JPH0818968A - 画像データ符号化／復号化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡易な手法で圧縮率の増大に伴うブロック歪み
を低減すると共に演算量を飛躍的に低減することができ
る画像データ符号化方法の提供にある。 【構成】原画像から切り出されたｎ×ｎ画素ブロック画
像を、２次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１で、水平方向１次元Ｄ
ＣＴ変換（Ｓ１１）、垂直方向１次元ＤＣＴ変換（Ｓ１
２）を施し、これによって得られた直流成分及び交流成
分の変換係数のうち、直流成分補正過程Ｓ２で、色変更
がある場合には直流成分の係数を補正した後、交流成分
の変換係数と共に量子化過程Ｓ３で量子化し、符号化過
程Ｓ４で可変長符号化する。このとき、少なくとも符号
化過程Ｓ４で直流成分の変換係数を含むｍ×ｍ（ｍ＜
ｎ）個の正方形ブロック内から予め決められたｋ（ｋ＜
ｍ）個の変換係数だけを選択して符号化することで演算
回数を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、送信側で入力画像を直
交変換した後、量子化、符号化して伝送し、受信側で復
号化、逆量子化、逆直交変換を施して画像を再生する画
像データ符号化／復号化技術に係り、特に、多値画像や
カラー画像を低コストかつ高速に蓄積、伝送可能な画像
データ符号化／復号化方法と画像データ符号化／復号化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビ電話、テレビ会議システム等のよ
うに符号レートが制限されているシステムや、パーソナ
ルコンピュータ等でＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録さ
れた画像の編集処理をソフトウェア処理によって実行す
るビデオシステムにあっては、数値データや文字データ
と比べて情報量が桁違いに大きい多値画像やカラー画像
のデータを低コストかつ高速に蓄積、伝送できるように
することが要求される。このような要求から、従来より
種々の画像データ圧縮化技術が提案されており、中でも
画像データ符号化による圧縮方法の開発が盛んに行われ
ている。

【０００３】画像データ符号化方法は、既に国際的に標
準化されつつある。特に、静止画符号化としてＩＳＯ
（International Organization for Standard ）１０９
１８−１に規定されるＪＰＥＧ（Joint Photographic E
xperts Group）DRAFT INTERNATIONAL STANDARD／ＣＣＩ
ＴＴ（The International Telegragh and Telephone Co
nsul）勧告Ｔ．８１、通信用符号化として規定されるＣ
ＣＩＴＴ勧告Ｈ．２６１、蓄積用符号化としてＩＳＯ・
ＣＤ−１３８１８に規定されるＭＰＥＧ（MovingPictur
e Experts Group）が国際標準として知られている。

【０００４】これらはいずれも直交変換の一種である２
次元の離散コサイン変換（DiscreteCosine Transform
、以下、略してＤＣＴと称する）を用いた符号化方法
を規定している。上記２次元ＤＣＴは (1)式によって定
義される。尚、２次元逆ＤＣＴは (2)式によって定義さ
れる。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここで、２次元ＤＣＴは離散的であるが、
１次元のＤＣＴを水平、垂直方向に分離して実行可能で
ある。そこで、一般には、図９（ａ）に示すように水平
方向の一次元ＤＣＴをｎ（図ではｎ＝８）回繰り返し
て、図９（ｂ）に示す一次元ＤＣＴの変換係数を得た
後、図９（ｃ）に示すように垂直方向の一次元ＤＣＴを
ｎ回繰り返すことで、最終的に図９（ｄ）に示す二次元
ＤＣＴの変換係数を得ている。

【０００７】また、画像がカラーの場合、その色の調整
については、復号画像を表示する表示装置に備わってい
る輝度、色相、彩度等の調整機能を用いたり、復号化後
の画像に対して１画素毎に色変更を指定するデータを加
えることによって行っている。

【０００８】一方、ＤＣＴの演算量は一般に負荷が大き
いことが知られている。このため、従来より、William
B.Pennebaker，Joan L.Mitchell 共著「ＪＰＥＧ−STIL
L IMAGE DATA COMPRESSION STANDARD 」（p.39-64 Van
Nostrand Reinhold 出版 1993 ）に見られるような各種
のＤＣＴ高速化方法が提案されている。

【０００９】しかしながら、上記のようにＤＣＴを使っ
た従来の画像データ符号化方法及びこの方法を用いた画
像データ符号化装置では、圧縮率を上げていくと、ＤＣ
Ｔの処理対象となっているブロック内で画素間の相関が
高まるため、階調変化の緩やかな領域でブロックの境界
が見える「ブロック歪み」と呼ばれる画質の劣化が発生
するという問題を有している。

【００１０】また、昨今提案されているＤＣＴの高速化
手法を使用した場合でも、わずか８×８画素のブロック
のＤＣＴを実行するには少なくとも４００回以上の乗
算、加減算が必要となるため、実際の応用製品、装置に
はＤＣＴ用のハードウェア（ＬＳＩ化されたチップ等）
が使われており、これがコスト増の要因になっている。

【００１１】さらに、圧縮率を上げていった場合に、有
効な係数が少ない場合には、圧縮データを占めるゼロラ
ンレングスコード、ＥＯＢ（End Of BLock）コードの比
率が相対的に上昇してしまい、これが符号化効率を妨げ
る要因となっている。

【００１２】カラー画像の場合、従来の色調整方法で
は、表示装置にコスト上昇をもたらし、特に１画素毎に
色変更を加える場合には大幅な演算量の増大を招いてい
る。尚、ＪＰＥＧのプログレッシブモードのスペクトラ
ルセレクション（SpectralSelection）「Information t
echnology - Digital compression and coding ofconti
nuous-tone still images - 」（DRAFT INTERNATIONAL
STANDARD ISO/IECDIS 10918-1のAnnex G ）には、予め
決められた周波数帯ごとに符号化していくＤＣＴ方法が
規定されている。

【００１３】しかしながら、この方法はスペクトラルセ
レクションが全ての有効な周波数成分を符号化すること
を前提とし、これによって通信等でのオペレータの心理
的負担を軽減することを目的とするものであって、ＤＣ
Ｔの演算量の低減及び画質の改善を目的としたものでは
ない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、画
像データの圧縮に用いる従来のＤＣＴによる画像データ
符号化／復号化方法及びこの方法に基づく画像データ符
号化／復号化装置では、圧縮率の増大に伴ってブロック
歪みが発生するという問題、従来の高速化方法を持って
しても演算量が膨大なためＤＣＴ専用のハードウェアが
必要となり、コスト増を免れないという問題、有効な変
換係数が少ない場合に符号化効率が低いという問題、カ
ラー画像の場合に色調整情報の付加が多大な演算量の増
大を招くという問題を有している。

【００１５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、簡易な手法で圧縮率の増大に伴うブロック
歪みを低減すると共に演算量を飛躍的に低減することが
でき、コスト増を最小限に抑えて、有効な変換係数が少
ない場合でも符号化効率が高く、カラー画像の場合で
も、少ない演算量で色調整が可能な画像データ符号化／
復号化方法及びこの方法を用いた画像データ符号化／復
号化装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る画像データ符号化方法は、原画像を一辺
がｎ（但しｎは８以上の整数）画素の正方形ブロックに
分割したブロック画像を順次入力し、ブロック内のｎ×
ｎ個の画素の階調値に２次元直交変換を施して、各ブロ
ック画像の直流成分とそれに続く低周波成分からなる交
流成分の変換係数を求める変換係数演算過程と、この過
程で得られる各ブロック画像の変換係数を量子化する量
子化過程と、この過程で量子化された変換係数を符号化
する符号化過程とを備え、一辺がｍ個（但しｍは１以上
（ｎ＋１）／２以下の整数）の直流成分の変換係数を含
む正方形ブロック内の予め決められたｋ個（但しｋは１
以上ｍ×ｍ以下の整数）の変換係数だけを選択して量子
化、符号化する、あるいは２次元直交変換して求めるよ
うにしたことを特徴とする。

【００１７】また、本発明に係る画像データ復号化方法
は、原画像を一辺がｎ（但しｎは８以上の整数）画素の
正方形ブロックに分割した各ブロック画像について２次
元直交変換、量子化、符号化を施して得られる符号化デ
ータのうち、一辺がｍ個（但しｍは１以上（ｎ＋１）／
２以下の整数）の直流成分の変換係数を含む正方形ブロ
ック内の予め決められたｋ個（但しｋは１以上ｍ×ｍ以
下の整数、ｍは１以上（ｎ＋１）／２以下の整数）の符
号化データを順次入力して復号化する復号化過程と、こ
の過程で得られるｋ個の復号化データを逆量子化する逆
量子化過程と、この過程で得られるｋ個の逆量子化デー
タについて逆２次元直交変換を施して原画像を再生する
画像再生過程とを具備することを特徴とする。

【００１８】一方、本発明に係る画像データ符号化装置
は、原画像を一辺がｎ（但しｎは８以上の整数）画素の
正方形ブロックに分割したブロック画像を順次入力し、
ブロック内のｎ×ｎ個の画素の階調値に２次元直交変換
を施して、各ブロック画像の直流成分とそれに続く低周
波成分からなる交流成分の変換係数を求める変換係数演
算部と、この演算部で得られる各ブロック画像の変換係
数を量子化する量子化部と、この量子化部で量子化され
た変換係数を符号化する符号化部とを備え、一辺がｍ個
（但しｍは１以上（ｎ＋１）／２以下の整数）の直流成
分の変換係数を含む正方形ブロック内の予め決められた
ｋ個（但しｋは１以上ｍ×ｍ以下の整数）の変換係数だ
けを選択して量子化、符号化する、あるいは２次元直交
変換して求めるようにしたことを特徴とする。

【００１９】また、本発明に係る画像データ復号化装置
は、原画像を一辺がｎ（但しｎは８以上の整数）画素の
正方形ブロックに分割した各ブロック画像について２次
元直交変換、量子化、符号化を施して得られる符号化デ
ータのうち、一辺がｍ個（但しｍは１以上（ｎ＋１）／
２以下の整数）の直流成分の変換係数を含む正方形ブロ
ック内の予め決められたｋ個（但しｋは１以上ｍ×ｍ以
下の整数、ｍは１以上（ｎ＋１）／２以下の整数）の符
号化データを順次入力して復号化する復号化部と、この
復号化部で得られるｋ個の復号化データを逆量子化する
逆量子化部と、この逆量子化部で得られるｋ個の逆量子
化データについて逆２次元直交変換を施して原画像を再
生する画像再生部とを具備することを特徴とする。

【００２０】

【作用】上記画像データ符号化方法／装置では、原画像
を一辺がｎ（但しｎは８以上の整数）画素の正方形ブロ
ックに分割したブロック画像について、ブロック内のｎ
×ｎ個の画素の階調値に２次元直交変換を施して、各ブ
ロック画像の直流成分とそれに続く低周波成分からなる
交流成分の変換係数を求め、これによって得られる各ブ
ロック画像の変換係数を量子化し、量子化された変換係
数のうち、一辺がｍ個（但しｍは１以上（ｎ＋１）／２
以下の整数）の直流成分の変換係数を含む正方形ブロッ
ク内の予め決められたｋ個（但しｋは１以上ｍ×ｍ以下
の整数）の変換係数だけを選択して量子化、符号化す
る、あるいは２次元直交変換して求めるようにしてい
る。

【００２１】また、本発明に係る画像データ復号化方法
／装置では、上記画像データ符号化方法／装置で作成さ
れた符号化データを順次入力して復号化し、これによっ
て得られるｋ個の復号化データを逆量子化し、このｋ個
の逆量子化データについて逆２次元直交変換を施すこと
で原画像を再生するようにしている。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図１は本発明に係る画像データ符号
化方法の基本的な処理の流れを示すもので、ここではｎ
＝８として、原画像を８×８画素の正方形ブロックに分
割した場合を想定し、さらにｍ＝４として、直流成分を
含む予め決められた求める変換係数を４×４画素からな
る正方形ブロックから取り出す場合を想定している。

【００２３】まず最初に、原画像から切り出された８×
８画素からなるブロック画像は、２次元ＤＣＴ変換過程
Ｓ１において、水平方向１次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１１で
水平方向の１次元ＤＣＴ変換が施された後、垂直方向１
次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１２で垂直方向の１次元ＤＣＴ変
換が施されて、１個の直流成分（ＤＣ）の係数（ブロッ
ク画像の画素平均値）と８×８−１＝６３個の交流成分
（ＡＣ）の係数に変換される。

【００２４】次に、２次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１によって
得られた直流成分の変換係数については、直流成分補正
過程Ｓ２にて、色変更がある場合には予め求められた変
換テーブルあるいは変換用関数に基づいて直流成分の係
数補正が行われる。

【００２５】直流成分補正過程Ｓ２を経た直流成分の変
換係数及び２次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１で得られた交流成
分の変換係数は量子化過程Ｓ３で量子化され、最後に符
号化過程Ｓ４で可変長符号化が施される。

【００２６】上記のような処理過程を備える画像データ
符号化方法について、さらに具体的に説明する。まず、
２次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１の水平方向１次元ＤＣＴ変換
過程Ｓ１１では、８×８画素からなるブロック画像につ
いて、図２（ａ）に示すように水平方向の１次元ＤＣＴ
を８回繰り返す。これによって、図２（ｂ）に示すよう
に、８水平ラインの直流成分の係数ＤＣ及びそれに続く
交流成分の係数ＡＣ１〜ＡＣ７からなる水平方向の１次
元ＤＣＴ変換係数によるブロック画像が求まる。

【００２７】次に、垂直方向１次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１
２では、Ｓ１１で求めたブロック画像について、図２
（ｃ）に示すように垂直方向の１次元ＤＣＴを８回繰り
返す。これによって、図２（ｄ）に示すように、全画素
の直流成分の係数ＤＣと水平、垂直方向に続く交流成分
ＡＣ０１〜ＡＣ７７からなる２次元ＤＣＴ変換係数によ
るブロック画像が求まる。

【００２８】このようにして求められたブロック画像
は、直流成分補正過程Ｓ２で適宜直流成分の係数補正が
施された後、量子化過程Ｓ３で各変換係数が量子化さ
れ、符号化過程Ｓ４で可変長符号化される。

【００２９】ここで、従来の画像データ符号化方法で再
生画像にブロック歪みの領域が発生するのは、ブロック
内の画素値が比較的緩やかに変化している場合に低周波
成分が量子化によって失われたためと考えられる。

【００３０】そこで、本発明では、ブロック内の画素値
が比較的緩やかに変化している場合、その画像領域で低
周波成分が失われないような値で量子化を行い、かつ符
号化する係数の数を減らすことによって従来の画像デー
タ符号化方法と同等の圧縮率を達成する。勿論、この処
理により高周波成分の損失による画質劣化が発生する
が、人間の視覚特性が低周波成分に大きく依存している
ことを考えれば、ブロック歪みを取り除くことによる画
質の改善ははるかに価値の高いものである。

【００３１】まず、量子化過程Ｓ３で量子化された変換
係数のうち、直流成分の変換係数を含む４×４個の正方
形ブロック内から予め決められたｋ＝１０個の変換係数
だけを選択して符号化する。これにより、符号化演算回
数を低減することができる。このとき、選択する変換係
数は直流成分の変換係数１個とそれに続く低周波成分９
個とする。

【００３２】例えば、２次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１で図３
（ａ）に示すような２次元ＤＣＴ変換結果が得られた場
合、量子化過程Ｓ３では図３（ｂ）に示すように全ての
係数を量子化するが、符号化過程Ｓ４では図３（ｃ）中
網点で示す部分の係数のみ符号化する。尚、図３におい
て、×は０でない係数を示している。

【００３３】また、量子化過程Ｓ３の段階で、２次元Ｄ
ＣＴ変換結果から直流成分の変換係数を含む４×４個の
正方形ブロック内の予め決められたｋ＝１０個の変換係
数だけを選択して量子化し、その量子化された係数のみ
符号化処理すれば、量子化、符号化の演算回数を共に低
減することができる。この場合も、選択する変換係数は
直流成分の変換係数１個とそれに続く低周波成分９個と
する。

【００３４】例えば、２次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１で図４
（ａ）に示すような２次元ＤＣＴ変換結果が得られた場
合、量子化過程Ｓ３、符号化過程Ｓ４では、それぞれ図
４（ｂ），（ｃ）に示すように、図中網点で示す部分の
係数のみ量子化、符号化を行う。尚、図４においても、
×は０でない係数を示している。

【００３５】さらに、２次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１の段階
で、直流成分の変換係数を含む４×４個の正方形ブロッ
ク内の予め決められたｋ＝１０個の変換係数だけが求ま
るように２次元ＤＣＴ変換し、その変換係数ブロック画
像を量子化し、符号化処理すれば、２次元ＤＣＴ変換、
量子化、符号化の各演算回数を全て低減することができ
る。この場合も、選択する変換係数は直流成分の変換係
数１個とそれに続く低周波成分９個とする。

【００３６】例えば、２次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１で、図
５（ａ）に示すように図中網点で示す部分の係数のみを
求め、量子化過程Ｓ３、符号化過程Ｓ４で、それぞれ図
５（ｂ），（ｃ）に示すように、図中網点で示す部分の
係数のみ量子化、符号化を行う。尚、図５においても、
×は０でない係数を示している。

【００３７】また、２次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１の段階
で、直流成分の変換係数を含む４×４個の正方形ブロッ
ク内の予め決められたｋ＝１０個の変換係数だけが求ま
るように２次元ＤＣＴ変換した後、その変換係数ブロッ
ク画像のうちのｐ＝６個のみを量子化し、符号化処理す
るようにすれば、量子化、符号化の各演算回数をさらに
低減することができる。

【００３８】例えば、２次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１で、図
６（ａ）に示すように図中網点で示す部分の係数のみを
求め、量子化過程Ｓ３、符号化過程Ｓ４で、それぞれ図
６（ｂ），（ｃ）に示すように、図中網点で示す部分の
係数のみ量子化、符号化を行う。尚、図６においても、
×は０でない係数を示している。

【００３９】ここで、上記２次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１の
段階で変換係数の個数を制限する場合、図７に示すよう
な演算方法をとれば、効率良く所望の変換係数を求める
ことができる。

【００４０】まず、水平方向１次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１
１で、８×８画素からなるブロック画像について、図７
（ａ）に示すように水平方向の１次元ＤＣＴを８回繰り
返す。このとき、図７（ｂ）に示すように、８水平ライ
ンの直流成分の係数ＤＣ及びそれに続く３個の低周波成
分の係数ＡＣ１〜ＡＣ３からなる水平方向の１次元ＤＣ
Ｔ変換係数によるブロック画像を求める。

【００４１】次に、垂直方向１次元ＤＣＴ変換過程Ｓ１
２で、Ｓ１１で求めたブロック画像について、図７
（ｃ）に示すように垂直方向の１次元ＤＣＴを４回繰り
返す。このとき、図７（ｄ）に示すように、全画素の直
流成分の係数ＤＣと水平、垂直方向に続く３個の低周波
成分ＡＣ０１〜ＡＣ３３からなる２次元ＤＣＴ変換係数
によるブロック画像を求める。このようにして得られた
４×４個の変換係数のうち、予め決められたｋ＝１０個
の変換係数だけを選択的に導出する。

【００４２】このような演算方法をとれば、図７を図２
と比較することで明らかなように、最終的に得られる１
０個の符号化データを劣化させることなく、ＤＣＴ変換
の演算回数を大幅に低減することができる。

【００４３】ところで、２次元ＤＣＴ変換係数のうち、
直流成分の係数ＤＣはそのブロック内の全ての画素値の
平均と考えられるので、直流成分の係数値を変更するだ
けで、そのブロック全体の輝度、色が変更可能である。

【００４４】したがって、直流成分補正過程Ｓ２におい
て、演算量のわずかな追加で、画像全体または特定のブ
ロックだけの直流成分の変更により、画像の一部の領域
の輝度、色変更が可能となる。特に画像がカラーで１つ
の輝度成分と２つの色差成分からなる場合は、輝度成分
の直流成分の変更は明るさの変化として反映される。

【００４５】このとき、２つの色差成分の直流成分をＣ
１，Ｃ２とすると、色相θ、彩度ｒはそれぞれ (3)式、
(4)式で定義することができ、色差成分の変更によっ
て、人間にとって理解が容易な色相、彩度による色変更
が可能となる。

【００４６】

【数２】

【００４７】符号化過程Ｓ４では、可変長符号化の一種
であるハフマンコード（Huffman code）を用いる。国際
標準との互換性を考慮しない場合には、さらに符号化効
率を高めることが可能である。

【００４８】本発明の画像データ符号化方法のように、
予めＤＣＴ変換を行って求める係数、量子化及び符号化
する係数が決まっている場合には、符号化を行わない係
数のゼロランレングス符号化、及びブロック内の有効係
数が途中で終了したことを示すＥＯＢコードを省くこと
によって、符号化効率を高めることができる。また、予
め決められた符号化する係数をその値がゼロであるかど
うかにかかわらず符号化することによって、ゼロランレ
ングスについては符号化しないようにすることにより、
さらに符号化効率を高めることが可能である。

【００４９】図８は本発明に係る画像データ符号化方法
を用いた符号化装置として動画像符号化装置の具体的な
構成を示すブロック回路図である。図８において、１は
ビデオ信号入力端子、２は差分画像を得るための差分処
理部、３は２次元離散コサイン変換を行うＤＣＴ変換
部、４は量子化部、５は本発明の最終的な出力である可
変長符号化処理を行う符号化部、６は可変長符号と画像
データに関する制御情報等との多重化出力を行うビデオ
信号マルチプレクサ（ＭＰＸ）部である。

【００５０】また、７は差分画像処理用の逆量子化部、
８は２次元逆離散コサイン変換を行う逆ＤＣＴ変換部、
９は次回の差分処理のための画像を更新する画像加算処
理部、１０は９の処理で得られた画像を保持する差分画
像処理用メモリ、１１は全体の符号量、符号化方式等を
制御する符号化制御部である。１２はＤＣＴ変換部３で
得られる２次元ＤＣＴ変換係数のうちの直流成分の係数
を色変更に応じて変換する直流成分補正部である。

【００５１】この実施例では差分画像を用いず、入力画
像そのものを符号化するいわゆるフレーム内モードと、
直前の画像の復号化画像との差分を符号化するいわゆる
フレーム間モードを実現している。ここでは、フレーム
内符号化後、それに続く例えば１０フレームは差分画像
を符号化するフレーム間モードを採用し、それ以後はこ
の手順を繰り返すこととする。

【００５２】上記構成において、まずフレーム内モード
では、ビデオ信号入力端子１から入力される８×８画素
からなるブロックに分割された画像データは順次ＤＣＴ
変換部３で周波数成分の係数に変換され、色変更がある
場合は直流成分補正部１２で直流成分の係数が変更さ
れ、量子化部４で量子化された後、符号化部５で可変長
符号化される。可変長符号は符号化制御部１１からの出
力である量子化情報、フレーム内／フレーム間モードの
識別フラグ等の制御情報と共にビデオ信号マルチプレク
サ部６を介して出力される。

【００５３】また、量子化部４から出力される量子化係
数は同時に逆量子化部７へ送られ、逆量子化されてコサ
イン変換係数となる。このコサイン変換係数は逆ＤＣＴ
変換部８に送られ、ここで符号化された画像と同一の再
現画像のデータが得られる。この再現画像データは、フ
レーム内モードでは画像加算処理部９の処理は行わられ
ず、差分画像処理用メモリ１０に次回の差分処理用とし
て保存される。

【００５４】これに続くフレーム間モードでは、ビデオ
信号入力端子１から入力される８×８画素からなるブロ
ックに分割された画像データは、順次、差分処理部２で
メモリ１０からの前回の再現画像データと差分処理され
る。この差分データはＤＣＴ変換部３で周波数成分の係
数に変換され、量子化部４で量子化された後、符号化部
５で可変長符号化される。可変長符号は符号化制御部１
１からの出力である量子化情報、フレーム内／フレーム
間モードの識別フラグ等の制御情報と共にビデオ信号マ
ルチプロクサ部６を介して出力される。

【００５５】また、量子化部４から出力される量子化係
数は同時に逆量子化部７に送られ、そこで逆量子化され
たコサイン変換係数は逆ＤＣＴ変換部８に送られ、ここ
で符号化された差分画像と同一の再現差分画像のデータ
が得られる。この再現差分画像データは画像加算処理部
９で前回の差分処理に使われた差分画像データと加算
後、差分画像処理用メモリ１０に次回の差分処理用とし
て保存される。

【００５６】図９は図８に示した動画像符号化装置で生
成された符号化データから原画像を復号する動画像復号
化部の具体的な構成を示すブロック回路図である。図９
において、２１は可変長符号と画像データに関する制御
情報等との分離出力を行うビデオ信号デマルチプレクサ
（ＤＭＰＸ）部、２２は可変長符号の復号化部、２３は
逆量子化部、２４は直流成分補正部、２５は２次元逆離
散コサイン変換を行う逆ＤＣＴ変換部、２６は最終的な
復号化された画像を出力するビデオ出力端子、２７はフ
レーム間モードのときに差分画像を処理する画像加算処
理部、２８はフレーム間モード用の画像を保存する差分
画像処理用メモリ、２９は復号化処理を制御する復号化
制御部である。

【００５７】上記構成において、ビデオ信号デマルチプ
レクサ部２１で分離出力された画像データに関する制御
情報等は復号化制御部２９に出力される。この復号化制
御部２９から、量子化レベルの情報は逆量子化部２３へ
送られる。また、フレーム内／フレーム間モードの識別
フラグ等の制御情報は復号化された画像の差分処理の制
御に使われる。

【００５８】復号化部２２には可変長符号データが入力
され、そこで復号化された後、８×８画素からなるブロ
ック毎に順に逆量子化部２３へ送られる。ここで逆量子
化されたコサイン変換係数は逆ＤＣＴ変換部２５に送ら
れ、２次元逆離散コサイン変換によって復号化された再
現画像のデータが得られる。

【００５９】尚、フレーム内モードで色変更が指定され
ている場合には、逆ＤＣＴ変換部２５に入る前に直流成
分補正部２４によって変換係数のうちの直流成分の係数
のみ変更することで、輝度、色相、彩度の変更が可能と
なっている。

【００６０】逆ＤＣＴ変換部２５から出力された再現画
像データは、フレーム内モードの場合、最終結果として
ビデオ出力端子２６から出力されると同時に、フレーム
間モードのために差分画像処理用メモリ２８に保存され
る。このとき、画像加算処理部７は復号化制御部２９か
らの信号によって動作しない。

【００６１】フレーム間モードの場合は、まず再現画像
データは画像加算処理部２７で差分画像処理用メモリ２
８に保存されている画像データと加算され、最終的に再
現された画像のデータとして差分画像処理用メモリ２８
に保存されると共に、ビデオ出力端子２６から出力され
る。

【００６２】以上説明してきたように、本発明では従来
方式でブロック歪みが目につく符号レートの画像に適用
し、圧縮率を保ったまま、ＤＣＴの演算量を大幅に減ら
すと共に、ブロック歪みの低減を実現する。

【００６３】また、国際標準との互換性を考慮しない場
合には、本発明では予め符号化する係数が決まっている
ので、符号化を行わない係数のゼロランレングス符号化
及びブロック内有効係数が途中で終了したことを示すＥ
ＯＢコードを省くことによって符号化効率を高めること
が可能である。また、予め決められた符号化する係数を
その値がゼロであるかどうかにかかわらず符号化するこ
とによって、符号化しないことによりさらに符号化効率
を高めることが可能である。

【００６４】さらに、演算量のわずかな追加で、画像全
体または特定のブロックだけの直流成分の変更により、
画像の一部の領域の輝度、色変更が可能となる。このよ
うに、本発明によって色変更、直交変換での大幅な演算
量の低減により、従来実用化時に問題となっていたハー
ドウェアコストの大幅な低減を可能とし、かつ画質の改
善、符号化効率の向上を実現することができる。本発明
は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨
を変更しない範囲で種々変形しても実施可能であること
はいうまでもない。

【００６５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、簡易
な手法で圧縮率の増大に伴うブロック歪みを低減すると
共に演算量を飛躍的に低減することができ、コスト増を
最小限に抑えて、有効な変換係数が少ない場合でも符号
化効率が高く、カラー画像の場合でも、少ない演算量で
色調整が可能な画像データ符号化／復号化方法及びこの
方法を用いた画像データ符号化／復号化装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る画像データ符号化方法の一実
施例として基本的なの処理の流れを示す図である。

【図２】 同実施例において、２次元ＤＣＴ変換過程の
動作を説明するための概念図である。

【図３】 同実施例において、符号化時に予め決められ
た個数の変換係数を取り出す場合の処理動作を示す概念
図である。

【図４】 同実施例において、量子化時に予め決められ
た個数の変換係数を取り出す場合の処理動作を示す概念
図である。

【図５】 同実施例において、ＤＣＴ変換時に予め決め
られた個数の変換係数を取り出す場合の処理動作を示す
概念図である。

【図６】 同実施例において、ＤＣＴ変換時に予め決め
られた個数の変換係数を取り出し、さらに量子化時に予
め決められた個数の変換係数を取り出す場合の処理動作
を示す概念図である。

【図７】 同実施例において、２次元ＤＣＴ変換過程で
効率良く所望の変換係数を求める演算方法を説明するた
めの概念図である。

【図８】 本発明に係る画像データ符号化方法を用いた
符号化装置として動画像符号化装置の具体的な構成を示
すブロック回路図である。

【図９】 図８に示した動画像符号化装置で生成された
符号化データから原画像を復号する動画像復号化部の具
体的な構成を示すブロック回路図である。

【符号の説明】

Ｓ１…２次元ＤＣＴ変換過程、Ｓ１１…水平方向１次元
ＤＣＴ変換過程、Ｓ１２…垂直方向１次元ＤＣＴ変換過
程、Ｓ２…直流成分補正過程、Ｓ３…量子化過程、Ｓ４
…符号化過程、１…ビデオ信号入力端子、２…差分処理
部、３…ＤＣＴ変換部、４…量子化部、５…符号化部、
６…ビデオ信号マルチプレクサ（ＭＰＸ）部、７…逆量
子化部、８…逆ＤＣＴ変換部、９…画像加算処理部、１
０…差分画像処理用メモリ、１１…符号化制御部、１２
…直流成分補正部、２１…ビデオ信号デマルチプレクサ
（ＤＭＰＸ）部、２２…復号化部、２３…逆量子化部、
２４…直流成分補正部、２５…逆ＤＣＴ変換部、２６…
ビデオ出力端子、２７…画像加算処理部、２８…差分画
像処理用メモリ、２９…復号化制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 1/41 Ｂ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原画像を一辺がｎ（但しｎは８以上の整
   数）画素の正方形ブロックに分割したブロック画像を順
   次入力し、ブロック内のｎ×ｎ個の画素の階調値に２次
   元直交変換を施して、各ブロック画像の直流成分とそれ
   に続く低周波成分からなる交流成分の変換係数を求める
   変換係数演算過程と、 この過程で得られる各ブロック画像の変換係数を量子化
   する量子化過程と、 この過程で量子化された変換係数のうち、一辺がｍ個
   （但しｍは１以上（ｎ＋１）／２以下の整数）の直流成
   分の変換係数を含む正方形ブロック内の予め決められた
   ｋ個（但しｋは１以上ｍ×ｍ以下の整数）の変換係数だ
   けを選択して符号化する符号化過程とを具備することを
   特徴とする画像データ符号化方法。
2. 【請求項２】 前記量子化過程は、前記変換係数演算手
   段で求められた変換係数のうち、一辺がｍ個（但しｍは
   １以上（ｎ＋１）／２以下の整数）の直流成分の変換係
   数を含む正方形ブロック内の予め決められたｋ個（但し
   ｋは１以上ｍ×ｍ以下の整数）の変換係数だけを選択し
   て量子化し、 前記符号化過程は、前記量子化過程で選択的に量子化さ
   れるｋ個の変換係数を符号化することを特徴とする請求
   項１記載の画像データ符号化方法。
3. 【請求項３】 前記変換係数演算過程は、前記符号化過
   程で選択されるｋ個の変換係数だけを求める２次元直交
   変換を施し、 前記量子化過程、符号化過程は、それぞれ前記変換係数
   演算過程で選択されたｋ個の変換係数についてのみ量子
   化、符号化を行うことを特徴とする請求項１記載の画像
   データ符号化方法。
4. 【請求項４】 前記符号化過程は、ゼロランレングスコ
   ード及びエンド・オブ・ブロックコードを使用すること
   なく、決められた変換係数のみを全て符号化するように
   したことを特徴とする請求項１記載の画像データ符号化
   方法。
5. 【請求項５】 前記原画像が輝度成分と２つの色差成分
   からなるカラー画像であるとき、 さらに前記量子化過程または符号化過程に入力される各
   ブロック画像の変換係数のうち、直流成分の係数につい
   て予め求められた関数またはテーブルを使って任意の輝
   度、色相、彩度に相当する値に変換する直流成分変換過
   程を備えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   画像データ符号化方法。
6. 【請求項６】 前記原画像が輝度成分のみからなるモノ
   クローム画像であるとき、 さらに前記量子化過程または符号化過程に入力される各
   ブロック画像の変換係数のうち、直流成分の係数につい
   て予め求められた関数またはテーブルを使って任意の輝
   度に相当する値に変換する直流成分変換過程を備えるよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載の画像データ符
   号化方法。
7. 【請求項７】 原画像を一辺がｎ（但しｎは８以上の整
   数）画素の正方形ブロックに分割した各ブロック画像に
   ついて２次元直交変換、量子化、符号化を施して得られ
   る符号化データのうち、一辺がｍ個（但しｍは１以上
   （ｎ＋１）／２以下の整数）の直流成分の変換係数を含
   む正方形ブロック内の予め決められたｋ個（但しｋは１
   以上ｍ×ｍ以下の整数、ｍは１以上（ｎ＋１）／２以下
   の整数）の符号化データを順次入力して復号化する復号
   化過程と、 この過程で得られるｋ個の復号化データを逆量子化する
   逆量子化過程と、 この過程で得られるｋ個の逆量子化データについて逆２
   次元直交変換を施して原画像を再生する画像再生過程と
   を具備することを特徴とする画像データ復号化方法。
8. 【請求項８】 前記原画像が輝度成分と２つの色差成分
   からなるカラー画像であるとき、 さらに、前記逆量子化過程または画像再生過程に入力さ
   れるｋ個の復号化データまたは逆量子化データのうち、
   直流成分の値を予め求められた関数またはテーブルを使
   って任意の輝度、色相、彩度に相当する値に変換する直
   流成分変換過程を備えるようにしたことを特徴とする請
   求項７記載の画像データ復号化方法。
9. 【請求項９】 前記原画像が輝度成分のみからなるモノ
   クロームであるとき、 さらに、前記逆量子化過程または画像再生過程に入力さ
   れるｋ個の復号化データまたは逆量子化データのうち、
   直流成分の値を予め求められた関数またはテーブルを使
   って任意の輝度に相当する値に変換する直流成分変換過
   程を備えるようにしたことを特徴とする請求項７記載の
   画像データ復号化方法。
10. 【請求項１０】 原画像を一辺がｎ（但しｎは８以上の
    整数）画素の正方形ブロックに分割したブロック画像を
    順次入力し、ブロック内のｎ×ｎ個の画素の階調値に２
    次元直交変換を施して、各ブロック画像の直流成分とそ
    れに続く低周波成分からなる交流成分の変換係数を求め
    る変換係数演算部と、 この演算部で得られる各ブロック画像の変換係数を量子
    化する量子化部と、 この量子化部で量子化された変換係数のうち、一辺がｍ
    個（但しｍは１以上（ｎ＋１）／２以下の整数）の直流
    成分の変換係数を含む正方形ブロック内の予め決められ
    たｋ個（但しｋは１以上ｍ×ｍ以下の整数）の変換係数
    だけを選択して符号化する符号化部とを具備することを
    特徴とする画像データ符号化装置。
11. 【請求項１１】 前記前記量子化部は、前記変換係数演
    算手段で求められた変換係数のうち、一辺がｍ個（但し
    ｍは１以上（ｎ＋１）／２以下の整数）の直流成分の変
    換係数を含む正方形ブロック内の予め決められたｋ個
    （但しｋは１以上ｍ×ｍ以下の整数）の変換係数だけを
    選択して量子化し、 前記符号化部は、前記量子化部で選択的に量子化される
    ｋ個の変換係数を符号化することを特徴とする請求項１
    ０記載の画像データ符号化装置。
12. 【請求項１２】 前記変換係数演算部は、前記符号化部
    で選択されるｋ個の変換係数だけを求める２次元直交変
    換を施し、 前記量子化部、符号化部は、それぞれ前記変換係数演算
    部で選択されたｋ個の変換係数についてのみ量子化、符
    号化を行うことを特徴とする請求項１０記載の画像デー
    タ符号化装置。
13. 【請求項１３】 前記原画像が輝度成分と２つの色差成
    分からなるカラー画像であるとき、 さらに前記量子化部または符号化部に入力される各ブロ
    ック画像の変換係数のうち、直流成分の係数について予
    め求められた関数またはテーブルを使って任意の輝度、
    色相、彩度に相当する値に変換する直流成分変換部を備
    えるようにしたことを特徴とする請求項１０記載の画像
    データ符号化装置。
14. 【請求項１４】 前記原画像が輝度成分のみからなるモ
    ノクローム画像であるとき、 さらに前記量子化部または符号化部に入力される各ブロ
    ック画像の変換係数のうち、直流成分の係数について予
    め求められた関数またはテーブルを使って任意の輝度に
    相当する値に変換する直流成分変換部を備えるようにし
    たことを特徴とする請求項１０記載の画像データ符号化
    装置。
15. 【請求項１５】 原画像を一辺がｎ（但しｎは８以上の
    整数）画素の正方形ブロックに分割した各ブロック画像
    について２次元直交変換、量子化、符号化を施して得ら
    れる符号化データのうち、一辺がｍ個（但しｍは１以上
    （ｎ＋１）／２以下の整数）の直流成分の変換係数を含
    む正方形ブロック内の予め決められたｋ個（但しｋは１
    以上ｍ×ｍ以下の整数、ｍは１以上（ｎ＋１）／２以下
    の整数）の符号化データを順次入力して復号化する復号
    化部と、 この復号化部で得られるｋ個の復号化データを逆量子化
    する逆量子化部と、 この逆量子化部で得られるｋ個の逆量子化データについ
    て逆２次元直交変換を施して原画像を再生する画像再生
    部とを具備することを特徴とする画像データ復号化装
    置。
16. 【請求項１６】 前記原画像が輝度成分と２つの色差成
    分からなるカラー画像であるとき、 さらに、前記逆量子化過程または画像再生過程に入力さ
    れるｋ個の復号化データまたは逆量子化データのうち、
    直流成分の値を予め求められた関数またはテーブルを使
    って任意の輝度、色相、彩度に相当する値に変換する直
    流成分変換部を備えるようにしたことを特徴とする請求
    項１５記載の画像データ復号化装置。
17. 【請求項１７】 前記原画像が輝度成分のみからなるモ
    ノクロームであるとき、 さらに、前記逆量子化部または画像再生部に入力される
    ｋ個の復号化データまたは逆量子化データのうち、直流
    成分の値を予め求められた関数またはテーブルを使って
    任意の輝度に相当する値に変換する直流成分変換部を備
    えるようにしたことを特徴とする請求項１５記載の画像
    データ復号化装置。