JPH0344187A - 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・複合化の
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が、
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、複合された画像
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号化
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型
になってしまうという問題点もある。

二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が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
化方式の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、 上記複数の変換係数を量子化して複数の量子化インデッ
クスを出力する量子化部と、 上記複数の量子化インデックス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量子
化インデックスのブロック内の位置を記憶する位置記憶
部と、 上記位置に基°づき上記量子化インデックスを可変長符
号化して各ステージに対応する符号を出力する符号化部
と、 上記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。

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、 上記複数の変換係数を量子化して複数の量子化インデッ
クスを出力する量子化部と、 上記複数の量子化インデックス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量子
化インデックスのブロック内の位置を記憶する位置記憶
部と、 上記位置に基づき上記量子化インデックスを可変長符号
化して各ステージに対応する符号を出力する符号化部と
、 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、 まず上記符号化部から出力される第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
次元の離数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ブロツク当たりｎＸｎ１固となる。

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量子化インデックスの
ブロック内での位置を、あらかじめ位置記憶部に記憶し
ておく。この際に、画像の品質や伝送速度を考慮して各
ステージで伝送する量子化インデックスの個数を決定し
、それにしたがって伝送する量子化インデックスの位置
を決定して記憶させる。ただし、画像の統計量に基づい
てこの位置、すなわち各ステージで伝送する量子化イン
デックスの個数を画像毎に可変にすることもできる。

この位置に基づき、符号化部は各ステージに対応する量
子化インチ゛ックスを可変長符号化し、各ステージに対
応する符号を出力する。すなわち、第１ステージで伝送
すべき量子化インデックスの位置を位置記憶部から読み
出して、これを可変長符号化して第１ステージの符号と
して出力する。同様に、各ステージの符号を出力する。

ところで、量子化インチ゛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
の他にも連続するＯの量子化インデックスをゼロランと
じて−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年度竜子連
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１、画像符号化シンポジウム、第２回シンポジウ
ム資料、’１１−’１２頁などに述べられている。

そして、符号記１意部は符号を各ステージ毎に別々に記
憶する。

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
各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
、符号化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。

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。

このように量子化インデックスを各ステージに分割して
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ることも可
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ブロツク分
の画像信号１０１の２次元離数コサイン変換を行い、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。

ここで、ブロックの複数の量子化インデックス１０３を
複数のステージに分割して伝送するために、位置記憶部
８に、各ステージにおいて伝送すべき量子化インデック
ス１０３のブロック内の位置１０８をあらかじめ記憶さ
せておく。

１２図（ａ）、（ｂ）は、各ステージにおいて伝送すべ
き量子化インデックスの位置の説明図である。第２図（
ａ）に示すように、ブロック内の各量子化インデックス
１０３にはその位置を示す番号を割り当てておく。そし
て第２図（ｂ）に示すように、各ステージにおいて伝送
すべき量子化インデックス１０３の番号を位置１０８と
して位置記憶部８に記憶する。第２図（ｂ）の例では、
第１ステージで１個、第２ステージで３個の量子化イン
デックス１０３を伝送することになる。

そして符号化部４は、位置記憶部８からまず第１ステー
ジで伝送すべき量子化インデックス１０３の位置１０８
を読み出し、第１ステージで伝送すべき量子化インデッ
クス１０３の可変長符号化を行い、第１ステージに対応
する符号１１１を出力する。この量子化インデックス１
０３の可変長符号化方法は、文献１や文献２に示されて
いる。

次に、符号化部４は位置記憶部８から第２ステージで伝
送すべき量子化インデックス１０３の位置１０８を読み
出し、第２ステージで伝送すべき量子化インデックス１
０３の可変長符号化を行い、第２ステージに対応する符
号１１２を出力する。

以下同様に、符号化部４は第３ステージに対応する符号
１１３、第４ステージに列応する符号１１４というよう
に符号化処理を行う。

そして符号記憶部６は、符号化部４から出力される符号
１１１．１１２．１１３．１１４等を各ステージ毎に記
憶する。

このような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１１２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１０６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は符号化部４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ステージの符号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１
０７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＋ｉ＃ｆｒ１．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、位置記憶部８に記憶された位置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位置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位置１０８とし
てブロック内の全量子化インデックス１０３を指定する
ことにより、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蝿い。

また、以上の説明においては画ｆ象信号として特に規定
はしていないが、多値の白黒画像、ＲＧＢの各カラー戒
分画像、Ｙ・（Ｒ−Ｙ）・（Ｂ　−Ｙ）等の輝度９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
ソションバイモーションコンベンセイティドインターフ
レームコーディング（Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　Ｂａｎｄ
ｗｉｄｔｈ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｔｒａｎｓｍｉｓ
ｓｉｏｎ　ｂｙ　Ｍｏｔｉｏｎ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ
ｄ　ＩｎｔｅｒｆｒａｍｅＣｏｄｉｎｇ）　Ｊアイ、イ
ー・イー・イー　コミュニケーションマガジン（ＩＥＥ
Ｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｍａｇａｚｉｎｅ）
　Ｌ２．１９８２隼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１象信号の符号化装置の一実施例を示すブロック図、
７Ｊ　２図（ａ）、（ｂ）は各ステージにおいてｆ云送
すべき量子化インデックスの位置の説明図である。 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・・・符号化部、６・・・符号記
憶部、７・・・符号伝送部、８・・・装置記憶部。

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、上記複数の変換係数を量子化して
   複数の量子化インデックスを出力する量子化部と、 上記複数の量子化インデックス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量子
   化インデックスのブロック内の位置を記憶する位置記憶
   部と、 上記位置に基づき上記量子化インデックスを可変長符号
   化して各ステージに対応する符号を出力する符号化部と
   、 上記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、 上記複数の変換係数を量子化して複数の量子化インデッ
   クスを出力する量子化部と、 上記複数の量子化インデックス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量子
   化インデックスのブロック内の位置を記憶する位置記憶
   部と、 上記位置に基づき上記量子化インデックスを可変長符号
   化して各ステージに対応する符号を出力する符号化部と
   、 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、 まず上記符号化部から出力される第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。