JPH04354420A - 高圧縮符号化方式 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，データの高圧縮符号化
方式にかかわり，特に高圧縮時における復号データの劣
化改善と最高圧縮率の向上を可能とする方式に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】最近研究されているデータの高圧縮符号
化方式は，入力されたデータの変化に応じて適応符号化
処理を行うものが多い。このような符号化方式では様々
な適応状態が考えられるため，どのように適応処理をし
たかを示すヘッダを符号データに付加する。このヘッダ
を付加した符号データの復号化処理は，このヘッダを解
析することで符号化処理の内容を知り，適切に復号する
ことが可能となる。ところで，このヘッダは復号データ
の劣化を直接左右するものではないため，圧縮データ（
符号データにヘッダを付加した全体のデータ）量に占め
るヘッダ量の割合が少ない方が効率的である。しかし，
上記ヘッダは一般に一定量であることから，高圧縮にな
るにしたがい圧縮データに占める割合は大きくなる。従
って本来復号データの劣化を左右する符号データが圧迫
され，高圧縮になるとともに復号データが著しく劣化す
るという問題があった。さらに，最高圧縮率についても
上記ヘッダの量によって頭打ちにされるという問題があ
った。ただし，一般に適応符号化では高圧縮において適
応数が必然的に制限される傾向にあり（例えば，高周波
成分を表現する適応が少なくなるなどである。），この
制約を利用してヘッダを可変長符号化し，高圧縮のとき
には，自動的にヘッダの量を少なくする方式なども提案
されていた。しかし，これは処理系がかなり複雑化する
ことや，ハードウェア規模が増大するなどの問題により
実現しにくいものであった。

【０００３】以下，適応符号化の一種である非等長ブロ
ック分割符号化方式を例に，従来技術を説明する。まず
，非等長ブロック分割符号化方式について簡単に説明す
る。非等長ブロック分割符号化方式では，サブブロック
と呼ばれる固定サイズの基本処理ブロックで入力データ
を分割する。ここでは，説明の都合上入力データを画像
データとし，サブブロックのサイズを１６画素×１６画
素とする。これにより，このサブブロック内には，図２
に示すように１個の１６画素×１６画素ブロックを根と
して，４個の８画素×８画素ブロック，１６個の４画素
×４画素ブロック，６４個の２画素×２画素ブロックを
階層構造として存在させることができる。そして，これ
らのブロックのいくつかを用いサブブロック内をデータ
の変化に応じて適応的に分割することができる。図３に
サブブロック内のブロック分割の一例を示す。この例で
は４個の２画素×２画素ブロック，３個の４画素×４画
素ブロック，３個の８画素×８画素ブロックに分割され
ている。この分割状態を分割に使用したブロックを葉と
した木構造で表現したものを図４に示した。図４の各葉
は，そこに記した番号と同じ番号を持つ図３のブロック
と対応する。このように，サブブロック内はデータの変
化に応じて木構造として表現可能な様々な分割が可能で
ある。そして，通常サブブロックを分割した各々のブロ
ック内のデータを関数近似や直交変換し，その係数値を
符号データとする。また，符号データには各サブブロッ
ク内をどのように適応分割したかを示すヘッダを付加す
る。

【０００４】ここで，この非等長ブロック分割符号化方
式のヘッダの構成例を以下に述べる。まず図５に示すよ
うに，１６画素×１６画素ブロック，８画素×８画素ブ
ロック，４画素×４画素ブロックの各々に１ビットを与
える。各ブロックのビット内に記した１６−１，８−１
，‥‥は，図２にある同番号のブロックを指す。そして
，そのブロックのビットの値が１の時には対応ブロック
が使用されていることを示すものとする。また，ブロッ
クのビットの値が０のときは使用されていないことを示
すものとする。このようにすれば分割状態を表すことが
可能である。ここで，２画素×２画素ブロックに対して
ビットを与えていないのは，２画素×２画素ブロックよ
り下位階層のブロックがないため，ある２画素×２画素
ブロックの上位ブロックに対応するビットがすべて０で
あれば，その２画素×２画素ブロックが使用されたこと
を必然的に知ることができるからである。これによって
，２１ビットのヘッダで各サブブロックの分割状態を表
現できることになる。ただし，実用上は８ビット単位の
ほうが都合が良いので図５では斜線部の未使用ブロック
のビットを３ビット加え２４ビット構成としている。 具体的に図３の分割例を表現した場合を図６に示す。

【０００５】次に，図５の示したヘッダが圧縮データに
占める割合について以下に述べる。まず，一般的な８ビ
ット／画素の画像データを入力データとし，１画像のサ
イズを５１２画素×５１２画素（２５６Ｋバイト）とす
る。サブブロックサイズは１６画素×１６画素としてい
るため，入力データに存在するサブブロックの数は，サ
ブブロック数：１Ｋ個（２５６Ｋ／（１６×１６））と
なる。そして，図５で示したヘッダは３バイト（２４ビ
ット）／サブブロックであるから，圧縮データに含まれ
る分割情報ヘッダの量は， ヘッダの量：３Ｋバイト（３バイト×１Ｋ個）となる。 この量は圧縮率に関係無く一定となる。そこで入力デー
タを１／４に圧縮した場合を考えると圧縮データ量は， 圧縮データ量（１／４）：６４Ｋバイト（２５６Ｋ／４
） となる。その圧縮データにおけるヘッダの占める割合は
， ヘッダの割合：４．６％（３Ｋバイト／６４Ｋバイト）
となる。通常この程度の割合ならばあまり問題にならな
い。しかし，次のように圧縮率を１／４０という高圧縮
にすると， 圧縮データ量（１／４０）：６．４Ｋバイト（２５６Ｋ
／４０） ヘッダの割合：４６．８％（３Ｋバイト／６．４Ｋバイ
ト） となる。圧縮データの半分ぐらいがブロック分割の情報
になり，復号画像の歪みを左右する本来の符号データは
圧縮データの半分しかないことになる。したがって画質
はかなり劣化することになる。また，ヘッダの量が３Ｋ
バイトであることにより，最高圧縮率１／８５（３Ｋバ
イト／２５６Ｋバイト）以上は実現不可能ということに
なる。

【０００６】次に，ヘッダを可変長符号化する例として
，Ｑｕａｄ−Ｔｒｅｅデータに符号化する場合を説明す
る。これは分割状態を示す木構造にたいし，ｄｅａｐｔ
ｈ−ｆｉｒｓｔ順にノードをたどり各ノードごとに１ビ
ットを与えるものである。例えば，分岐するノードを０
に，葉のノードを１にするものとすれば，図３に示した
分割は図７のようになる。この場合，大きなブロックに
よる分割状態は，少ない量のヘッダで表現できる。非等
長ブロック分割符号化方式では，高圧縮になるにしたが
いサブブロック内はより大きなブロックで分割され易く
なる。従って，高圧縮におけるヘッダの割合を軽減可能
である。しかし，固定ヘッダに比べかなり処理系が複雑
になり，かつハードウェアも増大し，実現しにくいもの
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術には，
高圧縮になるに従い圧縮データに占めるヘッダの割合が
大きくなり復号データの劣化が激しくなるという欠点に
加え，最高圧縮率がヘッダ量によって頭打ちにされると
いう欠点がある。また，ヘッダをＱｕａｄ−Ｔｒｅｅデ
ータにする可変長符号化方式などでは，処理の複雑化と
ハードウェアの増大により，実現しにくいものである。 本発明はこれらの問題点を解決するため，圧縮率が高く
なるにしたがい必然的に適応処理の適応数が制限される
のを利用し，高圧縮時には強制的に適応数を前記制限に
したがい制限してしまい，それとともに少ない量のヘッ
ダに切り替えるということで，高圧縮時の復号データの
劣化改善，および最高圧縮率の向上を容易に実現可能と
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の全体構成
を示すブロック図である。図において伝送路１４を境に
上側が符号化処理部で，下側が復号化処理部である。ま
ず，符号化処理部側の構成について述べる。入力データ
１は適応符号化部２に入力される。この適応符号化部２
からは，適応状態データ３と符号データ４が出力される
。その適応状態データ３は，高圧縮用ヘッダ構成部５と
低圧縮用ヘッダ構成部６に入力される。また，上記符号
データ４は，圧縮データ構成部１２に入力される。高圧
縮用ヘッダ構成部５と低圧縮用ヘッダ構成部６からは，
各々高圧縮用ヘッダ７と低圧縮用ヘッダ８が出力され，
スイッチ１０に入力される。ヘッダ切り替えデータ９は
，前記スイッチ１０を制御するためにスイッチ１０に入
力されるとともに，圧縮データ構成部１２と適応符号化
部２にも入力される。また，スイッチ１０の出力である
ヘッダ１１も圧縮データ構成部１２に入力される。 そして，圧縮データ構成部１２からは，圧縮データ１３
が出力され伝送路１４に入力される。

【０００９】次に，復号化処理部の構成について述べる
。前記伝送路１４から出力される圧縮データ１５は，圧
縮データ解析部１６に入力される。この圧縮データ解析
部１６からは，ヘッダ１７，ヘッダ切り替えデータ１８
，符号データ１９が出力される。ヘッダ１７は高圧縮用
ヘッダ解析部２０と低圧縮用ヘッダ解析部２１に入力さ
れる。ヘッダ切り替えデータ１８はスイッチ２４に入力
される。また，高圧縮用ヘッダ解析部２０と低圧縮用ヘ
ッダ解析部２１からは，各々高圧縮用適応状態データ２
２と低圧縮用適応状態データ２３が出力され，スイッチ
２４に入力される。このスイッチ２４からは適応状態デ
ータ２５が出力され，適応復号化部２６に出力される。 一方，圧縮データ解析部１６から出力された符号データ
１９も適応復号化部２６に入力される。そして，この適
応復号化部２６からは復号データ２７が出力される。

【００１０】

【作用】以下，本発明の動作について説明する。入力デ
ータ１は適応符号化部２に入力され，ここで適応符号化
される。その処理結果として，どのように適応したのか
を示す適応状態データ３と，直交変換した結果などの符
号データ４が出力される。次に適応状態データ３は高圧
縮用ヘッダ構成部５と低圧縮用ヘッダ構成部６に入力さ
れる。適応符号化では種々の適応状態が考えられるが，
一般に低圧縮では可能な全ての適応状態が現れ，高圧縮
ではその一部分の範囲に限定されて現れるという傾向が
ある。そこで，低圧縮のときであれば，ヘッダ切り替え
データ９を設定し，適応符号化部２が可能なかぎりの適
応処理をするようにし，スイッチ１０が低圧縮用ヘッダ
構成部６の出力である低圧縮用ヘッダ８を選択するよう
にする。この低圧縮用ヘッダ構成部６は従来通りのヘッ
ダを構成するものである。したがって，この場合ヘッダ
１１は従来と同じヘッダとなる。逆に高圧縮のときであ
れば，ヘッダ切り替えデータ９を設定し，適応符号化部
２が限定した適応処理をするようにし，スイッチ１０が
高圧縮用ヘッダ構成部５の出力である高圧縮用ヘッダ７
を選択するようにする。この高圧縮用ヘッダ構成部５は
上記限定された適応数だけを表現できる少ない量のヘッ
ダを構成するものである。よって，この場合ヘッダ１１
は従来のヘッダの量よりも少ないヘッダとすることがで
きる。そして，圧縮データ構成部１２は前記ヘッダ１１
とヘッダ切り替えデータ９と符号データ４を入力して，
これらを圧縮データ１３としてまとめて出力する。ここ
で，ヘッダ切り替えデータ９を圧縮データに付加するこ
とが従来とは異なるが，そのデータ量はたかだか数ビッ
トですむため問題にはならない。したがって，以上のよ
うに高圧縮のときには，強制的に適応処理の範囲を限定
し，その限定された適応数だけを表現できるデータ量の
少ないヘッダに切り替えるということで，高圧縮時に圧
縮データに占めるヘッダの割合を軽減することができ，
高圧縮時の復号データのひずみ改善と最高圧縮率の向上
を容易に実現可能である。

【００１１】次に復号化処理部の動作を説明すると，ま
ず圧縮データ解析部１６が伝送路１４からの圧縮データ
１５を入力し，ヘッダ１７とヘッダ切り替えデータ１８
と符号データ１９を出力する。そのヘッダ１７は高圧縮
用ヘッダ解析部２０と低圧縮用ヘッダ解析部２１に入力
され，各々の解析結果である高圧縮用適応状態データ２
２と低圧縮用適応状態データ２３を出力する。スイッチ
２４は，ヘッダ切り替えデータ１８によって，ヘッダ１
７が高圧縮用か否かを知り，高圧縮用適応状態データ２
２と低圧縮用適応状態データ２３の正しいほうを選択す
ることができる。そして適応復号化部２６は，スイッチ
２４の出力である適応状態データ２５と符号データ１９
により復号データ２７を復号する。このように本発明に
よる圧縮データを復号する処理も容易に実現できる。さ
らに，図１ではヘッダの切り替えを２段階としたが，実
用にあわせて切り替え数は設定すべきもので，本発明が
規定するものではない。

【００１２】

【実施例】以下，この発明の一実施例を図８により説明
する。なお，従来の技術の説明と同じように，符号化方
式は非等長ブロック分割符号化方式とし，入力データは
５１２画素×５１２画素，８ビット／画素の画像データ
とし，サブブロックサイズは１６画素×１６画素として
説明する。まず図８の構造について説明する。入力デー
タ２８はサブブロック分割部２９に入力され，その出力
であるサブブロックデータ３０は関数近似部３１と歪み
算出部３２に入力される。この関数近似部３１の出力で
ある係数データ３３は適応ブロック分割部３５と歪み算
出部３２に入力される。また，歪み算出部３２の出力で
ある歪みデータ３４は適応ブロック分割部３５に入力さ
れる。そして，圧縮率設定スイッチ５１から出力される
圧縮率指示データ３６は，適応ブロック分割部３５と比
較器４１に入力される。さらに比較器４１には，基準圧
縮率設定スイッチ５０からの出力である基準圧縮率デー
タ４９も入力される。比較器４１の出力であるヘッダ切
り替えデータ４８は前記適応ブロック分割部３５とスイ
ッチ４４と圧縮データ構成部４６に入力される。次に，
適応ブロック分割部３５の出力である適応状態データ３
７は高圧縮用ヘッダ構成部３８と低圧縮用ヘッダ構成部
３９に入力される。適応ブロック分割部３５のもう一方
の出力である係数データ４０は圧縮データ構成部４６に
入力される。高圧縮用ヘッダ構成部３８の出力である高
圧縮用ヘッダ４２と，低圧縮用ヘッダ構成部３９の出力
である低圧縮用ヘッダ４３は両方ともスイッチ４４に入
力される。そのスイッチ４４の出力であるヘッダ４５は
圧縮データ構成部４６に入力され，そして，圧縮データ
構成部４６の出力は圧縮データ４７となる。

【００１３】以下，この動作について説明する。まず，
入力データ２８はサブブロック分割部２９により，サブ
ブロック単位のデータの流れに変換されサブブロックデ
ータ３０として出力される。関数近似部３１では，この
サブブロックデータ３０を入力し，各サブブロックごと
に，図２に示した１６画素×１６画素ブロックから２画
素×２画素ブロックの全ブロックに対し関数近似を行な
い，係数データ２３を出力する。次に，歪み算出部３２
では，上記関数近似した結果の係数データ３３とサブブ
ロックデータ３０を入力し，全ブロックに対し，近似し
たことによる歪みを計算する。その出力が歪みデータ３
４である。次に，適応ブロック分割部３５は係数データ
３３と歪みデータ３４を入力し，サブブロック単位に適
応ブロック分割をする。具体的には，圧縮率設定スイッ
チ５１で設定された圧縮率指定データ３６の圧縮率とな
り，かつ入力データ全体が一様な歪みになるようにブロ
ックが選択される。結果は，図４に示したような木構造
として表現可能な様々なブロック分割が各サブブロック
で行われる。

【００１４】ここで，基準圧縮率設定スイッチ５０によ
り，基準圧縮率データ４９の値を１／３０としていると
する。そうすると，比較器４１は圧縮率指定データ３６
と基準圧縮率データ４９を比較し，結果をヘッダ切り替
えデータ４８とする。つまり，圧縮率指定データ３６が
１／３０よりも低圧縮か高圧縮かを示すことになる。そ
こで，適応ブロック分割部３５はこのヘッダ切り替えデ
ータ４８を入力し，低圧縮（１／３０より低い圧縮）を
示していれば，全ブロックを選択対象ブロックとする。 そして，各サブブロックごとの分割状態を示す適応状態
データ３７と選択したブロックの係数データである係数
データ４０を出力する。ここで，スイッチ４４は，ヘッ
ダ切り替えデータ４８が低圧縮を示している場合，低圧
縮用ヘッダ４３を選択するように動作するものとする。 よって，適応ブロック分割部３５の出力である適応状態
データ３７は，高圧縮用ヘッダ構成部３８と低圧縮用ヘ
ッダ構成部３９に入力されるが，スイッチ４４により低
圧縮用ヘッダ構成部３９の出力である低圧縮用ヘッダ４
３が選択される。これにより，低圧縮用ヘッダ４３がヘ
ッダ４５として圧縮データ構成部４６に出力される。圧
縮データ構成部４６は，このヘッダ４５と係数データ４
０とヘッダ切り替えデータ４８を入力し，圧縮データ４
７とする。ここで，上記低圧縮用ヘッダ構成部３９は，
図５に示したヘッダを低圧縮用ヘッダ４３として出力す
るものである。したがって，基準圧縮率データ４９（１
／３０）よりも低圧縮の時には従来と同じ圧縮データが
出力されることになる。ただし，厳密には前記ヘッダ切
り替えデータ４８を圧縮データに新たに付加することに
なるが，そのデータ量は１ビットであり圧縮データに占
める割合は無視できるものである。仮にヘッダ切り替え
データ４８に１バイトを確保しても問題になる量ではな
い。そして，１バイトあるということは２５６段階のヘ
ッダ切り替えが可能であり，実用上は十分な切り替え数
である。

【００１５】次に，圧縮率指定データ３６が１／３０よ
りも高い圧縮を示す場合の動作を述べる。この場合ヘッ
ダ切り替えデータ４８は高圧縮（１／３０より高い圧縮
）であることを示す。そして，適応ブロック分割部３５
はそのヘッダ切り替えデータ４８が高圧縮を示している
ことにより，ブロック分割に使用するブロックとして強
制的にこの２画素×２画素ブロックを対象外とする。 つまり，１６画素×１６画素ブロックと８画素×８画素
ブロックと４画素×４画素ブロックだけで適応ブロック
分割を実行する。これは，非等長ブロック分割符号化方
式では高圧縮になるにしたがい小さいブロックによる分
割状態が少なくなる傾向にあることから，強制的に２画
素×２画素ブロックを対象外としている。そして，各サ
ブブロックごとの分割状態を示す適応状態データ３７と
選択したブロックの係数データである係数データ４０を
出力する。ここで，スイッチ４４は，ヘッダ切り替えデ
ータ４８が高圧縮を示している場合，高圧縮用ヘッダ４
２を選択するように動作するものとする。よって，適応
ブロック分割部３５の出力である適応状態データ３７は
，高圧縮用ヘッダ構成部３８と低圧縮用ヘッダ構成部３
９に入力されるが，スイッチ４４により高圧縮用ヘッダ
構成部３８の出力である高圧縮用ヘッダ４２が選択され
る。これにより，高圧縮用ヘッダ４２がヘッダ４５とし
て圧縮データ構成部４６に出力される。圧縮データ構成
部４６は，このヘッダ４５と係数データ４０とヘッダ切
り替えデータ４８を入力し，圧縮データ４７とする。

【００１６】ここで，上記高圧縮用ヘッダ４２は，図９
に示す構成であるとする。つまり，２画素×２画素ブロ
ックにより分割がありえないことから，図９は図５にお
ける４画素×４画素ブロックに対するビットを削除した
ものである。これにより，高圧縮の時には１バイト／サ
ブブロックのヘッダに軽減することが可能になった。

【００１７】そこで，従来技術で述べたように１／４０
の圧縮におけるヘッダの割合について以下に示す。まず
，入力データは８ビット／画素の画像データで，１画像
のサイズは５１２画素×５１２画素（２５６Ｋバイト）
，サブブロックサイズは１６画素×１６画素としている
ため，入力データに存在するサブブロックの数は，サブ
ブロック数：１Ｋ個（２５６Ｋ／（１６×１６））とな
る。そして，図９で示したヘッダは１バイト（８ビット
）／サブブロックであるから，圧縮データに含まれるヘ
ッダの量は， ヘッダの量：１Ｋバイト（１バイト×１Ｋ個）となる。 そこで，１／４０の圧縮データ量は，圧縮データ量（１
／４０）：６．４Ｋバイト（２５６Ｋ／４０） であり，ヘッダの割合は， ヘッダの割合：１５．６％（１Ｋバイト／６．４Ｋバイ
ト） となる。またヘッダの量が１Ｋバイトであることにより
，最高圧縮率１／２５６（１Ｋバイト／２５６Ｋバイト
）近くまで実現可能となる。なお，上記計算にはヘッダ
切り替えデータ４０の量を考慮していないが，仮に１バ
イトとしても無視できるオーダなので問題はない。以上
の結果を従来技術との比較として図１０に示す。これよ
り，１／４０という高圧縮において，圧縮データに占め
るヘッダの割合を４６．８％から１５．６％に減らすこ
とができ，復号データの劣化にたいしかなりの改善効果
が見込めることがわかる。また，最高圧縮率も１／８５
から１／２５６に飛躍的に向上している。なお，上記ヘ
ッダ切り替えデータ４８は，操作者が直接ＯＮ／ＯＦＦ
できるようにしてもよいし，許容歪み制御の装置に対し
てはその許容歪み値をＯＮ／ＯＦＦ切り替えの尺度にし
てもよい。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば，高圧縮のときに強制的
に適応数を制限し，かつ少ない量のヘッダに切り替える
ということだけで，高圧縮時の圧縮データに占めるヘッ
ダの量を軽減し，復号データの劣化改善が可能となる。 また，ヘッダの量によって頭打ちにされていた最高圧縮
率も向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示すブロック図である。

【図２】サブブロック内の全ブロックを示す図である。

【図３】サブブロック内を適応的に分割した例を示す図
である。

【図４】図３の分割状態を木構造で表現した図である。

【図５】従来技術のヘッダの例を示す図である。

【図６】図５によるヘッダで図３の分割状態を表現した
図である。

【図７】従来技術のＱｕａｄ−Ｔｒｅｅ符号化で図３の
分割状態を表現した図である。

【図８】本発明の一実施例を示す図である。

【図９】図８の実施例における高圧縮用のヘッダを示し
た図である。

【図１０】従来技術に対する本発明による効果を示した
図である。

【符号の説明】

１　　入力データ ３，２５　　適応状態データ ４，１９　　符号データ ７　　高圧縮用ヘッダ ８　　低圧縮用ヘッダ ９，１８　　ヘッダ切り替えデータ １０，２４　　スイッチ １１，１７　　ヘッダ １３，１５　　圧縮データ ２２　　高圧縮用適応状態データ ２３　　低圧縮用適応状態デ−タ ２７　　復号データ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入力データの変化に応じて適応的に符
   号化し，その適応状態をヘッダとして符号データに付加
   する高圧縮符号化方式において，その適応数を制限する
   手段と，全適応数を表現できるヘッダと前記制限した適
   応数だけを表現できるヘッダを切り替える手段とを備え
   たことを特徴とする高圧縮符号化方式。
2. 【請求項２】　　請求項１において適応数の制限とヘッ
   ダの切り替えを，圧縮率またはそれに準ずるパラメータ
   を尺度に行うことを特徴とする高圧縮符号化方式。