JPH099259A

JPH099259A - 画像圧縮装置

Info

Publication number: JPH099259A
Application number: JP15366095A
Authority: JP
Inventors: Yotaro Mine; 陽太郎峯
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】画像圧縮の際にＤＣＴ(離散コサイン変換)さ
れた画像に対し、量子化を境界における偏微分を用いて
ブロック歪が軽減されるようにする。【構成】画素ブロックの量子化をする際に候補の値を
計算し(ステップ１)、その量子化の候補の値に対し、量
子化テーブルと偏微分テーブルとから、上の画素ブロッ
クと左の画素ブロックとの境界の偏微分を計算し、同様
に、既に量子化されている上の画素ブロックと、既に量
子化されている左の画素ブロックから境界の偏微分を計
算する(ステップ２)。そして、双方から計算した境界の
偏微分の誤差を評価し(ステップ３，４)、それを最小に
するように、順次、量子化の値を定める(ステップ５)。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テレビ会議装置などの
画像通信装置に利用される画像圧縮装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＴＵ−Ｔ(旧ＣＣＩＴＴ)規格に
おいてオーディオ・ビジュアル・サービス用のビデオ符
号化方式，静止画符号化方式，多重化方式，通信手順等
が正式勧告化され、それに伴い各社からＩＴＵ−Ｔ勧告
に準拠したテレビ会議システムやテレビ電話等の画像処
理装置が発表されている。

【０００３】以下、図面を参照しながら従来の画像処理
装置について説明をする。

【０００４】図６は従来の画像圧縮，伸長処理の構成を
示すブロック図であり、圧縮過程では、原画１における
画像信号に対して離散コサイン変換を行うＤＣＴ変換部
２によって周波数成分に分け、量子化部15により連続す
る周波数成分を離散する値にし、可変長符号化部４によ
り符号化してデータ量を減少させ、圧縮データ５を得
る。

【０００５】伸長過程では、圧縮データ５に対し可変長
復号部６により符号化されているデータを元のデータに
復号し、逆量子化部７により量子化されているデータを
周波数成分に直し、逆離散コサイン変換を行う逆ＤＣＴ
変換部８により周波数成分に分けられているデータを画
像に直し、再生画９を得る。

【０００６】図７は図６におけるＤＣＴ変換部２の概念
図であり、ＤＣＴ変換は画像をＰ(ｘ，ｙ）(ｘ=０〜
７，ｙ＝０〜７、以下、成分を指定する必要のない場合
には単純にＰと記す)の８×８画素に分割した画素ブロ
ックに対して行われる。Ｓ(ｕ，ｖ)をＤＣＴ変換後の画
像データとし、それをＤＣＴデータと呼ぶ。画素ブロッ
クＰとＤＣＴデータＳとの関係を成分ごとに式に表す
と、

【０００７】

【数１】

【０００８】となる。(数１)で表されるように、この変
換の基底関数は周期関数のコサインで表されているた
め、基底関数自身は２次元的な周期を持つ。この基底関
数は自然画の画素間の自己相関をよく反映しており、変
換前には一様に広がっていた情報を低周波数成分に集中
させることができる。このとき、一般に高周波成分は、
ほぼ「０」になる。ＤＣＴデータＳの(０，０)成分はＤ
Ｃ成分と呼ばれる。これは画素ブロックＰのデータの平
均値となっている。その他の成分はＡＣ成分と呼ばれ
る。

【０００９】図８は図６における量子化部15の概念図で
あり、ＤＣＴデータＳをジグザグ・スキャンに従い低周
波成分からスキャンをし、Ｑ(ｕ，ｖ)の量子化テーブル
という成分ごとに定められた数値のテーブルを用いて、
成分ごとに量子化を行いＲ(ｕ，ｖ)の量子化データを得
る。ＳとＱとＲの成分ごとの関係は(数２)で表される。

【００１０】

【数２】Ｒ(ｕ，ｖ)＝int(Ｓ(ｕ，ｖ)／Ｑ(ｕ，ｖ)) ただし、intは小数点以下を切り捨てる関数を表してい
る。(数２)は量子化が単純にＤＣＴデータＳ(ｕ，ｖ)を
量子化テーブルＱ(ｕ，ｖ)で割って小数点以下を切り捨
てることにより行われることを意味している。これによ
りＤＣＴデータＳ(ｕ，ｖ)は量子化テーブルＱ(ｕ，ｖ)
の数値の幅で変化することになり、この値が大きくなる
ほど量子化データＲ(ｕ，ｖ)は荒い近似データになる。
このため量子化テーブルに使われる数値は情報量が、少
ない高周波成分に対しては大きな値が使われ、情報量が
多い低周波成分に対しては小さな値が用いられている。

【００１１】量子化された画像データは可変長符号化部
４により情報の乱雑さを表す情報のエントロピーを減少
させるためのエントロピー符号化を施されて情報量を減
少させられる。このようにして、画像のデータは圧縮デ
ータ５へと変換される。

【００１２】また以上の過程を逆にたどることにより、
圧縮された画像を伸長し再生することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来方法では、図９に基づいて説明する問題を有してい
る。すなわち、図９において、16は原画、17は再生画、
18は画素ブロックの境界を表している。従来方法では、
画像を８×８画素のブロックに分割して、その各ブロッ
クごとに符号化処理を行い、ＤＣＴデータを量子化する
際に高周波成分に対して大きな値を用いるため、ブロッ
ク間の相関が失われて高周波成分の情報が脱落する。原
画16に画像圧縮処理を行って改めて伸長すると、再生画
17の境界部分において不連続を生じる。

【００１４】このため画像としては、画素ブロックの境
界18において画像の情報に不連続を生じ、ブロック形の
歪みを生じる。この現象をブロック歪みという。従来方
法では、画像圧縮を行うと再生の際にブロック歪みを生
じるという問題を有してた。

【００１５】本発明は、前記問題を解決するためになさ
れたもので、ブロックの境界における偏微分の誤差を最
小にして、ブロック歪みを軽減させるようにした画像圧
縮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】前記目的を達成するた
め、本発明は、画像圧縮過程の量子化部が、各画素ブロ
ックの境界の偏微分を算出する手段と、各ブロックから
の算出した境界における偏微分の相互の誤差を評価する
手段と、偏微分の誤差が最小になるように量子化の値を
定める手段とを有している構成からなる。

【００１７】

【作用】本発明は前記構成によって、８×８の画素ブロ
ックに分割されてＤＣＴ変換された画像データの、各画
素ブロック間の相関減少および高周波成分の情報脱落に
対し、境界での画像の不連続をなくし、画像の変化を滑
らかにさせるために、各画素ブロック間に演算を施し、
ブロックの境界における偏微分の誤差を最小に押さえ、
従来の量子化により生じていたブロック歪みを軽減した
データを生成することを可能にする。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１９】図１は本発明の一実施例における画像圧
縮、伸長処理の構成を示すブロック図である。以下、図
６〜図９に基づいて説明した従来の技術における構成部
材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明を省
略する。

【００２０】図１において、１は原画、２はＤＣＴ変換
部、３は本実施例においてブロック歪みを減少させるた
めに設けられた境界条件を付した量子化部、４は可変長
符号化部、５は圧縮データである。さらに、６は可変長
復号部、７は逆量子化部、８は逆ＤＣＴ変換部、９は再
生画である。

【００２１】図２は本実施例における境界条件の概念図
であり、10は左の量子化済み画素ブロック、11は上の量
子化済み画素ブロック、12は量子化する画素ブロック、
13は原画、14は再生画である。ここで、左の量子化済み
画素ブロック10と上の量子化済み画素ブロック11と量子
化する画素ブロック12との境界において境界条件を考え
ることにする。

【００２２】原画13は、画像情報を数値で考えてグラフ
にしたものであり、滑らかな曲線になっている。これを
圧縮かつ伸長すると、境界部分に不連続を生じる(ブロ
ック歪み)。再生画14にするまでの過程において、量子
化の際に従来では切り捨てられていた値を選択する余地
がある。その選択によって画像が変化する。

【００２３】本実施例では、画像の境界部分の滑らかさ
を実現するための最適な量子化の値を得るために、その
境界において、左の量子化済み画素ブロック10，上の量
子化済み画素ブロック11，量子化をする画素ブロック12
の各ブロックが接触している２つの境界において別々に
算出した偏微分に基づいて評価した上で最適値を選択す
る。これが本実施例における境界条件である。

【００２４】図３は本実施例における境界条件を付した
量子化処理のフローチャートであり、この処理は各成分
ごとに行われ、各成分は各ブロックでジグザグ・スキャ
ンされている。

【００２５】まず各成分に対して量子化の候補になる値
を算出する(ステップ１)。従来の量子化においては、Ｄ
ＣＴデータを単純に量子化テーブルで除算を行い、小数
点以下を切り捨てて量子化データとしていたが、本実施
例では、単に切り捨てを行うのではなく量子化の候補の
値として、従来の量子化とそれに「１」を加えた値の２
つを算出し、それを評価した上で量子化の値を決めると
いうものである。そのために、ここでは２つの値を算出
している。

【００２６】次に、その各候補値に関して、左の量子化
済み画素ブロック10と上の量子化済み画素ブロック11と
量子化する画素ブロック12との境界での偏微分を、左の
量子化済み画素ブロック10と上の量子化済み画素ブロッ
ク11と量子化する画素ブロック12との同一成分を用い
て、それぞれのブロックから各境界での偏微分を算出す
る(ステップ２)。ステップ２で算出される偏微分は同じ
境界でも、異なるブロックから算出されると異なるもの
になる場合がある。

【００２７】ステップ２で算出された境界での偏微分を
比較し誤差を算出する(ステップ３)。そして、２つの量
子化の候補の値に対して処理が行われていないならばス
テップ２に戻る(ステップ４のＮo)。また前記処理が行
われているならば、次のステップへ進んで(ステップ４
のＹes)、得られた２つの誤差の値を比較し、誤差が小
さい方に量子化の値を決定する(ステップ５)。

【００２８】図４は境界条件を付した量子化処理のデー
タ間の相互関係を示したブロック図であり、これは図３
におけるステップ１からステップ３の部分に相当する。
以下これらのデータ間の関係式を説明する。

【００２９】すなわち、ｒ(ｕ，ｖ)の量子化の候補の値
は量子化テーブルＱ(ｕ，ｖ)と量子化をする画素ブロッ
クＳ(ｕ，ｖ)から計算される。この値は以下の二種類が
与えられる。

【００３０】

【数３】

【００３１】ただし、intは小数点以下切り捨てを表す
関数。

【００３２】次に、この候補の値とＬ(ｕ，ｖ)の左の量
子化済みデータと、Ｕ(ｕ，ｖ)の上の量子化済みデータ
から、それぞれの境界における偏微分値を並べたベクト
ルを算出する。

【００３３】前記ベクトルは境界における偏微分の状態
を反映している。ベクトルは４種類有り、それぞれは、
ｖｘの量子化する画素ブロックＳ側から算出した境界の
Ｘ方向偏微分ベクトル，ｗｘの左の量子化済みデータＬ
側から算出した境界のＸ方向偏微分ベクトル，ｖｙの量
子化する画素ブロックＳ側から算出した境界のＹ方向偏
微分ベクトル，ｗｙの上の量子化済みデータＵ側から算
出した境界のＹ方向偏微分ベクトルである。これらのベ
クトルが境界における画像変化の状態を表しており、各
境界におけるこれらのベクトルの違いが量子化によって
生じている誤差である。各ベクトルは量子化済みデータ
と各方向の偏微分テーブル(Ｘ方向がＴx、Ｙ方向がＴy)
と量子化テーブルＱ(ｕ，ｖ)との積をとることによって
求められる。成分ごとの式を表すと(数４)のようにな
る。

【００３４】

【数４】ｖｘ(ｎ)＝ｖｘ(ｎ)＋ｒ(ｕ，ｖ)・Ｑ(ｕ，ｖ)・Ｔx(ｕ,ｖ,ｎ) ｗｘ(ｎ)＝ｗｘ(ｎ)＋Ｌ(ｕ，ｖ)・Ｑ(ｕ，ｖ)・Ｔx(ｕ,ｖ,ｎ) ｖｙ(ｎ)＝ｖｙ(ｎ)＋ｒ(ｕ，ｖ)・Ｑ(ｕ，ｖ)・Ｔy(ｕ,ｖ,ｎ) ｗｙ(ｎ)＝ｗｙ(ｎ)＋Ｕ(ｕ，ｖ)・Ｑ(ｕ，ｖ)・Ｔy(ｕ,ｖ,ｎ) (ここでｎ＝０〜７) 図５に図４のＸ方向偏微分テーブルとＹ方向偏微分テー
ブルの実際の数式を示している。これはＤＣＴの基底関
数の画素ブロックの境界の成分に対応する部分をＸで偏
微分したものとＹで偏微分したものである。

【００３５】ここで、図４の説明に戻ると、偏微分ベク
トルを求める際に前回のベクトルとの和をとっている
が、これはジグザグ・スキャンの直前の成分までの和を
とるためである。次に、ここで求められた４種のベクト
ルから誤差を算出するためのベクトルを求める。Ｘ方向
の誤差を表したのが差分絶対値ベクトルｄｘであり、Ｙ
方向の誤差を表したのが差分絶対値ベクトルｄｙであ
る。成分ごとの式で表すと

【００３６】

【数５】ｄｘ(ｎ)＝｜ｖｘ(ｎ)−ｗｘ(ｎ)｜ｄｙ(ｎ)＝｜ｖｙ(ｎ)−ｗｙ(ｎ)｜ (ここでｎ＝０〜７) これらからｄの偏微分の誤差を全ての成分にわたって和
をとって求める。その数式は、

【００３７】

【数６】

【００３８】で与えられる。このｄを用いて量子化の候
補の値ｒを評価することにより、偏微分の誤差を最小に
抑えた量子化の値を得ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、画像圧縮
過程の量子化処理の際に、その境界における偏微分の量
子化誤差を評価しながら量子化を行うため、境界におけ
る偏微分の量子化誤差を最小にすることができ、画像圧
縮により生じるブロック歪みを減少させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像圧縮装置の一実施例における画像
圧縮・伸長部の構成を示すブロック図である。

【図２】本実施例における境界条件の概念図である。

【図３】本実施例における境界条件を付した量子化に係
るフローチャートである。

【図４】本実施例における境界条件を付した量子化にお
ける各データ相互の関係図である。

【図５】本実施例の偏微分ベクトルを計算する際に使用
する偏微分テーブルを示す図である。

【図６】従来の画像圧縮・伸長装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図７】ＤＣＴ変換の概念図である。

【図８】従来の画像量子化の概念図である。

【図９】ブロック歪みの概念図である。

【符号の説明】

１，13，16…原画、２…ＤＣＴ変換部、３…境界条
件を付した量子化部、４…可変長符号化部、５…圧縮
データ、６…可変長復号部、７…逆量子化部、８
…逆ＤＣＴ変換部、９，14，17…再生画、 10…左の
量子化済み画素ブロック、 11…上の量子化済み画素ブ
ロック、 12…量子化する画素ブロック、 15…量子化
部、 18…画素ブロックとその境界、Ｓ(ｕ，ｖ)…量
子化する画素ブロック、ｒ(ｕ，ｖ)…量子化の候補
値、Ｌ(ｕ，ｖ)…左の量子化済みデータ、Ｕ(ｕ，
ｖ)…上の量子化済みデータ、Ｔx(ｕ，ｖ，ｎ)…Ｘ方
向偏微分テーブル、Ｔy(ｕ，ｖ，ｎ)…Ｙ方向偏微分
テーブル、Ｑ(ｕ，ｖ)…量子化テーブル、ｖｘ(ｎ)
…境界のＸ方向偏微分ベクトル、ｗｘ(ｎ)…境界のＸ
方向偏微分ベクトル、ｖｙ(n)…境界のＹ方向偏微分
ベクトル、ｗｙ(ｎ)…境界のＹ方向偏微分ベクトル、
ｄｘ(ｎ)，ｄｙ(ｎ)…差分絶対値ベクトル、ｄ…偏微
分の誤差、Ｒ(ｕ，ｖ)…量子化ブロック。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】量子化をする際に量子化する候補の画素
ブロックの値を計算して、その量子化の候補の値に対し
量子化テーブルと偏微分テーブルとから、量子化する画
素ブロックに対して一片が接する画素ブロックと他片が
接する画素ブロックとの境界における偏微分値を並べた
ベクトルである偏微分を計算し、さらに、量子化する画
素ブロックに対して一片が接する既に量子化されている
画素ブロックと他片が接する画素ブロックとから前記境
界の偏微分を計算する手段と、前記境界の偏微分の両方における誤差をベクトルの成分
の差分絶対値から評価し、前記誤差を最小にするように
量子化の値を設定する手段と、を備えたことを特徴とす
る画像圧縮装置。