JPH04222169A - 画像圧縮装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、離散コサイン変換等の
直交変換された画像データを量子化してデータ圧縮する
画像圧縮装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、テレビ電話などの分野で離散コサ
イン変換（以下「ＤＣＴ」と略称する）を使用した画像
圧縮装置が注目されている。ここでＤＣＴは、画像デー
タを周波数成分に分割し、入力サンプル数と同じ数のコ
サイン波で表現するもので、エネルギーの集中が得られ
、そのエネルギーの大きい成分だけを符号化することに
より、画像圧縮を可能にするものである。

【０００３】このようなＤＣＴを使用した画像圧縮装置
は、画像データを記憶した画像メモリの内容をブロック
分割手段により所定の大きさのブロックに分割し、これ
らのブロックに対してＤＣＴを施す。そして、このＤＣ
Ｔより得られた結果を量子化手段で量子化し、次いで符
号化手段により符号化し、圧縮データとして伝送する。 一方、伝送されてきた圧縮データを、復号した後、逆量
子化手段で逆量子化し、さらに逆ＤＣＴを施し、ブロッ
ク結合手段でブロック結合して再生画像データを得るよ
うになっている。

【０００４】図３は上記量子化を行なう量子化回路の構
成を示したものである。ここでは、例えば８要素×８要
素のシーケンシーからなる各要素８ビットの画像データ
を１ブロックとしてブロック単位で量子化を行なうもの
とし、各要素８ビットの画像データを量子化の演算のた
めに小数点以下を付して１６ビットで取扱うものとして
説明する。

【０００５】ＤＣＴ化された各要素１６ビット、８要素
×８要素のブロック単位の画像データは、この量子化回
路２０においてまず乗算器２１に入力される。この乗算
器２１にはまた、量子化のための量子化テーブルを記憶
した量子化テーブルメモリ２２から画像ブロックの構成
に対応した量子化テーブルが読出されてくる。乗算器２
１は、入力される画像データと読出される量子化テーブ
ルとによって各要素毎の乗算を行ない、その積を出力す
る。

【０００６】このとき、画像データは上述した如く各要
素１６ビットのデータであり、これに対応して量子化テ
ーブルの量子化ウェイトの数値も１６ビットとなってい
るので、得られる積は３２ビットのデータとなる。この
各要素３２ビットのデータは、現実的に有効なビット幅
としてはせいぜい１２ビットであるため、ビット幅制圧
回路２３がその有効な１２ビットのみを残してその上下
の不要ビットを制圧（丸め演算）し、次段の符号化回路
（図示せず）へ出力するものである。

【０００７】続く図４は上記量子化回路２０で行われる
量子化の方法について概念的に示したものである。乗算
器２１に入力される画像データは図の左側に示すように
８要素×８要素、各要素１６ビットの構成となっている
。これに対応して量子化テーブルメモリ２２に記憶され
ている量子化テーブルの各量子化ウェイトは、その数値
を仮に１０進法で示すが、図の右側に示すように縦８×
横８の各要素に対応した固有の数値を有するものである
。しかして、入力された画像データをこの量子化テーブ
ルの数値で各要素毎に除算することによって量子化が実
行される。

【０００８】この量子化テーブルの量子化ウェイトの数
値は統計的、実験的に求められたものであり、均一な分
布を有するものではないが、全体の傾向としては図の左
上側の数値が小さく、右下側の数値が大きい分布となっ
ている。そして、上記図３に示した如く乗算器２１が行
なうのは乗算であり、除算ではないので、実際に量子化
テーブルメモリ２２に記憶される量子化テーブルの各数
値はこの図４に示す数値の逆数となる。

【０００９】このような演算を行なうことにより、画像
データの各画素に対して重み付けがなされるものである
。上記画像データは、ＤＣＴ化によってその左右方向に
おいては右に行くほど、また、上下方向においては下に
行くほど、それぞれ周波数成分が高くなるようにシーケ
ンシーに変換されているため、上記乗算器２１での乗算
により、ほぼ全体としては低周波成分の画素データほど
数値が大きく、高周波成分の画素データほど数値が小さ
いものとなる。このようなデータの重み付けは、画像デ
ータと人間の目の特性を考慮して求められたものであり
、結果としては、小さな数値となった右下側のデータを
省略し、最上行最左列の要素データを中心として略扇形
の要素データのみを有効なものとして次段の符号化回路
に送出することにより、それほど画質を劣化させること
なく、データ量の圧縮を図るものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記した如く上記量子
化テーブルメモリ２２に記憶される量子化テーブルは、
統計的、実験的に求めた数値を使用する固定されたもの
であって、いったん量子化テーブルメモリ２２に記憶さ
せた後はこれを変更することができない。

【００１１】ところで、このような画像圧縮装置を例え
ば電子スチルカメラに適用した場合、量子化回路２０に
入力されるＤＣＴ化された画像データは、当然のことな
がらそのアクティビティ、すなわち周波数成分の分布状
態が一定であるとは限らない。このため、入力される画
像データのアクティビティが予め記憶されている量子化
テーブルの特性と大幅に異なる場合、この量子化回路２
０での量子化処理によってデータ量が圧縮されるだけで
なく、その画質が大きく劣化する原因となる。

【００１２】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、画像データのアク
ティビティに対応して常に画質が劣化することなく、且
つ、でき得る限り画像データのデータ量を圧縮すること
が可能な画像圧縮装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】すなわち本発明
は、直交変換されたシーケンシーからなる画像データの
特定部分、例えば周波数成分の最も低い側の直流化成分
要素に隣接する要素データの数値により該画像データの
アクティビティを判定し、この判定結果に従って量子化
テーブルの内容を切換えて量子化を実行するようにした
もので、全体にアクティビティの低い単調な画像データ
に関しては大幅にデータを圧縮する一方、アクティビテ
ィの高い複雑と思われる画像データに関してはデータの
圧縮を抑制することができ、画質をそれほど劣化させる
ことなく、必要に応じた画像データの圧縮が可能となる
。

【００１４】

【実施例】以下本発明を電子スチルカメラに適用した場
合の一実施例を図面を参照して説明する。

【００１５】図２はその全体の回路構成を示すもので、
ここでは図示しないレンズ系を介して入射される画像は
ＣＣＤ１で光電変換され、電気信号として色プロセス回
路２へ送られる。色プロセス回路２は、入力された画像
の信号を所定の色処理により輝度信号Ｙと色差信号Ｒ−
Ｙ、色差信号Ｂ−Ｙに分離し、それぞれをＡ／Ｄ変換器
３に送出する。Ａ／Ｄ変換器３は、入力される輝度信号
Ｙ、色差信号Ｒ−Ｙ及び色差信号Ｂ−Ｙをそれぞれ所定
のサンプリング周波数でサンプリングしてＡ／Ｄ変換を
実行し、デジタル値の画像データを得てフレームメモリ
４へ出力する。

【００１６】フレームメモリ４は、Ａ／Ｄ変換器３から
の画像データを順次フレーム単位で記憶する。このフレ
ームメモリ４が、例えば横５１２画素×縦４８０画素、
各画素８ビット階調の画像データを輝度信号Ｙ、色差信
号Ｒ−Ｙ及び色差信号Ｂ−Ｙに対応して３フレーム分記
憶するものとすると、各画像データのフレームはそれぞ
れ横８画素×縦８画素のブロック単位でＤＣＴ回路５に
順次読出され、ＤＣＴ化されて量子化回路６に出力され
る。量子化回路６は、ＤＣＴ回路５から送られてきたブ
ロック単位の画像データを量子化してデータ圧縮し、符
号化回路７へ送出する。符号化回路７は、量子化回路６
で量子化された画像データを符号化し、記録媒体である
メモリカード８に送出して記録させる。

【００１７】また、再生時にはメモリカード８に記録さ
れた画像データを復号化回路９が読出し、上記符号化回
路７による符号化とは反対のプロセスによって復号化し
て逆量子化回路１０に出力する。この逆量子化回路１０
も、量子化されている復号化回路９からの画像データを
上記量子化回路６による量子化と反対のプロセスによっ
て逆量子化してブロック単位の画像データを復元し、逆
ＤＣＴ回路１１に送出する。この逆ＤＣＴ回路１１は、
ＤＣＴ化されている逆量子化回路１０からのブロック単
位の画像データを上記逆ＤＣＴ回路１１と反対のプロセ
スによって逆ＤＣＴ化してブロック単位の画像データを
復元し、上記フレームメモリ４に出力する。

【００１８】フレームメモリ４は、逆ＤＣＴ回路１１か
ら順次入力されるブロック単位の画像データを記憶し、
上述したフレーム単位だけ記憶された時点でこれを読出
してＤ／Ａ変換器１２に出力する。Ｄ／Ａ変換器１２は
、入力されたデジタル値の輝度信号Ｙ、色差信号Ｒ−Ｙ
及び色差信号Ｂ−Ｙの画像データをそれぞれアナログ化
し、エンコーダ１３に送出する。このエンコーダは、別
々に入力される輝度信号Ｙ、色差信号Ｒ−Ｙ及び色差信
号Ｂ−Ｙを合成して規定のテレビジョン方式、例えばＮ
ＴＳＣ方式のビデオ信号を作成し、図示しない出力端子
より出力する。

【００１９】また、上記メモリカード８に画像データを
記録しない場合には、Ａ／Ｄ変換器３でデジタル化した
画像データをフレームメモリ４に記憶させた後、これを
読出して直接Ｄ／Ａ変換器１２に読出させ、このＤ／Ａ
変換器１２でアナログ化した後にエンコーダ１３でビデ
オ信号を作成し、出力端子より出力させることもできる
。

【００２０】続いて上記量子化回路６の詳細な回路構成
について図１（ａ）により説明する。

【００２１】同図で、ＤＣＴ回路５から送られてくるＤ
ＣＴ化されたブロック単位の画像データは、１要素当り
８ビットに演算用の小数点以下のビットも付されて１６
ビットとされ、量子化回路６内で乗算器３１とアクティ
ビティ算出器３４に入力される。アクティビティ算出器
３４は、ＤＣＴ化されたブロック単位の画像データ中の
特定部位の要素データの値によりそのブロックのアクテ
ィビティを算出し、予め設定される閾値と比較判定する
。この判定結果は１ビットの判定データとしてＲＡＭ３
５に送出され、保持されて、シフタ３２と外部の上記メ
モリカード８に送出される。このシフタ３２には、上記
図３の量子化テーブルメモリ２２と同様の量子化テーブ
ルメモリ３３から各量子化ウェイト１６ビットのブロッ
ク単位の量子化テーブルが読出されてくるもので、シフ
タ３２はこの量子化テーブルの数値をＲＡＭ３５からの
判定データに応じてそれぞれ１ビット分シフトし、上記
乗算器３１へ送出する。

【００２２】乗算器３１は、前段のＤＣＴ回路５から送
られてくる各要素１６ビットの画像データとシフタ３２
を介して送られてくる同じく各量子化ウェイト１６ビッ
トの量子化テーブルとを各要素毎に乗算し、その各要素
３２ビットの積をビット幅制圧回路３６に送出する。ビ
ット幅制圧回路３６は、この各要素３２ビットのデータ
中の有効な１２ビットのみを残してその上下の不要ビッ
トを制圧（丸め演算）し、次段の符号化回路７へ出力す
る。

【００２３】上記のような構成にあって、アクティビテ
ィ算出器３４は、ＤＣＴ回路５から送られてくるＤＣＴ
化されたブロック単位の画像データ中の最上行最左列に
位置する要素データに隣接する３つの要素データの値に
よりそのブロックのアクティビティを算出する。

【００２４】図１（ｂ）はその３つの要素データｘ１　
〜ｘ３　の該当部位を示すものである。ブロック単位の
画像データ中の最上行最左列に位置する要素データは、
縦方向及び横方向共にそのブロック中で最も周波数の低
い直流化成分（図では「ＤＣ」と示す）を示し、ブロッ
ク全体の平均値を表わす。この直流化成分要素に隣接す
る３つの要素データｘ１　〜ｘ３　の二乗和「ｘ１　２
　＋ｘ２　２　＋ｘ３　２　」をアクティビティ算出器
３４が算出し、その値が閾値「Ｘ」以上であるか否かに
よりそのブロック全体のアクティビティを判定するもの
である。ここで、閾値「Ｘ」は、アクティビティ算出器
３４に予め設定されるものであり、その数値は実験的に
求められる。

【００２５】しかして、アクティビティ算出器３４は、
上記要素データｘ１　〜ｘ３　の二乗和「ｘ１　２　＋
ｘ２　２　＋ｘ３　２　」が閾値「Ｘ」以上である場合
には、その画像データのブロック全体のアクティビティ
が高く、変化の大きな画像であると判定してＲＡＭ３５
及びメモリカード８に判定データ「１」を出力する。

【００２６】また、反対に上記要素データｘ１　〜ｘ３
　の二乗和「ｘ１　２　＋ｘ２　２　＋ｘ３　２　」が
閾値「Ｘ」より小さい場合にアクティビティ算出器３４
は、その画像データのブロック全体のアクティビティが
低く、変化の小さな画像であると判定してＲＡＭ３５及
びメモリカード８に判定データ「０」を出力する。

【００２７】シフタ３２においては、ＲＡＭ３５から判
定データ「１」が送られてくるとき、すなわち、画像デ
ータのブロック全体のアクティビティが高く、変化の大
きな画像であると判定したときのみ、量子化テーブルメ
モリ３３から読出される量子化テーブルの各数値を１ビ
ットずつ上位方向にシフトして乗算器３１へ送出する。

【００２８】乗算器３１では、前段のＤＣＴ回路５から
送られてくる各要素１６ビットの画像データとシフタ３
２を介して送られてくる同じく各要素１６ビットの量子
化テーブルとを各要素毎に乗算し、その各要素３２ビッ
トの積をビット幅制圧回路３６に送出する。

【００２９】この際、シフタ３２で量子化テーブルの各
数値を１ビットずつ上位方向にシフトした場合には、乗
算器３１で得られる積の数値が大きなものとなるため、
量子化によるデータ圧縮で省略されてしまう要素データ
の量が抑制され、変化の大きな画像が比較的劣化するこ
となくビット幅制圧回路３６を介して次段の符号化回路
７へ出力されることとなる。

【００３０】反対に、シフタ３２で量子化テーブルの各
数値をシフトせずにそのまま乗算器３１へ送出した場合
には、乗算器３１で得られる積の数値も通常の値となる
ため、量子化により通常のデータ圧縮がなされる。した
がって、変化の小さな画像データを大幅にデータ圧縮し
てビット幅制圧回路３６を介して次段の符号化回路７へ
出力することとなる。

【００３１】上記ＲＡＭ３５の記憶する判定データは、
上述した如くシフタ３２に送られてデータ圧縮の切換え
に使用される一方、メモリカード８にも送られて該当す
る画像データと共に記録される。これは、記録したデー
タを再生する際に逆量子化回路１０で使用するものであ
り、上記図１（ａ）で示したプロセスとまったく反対の
逆量子化処理を行なうことにより、画像データを忠実に
再生させるためのものである。

【００３２】上記のように、画像データのブロック全体
のアクティビティが高く、変化の大きな画像であると判
定したときには、量子化により圧縮されてしまうデータ
の量を抑制し、画質が劣化してしまうことを防ぐように
したので、画像データのブロック全体のアクティビティ
に対応し、アクティビティが低く量子化によってもあま
り画質が劣化しないと判定した画像データのみ通常のデ
ータ圧縮を行なうようにした。

【００３３】なお、上記実施例ではアクティビティ算出
器３４、ＲＡＭ３５、シフタ３２を用いて量子化テーブ
ルメモリ３３に記憶される量子化テーブルの各要素に対
応する数値を１ビット上位方向にシフトすることにより
、結果としては通常の数値の２倍の数値を有する量子化
テーブルを得るようにしたが、これに限ることなく、１
ビット上位方向にシフトすることにより、１／２の数値
を有する量子化テーブルを得るようにしてもよいし、さ
らには予め量子化テーブルメモリ３３に数種類の量子化
テーブルを記憶させておき、これをアクティビティ算出
器３４の判定データに応じて選択出力させるようにして
もよい。

【００３４】また、上記アクティビティ算出器３４によ
る判定もブロック単位の画像データ中の最上行最左列に
位置する要素データに隣接する３つの要素データの値「
ｘ１　」「ｘ２　」「ｘ３　」によりそのブロックのア
クティビティを算出したが、これに限らず、より多くの
要素データを用いて算出することにより、演算時間は必
要となるが、正確な判定を行なうことができる。

【００３５】さらに、上記実施例では電子スチルカメラ
に適用した画像圧縮装置を示し、得られた画像データを
直交変換として具体的には離散コサイン変換（ＤＣＴ）
により変換する例を用いたが、これに限らず、画像デー
タを圧縮する必要がある例えばテレビ電話等の機器に適
用し、離散コサイン変換以外の直交変換で得た画像デー
タに対して実施することも可能なことはもちろんである
。

【００３６】

【発明の効果】以上詳記した如く本発明によれば、直交
変換されたシーケンシーからなる画像データの特定部分
、例えば周波数成分の最も低い側の直流化成分要素に隣
接する要素データの数値により該画像データのアクティ
ビティを判定し、この判定結果に従って量子化テーブル
の内容を切換えて量子化を実行するようにしたので、全
体にアクティビティの低い単調な画像データに関しては
大幅にデータを圧縮する一方、アクティビティの高い複
雑と思われる画像データに関してはデータの圧縮を抑制
することができ、画質をそれほど劣化させることなく、
必要に応じた画像データの圧縮が可能な画像圧縮装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る量子化回路内の回路構
成を示すブロック図。

【図２】図１の量子化回路を用いた電子スチルカメラの
回路構成を示すブロック図。

【図３】従来の量子化回路の回路構成を示すブロック図
。

【図４】離散コサイン変換された画像データの量子化の
基本概念を示す図。

【符号の説明】

１…ＣＣＤ、２…色プロセス回路、３…Ａ／Ｄ変換器、
４…フレームメモリ、５…ＤＣＴ回路、６，２０…量子
化回路、７…符号化回路、８…メモリカード、９…復号
化回路、１０…逆量子化回路、１１…逆ＤＣＴ回路、１
２…Ｄ／Ａ変換器、１３…エンコーダ、２１，３１…乗
算器、２２，３３…量子化テーブルメモリ、２３，３６
…ビット幅制圧回路、３２…シフタ、３４…アクティビ
ティ算出器、３５…ＲＡＭ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　デジタルの画像データを直交変換する
   変換手段と、この変換手段で得られた画像データの特定
   部分により該画像データのアクティビティを判定する判
   定手段と、上記変換手段で得られた画像データを量子化
   するための量子化テーブルを記憶する記憶手段と、上記
   判定手段の判定結果に従って上記記憶手段に記憶される
   量子化テーブルの内容を切換えて出力するテーブル切換
   手段と、上記変換手段で得られた画像データを上記テー
   ブル切換手段から出力される量子化テーブルに基づいて
   量子化する量子化手段とを具備したことを特徴とする画
   像圧縮装置。