JPH0822062B2 - 画像信号の符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、画像信号の伝送時間を短縮する、あるいは
蓄積記憶容量を削減するための画像信号符号化装置、お
よびその方法に関する。

（従来の技術） 多値画像（例えば１画素8bit、256レベル）に対する
データ圧縮方式には、情報保存型符号化方式と情報非保
存型符号化方式とがある。情報保存型符号化は、符号化
の過程に量子化を含んでおらず、符号化・復号化の処理
によって原画像と全く同一の画像を再生することが可能
であるが、高い圧縮率は得られない。一方、情報非保存
型符号化は、符号化の過程でなんらかの量子化処理を含
んでおり、符号化・復号化の処理によって再生画像は量
子化雑音を含み画品質の劣化を伴うが、高い圧縮率が得
られる。

情報非保存型符号化の性能は一般に量子化歪（S/N
比）とデータ圧縮率（情報量）との関係で評価される。
良好なS/N比対情報量の関係を実現するひとつの方式と
して直交変換後の変換係数を量子化して可変長符号化す
る方式がある。

一般に変換係数の電力は、一部の変換係数に集中する
ので、この方式では、電力の大きな変換係数に対して多
くの情報量を割り当て、電力の小さい変換係数には少な
い情報量した割り当てないようにして、大幅な情報量の
圧縮を可能にしている。

また、通常の画像信号の分布は画像によって大幅に異
なっているが、この変換係数の分布は画像に依らずある
一定のモデルに従っている場合が多い。従って、このモ
デルに基づいて設計した可変長符号を用いることによ
り、画像に依らない情報量の圧縮が実現できる。

さらに、多値画像の符号化方式として、プログレッシ
ブ符号化方式というものがある。このプログレッシブ符
号化方式とは、まず第１段階として画像全体の大まかな
情報を用いて粗い画像を表示し、順次段階的に細かな情
報を用いてより精細な画像を表示していく方法である。

このプログレッシブ符号化方式において、第１段階で
用いられる画像全体の大まかな情報の情報量を少なくし
ておけば、通信における情報の伝送速度が遅い場合で
も、とりあえずまず第１段階として粗い画像を高速に表
示することができる。この第１段階では粗い画像ではあ
るが画像全体が表示されるので、通常の画像を行単位に
順次精細な画像として復号していく場合に比べて、受信
者はより素早く画像全体の内容を知ることができる。従
って、伝送速度が遅い場合でも利用者に与える負担を大
幅に軽減できる。

また、細かな情報を受信するにつれて画像全体が徐々
に精細となって行くので、全ての情報を受信する以前に
画像の判別が可能となる。従って、大量の画像のなかか
ら必要な画像のみを検索したい場合、判別ができた時点
で情報の伝送を打ち切ることができるので、検索の効率
を大幅に向上できる。

このようなプログレッシブ符号化方式は、直交変換を
用いた符号化方式を応用することにより、容易に実現で
きる。すなわち、全部の直交変換係数を伝送する代わり
に、まず直交変換係数の内で電力が集中しているものの
みを画像全体について符号化して伝送する。そして、伝
送された直交変換係数のみを逆変換して、復号された画
像を表示する。

この場合、一部の直交変換係数のみを伝送しているの
で、全部の直交変換係数を伝送する場合に比べて情報量
ははるかに小さくなる。従って、情報の伝送速度が遅い
場合でも、高速に伝送可能である。また、画像全体の情
報を伝送しているので、粗い画像ではあるが画像全体を
表示することができる。

そして、順次残りの直交変換係数を伝送することによ
り、より精細な復号画像を得ることができる。

また、このようなプログレッシブな符号化方式に対し
て、通常の行単位に順次画像を符号化して復号化する方
式を、シーケンシャルな符号化方式と呼ぶ。この方式を
実現するためには、最初から全部の直交変換係数を符号
化すれば良い。

（発明が解決しようとする課題） このような直交変換係数を量子化して可変長符号化す
る方式を用いてプログレッシブ符号化を実現する場合、
まずあらかじめ画像全体の直交変換と量子化処理を行
い、量子化された直交変換係数を記憶しておく。そし
て、プログレッシブの第１段階として電力の集中した一
部の直交変換係数のみを画像全体について符号化して伝
送し、順次残りの直交変換係数を符号化する。

ところが、このような方法でプログレッシブ符号化を
実現する場合に、画像サイズが大きいと、直交変換係数
を記憶するために膨大な記憶容量が必要となってしまう
という問題がある。

従って、直交変換係数をメモリに記憶した場合に非常
に多数のメモリが必要となり、符号化装置が高額かつ大
型になってしまうという問題点もある。

このように直交変換係数を記憶しておく代わりに、プ
ログレッシブの各段階毎に直交変換や量子化処理をやり
直すこともできる。しかし、このような場合にも入力し
た画像信号を記憶しておかなければならないので、同様
の問題が生じる。

また、一般に画像サイズが大きい場合の直交変換の処
理時間は長いので、このように同じ処理を何度もやり直
すことにより、全体の処理時間が膨大となってしまうと
いう問題点がある。

本発明は、量子化後の変換係数を記憶しておく代わり
に、プログレッシブ符号化の各段階毎の符号をそれぞれ
各段階毎に記憶しておくことで、大量の記憶容量を用い
ずにプログレッシブ符号化を実現できる、画像信号の符
号化方式とその装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明の画像信号符号化装置は、複数の画素からなる
ブロック単位で画像信号を読み出すブロック読み出し部
と、 上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変換係数
を求める直交変換部と、上記変換係数を量子化して各変
換係数に対応する量子化インデックスを出力する量子化
部と、 上記ブロック単位に上記量子化インデックスを可変長
符号化して複数の符号を生成する符号生成部と、 上記複数の符号を複数のステージに分割して伝送する
ために各ステージにおいて伝送すべき符号の１ブロック
当りの個数を記憶する個数記憶部と、 上記複数の符号を第１ステージから順番に上記個数記
憶部に記憶された個数ずつ分配する符号分配部と、 上記分配された符号を各ステージ毎に記憶する符号記
憶部と、 上記符号記憶部に記憶された上記符号を第１ステージ
から順番に各ステージ毎に伝送する符号伝送部とで構成
させる。

また、本発明の別の画像信号符号化装置は、複数の画
素からなるブロック単位で画像信号を読み出すブロック
読み出し部と、 上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変換係数
を求める直交変換部と、上記変換係数を量子化して各変
換係数に対応する量子化インデックスを出力する量子化
部と、 上記ブロック単位に上記量子化インデックスを可変長
符号化して複数の符号を生成する符号生成部と、 上記複数の符号を複数のステージに分割して伝送する
ために各ステージにおいて伝送すべき符号の１ブロック
当りの個数を記憶する個数記憶部と、 上記複数の符号を第１ステージから順番に上記個数記
憶部に記憶された個数ずつ分配する符号分配部と、 第２ステージ以降の各ステージの上記符号を各ステー
ジ毎に記憶する符号記憶部と、 まず上記符号分配部から伝送される上記第１ステージ
の符号を伝送し次に上記符号記憶部に記憶された上記符
号を第２ステージから順番に各ステージ毎に伝送する符
号伝送部とで構成される。

（作用） 本発明の画像信号の符号化装置について説明する。

まず、ブロック読み出し部は複数の画素からなるブロ
ック単位で画像信号を読み出す。このブロックとして
は、ｎ×ｎ画素からなる正方形のブロックを用いる場合
が多い。

次に、直交変換部はこのブロック単位に直交変換を施
して複数の変換係数を求める。この直交変換としては、
２次元の離散コサイン変換やアダマール変換など、任意
の直交変換を用いることができる。もしｎ×ｎ画素から
なる正方形のブロックを用いた場合、この複数の変換係
数も１ブロック当たりｎ×ｎ個となる。

そして、量子化部は各変換係数をあらかじめ与えられ
た量子化ステップで割ることにより量子化を行い、各変
換係数に対応する量子化インデックスを求める。ただ
し、ここでは全ての変換係数を同一の量子化ステップで
量子化することにするが、各変換係数のブロック内での
位置に応じて、異なる量子化ステップを用いることもで
きる。

こうして求められた量子化インデックスを符号生成部
はブロック単位で可変長符号化して、このブロックに対
応する複数の符号を生成する。この量子化インデックス
を可変長符号化する方法としては、ブロック内の全ての
量子化インデックスをそれぞれ個別に可変長符号化する
方法が一般的だが、その他にも有意な量子化インデック
ス（０でない量子化インデックス）のブロック内での位
置と大きさとを可変長符号化する方法や、まずブロック
内の量子化インデックスをジグザグにスキャンして連続
する０の量子化インデックスをゼロランとして一まとめ
にしてしまい、その長さを可変長符号化する方法など、
様々な方法がある。

これらの方法の一例は、例えば文献1:太田睦、古閑敏
夫著、「動き補償フレーム間ハイブリッド符号化方式に
おける各種不等長符号化の比較」、昭和61年度電子通信
学会通信部門全国大会講演論文集、分冊１、1-206頁
や、文献2:坪井幸利、岡本貞二著、「カラー静止画像符
号化におけるエントロピー符号化の各種方式の比較検
討」、画像符号化シンポジウム、第２回シンポジウム資
料、71-72頁などに述べられている。

ここで、画像情報を複数のステージに分割して伝送す
るために、各ステージで伝送すべき符号の１ブロック当
りの個数をあらかじめ個数記憶部に記憶しておく。この
個数は、画像の品質や伝送速度を考慮して決定する。た
だし、画像の統計量に基づいてこの個数を画像毎に可変
にすることもできる。

そして、符号分配部はブロックに対応して生成された
複数の符号を、第１ステージから順番に、記憶された個
数ずつ分配する。次に、符号記憶部は分配された符号
を、各ステージ毎に別々に記憶する。

すなわち、符号分配部の処理によりまず生成された複
数の符号の中から、第１ステージで伝送すべき個数の符
号のみが第１ステージの符号として符号分配部から出力
されるので、符号記憶部はこれを第１ステージの符号と
して記憶する。次に、残りの符号の中から第２ステージ
で伝送すべき個数の符号のみが第２ステージの符号とし
て符号分配部から出力されるので、符号記憶部はこれを
第２ステージの符号として記憶する。このようにして、
そのブロックの全ての符号を出力するまで符号分配部は
符号の分配を行う。

このような処理を画像内の全てのブロックに対して実
行した後に、符号伝送部は符号記憶部に記憶された符号
を第１ステージから順番に伝送する。すなわち、まず第
１ステージの符号として記憶された符号をすべて伝送す
る。次に、第２ステージの符号として記憶された符号を
すべて伝送する。そして、全てのステージの全ての符号
を伝送した後に、符号の伝送を終了する。

また、このようにまず符号記憶部に各ステージの符号
をステージ毎に記憶してから符号の伝送を行う代わり
に、第１ステージの符号のみは符号記憶部に記憶しない
で、符号分配部から出力されると同時に符号伝送部から
出力されると同時に符号伝送部から伝送することもでき
る。そして、第２ステージ以降のステージの符号は、同
様に符号記憶部に記憶する。こうすることにより、符号
伝送を早く開始できるので、全体の符号化処理に要する
時間を短縮できる。

ところで、一般に量子化インデックスの可変長符号化
方法を用いた場合、１つの符号で表される量子化インデ
ックスの個数は異なっている。例えば、ゼロランを用い
た場合に１つの符号は１つのゼロランの長さを示してい
るが、１つのゼロランは連続する０の量子化インデック
スを示しており、その０の量子化インデックスの個数は
まちまちである。

このような量子化インデックスの可変長符号化方法を
用いた場合、一般に各ブロック毎の符号の個数は一致し
ない。例えば、各ブロックの量子化インデックスの個数
は等しいが、ゼロランの長さを用いた場合に１つの符号
で示される量子化インデックスの数は符号毎に異なって
いるので、ゼロランの長さ用いて符号化すればブロック
毎の符号の個数は異なることになる。

従って、ブロックによってはあるステージとして定め
られた個数の符号が存在しない場合がある。そのような
場合は、ブロックに対応する残りの全ての符号を符号分
配部からこのステージの符号として出力した後に、その
ブロックの処理を終了する。これにより、そのブロック
については定められた個数よりも少ない符号しかこのス
テージの符号として伝送されないが、復号化側でもその
ブロックの全ての量子化インデックスが復号できた段階
でそのブロックの符号の伝送が終了したことが分かるの
で、正しく復号化処理を実行できる。

また、そのステージよりも以前のステージで全ての量
子化インデックスを符号化してしまい全ての符号を伝送
してしまったブロックについては、符号分配部はそのス
テージの符号として何も出力しない。このような場合に
も、やはり復号化側ではそのブロックの全ての符号がそ
れ以前のステージで伝送されたことが分かっているの
で、正しく復号化処理を実行できる。

復号側では、まず第１ステージで伝送された符号から
復号される量子化インデックスに基づいて画像の復号を
行い、粗い画像を表示する。そして、第２、第３のステ
ージの情報を得て、これらをそれ以前のステージで伝送
された符号と併せて画像の復号を行うことにより、順次
精細な画像を復号して表示する。

このように各ステージで１ブロック当たりで定められ
た個数の符号を伝送することにより、プログレッシブな
符号化が実現できる。

ところで、符号記憶部に記憶されるのは可変長符号化
後の符号である。このため、その符号量は元の画像信号
に比べて大幅に減少している。従って、量子化インデッ
クスを記憶しておいてプログレッシブ符号化を行う場合
に比べてはるかに少ない記憶容量で、この符号記憶部を
構成できる。すなわち、小型で低価格の符号化装置を簡
単に実現できる。

（実施例） 以下、図面により本発明の一実施例を説明する。

第１図（ａ）は、第１の発明の画像信号の符号化装置
の一実施例を示すブロック図である。なお、以下の説明
では直交変換として２次元の離散コサイン変換を用いて
いるが、アダマール変換などの直交変換を用いることも
可能である。

第１図（ａ）に示すように、ブロック読み出し部１に
よってDCT変換を行うブロック単位に画像信号を読み出
す。例えば、１画素当たり8bitの画像信号を縦８画素、
横８画素の計64画素を１ブロックとして読み出す。そし
て、DCT変換部２は読み出された１ブロック分の画像信
号101の２次元離散コサイン変換を行い、８×８個の変
換係数102を計算する。

こうして計算された変換係数102を受けて、量子化部
３は変換係数102をあらかじめ与えられた量子化ステッ
プで割ることにより量子化を行い、各変換係数102に対
応する量子化インデックス103を出力する。ただし、こ
こでは全ての変換係数を同一の量子化ステップで量子化
することにするが、各変換係数102のブロック内での位
置に応じて、異なる量子化ステップを用いることもでき
る。

そして符号生成部４は、これらの量子化インデックス
103の可変長符号化をブロック単位で行い、ブロックに
対応する複数の符号104を生成して出力する。この量子
化インデックス103の可変長符号化方法は、文献１や文
献２に示されている。

ここで、ブロックの複数の符号104を複数のステージ
に分割して伝送するために、個数記憶部８に、各ステー
ジにおいて伝送すべき符号の１ブロック当りの個数108
をあらかじめ記憶させておく。

そして、符号分配部５は第１ステージで伝送すべき符
号の１ブロック当りの個数108を個数記憶部８から受け
て、符号生成部４から出力された符号104の内の最初の
個数108分の符号104を、第１ステージの符号111として
符号記憶部６に出力する。この符号111を受けた符号記
憶部６は、これを第１ステージの符号として記憶する。

次に、符号分配部５は第２ステージの個数108を個数
記憶部８から受けて、残りの符号104の中からその個数1
08の符号104を第２ステージの符号112として出力し、符
号記憶部６に第２ステージの符号として記憶させる。以
下同様に、そのブロックに対応する符号104が無くなる
まで符号分配部５は符号の分配出力の処理を行う。そし
て、符号104が無くなった時点でそのブロックの処理を
終了する。

ここで、もしあるブロックに対応する残りの符号104
の個数がそのステージで伝送すべき個数108に満たない
場合には、そのブロックに対応する全ての符号104を出
力した時点で符号分配部５はそのブロックの処理を終了
し、そのブロックに対するそれ以降のステージの処理は
行わない。

このような符号104の分配と記憶処理を画像内の全て
のブロックに対して実行した後に、符号伝送部７はまず
第１ステージの全ての符号111を符号106として符号記憶
部６から読み出して、符号107として伝送する。次に、
符号伝送部７は第２ステージの全ての符号112を符号106
として符号記憶部６から読み出して、符号107として伝
送する。以下、同様の処理を各ステージについて繰り返
し、全てのステージの全ての符号106を符号記憶部６か
ら読み出してこれを符号107として伝送した時点で、符
号107の伝送処理を終了する。

第１図（ｂ）は、第２の発明の画像信号の符号化装置
の一実施例を示すブロック図である。第１図（ｂ）に示
すように、第１ステージの符号111は符号分配部５から
出力されると同時に、符号伝送部７から符号107として
伝送される。このように第１ステージの符号111のみは
符号記憶部６に記憶しないで伝送することで、符号107
の伝送開始を早めることができ、全体の符号化処理時間
を短縮できる。

以上説明した符号化装置において、符号記憶部６に記
憶されるのは可変長符号化後の符号となっている。従っ
て、その符号量は最初の画像信号101や量子化インデッ
クス103に比べてはるかに少なくなっている。このた
め、画像信号101や量子化インデックス103を記憶してお
いてプログレッシブ符号化を実現する場合に比べて、は
るかに少ない記憶容量でプログレッシブ符号化を実現で
きる。すなわち、符号記憶部６を非常に少ない個数のメ
モリで構成することができ、小型で低価格の符号化装置
を実現できることになる。

なお、個数記憶部８に記憶された個数108を変化させ
ることにより、プログレッシブに画像情報を伝送する際
の各ステージで伝送する情報量や、画像が段階的に精細
となる様子を自由に設定できる。従って、様々な伝送速
度や画像を対象とした場合でも、それに応じたプログレ
ッシブ符号化方式を実現できる。その際に、画像の統計
量に応じて画像毎に個数108を可変にする事もできる。

また、第１ステージで伝送すべき符号の個数108を１
ブロックの全量子化インデックス103の数以上とするこ
とにより、この符号化装置を用いてシーケンシャルな画
像の伝送も実行できる。

以上の説明においてはブロックサイズを８×８として
説明したが、別のサイズや形状を用いても差し支え無
い。

また、以上の説明において画像信号として特に規定は
していないが、多値の白黒画像、RGBの各カラー成分画
像、Ｙ・（Ｒ−Ｙ）・（Ｂ−Ｙ）等の輝度・色差信号
は、すべてこの画像信号の中に含まれる。同様に、テレ
ビジョン信号等の動画像におけるフレーム間差分信号に
おいても適用でき、十分な効果を得ることができる。こ
のフレーム間差分信号については、文献3:「テレビジョ
ン バンドウィドス コンプレッション トランスミッ
ション バイ モーション コンペンセイティド イン
ターフレーム コーディング（Television Bandwidth C
ompression transmission by Motion-compensated Inte
rframe Coding）」アイ・イー・イー・イー コミュニ
ケーション マガジン（IEEE Communication Magazin
e）誌、1982年11月号、24-30頁に詳細に述べられてい
る。

（発明の効果） 以上述べたように本発明の画像信号の符号化装置を用
いることにより、プログレッシブ符号化の各ステージの
符号をそれぞれ記憶しておくことで、大量の記憶容量を
用いずにプログレッシブ符号化を実現でき、小型で低価
格の符号化装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は第１の発明の画像信号の符号化装置の一
実施例を示すブロック図、第１図（ｂ）は第２の発明の
画像信号の符号化装置の一実施例を示すブロック図であ
る。 図において、 １…ブロック読み出し部、２…DCT変換部、３…量子化
部、４…符号生成部、５…符号分配部、６…符号記憶
部、７…符号伝送部、８…個数記憶部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の画素からなるブロック単位で画像信
   号を読み出すブロック読み出し部と、 上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変換係数を
   求める直交変換部と、上記変換係数を量子化して各変換
   係数に対応する量子化インデックスを出力する量子化部
   と、 上記ブロック単位に上記量子化インデックスを可変長符
   号化して複数の符号を生成する符号生成部と、 上記複数の符号を複数のステージに分割して伝送するた
   めに各ステージにおいて伝送すべき符号の１ブロック当
   りの個数を記憶する個数記憶部と、 上記複数の符号を第１ステージから順番に上記個数記憶
   部に記憶された個数ずつ分配する符号分配部と、 上記分配された符号を各ステージ毎に記憶する符号記憶
   部と、 上記符号記憶部に記憶された上記符号を第１ステージか
   ら順番に各ステーシ毎に伝送する符号伝送部とで構成さ
   れる画像信号の符号化装置。
2. 【請求項２】複数の画素からなるブロック単位で画像信
   号を読み出すブロック読み出し部と、 上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変換係数を
   求める直交変換部と、上記変換係数を量子化して各変換
   係数に対応する量子化インデックスを出力する量子化部
   と、 上記ブロック単位に上記量子化インデックスを可変長符
   号化して複数の符号を生成する符号生成部と、 上記複数の符号を複数のステージに分割して伝送するた
   めに各ステージにおいて伝送すべき符号の１ブロック当
   りの個数を記憶する個数記憶部と、 上記複数の符号を第１ステージから順番に上記個数記憶
   部に記憶された個数ずつ分配する符号分配部と、 第２ステージ以降の各ステージの上記符号を各ステージ
   毎に記憶する符号記憶部と、 まず上記符号分配部から伝送される上記第１ステージの
   符号を伝送し次に上記符号記憶部に記憶された上記符号
   を第２ステージから順番に各ステージ毎に伝送する符号
   伝送部とで構成される画像信号の符号化装置。