JPH02170671A - 画像信号の符号化方式とその装置 - 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方式およびそ
の装！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、−有情報
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
ない情報量しか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くして
おけば、通信回線の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直ちに表示す
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
必要な画像のみを献策したい場合、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、全部の直交変換係数を伝送する代わりに
、まず直交変換係数のうち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、わずかの時間で情報を伝送してしまうことが可
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、このようなプログレッ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。

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き、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、シーケ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しまう、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て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。反対に、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
することになる。しかし、あらかじめプログレッシブ用
の符号を蓄積しておくためには、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。

これらの問題点を解決するために、シーケンシャル用の
符号を蓄積しておき、シーケンシャル符号化方式の時に
はそのまま画像を復号し、プログレッシブ符号化の時に
は、まず、それらを量子化後の直交変換係数まで復号し
て第１段階ではその一部分を符号化し伝送し、順次段階
的に多くの符号を伝送するという方法がある。

この方法は、画像を直交変換し、直交変換係数を量子化
して可変長符号化し、シーケンシャル用の符号として蓄
積しておき、シーケンシャル符号化方式の時はそのまま
画像を復号する。また、プログレッシブ符号化方式の時
は、はじめにシーケンシャル用の符号を可変長復号化し
、量子化後の直交変換係数に戻す。そして第１ステージ
ではその中で電力が集中している部分を画像全体につい
て符号化して伝送し、以後のステージでは残りの量子化
後の直交変換係数を符号化し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。従って初期のステ
ージでは電力が集中している部分の直交変換係数のみが
符号化されて送られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の方法をとると、プログレッシブ符号化方式では、
量子化後の直交変換係数のうち電力が集中している部分
から符号化して伝送するため、初期のステージでは一部
の直交変換係数しか送れない。従って、一部の直交変換
係数のみから画像を復号するため解像度が悪化して再生
画像がぼけてしまうという問題点があった。

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量子化後の直交変換係数まで
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、更に初
期のステージから全ての直交変換係数に関する成分を符
号化、伝送することにより、解像度の良い画像が復元で
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
目的とする。

〔課題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、前記ブロック単位
に直交変換を施して複数の変換係数を求め、前記変換係
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、前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、画像情報を複数のステ
ージに分割して伝送する際に量子化インデックスを構成
するビットのうち各ステージで伝送すべき少くとも１個
のビット位置を与えておき、前記符号を読み出して量子
化インデックスを復号し、前記各ステージで各量子化イ
ンデックスの前記の少くとも１個のビット位置に対応す
る部分を可変長符号化して符号を生成し、前記の各ステ
ージごとに生成された符号を全ブロックについて伝送す
るように構成される。

また、本発明の画像信号の符号化装置は、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、前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、前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、前記画像信号を符号化し蓄積する際には
前記量子化インデックスを構成する全ビットを可変長符
号化し画像情報を複数のステージに分割して伝送する際
には量子化インデックスを構成するビットのうち各ステ
ージで符号化すべき少くとも１個のビット位置に対応す
るものを可変長符号化して符号を出力する符号化部と、
前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、前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、前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、前記の各ステ
ージで量子化インデックスを構成するビットのうち伝送
すべきビット位置を記憶するビット位置記憶部と、前記
画像信号を符号化し蓄積する際には前記量子化インデッ
クスを構成する全ビットを符号化するよう前記符号化部
を制御し、前記画像情報を複数のステージに分割して伝
送する際には前記量子化インデックスを構成するビット
のうち各ステージで符号化すべき少くとも１個のビット
位置に対応するものを符号化するよう前記符号化部を制
御する制御部とを備えて構成される。

〔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ブロック
当り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。

この量子化インデックスを可変長符号化する方法として
は、ブロック内のすべての量子化インデックスをそれぞ
れ個別に可変長符号化する方法が一般的だが、その他に
も有意な量子化インデックス（０でない量子化インデッ
クス）のブロック内での位置と大きさとを可変長符号化
する方法や、まずブロック内の量子化インデックスをジ
グザグにスキャンして連続するＯの量子化インデックス
をゼロラインとして−まとめにしてしまい、その長さを
可変長符号化する方法など、様々な方法がある。

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
の形態で複数のステージに分割して伝送する際には、量
子化インデックスを構成するビットのうち各ステージに
おいて符号化すべき１つまたは複数個のビット位置をあ
らかじめ定めておく、ただし、このようにビット位置を
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。

次に、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、量子化インデックスを構成する
ビットのうち第１ステージにおいて定めた１つまたは複
数個のビット位置に対応するものを可変長符号化し符号
を伝送する。このような符号の伝送を全ブロックについ
て実行して、第１ステージを終了する。

同様に、量子化インデックスを構成するビットのうち、
第２ステージにおいて定めた１つまたは複数個のビット
位置に対応するものを可変長符号化し符号を伝送する。

このような符号の伝送を全ブロックについて実行する。

以下のステージでも同様である。

復号側では、まず第１ステージで伝送された符号を可変
長復号し、第１ステージで定めた量子化インデックスを
構成する１つまたは複数個のビット位置に対応した部分
に入れる。量子化インデックスを構成するビットのうち
、まだ送られてきていないビット位置に対応する部分に
はあらかじめ定めた任意の値を入れて量子化インデック
スを構成し、逆量子化、逆直交変換することにより、粗
い画像を表示する。

次に、第２ステージでは、第２ステージで伝送された符
号を可変長復号し、第２ステージで定めた量子化インデ
ックスを構成する１つまたは複数個のビット位置に対応
した部分に入れる。量子化インデックスを構成するビッ
トのうち、まだ送られてきていないビット位置に対応す
る部分にはあらかしめ定められた任意の値を入れて量子
化インデックスを構成し、逆量子化、逆直交変換するこ
とにより、画像を表示する。

同様に第３．第４のステージ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。

このように量子化インデックスを構成する量子化ビット
のうち各ステージにおいてあらかじめ定められた１つま
たは複数個のビット位置に対応するものを符号化し、伝
送することにより初期のステージから解像度の良いプロ
グレッシブな符号化が実現できる。

〔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の画像信号の縦８画素１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１０２
に対応する量子化インデックス１０３を出力する。ただ
し、ここではすべ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。

符号化部４は、これらの量子化インデックス１０３の可
変長符号化を行い、符号１０４を生成して出力する。こ
の可変長符号化において、符号化部４は制御部９の制御
により、量子化インデックス１０３を構成する全ビット
を符号化して符号１０４を出力する。こうして出力され
た符号１０４は、符号蓄積部らに蓄積される。

第２図は量子化インデックス１０３を複数のステージに
分割して伝送する際の各ステージで符号化するビット位
置の分割方法の一例である。第２図に示すように量子化
インデックス１０３が８ビツトで構成されている場合、
例えば、第１ステージで上位２ビツトを符号化し、第２
ステージでは次の上位３ヒツトを符号化し、第３ステー
ジでは下位３ビツトを符号化するとする。

このように画像情報を複数のステージに分割して伝送す
る際には、ビット位置記憶部７に、各ステージにおいて
量子化インデックスを構成するビットのうち伝送するべ
きビットの位置１０７をあらかじめ記憶させておく。そ
して、まず符号蓄積部５に蓄積された符号１０４を読み
出して、復号（ヒ部６において符号１０４の復号処理を
行い量子化インデックス１０６を復号する。この量子化
インデックス１０６は、量子化インデックス１０３と同
一のものである。

次に、制御部９は第１ステージにおいて符号化すべき１
つまたは複数個のビット位置１０７を読み出して、符号
化部４の制御を行う。

符号化部４は、制御部９に制御されて量子化インデック
ス１０６の符号化を行い、符号１１４を出力する。

符号化部４で生成された符号１１１１は、符号伝送部８
を通じて伝送される。そして、すべてのブロックの符号
１１４を伝送して第１ステージを終了する。

次に第２ステージにおいては、制御部っけ第２ステージ
において符号化すべき１つまたは複数個のビット位置１
０７を、ビット位置記憶部７から読み出して、第１ステ
ージと同様に符号化部４を制御して、符号１１４を伝送
する。

このように符号化部４で生成された符号１］４は、符号
伝送部８を通じて伝送される。そして、すべてのブロッ
クの符号１１４を伝送して第２ステージを終了する。

以下のステージでも第２ステージと同様の処理を行い、
最終ステージの処理を行ってから画像情報の伝送処理を
終了する。

なお、ここでは復号化部６に量子化インデックス１０６
のメモリを設けておき、第１ステージのみこの復号処理
を行い、以下のステージではこのメモリに記憶された量
子化インデックス１０６を用いることにした。

ここで、符号蓄積部５に蓄積された符号１０４はすべて
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、この符号を
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、量子化インデックスを
構成しているビットのうち、ビット位置記憶部７で各ス
テージ毎にあらかじめ決められているビット位置に対応
するものを符号化して伝送しているので、復号側ではこ
れを量子化インデックスまで復号し前記ビット位置に対
応した部分に入れる。そして、まだ送られてきていない
ビット位置に対応する部分にはあらかじめ定めた任意の
数値を入れ画像を復号することに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５に蓄積された符号１０４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、ビット位置記憶部７に記憶されたビット位置の個
数を変化させることにより、プログレッシブに画像情報
を伝送する際の各ステージ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。

さらに、初期のステージにおいては量子化インデックス
の上位ビットを符号化して伝送する。符号を伝送する際
には、伝送速度の関係からブロック内の全ての量子化イ
ンデックスを全ピット送るには時間がかかる。従って、
短時間で量子化インデックスの全ビットを送ろうとする
とブロック内の一部の量子化インデックスしか送れない
。しかし、上位ビットしか送らない場合は短時間にブロ
ック内のすべての量子化インデックスを送ることができ
る。従って本方式を用いた場合、復号側ではブロック内
の全量子化インデックスの上位ビットから画像を復号す
るため階調性は多少落ちるが、全量子化インデックスか
ら画像を復号することができるので解像度の良い画像を
復元できる。

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ない。

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、文献：「テレビジ
ョン　バンドウィドス　コンプレッション　トランスミ
ッション　バイ　モーション　コンベンセイティド　イ
ンターフレーム　コーディング（Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ
　　ＢａｎｄｗｉｄｔｈＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　　ｔ
ｒａｎｓ＋ｕｉｓｓｉｏｎ　　ｂｙ　　Ｍｏｔｉｏｎ−
ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ　　Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ　　
Ｃｏｄｉｎｇ）　　」　フイ・イー・イー・イー　コミ
ユニケージジン　マ力ジン（ＩＥＥＥ　　Ｃｏｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉｏｎ　　Ｍａｇａｚｉｎｅ）　　誌、　１９
８２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。また、初期のス
テージから高周波成分を送るため、解像度のよい画像が
復元できる。

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解像度のよいプログレッシブ符
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図は量子化インデ
ックスを複数のステージに分割して伝送する際の各ステ
ージで符号化するビット位置の分割方法の一例を示す説
明図である。 １・・・ブロック読み出し部、２・・・ＤＣＴ変換部、
３・・・量子化部、４・・・符号化部、５・・・符号蓄
積部、６・・・復号化部、７・・・ビット位置記憶部、
８・・・符号伝送部、９・・・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、前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、前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、前記量子化インデ
   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、画像情報を複数のステージに分割して伝送する際に
   量子化インデックスを構成するビットのうち各ステージ
   で伝送すべき少くとも１個のビット位置を与えておき、
   前記符号を読み出して量子化インデックスを復号し、前
   記各ステージで各量子化インデックスの前記の少くとも
   １個のビット位置に対応する部分を可変長符号化して符
   号を生成し、前記の各ステージごとに生成された符号を
   全ブロックについて伝送することを特徴とする画像信号
   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、前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、前
   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、前記画像信号を符号
   化し蓄積する際には前記量子化インデックスを構成する
   全ビットを可変長符号化し画像情報を複数のステージに
   分割して伝送する際には量子化インデックスを構成する
   ビットのうち各ステージで符号化すべき少くとも１個の
   ビット位置に対応するものを可変長符号化して符号を出
   力する符号化部と、前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、前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、前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、前記の各ステージで量子化インデックスを構成す
   るビットのうち伝送すべきビット位置を記憶するビット
   位置記憶部と、前記画像信号を符号化し蓄積する際には
   前記量子化インデックスを構成する全ビットを符号化す
   るよう前記符号化部を制御し、前記画像情報を複数のス
   テージに分割して伝送する際には前記量子化インデック
   スを構成するビットのうち各ステージで符号化すべき少
   くとも１個のビット位置に対応するものを符号化するよ
   う前記符号化部を制御する制御部とを備えたことを特徴
   とする画像信号の符号化装置。