JPS5992688A - 適応形画像圧縮方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は画像の狭帯域伝送或いは蓄積を目的とした符号
化においてアダマール変換によって周波数領域に変換し
た各シーケンスの組合せによって適応的に可変長符号を
４える画像圧縮方式に関する。

画像の統計的性質から冗長信号を除去する或いは視覚特
性から不要な信号を除去することによって伝送容量の節
約即ち帯域圧縮が可能であることがよく知られている。

画像信号は隣接する画素間で空間的に強い相関をもって
いることを利用して何らかの画像変換を施し、画像に偏
シをもたせることができるならば高能率な符号化が可能
に彦る。画像に偏りをもたせる変換方式として線形予測
変換方式や直交変換方式がよく知られている。線形予測
変換方式は、隣接画素を予測し−その予測誤差が統計的
側シをもつことを利用したものであり、直交変換方式は
画像を空間周波数領域へ変換したときその出力である各
周波数成分のスペクトラムに偏りがあることを利用した
庵のである。高能率々符号化を行々うためには、これら
変換成分に対して視覚的に許容される範囲で歪を与える
即ち量子化歪を与えることによって情報量を減らし、更
にこれら変換成分与えるのが有効である。一方この統計
的な偏りは画像によってかなり異なるものであり、々め
らかな画像では偏りが大きく、複雑な画像では逆にバラ
ツキが太きいという性質があり、したがって可変長符号
化は画像によって圧縮率即ち圧縮された画像の情報量が
大巾に異なるという結果になる。

−，１− このことは画像の入力および出力速度が一定のとき、こ
の系の中で画像に可変長符号を与えることは伝送情報量
に対して時間軸の違いが生ずることであり、したがって
この時間軸の変動を補正する必要がある。

本発明は特にこの点に鑑みて、能率的な可変長符号の与
え方、および出力ビツトレートに応じて圧縮率の変動を
抑制する適応的な符号化を行なう画像圧縮方式を提案す
るものである。

本発明は画像を空間周波数領域へ変換する手段としてア
ダマール変換を用い、こ＼で得られた空間周波数成分に
対して更に線形予測変換を行なうことを基本系としてい
る。

アダマール変換は、変換マトリックスが「／Ｊおよび「
−ｌ」を要素としており、加減算器だけで構成できるた
め回路が簡単に彦る特長を有する。

ところで、アダマール変換によって周波数領域に変換さ
れたシーケンスはフーリエ変換における周波数軸に対応
するものであシ、０次のシーケンスは直流成分の量を、
高次の７−ケンスは高周波−≦− 成分の量を表わすノラメータとみなすことができる。こ
のため、原画素間の相関が強ければアダマール変換後の
信号のエネルギーは低次の７−ケンスに集中することに
なる。一般の画像では高周波成分のエネルギーが少ない
ので視覚的に許容される範囲内で各シーケンスの量子比
レベルのビット数を減らすことができる。また帯域圧縮
を目的としたアダマール変換符号化方式は特に低ビツト
レートの符号化として有効であり、量子化による画質劣
化を視覚的に目立たないように分散することができる。

すなわち、画像の滑らかな部分の量子化ノイズは目につ
きやすいが、急峻な変化のある部分のノイズは目につき
にくいといった視覚特性から、空間周波数に応じて量子
化が容易に行なえるという利点がある。

アダマール変換によって得られた各シーケンスは、それ
ぞれのスペクトラムの量に応じて適当な量子化レベルを
配分し、つまり視覚的に許容される範囲で各スペクトラ
ムに歪を与えることによって情報量を減らすことになり
、各シーケンスのスペクトラムの量が少なければそれだ
け配分すべき量子ｆヒレベルのビット数は少なくて済む
。ところで、一般の画像では隣接する画素間で相関が強
いためシーケンスの低次成分のエネルギーが高く、高次
成分のエネルギーが低く観測される。したがってこの低
次成分のエネルギーを低くするような何らかの変換手法
があるならば、それだけ配分すべきビット数を減らすこ
とができる。このような変換手法としてアダマール変換
によって得られた各シーケンスを線形予測変換する方式
が知られている。

こ＼でこの線形予測方式の一例を説明する。今説明を簡
単にするため、アダマール変換のブロックサイズを２×
コとし、原画像を第１図に示すようなブロックに分割し
た場合について説明する。

ｋ％　ｋ＋／、・・・は原画像の走査ライン番号を示し
、コ走査ラインに含まれる複数ブロックを１組としてｌ
ブロックラインと名付けるとｉ、ｉ＋／、・・・はブロ
ックライン番号を示す。水平方向にも２画素を７組とし
てｊｂｊ＋’−・・・の番号をつけると画原はλ×コの
ブロックＢｉｊ−／、Ｂｉｊ、・・・にブロック化され
る。ここでブロックＢｌｊの画素名を図の配置において
（ｕｌ、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４）とすると、正規化されたア
ダマール変換は一次又は１次のアダマール行列を用いて
（１）式のように表わすことができる。

ここでシーケンスＨ８％Ｈ□％　Ｈ２Ｓ　Ｈ３はそれぞ
れアダマール変換によって周波数領域へ変換された参次
の周波数成分に対応し、Ｈ６は直流成分を、Ｈｌは垂直
成分を、Ｈ２は水平成分を、Ｈ３は傾斜成分を示してい
る。なお、ブロックＢ１ｊ　の１行における走査ライン
ｋｓｋ＋ｌは同時に走査して画素（ｕｌ、Ｈ２）、（Ｈ
３、Ｈ４）の順に読出して吃よく、先ず走査ラインｋを
走査して画素（ｕｌ、Ｈ３）−ター の順に一旦バッツァメモリに記憶し、走査ラインに＋／
を走査したとき画素（ｕ　１、Ｈ２）、（ｕａ、Ｈ４）
の順に読出してもよい。現ブロックＢｌｊのシーケンス
を（Ｈｏ、Ｈ，、Ｈ２、Ｈ３）、前ブロックＢｌｊ−／
のシーケンスを’　”’　、Ｈ１’　％　Ｈ２’　％　
Ｈ３’　）とし、金弟１図にしたがって水平方向にアダ
マール変換を施し、と＼で得られた各シーケンスを同じ
く水平方向に線形予測することを考える。

このときブロックＢｉｊのシーケンスＨ８％Ｈ１を（コ
）式によって予測するとこの予測誤差成分はブロック間
の各画素の距離を最も短かくするものであり、画素間に
相関が強いときこの予測誤差成分のエネルギーを低くす
ることができる、これは画素間に相関が強いとき予測誤
差成分はその値が零の方向に集中するようになるからで
ある。

１０− Ｈｏ、Ｈ□はシーケンスＨ８％Ｈ工の予測値を、ΔＨｏ
１ΔＨ□は予測差分変換値であり予測誤差成分を示す。

このようにして同一ブロックラインにおける前ブロン／
Ｂｉｊ−／の各シーケンスＨ８／、Ｈ□′、Ｈ２’　、
　Ｈ３’　から現ブロックＢｌｊ　のシーケンスＨｏ、
Ｈｌを予測し、その予測誤差成分ΔＨｏ、ΔＨ□が得ら
れ、結局伝送すべき成分を、直流予測誤差成分ΔＨ６ｓ
垂直予測誤差成分ΔＨｌ　、水平成分Ｈ２、傾斜成分Ｈ
３とするのが能率的であるといえる。

こ＼でアダマール変換によって得られた各シーケンスを
予測した場合、伝送すべきエネルギーがどれだけ節約で
きるか、その効果が第一図に示される。

今メモリーレスガウス分布に従う画像Ｕの分散をσ２ｕ
１各シーケンスＶの分数をａ　　ｙ、線形予測したシー
ケンスの分散をσΔｖ５アダマール変換のブロックサイ
ズをＮとすれば、Ｒａｔｅ　ＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎＴｈ
ｅｏｒｙにもとすき伝送エネルギーの給体１ａは（３）
式または（４Ａ）式で与えられる。

したがって伝送エネルギーの相対値Ｐｒはｐｒ＝１ｏ１
ｏＥ　　ｄ　　−Ｐａ　　　　（ｊ）０ 第２図は上記（３）（４’）（、ｔ）式の計算から、ｒ
ビット／画素をもつ標準的な画像における伝送エネルギ
ーの総体エネルギーおよび冗長度を示したものである。

第一図において特性Ｉは／次元アダマール変換の全シー
ケンスの総体エネルギーの変化を、特性■はλ次元アダ
マール変換の全シーケンスの総体エネルギーの変化を、
特性■、■はそれぞれ特性■および特性■を水平方向に
アダマール変換して垂直方向に線形予測したときの全シ
ーケンスの総体エネルギーの変化を各ブロックサイズに
対応して示しである。なお原画備の総エネルギーは３１
゜２　ｄＢ（ｒ、　ｍ、　ｓ）になっている。これから
明らかなように特性■、■はＩ、ＩＩに比べ伝送エネル
ギーが大巾に減っていることが分る。しかも特性■、■
はブロックサイズにほとんど関係なく一定の伝送エネル
ギーになっている。このことは伝送エネルギーの点から
みれば、ブロックサイズを犬きくして回路を複雑化する
よりはブロックサイズ＋Ｘ／又はλ×−を選び線形予測
を行なうのが効率的であることが分る。この場合伝送エ
ネルギーの相対値Ｐｒは、２０　ｄＢ　（＝ｌｔｄＢ−
／ｊｄＢ）となり１．２０ｄｆ３だけ伝送エネルギーを
節約できるととを示している。

ところで（１）式から分るように垂直成分Ｈ工は既にブ
ロックＢｌｊ内の和と差で構成されており、伝送エネル
ギーも直流成分Ｈｏに比べて非常に小さいため線形予測
してもその効果は少ない。つまり垂直成分Ｈ１とその予
測誤差成分ΔＨ１では伝送エネルギーの大きさにほとん
ど差が無いので、直流成分Ｈ８だけについて線形予測を
行ない、伝送すべきシーケンスをΔＨＯ％ＨＬ、Ｈ２、
Ｈ３とすればよいことになる。

ｌ　３− このようにして、従来はこれらシーケンスΔＨｏ％■■
０、Ｈ２、Ｈ３に対して適当彦量子化レベルを与え、ビ
ット数の配分を行なって符号化するようにしていた。こ
の量子化は、画像の空間パワースペクトラムの中で視覚
的に劣化を生じない範囲で各周波数成分Ｖに歪りを許容
することであり、このときの伝送に必要彦情報量ＲはＲ
ａｔｅ　ＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎＴｈｅｏｒｙから（＋）
式で与えられる。

たとえばシーケンスΔＨｏ、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３にそれぞ
れｌビット、ｌビット、ｌビット、−ビットを配分すれ
ばｌブロックに対１−て合ｉｉ／Ａビット（平均≠ビッ
ト／画素）を伝送するようになり、更に圧縮を必要とす
るときは（、＜］式からも明らか彦ように歪りを大きく
することになりそれだけ再生画像を劣化させることに々
る。

本発明は上記方法において歪りを大きくすることなく、
圧縮率を大巾に向上させようとするもの−／４’− であり、従来は各シーケンスΔＨｏ、Ｈ□、Ｈ２、Ｈ３
の量子化値をそれぞれ伝送していたのに対し、本発明は
上記各シーケンスΔＨｏ１Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の量子化値
の組合せを構成し、この組合せに対して可変長符号を与
えるようにしており、すなわち、たとえば各シーケンス
の量子化値が■ΔＨｏ＝Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３＝０のとき（
３１％）この組子 合せコードのみを伝送し、■ΔＨｏ＝　　１％Ｈ□＝Ｈ
２＝Ｈ３＝０のとき（２２％）この組合せコードとΔＨ
ｏの正負符号のみを伝送し、■ΔＨｏ＼０、＋、１、Ｈ
１＝Ｈ２＝Ｈ３＝０のときＣ３Ｉ％）この組合せコード
とΔＨｏの量子化値のみを伝送し、■その他の条件のと
き（２％）この組合せコードとΔＨｏ、Ｈ工、Ｈ２、Ｈ
３の全量子化値を伝送するように符号化される。

このようにすることは直流予測誤差成分ΔＨ８に比べ他
の成分の量子化値が非常に小さくゼロに々る確率が高く
、標準的な画像におｈて視覚的劣化を生じない程度に各
シーケンスを量子化したとき（）内で示すような各組合
せの発生確率が得られているからである。

さてこのように／ブロック内の各シーケンスの組合せに
よって可変長符号を与えることは非常に能率的であり本
発明の１つの特徴になっているが、反面ブロック毎に圧
縮率が可変になることであり前述したような不都合が生
ずる。したがってこの場合は符号化ビットレートと伝送
ビットレートのちがいを吸収するため即ち時間軸の変動
を補正するために十分なバッファメモリを設ける必要が
ある。一般の画像ではその種類によって圧縮率の変動が
一〜μ倍にも異なるので、大容量のバッファメモリが必
要になるが、回路量を減らす意味で少量のバッファメモ
リでも圧縮率の変動をうまく吸収できるようにするため
、本発明は出力ピットレーＩｎｃ応じて各シーケンスに
与える量子化特性を遂次選択するように構成し、小容量
のバッファメモリでも入力および出力ビツトレートのち
がいを十分に吸収できるように工夫している。すなわち
、画像は一般に隣接ライン内で相関が強いので、ライン
内での圧縮率の変動はゆるやかになるであろうことに着
目して、バッファメモリの空き状態にらじて次のブロッ
クラインに対する各シーケンスの量子化特性を適応的に
選択するものである。

以下本発明の一実施例を図によって説明する。

説明を簡単にするためブロックサイズλ×コのアタマー
ル変換を用いた例について説明するが本発明はこのブロ
ックサイズに限定されるものではない。

第３図は本発明の詳細な説明するためのブロック構成図
の一例である。

第３図において、（ａ）は画像圧縮装置、（ｂ）は画像
再生装置を示してＡる。

ｌは第１図におけるブロックＢ１ｊの入力画素群（ｕｌ
、ｕ２、ｕ３、ｕ４）であり、λはアダマール変換器で
あって（１）式にしたがって入力画素群ｌから弘個のシ
ーケクス即ち直流成分Ｈ６、垂直成分Ｈ□、水平成分■
■２、傾斜成分Ｈ３を算出する。量子化器３は量子化特
性選択器りによって各ブロックライン毎に選択されり量
子化特性を用いて各シーケンスＨｏ、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３
をそれぞれ量子化する。

こ＼で少なくとも直流成分Ｈ６だけは予測差分変７７− 換器≠において（２）式にしたがって直流予測誤差成分
ΔＨｏに変換される。このようにして得られた量子化さ
れた各シーケンスΔＨｏ％Ｈ１％Ｈ２、Ｈ３は符号化器
ｊで可変長符号化されるが、この可変長符号は第１図に
示すように各シーケンスの量子化値の組合せによって各
量子化特性毎に定まる符号構成が用いられる（但し第μ
図では傾斜成分Ｈ３は後述の理由で無視している）符号
化器ｊによって圧縮された可変長符号は遂次バッファメ
モＩＪ　、Ｇに入力され、実時間処理の場合は同時にバ
ッファメモリｔからはある定められたビットレートで入
力とは非同期に読出され誤り訂正符号化器７によって伝
送路上で生ずる誤シを訂正できるような冗長符号を付加
して伝送路上に送られる。

なお、画像の７ブロツクラモ 号発生回路ｒから同期信号がバッファメモＩＪ　ｊに入
力されるようになっている。

こ＼で量子化特性選択器りはバッファメモリぶのアドレ
ス空間をＰ分割したアドレスポインタを（Ｐ−／）個保
持しておセ、たとえばバッフアメｉｒ− モリｔの容量を１１−２バイトとし、！分割したアドレ
スポインタＬ１＝Ｐ１、：［，２−／２１．Ｌ３−／デ
ー、・・・Ｌ７＝≠ａｔをもっている。アドレスカウン
タ／θは可変長符号がバッファメモリｔへたとえばｒピ
ッ）（／バイト）単位で入力される毎に＋１を計数し、
またバッファメモリｔから一定の出力ビットレートのも
とにｌビット単位で出力される毎に−１を計数して、入
力画像のｌブロックラインの終了時にその時点における
バッファメモリｔの空き状態を量子化特性選択器？へ送
るようにしている。このとき量子化特性選択器りはバッ
ファメモリ乙の空き状態がアドレスポインタＬｎのどの
範Ｈに入っているかを識別して次のブロックラインに対
する量子化特性を適宜選択して量子化器３へ送る。

但しバッファメモリがアンダーフローになる危険を避け
るため本実施例ではＰｌは（出力ビットレート）Ｘ（／
ブロックライン内の総画素数）として与えているがこの
限りではない。

以上のようにすればｄラフアメモリｔへの符号化ビット
レートの変動がはげしくても小容量のバッファメモリで
その変動を平滑化でき、安定して一定の速度で出力する
ことができる、 即ち、ここでの制御はバッファメモリｔの空きエリアが
多くなりアンダーフローの起りそうなときには次のブロ
ックラインに対する各ンーケンスの量子化を細かくする
ように、−！、た空きエリアが少なくなりオーバーフロ
ーの起りそうなときは次のブロックラインに対する量子
化を粗くするように量子化特性を選択するものである。

ところで量子化を粗くすることはＳＮ比を悪くする方向
に働くが、出力ビットレートに比べて符号化ビットレー
トが高いことはそのブロックラインの画像構成が複雑で
あったことを意味しており、したがって量子化をある程
度粗くしても視覚的には劣化がそれ程目立たない。しか
し出力ビットレートは再生画像の画質設計値の目安にも
なるので、ある画質目標として設定された出力ビットレ
ートより符号化ビットレートが高いとき、その符号化ビ
ットレートを下げるようにする訳であるから設定した画
質に比べて劣化することは当然である。

しかしその画質劣化が視覚的には目立たない方向に作用
するということである。

一方出力ビットレートに比べて符号化ビットレートが低
いことはそのブロックラインは滑うかが画像構成であっ
たことを意味しており、この場合は視覚的に劣化が目立
ちやすく、且つバッファメモリのアンダー７０−になる
危険性もあるので量子化を細かくするものである。

以上の如く、再生画像の画質目標として設定された出力
ビットレート即ち入力画素当りの平均出力ビット長に合
せて視覚特性を利用しながら量子化特性を適応的に変化
させることによって符号化ビットレートの変動を平滑化
し小容量のバッファメモリでも過不足なく一定の出力ビ
ットレートで伝送できるものである。

さてバッファメモリｔから読出された可変長符号は一定
の出力ビットレートで伝送されるが、一般に情報を伝送
する際、信頼性の少ない伝送路において情報伝送の信頼
性を高めるにはその情報に一コ　ｌ− 冗長度即ちゆとりを吃たせる必要がある。特に帯域圧縮
された情報はそれだけゆとりが少なくなっており、伝送
路での誤りの影響を受けやすくなっている。したがって
画像情報としては高次の圧縮がなされても伝送路におけ
る誤り特性に適した冗長信号を付加して伝送路の信頼性
を高める必要がある。これは即ち誤シ訂正技術であり、
符号理論として多くの方式が知られている。伝送路とし
て磁気記録の例において記録密度の増加に伴ないランダ
ム誤シ、バースト誤シ共に増大するのでこれに適した誤
り訂正符号化方式が必要になる。一般にバースト誤りが
長くなると訂正しにくくなるのテ、バースト長を短かく
或いはランタム誤りになるように並べ直す方法としてイ
ンターリ−ピング方式が知られている。このような誤シ
訂正技術としては多くの方式が確立しており、たとえば
ランタム誤りや短かいバースト誤りを内符号で訂正し、
内符号で訂正できなかった長いバースト誤り、その他は
外符号で訂正するという鎖状符号がよく用いられており
、この内符号、外符号としては巡回−，２２− 符号、ファイア符号、ＢＣＨ符号、リードソロモン符号
、隣接符号などが誤シ訂正或いは検出に多く用いられる
。

いずれの方法を採用するにせよ伝送路の誤り特性に応じ
てその誤りからくる視覚的な劣化が許容される範囲で効
率的な誤り訂正或いは誤シ修正が行なわれなければなら
ない。

以上によって圧縮された画像信号は伝送路たとえば磁気
記録系を介して第３図（ｂ）の画像再生装置で受信され
る。

受信された信号は伝送路上で生じた誤りを誤り訂正回路
／ｌで多くの場合訂正される。同期信号検出器７．２は
一定ビットレートで入力される受信信号群の中から同期
信号を検出する。この同期信号の検出によって、次に検
出される同期信号までの間を圧縮された画像信号とみな
して復号化器１３へ送る。

復号化器１３は符号化器ｊで符号化された可変長符号を
第Ｖ図の量子化特性に応じて固定長の各シーケンスΔＨ
ｏ％Ｈ０、Ｈ２、Ｈ８の量子化値を得るように復号化さ
れる。伸号長器／４４は量子化器３によって量子化され
、符号化器！で可変長圧縮された各シーケンスΔＨｏ％
Ｈ，、Ｈ２、Ｈ３を復元するかの如くに伸張するもので
あり、予測和変換器ｉｓは（２）式からＨ６−４６十Ｈ
６′−■２′−Ｈ２なる関係を用いて直流成分Ｈ６を復
元するものである。このようにして復元された各シーケ
ンスＨ８、Ｈｌ、Ｈ２、Ｈ３はアダマール逆変換器／７
に入力され、こ＼でＣｌ）式にしたがってブロックＢｌ
ｊの再生画素群１７（ｕ１′、ｕ２’　、１１３’　％
　ｕ４’　　）を得る。

このようにして得られたｌフレームの再生画像にのって
いるノイズ量はエネルギーとして／　０１０．ｌｉ’ｌ
ｏ（Σ（Ｊ　ｕ’１）２／Ｎ）ｄＢ　　　（７）で表わ
すことができ、量子化や伝送路上の誤シなどＫよって生
ずる画質劣化の目安を与えるものである。

第１図はバッファメモＩＪ　ｌの空き状態によって選択
される量子化特性とその特使われる可変長符号の構成を
示すものである。Ｚ、　Ｆ、　ＡはＺｏｎａｌ　　Ｆｉ
ｌｔｅｒｉｎｇ即ち適応的に選択される量子化特性番号
を示し、Ｚ、Ｆ、はＺｏｎａｌ　Ｆｉｌｔｅｒ特性即ち
各シーケンスＨ６％Ｈ，ｋ　Ｈ２に与える歪量を示して
いる。たとえば４．２の特性１％コ、−は直流成分Ｈ８
、垂直成分Ｈ１、水平成分Ｈ２それぞれの値の下位ビッ
ト測／、λ、２ビツトに歪量としてＯを挿入するように
この例では線形に量子化される。直流成分Ｈ６は更に予
測誤差成分ΔＨｏに変換され、その後に各シーケンスΔ
Ｈｏ。

Ｈｌ、Ｈ２の量子化値の組合せが前述のように（０，０
％　Ｑ）、（±ｉ、ｏ、Ｏ）、（ｈｌｏ、Ｑ）、（ｈ、
ｈ％　ｈ）のいずれかによって可変長符号が割当られる
。

こ＼でｈはΔＨｏの場合０５±ｌ以外の値、その他の場
合Ｏ以外の値を示す。コード長は量子化特性および量子
化値の組合せによって可変長符号化されるときの符号長
を示す。コードは各シーケンスΔＨｏ％　Ｈ工、Ｈ２を
伝送するためのフォーマットを示す。こ＼でＸは直流予
測誤差成分ΔＨ８−コ　！− を、Ｙは水平成分Ｈ２を、２は垂直成分Ｈ□を示しその
添字はその値のビット位置を、またＳはそれぞれの値の
正・負の符号を示している。最後にＢＣはブロックコー
ドであシ各シーケンスの組合せによって与えられる組合
せを示すコードである。

（復号化のときこのコードによってどの可変長符号が使
われたかを識別するものである）第Ｖ図では傾斜成分Ｈ
３については後述の理由で省略している。

第１図は画像圧縮装置を更に具体的に示すための一実施
例である。原画像の窓空間λ×λから抽出された第７図
に示す画素（ｕｌ、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４）が加減算器で構
成するアダマール変換器λを介して（１）式にしたがっ
て演算され、≠個のシーケンスＨ８−Ｈ３のうち直流成
分Ｈ８、垂直成分Ｈ□、水平成分Ｈ２を得る。

こ＼で傾斜成分を省略したのは次の理由による。

その１つは一般の画像においては傾斜成分Ｈ３は他成分
に比べそのエネルギーが小さいこと、もう１つは傾斜成
分Ｈ３に歪を与えることは斜めパター２　を− −ンの多い画像に対して劣化を与えることになるが、本
実施例のようにアダマール変換のブロックサイズがλ×
λと−う非常に小さい空間を指している場合、この空間
内の直流成分Ｈ６の歪が少なければ画像全体に対する斜
め・９ターンの劣化はほとんど目につかないという点に
もとすき本実施例では傾斜成分を無視している。

こ＼で直流成分Ｈ８だけは量子化特性に対応して“まる
め゛操作が行なわれる。たとえば現在のブロックライン
で使用されている量子化特性番号が３であればフィルタ
信号（Ｆ４、Ｆ３、Ｆ２、Ｆ工）が（０１００）をレジ
スタ２１に保持されており、したがって＃　１　Ｍが直
流成分Ｈ６に加算されてからアダマール変換の正規化の
ため／／、２される。

このように少々くとも直流成分Ｈ８だけは゛まるめ゛演
算をして精度を高めておくことによってエントロピーを
増やすことなく、後の再生画像上で量子化ノイズを減ら
す点で効果があることが実験的に確かめられる。他のシ
ーケンスＨ１、Ｈ，についても′まるめ“操作をすれば
前記量子化ノイズを、減らすことはできるが、その反面
エントロピーが特に複雑な画像において大きく増えるた
めここでは省略した。これはシーケンスＨ１、Ｆ２が既
にブロック８１ｇ内の和と差で構成されており、そのレ
ベルがＯの近くに集中しているところへ“まるめゝゝ操
作をすることによってそのレベルの分散が拡がる可能性
が大きいためである。

このようにアダマール変換によって得られた各シーケン
スは量子化回路３によって量子化特性に合せて量子化さ
れる。たとえば現ブロックラインで使用されている量子
化特性番号Ｚ、　Ｆ、　Ａが−であれがそのフィルタ特
性Ｚ、　Ｆ。は第７図からシーケンスＨ８％Ｈ１、Ｆ２
それぞれに対して１１λ、λであり、したがってシーケ
ンスＨ８、Ｈ□、Ｆ２それぞれの下位ビット側１％−１
λビツトに歪量としてＯが挿入されるようにして量子化
される。

各シーケンスの量子化の様子は第６図に示されている。

ここで量子ｆヒされた直流成分Ｈ６は予測差分変換器弘
において（，２）式にしたがって線形予測され直流予測
誤差成分ΔＨｏを得る。ここで直流予測誤差成分ΔＨｏ
は後述のように第１７図から得ることもできる。ｚｌは
ｌブロックの遅延素子であり、（２）式における直流成
分Ｈ８Ｉおよび水平成分Ｈ２′を得るものである。また
各ブロックラインごとに初期値としてＺ−ＩＫは７＋、
ｚｌｌにはＯが挿入されている。更に量子化されり各シ
ーケンスΔＨｏ、Ｈ１％　Ｈ２ｉｊニレベル制限回路、
２．２において各シーケンスに配分されたビット数にし
たがってレベルの上限値が制限される。

九とえは直流予測誤差成分ΔＨｏに配分されたビット数
が７ビツトの場合、そのレベル値は一４μ〜＋Ａ、？に
制限され、仮如にΔＨｏ＝−ＡｉｒであればΔＨｏ−−
１≠に制限され、ΔＨｏ＝４ｊであればΔＨｏ＝４３に
制限される。

以上のようにしてブロックＢｉｊの画素（Ｕ□、Ｆ２、
ｕ３ｂｕ４）はアダマール変換によって空間周波数領域
に変換され、更に画質設計に応じて一定量の歪が与えら
れ、伝送すべきシーケンスΔＨ，Ｈ。

Ｉ Ｆ２としてとり出される。

このようにして得たシーケンスΔＨｏ、Ｈ，、−一ター Ｆ２は次のようにして可変長符号化される。すなわち、
第参図に示す量子化特性番号Ｚ、　Ｆ、　Ａ　／のコー
ドフォーマットにしたがって直流予測誤差成分ΔＨｏが
（ＳｘＸ５Ｘ４Ｘ３Ｘ２Ｘ１Ｘｏ）の順にシフトレジス
タ２弘３へ、またシーケンスΔＨｏ％Ｈ□、Ｈが（ＳＸ
Ｘ５Ｘ４Ｘ３ＳｙＹ３Ｓｚｚ３Ｘ２Ｙ２ｚ２ＸＩＹ１Ｚ
ＩＸｏＹｏｚｏ）の順にシフトレジスタ２弘へそれぞれ
パラレルに入力される。一方間時にこれらのシーケンス
ΔＨｏ。

Ｈよ、Ｆ２、現ブロックラインで使用されているフィル
タ信号ＦＸ−Ｆ、および同期信号５ＹＮＣがロジックア
レイコｊに入力され、ここでは第７図に示す論理構造に
よって、第ｊ図に示すブロックコードＢＣおよびコード
長ＣＬを出力する。コード長ＣＬはカウンター２６へ入
力され、ブロック：Ｉ−１”Ｂｃｆｌシフトレジスタ、
２７ヘノξラレルに入力される。

ここでシフトレジスター２３．２≠および、２７はパラ
レル−イン／シリアル−アウト型のシフトレジスタであ
る。ブロックコードＢＣがシフトレー）、＜：Ｆ２３、
ｒａへ入力されるようにすればシフ　３０− トレジスタ２７は不要になる。またフィルタ信号Ｆ、、
Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４は量子化特性番号Ｚ、　Ｆ、Ａに対す
るフラッグであり、Ｆ工＝ｌはＺ、　Ｆ、　Ｊｉ＝／を
意味し、以下Ｆ２＝／ＶｉＺ、Ｆ４＝２、Ｆ３＝／はＺ
、　Ｆ、　Ａ　＝　ｊ、Ｆ’４＝／ｉｊＺ、Ｆ、Ａ＝４
を意味する。これらフィルタ信号Ｆ１〜Ｆ４は前述の如
く、現ブロックラインの符号化終了時点でノハツファメ
モリｔの空き状況てよって選択される次ブロツクライン
に対する量子化特性の状態を与えるものであり、この詳
細は後述する。

さて、コード長ＣＬがカウンタ２ｔに入力されると、カ
ウンタλＡは信号Ｐをｔｒ　／“にセットしクロックパ
ルスＣＰによってダウンカウントを開始し、カウンタ、
２Ａがゼロに々ると信号Ｐはリセットされる。したがっ
て信号Ｐが“ｌ″の状態のときだけクロックパルスＣＰ
の駆動によってシフトレジスタ２３．２≠、２７および
シフトレジスタ２ｒがｌビットづつシフト動作を行なう
。ここでシフトレジスタ２ｇはノぐツレルーイン／シリ
アル−アウト型のシフトレジスタであり、ｌブロックラ
インの符号化開始前には必らず同期信号パターン５ＰＴ
Ｎ（この例では３２ビツト）とそのブロックラインに対
するフィルタ信号Ｆ□〜Ｆ４およびＦ５がパラレルに入
力されており、ｌブロックラインに対する同期信号５Ｙ
ＮＣが“／″のときクロックパルスＣＰによってカウン
タ、２Ａに入っている同期ノンターン用コード長がゼロ
になるまでシフト動作を行なう。同期信号Ｓ　Ｙ　Ｎ’
　Ｃはカウンター２４がゼロになったとき１１０＊％に
リセットされる。またフィルタ信号Ｆ５は発生する確率
はほとんど無いが、万一バッファメモＩＪ　Ａがオーバ
ーフローを起す危険が生じたとき、次のブロックライン
に対する符号は一切送らないようにして、再生側ではそ
のブロックラインの再生画像を前ブロツクラインの再生
画像でおき代える操作をするために設けた信号であって
一般には必要のないものである。

このようにしてシフトレジスタ２３５．２≠、２７、−
ｒからシフトされた出力信号はシフトレジスタ３１に入
力されるが、まずゲート回路群λりによってブロックコ
ードＢＣが（ｌ／）のときのみシフトレジスタ２≠と、
２７が接続され、その他のときはシフトレジスタ２３と
２７が接続され、したがってシフトレジスター３又は、
２≠のいずれかの出力信号がシフトレジスタ、２７へ入
力される。

（シフトレジスタ２７は前述によって不要にすることも
できる） 一方ゲート回路群３０によって水平同期信号５ＹＮＣお
よびフィルタ信号Ｆ５がＯのときのみシフトレジスタ、
２７の出力信号がシフトレジスタ３／へ入力され、同期
信号５ＹＮＣが“ｌ′のときのみシフトレジスタ２ｒの
出力信号がシフトレジスタ３１へ入力される。ここでシ
フトレジスタ３／Ｉｄシリアル−イン／パラレル−アウ
ト型のシフトレジスタである。

以上の如＜Ｋ、クロック・匂レスＣＰを駆動源としてシ
フトレジスタ２３と２７、シフトレジスタ２≠と、２７
、或いはシフトレジスタ２ｒのいずれかからシフトして
くる出力信号がシフトレジスタ３１に入力されることに
なる。

３３− シフトレジスタ３１に遂次入力される信号はたとえばｒ
ビット単位にバッファメモリｔへ転送すれ、その都度カ
ウンタ３．２はカウント・アップする。

シフトレジスタ３／からバッファメモＩＪ　ｌへ符号群
がたとえばｒビット単位で入力されるのとは非同期にバ
ッファメモＩＪ　４からは符号群がたとえばｒビット単
位で出力されることになるが、この出力ごとにカウンタ
３λはカウント・ダウンするように構成される。

バッファメモリぶから符号群が出力されるタイミングは
後述のフラッグ３ｊが“１１の状態であって、且つ一定
の出力ビツトレートにしたがって発せられる読みとり信
号ＢＭＲＥＡＤ　′Ｊｋ受けたときである。

ロジック・アレイ３３は前述の如く、バッファメモリ乙
の空き状態がカウンタ３．２士計数したアドレスポイン
タＬｎのどの範囲に入っているかを識別して次のブロッ
クラインに対する量子化特性（フィルタ信号Ｆ１〜Ｆ５
）を選択するものであ−３弘− シ、第を図に示す論理構造によってフィルタ信号Ｆ□〜
Ｆ５を出力する。

すなわち、ロジックアレイ３３にはカウンタ３２からバ
ッファメモリ乙のアドレスポインタＢＡＪｆ遂次入力さ
れ、更にフラッグ３ｊの出力信号Ｆ’ＳＷとバッファメ
モリ≦からの出力ビットＬ／−トヲ示スコードｏｂｒが
常時入力されている。フラッグ３ｊはフリップフロップ
回路であり初期値はＯになっている。ここでロジックア
レイ３３は第ｒ図に示すように、前述したアドレスポイ
ンタｒ、１＝ｐ１なる条件すなわち、この例ではアドレ
スポインタＢＡが初めて、２６／ｓに達したときのみフ
ラッグ３ｊが“ｌ″にセットされ、それ以降バッファメ
モリｔから一定ビットレートで出力が可能となる。

またフィルター信号Ｆ５がｌ″のときは次のブロックラ
インに対する量子化特性を標準的なものに戻すためフィ
ルタ信号Ｆ２を“ｌ″にセットするように出力する。

通常はアドレスポインタＢＡが現在どの範囲を指してい
るかによって、決められたフィルタ信号Ｆ□〜Ｆ５のい
ずれかを１１′にセットするように出力する。

ここで出力されたフィルタ信号Ｆ１〜Ｆ５はバッファレ
ジスタ３４／−に貯えられるが、これは同期信号５ＹＮ
Ｃを受けたときのみである。すなわち、現ブロックライ
ンの終了時におけるカウンタ３．２からのアドレスポイ
ンタＢＡに応じて次ブロツクラインに対するフィルタ信
号Ｆ工〜Ｆ５がバッファレジスタ３４１−にセットされ
ることになる。

勿論、ロジックアレイ３３はｌブロックラインの終了時
のみ動作させるようにしてもよい。

以上説明してきたようにしてアダマール変換された各シ
ーケンスがその組合せによって可変長符号化されて小容
量のバッファメモリ乙に貯えられ、この人力ビットレー
ト（符号化ビットレート）とは弁間Ｍｖｃバッファメモ
リ≦から可変長符号が予め定められた出力ビツトレート
で読出されて伝送路或いは第３図に示す誤シ訂正符号化
器７へ送られる。

尚、バッファメモリぶからの出力ヒツトレートは第２図
に示すように伝送路に応じて任意に設定することができ
、この設定された出力ビツトレートのコードｏｂｒをロ
ジックアレイ３３へ与えるだけで所望の出力ビツトレー
トを得ることができる。すなわち画像の圧縮率を画質設
計に応じて任意に選択できることであり、本発明の１つ
の特徴になっている。

上記に説明した第５図の画像圧縮装置において、シーケ
ンスΔＨＯ％　Ｈ１％　Ｈ２のそれぞれの量子化および
レベル制限回路の具体的な一例を第を図に示す。

３Ｘ％　　ＪＹ、ｉｚはそれぞれシーケンスΔＨｏ１Ｈ
２、Ｈｌの量子化回路の一例であり１．２．２Ｘ。

、２．２Ｙ、２．２７．はそれぞれシーケンスΔＨＯ％
Ｈ２、Ｈ１０レヘル制限回路の一例である。

≠ｌは量子化器制御回路であシ図から分るようにＯＲ回
路で構成されておシ、たとえばフィルタ信号Ｆ２が′ｌ
″′のときは信号Ｆａ１Ｆｂが“ｌ′になり、したがっ
て量子化回路ｊＸ、ｊＹ、　　３２によってシーケンス
ΔＨｏ、Ｈ２，Ｈ１の各最下３７− 位ビットを除いてすべてが通過する、すなわち各最下位
ビットだけにＱが挿入されるようにして量子化される。

ロジックアレイ４１２は第ｉｏ図に示すような論理構造
を持つ回路によって構成され、シーケンスＨ２、Ｈ□お
よびフィルタ信号Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の入力に対して信号
Ｙａ％Ｙｐ％Ｙｈ％ｚｍ％ｚｐ１ｚａが出力される。’
１３Ｙ、≠３２はシーケンスＨ２、Ｈ１がそれぞれ負の
値であったときその値が第１Ｑ図の条件を満して信号Ｙ
ａ或いはｚｌが“ｉＮになればシーケンスＨ２或いはＨ
，をゼロにするための条件付量子化回路である。たとえ
ばフィルタ信号Ｆ　が４７　、″でアダマール変換によ
るシーケンスＨ２が一／〜−ｒの範囲であればシーケン
スＨ２の値をゼロにする。

また第１Ｏ図において、たとえばシーケンスＨ２が正の
値であってビット位置Ｙ６＝／であればレベル制限値（
−１４４〜ｔ３）を超えているので信号Ｙｐが“ｌ゛に
なシ、レベル制限回路、２ｕＹによってシーケンスＨ２
のビット位置Ｙ５〜Ｙ２を−３を− 全てＩＩ　／　ｎにセット、すなわち値を６３にする。

以上のように各シーケンスの量子化およびレベル制限回
路を示す第を図はすべてＡＮＤ回路およびＯＲ回路によ
って構成することができる。

更に第３図においてシーケンスΔＨｏ％　Ｈｌ、Ｈ２を
シフトレジスタ２３．．２１ｆｉヘノξラレルに転送す
る際のビット配列は第１１図に示すように構成される。

このビット配列は彼に述べる画像再生装置で復号化をや
りやすくするためである。

ここで、今迄に述べたロジック・アレイ、２ｊ。

３３、≠２、すなわち第７図、第ｒ図、第１Ｏ図の論理
構造、および後に述べるロジック・アレイｔ２．すなわ
ち第１３図の論理構造は、そのフォーマットに対応して
第１グ図に示すように入力側がＡＮＤゲートアレイ、出
力側がＯＲゲートアレイで構成されており、たとえばＰ
ＬＡ （Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ　　Ｌｏｇｉｃ　　Ａｒｒａ
ｙ　）を用いて容易に実現することができる。

なお、本実施例ではバッファメモリへの入出力が実時間
で行なわれる場合について説明してきたが、この場合バ
ッファメモリｔの容量は圧縮率の変動を吸収できるだけ
の容量が必要であり、その出力ビツトレートが平均０．
ｊ〜３．０ビット／画素のとき原画像の（／ブロックラ
・インの画素数）バイトあれば十分であることが確認さ
れており、本実施例ではバッファメモリｔの容量を１１
２バイトにしている。

一方、画像ｌフレーム分の可変長符号をバッファメモリ
ｔへ入力した後にバッファメモリｔから所定のビットレ
ートで出力して伝送路へ転送する場合も同じ考えで実現
できる。この場合はバッファメモリ２からの出力ビツト
レートに合せて、ｌフレームに必要な容量のバッファメ
モリを設けておき、たとえば出力ビツトレートが平均ハ
ｊビット／画素であればハｊ×（ｌフレームの画素数）
ヒツトだけの容量を設けておき、各ブロック・ラインご
とに上記出力ビツトレートでバッファメモリから出力さ
れていくと仮定して次のブロック・ラインに対する量子
化特性を選択するように考えればよい。

以上説明してきた画像圧縮装置によって可変長符号化さ
れたシーケンスΔＨｏｂＨ□％Ｈ２ｉｉ：伝送路を通し
て画像再生装置へ入力される。

以下にその具体的回路例を示しながら説明する。

第７２図は第３図ｔｂ）で説明した画像再生装置を更に
具体的に示す実施であり、画像圧縮され可変長符号化さ
れた画像信号は伝送路たとえば磁気記録系を介してシフ
トレジスタ！ｌへｌビットずつ入力される。シフトレジ
スタｊ／の出力信号はシフトレジスタｔＪへｌビットず
つ入力される。

同様にシフトレジスタ！、２の出力信号はシフトレジス
タｊ３へ、またその出力信号はシフトレジスタｊ≠へ入
力される。ここでシフトレジスタ１１゜ｊ２．１３、ｊ
ｌｌは共にシリアル−イン／／耐うレルーアウト型のシ
フトレジスタである。フリップフロツゾ素子で構成され
るフラッグＩｔ、ｊ’？は最初リセット状態にあり、シ
フトレジスタＪ／へ入力信号ＩＮがｌビットずつ入力さ
れるごとにシフトレジスタｊ３からノラレルにとり出さ
れた信号群は同期信号検出回路！！において同期信号を
一グ　ｌ− 検出する。同期信号の検出はたとえばシフトレジスタ！
３のデータ１７ビツト全てが“７　ｂｉのとき同期信号
とみなす、或いはデータ１７ビツトの中である定められ
た同期信号／ｅターンと一致するデータ群が少なくとも
１個所に存在するとき同期信号とみなす、などのように
して検出することができる。いずれの方法を用いるにし
ても、シフトレジスタｊ３には刻々と入力信号ＩＮが入
ってくるので同期信号の検出ノミターンは画像信号群と
は必らず分離できる、或いは伝送路上での誤りなどによ
って画像信号群の中で偶然に同期信号パターンと一致す
る場合が存在してもその確率がきわめて小さくなるよう
に設計されていなければならない、同期信号の検出によ
って信号５ＹＮＣはフラッグｓｔをセットし、フラッグ
！２をリセットする。

フラッグ！≦がセット状態ｖｒ、あるとき、ｌビットず
つ入力される入力信号ＩＮと同期したシフトノルスＳＰ
によってシフトレジスタ！コの内容がパツファレンスタ
ｊ７に保持され７々タ一ン検出回路ｊｌｒによって同期
信号に続く特定／瘤ターンの検出−弘λ− を行なう。たとえばフラッグｊ６がセット状態にあると
きシフトレジスタ！−のデータパターンが”　００　／
　／　０　／　０　／　”である場合を検出する。

なお、バッファレジスタｊ７はＡＮＤＮ−ゲート群って
もよい、 このように特定パターンを検出したとき信号Ｓｖによっ
てフラッグＪ−，＜をリセットし、フラッグタタをセッ
トする。また信号ＳＶによってシフトレジスタよｌのデ
ータｊビットがバッファレジスタｔＯに保持され、これ
が前述のフィルタ信−ＱＦ１〜Ｆ５であり、次に入力さ
れる画像信号群に対する量子化特性を決定するものであ
る。ここでフィルタ信号Ｆ５が“／゛のときは次のブロ
ックラインに対する画像信号は送られてこないのでその
場でフラッグｊりをリセットして次の同期信号が検出さ
れるのを待つ状態になる。

フラッグｊりがセット状態にめるときはシフトレジスタ
ｊ３のデータ７７ビツトが画像信号とみなされて復号ｆ
ヒされることになるが、信号Ｓｖが出された時点ではシ
フトレジスタ！３Ｖｃはまだ同期信号ノミターンが入っ
たままになっておす、シたがってこの時点では信号Ｓｖ
が後に説明するロジック・了レイ４．２に入力され、ロ
ジック・アレイｔ２から信号ＣＬとしてこの例では値３
２がとり出されカウンタｔ≠に入力され、カウンタＸ＋
が入力信号ＩＮと同期してダウンカウントを開始し、カ
ウンタを弘の値がゼロに−ｔつだときシフトレジスタ！
≠には第弘図で示したブロックコードＢＣが入っている
ことになる。

ここで、第５図の画像圧縮装置において、同期信号ノミ
ターン５ＰＴＮを例として３．２ビツトで説明したのに
対し、第１．２図の画像再生装置では同期信号検出回路
ｊ！で１７ビツト、Ｊターン検出回路でｒビット、合計
２ｊビツトしか検出用に使ってい々いのは伝送路でこれ
らのパターンに誤りが生じたとき、その誤りの影響をや
わらげるためである。すなわち同期信号５ＰＴＮ３．２
ビット中７ビツト以内に誤りが生じたときでも同期信号
パターンが高い確率で検出可能にするためである。

同期信号の検出が不能になるとそれ以降の画像信号の復
号化が困難になり、画質を大巾に劣化させることになる
ので、伝送路の信頼性を考慮して十分な冗長性をもたせ
たり、十分な誤シ訂正を施したり、或いは別の手段を用
いる々ど同期信号の信頼性を高めておく必要がある。

さてブロック・コードＢＣがシフトレジスタ！グに入力
されると、そのときカウンタＡ≠はゼロになっており、
シタがってこのときのカウンタＡ≠からの出力信号ＢＳ
によってシフトレジスタｊｌ内のブロック・コードＢＣ
（λビット）とシフトレジスタｊ３の最上位置にあるデ
ータＳｘ（／ビット）がバッファレジスタＡ／に保持さ
れる。

ここでシフトレジスタ！参内のブロック・コードＢＣが
“ＯＯｗ″のときはシフトレジスタ！３の最上位置にあ
るデータＳｘは次のブロック・コードの先頭ビットであ
り、ブロック・コードＢＣが“ｏｏ”″以外のときはデ
ータＳｘｕ第φ図に示すように直流予測誤差成分ΔＨｏ
の正負符号を指していることになる。

バッファレジスタｊ／の内容は直ちにロジック・−弘　
！− アレイｔ２に入力され、ロジック・アレイｔ２からはゲ
ート信号ＧＳと可変長符号のコード長信号ＣＬが出力さ
れる。

ロジック・アレイＡ、２は、フィルタ信号Ｆ１〜Ｆいブ
ロック・コードＢＣおよびそれに続く信号Ｓｘ、カウン
タＸ＋がゼロを計数したときのブロック信号ＢＳの状態
によってゲート信号ＧＳおよびコード長信号ＣＬを出力
するが、その論理構造は第１３図に示される。

ゲート信号ＧＳが出力されたときシフトレジスタｊ３に
は第グ図に示すデータコードが入っており、したがって
シフトレジスタｊ３の内容はゲート信号ＧＳに応じてゲ
ート・アレイｔ３を通過しバッファレジスタＡｔに入力
され、ブロック信号ＢＳの定められた遅延信号によって
保持される。

ゲート・アレイｔ３の詳細は第１！図に示す静■ゲート
およびＯＲゲートによって構成される。

ここでブロック・コードＢＣが“ＯＱゝ゛のときはゲー
ト信号ＧＳ　（ａ−ｈ、　　ｒ　Ｑ−”　ｒ　４　）が
全てＯ″であり、シタがってバッファレジスタ４ｊ−弘
　乙− には値Ｏが保持され、ブロック・コードＢＣがパθ／　
１１のときはゲート信号ＧＳのうちｒ。−ｒ４の状態に
よって直流予測誤差成分ΔＨｏの“十ｌ″又は“−／゛
が保持される。このようにゲート信号ＧＳ　（ａ−ｈｂ
　　ｒ　６−ｒ　４　）によってシーケンスΔＨｏ、Ｈ
１、Ｈ２が第１ｊ図に示すフォーマットでバッファレジ
スタ４ｊに保持される。

バッファレジスタｔｊの内容部チシーケンスΔＨｏ％Ｈ
１、Ｈ２は書込信号ＷＴによって／マッファメモリ≦ｔ
の所定アドレスに記憶されるが、この書込信号ＷＴはフ
ラッグｊ２の出力信号ＤＥがセット状態にあり、且つブ
ロック信号ＢＳの定められた遅延後に出される。またバ
ッファメモリ≦≦へデータを入力するｔめのアドレス信
号は水平アドレス・カウンタ４７（ブロックカウンタ）
および垂直アドレス・カウンタｔｒ（ブロックラインカ
ウンタ）によって生成される。

一方ロシック・アレイｔ２から出力されたコード長信号
ＣＬが前記と同様にカウンタ２μに入力されるとカウン
タｔｌＩ−は、入力信号ＩＮと同期してダウンカウント
を開始し、カウンタｔｌＩの値がゼロになったときブロ
ック信号ＢＳを出力する。

このときシフトレジスタｊ弘には次のブロック・コード
が入っている。

以上に説明してきた動作を繰り返しながらブロック毎の
シーケンスΔＨＯ％　Ｈｌ、Ｈ２が復号化されバッファ
メモリＪＡに遂次入力されていく。

たとえば第３図（ａ）の画像圧縮装置から伝送サレ−ｒ
　＜　ルＩＮ号群カｒ・・パ５ＹＮＣＶ　００／１０１
０／ｖｏｉｏｏｏ”Ｊ　ｏｌｉＶ　ｏｏｖ　／１ｏｏｔ
ｏｉｌｏｏｏｉｉｉｏｌｖ１０００１０／／ｖ・・・・
・・」の順に／ビットずつ入力されたとする。

この入力信号群において、先ず同期信号を検出した時点
から説明する。同期信号の検出後パターン検出回路ｓｒ
でデータパター７”　００／１０１０／”を検出すると
このときシフトレジスタ！ｌに入っているフィルタ信号
“ｏｉｏｏｏＶ″が信号ＳＶによってバッファレジスタ
１０に保持される。即ちこのブロックラインに対してフ
ィルタ信号Ｆ２−／（第弘図における量子化特性番号Ｚ
、Ｆ、Ａが２）を使用することを意味する。−力信号Ｓ
Ｖによってロジック・アレイ４４からコード長信号とし
て値３２が出力され、カウンタｔ４／−がダウンカラン
ＨＣよってゼロを計数すると、とのときシフトレジスタ
ｊ≠にはブロック・コードθ１１′が入っており、した
がってＢＣ−“Ｏ７″、ＳＸ−“ｌ″、Ｂ　Ｓ　＝−１
ｔ　ｊ−１Ｆ２−“ｌ″の入力によってロジック・アｔ
ノイｔ２からゲート信号Ｇ　Ｓ　（ｒ　１〜ｒ４が′ｌ
゛）とコード長信号ＣＬ＝ｊを出力される。

このときシフトレジスタｊ３の内容は第１！図にもとず
くゲート・アレイｔ３を介してバッファレジスタ１．ｊ
Ｖｃは“１ｉｔｉｉｉｏ、ｏｏｏｏｏ。

ｏｏｏｏｏ“が入力される。即ちシーケンスΔＨ８＝−
λ、Ｈ工＝Ｈ２冨Ｏが再生される。

一方コード長信号ＣＬ＝３がカウンタｔ≠に入力されダ
ウンカウントによってゼロを計数し、て、ブロック信号
ＢＳを出力したときシフトレジスタｔｐには次のブロッ
ク・コート“００″が入ってお＃）、したがってＢＣ＝
“θＯ″、ＢＳ−“／”、Ｆ２−“ｌ″の条件によって
ロジック・アレイ６コがらゲート−昼　？− 信号ＧＳ（全て“０“）とコード長信号ＣＬ＝コが出力
される。このときシフトレジスタよ３の内容はゲート・
アレイ４３を通過せず、したがってバッファレジスタｔ
ｊの内容は全てｄｉ　θ″でありシーケンスΔＨｏ＝Ｈ
□＝Ｈ２＝０が再生される。

次にシフトレジスタｊ／、ｊ≠の内容がλビットシフ）
（ＣＬ−−２）すると、このときシフトレジスタ１＋に
は次のブロック・コード／ｌ“が入っており、したがっ
てＢＣ−“／ｌ“、ＢＳ＝“／”″、Ｆ２−“ｌ′によ
ってゲート信号Ｇ　Ｓ　（ａ　ｂ　　ｅ　ｓｆ％　ｇ、
が“ｌ″）とコード長信号ＣＬ＝／７を得る。このとき
シフトレジスタｊ３の内容ハゲ−）（Ｆｊ号ａ＝ｅ＝ｆ
＝ｇ＋＝＊“ｌ″によってバッファレジスタ４１へ“０
０１００１０．／／１００゜ｏｏｉｉｏ″として入力さ
れ、シーケンスΔＨ８＝ｌ’％Ｈ１＝　　４’　％　Ｈ
２＝　４が再生される。ＪＦ［シフトレジスタｊｌ〜ｊ
ＩＩの内容が１７ビツトシ７）（ＣＬ＝／７）すると、
このときシフトレジスタ！弘には次のブロック・コート
ｎ′／Ｑ′が入っておシ、したがって３３Ｃ＝“７０″
、ＢＳ−“１１、ｊＯ− ｐ　２犀４１　ｔ″によってゲート信号ＧＳ（ａ、ｂ。

Ｃが“ｌ″）とコード長信号ＣＬ＝Ｆが得られ、シフト
レジスタｊ３の内容はパツファレゾスタ６りへ“ｏｏｉ
ｏｉｉθ、ｏｏｏｏｏ、ｏθθｏｏ″として入力され、
シーケンスΔＨｏ＝＋２２、Ｈ１＝Ｈ２＝０が再生され
る。

以上の繰り返しは入力信号ＩＮに同期して動作し、再生
されたシーケンスΔＨＯ％　Ｈｌｂ　Ｈ２はブロック毎
にバッファメモリＡｊに記憶される。

このときバッファメモリ６６への入力アドレスは水平ア
ドレスカウンタＡ７（ブロックカウンタ）および垂直ア
ドレスカウンタ７ｆ（ブロックラインカウンタ）によっ
て制御される。水平アドレスカウンタぶ７はバッファメ
モリＡ４の書込信号■によってｌブロックずつ加算され
、ｌブロックライン相当のブロック数を計数したとき信
号−８Ｈを出力する。同期信号５ＹＮＣを検出する前に
ｌブロックラインの終了を示すこの信号ＳＨが発生する
ことは伝送路で生じた誤りによって画像信号である可変
長符号構成が乱れたためであり、そのブロックラインに
対して存在する残ジブロックの画像信号の入力を無視す
るためフラッグ！りをリセットして次の同期信号が検出
されるのを待つ状態になる。また上記によって可変長符
号構成が乱れてｌブロックライン相当のブロック数を計
数する前に次の同期信号を検出したときも同期信号５Ｙ
ＮＣによってフラッグ！ヂがリセットされる。このとき
はノｔツファメモリＡＡＫはそのブロックラインに対す
る残ジブロックの画像信号が欠如することになる。いず
れにおいても上記によって可変長符号構成が乱れた場合
はバッファメモリｔぶ内の現ブロックラインに対する各
ブロックのシーケンスΔＨｏ％Ｈ□、Ｈ２は前ブロツク
ラインの該当するシーケンスΔＨＯ％　Ｈ□、Ｈ２によ
って置換えるような処置が必要になってくる。

垂直アドレスカウンタＡＩ（ブロックラインカウンタ）
は信号ＳＶ、ＳＨ，およびフィルタ信号Ｆ５のいずれか
によってブロックラインの加算を行なう。

さて、以上によって復号化された各ブロックのシーケン
スΔＨｏ％Ｈ１％Ｈ２がＡツファメモリＡＡへ順次入力
される一方で、この入力とは弁開　。

期にバッファメモリ４４からは読取信号ＲＤによッテ各
フロックのシーケンスΔＨｏ、Ｈ□、Ｈ２が順次読出さ
れる。ここでは省略したが書込み用のアドレスカウンタ
ｔ７．４１Ｆと同様に読取多用のアドレスカウンタが必
要なことは当然のことである。

バッファメモリ４４から読出されたシーケンスΔＨ（Ｉ
ｔ　Ｈｌ、Ｈ２のうち直流予測誤差成分ΔＨ０は予測和
変換器ｌ！において線形予測され直流成分Ｈ６に変換さ
れる。予測和変換器ｉｓは（，２）式からＨｏ＝ΔＨｏ
十Ｈ６′−Ｈ２−Ｈ２′なる関係を用いて構成され直流
成分Ｈ８を復元するものである。

このようにして復号化されたシーケンスＨ０、Ｈ２Ｓ　
Ｈ２はアダマール逆変換器／４によって再生画素群（ｕ
□′、ｕ２′、ｕ３′、ｕ４１　）を得る。

ここでアダマール逆変換器／ｊは（ｒ１式によって構成
される。

３３− Ｈ’ｏ％　Ｈ’１、Ｈ／、は復号化されたシーケンスで
あり、（１）式で得たシーケンスＨ０、Ｈ□、Ｈ’２と
異なるのは画像圧縮による量子化誤差が含まれているた
めである。したがって再生画素群（ｕ１’ｂｕ２’　％
　ｕ３’、ｕ４Ｉ）と（同一ブロック内の原画素群（ｕ
１ｂｕ２、ｕ３、ｕ４）とは伝送路で誤りが生じない限
りシーケンスＨ８、Ｈ□％Ｈ２の量子化誤差分だけ異な
った値に愈る。このときｌフレーム内の再生画偉上にの
っている平均ノイズ量は（７）式で表わせる。これをベ
クトル的に表現すると次のようになる。今ｌブロック内
め原画素群のベクトルをＵ１アダマール変核マトリック
スをＨ，アダマール変換されたシーケンスをＶ、７タマ
ール逆変換マトリツクスＨ−１とするとＣＰ）式の関係
が得られる。

Ｖ＝Ｈ−Ｕ、　　Ｕ＝Ｈ−ｏＶ　　　　（？）ｊ４Ａ− ここで各シーケンスｖｔ３に量子化誤差ｑ目ヲ与え、す
なわちベクトルＶにベクトルＱの歪量を与えると再生画
像は（１０）になる。

ＬＴ’　＝Ｈ−’　−［Ｖ＋Ｑ　ｌ）　−）ｒ”−Ｖ＋
）ｒｌ−Ｑ＝Ｕ＋［’Ｑ　（／　０）Ｕｌ　−Ｕ＝Ｈ−
Ｑ　　　　　　　　Ｃ１／）したがって再生画像上にの
るノイズは歪量ｑＩｊをアダマール逆変換した値になり
、たとえば直流成分Ｈ８に与える歪量ｑ。はブロック内
の劣化を、傾斜成分Ｈ３に与える歪量ｑ３はブロック内
の斜めノぐターンの劣化を与えることになる。

以上本発明はカラー画像の圧縮および再生についても同
じ構成で実現することができる。

たとえばカラー画像の画素配列例として、第１図の画素
（Ｕ□、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）に対応して輝度信号Ｙ′、
色差信号（Ｂ−Ｙ％Ｒ−Ｙ）或いは青色信号Ｂ１赤色信
号Ｒ１緑色信号Ｇ１オレンジ・シアン系信号１１緑・マ
ゼンタ系信号Ｑなどを適宜配列することによってカラー
画像の圧縮および再生を実現することができる。

ここで第３図に示すごとく、黒白画像のときは傾斜成分
Ｈ３は前述の理由で無視し穴が、カラー画像として友と
えば上記の如きに配列したとき傾斜成分Ｈ３は無視でき
なくなる。し次がって第１図に示す可変長符号構成は第
１４図の例の如くに変えればよい。ここでＳｗ、ｗ３、
Ｗ２、Ｗｏ、ｗｏは傾斜成分Ｈ３に対するピッド情報を
示す。

この例では傾斜成分Ｈ３は垂直成分Ｈ□、水平成分Ｈ２
と全く同じ方法で圧縮および再生過程をたどればよいの
で特に説明は要しない。

勿論第７を図の可変長符号構成は黒白画像にそのま＼適
用できる。

第５図で算出した直流予測誤差成分の量子化値ΔＨｏは
第７７図によって算出することもできる。

第７７図は一般に線形予測方式としてよく知られている
ＤＰＣＭの系を形成している。主なちがいは第３図では
直流成分Ｈ８を量子化して後に直流予測誤差成分ΔＨｏ
を算出しているのに対し、第１７図では直流予測誤差成
分ΔＨ０を量子化している点である。

第１７図の量子化器は、予測誤差成分がラプラス分布に
近い形になることを利用して一般には視覚的な画質劣化
を最少にするような非線形量子化を行なうが特に複雑な
画像では予測誤差成分の分散が大きく、滑らかな画像と
同じように施される非線形量子化はかえって画質劣化が
目につきやすくなる。この非線形量子化はルック・アッ
プ・テーブルを用いれば容易に実現できる。一方線形量
子化は前述実施例のようにして予測誤差成分の下位ビッ
トを一様に捨てるだけであシ更に容易に実現でき、圧縮
率が一定のとき両者によって視覚的には殆んど画質の差
は認められないものであり、したがって本発明の実施例
では線形量子化を用いて説明したがこの限りではない。

さて、線形予測をするとその予測誤差成分は一般にラプ
ラス分布に近いと考えられるためそのエントロピーも小
さくなる。この場合は第３図によって算出した直流予測
誤差成分ΔＨ０と第１７図によって算出した直流予測誤
差成分ΔＨｏを比較するとその成分の分布は後者の方が
よりゼロの方に分布が集中しており、したがって圧縮率
の点でｊ　７− は後者の方が優れていることになるが、しかし、本発明
の方式によって圧縮率を一定としたとき再生画像上のノ
イズ量は両者でほとんど差がなく、したがっていずれを
用いてもよいことになるが、前者を用いる場合は直流成
分Ｈ８に“まるめ゛操作を施しておくことが必要である
。

以上本発明にかかる画像圧縮方式を実現する装置および
その再生装置において一実施例をもとに詳細に説明して
きたが、本発明によれば、原画素群のアダマール変換に
よって得られた各シーケンスの組合せに対して可変長符
号化しているため各シーケンスに与える歪量を大きくす
ることなく高能率な符号化が可能になっておす、シたが
って圧縮率が高い割には再生画像の劣化が少ないという
特徴を持っている。また可変長符号化したことによって
生ずる圧縮率の変動すなわち符号化ビットレートとその
伝送ビットレート間の時間軸のちがいは歩容量のバッフ
ァメモリで吸収できるように制御しており、これがまた
視覚特性に適応した高能率な圧縮方式としても寄与して
いる。更にまた一！　を− 伝送路へ送出すべき伝送ビットレートや或いは伝送すべ
き情報量など目的に応じて種々使い分けることがあるが
、これに対しても前記バッファメモリからの出力ビツト
レートを指定するだけで画像の圧縮率を任意に選択でき
るという特徴を持って騒る。装置の規模からみても、最
小ブロックサイズのアダマール変換を用いてｂるにもか
かわらず画質劣化の少ない高圧縮率を得たり、或いは圧
縮、再生の処理の大部分が論理回路だけで構成されてお
り装置ｆヒが容易になるなど実用面で占くっかの特徴を
もっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は原画１象を互に隣接した画素群λ×−にブロッ
ク化した図、第２図は標準的な画像における伝送エネル
ギーおよび冗長度とアダマール変換のブロックサイズの
関係を測定した図、第３図は本発明の詳細な説明するた
めの画像圧縮装置（ａ）および画像再生装置（ｂ）を示
すブロック構成図、第参図および第１Ａ図は複数個の量
子化特性と各シーケンスの量子化値の組合せによって与
えられる可変長符号構成を示す図、第よ図は第３図（ａ
）に示す画像圧縮装置の具体的回路構成図、第を図は第
５図における量子化回路およびレベル制限回路の具体的
回路図、第７図は第５図のロンツク・アレイ（Ａ）の論
理構造図、第ｒ図に１第３図の量子化特性選択器すなわ
ち第５図のロジック・アレイ（Ｂ）の論理構造図、第２
図はバッファメモリからの出力ビツトレートを規定する
コードガス、第１０図は第を図のロジック・アレイ（Ｃ
）の論理構造図、第１／図は第５図における伝送情報の
ビット配列図、第７．２図は第３図＋ｂ）に示す画像再
生装置の具体的回路構成図、第７３図は第１λ図のロジ
ック・プレイの論理構造図、第１グ図は第７．、ｒ、ｉ
ｏ、ｉ３図の論理構造を説明する図、第１ｊ図は第１コ
図のゲート・アレイの具体的回路図、第１７図は１負流
予測誤差成分の量子化値を得るための他の実施例を示す
図である。 λ・・・アダマール変換器、λハ・・直流成分Ｈ８を″
マルめ“演算するためのバッファレジスタ、≠・・・予
測差分変換器５．２３．２≠１．２７１．２ｒ・・・パ
ラレル−イン／シリアル−アウト型のンフトレジスタ、
３／、６１、ｊλ、ｓｉ、ｚ４ｔ・・・シリアル−イン
／ノ（ラレルーアウト型のシフトレジスタ、３４’。 １７、ｔＯ１４／、＆ｊ・・・バッファレジスタ、’％
ｔｔ・・・バッファメモリ、／Ｊ・・・予測和変換器、
ｌｚ３・・・アダマール逆変換器、４７・・・ブロック
アドレスカウンタ、ｔｒ・・・ブロックラインアドレス
カウンタ％　３．ｔ％ｉｔ、！り・・・フリップ。フロ
ップ素子、ＪＸ、ＪＹ、ＪＺ・・・量子化回路１．２Ｊ
Ｘ、、２．２Ｙ。 ２２７、・・・レベル制限回路、１１３’（、≠３２・
・・条件付量子化回路、≠ハ・・量子化器制御回路、コ
タ、３０・・・信号線選択回路、２　・・・ｌブロック
遅延回路 特許出願人　富士写真フィルム株式会社−２７− 第１図 第２図 第１３図 −４９８− 第１４図 入力 七カ 第１７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 り画像を互に隣接した画素群ｍＸｎにブロック化し、ｌ
   ブロックの両系群をアダマール変換によって周波数領域
   に変換し、その変換出力である各シーケンスを複数個の
   量子ｆヒ特性のうちいずれかを選択して童子化し、量子
   化された各７−ケンスのうち少なくとも直流成分は予測
   誤差成分の量子比値に変換すると共に、ｌブロック内の
   前記各シーケンス量子化値を互に比較して複数組の量子
   化値の組合せを形成し、これら各組合せに対して予め定
   められた可変長符号を与えることを特徴とする適応形画
   像圧縮方式。 ２１ブロツク内の前記各シーケンス量子化値の組合せに
   対して与えられた可変長符号をバッファメモリへ入力す
   ると共に、該バッファメモリへの入力ビットレートとは
   非同期に該バッファメモリから予め定められた出力ビツ
   トレートで前記可変長符号を読出すように前記バッファ
   メモリを構成し、予め定めた複数ブロック内の前記可変
   長符号が前記バッファメモリへ入力された後に該バッフ
   ァメモリ内に残されている前記可変長符号の菫に応じて
   予め定めた次の複数ブロックにおける前記各シーケンス
   の量子化に使用すべき量子化特性を選択することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項で記載した適応形画像圧縮
   方式。 １前記バツフアメモリへ前記可変長符号を入力するごと
   にその符号長を加算し、前記バッファメモリから可変長
   符号を出力するごとにその符号長を減算するアドレスカ
   ウンタを設け、前記バッファメモリを複数個のアドレス
   空間に分割したアドレスポインタＬ１、Ｌ２・・・・・
   ・、Ｌｐを有し、予め定めた複数ブロック内の前記可変
   長符号が前記バッファメモリへ入力された後にその時点
   における該ノζツファメモリ内に残されている前記可変
   長符号の量が前記アドレスポインタＬ　１　、Ｌ　２　
   、・・・Ｌｐのどの範囲に入っているかを識別すること
   によって予め定めた次の複数ブロックにおける前記各シ
   ーケンスの量子化に使用すべき量子化特性を選択するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または、第２項で
   記載した適応影画像圧縮方式、 ４前記バツフアメモリのアドレス空間においてアドレス
   ポインタＬ　を設け、前記バッフアメモリに入力された
   前記可変長符号の量が前記アドレスポインタＬ９に達し
   たときはじめて前記バッファメモリから前記可変長符号
   の出力を開始することを特徴とする特許請求の範囲第３
   項で記載１〜た適応影画像圧縮方式。 ＆前記ｌブロックの画素群ｍＸｎＦｉコ×コの弘画素で
   構成され、該ｌブロック内のび画素を輝度信号と色信号
   の任意の配列または色信号だけの任意の配列にすること
   によってカラー画像の圧縮に適用したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項で記載した適応影画像圧縮方式。 ６前記アダマール変換によって得られた前記各シーケン
   スのうち少なくとも直流成分は予測誤差成分に変換し、
   しかる後複数個の量子化特性のうちいずれかを選択して
   量子化し、予測誤差成分の量子化値を得るようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項で記載した適応影
   画像圧縮方式、 ７、前記バッファメモリからの出力ビツトレートを指定
   することによって任意の圧縮率を得ることを特徴とする
   特許請求の範囲第一項で記載した適応影画像圧縮方式、