JPS6376685A - カラー画像符号化装置 - 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、カラー画像信号を圧縮するための差分符号化
方式に関する。

〔従来の技術〕

近年、ＴＶ会議システムやフルカラー静止画像伝送を実
用化するために、ディジタル画像情報の圧縮伝送方式の
開発が活発化しており、狭帯域伝送路による画像情報の
ディジタル伝送に有効な方法として、差分パルス・コー
ド変１（ＤＰＣＭ）方式が注目されている。従来のＤＰ
ＣＭ方式では、ＹＩＱ、Ｙ−Ｒ−Ｙ−Ｂ−Ｙ、ＣＩＥＬ
ＡＢ、、ＣＩ　ＥＬＵＢ等の表色系でカラー画像を表現
し、それぞれの表色系の３つのパラメータに対し、個々
に差分をとり量子化していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがこれらの表色系は、人間の視覚特性から考えて
必ずしも均一な空間ではない。即ち、同一のノルムを持
つ色彩の変化に対し人間が知覚する色差は、表色系に占
める位置によって大きく異なる。従って従来のＤＰＣＭ
方式では、人間の視覚特性に適合したデータ圧縮を行っ
ておらず、適切なものでは無かった。

そこで本発明は、カラー画像を表現している表色系の各
成分に対する人間の視覚特性の許容量子化誤差を考慮し
、画質劣化の少ない適応形差分符号化方式を提示するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る適応形差分符号化方式は、カラー画像信号
を標本化して標本化信号を得て、前記標本化信号から差
分信号を形成し、前記差分信号を量子化して符号化する
方式であって、カラー画像を表現する各成分毎の許容量
子化誤差を設定し、各成分信号毎に、対応する前記許容
量子化誤差の大きさに応じて適応的に当該差分信号の量
子化特性を調定する方式である。

〔作用〕

上述の方式により、カラー画像を表現する各成分毎に許
容量子化誤差に応じて量子化特性を調定し、量子化を行
うことにより、量子化誤差による画質劣化を抑え、また
量子化効率を高めることが出来る。

〔実施例〕

先ず、表色系に対する人間の視覚特性について検討する
。画像データを量子化する場合、量子化雑音が視覚特性
にどのような影響を与えるかが重要な問題である。量子
化とは、ある値範囲内にある値をその範囲内の特定の値
で代表させ、連続量を離散化することであり、その離散
化の幅乃至は最小単位が量子化雑音と呼ばれ、平坦で制
限された振幅の一様雑音と考えることが出来る。従って
量子化雑音が人間の視覚特性に与える影響は、表色系の
パラメータに対し振幅の制限された一様雑音を予め加算
し、その振幅に対する検知限を調べればよく、それによ
り、色調によってどの程度の量子化誤差が許容可能かを
知ることが出来る。

例えば、Ｙ−Ｒ−Ｙ−Ｂ−Ｙ空間において、一つの色彩
を設定し、この色彩の各成分をｙ、ｒｙ、ｂｙとする。

これに対し、最大振幅をａ、とする一様雑音をｙに加え
、）”ａｙ　、ｒｙ　＋　　ｂｙとして観察し、雑音を
検知出来るか否かの検知限を調べる。この検知限を６７
とする。この調査から、成る色彩ｙ＋　　ｒ！ｌ＋　　
ｂｙにおいて、Ｙ信号に対し誤差として認識されないレ
ベルδ７を知ることが出来る。同様にして、Ｒ−Ｙ信号
およびＢ−Ｙ信号に対しても、雑音の検知限δＲＹ＋　
　δＢケを知ることが出来る。

これらδ７．δＲＹ＋　　δ８Ｙは、それぞれがＹ、　
Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ空間におけるスカラー場を形成している
。つまりδ、はその色彩ｙ、ｒｙ、ｂ、に依存し、例え
ばｒ、＝０．ｂ、＝０のときδ、は第３図のようになる
。ｙが大きい（画像が明るい）ときにはδ７が大きく、
雑音は検知され難い。

人間の視覚にはまた、画像の変化の激しい部分では振幅
誤差が画像データに生じていても検知され難いというマ
スキング現象がある。即ち、信号が急激に変化している
部分と、あまり変化せず平坦な部分とでは、誤差の許容
レベルが異なり、急激に信号強さが変化する部分ではか
なり大きな誤差が許容される。これを第４図に定性的に
示した。

横軸が画像の空間位置又は時間位置を示し、縦軸が強さ
を示す。平坦な部分での許容量子化誤差の上限が上述の
一様雑音の検知限に対応する。

この視覚特性から次のことが分かる。即ち、前値予測の
ＤＰＣＭ（後値予測でも同様）において、前画素との差
分を量子化する場合に、画像の変化の激しい部分、つま
り差分値の大きな部分では量子化誤差が大きくても人間
にはその誤差が認識されず、従って、差分値の大きな部
分では量子化範囲幅を広くする非線形量子化を採用出来
る。

色彩信号が、第６図に示すように、時点ｉ−１における
（　Ｙ　ｉ−１＋　　ｒ　Ｙ！−１ｔ　　ｂ　ｙｉ−１
）から、それに連続する時点ｉにおける（ｙｔ　、ｒｌ
Ｔｉ＋　　ｔ）ｙｉ）に変化したとする。この場合に差
分Ｙｉ　７＋−＋を量子化するとき、許容量子化誤差は
、ｙ（−１＋ｒ１１４−１＋　　ｂｌ’ｌ−１と差分の
絶対値１ｄｙｌ＝ｌｙｚ−ｙｔ−＋　　ｌによって第６
図の様に表現され、差分の絶対値が大きくなる程大きく
なる。第６図及び第７図のδア゛の値はＩｄｙｌの差分
の生じている画像データに対し、一様雑音を加えること
によって調べることができる。δア°のｌ　ｄｙ　ｌ　
＝０における値δア゛　（３’　ｉ−１＋　　ｒＶトＩ
Ｉ　　Ｉ）　ｙｉ−１＋０）が、上述のδ、である。従
って、最適の非線形量子化特性は、第７図に示すように
、許容量子化誤差曲線δ、゛と横軸との間で交互し且つ
横軸に４５度で交差する折れ線を引き、その折れ線と許
容量子化曲線との交点によって決定される。この方法で
設計した非線形量子化特性は例えば第８Ａ図や第９Ａ図
に示すような量子化特性となる。

なお、第８Ｂ図及び第９Ｂ図は、それぞれ第８Ａ図及び
第９Ｂ図の零点付近の拡大図である。

このように表色パラメータ毎に許容量子化誤差を考慮す
ると、量子化誤差による画質劣化は人間には認識されず
、また、必要最小限の量子化でよいのでデータ圧縮率を
高めることが出来る。

以下、図面を参照して、本発明の方式を実施する回路構
成例を図示した図面を参照・説明することにより、本発
明の詳細な説明する。

第１図は、本発明に係る方式を実施する回路の送受信系
を示す。主に輝度信号Ｙの系列で説明するが、Ｒ−Ｙ信
号系列及びＢ−Ｙ信号系列においてＹ信号系列の回路要
素に対応する要素には、符号の後ろに、Ｙの代わりにそ
れぞれＲ及びＢを付した。送信系Ａにおいて、加減算器
１０Ｙは、標本化されたｙｉと予測器１２Ｙからの前画
素の量子化された値（予測値）ｙＬ−＋”との差を計算
する。

量子化器１４Ｙは、加減算器１０Ｙからの差分値７ｉＹ
ｉ−１′を量子化する。切換回路１６Ｙは、予測器１２
Ｙからの予測値ｙｉ−＋°、予測器１２Ｒ−７＝ からの予測値ｒｙｉ−，ｌ　、及び予測器１２Ｂからの
予測値ｂｙ□−１′を受けて前記δ７′による非線形量
子化特性を量子化器１４Ｙに設定する。符号化器１８Ｙ
は、量子化器１４Ｙからの量子化信号（代表値）を二進
符号化する。例えば、出現頻度の高い代表値には短い符
号を割り当て、出現頻度の低い代表値には長い符号を割
り当てる。

他の切換回路１６Ｒ，１６Ｂは、予測器１２Ｙの予測値
’Ｉｔ−＋’、予測器１２Ｒの予測値ｒ　ｙｉ−１′、
及び予測器１２Ｂの予測値ｂｙｉ−１°を受けて、それ
ぞれ前記δ□゛、δ８７′　による非線形量子化特性を
量子化器１４Ｒ，１４Ｂに設定する。

量子化器１４Ｙの出力である代表値は、予測器１２Ｙに
も印加され、次の画素の予測に利用される。予測器１２
Ｙ、１２Ｒ，１２Ｂの一般的回路構成を第２図に示す。

第２図において、差分量子化代表値は加算器７０で予測
値Ｙ　ｉ−１゛を加算されて本来の値に戻され、遅延回
路７２で１画素分の時間遅延される。遅延回路７２の出
力が前値予測信号ｙ（“となる。遅延回路７２の出力は
、加算器７０にも印加され、差分信号の復元に利用され
る。

符号化器１８Ｙ、１８Ｒ，１８ＢのＤＰＣＭ出力は、伝
送路２０Ｙ、２ＯＲ，２０Ｂを介して、受信系Ｂに送ら
れる。受信系Ｂでは、復号器３０Ｙ、３０Ｒ，３０Ｂが
、伝送路２０Ｙ、２０Ｒ。

２０ＢのＤＰＣＭ信号を復号し、加算器３２Ｙ。

３２Ｒ，３２Ｂに送る。加算器３２Ｙ、３２Ｒ。

３２Ｂは、送信系Ａでの予測器１２Ｙ、１２Ｒ。

１２Ｂと同様の予測器３４Ｙ、３４Ｒ，３４Ｂからの予
測値３’　１−＋’　＋　　ｒｙ！−＋”＋ｙｉ−１′
　をそれぞれ復号器３０Ｙ、３０Ｒ，３０Ｂの出力に加
算し、色彩の各成分信号ｙｉ′ｒ　　ｙＬ”＋ｂＶｉ゛
を出力する。加算器３２Ｙ、３２Ｒ，３２Ｂの出力はそ
れぞれ連係する予測器３４Ｙ、３４Ｒ，３４Ｂにも印加
され、加算器３２Ｙ、３２Ｒ，３２Ｂでの信号復元に利
用される。

受信系Ｂには、送信系Ａの切換回路１６Ｙ、１６Ｒ，１
６Ｂと同一の切換回路３６Ｙ、３６Ｒ。

３６Ｂを設けてあり、復号器３０Ｙ、３０Ｒ，３ＯＢの
復号特性は、切換回路３６Ｙ、３６Ｒ，３６Ｂの出力に
より、送信系Ａの量子化及び符号化特性に対応するもの
に選択・設定される。切換回路３６Ｙ、３６Ｒ，３６Ｂ
は、予測器３４Ｙの予測値ｙｉ、゛と、予測器３４Ｒの
予測値ｒｙｉ−１′　と、予測器３４Ｂの予測値ｔ）ｙ
ｉ−１′　とを受けて、それぞれ前記δ、゛、δＲ７′
、δｍｙ’　によって復号器３０Ｙ、３０Ｒ，３０Ｂの
特性を設定する。

受信側での前値予測値は送信側での前値予測値と同じ値
であるため、このアルゴリズムにより受信系Ｂにおいて
完全な復元を実現出来る。

Ｙ信号、Ｒ−Ｙ信号及びＢ−Ｙ信号で符号化及び復号の
アルゴリズムは同じであるが、前述の如く、成分毎に許
容量子化誤差が異なるので、量子化特性切換回路１６Ｙ
、１６Ｒ，１６Ｂ、量子化器１４Ｙ、１４Ｒ，１４Ｂ及
び復号器３０Ｙ、３０’Ｒ，３０Ｂの伝達特性は、当然
ながら個々に異なる。

図示例では、Ｙ信号、Ｒ−Ｙ信号及びＢ−Ｙ信号を別々
の伝送路で伝送するように説明したが、現実の構成では
、Ｙ、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙのそれぞれの符号化が行われた後
でこれらをシリアル信号に変換して伝送路に送出し受信
系Ｂでこれを３つに分解して復号する。

以上の説明ではＹ−Ｒ−Ｙ−Ｂ−Ｙ表色系での例を示し
たが、本発明の方法は、他の表色系でも同様に適用でき
る。例えばＲＧＢ表色系を用いるときには、一様雑音の
検知限δ８．δ０．δ３を上述の方法でＲＧＢ空間の全
域で予め調べておき、差分値に対する許容量子化誤差δ
え′、δ、゛。

δ、゛から非線形量子化特性を設計しておくことにより
、上記実施例と同じ作用効果を達成出来る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、カラー画像を表
現している表色系の各成分に対する人間の視覚特性の許
容量子化誤差に応じて適応的に差分符号化を行うので、
カラー画像信号に対して画質劣化の少ない差分符号化を
行うことが出来る適応形差分符号化方式を提示すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るＤＰＣＭ方弐を実施するための
送受信回路構成例、第２図は第１図の予測器の一般的構
成例を示す。第３図は、ｒ、およびｂｙが共にＯの場合
のＹ信号の一様誤差検知眼′の特性図、第４図は画像信
号とそれに対する許容量子化誤差を定性的に説明する図
、第５図は連続時点ｉ−１，ｉの各色彩成分の説明図、
第６図はＹ信号の差分値に対する許容量子化誤差特性を
示す図、第７図は、非線形量子化特性の設計法を示す図
、第８Ａ図、第８Ｂ図、第９Ａ図及び第９Ｂ図は第７図
において示した方法により決定される非線形量子化特性
を例示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. カラー画像信号を標本化して標本化信号を得て、前記標
   本化信号から差分信号を形成し、前記差分信号を量子化
   する方式であって、カラー画像を表現する各成分毎の許
   容量子化誤差を設定し、各成分信号毎に、対応する前記
   許容量子化誤差の大きさに応じて適応的に当該差分信号
   の量子化特性を調定することを特徴とする適応形差分符
   号化方式。