JPH01503668A - 適応利得及びかたよりによるブロック適応線形予測符号化 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 、適応利得及びかたよりによる ブロック適応縁形予測符号化 この特許書類の開示の−す分は著作権保護の請求が行われる資料？含んでいる。

著作侑所有者は待訂ｔＦ類の抜写又は特許開示に対し℃は異議がないが、その他 のすべての権利は留保する。

この発Ｆ！Ａはディジタル画像処理の分野に、更に詳しくは、ブロック適応線形 予測符号化によってディジタル画像信号？圧縮するための方法に関係している。

画像圧縮はディジタル画像に含まれたばく大な會の情報のために多くのディジタ ル画像システムの不可欠の要素である。その簡単さ、圧縮効率及び実現の容易さ のために、線形予測符号化法（ＬＰＣＪは画像データな記憶及び伝送のために圧 縮するためにしばしば使用される。ＬＰＧは、所与の信号値とこの信号値の線形 予測値との間の差又は誤差が相関信号値に基づいて符号化される一般的な種類の 符号化技法に関係している。誤差信号を符号化することの利点は、それが原始信 号よりも、少なく相関させられ、低い分散を有し且つ定宮的であり、このために 圧縮がより容易に行われることである。

画像の種類及び画＠、構造における変化に対する適応性のレベルに依存し℃、２ ：１から６＝１までの圧縮比が達成されている。適応予測（例えば、チェンケ著 「適応予測によるＤＰＣＭ画ｆ！符号化ｊ工ＥＥＥ通信部会会報Ｃｏｍ−２５巻 、１９７７年１１月、１２９５−１３０２ページ所＠（”ＤＰＣＭ　ＰｉＣｔｕ ｒｅＣｏｄｉｎｇ　Ｗｉｔｈ＝　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ”　 ｂｙＺＳＣｈｕｎｋｅ　、ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　Ｏｎ　ＣＯｍＩ ｎｕｎｉ−ｃａｔｊＯｎＳ、Ｖｏｌ、ｃｏｍ−２５、ＮＯＶｅｍ’Ｄｅｒ、１９ ７７、ｐａｇｅｓ１２９５−１３０２Ｊ　Ｙ見よ）及び適応量子化（例えは、エ ム・ラバニ、エル・エイ・レイ及びジェイ・サリバン者「ラジオグラフへの応用 による適応予測符号化」　、メディカル・インスツルメ／テーシミン、第２０巻 第４号、１９８６年７−８月号。

１８２−１９１ページ所ｉ［（”ＡｄａｐｔｉＶｅ　ＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏ ｄｉｎｇ　ｗｉｔｈ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｔｏ　Ｆｌａｄｉｏｇｒａｐ ｈｓ”ｂｙ　Ｍ、Ｒａｂｉｎｉ　、　Ｌ、　Ａ、Ｒ２Ｌｙ、　ａｎｄ　Ｊ、５ｕ ｌｌｉｖａｎ。

Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ、Ｖｏｌ、２０．Ａ４．Ｊｕ ｌｙ−Ａｕｇｕｓｔ、　］　９８６　、　ｐａｇｅｓ　１８２−１９１ノを見よ ノは、所与のハードウェア実現の複雑性に対する優れた性能のために″適応を子 化に強調の大部分がおかれて考察された。

優勢な適応量子ｆヒ技法はブロック適応と呼ばれ、これにおい′Ｃは独立した＠ 彫ブロックの統計恒に基づいて線形ブロックの誤差信号を符号化するために限ら ｎた一組の量子化子から一つの量子化子が選択さねる。最良の組の量子化子を確 立するために多数の経験的な研死が行われてきた（例えば、ジェイ・オー・リム 及びシー・ビー・ルピンシュタイン者「ＤＰＣＭ　符号器のための量子化子の設 計につい″′ｃ：可視性可視性及確率スキングの間の関数関係Ｊ　、ＩＥＥＥ通 信技術部会会報Ｃ０Ｍ−２６。

１９７８．５７３〜５７８ページ所載（”Ｏｎ　ｔｈｅ　ＤｅＳｉｇｎ　ｏｆＱ ｕａｎｔｉｚｅｒｓ　ｆｏｒ　ＤＰＣＭ　Ｃｏｄｅｒｓ　：　Ａ　Ｆｕｎ′ｃｔ ｉｏｎａｌＲｅ１２ＬｔｉｏｎＳ−ｈ、ｉｐ　Ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｖｉｓｉｂｉｌ ｉｔｙ、Ｐｒｏｂａ−ｂｉｌｉ　ｔｙ、　ａｎｄ　Ｍａｓｋｉｎｇ″ｂｙ　Ｊ、 Ｏ，Ｌｉｍｂ　ａｎｄ　Ｃ，Ｂ。

ＦＩｕｂｉｎＳｔｅｉｎ、ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ＣＯｍ ｍｕｎｉ−ＣａｔｉＯｎＳ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、Ｃ０Ｍ−２６，１９７８， ｐａｇｅｓ５７３−５７８Ｊ’に見よ〕。これらの新究のすべてｉ′ｉ、ｐ差信 号か零平均であると仮定しての誤差旧号シグマ匝のブロック間変化に基づいた量 子化レベル又は利得における変化に関係している。人間の観察者にとって関心の ある丁べての種類の１塚に対する所与の画像忠実度に対して前述の利得適応技法 に比べて圧縮比な改讐し、これにより記憶要件及び／又は伝送時間なふ少するよ うにした新しいブロック適応ＬＰＣ技法を提供することがこの発明の目的である 。

発明の要約 この発明の一態様に従って、この目的は％零からの誤差信号の平均値のブロック 間変化及び誤差信号のシグマ値のブロック間変化？考慮し、且つ入力誤差信号と 符号化誤差信号との間の二乗差を最小化するように最適に設計された一組の二変 数量子化子からの選択によってそれらの変化に適応することによって達成される や 各画素行（ライ／）における最初の画素及び鄭１行（ラインノの画素（これらは 直接量子化される〕を除外して誤差信号は所与の画素に対して、二次元におい℃ 画素値に接近している前に符号化された誤差信号から画素値の予測値を作り、こ の予測値な画素値から減算することによって形成される。縁形ブロックにおける 誤差信号は次に、現在の画像が属している画像の種類に対して設計された一組の 二変数を子化子から、次の諸段階を行うことにより選択？：′ｆることによって 電子化されろ。この諸段階は、（１）独立した線形ブロックの誤差信号を形成す る段階、（２１ブロツクにおける誤差信号の平均値及びシグマ値の関数に対する 最大優度（ＭＬＪの推定値を形成する段階、（３）画像の種類に対する平均値及 びシグマ値の最小二乗誤差決定領域から、どの二変数決定領域がＭＬ推定値？含 んでいるかを決定する段階。

（４）選択さｒた領域からシグマ（利得）及び平均値（かたより）に対する最小 二乗誤差復元傭を用いてブロックにおける誤差信号に対して最小二乗誤差量子化 子を僑成する段階、（５１概成された量子化子を使用してブロックにおける誤差 信号を量子化する段階、１６）量子化された（符号化された）誤差信号及び選択 された量子化子に対する符号語（コード・ワードノヲ伝送し又は記憶する段階、 並び［７７１次のブロックに進んで、その行の画像信号が処理されるまで段階ｆ ｉｌ〜（６）を繰り返で段階、である。

この発明の別の態様に従って、その目的は、低いコントラストを持ったブロック のランな識別し、且つランを示すフラグ、及びランにおけるブロックの数を示す 値でこれらのブロックを符号化することによって達成される。この発明の更なる 態様に従って、その目的は、シグマの値、より多くの量子化レベルな持ったより 高いシグマの値に基づいて異なった数の量子化レベルを持った量子化子な与える ことによって達成さｎる。

図面の簡単な説明 図１ａ及びｌｂはそれぞれこの発明による画像信号処理方法を実施するための圧 縮器及び伸張器の構成図であり、図２は典型的な二次元縁形予測器に含まれた画 素、及び予測方程式を示した図表であり、 図３は誤差信号の、ピークのあるラプラシアン状の性質ｆ：！′区解した典型的 な誤差信号ヒストグラムを示した図表であり、図４は種立した面、渾ブロックに おけるラプラシアン平均値及びシグマに対するＭＬ推定値の典型的な同時ヒスト グラムを示した図表であり、 図５は独立した画像ブロックにおけるラプラシアン平均値に対するＭＬ推定値の 周辺ヒストグラムを示した図表であり、図６は独立したｍ（家ブロックにおける ラプラシアンシグマに対するＭＬ推定値の筒辺ヒストグラムを示した図表であり 、図７は三かたより（バイアスノ、二利得（ゲインノブロック適応を子化子に対 する蓄子化子選択を図解した図表であり、図８ａ及び８ｂはこの発明によるブロ ック適応利得・バイアアス線形予測符号化技法のための圧縮器を図解した流れ図 であり、 図９は極変換座椋系におげろシグマ及び平均値の対数確率のプロットであり、 図１０は極変換座キ標系に対する普子イヒ子決定及び復元値な示した図表であり 、 図１１は減小した支持線領域に対する、図１０に類似した量子化子決定及び復元 値を示した図表であり、又図１２はこの発明を説明するのに有効な概略図である 。

この発明の方法を詳絽に説明する前に、ラプラシアン信号に対する平均値及びシ グマＭＬ推定値の偏差韮びに最小二乗誤差の組の量子化子の偏差が説明される。

図２に図解されたような復元画素値の磯形組合せ？大力画素値から減算すること によって形成された誤差信号の確率密度間ＦＸ（ｐａｆ’Ｊに対する最も音道に 使用されるモデルは、非零平均値信号か によって与えられるラプラシアンである（ダブリュー・ケイ・プラブト著「ディ ジモ１画潅処理」、６５３ベニジ、ジョン・ワイリ・アンドーサンズ社、１９７ ８年発行（”ＤｉｇｉｔａｌＩｍａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　”　ｂｙ　Ｗ 、　Ｋ、　ｐｒａｔｔ、　ｐａｇｅ　６５３　。

Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆　５ｏｎｓ、１９７８　）’ｌ見よノ。

図３はμ＝０でこのモデルによく適合する全画像誤差信号ヒストグラムを示して いる。局部的には、小さい画像ブロックにおいて、この零平均傭そデルは図４に 図解されたようにこわれるが、この図は五つの１累線形ブロックにおける典型的 な画像のラプラシアン平均値及びシグマ値に対する最大優度（ＭＬＪ推定値の同 時ヒストグラムを示したものである。数理統計学に関する多くの教科書、例えば 、アール・ジェイ・ラーセン及びエム・エル・マックス書「数理統計学入門」、 米国ニー−シャーシー州ｘングルウグド・クリッフスのプレンティス−ホール社 、１９８１年発行（”　Ａｎ　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｍａ　ｚｈ、 ｅ−ｍａｔｉｃａｌ　５ｔａｔｉｓｔｉｃｓ”　ｂｙ、Ｒ，Ｊ、Ｌａｒｓｅｎ　 ａｎｄ　Ｍ。

Ｌ、Ｍａｘ、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ　Ｈａｌｌ、Ｉｎｃ、、Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ　Ｃ １１ｆｆ’ｓ。

ＪｅｒＳｅｙ、１９８１　Ｊ　に見られる最大優度横車推定の方法は、ＭＬ推定 値に対し℃ ス＝メジア／（△（凧ｉ＝１　、　Ｎ　）　、　Ｎ＝５？与える。

図４は平均＠における変化がシグマにおける変化と同様に有意であることを示し ている。これらの変動に最適に適応するためには、差分信号の非定冨性、すなわ ちμ及びσにおける笈化並びにΔ所与のμ及びσにおける変化、によって導入さ れた総合誤差？最小化する一組の量子化子な選択することが必要である。所与の 画像ブロックにおける真のラプラシアン横車μ、０の推定μｍ、、ｕｎＶＣ基づ いて、正規化された。−ｆなわち単位分散の、復元レベルｒに対しては、二乗誤 差は（（Ｏｎｒ＋μロノー（σΔ十μ］〕１３）によっ℃与えられる。正規化さ れた決定レベルｄ１並びに積率決定レベルｑｍ及びｔｎに対する全二乗誤には（ （ｆｆｎｒｊ−（ＩΔ）＋Ｃ，ｕｒｎ−１”））ｐ＜ｂ、、、ｕ、ａ）ｄΔ６ａ 　ｄｐによって与えられる。静子化を最適化するたわＫは、ｑｍ　、　ｔｎ　。

ｄｊ、、ａｍ、Ｏｎ、及びｒコ　に関してこの誤差を最小にすることが必要でろ る。μ、σ及び推定値μｍ、σｎＫよつ℃定義された所与の定率画像ブロックに おいて、最小誤差決定及び伽元レベルは によって与えられる。μ及びσの値は正確には知られておらず、ν子化された値 μｍ、σｎによって推定され得るにτぎない。

μ及び０の代わりにμｍ及びσｎｙ入れると、決定及び復元レベルに対して が得られる。これらを誤差最小化に使用すると、μｍ、Ｏｎ。

ｑｍ　、ｔｎ　に対しては が得られる。簡単のためにμ及びσが狂立であると仮定すると、復元方程式は次 のようになる。

復元方程式（８）並びに方程式（７）におけるＱｍ及びｔｎ　に対する方程式？ 用いて、平均値並びにシグマｐｄｆのための一組の最小二乗誤差量子化子モデル を構成するためにはｐ（μ）並びにｐ（σ）を選択しなければならない。図５及 び６は、典型的な画像についてのブロック平均値及びブロックシグマ値に対する 周辺ヒストグラム（破線の曲線）、これらな表すために使用されたラプラシアン （平均［ＥＪ及び指数（ジグマノモデル、及び三かたより、二利得量子化子に対 する方程式（８）からの復元レベル（実線の曲線ノヲ示している。方程式（７） からの決定レベルは復元レベル間の中間にある。この３×２量子化子は図７に図 解され℃いるが、この図で破線は決定領域を表しており、ａは各領域における最 適の二変数量子化子である。

今度は図１ａｆｉｒ：診照して、この発明によるブロック適応利得・バイアス総 形予測符号化技法な使用した一般的な画像処理装置を説明する。画像又は情景は 走査装置１０、例えばビデオ走査器又はグラフィックアート走査器によっ℃標本 化される。標本化画像はアナログ−ディジタル変換器１２によってディジタル化 され、七し℃ディジタル化された標本化画像は圧縮４八入力され、ここで１行（ ラインＪ（１４Ｊ且つ現在性に沼っ″ｃ１ブロックの長さく１６〕遅延させられ る。予測はその行における前に符号化された画素値及び前の行における符号化画 素値を用い℃各ブロックにおける画像値に対して行われる（１８Ｊ。

これらの予測値は実際の画素値から減算され、そして誤差信号平均値及びシグマ に対するＭＬ推定値（２０Ｊが方程式（２］に従っ℃各ブロックにおいて計算さ れる。ＭＬ推定値は次に量子化子ｑ（図７参照）を選択する（２２）ために使用 され、そして誤差信号△は選択された量子化器な用いて量子化され（２４ハ決定 佃域０におけるブロックのすべての誤差信号が復元レベルｒｊによっ′Ｃ置き換 えられる。量子化誤差信号Δはその後の予測（１８Ｊのために帰還させられ且つ 又選択された量子化子ｑと共ｖｃｂ失のない最小冗長性符号化技法、例えばハフ マン符号化法又はう／長符号化法（例えば、ダブリュー・ケイ・プラット書「デ ィジタル画像処理」、ジッン・ワイリ・アンド・す／ズ社、１９７８年発行、２ ２．３章（’　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”ｂｙ　Ｗ、 に、Ｐｒａｔｔ、Ｃｈａｐｔｅｒ　２２．３　。

、ｙｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆　５ｏｎｓ、１９７８ノな見よノによって符号化さ れる（２６ノ。符号化された符号化誤差信号＾及び量子化子ｑは次に伝送又は記 憶される。

圧縮除去器は選択された量子化子ｑ及び量子化誤差信号Δに対する符号化値を受 け取って、これらの値を復号化し、且つ信号を１行（３０ノ及びｌブロック（３ ２ノ遅延させ、選択された量子化子に従って信号を基準化しく３４ノ、前に圧縮 除去された画素値を用いて画素値を予測しく３６ノ、そし℃この予測画素値を復 号化誤差信号に加算することによって圧＆５器の逆の過程を行う。

画像圧縮・圧縮除去器はマイクロプロセッサのようなプログラム式多目的計算機 、又は代替的に、注文設計のディジタル信号処理回路を含んでいる。圧縮除去さ れた画像は、画像符号化が画像の伝送時間又は記憶要件な減少するために行われ た場合には、出刃装置３８、例えばＣＲＴ表示装置又は／・−トコビー記録装置 に供給されることができる。量子化予選択装置（２２ノは量子止子決定及び復元 レベルｑｍ０μｍ　、　ｔｎ　、ｏｎを収容する記憶装置ヲ備えている。

予測１器装置１８は線形予測を形成するための予測係数ａ。。

ａｌ、ａ２．ａ３を収容する記憶装置を備え℃いる。量子化子装置２４は、零平 均値、単位分散ラプラシアン信号に対する最犬量子化子決定及び復元値を収容す る記憶装置を備え℃いる。ガえは、ダブリニー・クイ・ブラット著「ディジタル 画像処理」ジ目ン・ワイリ・アンド・サンズ社、１９７８年発行、１４４ページ 、表６．１　１　（＠Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｉｍａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ″ｂ ｙＷ、に、Ｐｒａｔｔ、　Ｔａｂｌｅ　６．１−１　、　ｐａｇｅ　１４４　、 　ＪＯｈｎＷｉｌｅｙ　＆　５ｏｎｓ、１９７８ノ　を見よ。

今度は図８ａ及び８ｂに示された流れ図を参照して、マイクロプロセッサをプロ グラミングすることによるブロック適応利得・バイアス扉形予測符号化技法のた めの圧ｌａ器を説ＩＮｆる。

次の説明からマイクロプロセッサをプログラミングする方法は技術に通じた者に は明白でろろう。次の説明は画像信号が線ラスタ走査において圧縮器に与えられ ているものと仮定している。

定歪の開始時に、内部計数器、画素番号に対するものｐ、走査行（ラインノに対 するものｔ、ブロックにおける画素番号に対するものｂ、及びブロック番号に対 するものｋが初期設定される（ＩｏｏＪ。計数器を及びｐはｌだけ増分され（１ ０２，１０４Ｊそして第１行ｔ＝ＩＶｃつい℃検査が行われる（１０６Ｊ。ｔ＝ １ならば、ｐは行の長さＬと比較され（］　０８Ｊ、そし℃それがＬ以下である ならば、画素値Ｘｐｊ　は予測における将来のそして伝送さｎる（ｌ１２Ｊ。画 素番号ｐが１だけ増分され℃（１０４ハこの過程はｐがＬより太き（なるまで繰 り返されるが、この時点では第１行が圧縮なしで伝送されている。画素番号が再 び初期設定され（ＩＩＯＪ、そしてｔ及びｐが１だけ増分される。最初の行（１ ０６Ｊ及び最後の行（１１４Ｊが偽であると、最初の画素、ｐ＝１についての検 査（１１６Ｊが続く。真であるならば、ＸｐＪ　は復元画素Ｘｐ、Ｊに割り当℃ られＣ（ＩＩＯＪ、伝送される（ｌ１２Ｊ。次にｐが１だけ増分される（１０４ Ｊ。偽ならば、ブロック計数値すが１だけ増℃、記憶装置からの予測係数（１２ ２Ｊ及び現在の画素の周りの復元画素Ｘｐ、ｊ　を用いて形成される（１２０Ｊ 。誤差信号Δｂが計算されて（１２４ハブロツクの大きさに等しい記憶装置に記 憶される（１２６Ｊ。行の最後の画素に対して検査が行われる（１２８Ｊ。偽な らば、ｐ及びｂが１だけ増分され（１０４，１１８Ｊ、新しい予測」値及び誤差 信号が計算され（１２０゜１２４ハそして誤差信号がｂ＝Ｂ（１３０Ｊの時点ま で記憶されるが、この時点においては誤差記憶装置が一つのブロックな収容し℃ いる。

平均値誤差μΔ及びシグマ誤差σ△に対するＭＬ推定値が次にブロックにおいて 作られる（１３２Ｊ。ｐ＝Ｌ（１２Ｂ）ならば、その時点までに記憶装置に累積 された（１２６Ｊ誤差信号が平均値及びシグマ誤差値の推定のために使用される 。これらの推定値は次に、次のように量子化子な選択するために使用される。二 つの町変量子化子計算器Ｓ。及びＳｌが初期設定される（１３４Ｊ。平均値推定 値μ△は、記憶装置（１３８Ｊに上昇順序で記憶された平均値決定レベルＱｓと 増分的に（１３６Ｊ比較されて、ついにはその決定領域内に含まれたものとして その推定値を同定する特定のレベル（１４０Ｊより小さくなる。

その決定領域に対する復元平均値μｓ０は次に量子化子かたより（１４２Ｊな定 義する。同様の方法で、シグマ推定値σ６はシグマ決定レベルｔｓと増分的に比 較されＣ（１４４，１４６゜１４８入ついには決定領域が同定され、そしてこの 決定領域に対する復元値σｓ１が量子化子利得（１４２Ｊとして選択される。

ｎビット、零平均値、単位シグマのラプラシアン・マヴ°クス童子Ｊヒ子に対す る決定値ｄｊ及び復元値ｒ３は記憶装置（１５０Ｊから呼び戻されて、μｓＯＫ より数値的に移動さｎ且つ（１５１により基準化される。ブロックにおける誤差 信号は次に決定領域）及び画素番号ｍ（１５２）な初期設定することによって量 子化される。これらは次に１だけ増分され（１５４Ｊ、そしてブロックの終りに ついて恢査（１５６Ｊ、ｍ）ｂが行われる◎偽ならば％誤差信号Δｍは記憶装置 ｉｌ［（１２６〕から検索され、そして上昇ｊｌ序で配列された決定レベルｄｊ と増分的に比較され（１５９，１６０Ｊ、ついにはそれをその決定領域内に含ま れたものとして同定する特定のレベルより小さくなる。誤差信号は次に復元レベ ルｒｊによって置き換えられ（１６２ハ符号化されＣ（１６４Ｊ伝送される（１ ６６Ｊ。現在の画素番号ｎが計算され（１６８ハそし℃予測値及び量子化誤差信 号スｍが加算され”Ｃ（１７０７現在の復元画素値ＸＩ、ｊ　が得られ。

これは将来の予測値のために記憶される。決定レベル計数値Ｊは再初期設定され （１５３ハそし℃プログ２画累計数値ｍと共に１だけ増分される（１５４Ｊ。ｍ ）ｂであり（１５６）且つ埃在りブロックにおけるすべての誤差信号が量子化さ れ、符号化されて伝送されたならば、ｋ番目のブロックＱｋ（１７２Ｊに対する 選択された量子化子は符号化されて（１７４Ｊ、オーバヘッドとして伝送される （１７６Ｊ。ブロック計数値が再初期設定され（１７９Ｊ、そし１行の終りにつ いて検量が行われる（１８０Ｊ。偽ならば、ブロック計数値ｋが１だけ増分され （１８２Ｊ、画素値が１だけ増分されＣ１０４）、そして新しいブロックが処理 される。真ならば、画素値及びブロック計数値が再初期設定され（１８４Ｊ、ｔ が１だけ増分され、そして次の行が処理される。この過程が継続されて、ついに は最後の行Ｔが処理され、そしてこの場合には全画像が伝送さｎてしまい、王都 器は停止する（　１８６Ｊ。圧縮除去器は伝送信号な受け取って、送信Δ値を基 準化するための伝送量子化子を用いて、図８　ａ　、　８　ｂ　〕ｔｍＦＬ図ニ オけ’４元停止ｔ１２０．１７０）Ｋよりて定着されたものと同じ予沖ｊ及び加 算過程乞行う。

この発明による画法圧縮及び圧縮除去方法を１１ビツト（すなわち、０〜２０４ ８Ｊ空中線画像及び１１ビツトポートレートに適応した結果が今度は論述される 。表１及び口は、それぞれ１ビット非適応ＬＰＣ，ｌビット利得適応ＬＰＣ，及 びこの発明の１ビーＩト利得・かたより適応ＬＰＣについて空中線及びポートレ ート画像に対する原始画像と圧縮／圧縮除去画像との間の１１ピツト計数値にお ける二乗平均値平方根誤差を示している。鰺考のために、１１ピツト計数値にお ける画像及び誤り画像に対する入力シグマ値は、空中線画像に対してはそれぞれ ４０３及び１１２であり、又ポートレートに対してはそれぞれ８３４及び８３で ある。空中線画像に対する信号対雑音改善はほぼ４ｄＢ、すなわち９３→５３ｒ ｍｓ雑音計数値であり、又ポートレートに対するそれは６ｄＢ、すなわち１０９ →５］ｒｍｓ雑音計数値である。

表１＝空中組画慮 ｒｍｓ誤差 ＬＰＣ法　／１１ビット計数値 非迩応　／　１４１ 利得適応　／９３ 利得かたより適応　１５９ 表Ｕ＝ポートレート ｒｍｓ誤差 ＬＰＧ法　／１１ビット計数値 非適応　／　１７１ 利得適応　／　１０９ 利得・かたより適応　１５１ 今度はこの発明の詳細な説明される。図４を参照すると、方程式（８）を簡単化 するために使用されたμ及びσに対する独立の仮定は厳密には正しくないことが 示され℃いる。この図は独立れた変数が一層ありそうな独立変数であることを示 している。

方程式（８）におけるような、独立したスケーラ量子化が次に行われるこの形式 の変換は、変換された変数に関して決定及び復元レベルを定義するために使用さ れ得、又これらのレベルについて行われた逆変換は平均値とシグマ決定及び復元 レベル？決定するために使用され得る。結果として生じる決定領域は環状になり 、復元レベルは半径方向のｇＡＫ沿って存在する。図４の変換は図９に示されて おり、七つの量子化子に対する。結果として生じた蓋子化子決定及び復元値は図 １０に示され℃いる。又実施を簡単化するために、方程式（２）における？及び 宣に対するＭＬ推定値は 及び によって置き換えられている。

、Ｓｒ洪弁減算しないことによる２の平行推定を可能にすることのほかに、方程 式（ＩＯＪは、方程式（２１に比較して大きいΔ（ｉｔ値の重み付けを増大して 量子化子におけるより大きい階段及び縁部（エラジノのより良い描写を生じさせ るので、画質の改善を生じる。１を減算しないことによって図１０の支持線の領 量子化子の設計に関係している。例えば、高又は低平均値、高シグマ（ｍ量子化 子は、適当な符号化のためにより低いコントラスト画像構造より多くのレベルを 必要とするかもしれない高コントラストの正又は負に傾斜した縁部な表している 。これらの量子化子に対するレベルの数を増大することは、必要とさｎるオーバ ヘッド情報を増大しないが、可変数の差分信号ビット／ブロックを生じさせる。

しかしながら、図４を参照すると５高又は低平均値、高シグマ値量子化子は典型 的な画像においてしばしばは使用されないので、そのような変更によって圧縮画 像に対するビットの総数は有慧なほどには増大されないことが示されている。高 度に細部描写の図面画像に対して経験的に決定されていることであるが、低ない し中間コントラスト（すなわち、低な℃・し中間σノ倉子イヒ子（図Ｌ１におけ る決定領域１〜４を見よ）は３レベルを必要とし、且つ高コントラスト（すなわ ち、高９）量子化子（図１１における決定領域５〜７を見よ）は８レベルを必要 とする。

低コントラスト領域におけるより少ないレベルへのこの１頃向は可視的しきい値 下の変調の極度に低℃・コントラスト区域に対する無レベルの限界にまで拡張さ れている。このような区域においては出力画像は画累情報ン必要としない前に復 元された画素の固定した関数によって定義される。これは「ラン（連）」と呼ば れ、Ｓがブロックにおける画素値とこれの三つの最も近い復元された近隣飢素と の間の平均Ｗｅ対差によって与えられる場合、ｔｘＮ画像ブロックにおける構造 推定値Ｓと固定しきい値を比較することによって定義される。これは図１２に歓 略的に示されている。ＩＯがブロックにおける最初の画素乞、ｔが行番号を示す ものとして、Ｓは である。ここで、ｘｉ、２は入力画素値であり、Ａ４．２はとして用いたときの 、を番目の行、１番目の画素に対する復元値である。固定しぎい僅Ｔに対しては 、ブロックはＳ二Ｔ ならばランの一部分である。

連続したランの数にブロックにおける画素の数を乗じたものは平均値Ａｉ、ｊに おいて復元された画素の総数を定義する。フラグビットはランが始まっていてブ ロックにおけるランの長さか次のにビットにおいて伝送されることを示している 。経験的に決定されていることであるが、ｋに対する最適値は２であり、これは ２２×５すなわち２０画素の最大ラン長に対応している。

この最大ラン長及び４のＴ恒に対しては、典ＨＢジな高品質連続色＠画１家にお けるランの数は目に見える劣化を伴わない０５〜１．０ビツト／ｉ［！］、ｌ素 の適当なビットレート減小に対応して３０〜６０％に及ぶ。

画質における損失を伴わないビットレードを改善するために、ハフマン符号化及 び復号化（例えは、アール・シー・ゴンザレス及びビ・ウィンツ者「ディジタル 信号処理」、アティソンーウェスリ社発行、２３９−２４１ページ（Ｄｉｇｉｔ ａｌ　ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｂｙ　Ｒ，Ｃ，Ｇｏｎｚａｌｅｚ　 ａｎｄ　Ｐ、Ｗｉｎｔｚ。

Ａｄｄｉｓｏｎ−＃ｅｓｌｅｙ　ｃｏ、、ｐａｇｅｓ　２３９−２４１　Ｊを見 よ〕が量子化子、ラン長Ｋ、並びに３及び８レベル差分信号値に対して加えられ て（・る。図４は、低シグマ、零乎均値ν子化子が高百分率の回数選択されてお り、従ってそれが最少のビットで符号化され、そして残りの量子化子がこれの使 用１に反比例したビット数で符号化されていることを示して（・る。ランに対し て決定されていることであるが、長い長さのもの、すなわち４ブロツクが最もあ りそうなので最少のビットを割り当てられ、残りの長さのものはこれの逆確率に 従ってより多くのビットを割り当てられている。３及び８レベル差分信号に対し ては平均値復元値に対応する中心レベルがよりしはしは使用され、従って最少の ビットで符号化され、且つより大きい差のものはより多くのビットで符号化され る。例のハフマン符号が量子化予選択、ラン長及び差分信号に対してそれぞれ表 １．２．３及び４に示２　０．１４　００１ ４　０．１４　１０１ ３　０．０７　００１１ ５　０．０６　１０１１ ７　０．０６　０１１１ ６　０．０３　１１１１ 表１％子化子選択に対するハフマン符号１　０．３２　０１ ２　０．１７　０１１ ３　０．１０　１１１ 表２　ラン長に対するハフマン符号 レベル蕾号　平均確率　ハフマン符号 表３３レベル會子化子に対する〕・フマン符号レベル番号　平均確率ノ・フマン 符号 ２　０．０８　１１００ ７　０．０８　００１００ １　０．０１　０１０１００ ８　０．０１　１１０１００ 符号化及び後号化孜法の実施は、標準電話通信回線を利用した高品質ディジタル 図形画像伝送システムに対してインテル（Ｉｎｔｅｌ）計算機におけるＣプログ ラミング言語で行われた。

符号化及び仮号化ソフトウェアはそれぞれ付録Ａ及び付録Ｂに記載されている。

ＫＭ上の適用法及び利点 この発明のティジタル画像処理方法は記憶又は伝送のためにディジタル画像を圧 縮するためのシステムにおいて有効である。

この発明は画像を圧縮して伸張するためのハードウェアの複雑性ｔはとんど増大 することなく圧縮比か相当に改善されるという利点を持っている。

ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ　３ ＦＩＧ　４ ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ６ ５立青　ブロー７７ 国際調査報告 ４１．電、１１．・１．・、２，１ム・両ｍｙ−ａｎ、、、、ｐｃ＝／にｉｓ８ ８１０２０３０２．７４＠、、、ｓ＠、？ＣＴ／ＵＳ　ｇ！！１０２０ＪＯ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．画像をｌ×Ｂブロックの画素に分割する段階、近隣画素値の線形組合せに基 づいて各画像値に対して二次元予測値を形成する段階、連続した予測値を実際の 画素値から減算して一次元ブロックの誤差信号を形成する段階、各ブロックにお ける誤差信号のシグマ（■）を計算する段階計算されたシグマを用いて一組の基 準化シグマ・マックス量子化子から各ブロックに対する量子化子を選択する段階 、選択された量子化子で各ブロックにおける誤差信号を量子化する段階、画像の 第１行及び各行の第１画素、量子化子に対する符号語、並びに量子化誤差信号を 圧縮画像として伝送し又は記憶する段階を含んでいる形式のディジタル画像を圧 縮して伝送し又は記憶するための改良式ブロック適応線形予測符号化方法であっ て、改良が、（ａ）名ブロックにおける誤差信号の平均値（■）を計算する段階 、並びに （ｂ）計算されたシグマ及び計算された平均値を用いて平均値（■）及びシグマ 値（■）の関数に対する確率モデルに基づいて一組の最小二乗誤差二変数量子化 子から各ブロックに対する量子化子を選択する段階、 からなっている前記の改良式ブロック適応線形予測符号化方法。
2. ２．平均値（■）及び信号値（■）が量子化子を選択するために使用され、且つ 平均値（■）に対する確率モデルがラプラシアンであり、且つシグマ（■）に対 する確率モデルが指数である、請求項１に記載の方法。
3. ３．（ａ）平均値（■）及びシグマ値（■）について極変換を行い、その際極角 度がアークタン■／■であり且つ極半径が√■２＋■２であるようにする段階、 並びに （ｂ）変換された極角度及び極半径値を使用して、極角度に対する一様な確率モ デル及び極半径に対する指数の確率モデルに基づいて一組の最小二乗誤差二変数 量子化子を選択する段階、を更に含んでいる、請求項１に記載の方法。
4. ４．画像をｌ×Ｂブロックの画素に分割する段階、近隣画素値の線形組合せに基 づいて各画素値に対する二次元予測値を形成する段階、連続した予測値を実際の 画素値から減算して一次元ブロックの誤差信号を形成する段階、各ブロックにお ける誤差信号のシグマ（■）を計算する段階、計算されたシグマを用いて一組の 基準化シグマ・マックス量子化子から各ブロックに対する量子化子を選択する段 階、選択された量子化子で各ブロックにおける誤差信号を量子化する段階、画像 の第１行及び各行の第１画素、量子化子に対する符号語、並びに量子化誤差信号 を圧縮画像として伝送し又は記憶する段階、を含んでいる形式のディジタル画像 を圧縮して伝送し又は記憶するための改良式ブロック適応線形予測符号化方法で あって、改良が、（ａ）シグマ値を計算する段階に先立って、入力信号値とブロ ックにおけるそれの三つの最も近い復元された近隣画素の平均値Ａとの間の差の 平均値絶対値Ｓをしきい値Ｔを比較して、ＳがＴより小さければ、そのブロック を、シグマ値が計算されておらず、量子化子が選択されておらず且つ誤差信号が 伝送されていない一つのランのブロックにおける一つとして処理する段階、並び に （ｂ）一つのランのブロックを示すフラグ及びこのランの長さを示す値を発生し て伝送する段階、 からなっている前記の改良式ブロック適応線形予測符号化方法。
5. ５．（ａ）各ブロックにおける誤差信号の平均値（■）を計算する段階、並びに （ｂ）計算されたシグマ及び計算された平均値を用いて、平均値（■）及びシグ マ値（■）の関数に対する確率モデルに基づいて一組の最小二乗誤差二変数量子 化子から各ブロックに対する量子化子を選択する段階、 を更に含んでいる、請求項４に記載の方法。
6. ６．平均値（■）及びシグマ値（■）が量子化子を選択するために使用され、且 つ平均値（■）に対する確率モデルがラプラシアンであり、且つシグマ（■）に 対する確率モデルが指数である、請求項５に記載の方法。
7. ７．（ａ）平均値（■）及びシグマ値（■）について極変換を行い、その際極角 度がアークタン■であり且つ極半径か√■２＋■２であるようにする段階、並び に（ｂ）変換された極角度及び極半径値を用いて、極角度に対する一様な確率モ デル及び極半径に対する指数の確率モデルに基づいて一組の最小二乗誤差二変数 量子化子から選択を行う段階、を更に含んでいる、請求項５に記載の方法。
8. ８．画像をｌ×Ｂブロックの画素に分割する段階、近隣画素値の線形組合せに基 づいて各画素値に対する二次元予測値を形成する段階、連続した予測値を実際の 画素値から減算して一次元ブロックの誤差信号を形成する段階、各ブロックにお ける誤差信号のシグマ（■）を計算する段階、計算されたシグマを開いて一組の 基準化シグマ・マックス量子化子から各ブロックに対する量子化子を選択する段 階、選択された量子化子で各ブロックにおける誤差信号を量子化する段階、画像 の第１行及び各行の第１画像、量子化子に対する符号語、並びに量子化誤差信号 を圧縮画像として伝送し又は記憶する段階、を含んでいる形式のディジタル画像 を圧縮して伝送し又は記憶するための改良式ブロック適応線形予測符号化方法で あって、改良が、■の値、より多くの量子化レベルを持った■のより高い値に基 づいて異なった数の量子化レベルを持っている量子化子、からなっている前記の 改良式ブロック適応線形予測符号化方法。
9. ９．量子化子が、■の値、より多くの量子化レベルを持った■のより高い値に基 づいて異なった数の量子化レベルを持っている、請求項１，２又は３に記載の方 法。
10. １０．量子化子に対する符号語及び誤差信号をハフマン符号化する諸段階を更に 含んでいる、請求項１，２，３又は４に記載の方法。
11. １１．量子化子が、■の値、より多くの量子化レベルを持った■のより高い値に 基づいて異なった数の量子化レベルを持っている、請求項４，５，６又は７に記 載の方法。
12. １２．量子化子に対する符号語、誤差信号、及びラン長をハフマン符号化する諸 段階を更に含んでいる、請求項４，５，６又は７に記載の方法。
13. １３．量子化子に対する符号語及び誤差信号をハフマン符号化する段階を更に含 んでいる、請求項９に記載の方法。
14. １４．量子化子に対する符号語、誤差信号、及びラン長をハフマン符号化する諸 段階を更に含んでいる、請求項１１に記載の方法。