JPS61285870A - 変換符号化方式 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、音声信号や画像信号等の情報圧縮符号化に係
わるもので、特に入力信号を複数個にブロック化し、所
定変換を施し量子化する変換符号化方式に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

音声や画像信号を効率よく伝送したり、蓄積するため、
入力情報を帯域圧縮し符号化する方式の中テ、フーリエ
変換、アダマール変換、コサイン変換等を用いた線形変
換符号化方式は効率良い方式として広く研究されている
。この方式は画像をｎ×ｎのブロックに分割した後、所
定の線形変換を施し、変換された信号成分を量子化し符
号化して出力する。又この出力を復号、逆量子化し、線
形逆変換することにより復元画像が得られるというもの
である。

画像信号を４×４サンプルずつブロック化し九画偉ブロ
ックを コサイン変換行列を とし、積Ｔ−ＧｔＴを行う。これは２次元直交変換符号
化方式の演算列ｆ３る。

この変換された周波数領域の信号ＴＧｔＴはレベル分布
にかたよりができる。これに量子化ビット数をのように
設定し割り当てれば画像情報が圧縮符号化されることに
なる。このような直交変換符号化においては、その変換
行列としてコサイン変換（他にアダマール変換等）を用
いれば、データ圧縮効率が優れているという報告が数多
くなされている。しかしながらコサイン変換を含む従来
の変換は全て、そのｗｃ１行が同一レベルであり、平均
化された情報に対しては、最適と考えられるが、個々の
ブロックについては必ずしも最適であるとは言えない。

上記した例のように画像ブロックＧが右方、下方にレベ
ルが３割ずつ増大しているような傾斜面を表わすものに
対しては、コサイン変換行列Ｔのような変換は、蒙合し
ていないにもかかわらず従来はこの変換が最適であると
見なされてしまっていた。つまり、効率の良い圧縮符号
化は、これ以上望めないものだと思われてしまっていた
。

〔木切の目的〕

本発明の目的は、入力画像信号の変換に対して。

従来はぼ最適とされてしまっていたコサイン変換よりも
、より適合した変換を提供するもので、圧縮符号化効率
を一層向上させるところにある。

〔発明の概要〕

本発明は複数の画像ブロックに分割した入力信号の特徴
抽出を行う手段と、 ここからの信号により最適変換を選択する手段と前記入
力信号にこの最適変換を施す手段とを備えこの変換され
た信号を圧縮符号化する変換符号化方式であって前記最
適変換は、ｆｌ＆’元ベクトルα＝（１，１・・・・・
・、１）を前記傾斜を表わす１欧（元ベクトルｉ＝　（
ｂｌ　、ｂ２　、・・・・・・ｂｎ）に変換する変換Ｐ
と、複数個の入力信号をブロックごとに平均化したもの
を変換するのに適した変換Ｔとの合成ＴｔＰを用いるこ
とを特徴とした変換符号化方式を提供する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、入力画像をブロックごとにその特徴を
抽出し最適な変換を選択することができる為、従来の種
々の変換よりも圧縮効率が高い変換符号化方式を提供で
きる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の−゛実施例を図面を参照して詳述する第１
図は本発明に係る画像の２次元変換符号化・復元化伝送
装置のブロック構成図である。この装置は送信部１００
と受信部１１１が通信回線１０６を介してなる。送信部
１００は特徴抽出検出回路１０２、行列選択部１０３、
直交変換部１０４、量子化・符号部１０５で構成される
。受信部１１１は直交逆変換部１０８、行列選択部１０
９、復号化・逆量子化部１０７で構成される。

捷ず入力画像はｎ×ｎサンプルにブロック化された画像
ブロックＧが入力端子１０１より入力される。、この画
像ブロックＧの情報は一方を特徴抽出検出回路１０２へ
入力し、他方を直交変換部１０４へ入力する。特徴抽出
検出回路１０２において各ブロックごとの特徴抽出が行
われるのだが、これは例えば縦、横の各平均の傾斜を計
算することにより行われる。つまり今、画像プロラグＧ
の成分をと表し、総和Ｓｕｍ＝、Σ　、Σｇｉ、ｊｓ第
１列の総和ｊ＝１　１＝１ Ｓｃ＝＝、Σ　”Ｋ　ｔ　＋　１第１行の総和ＳＲ＝、
Σｇ１．ｊとした時。

１＝１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　コニ１横方向の傾斜は、
」＝Ｓｕｍ／（ｎＸ５Ｒ／２）　−１縦方向の傾斜は△
ｃ＝ｓｕｍ／（ｎＸ５Ｒ／２　）　−１で求められる。

ｊと勾が１．０のときは傾斜Δはθ°で、この信号を行
列選択部１０３に入力する。するとこの行列選択部１０
３は直交変換部１０４へ、従来の直交変換Ｔを用いると
いう信号を送る。又。

ｔｙ　、！：、２が１．０でないとき（Δ−１１その値
に応じて行列選択部１０３からの出力は、従来の直交変
換Ｔを回転させるという信号を直交変換部１０４へ送る
。

従来直交変換Ｔは１例えば （以下余白） で表わされる（コサイン変換）ｍＫその８１行は全て同
一値である。これを仮りに（ｊ（＝ｌ、ｘ、・・・・・
・、１）とし、成分が全て１のｎ次元ベクトルで表わす
０次に上で求めた傾斜Δを表わすベクトルを＝　（ｂ　
ｌ　＃　ｂ２　Ｍ　”””　＃　ｂｍ　）但しｂｌ＝１
．０／ｂｉ＝１＋（Δ−１）（ｉ　　ｌ）／（ｎ　　１
）＃　ｘ＝２ｍ・・＝・・ｅｎとすると。

ａを缶に変換する変換Ｐは、ｔｌ！＝Ｐ−を満たすもの
である。これは例えば以下のようにして求まる。

ｗｃｌ成分が０１になる回転を色、ｖについて求メルト
ｆｉｘ　＝ｔａｎ−１（！−）　、■１　＝ｔａｎ　　
（ｂ１／ｂ２　）としたとき がその回転行列であり、　　＝Ｑｌ、＝Ｒ１ｔは共に第
１成分がＯのベクトルである。以下同様に第２〜第ｎ−
２成分を０に回転する行列をＱｚｅ・・・・・・ｔ　Ｑ
ｎ−２ｐ　Ｒ２ｐ・・・・・・Ｒｎ−２と求めると。

ｔ　″”　Ｑｎ−２＝ＱｚＱｔ　ｔ ｔ＃　＝　Ｒｆｉ−２””””’ＦＬ２Ｒ１ｔとなる。

最後に第ｎ−１と第ｎ成分で形成される。

２次元子価内でｔ　：αＱｎ−ｘ＊Ｌ　　Ｉ（αは定数
なる回転行列は容易に求まるから、結局ｓ　Ｒｎ−２・
・・・・・・・・ＲＲｉｂ　＝”　”　Ｑｎ　−Ｉ　Ｑ
ｎ−２−−−、曲−Ｑ２Ｑ１　　である。

すなわち　　＝αＲ，Ｒ２−・・・・・Ｒｎ−２Ｑｎ−
ＩＱｎ−２−Ｑ２Ｑｉであるから変換Ｐ＝ｔＲＩＲ２・
−・・・・ｔＲ，、ｒ２Ｑｎ−１Ｑｎ−２・・・・・・
Ｑ２Ｑ１となる。

この変換Ｐは回転行列である。例えば画像ブロックＧを に対する回転行列Ｐの例は となる。

この転送行列Ｐを２つの傾斜ΔＲ９へについて求めＰ　
ｌ　ｌ　Ｐ　２とし、従来の直交変換Ｔ１に乗じた３１
＝ＴｔＰ、５２−ＴｔＰ２が、この画像ブロックＧで使
用する直交変換となる。前記画像ブロックＧの例（−１
）テハ、ΔＲ＝Δ（＝１　、１　テするｏ　−ｃ　Ｐｌ
＃Ｐｚ−１：カラＳ　＝となる。又ここで８１１８２は
画像ブロックごとに逐−求めなくてもあらかじめいくつ
かの傾斜ΔＨ，１ｓ−ｃに対してＳ１＋８２を計算して
おきメモリしておけばよい。この様に画像の特徴により
選択された直交変換（行列）８１．８２を用い、直交変
換部１０４において、前記入力端子１０１から入力され
た画像ブロックＧが２次元的変換５ＩＧｔＳ２なる積に
変換でれ。

そのデータを量子化会符号化部１０５へ入力する。

上記の例で言うと８１＝Ｓ２：Ｓ故にこの２次元的変換
５ＧｔＳなる積は となる。これは従来のコサイン変換の例で示した数値Ｔ
ＧｔＴ に比べ一層レベル分布にかたよりができているという結
果が得られた。ここでこのデータは符号化されブロック
ごとに選択された行列の種類を示す符号（付加情報）と
共に通信回線１０６を介して、受信部１１１である復号
化・逆量子化部１０７　Ｋ入力する。入力された符号は
、復号化・逆量子化部１０７で変換領域の信号に戻され
る。ブロックごとに選択された行列の種類を示す（付加
情報）を検出する行列選択部１０９でで所定の逆行列が
選択される。ここで上記回転行列Ｐ１＋Ｐ２は直交行列
でめりＳｔ、Ｓｚも直交行列であるから逆行列はＳ１＊
Ｓ２“転置行列ｔＳｘ　Ｉ　ｔＳ２をレベル調整（定数
倍）すれば容易に求まる。直行逆変換部１０８で変換領
域のデータは逆変換され復元の画像Ｇ′力ゝ求マル・第
４図は従来のコサイン変換、アダマール変換と本変換方
式を比較した図っである。　（ａ）（ｂ）図とも横軸を
ブロックサンプル縦軸をｄＢにとったものである。　（
ａ）は傾斜平面のモデル缶）はα＝０．９５の指数分布
モデルについて示したが、　（ａ）　（ｂ）共に大きな
効率向上があね、ブロックごとにどの変換を用いたかを
示す付加情報を含めても極めて優れた符号化方式である
ことが分る。

本発明の実施例によれば入力信号のブロックごとにその
特徴を抽出し最適な変換を選択することができるため、
従来のコサイン変換よりも圧縮効率が高い符号化を実現
することができる。特徴抽出も例えば画像人力ブロック
の縦・横の平均傾斜による傾斜角度により１行なう方法
などがあり複雑な演算を用いずに容易に行なうことがで
きる。

そしてこの方式は、画像信号、音声信号の１次元又は２
次元以上の圧縮符号化装置にも適用でき各種ＴＶ信号伝
送例えばＷ会議電話、高品位Ｗ伝送、ＶＴＲ信号圧縮、
ビデオディスク信号圧縮、ビデオテックス、テレテキス
ト、ファクシミリ、ＣＡＴＶ　、電話音声、ＰＣＭ放送
、録音、高品質電話等に応用できる。

ここで上記実施例では、Ｔは直交変換として説明して来
たが正則な行列を用いた一般の線形変換でも良いし、画
像はｎ×ｎの正方ブロックに分解したがｎＸｍなどのよ
うに非正方ブロックに分解した場合でも同様の変換符号
化を実行するここカーできる。

変換Ｔとして直交変換、特にコサイン変換を用いたが、
他の変換例えばフーリエ変換とかアダマール変換を用い
ることもできる。

上記実施例では画像を２次元のｎ×ｎブロックに分解し
た入力に対して説明したが１次元の（Ｉ×ｎ）ブロック
や時間方向の成分を考慮した（ｎ×ｎＸｔ）の３次元の
ブロックに対して更に高次元のものでも構成はできるし
、１次元の音声信号や多チヤンネル入力の多次元音声信
号に対しても同様の効率より圧縮符号化が可能である。

父上起倒では、特徴抽出部と１．て縦又は横方向の平均
傾斜角度を計算するものにより説明したが、最大角度や
正規化した角度の平均角度等を採用するようにしてもよ
い等本発明要旨を逸脱しない範囲で種類変形可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例のブロック構成図、第２
図（ａ）　（ｂ）は１本発明の一実施例である変換方式
を従来の変換であるコサイン変換、アダマール変換と比
較する図である。 １０１・・・入力端子、１０２・・・特徴抽出検出回路
、１０７選択部、１０４・・・直交変換部、１０５・・
・量子化・符号化部、１０６・・・通信回線、１０７・
・・復号化・逆量子化部、１０８・・・直交逆変換部、
１０９・・・行列選択部、１１０・・・・・・出力端子
、１００・・・送信部、１１１・・・受信部。 代理人　弁理士　則　近　慧　佑 （ほか１名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の画像ブロックに分割した入力信号の特徴抽
   出を行う手段と、 ここからの信号により最適変換を選択する手段と前記入
   力信号にこの最適変換を施す手段とを備え、この変換さ
   れた信号を圧縮符号化する変換符号化方式であって前記
   最適変換は、ｎ次元ベクトルａ＝（１、１・・・・・・
   、１）を前記傾斜を表わすｎ次元ベクトルｂ＝（ｂ＿１
   、ｂ＿２、・・、・・、・・、ｂ＿ｎ）に変換する変換
   Ｐと複数個の入力信号をブロックごとに平均化したもの
   を変換するのに適した変換Ｔとの合成Ｔ＾ｔＰを用いる
   ことを特徴とした変換符号化方式。
2. （２）特徴抽出はブロック化された入力信号の成分の縦
   、横の各平均の傾斜を求めることによって行われる特許
   請求の範囲第１項記載の変換符号化方式。
3. （３）縦、横の各平均の傾斜は前記画像ブロックを行列
   （ｇｉ、ｊ）（ｎ×ｎ）とし、総和をＳｕｍ＝Σ＿ｉΣ
   ＿ｊｇｉ、ｊ第１列の総和をＳｃ＝Σ＿ｉｇｉ、ｉ、第
   １行の総和をＳ＿Ｒ＝Σ＿ｊｇｉ、ｊとすると、各々Ｓ
   ｕｍ／（ｎ×Ｓｃ／２）−１、Ｓｍ／（ｎ×Ｓ＿Ｒ／２
   ）−１である特許請求の範囲第２項記載の変換符号化方
   式。