JPH02161874A - 画像信号の符号化方法とその装置 - 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） 本発明は画像信号の伝送時間を短縮する、あるいは蓄積
記憶容量を削減するための画像信号符号化装置、および
その方法に関する。

（従来の技術） 多値画像（例えば１画素８ｂｉｔ、　２５６レベル）に
対するデータ圧縮方式には、情報保存型の符号化と情報
非保存型の符号化がある。情報保存型の符号化とは、符
号化の過程に量子化を含まないものを指し、符号化・復
号化の処理によって原画像と全く同一の画像を再生する
ことが可能であるが、高い圧縮率は得られない。一方情
報非保存型の符号化とは、符号化の過程でなんらかの量
子化処理を含むものを指し、符号化・復号化の処理によ
って再生画像は量子化雑音を含み画品質の劣化を伴うが
、高い圧縮率が得られる。

情報非保存型の符号化の場合には一般に量子化歪（Ｓ／
Ｎ比）とデータ圧縮率（情報量）との関係で評価される
が、良好なＳ／Ｎ比対情報量の関係を実現するひとつの
方式として直交変換後の変換係数を量子化して可変長符
号化する方式がある。

この方式においては、一般に変換係数の電力が一部の変
換係数に集中するので、電力の大きな変換係数に対して
多くの情報量を割り当て、電力の小さい変換係数には少
ない情報量しが割り当てないという情報量の偏りを設け
ることにより、大幅な情報量の圧縮が可能となる。

また、通常の画像信号の分布は画像によって大幅に異な
っているが、この変換係数の分布は画像に依らずある一
定のモデルに従っている場合が多い。従って、このモデ
ルに基づいて設計した可変長符号を用いることにより、
画像に依らない情報量の圧縮が実現できる。

さらに、多値画像の符号化方式として、プログレッシブ
符号化方式というものがある。このプログレッシブ符号
化方式とは、まず第１段階として画像全体の大まかな情
報を用いて粗い画像を表示し、順次段階的に細かな情報
を用いてより精細な画像を表示していく方法である。

このプログレッシブ符号化方式において、第１段階で用
いられる画像全体の大まかな情報の情報量を少な、＜シ
ておけば、通信における情報の伝送速度が遅い場合でも
、とりあえずまず第１段階として粗い画像を高速に表示
することができる。この第１段階としては粗い画像では
あるが画像全体が表示されるので、通常の画像を行単位
に順次精細な画像として復号していく場合に比べて、よ
り素早く画像全体の情報を得ることができる。従って、
伝送速度が遅い場合でも利用者に与える負担を大幅に軽
減できる。

また細かな情報を受信するにつれて画像全体が徐々に精
細となって行くので、全ての情報を受信する以前に画像
の判別が可能となる。従って、大量の画像のなかから必
要な画像のみを検索したい場合、判別ができた時点で情
報の伝送を打ち切ることができるので、検索の効率を大
幅に向上できる。

このようなプログレッシブ符号化方式は、直交変換を用
いた符号化方式を応用することにより、容易に実現でき
る。すなわち、全部の直交変換を伝送する代わりに、ま
ず直交変換係数の内で電力が集中しているもののみを画
像全体について符号化して伝送する。そして、伝送され
た直交変換係数のみを逆変換して、復号された画像を表
示する。

この場合、一部の直交変換係数のみを伝送しているので
、全部の直交変換係数を伝送する場合に比べて情報量は
はるかに小さくなる。従って、情報の伝送速度が遅い場
合でも、高速に伝送可能である。また、画像全体の情報
を伝送しているので、粗い画像ではあるが画像全体を表
示することができる。

そして、順次残りの直交変換係数を伝送することにより
、より精細な復号画像を得ることができる。

また、このようなプログ１／ツシブな符号化方式に対し
て、通常の行単位に順次画像を符号化して復号化する方
式を、シーケンシャルな符号化方式と呼ぶ。この方式を
実現するためには、最初から全部の直交変換係数を符号
化すれば良い。

（発明が解決しようとする問題点） このような直交変換係数を量子化して可変長符号化する
方式を用いる場合、プログレッシブとシーケンシャルと
両方の符号化方式を実現したいという要求が生じる。例
えば、画像を符号化して符号を蓄積しておいて、必要に
応じて蓄積された符号を読み出して利用するような場合
には、シーク”ンシャル符号化方式で十分である。しか
しながら、このように蓄積された画像の情報を伝送する
場合には、プログレッシブ符号化方式での伝送が必要に
なる。

ところが、直交変換係数を量子化して可変長符号化する
方式を用いて、プログレッシブまたはシーケンシャルな
符号化方式を実現しようとする場合、それぞれに対応す
る符号の構成は大きく異なってｌ−まう。そこで両方の
符号化方式を利用するためには、それぞれの符号化方式
に対応する符号を別々に蓄積しでおかなければならなく
なってしまう。すなわち、１つの画像に対してプログレ
ッシブ用とシーケンシャル用との２つの符号を蓄積する
ことになり、画像情報を蓄積するための容量を浪費して
しまうという問題点がある。

また、伝送速度に応じてプログレッシブの方法を変化さ
せたいという要求もある。例えば、伝送速度がある程度
高速の場合には、最初の第１段階から多くの直交変換係
数を符号化して、多くの情報を伝送してしまうことがで
きる。しかし、伝送速度が非常に低速の場合には、最初
の第１段階では少しの直交変換係数のみを符号化して画
像全体の非常に大まかな情報のみを少ない情報量で伝送
すべきとなる。しかしながら、あらかじめプログレッシ
ブ用の符号を蓄積１−でおくためには、最初に送るべき
直交変換係数の個数などを固定しておかなければならず
、このような伝送速度に応じた符号化を実現できない。

本発明は、シーケンシャル用の符号を蓄積しておき、画
像情報の伝送の際にこれを復号してプログレッシブ用の
符号を生成することで、画像情報を効率良く蓄積してお
くことができ、しかも伝送速度に応じたプログレッシブ
符号化を実現できる、画像信号の符号化方式とその装置
を提供することを目自勺とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の画像信号の符号化方式は、複数の画素からなる
ブロック単位で画像信号を読み出し、上記ブロック単位
に直交変換を施Ｌ２て複数の変換係数を求め、上記変換
係数を量子化して各変換係数に対応する量子化インデッ
クスを求め、上記量子化インデックスを可変長符号化し
て生成される符号を蓄積しておき、画像情報を伝送する
際に上記符号を読み出して量子化インデックスを復号し
、上記ブロック内の複数の量子化インデックスを複数の
バンドに分割し、上記バンド毎にそのバンドに含まれる
上記量子化インデックスを可変長符号化して生成される
符号を全ブロックについで伝送することを特徴とする。

また、本発明の画像信号符号化装置は、複数の画素から
なるブロック単位で画像信号を読み出すブロック読み出
し部と、上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変
換係数を求める直交変換部と、上記変換係数を量子化し
て各変換係数に対応する量子化インデックスを出力する
量子化部と、上記ブロック内の複数の量子化インデック
スを複数のバンドに分割するｊ：めのバンド分割テーブ
ルを記憶するバンド分割テーブル記憶部と、上記バンド
分割テーブルを読み出して符号化すべきバンドに含まれ
る量子化インデックスの位置を記憶する符号化位置記憶
部と、上記符号化位置記憶部に記憶された上記位置に対
応する上記量子化インデックスのみを可変長符号化１−
で符号を出力する符号化部と、上記符号化部から出力さ
れる符号を蓄積する符号蓄積部と、上記符号蓄積部に蓄
積された符号を復号して量子化インデックスを出力する
復号化部と、上記符号化部から出力される符号を伝送す
る符号伝送部と、上記画像信号を符号化し蓄積する際に
は全バンドを符号化するよう上記符号化位置記憶部に位
置を記憶させ上記画像信号を符号化して符号を蓄積する
処理を制御し、画像情報を伝送する際には上記バンド毎
にそのバンドのみを可変長符号化するよう上記の符号化
位置記憶部に位置を記憶させた上で全ブロックに対して
蓄積された上記符号から量子化インデックスを復号して
上記バンドに含まれる上記量子化インデックスのみを符
号化して伝送する処理を制御する制御部とで構成される
。

（作用） 本発明の画像信号の符号化方式について説明する。

まず、複数の画素からなるブロック単位で画像信号を読
み出す。このブロックとしては、ｎＸｎ画素からなる正
方形のブロックを用いる場合が多い。

次に、このブロック単位に直交変換を施して複数の変換
係数を求める。この直交変換としては、２次元の離散コ
サイン変換やアダマール変換など、任意の直交変換を用
いることができる。もしｎＸｎ画素からなる正方形のブ
ロックを用いた場合、この複数の変換係数も１ブロツク
当たりｎＸｎ個となる。

そして、各変換係数をあらかじめ与えられた量子化ステ
ップで割ることにより量子化を行い、各変換係数に対応
する量子化インデックスを求める。ただし、ここでは全
ての変換係数を同一の量子化ステップで量子化すること
にするが、各変換係数のブロック内での位置に応じて、
異なる量子化ステップを用いることもできる。

こうして求められた量子化インデックスを可変長符号化
して、生成される符号を蓄積しておく。

このように蓄積された画像情報をプログレッシブ符号化
を形態で伝送する際には、まず蓄積された符号を読み出
して、量子化インデックスを復号する。そして、ブロッ
ク内の複数の量子化インデックスをあらかじめ定められ
たバンド分割方法に従って複数のバンドに分割する。こ
うして分割された各バンドは、それぞれ１つ以上の量子
化インデックスを含んでいる。このようにバンド分割方
法をあらかじめ定めておく代わりに、画像の統計量や画
像情報の伝送速度に合わせて決定することもできる。

こうして分割されたバンドの内で、まず第１のバンドに
含まれる量子化インデックスのみを全ブロックについて
可変長符号化して伝送する。次に、第２のバンド、第３
のバンドと順次各バンドに含まれる量子化インデックス
を可変長符号化して伝送する。

復号側では、まず第１のバンドに含まれる量子化インデ
ックスに基づいて画像の復号を行い、粗い画像を表示す
る。そして、第２、第３のバンドの情報を得ることによ
り、順次精細な画像を復号して表示する。

このように各量子化インデックスをバンド毎に符号化し
て伝送することにより、プログレッシブな符号化を実現
できる。

（実施例） 以下、図面により本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の画像信号の符号化方式を実現する符号
化装置の一例を示すブロック図である。なお、以下の説
明では直交変換として２次元の離散コサイン変換を用い
ているが、アダマール変換などの直交変換を用いること
も可能である。

第１図に示すように、ブロック読み出し部１によってＤ
ＣＴ変換を行うブロック単位に画像信号を読み出す。例
えば、１画素当たり８ｂｉｔの画像信号を縦８画素、横
８画素の計６４画素を１ブロツクとして読み出す。そし
て、ＤＣＴ変換部２は読み出された１ブロツク分の画像
信号１０１の２次元離散コサイン変換を行い、８×８個
の変換係数１０２を計算する。

こうして計算された変換係数１０２を受けて、量子化部
３は変換係数１０２をあらかじめ与えられた量子化ステ
ップで割ることにより量子−化を行い、各変換係数１０
２に対応する量子化インデックス１０３を出力する。た
だし、ここでは全ての変換係数を同一の量子化ステップ
で量子化することにするが、各変換係数１０２のブロッ
ク内での位置に応じて、異なる量子化ステップを用いる
こともできる。

第２図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は、ブロック内の複数の
量子化インデックスを複数のバンドに分割する方法を示
す説明図である。第２図（ａ）に示すように、バンド分
割テーブル記憶部４には、ブロック内の各量子化インデ
ックス１０３の位置に対応して、その量子化インデック
ス１０３が含まれるバンドを示す情報が記憶されている
。

そして、まず量子化部３から出力される量子化インデッ
クスＪ−０３を符号イ旧−て蓄積する際には、制御部１
０から全バンドを符号化することを示す制御情報が、符
号化位置記憶部５に送られる。この制御情報を受けた符
号化位置記憶部５は、第２図（ｂ）に示すようにバンド
分割テーブル記・境部４の内容とは無関係にブロック内
の全ての量子化インデックス１０３の位置を、符号化す
べき位置】０５とｉ〜で記憶する。こ、二で位置１０５
において、“′１″は符号化する係数位置を示し、＋１
０１１は符号化ｌ−ない係数位置を示す。

次に符号化部６は、符号化位置記憶部５から符号化すべ
きブロック内の量子化インデックス１０３の位置１０５
を読み出し、この位置１．０５に対応１〜で量子化部３
から出力される量子化インデックス１０３を可変長符号
化して、符号１０６を出力する。ただし、この場合はブ
ロック内の全ての量子化インデックス１０３の位置が符
号化ずべき位置１０５どして指定されているので、ブロ
ック内の全ての量子化インデックス１０３を可変長符号
化して出力することになる。

こうして出力される符号１０６は、符号蓄積部７に蓄積
される。

画像情報の伝送の際に、まず符号蓄積部７に蓄積された
１０６を読み出して、復号化部８において符号１０６の
復号処理を行い量子化インデックス１０８を復号する。

この量子化インデックス１０８は、量子化インデックス
１０３と同一のものである。

そして制御部１０は、ブロック内の符号化すべきバンド
として、第１４のバンドを示す制御情報を符号化位置記
憶部５に送る。この制御情報を受けた符号化位置記憶部
５は、バンド分割テーブル記憶部４がらバンドを示す情
報を読み出１７、第２図（ｅ）に示すように、第１のバ
ンドを含まれる量子化インデックス１０８の位置を符号
化すべき位置１０５として記憶する。

次に符号化部６は、符号化位置記憶部５から符号化スヘ
キフロック内の量子化インデックス１０８の位置１０５
を読み出し、復号化部８から出力される量子化インデッ
クス１０８の内で、位置１０５で示されるもののみを可
変長符号化して、符号１１６を出力する。

こうして出力された符号１１６は、符号伝送部９がら伝
送される。

このような第１のバンドに含まれる量子化インデックス
１０８の符号化から伝送までの処理を画像内の全ブロッ
クについて行った後に、制御部１０はブロック内の符号
化すべきバンドどして第２のバンドを示す情報を符号化
位置記憶部５に送る。そＬ７て、第２のバンドに含まれ
る量子化インデックス１０８が、同様に処理されて符号
化伝送部９から符号１１６が伝送される。

以下、同様に各バンドが順番に符号化されて伝送され、
ブロック内の全てのバンドが符号化されて伝送されるま
で制御部１０は処理を繰り返す制御を行う。

なお、ここでは各バンドを符号化する毎に復号化部８で
符号１０Ｇの復号処理を行って量子化インデックス１０
８を復号するものとした。その代わりに、復号化部８に
量子化インデックス１０８のメモリを設けており、第１
のバンドを復号化するときのみこの復号処理を行い、以
下のバンドを符号化するときにはこのメモリに記憶され
た量子化インデックス１０８を用いることもできる。

ここで、符号蓄積部７に蓄積された符号１０６は全ての
量子化インデックス１０３を符号化したものであるので
、シーケンシャル用の符号となっており１、：の符号を
そのまま復号すれば、シーケンシャルな画像の復号が実
行できる。

また、画像情報の伝送の際には、ブロック内の各バンド
毎に量子化インデックス１０８を符号化して伝送してい
るので、これを逆変換して復号することよりプログレッ
シブな画像の伝送および復号が実行できる。

さらに、符号蓄積部７に蓄積された符号１０６をそのま
ま伝送すれば、シーケンシャルな画像の伝送および復号
も実行できる。

このように、シーケンシャル用の符号を蓄積しておくの
みで、シーケンシャルとプログレッシブの両方を実現す
ることができる。

また、バンド分割テーブル記憶部４に記憶されたバンド
分割テーブルを変化させることにより、全体のバンドの
数や各バンドに含まれる量子化インデックスの数を変化
させることができる。これにより、プログレッシブに画
像情報を伝送する際の各段階で伝送する情報量や、画像
が段階的に精細となる様子を自由に設定できる。従って
、様々な伝送速度や画像を対象とした場合でも、それに
応じたプログレッシブ符号化方式を実現できる。

以上の説明においてはブロックサイズを８×８として説
明したが、別のサイズや形状を用いても差し支え無い。

また、以上の説明においては画像信号として特に規定は
していないが、多値の白黒画像、ＲＧＢの各カラー成分
画像、Ｙ・（Ｒ−Ｙ）・（Ｂ−Ｙ）等の輝度・色差信号
は、すべてこの画像信号の中に含まれる。

同様に、テレビジョン信号等の動画像におけるフレーム
間差分信号においても適用でき、十分な効果を得ること
ができる。このフレーム間差分信号については、参考文
献：［テレビジョン　バンドウイドス　コンプレッショ
ン　トランスミッション　バイ　モーション　モンペン
セイティトインターフレーム　コーディング（Ｔｅｌｅ
ｖｉｓｉｏｎＢａｎｄｗｉｄｔｈ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉ
ｏｎ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｂｙ　Ｍｏｔｉｏｎ
−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ　Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ　Ｃ
ｏｄｉｎｇ）　Ｊアイ・イー・イー・イー　コミュニケ
ーション　マガジン（ＩＥＥＥ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔ
ｉｏｎ　Ｍａｇａｚｉｎｅ）誌、１９８２年１１月号、
２４−３０頁に詳細に述べられている。

（発明の効果） 以上述べたように本発明の画像信号の符号化方式および
その装置を用いることにより、シーケンシャル用の符号
を蓄積しておき、画像情報の伝送の際にこれを復号して
プログレッシブ用の符号を生成できる。従って、画像情
報を効率良く蓄積しておくことができ、しかも伝送速度
に応じたプログレッシブ符号化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像信号の符号化方式を実現する符号
化装置の一例を示すブロック図、第２図（ａ）、（ｂ）
、（Ｃ）はブロック内の複数の量子化インデックスを複
数のバンドに分割する方法を示す説明図である。 図において、 １・・・ブロック読み出し部、２・・・ＤＣＴ変換部、
３・・・量子化部、４・・・バンド分割テーブル記憶部
、５８０．符号化位置記憶部、６・・・符号化部、７・
・・符号蓄積部、８．・・復号化部、９・・・符号伝送
部、１０・・・制御部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の画素からなるブロック単位で画像信号を読
   み出し、上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変
   換係数を求め、上記変換係数を量子化して各変換係数に
   対応する量子化インデックスを求め、上記量子化インデ
   ックスを可変長符号化して生成される符号を蓄積してお
   き、画像情報を伝送する際に上記符号を読み出して量子
   化インデックスを復号し、上記ブロック内の複数の量子
   化インデックスを複数のバンドに分割し、上記バンド毎
   にそのバンドに含まれる上記量子化インデックスを可変
   長符号化して生成される符号を全ブロックについて伝送
   する画像信号の符号化方式。
2. （２）複数の画素からなるブロック単位で画像信号を読
   み出すブロック読み出し部と、上記ブロック単位に直交
   変換を施して複数の変換係数を求める直交変換部と、上
   記変換係数を量子化して各変換係数に対応する量子化イ
   ンデックスを出力する量子化部と、上記ブロック内の複
   数の量子化インデックスを複数のバンドに分割するため
   のバンド分割テーブルを記憶するバンド分割テーブル記
   憶部と、上記バンド分割テーブルを読み出して符号化す
   べきバンドに含まれる量子化インデックスの位置を記憶
   する符号化位置記憶部と、上記符号化位置記憶部に記憶
   された上記位置に対応する上記量子化インデックスのみ
   を可変長符号化して符号を出力する符号化部と、上記符
   号化部から出力される符号を蓄積する符号蓄積部と、上
   記符号蓄積部に蓄積された符号を復号して量子化インデ
   ックスを出力する復号化部と、上記符号化部から出力さ
   れる符号を伝送する符号伝送部と、上記画像信号を符号
   化し蓄積する際には全バンドを符号化するよう上記符号
   化位置記憶部に位置を記憶させ上記画像信号を符号化し
   て符号を蓄積する処理を制御し、画像情報を伝送する際
   には上記バンド毎にそのバンドのみを可変長符号化する
   よう上記の符号化位置記憶部に位置を記憶させた上で全
   ブロックに対して蓄積された上記符号から量子化インデ
   ックスを復号して上記バンドに含まれる上記量子化イン
   デックスのみを符号化して伝送する処理を制御する制御
   部とで構成される画像信号の符号化装置。