JPH01881A - ベクトル量子化による画像データの圧縮装置 - Google Patents

ベクトル量子化による画像データの圧縮装置

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JPH01881A
JPH01881A JP63-41717A JP4171788A JPH01881A JP H01881 A JPH01881 A JP H01881A JP 4171788 A JP4171788 A JP 4171788A JP H01881 A JPH01881 A JP H01881A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はベクトル量子化による画像データの圧縮方法に
関し、特に詳細には再構成画像におけるブロック歪の発
生を防止できるようにした画像データの圧縮方法に関す
るものである。
(従来の技術) 例えばTV信号等、中間調画像を担持する画像信号は膨
大な情報量を有しているので、その伝送には広帯域の伝
送路が必要である。そこで従来より、このような画像信
号は冗長性が大きいことに着目し、この冗長性を抑圧す
ることによって画像データを圧縮する試みが種々なされ
ている。また最近では、例えば光ディスクや磁気ディス
ク等に中間調画像を記録することが広く行なわれており
、この場合には記録媒体に効率良く画像信号を記録する
ことを目的として画像データ圧縮が広く適用されている
このような画像データ圧縮方法の一つとして、ベクトル
量子化を利用する方法が知られている。
このベクトル量子化による方法は、2次元画像データを
相近接するM個の画素に関するデータ毎のブロックに分
割し、予めM個のベクトル要素を規定して作成した相異
なる複数のベクトルから成るコードブックの中で、上記
ブロックの各々内の画像データの組と最小歪にて対応す
るベクトルをそれぞれ選択し、この選択されたベクトル
を示す情報を各ブロックと対応させて符号化するように
したものである。
上述のようなブロック内の画像データは互いに高い相関
性を有しているので、各ブロック内の画像データを、比
較的少数だけ用意したベクトルのうちの1つを用いてか
なり正確に示すことが可能となる。したがって、画像デ
ータの伝送あるいは記録は、実際のデータの代わりにこ
のベクトルを示す符号を伝送あるいは記録することによ
ってなし得るから、データ圧縮が実現されるのである。
例えば258レベル(=8b i t)の濃度スケール
の中間調画像における64画素についての画像データ量
は、8X84=512b i tとなるが、この64画
素を1ブロツクとして該ブロック内の各画像データを6
4要素からなるベクトルで表わし、このようなベクトル
を256通り用意したコードブックを作成するものとす
れば、1ブロック当りのデータ量はベクトル識別のため
のデータ量すなわち8bitとなり、結局データ量を1
/64に圧縮可能となる。
以上のようにして画像データを圧縮して記録あるいは伝
送した後、ベクトル識別情報が示すベクトルのベクトル
要素を各ブロック毎の再構成データとし、この再構成デ
ータを用いれば原画像が再現される。
ところで、以上述べたような画像データの圧縮方法にお
いては、用意しておくベクトルの数が少ないほどベクト
ル識別情報が短い符号長で表わせるから、データ圧縮率
がより高くなる。そこでベクトル量子化をさらに発展さ
せ、上記の見地からデータ圧縮率の向上を図った画像デ
ータの圧縮方法が提案されている。
従来よりそのような方法として、代表値分離型のベクト
ル量子化方法、さらには内挿予測誤差をベクトル量子化
する方法が知られている。前者は、各ブロック内の画像
データ代表値m(例えば平均値)を求め、この代表値m
とブロック内各画像データの差分 (xl−m、X2−m、X3−m−−−−−−xH−m
)と、前述のベクトル要素とが最小歪で対応するコード
ブック内のベクトルを選択し、そしてベクトル識別情報
とともに上記代表値mを示す情報を符号化するようにし
たものである。
上記の差分(xi−m)は、元の画像データXtに比べ
て変動幅が小さくなるので、用意しておくベクトルの数
つまりはコードブックの大きさが小さくて済むようにな
るのである。
一方内挿予測誤差をベクトル量子化する方法は、各ブロ
ック内の画像データを種々の方法によって内挿予測し、
その内挿予測値x2と実際の画像データXλの誤差(内
挿予測誤差) (xl−il 、  xz−交z 、  x3−、x3
−−−−・−xM−*M)とが最小歪で対応するコード
ブック内のベクトルを選択し、そしてベクトル識別情報
とともに、内挿予測に利用した情報を符号化するように
したものである。この場合においても、内挿予測誤差X
i、  X4の値は元の画像データxLに比べて変動幅
が小さくなるので、結局用意しておくベクトルの数が少
なくて済むようになる。なお、代表値分離型のベクトル
量子化、内挿予測誤差のベクトル量子化ともデータを正
規化してもよい。
以上述べた発展型のベクトル量子化によって画像データ
を圧縮してから画像を再構成する際には、ベクトル識別
情報が示すベクトルのベクトル要素に代表値mあるいは
内挿予測直交を加えた値を再構成データとし、この再構
成データに基づいて画像を再生すればよい。
(発明が解決しようとする課題) ところが、このようにして得られる再構成画像において
は、ブロック歪、すなわちブロック境界部の濃度段差が
生じやすいとう問題が従来、から認められていた。
本発明は、このようなブロック歪の発生を防止できるベ
クトル量子化による画像データの圧縮方法を提供するこ
とを目的とするものである。
(課題を解決するための手段及び作用)本発明の第1の
ベクトル量子化による画像データの圧縮方法は、先に述
べたような代表値分離型のベクトル量子化を行なう画像
データの圧縮方法において、 2次元画像データを、ベクトル量子化を行なうブロック
Bとは互いに画素領域がずれたブロックB° に分割し
、 このブロックB゛内の画像データに関する代表値nを求
め、 前記代表値mとして、ブロックB内であるブロックB′
と画素領域が重なる各一部領域R毎に、その領域Rを含
むブロックB゛について求められた上記代表値nを用い
るようにしたことを特徴とするものである。
代表値mとして上述のような代表値nをそれぞれ用いれ
ば、ベクトル量子化を行なう各ブロックB内の差分(x
i−m)の値は、隣接ブロックB内の画像データ値も反
映するものとなるので、前述したブロック歪の発生が抑
えられる。
また本発明の第2のベクトル量子化による画像データの
圧縮方法は、同じく先に述べた内挿予測誤差をベクトル
量子化するようにした画像データの圧縮方法において、 2次元画像データを上述と同様のブロックB。
に分割するとともに、各ブロックB′内の画像データに
関する代表値nを求め、各ブロックBにおける上記内挿
予測値kを、そのブロックBと画素領域が一部重なるす
べてのブロックB′に関する上記代表値nに基づいて予
測するようにしたことを特徴とするものである。
上述のようにして内挿予測誤差を求めれば、ベクトル量
子化を行なう各ブロックB内の内挿予測誤差(xL  
xj)の値は、隣接ブロックB内の画像データ値も反映
するものとなるので、前述したブロック歪の発生が抑え
られる。
(実 施 例) 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。
第1図は本発明の第1の方法を実施する装置を概略的に
示すものである。1枚の連続調画像を示す原画像データ
Sはまずブロック変換回路10に通され、隣接するp 
x Q −M個の画素からなる矩形ブロック毎のデータ
Xに変換される。このブロック分けの様子を分かりやす
く第2図に示す。この第2図においてFが原画像であり
、Bが上記ブロックを示す。なお説明を容易にするため
、以下、上記ブロックBが6×6画素についてのデータ
からなるものとして話を進める。
また原画像データSはブロック変換回路10において、
上記のブロックBとは互いに画素領域がずれたブロック
B′毎に分割される。第2図に破線で示すこのブロック
B′は、ブロックBと同様に6×6画素についてのデー
タからなり、ブロックBとは、互いに2次元方向にブロ
ック長の1/2ずつずれるように設定されている。この
ブロックB°毎の画像データX゛は平均値演算回路20
に入力され、該回路20はこのブロックB°毎の画像デ
ータX′の平均値nを求める。
平均値演算回路20が出力するブロックB′毎の平均値
nを示すデータDnは、差分演算回路21に人力される
。この差分演算回路21には上記データDnとともに、
前述のブロックB毎の原画像データXが入力され、該差
分演算回路21は原画像データXとブロックB内のデー
タ代表値mの差分(X−m)を求める。ここで本発明の
特徴部分として、ブロックB内のデータ代表値mは、ブ
ロックB内の領域に応じて変えられるようになっている
。すなわち第3図に詳しく示すように、ある1つのブロ
ックB内には、データ平均値nを求めるブロックB’ 
4個(B’ 1+ B’ 2.B’ 3. B’ aと
する)の各一部領域が入り込んでいる形となっており、
ブロックB内でブロックB′ と画素領域が重なる一部
の領域R1については、このブロックB°!におけるデ
ータ平均値1里が上記代表値mとして用いられ、以下同
様にブロックB内の各−部領域R2+ R3、RAにつ
いてはそれぞれブロックB’ Z 、B’ 3 +  
B’ 4におけるデータ平均値n2 +  R3+  
R4が代表値mとして用いられる。
以上のようにして求められた差分(xQ  m)を示す
データxdは、平均値nを示すデータDnとともにベク
トル量子化器11に入力される。このベクトル量子化器
11は、予めメモリ12にコードブックとして記憶され
ている複数のベクトルの中から、入力された各ブロック
B毎の差分の組(XI −m、  Xz  rn、  
x3  rrl=−X36m)と最小歪にて対応するベ
クトルを選択する。すなわち、メモリ12には、以下に
示すようにそれぞれ36のベクトル要素(XI +  
xz 、 ・・−’X3(1)  [n−1,2,・・
・・・・、64]を規定した一例として64のベクトル
マ(1)、マ(2)、又(3)・・・・・・・・・マ(
64)を各々示すコードブックが記憶されている。
マ(ll= (xt 、  xz 、  X3−−xg
6)M(2J−(xt 、  xz + ++++++
+++++X36)¥f3)= (xt 、  xz 
、・・・・・・・・・・・・X36)マ(64) = 
(xt 、  xz・・・・・・・・・・・・X36)
そしてベクトル量子化器11は上記差分の組(X1m、
Xz  m、X3  m・・・・・・X3b  m)と
ベクトル要素(5?1 +  xz1 父3・・・・・
・・・・936)が歪最小にて対応するベクトルY(t
)を求め、このベクトルY(t)を規定したベクトルの
識別番号tを示す符号化データDtを出力する。またベ
クトル量子化器11からは、このデータDtとともに、
前記平均値データDnが出力される。
先に述べた通り、原画像データx4と代表値m(平均値
n1 r  02 r  03あるいはna)の差分は
、原画像データX=’よりも変動幅が小さいので、コー
ドブック内の各ベクトルが規定するベクトル要素の最小
値と最大値間の数値幅が小さくて済み、結局用意してお
くベクトルの数が少なくて済むようになる。
なお上記の歪としては、例えば平均2乗誤差が用いられ
る(本例ではに−36である)。このような歪が最小と
なるベクトル?(t)を見つけるには、例えばすべての
ベクトルに関してこの歪を演算してから歪最小となるベ
クトルT(t)を求めてもよいしくいわゆる全探索形ベ
クトル量子化)、あるいは処理時間短縮化のために(歪
が完全に最小とはならない場合があるが)2進木探索形
ベクトル量子化を実行してもよい。
なお各ベクトル要素(Yl +  XZ + 9:3・
・・・・・・・・?、6)を規定したベクトルから成る
最適のコードブックは、データ圧縮を行なう画像と同種
のトレーニング画像を予め用意して、このトレーニング
画像に基づいて公知の手法によって求めることができる
前述のベクトル識別データDtは、本例では64のベク
トルが区別できるものであればよいから、6bitで表
わせる。また前述の平均値nを8bitで表わすとすれ
ば、1ブロックB当りの平均値データDnは、8bit
となる。したがってこの場合、各画素の濃度スケールが
256レベル調8bit)であれば、8bitx3B(
画素)の画像データが6bit+8bitで表わせるこ
とになるから、データ圧縮率は約1/20.6となる。
以上述べたベクトルの選択、ベクトル識別データDtお
よび平均値デー9Dnの出力は、原画像データSが示す
1枚の画像中のすべてのブロックBについて行なわれる
。本例においては、これらのベクトル識別データDtお
よび平均値データDnが記録再生装置13において例え
ば光ディスクや磁気ディスク等の記録媒体(画像ファイ
ル)に記録される。なお原画像データS全体に対するブ
ロック分けの順序が所定順序で行なわれるようになって
いれば、記録再生装置13に次々と送られる各識別デー
タDtと平均値データDnは、各ブロックBと対応をと
って記録可能となる。また、このように各識別データD
tおよび平均値データDnと各ブロックBとの対応をと
るために、識別データDtおよび平均値データDnにブ
ロック識別データを付加して記録するようにしてもよい
。前述した通りこれらのベクトル識別データDtおよび
平均値データDnは、原画像データXよりも極めて少な
いデータ量で表現可能であるから、上記光ディスク等の
記録媒体には、大量の画像が記録されつるようになる。
画像再構成に際して、画像データを間接的に示すベクト
ル識別データDtおよび平均値データDnは記録媒体か
ら読み出され、復号器14において再構成データyに変
換される。すなわち復号器14は、入力されたベクトル
識別データDtが示すベクトルをメモリ12に記憶され
ているコードブックから読み出し、そのベクトルに規定
されているベクトル要素(Xt 、XZ 、X3・・・
・・・x36)のそれぞれに平均値データDnが示す平
均値nを加えたものを、1つのブロックBに関する再構
成データyとして出力する。なおこの際、第3図に示す
一部領域R1内の画像データX4に対応するベクトル要
素父フに対してはブロックB’ 1についての平均値n
1が加えられ、その地間様に、一部領域RZ r R3
+ RA内の画像データxLに対応するベクトル要素X
 Qに対してはそれぞれ平均値rJ。
n2+13が加えられる。ベクトル要素食は、前述の差
分(x=−m)と僅かの歪で対応するものであり、した
がってこのベクトル要素Xに代表値mとしての平均値n
l +  n2 +  03あるいはn4を加えてなる
再構成データyは、結局原画像データXと僅かの歪をも
って対応するものとなる。
この再構成データyは、合成回路16に送られ、そこで
ブロック単位のデータから1画像毎のデータに変換され
る。この変換を受けた後の画像データS°は、原画像デ
ータSに対しては僅かな歪を有するだけで、はぼ等しい
ものとなっており、最終的に画像再生袋rIl17に送
られる。この画像再生装置17においては、上記画像デ
ータS°に基づいて、原画像データSが担持していた原
画像とほぼ同等の画像が再構成される。
以上述べた方法においては、ブロックB内のデータ代表
値mとして、各々ブロックBとその隣接ブロックに亘る
領域を有するブロックB’ 0.  B’Z+  B’
 3+  B’ 4におけるデータ平均値n1+n2 
+  n3 +  n4を用いているから、差分データ
の組(XI  m、XZ−m、X3−rrl旧・・Xt
6−m)には上記隣接ブロック内の画像データ値が反映
されるようになり、したがって再構成画像におけるブロ
ック歪の発生が防止される。
次に本発明の第2の方法の実施例について説明する。第
4図は、本発明の第2の方法を実施する装置を概略的に
示している。なおこの第4図において、第1図中の要素
と同等のものについては同符号を付し、それらの説明は
特に必要の無い限り省略する。この装置においてブロッ
ク変換回路10から出力されたブロックB毎の原画像デ
ータXと、平均値演算回路20から出力された平均値デ
ータDnは、予測誤差演算回路25に入力される。この
予測誤差演算回路25は、まず平均値データDnに基づ
いて各画素についての画像データを平均値データDnに
基づいて内挿予測する。すなわち例えば第5図に示すよ
うにブロックB内の画素GLのブロック隅部H1r H
2r H3r H&  (それぞれブロックB’ 1+
 B’ !+  B’ 3+ B’ 4の中心である)
からの距離’1+  ’Zr  r3+  ’4の2乗
値の逆数で平均値”1 r  02 r  03 + 
 n&を重み付は平均した値 XL −〒(nt / r12+nz / r22+n
3 / r 3”+na/・ra”) 〔ただしT−レ412+し’r z2+ L/r 32
+ 1/r a )を求め、この値x=を該画素GLに
ついての内挿予測値とする。次に予測誤差演算回路25
は、こうして求めたブロックB内の内挿予測値ktと実
際の画像データX2との誤差(内挿予測誤差)XL−k
Lを求める。
この内挿予測誤差(xQ −MQ )を示すデータxc
は、平均値nを示すデータDnとともにベクトル量子化
器11に入力される。ベクトル量子化器11は、予めメ
モリ12に記憶されている複数のベクトルの中から、入
力された各ブロックB毎の内挿予測誤差の組(Xl−女
!、X2−天。、X、−交3.・・・・・・X 36 
 X 36)とベクトル要素(餡。
”2 + ’ 3・・・・・・父、6)が最小歪で対応
するベクトルを選択する。このコードブックの設定、そ
して選択は、前述した第1の方法におけるのと同様にし
て行なわれる。そしてこの場合も、内挿予測誤差(Xi
−ij)の値は、原画像データxiよりも変動幅が小さ
くなるので、用意しておくコードブックの数が比較的少
なくて済むようになる。
画像再構成に際して、復号器14は、入力されたベクト
ル識別データDtが示すベクトルをメモリ12から読み
出し、そのベクトルに規定されているベクトル要素(x
l 、  X2 、  X3−−X36)  [n−1
,2,・・・・・・、64コのそれぞれに内挿予測誤差
1 r  kZ +  x3 ”””X36を加えたデ
ータ(x1十大1 + ”2 ” 5CZ + ”3 
” x3 + ・・・・・・父sb+ X sb)を、
1つのブロックBに関する再構成データyとして出力す
る。
以上説明した本発明の第2の方法においては、ブロック
B内の内挿予測値xLを求めるに当り1、  該ブロッ
クBとその隣接ブロックに亘る領域を有するブロックB
’ 1 + B’ Z * B’ 3 + B’ 4に
おけるデータ平均値nl l  nZ +  ”3 r
  n4を用いているから、この場合も内挿予測誤差の
組(Xl −xl 、X2  X2 +  X3−X3
 、−−Xl6−に36)には上記隣接ブロック内の画
像データ値が反映されるようになり、したがって再構成
画像におけるブロック歪の発生が防止される。
なお以上説明した実施例においては、ベクトル量子化を
行なうブロックBと、代表値m(平均値n1 +  n
Z r  n31  n4 )を求めるブロックB′の
サイズが同一に設定されているが、これら両ブロックB
SB’ のサイズは互いに異なっていても構わない。
また、平均値データはそのまま記憶しているが予11I
l符号化、直交変換符号化等公知の方法で圧縮してもよ
い。さらに、代表値分離型、内挿予測誤差ベクトル量子
化ともデータを正規化してもよい。
さらに、上記の実施例ではベクトル量子化に際して2次
元画像データを、隣接するPXQ画素からなる矩形範囲
についてのデータ毎にブロック分けしているが、このブ
ロック分けのために抽出する画素範囲の形状は矩形に限
らず、例えば第6.7および8図に示すような形状とし
てもよい。これらの図において、マス目1つが1画素を
示し、実線で囲まれた部分がブロック分けのために抽出
される画素範囲を示している。なお第8図の例では、互
いに離れた小ブロックZ1 、Z2、z3およびz4を
まとめて1つのブロックとしている。
このように本発明においては、1ブロツクとして抽出さ
れる画素が必ずしも全部隣接していなくても、相近接し
ていればよいので、そのような分は方も本発明では「ブ
ロックに分割する」と称することとする。なお上記第6
.7および8図に示すように画像データをブロック分け
する場合における、代表値を求めるブロックの分は方の
例をそれぞれ第9.10および11図に示す。これらの
図中81°r  B2’ + B311 BAoが代表
値を求めるブロックであり、本例でそれらは、各ブロッ
クBと同形状とされている。また% Hl +  Hl
 +H3,H,はそれぞれブロックB1’、B2’。
B3 ’ r  BAoの重心であり、R1* RZ 
、R3+H4はそれぞれブロック81″+  82 ’
 +  B3 ’ *84′がブロックBと重なる領域
を示している。
上記第6.7および8図に示したように、ブロック分け
の範囲が互いに入り組むようにすると、矩形範囲の画素
を抽出してブロック分けする場合に比べて、再構成画像
においてブロック歪(ブロック境界部において濃度段差
が生じること)がより一層目立ち難くなるという効果が
得られる。
(発明の効果) 以上詳細に説明した通り本発明の画像データの圧縮方法
によれば、代表値分離型のベクトル量子化、あるいは内
挿予測誤差をベクトル量子化する技術を利用してデータ
圧縮率を十分に高く保った上で、再構成におけるブロッ
ク歪の発生を防止できる。したがって本発明方法によれ
ば、記録媒体に記録できる画像量を高める効果、あるい
は画像データ伝送路の大幅な縮小や伝送時間短縮化の効
果を得た上で、良質の再構成画像を得ることが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の方法を実施する装置の概略構成
を示すブロック図、 第2図は本発明に係る画像データのブロック分けを説明
する説明図、 第3図は本発明に係るベクトル量子化を行なうブロック
と、画像データ代表値を求めるブロックとの関係を示す
説明図、 第4図は本発明の第2の方法を実施する装置の概略構成
を示すブロック図、 第5図は本発明に係る画像データ内挿予測値を求める方
法を説明する説明図、 第6.7および8図はそれぞれ、本発明における画像デ
ータのブロック分けの別の例を示す説明図、 第9.10および11図はそれぞれ、本発明における画
像データ代表値を求めるブロックの分は方の例を示す説
明図である。 10・・・ブロック変換回路 11・・・ベクトル量子
化器12・・・メモリ(コードブック)  13・・・
記録再生装置I4・・・復号器      I6・・・
合成回路17・・・画像再生装置   20・・・平均
値演算回路21・・・差分演算回路   25・・・予
測誤差演算回路B・・・ベクトル量子化を行なうブロッ
クB′・・・平均値を求めるブロック Dn・・・平均値データ Dt・・・ベクトル識別データ x、  x’ ・・・ブロック分けされた原画像データ
xd・・・原画像データと平均値との差分のデータxe
・・・内挿予測誤差データ  y・・・再構成データ第
1図 第4図 第5図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)2次元画像データを相近接するM個の画素に関す
    るデータ毎のブロックBに分割し、 予めM個のベクトル要素を規定して作成した相異なる複
    数のベクトルから成るコードブックの中で、各ブロック
    B内の画像データxとデータ代表値mの差分 (x_1−m、x_2−m、x_3−m、・・・・・・
    x_M−m)に対し最小歪にて対応するベクトルを選択
    し、この選択されたベクトルを示す情報と前記代表値m
    を示す情報を符号化するベクトル量子化による画像デー
    タの圧縮方法において、 前記2次元画像データを、前記ブロックBとは互いに画
    素領域がずれたブロックB′に分割し、このブロックB
    ′内の画像データに関する代表値nを求め、 前記代表値mとして、ブロックB内であるブロックB′
    と画素領域が重なる各一部領域R毎に、その領域Rを含
    むブロックB′について求められた前記代表値nを用い
    ることを特徴とするベクトル量子化による画像データの
    圧縮方法。
  2. (2)2次元画像データを相近接するM個の画素に関す
    るデータ毎のブロックBに分割し、 予めM個のベクトル要素を規定して作成した相異なる複
    数のベクトルから成るコードブックの中で、各ブロック
    B内の画像データxとその内挿予測値■の誤差(x_1
    −■_1、x_2−■_2、x_3−■_3・・・・・
    ・x_M−■_M)と最小歪にて対応するベクトルを選
    択し、 この選択されたベクトルを示す情報と前記内挿予測値■
    を求めるのに利用した情報を符号化するベクトル量子化
    による画像データの圧縮方法において、 前記2次元画像データを、前記ブロックBとは互いに画
    素領域がずれたブロックB′に分割し、このブロックB
    ′内の画像データに関する代表値nを求め、 各ブロックBにおける前記内挿予測値■を、そのブロッ
    クBと画素領域が一部重なるすべてのブロックB′に関
    する前記代表値nに基づいて予測することを特徴とする
    ベクトル量子化による画像データの圧縮方法。
JP4171788A 1987-02-25 1988-02-24 ベクトル量子化による画像デ―タの圧縮装置 Expired - Fee Related JP2532909B2 (ja)

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