JPH04294685A - カラー画像信号の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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー画像信号の符号
化方法および装置に関し、特にカメラや写真入力装置な
どから入力されたディジタルカラー画像信号を圧縮符号
化して蓄積し、蓄積されたデータから元の画像信号を復
号再生することを可能とする、画像データベースや画像
の圧縮伝送機器に適するカラー画像信号の符号化方法お
よび装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー画像のディジタル信号を圧縮符号
化して蓄積し、これを復号再生することにより再び元の
データを再現するための可逆の符号化方法には、例えば
文献「ＪＰＥＧ−８−Ｒ５．２草案書」（Ｊｏｉｎｔ　
Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕ
ｐ，　ＩＳＯ／ＩＥＣ　ＪＴＣ１／ＳＣ２／ＷＧ８，　
ＳＧ−１５　編、１９８９年発行）に記載され標準化勧
告が進められている方式（以下ＪＰＥＧ方式という）が
ある。

【０００３】ＪＰＥＧ方式の一般的な符号化方法は、予
測、多値／二値変換、算術符号化の３つの部分から構成
されている。予測部においては、下記の（１）式に従い
、画像の第ｍライン（ｍ番目の走査線）上の第ｎ画素（
ｎ番目の画素）の画素値ｘ（ｍ，ｎ）　の予測誤差ｙ（
ｍ，ｎ）　を計算して求める。

【０００４】 　　ｙ（ｍ，ｎ）　＝ｘ（ｍ，ｎ）　−（ｘ（ｍ−１，
ｎ）　＋ｘ（ｍ，ｎ−１）　）／２　　　　　　式（１
）

【０００５】上式のように、予測誤差ｙ（ｍ，ｎ）　
は、画素値ｘ（ｍ，ｎ）　とこの画素値の予測値（ｘ（
ｍ−１，ｎ）　＋ｘ（ｍ，ｎ−１））／２との差を求め
ることにより算出される。

【０００６】一般に、画像信号ｘ（ｍ，ｎ）　は各画素
位置において周辺画素との相関が強いので、上記（１）
式で求められる予測誤差ｙ（ｍ，ｎ）　は、ゼロ近傍に
偏ったデータとなる。

【０００７】次に、多値／二値変換部においては、多値
データであるところの予測誤差ｙ（ｍ，ｎ）　を２値デ
ータ系列に変換する。具体的には、出現頻度の高い予測
誤差に、より少ないビット長の二値符号を割り当てる（
可変長符号化）ことにより、結果として全体の平均符号
長を短くする。二値符号の割当方法は、デシジョン・ツ
リーによる。このような二値符号系列を算術符号化部に
入力することにより、さらなるデータの圧縮を行おうと
するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術としての
ＪＰＥＧ方式による画像符号化においては、予測部と多
値／二値変換部の処理を終わった時点で、既にデータの
エントロピーレートが１に近い状態、すなわち圧縮限界
に近い状態になっていた。言い換えれば、画像データの
圧縮効果は、そのほとんどが予測部と多値／二値変換部
によって達成されており、最後段の算術符号化部の圧縮
効果が十分に生かされていないという方式上の解決すべ
き問題点があった。また、多値／二値変換部は、その出
力符号の長さが一定でない可変長符号化アルゴリズムと
なっているため、回路構成が複雑になるという実施上の
解決すべき問題点があった。

【０００９】本発明は、予測誤差値を固定長の二値デー
タに変換して算術符号化することにより、算術符号化部
の圧縮効果を高めたカラー画像信号の符号化方法および
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、まず、画像信号の各画素位置における信
号値を予測し、次にその予測誤差値の出現頻度の高い順
にエントロピーレートが低くなるような順番に定めた固
定長コードからなる変換表を用いてその予測誤差を二値
データの配列に変換し、最後に、当該二値データ配列を
算術符号化によりデータ圧縮することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明によれば前記の特徴により、多値／二値
変換部では、データの圧縮よりも、むしろ、多値／二値
変換後の出力符号の平均エントロピーレートを下げる変
換を行うことにより、算術符号化部での圧縮効果を高め
、結果として全体の圧縮効果を高めることが可能となる
。また、多値／二値変換部は固定長の処理となるため、
その後の符号化・復号演算ともに簡単なテーブル参照処
理のみで済み、回路の簡略化・処理の高速化が極めて容
易となる。

【００１２】

【実施例】次に、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。一般にカラー画像は、ＲＧＢやＹＵＶ、
ＣＭＹＫ等の３つないし４つのカラーコンポーネント信
号として取り扱われる。本実施例は、図２のＲＧＢ信号
符号化回路の構成例に示す様に、各カラーコンポーネン
ト信号毎に同様な回路構成からなるデータ圧縮回路を並
列に設けた構成である。図２に示すように、カメラ３１
から入力される画素データは信号線５１、５２、５３を
通してアナログ／ディジタル変換部３２、３３、３４に
それぞれ入力され、アナログ／ディジタル変換される。 アナログ／ディジタル変換部３２、３３、３４からの出
力は、信号線５４、５５、５６を通して符号化回路３５
、３６、３７へ送られ、ＲＧＢの各カラーコンポーネン
ト信号が圧縮符号化される。圧縮符号化された画像デー
タは信号線５７、５８、５９を通して出力端子４１、４
２、４３へそれぞれ出力される。

【００１３】以下に、図２のそれぞれのコンポーネント
信号毎に設けられた図１に示す符号化回路について、詳
しく説明する。

【００１４】カメラ等の画像入力手段によって撮影され
た画像の映像信号は、アナログ／ディジタル変換された
後、信号入力端子１１から入力され、信号線２１を通し
て入力画像メモリ１に送られ記憶される。

【００１５】入力画像メモリ１は、ディジタル化された
画像の画素数に応じた、縦方向画素数Ｍ、横方向画素数
Ｎからなる、Ｍ行Ｎ列の２次元配列状のメモリである。 本実施例では、各画素値は、８ビットの整数値（０から
２５５）として記憶される。

【００１６】入力画像メモリ１に記憶された画像データ
は、信号線２２を通して予測誤差演算部２に送られる。 予測誤差演算部２は、入力画像メモリ１から送られた画
像データの、縦方向Ｍ画素、横方向Ｎ画素の全（ＭｘＮ
）画素について、特定の一画素値を近隣の画素値を用い
て予測し、両者の差、すなわち予測された画素値と実際
の画素値との予測誤差を算出する。この演算は、例えば
、当該画素の上隣と左隣の２画素を用いた場合、次の（
２）式に従い実行される。

【００１７】 　　ｙ（ｍ，ｎ）　＝　　ｘ（ｍ，ｎ）　−（ｘ（ｍ−
１，ｎ）　＋ｘ（ｍ，ｎ−１）　）／２　　　　　　　
　（２）式

【００１８】ここで、ｘ（ｍ，ｎ）　は入力
画像メモリ１内の第ｍ番目のライン上の第ｎ番目の画素
点における画像データを信号線２２を介して予測誤差演
算部２に読み込んだもの、ｘ（ｍ−１，ｎ）　は入力画
像メモリ１内の第（ｍ−１）　番目のライン上の第ｎ番
目の画素点における画像データ（当該画素の上隣の画素
値に相当）を信号線２２を介して予測誤差演算部２に読
み込んだもの、ｘ（ｍ，ｎ−１）　は入力画像メモリ１
内の第ｍ番目のライン上の第（ｎ−１）　番目の画素点
における画像データ（当該画素の左隣の画素値に相当）
を信号線２２を介して予測誤差演算部２に読み込んだも
の、をそれぞれ表す。ただし、ｍが「ゼロ」、かつ、ｎ
が「ゼロ」でない場合の予測誤差ｙ（ｍ，ｎ）　の算出
においては、上隣のデータが存在しないので、次の（３
）式に従って予測誤差を演算する。

【００１９】 　　ｙ（ｍ，ｎ）　＝　　ｘ（ｍ，ｎ）　−ｘ（ｍ，ｎ
−１）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（３）式

【００２０】また、ｍが「ゼロ
」、かつ、ｎが「ゼロ」の場合は、予測誤差計算時の初
期値として、当該画素データの初期値ｘ（０，０）　そ
のものを予測誤差とする。

【００２１】上記の予測演算により、画素間に強い相関
を持つ自然画像の場合には、画像の種類にかかわらずほ
ぼ共通して、絶対値が「ゼロ」に近い予測誤差値ほど高
頻度で出現する。以下に説明する多値／二値変換はこの
性質を応用している。

【００２２】なお、上記の（２）、（３）、（４）式は
、当該画素の近隣２画素を用いた予測の一例を示してお
り、予測に利用する画素数の増減や係数値の変更により
予測精度を変更させることも可能である。

【００２３】多値／二値変換部３は、予測誤差演算部２
から予測誤差データを信号線２３を介して読み込み、多
値／二値変換部に格納された、図３に示すような後述す
る多値／二値変換テーブルを用いて、図３の‘多値’欄
に示されるような予測誤差データに対応する、‘二値符
号’欄に示されるような二値符号を出力する。

【００２４】多値／二値変換テーブルは、図３に示すよ
うに、一連の‘多値’とそれに対応する‘二値符号’の
組み合せからなる。本実施例においては、各画素値は８
ビットであり、その予測誤差も８ビットで表現できるこ
とから、多値／二値変換テーブルは２５６個の要素から
構成される。本テーブルは、‘多値’欄に相当する予測
誤差データに対応する、‘二値符号’欄に相当する二値
符号を定義するものである。多値／二値変換テーブルは
、頻繁に生起する予測誤差データほど、‘エントロピー
’欄に相当するエントロピーが低いエントロピーレート
となる二値符号が対応するよう作成されている。なお、
エントロピーは次の式により定義される。ここでＰｉ　
はｉの発生確率である。

【００２５】

【数１】

【００２６】本実施例では、最も頻出する予測誤差（多
値）は「ゼロ」であり、これに「００００　００００　
」で表される二値符号が与えられている。以下、２番目
に生起確率の高い予測誤差値「１」と「−１」にそれぞ
れ、「００００　０００１　」と「００００　００１０
　」が与えられ、同様にして、順次符号を割り当てるこ
とにより、変換テーブルが作成されている。

【００２７】本変換により、頻出する多値に低エントロ
ピーレートの固定長二値符号が一意に対応づけられる。 その結果、画像情報を変換して得られた二値符号全体の
エントロピーレートが下がり、算術符号化による圧縮効
率が向上する。

【００２８】算術符号化部４は、多値／二値変換部から
二値符号データ系列を信号線２４を通して逐次読み込み
、後述する算術符号化アルゴリズムに従って、データの
圧縮（エントロピー符号化）演算を行う。

【００２９】算術符号化演算は、例えば、文献「画像符
号化アルゴリズム（エントロピー符号化）」（加藤茂夫
著、テレビジョン学会誌、１９８９年１２月号第５７ペ
ージより第６５ページ）に記載のＬ−Ｒ型算術符号化ア
ルゴリズムによる。

【００３０】算術符号化部４で算術符号化された符号化
データは、信号線２５を通して出力端子１２へ出力され
る。

【００３１】以上の説明は、符号化（データ圧縮）回路
の説明である。一方、画像の復号（元のデータの再現）
においては、上記圧縮符号化の各演算を逆の順に行う。

【００３２】まず符号化された符号化データ系列を、算
術復号回路に入力し、算術復号演算を行い、二値符号デ
ータ系列を得る。この算術復号演算は、例えば、文献「
画像符号化アルゴリズム（エントロピー符号化）」（加
藤茂夫著、テレビジョン学会誌、１９８９年１２月号第
６４ページ）に記載のＬ−Ｒ型算術復号アルゴリズムを
用いる。

【００３３】次に、図３のテーブルを符号化演算時とは
逆に用いて、当該二値符号データ系列（図３の‘二値符
号’欄に相当）に対応する予測誤差データ（図３の‘多
値’欄に相当）を求める二値／多値変換演算を行う。

【００３４】最後に、このように復号された予測誤差か
ら、画素値を復元する。第ｍライン上の第ｎ番目の画素
値ｘ（ｍ，ｎ）　は、（２）式の逆演算により、予測誤
差ｙ（ｍ，ｎ）と、すでに復号化済みの画素値ｘ（ｍ−
１，ｎ）　およびｘ（ｍ，ｎ−１）　を用いて、次の（
５）式に示す演算により求められる。

【００３５】 　　ｘ（ｍ，ｎ）　＝　　ｙ（ｍ，ｎ）　＋（ｘ（ｍ−
１，ｎ）　＋ｘ（ｍ，ｎ−１）　）／２　　　　　　　
　（５）式

【００３６】ここで、ｍが「ゼロ」の場合の
画素値ｘ（ｍ，ｎ）　は、上隣の復号済みデータが存在
しないので、次の（６）式に従って演算する。

【００３７】 　　ｘ（ｍ，ｎ）　＝　　ｙ（ｍ，ｎ）　＋ｘ（ｍ，ｎ
−１）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（６）式

【００３８】また、ｎが「ゼロ
」の場合の画素値ｘ（ｍ，ｎ）　は、左隣の復号済みデ
ータが存在しないので、次の（７）式に従って演算する
。

【００３９】 　　ｘ（ｍ，ｎ）　＝　　ｙ（ｍ，ｎ）　＋ｘ（ｍ−１
，ｎ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（７）式

【００４０】また、全画面の左
上端の画素位置、すなわち、ｎが「ゼロ」、かつ、ｍが
「ゼロ」の場合の画素値ｘ（ｍ，ｎ）　は、当該画素の
予測誤差値データの初期値ｙ（０，０）　そのものを画
素値とする。

【００４１】

【発明の効果】本発明は以上述べたような構成となって
いるため、以下に記載されるような効果を発揮する。画
像信号の各画素位置における信号値を予測して実際の信
号値との差、すなわち予測誤差値を求め、次に、予測誤
差値の出現頻度の高い順にエントロピレートが低くなる
ような順番に定めた固定長コードからなる変換表によっ
て当該予測誤差を二値データの配列に変換し、当該二値
データ配列を算術符号化によりデータ圧縮する。したが
って、算術符号化部による圧縮効果を高めることが可能
となる。また、多値／二値変換は簡単なテーブル参照処
理のみで済み、しかも固定長処理となるため、回路の簡
略化・処理の高速化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー画像符号化装置によるデータ圧
縮回路の概略構成図である。

【図２】本発明のカラー画像符号化装置の全体の構成を
示す図である。

【図３】図１の多値／二値変換部に格納される多値デー
タから二値符号データへの変換テーブルを示す図である
。

【符号の説明】

１　　入力画像メモリ ２　　予測誤差演算部 ３　　多値／二値変換部 ４　　算術符号化演算部 １１　　入力端子 １２　　出力端子 ３１　　カメラ ３２、３３、３４　　アナログディジタル変換部３５、
３６、３７　　符号化回路 ４１、４２、４３　　出力端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入力されるディジタルカラー画像信号
   を圧縮符号化するカラー画像信号の符号化方法において
   、該方法は、前記画像信号の各画素位置における信号値
   を予測して各画素位置における信号値と予測された信号
   値との間の予測誤差値を求め、前記予測誤差値を、その
   発生頻度に応じて固定長の二値データに変換し、前記変
   換された二値データを算術符号化することによりデータ
   圧縮することを特徴とするカラー画像信号の符号化方法
   。
2. 【請求項２】　　前記予測誤差値の前記固定長の二値デ
   ータへの変換は、高頻度で発生する前記予測誤差値ほど
   、エントロピーレートの低い二値コードを対応させるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のカラー画像信号の符号
   化方法。
3. 【請求項３】　　入力されるディジタルカラー画像信号
   を圧縮符号化するカラー画像信号の符号化装置において
   、該装置は、前記画像信号の各画素位置における信号値
   を予測して各画素位置における信号値と予測された信号
   値との間の予測誤差値を求める予測誤差演算手段と、前
   記予測誤差演算手段により求められた予測誤差値を、そ
   の発生頻度に応じて固定長の二値データに変換する二値
   データ変換手段と、前記二値データ変換手段により変換
   された前記二値データを算術符号化することによりデー
   タ圧縮する符号化手段とを有することを特徴とするカラ
   ー画像信号の符号化装置。
4. 【請求項４】　　前記二値データ変換手段は、高頻度で
   発生する前記予測誤差値ほど、エントロピーレートの低
   い二値コードを対応させることを特徴とする請求項３に
   記載のカラー画像信号の符号化装置。