JPS62247687A - 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】 （１明の分野） 本発明はデータ圧縮を［１的とした画像データの？１：
号化方法、特に詳細には直交変換を利用した画像データ
の符号化方法に関ザるものである。

（発明の技術的背景おにび先行技術） 例えばＴＶ信号等、中間調画像を１■持する画像信号は
膨大な情報量を右しているので、その伝送には広セ１シ
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【よ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７７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Ｊ３す、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ｆｊｉ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
は良い符号長をυ１当てて符号化（ｆｆｉ子化）し、他
方低エネルギーの成分は短い符＠良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眩るもので
ある。上記直交変換としては、フーリエ（Ｆ。

ｕｒｉｅｒ）変換、コリイン（Ｃｏｓｉｎｅ）変換、ア
ダマール（１−１ａ　ｄ　ａ　ｍ　ａ　ｒ　ｄ　＞変換
、カルーネンーレーベ（）（ａｒｈｕｎｅｎ−Ｌｏ６ｖ
ｅ）変換、バール（ｌ−１ａ　ａ　ｒ　）変換等がよく
用いられるが、ここぐ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×（０）と×（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３３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ｙ（０）は、ｘ　（０）、ｘ（
１）Ｊ＝りもやや大ぎイｆｆ１（約Ｊ　２４Ｂ　＞をと
るが、その−５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
号化にぞれぞれ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ビツト稈
瓜必要となるが、ぞの一方ｙ（１）は例えば４ピット程
度の符シ′３艮で符号化できることになり、結１．：Ｊ
１ブ［１ツ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Ｗｂ　ｆｚ”−夕毎に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、ビット教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
行列として対や画像の同右関数を選べば、変換画像はそ
の固有（ｌＴｆ行列となり、１１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／、−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［１ツクは２次元方向に回るいくつかの画
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１ｑられ
る。

上）本の２次元直交変換で１ｑ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リンシー
（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
承り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−Ｌ５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Ｊ３いてｙ（０）に良い符＠長を割当て
たことど対応１Ｊる）、高周波成分をｉＱう変換データ
（第４図の右下ｌｊ側のデータ〉には比較的λ０い符号
長を７１１１当てるか、あるいは切り捨てることにより
、ブロック当りの符り艮が（１（ｉｌ！Ｊｉされる。

ところぐ従来より、上記？ｑΣ］艮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、あるジ−クン
シーの変換データを示１ノのに必要な符号長は画像毎、
ブ［１ツク毎に異なるので、予め定めＩうれて割当てら
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２，１
１当て符８艮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
り、逆変換ににつて得られる再生画像の画質が劣化する
ことにイ＾る。このような符号長不足をＪｎ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
ておりばよいが、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つる、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
うに画像データに直交′ＯＬ換をかけて変換データを１
ｑ、これらの変換データをそれぞれ同右の符号長で符号
化する画像データの直交変換符号化方法において、上記
変換データをほぼ同一の空間周波数に対応するデータ毎
にグループ化し、そして上記符号長を、各グループ内の
変換データの値に基づいて各グループ毎に共通の（１ｒ
１に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ｔＭｆぷ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（原画像データ）Ｘは、ま
す前処理回路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交番ノる。こ
の前処理を受（プた画像データ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［内の標本数（画素数）ＭｘＮの矩形ブ
［１ツク［３ｆ１７に行なわれる。なおこの直交変換と
しては、例えば前述のアゲマール変換が用いられる。こ
のアゲマール変換は、その変換マｉ−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筒
車な変換回路によって実行されつる。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、（ワられた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図に承りように各ブロック内Ｂで、」−記直交変
換の基になつ１．−関数（例えばアダマール変換にあっ
て【よＷ　８＋　Ｓ　ｈ関数、フーリエ変換にあっては
三角関数等）のシーケンシ−順に縦横り向に並べられる
。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ｆイテール成分の
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ｆ−タｙ（１，１）がシーケン
シ−Ｏ（ゼ１−１）に対応するものであり、周知のよう
にこの変換データｙ（１，１）はブロックＢ内の平均画
像澗磨を示すものとなる。

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′
！３当て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、前記ジ
−クンシー毎に固イｉのビット数を割当てたしのであり
、前述のように変換データｙは低周波成分に−Ｌネルギ
ーが束中しているから、このエネルギーが？：！１いｆ
ｌ（周波成分には比較的長い符号長を与え、−１ｊ　、
’Ｉネルｒ−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）２−夕圧縮が達成される。

ここぐ上記のヒツト配分表において、各変換１−タｙに
λ・１する割当てピッ＋−ａが短いと、前述のように再
生画像の画質が損われるし、反対に割当てピッ［−敗が
良過ぎると十分なデータ圧縮効果がｖ、Ｉられない。以
下、このような不具合を解消りる、本発明方法の特徴部
分について説明する。符号化回路１２に接続されたビッ
ト配分決定部２０は、前述のように並べられた変換デー
タｙを受Ｕ１これらのデータをそれぞれｙ（ｉ、’ｊ＞
［＜ｉ、ｊ）はシーケンシ−〇からの縦横座標；ｉ−１
，２，３゜・・・・・・Ｍ、ｊ　＝１．２．３．・・・
・・・Ｎ］としたときに、ｉ−＋−ｊ−ｋｒｋ−２，３
，４・、（Ｍ十Ｎ）］　、！ｌ：なる変換データｙ（ｉ
、ｊ）をｋの俯角にグループ化して抽出する。こうして
グループ化された変換デ〜りｙの一例を第４図において
斜線を付して示す。この第４図に例示した変換データｙ
は、ｋ＝５の場合の変換データであり、具体的にはｙ（
４，１）、ｙ（３，２）、ｙ（２，３＞およびＶ（１，
４）ｒ、９る。ビット配分決定ｒ′１１２０ハ、こうし
て１！１られた各データグループにお番プる変換データ
ｙの最大値および最小値を求め、次いでこの最大値と最
小値のうち絶対値の大きい方の値を表わしうる最小のビ
ット数を求める。このビット数は、当該グループの各デ
ータそれぞれに対する割当てビット数とされる。このよ
うにして各変換データグループ毎にビット数を決定する
ことにより、第６図に例示するようなビット配分表が得
られる。

第４図図示のように並べられた変換データｙは周知の通
り、シーケンシ−〇を中心とする円弧Ｒに沿って同−周
波数成分が並ぶことになるので、前記グループ内の各変
換データｙも互いにほぼ同一の空間周波数に対応する。

したがってこのグループ内においては各！２換データｙ
の値はσいに大差無いものとなるから、該グループ内の
変換データ最大値、最小値のうち絶対値の大きい方の値
を表わしうる最小のビット数は、勿論グループ内の他の
ｆ換１−りｙを表わづのに１−分な長さとなり、他方い
たずらに長過ぎるものともならない。なお第６図にも示
されているように、所定値以上の極めて高い空間周波数
に対応する変換データｙに対しては、符号長ピロ（ｔ！
ロピット）を与えてこれらの変換データｙを切り捨てる
。このような変換データｙは原画像を再生Ｊ゛る上でさ
ほど意味を持たないものであり、それら以外のデータの
みを符号化する（いわゆるゾーンサンプリング）ことに
より、各ブロック当りの必要なビット数がより一層低減
される。

以」−のようにして決定されたビット配分は第８図に示
すように、前記にの値に対応付けられたピッ］・配分情
報Ｑとして符号化回路１２に送られ、該符号化回路１２
はこのビット配分に従って各変換データｙを符号化する
。符号化された画像データｆ（ｙ）は、ピッ１ル配分を
示す情報Ｑとともに第１図図示のように記録書’ｔＥ装
芦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「（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、
人出の画像が記録されうるようになる。画像再生に際し
てこの画像データｆ　（ｙ）とビット配分情報Ｑは記録
媒体から読み出され、復号回路１４において曲記変１堕
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次元直交変換の
逆変換を受ける。それにより原画像データＸ　／ｆｉ復
元され、この原画像データＸが画像画／ｉ：装４毎に送
られ、該データＸが担持りる画像が再生される。

ここで、先に述べたようにピッミル配分決定部２０にに
つて決定された割当てビット数は、各変換データｙに対
して過不足しないものとなっているので、再生画像の画
質を良好に保った上で、データ圧縮率も十分に高めるこ
とができる。

以」説明した実施態様においては、各グループの変換デ
ータｙの最大値と最小値のうち絶３・１値の人さいｈの
値を表わしうる最小のビット数を、当該グループの各変
換データｙに対するビット数としているが、ぞの他例え
ば、各グループの変換データｙの絶対（１ａの平均値を
表わしうる最小のビット数や、各グループの変換データ
ｙの標１１を偏Ｘのαイ８［αは定数］を表わしうる最
小のビット数を当該グループの各変換データｙに３・ｊ
するビット数どしてもよい。そのようにすれば、各ブロ
ック８当りの必要な符号長は通１八′ざらに低減される
が、その一方上記平均値に対して比較的大ぎくかけ離れ
た変換データｙがクリップして符号化されることも起こ
りつる。こうして符号化の際にクリップする変換データ
ｙに対しては、適宜符′；′Ｊ艮を所定長拡張するよう
にしてもよい。

また変換データｙのグループ化は、前記シーケンシ−〇
（ゼａ）を中心とする円弧に治った変換データｙを抽出
してｆｊイｒう方がより好ましい。第７図にそのような
グループ化の一例を示１゜第４図におけるのと同様に、
斜線を付した変換データがグループ化されたデータであ
り、この場合は、円弧ｒの径を段階的に変えれば、ブロ
ックＢ内のりべての変換データｙがグル−プ化される。

このようにすればグループ内の各変換データｙは、対応
Ｊる空Ｒ１周波数がηいにより近い−６のとなる。

したがってグループ内の変換データｙの値が互いにより
近い値をとり、前述のにうにして決定される共通のビッ
ト数は、グループ内変換データｙのそれぞれに対してさ
らに過不足が少ない乙のとなる。

（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ｎ交変換
符号化方法においては直交変換データを符号化でる際に
、各データに関する符号長を、不要に艮過ぎｆ（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１！Ｉ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
、符号化データの吊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】

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・・・符丹化回
路Ｂ・・・画像データのブ［−１ツク　Ｘ・・・原画像
データ２０・・・ビット配分決定部　　　ｙ・・・変換
データｆ　（ｙ）・・・符号化された画像データＱ・・
・ビット配分情報 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 に：　２３４５６−−− Ｑ：匠匪■ココ （自　発）手続ネ市ｉＥ−占１ ■！を許庁長官　１股　　　　　　　　　　　　昭和６
１年６月４日１、事イ′１の表示 特願昭６１−９０５３４号 ２、発明の名称 画像データの直交変換符号化り法 ３、補正をする者 事ｆ１との関係　　　　　特拾出願人 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 東京都港区六木木５丁目２番１ＳＪ ６、補正により増加する発明の数　　　な　　し７、補
正の対象　　　図　面 ８、補正の内容　　　手出き図面を平入れ図面に補正し
ます。 （内容に変更なし） １、＋Ｈ

Claims (6)

【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
   づいて直交変換をかけた後、 この変換を受け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、 前記変換データをほぼ同一の空間周波数に対応するデー
   タ毎にグループ化し、 前記符号長を、各グループ内の変換データの値に基づい
   て各グループ毎に共通の値に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）前記符号長を、前記各グループ内の変換データの
   最大値と最小値のうち絶対値が大きい方の値を表わしう
   る最小の値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、前記各グループ内の変換データの
   絶対値の平均値を表わしうる最小の値とすることを特徴
   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。
4. （４）前記符号長を、前記各グループ内の変換データの
   標準偏差のα倍［αは定数］を表わしうる最小の値とす
   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。
5. （５）前記直交関数のシーケンシー順に縦横方向に並べ
   られた変換データをｙ（ｉ、ｊ）［（ｉ、ｊ）はシーケ
   ンシー０からの縦横座標；ｉ、Ｊ＝１、２、３、・・・
   ・・・］としたとき、これらの変換データを、ｉ＋ｊ＝
   Ｋ［Ｋ＝２、３、４・・・・・・］となるＫの値毎に変
   換データｙ（ｉ、ｊ）をグループ化することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項から第４項いずれか１項記載の
   画像データの直交変換符号化方法。
6. （６）前記変換データを、シーケンシー０を中心とする
   半径ｒ［ｒ＝ｒ＿１、ｒ＿２、ｒ＿３、・・・・・・；
   ０＜ｒ＿１＜ｒ＿２＜・・・・・・］の円弧に沿つたデ
   ータをｒの値毎にグループ化することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第４項いずれか１項記載の画像デ
   ータの直交変換符号化方法。