JPH07177507A - 画像データ圧縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像データ列のレベル変化状態に対応した適
応的なデータ圧縮を行い、画質の劣化がなく、高速処理
が可能な画像データ圧縮装置を提供する。 【構成】 ブロック化部1で画像データ列を８画素単位
でブロック化し、２ブロック検出部2で２ブロックずつ
検出し、予測値演算部6でその奇数番目のデータを用い
て偶数番目のデータ値を予測し、差分演算部7で前記予
測値と実際の偶数番目のデータレベルとの差ΔＤiを求
め、比較部8で|ΔＤi|と設定閾値Ｔhを比較する。前記
２ブロック分に関して全て|ΔＤi|≦Ｔhである場合に、
間引き制御部10の選択信号SCに基づいてデータ間引き部
3が偶数番目のデータを間引き、ブロック変更部4で８画
素ブロックに再構成した後にＤＣＴ部5で直交変換符号
化を行い、符号化データとブロック変更データを伝送路
へ出力する。

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圧縮装置に係
り、ディジタルビデオテープレコーダ(Ｄ-ＶＴＲ)や画
像データファイリングシステム等に適用され、画質を劣
化させずに効率的なデータ圧縮を行ってデータ伝送を高
速化するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、Ｄ-ＶＴＲ等のディジタル画
像データ伝送系においてはＪＰＥＧ(Joint Photographi
c Experts Group)方式に準じた画像データの圧縮・伸長
が行われている。この方式では、画面上の水平・垂直方
向に８×８画素の画像ブロックに分割し、切り出された
画像信号(輝度信号,色差信号)に対して２次元ＤＣＴ(Di
screte Cosine Transform)を行うことにより８×８ブロ
ックのＤＣＴ係数に変換し、そのＤＣＴ係数を量子化テ
ーブルを用いて量子化処理し、最後にハフマン符号化に
よって発生頻度の高い係数には短い符号を、低い係数に
は長い符号を割り当てることで画像データを圧縮してい
る。また、伸長段階では、逆ハフマン符号化→逆量子化
→逆２次元ＤＣＴが行われて画像が再生される。

【０００３】しかし、画像データの伝送系においてはデ
ータ処理や伝送速度の高速化が益々求められるようにな
り、ＤＣＴ等の直交変換符号化を行う前に、画質を劣化
させずに効率的なデータ圧縮を行うための各種方式が提
案されている。

【０００４】例えば、特開平1-98379号の「直交変換符号
化装置」では、画像データをｎ1×ｎ2の基本ブロックに
分割し、基本ブロック内の画像データを予測値との差分
データに変換し、一方、基本ブロックを複数個の縮退ブ
ロック(ｍ1×ｍ2；ｍ1≦ｎ1,ｍ2≦ｎ2)に変換する手段
を設けておき、前記の基本ブロックに係る差分画像デー
タ特徴量によって複数個の縮退ブロックの中から１つを
選択して基本ブロックを選択ブロックへ置換し、選択ブ
ロックについて直交変換符号化を行うと共に前記選択情
報を併せて伝送する方式を提案している。

【０００５】また、特開平4-229790号の「画像データの
伝送装置」では、画像データを水平方向及び垂直方向に
それぞれ複数の画像データからなる基本ブロックに分割
し、各ブロックデータの水平方向及び垂直方向の相関を
検出し、一方、前記の相関関係に対応させて予め複数の
間引きパターンを用意しておき、検出された相関信号に
基づいて選択された間引きパターンに基づいて各ブロッ
クデータのサブサンプリング(間引き)を行うと共に間引
きパターンの選択情報を併せて伝送する方式を提案して
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の各提
案内容によると、何れもその圧縮単位を２次元画像デー
タブロック(基本ブロック)として取扱い、またそのデー
タブロックに係る差分画像データ特徴量や水平・垂直相
関関係に基づいて縮退ブロックへの置換や間引きパター
ンの選択を行っている。そして、その場合の縮退ブロッ
クや間引きパターンとしては、差分画像データの特徴量
や水平・垂直相関関係に対応させて予め最適と考えられ
るものを用意しているが、当然に縮退ブロックや間引き
パターンの数には制限があり、一定の範囲内での特徴量
や相関関係に１個の縮退ブロックや間引きパターンが対
応せしめられることになる。

【０００７】一方、伸長再生側では、縮退ブロックや間
引きパターンの選択情報に基づいて圧縮画像の再生を行
う。その場合、前記のように特徴量や相関関係が一定の
範囲を有するにも関わらず予め定型的に用意された対応
ブロックや対応パターンを一義的に再生データとして復
元させることになるため、忠実なデータ再生が行われず
に画質の劣化を招く場合がある。逆に、忠実なデータ再
生を可能にするには、データ圧縮側で特徴量や相関関係
を細分化することが必要になり、それに対応して縮退ブ
ロックや間引きパターンを多く用意しておかねばならな
い。尚、基本ブロックのサイズを小さくすることで、縮
退ブロックや間引きパターンの数を減らすことができる
が、２次元画像データブロックに対する特徴量や相関関
係の抽出回数が多くなり、結果的に処理時間が長くなっ
て高速伝送という目的に反する。

【０００８】そこで、本発明は、前記の問題点に鑑み
て、高速処理による効率的なデータ圧縮が可能であり、
伸長再生側においても画質を劣化させずに画像再生を行
うことができる画像データ圧縮装置を提供することを目
的として創作された。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、画面上で水平
走査方向又は／及び垂直走査方向に連続する画像データ
列を複数個のデータ毎にブロック化するブロック化手段
と、前記ブロック化手段から得られるデータ列ブロック
を２ブロック分ずつ検出する２ブロック検出手段と、前
記２ブロック検出手段が検出した２ブロックデータ列に
おける奇数番目又は偶数番目のデータに基づいてそれら
の各データ間のデータ値を予測する予測値演算手段と、
前記予測値演算手段が求めた予測値とその予測箇所に対
応する前記２ブロックデータ列のデータとの差を求める
差分演算手段と、前記差分演算手段が求めた差が全て所
定範囲内である場合に圧縮選択信号を出力する圧縮選択
手段と、前記圧縮選択信号に基づいて前記２ブロック分
データ列における差分演算対象となったデータを間引く
データ間引き手段と、前記圧縮選択信号に基づいて前記
データ間引き手段で間引かれた後のデータ列を新たなデ
ータ列ブロックとして再構成すると共にブロック再構成
信号を出力するブロック変更手段と、前記ブロック変更
手段が再構成したデータ列ブロックを含む画像データに
ついて直交変換符号化を実行する符号化手段を具備し、
前記符号化手段による符号化データと前記ブロック変更
手段のブロック再構成信号を伝送することを特徴とした
画像データ圧縮装置に係る。

【００１０】

【作用】本発明においては、画面上で１次元的に連続す
る画像データ列をブロック化の対象とし、且つブロック
化された後の２ブロック分のデータ列を対象として圧縮
するか否かを選択する。

【００１１】その選択の手法は、先ず、２ブロックデー
タ列の１個置きのデータ(奇数番目又は偶数番目)を用い
てその各データの間の予測値を求め、その予測値に対応
する位置の実際のデータと比較して差を求め、２ブロッ
クデータ列に関してその差が全て所定範囲内にある場合
に圧縮対象とし、それ以外の場合は圧縮対象としない。
即ち、前記の差分が所定範囲内にある場合は、２ブロッ
クデータ列内でのデータレベルの変化が小さいとみな
せ、前記の予測値で置換し得るデータ列と判定できる。

【００１２】そこで、予測値に対応する位置の実際のデ
ータを間引いて２ブロックデータ列のデータ量を半分に
圧縮し、そのデータ列を１ブロックとして再構成する。
そして、再構成されたデータ列ブロックを含む画像デー
タについて直交変換符号化を実行するが、伸長再生側に
対して圧縮対象となったデータ列ブロックの位置を通知
するために、直交変換符号化後のデータと共にブロック
再構成信号を伝送しておく。

【００１３】従って、伸長再生側では、逆符号変換後の
データを再生させる際に、ブロック再構成信号に対応し
たデータ列ブロックに関して、圧縮側で間引かれたデー
タを前記の予測値演算アルゴリズムを用いて算出した予
測値として再生でき、それを補完すれば忠実な画像デー
タの再生が可能になる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の画像データ圧縮装置に係る実
施例を図面を用いて詳細に説明する。先ず、図１は輝度
データや色差データを圧縮処理する画像データ圧縮装置
のシステムブロック回路図を示す。同図において、1は
入力される画像データを８画素単位でブロック化するブ
ロック化部、2はブロック化部1でブロック化されたデー
タを２ブロック分ずつラッチする２ブロック検出部、3
は２ブロック検出部2でラッチされた２ブロックデータ
を対象として所定の条件下にデータの間引き処理を実行
するデータ間引き部、4はデータ間引き部で間引き処理
が行われた場合にその間引き後のデータを１ブロック
(８画素分)に再構成するブロック変更部、5はブロック
変更部4から得られるデータに対して２次元ＤＣＴを実
行してデータの符号化を実行するＤＣＴ部であり、前記
のデータ間引き部3で間引き処理を実行するか否かは別
途に構成されている予測値演算部6と差分演算部7と比較
部8と設定値記憶部9と間引き選択部10によって判断され
る。

【００１５】次に、この実施例装置の間引き実行判断を
主としたデータ処理動作を図２及び図３を参照しながら
説明する。先ず、画像メモリ(図示せず)から水平走査順
序で読出された画像データがブロック化部1へ入力さ
れ、ブロック化部1では前記のように８画素分毎にブロ
ック化する。即ち、図２に示すように、各画素データが
水平走査順に入力された場合に、各画素のデータレベル
を[a1〜a8],[b1〜b8],[c1〜c8],[d1〜d8],…のようにブ
ロック化し、８画素単位の水平データブロック[A],[B],
[C],[D],…を構成する。また、次段の２ブロック検出部
2では、前記にブロック化された水平データブロック
[A],[B],[C],[D],…を[A・B],[B・C],[C・D],…のように順
次２ブロック(１６画素)単位でラッチする。

【００１６】そして、２ブロック検出部2で２ブロック
データがラッチされる度に、予測値演算部6がラッチさ
れたデータにおける奇数番目のデータを検出し、隣接し
た２つの奇数番目のデータのレベル平均値を演算し、そ
の各レベル平均値を順次差分演算部7へ出力する。即
ち、２ブロックデータ[A・B]については1/2・(a1+a3),1/2
・(a3+a5),1/2・(a5+a7),…,1/2・(b5+b7)を求め、２ブロ
ックデータ[B・C]については1/2・(b1+b3),1/2・(b3+b5),1
/2・(b5+b7),…,1/2・(c5+c7)を求めるというように、奇
数番目のデータレベルに基づいて偶数番目のデータの予
測値を演算して差分演算部7へ出力させる。尚、その場
合に、各２ブロックデータの最後の偶数番目のデータb
8,c8,…に相当する予測値が求まらないことになるが、
平均値演算が可能な７個の予測値だけを用いることとし
てもよく、また必要であれば次のブロックデータの先頭
画素データを用いて求めるようにしてもよい。

【００１７】一方、差分演算部7では前記の各予測値を
受ける度に、２ブロックデータにおけるその予測対象位
置に対応した偶数番目のデータを検出し、各予測値とそ
の偶数番目のデータレベルとの差を求めてその差分デー
タΔＤiを比較部8へ出力する。従って、各２ブロックデ
ータについてそれぞれ７個(又は８個)の差分データΔＤ
iが求められて比較部8へ出力される。

【００１８】次に、比較部8では差分演算部7から受けた
各差分データの絶対値|ΔＤi|と設定値記憶部9の閾値Ｔ
hを比較し、その比較結果を間引き選択部10へ出力させ
る。また、間引き選択部10では、前記の比較結果がその
時点で検出対象となっている２ブロックデータについて
全て|ΔＤi|≦Ｔhになっている場合に、その２ブロック
データを間引き対象とみなし、データ間引き部3へ間引
き選択信号SCを出力する。

【００１９】そして、データ間引き部3は、前記の間引
き選択信号SCを受けた場合には、直ちに検出対象となっ
ている２ブロックデータの偶数番目のデータを間引いて
１６画素データ列を８画素データ列に圧縮し、そのデー
タ列をブロック変更部4へ出力させる。一方、間引き選
択信号SCを受けなかった場合には、２ブロックデータの
内の先に入力された水平データブロック(８画素分)だけ
をそのままブロック変更部4へ転送させ、転送されなか
った水平データブロックとその次の水平データブロック
が２ブロックデータとして上記の処理対象となる。

【００２０】ここで、各２ブロックデータに対して前記
の間引きを行うか否かの選択理由について説明する。先
ず、２ブロックデータについて全て|ΔＤi|≦Ｔhの条件
が成立している場合に間引き圧縮を実行し得るのは、そ
の条件が１６画素データのレベル変化が緩やかであって
偶数番目のデータを前後の奇数番目のデータの平均値で
置換しても実際の偶数番目のデータと大きな相違が発生
しないことを意味し、そのアルゴリズムで間引き圧縮を
行った事実を伸長再生側へ通知しておけば、偶数番目の
データを前記の平均値で補完することにより忠実なデー
タの再生が可能になるからである。逆に、２ブロックデ
ータの内に１つでも|ΔＤi|＞Ｔhとなるデータが存在し
た場合には、１６画素データのレベル変化が大きく、前
記の平均値が実際の偶数番目のデータと大きな差異を有
していることが予想されるため、間引き圧縮を行わずに
水平データブロック(８画素)単位でそのまま転送させる
ようにしている。

【００２１】具体例を図２の画像データ列についてみる
と、水平データブロックAとBからなる２ブロックデータ
[A,B]については、水平データブロックAにおける画素デ
ータレベルa1〜a8が大きく変化しているために|ΔＤi|
＞Ｔhとなるデータが存在し、その２ブロックデータ[A,
B]は間引き圧縮の対象とならない。しかし、次の２ブロ
ックデータ[B,C]においては、その１６画素のデータレ
ベルb1〜c8が緩やかな変化状態にあり、その２ブロック
データ[B,C]間で全て|ΔＤi|≦Ｔhの条件が成立するこ
とから間引き圧縮の対象とされる。即ち、ブロック変更
部4へ転送される画像データ列は、図３に示すように、
そのままの水平データブロックAと水平データブロックB
とCにおける偶数番目の画素データが間引かれた圧縮デ
ータとなり、それ以降の画像データ列に関しても同様の
アルゴリズムで選択的な間引き圧縮がなされてブロック
変更部4へ順次転送される。

【００２２】そして、ブロック変更部4へは前記の処理
で間引き圧縮されたデータ列と元のままのデータ列がラ
ンダムに入力されるが、間引き圧縮の対象になった２ブ
ロックデータに関しては間引き選択部10からの間引き選
択信号SCに基づいてそのデータ列を１ブロックデータと
するブロック変更を行い、間引き対象にならなかったデ
ータは間引き選択信号SCを受けないためにそのままの１
ブロックデータとして処理する。

【００２３】ここで、以上に説明した間引き圧縮及びブ
ロック変更を２次元的な画像データ列に対する処理とし
てみた場合には次のようになる。先ず、図４は入力され
た元の画像データ列で構成された画面の内容を示し、水
平・垂直走査方向に各画素がマトリックス状に整列して
おり、その各画素のデータレベルが各マス内に表されて
いる。ここで、図４における実線で囲んだ領域の画素デ
ータレベルの変化が緩やかであり、それ以外の領域の画
素データレベルの変化が大きかった場合には、同図にお
いて下線を施した画素が間引きの対象になり、実線で囲
まれた領域の画素データが水平走査方向について1/2に
圧縮される。その結果、２次元画像データ全体の構成は
図５に示すような態様となり、同図で下線を施した部分
が圧縮されたブロックデータに相当する。また、その場
合におけるブロック変更後のブロック構成は、間引き圧
縮後の画像データ列を水平走査方向について８画素分ず
つのデータブロックに区分した態様となる。

【００２４】そして、ブロック変更部4を経た各ブロッ
クデータはＤＣＴ部5へ転送され、ＤＣＴ部5において２
次元ＤＣＴが施されて、その符号化データが伝送路へ出
力される。即ち、図５の例でみれば、水平走査方向の８
画素分ずつのデータブロックを垂直走査方向に関して８
行分とった８×８画像ブロックを対象として２次元ＤＣ
Ｔを実行することによりＤＣＴ符号化データを作成す
る。また、間引き圧縮がなされたブロックデータに係る
ＤＣＴ符号化データに対しては、ブロック変更を行った
際にブロック変更部4が作成するブロック変更データBC
を付加して伝送する。

【００２５】以上の結果、簡単な演算による高速処理で
適応的なデータ圧縮が可能になり、画像におけるデータ
レベルの変化が少ない領域(高周波成分が少ない領域)の
画像データが大幅に圧縮され、データ伝送時間を短縮さ
せることができる。一方、伝送路を介して画像データを
受けた伸長再生部では、逆ＤＣＴを行った後、付加され
たブロック変更データBCを検出した場合にそのブロック
データにおいて隣接した画素データ(奇数番目の画素デ
ータ)の平均値を求め、その各平均値で偶数番目の画素
データを補完して画像データ列の再生を行うが、データ
圧縮装置側と同様に簡単な演算で高速再生が可能であ
り、また補完した偶数番目の画素データと実際のデータ
の誤差は圧縮側で設定されている閾値Ｔhの範囲内に留
まり、画質の劣化を招かない忠実な画像再生が可能にな
る。

【００２６】尚、本実施例では、偶数番目の画素データ
を間引いているが、偶数番目の隣接した画素データの平
均値を求めて奇数番目の画素データを間引くようにして
もよく、また予測値演算部3では隣接した奇数番目の画
素データに係る平均値演算で偶数番目の画素データの予
測値を求めているが、ディジタルフィルタを用いて多数
個の奇数番目の画素データから高精度な予測値を求める
ようにしてもよい。更に、本実施例では、水平走査方向
に係る画像データ列の圧縮について説明したが、垂直走
査方向の画像データ列に関しても同様のアルゴリズムで
データ圧縮が可能であり、それら両方向のデータ圧縮を
併用することにより、更に大きな圧縮率で伝送データ量
を減少させることができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の画像データ圧縮装置は、以上の
構成を有していることにより、次のような効果を奏す
る。画面上で水平走査方向又は／及び垂直走査方向に連
続する画像データ列をブロック化し、その２ブロックデ
ータの画素データのレベル変化が小さいことを確認した
上で１個置きのデータ間引き処理を行い、ブロックを再
構成して直交変換符号化を実行するため、画像データの
内容に応じた適応的な高能率データ圧縮が可能になると
共に伸長再生側では間引かれた画素データを高い精度で
再生でき、画質の劣化を防止しながらデータ伝送時間の
大幅な短縮を実現する。また、ブロック化された１次元
画像データ列に対する一律なアルゴリズムでレベル変化
の確認や間引き処理の選択を実行するため、メモリ等の
ハードウェア規模を極めて小さくできるという利点も有
している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した画像データ圧縮装置のシステ
ムブロック回路図である。

【図２】入力画像データ列の各画素データレベルを示す
グラフである。

【図３】入力画像データ列における２ブロックデータ
[B,C]で偶数番目の画素データが間引かれた状態を示す
グラフである。

【図４】入力画像データで構成された画面の内容を各画
素レベルデータで示した図である。

【図５】データ圧縮後の画像データ列をブロック変更
し、２次元ＤＣＴの対象となる８×８画像ブロックに区
分した図である。

【符号の説明】

1…ブロック化部(ブロック化手段)、2…２ブロック検出
部(２ブロック検出手段)、3…データ間引き部(データ間
引き手段)、4…ブロック変更部(ブロック変更手段)、5
…ＤＣＴ部(符号化手段)、6…予測値演算部(予測値演算
手段)、7…差分演算部(差分演算手段)、8…比較部(圧縮
選択手段)、9…設定値記憶部(圧縮選択手段)、10…間引
き選択部(圧縮選択手段)、aj,aij,bj,bij,cj,cij,dj,di
j…画素データレベル、BC…ブロック変更データ、SC…
間引き選択信号、ΔＤi…差分データ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画面上で水平走査方向又は／及び垂直走
   査方向に連続する画像データ列を複数個のデータ毎にブ
   ロック化するブロック化手段と、前記ブロック化手段か
   ら得られるデータ列ブロックを２ブロック分ずつ検出す
   る２ブロック検出手段と、前記２ブロック検出手段が検
   出した２ブロックデータ列における奇数番目又は偶数番
   目のデータに基づいてそれらの各データ間のデータ値を
   予測する予測値演算手段と、前記予測値演算手段が求め
   た予測値とその予測箇所に対応する前記２ブロックデー
   タ列のデータとの差を求める差分演算手段と、前記差分
   演算手段が求めた差が全て所定範囲内である場合に圧縮
   選択信号を出力する圧縮選択手段と、前記圧縮選択信号
   に基づいて前記２ブロック分データ列における差分演算
   対象となったデータを間引くデータ間引き手段と、前記
   圧縮選択信号に基づいて前記データ間引き手段で間引か
   れた後のデータ列を新たなデータ列ブロックとして再構
   成すると共にブロック再構成信号を出力するブロック変
   更手段と、前記ブロック変更手段が再構成したデータ列
   ブロックを含む画像データについて直交変換符号化を実
   行する符号化手段を具備し、前記符号化手段による符号
   化データと前記ブロック変更手段のブロック再構成信号
   を伝送することを特徴とした画像データ圧縮装置。