JPH01222576A - 画像符号化方法および装置 - 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〕 本発明は画像伝送に利用する。特に、画像信号の算術符
号化に関する。

〔概　要〕

本発明は、画像信号を算術符号化する方法および装置に
おいて、 ２のべき乗の和を用いてシンボル出現確率を近似するこ
とにより、 符号化に必要な演算を簡単化し、しかも符号化効率を高
めるものである。

〔従来の技術〕

画像信号を高能率で符号化する方法として、算術符号化
が最近注目を集めている。算術符号化はリサネン（Ｒｉ
ｓｓａｎｅｎ）　、ラングトン（Ｌａｎｇｄｏｎ）等に
より具体的な形で提案されている。特にラングトン等は
、符号化パラメータであるシンボル出現確率を２のべき
乗で近似することにより、符号化時に必要となる乗算を
ビットシフト演算だけで実現する方法を提案している。

この方法については、ラングトン、リサネン、「コンプ
レッション・オブ・ブラック−ホワイト・イメージズ・
ウィズ・アリスメティック・コーディング」、ＩＥＥＢ
トランザクションズ・オブ・コミュニケーション第Ｃ０
Ｍ−２９巻第６号（１９８１年６月）、第８５８ないし
８６７頁（Ｌａｎｇｄｏｎ　　Ｊｒ、　　Ｇ、Ｇ、　ａ
ｎｄ　　Ｒ１５ｓａｎｅｎ、Ｊ、、　　”Ｃｏｍｐｒｅ
ｓ−ｓｉｏｎ　ｏｆ　ｂｌａｃｋ−ｗｈｉｔｅ　ｉｍａ
ｇｅｓ　ｗｉｔｈ　ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｃｏｄｉｎｇ
”、　　ＩＢＥｆＥ　Ｔｒａｎｓ、Ｃｏｍｍｕｎ、、　
　Ｃ０Ｍ−２９，６，ｐｐ。

８５８−８６７　（Ｊｕｎｅ　１９８１））に詳しく説
明されている。

以下にこの従来例方法について簡単に説明する。

この従来例方法では、劣勢シンボルの出現確率Ｐを２の
べき乗２″″ａ　（Ｑは整数であり、スキュー値（Ｓｋ
ｅｗ　ｖａｌｕｅ）　　と呼ばれる）で近似することに
より、乗算をビットシフト演算で実現するものである。

すなわち、ｎ個のシンボル係数まで符号化が終了し、そ
のときの符号をＣ（Ｓ）　　とすると、次の１個のシン
ボルｊ　（ｊは「０」または「１」であり、「０」が優
勢シンボル、「１」が劣勢シンボルとする）を含む系列
に対する符号Ｃ（Ｓｊ）は、Ａ（Ｓｏ）＝＜Ａ（Ｓ）　
−Ａ（ＳＬ）＞Ｑ　　−−（ｌａ）Ａ（Ｓｔ）＝Ａ（Ｓ
）　　Ｘ　２−”　　　　　　−・・　（１ｂ）Ｃ（Ｓ
Ｏ）　＝　Ｃ（Ｓ）　　　　　　　　　　　・−（ＩＣ
）Ｃ（Ｓｔ）　＝　Ｃ（Ｓ）±Ａ（ＳＯ）　　　　　−
−（ｌｄ）で与えられる。また、（１ｃ）式および（ｌ
ｄ）式をＣ（ＳＯ）　＝　Ｃ（Ｓ）　　±Ａ（Ｓｌ）　
　　　　　　　（ｌｃ）’Ｃ（Ｓｌ）　＝　Ｃ（Ｓ）　
　　　　　　　　−−・　　（ｌｄ）　’とすることも
できる。（ｌａ）式における記号＜Ｘ＞ｑは、二進小数
を有効ビット長ｑで打ち切ることを示す。また、（１ｂ
）式の乗算はビットシフト演算により実現される。この
符号化における平均符号長Ｌ　（Ｑ、　Ｐ）　　は、 Ｌ　（Ｑ、　Ｐ）　＝　Ｐ　ｘ　Ｑ−（１−Ｐ）　ｌｏ
ｇ２（１−２−”）・・・・・−・（２） で与えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述した従来例方法では、−次近似演算を用い
ているために符号化効率が低下する欠点があった。例え
ば、符号化効率の最悪値は９５．０％であり、また、ス
キュー値Ｑの最大値を１６とすると、各ブレークポイン
トの平均符号化効率が９８．６％となることが知られて
いる。

本発明は、以上の問題点を解決し、符号化効率の高い画
像符号化方法および装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の画像符号化方法は、画像信号のシンポル出現確
率を２のべき乗の和により近似する。すなわち、劣勢シ
ンボル出現確率Ｐを正整数の符号化パラメータＱ、　、
Ｑ２、−・・、Ｑ−（ＱＩ　≦Ｑ２≦・・・≦Ｑ、　Ｓ
ｎは２以上の整数〉により−ＱＩ　　　　　　−ロ２　
　　　　　　　−ＱｎＰ＝２　　　＋２　　　＋・・＋
２ と近似することを特徴とする。

この近似値を用いた符号化方法としては、以前に設定さ
れたパラメータ八を用いて、 ＡＩ　＝ＡＸＰ ＡＱ　＝Ａ−Ａ。

なるパラメータＡ。およびＡ１を求め、符号化の対象と
なる画素Ｘの値が優勢シンボルのときには、それまでの
画素系列に対する符号Ｃをそのまま新たな画素系列に対
する符号とするとともに、パラメータＡ。を新たなパラ
メータＡとし、画素Ｘの値が劣勢シンボルのときには、
それまでの画素系列に対する符号ＣにパラメータＡｎを
加算または減算したものを新しい画素系列の符号とする
とともに、パラメータＡ＋　を新たなパラメータＡとす
る算術符号化を用いることができる。

また、上述のパラメータＡ。およびＡ１を求め、符号化
の対象となる画素Ｘの値が劣勢シンボルのときには、そ
れまでの画素系列に対する符号Ｃをそのまま新たな画素
系列に対する符号とするとともに、パラメータＡ１を新
たなパラメータＡとし、画素Ｘの値が優勢シンボルのと
きには、それまでの画素系列に対する符号Ｃにパラメー
タＡ１を加算または減算したものを新しい画素系列の符
号とするとともに、パラメータＡ１を新たなパラメータ
Ａとする算術符号化を用いてもよい。

さらには、他の算術符号化方法を利用することもできる
。

演算量の増加と符号化効率の増加との関係から、ｎは２
であることが望ましい。

また、ｎの値を切り替えることもできる。例えばｎ＝２
の場合を説明すると、符号化パラメータがＱ、　＝Ｑ２
＝Ｑであれば、 −Ｑ、−０２−（Ｑ−１） ２　　　＋２　　　＝２ となり、得られる近似値はｎ−１のときに符号化パラメ
ータ［：Ｑ−１］を用いた場合と同じ値になる。したが
って、このような場合は、ｎの値を切り替えても同じ符
号化効率が得られる。

また、本発明の画像符号化装置は、上述の方法を実施す
る装置であり、アナログ画像信号をディジタル画像信号
に変換するアナログ・ディジタル変換器と、このディジ
タル画像信号を符号化する符号器と、この符号器の出力
を伝送路を介して受信側に送出する送信手段とを備えた
画像符号化装置において、上記符号器は、正整数の符号
化パラメータＱ１、Ｑ２、・・・、Ｑ、　　（Ｑ、≦Ｑ
２≦川≦Ｑ用　、ｎは２以上の整数）を設定する手段と
、以前に設定されたパラメータへの値を１ビットずっＱ
Ｉ、回にわたり右にシフトさせる（２による除算に対応
する）シフト演算手段と、このシフト演算手段が上記パ
ラメータＡをそれぞれＱｒ　、　Ｑ２、・・・、Ｑｎ回
シフトさせる毎にその値を読み出してなるパラメータＡ
１を求める加算手段と、このパラメータＡ１　と上記パ
ラメータＡとからＡｏ”Ａ　　ＡＩ なるパラメータＡ。を求める減算手段と、符号化の対象
となる画素Ｘの値により、それまでの画素系列に対する
符号Ｃと上記パラメータＡｏおよびＡ１とにより新たな
画素系列に対する符号を決定して出力するとともに、上
記パラメータＡ０およびＡ１のいずれか一方を新たなパ
ラメータ八として出力する符号出力手段とを含むことを
特徴とする。

符号器はさらに、パラメータＡの値があらかじめ定めら
れた値以下となったときにその値を左にシフトさせる手
段と、この手段と同時に同じビット数だけ符号Ｃを左に
シフトさせる手段とを含むことが望ましい。

〔作　用〕

本発明の画像符号化方法および装置は、画像信号のシン
ボル出現確率を２のべき乗の和で近似する。したがって
、従来例方法に比較してシンボル出現確率を正確に求め
ることができ、符号化効率を高めることができる。また
、２のべき乗はビットシフト演算により容易に得られ、
しかも一連のビットシフト演算により複数の符号化パラ
メータＱ、　、Ｑ、　、・・・、Ｑ、、が順次得られる
。このため、簡単な回路構成により符号化演算を行うこ
とができる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例の画像符号化装置を含む画像伝送
装置のブロック構成図である。

この画像伝送装置の送信側には画像符号化装置１が配置
され、この装置が伝送路２を介して受信側の画像復号装
置３に接続される。

画像符号化装置１は、アナログ画像信号をディジタル画
像信号に変換するアナログ・ディジタル変換器１１と、
このディジタル画像信号を符号化する符号器１４と、こ
の符号器１４の出力を伝送路を介して受信側に送出する
符号送信機１５とを備え、さらに、アナログ・ディジタ
ル変換器１１と符号器１４との間に、前処理回路１２お
よびバッファメモリ１３を備える。

アナログ・ディジタル変換器１１には、ビデオ・カメラ
、ＶＴＲ装置、画像走査装置その他の画像人力装置から
のアナログ画像信号が人力される。

前処理回路１２は、ディジタル画像信号に各種の前処理
を行い、その結果を画像データとしてバッファメモリ１
３に蓄える。符号器１４は符号処理プロセッサを含み、
バッファメモ１月３の画像データを読み出して、冗長度
を抑圧する情報源符号化と、通信路における信頼性を保
つための通信路符号化とを行う。符号送信機１５は符号
器１４の出力した符号データを蓄えるバッファメモリを
含み、この符号データを伝送路２で許容されている伝送
速度で画像復号装置３に送出する。

画像復号装置３は、符号データを受信する符号受信機３
１と、この符号データを復号する復号器３２と、この復
号器３２の出力した画像データを蓄える画像メモリ３３
とを備える。画像メモリ３３の記憶した画像データは、
接続される端末機器の信号形式に応じて、ディジタル形
式で出力されるとともに、後処理回路３４およびディジ
タル・アナログ変換器３５を介してアナログ形式で出力
される。

第２図は符号器１４の詳細を示すブロック構成図である
。

この符号器１４（１、初期設定部１４１、ランダムアク
セスメモリ１４２、符号化パラメータ変更処理部１４３
および算術符号化部１４４を備える。

初期設定部１４１は、正整数の符号化パラメータＱ、　
、Ｑ、　、・・・、Ｑｎ　（Ｑ、≦０□≦・・・≦Ｑｎ
、ｎは２以上の整数）、符号化モード、パラメータＡの
初期値、符号Ｃの初期値、その他の符号化に必要な初期
設定を行い、これらの設定値をランダムアクセスメモリ
１４２に蓄える。

符号化パラメータ変更処理部１４４は、直前に符号化し
た画素Ｘ１−１の値に基づいて符号化パラメータＱ１、
Ｑ２、・・・、Ｑ、、を変更し、これをランダムアクセ
スメモリ１４２に蓄える。算術符号では、符号化を行い
ながら動的に符号化パラメータを変更できる。符号化パ
ラメータを変更する場合には、すでに符号化した画素し
た画素の値を用いることにより、変更情報を受信側に送
る必要がなくなる。

１画素毎に符号化パラメータを変更すると符号化および
復号化に時間がかかるので、通常は、あるアルゴリズム
により、ある画素を符号化するときにその符号化パラメ
ータを変更するか否かを判断する。符号化パラメータ設
定処理は従来からの算術符号化でも行われており、複数
の符号化パラメータＱ１、Ｑ２、・・・、Ｑ、、を使用
すること以外は、従来からの方法を用いることができる
。

算術符号化部１４４は、ランダムアクセスメモリ１４２
から供給されるバラメークＡおよび符号Ｃと、符号化パ
ラメータ変更処理部１４３から供給される符号化パラメ
ータＱ１、Ｑ２、・・・、Ｑ、、と、バッファメモリ１
３から供給される画素ｘ１　とから新しいパラメータＡ
および符号Ｃを求め、これらをランダムアクセスメモリ
１４２に蓄えるとともに、符号Ｃについては符号送信機
１５に出力する。

第３図に符号器１４の動作のフローチャートを示す。

第４図は算術符号化部１４４の動作を示すフローチャー
トである。ここでは、二値画像のある画素Ｘを二つの符
号化パラメータＱｌ　、Ｑ２（Ｑｌ　≦Ｑ２）で符号化
する場合を例に説明する。

まず、以前に設定されたパラメータＡの値を１ビットず
つ右にシフトさせる。パラメータＡがそれぞれＱ、　、
０２回シフトしたときにその値を読み出して加算すると
、 なるパラメータＡ１が得られる。ここで、Ｑ、≦Ｑ２な
ので、パラメータＡをＱｌ　回シフトした値は、パラメ
ータＡを０２回シフトする途中の段階で得られる。

次に、パラメータＡ、Ａ、から、 Ａｏ＝Ａ−Ａ。

なるパラメータＡ。を求める。

以上のパラメータＡｔ　、Ａｏを求める演算では、演算
を繰り返す毎にパラメータＡ＋　、Ａｏの桁数が増加す
る。そこで、あらかじめ定めた桁数で打ち切る。

次に、符号化の対象となる画素Ｘの値により、それまで
の画素系列に対する符号ＣとパラメータＡＯおよびＡＩ
とにより新たな画素系列に対する符号を決定して出力す
るとともに、パラメータＡ０およびＡＩのいずれか一方
を新たなパラメータＡとして出力する。−例として、符
号化の対象となる画素Ｘの値が優勢シンボルのとき（例
えば「０」のとき）には、それまでの画素系列に対する
符号Ｃをそのまま新たな画素系列に対する符号とすると
ともに、パラメータＡ。を新たなパラメータＡとする。

また、画素Ｘの値が劣勢シンボルのとき（例えば「１」
のとき）には、それまでの画素系列に対する符号Ｃにパ
ラメータＡ。を加算したものを新しい画素系列の符号と
するとともに、パラメータＡ１を新たなパラメータＡと
する。

これにより得られたパラメータＡの値が基準値より小さ
い場合には、先行する「０」の数だけこのパラメータＡ
を左にシフトする。これと同時に、復号一意性を確保す
るため、符号Ｃについても同じビット数だけ左にシフト
する。

以上の処理により画素Ｘの符号化を終了し、次の画素を
符号化するために符号化パラメータＱ１、Ｑ２を選び直
し、新たな画素について同様の処理を行う。

以上の処理について従来例と同様の式で表すと、Ａ　（
ＳＯ）　＝　＜　Ａ　（Ｓ）　−Ａ　（ＳＬ）　＞　Ｑ
　　−・（３ａ）−（３ｂ） Ｃ（Ｓｏ）　＝　Ｃ（Ｓ）またはＣ（Ｓ）±Ａ（Ｓｔ）
−・（３Ｃ） Ｃ（ＳＬ）　＝　Ｃ（Ｓ）　±Ａ　（ＳＯ）またはＣ（
Ｓ）−、、、、、、、、（３ｄ） となる。また、このときの平均符号長Ｌ　（Ｑ、　Ｐ）
は、で与えられる。

第５図は劣勢シンボル出現確率Ｐに対する符号化効率η
の変化の一例を示す。この例は、符号化パラメータとし
てＱ２　＝Ｑ＋　およびＱ２　＝　Ｑｌ　＋　１を用い
た場合の変化を示す。

符号化パラメータがＱ２　＝Ｑ＋のときの符号化効率η
は、従来例方法においてＣＱ＋　　　１）を用いた場合
の符号化効率ηに等しい。この場合の符号化効率ηを破
線で示す。したがって、第５図を参照することにより従
来例方法と本発明方法とを比較できる。図示したように
、従来例方法では符号化効率ηの最悪値が０．９５０と
なるのに対し、二つの符号化パラメータを使用するだけ
で、符号化効率ηの最悪値が０．９８５に改善される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の画像符号化方法および装
置は、劣勢シンボルの出現確率を２のべき乗の和により
近似することにより、符号化効率を高めることができる
。本発明は簡単な回路の付加、または演算処理の付加だ
けで符号化効率を高めることができ、ＣＡＤ装置その他
の画像を伝送するための符号化に用いて大きな効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例画像符号化装置を含む画像伝送装
置のブロック構成図。 第２図は符号器１４の詳細を示すブロック構成図。 第３図は符号器１４の動作を示すフローチャート。 第４図は算術符号化のフローチャート。 第５図は劣勢シンボル出現確率に対する符号化効率の一
例を示す図。 １・・・画像符号化装置、２・・・伝送路、３・・・画
像復号装置、１１・・・アナログ・ディジタル変換器、
１２・・・前処理回路、１３・・・バッファメモリ、１
４・・・符号器、１５・・・符号送信機、３１・・・符
号受信機、３２・・・復号器、３３・・・画像メモリ、
３４・・・後処理回路、３５・・・ディジタル・アナロ
グ変換器、１４１・・・初期設定部、１４２・・・ラン
ダムアクセスメモリ、１４３・・・符号化パラメータ変
更処理部、１４４・・・算術符号化部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画像信号の劣勢シンボル出現確率をＰとし、以前に
   設定されたパラメータＡを用いて、 Ａ＿１＝Ａ×Ｐ Ａ＿０＝Ａ−Ａ＿１ なるパラメータＡ＿０およびＡ＿１を求め、符号化の対
   象となる画素ｘの値により、それまでの画素系列に対す
   る符号Ｃと上記パラメータＡ＿０およびＡ＿１とを用い
   て新たな画素系列に対する符号を決定するとともに、上
   記パラメータＡ＿０およびＡ＿１のいずれか一方を新た
   なパラメータＡとする画像符号化方法において、 上記劣勢シンボル出現確率Ｐを正整数の符号化パラメー
   タＱ＿１、Ｑ＿２、・・・、Ｑ＿ｎ（Ｑ＿１≦Ｑ＿２≦
   ・・・≦Ｑ＿ｎ、ｎは２以上の整数）により▲数式、化
   学式、表等があります▼ と近似する ことを特徴とする画像符号化方法。 ２、ｎは２である請求項１記載の画像符号化方法。 ３、アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換する
   アナログ・ディジタル変換器と、このディジタル画像信
   号を符号化する符号器と、この符号器の出力を伝送路を
   介して受信側に送出する送信手段とを備えた画像符号化
   装置において、 上記符号器は、 正整数の符号化パラメータＱ＿１、Ｑ＿２、・・・、Ｑ
   ＿ｎ（Ｑ＿１≦Ｑ＿２≦・・・≦Ｑ＿ｎ、ｎは２以上の
   整数）を設定する手段と、 以前に設定されたパラメータＡの値を１ビットずつＱ＿
   ｎ回にわたり右にシフトさせるシフト演算手段と、 このシフト演算手段が上記パラメータＡをそれぞれＱ＿
   １、Ｑ＿２、・・・、Ｑ＿ｎ回シフトさせる毎にその値
   を読み出して ▲数式、化学式、表等があります▼ なるパラメータＡ＿１を求める加算手段と、このパラメ
   ータＡ＿１と上記パラメータＡとからＡ＿０＝Ａ−Ａ＿
   １ なるパラメータＡ＿０を求める減算手段と、符号化の対
   象となる画素ｘの値により、それまでの画素系列に対す
   る符号Ｃと上記パラメータＡ＿０およびＡ＿１とにより
   新たな画素系列に対する符号を決定して出力するととも
   に、上記パラメータＡ＿０およびＡ＿１のいずれか一方
   を新たなパラメータＡとして出力する符号出力手段と を含むことを特徴とする画像符号化装置。