JPH034685A - 符号化方法及び装置 - 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］ 本発明は画像データを圧縮して符号化する符号化方法に
関し、特に画像データをオフセットサブサンプリングす
るとともに、符号化する画像データの符号化方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来、画像データをデジタル化して符号化する際に、オ
フセットサブサンプリングにより画素数を減らし、その
上、例えばＤＰＣＭのような予測符号化によりデータ圧
縮を行う符号化方法が考えられている。まず、オフセッ
トサブサンプリングの原理について簡単に説明する。第
２図は２次元の画像データの縦・横それぞれを、ｄ、、
ｄ、のサンプリング周期で格子状にサンプリングした場
合を示し、このサンプリングによって理論的に表現でき
る画像の空間周波数領域は第４図の斜線で示す矩形領域
となる。

一方、オフセットサブサンプリングにより画像データを
サンプリングした場合を第３図に示す。

ここでは、サンプリング周期を縦・横それぞれ２ｄ、、
２ｄ、にし、１ライン毎に１画素ずつ位相をずらして、
各画素データをサンプリングしている。このようなオフ
セットサブサンプリングによりサンプリングされた画像
データによって表現できる理論的な空間周波数領域を第
５図の斜線領域で示している。

ここで、第２図の格子型のサンプリングと第３図のオフ
セットサブサンプリングとを比較すると、第４図のオフ
セットサブサンプリングでは、同一の面積に対し第２図
の格子型のサンプリングの場合の１／２の画素数でサン
プリングしており、第２図と第３図とを比較すると明ら
かなように、表現しつる空間周波数領域も格子型のサン
プリングに対して１／２になっていることがわかる。こ
れはオフセットサブサンプリングは情報量を少な（した
のみで、データ圧縮の効果がないことを意味している。

しかし、第４図と第５図から明らかなように、第５図の
オフセットサブサンプリングでは、縦或は横方向の最高
周波数は第４図の格子型の場合と同一になっており、格
子型のサンプリングでは表現できるがオフセットサブサ
ンプリングでは表現できない空間周波数領域は、第５図
の５０で示された領域である。

これらの領域は、画像データの斜め方向の空間周波数に
対応するが、一般にビデオ信号から得られる画像データ
の場合では、入力系の光学的特性の影響や、ＮＴＳＣ信
号から輝度信号Ｙと色差信号にデコードする過程で、こ
の空間周波数領域が欠落する可能性が高（、第５図に示
されたオフセットサブサンプリングによる空間周波数領
域により画像の有する情報を必要充分に表現できること
がわかる。このように、オフセットサブサンプリングの
利点は、格子型のサンプリングの１／２の画素数で、格
子型のサンプリングの場合と同等の画質を表現できるこ
とにある。

次に、予測符号化としてのＤＰＣＭについて簡単に説明
する。

一般に、画像データ列は相関の強いデータ列であり、前
画素のとの差分値の頻度分布は第６図に示すように“０
”に集中して分布している。従って、小さな差分値には
短い符号長の符号を、値の大きな差分値には長い符号長
の符号を割当てるようにすれば、全体としてデータ圧縮
が実現できることになる。更に、差分値が大きい値は粗
に量子化しても誤差が見えにくいなどの特性があるため
、第７図に示すように非線形に差分量子化を実施するな
どの量子化処理が併用される。

以上説明したオフセットサブサンプリングとＤＰＣＭと
を組合わせてデータ圧縮を行うようにした符号化方法が
提案されている。これは第３図に示すようにオフセット
サブサンプリングされた画像データに対し、第８図に示
すように通常のＤＰＣＭと同じく横方向に沿った画像標
本値をスキャンしてＤＰＣＭを行うものである。しかし
、このような画像データの符号化方法には、以下に述べ
るような問題があった。

［発明が解決しようとしている課題］ 第８図において、オフセットサブサンプリングされた画
素データを横方向にスキャンしていくどきのサンプリン
グ周波数は１／２ｄ、である。

方、第５図から明らかなように、オフセットサブサンプ
リングされた画像データの表現し得る横方向の最高周波
数は１／２ｄ＋である。従って、第８図に示すようなス
キャン方法では、画像データの最高周波数と同一の周波
数で差分値が符号化されてい（ことになる。

一般的なりＰＣＭによる符号化では、スキャン周波数は
画像データの最高周波数よりも大きく、例えば２倍以上
に設定されているが、このように画像データの最高周波
数と同一の周波数でスキャンされると、差分値の分布が
零付近に集中せず、分散してしまい、データ圧縮効率が
低下してしまう。また、このように分散した値に対して
、例えば第７図に示すような非線形の差分量子化の様な
よりデータ圧縮を行うと、大きな差分値にはより大きな
誤差が発生してしまう。このため、量子化誤差が大きい
画素が多（発生することになる。最終出力としては、オ
フセット・サブサンプリングデータによって間引かれて
いるデータを補間して正方格子状の画像データを作成し
、その画像データを表示あるいは記録する場合が多いの
で、補間される画素に差分量子化誤差が影響を与え、よ
り大きな画像劣化を招く虞れがある。かかる画像劣化は
、前述のＤＰＣＭに限らず、他の種々の符号化方法につ
いても同様に発生する問題である。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、オフセッ
トサブサンプリングされた画像データを、より帯域の狭
くなる方向にスキャンすることにより、画質の劣化の少
ない画像データの符号化方法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及び作用］上記目的を達成
するために本発明の画像データの符号化方法は以下の様
にして達成される。即ち、 画像データをオフセットサブサンプリングするとともに
、サンプリングされた画素を画像の主走査方向あるいは
副走査方向に対して斜め方向に配列し、配列された画素
の順に画像データを符号化するようにしている。

【実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細
に説明する。

まず、本発明の詳細な説明する前に本発明の原理につい
て説明する。

第９図は本発明の一実施例における標本値のスキャン方
向を示した図で、ここでは第８図のように縦あるいは横
方向にスキャンするのでな（、より帯域が狭くなる方向
にＤＰＣＭスキャンしている。第９図の例では、右斜め
上方向の画素値を次の符号化画素として用いている。こ
れにより、サンプリング周期は、（ｄ　ｒ”＋　ｄ　４
”）　””となる。

また、このサンプリングによる空間周波数領域は第１０
図に示すようになる。第９図に示すサンプリングの方向
は、第１０図の周波数軸Ｕに対して角度θ（θ＝ｔａｎ
−’（ｄＪ、／ｄｔ　））の角度を有する直線５１　（
ｖ＝ｄａ　　・ｕ／ｄ＋　）に対応している。そして、
第１０図のＡ点が、このスキャンにおける最高の空間周
波数で、その値は直線Ｖ（ａＪ−ｕ／ａ、）上の周波数
に換算すると、（ｄ　、”＋　ｄ　Ｊ”）−１／”／２
とな６゜従って、この直線５１の方向にスキャンした画
素データ系列の有する最高周波数は、（ｄ、”＋ｄ　、
り　−＋７１／　２と考えられるが、これはサンプリン
グ周波数の１／２となっている。このようにして、ＤＰ
ＣＭスキャンの周波数を画像データの空間周波数よりも
太き（（２倍）することにより、第８図に示すスキャン
の場合よりも差分値は零値に近い部分に集中する。即ち
、かかる第９図のスキャンを行うことによって符号化す
べきデータ列の各画素データ間の相関を向上することが
でき、データ圧縮効率も上昇する。また、第７図に示す
ような、例えば非線形の差分量子化を行っても誤差が生
じに（（、画質の劣化も少な（なる。また、前述のよう
に、画素データの相関を向上させることによって差分量
子化に限らず、他の符号化においても誤差の発生を防止
し、画質の劣化を防止することができる。

［符号化／復号化装置の説明（第１図）］第１図は実施
例の画像データの符号化／復号化装置の概略構成を示す
ブロック図である。

図において、１１は画像入力部で、ビデオ信号１０を入
力し、輝度信号Ｙと色差信号（Ｒ−Ｙ）／　（Ｂ−Ｙ）
にデコードするとともに、それら信号をデジタル信号に
変換してフレームメモリ１２に出力している。１２は少
なくとも１画面分のデジタル画像データを記憶できるＲ
ＡＭで構成されたフレームメモリである。１３はモニタ
回路で、フレームメモリ１２より読出し、ビデオ信号に
変換してＣＲＴ１４にカラー表示している。ここで画像
入力部１１は、入力したビデオ信号１０を第２図に示す
ように格子状にサンプリングしてフレームメモリ１２に
出力しているため、フレームメモリ１２の画像データは
第２図に示すように格子状の標本値（画素）で構成され
ている。

１５は制御部で、マイクロプロセッサなどのＣＰＵＩＩ
Ｉ、ＣＰＵＩ　１１の制御プログラムや各種データを記
憶しているＲＯＭ１１２、ＣＰＵ　１１１のワークエリ
アとして使用され、各種データを一時保存するＲＡＭ１
１３等を備え、フレームメモリ１２より画像データを読
出して符号化したり、回線２２より入力した画像データ
を復号化している。１６はアドレス発生器で、制御部１
５の指示により、第２図のようにサンプリングされてフ
レームメモリ１２に記憶されている画素データを、第３
図に示すようにオフセットサブサンプリングされた画素
に変換するようなフレームメモリ１２のアドレス信号を
出力している。これにより制御部１５は、格子状にサン
プリングされた画素データをオフセットサブサンプリン
グされた画素データとしてフレームメモリ１２より読出
すことができる。

１７はＤＰＣＭエンコーダで、制御部１５よりの輝度信
号Ｙあるいは色差信号のデジタル値を１画素ずつＤＰＣ
Ｍにより符号化し、網制御部（ＮＣＬＪ）２１を通して
回線２２に伝送する。１８はＤＰＣＭデコーダで、ＮＣ
Ｕ２１を通して受信された画素データをＤＰＣＭにより
復号して制御部１５に入力し、フレームメモリ１２に記
憶することができる。１９はローパスフィルタで、ＤＰ
ＣＭ符号化を行う前に、フレームメモリ１２の画像デー
タを第５図の斜線部で示すような空間周波数領域に制限
する。このようなローパスフィルタ１９をデジタルフィ
ルタで構成するには、例えば第１２図に示すようなイン
パルス応答が考えられる。このフィルタの例では、画素
を符号化するときに、オフセットサブサンプリングされ
る画素値についてのみ行ってもよい。即ち、画素ＰＩＪ
をフレームメモリ１２から読出すときに、（ｐ＋、Ｊ”
（ＰＩ−１，Ｊ　＋　Ｐ＋＋＋、ｙ　＋　Ｐｌ、Ｊ−１
＋　Ｐ＋、＝−＋）／４　）　／２を計算して、ＰＩ、
、の画素値とする。

２０は補間フィルタで、ＤＰＣＭでデコードされてフレ
ームメモリ１２に記憶されている第３図に示すような画
素データを補間し、第２図に示すような格子状の画素デ
ータに変換する。このような補間フィルタを実現するデ
ジタルフィルタの一例として、例えば第１１図に示すよ
うなインパルス応答が考えられる。但し、オフセットサ
ブサンプリングされたデータ以外は零値とみなしてフィ
ルタの演算を実行する。なお、このフィルタを用いた演
算には注目画素の上下左右の画素データが必要なので、
画像データの符号化が終了した時点あるいは必要なデー
タが揃った時点で補間が実行される。

なお、この実施例では、ＤＰＣＭにより符号化された画
像データが、ＮＣＵ２１の制御のもとに伝送路上を送受
信されるように説明したが、これに限定されるものでな
（、ＤＰＣＭ符号化された画像データを固定メモリやデ
ィスクなどの記憶媒体に記憶したり、記憶媒体よりその
符号化された画像データを読出して復号するようにして
も良い［制御部の動作の説明　（第１３図、第１４図）
］第１１図及び第１４図のそれぞれは実施例の符号化／
復号化装置における符号化、復号化処理を示すフローチ
ャートである。

第１３図の処理はフレームメモリ１２に第２図に示すよ
うにサンプリングされた画像データが記憶され、図示し
ない操作パネルなどより符号化が指示されることにより
開始される。ステップＳｌで信号線２３を通してローパ
スフィルタ１９に、フレームメモリ１２の画像データの
空間周波数を第５図の斜線領域に制限するように指示す
る。これにより、前述したように、例えば第１２図に示
すようなデジタルフィルタによりフレームメモリ１２の
画像データが変換される。次にステップＳ２に進み、ア
ドレス発生器１６にフレームメモリ１２から第３図に示
すようにデータを読出すようなアドレス信号を出力する
ように指示する。これにより、第２図のようにサンプリ
ングされてメモリ１２に格納されている画素データが第
３図のようなオフセットサブサンプリングされた画素デ
ータとして制御部１５に読出される。そしてステップＳ
３に進み、このオフセットサブサンプリングされた画素
データをＤＰＣＭエンコーダ１７に出力して符号化する
。

第１４図の復号化の場合を説明すると、ＮＣＵ２１など
より画像データが入力されるとステップＳｌｌでＤＰＣ
ＭデコーダによりＤＰＣＭで復号し、その復号された画
像データを読込んでＲＡＭ１１３に記憶する。次にステ
ップＳ１２でアドレス発生器１６に、第３図に示すサン
プリングに対応するアドレスを発生するように権示し、
そのアドレスに対応して画素データをフレームメモリ１
２に出力して書込む。こうして１画面分の画像データが
フレームメモリ１２に書込まれるとステップＳ１３に進
み、第３図のようにサンプリングされた画素データから
第２図に示すようにサンプリングされた画素データに変
換するために、信号線２４を通して補間フィルタ２０に
画素データの補間を指示する。

これにより、フレームメモリ１２のオフセットサブサン
プリングされた画像データは第２図に示すような格子状
にサンプリングされた画像データに変換され、ステップ
Ｓ１４でモニタ回路１３を通してＣＲＴ１４に表示され
る。

なお、前述した実施例では、画素データを右上りにスキ
ャンする場合で説明したが、これに限定されるものでな
く、右下がり或は左上り、左下がりのいずれでもよい。

また、ＤＰＣＭによる符号化も、前述した前値予測のＤ
ＰＣＭに限定されるものでな（，２次元の予測のＤＰＣ
Ｍでもよ（、例えば、第１５図に示すように、Ｐｌ、、
が符号化の注目画素１２１であるとき、その予測を行う
ためにＰ　＋−ｔ、　Ｊ、　Ｐ　１−Ｊ−１，Ｐ　１）
−ｚなどの、既に局部復号されている画素値を用いて予
測し、その予測誤差を符号化するようにしてもよい。

以上説明したように本実施例によれば、オフセットサブ
サンプリングされた画像データの空間周波数特性を生か
して圧縮効率の良い、画質劣化の少ない画像符号化を行
うことができる。

また、画像データをオフセットサンプリングした後にメ
モリ１２に書込み、第９図に示す方向に読出して予測符
号化を行うようにしてもよい。

さらに、本実施例では、予測符号化としてＤＰＣＭを用
いたが、予測符号化に限らず、他の方法例えばベクトル
量子化、直交変換などの方法に本発明を適用してもよい
。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、画像データをオフ
セットサブサンプリングするとともに、より帯域の狭く
なる方向にスキャンすることにより、データ圧縮効率が
上り、画質の劣化が少な（なるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の符号化／復号化装置の概略構成を示す
ブロック図、 第２図は格子状にサンプリングされた画素データの配置
を示す図、 第３図はオフセットサブサンプリングされた画素データ
の配置を示す図、 第４図は格子状にサンプリングされた画素データの空間
周波数領域を示す図、 第５図はオフセットサブサンプリングされた画素データ
の空間周波数領域を示す図、 第６図は画像データの差分値の頻度分布を示す図、 第７図はＤＰＣＭにおける非線形量子化を示す図、 第８図は従来のオフセットサブサンプリングされた画像
データに対してＤＰＣＭを実行するときの画素データの
スキャン方向を示す図、第９図は本実施例におけるオフ
セットサブサンプリングされた画像データに対してＤＰ
ＣＭを実行するときの画素データのスキャン方向を示す
図、 第１０図は本実施例のスキャンにより表現される画像デ
ータの空間周波数を示す図、 第１１図はローパスフィルタにおけるフィルタ係数の一
例を示す図、 第１２図はオフセットサブサンプリングされた画素デー
タから格子状サンプル値を補間するためのフィルタ係数
の一例を示す図、 第１３図は制御部による符号化処理を示すフローチャー
ト、 第１４図は制御部により復号化処理を示すフローチャー
ト、そして 第１５図は２次元予測を用いたＤＰＣＭにおける予測方
法を説明するための図である。 図中、１０・・・ビデオ信号、１１・・・画像入力部、
１２・・・フレームメモリ、１３・・・モニタ回路、１
４・・・ＣＲＴ、１５・・・制御部、１６・・・アドレ
ス発生器、１７・・・ＤＰＣＭエンコーダ、１８・・・
ＤＰＣＭデコーダ、１９・・・ローパスフィルタ、２０
・・・補間フィルタ、２１・・・ＮＣＵ、２２・・・回
線、２３，２４・・・信号線、１１１・・・ＣＰＵ、１
１２・・・ＲＯＭ、１１３・・・ＲＡＭである。 １ ヒーー１ 第２図 第３図 ｏ−一一一一〇−−−−０閘騨−―−０−呻−―・Ｑ−
一――−０−一−−−Ｏ―■−０＋・−（）−一１−−
４−０　　　　　　　　０　−一一一一一〇　　　−−
−−００−曙咽一　　Ｑ　　　　　　　　ｏ＋＋＋０□
ｏＱ　　　　　　　Ｏ−−−− 第８図 第９図 ０ 一１？ 一１守 派 一団 一　旬” 法 −１〜 ロ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像データをオフセットサブサンプリングすると
   ともに、サンプリングされた画素を画像の主走査方向あ
   るいは副走査方向に対して斜め方向に配列し、配列され
   た画素の順に画像データを符号化することを特徴とする
   画像データの符号化方法。
2. （２）前記符号化は予測符号化であることを特徴とする
   請求項第１項に記載の符号化方法。