JP3359633B2 - 画像データ変換方法および装置 - Google Patents

画像データ変換方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、画像データ変換方法および装置に関する。
公知技術 画像データ処理の数多くの分野において、例えばデジ
タルビデオレコーダのためにデータを減少する符号化が
必要である。通例の方法は、まず例えば8×8の画素の
ブロックを、例えばDCTによって変換する(discrete co
sine transformation)点にある。この種の方法は例え
ば、論文“Scene Adaptive Coder",W.H.ChenおよびW.K.
Pratt,IEEE Transactions on Communications,Vol.COM3
2,No.3,1984年3月に記載されている。データ減少は、
この種のブロック内の画素を相互に相関させかつ重要な
変換係数を変換されたそれぞれのブロック内の数箇所に
集中化することによって、可能になる。その場合8×8
=64の画素に代わって、ブロック当たり2、3の係数の
みを符号化すべきである。
通例のテレビジョン規格、例えばPAL,SECAM,NTSCは、
フィールドによって動作する。その場合その都度2つの
連続するフィールドをまとめかつそれから変換すべきブ
ロックをこれらフレームから取り出すとき、動画像内容
の場合、それぞれのフィールドから派生するこれらブロ
ック内の画素は、その都度別のフィールドからの画素と
殆ど相関されない。これによりこの場合の変換符号化は
効果がないことになる。
発明 本発明の課題は、動画像内容の場合にも、効果的な画
像データの変換符号化を可能にすることである。
この課題は、請求項1に記載の特徴によって解決され
る。本発明の有利な実施例は、その他の請求項に記載さ
れている。
本発明の変換符号化は、静止および動画像内容に適し
たものである。
西独国特許出願第3642664号明細書において、ブロッ
ク当たり1つの相応の8×8DCTと2つの相応の4×8DCT
との切換えを行うことが提案されている。静止画像内容
の場合それぞれのブロックに対して8×8DCT変換が、動
画像内容に対してそれぞれのブロックに対して2回の4
×8DCT変換が、それぞれのフィールドの画素に対して別
個に実施される。しかしこのことは、この方法を利用す
る装置が、比較的繁雑に実現すべき2つの変換形式を実
施するための能力を有していなければならないことを意
味する。
この繁雑さを軽減するために、4×8DCTに代わって、
既に変換された8×8DCT係数ブロックの特殊な付加変換
が行われる。この付加変換は、それぞれのブロックの8
×8DCT変換係数を列毎に相応の特殊マトリクスと乗算す
る点にある。符号器において、8×8DCT係数または特殊
マトリクスと乗算された8×8DCT係数がより効果的に符
号化されるかどうかが検出されかつそれに基づいてブロ
ックの次の符号化(例えば重み付け、量子化、ホフマン
符号化)が実施される。
その際特殊マトリクスは、このマトリクスとの乗算が
簡単な加算およびシフト操作を用いて実施することがで
きるように、構成されている。
図面 次に本発明を図面を用いて説明する。
第1図は、変換係数のブロックを示す図、 第2図は、第1の特殊マトリクスを示す図、 第3図は、第2の特殊マトリクスを示す図、 第4図は、本発明の方法に対する符号器のブロック回
路図、 第5図は、本発明の方法に対する復号器のブロック回
路図である。
実施例 第1図には、8×8個の画素の相応のブロックの2次
元DCT変換から生じた、8×8変換係数12を有するブロ
ック10が示されている。この係数ブロック10の8つの列
11はそれぞれ、例えば第2図または第3図に図示されて
いるように、特殊マトリクスと乗算される。この特殊マ
トリクスは、比較的多くの“零”要素を有している。そ
の他の要素の大抵は、2の冪数を含んでいる。これ故に
列11の、特殊マトリクスとの乗算は有利にも、加算およ
びシフト操作によって比較的僅かなコストによって実現
される。
係数ブロック10の列11の、特殊マトリクスとの乗算は
全体として、以下特殊変換と称する、動画像内容に合っ
た新しい変換形式とみなすことができる。この特殊変換
によって、フィールド間で異なる、ブロック内の画素の
相関が考慮されかつそこから得られるより少ないデータ
伝送時間ないし比較的高い画像品質を有する効果的な符
号化が可能になる。
第4図は、画像信号を符号化するためにこの方法を使
用する符号器が示されている。線からブロックへの変換
器40の入力側には、例えばテレビジョン送信機から放射
され、復調され、輝度および色信号に分離されかつAD変
換されたデジタル信号が走査線毎に供給される。これら
の信号から、公知の方法により、画素のブロックが形成
されかつ2次元のDCT変換回路41に供給される。この変
換回路は例えば、SGS−Thomson製造の集積回路、型名ST
V 3208から形成することができる。この変換回路41の変
換係数は、遅延回路49を介して、比較器43の第1入力側
に供給される。変換回路41の係数は、列形成器と、加算
器と、シフタおよび/または乗算器とを含んでいる特殊
変換回路42にも供給される。2×(4×8)変換に対す
る比較的繁雑な第2のDCT変換回路は必要ない。
この特殊変換回路42において次のマトリクス乗算が実
施される: [Yn]=[T]×[Xn] [Xn]はそれぞれ、DCT変換係数12の列11を表してお
り、 (X1n) (・) [Xn]=(・)、ただしnはそれぞれ、1から8まで
経過する。
(・) (・) (X8n) [T]は、第2図または第3図に相応する特殊変換マ
トリクスである。
[Yn]はそれぞれ、特殊変換係数の相応の列を表して
いる。列の要素の値は引き続いて、結果−列に対して、
入力列に相応する値領域を得るために、例えばシフト操
作によって、マトリクス[T]の左上の要素の絶対値
(第2図および第3において値32)によって割算され
る。それぞれ8つのこの種の列が再び、特殊変換係数の
1つの8×8ブロックにまとめられかつ比較器43の第2
入力側に供給される。
この比較器43の入力側に加わる係数マトリクス[X]
ないし[Y]は次の構成を有している: (X11・・・X18) (・ ・) [X]=(・ ・) (・ ・) (X81・・・X88), (Y11・・・Y18) (・ ・) [Y]=(・ ・) (・ ・) (Y81・・・Y88), ただしX11ないしY11は、左上の要素である。
静止画像内容を有する画像において、統計学的な平均
において、3角形X11...X18...X81内にほぼ、重要な係
数、即ち画像の再構築のために相応の復号器において必
要とされる値を有する係数が含まれている。
動画像内容を有する画像において、3角形X11...
X18...X88に対して付加的な領域にも統計学的な平均に
おいて重要な係数が含まれている。この効果は、特殊係
数マトリクス[Y]において、マトリクス[X]の列
の、特殊マトリクス[T]との乗算によって低減され
る。それ故に比較器43は例えば、2つの入力側に加えら
れる、同じ画素ブロックから派生する係数マトリクスの
行X81...X88およびY81...Y88の相応の係数の絶対値の2
つの合計を形成する。
2つのマトリクスのうち、合計が小さい方のマトリク
スが引き続いて公知の符号化回路44において符号化され
る。
また、比較器43において例えば、マトリクス要素X81,
X82およびX83ないしY81,Y82およびY83の絶対値の合計の
みを形成して、この決定を行うようにすることもでき
る。
符号化回路44は例えば、重み付け回路、スキャナー、
量子化器およびホフマン符号器を含んでいる。
比較器43において得られる、変換形式の選択に関する
情報は、線路45を介して符号化回路44の出力信号に付加
されかつこの出力信号および例えば音声信号およびチャ
ネル符号化と一緒に、受信機に伝送されるかまたは記憶
される全体信号46を形成する。
第5図に示されている復号器の入力側には、この全体
信号56が供給される。変換復号化回路57において、復号
化の際に使用すべき変換形式に関する情報が再生されか
つ線55を介して切換スイッチ58に供給される。
公知の復号化回路54において、符号化回路44における
信号処理に相応して、逆の信号処理が実施される。復号
化回路54は相応に、ホフマン復号器、デスキャナーおよ
び逆の重み付けを行う回路を含んでいる。
復号化回路54の出力信号は、遅延回路59を介して切換
スイッチ58の第1入力側および相応の逆の特殊変換回路
52に達する。逆の特殊変換回路の出力側は、切換スイッ
チ58の第2入力側に接続されている。
従って線55における信号に依存して、静止画像内容で
は実質的に復号化回路54の出力信号は変化されずに逆の
2次元のDCT変換回路51の入力側に導かれかつ動画像内
容では実質的に復号化回路54の付加的に逆に特殊変換さ
れた出力信号が導かれる。
逆の特殊変換回路52において、符号器(第4図)にお
けるように、まずそれぞれの係数ブロックから係数列が
取り出されかつこれら列は、第2図または第3図に相応
して転置された特殊マトリクスと次式に示すように乗算
される: [Yn]=[TT]×[Xn] [Xn]はそれぞれ、特殊変換された係数12の列11を表
し、 (X1n) (・) [Xn]=(・)、ただしnはそれぞれ、1から8まで
経過する。
(・) (・) (X8n) [TT]は、転置された特殊変換マトリクス[T]であ
る。[Yn]はそれぞれ、2次元の変換されたDCT係数ブ
ロックの相応の列を表している。これらブロックは、符
号器におけるように、要素毎に、マトリクス[TT]の左
上の要素の絶対値によって割算されかつ回路51において
逆DCT変換される。逆DCT回路51は同様、SGS−Thomson製
造の型名STV 3208の集積回路から形成することができ
る。この逆DCT変換回路51の出力側に実質的に、本来の
画素ブロックが取り出される。
画素のこれらブロックは、ブロックから線への変換器
50において走査線順次の、デジタル画像信号に変換さ
れ、それは引き続いて更にDA変換されかつテレビジョン
カラー複合信号に変形することができる。
輝度および色信号に対して、並列な符号器(第4図)
および復号器(第5図)を設けることができる。その際
比較器43の決定は、輝度および色に対して別個に行いか
つ伝送することができる。しかし輝度に対する1つの比
較器のみを設け、この比較器の決定を色の信号処理に対
して一緒に利用することができる。
1つないし複数の比較器43は、それぞれのブロックに
対して別個に決定するかまたは1群のブロック、例えば
フレームに対してそれぞれ決定を行うことができる。
8つの8×8の大きさのブロックの代わりに、別の大
きさのブロック、例えば16×16または4×4を使用する
こともでき、その際明細書に挙げられた対応する数字デ
ータは相応に変わる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケーゼン,ハインツ―ヴェルナー ドイツ連邦共和国 D―3000 ハノーフ ァー 1 ティーステシュトラーセ 5 (72)発明者 ペータース,エドガー ドイツ連邦共和国 D―3003 ロンネン ベルク 3 ホーエフェルトシュトラー セ 20 合議体 審判長 藤内 光武 審判官 小松 正 審判官 山本 章裕 (56)参考文献 特表 平1−503588(JP,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インターレースされた画像データピクセル
    値からなる所定のサイズの2次元ブロックを相応する係
    数ブロック(10)にDCT変換する方法であって、 該係数ブロックは、当該ピクセル値ブロックにおける静
    止画像内容に相応して既知の平均的な係数値配列を備え
    るという特性を有しており、統計学的平均にて前記ピク
    セルブロック(10)の3角形領域(X11…X18…X81)に
    ほぼ重要な係数の係数値配列が含まれている形式の2次
    元ブロックDCT変換方法において、 目下のピクセル値ブロックにて、統計学的平均にて前記
    ピクセルブロック(10)の前記3角形領域(X11…X18
    X81)に対して付加的な領域にも重要な係数の係数値配
    列が含まれている動画像内容の場合に付加的に、相応す
    る目下の係数ブロック(10)を列(11)毎に、所定のサ
    イズを有し、比較的多くの零を有している所定の2次元
    特殊マトリクス(T)によって乗算し、これによって前
    記の静止画像内容の平均的な係数値配列に相応する係数
    値配列に近づけるようにし、当該変更された係数ブロッ
    クは前記の所定のサイズを有するようになされており、 第1総和を目下の係数ブロック(10)に対して計算し、
    第2総和を前記の変更された係数ブロックに対して計算
    し、ここで第1および第2総和はそれぞれ、目下の係数
    ブロックの最下行からの係数(X8188)の値および前
    記の変更された係数ブロックの最下行からの係数(Y81
    88)の値から導出されており、 第1総和と第2総和とを比較(43)して、総和値が小さ
    い方に相当する係数ブロックをその都度、係数の以降の
    符号化(44)に使用し、 前記比較(43)結果から導出される選択情報(45)を符
    号化(44)からの出力信号に含めることを特徴とする 2次元ブロックDCT変換方法。
  2. 【請求項2】前記特殊マトリクスは、 32, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 0, 7, 0, 7, 0, 12, 0, 28 0, 28, 0, 12, 0, −7, 0, −7 0, 12, 0, −28, 0, −7, 0, 7 0, 0, 32, 0, 0, 0, 0, 0 0, 0, 0, 0, 32, 0, 0, 0 0, 7, 0, −7, 0, 28, 0, −12 0, 0, 0, 0, 0, 0, 32, 0 または 32, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 0, 0, 0, 0, 0, 8, 0, 31 0, 31, −8, 0, 0, 0, 0, 0 0, 8, 31, 0, 0, 0, 0, 0 0, 0, 0, 32, 0, 0, 0, 0 0, 0, 0, 0, 32, 0, 0, 0 0, 0, 0, 0, 0, 31, 0, −8 0, 0, 0, 0, 0, 0, 32, 0 のいずれか一方の形式を有する 請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】符号化された係数ブロック(10)を、ピク
    セル値からなる所定のサイズの相応する2次元ブロック
    に逆DCT変換する方法であって、 前記符号化された係数ブロックは、インターレースされ
    た画像データピクセル値からなる所定のサイズの2次元
    ブロックから導出されたものであり、ここで当該ピクセ
    ル値は、相応する係数ブロック(10)に変換されて符号
    化されたものであり、該係数ブロックは、前記ピクセル
    値ブロックにおける静止画像内容に相応して既知の平均
    的な係数値配列を備えるという特性を有しており、統計
    学的平均にて前記ピクセルブロック(10)の3角形領域
    (X11…X18…X81)にほぼ重要な係数の係数値配列が含
    まれており、 目下のピクセル値ブロックにて、統計学的平均にて前記
    ピクセルブロック(10)の前記3角形領域(X11…X18
    X81)に対して付加的な領域にも重要な係数の係数値配
    列が含まれている動画像内容の場合に、相応する目下の
    係数ブロック(10)は、付加的に列(11)毎に、所定の
    サイズを有し、比較的多くの零を有している所定の2次
    元特殊マトリクス(T)によって乗算されたものであ
    り、これによって前記の静止画像内容の平均的な係数値
    配列に相応する係数値配列に近づけるようにし、当該変
    更された係数ブロックは所定のサイズを有するようにな
    されており、 第1総和が目下の係数ブロック(10)に対して計算さ
    れ、第2総和が前記の変更された係数ブロックに対して
    計算され、ここで第1および第2総和はそれぞれ、目下
    の係数ブロックの最下行からの係数(X8188)の値お
    よび前記の変更された係数ブロックの最下行からの係数
    (Y8188)の値から導出されており、 第1総和と第2総和とが比較(43)されて、総和値の小
    さい方に相当する係数ブロックが、その都度係数の以降
    の符号化(44)に使用され、 前記比較(43)結果から導出される選択情報(45)が、
    符号化(44)からの出力信号に含まれている形式の2次
    元ブロック逆DCT変換方法において、 符号化された目下の係数ブロック(10)ないしは目下の
    変更された係数ブロックを復号化し、 選択情報(45)を評価し、 当該選択情報(45)に従って前記の目下の変更された係
    数ブロックが復号化される場合に、前記の目下の変更さ
    れた係数ブロックを列毎に所定の2次元特殊マトリクス
    (T)の転置マトリクスであるマトリクス(TT)によっ
    て乗算して相応する目下の係数ブロックを形成し、 当該目下の係数ブロック(10)を、ピクセル値からなる
    所定のサイズの2次元ブロックに逆変換することを特徴
    とする 2次元ブロック逆DCT変換方法。
  4. 【請求項4】インターレースされた画像データピクセル
    値からなる所定のサイズの2次元ブロックを相応する係
    数ブロック(10)にDCT変換する装置であって、 該係数ブロックは、当該ピクセル値ブロックにおける静
    止画像内容に相応して既知の平均的な係数値配列を備え
    るという特性を有しており、統計学的平均にて前記ピク
    セルブロック(10)の3角形領域(X11…X18…X81)に
    ほぼ重要な係数の係数値配列が含まれている形式の2次
    元ブロックDCT変換装置において、 前記ピクセル値ブロックを供給するライン−ブロック変
    換器(40)を有しており、 前記ピクセル値ブロックを相応する係数ブロック(10)
    に変換する2次元変換回路(41)を有しており、 目下のピクセル値ブロックにて、統計学的平均にて前記
    ピクセルブロック(10)の前記3角形領域(X11…X18
    X81)に対して付加的な領域にも重要な係数の係数値配
    列が含まれている動画像内容の場合に、付加的に列毎
    (11)に目下の係数ブロック(10)を所定の2次元特殊
    マトリクス(T)によって乗算する特殊変換回路(42)
    を有しており、ここで前記特殊マトリクスは、前記の所
    定のサイズを有し、比較的多くの零を有しており、かつ
    該特殊マトリクスとの乗算によって、前記の静止画像内
    容の平均的な係数値配列に相応する係数値配列に近づけ
    るようにし、当該変更された係数ブロックは前記の所定
    のサイズを有するようになされており、 目下の係数ブロック(10)に対する第1総和と、変更さ
    れた係数ブロックに対する第2総和とをその都度比較す
    る比較器(43)を有しており、ここで第1総和および第
    2総和はそれぞれ、目下の係数ブロックの最下行からの
    係数(X81…X88)の値および変更された係数ブロックの
    最下行からの係数(Y81…Y88)の値から導出されたもの
    であり、 係数ブロックを前記総和値の小さい方に相応して符号化
    する符号化回路(44)を有することを特徴とする 2次元ブロックDCT変換装置。
  5. 【請求項5】符号化された係数ブロック(10)を、ピク
    セル値からなる所定のサイズの相応する2次元ブロック
    に逆DCT変換する装置において、 目下の係数ブロック(10)または目下の変更された係数
    ブロックを供給する復号化回路(54)を有しており、 総和値の比較結果から得られた選択情報信号を供給する
    変換タイプ復号化回路(57)を有しており、 目下の変更された係数ブロックを、所定の2次元特殊マ
    トリクス(T)の転置行列であるマトリクス(TT)によ
    って列毎に乗算する特殊変換回路(52)を有しており、
    ここで前記2次元特殊マトリクスは、所定のサイズを有
    し、比較的多くの零を有しており、かつ該特殊マトリク
    スとの乗算によって、統計学的平均にて前記ピクセルブ
    ロック(10)の3角形領域(X11…X18…X81)にほぼ重
    要な係数の係数値配列が含まれている、静止画像内容の
    平均的な係数値配列に相応する係数値配列に近づけるよ
    うにし、これによって相応する目下の係数ブロックが得
    られ、 前記選択情報信号に従って、復号化回路(54)からの目
    下の係数ブロック(10)または特殊変換回路(52)から
    の目下の係数ブロック(10)を、ピクセル値からなる所
    定のサイズの2次元ブロックに逆変換する逆変換回路
    (41)を有することを特徴とする 2次元ブロック逆DCT変換装置。
JP51354691A 1990-08-22 1991-08-16 画像データ変換方法および装置 Expired - Fee Related JP3359633B2 (ja)

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