JPS62193382A - 画像信号符号化復号化方式とその装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は画像信号の伝送時間を短縮する、あるいは蓄積
記憶容量を削減するための画像信号符号化装置、復号化
装置、およびその方法に関する。

（従来の技術） 従来から利用されている画像信号、特に多値の画像信号
の符号化には情報保存型の符号化と情報非保存型の符号
化がある。情報保存型の符号化とは符号化の過程に量子
化を含まないものをさし、符号化・復号化の処理によっ
て原画像とまったく同一の画像を再生することが可能で
ある。この方法としては画像信号を複数のビットプレー
ンあるいはレベルプレーンに分割して各プレーンごとに
ランレングス符号化等の２値信号に対する符号化を施す
ものや、量子化処理を含まないＤＰＣＭ符号化等がある
が、いずれも高い圧縮率は得られない。一方情報非保存
型の符号化とは符号化のＡ程でなんらかの量子化処理を
含むものを指し、符号化・復号化の処理によって再生画
像は量子化雑音を含み、画品質の劣化をともなう。この
方法としては一般に予測符号化や直交変換符号化が利用
される。予測符号化では予測信号と画像信号の差である
予測誤差信号を量子化して符号化する。直交変換符号化
では画像信号を直交変換し、その変換係数を量子化して
符号化する。このように情報非保存型の符号化では量子
化を施すことによって大幅な情報量の圧縮が可能である
が、一般に皿子化によって画像信号の高域成分はカット
され、信号レベルが急激に変化するエツジでは信号レベ
ルの変化が緩やかになりエツジが不明瞭になる。この問
題を解決するため、画像信号を２進数表現したときのＭ
ＳＢをランレングス符号化し、残りＭＳＢ以外のビット
を予測符号化か直交変換符号化する方法が提案された。

その詳細についてはアイ・イー・イー・イーアイ・シー
、ニー・ニス・ニス・ピー８５（ＩＥＥＥ　ＩＣＡＳＳ
Ｐ　８５）、第４．１０．１頁から第４．１０．４頁に
チャールズエフホール（Ｃｈａｒｌｅｓ　Ｆ、Ｈａｌｌ
）により発表された論文［アバイブリッドイメージコム
プレッションテクニック（ＡＨｙｂｒｉｄ　Ｉｍａｇｅ
　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）　Ｊ
に記載されている。この方法は多くのエツジはその位置
がＭＳＢの信号変化点に対応していることに注目し、Ｍ
ＳＢをランレングス符号化によって歪無しで符号化する
ことにより、エツジをできるだけ正確に符号化しようと
するものである。復号化するときは、ＭＳＢをランレン
グス復号化によって得、ＭＳＢ以外のビットは予測復号
化か直交変換復号化によって得、ＭＳＢとＭＳＢ以外の
ビットを加算することにより画像信号を得る。ＭＳＢ以
外のビットには量子化によって歪が生じるが、ＭＳＢに
対しては量子化を行なわないので全く歪は生じない。従
って多くのエツジが不明瞭にならずに復号化される。

（発明が解決しようとする問題点） しかし画像信号のエツジ部分はＭＳＨの信号変化点に必
ずしも対応しない。画像信号がＯ〜２５５の２５６レベ
ル（８ｂｉｔ）をとり得るとした時、例えば第２図（ａ
）に示すようにＭＳＢに対応する１２８レベルを横断し
ないエツジに対してはＭＳＢは変化せず、従ってＭＳＢ
を分離して符号化し、エツジを保つ効果は全く現れない
。

本発明の目的は画像信号の中で急激にレベルの変化する
エツジ部分を正確に分離して符号化することによりエツ
ジ部分を正確に再現可能な高能率な画像信号の符号化復
号化方式と装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の画像信号符号化復号化方式は送信側ではブロッ
クＩＢ位で画像信号を読み出し、ブロック内の画像信号
の最大値、最小値から量子化特性を決定し、前記量子化
特性に従って前記画像信号を量子化して第１の信号を発
生し、前記第１の信号に対して情報保存型の符号化を行
なうことによって第１の符号を発生し、前記画像信号と
前記第１の信号との差分からなる第２の信号を発生し、
前記第２の信号に対して情報非保存型の符号化を行なう
ことによって第２の符号を発生し、受信側では前記第１
の符号に対し情報保存型の復号化を行なうことによって
前記第１の信号を求め、前記第２の符号に対し情報非保
存型の復号化を行なうことによって前記第２の信号を求
め、前記第１の信号と前記第２の信号の加算を行うこと
を特徴とする。

また本発明の画像信号符号化装置はブロック単位で画像
信号を読み出す手段と、ブロック内の画像信号の最大値
、最小値から量子化特性を決定する手段と、決定された
量子化特性に従って前記画像信号を量子化して第１の信
号を発生する手段と、前記第１の信号に対して情報保存
型の符号化を行なうことによって第１の符号を発生する
手段と、前記画像信号と前記第１の信号との差分からな
る第２の信号を発生する手段と、前記第２の信号に対し
て情報非保存型の符号化を行なうことによって第２の符
号を発生する手段を有することを特徴とする。

また本発明の画像信号復号化装置はブロック単位で画像
信号を読み出し、ブロック内の画像信号の最大値、最小
値、量子化特性を決定し、前記量子化特性に従って前記
画像信号を量子化して第１の信号を発生し、前記第１の
信号に対して情報保存型の符号化を行なうことによって
第１の符号を発生し、前記画像信号と前記第１の信号と
の差分からなる第２の信号を発生し、前記第２の信号に
対して情報非保存型の符号化を行なうことによって第２
の符号を発生する画像信号符号化装置から前記第１の符
号と第２の符号を入力し、これらの符号を復号化して画
像信号を得る復号化装置で、第１の符号に対し、情報保
存型の復号化を行なうことによって第１の信号を求める
手段と、第２の符号に対し情報非保存型の復号化を行な
うことによって第２の信号を求める手段と、前記第１の
信号と前記第２の信号の加算を行なうことによって画像
信号を得る手段を有することを特徴とする。

（実施例） 以下に図面を参照して、本発明の詳細な説明する。第１
図（ａ）は本発明の画像信号符号化復号化方式を実現す
る符号化装置の一例を示すブロック図であり、第１図（
ｂ）は復号化装置の一例を示すブロック図である。

以下の説明ではまずエツジ部分を分離するための量子化
としては２レベルの量子化、量子化出力信号の情報保存
型符号化としてはランレングス符号化、エツジを分離し
た残差信号の情報非保存型符号化としては直交変換符号
化（ディスクリートコサイン変換やアダマール変換等）
を用いた場合について行なうが、後で説明するように一
般性をそこなうものではない。まず符号化装置において
は、画像信号はブロック読み出し部１によって直交変換
を行うブロック単位に読み出される。例えば１画素当た
り８ｂｉｔの画像信号を縦１６画素、横１６画素の計２
５６画素を１ブロツクとして読み出される。この１ブロ
ツクの画像信号ｆ（ｉ、ｊ）はパラメータ抽出部２に送
られ、１ブロツク内の各画素の値の最大値ｆｍａｘ、最
小値ｆ、。および最大勾配ｆｄｉｆが算出される。ここ
でｆ（ｉ。

ｊ）は横方向゛に１番目、縦方向にｊ番目の画素の値で
ある。

このようにして算出されたブロック内の最大値ｆｍａＸ
％最小値ｆｍｉｎは量子化特性決定部３に送られる。量
子化特性決定部３では最大値ｆｍａＸ％最小値ｆｍｉｎ
量子化特性を設定する。例えば第３図に示した量子化特
性とする。これは量子化出力レベルとしてｆｍｉｎ　ｋ
　ｆｍａｘを設定し、ブロック内の信号のダイナミック
レンジ（ｆｍｉｎ−ｆｍａｘ）の中央値（ｆｍａｘ　＋
　ｆｍｉｎ）／２を境としてどちらか近い出力レベルに
量子化するというものである。

このようにして設定された量子化特性に従ってブロック
内の画像信号は量子化Ｓ４で量子化され量子化出力ｑ（
ｉ、ｊ）が出力される。このように画像信号をブロック
に分割し、ブロック内の画素値の最大値、最小値を用い
て量子化特性を決めることによって、従来の方式ではエ
ツジ部分として分離できなかった第４図（ａ）のような
ＭＳＢを越えない画像信号のレベル変化も、第４図（ｂ
）に示した通りｆｍｉｎからｆｍａｘへの量子化出力ｑ
（ｉ、ｊ）の変化として抽出される。

以上のようにして算出された量子化器４の量子化出力ｑ
（ｉ、ｊ）は情報保存型符号器５で符号化される。まず
ブロック単位に量子化出力レベルであるｆｍｉｎとｆｍ
ａＸが固定長８ｂｉｔのＰＣＭで符号化される。次に各
ブロックのｆｍｉ。の値をｏｆｍａｘの値を１とし、０
．１のそれぞれ連続する長さをランレングス符号器を用
いて符号化を行う。このランレングス符号化におけるラ
ンのカウントは各ブロック内で終結させてもよいしブロ
ック間でつなげてもよい。

このようにしてエツジ部を抽出した量子化出力（１（ｉ
、ｊ）は差分器７において画像信号ｆ（ｉ、ｊ）との差
分がとられ残差信号ｄ（ｉ、ｊ）＝ｆ（ｉ、ｊ）　−ｑ
（ｉ、ｊ）が得られる。

差分器７の出力ｄ（ｉ、ｊ）は情報保存型符号器８にお
いて直交変換符号化が施される。第５図に直交変換を用
いた情報非保存型符号器８のブロック図を示す。

まずディスクリートコサイン変換やアダマール変換等の
直交変換を行う直交変換器８１で入力された信号を直交
変換係数に変換する。次に係数量子化器８２において微
小な係数成分の切捨ておよびその他の係数成分の拍子化
を行う。最後に係数符号器８３において各係数の大きさ
をその発生頻度に応じた符号（例えばハフマン符号等）
を用いて符号に変化する。情報保存型符号器５で作成さ
れた第１の符号と情報非保存型符号器８で作成された第
２の符号は合成部９において合成されて伝送路あるいは
蓄積装置等に出力される。合成においては第１の符号と
第２の符号を分離可能なように分離用の同期符号を付加
する。

次に第１図（ｂ）のブロック図に従って復号化装置の説
明を行う。

まず伝送路あるいは蓄積装置から入力された符号は分離
部１０において同期信号に従って第１の符号（情報保存
型符号器５の出力符号）と第２の符号（情報非保存型符
号器８の出力符号）に分離される。分離後の第１の符号
は情報保存型復号器１１で復号され、量子化出力ｑ（ｉ
、ｊ）が再生される。また分離後の第２の符号は情報非
保存型復号器Ｂで復号され量子化処理を施された残差信
号ｄ’（ｉｊ）が再生される。情報保存型復号器１１で
はランレングス符号を復号し１とＯのランを再生し、同
時にＰＣＭ符号化されたｆｍａｘとｆｍｉｎの値をそれ
ぞれ１と０のレベルとして対応させることによりｑ（ｉ
、ｊ）を再生する。また情報非保存型復号器１３では、
ブロック単位に符号化された量子化後の直交変換係数を
復号し、逆直交変換を施すことにより量子化処理を施さ
れた残差信号ｄ’（ｉ、ｊ）を再生する。量子化出力ｑ
（ｉ、ｊ）量子化処理を施された残差信号ｄ’（ｉ、ｊ
）はブロック単位に加算器１４で加算されて復号画像信
号ｆ’（ｉ、ｊ）が生成される。（ｆ’（ｉ、ｊ）＝　
（１（ｉ、ｊ）＋　ｄ’（ｉ。

ｊ））生成されたブロック単位の復号画像信号ｆ’（ｉ
、ｊ）は最後にブロック書込み部１５を通して画像蓄積
装置やプリンター等の画像出力装置に出力される。

以上説明した画像信号の符号化・復号化装置を用いるこ
とによって画像信号の圧縮・伸張によるコッジ部のぼけ
の発生を軽減し、かつ圧縮効率の高い圧縮・伸張処理を
実現することができる。以上の説明では、エツジ部を分
離するための量子化としては、２レベルの量子化を例に
とって説明したが、３レベル以上の量子化を用いるこも
できる。例えば３レベルの量子化の場合には第６図に示
すように’ｒｎｌｎｑ　ｆｒｎａＸ、（ｆｍｉｎ　＋　
ｆｍａｘ）／２を量子化出力レベルとし、いずれか近い
レベルに量子化する量子化特性を用いることができる。

また量子化出力レベルもｆｒｎｌｎｓ　ｆｍａＸを直接
用いず ｆ　’ｍｉｎ　＝　ｆｍｉｎ　＋　α（ｆｍａｘ　−ｆ
ｍｉｎ）ｆ　’ｍａＸ　＝　ｆ’ｍａｘ　　Ｑ（ｆｍａ
ｘ　−イＷｎ）　　　　（０＜　ａ　＜　１）のように
計算されるｆ’ｍｉｎ、　ｆ’ｍａｘを用いることもで
きる。これは画像信号にノイズがのったためにｆｍａＸ
やｆｍｉｎが全体のレベルに対して極端に大きくなった
時や小さくなった時の量子化特性決定に対する悪影響を
避ける場合に用いられる。ｎレベル（３レベル以上）の
量子化を行なった場合には情報保存型符号器ではブロッ
ク内で決定されたｎ個の量子化出力レベル値を８ｂｉｔ
でＰＣＭ符号化した後にｎ個のレベルプレーンの内ｎ−
１個のレベルプレーンをランレングス符号化して第１の
符号を作成する。また２ｍがｎまたは（ｎ＋１）となる
ｍｂｉｔの自然２進数あるいは交番２進数にｎレベルの
信号を変換した後に各ビッドブレーンをランレングス符
号化することもできる。

さらに情報保存型符号器としてはランレングス符号器だ
けでなく、他の量子化を含まない符号器、例えば予測誤
差を量子化を施さずに符号化する予測符号化を用いるこ
ともできる。情報非保存型符号器も直交変換符号化のみ
ならず量子化を含む予測符号化等も用いることができる
。量子化を含む予測符号化を用いた場合には直交変換符
号化のように符号化にブロックという概念が存在しない
ため、ブロック読み出し部１で読み出すブロックのサイ
ズは任意に設定することができる。

（発明の効果） 本発明を用いることによって、画像信号の圧縮・伸張に
よるエツジ部のぼけの発生を軽減し、かつ圧縮効率の高
い圧縮・伸張処理を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の符号化装置の一実施例を示すブ
ロック図、第１図（ｂ）は復号化装置の一実施例を示す
ブロック図、第２図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は従来
の方式の問題点を示す図、第３図は２レベルの量子化特
性の一例を示す図、第４図（ａ）、（ｂ）は量子化処理
を示す図、第５図は情報非保存型符号器の一例としての
直交変換符号器のブロック図、第６図は３レベルの量子
化特性の一例を示す図である。 図において １・・・ブロック読み出し部、 ２・・・パラメータ抽出部、 ３・・・量子化特性決定部、　４・・・量子化器、５・
・・情報保存型符号器、 ７０．・差分器、　　　　　８・・・情報非保存型符号
器、９・・・合成部、　　　　　１０・・・分離部、１
１・・・情報保存型復号器、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信側ではブロック単位で画像信号を読み出し、
   ブロック内の画像信号の最大値、最小値から量子化特性
   を決定し、前記量子化特性に従って前記画像信号を量子
   化して第１の信号を発生し、前記第１の信号に対して情
   報保存型の符号化を行なうことによって第１の符号を発
   生し、前記画像信号と前記第１の信号との差分からなる
   第２の信号を発生し、前記第２の信号に対して情報非保
   存型の符号化を行なうことによって第２の符号を発生し
   、受信側では前記第１の符号に対し情報保存型の復号化
   を行なうことによって前記第１の信号を求め、前記第２
   の符号に対し情報非保存型の復号化を行なうことによっ
   て前記第２の信号を求め、前記第１の信号と前記第２の
   信号の加算を行うことによって画像信号を得る画像信号
   符号化復号化方式。
2. （２）ブロック単位で画像信号を読み出す手段と、ブロ
   ック内の画像信号の最大値、最小値から量子化特性を決
   定する手段と、決定された量子化特性に従って前記画像
   信号を量子化して第１の信号を発生する手段と、前記第
   １の信号に対して情報保存型の符号化を行なうことによ
   って第１の符号を発生する手段と、前記画像信号と前記
   第１の信号との差分からなる第２の信号を発生する手段
   と、前記第２の信号に対して情報非保存型の符号化を行
   なうことによって第２の符号を発生する手段を有するこ
   とを特徴とする画像信号符号化装置。
3. （３）ブロック単位で画像信号を読み出し、ブロック内
   の画像信号の最大値、最小値から量子化特性を決定し、
   前記量子化特性に従って前記画像信号を量子化して第１
   の信号を発生し、前記第１の信号に対して情報保存型の
   符号化を行なうことによって第１の符号を発生し、前記
   画像信号と前記第１の信号との差分からなる第２の信号
   を発生し、前記第２の信号に対して情報非保存型の符号
   化を行なうことによって第２の符号を発生する画像信号
   符号化装置から前記第１の符号と第２の符号を入力し、
   これらの符号を復号化して画像信号を得る復号化装置に
   おいて、第１の符号に対し、情報保存型の復号化を行な
   うことによって第１の信号を求める手段と、第２の符号
   に対し情報非保存型の復号化を行なうことによって第２
   の信号を求める手段と、前記第１の信号と前記第２の信
   号の加算を行なうことによって画像信号を得る手段を有
   することを特徴とする画像信号復号化装置。