JPH10285408A - 画像符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベクトル量子化のコードブック内の代表ベク
トルの並びに一定の規則性を持たせることで、入力ベク
トルと代表ベクトルとの置き換え処理におけるコードブ
ック内の代表ベクトルの探索開始位置の算出を容易に
し、入力ベクトルと代表ベクトルとの置き換え処理を高
速化する。 【解決手段】 コードブックにおいて予め画素ブロック
の画像特性に合わせて領域分けを行い、各領域には画像
特性に応じて分類された代表ベクトルをノルムの大きさ
順に並べて格納しておく。置き換え処理の際に入力ベク
トルの画像特性を識別し、コードブックにおいて識別さ
れた画像特性に相当する代表ベクトルが格納されている
領域の先頭アドレスを探索開始位置として、置き換え処
理を行う。これにより、コードブック内の代表ベクトル
の探索開始位置の算出を容易にし、入力ベクトルと代表
ベクトルとの置き換え処理を高速化することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はディジタル画像デー
タを符号化する画像符号化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から画像は、伝送・保存時等の情報
量を減らす目的でディジタル・データに置き換えられ符
号化・圧縮されている。特に最近では取り扱われる画像
のカラー化・精細化により画像に含まれる情報量が大幅
に増加しており、これに対応してＪＰＥＧなどの画像符
号化方法が標準化されているが、さらなる伝送時間の短
縮や蓄積画像数の向上のために、より高圧縮かつ高画質
な符号化方法に対する要求も高まりつつある。その１つ
としてベクトル量子化を用いた画像符号化方法が注目さ
れてきている。

【０００３】以下にベクトル量子化による画像符号化方
法について説明する。図４はその概念を示すものであ
る。

【０００４】まず入力画像データをある画素数（例えば
２×２画素）からなるブロック毎に分割し、それぞれの
ブロックにおいて、画像データはそれに含まれている画
像情報（色、輝度、色差など）を成分とするベクトルと
みなすことが出来る。これにより画像データは複数のベ
クトル（→Ｘ１，→Ｘ２，……）で表現される。以下、
入力画像データの各ブロックのベクトルを入力ベクトル
（→Ｘ１，…，→Ｘｐ）とし（ｐ：ブロック数）、画像
データをｐ個の入力ベクトル（→Ｘ１，…，→Ｘｐ）で
表すものとする。

【０００５】次に入力画像から生成された入力ベクトル
（→Ｘ１，…，→Ｘｐ）を代表ベクトルに置き換える処
理をする。これには先ず置き換えるためのｑ個の代表ベ
クトル（→Ｙ１，…，→Ｙｑ）（ｑ＜ｐ）からなるコー
ドブックを作成する。この代表ベクトルの総数ｑは入力
ベクトルの数ｐ個より少ない。そして前述のそれぞれの
入力ベクトルをコードブック内の各代表ベクトルと比較
し、最も類似した代表ベクトルを選択する。つまりある
入力ベクトル→Ｘｉ（ｉ：１…ｐ）に対して最もノルム
距離が近い代表ベクトル→Ｙｊ（ｊ：１…ｑ）を選択す
る。

【０００６】ここでノルム距離とは、入力ベクトルと代
表ベクトルとのそれぞれの成分について両者の差の２乗
を求め、それらを足し合わせたものの平方根を求めた値
であり、ベクトルの絶対値成分である。こうして入力画
像データの中のベクトル→Ｘｉで表現されていたブロッ
クは、最もノルム距離が近い代表ベクトル→Ｙｊに置き
換えられて表現される。

【０００７】以上の様な方法で画像を符号化すれば、入
力ベクトル（→Ｘ１，…，→Ｘｐ）に対応する各ブロツ
クの画像データは、代表ベクトル（→Ｙ１，…，→Ｙ
ｑ）（但しｑ＜ｐ）からなるコードブックと、各ブロッ
クがどの代表ベクトルで表現されるかという情報（ベク
トル番号）とからなるデータに置き換えられ、全体のデ
ータ量を圧縮することが出来る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ベクトル量子化におい
て、コードブック作成時の代表ベクトルの並びについて
は特にその方法が規定されているわけではない。従って
コードブックにおいて代表ベクトルが無作為に並んでい
る場合、入力ベクトルと代表ベクトルとの置き換え処理
において、コードブック内の代表ベクトルの探索は、常
にコードブック上のある固定の位置、例えば先頭に位置
する代表ベクトルから行わねばならず、処理時間を考慮
すると非効率的である。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、コードブック内の代表ベクトルの並びに規則性を持
たせることで、入力ベクトルと代表ベクトルとの置き換
え処理におけるコードブック内の代表ベクトルの探索開
始位置の算出を容易にし、入力ベクトルと代表ベクトル
との置き換え処理を高速化することのできる画像符号化
方法を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、コードブックにおいて予め画素ブロックの
特性に合わせて領域分けを行い、各領域には画像特性に
応じて分類された代表ベクトルを格納する手段を備えて
おり、この構成により、置き換え処理の際に入力ベクト
ルの画像特性を識別することで、コードブック内の代表
ベクトルの探索開始位置の限定が可能となり、入力ベク
トルと代表ベクトルとの置き換え処理における代表ベク
トルの探索時間を高速化できる。また、上記において画
像ブロックの特性として、各画像ブロックの入力ベクト
ルのノルムの大きさと、画素ブロックをエッジ部／フラ
ット部とに分類する方法と、さらにフラット部において
その画素ブロックの分割数毎に分類する方法と、これら
の特性を組み合わせた方法を用いる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、ディジタル画像データを任意の画素数からなるブロ
ックに分割し、この分割された画素ブロックを入力ベク
トルとしてベクトル量子化により圧縮する画像符号化方
法であって、入力ベクトルとの置き換え処理で用いられ
る代表ベクトルを格納したコードブックは予め画素ブロ
ックの画像特性に合わせて領域分けし、このコードブッ
クの各領域には画像特性に応じて分類された代表ベクト
ルをノルムの大きさ順に並べて格納し、入力ベクトルを
代表ベクトルに置き換える置き換え処理の際には入力ベ
クトルの画像特性を識別してその識別結果に応じてコー
ドブック内の代表ベクトルの探索開始位置を決定するこ
とを特徴とする画像符号化方法であり、これにより、置
き換え処理の際に入力ベクトルの画像特性を識別するこ
とで、コードブック内の代表ベクトルの探索開始位置の
限定が可能となる作用を有する。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１の画像
符号化方法において、コードブック内の代表ベクトルの
分類に用いる画像特性として、画素ブロックをエッジ部
とフラット部とに分類する。これにより、置き換え処理
の際に入力ベクトルがエッジ部またはフラット部のどち
らに属するか識別し、その結果に応じてコードブック内
の代表ベクトルの探索開始位置を限定し置き換え処理を
行う方法を有する。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１の画像
符号化方法において、コードブック内の代表ベクトルの
分類に用いる画像特性として、画素ブロックをエッジ部
とフラット部とに分類し、さらにフラット部において画
素ブロックの分割数毎に分類する。これにより、置き換
え処理の際に入力ベクトルがエッジ部またはフラット部
のどちらに属するか識別し、さらにフラット部と判断さ
れた場合、その画素ブロックの近傍の画素ブロックがエ
ッジ部またはフラット部のどちらに属するか識別し、対
象の画素ブロックおよびその近傍の画素ブロックが同一
色のフラット部であると判断された場合、対象の画素ブ
ロックおよびその近傍の画素ブロックの分割数を変更し
一つの画素ブロックとして扱い、その分割数に応じてコ
ードブック内の代表ベクトルの探索開始位置を限定し置
き換え処理を行う方法を有する。

【００１４】以下、本発明の実施の形態について説明す
る。 （実施の形態１）図１は、請求項１、２、３に記載の本
発明の一実施の形態によるコードブック上の代表ベクト
ルの格納方法を示す説明図である。図１の例では、画像
特性として２×２画素ブロックのエッジ部、２×２画素
ブロックのフラット部、４×４画素ブロックのフラット
部、８×８画素ブロックのフラット部といった４パター
ンの画像特性を用いており、コードブックを大きく４つ
のエリアに分けて格納している。

【００１５】１〜４は各コードブックのエリアであり、
エリア１には２×２画素ブロックのエッジ部を表わすｍ
個の代表ベクトルＥ[1]〜Ｅ[m]をノルムの小さい順に並
べて格納している。またエリア２には２×２画素ブロッ
クのフラット部を表わすｎ個の代表ベクトルＦ２[1]〜
Ｆ２[n]、エリア３には４×４画素ブロックのフラット
部を表わすｐ個の代表ベクトルＦ４[1]〜Ｆ４[p]、エリ
ア４には８×８画素ブロックのフラット部を表わすｑ個
の代表ベクトルＦ８[1]〜Ｆ８[q]をそれぞれノルムの小
さい順に並べて格納している。

【００１６】これにより、入力ベクトルの画像特性が４
パターンの中のどの特性に相当するか識別することで、
置き換え処理においてコードブックの探索開始位置とな
る、所望の代表ベクトルが格納されたエリアの先頭アド
レスを求めることが可能となり、探索時間を短縮するこ
とが出来る。

【００１７】次に、本発明の一実施の形態における、フ
ラット部のブロック分割数を変更して入力ベクトルと代
表ベクトルへの置き換え処理を行うアルゴリズムについ
て、図２および図３を用いて説明する。なお、図２では
図１と同様に、画像特性として２×２画素ブロックのエ
ッジ部、２×２画素ブロックのフラット部、４×４画素
ブロックのフラット部、８×８画素ブロックのフラット
部を用いている。

【００１８】まず、符号化処理の対象となる画像を２×
２画素単位でブロック分割する（Ｓ１）。図３では２ｍ
×２ｎ個（ｍ、ｎ：整数）の画素からなるディジタル画
像をブロック分割した例を示している。さらに、全ブロ
ックについて画像特性を識別して、２×２画素ブロック
のエッジ部とフラット部に分類する（Ｓ２）。次にエッ
ジ部とフラット部に分類された各画素ブロックを入力ベ
クトルとして、コードブックに格納されている代表ベク
トルとの置き換え処理を始める。

【００１９】図３に示す置き換え処理の例では、一升が
２×２画素ブロックであるとする。ある任意の２×２画
素ブロック：Ｂ２２について説明すると、このＢ２２に
ついて、まずＢ２２がエッジ部に分類されているかフラ
ット部に分類されているか識別を行う（Ｓ３）。

【００２０】Ｂ２２が２×２画素のエッジ部に分類され
ている場合は、図１に示すコードブック上において、２
×２画素のエッジ部を表わす代表ベクトルが格納された
エリア１の先頭アドレス（代表ベクトルＥ[1]のアドレ
ス）をコードブック探索開始位置とする（Ｓ５）。すな
わち、Ｂ２２についてはエリア１の先頭（Ｅ[1]）から
探索処理を行ない、２×２画素のコードブックの中から
代表ベクトルを探し、代表ベクトルとの置き換え処理を
行う（Ｓ１２）。

【００２１】置き換え処理が終了したら、未符号化の２
×２画素ブロックが存在するか判定を行い（Ｓ１３）、
存在する場合は次の置き換え処理に移る。

【００２２】もしＳ３において、Ｂ２２が２×２画素の
フラット部に分類されている場合は、近傍の３ブロッ
ク、つまり図３におけるＢ２３、Ｂ３２、Ｂ３３が、そ
れぞれエッジ／フラットのどちらに分類されているか識
別し（Ｓ４）、Ｂ２２を含めた４個の画素ブロックが４
×４画素のフラット部となり得るか否か判断する（Ｓ
６）。

【００２３】Ｂ２３、Ｂ３２、Ｂ３３のうちどれか一つ
がエッジ部に分類されている場合、あるいはＢ２３、Ｂ
３２、Ｂ３３すべてがフラット部に分類されていても、
そのフラット特性がＢ２２と異なる場合は、これらの４
個の画素ブロック（それぞれは２×２画素ブロック）は
それぞれ個別に２×２画素ブロックとして、各特性に応
じた代表ベクトルが格納されたエリアの先頭アドレスを
コードブック探索開始位置として（Ｓ８）、代表ベクト
ルとの置き換え処理を行う。

【００２４】Ｓ６において、Ｂ２３，Ｂ３２，Ｂ３３す
べてがフラット部であり、かつそのフラット特性がＢ２
２と一致する場合、これらの４個の画素ブロック（Ｂ２
２，Ｂ２３，Ｂ３２，Ｂ３３）は、一つのフラットな画
素ブロック（４×４画素ブロック）として処理できる。

【００２５】このようにＢ２２，Ｂ２３，Ｂ３２，Ｂ３
３を一つのフラットな画素ブロック（４×４画素ブロッ
ク）として処理した場合、つぎはこの４個の画素ブロッ
ク（Ｂ２２，Ｂ２３，Ｂ３２，Ｂ３３）の近傍の１２ブ
ロック、つまり図３におけるＢ２４，Ｂ２５，Ｂ３４，
Ｂ３５，Ｂ４２〜Ｂ４５，Ｂ５２〜Ｂ５５に広げて同様
な処理を行う。すなわち「Ｂ２４，Ｂ２５，Ｂ３４，Ｂ
３５」を一つの４×４画素ブロックとして、また「Ｂ４
２，Ｂ４３，Ｂ５２，Ｂ５３」を一つの４×４画素ブロ
ックとして、また「Ｂ４４，Ｂ４５，Ｂ５４，Ｂ５５」
を一つの４×４画素ブロックとして扱うことが出来るか
どうか識別を行う。

【００２６】この時の識別方法は「Ｂ２２，Ｂ２３，Ｂ
３２，Ｂ３３」の場合と同様に、まず２×２画素ブロッ
ク単位でエッジ／フラット部どちらに分類されているか
識別を行い、すべてがフラット部であり、かつそのフラ
ット特性が一致する場合、４個の２×２画素ブロックは
一つの４×４画素ブロックのフラット部として見なす。
逆に４個の２×２画素ブロックのうち、１個でもエッジ
部に分類されたブロックを含んでいるか、または４個全
部がフラット部に分類されていてもフラット特性が異な
る場合は、そのブロックは４×４画素ブロックのフラッ
ト部とならないため、それぞれを２×２画素ブロックと
して、各特性に応じた代表ベクトルが格納されたエリア
の先頭アドレスをコードブック探索開始位置として（Ｓ
１１）、代表ベクトルとの置き換え処理を行う。

【００２７】このようにして、「Ｂ２４，Ｂ２５，Ｂ３
４，Ｂ３５」と、「Ｂ４２，Ｂ４３，Ｂ５２，Ｂ５３」
と、「Ｂ４４，Ｂ４５，Ｂ５４，Ｂ５５」についてそれ
ぞれの画像特性を識別した結果から、４個の４×４画素
ブロックの画像を一つの画素ブロック（８×８画素）と
みなして処理出来るかどうか識別を行う（Ｓ９）。

【００２８】４個の４×４画素ブロックすべてがフラッ
トであり、かつそのフラット特性が「Ｂ２２，Ｂ２３，
Ｂ３２，Ｂ３３」のものと一致する場合、これらの４個
の４×４画素ブロックは、一つの８×８画素ブロックの
フラット部として処理できる。この場合は、コードブッ
ク上の８×８画素のフラット部を表わす代表ベクトルが
格納されたエリアの先頭アドレスをコードブック探索開
始位置として（Ｓ１０）、Ｂ２４〜Ｂ２５、Ｂ３２〜Ｂ
３５、Ｂ４２〜４５、Ｂ５２〜５５を一つの画素ブロッ
ク（８×８画素）ブロックからなる入力ベクトルとして
代表ベクトルとの置き換え処理を行う。

【００２９】一方、「Ｂ２４，Ｂ２５，Ｂ３４，Ｂ３
５」、「Ｂ４２，Ｂ４３，Ｂ５２，Ｂ５３」、「Ｂ４
４，Ｂ４５，Ｂ５４，Ｂ５５」の各４×４画素ブロック
において、すべてフラット部に分類されていても、その
フラット特性が「Ｂ２２，Ｂ２３，Ｂ３２，Ｂ３３」と
異なる場合は、これらのブロックを一つの画素ブロック
（８×８画素）とはみなさず、それぞれを個別に４×４
画素ブロックとして代表ベクトルとの置き換え処理を行
う。ここでは、それぞれフラット部に分類されるので、
図１のエリア４すなわち４×４画素のフラット部を表わ
す代表ベクトルが格納されたエリアの先頭アドレス（代
表ベクトルＦ4[1]のアドレス）をコードブック探索開始
位置とし（Ｓ１１）、この先頭アドレスより検索を行っ
て代表ベクトルとの置き換え処理を行う。

【００３０】このようにある任意のブロックの周囲の各
ブロックがすべてフラット部に分類されていても、その
フラット特性が当該任意のブロックの特性と異なる場合
は、周囲の各ブロックについては個別にその特性に応じ
た代表ベクトルが格納されたエリアの先頭アドレスをコ
ードブック探索開始位置として置き換え処理を行う。

【００３１】以上のように符号化処理の対象となるディ
ジタル画像のフラット部を２×２画素から８×８画素ま
で領域を展開して置き換え処理を行うことにより、代表
ベクトルの探索時間の短縮だけでなく、符号化率を向上
させることが出来る。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、コードブ
ック内の代表ベクトルの並びに一定の規則性を持たせる
ことで、入力ベクトルと代表ベクトルとの置き換え処理
におけるコードブック内の代表ベクトルの探索開始位置
の算出を容易にし、入力ベクトルと代表ベクトルとの置
き換え処理を高速化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるコードブック上の
代表ベクトルの格納方法を示す説明図

【図２】本発明の一実施の形態による画像特性をもとに
コードブックの探索開始位置を求めるアルゴリズムのフ
ローチャート

【図３】本発明の一実施の形態によるディジタル画像デ
ータのブロック分割例を示す説明図

【図４】従来のベクトル量子化による画像符号化の概念
を示す説明図

【符号の説明】

１〜４ エリア Ｅ[1]〜Ｅ[m] ２×２画素ブロックのエッジ部を表わす
代表ベクトル Ｆ２[1]〜Ｆ２[n] ２×２画素ブロックのフラット部を
表わす代表ベクトル Ｆ４[1]〜Ｆ４[p] ４×４画素ブロックのフラット部を
表わす代表ベクトル Ｆ８[1]〜Ｆ８[q] ８×８画素ブロックのフラット部を
表わす代表ベクトル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 正明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディジタル画像データを任意の画素数から
   なるブロックに分割し、この分割された画素ブロックを
   入力ベクトルとしてベクトル量子化により圧縮する画像
   符号化方法であって、 入力ベクトルとの置き換え処理で用いられる代表ベクト
   ルを格納したコードブックは予め画素ブロックの画像特
   性に合わせて領域分けし、 前記コードブックの各領域には画像特性に応じて分類さ
   れた代表ベクトルをノルムの大きさ順に並べて格納し、 入力ベクトルを代表ベクトルに置き換える置き換え処理
   の際には入力ベクトルの画像特性を識別してその識別結
   果に応じてコードブック内の代表ベクトルの探索開始位
   置を決定することを特徴とする画像符号化方法。
2. 【請求項２】置き換え処理の際に用いる画像特性とし
   て、画素ブロックをエッジ部とフラット部とに分類し、
   置き換え処理の際に入力ベクトルがエッジ部またはフラ
   ット部のどちらに属するか識別し、その結果に応じてコ
   ードブック内の代表ベクトルの探索開始位置を限定し置
   き換え処理を行うことを特徴とする請求項１記載の画像
   符号化方法。
3. 【請求項３】置き換え処理の際に用いる画像特性とし
   て、画素ブロックをエッジ部とフラット部とに分類し、
   さらにフラット部において画素ブロックの分割数毎に分
   類し、置き換え処理の際に入力ベクトルがエッジ部また
   はフラット部のどちらに属するか識別し、さらにフラッ
   ト部と判断された場合、その画素ブロックの近傍の画素
   ブロックがエッジ部またはフラット部のどちらに属する
   か識別し、対象の画素ブロックおよびその近傍の画素ブ
   ロックが同一色のフラット部であると判断された場合、
   対象の画素ブロックおよびその近傍の画素ブロックの分
   割数を変更し一つの画素ブロックとして扱い、その分割
   数に応じてコードブック内の代表ベクトルの探索開始位
   置を限定して置き換え処理を行うことを特徴とする請求
   項１記載の画像符号化方法。