JPH0822064B2

JPH0822064B2 - 変換符号化方式

Info

Publication number: JPH0822064B2
Application number: JP2034658A
Authority: JP
Inventors: 嘉明加藤; 篤道村上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH03238970A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、画像データを線形変換符号化方式を用い
て帯域圧縮を行うものに関するものである。

［従来の技術］第３図は例えばW.H.CHEN,W.K,PRATT,“Scene Adaptiv
e Coder",（IEEE Transactions on communications,vo
l.COM-32,No.3,1984）に示された従来の変換符号化方式
を示すブロック図であり、図において、（１）は入力信
号をブロック化するブロック化部、（２）はブロック化
された信号を線形変換する２次元線形変換部、（３）は
信号列をブロック内で並び換えるスキャン変換部、
（４）は量子化部、（５）は有効無効識別部、（６）は
符号化部、（７）は送信バッファ、（８）は符号化制御
部である。

次に動作について説明する。ディジタル化され、た１
フレーム分の入力画像信号（101）に対し、ブロック化
部（１）で水平、垂直方向Ｎ画素（Ｎは自然数で例えば
Ｎ＝4,8,16）を１まとめにした２次元の画素ブロックに
分割する。ブロック化された画像信号（102）に対し、
線形変換部（２）では２次元線形変換（例えば離散コサ
イン変換などの直交変換）を施し、空間周波数領域の変
換係数ブロック（103）を生成する。ここで例えば８×
８画素をブロック化した行列をｆ、変換行列をＡとする
と、２次元離散コサイン変換係数行列Ｆは次式で与えら
れる。

Ｆ＝AfA^T ・・・ここで、A^TはＡの転置行列であり、変換行列Ａの要素
は次式で表される。

Ａ＝（i,j）＝1/2C（ｉ）cos［πｉ（2j＋１）/16］ここで、i,j＝0,1,・・・,7であり、である。

式から判るように２次元線形変換は画素行列ｆに対
して行方向と列方向の２回の１次元線形変換演算を施す
ことにより得られる。

変換係数行列Ｆの要素Ｆ（u,v）（u,v＝0,1,・・・,
7）の性質を第４図をもとに説明する。Ｆ（u,v）の値は
ブロック化された画像信号（102）に含まれる空間周波
数成分がそれぞれどの程度であるかを示している。水平
方向の周波数はｕの値が大きくなるにつれて高くなり、
垂直方向の周波数はｖの値が大きくなるにつれて高くな
る。すなわちＦ（0,0）の値はブロック化された画像信
号（102）の直流成分の強度に対応し、Ｆ（7,7）の値は
水平・垂直方向ともに高い周波数をもつ交流成分の強度
に対応することになる。従って、画素の値の変化が少な
い背景などの平坦な画像ブロックに対しては低周波成分
のみに非零の有意係数が現れ、高周波成分はほとんど零
係数となる。逆に画素の変化が激しいエッジ部分などの
画像ブロックに対しては低周波成分のほか高周波成分に
も非零の有意係数が現れる。

次に、スキャン変換部（３）では変換係数ブロック
（103）のブロック内で例えば第４図の矢印で示す順序
で変換係数を並び換え、１次元の変換係数列Ｆ（ｎ）
（104）を出力する。先の８×８画素ブロックの場合、
１ブロックに対し8²＝64個の係数が続く係数列（ｎ＝１
〜64）が出力され、例えば要素Ｆ（0,0）はＦ（１）
に、Ｆ（7,7）はＦ（64）になる。並び換えは非零の有
意係数が現われやすい低周波成分の変換係数から有意係
数が現われにくい高周波成分の変換係数へとジグザグに
走査することにより有意係数をなるべく前半に、後半に
零係数を長く続かせるために行う。

次に、量子化部（４）は変換係数列（104）を、後で
述べる与えられた量子化ステップサイズ（110）で量子
化し、量子化係数列Ｑ（ｎ）（105）を出力する。有効
無効識別部（５）では量子化係数列（105）がすべて零
であるかどうかの判定を行う。全ての係数が零の場合は
無効ブロック、１つでも非零の有意係数がある場合は有
効ブロックとして有効無効情報（106）を符号化部
（６）に出力する。符号化部（６）では有効無効情報
（106）により有効ブロックと判定された場合のみ、量
子化係数列（105）に符号の割り当てを行い、符号化デ
ータ（107）として送信バッファ（７）へ出力する。こ
れに対し、有効無効情報（106）により無効ブロックと
判定された場合には、無効ブロックを表す符号を符号化
データ（107）として送信バッファ（７）へ出力する。

ここで符号の割り当て方法の１例として２次元可変長
符号化について説明する。これは量子化係数列（105）
に対して連続する零係数の個数（以下ゼロランと呼ぶ）
とそれに続く非零係数の量子化レベルを組み合わせ、そ
の組み合わせた事象（ゼロラン、量子化レベル）に対し
て１つのハフマン符号を割り当てることによって行われ
る。第５図は１つのブロックの量子化係数列（105）を
示すもので、量子化係数Ｑ（１）、Ｑ（４）、Ｑ
（９）、Ｑ（13）、Ｑ（21）は量子化レベルがそれぞれ
20、15、５、２、１であり、その他の量子化係数は零で
あるので、事象（ゼロラン、量子化レベル）は次のよう
になる。

（0,20），（2,15），（4,5），（3,2），（7,1）,EOB ここでEOBは以降に非零の有意係数がなく、ブロック
の終りまで零係数が続くことを示すマークである。従っ
て、この量子化係数列の場合EOBを含めた６つの事象に
対して、それぞれに決められたハフマン符号が割り当て
られることになる。

次に送信バッファ（７）では変動する情報発生量を平
滑化し、一定レートで伝送路（108）へ送出する。符号
化制御部（８）では送信バッファ（７）中のデータ残量
であるバッファ残量（109）から量子化ステップサイズ
（110）を適応的にフィードバック制御し、量子化部
（４）へ出力する。すなわち、バッファ残量（109）が
多いときには、これから発生する情報量を少なくするた
めに量子化ステップサイズ（110）を大きくして変換係
数列（104）を粗く量子化する。逆に、バッファ残量（1
09）が少ないときには、これから発生する情報量を多く
するために量子化ステップサイズ（110）を小さくして
変換係数列（104）を細かく量子化する。

［発明が解決しようとする課題］従来の変換符号化方式は以上のように構成されている
ので、有効無効識別・２次元可変符号化の処理を行うた
めに全ての量子化係数が必要であり、そのため全ての２
次元変換係数を求めるための２回の１次元線形変換演算
と全ての２次元変換係数に対する量子化処理を行わなけ
ればならなかった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、変換係数の伝送範囲を変換係数ブロック内
の量子化係数列に応じて決定し、必要な２次元変換係数
のみを順次１つづつ求め量子化すると共に同時に有効無
効識別・２次元可変長符号化を行うための事象を生成
し、処理に要する演算量・処理時間を削減する変換符号
化方式を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係わる変換符号化方式は、入力信号系列に
対して２次元線形変換を行い変換領域で低域から高域へ
変換係数を順次量子化し符号化する変換符号化方式にお
いて、ブロック化された入力信号系列に１次元線形変換
を施し１次元変換係数を得る手段と、１次元変換係数に
さらに直交する１次元線形変換を施し低域から高域へ順
次１つの２次元変換係数を得る手段と、量子化された２
次元変換係数の値のうち連続する零係数の個数を計数す
る手段と、量子化された２次元変換係数のうち非零係数
とその非零係数が現れるまでに計数手段により計数され
た連続零係数の個数との組を記憶する手段と、符号化情
報発生量を所定の伝送情報量に近付けるために符号化伝
送する連続零係数の個数の閾値を送信バッファのデータ
残量から設定する手段と、計数された連続零係数の計数
値が閾値を越えたとき後続する２次元変換係数を求める
ための１次元線形変換及び量子化処理を打ち切り記憶手
段の記憶内容に対して符号を割当てる手段とを備える。

［作用］この発明に係わる変換符号化方式は入力信号ブロック
に対して１次元線形変換を行い、さらに直交する１次元
線形変換を施し低域から高域へ順次１つの２次元変換係
数を得、量子化を行い、連続する零係数の個数を計数し
非零係数値とその非零係数が現れるまでに計数された連
続零係数の個数との組を事象として一時記憶しておくと
共に、連続零係数の個数が送信バッファのデータ残量か
ら設定された閾値を越えたとき後続する２次元変換係数
を求めるための１次元線形変換及び量子化を打ち切り記
憶された事象に対して符号の割当てを行う。

［発明の実施例］以下、この発明の一実施例を第１図をもとに説明す
る。図において（９）は２次元線形変換部、（10）は定
められた順序により２次元変換係数を１つづつ求める１
次元線形変換部、（11）は連続した零の量子化係数を計
数するゼロカウンタ、（12）は閾値を設定する閾値設定
部、（13）は計数値と閾値とを比較し大小の判定を行う
判定部、（14）は非零の量子化係数値とそのときの計数
値の組である事象を一時記憶させる事象記憶部、（15）
は事象に対して符号の割当てを行う符号割当て部であ
り、他は第３図と同様である。

また、第２図は動作を説明するためのフローチャート
図である。

次に第２図と共に動作について説明する。第３図と同
様、ディジタル化された１フレーム分の入力画像信号
（101）はブロック化部（１）でＮ×Ｎ画素のブロック
に分割する。ブロック化された画像信号（102）は１次
元線形変換部（９）で例えば行方向の１次元線形変換演
算が行われＮ×Ｎ個の要素を持つ１次元変換係数ブロッ
ク（111）を得る（ステップ１）。ここで、初期設定と
してゼロカウンタ（11）の計数値（114）を零に、事象
記憶部（14）の記憶内容をクリアし、N²個ある２次元変
換係数を第４図に示されるスキャン順序でスキャンした
ときの係数番号ｉを１とする（ステップ２）。つぎに１
次元線形変換部（10）では１次元変換係数ブロック（11
1）に対して今度は直交する列方向の１次元線形変換演
算が行なわれ、係数番号ｉの２次元変換係数Ｆ（ｉ）
（112）が１つ出力される（ステップ３）。符号化制御
部（８）は送信バッファ（７）のバッファ残量（109）
から量子化ステップサイズ（110）を決定し、量子化部
（４）へ出力する。閾値設定部（12）では同じくバッフ
ァ残量（109）から閾値（115）を決定し、判定部（13）
へ出力する。量子化部（４）では変換係数Ｆ（ｉ）（11
2）を量子化ステップサイズ（110）で量子化し、量子化
係数Ｑ（ｉ）（113）を出力する（ステップ４）。つぎ
に、この量子化係数Ｑ（ｉ）について零であるか非零で
あるかを判定し（ステップ５）、Ｑ（ｉ）の値が零でな
い場合、事象記憶部（14）ではゼロカウンタ（11）の計
数値（114）と非零の係数であるＱ（ｉ）の組を事象と
して記憶し、ゼロカウンタ（11）をリセットして零とす
る（ステップ６）。一方、上記ステップ５で量子化係数
Ｑ（ｉ）が零の場合、ゼロカウンタ（11）の計数値（11
4）に１が加えられ（ステップ７）、判定部（13）でそ
の計数値（114）と閾値（115）との大小比較を行い（ス
テップ８）、判定結果（116）を出力する。その計数値
（114）が閾値（115）と等しいかまたは大きいときに
は、出力された判定結果（116）にもとづいて１次元線
形変換部（10）および量子化部（４）の処理を打ち切る
（ステップ９）。そして、事象記憶部（14）に記憶され
ている量子化係数の零係数の個数と非零係数のレベルと
の組を読みだし符号割り当て部（15）へ出力する（ステ
ップ12）。また、前述した判定部（13）での計数値（11
4）と閾値（115）の比較において計数値（114）が閾値
（115）より小さいときまたはステップ６が終了したと
きは、係数番号ｉがN²となったかを判定し（ステップ1
0）、係数番号ｉがN²以下でＱ（ｉ）が最後の量子化係
数でなければ係数番号ｉに１を加え（ステップ11）、次
の２次元変換係数Ｆ（ｉ）の演算、量子化を引き続き行
う。係数番号ｉがN²、すなわちＱ（ｉ）が最後の量子化
係数である場合、現在記憶されている事象（117）を出
力し（ステップ12）、その画素ブロックの処理を終了す
る。符号割当て部（15）は出力された事象（117）に対
してハフマン符号の割当てを行いEOBを付加して、符号
化データ（107）として送信バッファ（７）へ出力す
る。これに対し、出力される事象（117）がない場合
は、無効ブロックであるため無効ブロックを表す符号を
符号化データ（107）として送信バッファ（７）へ出力
する。

また、第５図の例において例えば閾値を４または５に
設定したときの事象記憶部（14）に記憶される事象と量
子化部（４）で量子化を行う係数の個数はそれぞれ次の
ようになる。

閾値４のときＱ（５）からＱ（８）で零係数が４つ連
続するため量子化打ち切りの条件を満たし、ゼロランと
非零係数値の組として記憶される事象は（0,20），（2,
15）であり、量子化を行う変換係数の個数はＱ（１）か
らＱ（８）までの８個となる。

閾値５のときＱ（14）からＱ（18）で零係数が５つ連
続するため記憶される事象は（0,20），（2,15），（4,
5），（3,2）であり、量子化を行う係数の個数はＱ
（１）からＱ（18）までの18個となる。

先に述べたように一般に変換係数は低周波から高周波
成分になるに従って強度が弱くなるため、量子化した結
果の量子化係数Ｑ（ｉ）（113）もｉが大きくなるほど
連続して零となる確率が高い。従って、閾値（115）を
小さくするほど係数の伝送範囲が制限され量子化を要す
る係数の個数が少なくなると同時に、発生する情報量も
減少する。従って、閾値（115）の値を量子化ステップ
サイズと同様にバッファ残量（109）から適応的にフィ
ードバック制御すれば情報発生量の平滑化がより細かく
可能になる。

また、本実施例によれば必ずしもすべての２次元変換
係数が必要でないため、１回目の１次元線形変換演算も
２次元変換係数を求めるのに必要な１次元変換係数のみ
求めるようにしておけば変換係数を求めるための演算処
理量がさらに削減でき一層の効果が得られる。

［発明の効果］以上のように、この発明によれば連続する零の量子化
係数の個数により、後続する変換係数を量子化し符号化
するかどうかを判定するようにしたので、１次元線形変
換・量子化・有効無効識別・２次元可変長符号化を行う
ための事象生成に要する演算量・処理時間を削減できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するブロック図、第２
図は本発明の動作を説明するフローチャート図、第３図
は従来例のブロック図、第４図は変換係数ブロックの性
質を説明するための図、第５図は符号の割当てを説明す
るための図である。（１）はブロック化部、（２）は線形変換部、（３）は
スキャン変換部、（４）、（14）は量子化部、（５）は
有効無効識別部、（６）は符号化部、（７）は送信バッ
ファ、（８）は符号化制御部、（９），（10）は１次元
線形変換部、（11）はゼロカウンタ、（12）は閾値設定
部、（13）は判定部、（14）は事象記憶部、（15）は符
号割当て部、（111）は１次元変換係数ブロック、（11
2）は２次元変換係数、（114）は計数値、（115）は閾
値、（116）は判定結果、（117）は事象である。なお図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号系列に対してブロック化を行った
後２次元線形変換を行い変換領域で低域から高域へ変換
係数を順次量子化し符号化する変換符号化方式におい
て、ブロック化した入力信号系列に１次元線形変換を施し１
次元変換係数ブロックを得る手段と、前記１次元変換係数ブロックにさらに直交する１次元線
形変換を施し低域から高域へ順次１つの２次元変換係数
を得る手段と、前記２次元変換係数を所定の量子化特性で量子化した量
子化係数のうち連続する零係数の個数を計数する手段
と、前記量子化係数列から非零の係数と前記非零の係数が現
れるまでに前記計数手段により計数された連続零係数の
個数とを組としてブロック単位に記憶する手段と、符号化情報発生量を所定の伝送情報量に近付けるために
符号化伝送する連続零係数の個数の閾値を送信バッファ
のデータ残量から設定する手段と、前記連続零係数を計数した値が前記閾値を越えたとき後
続する２次元変換係数を求めるための１次元線形変換及
び量子化処理を打ち切り前記記憶された組毎に符号の割
当てを行う手段とを備えたことを特徴とする変換符号化
方式。