JPS644390B2 - - Google Patents

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JPS644390B2
JPS644390B2 JP15035079A JP15035079A JPS644390B2 JP S644390 B2 JPS644390 B2 JP S644390B2 JP 15035079 A JP15035079 A JP 15035079A JP 15035079 A JP15035079 A JP 15035079A JP S644390 B2 JPS644390 B2 JP S644390B2
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JP
Japan
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image
images
prediction error
pixels
encoded
Prior art date
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JP15035079A
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Japanese (ja)
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JPS5673987A (en
Inventor
Satoshi Hasegawa
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5673987A publication Critical patent/JPS5673987A/en
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Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は画像のデータ圧縮符号化・複号化に関
する。 本発明が対象とする画像は高い相関を有する複
数枚の画像である。例をあげると、まず最初に同
一時刻に撮影された異なる波長帯の光をも含めた
電磁波の、被写体の反射信号から得られた波長帯
に対応する複数枚の画像集合であつて、これには
航空機あるいは人工衛星等から撮影されたマルチ
スペクトラルスキヤナー画像(以下MSS画像と
略記)が例としてあげられる。二番目に三次元空
間内おいて空間的に近い位置を撮つた複数枚の断
層画像、これはコンピユータトモグラフイ装置で
患部付近を撮影した高さ方向に若干ずれた平行な
複数枚の断層写真が例としてあげられる。三番目
にある基本画像があつて、その基本画像と同一の
属性を有する複数の画像集合、これは例えば典型
的な肺のX線画像を基本画像とすると、任意の肺
のX線画像が例としてあげられるし、同じ地域に
おいて異なる時刻に撮影した複数の画像集合が例
としてあげられる。これらの画像を強相関画像と
名付ける。今、これらの画像のうち、ランドサツ
ト衛星からのマルチスペクトラルスキヤナー画像
を例にとつて説明する。ランドサツト衛星は4種
類の異なる波長帯の光に感応するセンサを有し、
それぞれのセンサで得られた4種類の画像を中心
波長の短い順にバンド4の画像、バンド5の画
像、バンド6の画像、バンド7の画像と呼ぶ。各
バンドは3240×2340の画素で構成され、各画素8
ビツトに量子化されている。つまり、1バンドの
画像あたり7.56Mバイト、4バンドで30Mバイト
の容量を有している。この画像は1日あたり数十
シーン送信されて、各地上局はそのまま磁気テー
プに格納する。また受信局は各ユーザーの要求に
応えるべく過去からの画像データを、すべて保管
することが望ましいため保管量は増加の一途をた
どつている。 また、磁気テープの経時変化による記憶の消失
を防ぐためデータの読み出し書き込みをすべての
磁気テープに対して定期的に行う必要があり、こ
の手間も大変なものである。次に、ランドサツト
画像データの受信後の処置に関して、デイジタル
処理が可能な他の地上処理局に伝送したデイタル
処理後はデータ配布センターに伝送する必要があ
る。この伝送量も膨大なものである。 これら画像の蓄積あるいは伝送を効率良く行な
うためにいくつかの提案が、なされている。 蓄積のためのデータ圧縮手法として、たとえ
ば、昭和52年度電子通信学会総合全国大会P.5―
72,No.991に掲載の“LANDSAT画像データの圧
縮、”にはバンド内のライン方向に一画素前のデ
ータとの差分をとり、差分値をハフマン符号化す
る手法がある。つまり、ライン方向に一画素前の
データ値で次の画素値を予測しているわけである
が、この予測法は、高い周波数を多く含んだ、つ
まり変化の激しい画像に対しては、データ圧縮率
が悪くなるという欠点を有している。 伝送のためのデータ圧縮としては、従来TV画
像、静止画像の伝送のための帯域圧縮符号化がよ
く知られた技術である。しかし、この技術はある
程度の誤差を許容したデータ圧縮符号化法であり
強相関画像が人間が評価するだけでなく、計算機
によつて解析が行なわれる種類の画像であること
を考えると誤差はない方がよいため、この手法を
用いることは、ユーザーの要求を満たすものとは
言えず得策ではない。誤差がなく、平均符号長が
短い符号構成法としてハフマン符号化がよく知ら
れている。しかし、ハフマン符号化はサンプル点
間に相関がない場合には、最短の符号長を実現す
る符号であるが、サンプル点間に相関がある場合
には上記のことは言えないという欠点を有してい
る。 本発明の目的は、前記記載の画像データの蓄積
あるいは伝送の困難を解決すべく前記記載の従来
技術の欠点を除去し、高い圧縮効率を有した誤差
のない画像間線形予測データ圧縮符号化方法を提
案することにある。次に本発明の原理について説
明する。 画像間の相関を(1)式の様に定義すると、一例と
してランドサツト画像(1972年11月26日 ランド
サツト2号によつて撮影された関東地方の画像)
のバンド4とバンド5及びバンド6とバンド7の
それぞれのバンド間相関は、表―1の様になり高
い相関値を示している。以後、本画像を用いて本
発明の構成を示す。
The present invention relates to image data compression encoding/decoding. The images targeted by the present invention are a plurality of images having a high correlation. For example, first of all, it is a set of multiple images corresponding to the wavelength band obtained from the reflected signal of the subject of electromagnetic waves, including light of different wavelength bands, taken at the same time. An example of this is a multispectral scanner image (hereinafter abbreviated as MSS image) taken from an aircraft or an artificial satellite. The second is multiple tomographic images taken at spatially close positions in three-dimensional space. This can be given as an example. There is a third basic image, and a set of multiple images having the same attributes as that basic image, for example, if a typical lung X-ray image is used as the basic image, any lung X-ray image is an example. An example is a set of multiple images taken in the same area at different times. These images are named strongly correlated images. Now, among these images, we will explain the multispectral scanner image from the Landsat satellite as an example. Landsat satellites have sensors that are sensitive to light in four different wavelength bands.
The four types of images obtained by each sensor are referred to as a band 4 image, a band 5 image, a band 6 image, and a band 7 image in order of the shortest center wavelength. Each band consists of 3240 x 2340 pixels, each pixel has 8
Quantized into bits. In other words, it has a capacity of 7.56 Mbytes per image for one band, and 30 Mbytes for four bands. Dozens of images are transmitted per day, and each ground station stores them as they are on magnetic tape. Furthermore, since it is desirable for receiving stations to store all image data from the past in order to meet the demands of each user, the amount of storage is constantly increasing. Furthermore, in order to prevent memory loss due to changes in the magnetic tape over time, it is necessary to periodically read and write data to and from all magnetic tapes, which is very time-consuming. Next, regarding processing after receiving Landsat image data, it is necessary to transmit the data to a data distribution center after it has been digitally processed and transmitted to another ground processing station capable of digital processing. This amount of transmission is also enormous. Several proposals have been made to efficiently store or transmit these images. As a data compression method for storage, for example, the 1971 National Conference of the Institute of Electronics and Communication Engineers, p.
72, No. 991, ``Compression of LANDSAT image data,'' includes a method of taking the difference from the previous pixel data in the line direction within the band and Huffman encoding the difference value. In other words, the next pixel value is predicted using the data value of the previous pixel in the line direction, but this prediction method is difficult to use for images that contain many high frequencies, that is, images that change rapidly. It has the disadvantage that the rate is poor. As for data compression for transmission, band compression encoding for transmission of TV images and still images is a well-known technique. However, this technology is a data compression encoding method that allows a certain degree of error, and considering that strongly correlated images are the type of images that are not only evaluated by humans but also analyzed by computers, there are no errors. However, using this method is not a good idea as it does not satisfy the user's needs. Huffman coding is well known as a code construction method that is error-free and has a short average code length. However, Huffman encoding is a code that achieves the shortest code length when there is no correlation between sample points, but has the drawback that the above cannot be said when there is correlation between sample points. ing. An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art described above in order to solve the difficulties in storing or transmitting image data described above, and to provide a method for compressing and encoding inter-picture linear predictive data without errors and having high compression efficiency. The aim is to propose the following. Next, the principle of the present invention will be explained. If we define the correlation between images as shown in Equation (1), an example is a Landsat image (an image of the Kanto region taken by Landsat 2 on November 26, 1972).
The inter-band correlations between bands 4 and 5 and between bands 6 and 7 are shown in Table 1, showing high correlation values. Hereinafter, the configuration of the present invention will be shown using this image.

【表】 尚、xiは参照画像のi番目の画素値を示し、yi
は予測される画像のi番目の画素値を示す。 この相関を利用してバンド5からバンド4を、
そしてバンド6からバンド7を一例として(2)式に
よつて線形予測する。 yi^=axi+b (2) ここで、yi^は予測される画像のi番目の画素の
予測値である。a,bは最適係数であり、真の画
素値と予測値の二乗平均を最小にする、周知の最
適化問題を解くことによつて(1)式で示した相関値
Rの関数として求まる。真の画素値と予測値の差
(以後予測誤差と呼ぶ)を符号化するわけである
が、ランドサツト画像の場合、予測誤差を調べて
みると予測誤差が正の方向にずれると、かなりの
画素の間正の方向にずれ、負の方向にずれると、
かなりの画素の間、負の方向にずれることがわか
る。これは、予測係数が固定領域に対して決定さ
れており、画像の部分的な性質に追随できないた
めである。尚、画像の部分的性質に追随する予測
法も考えられるが、処理が非常に複雑となり現実
的でない。正負のサインの変化確率は、ランドサ
ツト画像に対して実測すると、表―2の様にな
る。尚、プラス、マイナスを表現する正負の符号
を正負のサインと表現する。
[Table] In addition, xi indicates the i-th pixel value of the reference image, and yi
indicates the i-th pixel value of the predicted image. Using this correlation, band 5 to band 4,
Then, band 6 to band 7 are linearly predicted using equation (2) as an example. yi^=axi+b (2) Here, yi^ is the predicted value of the i-th pixel of the predicted image. a and b are optimal coefficients, which are determined as a function of the correlation value R shown in equation (1) by solving a well-known optimization problem that minimizes the square mean of the true pixel value and the predicted value. The difference between the true pixel value and the predicted value (hereinafter referred to as prediction error) is encoded, but in the case of Landsat images, when we examine the prediction error, we find that if the prediction error shifts in the positive direction, a large number of pixels If there is a shift in the positive direction and a shift in the negative direction,
It can be seen that there is a shift in the negative direction for a considerable number of pixels. This is because the prediction coefficients are determined for a fixed area and cannot follow the partial characteristics of the image. Note that a prediction method that follows the partial properties of an image can be considered, but the processing would be extremely complicated and would be impractical. The change probability of positive and negative signs is as shown in Table 2 when actually measured for Landsat images. Note that the positive and negative signs representing plus and minus are expressed as positive and negative signs.

【表】 そこで、本発明においてはこの正負のサインの
変化に着目し、予測誤差の正負のサインが変化し
ない画素に対しては、予測誤差の絶対値を一例と
してハフマン符号化し、予測誤差の正負のサイン
が変化する画素に対しては、予測誤差の絶対値の
符号に正負のサインの変化符号を付加して符号化
を行うものである。 表―3に本発明の符号の一構成例を示し、表―
5に適当な予測誤差系列に対する表―3の符号構
成に従つた符号系列を示す。また、比較のため表
―4に単純なハフマン符号を示し、表―6に表―
5と同じ予測誤差系列に対する表―4に従つた符
号系列を示す。
[Table] Therefore, in the present invention, we focus on changes in the positive and negative signs of the prediction error, and for pixels where the positive and negative signs of the prediction error do not change, Huffman encoding is performed using the absolute value of the prediction error as an example. For pixels whose sign changes, encoding is performed by adding a positive/negative sign change sign to the sign of the absolute value of the prediction error. Table 3 shows an example of the configuration of the code of the present invention.
5 shows a code sequence according to the code structure in Table 3 for an appropriate prediction error sequence. For comparison, Table 4 shows the simple Huffman code, and Table 6 shows the simple Huffman code.
The code sequence according to Table 4 for the same prediction error sequence as in Table 5 is shown.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 画像間に高い相関がある複数画像の蓄積及び
伝送の際の符号化される画像の画素を参照画像の
対応する画素及びその近傍画素の画素値の線形結
合で予測し、予測誤差を符号化するデータ圧縮符
号化において、予測誤差の正負のサインが変化し
ない画素に対しては、予測誤差の絶対値を符号化
し予測誤差の正負のサインが変化する画素に対し
ては予測誤差の絶対値の符号に正負のサインの変
化符号を付加して符号化を行なうことを特徴とす
る画像間線形予測データ圧縮符号化方法。
1. When storing and transmitting multiple images with high correlation between images, the pixels of the image to be encoded are predicted by a linear combination of the pixel values of the corresponding pixels of the reference image and its neighboring pixels, and the prediction error is encoded. In data compression encoding, for pixels where the sign of the prediction error does not change, the absolute value of the prediction error is encoded, and for pixels where the sign of the prediction error changes, the absolute value of the prediction error is encoded. An inter-picture linear prediction data compression encoding method characterized by performing encoding by adding a positive/negative sign change code to the code.
JP15035079A 1979-11-20 1979-11-20 Linear forecast data compression coding method between images Granted JPS5673987A (en)

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Publication Number Publication Date
JPS5673987A JPS5673987A (en) 1981-06-19
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