JPH0563990A

JPH0563990A - 画像信号の符号化装置

Info

Publication number: JPH0563990A
Application number: JP22059691A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Suzuki; 一弘鈴木; Isao Uesawa; 功上澤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1991-08-30
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1993-03-12
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: JP2664032B2

Abstract

(57)【要約】【目的】画素ブロックごとに異なる係数分布に対して
適応的な係数選択を行うことにより、低域係数に電力の
集中する一般的な画像のみならず、高域に電力の集中す
る画像に対しても再現画質を向上させる。【構成】ブロック化器１０１でデジタル画像信号から
画像中の矩形領域を画素ブロックとして切り出し、変換
器１０３で直交変換を行い変換係数を得る。また、アク
ティビティ計算器２００はブロック内画像の分散を計算
し、求められた分散から電力保存率決定器２０２により
符号化の際に保存すべき電力を決定する。変換器１０３
からの変換係数と電力保存率決定器２０２からの電力保
存率に基づいてマスク決定器２０４により最適なマスク
が選択され、このマスクにより係数選択器１０５におい
て変換係数の選択が行われる。選択後の変換係数は、量
子化器１０７により量子化され、符号化器１０９で符号
化されたのち伝送路１１に出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像信号の符号化装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】階調画像情報を取り扱う際には、画像情
報をそのままデジタル化すると情報量の量が非常に多く
なるので、一般に画像情報を符号化することにより情報
量を圧縮している。

【０００３】画像情報を符号化する手法としては種々あ
るが、階調画像の代表的な符号化手法として、橋本秀
雄：画像情報圧縮の手ほどき「画像符号化アルゴリズム
ＩＩ−変換符号化−」，テレビジョン学会誌，Ｖｏｌ．
４３，Ｎｏ．１０（１９８９），ｐｐ．１１４５〜１１
５２に開示されているような変換符号化方式が知られて
いる。

【０００４】この変換符号化方式について、図７に示す
基本ブロック図に従って構成を説明する。

【０００５】１０１はデジタル画像信号１００から画像
中の矩形領域を画素ブロック１０２として切り出すブロ
ック化器、１０３は画素ブロック１０２に直交変換を行
い変換係数１０４として出力する変換器、１０５は変換
係数１０４から特定の係数を選択し選択変換係数１０６
を出力する係数選択器、１０７は選択変換係数１０６を
量子化して量子化係数１０８を出力する量子化器、１０
９は量子化係数１０８を符号化し、符号データ１１０を
伝送路１１１に出力する符号化器である。

【０００６】次に動作について説明する。図７に示され
る例においては、符号化処理は、変換処理、情報削減処
理及び符号割当て処理から成っている。

【０００７】変換処理では、画像信号の場合、水平・垂
直方向の相関性を利用した２次元直交変換が利用され
る。ブロック化器１０１において、水平・垂直方向にそ
れぞれＭ画素、Ｎ画素からなる画素ブロック１０２を構
成し、変換器１０３において水平方向、垂直方向に独立
して１次元直交変換を行う。変換器１０３においては、
（１）式に示す線形変換が行われる。

【０００８】Ｙ＝Ａ_NＸＡ_M ^T ・・・・（１）ここで、ＸはそれぞれＮ行Ｍ列の画素ブロック１０２、
Ｙは変換係数１０４であり、Ａ_N、Ａ_MはそれぞれＮ
次、Ｍ次の直交変換行列である。

【０００９】直交変換には種々の方式が存在するが、符
号化効率の点で離散コサイン変換（以下ＤＣＴと呼ぶ）
が用いられるのが一般的である。２次元ＤＣＴの変換
は、（２）式で与えられ、逆変換は（３）式となる。

【００１０】

【数１】

【００１１】ここで、

【００１２】

【数２】

【００１３】また、Ｘ（ｊ，ｋ）は、画素ブロック１０
２の各要素を表し、ｊ，ｋは要素の位置を表す。Ｙ
（ｕ，ｖ）は、変換係数１０５の各要素を表し、ｕ，ｖ
は要素の位置を表す。

【００１４】情報削減処理は、係数選択器１０５と量子
化器１０７によって行われる。係数選択器１０５では、
変換係数１０４の分散に基づいて係数を選択し、選択変
換係数１０６を得る。

【００１５】このような変換符号化方式において、係数
の分散を一定の閾値と比較することにより、閾値より大
なる係数を選択し、閾値以下の係数を０として圧縮効率
を高める手法が、ＷｉｌｌｉａｍＫ．Ｐｒａｔｔ：
“ＤｉｇｉｔａｌＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎ
ｇ”，Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，ｐ
ｐ．６７８−６９９に述べられている。この場合の閾値
は、多数の画像の変換係数の統計から決定することがで
きる。また、画像ごとに変換係数の統計から決定する手
法も提案されている。ただし、変換係数の分布が、これ
らの統計と異なる場合、画質劣化が発生することがあ
る。

【００１６】量子化器１０７では、選択変換係数１０６
を量子化して、量子化係数１０８を得る。

【００１７】符号割当て処理としては、符号化器１０９
において、量子化係数１０８に符号語を割当てることに
より符号データ１１０を構成して伝送路１１１に出力す
る。

【００１８】上述の各処理により、画像情報を変換符号
化方式より符号化することができる。

【００１９】しかしながら、上述の方式においては、係
数の選択が全画素ブロックに対して一律に定められてい
たため、画像の局所的な性質の変動に適応できないとい
う問題があった。

【００２０】この問題を解決するため、Ｗ．Ｈ．Ｃｈｅ
ｎ．ｅｔａｌ：“ＡｄａｐｔｉｖｅＣｏｄｉｎｇ
ｏｆＭｏｎｏｃｈｒｏｍｅａｎｄＣｏｌｏｒＩ
ｍａｇｅｓ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
ｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．，ＶＯＬ．ＣＯ
Ｍ−２５，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１２８５−１２９２（Ｎ
ｏｖ．１９７７）に開示されているように、ブロックご
との適応化を行う手法が提案されている。この手法は、
予め画像ブロックを、ブロック内の交流電力の大きさで
４つのクラスに分類しておき、クラスごとに求めた係数
の分散から係数の選択基準（ビット割当て）を決定する
ものである。

【００２１】この方式は、ブロック内交流電力の大小の
みに基づいてクラス分けを行っているため、ブロック内
の交流電力が等しくても、エッジ等の方向性で係数の分
布に違いが生じることがある。しかしながら、この方式
では係数の分布に違いに拘わらず単純に同じクラス内で
は同じ位置の係数を選択しているために、入力画像を表
現するのに最も適当な係数を選択することができず、十
分に品質の高い画像を得ることはできなかった。

【００２２】以上の問題点に鑑み、加藤，武川，大久
保：“クラス分けを利用した適応直交変換符号化方
式“，電子情報通信学会論文誌（Ｂ），Ｖｏｌ．Ｊ７１
−Ｂ，Ｎｏ．１，ｐｐ１−９，１９８８年１月では、ベ
クトル量子化の手法を用いたブロックのクラス分け手法
を提案している。この方式では、ブロック内交流電力の
大きさと偏りを考慮したクラス分けを行うことにより、
前記Ｗ．Ｈ．Ｃｈｅｎ．ｅｔａｌの文献に記載の方式よ
りも画質・性能が向上していることが報告されている。

【００２３】上記クラス分けを利用した適応直交変換符
号化方式では、ベクトル量子化に伴う膨大な演算量を削
減するために、ベクトルとして用いる係数を、電力の集
中する低域のものに制限している。このため、急峻なエ
ッジを含む画素ブロックのように、係数が高域にまで分
布する場合を考慮しているとは言えない。また、ベクト
ルの次元を拡大し、高域の係数までを含めたベクトル量
子化をしても、高域係数が特定の分布に従うことは稀で
あるため、クラス分けの効果は期待できない。本発明
は、前記問題点を解決するために案出されたものであっ
て、画素ブロックごとに異なる係数分布に対して適応的
な係数選択を行うことにより、低域係数に電力の集中す
る一般的な画像のみならず、高域に電力の集中する画像
に対しても再現画質を向上させることを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明による画像信号符
号化装置は、画像信号をブロック化し、直交変換を行っ
た後、変換係数を符号化する画像信号の符号化装置にお
いて、前記画像信号をＮ×Ｍ（Ｎ，Ｍは正整数）の矩形
領域からなる画素ブロックに分割する手段と、前記画素
ブロックを２次元直交変換する手段と、前記画素ブロッ
クの性質に応じて、符号化する際に保存すべき電力の比
率を決定する手段と、直交変換後の各変換係数を電力の
大なる順に有意と判定し、有意と判定された交流係数の
電力の総和が、ブロック内の全交流電力の総和に対して
前記電力の比率に達するまで判定を継続する判定手段
と、前記判定に基づき、有意と判定されなかった係数は
０として符号化する符号化手段とを備えたことを特徴と
する。

【００２５】

【作用】本発明においては、画像信号を符号化するに際
して、画像の性質に応じて符号化の際に保存すべき電力
が決定される。変換後の係数は、保存電力が確保される
まで電力集中率の大きなものから順次選択される。この
ようにして選択された変換係数に対してのみ符号化を行
うことにより、画像の内容に応じた最適な位置の係数が
符号化されることになる。

【００２６】

【実施例】図１は、本発明における符号化装置の一実施
例を示す構成図である。なお、図７に示す従来例と対応
する部分には同一符号を付している。

【００２７】１０１はブロック化器、１０３は変換器、
１０５は係数選択器、１０７は量子化器、１０９は符号
化器、１１１は伝送路である。また、２００は、画素ブ
ロック１０２内の精細度すなわちアクティビティ２０１
を計算するアクティビティ計算器、２０２はアクティビ
ティ２０１に基づき画素ブロック１０２の交流電力の電
力保存率２０３を決定する電力保存率決定器、２０４
は、変換係数１０４と電力保存率２０３を用いて係数選
択器１０５における係数選択の判定基準となるマスク情
報２０５を出力するマスク決定器である。

【００２８】本実施例においては、図７に示す従来例に
おいて行われる変換、情報削減、符号割当ての３つの処
理に加えて適応処理が行われる。この適応処理は変換処
理と並列して動作し、続く情報削減処理において画素ブ
ロックごとの特徴にあった適応的な情報削減を実現する
ものである。

【００２９】変換処理に関しては図７に示す従来例と同
様であるので説明は省略し、適応処理及び情報削減処理
について説明する。

【００３０】まず、適応処理について説明する。本実施
例においては、アクティビティに基づいて適応処理が行
われる。アクティビティとは、画像の精細度を表す指標
であり、以下では画素ブロック内の分散を用いることに
する。アクティビティσは次式で求められる。

【００３１】

【数３】

【００３２】ここでｘ_iは、ブロック内の画素値であ
り、ｍはブロック内画素値の平均値、Ｎはブロック内の
総画素数である。

【００３３】このアクティビティσは、図１に破線枠で
囲まれた部分に示されるアクティビティ計算器２００に
より求められる。アクティビティ計算器２００におい
て、２１０は、画素ブロック１０２の各画素値よりブロ
ック内平均値２１１を計算する平均値計算器、２１２は
画素ブロック１０２の各画素値とブロック内平均値２１
１の差を計算し、平均値分離信号２１３を出力する平均
値分離器、２１４は平均値分離信号２１３からアクティ
ビティ２０１を計算する分散計算器である。

【００３４】分散計算器２１４では、式（５）に従っ
て、平均値分離器２１２から出力された平均値分離信号
２１３の絶対値和をブロック内の総画素数で除してアク
ティビティ２０１を出力する。

【００３５】電力保存率決定器２０２では、アクティビ
ティ計算器２００によって計算されたアクティビティ２
０１に基づき、電力保存率２０３を決定する。電力保存
率２０３は、係数選択器１０５における係数選択の後に
保存される係数電力の、全係数電力に対する比率であ
る。

【００３６】アクティビティの大なるブロック、すなわ
ち精細度の高いブロックに対しては、電力保存率２０３
は高く設定し、アクティビティの小なるブロックに対し
ては、電力保存率２０３を小さく設定する。

【００３７】例えば、画素ブロック１０２が、全画素同
一の値を取る場合には、アクティビティ計算器２００に
おいてアクティビティ２０１はゼロとなる。この時、変
換器１０３の出力である変換係数１０４においても、交
流成分の信号値は全てゼロとなる。したがって、アクテ
ィビティ２０１がゼロの場合の電力保存率はゼロ（％）
と設定できる。

【００３８】電力保存率決定器２０２を実現する一つの
手法として、アクティビティ２０１の閾値との比較によ
り電力保存率２０３を決定することができる。

【００３９】例えば、アクティビティをσとしたとき、
閾値Ｔ₀，Ｔ₁，・・・，Ｔ_N-1と電力保存率Ｒ₀，Ｒ
₁，・・・，Ｒ_Nの関係を以下のように定めることがで
きる。Ｎは、設定される閾値の数である。

【００４０】 σ＜Ｔ₀ であるとき、電力保存率はＲ₀ Ｔ₀≦σ＜Ｔ₁ であるとき、電力保存率はＲ₁ ・・・・・・Ｔ_N-1≦σ であるとき、電力保存率はＲ_N 次に、図２に示すフローチャートに基づいてマスク情報
の作成手順を説明する。

【００４１】マスク決定器２０４に入力された変換係数
１０４は、係数電力の大きなものからソートされ、それ
ぞれの電力値と係数位置の対が、図３に示すような表形
式で記憶される (ステップ１０１）。８次の２次元直交
変換の場合、位置係数は（０，０）〜（７，７）の範囲
となるが、（０，０）は直流成分であるので、これを除
外して全交流係数と同数の６３個の記憶領域を用意す
る。記憶領域の内容はポインタによって参照することが
できる。

【００４２】処理の開始前に、ポインタは表の先頭、す
なわち変換係数１０４中の最大電力をもつ係数に対して
セットされる。また、マスク情報２０５には、すべての
要素に対して“０”が設定されている (ステップ１０
２）。

【００４３】図２に示すフローチャートのループ内で
は、電力の大きな係数から順に、係数位置に対応してマ
スク情報２０５に“１”を設定する操作が行われる (ス
テップ１０５）。同時に係数電力値の累積加算をとり
(ステップ１０３）、全交流電力に対する比率が、電力
保存率２０３を越えた時点で処理を打ち切る (ステップ
１０４）。

【００４４】図４に、全交流電力を１００とした時の、
各係数電力の占める割合と、８０％の電力保存率を終了
条件として作成したマスク情報の例を示す。同図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ異なる画像ブロック
に対応した各係数の電力集中率を示しており、下線を付
した部分が８０％の電力保存率を満足する係数位置であ
る。また、同図（ａ），（ｂ），（ｃ）は同図（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）に対応したマスク情報であり、下線を付
した係数位置のマスク情報を“１”としたものである。
但し、直流分を示す（０，０）位置のマスク情報は常に
“１”とする。

【００４５】次に、情報削減処理について詳細に説明す
る。

【００４６】図１に示すマスク決定器２０４では、変換
係数１０４と電力保存率２０３に基づいて、マスク情報
２０５を作成し、係数選択器１０５に出力する。

【００４７】図５を用いて、係数選択器１０５における
係数選択の動作の概要を説明する。

【００４８】マスク情報２０５は、変換係数１０４と同
一のサイズを持つマトリクスであり、各要素は“１”ま
たは“０”の２値情報で構成される。なお、図５に示す
マスク情報２０５は、図４（ａ）に示すマスク情報に対
応している。各要素を構成する“１”，“０”の情報
は、係数選択器１０５における係数の選択の指示情報と
なる。選択されなかった係数は、強制的にゼロとされ
る。選択の結果は選択変換係数１０６として出力され
る。なお、図５に示される変換係数１０４において、○
印は非ゼロの係数を示し、×印はゼロの係数を示してい
る。

【００４９】量子化器１０７での情報削減処理、符号化
器１０９による符号割当て処理は、従来技術と同様であ
る。

【００５０】次に、本発明に係る他の実施例を図６に基
づいて説明する。図６に示す実施例は、図１に示す実施
例の構成図における係数選択器１０５と量子化器１０７
の位置を入れ替えた構成をとる。

【００５１】図６に示す実施例においても、図１に示す
実施例と同様に、変換、情報削減、符号割当て、適応化
の４つの処理から成るが、適応化処理の動作が異なって
いるので、以下、適応化処理の動作についてのみ説明す
る。

【００５２】変換器１０３から得られた変換係数１０４
は、量子化器１０７において全交流係数に対して均一の
ステップ幅で量子化されて量子化係数１０８が得られ
る。量子化係数１０８は係数選択器１０５に供給される
と共に、マスク決定器２０４に供給される。マスク決定
器２０４においては、変換係数１０４よりも精度の低下
した量子化係数１０８を用いることにより、係数電力の
大きなものから変換係数をソートする際の演算量が減少
すると共に、ソートされた結果を記憶するための記憶領
域も少なくなる。

【００５３】なお、上述の各実施例においては、画像ブ
ロックの変換前にアクティビティすなわち分散を求めて
いるが、直交変換後の各変換係数のブロック内分散を計
算する手段を設け、その計算結果に基づいて電力保存率
を決定するようにしてもよい。但し、全体の処理時間を
考慮すると、変換処理と分散を求める処理を並行処理で
きるので、画像ブロックの変換前に分散を計算した方が
望ましい。

【００５４】

【発明の効果】本発明では、画像の性質に応じて保存す
べき電力を変更しこの保存電力に応じて変換係数を選択
しているので、画像の局所的な性質に対して適応的に変
換係数の選択を行うことができ、エッジ等の存在に起因
する画質劣化を抑圧することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の符号化装置の一実施例を示す構成図
である。

【図２】本発明におけるマスク情報の作成手順を示す
説明図である。

【図３】係数情報をソートした結果を示す説明図であ
る。

【図４】係数電力の分布及びこの係数電力の分布から
決定したマスク情報の一例を示す説明図である。

【図５】本発明における係数の選択操作を示す説明図
である。

【図６】本発明の符号化装置の他の実施例を示す構成
図である。

【図７】従来の符号化装置の構成図である。

【符号の説明】

１００：デジタル画像信号、１０１：ブロック化器、１
０２：画素ブロック、１０３：変換器、１０４：変換係
数、１０５：係数選択器、１０６：選択変換係数、１０
７：量子化器、１０８：量子化係数、１０９：符号化
器、１１０：符号データ、１１１：伝送路、２００：ア
クティビティ計算器、２０１：アクティビティ、２０
２：電力保存率決定器、２０３：電力保存率、２０４：
マスク決定器、２０５：マスク情報、２１０：平均値計
算器、２１１：ブロック内平均値、２１２：平均値分離
器、２１３：平均値分離信号、２１４：分散計算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像信号をブロック化し、直交変換を行
った後、変換係数を符号化する画像信号の符号化装置に
おいて、前記画像信号をＮ×Ｍ（Ｎ，Ｍは正整数）の矩形領域か
らなる画素ブロックに分割する手段と、前記画素ブロックを２次元直交変換する手段と、前記画素ブロックの性質に応じて、符号化する際に保存
すべき電力の比率を決定する手段と、直交変換後の各変換係数を電力の大なる順に有意と判定
し、有意と判定された交流係数の電力の総和が、ブロッ
ク内の全交流電力の総和に対して前記電力の比率に達す
るまで判定を継続する判定手段と、前記判定に基づき、有意と判定されなかった係数は０と
して符号化する符号化手段とを備えたことを特徴とする
画像信号の符号化装置。
【請求項２】前記電力の比率を決定する手段は、前記
画素ブロックのブロック内分散を計算する手段を備え、
計算により求められた分散に基づいて前記電力の比率を
決定することを特徴とする請求項１記載の画像信号の符
号化装置。
【請求項３】前記判定手段は、量子化後の各変換係数
を電力の大なる順に有意と判定するものであることを特
徴とする請求項１記載の画像信号の符号化装置。
【請求項４】直交変換後の各変換係数のブロック内分
散を計算する手段を備え、その計算結果に基づいて前記
電力の比率を決定することを特徴とする請求項１記載の
画像信号の符号化装置。