JPH0338185A - 離散コサイン変換符号化方式 - 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】 〔概要〕 人力画像信号の高能率符号化の一つの離散コサイン変換
符号化方式に関し、 再生画像の視覚的な劣化を生じさせない高周波成分を省
略することにより、−層の高能率符号化を図ることを目
的とし、 入力画像信号の複数画素からなるプロ・２りに対して離
散コサイン変換を施す離散コサイン変換部と、該離散コ
サイン変換部の変換出力信号を量子化する量子化部と、
該量子化部の量子化出力信号を符号化する符号化部とを
備えて、前記入力画像信号の離散コサイン変換符号化を
行う方式に於いて、前記ブロック内の高周波成分を示す
関数を検出する関数検出部を設け、該関数検出部からの
関数に基づいて、高周波成分を示す前記量子化部の量子
化出力信号を強制的にＯに変換し、該Ｏを含まない信号
を前記符号化部に於いて符号化するように構成した。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、人力画像信号の高能率符号化の一つの離散コ
サイン変換符号化方式に関するものである。

テレビ会議やテレビ電話等に於いて、画像信号の帯域圧
縮を行う各種の高能率符号化方式が提案されており、最
近は、その一つとして離散コサイン変換（Ｄ　１ｓｃｒ
ｅｔｅ　Ｃｏ５１ｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が注目さ
れている。この離散コサイン変換は、複数画素を１ブロ
ソクとし、変換行列により変換係数に直交変換するもの
であり、画像の性質によっても異なるが、一般的には変
換係数は低周波成分側に集中するものとなる。そして、
この変換係数をエントロピー符号化して伝送するもので
あり、受信側に於いては、エントロピー復号化して逆量
子化し、更に逆離散コサイン変換を施して、再生画像信
号を得るものである。

このような離散コサイン変換符号化方式に於いて、更に
効率を向上することが要望されている。

〔従来の技術〕

第１０図は従来例のブロック図であり、送信部は、離散
コサイン変換部３０と量子化部３１と走査部３２と符号
化部３３とを備え、受信部は、復号化部３４と逆走査部
３５と逆量子化部３６と逆離散コサイン変換部３７とを
備えている。

入力画像信号は、テレビカメラ等からの画像信号或いは
その画像信号にフレーム間差分処理等を施した信号をデ
ィジタル化した信号であり、又その入力画像信号の１画
面分を、例えば、第１１図に示すように、ＮＸＮ画素か
らなるブロックに分割し、各ブロックの画素ｆ　　（ｕ
、ｖ）に離散コサイン変換部３０に於いて離散コサイン
変換を施し、変換係数Ｆ（ｉ、ｊ）を個別に量子化部３
１に於いて量子化し、走査部３２に於いて走査して二次
元配列の量子化出力信号を一次元配列とし、符号化部３
３に於いて順次エントロピー符号化を行って受信側に送
信するものである。

又受信側では、復号化部３４に於いてエントロピー復号
化を行い、逆走査部３５に於いて送信側の走査部３２と
逆の処理を行い、逆量子化部３６に於いて量子化部３１
と逆の処理の逆量子化を行い、逆離散コサイン変換部３
７に於いて離散コサイン変換部３０と逆の処理を行って
画像信号を再生し、図示を省略した表示装置に加えるも
のである。

離散コサイン変換部３ｏに於ける離散コサイン変換は、
次の（１１，＋２）式で表される。

１＋Ｊ＋ＬＩ＋Ｖ　　＝Ｏ＋１＋２＋　”　　’　Ｎ−
１このｆｉｌ、　（２１式を用いて、ブロックの画素ｆ
　　（ｕ、ｖ）をＦ　（ｉ、ｊ）に変換すると、この変
換係数Ｆ　（ｉ、ｊ）は、ｉ、ｊの値に対応して周波数
成分を示すものとなり、ｉ、ｊの値が小さい程、低周波
成分を示し、Ｆ　（０，０）は直流成分を示すものとな
る。例えば、第１１図の画面のＮＸＮ画素からなるブロ
ックに於いて、Ｎ＝８とすると、斜線を施したブロック
は、その下方に拡大して示すものとなり、離散コサイン
変換を施すことにより、矢印ａ方向が低周波成分、矢印
す方向が高周波成分となる。そして、一般的な画面の場
合には、離散コサイン変換を施すことにより、低周波成
分に集中することが知られている。即ち、矢印す方向の
高周波成分には、０となるものが多くなる。

ブロック対応の変換係数Ｆ　（ｉ、ｊ）を量子化部３１
に於いて量子化し、走査部３２に於いて走査するもので
あり、第１１図の下方のブロックに於いて、Ｃはジグザ
グ走査、ｄは水平方向走査、ｅ（−点鎖線）は垂直方向
走査を示し、それらの何れかの走査方向により、低周波
領域から高周波領域に向かって、或いはその逆方向に向
かって、走査部３２に於いて走査し、順次符号化部３３
に加えてエントロピー符号化を行うものである。

前述のように高周波成分がＯとなることが多いものであ
るから、高周波領域側から走査を行い、０でなくなった
位置にエンドオブバウンド符号Ｅ○Ｂ　（Ｅｎｄ　　Ｏ
ｆ　Ｂｏｕｎｄ）を付加する。例えば、第１２図に示す
８×８画素のブロックの量子化信号について、高周波領
域側からジグザグ走査を行い、０でなくなった位置（−
７の値の位置）に、エンドオプバウンド符号ＥＯＢを付
加する。それにより、低周波領域側から符号化して伝送
する時に、エンドオプバウンド符号ＥＯＢの位置以降の
高周波成分については、総て０であるから、伝送しない
でも済むことになり、符号化効率を向上することができ
る。

受信側では、このエンドオブバウンド符号ＥＯＢにより
、そのブロックの符号化信号の終了を識別して、復号化
処理を行うことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の従来例の離散コサイン変換符号化方式に於いて、
例えば、第１２図に示すブロックの場合は、低周波領域
側からジグザグ走査して符号化して伝送する時、１０３
１．−９．−５．３，２０．１５．Ｏ，・・・・０．−
７　（Ｅ、ＯＢ）となるから、エンドオブパウンドＥＯ
Ｂ以降の０を省略することができるとしても、未だエン
ドオブハウンドＥＯＢ以前に多数の０を含むものである
から、符号化効率を充分に向上することができないもの
であった。

本発明は、再生画像の視覚的な劣化を生しさせない高周
波成分を省略することにより、−層の高能率符号化を図
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〕

本発明の離散コサイン変換符号化方式は、入力画像信号
の高周波成分を示す関数を基に、視覚的に問題とならな
い高周波成分を強制的にＯとするものであり、第１図を
参照して説明する。

人力画像信号の複数画素からなるブロックに対して離散
コサイン変換を施す離散コサイン変換部ｌと、この離散
コサイン変換部ｌの変換出力信号を量子化する量子化部
２と、この量子化部２の量子化出力信号を符号化する符
号化部３と、ブロック内の高周波成分を示す関数を検出
する関数検出部４とを有し、この関数検出部４からの関
数に基づいて、高周波成分を示す量子化出力信号を強制
的にＯに変換し、０を含まない信号を符号化部３に於い
て符号化するものである。

〔作用〕

離散コサイン変換部１は、従来例と同様に、入力画像信
号を複数画素からなるブロック対応に離散コサイン変換
を施し、量子化部２により量子化し、符号化部３により
エントロピー符号化して送出する。又関数検出部４は、
入力画像信号のブロック内のエツジや標準偏差による高
周波成分を示す関数を検出し、この関数に基づいて量子
化部２又は符号化部３に於いて高周波成分を示す量子化
出力信号を強制的にＯに変換する。例えば、ブロック内
でエツジの個数が少ないにも拘わらず、量子化出力信号
の高周波成分が出現する時、この高周波成分がなくても
視覚的には問題がないものである。従って、このような
視覚的に問題とならない高周波成分を強制的にＯとし、
符号化部３により符号化する情報量を削減して、符号化
効率を向上することが可能となる。又受信側は従来例と
同様な構成で画像信号を再生することができる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明
する。

第２図は、本発明の一実施例のブロック図であり、送信
側は、離散コサイン変換部１０と、量子部１１と、零変
換部１２と、走査部１３と、符号化部１４と、関数検出
部１５とを備えている。又受信部は、復号化部１６と、
逆走査部１７と、逆量子化部１８と、逆離散コサイン変
換部１９とを備えている。

入力画像信号のＮＸＮ画素をｌブロックとし、ブロック
対応に離散コサイン変換部１０により離敗コサイン変換
を施し、その離散コサイン変換部ｌＯの出力の変換係数
Ｆ　（ｉ、ｊ）を、量子化部１１により量子化して零度
換部１２に加える。又ｌブロック内の高周波成分を示す
関数を関数検出部１５により検出する。例えば、エツジ
検出を行う場合は、エツジ個数が多い程、高周波成分が
多いことを示すものとなる。

零度換部１２では、関数検出部１５からの関数を基に、
量子化出力信号の高周波成分の一部を強制的にＯに変換
し、走査部１３によりジグザグ走査等により一次元配列
化した量子化出力信号を符号化部】４に於いてエントロ
ピー符号化を行い、この符号化信号を伝送するものであ
り、０は符号化しないものである。

又受信部は、従来例と同様に、復号化部１６により受信
符号化信号をエントロピー復号化し、逆走査部１７によ
り一次元配列を二次元配列とし、逆量子化部１８により
逆量子化し、逆離散コサイン変換部１９により、離散コ
サイン変換と逆の処理を行って、出力画像信号を得るも
のである。

第３図及び第４図は、関数検出部１５の動作を示すフロ
ーチャートであり、ラプラシアンによるエツジ検出の場
合を示す。ラプラシアンのマスクＭ（３，３）（中心を
４．上下左右を−１とし、マスク係数の合計は０となる
）と、８×８画素からなるブロックｆ　　（８，８）と
、マクスＭの処理。

を行った後のブロックｆ　’　　（８，８）と、闇値Ｔ
■］と、エツジ個数Ｃ０ＵＮＴとを定め■、ｆ　　（Ｉ
Ｊ）としてブロックの周辺画素を除いてラプラシアンの
マスクＭをかける。即ち、！＝２．Ｊ＝２■、■として
、ｆ　　（２，２）の画素に対してラプラシアンのマス
クＭをかける■。このラプラシアンのマスクＭをかける
ことにより、例えば、ブロック内の画素が総て同し値で
高周波成分がＯの場合は、ブロック内の総ての画素が０
となり、又ブロック内に境界線等の画素間の差があれば
、高周波成分を含むものであるから、その境界線に相当
する画素は０とはならないものである。

そして、Ｊ＝Ｊ＋１とし■、Ｊ＞７か否か判定し■、Ｊ
＞７でない場合は、ｆ　　（１，Ｊ＋１）の画素につい
てラプラシアンのマスクＭをかける。

そして、Ｊ＞７となると、Ｉ＝１＋１とし■、■〉７か
否か判定し■、Ｉ＞７でない場合は、ステップ＠に移行
する。従って、８×８画素の中の６×６画素についてラ
プラシアンのマスクＭをかけることになる。

次にエツジ個数Ｃ０ＵＮＴ＝０とし■（第４図参照）、
Ｉ＝２［相］、Ｊ−２０として、ラプラシアンのマスク
Ｍをかけたブロックｆ’（１，Ｊ）の絶対値ＡＢＳが闇
値ＴＨ組以上否か判定する＠。

例えば、画素が０〜２５５の値をとり得る場合、闇値Ｔ
Ｈを５０とすることができる。そして、ブロックｆ　’
　　（２，２）の値が閾値ＴＨ以上の場合は、エツジ個
数Ｃ０ＵＮＴを＋１し０、Ｊ＝Ｊ＋１ｏとする。又閾値
ＴＨ以上でない場合は、Ｊ＝Ｊ＋１ｏとする。そして、
Ｊ＞７であるが否か判定し［相］、Ｊ＞７でない場合は
ステップ＠に移行し、又Ｊ＞７の場合は、Ｉ＝１＋１と
し［相］、Ｉ＞７である否か判定し＠Ｓ　Ｉ＞７でない
場合は、ステップ■に移行し、Ｉ＞７の場合は終了とな
る。

前述の処理により、ラプラシアンのマスクＭをかけた１
ブロソク内の闇値ＴＨ組以上画素をエツジ個数Ｃ０ＵＮ
Ｔとして計数する。このエツジ個数Ｃ０ＵＮＴが多いこ
とは、高周波成分が多いことを示すものとなる。

第５図は零度換部１２の動作を示すフローチャートであ
り、エツジ個数Ｃ０ＵＮＴからパラメータＵを求め、そ
のパラメータＵに基づいてｌブロック内の高周波成分を
強制的にＯとするものであり、先ず、８×８画素の１ブ
ロソクの量子化出力信号Ｆ’　　（８，８）と、これを
−次元に展開した行列Ｓ　（８ｘ８）と、高周波成分を
幾っ０にするかを示すパラメータＵ＝ＭＡＸ　（（６Ｘ
　６−ＣＯＵＮＴ＋α）、０〕と、走査の順番を示す行
列ＭＡＰ　（８，８）とを定める■。

パラメータＵは、（６Ｘ６−ＣＯＵＮＴ＋α）と０との
何れか大きい方を選択するものであり、αは任意に設定
できる値で、例えば、１０とすることができる。又エツ
ジ個数Ｃ０ＵＮＴは、ラプラシアンのマスクＭをかけた
画素数が６×６であるから、それ以上となることはない
。

■ブロックの量子化出力信号Ｆ’　　（８，８）を−次
元の行列Ｓ　（Ｋ）に展開するには・例えば・第６図に
示すフローチャートに従って行うことができる。即ち、
Ｆ’　　（８，８）と、Ｓ　（８ｘ８）と、行列ＭＡＰ
　（８，８）とを定め（ａｌ、Ｓ　（Ｋ）のに＝１とし
くｂ）、Ｉ＝１としくＣ）、Ｊ＝１として（ｄ１行列の
最初の位置とし、行列ＭＡＰ　（１，Ｊ）の走査の順番
と、行列Ｓ　（Ｋ）の番号とが同しか否か判定する（ｅ
）。

ＭＡＰ　（１，Ｊ）＝にの場合は、行列Ｓ　（Ｋ）にＦ
’　　（１，Ｊ）の値を挿入しくｆ）、Ｊ＝Ｊ＋１とす
る（ｇ）。従って、５（１）に走査順番１のＭＡＰ（１
，１）の位置に相当するＦ’　　（１，１）の値を挿入
し、５（２）に走査順番２のＭＡＰ　（１゜２〉の位置
に相当するＦ’　　（１，２）の値を挿入し、５（６）
に走査順番６のＭＳＰ　（１，３）の値を挿入すること
になる。

又ＭＡＰ　（１，Ｊ）≠にの場合は、Ｊ＝Ｊ＋１とする
（ｇｌ。次にＪ＞８か否か判定しくｈｌ、Ｊ＞８でない
時はステソプｔｅｌに移行し、Ｊ＞８の時はｌ＝１＋１
としく１）、Ｉ＞８か否か判定する（Ｊｌ。Ｉ＞８でな
い時はステップ（ｄ）に移行し、Ｊ＝１とした後に前述
の動作を繰り返す。又１＞８の時はに＝に＋１とじ（ｋ
ｌ、Ｋ〉６４か否か判定し＋１１、Ｋ〉６４でない時は
ステップ（Ｃ）に移行し、■−１とした後に前述の動作
を繰り返す。又Ｋ〉６４の時は行列Ｓ　（Ｋ）の最後で
あるから終了とする。

前述の処理により、１ブロツクの二次元配列の量子化信
号Ｆ’　　（１，Ｊ）は、はジクザグ走査に従った一次
元配列の行列Ｓ　（Ｋ）に変換される。

高周波成分は、−次元配列の後尾側に分布しているもの
であるから、−次元配列の最後尾からパラメータＵに従
って強制的に０とする処理を行う。

即ち、第５図に於いて、カウンタＣを０とし０１に＝６
４とし０、Ｃ＝Ｃ＋１として［相］、パラメータＵと比
較する［相］。Ｕ＞Ｃの場合は、Ｓ　（Ｋ）　−〇とす
る。即ち、強制的にＯとする。そして、Ｋ−に−１とし
０、Ｋ＜１か否か判定し［相］、Ｋ＜１でない場合は、
ステップ［相］に移行し、Ｋ＜１の場合は終了とする。

又Ｕ＞Ｃでない場合は、パラメータＵの値より強制的に
０とした値を含めて高周波成分の０の値が大きいので、
高周波成分を強制的に０とする処理は終了することにな
る。

従って、第１２図に示す場合には、ＥＯＢが付加された
く−７）も強制的に０とすることができるから、Ｆ’　
　（３，３）の位置の前まで総て０となり、符号化効率
を向上することができる。

前述の実施例に於いては、第７図に於ける実線で示す８
×８画素のブロックに対して、ブロックの境界に於ける
画素を除いて３×３のラプラシアンのマスクＭをかける
ものであるから、点線で示す６×６画素についてラプラ
シアンのマスク処理を施したことになる。このようなブ
ロックの境界に於ける画素についてエツジ検出を行わな
い場合でも、前述のような高周波成分を示すパラメータ
Ｕを求めて、高周波成分を強制的にＯとし、再生画質を
劣化させることなく、符号化効率を向上することができ
る。

又実線で示す８×８画素のブロックに対して、境界の画
素を含めてラプラシアンのマスクＭをかける場合は、−
点鎖線で示すｌｏＸＩＯ画素についてラプラシアンのマ
スクＭをかければ良いことになり、全画素についてラプ
ラシアンのマスクＭをかけることができる。

第８図は本発明の他の実施例の要部ブロック図であり、
２０は離散コサイン変換部、２１は量子化部、２２は零
度換部、２３は走査部、２４は符号化部、２５は標準偏
差検出部である。この実施例は、前述の実施例に於ける
関数検出部１５を標準偏差検出部２５とした場合に相当
し、標準偏差σが大きい程、高周波成分を含む性質を利
用するものである。

第９図は標準偏差検出部２５の動作を示すフローチャー
トであり、人力画像信号の１ブロツクをｆ　　（１，Ｊ
）とし、標準偏差をσ、平均値をＨとしく１）、最初に
Ｈ＝Ｏ，Ｉ＝１．Ｊ＝Ｈ２１〜（４）として、平均値Ｈ
＝Ｈ＋ｆ　　（１，Ｊ）を求める（５）。次にＪ＝Ｊ＋
１としく６）、Ｊ＞８であるか否か判定しく７）、Ｊ＞
８でない場合は、ステップ（５）に移行し、Ｊ＞８の場
合はｒ＝Ｉ＋１としく８）、Ｉ＞８であるか否か判定し
く９）、Ｉ＞８でない場合はステノブ（４）に移行し、
Ｉ＞８の場合は８×８画素についての処理が終了したの
で、Ｈ＝Ｈ／６４の演算を行いαω、平均（ｉＨを求め
る。

次に標準偏差σをＯとし０υ、ｌ＝１．Ｊ＝１としα２
１．α３１、σ−σ＋（ｆ　　（１，Ｊ）−Ｈ）”の演
算を行いα４１．Ｊ＝Ｊ＋１としα９、Ｊ＞８であるか
否か判定しα［０，Ｊ＞８でない場合はステソプαＯに
移行し、Ｊ＞８の場合はＩ＝Ｉ＋１とし０７１，１＞８
であるか否か判定しＱＩＯ，Ｉ＞８でない場合はステッ
プ０濁に移行し、Ｉ＞８の場合は８×８画素についての
処理が終了したので、σ−ＪＴ７■Ｔの演算を行いａし
標準偏差σを求める。

この標準偏差σを基に、零度換部２２では量子化出力信
号の中の高周波成分を強制的に０とするものであり、第
５図に示す前述の実施例に於けるパラメータＵとして、
Ｕ＝ＭＡＸ　（β−σ＋α。

０〕とするものである。この場合のβは、αのとり得る
最大値である。又ステップａ鵠に於ける平方根の処理を
省略した値の標準偏差σを用い、それに対応してβ及び
αを設定することができる。

前述の実施例に於いては、ｌブロソクを８×８とした場
合を示すが、他の画素数構成とすることも可能である。

又０の高周波成分を符号化して伝送するとしても、割当
符号数を少なくことにより伝送効率を向上することが可
能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、関数検出部４を設けて
、人力画像信号のブロソク対応の高周波成分を示すエツ
ジ個数や標準偏差等による関数を検出し、その関数に基
づいて、離散コサイン変換出力を量子化した量子化出力
信号の高周波成分を斧制的にＯとするものであり、従っ
て、視覚的に問題とならない高周波成分を見つけて強制
的に０とすることにより、符号化効率を向上することが
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の一実施
例のブロック図、第３図及び第４図は本発明の一実施例
の関数検出部の動作フローチャート、第５図は本発明の
一実施例の零度換部の動作フローチャート、第６図は走
査動作のフローチャート、第７図はブロソクの説明図、
第８図は本発明の他の実施例の要部ブロック図、第９図
は本発明の他の実施例のフローチャート、第１０図は従
来例のブロック図、第１１図はプロツタの走査説明図、
第１２図は従来例の走査説明図である。 ｌは離散コサイン変換部０．２は量子化部、３は符号化
部、４は関数検出部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力画像信号の複数画素からなるブロックに対して離散
   コサイン変換を施す離散コサイン変換部（１）と、該離
   散コサイン変換部（１）の変換出力信号を量子化する量
   子化部（２）と、該量子化部（２）の量子化出力信号を
   符号化する符号化部（３）とを備えて、前記入力画像信
   号の離散コサイン変換符号化を行う方式に於いて、 前記ブロック内の高周波成分を示す関数を検出する関数
   検出部（４）を設け、 該関数検出部（４）からの関数に基づいて、高周波成分
   を示す前記量子化部（２）の量子化出力信号を強制的に
   ０に変換し、該０を含まない信号を前記符号化部（３）
   に於いて符号化する ことを特徴とする離散コサイン変換符号化方式。