JPH02192283A - 画像データの量子化回路 - Google Patents

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〕 この発明は、画像データを圧縮符号化するのに適用され
る画像データの量子化回路に関する。

〔発明の概要〕

この発明では、ｎビットで量子化されたディジタルデー
タをｍビット（ｎ＞ｍ）のデータに圧縮する画像データ
の量子化回路において、ｎビットのディジタルデータの
上位ｍビットのコードが空間的に隣接する２サンプルデ
ータ間又は空間的に対応し、時間的に連続する２サンプ
ルデータ間で異なり、且つこれらの２サンプルデータが
共に上記ｍビットのコードの変化点の近傍のレベルを採
ることを検出する検出回路と、上記検出回路の出力信号
によってその動作が制御され、上記２サンプルデータを
含むｎビットのデータ又はｍビットのデータが供給され
るメディアンフィルタとを備え、 ｍビットのデータを得ることにより、復元画像において
視覚的に目立つノイズの発生が防止されると共に、原デ
ータとレベルが良く対応した出力データが得られる。

〔従来の技術〕

ディジタル化された画像データの各画素（サンプル）の
ビット数を画像信号の相関を利用して低減する符号化方
式が種々提案されている。本願出願人は、特願昭５９−
２６６４０７号明細書に記載されているように、２次元
ブロック内に含まれる複数画素の最大値及び最小値の差
であるダイナミックレンジを求め、このダイナミックレ
ンジに適応した符号化を行う高能率符号化装置を提案し
ている。また、特願昭６０−２３２７８９号明細書に記
載されているように、複数フレームに各々属する複数の
領域の画素から形成された３次元ブロックに関してダイ
ナミックレンジに適応した符号化を行う高能率符号化装
置が提案されている。

更に、特願昭６０−２６８８１７号明細書に記載されて
いるように、量子化を行った時に生じる最大歪みが一定
となるように、ダイナミックレンジに応じてビット数が
変化する可変長符号化方法が提案されている。

これらのダイナミックレンジに適応した符号化（以下、
ＡＤＲＣと略す。）は、１画面を分割した小領域（ブロ
ック）では、画像が強い相関を有していることを利用し
て１画素当たりのビット数を低減する高能率符号化方法
である。即ち、ブロック内の最小値又は最大値と各画素
のレベルとの差が元のレベルより小さ（なり、この差を
元のビット数（例えば８ビツト）より少ないビット数（
例えば４ビツト）で量子化することが可能となる。

この発明は、上述のＡＤＲＣにおける最大値又は最小値
で正規化されたレベルの量子化或いはＡＤＲＣで得られ
たｎビットのコードをｍビット（ｎ＞ｍ）に圧縮するの
に適用できるものである。

但し、この発明は、ＡＤＲＣに限定されるものでなく、
ｎビットのディジタル画像信号をｍビットに圧縮する量
子化回路に対して適用できる。

−例として、２ビツトの量子化を行うＡＤＲＣでは、最
大値ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮの差であるブロックのダイ
ナミックレンジＤＲが４個のレベル範囲に均等に分割さ
れ、最小値ＭＩＮが除去された後の画素の値がレベル範
囲と夫々対応する２ビツトの量子化コードで表現される
。復号側では、ダイナミックレンジＤＲと量子化コード
から各レベル範囲の中央の復号代表レベルＩＯ〜Ｉ３の
一つが復号され、復号された値に最小値ＭＩＮが加算さ
れることで、ブロック内の画素データが復元される。

第４図は、ＡＤＲＣにおける量子化の一例を示す１第４
図は、水平方向に連続する６個の画素で１ブロツクが構
成される１次元ＡＤＲＣの例を示し、白いドツトで示す
データがブロック内の画素の４ビツト、８ビツト等の真
価であり、実線１０１で示される水平方向の変化を有し
ている。上述の２ビツトのＡＤＲＣで符号化された場合
では、復号側で×で示す復元レベルが得られ、復元画像
において、破線１０２で示す信号の変化が生じる。

第５図は、ＡＤＲＣにおける量子化の他の例を示す、第
５図は、時間方向に連続する６フレームの夫々に属し、
且つ空間的に対応する位置の画素の時間変化を示してい
る。簡単のため、これらの６個の画素が含まれる各ブロ
ックが互いに等しい最大値ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮを有
しているものとしている。白いドツトで示すデータが画
素の真価であり、実線１０３で示される時間方向の変化
を有している。上述の２ビツトのＡＤＲＣで符号化され
た場合では、復号側で×で示す復元レベルが得られ、復
元画像において、破線１０４で示す信号の変化が生じる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の量子化では、量子化誤差を小さくし、Ｓ／Ｎを良
好とするために、元の画素のレベルが最も近い復号代表
レベルに置換されている。しかしながら、定量的に良好
であっても、視覚的に目立つ劣化が復元画像に生じるこ
とがある。第４図に示す例では、元のなだらかな水平方
向の変化１０１が復元後には、激しい変化１０２となり
、復元画像において、視覚的に目立つノイズ（劣化）が
発生する。このノイズは、弱電界時のテレビジョン受信
画像に発生するスノーノイズを細が（したようなもので
、シロシロしたノイズである。このような問題が発生す
るのは、人間が画像を認識する時に、画像の微分特性に
敏感なことに基づいている。

空間的な変化と同様に、第５図に示す例では、元のなだ
らかな時間方向の変化１０３が復元後には、激しい変化
１０４となり、復元画像において、上述と同様のノイズ
が発生する。

第４図及び第５図から分るように、上述のノイズは、原
ディジタルデータの空間的に隣接し、又は空間的に対応
し、時間的に連続する２サンプルのデータが異なり、そ
の一方と他方とが異なる２ビツトのコードに量子化され
ることに起因している。つまり、この２サンプルのデー
タが隣接する二つのレベル領域の境界の上下に夫々含ま
れる場合に、ノイズが発生する。

従って、この発明の目的は、定量的な誤差が増えるとし
ても、元の画像信号の空間的な変化を保存することがで
き、復元画像の画質を視覚的に良好とできる画像データ
の量子化回路を提供することにある。

この発明の他の目的は、ノイズが発生するおそれがある
時のみに、視覚特性を考慮した量子化がされることによ
り、原データとレベルが良く対応した出力データが得ら
れる画像データの量子化回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、ｎビットで量子化されたディジタルデー
タをｍビット（ｎ　＞　ｍ、　）のデータに圧縮する画
像データの量子化回路において、ｎビットのディジタル
データの上位ｍビットのコードが空間的に隣接する２サ
ンプルデータ間又は空間的に対応し、時間的に連続する
２サンプルデータ間で異なり、且つこれらの２サンプル
データが共にｍビットのコードの変化点の近傍のレベル
を採ることを検出する検出回路１８と、検出回路１８の
出力信号によってその動作が制御され、２サンプルデー
タを含むｎビットのデータ又はｍビットのデータが供給
されるメディアンフィルタ１７とを備え、 ｍビットのデータが得られる。

〔作用〕

ＡＤＲＣの符号化で発生した４ビツトの量子化コードＤ
Ｔが２ビツトのコード信号により圧縮される。量子化コ
ードＤＴと量子化コードが供給されるメディアンフィル
タの出力信号とがスイッチ回路１４で選択される。スイ
ッチ回路１４は、検出回路１８の出力信号で制御される
。検出回路１８は、空間的に隣接する２サンプルデータ
又は空間的に対応し、時間的に連続する２サンプルデー
タが異なり、２ビツトの量子化の場合の異なるレベル領
域に夫々含まれることを検出する。この検出時には、メ
ディアンフィルタ１７の出力信号が選択的に出力される
。

メディアンフィルタ１７は、急激なレベル変化をなだら
かなレベル変化に変えるので、復元画像の画質の視覚的
な劣化を防ぐことができる。また、復元画像に視覚的に
目立つノイズが発生するおそれが無い時には、定量的な
量子化がされるので、原データとレベル的に忠実な出力
データを得ることができる。

［実施例〕 以下、この発明の一実施例について、図面を参照して説
明する。第１図において、１で示す入力端子には、例え
ば１画素（１サンプル）が８ビツトに量子化されたディ
ジタルビデオ信号が供給される。ブロック化回路２によ
り、入力ディジタルビデオ信号のデータの順序が走査順
序からブロックの順序に変換される０例えば１フレーム
の画面が細分化され、（４Ｘ４−１６６画素のブロック
が構成される。

ブロック化回路２の出力信号が最大値及び最小値検出回
路３に供給され、各ブロックに含まれる画素の最大値及
ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮが夫々検出される。最大値ＭＡ
Ｘ及び最小値ＭＩＮか減算回路６に供給され、両者の差
であるダイナミックレンジＤＲが算出される。ダイナミ
ックレンジＤＲ及び最小値ＭＩＮが夫々遅延回路８．９
を介して出力端子１０，１１に取り出される。出力端子
１０．１１．２１には、図示せずも、フレーム化回路が
接続され、フレーム化回路では、ダイナミックレンジＤ
Ｒ１最小値ＭＩＮ及び後述する２ビツトに圧縮されたコ
ード信号がフレーム構成の信号形態に変喚され、また、
必要に応じてエラー訂正符号化の処理がなされる。フレ
ーム化回路から送信データが得られる。

ブロック化回路２の出力信号が遅延回路４を介して減算
回路５に供給される。遅延回路４は、最大値ＭＡＸ及び
最小値ＭＩＮを検出するのに必要な時間、ブロック化回
路２の出力信号を遅延させる。減算回路５には、最小値
ＭＩＮが供給され、減算回路５から最小値除去後のデー
タが得られる。

この最小値除去処理で正規化されたデータが量子化回路
７に供給される。量子化回路７には、ダイナミックレン
ジＤＲが供給され、量子化回路７から例えば４ビツトの
量子化コードＤＴが取り出される。

量子化回路７では、ダイナミックレンジＤＲを（２’−
１６）等分した値である量子化ステップで減算回路５の
出力データの値が除算され、得られた商に対して切り捨
て処理が施されて整数（量子化コードＤＴ）が形成され
る。量子化回路７は、ＲＯＭ或いは割算回路により実現
できる。

量子化回路７からの４ビツトのデータＤＴがサンプル遅
延回路１２及びメディアンフィルタ１７に供給される。

サンプル遅延回路１２の出力信号がサンプル遅延回路１
３に供給される。サンプル遅延回路１２の出力信号がス
イッチ回路１４の一方の入力端子１５に供給される。サ
ンプル遅延回路１２及び１３の出力信号がメディアンフ
ィルタ１７及び−数構出回路１８に供給される。メディ
アンフィルタ１７には、水平方向に連続する３サンプル
のデータが供給され、この３サンプルのデータの中でレ
ベルが中間のサンプルが選択的にメディアンフィルタ１
７から出力される。このメディアンフィルタ１７の出力
信号がスイッチ回路１４の他方の入力端子１６に供給さ
れる。

スイッチ回路１４の出力信号が上位２ビット選択回路２
０に供給され、出力端子２１に２ビツトのコード信号が
取り出される。この実施例では、元の８ビツトの画像デ
ータがＡＤＲＣにより４ビツトのデータに圧縮され、更
に、２ビツトのデータに圧縮される。

スイッチ回路１４は、−数構出回路１８の出力信号で制
御される。−数構出回路１８は、水平方向に連続する２
個のサンプルデータが異なり、且つこれらのサンプルデ
ータが２ビツトのコードの変化点の近傍のレベルを採る
時に、“１″（ハイレベル）となる一致信号を発生する
。上記以外では、“Ｏ”　（ローレベル）となる信号を
発生する。−数構出回路１８の出力信号は、サンプルデ
ータ毎に発生する。一致信号じ１”）が発生する時には
、スイッチ回路１４の入力端子１６が選択され、従うで
、メディアンフィルタ１７の出力信号が出力される。一
致信号が“０”、即ち、不一致の信号でスイッチ回路１
４の入力端子１５が選択され、従って、量子化コードＤ
Ｔが出力される。

サンプル遅延回路１２及び１３がらの水平方向に連続す
る２個のサンプルデータが一致検出回路１８に供給され
る。−数構出回路１８には、ＲＯＭ１９からの基準デー
タが供給される。

第２図に示すように、ブロックの最小値ＭＩＮと対応す
る４ビツトの量子化コードＤＴ（００００）から最大値
ＭＡＸと対応する４ビツトの量子化コードＤＴ　（１１
１１）　がＡＤＲＣで形成さｈる。この４ビツトのコー
ドの上位２ビツト（ＭＳＢ及び２番目のＭＳＢ）が２ビ
ツト選択回路１２で選択される。従って、（００）（０
１）（１０）（１１）の２ビツトのコード信号が形成さ
れる。第２図において、＊が付された４ビツトのコート
ハ、２ビツトのコードの変化点の上下の値を有するもの
である。水平方向に連続した２サンプルのコードが変化
点の上下の一方及び他方のコードである場合には、冒頭
に述べたように、なたら−ドである場合には、冒頭に述
べたように、なだらかなレベル変化が激しい変化に化け
る劣化が生じる。従って、この場合には、メディアンフ
ィルタ１７の出力コードが選択される。

ＲＯＭ１９は、変化点の上下の＊が付されたコードから
なる８ビツトの基準データを発生する。

この基準データは、下記のものである。

−数構出回路１８では、サンプル遅延回路１２及び１３
からの２サンプルのデータ（８ビツト）と上述の６個の
基準データとが比較される。この比較は、並列的に一度
でなされるか、又は時分割でシリアルになされる。

第２図Ｂは、水平方向に連続する量子化コードＤＴ（ｘ
Ｏ５ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘｉ、・・・）の−例を示す、
これらの量子化コードの中で、Ｘ２が（１１００）で他
のＸ０％Ｘ１、ｘ３、ｘｉが（１０１１）のレベルを有
している。量子化回路７の出力にサンプルデータｘ２が
生しるタイミングでは、サンプル遅延回路１２の出力に
サンプルデータｘ１が生じ、サンプル遅延回路１３の出
力にサンプルデータｘＯが生じる。従って、メディアン
フィルタ１７に（ｘＯＳｘＬ　ｘ２）の３サンプルの量
子化コードＤＴが供給され、−数構出回路１８にｘＯ及
びｘｌのサンプルデータが供給される。サンプルデータ
ＸＯ及びｘｌは、同一のレベルを持つために、−数構出
回路１８がらは、不一致の信号（“０”）が発生し、ス
イッチ回路１４でサンプル遅延回路１２の出力信号（サ
ンプルデータｘｉ）が選択される。

次に、量子化回路７の出力に、サンプルデータｘ３が生
じるタイミングでは、メディアンフィルタ１７に（ｘｉ
、ｘ２、ｘ３）の３サンプルの量子化コードＤＴが供給
され、−数構出回路１８にｘｌ及びｘ２のサンプルデー
タが供給される。サンプルデータｘｉ及びｘ２は、異な
るレベルを持ち、２ビツトのコードに変換された時に異
なるコード信号となるために、−数構出回路１８からは
、一致信号（“１”　）が発生し、スイッチ回路１４で
メディアンフィルタ１７の出力信号（サンプルデータＸ
１及びｘ２と同一のレベルを有するコード）が選択され
る。

更に、メディアンフィルタ１７に（ｘ２、ｘ３、ｘｉ）
の３サンプルの量子化コードＤＴが供給され、次のタイ
ミングでは、上述と同様にして、スイッチ回路１４でメ
ディアンフィルタ１７の出力信号が選択される。上述の
動作により、スイッチ回路１４から得られる４ビツトの
コード信号は、サンプルデータｘ２のレベルが（１１０
０）から（１０１１）に下げられたものとなり、上位２
ビツトは、サンプルデータｘｏ−ｘ４が全て（１０）と
なる。

第２図Ｃは、量子化コードＤＴの他の例を示す。

第２図Ｃでは、水平方向に連続する６個のサンプルデー
タの中で、ｘｏＳｘｉ、ｘｉ、ｘ５が（００１１）のレ
ベルを持ち、他のｘ２及びｘ３が（０１００）のレベル
を有している。量子化回路７の出力にサンプルデータｘ
２が生じるタイミングでは、スイッチ回路１４がサンプ
ルデータｘ１を選択する０次のサンプルデータｘ３が量
子化回路７の出力に生じるタイミングでは、スイッチ回
路１４がメディアンフィルタ１７の出力を選択する。し
かし、メディアンフィルタ１７には、（Ｘｌ、ｘ２、ｘ
３）が供給されるので、メディアンフィルタ１７の出力
は、ｘ２及びｘ３と同一の（０１００）のコードである
。

更に、次のサンプルデータｘ４が量子化回路７の出力に
生じるタイミングでは、サンプルデータｘ２及びｘ３が
同一のレベルのために、スイッチ回路１４がサンプルデ
ータＸ３を選択する。より次のタイミングでは、サンプ
ルデータｘ３及びＸ４が一致検出回路１８に供給される
ので、スイッチ回路１４がメディアンフィルタ１７の出
力を選択する。しかし、メディアンフィルタ１７には、
サンプルデータ（ｘ３、ｘｉ、ｘ５）が供給されるので
、メディアンフィルタ１７の出力は、ｘｉ及びｘ５と同
一のレベルである（００１１）のコードである。

従って、第２図Ｃに示す例では、スイッチ回路１４の出
力コードは、元のコード信号と変化せず、出力の２ビツ
トのコード信号は、急峻なレベル変化を有するものとな
り、改善が期待できない。かかる第２図Ｃに示すレベル
関係を持つデータの場合でも効果的な処理を行うために
は、連続する５個のサンプルデータが供給されるメディ
アンフィルタ所謂５タツプのメディアンフィルタを使用
すれば良い、メディアンフィルタのタップ数に応じた個
数の特異なレベルを持つサンプルデータを処理すること
ができる。

第３図は、この発明の他の実施例を示す、ＡＤＲＣによ
り形成された４ビツトの量子化コードＤＴが上位２ビッ
ト選択回路２０及びサンプル遅延回路１２Ｂに供給され
る。上位２ビット選択回路２０の出力信号と、この出力
信号がサンプル遅延回路１２Ａで遅延された信号とサン
プル遅延回路１２Ａ及び１３Ａで遅延された信号とがメ
ディアンフィルタ１７に供給される。メディアンフィル
タ１７の出力信号とサンプル遅延回路１２Ａの出力信号
とがスイッチ回路１４で選択され、出力端子２１に取り
出される。

スイッチ回路１４は、−数構出回路１８の出力信号で制
御される。−数構出回路１８には、サンプル遅延回路１
２Ｂ及び１３Ｂの出力信号が供給される。

この第３図に示す他の実施例は、スイッチ回路１４及び
メディアンフィルタ１７に供給される前の段階で、４ビ
ツトのコード信号が２ビツトのコード信号に変換されて
いる点を除き、上述の一実施例と同様である。

上述の実施例と異なり、空間的に対応する位置で、時間
的に連続する３個のサンプルデータ例えば１フレーム毎
の時間差を有する３個のサンプルデータをメディアンフ
ィルタに供給するようにしても良い。

また、この発明は、可変長のＡＤＲＣ，３次元ブロック
のＡＤＲＣ等の他の高能率符号における量子化回路に対
して適用できる。

【発明の効果〕

この発明によれば、元の画像データのなだらかな変化が
復号後に、激しい変化に化けるような視覚的に目立つ劣
化を防止することができる。また、この発明では、上述
の劣化が生じる危険がある場合にだけ、メディアンフィ
ルタによる処理を行い、他の場合では、メディアンフィ
ルタを介さないので、元の画像信号とレベル的に対応が
良い量子化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の全体のブロック図、第２
図は４ビツトのコードを２ビツトに圧縮する処理の説明
に用いる路線図、第３図はこの発明の他の実施例のブロ
ック図、第４図及び第５図は従来の量子化の説明に用い
る路線図である。 １７：メディアンフィルタ、 １８ニ一致検出回路。 ２０：上位２ビツトを選択する回路、 ２１：出力端子。 代理人　弁理士　杉　浦　正　知 図面における主要な符号の説明 １：ディジタルビデオ信号の入力端子、７ｊＡＤＲＣの
量子化回路、 １４：スイッチ回路、 −’ｆ　すセＬイ列 第１図 イ厄の′支濱楓イ列 第３図 Ｔ ＡＸ 工０ ＩＮ 量÷化 第４図 １−）イＬ 第５図 一 を−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｎビットで量子化されたディジタルデータをｍビット（
   ｎ＞ｍ）のデータに圧縮する画像データの量子化回路に
   おいて、 上記ｎビットのディジタルデータの上位ｍビットのコー
   ドが空間的に隣接する２サンプルデータ間又は空間的に
   対応し、時間的に連続する２サンプルデータ間で異なり
   、且つこれらの２サンプルデータが共に上記ｍビットの
   コードの変化点の近傍のレベルを採ることを検出する検
   出回路と、上記検出回路の出力信号によってその動作が
   制御され、上記２サンプルデータを含むｎビットのデー
   タ又はｍビットのデータが供給されるメディアンフィル
   タとを備え、 ｍビットのデータを得るようにしたことを特徴とする画
   像データの量子化回路。