JPH0575866A

JPH0575866A - 画像処理装置

Info

Publication number: JPH0575866A
Application number: JP23151291A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Miyake; 信孝三宅
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1993-03-26
Anticipated expiration: 2017-10-21
Also published as: JP3337699B2

Abstract

(57)【要約】【目的】極めて簡単な構成で、視覚的に劣化の目立つブ
ロック歪みを軽減することができる。【構成】ＤＣＴ（離散コサイン変換）回路１０１は１ブ
ロック分の不図示のバッファに格納した情報にＤＣＴ変
換を施し、ジグザグスキャン回路１０２は、ＤＣＴ変換
された変換係数を低域成分から高域成分へジグザク状に
スキャンし、ＤＣＴ変換係数Ｆ（ｉ）とジグザグスキャ
ンのデータに対応するアドレス信号ｉとを出力する。量
子化回路１０４はＤＣＴ変換係数Ｆ（ｉ）の量子化前後
の値から得られる加算値とアドレス信号ｉによってＱテ
ーブル１０３から得た量子化ステツプの情報とによって
量子化係数Ｃ（ｉ）と量子化ステップに量子化係数を乗
じた値（Ｑ（ｉ）×Ｃ（ｉ））とを出力する。出力端子
１０９はＣ（ｉ）を量子化以降のブロック（不図示）に
送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像処理装置に関し、例
えば直交変換機能を有する画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】写真等の中間画像（以下、「イメージ」
という）をメモリに記憶するのに必要なメモリ容量は、
（画素数）×（階調ビット数）となり、高品位なカラー
画像を記憶するためには膨大なメモリ容量が必要であっ
た。このため、各種の情報量圧縮方式が提案され、情報
量を圧縮した後、メモリに記憶することにより、メモリ
容量の削減が図られている。

【０００３】図８はカラー静止画符号化の国際標準化方
式として、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Gro
up）にて提案されているベースラインシステム（基本方
式）の符号化方式（安田：「カラー静止画符号化国際標
準化」、画像電子学会会誌、第１８巻、第６号pp.398-4
09,1989 ）の構成を示すブロック図である。

【０００４】同図において、入力端子１より入力された
イメージ画素データは、ブロック化回路２において、８
×８画素のブロック状に切出され、離散コサイン変換
（以下、「ＤＣＴ」という）回路１７にてコサイン変換
され、変換係数が量子化器（以下、「Ｑ」という）４０
に供給される。量子化器４０では、量子化（以下、
「Ｑ」という）テーブル４１により印加される量子化ス
テップ情報に従って、変換係数の線形量子化を行う。量
子化された変換係数のうち、ＤＣ係数は予測符号化回路
（以下、「ＤＰＣＭ」という）４２にて、前ブロックの
ＤＣ成分との差分（予測誤差）がとられ、１次元ハフマ
ン符号化回路４３に供給される。図９はＤＰＣＭ４２の
構成を詳細に示すブロック図である。Ｑ４０より量子化
されたＤＣ係数は遅延回路５３及び減算器５４に印加さ
れる。遅延回路５３は離散コサイン変換回路が１ブロッ
ク、即ち８×８画素分の演算に必要な時間分だけ遅延さ
せる回路で、従って遅延回路５３からは前ブロックのＤ
Ｃ係数が減算器５４に供給される。よって、減算器５４
の出力には、前ブロックとのＤＣ係数の差分（予測誤
差）が出力されることになる。本予測符号化では予測値
として前ブロック値を用いているため、予測器は前述の
ごとく遅延回路にて構成される。

【０００５】１次元ハフマン符号化回路４３は、ＤＰＣ
Ｍ４２より供給された予測誤差信号をＤＣハフマンコー
ドテーブル４４従って可変長符号化し、多重化回路５１
にＤＣハフマンコードを供給する。

【０００６】一方、Ｑ４０にて量子化されたＡＣ係数
（ＤＣ係数以外の係数）は、スキャン変換回路４５にて
図１０に示すように低次の係数より順にジグザクスキャ
ンされ、有意係数検出回路４６に供給される。有意係数
検出回路４６では、量子化されたＡＣ係数が“０”かど
うかを判定し、“０”の場合はラン長カウンタ４７にカ
ウントアツプ信号を供給し、カウンタの値を＋１増加さ
せる。一方、“０”の係数の場合は、リセット信号をラ
ン長カウンタに供給し、カウンタの値をリセットすると
共に、係数をグループ化回路４８にて図１１に示される
ようにグループ番号ＳＳＳＳと付加ビットに分割し、グ
ループ番号ＳＳＳＳを２次元ハフマン符号化回路４９
に、付加ビットを多重化回路５１に各々供給する。ラン
長カウンタ４７は、“０”のラン長をカウントする回路
で“０”以外の有意係数間の“０”の数ＮＮＮＮを２次
元ハフマン符号化回路４９に供給する。ハフマン符号化
回路４９は、供給された“０”のラン長ＮＮＮＮと有意
係数のグループ番号ＳＳＳＳをＡＣハフマンコードテー
ブル５０に従って可変長符号化し、多重化回路５１にＡ
Ｃハフマンコードを供給する。

【０００７】多重化回路５１では、１ブロック（８×８
の入力画素）分のＤＣハフマンコード、ＡＣハフマンコ
ード及び付加ビットを多重化し、出力端子５２より圧縮
された画像データが出力される。従って、出力端子５２
より出力される圧縮データをメモリに記憶し、読出し時
に逆操作によって伸長することにより、メモリ容量の削
減が可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、ＤＣＴ変換、プラス、スカラー量子化を
応用した一方式であるが、ＤＣＴ変換プラス、スカラー
量子化には以下に示す問題点がある。

【０００９】すなわち、上記従来例をファクシミリ、プ
リンタ、記憶装置などに応用した場合、ある程度、低ビ
ットレートにて圧縮する必要がある。上記従来例を低ビ
ットレートに圧縮しようとした場合、Ｑテーブルを切り
換えて、粗い量子化をするか、又、Ｑテーブルのスケー
リングファクターを増加、すなわち、量子化ステップに
乗ずる係数を増やして粗い量子化をすることになる。

【００１０】図１２に基準となるＱテーブルを、図１３
にはある画像の一部（８×８を１ブロックとして３×４
ブロック分）の入力情報を、図１４にはそれをＤＣＴ変
換した後の変換係数、図１５にはそれを図１２に示した
Ｑテーブルにスケーリングファクター４．０を乗じたス
テップサイズによりスカラー量子化された情報、但しＤ
Ｃ成分はＤＰＣＭを用いずに、スケーリングファクター
に関わらず、８ｂｉｔ固定長とする。図１６には、図１
５の情報を伸長（ＩＤＣＴとする）した画像情報を示
す。図１３と、図１６を比較してもわかる様に、ブロッ
クごとにＤＣＴ、量子化により、伸長後の画像情報は、
ブロック間の境界に歪みを生じてしまう。この劣化が、
いわゆるブロック歪みである。すなわち、低ビットレー
トによる圧縮では、量子化誤差の増大により、ブロック
歪みを生じて、画質を著しく低下させていた。

【００１１】本発明は、上述した従来例の欠点に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、ブロッ
ク境界の量子化誤差を相加するのではなく、相殺する方
向に量子化し、簡単な構成で視覚的に劣化の目立つブロ
ック境界での歪みを軽減し、良好な画像を出力すること
ができる画像処理装置を提供する点にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するため、本発明に係る画像処理装置は、離
散コサイン変換係数のスカラー量子化を行う画像処理装
置において、成分ｉの量子化誤差を検知する検知手段
と、前記検知した量子化誤差に従って成分ｊ（ｉ≠ｊ）
の量子化条件を切り換える切り換え手段と、前記切り換
えた量子化条件に従ってスカラー量子化を行う量子化手
段とを備えることを特徴とする。

【００１３】

【作用】かかる構成によれば、検知手段は成分ｉの量子
化誤差を検知し、切り換え手段は検知した量子化誤差に
従って成分ｊ（ｉ≠ｊ）の量子化条件を切り換え、量子
化手段は切り換えた量子化条件に従ってスカラー量子化
を行う。

【００１４】

【実施例】以下に添付図面を参照して、本発明に係る好
適な一実施例を詳細に説明する。＜第１の実施例＞図１は本発明の第１の実施例を示す要
部ブロック図である。図１に基づいて説明する。同図
中、１００は入力端子を示し、ブロック化された入力画
像情報がラスタースキャンにより順次入力してくる。１
０１はＤＣＴ回路を示し、１ブロック分のバッファ（不
図示）に格納した情報にＤＣＴ変換を施す。１０２はジ
グザグスキャン回路を示し、ＤＣＴ変換された変換係数
を低域成分から高域成分へジグザク状にスキャンする回
路である。ジグザグスキャン回路１０２からは、ＤＣＴ
変換係数（Ｆ（ｉ）とする）と、ジグザグスキャンのデ
ータに対応するアドレス（ｉとする）が出力され、アド
レス信号は、Ｑテーブル１０３に入力される。１０３は
Ｑテーブルを示し、例えばＬＵＴ（ルックアップテーブ
ル）で構成され、入力したアドレスに対応する量子化ス
テツプの情報を量子化回路１０４に出力する。

【００１５】一方、ジグザグスキャン回路１０２から出
力されたＤＣＴ変換係数は加算器１０５を通って、量子
化回路１０４に入力される。１０４は量子化回路を示し
ている。量子化回路１０４での量子化は、従来例で説明
したＪＰＥＧ方式と同様に、Ｃ（ｉ）＝（Ｆ（ｉ）＋Ｑ（ｉ）／２）／Ｑ（ｉ）（Ｆ（ｉ）≧０）Ｃ（ｉ）＝（Ｆ（ｉ）−Ｑ（ｉ）／２）／Ｑ（ｉ）（Ｆ（ｉ）＜０）ｉ：アドレス、Ｆ（ｉ）：ＤＣＴ変換係数Ｑ（ｉ）：量子化ステップ、Ｃ（ｉ）：量子化係数 …（１）となる。加算器１０５については、後述する。量子化回
路１０４からは量子化係数Ｃ（ｉ）と、量子化ステップ
に量子化係数を乗じた値（Ｑ（ｉ）×Ｃ（ｉ））を出力
する。１０９は出力端子を示し、Ｃ（ｉ）は量子化以降
のブロック（不図示）に送信される。１０６は減算器を
示し、量子化をしていないＤＣＴ変換係数と、量子化後
の閾値より上の代表値（量子化ステップ×量子化係数）
の差分を算出する回路である。１０７は加算値作成部を
示し、減算器１０６において算出した差分値を入力し、
また、ジグザグスキャンのアドレス信号を入力してＬＵ
Ｔ（ルックアップテーブル）により対応した加算値を出
力するＲＯＭである。１０８は遅延回路を示し、ある定
められた遅延の後にあるアドレス時にＤＣＴ変換係数に
加算される構成である。本実施例では、以上示した回路
構成において、以下に述べる様にブロック歪みを軽減す
る。

【００１６】図２は第１の実施例によるジグザグスキャ
ンを説明する図であり、図３は第１の実施例による量子
化を説明する図である。

【００１７】図２の（ａ）はブロック内でのジグザグス
キャン順番を示すアドレス信号を示している。今、アド
レス１の成分に着目する。図２の（ｂ）はアドレス１の
横方向（以下、主走査方向とする）の変換係数に対する
基底画像を示している。例えば、量子化によってアドレ
ス１の信号が異なる値をとりえた時、すなわちアドレス
１のＡＣ電力が増加、及び減少した時、図２の（ｂ）は
（ｃ）及び（ｄ）の様に振幅に変化が出てくる。これは
図３に示した様に、ＤＣＴ変換係数が設定されている閾
値よりも大きいか否かにより、上の代表値が選択される
か、下の代表値が選択されるかで異なってくる。ブロッ
ク歪みが視覚的に劣悪な状態になるのは、画像濃度が単
一増加、及び単一減少の部分に多い。すなわち、アドレ
ス１の様に奇関数の成分が量子化されることによって、
図２の（ｂ）が、同図２の（ｃ）または（ｄ）の様に振
幅変換され、伸長後の画像ではブロック境界においてト
ーンジャンプを発生する為に起こる。図２の（ａ）のア
ドレス２においても、縦方向（以下副走査方向という）
で同様のことが言える。ブロック内ＡＣ６３成分中、主
走査方向、もしくは副走査方向のいづれかが奇関数であ
る場合、量子化によるブロック歪みの発生に起因する
が、最も画像劣化に支配的であるアドレス１、アドレス
２の成分に着目する。もともとＤＣＴは原関数を鏡像を
用いて偶関数化して、コサイン成分のみを重ね合わせと
して表している為、奇関数であるアドレスと、偶関数で
あるアドレスは、そのＤＣＴ変換係数の量子化において
も性質は異なる。

【００１８】さて、今仮に、アドレス１の成分が量子化
されて、上の代表値が選択されたとする。すなわち、図
１中の減算器１０６の出力は正の値となる。これは量子
化係数×量子化ステップがＤＣＴ変換係数よりも大きい
ためである。

【００１９】次に、同じ主走査方向の奇関数であるアド
レス６に着目する。

【００２０】図４は第１の実施例によるアドレス６の主
走査方向の変換係数に対する基底画像を示す図である。
この場合も、例えば図４の（ａ）の振幅のものが、上の
代表値が選択されると図４の（ｂ）に、下の代表値が選
択されると、図４の（ｃ）に振幅が変化する。

【００２１】今、アドレス１で上の代表値が選択され
て、図２の（ｃ）の状態になっているのに加え、アドレ
ス３においても仮に上の代表値が選択された場合、すな
わち、図４の（ｂ）の状態では、ブロック境界での誤差
が相加されて、画像劣化は著しくなる。すなわち、アド
レス１において発生したブロック境界での量子化誤差を
他の奇関数であるアドレス６の量子化誤差で相殺する方
向に持っていきたい。すなわちアドレス１で上の代表値
が選択されたのであれば、アドレス６では下の代表値を
選択する様に工夫してやる。これが図１に示した加算器
の役割である。すなわち、アドレス１の時の減算器１０
６の出力が正であれば、加算値作成部１０７のＬＵＴに
より入力した地に対応した負の値を出力し、遅延回路で
数アドレス分遅延した後に、アドレス６にてＤＣＴ変換
係数に負の値を加算して、下の代表値を選択させやすく
して、双方の量子化誤差により、ブロック境界の誤差を
相殺する様にする。減算器１０６が負の値を出力した場
合も同様で、加算値作成部１０７では対応した正の値を
出力して、加算してやることによって、上の代表値を選
択しやすくする。

【００２２】図５は第１の実施例による実画像の例を示
す図であり、図６は第１の実施例による量子化及びＩＤ
ＣＴを説明する図である。図５の（ａ）はブロック化さ
れた実画像の情報、図５の（ｂ）はＤＣＴ変換した変換
係数、図５の（ｃ）はあるＱテーブルにより量子化した
後の（量子化係数×量子化ステップ）の情報、図５の
（ｄ）は伸長した後の情報をそれぞれ示している。この
例では、図２の（ａ）のアドレス１及びアドレス６共に
上の代表値が選択されているため、ブロック境界の量子
化誤差が相加されてしまい、近接ブロックとのトーンジ
ャンプが予想される。図６の（ａ）では、アドレス１が
上の代表値が選択されたのを検知して、すなわち、図１
の減算器１０６が“＋８”という量子化誤差を算出し
て、加算値作成部１０７に入力することにより、アドレ
ス６では下の代表値が選択されている。図６の（ｂ）
は、同図の（ａ）を伸長した情報であり、ブロック境界
部での量子化誤差の相殺が行なわれている。このよう
に、ＤＣＴ変換係数を加減算してしまう為、量子化誤差
は同等以上に大きくなり、Ｓ／Ｎ比としては悪くなる傾
向にあるが、歪みをブロック中心に持ってくる為ブロッ
ク歪みは減少する。

【００２３】第１の実施例は、図２の（ａ）のアドレス
１の量子化誤差によるアドレス６の制御を述べたが、ア
ドレス２の量子化誤差によるアドレス９の制御等、他の
奇関数でも同様である。

【００２４】また、図１のハード構成は本発明を実施す
る一例であり、他のハード構成でも良いことは勿論であ
る。

【００２５】また、第１の実施例では、アドレス６のＤ
ＣＴ変換係数を加減算するＱ／２の値を変化しても量子
化閾値を変更することになり等価である。

【００２６】また、ジグザグスキャンを用いずにラスタ
ースキャンにて量子化を行なっても奇関数発生に規則性
があり、容易に実現できる。

【００２７】＜第２の実施例＞図７は第２の実施例によ
る量子化誤差相殺方法を説明する図である。

【００２８】本実施例は、図１に示す第１の実施例より
も処理内容に限定を設けたものである。図７の（ａ），
（ｂ），（ｃ）そして（ｄ）の各実線は、アドレスｉの
成分における基底画像を示す。今、奇関数のアドレスｉ
のＤＣＴ変換係数が、量子化され、ＡＣ電力が変化し、
その結果、振幅が点線の様に変化したと仮定する。この
場合、第１の実施例では、他の奇関数成分の量子化誤差
でブロック境界の誤差を相殺するが、本実施例では、他
の奇関数であるアドレスｊの処理では振幅が減少する方
向にのみ行なうものとする。そこで前述した図２の
（ａ）に示すジグザグスキャンアドレスでｉ＝１，ｊ＝
６の場合で説明する。

【００２９】アドレス１での量子化誤差の発生は図７の
（ａ）〜（ｄ）のいづれかひとつのパターンになる。図
７の（ａ）及び（ｂ）の場合、すなわち、代表値が選択
された場合、アドレス１では量子化ステップＱ（１）と
量子化係数Ｃ（１）の積からＤＣＴ変換係数Ｆ（１）の
差分は正となり、すなわち、量子化誤差は正となる。ア
ドレス６でのブロック境界の量子化誤差の相殺は、図７
の（ｅ）及び（ｆ）の処理により達成できるが、量子化
誤差は、振幅が増えれば増える程、コントラストが増加
し、画像が劣化していく。逆に振幅が減少する程、ＭＴ
Ｆがなまった画像になるが、画像劣化の度合いは前者よ
りも良い場合が多い。つまり、たとえＳ／Ｎ比が同じで
も、量子化誤差のとり方により、画質は変わっていく。
そこで、図７の（ａ）及び（ｂ）の場合は、図７の
（ｆ）の処理を施す様にする。すなわち、Ｆ（６）の極
性がＦ（６）≧０の場合のみＦ（６）の減算を施し、Ｆ
（６）＜０の場合はそのまま量子化回路に通す。同様
に、アドレス１が図７の（ｃ）及び（ｄ）の量子化誤差
の発生の場合は、アドレス６ではコントラストを減少す
る図７の（ｇ）の処理をする。

【００３０】このように、本実施例において、他の奇関
数の量子化誤差が増大する場合においても、振幅が減少
する方向に処理をするため、ブロック境界での誤差相殺
のみならず、ブロック内部の画質劣化も目立ちづらくな
る。また、量子化係数の絶対値を減少する方向のため、
例えば、ＪＰＥＧ方式の様に可変長符号の圧縮方法を取
り入れた場合では、符号量軽減に役立つことになる。

【００３１】尚、本発明は、複数の機器から構成される
システムに適用しても、１つの機器からなる装置に適用
しても良い。また、本発明はシステム或は装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることは言うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
極めて簡単な構成で、視覚的に劣化の目立つブロック歪
みを軽減する。また、振幅を減少する方向に量子化する
ことによって、可変長符号化を応用した場合、符号量を
減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す要部ブロック図で
ある。

【図２】第１の実施例によるジグザグスキャンを説明す
る図である。

【図３】第１の実施例による量子化を説明する図であ
る。

【図４】第１の実施例によるアドレス６の主走査方向の
変換係数に対する基底画像を示す図である。

【図５】第１の実施例による実画像の例を示す図であ
る。

【図６】第１の実施例による量子化及びＩＤＣＴを説明
する図である。

【図７】第２の実施例による量子化誤差相殺方法を説明
する図である。

【図８】従来例による画像圧縮装置の構成を示すブロツ
ク図である。

【図９】図８のＤＰＣＭの構成を示すブロツク図であ
る。

【図１０】従来例によるＤＣＴ係数のスキヤン順序を説
明する図である。

【図１１】従来例によるＡＣ係数とグループ番号ＳＳＳ
Ｓとの関係を説明する図である。

【図１２】標準的なＱテーブルの一例を示す図である。

【図１３】実画像の入力を表した３×４ブロツクの一例
を示す図である。

【図１４】実画像のＤＣＴを表した３×４ブロツクの一
例を示す図である。

【図１５】実画像の量子化を表した３×４ブロツクの一
例を示す図である。

【図１６】実画像のＩＤＣＴを表した３×４ブロツクの
一例を示す図である。

【符号の説明】

１，１００入力端子２ブロツク化回路１７，１０１ＤＣＴ回路４０Ｑ４１，１０３Ｑテーブル４２ＤＰＣＭ４３１次元ハフマン符号化回路４４ＤＣハフマンコードテーブル４５スキヤン変換回路４６有意係数検出回路４７ラン長カウンタ４８グループ化回路４９次元ハフマン符号化回路５０ＡＣハフマンテーブル５１多重化回路５２，１０９出力端子５３遅延回路５４，１０５加算器１０２ジグザグスキャン回路１０４量子化回路１０６減算器１０７加算値作成部１０８遅延回路１０９出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】離散コサイン変換係数のスカラー量子化を
行う画像処理装置において、成分ｉの量子化誤差を検知
する検知手段と、前記検知した量子化誤差に従って成分
ｊ（ｉ≠ｊ）の量子化条件を切り換える切り換え手段
と、前記切り換えた量子化条件に従ってスカラー量子化
を行う量子化手段とを備えることを特徴とする画像処理
装置。
【請求項２】前記成分ｉ及び前記成分ｊはそれぞれ奇関
数成分であることを特徴とする請求項１記載の画像処理
装置。
【請求項３】前記成分ｉ及び前記成分ｊの各量子化誤差
は逆極性であることを特徴とした請求項２記載の画像処
理装置。
【請求項４】前記切り換え手段は、成分ｊの離散コサイ
ン変換係数Ｆ（ｊ）の値を変化もしくは量子化閾値を変
化させて前記量子化条件を切り換えることを特徴とする
請求項１記載の画像処理装置。
【請求項５】前記量子化手段は、前記切り換えた量子化
条件による前記成分ｊの量子化を振幅が減少する方向に
制御する制御手段を含むことを特徴とする請求項１記載
の画像処理装置。