JPH03250865A - 圧縮データ量制御方式 - 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］ この発明は静止画像データを可変長符号によって圧縮し
て伝送または記録する際に、圧縮後のデータ量が要求さ
れるデータ量となるように制御する圧縮データ量制御方
式に関する。

〔従来の技術〕

自然画符号化方式の標準化を図るために“Ｂａ５ｅｌｉ
ｎｅ　Ｓｙｓｔｅｍ″や“Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｓｙｓｔ
ｅｍ”等の各種国際標準化方式が提案されている。

第７図は国際標準化方式のうちの“Ｂａ５ｅｌｉｎｅＳ
ｙｓ　ｔｅｍ”の処理手順を示す概略図である。このシ
ステムは一枚の入力画像を１ブロック８×８画素の複数
ブロックに分割し、各ブロック毎に２次元の離散コサイ
ン変換（Ｄ　ＣＴ　：　Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ＣｏＣｏ５
１ｎｅＴｒａｎｓｆｏｒを行い（処理Ｐ１）、得られる
ＤＣＴ係数に８×８個の閾値からなる量子化マトリクス
の各閾値を除算することで量子化を行う（処理Ｐ２）。

第８図および第９図は輝度信号用および色差信号用の量
子化マトリクスの例である。

量子化したＤＣＴ係数のうち直流（ＤＣ）成分は前のブ
ロックで量子化したＤＣ成分と差分を取り、その差分の
ビット数をハフマン符号化する。

交流（ＡＣ）成分はブロック内でジグザグスキャンを行
って一次元の数列に変換し、有効係数のビット数と連続
する零（無効係数）の個数とで２次元のハフマン符号化
を行う（処理Ｐ３およびＰ４）。

第１０図にジグザグスキャンのテーブルの例を示す。

なお、処理Ｐ２における量子化のときに、量子化マトリ
クスの各閾値に対しである係数（スケールファクタ）を
乗算したのちＤＣＴ係数の除算を行う。圧縮画像の画質
および圧縮率はこのスケールファクタによって調整され
る。

こうして圧縮したデータは、処理Ｐ１〜Ｐ４と逆の処理
によって伸張する。すなわち、処理Ｐ５におけるハフマ
ン復号化、処理Ｐ６におけるＤＣ成分およびＡＣ成分の
復号化、処理Ｐ７における逆量子化および処理Ｐ８にお
ける逆ＤＣＴ（ＩＤＣＴ）である。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、前述のシステムでは可変長符号であるハフマ
ン符号を用いてデータ圧縮を行っているため、圧縮後の
全データ量は圧縮工程（処理Ｐ１〜Ｐ４）が終了するま
で知ることが出来ない。このため、予め設定したデータ
量の範囲内で符号化を行う必要がある場合は、何らかの
データ量の制御が必要となる。

この発明は圧縮後のデータ量が要求されるデータ量とな
るように制御することの出来る圧縮データ量制御方式を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、一枚のディジタル画像を、１ブロックｎ×
ｎ画素からなる複数のブロックに分割し、各ブロック毎
に離散コサイン変換を行い、変換して得られるｎ×ｎ個
の変換係数を、ｎ×ｎ個の閾値からなる量子化マトリク
スの各閾値で除算して量子化を行い、離散コサイン変換
後または量子化後の変換係数を、直流成分から高周波成
分に向かって一定の順序で一次元の数列に変換し、変換
して得られる数列中の連続する零の個数を符号化するデ
ータ圧縮方式であって、一次元の数列ａｐ（ｐ＝０．１
．・・・、ｎ”−１）に対し特定の値ｋを設定し、数列
ａｐの中で「ｋ≦Ｐ≦ｎ　２−　Ｉ　Ｊなる条件を満た
す係数ａｐを零とした後、連続する零の個数を符号化し
てデータ圧縮を行うと共に、離散コサイン変換係数のＡ
Ｃ成分の２乗和の累積分布を各ブロック毎に求め、この
累積分布から所望の圧縮データ量に比例換算した関数Ｇ
を決定し、この関数Ｇと実際の圧縮データ量の累積値■
とをブロック毎に比較し、累積値■が関数Ｇに追随する
ように変数にの値をブロック毎に調整して圧縮後のデー
タ量が所望のデータ量となるように制御するものである
。

〔作　用］ この発明において、変数にのブロック毎の調整は次のよ
うにして行う。まず、ブロック５（ｓ＝１２、・・・、
Ｔ）毎に離散コサイン変換係数Ｆ　ｕｖのＡＣ成分の２
乗和す、を求める。次いで、このＡＣ成分の２乗和の全
ブロックについて累積分布Ｂｓを求め、さらに累積分布
Ｂ３の最大値Ｂ↑が圧縮後の所望のデータ量に対応する
ように比例換算したデータ量関数Ｇ、を次式で求める。

こうして求めたデータ量関数Ｇ、と実際の圧縮データ量
の累積値■３とをブロック毎に比較し、Ｇ、＜Ｖ、なら
ば変数ｋから調整値Δｋを引いた値を次ブロックの変数
にとし、Ｖ、＜Ｇ、ならば変数ｋに調整値Δｋを加えた
値を次ブロックの変数にとし、Ｖ　ｓ　＝Ｇ　ｓならば
そのままとする。

このようにしてブロック毎に変数にの値を設定し、量子
化後の変換係数の一次元の数列ａｐ中の「ｋ≦ｐ≦ｎ！
１．なる関係を満たす係数ａｐを零にして、圧縮データ
量累積値■３を関数Ｇ、に追随させる。

［実施例］ 第１図はこの発明による圧縮データ量制御方式の処理手
順の一実施例を示す概略図で、第７図と同一部分には同
一符号を付して説明する。

まず、入力画像データを水平および垂直方向に１ブロッ
クｎ×ｎ画素、例えば８×８画素からなる複数ｐｘｑ個
のブロックに分割し、各ブロック毎に２次元の離散コサ
イン変換（ＤＣＴ）を施す（処理ＰＬ）。

ＤＣＴは周波数領域における直交変換の一種で、変換係
数をＦｕｖ（ｕ、ｖ＝ｏ、１．−、ｎ−１）、１ブロッ
ク分の入力画像データをｆ　４７（ｉ、ｊ＝０．Ｉ、・
−、ｎ−１）　とすると、 但し、Ｇ＝１／７２　　（ｗ＝ｏ） ＝１　　　（Ｗ≠０） で定義される。得られる変換係数Ｆ　ｕｖは１ブロック
分の入力画像データを空間周波数に分解した成分を示す
。

変換係数Ｆ　ｕｖにおいて、係数Ｆ０゜は入力画像デー
タｆ　ｉｊのｎ×ｎ画素の平均値に比例した値（ＤＣ成
分）を示し、ｕ、ｖが大きくなるにつれて空間周波数の
高い成分（ＡＣ成分）を表す。

二のようにして得られるＤＣＴ係数Ｆ　ｕｖは一画面毎
にメモリに記憶される（処理Ｐ１０）。記憶された係数
Ｆ　ｕｖはブロック毎に次式で表されるＡＣ成分の２乗
和ｂ　ｓ　（ｓ＝１，２．−、ｐＸｑ）が取られる（処
理ｐＨ）。

次いで、一画面の全ブロックについて各ブロック毎に次
式で表される２乗和す、の累積分布Ｂｓを求め（処理Ｐ
１２）、 さらに、累積分布Ｂ、の最大値、すなわちＡＣ成分の２
乗和す、の全ブロックについての総和Ｂ７（Ｔ＝ｐＸｑ
）が圧縮後の所定のデータ量に対応するように比例換算
したデータ量関数Ｇ、を求める（処理Ｐ１３）。

第２図に２乗和す５、累積分布Ｂ、およびデータ量関数
Ｇ、の一例を示す。

メモリに記憶された一画面分のＤＣＴ係数は、ブロック
毎に読み出されてｎ×ｎ個の閾値からなる量子化マトリ
クスの各閾値にスケールファクタを乗算した値で除算さ
れ、量子化される（処理Ｐ２）。スケールファクタによ
る乗算処理は量子化マトリクスの各閾値にビットシフト
を施すことによって行う。

次いで、ＤＣ成分については前のブロックで量子化した
成分と差分を取り（処理Ｐ３０）、差分のビット数をハ
フマン符号化する（処理Ｐ４）。

ＡＣ成分については、第１０図に示す順序でジグザグス
キャンを行い一次元の数列ａｐ（ｐ＝１＋２＋・・・、
６３）に変換する（処理Ｐ３１）。第３図に量子化後の
ＤＣＴ係数のマトリクスを示し、第４図（ａ）にジグザ
グスキャン後の一次元数列ａｐを示す。

次に、この数列ａｐに対し「ｋ≦ｐ≦６３」なる関係を
満たす係数ａ９を零とする処理を行う（処理Ｐ３２）。

第４図（ｂ）はｒｋ＝８Ｊとした例を示す。

第３図および第４図から明らかように、処理Ｐ３２は数
列ａｐのに番目以降の高周波成分を零にする処理で、一
種のローパスフィルタ処理に相当する。

従って、ｋの値を変化させることによって連続する零の
個数を変化させることができ、圧縮後のデータ量、すな
わち圧縮率を調整することが出来る。

次いで、連続する零の個数をランレングス符号化しく処
理Ｐ３３）、このランレングス符号化した連続する零の
個数データと有効係数のビット数とで２次元のハフマン
符号化を行う（処理Ｐ４）。

ハフマン符号化はＤＣ成分およびＡＣ成分共に量子化し
た係数値そのものを使用せず、その値を表現するのに必
要なビット数をハフマン符号化する。

そしてハフマン符号とは別にそのビット数の値を付加情
報として付は加える。例えば、量子化した係数が２（１
０進数）とした場合、２進数で表現すると“０００・・
・０１０　”となるが、これを表現するのに必要なビッ
ト数２をこの値を代表する値としてハフマン符号化し、
２ビツトのデータ“１０”を付加ビットとして付加する
。

他方、量子化した係数が負の場合は付加ビットから１を
引いたデータを付加する。例えば、量子化した係数が−
２（１０進数）であるとすると、２進数（２の補数表示
）で表現すると“′１１１・・・１１０”となり、下２
ビットが付加ビットとなるが、“１０”から「１」を引
いた“０１”を付加ビットとして付加する。こうするこ
とにより、量子化した係数が正のときは付加ピントが１
で始まり、負であれば０で始まることになり、正負の判
別が容易に行える。

続いて、圧縮した１ブロック分の画像データの圧縮後の
データ量を計数しく処理Ｐ１４）、その累積データ量Ｖ
、と処理Ｐ１３で求めたデータ量関数Ｇ、とを比較しく
処理Ｐ１５）、ローパスフィルタ処理における変数にの
調整を行う（処理Ｐ１６）。

すなわち、Ｇ３　＜Ｖ、ならば変数ｋを「ｋ−Δｋ」と
して連続する零データの個数を増加させ、圧縮後のデー
タ量が減少するようにし、逆に■。

＜Ｇ、ならば変数ｋを「ｋ＋Δｋ」として連続する零デ
ータの個数を減少させ、圧縮後のデータ量が増加するよ
うにし、Ｖｓ”Ｏｓならばそのままとして次ブロックの
データ圧縮処理を行う。

この一連の処理は全ブロックについて繰す返され、第５
図に示すように、圧縮後の累積データ量■、がデータ量
関数Ｇ、に追随しながら所望のデータ量となるようにブ
ロック毎に変数ｋを制御する。

圧縮データを伸張するには、従来どおりのデータ伸張処
理を行えばよい。すなわち、まずハフマン復号化を行い
（処理Ｐ５）、ＤＣ成分に関しては差分復号化、ＡＣ成
分についてはランレングス復号化を行った後、ジグザグ
スキャンの順序にデータを並べ替えて１ブロック分の変
換係数を得（処理Ｐ６）、この変換係数に量子化マトリ
クスの各閾値にスケールファクタを乗算した値を乗算し
て逆量子化を行い（処理Ｐ７）、さらに逆離散コサイン
変換（Ｉ　Ｄ　ＣＴ）を行って（処理Ｐ８）、伸張処理
を終了する。この場合、データ伸張時に使用した変数に
はデータ伸張時には不要となるので、従来の方式による
伸張処理が行える。

次に、第６図のフローチャートを参照しながらデータ圧
縮処理の動作について詳説する。

まず、システムの初期設定を行う（ステップＳ１）。す
なわち、ＡＣ成分の２乗和す５．２乗和す、の累積分布
Ｂ５．２乗和す、の全ブロックについての総和Ｂｒおよ
びデータ量関数Ｇ、の各値をそれぞれリセットし、さら
にブロック番号Ｓの値を初期値「１」に設定する。

次いで、最初の１ブロック分の画像データを入力しくス
テップＳ２）、ＤＣＴを行う（ステップ３３）。ＤＣＴ
によって得た変換係数Ｆ　ｕＶは一旦メモリにストアす
る（ステップＳ４）。次いで、当該ブロックのＡＣ成分
の２乗和す、を演算しくステップＳ５）、その累積分布
Ｂ、を求める（ステップＳ６）。今の場合、最初のブロ
ック（Ｓ＝１）の処理中であるので、Ｂｓ　＝ｂｔとな
る。

続いて、全ブロックについて処理したか否か判定する（
ステップ３７）。今の場合、まだ全ブロックの処理を終
了していないので、ブロック番号Ｓに「１」を加え（ス
テップＳ８）、次のブロックの画像データを入力しくス
テップＳ２）、前述のステップＳ３〜Ｓ７の処理を繰り
返す。

全ブロックの処理が終了すると、ブロック番号Ｓを変数
とするデータ量関数Ｇ、を求め（ステップＳ９）、次い
でローパスフィルタ処理の変数にとして初期値ｋｏを設
定しくステップ５１０）、メモリにストアした一画面分
のＤＣＴ係数から最初のブロックのＤＣＴ係数を読み出
して量子化を行う（ステップ５１１）。

量子化後の係数がＤＣ成分であれば（ステップ５Ｌ２）
、前のブロックで量子化したＤＣ成分と差分を取り差分
値を符号化する（ステップ５１３）。

量子化後の係数がＡＣ成分であれば（ステップ５１２）
、ジグザグスキャンを行って一次元の数列ａｐに変換し
くステップ５１４）、この数列ａｐのに番目以降の高周
波成分を零にするローパスフィルタ処理を行い（ステッ
プ３１５）、連続する零の個数を圧縮するランレングス
符号化を行う（ステップ５１６）。

次いで、ＤＣ成分については符号化した差分値をハフマ
ン符号化し、ＡＣ成分についてはランレングス符号化し
た連続する零の個数データと有効係数のビット数とで２
次元のハフマン符号化を行う（ステップ５１７）。

次いで、全ブロックについて処理したか否が判定しくス
テップ３１８）、全ブロックについての処理が終了して
いれば圧縮処理を終了する。今の場合、最初のブロック
を処理したのみであるから、圧縮後の累積データ量■ｓ
を求める処理（ステップ５１９）に移行する。そして、
求めた累積データ量■ｓとステップＳ９で求めたデータ
量関数Ｇ。

とを比較しくステップ５２０）　、ｃｓ　＜ｖ、ならば
変数ｋを「ｋ−Δｋ」として連続する零データの個数を
多くシ（ステップ５２１）　、Ｖｓ　＜Ｇｓならば変数
ｋを「ｋ＋Δｋ」として連続する零データの個数を少な
くシ（ステップ５２２）　、ｖ、＝ｃ。

ならばそのままの値で次ブロックのデータ圧縮処理（ス
テップ３１１−３１７）を行う。

このようにして、ブロック毎に変数にの値を調整しなが
らデータ圧縮を行い、第５図に示すように、累積データ
量■、がデータ量関数Ｇ、に追随するように制御して圧
縮後のデータ量が所望のデータ量となるようにする。

なお、変数にの変化量Δｋとして一定の値を用いるので
はなく、例えば、 Δｋ＝ａ　（Ｖｓ　　Ｇｓ　）　　　（ａ　：定数）と
すれば、データ量関数Ｇｓと実際のデータ量■。

との誤差をフィードバックすることになり、追随性能が
より向上する。

また、この実施例では、データ圧縮処理中のローパスフ
ィルタ処理（処理Ｐ３２）を、量子化処理（処理Ｐ２）
の後に行うようにしたが、量子化処理の前に行うように
してもよい。

〔発明の効果］ この発明によれば、２次元ＤＣＴ係数のマトリクスを、
直流成分から高周波成分に向かって一定の順序で一次元
の数列に変換し、任意のに番目以降の高周波成分のＤＣ
Ｔ係数を零にすることでデータ量を調整する方法を用い
、画像の各ブロック毎に圧縮後のデータ量を前もって定
めてデータ量関数を決定し、この決定したデータ量関数
と実際に圧縮して得られるブロック毎の累積データ量と
を比較し、実際の圧縮データ量がデータ量関数に追随す
るように変数にの値をブロック毎に変化させながらデー
タ圧縮を行っていくので、圧縮後のデータ量を所望のデ
ータ量に制御することが可能となる。

また、データ量関数を定めるときに、各ブロックのＤＣ
Ｔ係数のＡＣ成分の２乗和を基本にしているので、画像
信号の変化の激しい部分には多くのデータ量を割り当て
、変化の緩やかな部分には少ないデータ量を割り当てる
ことかでき、画像内容に応じた自然な圧縮が行える。

さらに、データ圧縮時に使用する変数にはデータ伸張時
には不要であるので、データ伸張は従来方式との互換性
が維持できる。

また、変数ｋを変化させるときに一定の変化幅ではなく
、実際の圧縮データ量とデータ量関数との誤差に応した
値で変化させれば、実際の圧縮データ量のデータ量関数
への追随性能がさらに向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による圧縮データ量制御方式の処理手
順の一実施例を示す図、 第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）はＡＣ成分の２
乗和ｂｓ、累積分布ＢＳ！データ量関数Ｇ、の−例を示
す図、 第３図は量子化後のＤＣＴ係数を示すマトリクス表、 第４図はＤＣＴ係数を一次元の数列に変換した表、 第５図はデータ量関数と実際のデータ量との関係を示す
図、 第６図は第１図のデータ圧縮動作を説明するためのフロ
ーチャート、 第７図は従来の圧縮・伸張処理の処理手順を示す図、 第８図は輝度信号の量子化マトリクスを示す表、第９図
は色差信号の量子化マトリクスを示す表、第１０図はジ
グザグスキャンのテーブルを示す表である。 図 （ａ） （ｂ） （０ 図 ブロック番号 ｐ＾ｑ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一枚のディジタル画像を、１ブロックｎ×ｎ画素
   からなる複数のブロックに分割し、各ブロック毎に離散
   コサイン変換を行い、変換して得られるｎ×ｎ個の変換
   係数を、ｎ×ｎ個の閾値からなる量子化マトリクスの各
   閾値で除算して量子化を行い、上記離散コサイン変換後
   または上記量子化後の変換係数を、直流成分から高周波
   成分に向かって一定の順序で一次元の数列に変換し、変
   換して得られる数列中の連続する零の個数を符号化する
   データ圧縮方式であって、上記一次元の数列ａ＿ｐ（ｐ
   ＝０，１，・・・，ｎ＾２−１）に対し特定の値ｋを設
   定し、上記数列ａ＿ｐの中の「ｋ≦ｐ≦ｎ＾２−１」な
   る条件を満たす係数ａ＿ｐを零とした後、連続する零の
   個数を符号化してデータ圧縮を行うと共に、上記離散コ
   サイン変換係数のＡＣ成分の２乗和の累積分布を各ブロ
   ック毎に求め、この累積分布から所望の圧縮データ量に
   比例換算した関数Ｇを決定し、この関数Ｇと実際の圧縮
   データ量の累積値Ｖとを上記ブロック毎に比較し、上記
   累積値Ｖが上記関数Ｇに追随するように上記変数ｋの値
   を上記ブロック毎に調整することを特徴とする圧縮デー
   タ量制御方式。
2. （２）上記変数ｋの上記ブロック毎の調整値Δｋを、Δ
   ｋ＝ａ（Ｖ−Ｇ）（ａ：定数）で定義することを特徴と
   する請求項１記載の圧縮データ量制御方式。