JPS62196990A - 画像デ−タの直交変換符号化方法 - 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】 （発明の分野） 本発明はデータ圧縮を目的とした画像データの符号化方
法、特に詳細には直交変換を利用した画像データの符号
化方法に関するものである。

（発明の技術的背景および先行技術） 例えばＴＶ信号等、中間調画像を担持する画像信号は膨
大な情報量を有しているので、その伝送には広帯域の伝
送路が必要である。そこで従来より、このような画像信
号は冗長性が大きいことに着目し、この冗長性を抑圧す
ることによって画像データを圧縮する試みが種々なされ
ている。また最近では、例えば光ディスクや磁気ディス
ク等に中間調画像を記録することが広く行なわれており
、この場合には記録媒体に効率良く画像信号を記録する
ことを目的として画像データ圧縮が広く適用されている
。

このような画像データ圧縮方法の一つとして、画像デー
タの直交変換を利用するものがよく知られている。この
方法は、ディジタルの２次元画像データを適当な標本数
ずつのブロックに分け、このブロック毎に標本値からな
る数値列を直交変換し、この変換により特定の成分にエ
ネルギーが集中するので、エネルギーの大きな成分は長
い符号長を割当てて符号化（量子化）し、他方低エネル
ギーの成分は短い符号長で粗く符号化することにより、
各ブロック当りの符号数を低減させるものである。上記
直交変換としては、フーリエ（Ｆ。

ｕｒｉｅｒ）変換、コサイン（ＣＯ８ｉ　ｎｅ）変換、
アダマール（Ｈａｄａｍａｒｄ）変換、カルーネンーレ
ーベ（Ｋａｒｈｕｎｅｎ−Ｌｏａｖｅ）変換、バール（
Ｈａａｒ）変換等がよく用いられるが、ここでアダマー
ル変換を例にとって上記方法をざらに詳しく説明する。

まず第２図に示すように、ディジタルの２次元画像デー
タを所定の１次元方向に２個ずつ区切って上記ブロック
を形成するものとする。このブロックにおける２つの標
本値ｘ　（０）とｘ（１）とを直交座標系で示すと、前
述のようにそれらは相関性が高いので、第３図に示すよ
うにｘ　（１）　−ｘ　（０）なる直線の近傍に多く分
布することになる。そこでこの直交座標系を第３図図示
のように４５°変換して、新しいｙ（０）−ｙ（１）座
標系を定める。この座標系においてｙ（０）は変換前の
原画像データの低周波成分を示すものとなり、該Ｖ（０
）は、Ｘ（０）、×（１）よりもやや大きい値（約ｆ２
倍）をとるが、その一方原画像データの高周波成分を示
すｙ（１）はｙ（０）軸に近い非常に狭い範囲にしか分
布しないことになる。そこで例えば上記Ｘ（０）、ｘ（
１）の符号化にそれぞれ７ビツトの符号長を必要として
いたとすると、Ｖ（０）については７ビツトあるいは８
ビット程度必要となるが、その一方ｙ（１）は例えば４
ビット程度の符号長で符号化できることになり、結局１
ブロック当りの符号長が低減され、画像データ圧縮が実
現される。

以上、２つの画像データ毎に１ブロツクを構成する２次
の直交変換について説明したが、この次数を上げるにし
たがって特定の成分にエネルギーが集中する傾向が強く
なり、ビット数低減の効果を高めることができる。一般
的には、直交関数行列を用いることによって上記の変換
を行なうことができ、極限的には上記直交関数行列とし
て対象画像の固有関数を選べば、変換画像はその固有値
行列となり、行列の対角成分のみで元の画像を表現でき
ることになる。また上記の例は画像データを１次元方向
のみにまとめてブロック化しているが、このブロックは
２次元方向に亘るいくっかの画像データで構成してもよ
く、その場合には１次元直交変換の場合よりもより顕著
なビット数低減効果が得られる。

上記のように変換データをそれぞれ固有の符号長で符号
化して得られた符号化データは、前述のように例えば伝
送されたり、あるいは光ディスク等の記録（記憶）手段
に記録された後、Ｒ柊的には原画像の再生に供せられる
。すなわち上記符号化データは復号回路によって前記変
換データに復号され、次いでこの変換データに直交変換
の逆変換をかけることによって原画像データが再構成さ
れる。

ところで、以上述べたように画像データを直交変換する
際にはブロック毎に直交変換がなされ、変換時間の短縮
やバッファメモリの小容量化が図られるが、このように
ブロック分けして直交変換を行なった場合には、再生画
像においていわゆるブロック歪みが目立つことがある。

このブロック歪みは、再構成された原画像信号に基づい
て再生された再生画像にＪ３いて、上記ブロックの境界
に当たる部分でｍ度パターンの段差が生じ、それが線状
に視認されるものである。このブロック歪みは画像デー
タの圧縮率を高めるほど顕著になり、再生画像の画質を
大きく損なうものとなる。

（発明の目的） そこで本発明は、上記ブロック歪みの発生を防止するこ
とができる画像データの直交変換符号化方法を提供する
ことを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明の画像データの直交変換符号化方法は、前述のよ
うなブロック単位で直交変換を行なって得られた変換デ
ータをそれぞれ固、有の符号長で符号化した後、この符
号化データを復号し、直交変換の逆変換をかけて原画像
データを再構成するようにした画像データの直交変換符
号化方法において、 上記逆変換で１９られた画像データのうち、２つのブロ
ックに亘って延びる画素列の各画素に関する複数の画像
データを用いて、一方のブロック内の該画像データから
、他方のブロック内の画素列のブロック境界部画素に関
する画像データ値を互いに外挿予測し、 各ブロック内の画素列の境界近傍画素についての画像デ
ータを、ブロック境界に近づくにつれて上記外挿予測さ
れた画像データ値に漸近するように補正することを特徴
とするものである。

（実施態様） 以下、図面に示す実ｍ態様に基づいて本発明の詳細な説
明する。

第１図は本発明の画像データの直交変換符号化方法を実
施する装置を概略的に示すものである。

中間調画像を示ず画像データ（原画１ｇ！　’：Ｆ−タ
）Ｘは、まず前処理回路１０に通され、雑音除去のため
の平滑化等、データ圧縮効率を上げるための前処理を受
器ブる。この前処理を受けた画像データＸは直交変換回
路１１に通され、まず２次元直交変換を受ける。この２
次元直交変換は例えば第５図に示すように、上記画像デ
ータＸが示す中間調画像Ｆ内の標本数（画素数）ＭＸＮ
の矩形ブロックＢ毎に行なわれる。なＪ３この直交変換
としては、例えば前述のアダマール変換が用いられる。

このアダマール変換は、その変換マトリクスが＋１と−
１のみからなるので、他の直交変換に比べればより簡単
な変換回路によって実行されうる。また周知の通り２次
元直交変換は１次元直交変換に縮退することができる。

つまり上記２次元のブロックＢ内のＭＸＮ画素に関する
画像データに対して縦方向に１次元直交変換をかけ、さ
らに、得られたＭＸＮの変換データに対して横方向に１
次元直交変換をかけることによって２次元直交変換が行
なわれる。なお、縦方向、横方向の変換の順序は逆であ
ってもよい。

上記の２次元直交変換によって得られた変換データｙは
、第４図に示すように各ブロック内Ｂで、上記直交変換
の基になった関数（例えばアダマール変換にあってはＷ
ａ　ｌ　ｓ　ｈｉｌｌ数、フーリエ変換にあっては三角
関数等）のシーケンシ−順に縦横方向に並べられる。前
述のようにこのシーケンシ−は空間周波数と対応してい
るので、変換データｙは上記ブロックＢ内で、縦横方向
に空間周波数順に（つまり画像のディテール成分の粗密
の順に）並べられることになる。なおこの第４図では、
最上付左端列の変換データＶ（１，１＞がシーケン・シ
ー０（ゼロ）に対応するものであり、周知のようにこの
変換データＶ（１，１）はブロックＢ内の平均画像濃度
を示すものとなる。

このように並べられた変換データｙは第１図図示のよう
に符号化回路１２に送られ、符号化される。

この符号化回路１２は、例えば予めＲＯＭ等に記憶され
た所定のビット配分表に従った符号長（ビット数）で、
ブロックＢ内の各変換データｙを符号化する。上記ビッ
ト配分表は例えば第６図に示すように、前記シーケンシ
−毎に固有のビット数を割当てたものであり、前述のよ
うに変換データｙは低周波成分にエネルギーが集中して
いるから、このエネルギーが高い低周波成分には比較的
長い符号長を与え、一方エネルギーが低い高周波成分に
は比較的短い符号長を与えることにより、ブロックＢ当
りの必要なピット数が低減され、画像データ圧縮が達成
される。またこの際、所定空間周波数よりも低周波数側
の領域（第４図の斜線を付した領域）の変換データｙの
みについて１ビツト以上の符号長を与えて符号化し、そ
れ以外の高周波領域の変換データｙにはＯビットを与え
る。このようにすることにより、所定周波数を上回る極
めて高周波の成分を示す変換データｙ（それらは原画像
Ｆを表わす上で、さほど意味を持たないデータである）
がすべて切り捨てられ、データ圧縮効果がより一層高め
られる。このような操作は、従来よりゾーンサンプリン
グと称されているものである。

以上のようにして符号化された画像データｆ（ｙ）は、
第１図図示のように記録再生装置１３において例えば光
ディスクや磁気ディスク等の記録媒体（画像ファイル）
に記録される。上記の通りこの画像データｆ　（Ｖ）は
原画像データＸに対して大幅な圧縮がなされているから
、光ディスク等の記録媒体には、大量の画像が記録され
つるようになる。画像再生に際してこの画像データｆ　
（ｙ）は記録媒体から読み出され、復号回路１４におい
て前記変換データｙに復号される。こうして復号された
変換データｙは逆変換回路１５に送られて、前記２次元
直交変換に対する逆変換を受ける。それにより原画像デ
ータＸが復元され、この原画像データＸが後述する補正
回路１６を通して画像再生装置１７に送られ、該データ
Ｘが担持する画像が再生される。

ここで、符号化の際に０ビツトが与えられた変換データ
ｙについては、復号回路１４における復号の際に一律の
データ値を振り当てる。そのために高周波域の正しい画
像データが欠落するので、復号回路１４からの変換デー
タｙをそのまま逆変換して画像再生に供すると、再生画
像に前述のようなブロック歪みが生じることがある。前
記補正回路１６は、このようなブロック歪みの発生を防
止するために設けられている。以下、この補正回路１６
の働きについて説明する。まずこの補正回路１６は、上
記逆変換回路１５から出力された画像データＸから、２
つのブロックＢ　（ｎ）　、Ｂ　（ｎ＋１　）に亘って
延びる画素列１１）のブロック境界近傍画素に関する画
像データを抽出する（第７図に、この画素列Ｌｐとブ０
ツク８　（ｎ＞、Ｂ　（ｎ＋１）の関係を示す）。本実
施態様においては一例として、上記画素列［ｐの中の、
ブロック境界Ｈから３つずつの画素Ｐ　（Ｍ−２）、Ｐ
　（Ｍ−１）、Ｐ　（Ｍ）およびＰ　（１）、　Ｐ　（
２）、Ｐ　（３）に関する画像データ×３　、Ｘ２　ｓ
　Ｘｉ　、およびｘ１’、Ｘ２′、ｘ　３１を抽出する
。これらの画像データ×３、Ｘ２、Ｘｉ　、Ｘｉ　’　
、ｘ２　’　％　Ｘ３′は、例えば第８図に示すような
値をとる。この第８図に示されるように、ブロックＢ　
（ｎ）の画像データｘ３、×２、×１とブロックＢ（ｎ
＋１）の画像データ×１°、ｘ２’、Ｘ３′は必ずしも
滑らかに変化するような値をとらず（これは前）本のよ
うに高周波域の変換データｙを切り捨てたことによる）
、そのために前述のブロック歪みが認められることにな
る。

補正回路１６は一方のブロックＢ（ｎ）内の画像データ
×３、×２、×１を基に、他方のブロックＢ　（ｎ＋１
　＞内のブロック境界部画素Ｐ（１）に関する画像デー
タ値Ｘｏを外挿予測する。それとともに補正回路１６は
、ブロックＢ（ｎ＋１＞内の画像データＸＩ　’　、Ｘ
２　’　、Ｘ３′を基に、ブロック（ｎ）内のブロック
境界部画素ρ（Ｍ）に関する画像データ値ｘｏｊを外挿
予測する。次いで補正回路１６は、ブロックＢ（ｎ）内
の画像データ×３、×２、×１を、上記外挿予測された
画像データ値ｘｏＩに漸近するように補正し、一方ブロ
ックＢ（ｎ＋１）内の画像データＸ１’、Ｘ２′、ｘ３
１を、外挿予測された画像データ値Ｘｏに漸近するよう
に補正する。なおこの補正は一例として、 と補正することによって行なわれる。ただし、１ｐ１１
≧１ｐ２１≧１ｐ３１ １ｑ＋ｌ≧１ｑｚｌ≧１ｑ３１であり、例えばｐ１＝１
、　ｐ２　＝０．５、　ｌ）３　＝０．２５ｑ＋＝　　
１、Ｑｚ＝　　０．５、Ｑ３＝０．２５とすればよい。

またΔＸ、ΔＸ′は、前記外挿予測された画像データ値
ｘｏ　’　、ｘｏによって定まる数であり、例えば ΔＸ−（Ｘｏ　’　−Ｘｔ　）／２ ΔＸ’　＝　（Ｘｔ　’　　Ｘｏ　）／２とする。なお
より好ましくは上記ΔＸ、ΔＸ′を、外挿予測された２
つの画像データ値Ｘ　Ｏｓ　Ｘ　Ｏｏの中間的な値とす
る。例えば両画像データ値Ｘ　Ｏｓ　Ｘ　Ｏｏの平均値
をΔＸおよびΔＸ′とするならば、ΔＸ　−△Ｘ　′ ＝（（Ｘｏ’　　Ｘｌ）十（Ｘｔ’　　Ｘｏ））／４と
規定すればよい。

上述のように△Ｘ、△Ｘ″を、外挿予測された画像デー
タ値Ｘ。ｓＸＱｏの中間的な値とする場合、この中間的
な値は平均値に限られるものではなく、一般的には ΔＸ ＝α１（ＸＯ’　　Ｘｌ）＋αｚ　　（Ｘｔ　’　−Ｘ
ｏ　）ΔＸ゛ −β　ｌ　　（Ｘｏ’　　　　　ＸＩ）　　＋　β　ｚ
（Ｘｓ’　　　　　Ｘｏ）とずればよい。ただし、α１
≠Ｏ１β！≠０である。

以上述べたようにブロックＢ　（ｎ）およびＢ（ｎ＋１
）内の、ブロック境界近傍画素に関づる画像データ×３
、×２、ｘｌおよびＸｌ’、Ｘ２′、ｘｌ３を補正する
ことにより、ブロック境界Ｈをはさんで画像データＸが
急激に変化することが無くなる。このような画像データ
Ｘの補正は、ブロック境界Ｈを越えて２つのブロックに
亘って延びる横方向および縦方向画素列のすべてに関し
て行なわれる。こうして補正がなされた画像データＸは
、前述の通り画像再生装置１７に送られて画像再生に供
せられるが、各ブロック境界をはさんで画像データＸが
急激に変化することが無くなっているから、再生画像に
おいて先に述べたようなブロック歪みが発生することが
防止される。

なお上記実ｍ態様においては、ブロックＢの境界近傍の
３個の画像データＸに基づいて、隣接ブロック内の境界
部画素に関する画像データを外挿予測しているが、この
外挿予測は、上記３個以外の数の画像データ（複数）に
基づいて行なってもよい。また上記実施態様においては
、外挿予測に用いる画像データＸの数と、補正を受ける
画像データＸの数とが同数となっているが、これらは互
いに異なる数であってもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の画像データの直交変換
符号化方法によれば、高周波域の直交変換データを切り
捨てても、再生画像においてブロック歪みが発生するこ
とを確実に防止できるから、再生画像の画質を劣化させ
ることなくデータ圧縮率を大いに高めることが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様方法を実施する装置の概略
構成を示すブロック図、 第２図および第３図は本発明に係る直交変換を説明する
説明図、 第４．５．６．７および８図は、本発明方法を説明する
説明図である。 １１・・・直交変換回路　　　１２・・・符号化回路１
４・・・復号回路　　　　　１５・・・逆変換回路１６
・・・補正回路　　　　　１７・・・画像再生装置Ｂ・
・・画像データのブロック　１」・・・ブロック境界Ｌ
ｐ・・・画素列 Ｐ　（１）、Ｐ　（２）、Ｐ　（３）、Ｐ　（Ｍ−２）
、Ｐ　（Ｍ−１）、Ｐ　（Ｍ）・・・ブロック境界近傍
の画素 Ｘ・・・画像データ ｘＯＮ　Ｘ　Ｏｏ・・・外挿予測された画像データ値ｙ
・・・変換データ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２次元画像データに対して、所定数のデータからなるブ
   ロック毎に直交変換をかけて変換データを得、これらの
   変換データをそれぞれ固有の符号長で符号化した後、こ
   の符号化データを復号して前記変換データを得、該変換
   データに前記直交変換の逆変換をかけて前記画像データ
   を再構成するようにした画像データの直交変換符号化方
   法において、 前記逆変換で得られた画像データのうち、２つのブロッ
   クに亘つて延びる画素列の各画素に関する複数の画像デ
   ータを用いて、一方のブロック内の該画像データから、
   他方のブロック内の前記画素列のブロック境界部画素に
   関する画像データ値を互いに外挿予測し、 各ブロック内の前記画素列の境界近傍画素についての前
   記画像データを、ブロック境界に近づくにつれて前記外
   挿予測された画像データ値に漸近するように補正するこ
   とを特徴とする画像データの直交変換符号化方法。