JPH03224362A - 圧縮データ量制御方法 - 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〕 この発明は静止画像データを圧縮して伝送または記録す
る際に、圧縮後のデータ量が要求されるデータ量以下と
なるように圧縮率を制御するデータ量制御方式に関する
。

〔従来の技術〕

自然画符号化方式の標準化を回るために°“Ｂａ５ｅ−
１ｉｎｅ　Ｓｙｓｔｅｍ”や“Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｓｙ
ｓｔｅｍ″等の各種国際標準化方式が提案されている。

第４図は国際標準化方式のうちの“Ｂａ５ｅ　ｌ　１ｎ
ｅＳｙｓ　ｔｅｍ”の処理手順を示す概略図である。こ
のシステムは一枚の入力画像を１ブロック８×８画素の
複数ブロックに分割し、各ブロック毎に２次元の離散コ
サイン変換（Ｄ　ＣＴ　：　Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ＣｏＣ
ｏ５１ｎｅＴｒａｎｓｆｏｒを行い（処理Ｐ１）、得ら
れるＤＣＴ係数に８×８個の閾値からなる量子化マトリ
クスの各閾値を除算することにより量子化を行う（処理
Ｐ２）。第５図および第６図は輝度信号用および色差信
号用の量子化マトリクスの例である。

量子化したＯＣＴ係数のうち直流（ＤＣ）成分は前のブ
ロックで量子化したＤＣ成分との差分を取り、その差分
のビット数をハフマン符号化する。

交流（ＡＣ）成分はブロック内でジグザグスキャンを行
って一次元の数列に変換し、有効係数のビット数と連続
する零（無効係数）の個数とで２次元のハフマン符号化
を行う（処理Ｐ３およびＰ４）。

第７図にジグザグスキャンのテーブルの一例を示す。

なお、処理Ｐ２における量子化のときに、量子化マトリ
クスの各閾値に対しである係数（スケールファクタ）を
乗算したのちＤＣＴ係数の除算を行う。スケールファク
タはｒ２ＳＪ　　（Ｓ＝Ｏ，±１±２．・・・）で表現
される値で、量子化マトリクスの各閾値に２Ｓを乗算す
ることは各閾値のデータをビットシフトすることに相当
する。圧縮画像の画質および圧縮率はこのスケールファ
クタによって調整する。

こうして圧縮したデータは、処理ＰＬ−Ｐ４とは逆の処
理によって伸張する。すなわち、処理Ｐ５におけるハフ
マン復号化、処理Ｐ６におけるＤＣ成分およびＡＣ成分
の復号化、処理Ｐ７における逆量子化および処理Ｐ８に
おける逆ＤＣＴ　（ＩＤＣＴ）である。

ところで、このシステムでは可変長符号であるハフマン
符号を用いてデータ圧縮を行っているため、圧縮後の全
データ量は圧縮工程（処理Ｐｌ〜Ｐ４）が終了するまで
知ることが出来ない。このため、予め設定したデータ量
の範囲内で符号化する必要がある場合は、何らかのデー
タ量の制御が必要となる。従来は複数種類のスケールフ
ァクタで圧縮を行い、それぞれの場合の圧縮後のデータ
量を測定してスケールファクタと圧縮後のデータ量との
関係を求め、圧縮後のデータ量に対応するスケールファ
クタを類推してこの類推したスケールファクタによって
データ圧縮を行うようにしている。

圧縮後のデータ量とスケールファクタとの関係は多くの
画像の測定結果から次のような関係にあることが確認さ
れている。

［データ量］＝Ａ１ｏｇ［スケールファクタコ＋Ｂ（Ａ
　、　Ｂ　：測定点によって決まる定数）従って、測定
結果からＡ、Ｂを求め、必要とする圧縮後のデータ量に
対するスケールファクタを推定することが出来る。８画
像の実験結果では、要求されるデータ量に対して±５％
以下の誤差で制御できることが報告されている（１９８
９年電子情報通信学会秋季全国大会論文集Ｄ−４５）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前述のデータ量制御方式によると、圧縮した
データを記録媒体に記録する際に、すでに記録されてい
る一枚分の画像データを消去してその領域に記録する場
合、推定したスケールファクタにプラスの誤差が生じて
いると記録する圧縮データがその領域に入り切らないと
いう不都合がある。

また、前述の処理手順ではスケールファクタを実数とし
て扱っており、スケールファクタを２Ｓの形で用いると
２倍または１７２倍の変化幅で量子化ステップ幅が変化
するため、データ量の誤差がさらに大きくなることが予
想される。

この発明は圧縮後のデータ量が確実に要求されるデータ
量以下とするようにする圧縮データ量制御方式を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明は、−枚のディジタル画像を、ｌブロックｎ×
ｎ画素からなる複数のブロックに分割し、各ブロック毎
に離散コサイン変換を行い、変換して得られるｎ×ｎ個
の変換係数を、それぞれ所定の係数２Ｓ　（Ｓ＝Ｏ，±
１．±２．・・・）が乗算されたｎ×ｎ個の閾値からな
る量子化マトリクスの各閾値で除算して量子化を行い、
量子化後のデータを可変長符号化する画像データ圧縮方
式であって、係数２Ｓの巾Ｓに特定の値を設定して量子
化および符号化を行い、得られる圧縮後のデータ量が所
望の設定値を超える場合は巾Ｓに「１」を加えて量子化
ステップ幅を大きくした後、再び量子化および符号化を
行い、圧縮後のデータ量が設定値以下となるまでこれら
の処理を繰り返し、圧縮後のデ−タ量が設定値以下とな
るようにする。

〔作　用］ この発明は、離散コサイン変換して得られる変換係数に
量子化マトリクスの各閾値を除算して量子化し、この量
子化した変換係数にハフマン符号化のような不等長符号
化を施してデータ圧縮する際に、量子化マトリクスの各
閾値に所定の係数２Ｓを乗算し、巾Ｓの値を変化させる
ことによって量子化ステップ幅を変化させ、圧縮後のデ
ータ量が所望の設定値となるように調整するもので、ま
ず、特定の値ＳＯを係数２Ｓの巾Ｓとして設定し、前述
の量子化および符号化を行い、得られる圧縮後のデータ
量が要求されるデータ量以下であれば処理を終了する。

もし、圧縮後のデータ量が所望のデータ量を超えていれ
ば巾Ｓに「１」を加えて量子化ステップ幅を太き（し、
再びデータ圧縮を行う。それでもまだ要求されるデータ
量を超えていれば、さらに巾Ｓに「１」を加えてデータ
圧縮する。これら−連の処理は圧縮後のデータ量が必要
とされるデータ量以下となるまで繰り返し、圧縮後のデ
ータ量が要求されるデータ量以下となったところで処理
を終了する。

このようにすれば、圧縮後のデータ量は確実に所望のデ
ータ量以下となり、すでに記録されている一枚分の画像
データを消去してその領域に新たな圧縮データを記録す
る場合でも、記録する圧縮データがその領域に入り切ら
ないという不都合は生じない。

〔実施例］ 第１図はこの発明による圧縮データ量制御方式の処理手
順の一実施例を示す概略図で、第４図と同一部分には同
一符号を付して説明する。

まず、入力画像データを、水平および垂直方向にｎ×ｎ
画素、例えば８×８画素からなる複数のブロックに分割
し、各ブロック毎に２次元の離散コサイン変換（ＤＣＴ
）を施す（処理ＰＬ）。

ＤＣＴは周波数領域における直交変換の一種であり、変
換係数をＦ（ｕ、ｖ）　、１ブロック分の入力画像デー
タをｆ　（ｉ、ｊ）とすると、但し、Ｃ（ｗ）＝１／、
ｒ２　　（ｗ＝ｏ）−１（ｗ≠０） で定義され、得られる変換係数Ｆ（ｕ、ｖ）は１ブロッ
ク分の入力画像データを空間周波数に分解した成分を示
している。

変換係数Ｆ　（０，０）は入力画像データｆ　（ｉ、ｊ
）のｎ×ｎ画素の平均値に比例した値（ＤＣ成分）を示
しており、Ｆ（ｕ、ｖ）において、ｕ、ｖが大きくなる
につれて空間周波数の高い成分（ＡＣ成分）を示す。

このようにして得られる２次元ＤＣＴ係数に対し、ｎ×
ｎ個の閾値からなる量子化マトリクスの各閾値にそれぞ
れスケールファクタ２Ｓを乗算した値を除算して量子化
を行う（処理Ｐ２）。スケ−）’ｖ　７アクタ２Ｓによ
る量子化マトリクスの各閾値に対する乗算処理は、前述
したように量子化マトリクスの各閾値をビットシフトす
ることに相当し、圧縮後のデータ量の増減はこのスケー
ルファクタによって３周整できる。

次に、量子化した変換係数Ｆ’　（ｕ、ｖ）に対し、Ｄ
Ｃ成分については前のブロックで量子化したＤＣ成分と
差分を取り（処理Ｐ３）、差分のビット数をハフマン符
号化する（処理Ｐ４）。ＡＣ成分については、第７図に
示す順序でジグザグスキャンを行い一次元の数列に変換
した後、連続する零データの個数を圧縮するランレング
ス符号化を行い（処理Ｐ３）、さらにランレングス符号
化した連続する零データの個数データと有効係数のビッ
ト数データとで２次元のハフマン符号化を行う（処理Ｐ
４）。

ハフマン符号化はＤＣ成分およびＡＣ成分共に量子化し
た係数値そのものを使用せず、その値を表現するのに必
要なビット数をハフマン符号化する。そしてハフマン符
号とは別にそのビット数の値を付加情報として付は加え
る。例えば、量子化した係数が２（１０進数）とした場
合、２進数で表現すると°０００・・・０１０　”とな
るが、これを表現するのに必要なビット数２をこの値を
代表する値としてハフマン符号化し、２ビツトのデータ
′“１０゛°を付加ビットとして付加する。

他方、量子化した係数が負の場合は付加ビットから１を
引いたデータを付加する。例えば、量子化した係数が−
２（１０進数）であるとすると、２進数（２の補数表示
）で表現すると“１１１・・・１１Ｏ゛となり、下２ビ
ットが付加ビットとなるが、１０゛から「１」を引いた
”　０１　”が付加ビットとして付加する。こうするこ
とにより、量子化した係数が正のときは付加ビットは１
で始まり、負であればＯで始まることになり、正負の判
別が容易に行える。

次いで、圧縮後のデータ量を測定し、全データ量が要求
されるデータ量を超えている場合は、スケールファクタ
２Ｓの巾Ｓを調整して処理Ｐ２における量子化ステップ
幅を大きくし、圧縮後のデータ量を減少さ廿る（処理Ｐ
１０）。

第２図のフローチャートを参照して動作を説明すると、
まずスケールファクタ２Ｓの巾Ｓの値を特定の値Ｓｏに
設定しくステップＴ１）、処理Ｐ２〜Ｐ４におけるデー
タ圧縮処理を行う（ステップＴ２）。値Ｓｏとしては、
第３図に示すように、前もって種々のサンプル画像につ
いてスケールファクタと圧縮後のデータ量との関係を調
べておき、その中から圧縮後のデータ量がスケールファ
クタの増加によって初めて要求されるデータ量Ｖ以下と
なる値を選択するようにすればよい。

次いで、こうして選択した値Ｓｏで圧縮したデータ量が
要求されるデータ量Ｖ以下となるか否か判断しくステッ
プＴ３）、データ量Ｖ以下であれば処理を終了する。デ
ータ量■を超える場合は、巾Ｓ　（Ｓｏ　）に「１」を
加えて（ステップＴ４）再び処理Ｐ２〜Ｐ４におけるデ
ータ圧縮処理を行い（ステップＴ２）、圧縮したデータ
量が所定のデータ量Ｖ以下となるか否か再び判断する（
ステップＴ３）。こうしてステップＴ２〜Ｔ４の処理を
繰り返し、圧縮後のデータ量が要求されるデータ量Ｖ以
下となると処理を終了する。

〔発明の効果］ この発明によれば、スケールファクタの値を調整しなが
らデータ圧縮を繰り返し、圧縮後のデータ量が要求され
たデータ量以下であることを確認したのちデータ圧縮を
終了するので、圧縮後のデータ量を確実に要求されるデ
ータ量以下にすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による圧縮データ量制御方式の処理手
順を示す図、 第２図は第１図の動作を説明するためのフローチャート
、 第３図はスケールファクタと圧縮後のデータ量との関係
を示す表、 第４図は従来の圧縮・伸張処理の処理手順を示す図、 第５図は輝度信号の量子化マｌ−ＩＪクスを示す表、第
６図は色差信号の量子化マ）　ＩＪクスを示す表、第７
図はジグザグスキャンのテーブルを示す表である。 フローチャート 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一枚のディジタル画像を、１ブロックｎ×ｎ画素からな
   る複数のブロックに分割し、各ブロック毎に離散コサイ
   ン変換を行い、変換して得られるｎ×ｎ個の変換係数を
   、それぞれ所定の係数２＾Ｓ（Ｓ＝０、±１、±２、・
   ・・）が乗算されたｎ×ｎ個の閾値からなる量子化マト
   リクスの各閾値で除算して量子化を行い、量子化後のデ
   ータを可変長符号化する画像データ圧縮方式であって、 上記係数２＾Ｓの巾Ｓに特定の値を設定して上記量子化
   および符号化を行い、得られる圧縮後のデータ量が所望
   の設定値を超える場合は上記巾Ｓに「１」を加えて量子
   化ステップ幅を大きくした後、再び上記量子化および符
   号化を行い、圧縮後のデータ量が上記設定値以下となる
   までこれらの処理を繰り返し、圧縮後のデータ量が上記
   設定値以下となるようにすることを特徴とする圧縮デー
   タ量制御方式。