JPH033478A - 画像信号の符号化装置 - 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） 本発明は、画像信号の伝送時間を短縮する、あるいは蓄
積記憶容量を削減するための画像信号符号化装置、およ
びその方法に関する。

（従来の技術） 多値画像（例えば１画素８ｂｉｔ、２５６レベル）に対
するデータ圧縮方式には、情報保存型符号化方式と情報
非保存型符号化方式とがある。情報保存型符号化は、符
号化の過程に量子化を含んでおらず、符号化・復号化の
処理によって原画像と全く同一の画像を再生することが
可能であるが、高い圧縮率は得られない。一方、情報非
保存型符号化は、符号化の過程でなんらかの量子化処理
を含んでおり、符号化・復号化の処理によって再生画像
は量子化雑音を含み画品質の劣化を伴うが、高い圧縮率
が得られる。

情報非保存型符号化の性能は一般に量子化歪（Ｓ／Ｎ比
）とデータ圧縮率（情報量）との関係で評価される。良
好なＳ／Ｎ比対情報量の関係を実現するひとつの方式と
して直交変換後の変換係数を量子化して可変長符号化す
る方式がある。

一般に変換係数の電力は、一部の変換係数に集中するの
で、この方式では、電力の大きな変換係数に対して多く
の情報量を割り当て、電力の小さい変換係数には少ない
情報量した割り当てないようにして、大幅な情報量の圧
縮を可能にしている。

また、通常の画像信号の分布は画像によって大幅に異な
っているが、この変換係数の分布は画像に依らずある一
定のモデルに従っている場合が多い。従って、このモデ
ルに基づいて設計した可変長符号を用いることにより、
画像に依らない情報量の圧縮が実現できる。

さらに、多値画像の符号化方式として、プログレッシブ
符号化方式というものがある。このプログレッシブ符号
化方式とは、まず第１段階として画像全体の大まかな情
報を用いて粗い画像を表示し、順次段階的に細かな情報
を用いてより精細な画像を表示していく方法である。

このプログレッシブ符号化方式において、第１段階で用
いられる画像全体の大まかな情報の情報量を少なくして
おけば、通信における情報の伝送速度が遅い場合でも、
とりあえずまず第１段階として粗い画像を高速に表示す
ることができる。この第１段階では粗い画像ではあるが
画像全体が表示されるので、通常の画像を行単位に順次
精細な画像として復号していく場合に比べて、受信者は
より素早く画像全体の内容を知ることができる。従って
、伝送速度が遅い場合でも利用者に与える負担を大幅に
軽減できる。

また、細かな情報を受信するにつれて画像全体が徐々に
精細となって行くので、全ての情報を受信する以前に画
像の判別が可能となる。従って、大量の画像のなかから
必要な画像のみを検索したい場合、判別ができた時点で
情報の伝送を打ち切ることができるので、検索の効率を
大幅に向上できる。

このようなプログレッシブ符号化方式は、直交変換を用
いた符号化方式を応用することにより、容易に実現でき
る。すなわち、全部の直交変換係数を伝送する代わりに
、まず直交変換係数の内で電力が集中しているもののみ
を画像全体について符号化して伝送する。そして、伝送
された直交変換係数のみを逆変換して、復号された画像
を表示する。

この場合、一部の直交変換係数のみを伝送しているので
、全部の直交変換係数を伝送する場合に比べて情報量は
はるかに小さくなる。従って、情報の伝送速度が遅い場
合でも、高速に伝送可能である。また、画像全体の情報
を伝送しているので、粗い画像ではあるが画像全体を表
示することができる。

そして、順次残りの直交変換係数を伝送することにより
、より精細な復号画像を得ることができる。

また、このようなプログレッシブな符号化方式に対して
、通常の行単位に順次画像を符号化して復号化する方式
を、シーケンシャルな符号化方式と呼ぶ。この方式を実
現するためには、最初から全部の直交変換係数を符合化
すれば良い。

（発明が解決しようとする課題） このような直交変換係数を量子化して可変長符号化する
方式を用いてプログレッシブ符号化を実現する場合、ま
ずあらかじめ画像全体の直交変換と量子化処理を行い、
量子化された直交変換係数を記憶しておく。そして、プ
ログレッシブの第１段階として電力の集中し・た一部の
直交変換係数のみを画像全体について符号化して伝送し
、順次残りの直交変換係数を符号化する。

ところが、このような方法でプログレッシブ符号化を実
現する場合に、画像サイズが大きいと、直交変換係数を
記憶するために膨大な記憶容量が必要となってしまうと
いう問題がある。

従って、直交変換係数をメモリに記憶した場合に非常に
多数のメモリが必要となり、符号化装置が高額かつ大聖
になってしまうという問題点もある。

このように直交変換係数を記憶しておく代わりに、プロ
グレッシブの各段階毎に直交変換や量子化処理をやり直
すこともできる。しかし、このような場合にも入力した
画像信号を記憶しておかなければならないので、同様の
問題が生じる。

また、一般に画像サイズが大きい場合の直交変換の処理
時間は長いので、このように同じ処理を何度もやり直す
ことにより、全体の処理時間が膨大となってしまうとい
う問題点がある。

本発明は、量子化後の変換係数を記憶しておく代わりに
、プログレッシブ符号化の各段階毎の符号をそれぞれ各
段階毎に記憶しておくことで、大量の記憶容量を用いず
にプログレッシブ符号化を実現できる、画像信号の符号
化方式とその装置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） 本発明の画像信号符号化装置は、複数の画素からなるブ
ロック単位で画像信号を読み出すブロック読み出し部と
、 上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変換係数を
求める直交変換部と、上記変換係数を量子化して各変換
係数に対応する量子化インデックスを出力する量子化部
と、 上記ブロック単位に上記量子化インデックスを可変長符
号化して複−敗の符号を生成する符号生成部と、 上記複数の符号を複数のステージに分割して伝送するた
めに各ステージにおいて伝送すべき符号の１ブロック当
りの個数を記憶する個数記憶部と、上記複数の符号を第
１ステージから順番に上記個数記憶部に記憶された個数
ずつ分配する符号分配部と、 上記分配された符号を各ステージ毎に記憶する符号記憶
部と、 上記符号記憶部に記憶された上記符号を第１ステージか
ら順番に各ステージ毎に伝送する符号伝送部とで構成さ
せる。

また、本発明の別の画像信号符号化装置は、複数の画素
からなるブロック単位で画像信号を読み出すブロック読
み出し部と、 上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変換係数を
求める直交変換部と、上記変換係数を量子化して各変換
係数に対応する量子化インデックスを出力する量子化部
と、 上記ブロック単位に上記量子化インデックスを可変長符
号化して複数の符号を生成する符号生成部と、 上記複数の符号を複数のステージに分割して伝送するた
めに各ステージにおいて伝送すべき符号の１ブロック当
りの個数を記憶する個数記憶部と、上記複数の符号を第
１ステージから順番に上記個数記憶部に記憶された個数
ずつ分配する符号分配部と、 第２ステージ以降の各ステージの上記符号を各ステージ
毎に記憶する符号記憶部と、 まず上記符号分配部から伝送される上記第１ステージの
符号を伝送し次に上記符号記憶部に記憶された上記符号
を第２ステージから順番に各ステージ毎に伝送する符号
伝送部とで構成される。

（作用） 本発明の画像信号の符号化装置について説明する。

まず、ブロック読み出し部は複数の画素からなるブロッ
ク単位で画像信号を読み出す。このブロックとしては、
ｎＸｎ画素からなる正方形のブロックを用いる場合が多
い。

次に、直交変換部はこのブロック単位に直交変換を施し
て複数の変換係数を求める。この直交変換としては、２
次元の離散コサイン変換やアダマール変換など、任意の
直交変換を用いることができる。もしｎＸｎ画素からな
る正方形のブロックを用いた場合、この複数の変換係数
も１ブロック当たりｎＸｎ個となる。

そして、量子化部は各変換係数をあらかじめ与えられた
量子化ステップで割ることにより量子化を行い、各変換
係数に対応する量子化インデックスを求める。ただし、
ここでは全ての変換係数を同一の量子化ステップで量子
化することにするが、各変換係数のブロック内での位置
に応じて、異なる量子化ステップを用いることもできる
。

こうして求められた量子化インデックスを符号生成部は
ブロック単位で可変長符号化して、このブロックに対応
する複数の符号を生成する。この量子化インデックスを
可変長符号化する方法としては、ブロック内の全ての量
子化インデックスをそれぞれ個別に可変長符号化する方
法が一般的だが、その他にも有意な量子化インデックス
（０でない量子化インデックス）のブロック内での位置
と大きさとを可変長符号化する方法や、まずブロック内
の量子化インデックスをジグザグにスキャンして連続す
る０の量子化インデックスをゼロランとして−まとめに
してしまい、その長さを可変長符号化する方法など、様
々な方法がある。

これらの方法の一例は、例えば文献１：太田睦、古閑敏
夫著、［動き補償フレーム間ハイブリッド符号化方式に
おける各種不等長符号化の比較」、昭和６１年度電子通
信学会通信部門全国大会講演論文集、分冊１．１−２０
６頁や、文献２：坪井幸利、岡本貞二著、「カラー静止
画像符号化におけるエントロピー符号化の各種方式の比
較検討」、画像符号化シンポジウム、第２回シンポジウ
ム資料、７１−７２頁などに述べられている。

ここで、画像情報を複数のステージに分割して伝送する
ために、各ステージで伝送すべき符号の１ブロック当り
の個数をあらかじめ個数記憶部に記憶しておく。この個
数は、画像の品質や伝送速度を考慮して決定する。ただ
し、画像の統計量に基づいてこの個数を画像毎に可変に
することもできる。

そして、符号分配部はブロックに対応して生成された複
数の符号を、第１ステージから順番に、記憶された個数
ずつ分配する。次に、符号記憶部は分配された符号を、
各ステージ毎に別々に記憶する。

すなわち、符号分配部の処理によりまず生成された複数
の符号の中から、第１ステージで伝送すべき個数の符号
のみが第１ステージの符号として符号分配部から出力さ
れるので、符号記憶部はこれを第１ステージの符号とし
て記憶する。次に、残りの符号の中から第２ステージで
伝送すべき個数の符号のみが第２ステージの符号として
符号分配部から出力されるので、符号記憶部はこれを第
２ステージの符号として記憶する。このようにして、そ
のブロックの全ての符号を出力するまで符号分配部は符
号の分配を行う。

このような処理を画像内の全てのブロックに対して実行
した後に、符号伝送部は符号記憶部に記憶された符号を
第１ステージから順番に伝送する。

すなわち、まず第１ステージの符号として記憶された符
号をすべて伝送する。次に、第２ステージの符号として
記憶された符号をすべて伝送する。そして、全てのステ
ージの全ての符号を伝送した後に、符号の伝送を終了す
る。

また、このようにまず符号記憶部に各ステージの符号を
ステージ毎に記憶してから符号の伝送を行う代わりに、
第１ステージの符号のみは符号記憶部に記憶しないで、
符号分配部から出力されると同時に符号伝送部から出力
されると同時に符号伝送部から伝送することもできる。

そして、第２ステージ以降のステージの符号は、同様に
符号記憶部に記憶する。こうすることにより、符号伝送
を早く開始できるので、全体の符号化処理に要する時間
を短縮できる。

ところで、一般に量子化インデックスの可変長符号化方
法を用いた場合、１つの符号で表される量子化インデッ
クスの個数は異なっている。例えば、ゼロランを用いた
場合に１つの符号は１つのゼロランの長さを示している
が、１つのゼロランは連続するＯの量子化インデックス
を示しており、その０の量子化インデックスの個数はま
ちまちである。

このような量子化インデックスの可変長符号化方法を用
いた場合、一般に各ブロック毎の符号の個数は一致しな
い。例えば、各ブロックの量子化インデックスの個数は
等しいが、ゼロランの長さを用いた場合に１つの符号で
示される量子化インデックスの数は符号毎に異なってい
るので、ゼロランの長さ用いて符号化すればブロック毎
の符号の個数は異なることになる。

従って、ブロックによってはあるステージとして定めら
れた個数の符号が存在しない場合がある。そのような場
合は、ブロックに対応する残りの全ての符号を符号分配
部からこのステージの符号として出力した後に、そのブ
ロックの処理を終了する。これにより、そのブロックに
ついては定められた個数よりも少ない符号しかこのステ
ージの符号として伝送されないが、復号化側でもそのブ
ロックの全ての量子化インデックスが復号できた段階で
そのブロックの符号の伝送が終了したことが分かるので
、正しく復号化処理を実行できる。

また、そのステージよりも以前のステージで全ての量子
化インデックスを符号化してしまい全ての符号を伝送し
てしまったブロックについては、符号分配部はそのステ
ージの符号として何も出力しない。このような場合にも
、やはり復号化側ではそのブロックの全ての符号がそれ
以前のステージで伝送されたことが分かっているので、
正しく復号化処理を実行できる。

復号側では、まず第１ステージで伝送された符号から復
号される量子化インデックスに基づいて画像の復号を行
い、粗い画像を表示する。そして、第２、第３のステー
ジの情報を得て、これらをそれ以前のステージで伝送さ
れた符号と併せて画像の復号を行うことにより、順次精
細な画像を復号して表示する。

このように各ステージで１ブロツク当たりで定められた
個数の符号を伝送することにより、プログレッシブな符
号化が実現できる。

ところで、符号記憶部に記憶されるのは可変長符号化後
の符号である。このため、その符号量は元の画像信号に
比べて大幅に減少している。従って、量子化インデック
スを記憶しておいてプログレッシブ符号化を行う場合に
比べてはるかに少ない記憶容量で、この符号記憶部を構
成できる。すなわち、小型で低価格の符号化装置を簡単
に実現できる。

（実施例） 以下、図面により本発明の一実施例を説明する。

第１図（ａ）は、第１の発明の画像信号の符号化装置の
一実施例を示すブロック図である。なお、以下の説明で
は直交変換として２次元の離散コサイン変換を用いてい
るが、アダマール変換などの直交変換を用い不ことも可
能である。

第１図（ａ）に示すように、ブロック読み出し部１によ
ってＤＣＴ変換を行うブロック単位に画像信号を読み出
す。例えば、１画素当たり８ｂｉｔの画像信号を縦８画
素、横８画素の計６４画素を１ブロツクとして読み出す
。そして、ＤＣＴ変換部２は読み出さ、れた１ブロック
分の画像信号１０１の２次元離散コサイシ変換を行い、
８×８個の変換係数１０２を計算する。

こうして計算された変換係数１０２を受けて、量子化部
３は変換係数１０２をあらかじめ与えられた量子化ステ
ップで割ることにより量子化を行い、各変換係数１０２
に対応する量子化インデックス１０３を出力する。ただ
し、ここでは全ての変換係数を同一の量子化ステップで
量子化することにするが、各変換係数１０２のブロック
内での位置に応じて、異なる量子化ステップを用いるこ
ともできる。

そして符号生成部４は、これらの量子化インデックス１
０３の可変長符号化をブロック単位で行い、ブロックに
対応する複数の符号１０４を生成して出力する。この量
子化インデックス１０３の可変長符号化方法は、文献１
や文献２に示されている。

ここで、ブロックの複数の符号１０４を複数のステージ
に分割して伝送するために、個数記憶部８に、各ステー
ジにおいて伝送すべき符号の１ブロック当りの個数１０
８をあらかじめ記憶させておく。

そして、符号分配部５は第１ステージで伝送すべき符号
の１ブロック当りの個数１０８を個数記憶部８から受け
て、符号生成部４から出力された符号１０４の内の最初
の個数１０８分の符号１０４を、第１ステージの符号１
１１として符号記憶部６に出力する。この符号１１１を
受けた符号記憶部６は、これを第１ステージの符号とし
て記憶する。

次に、符号分配部５は第２ステージの個数１０８を個数
記憶部８から受けて、残りの符号１０４の中からその個
数１０８の符号１０４を第２ステージの符号１１２とし
て出力し、符号記憶部６に第２ステージの符号として記
憶させる。以下同様に、そのブロックに対応する符号１
０４が無くなるまで符号分配部５は符号の“分配出力の
処理を行う。そして、符号１０４が無くなった時点でそ
のブロックの処理を終了する。

ここで、もしあるブロックに対応する残りの符号１０４
の個数がそのステージで伝送すべき個数１０８に満たな
い場合には、そのブロックに対応する全ての符号１０４
を出力した時点で符号分配部５はそのブロックの処理を
終了し、そのブロックに対するそれ以降のステージの処
理は行わない。

このような符号１０４の分配と記憶処理を画像内の全て
のブロックに対して実行した後に、符号伝送部７はまず
第１ステージの全ての符号１１１を符号１０６として符
号記憶部６から読み出して、符号１０７として伝送する
。次に、符号伝送部７は第２ステージの全ての符号１１
２を符号１０６として符号記憶部６から読み出して、符
号１０７として伝送する。以下、同様の処理を各ステー
ジについて繰り返し、全てのステージの全ての符号１０
６を符号記憶部６から読み出してこれを符号１０７とし
て伝送した時点で、符号１０７の伝送処理を終了する。

第１図（ｂ）は、第２の発明の画像信号の符号化装置の
一実施例を示すブロック図である。第１図（ｂ）に示す
ように、第１ステージの符号１１１は符号分配部５から
出力されると同時に、符号伝送部７から符号１０７とし
て伝送される。このように第１ステ・−ジの符号１１１
のみは符号記憶部６に記憶しないで伝送することで、符
号１０７の伝送開始を早めることができ、全体の符号化
処理時間を短縮できる。

以上説明した符号化装置において、符号記憶部６に記憶
されるのは可変長符号化後の符号となっている。従って
、その符号量は最初の画像信号１０１や量子化インデッ
クス１０３に比べてはるかに少なくなっている。このた
め、画像信号１０１や量子化インデックス１０３を記憶
しておいてプログレッシブ符号化を実現する場合に比べ
て、はるかに少ない記憶容量でプログレッシブ符号化を
実現できる。すなわち、符号記憶部６を非常に少ない個
数のメモリで構成することができ、小型で低価格の符号
化装置を実現できることになる。

なお、個数記憶部８に記憶された個数１０８を変化させ
ることにより、プログレッシブに画像情報を伝送する際
の各ステージで伝送する情報量や、画像が段階的に精細
となる様子を自由に設定できる。従って、様々な伝送速
度や画像を対象とした場合でも、それに応じたプログレ
ッシブ符号化方式を実現できる。その際に、画像の統計
量に応じて画像毎に個数１０８を可変にする事もできる
。

また、第１ステージで伝送すべき符号の個数１０８を１
ブロツクの全量子化インデックス１０３の数以上とする
により、この符号化装置を用いてシーケンシャルな画像
の伝送も実行できる。

以上の説明においてはブロックサイズを８×８として説
明したが、別のサイズや形状を用いても差し支え無い。

また、以上の説明において画像信号として特に規定はし
ていないが、多値の白黒画像、ＲＧＢの各カラー成分画
像、Ｙ・（Ｒ−Ｙ）・（Ｂ　−Ｙ）等の輝度・色差信号
は、すべてこの画像信号の中に含まれる。同様に、テレ
ビジョン信号等の動画像に′おけるフレーム間差分信号
においても適用でき、十分な効果を得ることができる。

このフレーム間差分信号については、文献３：「テレビ
ジョン　バンドウイドスコンブレッション　トランスミ
ッション　バイモーション　コンベンセイテイド　イン
ターフレーム　コーディング（Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　
ＢａｎｄｗｉｄｔｈＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｔｒａｎ
ｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｂｙ　Ｍｏｔｉｏｎ−ｃｏｍｐｅｎ
ｓａｔｅｄＩｎｔｅｒｆｒａｍｅ　Ｃｏｄｉｎｇ）　Ｊ
アイ・イ町イ町イー　コミユニケミジョン　マガジン（
ＩＥＥＥ　ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＭａｇａｚｉｎ
ｅ）誌、１９８２年１１月号、２４−３０頁に詳細に述
べられている。

（発明の効果） 以上述べたように本発明の画像信号の符号化装置を用い
ることにより、プログレッシブ符号化の各ステージの符
号をそれぞれ記憶しておくことで、大量の記憶容量を用
いずにプログレッシブ符号化を実現でき、小型で低価格
の符号化装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は第１の発明の画像信号の符号化装置の一
実施例を示すブロック図、第１図（ｂ）は第２の発明の
画像信号の符号化装置の一実施例を示すブロック図であ
る。 図において、 １・・・ブロック読み出し部、２・・・ＤＣＴ変換部、
３・・・量子化部、４・・・符号生成部、５・・・符号
分配部、６・・・符号記憶部、７・・・符号伝送部、８
・・・個数記憶部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の画素からなるブロック単位で画像信号を読
   み出すブロック読み出し部と、 上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変換係数を
   求める直交変換部と、上記変換係数を量子化して各変換
   係数に対応する量子化インデックスを出力する量子化部
   と、 上記ブロック単位に上記量子化インデックスを可変長符
   号化して複数の符号を生成する符号生成部と、 上記複数の符号を複数のステージに分割して伝送するた
   めに各ステージにおいて伝送すべき符号の１ブロック当
   りの個数を記憶する個数記憶部と、上記複数の符号を第
   １ステージから順番に上記個数記憶部に記憶された個数
   ずつ分配する符号分配部と、 上記分配された符号を各ステージ毎に記憶する符号記憶
   部と、 上記符号記憶部に記憶された上記符号を第１ステージか
   ら順番に各ステージ毎に伝送する符号伝送部とで構成さ
   れる画像信号の符号化装置。
2. （２）複数の画素からなるブロック単位で画像信号を読
   み出すブロック読み出し部と、 上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変換係数を
   求める直交変換部と、上記変換係数を量子化して各変換
   係数に対応する量子化インデックスを出力する量子化部
   と、 上記ブロック単位に上記量子化インデックスを可変長符
   号化して複数の符号を生成する符号生成部と、 上記複数の符号を複数のステージに分割して伝送するた
   めに各ステージにおいて伝送すべき符号の１ブロック当
   りの個数を記憶する個数記憶部と、上記複数の符号を第
   １ステージから順番に上記個数記憶部に記憶された個数
   ずつ分配する符号分配部と、 第２ステージ以降の各ステージの上記符号を各ステージ
   毎に記憶する符号記憶部と、 まず上記符号分配部から伝送される上記第１ステージの
   符号を伝送し次に上記符号記憶部に記憶された上記符号
   を第２ステージから順番に各ステージ毎に伝送する符号
   伝送部とで構成される画像信号の符号化装置。