JPH033479A - 画像信号の符号化方式 - 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方式に関する
。

（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。情報保存型の符号化とは
、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、高圧縮率
が得られる。

情報非保存を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が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
しか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変換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、量子化係数を変化されることにより複合画像の
Ｓ／Ｎ比や符号化情報量を変化させることができる。

ところで、画像を伝送する場合の伝送時間や画像を蓄積
する場合の蓄積情報量が、あらかじめ規定される場合が
ある。このような場合には、画像全体の符号量がこの規
定を満たすように、画像を符号化しなければならない。

しかし、直交変換係数を量子化して可変長符号化する方
式においては、可変長符号を用いているために符号化を
終了しなければ画像全体の符号量を知ることはできない
。

そこで、このような規定を満たすために、画像内の情報
量分布に応じて適応的なビット配分を実現し、画像全体
の符号量を制御する方法がある。

この方法の一例は、文献１：渡邊敏明、塚原由利子、上
谷義治、瀧澤義順、小野朋子著、［固体電子スチルカメ
ラ用し−ト適応ＷＤＣＴ符号化方式Ｊ　、１９８９年電
子情報通信学会春季全国大会講演論文集、分冊７．７Ｊ
４１頁に詳しく記載されている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の符号量の制御方法では、画像の統計量をブロック
毎に求めて、直交変換係数を量子化する際の量子化パラ
メータを決定している。同時に、各ブロック毎にそのブ
ロックの符号量を決定している。従って、画像の統計量
の計算や符号量の決定に多くの処理時間が必要となると
いう問題点がある。同時に処理のための装置などが必要
となり、符号化装置全体が大型で高価となってしまうと
いう問題点もある。

また、従来の符号量の制御方法では実際に符号化する際
に各ブロック毎に実際の符号量と決定した符号量との比
較を行い、実際の符号量の制御を行っている。このため
処理が非常に複雑となってしまい、やはり処理時間や装
置の大型化といった問題がある。

本発明は、複数の量子化パラメータに対応する符号量を
それぞれ計測することにより所定の符号量を実現する量
子化パラメータを推定することにより、少ない処理時間
や処理装置で符号量を制御することのできる、画像信号
の符号化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） 本発明の画像信号の符号化方式は、複数の画素からなる
ブロック単位で画像信号を読出し、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、上記画像信号
を符号化するための符号化ビット数を設定し、上記変換
係数を量子化するための複数の量子化ステップを設定し
、設定した複数の量子化ステップを用いて上記変換係数
を量子化して上記複数の量子化ステップのそれぞれに対
応する量子化インデックスを出力し、上記量子化インデ
ックスを符号化した場合の符号化ビット数を上記複数の
量子化ステップに対応してそれぞれ計測し、上記の設定
した符号化ビット数で符号化するための量子化ステップ
を上記複数の量子化ステップとこれに対応して計測した
上記符号化ビット数とに基づいて推定し、上記の推定し
た量子化ステップとこの量子化ステップで量子化して生
成される量子化インデックスとに対応する符号を出力す
る手段とで構成される。

（作用） 本発明の画像信号の符号化方式について説明する。

まず、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、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。

また、この画像信号を符号化するための符号化ビット数
として、画像全体の合計の符号化ビット数をあらかじめ
設定しておく。この符号化ビット数としては、このよう
な画像全体の合計の符号化ビット数の代わりに、１ブロ
ック当りの平均の符号化ビット数や、１画素当りの平均
の符号化ビット数を用いることもできる。

同時に変換係数を量子化するための複数の量子化ステッ
プを設定しておく。それぞれの量子化ステップの値で変
換係数を割ることにより、変換係数を量子化することが
できる。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。

そして、設定した複数の量子化ステップを用いて変換係
数の量子化を行い、各変換係数に対応する量子化インデ
ックスを、複数の量子化ステップに対応してそれぞれ出
力する。

次に、量子化インデックスを符号化した場合の符号化ビ
ット数を、複数の量子化ステップに対応してそれぞれ計
測する。この際に、実際の符号化を行って符号化ビット
数を算出しても、実際には符号を出力しないで符号の長
さのみを合計しても、どちらでも良いヵ こうして計測された複数の符号化ビット数と、これに対
応する量子化インデックスとに基づいて、設定した符号
化ビット数で符号化するための量子化ステップを推定す
る。即ち、量子化インデックスが大きくなると、符号化
ビット数は少なくなる。また、量子化インデックスが小
さくなると、符号化ビット数は多くなる。ここで、複数
の量子化インデックスとこれに対応する符号化ビット数
が計測されているので、例えば量子化インデックスと符
号化ビット数との関係を直線で近似することにより、広
い範囲にわたる量子化インデックスと符号化ビット数と
の対応関係を求めることができる。従って、設定した符
号化ビット数を実現する量子化ステップを推定できる。

このように、量子化インデックスと符号化ビット数との
関係を直線で近似する代わりに、スプライン関数などの
補間による近似を用いたり、適当な関数形を予め与えて
おいてこれを当てはめてもよい。

こうして推定された量子化ステップを用いて変換係数の
量子化を行い、各変換係数に対応する量子化インデック
スを出力する。

最後に、量子化ステップと量子化インデックスとを符号
化して出力する。

（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図は本発明の画像信号の符号化方式を実現する符号
化装置の一例を示すブロック図である。

尚、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、アダマル変換などの直交変換を
用いることも可能である。

第１図に示すように、ブロック読み出し手段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変換手段２は読み出された１ブロツク分の
画像信号１０１の２次元離散コサイン変換を行い、８Ｘ
８個の変換係数１０２を計算する。また、ＤＣＴ変換手
段２は全ブロックに対する変換処理を行うと同時に、入
力された全ブロックの変換係数１０２を記憶する。

また、画像信号を符号化するための符号化ビット数とし
て、画像全体の合計の符号化ビット数１０３を符号化ビ
ット数設定手段３に設定しておく。同時に、量子化ステ
ップ設定手段４に変換係数１０４を量子化するための複
数の量子化ステップ１０４を設定しておく。

第２図は量子化方法の説明図である。第２図に示すよう
に、量子化手段５は変換係数１０２を量子化ステップ設
定手段４に設定した複数の量子化ステップ１０４を用い
て量子化して、量子化インデックス１０５を出力する。

この量子化インデックス１０５のレベル数は変換係数１
０２に比べて少ないので、これを符号化した場合の符号
化ビット数は変換係数１０２をそのまま符号化した場合
に比べて少なくなる。ただし、復号化においては、この
量子化インデックス１０５から第２図に示すような量子
化出力を得るので、元の変換係数１０２を完全に再現す
ることはできず、量子化出力には量子化誤差と呼ばれる
誤差が含まれることになる。すなわち、量子化ステップ
１０４を大きくして量子化インデックス１０５のレベル
数を少なくすると、符号化ビット数を少なくできるが、
その代わりに量子化誤差が大きくなってしまう。また、
量子化ステップ１０４を小さくして量子化インデックス
のレベル数を多くすると、符号化ビット数も多くなっで
しまうが、その代わりに量子化誤差を小さく抑えること
ができる。

こうして量子化された量子化インデックス１０５を受け
て、符号化ビット数計測手段６はこの量子化インデック
ス１０５を符号化した場合の画像全体の合計の符号化ビ
ット数１０６を複数の量子化ステップ１０４のそれぞれ
に対応して計測する。そして、符号化ビット数計測手段
６は計測した符号化ビット数１０６を出力する。

第３図（ａＸｂ）は、量子化ステップの推定方法を示す
説明である。第３図（ａＸｂ）に示すように、量子化ス
テップ推定手段７は複数の量子化ステップ１０４と符号
化ビット数１０６との関係を直線で近似して、符号化ビ
ット数設定手段３に設定した符号化ビット数１０３に対
応する量子化ステップ１０７を推定して出力する。

このように、直線近似により量子化ステップ１０７を推
定するので、完全に設定した符号化ビット数１０３を実
現できる量子化ステップ１０７を求められるとは限らな
いが、一般にその誤差は非常に小さく実用上は問題にな
らない。

また、量子化ステップ設定手段４に設定する複数の量子
化ステップの１０４の個数を増やすことにより、推定の
精度を向上できる。

さらに、量子化インデックスと符号化ビット数との関係
を直線で近似する代わりに、スプライン関数などの補間
による近似を用いたり、適当な関数形をあらかじめ与え
ておいてこれを当てはめることに依っても、推定の精度
を向上できる。

このように推定された量子化ステップ１０７を用いて、
量子化手段５は変換係数１０２を再度量子化して、イン
デックス１０５を出力する。

こうして求められた量子化インデックス１０５を、符号
化手段８は符号化して符号１０８を出力する。同時に、
推定した量子化ステップ１０７も符号化して出力する。

なお、ＤＣＴ変換手段２で変換された全ブロックの変換
係数１０２を記憶する代わりに、量子化ステップ推定手
段７での量子化ステップ１０７の推定が終了した時点で
、再度全ブロックの変換係数１０２を求めても良い。

また、このように符号化ビット数計測手段６を独立に設
ける代わりに、符号化手段８が出力する符号１０８を計
測することで符号化ビット数１０６を計測することもで
きる。

さらに、本実施例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ものとしたが、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。

それから、本実施例では画像信号を符号化するための符
号化ビット数として、画像全体の符号化ビット数を設定
したが、その代わりに１ブロツク肖たりの平均の符号化
ビット数や、１画素当たりの平均の符号化ビット数を用
いることもできる。

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は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、全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２：［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ペイセイテイドインターフレームコ
ーデイアイ・イー・イー・イーコミュニケーションマガ
ジン（ＩＥＥＥ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｍａｇ
ａｚｉｎｅ）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方式を用い
ることにより、簡単な処理のみであらかじめ設定された
符号化ビット数に従って符号化することが可能となる。

従って、小型で低価格の符号化装置を構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像信号の符号化方式を実現する符号
化装置の一例を示すブロック図、第２図は量子化方法の
説明図、第３図（ａＸｂ）は符号化ビット数の推定方法
を示す説明図である。 図において、１・・・ブロック読み出し手段、２・・・
ＤＣＴ変換手段、３・・・変化ビット数設定手段、４・
・・量子化ステップ設定手段、５・・・量子化手段、６
・・・符号化ビット数計測手段、７・・・量子化スナッ
プ推定手段、８・・・符号化手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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し
   、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、上記画像信号を符号化するための符号化ビット
   数を設定し、上記変換係数を量子化するための複数の量
   子化ステップを設定し、設定した複数の量子化ステップ
   を用いて上記、変換係数を量子化して上記複数の量子化
   ステップのそれぞれに対応する量子化インデックスを出
   力し、上記量子化インデックスを符号化した場合の符号
   化ビット数を上記複数の量子化ステップに対応してそれ
   ぞれ計測し、上記の設定した符号化ビット数で符号化す
   るための量子化ステップを上記複数の量子化ステップと
   これに対応して計測した上記符号化ビット数とに基づい
   て推定し、上記の推定した量子化ステップとこの量子化
   ステップで量子化して生成される量子化インデックスと
   に対応する符号を出力する画像信号の符号化方式。