JPH07170515A - 画像符号化・復号化装置及び符号化テーブル情報記憶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像処理において符号化テーブルを記憶する
ためのメモリ量を削減する。 【構成】 符号化テーブル上の長さの異なる符号語につ
いて、その上位側の１の個数をカウントする手段と、そ
れ以外の下位側の符号に別の符号を対応させる手段とを
備え、上位側に１が幾つあるかを示すデータと、それ以
外の符号とを合わせて記憶することによりメモリの削減
を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像データの情報量圧
縮伸張、特に符号化、復号化の際に用いる符号化テーブ
ルを記憶するメモリの削減を達成する画像符号化・復号
化装置及び符号化テーブル情報記憶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像情報のデータ量は音声の１０００倍
以上であることが知られているが、画像情報自体はかな
りの冗長度を含んでおり、この冗長な成分を効率的に削
減することによって、高能率な画像情報圧縮が可能とな
る。近年、情報のマルチメディア化に伴ない、画像情報
の高能率なデータ量圧縮が注目され、標準化が進められ
ている。一例としてカラー静止画像の圧縮符号化につい
て述べるが、これについては、ＣＣＩＴ ＳＧVIII（国
際電信電話試問委員会探求グループVIII）のサポータ・
グループＣＣＩＣ（Ｃommon Ｃomponent for Ｉma
ge Ｃommunication）と、ＩＳＯ ＪＴＣ１／ＳＣ２９
／ＷＧ１０のジョイントグループであるＪＰＥＧ（Ｊoi
nt Ｐhotographic Ｅxpert Ｇroup）によって標準化が
行われている。

【０００３】ここで、ＪＰＥＧで検討されている符号化
アルゴリズムをＪＰＥＧアルゴリズムとし、以下画像圧
縮符号化の一例としてＪＰＥＧアルゴリズム、特にＤＣ
Ｔ（Ｄiscrete Ｃosine Ｔransform）を基本としたベー
スラインプロセスの概要を説明する。なお、該アルゴリ
ズムについては、遠藤俊明「カラー静止画像の国際標準
符号化方式」（インターフェイス１９９１年１２月号p.
１６０〜p.１８２）に詳しく解説されている。

【０００４】図１は、ＪＰＥＧアルゴリズムに基づいた
従来の画像データ符号化・復号化装置の構成を示すブロ
ック線図である。

【０００５】図１において、ＤＣＴをベースとした符号
化器１０は、主としてＤＣＴ変換器１２、量子化器１
４、エントロピー符号化器１６からなる。処理対象とな
る静止画像は、例えば８×８画素のブロック１８毎に、
前記符号化器１０を通じて圧縮符号化され、符号化時の
諸パラメータと共に符号データ２０となる。この符号デ
ータ２０は、伝送路２２にて転送されるか、あるいは記
憶装置に記憶される。

【０００６】又、符号データの復号処理は、前記伝送路
２２から、あるいは外部記憶装置から符号データ２４を
受取り、ＤＣＴをベースにした復号化器３０にて８×８
画素ブロック毎の再生画像データ２６を得る。

【０００７】ＤＣＴ変換器１２は、８×８画素単位で入
力される原画像１８に対し、２次元ＤＣＴ変換を行い、
２次元画像データから周波数成分データであるＤＣＴ係
数で変換を行う。例えば、図２に示す全画像ブロック１
８の一例である画像データＰxyが、ＤＣＴ変換により図
３に示す周波数成分を現わすＤＣＴ係数Ｓxyに変換され
る。このとき、Ｓ₀₀に相当するデータはＤＣ係数と呼ば
れ、残り６３個の係数はＡＣ係数と呼ばれる。ＤＣ係数
は８×８画素の平均値を示しており、ＡＣ係数は左から
右へ進むにつれて高周波の水平成分を、上から下へ進む
につれて高周波の垂直成分を多く含む。

【０００８】量子化器１４は、ＤＣＴ変換器１２で得ら
れたＤＣＴ係数Ｓxyに対し、符号化率向上のために量子
化を行う。量子化は、図４のＱxyに示すような量子化テ
ーブル２８を用いて、ＤＣＴ係数を量子化し、図５に示
すような量子化されたＤＣＴ係数Ｒxyに変換される。

【０００９】エントロピ符号化器１６は、ＪＰＥＧアル
ゴリズムのベースラインプロセスではハフマン符号化を
用いる。この符号化では符号化の対象となる係数に対
し、その出現頻度が高いものには短い符号を、低いもの
には長い符号を割当て、情報全体のデータ量を削減する
ものである。

【００１０】ハフマン符号化は、ＤＣ係数とＡＣ係数と
で若干異なるプロセスを用いる。ＤＣ係数の符号化を示
すブロック図を図６に示す。ＤＣ係数の符号化器は、ブ
ロック遅延回路１６a 、差分回路１６b 、グループ化器
１６c 、一次元ハフマン符号化器１６d 、ＤＣ符号テー
ブル１６e よりなる。

【００１１】ＤＣ係数は各８×８の画素ブロックにつき
１つだけ決り、符号化はブロック間の差分について行わ
れる。ＤＣ係数の差分は、ブロック遅延回路１６a によ
り、１つ前のブロックのＤＣ係数との差分が差分回路１
６b によって得られる。差分ＤＣ係数はグルーブ化器１
６c により、差分値に相当するグループ番号ＳＳＳＳと
付加ビットに変換される。図７に、差分ＤＣ係数に対す
るグループ番号ＳＳＳＳの割当てを示す。又、付加ビッ
トは該グループ中何番目かを表わす。一次元ハフマン符
号化器１６d は、グループ番号ＳＳＳＳに対しＤＣ符号
テーブル１６eから、図８に示す２進符号を割当て、付
加ビットと共に出力する。

【００１２】ＡＣ係数のハフマン符号化器を図９に示
す。符号化に先立ち、図５に示す量子化されたＤＣＴ係
数Ｒxyは、図１０に示すようにジクザクスキャナ１６k
によってジグザクスキャンされる。図５の例からも明か
なように、通常の画像データは低周波成分、即ちブロッ
クの左上部に情報が集中するので、スキャン後は０でな
い係数がデータ列の最初に集中し、データ列の最後は０
が集中する。

【００１３】ジグザクスキャンされたＡＣ係数のビット
列は、判別器１６m によって、０か、０以外の係数かが
判別される。０以外の係数がビット列に出現するまで０
係数の長さをランレングスカウンタ１６n でカウント
し、０以外の係数はグループ化器１６p により図１１に
示すようなグループ番号ＳＳＳＳと、グループ中の何番
目かを示す付加ビットに分けられる。ここで、連続する
０の係数の長さを示すラン長をＮＮＮＮとし、ＮＮＮＮ
とＳＳＳＳの組に対して２次元ハフマン符号化器１６q
において符号化が行われる。このとき使用するＡＣ符号
テーブル１６r の一例を、図１２に示す。又、図１３に
本例で符号化されたデータを示す。

【００１４】一方、図１に示す復号化器３０は、主とし
てエントロピ復号化器３２、逆量子化器３４、逆ＤＣＴ
変換器３６よりなる。

【００１５】各ブロックの動作は符号化時の逆であり、
符号データからＤＣ、ＡＣ係数が復号化器３２によって
復号され、逆量子化器３４にて逆量子化され、逆ＤＣＴ
変換器３６により再生現画像２６が得られる。

【００１６】符号化／復号化に用いられる符号化テーブ
ル３８は、差分ＤＣ係数、ＡＣ係数共に、図１４に示す
ような、符号化テーブルを作成するための情報を含ん
だ、ＢＩＴＳ、ＶＡＬＵＥの２種類のテーブルに変換さ
れ、符号化時はマイクロプセッサ等の外部装置から、復
号化時は、画像データを符号化したときの情報として、
符号データに付加されて入力される。

【００１７】差分ＤＣ係数の符号化テーブル情報は、各
符号長の符号語の数を示す、ＢＩＴＳテーブル４０と、
発生頻度順に並べた符号化要素テーブル、ＶＡＬＵＥテ
ーブル４２からなる。ＢＩＴＳテーブル４０は、左側の
要素から、各ビットの符号長を持つ符号語の数を表わ
す。ＶＡＬＵＥテーブル４２は、グループ番号ＳＳＳＳ
が発生頻度順に並べられている。

【００１８】以下、符号化テーブルをＢＩＴＳ／ＶＡＬ
ＵＥテーブルへ変換する手法を示す。

【００１９】本例では、図１４の差分ＤＣ係数用ＢＩＴ
Ｓテーブル４０と、差分ＤＣ係数用ＶＡＬＵＥテーブル
４２により、図８に示すＤＣ符号化テーブルが作成され
る。図８のテーブルは、符号長が１ビットのものが０、
２ビットのものがＳＳＳＳ＝０で、１、３ビットのもの
がＳＳＳＳ＝１，２，３，４，５で５となるので、ＤＣ
係数のＢＩＴＳテーブル４０は、左から００，０１，０
５となり、又、ＳＳＳＳを出現頻度が高い順、即ち符号
語の数が小さい順に並べると、ＳＳＳＳ＝０，１，２，
３，４となり、差分ＤＣ係数のＶＡＬＵＥテーブル４２
が生成される。

【００２０】ＡＣ係数については、発生頻度順に並べら
れたＡＣ係数のＶＡＬＵＥテーブル４６の要素は、０ラ
ン長ＮＮＮＮと、グループ番号ＳＳＳＳとの組合せにな
る。

【００２１】本例では、図１２のＡＣ係数用の符号化テ
ーブルから、図１４のＡＣ係数用ＢＩＴＳテーブル４４
と、ＡＣ係数用ＶＡＬＵＥテーブル４６が生成される。
図１２中で、１ビットの符号長を持つ係数は０、２ビッ
トが、ＮＮＮＮ／ＳＳＳＳ＝０／１，０／２で２、３ビ
ットがＮＮＮＮ／ＳＳＳＳ＝０／３で１、４ビットがＮ
ＮＮＮ／ＳＳＳＳ＝０／０，０／４，１／１で３となっ
ている。よって図１４のＡＣ係数用ＢＩＴＳテーブル４
４の要素は、左から００，０２，０１，０３となり、Ｖ
ＡＬＵＥテーブル４６は、ＮＮＮＮ／ＳＳＳＳ＝０１，
０２，０３，００，０４，１１となる。

【００２２】実際の画像符号化／復号化においては、前
記符号化テーブルを作成するためのＢＩＴＳテーブルと
ＶＡＬＵＥテーブルが装置に入力され、装置内あるいは
外部の記憶装置により符号化テーブルに再変換され、記
憶装置に記憶された後実際の処理が行われる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、符号化
テーブルは図８、図１２からも判るように可変長である
ため、ハードウエアで処理を実現する場合、通常ＢＩＴ
Ｓテーブル、ＶＡＬＵＥテーブルから符号化テーブルを
再生した後は、符号語自体とその符号長を、差分ＤＣ係
数であればＳＳＳＳ、ＡＣ係数であればＮＮＮＮ／ＳＳ
ＳＳのアドレスに対してそれぞれ記憶しておかねばなら
ず、多くのメモリを必要とするという問題点がある。

【００２４】例えば、差分ＤＣ係数のグループ番号で、
出現頻度が最も高いＳＳＳＳ＝０に相当する符号語は図
８より２ビットの００であり、出現頻度が最も低いＳＳ
ＳＳ＝１１に相当する符号語は９ビットの１１１１１１
１１０である。又、ＡＣ係数の、ラン長／グループ番号
で、最も出現頻度が高いＮＮＮＮ／ＳＳＳＳ＝０／１に
対する符号語は図１２より２ビットで００であり、最も
出現頻度が低いＮＮＮＮ／ＳＳＳＳ＝Ｆ／Ａに対する符
号語は１６ビットの１１１１１１１１１１１１１１１０
である。

【００２５】これらの異なる符号長のテーブル情報は、
差分ＤＣ係数ならＳＳＳＳ、ＡＣ係数ならＮＮＮＮ／Ｓ
ＳＳＳの各アドレスについて、符号語自体と、符号語の
最長サイズ分だけ符号長を記憶することが可能なメモリ
が必要となる。

【００２６】即ち、符号化テーブルをＢＩＴＳテーブ
ル、ＶＡＬＵＥテーブルから再生した後は、その符号自
体を記憶するために、最長になる符号長を考慮して、本
例であれば、差分ＤＣ係数なら９ビット、ＡＣ係数なら
１６ビットのメモリを、差分ＤＣ係数ならＳＳＳＳの種
類に相当する１２ワード以上、ＡＣ係数ならＮＮＮＮ／
ＳＳＳＳの全組合わせに相当する１６２ワード以上の領
域で確保する必要がある。又、符号長を記憶するため、
差分ＤＣ係数で１〜９ビット長を表わし、ＡＣ係数なら
１〜１６ビット長を表わすため、それぞれの係数につき
４ビットのＳＩＺＥテーブルが必要となる。

【００２７】具体例としては、差分ＤＣ係数はＳＳＳ
Ｓ、ＡＣ係数はＮＮＮＮ／ＳＳＳＳをアドレスとし、符
号自体を記憶するＣＯＤＥテーブルが、９ビット×１２
ワード＋１６ビット×１６２ワード以上、符号長を示す
ＳＩＺＥテーブルが４ビット×１２ワード＋４ビット×
１６２ワード以上必要となる。

【００２８】本発明は上記従来の問題点を解決するべく
なされたもので、従来必要とされていた符号化テーブル
を記憶するためのメモリ量を削減する画像符号化・復号
化装置及び符号化テーブル記憶装置を提供することを目
的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明は、符号化・復号
化に必要とされる符号化テーブル情報を記憶する手段を
内部に備えた画像符号化・復号化装置において、符号化
テーブル上の長さの異なる符号語について、その上位側
の１の個数をカウントする手段と、それ以外の下位側の
符号に別の符号を対応させる手段とを備え、前記上位側
の１の個数と、それ以外の下位側の符号に対する別の符
号とを、合わせて記憶することにより前記目的を達成し
たものである。

【００３０】本発明は又、符号化テーブルを生成するた
めの符号化テーブル情報から符号化テーブルを生成し、
記憶する符号化テーブル情報記憶装置において、符号化
テーブル上の長さの異なる符号語について、その上位側
の１の個数をカウントする手段と、それ以外の下位側の
符号に別の符号を対応させる手段とを備え、前記上位側
の１つの個数と、それ以外の下位側の符号に対する別の
符号とを、合わせて記憶することにより同様に前記目的
を達成したものである。

【００３１】

【作用】本発明によれば、画像符号化・復号化装置にお
ける符号化・復号化処理において、符号化テーブル上の
記憶対象となる長さの異なる符号語の上位側の１の個数
をカウントし、該符号語のそれ以外の下位側の符号に別
の符号を対応させ、前記上位側の１の個数と、それ以外
の下位側の符号に対する別の符号とを、合わせて記憶す
るようにしたため、テーブル情報を記憶するために必要
なメモリを削減することができる。

【００３２】又、符号化テーブル情報記憶装置を画像符
号化・復号化装置とは別に外付けして、記憶対象となる
符号語を、上位側から１が幾つあるかを示すデータと、
それ以外のテーブルコードを示す符号とを合わせたもの
として記憶するようにした場合にも、同様に符号化テー
ブルを記憶するために必要なメモリの削減を達成するこ
とができる。

【００３３】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００３４】図１５は、本発明による符号化テーブル情
報記憶装置の概略構成を示すブロック線図である。

【００３５】図１５において、テーブル情報生成器５０
は、ＢＩＴＳテーブル５２及びＶＡＬＵＥテーブル５４
から、情報を取出し、符号化テーブル５６及び符号長テ
ーブル５８を作成する。ＢＩＴＳテーブル及びＶＡＬＵ
Ｅテーブルの例は図１４に示されている。又、符号化テ
ーブル及び符号長テーブルの例は図８あるいは図１２に
示されている。符号長テーブルは、あるアドレスＳＳＳ
Ｓに対する符号語の有効長さを表わすものである。

【００３６】符号化テーブルは出現頻度の高いアドレス
には短い符号を、出現頻度の低いアドレスには長い符号
を割当てて画像データの全体の情報量を削減するが、図
８あるいは図１２に示した例より明らかなように、符号
語が長いものほど上位ビット側に１が多く並んでいる。
ここで差分ＤＣ係数の符号化テーブル図８の符号語につ
いて、上位側に並んでいる１の個数と、それ以外のコー
ドというように分割すると、図１６のようになる。図
中、本発明の符号については１６進表示してあるが、本
実施例では符号を１の個数＋それ以外の符号と分けてい
るので、４ビット＋２ビット表示としてある。

【００３７】図１６において、従来の符号語の２進によ
る記述方式を上位側の１の個数＋それ以外の符号と書換
えると、例えば、ＳＳＳＳ＝０は符号語が００であるた
め、１の個数＝０＋それ以外の符号＝０となる。又、Ｓ
ＳＳＳ＝４は符号語が１０１であるため、１の個数＝１
＋それ以外の符号＝０１となる。このように、図１５
の、上位側の１の個数をカウントする１カウント器６０
により全ての符号語を上位側の１の個数６２及びそれ以
外の符号６４という記述に変え、符号長テーブルと共に
メモリ６６へ記憶する。ここで差分ＤＣ係数の符号で、
上位側に並んでいる１の個数は０〜９個であるため、実
際の記憶装置に記憶する場合に、上位側の１の個数を表
現するには、最低で４ビットの情報が必要である。つま
り、４ビットを使い、００００〜１００１と表わす訳で
ある。又、１以外の符号を表現するには、本実施例では
０〜１１を示せばいいので、２ビットが必要になる。つ
まり００〜１１と表現すればよい。

【００３８】前記のように、差分ＤＣ係数の符号化テー
ブルを表わすには、４ビット＋２ビットで、６ビットあ
れば、従来持っている情報を損なうことなく記憶するこ
とが可能となる。この変換を行う前は１つの符号につき
９ビット以上必要だったので、符号１語につき３ビット
分のメモリ量が削減できる。従って、従来の３／９＝１
／３が削減できることになる。

【００３９】又、ＡＣ係数の符号化テーブル図１２も差
分ＤＣ係数の符号化テーブルと同様に記述方式を変える
と、図１７のようになる。図中の本実施例の符号は１６
進表示してあるが、ここでは４ビット＋２ビット＋４ビ
ットとしてある。

【００４０】ＡＣ係数の符号語において、上位側の１の
個数は０〜１５個であるため、その個数を表現するには
最低で４ビットの情報が必要である。即ち、００００〜
１１１１と表現する。又、１以外の符号を表現するに
は、０〜１１１１１１を表現できるだけのビット数が必
要である。このときの最大値１１１１１１はＮＮＮＮ／
ＳＳＳＳ＝９／３（１１１１１１１１１０１１１１１
１）のときである。よって、１以外の符号は６ビットを
使い、００００００〜１１１１１１と表わすことにな
る。このように本実施例によれば、ＡＣ係数の符号につ
いては、従来は１６ビット必要であったものが、上位側
の１の個数＋それ以外のコードというように変換し直す
ことにより、４ビット＋６ビットで１０ビットあればよ
い。ここでは、符号１語につき６ビットのメモリ量即
ち、従来の１／３以上が削減できる。

【００４１】本実施例では、上位側の１の個数をカウン
トする１カウント器６０により、下位側のその他の符号
に対し直接１６進数を対応させているが、この別の符号
を対応させる符号付与器を別に設けてもよい。

【００４２】以上のような符号化テーブル情報削減は、
符号化・復号化対象となる画像について、データがＹＵ
Ｖ表現であれば輝度成分と色差成分、ＲＧＢ表現であれ
ばＲ、Ｇ、Ｂ各成分毎に本発明の効果が有効になり、装
置全体として削減可能なメモリ量が非常に大きなものと
なるという効果を有する。

【００４３】なお、本発明は以上説明したような静止画
像のみでなく、動画像等あらゆる画像データの一意に復
号可能な符号化・復号化についても適用されることは明
らかである。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
画像データ圧縮伸張装置の符号化、復号化処理に必要な
符号化テーブル記憶装置おいて、符号テーブル情報を再
生した後に記憶するべきメモリ量を従来技術に比べ大幅
に削減することができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＪＰＥＧアルゴリズムのベースラインプロセス
を用いた画像データ符号化・復号化装置の構成を示すブ
ロック線図

【図２】従来の画像データ符号化・復号化装置に用いら
れる２次元画像のあるブロックのデータの一例を示す説
明図

【図３】従来の画像データ符号化・復号化装置から得ら
れるＤＣＴ変換後のＤＣＴ係数の１ブロックのデータの
例を示す説明図

【図４】従来の画像データ符号化・復号化装置に用いら
れる１ブロック分の量子化テーブルの例を示す説明図

【図５】同じく１ブロック分の量子化されたＤＣＴ係数
の例を示す説明図

【図６】従来の画像データ符号化・復号化装置のエント
ロピ符号化器にて用いられるＤＣ係数に拘る構成を示す
ブロック線図

【図７】同じく従来のエントロピ符号化器にて用いられ
る差分ＤＣ係数のグループ分けに関する部分を示す説明
図

【図８】同じく従来のエントロピ符号化器にて用いられ
る符号化テーブルの差分ＤＣ係数に関する部分を示す説
明図

【図９】同じく従来のエントロピ符号化器にて用いられ
るＡＣ係数に拘る構成を示すブロック線図

【図１０】同じく従来のエントロピ符号化器にて用いら
れるジクザクスキャンを示す線図

【図１１】同じく従来のエントロピ符号化器にて用いら
れるＡＣ係数のグループ分けに関する部分を示す説明図

【図１２】同じく従来のエントロピ符号化器にて用いて
られる符号化テーブルのＡＣ係数に関する部分を示す説
明図

【図１３】従来の画像データ符号化・復号化装置により
得られる符号データの例を示す説明図

【図１４】従来の画像データ符号化・復号化装置のエン
トロピ符号化において用いられる符号テーブルを生成す
るための情報の例を示す説明図

【図１５】本実施例による符号化テーブル情報記憶装置
の構成を示すブロック線図

【図１６】従来技術と、本発明が適用された差分ＤＣ係
数の符号の関係を示す説明図

【図１７】従来技術と、本発明が適用されたＡＣ係数の
符号の関係を示す説明図

【符号の説明】

５０…テーブル情報生成器 ５２…ＢＩＴＳテーブル ５４…ＶＡＬＵＥテーブル ５６…符号化テーブル ５８…符号長テーブル ６０…上位側の１の個数をカウントする１カウント器 ６２…上位側の１の個数 ６４…その他の符号 ６６…メモリ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】符号化・復号化に必要とされる符号化テー
   ブル情報を記憶する手段を内部に備えた画像符号化・復
   号化装置において、 符号化テーブル上の長さの異なる符号語について、 その上位側の１の個数をカウントする手段と、 それ以外の下位側の符号に別の符号を対応させる手段と
   を備え、 前記上位側の１の個数と、それ以外の下位側の符号に対
   する別の符号とを、合わせて記憶することを特徴とする
   画像符号化・復号化装置。
2. 【請求項２】符号化テーブルを生成するための符号化テ
   ーブル情報から符号化テーブルを生成し、記憶する符号
   化テーブル情報記憶装置において、 符号化テーブル上の長さの異なる符号語について、 その上位側の１の個数をカウントする手段と、 それ以外の下位側の符号に別の符号を対応させる手段と
   を備え、 前記上位側の１つの個数と、それ以外の下位側の符号に
   対する別の符号とを、合わせて記憶することを特徴とす
   る符号化テーブル情報記憶装置。