JPH0412076B2 - - Google Patents
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- JPH0412076B2 JPH0412076B2 JP13056982A JP13056982A JPH0412076B2 JP H0412076 B2 JPH0412076 B2 JP H0412076B2 JP 13056982 A JP13056982 A JP 13056982A JP 13056982 A JP13056982 A JP 13056982A JP H0412076 B2 JPH0412076 B2 JP H0412076B2
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Description
この発明は、画像の狭帯域伝送又は蓄積を目的
とした符号化方式に関し、特にアダマール変換に
よつて周波数領域に変換した各シーケンスの量子
化値を組合せることによつて可変長符号化する方
式に関する。 画像の統計的性質から冗長信号を除去すること
によつて、または視覚特性から不要な信号を除去
することによつて、画像を能率良く伝送又は蓄積
することが従来より広く行なわれており、その処
理手段の1つとして直交変換符号化方式が知られ
ている。この直交変換符号化方式は、画像を互い
に隣接する画系群で成る複数のブロツクに分割
し、1ブロツク内の画素群を直交変換によつて周
波数領域に変換し、その変換出力である各周波数
のスペクトラムに偏りが存在することを利用し
て、その各スペクトラムに適当な量子化レベルを
配分し、つまり視覚的に許容される範囲内で歪を
与えることによつて、情報量を減らす方式であ
る。直交変換の1つの方式であるアダマール変換
は、変換マトリクスが「1」及び「−1」を要素
としており、加算器だけで構成できるため回路が
簡単になる特長を有する。 ところで、アダマール変換によつて周波数領域
に変換されたシーケンスはフーリエ変換における
周波数軸に対応するものであり、0次のシーケン
スは直流成分の量を、高次のシーケンスは高周波
成分の量をそれぞれ表わすパラメータとみなすこ
とができる。このため、ブロツク内の原画素間の
相関が強ければ、アダマール変換後の信号のエネ
ルギーは低次のシーケンスに集中することにな
る。一般的な画像では高周波成分のエネルギーが
少ないので、視覚的に許容される範囲内で量子化
レベルのビツト数を減らすことができる。また、
帯域圧縮を目的としたアダマール変換符号化方式
は、特に低ビツトレートの符号化として有効であ
り、量子化による劣化を視覚的に目立たないよう
に分散することができる。すなわち、滑らかな部
分のノイズは目につきやすいが、急峻な変化のあ
る部分のノイズは目につきにくいといつた視覚特
性から、量子化が容易に行なえるという利点があ
る。 しかしながら、歪による画質劣化を防ぎ、高能
率な符号化を行なうためにはブロツクサイズを大
きくする必要があり、それに併つて回路量が増大
し、高価な装置になつてしまう欠点がある。よつ
て、この発明は上述の如き点に鑑み、画像劣化を
防ぐと共に、回路構成が簡端で高能率な符号化を
実現する画像信号の符号化方式を提供することを
目的としている。 以下にこの発明を説明する。 この発明は画像信号の符号化方式に関するもの
であり、入力画像を画素群m(1、2)×n(≧2)
で成る互いに隣接したブロツク群に分割し、各ブ
ロツク内の画素群をアダマール変換によつて周波
数領域のシーケンスに変換して後に量子化し、こ
のシーケンス量子化値のうちの少なくとも直流成
分を線形予測して予測誤差成分に変換すると共
に、シーケンス量子化値を互いに比較することに
よりその組合せを複数個形成し、これら各組合せ
に対応して予測誤差成分及び他のシーケンス量子
化値を可変長符号化するようにしたものである。 第1図は画像を2×2のブロツクBij(i=1、
2、…、j=1、2、…)に分割した場合の様子
を示すものであり、画素1は走査ラインh、h+
1…で順次走査されるようになつている。そし
て、ブロツクBijの画素1に対する画素信号(濃
度信号)を図示の如くx1、x2、x3、x4とすれば、
正規化されたアダマール変換は2次又は4次のア
ダマール行列を用いて次の(1)式のように表わすこ
とができる。 1/21 1 1−1x1 x2 x3 x41 1 1−1=1/21 1 1 1 1−1 1−1 1 1−1 −1 1−1−1 1x1 x2 x3 x4=H0 H1 H2 H3 ……(1) ここにおいて、シーケンスH0、H1、H2、H3
はそれぞれアダマール変換によつて周波数領域へ
変換された4次の周波数成分に対応し、H0は直
流成分シーケンスを、H1は垂直成分シーケンス
を、H2は水平成分シーケンスを、H3は傾斜成分
シーケンスをそれぞれ示している。なお、ブロツ
クBijのi行における走査ラインh、h+1を同
時に走査して画素x1〜x4の画像情報を読出しても
良く、先ず走査ラインhを走査して画素x1及びx3
の画像情報を一旦バツフアメモリに記憶し、その
後に走査ラインh+1を走査した時に画像信号x1
〜x4を順に読出すようにしても良い。 ところで、一般的な画像では隣接する画素間の
相関が強いため、低次成分のエネルギーが高く、
高次成分のエネルギーが低く観測される。そし
て、各成分はそのエネルギーの大きさに応じた量
子化レベルのビツト数の配分を受けることになる
が、直流成分のエネルギーは他の成分(垂直、水
平、傾斜)に比べて特に大きいので、直流成分の
エネルギーを低くするような変換手法を採用する
ことによつて、高能率な符号化を実現する必要が
ある。このような変換手法として、アダマール変
換によつて得られた各シーケンスを線形予測する
方式が知られている。 次に、この線形予測方式を説明する。 線形予測方式はブロツクサイズが1×n又は2
×nのときに可能なものであり、今、ブロツクサ
イズが第2図に示すように2×nの例として、先
ず水平方向に各ブロツク毎にアダマール変換を施
し、その後に垂直方向に各ブロツク毎に線形予測
する場合を考える。そして、アダマール変換によ
つて得られた各シーケンスをHl0、Hl1とし、便
宜上第2図のように配置する。ただしl=0、
1、…、(n−1)である。 そして、ブロツクBi−1、jにおけるシーケ
ンスHl0′からブロツクBijにおけるシーケンスHl0
を、次の(2)式に従つて予測する。 H^l0=Hl0′−Hl1′−Hl1 ……(2) このときの予測誤差成分シーケンスΔHl0を ΔHl0=Hl0−H^l0 =Hl0−Hl0′+Hl1′+Hl1 ……(3) とすれば、この予測誤差成分シーケンスΔHl0は
ブロツク間の各画素の距離を最も短くするもので
ある。なお、シーケンスHl1は予測することなく
そのまま伝送する。 ここで、アダマール変換によつて得た各シーケ
ンスを線形予測した場合の効果を示すために、伝
送すべき画像の総エネルギーと比較しながら説明
する。 メモリーレスガウス分布に従う画像xの分散を
σ2x、各シーケンスyの分散をσ2y、ブロツクサ
イズをN、一部のシーケンスに線形予測を用いた
場合の分散をσ2Δyとすれば、レート歪理論
(Rate distortion theory)に基づき伝送エネル
ギーの絶対値は平均値Paとして、それぞれ次の
ように与えられる。 Pa=10/N・N-1 〓y=0 log10σ2y ……(4) 又は Pa=10/N・N-1 〓 〓y=0log10σ2y ……(5) そして、伝送エネルギーの相対値Prは Pr=10log10σ2−Pa ……(6) となる。上記(4)〜(6)式の計算から第3図に示すよ
うな結果を得た。 この第3図において、特性は1次元のアダマ
ール変換のブロツクサイズに対応するパワーの変
化を示すものであり、特性は2次元のアダマー
ル変換のブロツクサイズに対応するパワーの変化
を示すものであり、及びはそれぞれ特性及
びを水平方向にアダマール変換すると共に、垂
直方向に線形予測した場合の特性を示している。
なお、総エネルギーは35.2dBとなつている。こ
れから明らかなように、特性及びはいずれも
ブロツクサイズを大きくするに従つて伝送エネル
ギーが小さくなつているのに対し、特性及び
はブロツクサイズにほとんど関係なく一定の伝送
エネルギー(約15dB)となつている。このこと
は、伝送エネルギーの点から見れば、ブロツクサ
イズ4×1又は2×2を選び、線形予測を行なう
のが効率的であることを示している。 このように水平方向にアダマール変換を行な
い、垂直方向に線形予測を行なうと効率的である
ことが分つた。この場合、前のブロツクラインに
おける全シーケンスを記憶するためのバツフアメ
モリが必要になるが、このバツフアメモリの容量
を節約するために、ブロツクサイズ2×2を用い
て水平方向にアダマール変換を行ない、同様に水
平方向に線形予測を行なうことが考えられ得る。
この場合、バツフアメモリは4次のシーケンスを
記憶する容量があれば良く、第1図のブロツク
Bi、j−1及びBijのように、同一ブロツクライ
ンにおける前ブロツクBi、j−1の各シーケン
スH0′、H1′、H2′、H3′から現ブロツクBijのシー
ケンスH0、H1を予測することとなり、結局伝送
すべきシーケンスは、予測誤差成分シーケンス ΔH0=H0−H^0=H0−H0′+H2′+H2 ……(7) ΔH1=H1−H^1=H1−H1′+H3′+H3 ……(8) 及び水平成分シーケンスH2、傾斜成分シーケン
スH3となる。ここに、垂直成分シーケンスH1は
既にブロツクBij内の和と差で構成されており、
伝送エネルギーも直流成分シーケンスH0に比べ
非常に小さいため、線形予測してもその効果は少
ない。つまり、シーケンスH1と予測誤差成分
ΔH1では伝送エネルギーの大きさにほとんど差
がなく、シーケンスH0だけについて線形予測を
行ない、伝送すべきシーケンスをΔH0、H1、H2
及びH3とすれば良い。 よつて、以下ではこの例(ΔH0、H1、H2、
H3)を用いて説明する。 ブロツクサイズ2×2を用い、画素群に水平方
向にアダマール変換を施し、得られた各シーケン
スを視覚的に許容される範囲内で量子化し、その
後に現ブロツクの直流成分H0を予測し、その予
測誤差成分ΔH0を求め、シーケンスΔH0、H1、
H2及びH3を伝送するとする。 ここに、従来はこれらシーケンスΔH0、H1、
H2及びH3に対して適当な量子化レベルを与え、
ビツト数の配分を行なつて符号化するようにして
いる。たとえばシーケンスΔH0、H1、H2、H3に
それぞれ7ビツト、5ビツト、5ビツト、3ビツ
トを配分すれば、1ブロツクに対して合計20ビツ
ト(平均5ビツト/画素)を伝送又は蓄積するよ
うになり、能率的な符号化とはいえない。したが
つて、更に圧縮率を上げるためにはブロツクサイ
ズを大きくする必要があり、このため回路が増大
するといつた欠点もあつた。 これに対し、この発明では各シーケンスの量子
化値の組合せによつて、その組合せの発生確率に
応じた可変長符号化を行なうようにしており、こ
れによつて大巾なデータ圧縮を可能としている。
次に示す表1は、標準的な画像を7ビツト/画素
でサンプリングし、ブロツクサイズ2×2を用い
て水平方向にアダマール変換を行ない、得られた
シーケンスH0a、H1a、H2aH、3aそれぞれに適し
た量子化レベルを与え、シーケンス量子化値とし
ている。この量子化は、画像の空間パワースペク
トラムの中で視覚的に劣化を生じない範囲で各周
波数成分yに歪Dを許容することであり、このと
きの伝送に必要な情報量Rはレート歪理論から R[ビツト/画素] =1/2NN-1 〓y=0 Max{0、log2σ2y/D} ……(9) で与えられる。
とした符号化方式に関し、特にアダマール変換に
よつて周波数領域に変換した各シーケンスの量子
化値を組合せることによつて可変長符号化する方
式に関する。 画像の統計的性質から冗長信号を除去すること
によつて、または視覚特性から不要な信号を除去
することによつて、画像を能率良く伝送又は蓄積
することが従来より広く行なわれており、その処
理手段の1つとして直交変換符号化方式が知られ
ている。この直交変換符号化方式は、画像を互い
に隣接する画系群で成る複数のブロツクに分割
し、1ブロツク内の画素群を直交変換によつて周
波数領域に変換し、その変換出力である各周波数
のスペクトラムに偏りが存在することを利用し
て、その各スペクトラムに適当な量子化レベルを
配分し、つまり視覚的に許容される範囲内で歪を
与えることによつて、情報量を減らす方式であ
る。直交変換の1つの方式であるアダマール変換
は、変換マトリクスが「1」及び「−1」を要素
としており、加算器だけで構成できるため回路が
簡単になる特長を有する。 ところで、アダマール変換によつて周波数領域
に変換されたシーケンスはフーリエ変換における
周波数軸に対応するものであり、0次のシーケン
スは直流成分の量を、高次のシーケンスは高周波
成分の量をそれぞれ表わすパラメータとみなすこ
とができる。このため、ブロツク内の原画素間の
相関が強ければ、アダマール変換後の信号のエネ
ルギーは低次のシーケンスに集中することにな
る。一般的な画像では高周波成分のエネルギーが
少ないので、視覚的に許容される範囲内で量子化
レベルのビツト数を減らすことができる。また、
帯域圧縮を目的としたアダマール変換符号化方式
は、特に低ビツトレートの符号化として有効であ
り、量子化による劣化を視覚的に目立たないよう
に分散することができる。すなわち、滑らかな部
分のノイズは目につきやすいが、急峻な変化のあ
る部分のノイズは目につきにくいといつた視覚特
性から、量子化が容易に行なえるという利点があ
る。 しかしながら、歪による画質劣化を防ぎ、高能
率な符号化を行なうためにはブロツクサイズを大
きくする必要があり、それに併つて回路量が増大
し、高価な装置になつてしまう欠点がある。よつ
て、この発明は上述の如き点に鑑み、画像劣化を
防ぐと共に、回路構成が簡端で高能率な符号化を
実現する画像信号の符号化方式を提供することを
目的としている。 以下にこの発明を説明する。 この発明は画像信号の符号化方式に関するもの
であり、入力画像を画素群m(1、2)×n(≧2)
で成る互いに隣接したブロツク群に分割し、各ブ
ロツク内の画素群をアダマール変換によつて周波
数領域のシーケンスに変換して後に量子化し、こ
のシーケンス量子化値のうちの少なくとも直流成
分を線形予測して予測誤差成分に変換すると共
に、シーケンス量子化値を互いに比較することに
よりその組合せを複数個形成し、これら各組合せ
に対応して予測誤差成分及び他のシーケンス量子
化値を可変長符号化するようにしたものである。 第1図は画像を2×2のブロツクBij(i=1、
2、…、j=1、2、…)に分割した場合の様子
を示すものであり、画素1は走査ラインh、h+
1…で順次走査されるようになつている。そし
て、ブロツクBijの画素1に対する画素信号(濃
度信号)を図示の如くx1、x2、x3、x4とすれば、
正規化されたアダマール変換は2次又は4次のア
ダマール行列を用いて次の(1)式のように表わすこ
とができる。 1/21 1 1−1x1 x2 x3 x41 1 1−1=1/21 1 1 1 1−1 1−1 1 1−1 −1 1−1−1 1x1 x2 x3 x4=H0 H1 H2 H3 ……(1) ここにおいて、シーケンスH0、H1、H2、H3
はそれぞれアダマール変換によつて周波数領域へ
変換された4次の周波数成分に対応し、H0は直
流成分シーケンスを、H1は垂直成分シーケンス
を、H2は水平成分シーケンスを、H3は傾斜成分
シーケンスをそれぞれ示している。なお、ブロツ
クBijのi行における走査ラインh、h+1を同
時に走査して画素x1〜x4の画像情報を読出しても
良く、先ず走査ラインhを走査して画素x1及びx3
の画像情報を一旦バツフアメモリに記憶し、その
後に走査ラインh+1を走査した時に画像信号x1
〜x4を順に読出すようにしても良い。 ところで、一般的な画像では隣接する画素間の
相関が強いため、低次成分のエネルギーが高く、
高次成分のエネルギーが低く観測される。そし
て、各成分はそのエネルギーの大きさに応じた量
子化レベルのビツト数の配分を受けることになる
が、直流成分のエネルギーは他の成分(垂直、水
平、傾斜)に比べて特に大きいので、直流成分の
エネルギーを低くするような変換手法を採用する
ことによつて、高能率な符号化を実現する必要が
ある。このような変換手法として、アダマール変
換によつて得られた各シーケンスを線形予測する
方式が知られている。 次に、この線形予測方式を説明する。 線形予測方式はブロツクサイズが1×n又は2
×nのときに可能なものであり、今、ブロツクサ
イズが第2図に示すように2×nの例として、先
ず水平方向に各ブロツク毎にアダマール変換を施
し、その後に垂直方向に各ブロツク毎に線形予測
する場合を考える。そして、アダマール変換によ
つて得られた各シーケンスをHl0、Hl1とし、便
宜上第2図のように配置する。ただしl=0、
1、…、(n−1)である。 そして、ブロツクBi−1、jにおけるシーケ
ンスHl0′からブロツクBijにおけるシーケンスHl0
を、次の(2)式に従つて予測する。 H^l0=Hl0′−Hl1′−Hl1 ……(2) このときの予測誤差成分シーケンスΔHl0を ΔHl0=Hl0−H^l0 =Hl0−Hl0′+Hl1′+Hl1 ……(3) とすれば、この予測誤差成分シーケンスΔHl0は
ブロツク間の各画素の距離を最も短くするもので
ある。なお、シーケンスHl1は予測することなく
そのまま伝送する。 ここで、アダマール変換によつて得た各シーケ
ンスを線形予測した場合の効果を示すために、伝
送すべき画像の総エネルギーと比較しながら説明
する。 メモリーレスガウス分布に従う画像xの分散を
σ2x、各シーケンスyの分散をσ2y、ブロツクサ
イズをN、一部のシーケンスに線形予測を用いた
場合の分散をσ2Δyとすれば、レート歪理論
(Rate distortion theory)に基づき伝送エネル
ギーの絶対値は平均値Paとして、それぞれ次の
ように与えられる。 Pa=10/N・N-1 〓y=0 log10σ2y ……(4) 又は Pa=10/N・N-1 〓 〓y=0log10σ2y ……(5) そして、伝送エネルギーの相対値Prは Pr=10log10σ2−Pa ……(6) となる。上記(4)〜(6)式の計算から第3図に示すよ
うな結果を得た。 この第3図において、特性は1次元のアダマ
ール変換のブロツクサイズに対応するパワーの変
化を示すものであり、特性は2次元のアダマー
ル変換のブロツクサイズに対応するパワーの変化
を示すものであり、及びはそれぞれ特性及
びを水平方向にアダマール変換すると共に、垂
直方向に線形予測した場合の特性を示している。
なお、総エネルギーは35.2dBとなつている。こ
れから明らかなように、特性及びはいずれも
ブロツクサイズを大きくするに従つて伝送エネル
ギーが小さくなつているのに対し、特性及び
はブロツクサイズにほとんど関係なく一定の伝送
エネルギー(約15dB)となつている。このこと
は、伝送エネルギーの点から見れば、ブロツクサ
イズ4×1又は2×2を選び、線形予測を行なう
のが効率的であることを示している。 このように水平方向にアダマール変換を行な
い、垂直方向に線形予測を行なうと効率的である
ことが分つた。この場合、前のブロツクラインに
おける全シーケンスを記憶するためのバツフアメ
モリが必要になるが、このバツフアメモリの容量
を節約するために、ブロツクサイズ2×2を用い
て水平方向にアダマール変換を行ない、同様に水
平方向に線形予測を行なうことが考えられ得る。
この場合、バツフアメモリは4次のシーケンスを
記憶する容量があれば良く、第1図のブロツク
Bi、j−1及びBijのように、同一ブロツクライ
ンにおける前ブロツクBi、j−1の各シーケン
スH0′、H1′、H2′、H3′から現ブロツクBijのシー
ケンスH0、H1を予測することとなり、結局伝送
すべきシーケンスは、予測誤差成分シーケンス ΔH0=H0−H^0=H0−H0′+H2′+H2 ……(7) ΔH1=H1−H^1=H1−H1′+H3′+H3 ……(8) 及び水平成分シーケンスH2、傾斜成分シーケン
スH3となる。ここに、垂直成分シーケンスH1は
既にブロツクBij内の和と差で構成されており、
伝送エネルギーも直流成分シーケンスH0に比べ
非常に小さいため、線形予測してもその効果は少
ない。つまり、シーケンスH1と予測誤差成分
ΔH1では伝送エネルギーの大きさにほとんど差
がなく、シーケンスH0だけについて線形予測を
行ない、伝送すべきシーケンスをΔH0、H1、H2
及びH3とすれば良い。 よつて、以下ではこの例(ΔH0、H1、H2、
H3)を用いて説明する。 ブロツクサイズ2×2を用い、画素群に水平方
向にアダマール変換を施し、得られた各シーケン
スを視覚的に許容される範囲内で量子化し、その
後に現ブロツクの直流成分H0を予測し、その予
測誤差成分ΔH0を求め、シーケンスΔH0、H1、
H2及びH3を伝送するとする。 ここに、従来はこれらシーケンスΔH0、H1、
H2及びH3に対して適当な量子化レベルを与え、
ビツト数の配分を行なつて符号化するようにして
いる。たとえばシーケンスΔH0、H1、H2、H3に
それぞれ7ビツト、5ビツト、5ビツト、3ビツ
トを配分すれば、1ブロツクに対して合計20ビツ
ト(平均5ビツト/画素)を伝送又は蓄積するよ
うになり、能率的な符号化とはいえない。したが
つて、更に圧縮率を上げるためにはブロツクサイ
ズを大きくする必要があり、このため回路が増大
するといつた欠点もあつた。 これに対し、この発明では各シーケンスの量子
化値の組合せによつて、その組合せの発生確率に
応じた可変長符号化を行なうようにしており、こ
れによつて大巾なデータ圧縮を可能としている。
次に示す表1は、標準的な画像を7ビツト/画素
でサンプリングし、ブロツクサイズ2×2を用い
て水平方向にアダマール変換を行ない、得られた
シーケンスH0a、H1a、H2aH、3aそれぞれに適し
た量子化レベルを与え、シーケンス量子化値とし
ている。この量子化は、画像の空間パワースペク
トラムの中で視覚的に劣化を生じない範囲で各周
波数成分yに歪Dを許容することであり、このと
きの伝送に必要な情報量Rはレート歪理論から R[ビツト/画素] =1/2NN-1 〓y=0 Max{0、log2σ2y/D} ……(9) で与えられる。
【表】
画素信号x1〜x4が7ビツト/画素で入力され、
ブロツクサイズ2×2を用いた場合の正規化され
たアダマール変換の出力シーケンスH0a〜H3aは、
最大8ビツト必要となる。しかしながら、視覚的
に許容される歪レベルとして、シーケンスH0a、
H1a、H2a及びH3aに対してたとえばそれぞれ1ビ
ツト、2ビツト、2ビツト及び3ビツト相当のホ
ワイトノイズを与えるようにしても良く、ここで
はシーケンスH0a〜H3aのそれぞれの最下位ビツ
ト(LSB)側へ1ビツト、2ビツト、2ビツト、
3ビツト相当シフトすることによりビツト圧縮
し、量子化を行なうようにしている。この後、直
流成分シーケンスH0に対して前記量子化圧縮値
を伸張して線形予測を行ない、予測誤差成分
ΔH0を得てからシーケンス量子化値ΔH0、H1、
H2及びH3の組合せに基づき、組合せ番号C0〜C3
を形成する。 表1において、たとえば組合せ番号C1は、予
測誤差成分シーケンスΔH0だけが「1」又は
「−1」の値をとり、他のシーケンス量子化値H1
〜H3が全て「0」の値をとることを示しており、
この組合せの発生確率が23.9%であることを意味
している。また、±hはシーケンス量子化値が任
意の値をとり得ることを示しており、ブロツクコ
ードはブロツク内の区切を示すコードであり、各
組合せの発生確率に差が少ないので全てのブロツ
クに2ビツト割当てている。さらに、データコー
ドは組合せ番号C0に関しては何らデータを伝送
せず、組合せ番号C1に関しては正負符号Sのみ
を伝送し、組合せ番号C2に関しては正負符号S
の後ろに6ビツトのデータを送ることを示してお
り、組合せ番号C3に関してはシーケンス量子化
値H3、H2、H1、ΔH0にそれぞれ正負符号Sと共
に3ビツト、5ビツト、5ビツト、7ビツトを割
当てて、シーケンス量子化値ΔH0〜H3の組合せ
に応じた可変長符号データを伝送することを示し
ている。したがつて、伝送する符号長は、組合せ
番号C0の場合は2ビツト、組合せ番号C1の場合
は3ビツト、組合せ番号C2の場合は9ビツト、
組合せ番号C3の場合は22ビツトである。なお、
組合せ発生確率は、ポートレート等の空間周波数
の低い画像、風景写真のような空間周波数の高い
画像等を種々テストし、平均的に求めたものであ
る。 このように、可変長符号を与えることによつて
効率的な符号化を実現することが可能となる。な
お、シーケンス量子化値の確率分布はラプラス分
布に似ており、各シーケンス量子化値に可変長符
号を与えることも考えられるが、この場合、最も
短かい符号長を各シーケンスに与えても合計4ビ
ツト/ブロツクになる。しかしながら、表1のよ
うに組合せに対応して符号化するようにすれば、
最も短かい符号長で2ビツト/ブロツクであり、
その発生頻度が25.5%も存在することから、この
発明の符号化方式が非常に効率的であることは明
らかである。 以上のように、画像の空間スペクトラムの中で
量子化時に与えた歪レベル以下のデータは伝送せ
ずに捨て、表1の例ではシーケンス量子化値H3、
H2、H1、ΔH0に対してそれぞれ3ビツト、5ビ
ツト、5ビツト、7ビツトに圧縮して伝送するよ
うにしており、平均伝送情報量が2.1ビツト/画
素となり、極めて効率的な符号化方式であること
が分る。 次に、この発明による符号化方式を表1に従つ
て実現する具体的な回路例を第4図及び第5図に
示して説明すると、走査ラインによつて読出され
た画素信号x1〜x4はアダマール変換器10に入力
され、周波数領域に変換されたシーケンスH0a〜
H3aが量子化部20に入力され、量子化部20を
構成する量子化器22で量子化された水平成分の
シーケンス量子化値H2、量子化器23で量子化
された垂直成分のシーケンス量子化値H1、量子
化器23で量子化された傾斜成分のシーケンス量
子化値H3はそれぞれ後段の可変長符号変換回路
40に入力される。また、量子化器21の出力で
ある直流成分のシーケンス量子化値H0はシーケ
ンス量子化値H2と共に第5図に示すような予測
器30に入力され、予測器30で予測された予測
誤差成分シーケンスΔH0が可変長符号化回路4
0に入力される。なお、量子化器21〜24はそ
れぞれパラレルシフタ又はシフトレジスタで構成
されており、アダマール変換器10で変換された
シーケンスH0a〜H3aに対して、それぞれ適した
ビツト数だけ下位ビツト側に同時にシフトするよ
うになつており、たとえばシーケンスH0aに対し
ては1ビツト、シーケンスH1aに対しては2ビツ
ト、シーケンスH2aに対しては2ビツト、シーケ
ンスH3aに対しては3ビツトだけそれぞれ下位ビ
ツト側にシフトするようになつている。また、予
測器30の伸張器31はたとえばパラレルシフタ
で構成されており、入力される直流成分のシーケ
ンス量子化値H0と水平成分のシーケンス量子化
値H2とのレベルが異なるために、水平成分シー
ケンスH2のレベルを変えて両者のレベルを一致
させるようにしており、遅延回路32及び33は
それぞれ1ブロツク分だけ時間的に遅延させるた
めのものである。 一方、可変長符号化回路40はPLA
(Plogrammable Logic Array)で構成された比
較器41を有しており、この比較器41で判別さ
れた組合せ番号C0〜C3がROM(Read Only
Memory)42にアドレス信号として入力され
る。そして、ROM42から読出された符号長CL
がカウンタ43にセツトされ、ブロツクコード
BCがシフトレジスタ45にセツトされる。カウ
ンタ43に符号長CLがセツトされると信号Pが
セツト状態になり、クロツクパルスCPによつて
ダウンカウントを開始し、カウンタ43が0にな
つた時信号Pはリセツト状態になる。信号Pがセ
ツト状態にあるとき、クロツクパルスCPおよび
信号PはANDゲート46を介してシフト信号SS
をシフトレジスタ44へ送る。ここで、シフトレ
ジスタ44,45はパラレル−イン/シリアル−
アウト型のシフトレジスタである。また、量子化
部20からの水平成分シーケンスH2、垂直成分
シーケンスH1、傾斜成分シーケンスH3および予
測器30からの予測誤差成分シーケンスΔH0が
シフトレジスタ44へ入力されるようになつてお
り、シフトレジスタ44からシフト出力されるシ
フトデータはブロツクコードBCを記憶している
シフトレジスタ45に入力され、シフトレジスタ
45の出力はシリアル−イン/パフレル−アウト
型のレジスタ48に入力される。レジスタ48は
一定長のビツト数が入力されると全体が並列に読
み出され、バツフアメモリ49に一旦記憶された
後、画像信号PDとして他の装置へ伝送されたり、
蓄積されるようになつている。バツフアメモリ4
9は実時間処理のときに入出力間の時間軸の変動
を吸収するための、つまり時間軸を補正するため
のものであり、必要に応じて付加される。 このような構成において、2走査ラインの同時
読出し、または1走査ラインの読出しと1走査線
分の遅延とで読出された画素信号x1〜x4がアダマ
ール変換器10に入力されると、これら画素信号
x1〜x4が周波数領域のシーケンスH0a〜H3aに変
換されて量子化部20に入力される。そして、量
子化部20の量子化器21はシーケンスH0aを1
ビツトだけ下位側にシフトし、量子化器22はシ
ーケンスH2aを2ビツトだけ下位側にシフトし、
同様に量子化器23はシーケンスH1aを2ビツト
だけ下位側にシフトし、量子化器23はシーケン
スH3aを3ビツトだけ、下位側にシフトする。こ
こで、いずれも上位ビツト側からは正・負の符号
がシフトされてくる。このようにして得られたシ
ーケンス量子化値H0〜H3のうち、H1〜H3を可
変長符号化回路40の比較器41に入力すると共
に、シフトレジスタ44に入力する。そして、直
流成分シーケンスH0は予測器30に入力され、
この予測器30で水平成分シーケンスH2と共に
予測誤差シーケンスΔH0を形成し、この予測誤
差シーケンスΔH0を比較器41に入力すると共
に、シフトレジスタ44に入力する。ここに、比
較器41はPLAでプログラミング構成されてお
り、入力されるシーケンス量子化値ΔH0、H1、
H2、H3の値に基づいて前述の表1に従つた組合
せ番号C0〜C3を判別し、組合せ番号C0〜C3のい
ずれか1つを2値信号たとえば“1”とする。た
とえば予測誤差シーケンスΔH0が「1」で、他
のシーケンスH1〜H3がいずれも「0」の場合に
は、組合せ番号C1のみが“1”となり、他の組
合せ番号C0及びC2、C3はいずれも“0”となつ
ている。 こうして、比較器41で判別された組合せ番号
C0〜C3がROM42に入力されると、ROM42
はこの組合せ番号C0〜C3の“1”をアドレス信
号として、該当アドレスに記憶されている符号長
データCLおよびブロツクコードBCを読出し、こ
の符号長データCLをカウンタ43にセツトする
と共に、ブロツクコードBCをシフトレジスタ4
5にセツトする。したがつて、たとえば組合せ番
号C2が判別されてROM42に入力されると、
ROM42から符号長「9」がカウンタ43にセ
ツトされ、かつシフトレジスタ45に「10」がセ
ツトされ、カウンタ43のカウントダウンに対応
してシフトレジスタ44および45の内容をシフ
ト出力する。したがつて、シフトレジスタ48に
は「10」以下9ビツトが入力されることになる。
また、比較器41が組合せ番号C0と判別した場
合には、カウンタ43には符号長「2」がセツト
され、かつシフトレジスタ45に「00」がセツト
されることになり、シフトレジスタ48には
「00」だけが入力される。このようにしてシフト
レジスタ48に直列に入力されたデータは、並列
に変換されてたとえば8ビツト単位でバツフアメ
モリ49に記憶され、時間軸の補正を行なつた後
に画像信号PDとして出力される。かくして、第
4図及び第5図の回路によれば前述の表1に従つ
た画像信号の伝送又は蓄積を実現することができ
る。 なお、第4図の実施例ではアダマール変換器1
0の後段には説明上割算器11〜14を挿入して
「1/2」するようにしているが、量子化部20で 「1/2」の演算を行なうようにするのが一般的であ る。また、量子化量21〜24は量子化特性を画
像の空間周波数に応じて適応的に変化することな
く、固定的に考えるならば省略することができる
ことは容易に理解できる。さらに、アダマール変
換のブロツクサイズが本実施例のように小さいと
き、一般に高周波成分の相当する傾斜成分は画面
全体からみれば視覚的に殆んど劣化を与えないの
で、回路構成上第4図におけるH3a、H3を得る回
路は最初から省略しておくことも可能である。
ブロツクサイズ2×2を用いた場合の正規化され
たアダマール変換の出力シーケンスH0a〜H3aは、
最大8ビツト必要となる。しかしながら、視覚的
に許容される歪レベルとして、シーケンスH0a、
H1a、H2a及びH3aに対してたとえばそれぞれ1ビ
ツト、2ビツト、2ビツト及び3ビツト相当のホ
ワイトノイズを与えるようにしても良く、ここで
はシーケンスH0a〜H3aのそれぞれの最下位ビツ
ト(LSB)側へ1ビツト、2ビツト、2ビツト、
3ビツト相当シフトすることによりビツト圧縮
し、量子化を行なうようにしている。この後、直
流成分シーケンスH0に対して前記量子化圧縮値
を伸張して線形予測を行ない、予測誤差成分
ΔH0を得てからシーケンス量子化値ΔH0、H1、
H2及びH3の組合せに基づき、組合せ番号C0〜C3
を形成する。 表1において、たとえば組合せ番号C1は、予
測誤差成分シーケンスΔH0だけが「1」又は
「−1」の値をとり、他のシーケンス量子化値H1
〜H3が全て「0」の値をとることを示しており、
この組合せの発生確率が23.9%であることを意味
している。また、±hはシーケンス量子化値が任
意の値をとり得ることを示しており、ブロツクコ
ードはブロツク内の区切を示すコードであり、各
組合せの発生確率に差が少ないので全てのブロツ
クに2ビツト割当てている。さらに、データコー
ドは組合せ番号C0に関しては何らデータを伝送
せず、組合せ番号C1に関しては正負符号Sのみ
を伝送し、組合せ番号C2に関しては正負符号S
の後ろに6ビツトのデータを送ることを示してお
り、組合せ番号C3に関してはシーケンス量子化
値H3、H2、H1、ΔH0にそれぞれ正負符号Sと共
に3ビツト、5ビツト、5ビツト、7ビツトを割
当てて、シーケンス量子化値ΔH0〜H3の組合せ
に応じた可変長符号データを伝送することを示し
ている。したがつて、伝送する符号長は、組合せ
番号C0の場合は2ビツト、組合せ番号C1の場合
は3ビツト、組合せ番号C2の場合は9ビツト、
組合せ番号C3の場合は22ビツトである。なお、
組合せ発生確率は、ポートレート等の空間周波数
の低い画像、風景写真のような空間周波数の高い
画像等を種々テストし、平均的に求めたものであ
る。 このように、可変長符号を与えることによつて
効率的な符号化を実現することが可能となる。な
お、シーケンス量子化値の確率分布はラプラス分
布に似ており、各シーケンス量子化値に可変長符
号を与えることも考えられるが、この場合、最も
短かい符号長を各シーケンスに与えても合計4ビ
ツト/ブロツクになる。しかしながら、表1のよ
うに組合せに対応して符号化するようにすれば、
最も短かい符号長で2ビツト/ブロツクであり、
その発生頻度が25.5%も存在することから、この
発明の符号化方式が非常に効率的であることは明
らかである。 以上のように、画像の空間スペクトラムの中で
量子化時に与えた歪レベル以下のデータは伝送せ
ずに捨て、表1の例ではシーケンス量子化値H3、
H2、H1、ΔH0に対してそれぞれ3ビツト、5ビ
ツト、5ビツト、7ビツトに圧縮して伝送するよ
うにしており、平均伝送情報量が2.1ビツト/画
素となり、極めて効率的な符号化方式であること
が分る。 次に、この発明による符号化方式を表1に従つ
て実現する具体的な回路例を第4図及び第5図に
示して説明すると、走査ラインによつて読出され
た画素信号x1〜x4はアダマール変換器10に入力
され、周波数領域に変換されたシーケンスH0a〜
H3aが量子化部20に入力され、量子化部20を
構成する量子化器22で量子化された水平成分の
シーケンス量子化値H2、量子化器23で量子化
された垂直成分のシーケンス量子化値H1、量子
化器23で量子化された傾斜成分のシーケンス量
子化値H3はそれぞれ後段の可変長符号変換回路
40に入力される。また、量子化器21の出力で
ある直流成分のシーケンス量子化値H0はシーケ
ンス量子化値H2と共に第5図に示すような予測
器30に入力され、予測器30で予測された予測
誤差成分シーケンスΔH0が可変長符号化回路4
0に入力される。なお、量子化器21〜24はそ
れぞれパラレルシフタ又はシフトレジスタで構成
されており、アダマール変換器10で変換された
シーケンスH0a〜H3aに対して、それぞれ適した
ビツト数だけ下位ビツト側に同時にシフトするよ
うになつており、たとえばシーケンスH0aに対し
ては1ビツト、シーケンスH1aに対しては2ビツ
ト、シーケンスH2aに対しては2ビツト、シーケ
ンスH3aに対しては3ビツトだけそれぞれ下位ビ
ツト側にシフトするようになつている。また、予
測器30の伸張器31はたとえばパラレルシフタ
で構成されており、入力される直流成分のシーケ
ンス量子化値H0と水平成分のシーケンス量子化
値H2とのレベルが異なるために、水平成分シー
ケンスH2のレベルを変えて両者のレベルを一致
させるようにしており、遅延回路32及び33は
それぞれ1ブロツク分だけ時間的に遅延させるた
めのものである。 一方、可変長符号化回路40はPLA
(Plogrammable Logic Array)で構成された比
較器41を有しており、この比較器41で判別さ
れた組合せ番号C0〜C3がROM(Read Only
Memory)42にアドレス信号として入力され
る。そして、ROM42から読出された符号長CL
がカウンタ43にセツトされ、ブロツクコード
BCがシフトレジスタ45にセツトされる。カウ
ンタ43に符号長CLがセツトされると信号Pが
セツト状態になり、クロツクパルスCPによつて
ダウンカウントを開始し、カウンタ43が0にな
つた時信号Pはリセツト状態になる。信号Pがセ
ツト状態にあるとき、クロツクパルスCPおよび
信号PはANDゲート46を介してシフト信号SS
をシフトレジスタ44へ送る。ここで、シフトレ
ジスタ44,45はパラレル−イン/シリアル−
アウト型のシフトレジスタである。また、量子化
部20からの水平成分シーケンスH2、垂直成分
シーケンスH1、傾斜成分シーケンスH3および予
測器30からの予測誤差成分シーケンスΔH0が
シフトレジスタ44へ入力されるようになつてお
り、シフトレジスタ44からシフト出力されるシ
フトデータはブロツクコードBCを記憶している
シフトレジスタ45に入力され、シフトレジスタ
45の出力はシリアル−イン/パフレル−アウト
型のレジスタ48に入力される。レジスタ48は
一定長のビツト数が入力されると全体が並列に読
み出され、バツフアメモリ49に一旦記憶された
後、画像信号PDとして他の装置へ伝送されたり、
蓄積されるようになつている。バツフアメモリ4
9は実時間処理のときに入出力間の時間軸の変動
を吸収するための、つまり時間軸を補正するため
のものであり、必要に応じて付加される。 このような構成において、2走査ラインの同時
読出し、または1走査ラインの読出しと1走査線
分の遅延とで読出された画素信号x1〜x4がアダマ
ール変換器10に入力されると、これら画素信号
x1〜x4が周波数領域のシーケンスH0a〜H3aに変
換されて量子化部20に入力される。そして、量
子化部20の量子化器21はシーケンスH0aを1
ビツトだけ下位側にシフトし、量子化器22はシ
ーケンスH2aを2ビツトだけ下位側にシフトし、
同様に量子化器23はシーケンスH1aを2ビツト
だけ下位側にシフトし、量子化器23はシーケン
スH3aを3ビツトだけ、下位側にシフトする。こ
こで、いずれも上位ビツト側からは正・負の符号
がシフトされてくる。このようにして得られたシ
ーケンス量子化値H0〜H3のうち、H1〜H3を可
変長符号化回路40の比較器41に入力すると共
に、シフトレジスタ44に入力する。そして、直
流成分シーケンスH0は予測器30に入力され、
この予測器30で水平成分シーケンスH2と共に
予測誤差シーケンスΔH0を形成し、この予測誤
差シーケンスΔH0を比較器41に入力すると共
に、シフトレジスタ44に入力する。ここに、比
較器41はPLAでプログラミング構成されてお
り、入力されるシーケンス量子化値ΔH0、H1、
H2、H3の値に基づいて前述の表1に従つた組合
せ番号C0〜C3を判別し、組合せ番号C0〜C3のい
ずれか1つを2値信号たとえば“1”とする。た
とえば予測誤差シーケンスΔH0が「1」で、他
のシーケンスH1〜H3がいずれも「0」の場合に
は、組合せ番号C1のみが“1”となり、他の組
合せ番号C0及びC2、C3はいずれも“0”となつ
ている。 こうして、比較器41で判別された組合せ番号
C0〜C3がROM42に入力されると、ROM42
はこの組合せ番号C0〜C3の“1”をアドレス信
号として、該当アドレスに記憶されている符号長
データCLおよびブロツクコードBCを読出し、こ
の符号長データCLをカウンタ43にセツトする
と共に、ブロツクコードBCをシフトレジスタ4
5にセツトする。したがつて、たとえば組合せ番
号C2が判別されてROM42に入力されると、
ROM42から符号長「9」がカウンタ43にセ
ツトされ、かつシフトレジスタ45に「10」がセ
ツトされ、カウンタ43のカウントダウンに対応
してシフトレジスタ44および45の内容をシフ
ト出力する。したがつて、シフトレジスタ48に
は「10」以下9ビツトが入力されることになる。
また、比較器41が組合せ番号C0と判別した場
合には、カウンタ43には符号長「2」がセツト
され、かつシフトレジスタ45に「00」がセツト
されることになり、シフトレジスタ48には
「00」だけが入力される。このようにしてシフト
レジスタ48に直列に入力されたデータは、並列
に変換されてたとえば8ビツト単位でバツフアメ
モリ49に記憶され、時間軸の補正を行なつた後
に画像信号PDとして出力される。かくして、第
4図及び第5図の回路によれば前述の表1に従つ
た画像信号の伝送又は蓄積を実現することができ
る。 なお、第4図の実施例ではアダマール変換器1
0の後段には説明上割算器11〜14を挿入して
「1/2」するようにしているが、量子化部20で 「1/2」の演算を行なうようにするのが一般的であ る。また、量子化量21〜24は量子化特性を画
像の空間周波数に応じて適応的に変化することな
く、固定的に考えるならば省略することができる
ことは容易に理解できる。さらに、アダマール変
換のブロツクサイズが本実施例のように小さいと
き、一般に高周波成分の相当する傾斜成分は画面
全体からみれば視覚的に殆んど劣化を与えないの
で、回路構成上第4図におけるH3a、H3を得る回
路は最初から省略しておくことも可能である。
第1図はこの発明の原理を説明するための図、
第2図はこの発明に用いる線形予測方式を説明す
るための図、第3図はブロツクサイズとアダマー
ル変換の関係を説明するための図、第4図及び第
5図はこの発明方式を適用した一実施例を示す回
路構成図である。 1……画素、10……アダマール変換器、21
〜24……量子化器、30……予測器、31……
伸張器、32,33……遅延回路、40……可変
長符号化回路、41……比較器、42……
ROM、43……カウンタ、44,45,48…
…シフトレジスタ、49……バツフアメモリ。
第2図はこの発明に用いる線形予測方式を説明す
るための図、第3図はブロツクサイズとアダマー
ル変換の関係を説明するための図、第4図及び第
5図はこの発明方式を適用した一実施例を示す回
路構成図である。 1……画素、10……アダマール変換器、21
〜24……量子化器、30……予測器、31……
伸張器、32,33……遅延回路、40……可変
長符号化回路、41……比較器、42……
ROM、43……カウンタ、44,45,48…
…シフトレジスタ、49……バツフアメモリ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 入力画像を画素群m(1、2)×n(≧2)で
成る互いに隣接したブロツク群に分割し、前記各
ブロツク内の画素群をアダマール変換によつて周
波数領域のシーケンスに変換して後に量子化し、
このシーケンス量子化値のうちの少なくとも直流
成分を線形予測して予測誤差成分に変換すると共
に、前記シーケンス量子化値を互いに比較するこ
とによりその組合せを複数個形成し、前記各組合
せの発生確率に基づいて前記予測誤差成分及び前
記他のシーケンス量子化値をブロツク内の区切り
を示すブロツクコード及びデータコードで成る可
変長符号で与えるようにしたことを特徴とする画
像信号の符号化方式。 2 入力画像を画素群2×2で成る互いに隣接し
たブロツク群に分割すると共に、水平方向にブロ
ツク毎のアダマール変換を行なうことによつて周
波数領域の直流成分シーケンス、垂直成分シーケ
ンス、水平成分シーケンス及び傾斜成分シーケン
スを得、前記直流成分シーケンス又は垂直成分シ
ーケンスの少なくとも一方を水平方向に線形予測
して直流予測誤差成分、垂直予測誤差成分を得、
前記直流予測誤差成分と、前記垂直予測誤差成分
又は垂直成分シーケンスと、前記水平成分シーケ
ンスと、前記傾斜成分シーケンスとの量子化値を
互いに比較することによりその組合せを複数個形
成し、前記各組合せの発注確率に基づいて前記直
流予測誤差成分、前記垂直予測誤差成分又は垂直
成分シーケンス、前記水平成分シーケンス及び傾
斜成分シーケンスを、ブロツク内の区切りを示す
ブロツクコード及びデータコードで成る可変長符
号で与えるようにしたことを特徴とする画像信号
の符号化方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57130569A JPS5921185A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 画像信号の符号化方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57130569A JPS5921185A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 画像信号の符号化方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5921185A JPS5921185A (ja) | 1984-02-03 |
| JPH0412076B2 true JPH0412076B2 (ja) | 1992-03-03 |
Family
ID=15037374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57130569A Granted JPS5921185A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 画像信号の符号化方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5921185A (ja) |
-
1982
- 1982-07-27 JP JP57130569A patent/JPS5921185A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5921185A (ja) | 1984-02-03 |
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