JPH0654307A

JPH0654307A - データ圧縮装置

Info

Publication number: JPH0654307A
Application number: JP22334192A
Authority: JP
Inventors: Toru Watanabe; 亨渡邉
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1994-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】小さな回路規模で精度良くデータの圧縮を行
うことが可能なデータ圧縮装置を提供する。【構成】データ変換演算部の最終段のバタフライ演算
の演算係数を整数の比に置き換えるとともに、そのゲイ
ンの変化を量子化部により吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像データの圧縮処理
等に用いられるデータ圧縮装置に係り、詳細には小さな
回路規模でデータ圧縮を行うことが可能なデータ圧縮装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＳＤＮやＣＤ−ＲＯＭを前提とした画
像の高能率符号化技術において、ＤＣＴ（Discrete Cos
ine Transform：離散コサイン変換）が高能率符号化技
術の主流になりつつある。このＤＣＴに限らず、高能率
符号化して画素当りの平均ビット数を減らすと、画像の
品質は落ち、圧縮率を上げると、画質の劣化を引き起こ
す。例えば、現行の標準テレビ信号を１．５Ｍビット／
秒に圧縮した場合に問題となるのは、輪郭部分の劣化と
ＤＣＴで処理するブロック単位（例えば８×８画素）に
発生するブロック歪である。逆変換して画素を再生する
ときに、ブロック内のＤＣＴ出力をすべて線形和するこ
とになるが、８×８画素から成るブロックのＤＣＴ出力
６４個のうち、一つでも情報損失があると、ブロック内
全体の再生画素に劣化が生じる。

【０００３】ところで、上記ＤＣＴを有するデータ圧縮
装置に限らず、通常のデータ圧縮装置では、数値列に対
し、データ変換（ＦＥＴ，ＤＣＴ等）を施し、その後に
量子化を行っている。

【０００４】図１０は従来のデータ圧縮装置のブロック
図である。図１０において、１はデータ記憶装置であ
り、データ記憶装置１に蓄えられているデータ（例え
ば、画像データ）はディジタルフィルタ部２（図１１）
により特定の周波数成分が抽出されて量子化部４に出力
される。量子化部３はディジタルフィルタ部２によって
抽出された周波数成分に対して適当な係数を掛ける（す
なわち、逆数を掛けて除算する）ことによって重み付け
を変える量子化を行い、量子化されたデータをデータ記
憶装置４に出力する。データ記憶装置４は量子化された
データを蓄える。上記各部の動作はデータ圧縮装置全体
を制御する制御部５によって制御される。

【０００５】図１１は上記ディジタルフィルタ部２であ
り、この図においてディジタルフィルタ部２は、データ
入力Ｄに対して所定の低周波成分出力Ｌ及び高周波成分
出力Ｈを出力するフィルタ１１〜１７が複数段組み合わ
されて構成されており、最終段のフィルタ１４〜１７の
出力Ｆ０〜Ｆ７がディジタルフィルタ部２の周波数成分
抽出出力となる。

【０００６】図１２は上記フィルタ１１〜１７の回路構
成図である。この図に示すように、各フィルタ１１〜１
７は、各段の入力データに所定のタップ係数ｌ₀，ｌ₁，
ｌ₂，ｌ₃，ｈ₀，ｈ₁，ｈ₂，ｈ₃（ｌ₀〜ｌ₃は低周波数成
分側の係数、ｈ₀〜ｈ₃は高周波数成分側の係数）を乗算
する乗算器２１〜２８、各乗算器の出力を加算する加算
器２９〜３４及び１つ前の入力データを出力する遅延用
のレジスタ３５〜３７により構成されている。この場
合、上記乗算器２１〜２８で乗算される係数ｌ₀〜ｌ₃，
ｈ₀〜ｈ₃はＲＯＭ化されたものが使用される。

【０００７】このように、ディジタルフィルタ１１〜１
７は入力データに係数ｌ₀〜ｌ₃，ｈ₀〜ｈ₃を掛けたもの
の和を求めることによって各周波数成分を出力する。例
えば、上記タップ係数がｌ₀＝−１／３，ｌ₁＝２／３，
ｌ₂＝１，ｌ₃＝−１／３，ｈ₀＝１／３，ｈ₁＝−２／
３，ｈ₂＝１，ｈ₃＝１／３であるときのディジタルフィ
ルタ１１〜１７の各周波数特性は“１”となる。

【０００８】上記ディジタルフィルタ１１〜１７により
抽出された各周波数成分は量子化部３に入力され、量子
化が行われる。この量子化部３は上記各周波数成分に対
応する複数の量子化装置４０（図１３）により構成され
る。すなわち、図１３に示すように量子化装置４０は入
力データに量子化演算用の係数を乗算する乗算器４１及
び該乗算器４１に供給する量子化係数をテーブルの形で
記憶する量子化テーブルＲＯＭ４２により構成され、量
子化装置４０はディジタルフィルタ１１〜１７からの各
周波数成分を適当な値で割って（実際には、逆数を掛け
ることによって）、量子化を行っている。この量子化に
用いる係数を変えることによって、データの圧縮の度合
を変えることができる。この場合、ディジタルフィルタ
部２におけるデータ変換演算や量子化部３における量子
化時などに、２進法で表しきれない数値（例えば１／
３）は、下の桁を丸めることにより近似して演算を行う
ようにしている。図１４は上記量子化テーブルの例であ
り、ディジタルフィルタ部２（あるいは後述する図１５
のＤＣＴ演算部６）からの出力Ｆ₀〜Ｆ₇に対して、２，
３，４，５，７，７，７，７で除算（実際には逆数の乗
算）を行うことを示している。なお、上記の例は一次元
の場合であり、画像等の二次元などの場合には上述した
処理を縦、横２度行うことによって実現する。

【０００９】前記図１０の従来のデータ圧縮装置におい
て、特定の周波数成分を抽出するディジタルフィルタ部
としてＤＣＴ演算を実行するＤＣＴ演算部を用いてもよ
い。図１５はこのようなデータ圧縮装置のブロック図で
あり、図１０と同一構成部分には同一番号を付す。図１
５において、１はデータ記憶装置であり、データ記憶装
置１に蓄えられているデータ（例えば、画像データ）は
ＤＣＴ演算部６（図１６）により特定の周波数成分が抽
出されて、量子化部３に出力される。量子化部３はＤＣ
Ｔ演算部６によって抽出された周波数成分に対して適当
な係数を掛ける（すなわち、逆数を掛けて除算する）こ
とによって重み付けを変える量子化を行い、量子化され
たデータを、データ記憶装置４に出力する。データ記憶
装置４は量子化されたデータを蓄える。上記各部の動作
はデータ圧縮装置全体を制御する制御部５によって制御
される。

【００１０】図１６は上記ＤＣＴ演算部６の構成図であ
り、この図において、ＤＣＴ演算部６はデータ入力ｆ₀
〜ｆ₇に対して、所定のバタフライ演算が複数段組み合
わされて構成されており、最終段の出力Ｆ₀〜Ｆ₇がＤＣ
Ｔ演算部６の周波数成分抽出出力となる。ここで、図１
７及び図１８はバタフライ演算部を示す図であり、図１
７はデータ入力ｘ，ｙをバタフライ演算により加算ｕ＝
ｘ＋ｙ、減算ｖ＝ｘ−ｙする演算を、図１８はベクトル
回転を行う演算をそれぞれ示している。図１８におい
て、所定のゲインをＮ、Ｍとするバタフライ演算部の出
力ｕ、ｖは数１、数２で示される。

【００１１】

【数１】

【００１２】

【数２】

【００１３】図１９は図１６に示したバタフライ演算部
のうちcos係数がついたものの回路構成図である。この
図に示すように、cos係数がついたバタフライ演算部
は、各入力データに所定のcos係数、Ｃ_O、Ｃ₁を乗算す
る乗算器５０〜５３、乗算器５０と５３の出力を加算す
る加算器５４及び乗算器５１の出力より乗算器５３の出
力を減算する減算器５５により構成されている。この場
合、上記乗算器５０〜５３で乗算される係数Ｃ_O、Ｃ₁は
通常ＲＯＭ化されたものが使用される。またcos係数の
ついてないバタフライ演算部は、乗算器部分がなく、加
算器及び減算器によって構成される。上記ＤＣＴ演算部
６により抽出された各周波数成分を量子化する量子化部
３は上記各周波数成分に対応する複数の量子化装置４０
（前記図１３参照）により構成される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のデータ圧縮装置にあっては、データ変換演算
や量子化時に何度も丸め近似をして演算を行う構成とな
っていたため、丸め演算の回数が増加すると、演算精度
が著しく劣化することになり、これを避けるためには演
算ビット幅を多くとらねばならず、回路規模が大きくな
ってしまうと言う欠点があった。そこで本発明は、小さ
な回路規模で精度良くデータの圧縮を行なうことが可能
なデータ圧縮装置を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記目的達成のため、所定のデータを記憶するデータ記
憶手段と、前記データ記憶手段から出力されたデータに
対して所定の係数に基づいてデータ変換演算を実行する
データ変換演算手段と、量子化演算を実行する量子化手
段と、前記データ記憶手段、前記データ変換演算手段及
び前記量子化手段とを制御する制御手段とを備えたデー
タ圧縮装置であって、前記データ変換演算手段の係数
を、整数比に変えるとともに、該整数比に変えることに
より生じたゲインの変化を前記量子化手段により調整す
るようにしている。前記データ変換演算手段は、例えば
請求項２に記載されているように、データに対して直交
変換を実行する直交変換手段であってもよく、また、請
求項３に記載されているように、データに対して離散コ
サイン変換ＤＣＴを実行する離散コサイン変換手段であ
ってもよい。

【００１６】

【作用】本発明の手段はの作用は次の通りである。請求
項１、２及び３記載の発明では、データ変換演算手段の
係数が整数比に置き換えられるとともに、該整数比に置
き換えられることにより生じたゲインの変化が量子化手
段により調整される。従って、量子化手段を設けて量子
化演算を行なう必要がなくなり、回路規模を大幅に小さ
くすることができ、演算回数を減少させて、演算精度を
向上させることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図９は本発明に係るデータ圧縮装置の実施例を示す
図である。原理説明先ず、本実施例の基本的な考え方を説明する。本実施例
のデータ圧縮装置は、ＤＣＴ演算部の演算係数をまず整
数比（あるいは、整数値）に置き換えるとともに、該整
数比（あるいは整数値）に変えることにより生じた調整
を量子化部で吸収するようにするものである。

【００１８】このように、ＤＣＴ演算部の係数が整数比
に変えられ、そのゲインの変化が量子部により調整され
る。従って、演算部が誤差を含まない整数の比によって
行なわれることとなり従来と同じbit幅を用いた場合に
は誤差が小さくなって演算精度が格段に向上し、また、
同程度の精度を確保しようとした場合にはbit幅を大幅
に減少させることができ、回路規模が大幅に小さくな
る。

【００１９】次に、図１〜図９を参照して本実施例に係
るデータ圧縮装置の具体的な構成と動作を説明する。図
１は、データ圧縮装置のデータ変換部（ＤＣＴ演算部）
を示す構成図であり、前記図１６に対応する図である。
また図２、図３は前記図１７、図１８と同様のバタフラ
イ演算部を示す図であり、図４は本実施例のバタフライ
演算部の係数を示す図である。図１において、１３０〜
１３３はバタフライ演算部であり、従来例においてはco
s係数によるバタフライ演算を行っていたが、本実施例
においては各cos係数は図５に示すような整数の比（図
１中△で囲んだ数値参照）によって近似される。なお、
整数の比は必ずしもこのような比である必要はなく、も
っと桁数の多い比を用いて、より正確な比に置き変える
ようにしてもよい。また、整数比による演算では本来行
われるべき演算とはゲインが異なってしまうので量子化
演算によってそのゲイン差を吸収するようにする。

【００２０】図６は、上記ゲイン吸収を行うための量子
化テーブルの例である。従来のＤＣＴ演算部の出力Ｆ６
に対する量子化テーブルは図１４に示すように「７」で
あったが、上述した整数比演算によって本実施例のＤＣ
Ｔ演算部の出力のＦ６’は、従来の出力Ｆ６と比べて２
／cos(6/16)π倍された値が出力される。すなわち、ゲ
インが２／cso(6/16)π倍となるので、本実施例におけ
る量子化テーブルは、従来のものにゲインの逆数を掛け
た値の７×cos(6/16)π／2という量子化テーブルとな
る。

【００２１】このような量子化テーブルを用いた場合、
一見すると従来のものと比べて量子化演算のbit幅が、
従来のものよりも多く必要であるかのようにも考えられ
る、実際には、量子化演算には、逆数の乗算であるた
め、７の逆数も、７×２／cos(6/16)πの逆数も、とも
に無限小数となるため、丸め近似を必要とし、ほぼ同じ
程度の誤差を含む。すなわち、従来のcos係数を２進歩
の小数で表現した時点で丸め誤差が乗ってしまうので、
整数の比に置き変えても誤差を押さえるためにbit幅を
大きくする必要はない。

【００２２】次に、本実施例の動作を説明する。従来例
では例えばＦ２をcos(2/16)π、cos(6/16)πを２進法の
小数で表現した場合には図５に示すように無限小数であ
って演算に多くのbit幅を必要とするにもかかわらず、
丸めによる誤差が加わって精度が劣化していたが、本実
施例では、データ変換部の最終段のバタフライ演算のco
s係数を整数比に置き換えることによって、同等の演算
精度でbit幅を減少させている。具体的には、前記図１
６のデータ変換演算部の最終段のバタフライ演算出力Ｆ
６と、本実施例の最終段のバタフライ演算出力Ｆ６′と
を比較して説明する。

【００２３】従来例のバタフライ演算出力Ｆ６を求める
には、cos(2/16)πとcos(6/16)πという２つの係数によ
る演算を必要としたが、これらの値は図５に示すように
無限小数によって示される。いま、cos(2/16)πとcos(6
/16)πの比をとったとすると、５：２という比によって
近似される。このようにして、演算係数を整数の比に置
き換えた値によって演算が行われることになる。演算係
数同上を整数の比に置き換えることによって生じたゲイ
ンの変化は第３実施例と同様に量子化部によって吸収す
る。

【００２４】以上説明したように、本実施例では、デー
タ変換演算部の最終段のバタフライ演算の演算係数を整
数の比に置き換えるとともに、そのゲインの変化を量子
化部により吸収しているので、その結果データ変換部の
演算bit幅を大幅に減少させることができる。また、逆
に、従来と同等のbit幅を持つようにした場合、従来よ
りも、高い精度で演算を行うことが可能となる。

【００２５】なお、上記図には最終段のバタフライ演算
だけを整数比近似していたが、図７に示すように２段目
のバタフライ演算も整数比として近似することができ
る。図８はバタフライ演算部の係数を、図９は係数の整
数比近似を示す図である。このように、２段目及び最終
段のバタフライ演算を整数比に置き換えると、さらにbi
t幅を減らすことが可能となり回路規模を大幅に縮小す
ることができる、また、bit幅を同じにした場合にはさ
らに演算精度を向上させることができる。図７の場合の
量子化テーブルは図１の時の量子化テーブルのさらに１
／７の値となる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１、２及び３記載の発明によれ
ば、データ変換演算手段の係数を、整数比に置き換える
とともに、該整数比に変えることにより生じたゲインの
変化を前記量子化手段により調整しているので、量子化
手段を設けて量子化演算を行なう必要がなくなり回路規
模を大幅に小さくすることができ、演算回数を減少させ
て、演算精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】データ圧縮装置のデータ変換部の構成図であ
る。

【図２】データ圧縮装置のデータ変換部のバタフライ演
算部を示す図である。

【図３】データ圧縮装置のデータ変換部のバタフライ演
算部を示す図である。

【図４】データ圧縮装置のデータ変換部のバタフライ演
算部を示す図である。

【図５】データ圧縮装置のＤＣＴ演算部の係数の変換例
を示す図である。

【図６】データ圧縮装置の量子化テーブルの例を示す図
である。

【図７】データ圧縮装置のデータ変換部の構成図であ
る。

【図８】データ圧縮装置のデータ変換部の係数を示す図
である。

【図９】データ圧縮装置のデータ変換部のバタフライ演
算部を示す図である。

【図１０】従来のデータ圧縮装置のブロック構成図であ
る。

【図１１】従来のデータ圧縮装置のディジタルフィルタ
の回路構成図である。

【図１２】従来のデータ圧縮装置のディジタルフィルタ
の回路構成図である。

【図１３】従来のデータ圧縮装置の量子化部の構成図で
ある。

【図１４】従来のデータ圧縮装置の量子化テーブルの例
を示す図である。

【図１５】従来のデータ圧縮装置のブロック図である。

【図１６】従来のデータ圧縮装置のＤＣＴ演算部の構成
図である。

【図１７】従来のデータ圧縮装置のＤＣＴ演算部のバタ
フライ演算部を示す図である。

【図１８】従来のデータ圧縮装置のＤＣＴ演算部のバタ
フライ演算部を示す図である。

【図１９】従来のデータ圧縮装置のバタフライ演算部の
構成図である。

【符号の説明】

１１データ記憶装置３量子化部４データ記憶装置５制御部６ＤＣＴ演算部１３０〜１３３バタフライ演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のデータを記憶するデータ記憶手段
と、前記データ記憶手段から出力されたデータに対して所定
の係数に基づいてデータ変換演算を実行するデータ変換
演算手段と、量子化演算を実行する量子化手段と、前記データ記憶手段、前記データ変換演算手段及び前記
量子化手段を制御する制御手段とを備えたデータ圧縮装
置であって、前記データ変換演算手段の係数を、整数比に変えるとと
もに、該整数比に変えることにより生じたゲインの変化
を前記量子化手段により調整するようにしたことを特徴
とするデータ圧縮装置。
【請求項２】前記データ変換演算手段は、データに対
して直交変換を実行する直交変換手段であることを特徴
とする請求項１に記載のデータ圧縮装置。
【請求項３】前記データ変換演算手段は、データに対
して離散コサイン変換（ＤＣＴ）を実行する離散コサイ
ン変換手段であることを特徴とする請求項１に記載のデ
ータ圧縮装置。