JPS62216484A - 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（Ｃｏｓ　ｉ　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さ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×（１）とを直交座標系で示１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）Ｍ
標系を定める。この座標系においてＶ（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、１Ｖ（０
）は、Ｘ（０）、ｘ（１）よりもやや大きい値（約Ｊ２
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×（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、ｙ（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
８１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つ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。

上述の２次元直交変換で得られた変換データは、各ブロ
ック内で変換に利用された直交関数のシーケンシ−（０
を横切る数）順に並べられる。このシーケンシ−は空間
周波数と対応が有るので、各変換データは第４図に示す
ように縦横方向に周波数順に並ぶことになる。そこで低
周波成分を担う変換データ（第４図の左上方側のデータ
）には比較的長い符号長を割当て（前述の１次元２次直
交変換においてｙ（０）に長い符号長を割当てたことと
対応する）、高周波成分を担う変換データ（第４図の右
下方側のデータ）には比較的短い符号長を割当てるか、
あるいは切り捨てることにより、ブロック当りの符号長
が低減される。

ところで従来より、上記符号長の割当ては予め定められ
たパターンに従ってなされているが、あるシーケンシ−
の変換データを示すのに必要な符号長は画像毎、ブロッ
ク毎に異なるので、予め定められて割当てられた符号長
では足りなくて変換データを正確に表わせない、という
事態が生じることもある。その場合は割当て符号長で表
わせる最大値あるいは最小値を符号化データとすること
になるが、そうすると当然ながら、復号、逆変換によっ
て得られる再生画像の画質が劣化することになる。この
ような符号長不足を招かないためには、予め定める割当
て符号長をそれぞれ十分に長くしてお【プばよいが、そ
うすると画像データを十分に圧縮できなくなる。

（発明の目的） そこで本発明は、データ圧縮率を十分に高めることが可
能で、しかもその一方前述のような符号長不足による再
生画像の画質劣化を最少限に抑えうる、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
うにブロック毎の画像データ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
で符号化する画像データの直交変換符号化方法において
、 各ブロックから同一のシーケンシ−に関する変換データ
を抽出して、それらの標準偏差、または絶対値の平均値
をシーケンシ−毎に求め、各シーケンシ−の変換データ
に対する符号長を、それぞれ上記標準偏差または平均値
に基づいて決定するようにした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＠置を概略的に示すものである。

中間調画像を示す画像データ（原画像データ）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ける。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ＩＦ内の標本数（画素数）ＭＸＮの矩形ブロッ
ク日毎に行なわれる。なお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
ａ１ｓｈ関数、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、最上行左端
列の変換データｙ（１，１＞がシーケンシ−〇（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、後述のようにして作成される〃
１当てビット配分表に従った符号長（ビット数ンで、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当りの必要なビット数が低減され、画像データ圧
縮が達成される。

ここで上記のビット配分表において、各変換データｙに
対する割当てビット数が短いと、前述のように再生画像
の画質が損われるし、反対に割当てビット数が長過ぎる
と十分なデータ圧縮効果が得られない。以下、このよう
な不具合を解消する、本発明方法の特徴部分について説
明する。符号化回路１２は、すべてのブロックＢから、
シーケンシ−同一の変換データｙどうしを抽出する（第
７図に、シーケンシ−０の変換データｙを抽出する様子
を示す）。このデータ抽出は、すべてのシーケンシ−に
ついて行なわれる。そして該符号化回路１２は、抽出し
た変換データｙの標準偏差σを求め、該標Ｑ＝偏差σに
基づいて前記符号長（ピッｉ・数）を求め、このビット
数を当該シーケンシ−に関する符号長とする。つまり、
各ブロックＢから抽出されたシーケンシ−ｎの変換デー
タｙの標準偏差σｎに基づいて求めた符号長を、シーケ
ンシ−ｎに関する符号長とする（なおσｎの値は、画像
毎に求めてもよいし、予め定められたいくつかの標準画
像から求めてもよい）。このように標準偏差σに基づく
ビット数Ｄｂは例えば、 ［）ｂ−［Ｉｏｇ２　（２σ＋１）］ （ただし小数点以下は四捨五入） として求められる。同一シーケンシ−の変換データｙは
、互いに近似した値をとるものが多いので、それらの分
布は概略第８図に示すようなものとなる。したがって、
上記標準偏差σｎの２倍の値（上記式では、σの値が０
．５未満の場合Ｄｂ値がマイナスとなるので、それを防
ぐため２σに１を加えである）に対して不足の無い符号
長は、シーケンシ−ｎの変換データｙの大部分に対して
十分な長さのものとなる。以上の操作をすべてのシーケ
ンシ−に関して行なうことにより、前記第６図に示すよ
うなビット配分表が得られる。

なおシーケンシ−ｎの変換データｙのうち特に値が大き
いもの、小さいものは、上記のビット数Ｄｔ）では正確
に符号化され得ないことになるが、符号化の際にクリッ
プした変換データｙに対しては適宜符号長を所定長拡張
する等して、この不具合を解消することもできる。

なお特にこのような符号長拡張を行なわない場合にあっ
ては、重要な画像情報を含む低周波域の変換データｙが
クリップして符号化されることは避けたいので、シーケ
ンシ−が所定値以下の変換データｙについては上記方法
で符号長を決定せず、予め決められた十分に余裕の有る
符号長で符号化するＪ：うにしてもよい。

以上のようにして定められたビット配分表に従って符号
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（ｙ）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、大間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次元直交変換との逆変換を
受ける。それにより原画像データＸ　ｌｆｉ復元され、
この原画像データＸが画像再生装置１６に送られ、該デ
ータＸが担持する画像が再生される。

なお上記実施態様においては、各シーケンシ−の変換デ
ータｙに対する符号長を、それらの変換データｙの標準
偏差σに基づいて決定しているが、この標準偏差σの代
りに変換データｙの絶対値の平均値を用いても、前記と
同様の効果が得られる。

また周知の通り、低空間周波数に対応するシーケンシ−
（第６図の左上方のシーケンシ−）の変換データｙ、特
にシーケンシ−〇（ゼロ）の変換−データｙ（１，１）
は原画像を再生する上で特に重要なものであるから、こ
れらの変換データｙが符号化の際にクリップすることは
極力回避したい。

そこで、上記のように変換データｙに対する符号長を該
データｙの標準偏差σ、または絶対値の平均値に基づい
て決定する処理は、所定値以上の空間周波数に対応する
シーケンシ−に関してのみ行ない、上記所定値未満の低
空間周波数に対応するシーケンシ−に関しては、変換デ
ータｙに対する符号長を、各シーケンシ−でとりうる該
データｙの最大値を表わすのに必要な長さに設定するよ
うにしてもよい。なお各シーケンシ−でとりうる変換デ
ータｙの最大値は、実験的、経験的に求めることができ
る。

（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
符号化方法においては直交変換データを符号化する際に
、各データに１３ｇする符号長を、不要に長過ぎずその
一方大きく不足するようなことのない、最適な長さに設
定することが可能となっている。したがって本発明方法
によれば、復号、逆変換して（ｑられた再生画像の画質
が符号長不足のために劣化してしまうことを防止した上
で、符号化データの沿を極限まで少なくして、データ圧
縮率を大いに高めることができる。

【図面の簡単な説明】

ｉｉ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Ｂ・・・画像データのブロック　Ｘ・・・原画像デー
タｙ・・・変換データ ｆ　（ｙ）・・・符号化された画像データ第７図 第８図 方 １、事件の表示 特願昭６１−５８８０３号 ２、発明の名称 画像データの直交変換符号化方法 ３、？ｉｌｌ正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 住　所　神奈川県南足柄市中沼２１０番地名　称　　、
富士写真フィルム株式会社４、代理人 〒１０６　　東京都港区六本木５−２−１６、補正によ
り増加する発明の数　　　な　　し７、補正の対象　　
明ｍ占の「発明の詳細な説明」の欄８、補正の内容 １）明細出第１５頁第１５行　　　　　　　、　７】Ｂ
−、。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）２次元画像データに対して、所定の直交関数に基
   づいてブロック毎に直交変換をかけた後、この変換を受
   け前記ブロック内で前記直交関数のシーケンシー順に並
   べられた変換データをそれぞれ固有の符号長で符号化す
   る画像データの直交変換符号化方法において、 各ブロックから同一のシーケンシーに関する前記変換デ
   ータを抽出して、それらの標準偏差、または絶対値の平
   均値をシーケンシー毎に求め、各シーケンシーの変換デ
   ータに対する前記符号長を、それぞれ前記標準偏差また
   は平均値に基づいて決定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。
2. （２）前記標準偏差または平均値に基づいて前記符号長
   を決定する処理を、所定値以上の空間周波数に対応する
   シーケンシーにおいて行ない、所定値未満の空間周波数
   に対応するシーケンシーにおいては前記符号長を、各シ
   ーケンシーでとりうる最大の変換データ値を表わすのに
   必要な長さとすることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の画像データの直交変換符号化方法。
3. （３）前記符号長を、前記標準偏差または平均値の２倍
   の値に対してほぼ不足の無いものと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項記載の画像データ
   の直交変換符号化方法。