JPH046953A

JPH046953A - 画像符号化方式

Info

Publication number: JPH046953A
Application number: JP2106433A
Authority: JP
Inventors: Yuriko Tsukahara; 由利子塚原; Masami Akamine; 政巳赤嶺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1992-01-10

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、画像符号化方式に関し、特に適応直交変換
を行う場合の符号化方式の改良に関する。

（従来の技術）画像を圧縮符号化して伝送する方式において、入力信号
をいくつかの小単位（以下、ブロックという。）に分け
た後、入力５ｏｕｒｃｅに適応して直交変換を行い、そ
の変換係数を符号化する方式をＫＬ変換（Ｋａｒｈｕｒ
ｅｎ−Ｌｏｅｖｅ　ｔｒａｎｓｒｏｒｍ）符号化といつ
ＯＫＬ変換は原理的に最も効率よい変換方式とされている
が、入力５ｏｕｒｃｅ毎に変換を求めることは演算量が
膨大てあり実用上難しいため、予め複数個の変換を用意
し入力ブロックに応じて変換を切り替える、という方法
が一般的である。これは適応ＫＬ変換と呼ばれている。

第１３図は、この適応ＫＬ変換を用いた従来の画像符号
化方式を説明するためのブロック図である。これはピク
チャーコーディングシンポジウムジャパン８８　（ＰＣ
３Ｊ８８）　　ｒ適応ＫＬ変換適応符号化方式Ｊ　　（
７−１１）に記載されているものである。

入力画像はブロック分割回路４０１において水平８、垂
直８の２次元ブロックに分割される。選折回路４０３で
は、分割されたブロックの量子化・可変長符号化を行っ
た場合の符号量を、各変数Ｔ３．・・・、Ｔｋを用いて
計算し、その符号量が最小となる変換のインデクスｌを
選ぶ。このインデスクｌに従い、変換行列メモリ４０５
よりＫＬ変換Ｔ１を呼び出し、直交変換回路４０７にお
いてＴ、を用いてブロックの直交変換を行う。変換され
たブロックは、量子化回路４０９において全て同一手法
で量子化され、可変長符号化回路４１１においてハフマ
ン符号化されて伝送される。

また、第１４図は、各ＫＬ変換に対応して量子化器を設
計する場合のブロック図である。これはＩＥＥＥＴｒａ
ｎｓ　　ｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ　ｌｏ＋ａｇｅ　Ｃｏｄ
ｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｎｅｖ　Ｆａｍｉｌｙ　ｏｒｍ
ｏｄｅｌｓＪ　　（１９８１１，Ｐ７７７〜７８０　）
に記載されているものである。

入力画像はブロック分割回路４０１において２次元ブロ
ックに分割され、選択回路４０３においてＫＬ変換の一
つが選ばれる。選ばれたインデクスｉに従い、変換行列
メモリ４０５よりＫＬ変換Ｔｉを呼び出し、直交変換回
路４０７において直交変換を行う。また、変換行列メモ
リ４０５より量子化器Ｑｉを呼び出し、量子化回路４０
９において量子化して伝送するというものである。

このような従来の変換方式では、分散値やＰｅａｋ−１
ｏ−Ｐｅａｋ値などの情報量が少なく変換の必要がない
ブロックについても変換のインデクスを選択して伝送し
、符号化を行っていたため、符号量の冗長をまねいてい
た。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このように、符号量の冗長をまねくこと
により、伝送時間が増加するだけでなく、復号画像の品
質が劣化するという問題があった。

この発明は、このような、従来の事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、情報量の少ない
ブロックについては直交変換を行わず、変換のインデク
スを伝送させないことによって符号量を減少させること
により、伝送時間を短縮し、復号画像の品質を向上させ
ることができる画像符号化方式を提供することである。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）上記目的を達成させるため、この発明は、入力画像を複
数のブロックに分割し、各ブロックごとに直交変換を行
った後符号化して出力する画像符号化方式において、各
ブロックごとに、ブロックの画素値に基づいて直交変換
を行う必要があるか否かを判定し、直交変換を行う必要
がないと判定された場合、このブロックの画素値の平均
値を符号化して出力するか、あるいはこのブロックの画
素値に基づいて予想した値を符号化した画素値として出
力するように構成されている。

（作用）以上のような構成において、この発明は、分割された各
ブロックの分散値あるいはＰｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ値
等の情報を抽出する。この情報に基づき直交変換を行う
必要があるか否かを判定する。必要がないと判定された
場合は、このブロックの画素値の平均値を計算し、平均
値のみを符号化した後復号化して出力する。あるいは、
符号化を行わず、予め平均値に基づいて予想した画素値
を出力する。

一方、直交変換を行う必要があると判定された場合は、
複数個の直交変換の中から最適なものを一つ選択する。

そして、選択した変換を用いてこのブロックを直交変換
し、変換係数を符号化した後復号化して出力している。

（実施例）以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第１図（Ａ）、（Ｂ）は、この発明の画像符号化方式に
係わる第１の実施例を示すブロック図である。第１図（
Ａ）は符号化を行うための構成を示すブロック図、第１
図（Ｂ）は復号化を行うための構成を示すブロック図で
ある。

第１図（Ａ）、（Ｂ）において、ブロック分割回路１０
１は、入力画像を、例えば８Ｘ８の矩形ブロックに分割
するところである。

判定回路１０３は、分割されたブロックを入力し、ブロ
ックごとに、ブロックの情報量、例えば分散値あるいは
Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ値等に基づき、直交変換を行
う必要があるか否かを判定するところである。

平均値計算回路１０５、量子化回路１０７、符号化回路
１０９は、直交変換を行う必要がないブロックの画素値
の平均値を計算し、線型量子化し、さらに可変長符号化
するところである。

代表自己相関行列メモリ１１１、変換行列メモリ１１３
は、横変換行列、縦変換行列および代表自己相関行列を
格納するものである。

選択回路１１５は、直交変換を行う必要があるブロック
に用いる変換を選択し、選択した変換のインデクスを決
定するところである。

直交変換回路１１７、量子化回路１１９、符号化回路１
２１は、直交変換を行う必要があるブロックを直交変換
し、線型量子化して可変長符号化するところである。

変換行列メモリ１２３は、変換行列メモリ１１３と同様
に、横変換行列、縦変換行列を格納するものである。

復号化回路１２５、逆量子化回路１２７、逆変換回路１
２９は、直交変換され、符号化されたブロックを復号化
し、逆量子化し、さらに逆変換して出力するところであ
る。

復号化回路１３１、逆量子化回路１３３は、画素値の平
均値か符号化されたブロックを復号化し、逆量子化して
出力することろである。

このように、第１の実施例は構成されており、次にこの
実施例の作用を説明する。

横変換行列Ｔ　Ｈｋ＠−１，−、Ｋ　％縦変換行列ＴＶ
。

ｋ−１，−、に、および代表自己相関行列ＲＨ，，−，
，−Ｋ　、ＲＶ　Ｋ　＊−ｒ、　−、Ｋは予め作成され
、変換行列メモリ１１３、代表自己相関行列メモリ１１
１に格納されている。ここで、Ｋは変換の数であって、
この実施例では横変換と縦変換は同数、例えばに−１６
とするが、同数である必要はない。第２図はＴＨｈ　、
ＴＶｈ　、ＲＨｍ　、ＲＶｘ　の作成法の概要を示すフ
ローチャートである。同図において、トレーニングのた
めのブロックは、多数の一般的な画像より作成して用い
るものとする。

入力画像はブロック分割回路１０１において、例えば８
×８の矩形ブロックに分割される。分割されたブロック
は、判定回路１０３において直交変換を行う必要がある
か否かが判定される。第３図は判定法の一例を示すフロ
ーチャートである。

第３図においてＴｈの値は、例えば入力のレンジが８　
ｂｉｔの場合３２とする。第４図、第５図は判定法の他
の例を示すフローチャートである。第４図においてＭＡ
の値は、例えば入力のレンジが８ｂｉｔの場合８とする
。また、第５図においてＤＢの値は、例えば入力のレン
ジが８　ｂｉｔの場合２００とする。

判定回路１０３において、判定がＦとなった場合、すな
わち変換を行う必要がないと判定された場合、Ｆである
ことが１　ｂｉｔで出力される。このブロックは平均値
計算回路１０５においてブロック内の８２個の画素値の
平均値が計算され、この平均値が量子化回路１０７にお
いて固定の量子化ステップサイズＬＤ、例えばＬＤ−８
で線型量子化される。さらに、符号化回路１０９におい
て可変長符号化され、出力される。符号化された平均値
は、復号化回路１３１および逆量子化回路１３３によっ
て復号化、逆量子化される。そして、逆量子化された平
均値が、このブロック内の全ての画素値として出力され
る。

一方、判定回路１０３において判定がＴとなった場合、
すなわち変換を行う必要があると判定された場合、Ｔで
あることが１　ｂｉｔで出力される。

これにより、選択回路１１５において、代表自己相関行
列メモリ１１１を参照しながら、このブロックに用いる
横変換と縦変換が選択され、選択された変換のインデク
ス１１ｊが決定される。第６図は選択法の一例を示すフ
ローチャートである。

選択された変換はＬｏｇ　２　Ｋ　Ｘ　２　ｂｉｔで変
換行列メモリ１２３へ出力される。このように決定され
たインデクス１１ｊに従い、変換行列ＴＨｉとＴＶｊが
変換行列メモリ１１３より呼び出され、このブロックは
直交変換回路１１７において直交変換される。変換され
たブロックは、量子化回路１１９において固定の量子化
ステップサイズＬ１例えばＬ−３２で線型量子化され、
符号化回路１２１においで可変長符号化されて出力され
る。直交変換され、符号化されたブロックは、復号化回
路１２５において復号化され、逆量子化回路１２７にお
いて量子化したときと同しステップサイズで逆量子化さ
れる。さらに、逆変換回路１２９において、変換行列メ
モリ１２３から変換行列ＴＨｉとＴＶｊが呼び出され、
逆変換が行われて出力される。

次に、この発明の画像符号化方式に係わる第２の実施例
を説明する。

第１の実施例では判定結果およびインデクス１１ｊを別
々に出力していたが、第２の実施例では判定結果とイン
デクスを同時に出力するようにしたものである。また、
第１の実施例では量子化ステップサイズが固定とされて
いたが、第２の実施例では変更可能となっている。

第７図（Ａ）、（Ｂ）は、第２の実施例を示すブロック
図である。第７図（Ａ）は符号化を行うための構成を示
すブロック図、第７図（Ｂ）は復号化を行うための構成
を示すブロック図である。

第１図と同一符号のものは、同一機能を有する。

第７図（Ａ）、（Ｂ）において、インデクスメモリ２０
１は、判定回路１０３における判定結果および、選択回
路１１５によって決定されたインデクスｉ、ｊを格納す
るものである。

インデクス用符号化テーブル作成回路２０３は、判定結
果およびインデクスの出現頻度からノ１フマンコードテ
ーブルを作成するものである。

符号化テーブルメモリ２０５は、作成されたハフマンコ
ードテーブルおよび判定結果を格納するところである。

インデクス符号化回路２０７は、インデクスを符号化す
るところである。

フレームメモリ２０９は、分割されたブロックを格納す
るものである。

量子化ステップサイズ決定回路２１１は、判定結果およ
びインデクスから量子化ステップサイズ吏を決定すると
ころである。

符号化テーブルメモリ２１３は、符号化テーブルメモリ
２０５から出力されたハフマンコードテーブルおよび判
定結果を格納するところである。

インデクス復号化回路２１５は、符号化されたインデク
スを復号化するところである。

インデクスメモリ２１７は、復号化されたインデクスお
よび判定結果を格納するものである。

量子化ステップサイズ決定回路２１９は、量子化ステッ
プサイズ決定回路２１１と同様に、量子化ステップサイ
ズ文を決定するところである。

ブロックメモリ２２１は、復号化され、逆変換あるいは
逆量子化された３ブロックライン分のブロックを格納す
るものである。

フィルタ処理回路２２３は、判定結果がＦの場合のみ、
ブロックメモリ２２１に格納されたブロックをフィルタ
処理するものである。

このように、第２の実施例は構成されており、次にこの
実施例の作用を説明する。但し、第１の実施例で説明し
たものは省略する。

判定回路１０３において、判定がＦとなった場合、すな
わち変換を行う必要がないと判定された場合、この判定
結果がインデクスメモリ２０１に格納される。

また、判定結果がＴとなった場合、すなわち変換を行う
必要があると判定された場合、判定結果および、選択回
路１１５によって決定されたインデクス１１　ｊがイン
デクスメモリ２０１に格納される。

全てのインデクスおよび判定結果が格納された後、イン
デクス用符号化テーブル作成回路２０３において、判定
結果およびインデクスの出現頻度からハフマンコードテ
ーブルが作成され、符号化テーブルメモリ２０５に格納
される。第８図は作成されたハフマンコードテーブルの
例で、図中ＶａＩｕｅの中のＦは判定結果がＦとなった
場合のコード、数字は判定結果がＴとなった場合のイン
デクス（ｊ−１）ＸＫ＋　ｉのコードを表す。作成され
たハフマンコードテーブルは符号化テーブルメモリ２１
３へ出力される。

さらに、全てのインデクスは、インデクス符号化回路２
０７において符号化テーブルメモリ２０５が用いられて
符号化され、インデクス復号化回路２１５へ出力される
。

一方、分割されたブロックはフレームメモリ２０９に格
納されている。インデクスメモリ２０１に格納されてい
る判定結果がＦであったならば、フレームメモリ２０９
に格納されているブロックは、平均値計算回路１０５に
よって画素値の平均値が計算される。さらに、量子化回
路１０７、符号化回路１０９を介して符号化され、出力
される。

また、判定結果がＴであったならば、第１の実施例と同
様に、このブロックは直交変換、量子化、および符号化
されて出力される。このとき、量子化回路１１９におい
て用いられるステップサイズ愛は、量子化ステップサイ
ズ決定回路２１１によってインデクスと判定結果から決
定される。第９図はステップサイズの決定法の一例を示
すフローチャートである。第９図においてＬｌ−１６、
Ｌ２−３２とする。

符号化テーブルメモリ２０５がら出力されたハラマンコ
ードテーブルは、符号化テーブルメモリ２１３に格納さ
れる。

インデクス符号化回路２０７から出力されたインデクス
は、インデクス復号化回路２１５において符号化テーブ
ルメモリ２１３を参照して復号化され、インデクスメモ
リ２１７に格納される。

符号化され、出力されたブロックは、インデクスメモリ
２１７に格納されている判定結果がＦならば、復号化回
路１３１において復号化され、逆量子化回路１３３にお
いて逆量子化される。この逆量子化された平均値は、こ
のブロックの全ての画素値とされてブロックメモリ２２
１に格納される。

このブロックメモリ２２１内に３ブロックライン揃った
ならば、フィルタ処理回路２２３によって上下左右の画
素が用いられ、フィルタ処理が行われて出力される。フ
ィルタ処理の一例を第１０図のフローチャートに示す。

第１０図においてＴＨ−１６とする。なお、このフィル
タ処理は、ブロック歪みを軽減するためのものであり、
ブロックメモリ２２１とフィルタ処理回路２２３は外す
ことも可能である一方、判定結果がＴならば、第１の実施例と同様に、復
号化、逆量子化、および逆変換され、ブロックメモリ２
２１に格納される。このとき、量子化ステップサイズは
、量子化ステップサイズ決定回路２１９により、量子化
ステップサイズ決定回路２１１と同様な方法で決定され
る。格納されたブロックは、フィルタ処理回路２２３を
通過して出力される。

最後に、この発明の画像符号化方式に係わる第３の実施
例について説明する。

第１、第２の実施例では判定結果がＦの場合、ブロック
の平均値を符号化していたが、第３の実施例では判定結
果がＦの場合、ブロックの値は何も符号化せず、予想し
た画素値を復号化した値として出力している。また、こ
の実施例では、判定結果がＴの場合に行う直交変換の個
数を１としている。

第１１図（Ａ）、（Ｂ）は、第３の実施例を示すブロッ
ク図である。第１１図（Ａ）は符号化を行うための構成
を示すブロック図、第１１図（Ｂ）は復号化を行うため
の構成を示すブロック図である。第１図（Ａ）、（Ｂ）
と同一符号のものは、同一機能を有する。

予想回路３０１は、ブロックの画素値を予想し、この画
素値と分割されたブロックの画素値との差分を求めるも
のである。

ブロックメモリ３０３は、予想回路３０１において予想
された画素値、あるいは予想された画素値と差分値との
和を復元値として格納するところである。

逆量子化回路３０５は、量子化された画素値を逆量子化
するものである。

逆変換回路３０７は、逆量子化された画素値を逆変換す
るところである。

予想回路３０９は、ブロックの画素値を予想するところ
である。

ブロックメモリ３１１は、予想回路３０９において予想
された画素値、あるいは予想された画素値と復号化され
た差分値との和を復元値として格納するところである。

このように、第３の実施例は構成されており、次にこの
実施例の作用を説明する。但し、第１．２の実施例で説
明したものは省略する。

予測回路３０１において、分割されたブロックの画素値
と、予測されたブロックの画素値との差分が求められる
。この予想はブロックメモリ３０３を参照して行われる
。第１２図は予測方法の一例を示すフローチャートであ
る。第１２図では直上と左隣のブロックの画素値より予
測を行うため、ブロックメモリ３０３は１ブロックライ
ン分のブロックを格納するものでよい。

求められた差分値に基づいて、判定回路１０３によって
直交変換を行う必要があるか否かの判定が行われる。

判定結果がＦの場合、すなわち変換を行う必要がないと
判定された場合、この判定結果が１　ｂｉｔで出力され
る。予測された画素値は、そのままブロックメモリ３０
３に格納される。またこのとき、分割されたブロックの
画素値は符号化されず、予測回路３０９において予測さ
れたブロックの画素値が、このブロックの復号化された
画素値としてそのまま出力される。予測されたブロック
の画素値は、ブロックメモリ３１１に格納される。

一方、判定結果がＴの場合、すなわち変換する必要があ
ると判定された場合、この判定結果が１ｂｉｔで出力さ
れる。

予測回路３０１において、分割されたブロックの画素値
と、予測されたブロックの画素値との差分が求められる
。求められた差分値は、直交変換回路１１７においてＤ
ＣＴ　（離散コサイン変換）などの直交変換が行われる
。さらに、量子化回路１１９、符号化回路１２１を介し
て差分値が符号化され、出力される。ここで、量子化回
路１１９において用いられる量子化ステップサイズｓｓ
は３２とする。また、量子化された差分値は逆量子化回
路３０５において逆量子化され、逆変換回路３０７にお
いて逆ＤＣＴされる。逆ＤＣＴされた差分値は、予想回
路３０１において予想された予測値が足され、復元値と
してブロックメモリ３゜３に格納される。

符号化され、出力された差分値は、復号化回路１２５、
逆量子化回路１２７、逆変換回路１２９を介して、復号
化、逆量子化、逆ＤＣＴが行われる。逆ＤＣＴされた差
分値は、予測回路３０９において予想された予測値が足
され、復元値として出力される。また、この復元値は、
ブロックメモリ３１１に格納される。

なお、第３の実施例のように予測値を用い、ブロック平
均値を用いない方式は、第１、第２の実施例にも適用す
ることができる。また、第１、第２の実施例においては
、直交変換の個数を１にすることも応用可能である。

［発明の効果］以上説明してきたように、この発明によル画像符号化方
式であれば、直交変換を行う必要がないブロックについ
ては、その画素値の平均値を符号化している。あるいは
、符号化をせず、予想した値をそのブロックの画素値と
して出力している。

これにより、符号化時における符号量を減少させること
ができ、伝送時間を短縮させ、さらに復号画像の品質を
向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）はこの発明の画像符号化方式に係
わる第１の実施例を示すブロック図、第２図乃至第６図
は第１の実施例を説明するためのフローチャート、第７
図（Ａ）、（Ｂ）は第２の実施例を示すブロック図、第
８図乃至第１０図は第２の実施例を説明するためのコー
ドテーブルおよびフローチャート、第１１図（Ａ）、（
Ｂ）は第３の実施例を示すブロック図、第１２図は第３
の実施例を説明するためのフローチャート、第１３図、
第１４図は従来の画像符号化方式を説明するためのブロ
ック図である。１０３・・・判定回路２０１．２１７・・・インデクスメモリ２０３・・・イ
ンデクス用符号化テーブル作成回路２０５．２１３・・
・符号化テーブルメモリ２０７・・・インデクス符号化
回路２１１．２１９・・・量子化ステップサイズ決定回路２
１５・・・インデクス復号化回路３・・・フィルタ処理回路３０１゜３０９・・予想回路３０３゜１・・・ブロックメモリ

Claims

【特許請求の範囲】入力画像を複数のブロックに分割し、各ブロックごとに
直交変換を行った後符号化して出力する画像符号化方式
において、各ブロックごとに、ブロックの画素値に基づいて直交変
換を行う必要があるか否かを判定し、直交変換を行う必
要がないと判定された場合、このブロックの画素値の平
均値を符号化して出力するか、あるいはこのブロックの
画素値に基づいて予想した値を符号化した画素値として
出力することを特徴とする画像符号化方式。