JPS63263983A - 階層型符号復号化装置 - 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 本発明は多階調画像データを高能率に圧縮する圧縮方式
に関するものであり、画像データを記憶媒体に蓄積し、
検索処理などを行う場合に利用するものである。

従来の技術 近年の磁気ディスク、光ディスクなどランダム３　ヘ一
／ アクセスの可能なデジタル記憶媒体の高密度化。

大容量化に伴い、光ディスクを用いた多階調画像を取り
扱うファイリング装置が実用化されてきており、更に今
後は大量画像データベースの実現も考えられる。

画像データは、そのデータ量の膨大さから、デジタル記
憶媒体の進歩をもってしても、まだまだ記憶容量が大き
な問題となっており、画像データの高能率な圧縮は不可
欠なものとなっている。高能率圧縮とは、圧縮による画
質の劣化が少なく、しかもデータ圧縮率の高いものであ
る。

また、画像データベースや光ディスクを用いた画像ファ
イリング装置においては、画像の迅速な検索というもの
が必要である。画像を検索する場合、いきなり候補とな
る画像を１つに絞り込むというのは捷ず不可能で、ある
程度複数の画像を検索しながら希望する画像であるかど
うかを判断するといっだ手順が不可欠となる。

しだがって、画像の認識も含めた検索画像の利用者への
迅速な提供というものが重要となり、画像データを単に
圧縮するだけで々く、画像検索に適した圧縮方式が必要
となってくる。

しかし、従来の方法ではこれは不十分であった。

例えば、特開昭６１−１２３２８０号公報には、データ
圧縮方式には、高能率な圧縮方法とされる直交変換を用
いているが、復号時は、符号化データを全て記憶媒体か
ら読み出してから画像を再生する方法をとっている。従
来例を簡単に説明すると、符号化時は、画像データを直
交変換（実施例では、離散コサイン変換）し、得られた
変換係数のうち直流成分はそのまま、交流成分について
は予め設定した閾値以上のものを量子化し、閾値以下の
ものは全て零として記憶媒体に格納する。復号化時は、
検索画像に対しこれらの変換係数を全て記憶媒体から読
み出した後、逆変換を行って画像を再生している。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記した従来の方法では、画像データの圧
縮は可能でも、検索画像を再生するには、符号化した変
換係数を全て記憶媒体から読み出し６　ベース でからでないとできず、しかも、画像データ量の膨大さ
から１枚の画像を再生するのに相当な時間が必要となる
ので、通常の検索時のように、複数の候補画像の中から
希望の画像を探し当てるといった手順をとると、複数の
画像について毎回、完全な画像の再生を行うため、非常
に効率が悪いといった問題点を有していた。

本発明は上記問題点を解決するために、画像データを高
能率に圧縮し、かつ画像検索時に画像を段階的に粗い画
像から細かい画像へ順次再生できる階層型符号復号化装
置を提供するものである。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、原画像をブロックに分割して読み出す手段と
、前記ブロックに対して直交変換を施して変換係数を得
る手段と、前記ブロック毎の変換係数を更に複数個のサ
ブブロックに分割し各サブブロックの代表値を出力する
と共に各変換係数を各サブブロックの代表値との差分値
に置き換える手段と、前記出力される各サブブロックの
代表値を量子化する手段とを具備し、符号化時はプロソ
ロ　Ａ−／ り内変換係数をまず粗いサブブロックに分割して各代表
値を量子化し、次からは各代表値との差分値を更に密な
サブブロックへと分割して量子化を行い、かつ前記差分
値の量子化操作を必要に応じて繰り返して行い、復号化
時には粗いサブブロックに分割した係数値より画像を再
生し、順次密なサブブロックの変換係数へと階層的に画
像を再現することを特徴とした階層型符号復号化装置で
ある。

作用 本発明は前記した構成により、直交変換後の変換係数を
量子化するのに、粗いブロック分割から密なブロックへ
と階層的に行うことで、画像を再生する場合に、粗い画
像から段階的に完全な元の画像へと再現することができ
る。しかも、最初の量子化を除いては差分値を量子化し
ていくので、全体的には高い圧縮率を得ることができる
。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。ここで、直交変換として２次元離７ペーノ 散コサイン変換をとりあげる。

第１図は、本発明の一実施例における階層型符号復号化
装置の概略ブロック図を示しだものである。第１図にお
いて、１は画像データで実際には検索機能を有する装置
の画像メモリなどに格納されている。２は画像データ１
をＮＸＮのブロックサイズに分割して取り出すブロック
読み出し部、３はＮｘＮサイズのブロックデータの２次
元離散コサイン変換及びＮｘＮの係数データの逆２次元
離散コサイン変換を行う直交変換部、４は直交変換部３
よシ出力される変換係数、５は後記する符号化時と復号
化時に各々の処理を行う第１のブロック化処理部、６は
後記する符号化時と復号化時に各々の処理を行う第２の
ブロック化処理部、７は第１のブロック化処理部６から
のデータを量子化する量子化部、８は第２のブロック化
処理部５からのデータを量子化する量子化部であシ、９
はこれら符号化データを格納する記憶部である。

以上のような構成要素からなる本実施例の階層型符号復
号化装置について、まず符号化の方法について説明する
。

圧縮の対象となる原画像データ１に対し、ブロック読み
出し部２はＮｘＮのブロックで画像データを順次読み出
す。ここで、簡単のためＮ＝ａとして以下説明を行う。

−ブロック当り８×８のサイズの画像データを、直交変
換部３で２次元離散コサイン変換して、同じく８×８の
変換係数４を得る。そして、この変換係数４を以下に示
すような階層的量子化を行う。

まず８×８の変換係数について第２図に示すようなピラ
ミッド構造を考える。第１層は２×２（４次）のブロッ
ク、第２層は４Ｘ４（１６次）のブロック、第３層は８
Ｘ８（６４次）のブロックとする。そして量子化データ
としては、第１層は元の８×８の変換係数の平均をとっ
たものとし、第２層目以降は、下位の２層の差分値をと
ったものとする。すなわち、第１層は第２図において以
下のようになる。

第１層（４次）： ９ベーノ ｚ１＝（ｘ１１＋Ｘ１２＋Ｘ１３＋ｘ１４＋Ｘ２１　＋
Ｘ２２＋Ｘ２３＋Ｘ２４＋ｘ３１＋ｘｓ２＋ｘ３３＋ｘ
３４＋ｘ４１＋ｘ４２＋ｘ４３＋ｘ４ａ％ｅＺ４：（Ｘ
ｌ　１　＋Ｘ１２＋Ｘ１３＋：ｘ＋　４＋Ｘ２１　＋Ｘ
２２＋Ｘ２３＋Ｘ２４−１−Ｘ３１＋ｘｓ２＋ｘｓ３＋
ｘ３４＋ｘ４１＋Ｘ４２＋Ｘ４３＋Ｘ４４）／’＋６第
２層は、元の変換係数と第１層目との差分値を４×４の
サブブロックに分割して量子化を行う。

第３図は、第１層の左上の係数２１（離散コサイン変換
の係数としては低周波成分）の部分を示したものであり
、図中左側のブロックデータが、右側に示すブロックの
係数に代表されて量子化されることを示している。第２
層目では、第３図において、２１部分に対応する！１１
〜Ｘ４４の変換係数（２Ｌ）からＺ　１　（ｂ）を差し
引いたデータ（Ｑ）を、更に４つに分割して以下に示す
ようにその差分値の平均をとシ、これを量子化データと
する。

第２層（２１部分）： ｙ１＝（（ｘｌｌ−ｚｌ）＋（ｘ１２−ｚｌ）＋（Ｘ２
１−２１　）＋（Ｘ２２−Ｚｌ　）　）／４１ｏべ一＝
、゛ ｙ幹（（Ｘ３３−Ｚｌ）＋（ｘ３４−ｚｌ）＋（Ｘ４３
−Ｚｌ　）＋（Ｘ４４−Ｚｌ　））／４４層層目では、
第２層目（下位の層）の細分化する前のデータ（第３図
では（０）に当たる）と第２層目の細分化後のサブブロ
ックデータ（第３図（ｄ））との差分値を、８×８のサ
ブブロックに分割して量子化を行う。これを示したもの
が、第３図（ｅ）および（ｆ′）であシ、各データ値は
以下のようになっている。

第３層（２１部分）： Ｗｌ　１＝Ｘ１１−Ｚｌ　−７１ Ｗ１２＝Ｘ１２−Ｚｌ　−７１ Ｗ４３＝Ｘ４３−Ｚｌ−７５ Ｗ４１＝）Ｃ４１−２１−７５ 今回は、元の２次元離散コサイン変換を行う画素ブロッ
クを８×８としたので、第３層で元のプ１１　ページ ロックと同次元数（６４次元）になったが、階層化は次
元数が同じになるまでしても良いし、必要なければそれ
までで止めてもかまわない。

以上説明した８Ｘ８画素を２次元離散コサイン変換した
変換係数を階層化していく部分が、第１図中の第１のブ
ロック化処理部５及び第２以降のブロック化処理部６で
ある。第１のブロック化処理部５は、第１層のサブブロ
ックデータの生成を行うものであり、第２層以降のデー
タ生成は第２〜ｍブロック化処理部６で行う。また、上
記階層的に生成されたデータを量子化するのが、量子化
部７及び８である。そして、これら符号化されたデータ
は、記憶部９に格納される。

ところで、離散コサイン変換した後の係数データを量子
化するのに階層的に複数段階に分けて行ったが、第１層
の他は差分値を量子化するため、単純に階層化しないで
変換係数を量子化した場合と比較して、少なくとも圧縮
率の低下はない。すなわち、第１層のデータの量子化の
際は、変換係数そのものを量子化した場合と同等程度の
ビット数を必要とするが、第２層以降は差分値を量子化
するので、その差分値の分布範囲は減るため（エントロ
ピーの減少）、量子化のピット数は少なくてすむように
なるからである。

次に、復号化の方法について説明する。

復号化時は、記憶部９よシ階層的に量子化した変換係数
データの内、第４図に示すように第１層符号化データ（
２Ｘ２）を８×８の変換係数として近似して、これを直
交変換部３で逆２次元離散コサイン変換し、８Ｘ８画素
のブロックデータを得る。上記のように第１層符号化デ
ータを用いて、画像全体のブロックに対し第１層復号化
操作を行う。

この時、利用者は、再生画像としては完全な画像ではな
いが、記憶部９からの少ないデータの読み出しで画像全
体を大まかに再生していくので、再生の速い段階から画
像を認識できるようになる。

また、本方式によると、第１層の復号化の際から直交変
換係数においである程度までの高周波成分も再生するの
で、元の画像に近い画像が再生できる。したがって、利
用者は画像検索を行う場合に、１３　ページ 第１層目の復号化の段階で画像を認識して再生画像が希
望するものでなかった場合には、その段階で画像検索（
復号化処理）を止めて次の画像の検索を行うことができ
、また希望する画像であった場合には、更に次の上位の
層の復号化を行って、順次密な画像を再生するといった
操作が可能となる。

第２層目の復号化の際には、第２層符号化データ（４Ｘ
４）を記憶部９より読み出し、このデータに前記第１層
の復号化で読み出したデータを加えたものを第１層の時
と同様に８×８の変換係数とし、これを逆２次元離散コ
サイン変換して画像再生を行う。この時、第１層復号化
時に比べて変換係数としては元の値との誤差が少なくな
ってくるので、第１層復号化時よシは忠実に画像を再生
することができるようになる。以降、同様にして上位の
層の復号化操作を行う。

また、実際変換係数（第５図（ＩＬ）　）を階層的に量
子化していく際、変換係数の直流成分は原画像に大きく
依存し画質に影響するので、別個に量子化１４” しても良い。すなわち、第２図においてＸ１１が変換係
数の直流成分であり、これだけは第５図（ｂ）に示すよ
うに第１層の量子化から別個に量子化を行うようにする
。第２層以降においてはこの直流成分の部分はその差分
値が０となるため量子化の必要はないが、その他の変換
係数については、直流成分の部分を考慮しながら前記と
同様に第５図（ｃ）〜（ｆ’ｌに示すように階層的に量
子化を行っていく。

これは、この機能を第１図のブロック化処理部５および
６に持たせれば実現できる。

さらに、直交変換はその変換係数の交流成分において、
低周波数成分に比べ高周波成分が非常に小さくなる（ラ
プラス分布に近似）といった性質があシ（画像ＯＴＣ量
子化器の最適化　堀田裕弘ほか　電子通信学会画像工学
研究会ｌＩＣ５５−９２）、これを考慮して変換係数の
階層的量子化の際に、第２層以降において、第１図の電
子化部８にある閾値を設けておいてその閾値以下であれ
ば量子化を行わないようにする。すなわち、第５図（ｂ
）の第１層のブロックにおいて、高周波成分の１５Ａ−
／ ｚ４が小さく第２層目の差分値係数（第６図（Ｃ））に
おいてほとんど０になるような場合、ｚ４のブロックに
ついては第２層以降の量子化を止めて記憶部にデータを
格納しなくする。逆に、復号時には近似したサブブロッ
クの部分については、はとんど係数の差異がなかったも
のとして再生する。

これにより変換係数の量子化データを少なくでき。

圧縮率を高くすることができる。事実、離散コサイン変
換を施した変換係数の内、高周波成分（２次元の場合、
縦横共に高い周波数成分）は非常に小さくなることが多
く、高周波成分を０に近似できる場合もある。ただしこ
の場合、設定する閾値は再生される画質を考慮して行う
必要がある。

以上のように本実施例によれば、離散コサイン変換した
変換係数を符号化時に階層的に量子化することで、画像
再生時には順次粗い画像から再生して行くことが可能と
なり、検索時に速く画像を把握することができるように
なる。通常、画像再生時に符号化データを記憶媒体（例
えば光ディスク等）から読み出すのに、−画像画シ相当
な時間が掛かるため、画像を検索するのに一度に完全な
画像を再生してしまうのは、希望する画像でなかった場
合など非常に無駄があった。

なお、第１図に示す本実施例において、第１のブロック
化処理部５と第２以降のブロック化処理部６とは別のも
のとしているが、構成によっては、これらの両方の機能
を持たせて一つのブロック化処理部としても実現可能で
ある。すなわち、機能的にＮｘＮサイズの係数を記憶す
る手段と、それをサブブロックに分割して各代表値（本
実施例では平均値）を出力する手段と、各代表値と元の
ＮｘＮの係数データとの差分をとってそれを新たなＮｘ
Ｎの係数データとする手段を持たせ、一連の階層的量子
化の操作をこの一つのブロック化処理部で繰シ返し行な
えば良い。これはハードウェアで実現する際に非常に有
利なものとなる。

また、本実施例では直交変換に２次元離散コサイン変換
をとシあげだが、アダマール変換やフーリエ変換であっ
ても構わない。

発明の効果 １７” 以上説明したように、本発明によれば次のような効果が
あシ、その実用的効果は非常に太きいものである。

（１）画像データに直交変換を施し、その変換係数を符
号化する際に粗い量子化から密な量子化へと階層的に行
うことで、画像再生時に粗い画像からの段階的な再生が
可能となシ、画像検索において少ない符号化データで速
い段階で画像全体の大まかなイメージを把握できるよう
になり効率良い検索が可能となる。しかも、データ圧縮
においても第１層を除いて差分値を量子化していくので
１階層的に分けて量子化するが全体的には高い圧縮率を
得ることができる。

（２１第２層以降の量子化の際に閾値を設けて閾値以下
であればそれ以降の量子化を止めることで。

さらに圧縮率を高めることが可能である。

（３）直交変換を施した変換係数の階層的量子化を行う
ハードウェアが容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の概略プロン１８　Ａ
−／ り図、第２図は直交変換を施した変換係数を階層的に量
子化するときの階層化を示した図、第３図は本発明によ
る階層的量子化の手順を示した図、第４図は第１層自復
号化の際の変換係数の図、第５図は変換係数の直流成分
を別個に量子化した場合の階層的量子化の手順を示した
図である。 １・・・・・・原画像データ、２・・・・・・ブロック
読み出し部、３・・・・・・直交変換部、４・・・・・
・変換係数、５・・・・・・第１のブロック化処理部、
６・・面層２のブロック化処理部、７．８・・・・・・
量子化部、９・・・・・・記憶部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第３
図 （（Ｌ） （こ） （ｂ） （ｄ） 第５図 （Ｃ１−） （Ｃ） （ｂ） ｔｄ＞ （ｅ−ン （、ｆ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）原画像をブロックに分割して読み出す手段と、前
   記ブロックに対して直交変換を施して変換係数を得る手
   段と、前記ブロック毎の変換係数を更に複数個のサブブ
   ロックに分割し各サブブロックの代表値を出力すると共
   に各変換係数を各サブブロックの代表値との差分値に置
   き換える手段と、前記出力される各サブブロックの代表
   値を量子化する手段とを具備し、符号化時はブロック内
   変換係数をまず粗いサブブロックに分割して各代表値を
   量子化し、次からは各代表値との差分値を更に密なサブ
   ブロックへと分割して量子化を行い、かつ前記差分値の
   量子化操作を必要に応じて繰り返して行い、復号化時に
   は粗いサブブロックに分割した係数値より画像を再生し
   、順次密なサブブロックの変換係数へと階層的に画像を
   再現することを特徴とする階層型符号復号化装置。
2. （２）変換係数をサブブロックに分割して各代表値を得
   る手段が、変換係数のうち直流成分はそのままの値を出
   力し、直流成分を除いた変換係数をサブブロックに分割
   して各サブブロックの代表値を出力することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の階層型符号復号化装置。
3. （３）出力される各サブブロックの代表値を量子化する
   手段が、最初の代表値の量子化を除いて、予め設定され
   た閾値以下の場合は量子化を行わないことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の階層型符号復
   号化装置。