８×８ピクセルの当初ブロックの平均値が
平均ユニット26において計算され、さらに微分ユニット
27において各伝送可能ブロックから分離される。この平
均値は各ブロックに含まれるピクセルの灰色トーンの平
均を示す。この平均値ディジタルメッセージとして伝
送経路に供給されて更に受信側に伝送される。ブロック
間相違すなわち相違ブロックは符号化されそして本発明
による方法によって復号される。図４の受信側において
は、平均値によるブロックは平均値ブロック再構築ユニ
ット30において再構築されて、加算ユニット29において
加算されて復号形態の相違ブロックとなる。
図５において、本発明による圧縮符号化方法の応用例
が示されている、この応用例においては、図2a,図2b及
び図2cにおいて示された本発明の典型的な例である４分
割処理に先立って、符号化情報に基づいてサブコーダ1
6,19の中で画像ブロックがまず再構築されるである。画
像ブロックとこの再構築された画像ブロックとの相違す
なわち相違ブロックは微分ユニット28,29において形成
される。よってこの相違ブロックは前の符号化ステージ
の符号化エラーを含んでいる。そして、本発明による方
法が画像ブロックに代えて上記した態様において相違ブ
ロックに適用される。図５においては、図３において示
したエンコーダの別々のユニットについて用いられた参
照符が用いられる。受信側において、復号は符号化プロ
セスの逆の処理をすることによって実現される。
図５から明らかなように上記した本発明の方法に平均
化を適用することもできる。平均ユニット26及び微分ユ
ニット27が上記したプロセスにおける符号化構成に先だ
って符号化システムに調整される。復号は図４の応用例
において示されたと同様な態様にて実現できる。
標準VQ方法においては、多数の統計的トレーニング画
像を用いて設計される。コードブックを設計する場合、
よく知られたLBGアルゴリズムが用いられる。一方、本
発明による圧縮符号化法においては、コードブック17,2
0及び23が階級的な処理によって生成され、従って、ク
ラス分けされたコードブックの設計においては、元のト
レーニング画像材料の一部であって該当するクラスに属
するトレーニング画像材料が用いられるのである。
最上レベルの第１コードブック17は、最初のブロック
サイズすなわち８×８ピクセルのトレーニングブロック
の全てのセットを用いて標準的な方法で設計される。次
のレベルにおいては、各コードブロックが、上記第１コ
ードブックによってまず量子化されて得られるベクトル
インデックスによって異なるセットに区分された元のト
レーニング画像のブロックを用いて設計される。各セッ
トにおいては、ブロックが４分割されて例えば４×４ピ
クセルのサブブロックに分割されて別々の４つのサブセ
ットＡ′,B′,C′,D′を形成する。サブセットＡ′内の
サブブロックの全ては等しいクラス分けベクトル及び分
割インデックスを有する。こうして得られたサブセット
は前記コードブック20の為のトレーニング画像材料とし
て用いられる。
上記したコードブックの設計プロセスは既に得られた
トレーニング画像のサブセットを更に分割して既に得ら
れたコードブック及び４つの分割ブロックに更に分割す
ることによって同様なサブセットを得ることによって継
続してなされる。新しいサブセットの各々は次の低いレ
ベルにおける新しいコードブックの為のトレーニングセ
ットとして用いられる。
以下の説明は本発明による圧縮符号化方法の分析とな
る。ここで最も低いレベルのブロックをベーシックブロ
ックと呼ぶように定義する。またこのベーシックブロッ
クのサイズはＮ×Ｎピクセルとする。ブロックの階級的
レベルはインデックスｈによってラベル付けされる。こ
のインデックスｈは１すなわち最低レベルからＬすなわ
ち最上レベルまでの値をとり得る。レベルｈ（ｈ＝1,
…,L）のブロックは次の一段高いレベルｈ＋１のブロッ
クにサブブロックとして属する。ラベルαｈによって示
される分割ブロックは４つの値A,B,C及びＤ（図２）の
いずれかの値をとり得る。
符号化は、トリー状形式において進められる。レベル
ｈにおいては以前の量子化インデックス及び分割ラベル
の組合せは次の（１）式によって表わされる。すなわ
ち、 ch＝（iL;αL-1,iL-1…；αｈ） このchは組合せクラスインデックスを形成する。レベ
ルｈのブロックはクラスchのコードブックを用いてVQ処
理される。得られるインデックスihとクラスインデック
スchは組合せベクトルインデックスを画定し、この組合
せベクトルインデックスは次の（２）式によって示され
る。すなわち、 kh＝（iL;αL-1,iL-1;…；αh,ih） この式はこのレベルにおける符号化結果を完全に特定
する。サブブロックのこの組合せベクトルインデックス
及び次の低いレベルにおけるサブブロックの分割ラベル
はこの次のサブブロックの為のクラス分け標識ch-1とし
て作用する。
レベルｈのクラス分けコードブックのサイズをIh（す
なわちih＝1,…,Ih）とする。そうすると、bh＝log2（I
h）ビットが送信側から伝送路を経て受信側にインデッ
クスihの値を伝送するために必要とされる。上述した如
く、分割ラベルは伝送されない。なんとなればこの分割
ラベルは送信側の符号化ユニットと受信側の復号のユニ
ットとの間の同期によって示唆され得るからである。レ
ベルｈのブロックのインデックスihの値はそのサブブロ
ック及びそれらの子孫のブロックの全てによって共有さ
れるのである。従って、最低レベルへの全てのプロセス
のビットレートは、Ｎ×Ｎピクセルのベーシックブロッ
ク毎のビットとして計算をすると以下の（３）式によっ
て表される。すなわち、 ベクトルインデックスihの全ての値は必ずしも等しく
ないので、実際の情報伝送レートはエントロピーコーデ
ィングによって更に減少せしめられ得る。エントロピー
コーディングは符号調を次の（４）式によって表わされ
ると仮定して計算される。すなわち bh＝（Kh）＝−log2P（ih|Ch） 上記した式（４）はクラスchにおけるインデックステ
ーブルihに関連づけられる。ここでＰ（ih|ch）は、こ
のクラスにおけるベクトルインデックスihの（条件付
き）確率を与える。ここで注意すべきは各レベルにおい
て、ブロックのベクトルインデックスを伝送するために
必要とされる付加的な情報は、インデックスそれ自身及
びブロックのクラスすなわちそのブロックの組合せイン
デックスkhによっているということである。
khを最低レベルのブロックの組合せインデックスであ
るとする。そうするとこのブロックのために必要な情報
の送料は次の（５）式によって示される。即ち、 ここで、khはレベルｈで切り取られたkhを意味する。
（式２参照）そうすると平均の全ビットレート（エント
ロピー）は次の（６）式によって示される。すなわち、 最低レベルの組合せベクトルインデックスk1の確率分
布Ｐ（k1）はこの方法によって符号化されたトレーニン
グセットにおける生起確率によって評価することができ
る。本発明による圧縮符号化方法は、最初の画像ブロッ
ク（例えば８×８ピクセル）の内部において実際の符号
化フェーズに組合されたクラス分けプロセスであると理
解できる。この実際の符号化フェーズは例えば４×４又
は２×２サブブロックの最低レベルのサブブロックのベ
クトル量子化法である。本発明による圧縮符号化方法は
先のVQ法の結果を自然な方法で用いる。すなわち、異な
るクラスを分離するための特別な基準を必要としない。
本発明による圧縮符号化方法はトリーサーチVQ（TSV
Q）と同様な特徴を有する。TSVQにおいては、順々の符
号化結果（トリーの枝）が次のステージにおいて用いら
れるコードブックを定める。本発明による方法と前記ト
リーサーチVQ方法との本質的な相違点はTSVQ法において
はブロックサイズが固定されたプロセス全体に亘ってそ
れは維持されるのに対し、本発明による方法においては
各ステージ毎により小さいサブブロックになるように枝
別れをさせる点である。
TSVQ法はより大なるブロックサイズに対して高品質の
画像を得るために非常に大なるコードブックを必要とし
つつ符号化時間の長さの問題も有する。しかし乍ら、本
発明による方法の利点はその速度にあり、これは階級的
レベルに基づく符号化により達成されるのである。他の
利点は、画像の精確な画定のために階級的に減少するブ
ロックサイズを用いたことにより、コードブックの符号
ベクトルの数が妥当なレベルに維持されるということで
ある。異なる観点から見れば、本発明による圧縮符号化
方法はより大なるブロックサイズからスタートして画像
内の大なるスケールの相関を活用しているということも
できる。
上記した説明においては、１つの好ましい応用につい
て本発明が説明されているが本発明はその請求項に記載
されている範囲において種々変更できることは明らかで
ある。
参考文献 （１）H.Abut氏編"Vector Quantization",IEEE Press,1
990 （２）Y.Iinde,A.Buzo,R.M.Gray"An Algorithm for Vec
tor Quantization for Image Coding",IEEE Trans.Com
m.,vol.COM−28,pp.2301−2304,1991
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−34087（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−238776（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−246589（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−74883（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−227141（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ディジタル画像伝送システムにおける圧縮
    符号化をなす画像圧縮符号化方法であって、ベクトル量
    子化（VQ）プロセスを用い、送信側において送信さるべ
    き画像が予め定められた第１順序でブロックに分割さ
    れ、各ブロックについて、コードブック内で最良の対応
    符号ベクトルが抽出され、コードブック内の符号ベクト
    ルの位置すなわちベクトルインデックスが受信側に送信
    され、この送信されたベクトルインデックスに基づいて
    各符号ベクトルが同一のコードブック内で抽出され、前
    記画像はこの符号ベクトルを用いてブロック毎に再構築
    され、前記コードブックはトレーニング画像によって予
    め設計され、前記画像は使用されるブロックサイズに応
    じて同様にブロックに分割される方法であって、 −送信側において、符号化さるべき画像ブロックがサブ
    ブロック（14A',14B',14C',14D'）に予め定められた第
    ２順序で分割され、各ブロックはベクトルインデックス
    （ｉ）を有し、各サブブロックは分割ラベル（A',B',
    C',D'）を有し； −各サブブロックは符号ベクトルの複数組すなわち複数
    のクラスを含むクラス分けされたコードブック（20）を
    用いてVQ処理が施され、各クラスは同じベクトルインデ
    ックス（ｉ）及び同じ分割ラベル（A',B',C',D'）を有
    する複数の符号ベクトルから成り、１つのクラスの各符
    号ベクトルはそのクラスの範囲内で前記符号ベクトルを
    識別するベクトルインデックス（ｊ）をさらに有し、そ
    れによって、サブブロックの前記分割ラベル（A',B',
    C',D'）及び前記それぞれの元のブロックの前記ベクト
    ルインデックス（ｉ）に基づき、前記クラスの何れに前
    記サブブロックが対応するか判定し、かつ前記判定され
    たクラスのどの符号ベクトルが前記サブブロックに最も
    良く対応するかをさらに判定し、よって各サブブロック
    に対して前記判定された最も良く対応する符号ベクトル
    を指示するベクトルインデックス（ｊ）を得て； −このクラス分けされたコードブック（20）に関するサ
    ブブロックのベクトルインデックス（ｊ）及び前記それ
    ぞれの元のブロックの前記ベクトルインデックス（ｉ）
    は受信側に伝送され； −受信側において、送信側で用いられた前記クラス分け
    されたコードブックと同一のクラス分けされたコードブ
    ックが元のブロックの前記送信されたベクトルインデッ
    クス（ｉ）及び前記サブブロックの前記予め定められた
    第１順序と前記予め定められた第２順序とから抽出され
    る分割ラベルに基づいて選択され、； −受信側において、該選択されたクラス分けコードブッ
    ク（24）は送信側におけるクラス分けコードブックに等
    しく、前記符号ベクトルはサブブロックの伝送されたベ
    クトルインデックス（ｊ）に基づいて抽出され、サブブ
    ロックの構築がなされ； −さらに、各クラス分けコードブックを設計する際に用
    いられるトレーニング画像材料は各クラスの属する元の
    トレーニング画像セットの一部であることを特徴とする
    方法。
  2. 【請求項２】請求項１記載の方法であって、前記サブブ
    ロックは更に分割ブロックに分割され、同様にこれらの
    サブブロックはさらにより小なるサブブロックに分割さ
    れ、各サブブロックはクラス分けされたコードブックに
    よって符号化され、この時のクラスインデックスは各サ
    ブロックの属する親サブブロックの全てのベクトルイン
    デックスであり、さらには前記サブブロックのみならず
    前記親ブロックの分割ラベルでもあり、クラス分けされ
    たコードブックは予め上記した方法によって設計されて
    いることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】請求項１又は２記載の方法であって、各サ
    ブブロックの分割の前に、画像ブロックが符号化情報に
    基づいて再構築されて、元の画像ブロックと再構築され
    た画像ブロックとの相違が生成され、得られる相違ブロ
    ックは先の符号化ステージの符号化エラーを含み、前記
    元の画像ブロックの代わりに前記生成された相違ブロッ
    クに請求項１又は２記載の方法を適用する事を特徴とす
    る方法。
  4. 【請求項４】請求項１又は２記載の方法であって、符号
    化の前に、前記画像の各ブロックに含まれるピクセルの
    灰色レベルトーンの平均値を前記ピクセルの前記灰色レ
    ベルトーンから減じ、前記平均値が送信側から受信側に
    別に伝送されることを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】請求項１、２又は３記載の方法であって、
    送信側において前記画像が低域濾波処理されて、低域濾
    波処理された画像は受信側に別々に送信され、画像の高
    周波成分すなわち元の画像と低域濾波された画像との相
    違画像を前記元の画像に置換することを特徴とする方
    法。
  6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１に記載の方法
    であって、サブブロック及びこれに続く子孫のより小な
    るサブブロックに用いられるコードブックのサイズは含
    まれる画像によって異なって用いられコードブックのサ
    イズ情報が受信側へ伝送することを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】請求項１乃至５記載の方法であって、サブ
    ブロック及びこれに続くより小なるサブブロックの符号
    化において用いられるコードブックのサイズはコードブ
    ックの画像内容に基づいて変動し用いられ前記コードブ
    ックのサイズはそのクラスインデックスに基づいて固定
    的に画定されることを特徴とする方法。
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