JPH0630391A

JPH0630391A - 大域ブロック変換を用いた圧縮画像データに頑強性を付与するための装置および方法

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Publication number: JPH0630391A
Application number: JP4017636A
Authority: JP
Inventors: Ephraim Feig; イフレイム、ファイク; Jr William B Pennebaker; ウイリアム、ブーン、ペネベイカー、ジュニア; Keith S Pennington; キース、サミュエル、ペニントン
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 1994-02-04
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: JP2527874B2; US5293434A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】局所冗長性を呈する画像データなどのデータ
パターンのバースト誤りに対する頑強性を付与する技法
および装置を提供する。【構成】局所化（ブロック化）画像データを、伝送／
記憶のため７４０_１〜７４０ｎによる「ホログラフィ
状」の圧縮符号化を行うに先立ち、変換器７２０により
大域ブロックアダマール変換などの大域ブロック変換を
行う。画像を大域的に変換することは、事実上、その画
像の画素またはその変換係数の各ブロックの画像データ
を、故意に「スミヤ化された」画像データを生成するた
めに、画像全体に規則的に順序づけられた既定の大域的
方法で拡散させることになる。伸長時にその「スミヤ
化」画像データを逆大域ブロック変換することにより、
その後、画像の「スミヤ化」画像データの一部が伝送ま
たは再生において抹消されたとしても、画像全体は、残
りの「スミヤ化」画像データから、ある程度有効に再構
築することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、局所冗長性を呈する画
像データなどのデータへのバースト（または類似の）誤
りに対する頑強性を付与するための、例示的に変換符号
器で使用するための技法に関する。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】画像データは、静止画像
および動画像を含め、ディジタル回路によって得られる
処理速度および洗練化によってなされている不断の前進
のためもあって、ますます電子的形態で操作されるよう
になっている。一般にこの操作には、各個別画像につい
て、当該画像を集合的に形成するディジタル化画素値の
大規模なマトリックスの伝送または記憶のいずれかを一
部にしろ伴う。

【０００３】このようなマトリックス（以下、「画像マ
トリックス」と称する）は、通常、相当数のビットを含
む。例えば、８ビット画素５７６行ｘ７２０列を有する
ディジタル化２５６階調グレースケール画像は、約３．
３メガビットの画像マトリックスとなる。水平および垂
直解像度をさらに高精細にすると、より多数のビットを
含む画像マトリックスとなる。カラー画像、特に個別の
色座標マトリックスを有するように符号化されたもの
は、著しく膨大な量のビットを含む。通信システムにお
ける伝送帯域幅は限られており、ディジタル記憶装置の
容量も、極めて大きい場合が多いとはいえ、有限である
ので、当業では、従来、各個別画像の伝送または記憶に
要するビット数を相当に低減するために、画像マトリッ
クスに含まれる情報の圧縮に使用できる各種技法を考案
するために相当の努力が傾注されてきた。

【０００４】当業で十分に公知であり、ディジタル画像
での使用の有望さも増している、そうした圧縮技法の１
群は、離散コサイン変換（ＤＣＴ）の使用を含む。この
変換は、特に、虚数成分ではなく実数成分だけを取り扱
い、計算上も比較的容易かつ高速に実施できることか
ら、注目を集めている。さらにＤＣＴは、各画像に関す
る情報のほとんどが、一般に人間の眼の応答パターンに
ほぼ一致する低空間周波数情報を表現する比較的少数の
変換係数に符号化されるという有利な特性を有してい
る。ＤＣＴの使用により、特定のサンプリング方式につ
いて、ロスレス技法による同一方式が通常４〜５ビット
／画素を要するのに対して、わずか１ビット／画素から
極めて高品質の画像を得ることができる。

【０００５】本質的に、ＤＣＴを用いた画像の圧縮は、
多くの場合まず、そのディジタル画像を、それぞれが通
常は画素値の８ｘ８マトリックスから構成される個別ブ
ロックに垂直および水平に分割することを伴う。各８ｘ
８ブロック内の画素値は、次に、ＤＣＴにより、対応す
る８ｘ８マトリックスの変換係数に個別に変換される。
その後、各係数マトリックスは、量子化ＤＣＴ係数を得
るために量子化される。量子化係数は次いで適切な圧縮
符号器によって適切な伝送記号に変換される。量子化プ
ロセスは、位取り、丸めおよび／または切り捨てを含ん
でもよい。正しい量子化が用いられれば、その画像の高
空間周波数内容の何らかの減少は、見る人にまずほとん
ど明らかとならない。圧縮符号器は、ほとんどの場合、
低周波数成分を符号化するために使用されるものよりも
ずっと高空間周波数の係数を符号化するためにはるかに
少数のビットを利用するエントロピ符号器である。量子
化プロセスは画像にある程度の損失を与え、不可逆的で
あるが、圧縮符号器内で使用される符号化プロセス自体
は通常、可逆的であり、大部分、ロスレスである。

【０００６】詳しくいえば、符号化プロセス（以下、
「圧縮符号化」と称する）はまず、圧縮のために、各ブ
ロックの変換係数を、８ｘ８係数マトリックスの左上隅
のＤＣ係数（ゼロ周波数成分）から始まるいわゆるジグ
ザグサンプリングパターンにシーケンシャルに再順序づ
けることを伴う。水平周波数を高める係数は、マトリッ
クスの右側水平方向に位置し、垂直周波数を高める係数
は、マトリックスの垂直方向に位置する。このパターン
は、事実上、昇順の空間周波数の順序で量子的に構成さ
れたＤＣＴ係数の一次元配列を生じる。ＡＣ係数はその
後に各自の生起順に符号化される。ハフマン符号のよう
な符号化技法が、通常はランレングス符号化により、１
ブロックのゼロ係数の各連続を効率的に符号化するため
に使用される。この符号化方式はまた、各非ゼロ係数に
関する振幅カテゴリを確定し、それらの各カテゴリに一
意の符号語を割り当てる。それらの各非ゼロＤＣＴ係数
は、当該の係数の適切な振幅を指定する、符号語によっ
て符号化され、その特定のカテゴリ内の当該の係数の精
確な量を識別する付加ビットが後続する。個別の符号語
がブロック終結符号に割り当てられ、通常、そのブロッ
クの最後の非ゼロ係数の後に送信される（その係数が位
置６３にない限り）。ＤＣ係数は、たいてい、最新生起
ＤＣＴ変換ブロックのＤＣ係数を現変換ブロックのＤＣ
係数の予測として用いる一次元差分パルス符号変調（Ｄ
ＰＣＭ）によって符号化される。一意の符号語にもとづ
いてＤＣ係数の差の値を符号化するためにほとんどの場
合ハフマン符号が使用される。その一意の符号は、疑似
対数スケールに対する当該の係数の振幅カテゴリを表現
するものであり、そのカテゴリ内のその係数の値を指定
する付加ビットが後続する。その後、伝送記号が各符号
語および、いずれかの関係付加ビット（それらが存在す
る場合）によって形成される。高位の周波数係数はほと
んどの場合ゼロ値ではないので、相当の高空間周波数の
各係数値を符号化するためにはるかに少数のビットが使
用される。このＤＣＴならびに、画像データおよび変換
係数の圧縮符号化でのその使用に関する詳細について
は、Ｋ．Ｒ．Ｒａｏらによる“ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏ
ｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ −− Ａｌｇｏｒｉｔｈ
ｍ，Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓ”（ｃ１９９０：ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，
ＳａｎＤｉｅｇｏ）および、Ｎ．Ａｈｍｅｄらによる
“ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒ
ｍ”（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＣｏ
ｍｐｕｔｅｒｓ，Ｊａｎｕａｒｙ１９７４，ｐ
ｐ．９０−９３）を参照されたい。

【０００７】結果として得られた圧縮符号化ビットはそ
の後、通信チャネルを介して遠隔の端受信機へ伝送する
か、または、以後の再生のために磁気または光学式など
の適切な媒体に記憶させることができる。受信画像を構
築する、または、記憶画像を再構築するには、圧縮変換
データがその入力となり、その結果として得られる出力
が画素データとなることにより、ＤＣＴの逆転を含め、
上述のプロセスが事実上逆になる。

【０００８】残念ながら、「現実世界」の環境では、画
像データの伝送または再生を損なうバースト誤りが発生
する。こうした誤りは、パケット網によるデータ通信に
おいて特に問題である。これらの網では、単一の圧縮画
像データは多数の連続的に生起するデータパケットとし
て送信される。こうした網がますます経済的なポイント
ツーポイントデータ転送媒体を付与するために普及し続
けるにつれ、さらに多くの画像がパケットデータとして
伝送されることになる。バースト（または類似の）誤り
は、発生する場合、たいていは通信チャネル自体または
それに接続された伝送設備の一時的な障害によって生ず
るが、画像データの１以上の連続パケットを容易に破壊
する。そのため、再構築された画像の局所部分が容易に
失われるであろう。従って、再構築された画像は、破損
データに対応する「穴」または黒化領域を含むものとし
て描出されることになる。そのような穴の大きさは、失
われたパケット数に直接関係する。損失が大きくなれば
なるほど穴は大きくなり、逆に、損失が少なければ穴は
小さくなる。局所画像データの完全な損失は、一部の画
像処理用途で使用される再構築画像では許容されるが、
同様の多くの用途ではまったく許容されないものであ
る。そのため、後者の用途では、圧縮を行ってバースト
（または類似の）誤りを受けた画像データは事実上使用
できないであろう。バースト誤りは再生においても生じ
得る。その原因は、例えば、媒体の局所的な欠陥が記憶
画像データの一部を永久的に破損した場合、媒体の汚れ
などの状態によるもの、光学スキャナが検出データを一
時的に不鮮明にした場合などである。

【０００９】さらに、当業では、伝送帯域幅を有効利用
し、記憶効率を最大にしようとする継続的な努力におい
て、変換係数値を含め画像データの圧縮量を増大させる
ための圧縮方式の開発が続けられると予想される。当
然、画像データを符号化する際に使用されるデータ圧縮
度が高まるにつれ、各パケットまたは記憶されるビット
ストリームは、その画像の空間的により大きな部分のデ
ータを含むことになる。残念ながら、圧縮が高まるにつ
れて、バースト（または類似の）誤りは、それがたとえ
比較的少数または一定数のパケットに影響したとして
も、結果的に、画像のより大きな部分を抹消することに
なる。

【００１０】従って、当業には、圧縮データ、特に画像
（静止画像および動画像を含む）データの伝送および／
または記憶において使用するための、かつ、そのデータ
にバーストまたは類似の誤りに対する頑強性を付与でき
るような技法の必要性が存在する。さらに、こうした技
法は、変換符号器、特に（他を排除するものではない
が）ＤＣＴを利用する変換符号器による使用に適するべ
きである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、画像データに
局所的データ損失に対する頑強性を付与するための装置
であって、画像を表現するデータ値のマトリックスをブ
ロック変換によって変換データマトリックスを生じるよ
うに大域的に変換するための第１の手段であり、前記変
換データマトリックスの各要素が前記データ値のマトリ
ックスの全部の値の既定の線形結合である前記第１の手
段と、前記変換データマトリックスを対応する記号に圧
縮して符号化するための手段と、既定の順序で前記記号
を通信チャネルによって伝送するための手段とを含むこ
とを特徴とする装置を提供する。

【００１２】この装置において、第１の変換手段がさら
に、前記画像を表現する画素値の入力マトリックスに応
答して、前記画素値のマトリックスをハダマード変換の
ようなブロック変換によって多数の実質的に同一の大き
さの変換画素値のブロックに大域的に変換するための手
段を含んでおり、また、前記装置はさらに、変換画素値
の各ブロックを多数の変換係数のブロックの対応する１
ブロックに変換するための第２の手段と、前記多数の変
換係数の各ブロックを多数の量子化された変換係数のブ
ロックの対応する１ブロックを得るために量子化するた
めの手段と、量子化変換係数の前記多数の各ブロックを
対応する前記各記号に圧縮して符号化するための手段と
を含むようにすることができる。この場合、第２の変換
手段がさらに、変換画素値の前記各ブロックを離散コサ
イン変換（ＤＣＴ）によって変換係数の前記多数のブロ
ックの対応する１ブロックに個別に変換するための手段
を含むようにしてもよい。その場合さらに、第２の変換
手段は各変換回路が変換係数のブロックの関係する１ブ
ロックを得るために前記画素値ブロックの対応する１ブ
ロックのＤＣＴを計算するための多数の実質的に同一の
変換回路を含み、かつ、前記量子化手段は各量子化回路
が量子化変換係数のブロックの関係する１ブロックを得
るために生成後の変換係数のブロックの関係する１ブロ
ックの変換係数を量子化するために前記変換回路の対応
する１回路に接続されている多数の実質的に同一の量子
化回路を含むようにすることができる。

【００１３】ここで、前記圧縮符号化手段として、算
術、ジブレンペル、ハフマンまたは他のエントロピ符号
器が採用できる。また、前記伝送手段として、前記通信
チャネルによって一連のパケットで前記記号を伝送する
ものが採用できる。

【００１４】本発明はまた、通信チャネルによって伝送
される画像データにバースト誤りに対する頑強性を付与
するための方法であって、送信ロケーションにおいて
は、画像を表現するデータ値のマトリックスをブロック
変換によって変換データマトリックスを生じるように大
域的に変換するための第１の段階であり、前記変換デー
タマトリックスの各要素が前記データ値マトリックスの
全部の値の既定の線形結合である前記段階と、前記変換
データマトリックスを対応する記号に圧縮して符号化す
るための段階と、既定の順序で前記記号を通信チャネル
によって伝送するための段階とを含み、また、受信ロケ
ーションにおいては、受信記号を形成するために前記通
信チャネルから前記記号を受信する段階と、前記変換デ
ータマトリックスの複製を得るために前記受信記号を圧
縮に従って復号化する段階と、データ値マトリックスの
複製を得るために前記変換データマトリックスの前記複
製を逆ブロック変換により大域的に逆変換する段階と、
前記データ値マトリックスに応答して前記画像の複製を
構築する段階とを含むことを特徴とする方法を提供す
る。

【００１５】この方法において、さらに、前記画像を表
現する画素値の入力マトリックスを変換画素値の同一の
大きさのブロックに区分化する段階と、変換画素値の各
ブロックを多数の変換係数のブロックの対応する１ブロ
ックに変換する第２の段階と、前記変換係数のブロック
の各ブロックの各係数を多数の量子化変換係数のブロッ
クの対応する１ブロックを得るために量子化する段階と
を含んでおり、かつ、前記第１の大域変換段階がさら
に、量子化変換係数の前記ブロックの全部をハダマード
変換により前記変換データマトリックスに大域的に変換
する段階と、前記変換データマトリックスの各マトリッ
クスを前記記号の対応する記号に圧縮して符号化する段
階とを含み、また、受信ロケーションにおいて、前記方
法はさらに、変換データマトリックスの多数の複製を形
成するように前記多数の変換データマトリックスの各マ
トリックスの対応する複製を生成するために前記受信記
号を圧縮に従って復号化する段階を含んでおり、かつ、
前記大域逆変換段階はさらに、量子化変換係数の前記ブ
ロックの多数の複製を得るように前記多数の変換係数の
ブロックの各ブロックの対応する複製を得るために逆ハ
ダマード変換により前記変換データマトリックスの複製
の全部を大域的に逆変換する段階と、前記画素値ブロッ
クの対応するブロックの複製を得るために前記変換係数
のブロックの複製の各複製を逆変換する第２の段階とを
含むようにすることができる。

【００１６】

【作用】本発明は、圧縮され、特にＤＣＴ変換された画
像データの通信および／または再生において主に発生す
るバースト（または類似の）誤りの結果生じた損失画像
データに関係する、当業で公知の欠点を効果的に克服し
た。

【００１７】詳しくいえば、局所化画像データ（画素デ
ータまたはその対応するブロック変換係数値のいずれ
か）を、事実上故意に「スミヤ化された」画像データと
なるものを作成するために例えば大域ハダマード変換に
よって画像全体のデータ全体に規則的な順序様式で大域
的に拡散させることにより、その後、その「スミヤ化」
画像データの一部を抹消するようなバースト（または類
似の）誤りが発生した場合でも、残りの「スミヤ化」画
像データから、画像全体が、全品質の点で劣化している
が、そのまま再構築できる。従って、本技法によって得
られる圧縮画像データは、「ホログラフィ状」特性を呈
する。

【００１８】有利な点として、バースト（または類似
の）誤りのために失われた画像データは、その画像内の
いずれの特定の空間位置またはその画像を形成するいず
れの特定の空間周波数帯にも制限されることなく、代わ
って、空間および周波数領域の両方に関して、画像全体
で生じるデータの線形結合によって形成される。各バー
スト（または類似の）誤りが「スミヤ化」画像データの
部分を大きく破壊すればするほど、その画像全体は、全
品質レベルが低下する可能性が高くなるが、圧縮解除す
ると、ほとんど「穴」などを伴うことなくそのまま再構
築することができる。品質の劣化があるとはいえ、画像
全体が再構築される結果、本発明の技法は、従来、バー
スト（または類似の）誤りが発生しやすく、そのため圧
縮画像データを利用できなかったような画像処理用途に
おいて、圧縮画像データを容易かつ有利に使用できるよ
うにする。

【００１９】さらに、本発明の技法に従えば、「ホログ
ラフィ状」画像データは、画素データの水平および垂直
方向の連続ブロックを大域ブロックハダマード変換させ
た後、当該データを例示的にＤＣＴによって空間周波数
領域に変換してから、得られた変換係数を圧縮符号化す
るか、あるいはまた、それらの画素ブロックの（例示的
にＤＣＴとする）変換係数値の水平および垂直方向の隣
接ブロックを大域ブロックハダマード変換させた後、そ
れらの係数の圧縮符号化を行うかのいずれかによって得
られる。上述の２通りの方法は、各方法で行われる対応
する変換係数の量子化において生じる差異を主な原因と
して異なる数値結果をもたらすが、各方法によって得ら
れたそれらの結果は、実質上同一の統計的特性を有す
る。すなわち、画像の各部分は、その画像の他のすべて
の部分の既定の線形結合によって形成される。その後、
圧縮解除時に逆ハダマード変換により「スミヤ化」画像
データを逆変換することにより、画像の「スミヤ化」デ
ータの一部が伝送または再生において抹消されても、そ
の画像全体は、品質がある程度劣化するが、残りの置換
（「スミヤ化」）画像データからそのまま再構築でき
る。

【００２０】本発明の技法は基本的に加算、減算および
桁送り演算によって実施できるので、本発明は、計算
上、極めて単純、容易かつ低費用で実施できるという特
長を有する。

【００２１】さらに、本発明の技法は変換係数値または
画素値のいずれかで極めて良好に機能するので、本発明
は、データ圧縮を利用する焦眉の多数の画像処理技術、
特にいずれかの形式の離散コサイン変換（これに限らな
いが）にもとづく圧縮をますます採用すると予想される
画像処理技術と高度に両立可能であるという特長を有す
る。さらにまた、上述の技術は、（例えば、音響、静止
および／または動画像を同時に利用する）いわゆる混合
媒体環境用ネットワーク通信での拡大する用途を見出し
つつあるので、本発明は、そうした通信と連係しての利
用に関しても特に関心を集めるはずである。

【００２２】

【実施例】以下の説明を読むことにより、当業者は、本
発明の技法が、相当量の局所冗長性を含むほとんどどの
ような型のデータパターンに対してもバースト（または
類似の）誤りに際して頑強性を付与するために使用でき
ることが明白に理解できるであろう。本発明によって付
与される頑強性は、データパターン全体を、本発明によ
って符号化されたそのパターンの一部が失われたとして
も、全品質で劣化するが、再構築できるようにする。デ
ータパターンは、一次元である必要はなく、実際、二次
元、三次元またはそれ以上の次元に及ぶ多次元とするこ
とができる。さらに、データパターンは、例えば画像デ
ータなどの空間指向データに制限されず、実際、一時的
または周波数領域にもとづくもの、さらには他の領域に
存在するものとすることができる。しかしながら、以下
の説明では例示および簡略化のために、本発明は、二次
元グレースケール画像データをパケットデータとして伝
送するための伝送システムにおいて使用する文脈におい
て、特に、二次元８ビット画素データのマトリックスを
含むディジタル画像に関して検討する。

【００２３】図１は、代表的なディジタルグレースケー
ル画像を示す。図示の通り、この画像は、例示的に、画
素１０３などの各画素が通常は８ビットである多ビット
値の画素による、５７６行、７２０列を有する画素のマ
トリックス（以下、「画像マトリックス」と称する）か
ら形成されている。これらの値は、各画素を、２５６の
異なる輝度レベルのいずれかに符号化させることを可能
にする。この解像度で、画像１００は、約３．３メガビ
ット程度を有する。

【００２４】画像１００を遠隔の端ロケーションに伝送
するために、この画像は、通常、まず画像を二次元離散
コサイン変換（ＤＣＴ）などの適切な変換によって変換
し、次いで、得られた変換係数をエントロピ符号器など
によって符号化することによって圧縮される。ゼロ値の
変換係数の列はハフマン符号によって符号化される。得
られたＤＣＴ係数を適切に変換するために差分パルス符
号変調が使用される。適切なフィールド終結符号その他
の区切り文字を含む符号化値はその後、適切な伝送記号
に変換される。その後、これらの記号は、所望のパケッ
ト網によって一連の連続的に生起するパケットとして、
遠隔の端受信機（図示しないが当業で公知である）に伝
送され、受信機は他の回路（やはり図示しないが当業で
公知である）と連係して画像１００の複製を構成する。

【００２５】残念ながら、「現実世界」の環境では、バ
ースト（および類似の）誤りがしばしば発生する。バー
スト（または類似の）誤りがパケット通信において発生
した場合、こうした誤りは、その遠隔の端受信機での受
信以前に画像データの１以上の連続パケットを完全に破
壊する。そのようにして画像１００が伝送された場合、
遠隔端受信機で構築されたこの画像の複製の局所部分は
完全に失われるであろう。従って、構築された画像は、
破損データに対応する「穴」または黒化領域を含むもの
として描出されることになる。そのような穴の大きさ
は、失われたパケット数に直接関係する。損失が大きく
なればなるほど穴は大きくなり、逆に、損失が少なけれ
ば穴は小さくなる。局所画像データの完全な損失は、そ
の複製が一部の画像処理用途で使用される場合には許容
されるかもしれないが、同様の多くの用途ではまったく
許容されないものである。そのため、後者の用途では、
圧縮を行ってバースト（または類似の）誤りを受けた画
像１００のデータはほとんど使用できないことになる。

【００２６】発明者らは、例示的に、圧縮され、特にＤ
ＣＴ変換された画像データのパケット通信において発生
するバースト（または類似の）誤りの結果生じた損失画
像データに関係する、当業で公知の欠点を効果的に克服
した。

【００２７】詳しくいえば、発明者らは、画像１００の
局所化データ（その画素データまたはその対応するブロ
ック変換係数値のいずれか）を、圧縮符号化に先立ち、
例えば大域ハダマード変換を用いて画像全体のデータ全
体に規則的な順序づけられた大域的様式で拡散させるこ
とにより、故意に「スミヤ化された」画像データを得る
という方法を発見した。その「スミヤ化」画像データの
一部を抹消するようなバースト（または類似の）誤りが
発生した場合に、遠隔の端受信機において、この画像の
残りの「スミヤ化」画像データから、画像１００の複製
全体が、全品質の点では画像１００の品質から劣化して
はいるが、そのまま効果的に構築できる。本発明の技法
は画像１００の複製全体が遠隔の端受信機においてこの
画像のデータの一部だけから構築できるので、本発明の
技法によって得られる圧縮画像データは、「ホログラフ
ィ状」特性を呈する。

【００２８】有利な点として、バースト（または類似
の）誤りのために失われた画像データは、その画像内の
いずれかの特定の空間位置またはその画像を形成するい
ずれかの特定の空間周波数帯に制限されることなく、代
わって、空間および周波数領域の両方に関して、画像全
体で発生するデータの線形結合によって形成される。各
バースト（または類似の）誤りが「スミヤ化」画像デー
タの部分を大きく破壊すればするほど、画像１００の複
製全体は、その全品質レベルが低下する可能性が高くな
るが、圧縮解除すると、ほとんど「穴」などを伴うこと
なくそのまま構築することができる。品質の劣化がある
とはいえ、画像全体の複製が構築される結果、本発明の
技法は、従来、バースト（または類似の）誤りが発生し
やすく、そのため圧縮画像データを利用できなかったよ
うな画像処理用途において、圧縮画像データを容易かつ
有利に使用できるようにする。

【００２９】さらに、本発明の技法に従えば、「ホログ
ラフィ状」画像データは、画素データの水平および垂直
方向の連続ブロックを大域ブロックハダマード変換（す
なわち、画像全体にわたって）させた後、当該データを
例示的にＤＣＴによって空間周波数領域に変換してか
ら、得られた変換係数を圧縮符号化するか、あるいはま
た、それらの画素ブロックの（例示的にＤＣＴとする）
変換係数値の水平および垂直方向の隣接ブロックを大域
ブロックハダマード変換（すなわち、画像の全変換係数
について）させた後、それらの係数の圧縮符号化を行う
かのいずれかによって得られる。上述の２通りの方法
は、各方法で行われる対応する変換係数の量子化におい
て生じる差異を主な原因として異なる数値結果をもたら
すが、各方法によって得られたそれらの結果は、実質上
同一の統計的特性を有する。すなわち、画像の各部分
は、その画像の他のすべての部分の既定の線形結合によ
って形成される。その後、圧縮解除時に逆ハダマード変
換により「スミヤ化」画像データを逆変換することによ
り、画像の「スミヤ化」データの一部が伝送または再生
において抹消されても、その画像全体は、品質がある程
度劣化するが、残りの置換（「スミヤ化」）画像データ
からそのまま再構築できる。

【００３０】本発明の技法を、以下、図２〜図７の文脈
において、特にＤＣＴおよびハダマード変換に焦点を当
てた若干の逸脱を含めて詳述する。その後、それぞれ本
発明の技法の異なる実施例を採用した、図８および図９
に示す２の画像伝送システム７００および８００につい
て説明する。

【００３１】画像データの以後の伝送のために図１に示
す画像１００を符号変換するために、この画像はまず、
通常は８ｘ８の画素値のブロックに分割される。そのよ
うに分割された、図２に示す画像１００は、９０の８ｘ
８ブロック７２行から成り、そのうちのブロック２００
を代表とする。

【００３２】本発明の技法に従えば、画像全体のこれら
の画素ブロックは、ＤＣＴなどによって周波数領域に変
換される前に大域ブロックハダマード変換を受けること
ができる。ハダマード変換は、後述するように、その画
像の他の全部の画素値によって、画像に位置する各画素
の値を特定の方法で置換する。あるいはまた、上述の画
素値の各ブロックをまずＤＣＴによって変換し、その
後、得られた画像全体の変換係数を大域ブロックハダマ
ード変換させることもできる。後者の場合、ハダマード
変換は、画素値ではなく、その画像の各係数値を他の全
部の当該係数で置換する。ハダマード変換は、画素値ま
たは変換係数いずれかの同一の線形結合を付与する。

【００３３】ここで、本明細書の理解を助けるために、
若干逸脱することになるが、発明者らが利用するＤＣＴ
変換で使用される各種数理規約を定義し、ＤＣＴおよび
ハダマード変換自体について簡単に説明する。

【００３４】図３は、例示的にブロック３００とする各
８ｘ８画素ブロックの識別座標値（すなわち、画素サン
プリング規約）を示している。サンプリングインデック
ス「ｉ」および「ｊ」が、それぞれ、ブロックの左上隅
に位置する画素３０１（座標（０，０）を有する）の右
側水平方向および垂直方向に下方に及ぶ、画素Ｐｉ，ｊ
を指定する。図示のように、これらの値のそれぞれは、
値０から７に及ぶ。ブロック３００内にある画素３０３
および３０５は、それぞれ、座標（４，６）および
（７，７）を有する、このブロックの中間および最終の
画素を表現している。各８ｘ８画素値ブロックのＤＣＴ
変換は、図４に示された変換係数規約を有する８ｘ８ブ
ロックに編成される６４の変換係数（周波数成分）を生
じる。図示のように、例示的な変換係数ブロック３５０
について、周波数インデックス「ｕ」および「ｖ」は、
それぞれ、ブロック３５０の左上隅にあるＤＣ成分３５
１（座標（０，０）を有する）の右側水平方向および垂
直方向に下方に増加する、垂直および水平空間周波数を
指定する。図示のように、これらのインデックスのそれ
ぞれは値０から７に及ぶ。ブロック３５０内にある周波
数成分３５３および３５５は、それぞれ、座標（４，
６）および（７，７）を有する、中間および最終の空間
周波数成分を表現している。

【００３５】図３に示すサンプリング規約によるブロッ
ク３００などの８ｘ８画素値マトリックスｆ（ｉ，ｊ）
の離散コサイン変換Ｆ（ｕ，ｖ）および、図４に示す変
換係数規約によるブロック３５０などの８ｘ８変換係数
マトリックスの逆ＤＣＴ変換は、それぞれ、以下のよう
に式（１）および（２）によって与えられる。

【００３６】

【数１】

【００３７】

【数２】式中、Ｃ（ｕ）＝（１／２）^1/2（ｕ＝０の場合）、Ｃ
（ｕ）＝１（それ以外）。Ｃ（ｖ）＝（１／２）^1/2
（ｖ＝０の場合）、Ｃ（ｖ）＝１（それ以外）。ｆ
（ｉ，ｊ）は各画素について−１２８から＋１２８の値
をとる。Ｆ（ｕ，ｖ）は各ＤＣＴ変換係数について−１
０２３から＋１０２３の値をとる。ＤＣＴは、虚数では
なく、実数成分だけを扱う。さらに、ＤＣＴは、各画像
の情報のほとんどを、相対的に少数の低周波数変換係数
に集約する。得られた周波数情報は、一般に人間の眼の
空間周波数応答に一致する応答パターンを有しているの
で、通常の見る人にとって可視ではない、高次のＤＣＴ
周波数成分は、通常、ゼロ値になる。従って、これらの
高次の成分は、結果として得られる再構築された画像で
は、ほとんどまったく気づかないほどの影響により安全
に無視できる。そのため、ＤＣＴは６４の個別の周波数
成分だけを生じるように計算される。高速処理を行うに
は、各個別の８ｘ８画素ブロックのＤＣＴが、１以上の
専用高速ディジタル集積回路によって実施できる。そう
した画素ブロックについて計算されるＤＣＴによる特定
の方法は当業で公知であり、本発明の一部ではないの
で、簡略にするために、ＤＣＴまたはその実施に関する
詳述は以下の説明から省略する。詳細については、例え
ば、Ｋ．Ｒ．Ｒａｏらによる“ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓ
ｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ −− Ａｌｇｏｒｉｔｈ
ｍ，Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓ”（ｃ１９９０：ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，
ＳａｎＤｉｅｇｏ）（特に同書第５章“Ｔｗｏ−Ｄｉ
ｍｅｎｓｉｏｎａｌＤＣＴＡｌｇｏｒｉｔｈｍ”，
ｐｐ．８８−１２１）および、Ｎ．Ａｈｍｅｄらによる
“ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒ
ｍ”（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＣｏ
ｍｐｕｔｅｒｓ，Ｊａｎｕａｒｙ１９７４，ｐ
ｐ．９０−９３）を参照されたい。

【００３８】以下、データマトリックスのハダマード変
換を、そのマトリックスに適切な大きさのハダマードマ
トリックスを掛けた積であると定義する。反対に、逆ハ
ダマード変換を、ハダマード変換されたデータのマトリ
ックスに適切な大きさの逆ハダマードマトリックスを掛
けた積であると定義する。容易に明白になることである
が、入力データマトリックスについて、ハダマード変換
は、そのデータマトリックスの全部の元の既定の線形結
合をその各元に含む出力マトリックスを生成する。

【００３９】ハダマードマトリックスＨは直交ｎｘｎマ
トリックスである。すなわち、その元が実数＋１および
−１である直交ｎ元の行を有する。その最も単純な形式
では、２ｘ２ハダマードマトリックスＨ₂は、以下の式
（３）によって与えられる。

【００４０】

【数３】ハダマードマトリックスは、いずれかの高次のハダマー
ドマトリックスはそれ自体その次の低次のハダマードマ
トリックスであるという特性を有する。これに関して、
式（３）に示したハダマードマトリックスの次に高次で
あるハダマードマトリックスＨ₄は、以下の式（４）に
よって与えられ、さらに連続する高次のハダマードマト
リックスが同様にして与えられる。

【００４１】

【数４】いずれかの高次のハダマードマトリックスは、適切な低
次のハダマードマトリックスの、クロネッカー積とも称
するテンソル積（ｘ）を反復的に形成することにより、
すなわち、高次のハダマードマトリックスの個々のマト
リックス項を、値＋１および−１だけを含むマトリック
スが構成されるまで、適切な低次のハダマードマトリッ
クス自体の項によって反復的に置換することによって構
成できる。従って、ハダマードマトリックスＨ₄は以下
の式（５）によって与えられる。

【００４２】

【数５】従って、次の高次のハダマードマトリックスＨ₈は単に
式Ｈ₈＝Ｈ₄ｘＨ₂によって与えられ、マトリックスＨ
₄の各項をハダマードマトリックスＨ₂およびその適切
な正負符号によって置換することにより形成され、さら
に連続する高次のハダマードマトリックスが同様にして
与えられる。従って、いずれかのハダマードマトリック
スＨ₂ ^mは、いずれかの正の整数ｍについて容易に構築
できる。いずれかのハダマードマトリックスＨ₂ ^mにつ
いて、その逆マトリックスは以下の式（６）によって与
えられる。

【００４３】

【数６】ハダマードマトリックスＨ₂ ^mの逆マトリックスは単に
そのマトリックスの各項を２^m位置だけ桁送りすること
によって容易に得られるので、ハダマード変換されたデ
ータを生成するために所与の次元のハダマードマトリッ
クスを掛けた、いずれかのデータのマトリックスは、単
に各変換されたデータ項を対応するビット数の位置だけ
桁送りすることによって再構築できる。こうした桁送り
演算は、ディジタル環境で実施するために極めて容易で
あり、ほとんど瑣末である。

【００４４】ここで、前述のＤＣＴおよびハダマード変
換の理解をもとに、本発明の技法の説明を続ける。

【００４５】識見にいかなる損失も与えずに、説明、特
にマトリックスの数学を容易にするために、画像１００
は図５に示す通り、４の象限４０３、４０５、４０７お
よび４０９だけを含むものとし、各象限はそれぞれ、単
一の文字「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」および「Ｄ」によって
集合的に識別されるデータを含むものとする。実際、各
文字は、画像１００の４５の８ｘ８ブロックのデータ３
６行を含む各象限によって、画素値または付随する変換
係数のマトリックスを表現することができる。

【００４６】画像１００の全データは、全画像データを
置換するために大域ブロックハダマード変換によって処
理される。全画素データが置換される場合、得られるハ
ダマード変換は数理的に以下の式（７）によって記述さ
れる。この式（および続く式（８））のために、画像１
００は、実数の画素値のＭ₁Ｎ₁ｘＭ₂Ｎ₂マトリック
スＰを含む。この時、Ｍ₁、Ｍ₂、Ｎ₁およびＮ₂は整
数である。図２に示した画像を例にすれば、Ｍ₁および
Ｍ₂は値８であり、また、Ｎ₁およびＮ₂は、それぞ
れ、値７２および９０である。

【００４７】

【数７】式中、Ｐ^〜は、画像のハダマード変換された画素データ
の結果として得られるマトリックス、ＩＮ₁およびＩＮ
₂は、それぞれ、大きさＮ₁ｘＮ₁およびＮ₂ｘＮ₂の
同一のマトリックスである。図５に示した簡略化した４
象限画像に式（７）を適用し、ハダマード変換を行え
ば、各象限のハダマード変換後のデータは、以下の式
（８）に示すように、これらの象限全部にある画素デー
タの既定の線形結合によって形成される。

【００４８】

【数８】ハダマード変換された画素データは、その後、変換係数
を得るためにＤＣＴによって変換符号化される。得られ
た係数は、適切に量子化され、以後の遠隔の端ロケーシ
ョンへの伝送のための適切な伝送記号に圧縮符号化され
る。

【００４９】あるいはまた、画像１００の画素値の各ブ
ロックがまずＤＣＴにより変換係数のブロックに個別に
変換されてから、係数の全ブロックが大域ブロック変換
によって集合的に置換される場合、結果として得られる
ハダマード変換は数理的に以下の式（９）によって記述
される。

【００５０】

【数９】式中、Ｐ＾は、画像のハダマード変換されたＤＣＴ変換
データの結果として得られるマトリックス、ＣＭ₁およ
びＣＭ₂は、それぞれ、大きさＭ₁ｘＭ₁およびＭ₂ｘ
Ｍ₂のＤＣＴ変換係数マトリックスであり、ｔはマトリ
ックス転置演算を表す。画像１００の変換係数データが
上述のように４の象限の単一文字データによって表現さ
れる場合、すべての変換されたＤＣＴ係数は、上述の式
（８）で記述された同一の線形結合によって置換され
る。その後、得られた置換された係数は、以後の伝送の
ための適切な一連の伝送記号に圧縮符号化される。

【００５１】結果として得られた大域ハダマード変換さ
れたそれぞれの画素値またはＤＣＴ係数は、それぞれ他
のすべての画素値またはＤＣＴ係数に起因する、正また
は負いずれかの部分を含むので、画像１００の全データ
は、大域ハダマード変換によって画像全体にわたって分
散（「スミヤ化」）されたとみなすことができる。画像
を再構築する、すなわちその画像の複製を作成するに
は、その個々の画素値または関係するＤＣＴ変換係数を
抽出するために、その「スミヤ化」データが逆ハダマー
ド変換を受ける。画像データの局所冗長性によって、後
述のように、バースト（または類似の）誤りが発生し、
画像の「スミヤ化」データの一部を抹消した場合でも、
その画像のすべての画素値またはＤＣＴ係数の線形結合
を含む残りの「スミヤ化」データは、変わらずに十分な
情報を含んでいるはずであり、画像全体の複製を、後述
の方法により、逆ハダマード変換によって実質的に構築
することが可能になる。有利な点として、その複製は、
「スミヤ化」情報の一部の損失のために原画像から品質
についてある程度劣化しているであろうが、空間または
周波数領域いずれかにおける「穴」などのいずれかの局
所的な破壊はまず含まないであろう。その品質は、情報
の損失が増大するつれて劣化するが、損失は局所化せ
ず、画像全体に広がる。

【００５２】図６は、大域ハダマード変換が図５に示し
た画像１００のデータを新しい「スミヤ化」画像データ
を作成するために画像全体にわたって拡散させる、その
方法を図式的に示している。新しい画像データが作成さ
れているので、結果として得られた画像は、象限５０
３、５０５、５０７および５０９を有する画像５００と
して示されている。矢印５１１などの各矢印は、画像５
００の各象限の単一データが他のあらゆる象限のデータ
に拡散していく方向を表現している。演算子５１３など
の各演算子（＋または−）は、象限に拡散している特定
のデータが、全データのうちのその象限での既定の線形
結合を生成するためにその原データと正で結合されるか
負で結合されるかを示している。画像５００の各データ
は画像１００に存在するデータ（画素値または変換係数
のいずれか）の全部の個々の原項目の一部を含んでいる
ので、画像データ５００は、「ホログラフィ状」であ
る。画像５００を生じる、結果として得られるハダマー
ド変換された画像１００のデータを図７に示す。画像５
００の各象限の得られたデータは、画像１００に存在す
る全部のデータの公知の線形結合である。明らかに、ハ
ダマード変換は図５に示す４の単一データ項目にではな
く、全部の個々の画素値または変換係数値に大域的に適
用されるので、得られた各ハダマード変換された画素値
またはＤＣＴ変換係数値は、それぞれ、画像の全部の原
画素値または原ＤＣＴ変換係数値のいずれかの、関係す
る異なる一意の線形結合を有しており、そうした各結合
はそれぞれ相応に、画像データに画素値または変換係数
のいずれかが存在する数と同じ項数を含む。

【００５３】ハダマード変換は、ＤＣＴ変換係数または
画素値のブロックいずれかの統計的性質を、まったくと
はいえないが、十分評価できる程度で変化させない。特
に、ＤＣＴ変換係数に関しては、画像内容のほとんどが
前述のようにＤＣＴによって生じた低周波数成分に集約
されているので、これらの成分の統計的性質は、ハダマ
ード変換によって生成されたものなどのそうした成分の
線形結合についてほとんど同一である。同様に、画素値
自体に関しては、これらの値に固有の局所冗長性は、ハ
ダマード変換によって生じたものなどのそれらの値の線
形結合によって変化しない。マトリックスＰ^〜またはＰ
＾のブロック構造は、（記号の順序づけのための必要な
モデルを含む）エントロピ符号化、特に、Ｑ符号化また
はその変種、ジブレンペルまたはその変種、および、ハ
フマン符号化といった算術符号化などの多数の公知の標
準方法のいずれかによる圧縮符号化によって圧縮でき
る。適切な公知の再同期化技法を用いることにより、画
像データは、圧縮画像データの破壊された区域を回避
し、わずかな限られた情報損失を伴い復号化を再開する
従来の方法によって符号化できる。しかしながら、本発
明の技法によって付与されるハダマード変換された画像
データのホログラフィ状の性質により、圧縮解除および
復号化におけるこの損失は、その画像自体の局所部分を
抹消せず、再構築された画像全体にわたって広がる。

【００５４】本発明の技法は、高い局所冗長性を有す
る、画像データなどのデータに関して特に良好に機能す
る。画素ブロックなどの画像データは、いずれかの画素
と他の画素との相関性がそれら両者間の距離が増大する
につれて指数的に減少するという局所的に高い相関性を
有している。これに関して、他の画素ｘ_i-jにもとづく
画素ｘｉの期待値ε（ｘ_i，ｘ_i-j）は、一般に以下の
式（１０）によって与えられる。

【００５５】

【数１０】式中、δは通常０から１の間の値を有する。

【００５６】ここで、画素データの大域ハダマード変換
の使用により生じるような、近傍画素および遠隔画素の
線形結合によってほとんど同一の統計が得られることを
基本的に示す。以下の式（１１）および（１２）で示さ
れるような、２の局所的な画素値ｘ_iおよびｘ_i-jなら
びに対応する遠隔の画素値ｘ_n+iおよびｘ_n+i-jの和に
よって形成される２の新しい画素値ｙ_iおよびｙ_i-jに
ついて検討する。

【００５７】

【数１１】

【００５８】

【数１２】式中、ｎは、画素位置のインデックスであり、比較的大
きい整数値とする。

【００５９】次に、以下の期待値を以下の式（１３）に
記述する通り定義する。

【００６０】

【数１３】値ε（ｙ_i，ｙ_i-j）は、代入および乗算により、以下
の式（１４）によって与えられる通り計算できる。

【００６１】

【数１４】交差項がそれぞれの画素間の比較的大きな距離のために
ほとんどまったく相関性を持たないので、ｘ
_iｘ_n+i-j、ｘ_n+iｘ_i-jおよびｘ_iｘ_n+iの期待値は
ほとんどゼロになる。従って、式（１４）は、以下のよ
うに式（１５）に還元される。

【００６２】

【数１５】従って、画素値の線形結合の統計は、和を形成する個々
の画素の統計とほぼ同一の統計を含み、それにより、画
素値の統計はハダマード変換によってほとんど影響され
ないことが示される。

【００６３】本発明の技法をその２の異なる実施例の文
脈で説明してきたので、次に、これらの実施例を利用す
る２の画像伝送システム７００および８００を示す図８
および図９について説明する。

【００６４】詳しくは、図８は、画像の画素値の大域ブ
ロックハダマード変換に続きＤＣＴ変換およびエントロ
ピ符号化を採用する画像伝送システム７００の高水準ブ
ロック図である。図示の通り、システム７００は、ハダ
マード変換器７２０、集合的に圧縮器７４０を形成する
同一の圧縮器７４０₁、７４０₂、．．．７４０_n、お
よび、送信器７６０から成る。

【００６５】前述の通り、Ｍ₁Ｎ₁ｘＭ₂Ｎ₂マトリッ
クスで形成されるマトリックスＰである原画像の入力画
素値は、リード７２０によってハダマード変換器７２０
に供給される。変換器７２０は、マトリックスＰの大域
ハダマード変換を実行し、変換後のマトリックスＰ^〜を
集合的に形成する得られた変換画素値の８ｘ８ブロック
Ｐ^〜 ₁、Ｐ^〜 ₂、．．．、Ｐ^〜 _nを、集合的にリード７
３０を形成する対応するリード７３０₁、７３
０₂、．．．７３０_nに供給する。変換器７２０は、必
然的に、画素値のマトリックス全体を変換するために十
分な処理および記憶容量を有している必要がある。しか
し、ハダマード変換は加算および減算しか要さないの
で、変換器は、適切なプログラム化マイクロプロセッサ
または類似装置、あるいはまた、専用の処理回路または
ハードウエアを用いて、比較的容易かつ低費用で実施で
き、そうしたいずれかの装置を用いた実施は十分に当業
の範囲内にある。

【００６６】変換器７２０によって生成され、リード７
３０に集合的に供給された個々の変換後の画素ブロック
は、圧縮器７４０に送られる。圧縮器７４０₁、７４０
₂、．．．７４０_nは、それぞれの対応する変換後の画
素ブロックについて、適切な連続の圧縮量子化されたＤ
ＣＴ係数値を生成する。これらの圧縮器は、効率的な動
作のために、並列動作または、希望する場合、パイプラ
イン方式で動作するそれらの各圧縮器内にあるＤＣＴ回
路、量子化器およびエントロピ符号器による時差方式で
動作することが可能である。これらの圧縮器はすべて同
一であるので、圧縮器７４０₁のみを詳述する。この個
別の圧縮器は、二次元ＤＣＴ回路７４１、量子化器７４
３およびエントロピ符号器７４５を含む。入力された変
換画素ブロックＰ^〜 ₁は、リード７３０₁を経て、この
ブロックの画素値を二次元ＤＣＴにより８ｘ８ブロック
の変換係数（周波数成分値）に変換する回路７４１に供
給される。前述の通り、当業では、ＤＣＴ、特に８ｘ８
（またはそれ以上の）画素ブロックのＤＣＴを計算する
ための単一集積回路を含む回路は十分に公知であるの
で、ＤＣＴを実施するための回路７４１で使用される特
定の回路に関しては詳述しない。得られたＤＣＴ変換係
数ブロックはその後、これらの係数のそれぞれを適切に
量子化する量子化器７４３に供給される。この量子化器
は、当業で公知の多数の各種量子化器のいずれかとする
ことができ、希望に応じて、位取り、丸めおよび切り捨
てを利用することができる。適正な量子化によって、再
構築された画像に存在するいずれかの低減された高次の
空間周波数内容は、たとえあったにしても、見る人には
ほとんど明らかにはならない。得られたＤＣＴ係数の量
子化ブロックは、これらの量子化係数を適切な伝送記号
に符号化するエントロピ符号器７４５に供給される。こ
の符号器は、当業で公知の多数の当該符号器のいずれか
とすることができ、通常、低周波数成分を符号化するた
めに使用されるものよりも、さらに高次の空間周波数の
係数を符号化するためにはるかに少数のビットを使用す
る。量子化器７４３内で使用される量子化プロセスは、
再構築される画像にある程度の損失を与え、不可逆的で
あるの対して、符号器７４５で使用される符号化プロセ
スは、通常、可逆的であり、ほとんどロスレスである。
対応する圧縮器７４０₁、７４０₂、．．．７４０_nに
よって生成されたＤＣＴ変換係数の符号化ブロックの連
続Ｓ₁、Ｓ₂、．．．、Ｓ_nの伝送記号は、集合的に送
信器７６０に供給される。この送信器は、多数の公知の
伝送方式のいずれかを利用することができる。例えば、
パケット通信の場合、送信器７６０は、適正な順序でこ
うした記号を含む適切なデータパケットを、特に、適切
なフレームビットおよびプロトコルビットとともに、集
合的連続Ｓとして組み立て、これらのパケットを適切な
通信チャネルによって遠隔の端受信機（それら両者とも
図示していない）に伝送する。パケット環境において、
送信器７６０は、多数の公知の通信プロトコルのいずれ
かを利用することができる。送信器は、希望に応じて、
特に、スクランブル化、データ暗号化、および／また
は、誤り制御ならびに再同期化方式を採用することもで
きる。

【００６７】遠隔の端受信機では、図８で示したプロセ
スと逆のプロセスが原画像、すなわちマトリックスＰの
複製を構築するために使用される。詳細には、入力伝送
記号はまず、変換係数の連続ブロックに適切に復号化さ
れ、ブロックは次いで、適切な逆ＤＣＴ変換回路によっ
て画素値に変換される。これらの値は、その後、逆大域
ハダマード変換を受ける。逆大域ハダマード変換は、上
述の通り、単に桁送り演算によって実施できるので、こ
の逆変換器は、当業の現在技術の範囲にある適切なディ
ジタルハードウエアおよび／またはソフトウエアを用い
て極めて容易かつ低費用で実施できる。

【００６８】図９は、エントロピ符号化を後に伴う、変
換（例示的にＤＣＴ）係数値の大域ブロックハダマード
変換を採用した画像伝送システム８００の高水準ブロッ
ク図である。図示の通り、システム８００は、画像区分
器８１０、集合的にＤＣＴ回路８２０を形成する二次元
ＤＣＴ回路８２０₁、８２０₂、．．．８２０_n、集合
的に量子化器８３０を形成する量子化器８３０₁、８３
０₂、．．．８３０_n、ハダマード変換器８５０、エン
トロピ符号器８７０、および、送信器８８０を含む。

【００６９】前述の通り、Ｍ₁Ｎ₁ｘＭ₂Ｎ₂マトリッ
クスにより形成されるマトリックスＰである原画像の入
力画素値は、リード８０５を経て画像区分器８１０に供
給される。この区分器は、公知の方法で、画像を画素値
の８ｘ８ブロックに分割する。得られた各画素ブロック
Ｐ₁、Ｐ₂、．．．、Ｐ_nの画素値は、集合的にリード
８１５を形成する対応するリード８１５₁、８１
５₂、．．．８１５_nを経て、集合的にＤＣＴ回路８２
０を形成する対応する二次元ＤＣＴ回路８２０₁、８２
０₂、．．．８２０_nの入力に供給される。これらのＤ
ＣＴ回路すべて同一であり、そのそれぞれは、対応する
８ｘ８画素値ブロックの画素値をＤＣＴ変換係数に変換
する。これらのＤＣＴ回路はそれぞれ、図８に示し説明
したＤＣＴ回路７４１と同様に機能し、同様に実施され
る。図９に示す通り、ＤＣＴ回路８２０₁、８２
０₂、．．．８２０_nによって生成された各画素値の変
換係数は、集合的にリード８２５を形成する対応するリ
ード８２５₁、８２５₂、．．．８２５_nを経て、集合
的に量子化器８３０を形成する量子化器８３０₁、８３
０₂、．．．８３０_nにそれぞれ供給される。これらの
量子化器はすべて同一であり、集合的に量子化マトリッ
クスＰ’を形成する量子化マトリックスＰ₁、
Ｐ₂、．．．、Ｐ_nを得るためにすべてのブロックの変
換係数を適切に量子化する。量子化器８３０のそれぞれ
は、図８に示し説明した量子化器７４３と同様に機能
し、同様に実施される。これらのＤＣＴ回路および量子
化器の組（例示的にＤＣＴ回路８２０₁および量子化器
８３０₁とする）はすべて、効率的な動作のために、並
列動作または、希望する場合、パイプライン方式で動作
するそれらの各組のＤＣＴ回路およびその関係する量子
化器による時差方式で動作することが可能である。量子
化後の変換係数マトリックスＰ’₁、Ｐ’₂、．．．、
Ｐ’_nは、集合的にリード８４０を形成する対応するリ
ード８４０₁、８４０₂、．．．８４０_nを経て、ハダ
マード変換器８５０に供給される。この変換器は、マト
リックスＰ’の大域ハダマード変換を実行し、得られた
変換され量子化された（ＱＤＣＴ）変換係数値の８ｘ８
ブロックＰ＾₁、Ｐ＾₂、．．．、Ｐ＾_nを供給し、こ
れらは集合的に変換ＱＤＣＴ係数マトリックスＰ＾を形
成する。ハダマード変換器８５０は、図８に示し説明し
たハダマード変換器７２０と同様に機能し、同様に実施
される。図９に示す通り、マトリックスＰ＾内の、詳細
にはブロックＰ＾₁、Ｐ＾₂、．．．、Ｐ＾_nの得られ
たハダマード変換係数の８ｘ８ブロックは、リード８６
０を経て対応するエントロピ符号器８７０の入力に供給
される。このエントロピ符号器は、すべてのＱＤＣＴ係
数マトリックスのハダマード変換係数を適正な順序で適
切な伝送記号に符号化する。この符号器は、エントロピ
符号器７４５と同様のエントロピ符号化技法を利用する
が、符号器７４５のようにＱＤＣＴ係数１ブロックだけ
でなく、ハダマード変換ＱＤＣＴ係数の全ブロックを連
続して符号化する点が異なる。変換器８７０によって生
成された結果の伝送記号の連続Ｓは、リード８７５を経
て送信器８８０の入力として供給される。この送信器
は、図８に示し説明した送信器７６０と同一であり、適
切な通信チャネルによる遠隔の端受信機（両者とも図示
せず）への以後の伝送のための符号化ハダマード変換Ｑ
ＤＣＴ変換係数の伝送記号の適正な連続を含むデータパ
ケットストリームを生成する。図８に示した送信器７６
０と同様、図９に示す送信器８８０は、特に、伝送パケ
ットに適切な公知のフレームビットおよびプロトコルビ
ットを挿入することができる。さらに、送信器８８０
は、希望に応じて、特に、スクランブル化、データ暗号
化、および／または、誤り制御ならびに再同期化方式を
採用することもできる。

【００７０】遠隔の端受信機では、図９で示したプロセ
スと逆のプロセスが原画像、すなわちマトリックスＰの
複製を構築するために使用される。詳細には、入力伝送
記号はまず、変換係数の連続ブロックに適切に復号化さ
れる。得られた係数はすべて、次に、上述の通り、単に
桁送り演算によって実施できる、適切な逆大域ハダマー
ド変換を受ける。その後、逆変換されたＱＤＣＴ係数の
８ｘ８ブロックはそれぞれ、適切な逆ＤＣＴ変換回路に
よって８ｘ８ブロックの画素値に変換され、これらのブ
ロックからマトリックスＰの複製が構築される。この全
手順は、以下のように式（１６）によって数理的に記述
できる。

【００７１】

【数１６】本発明の技法が、単にグレースケールだけでなく、三色
座標のそれぞれの画素値の個別マトリックスなどにより
符号化された画像を含むカラー画像にも容易に適用でき
ることは、当業者にとって明らかであろう。特に、座標
系が輝度および２の色光度から構成される場合、それら
の各座標は関係する画素値の個別のマトリックスを有す
る。この場合、これらのマトリックスの画素値またはそ
のＤＣＴ変換係数のいずれかは、圧縮に先立ち各色座標
のそれぞれについて適切に拡散されたマトリックスを生
成するためにハダマード変換によって大域的に変換され
る。同様にして、受信または再生時に、これらの各拡散
マトリックスは、圧縮解除され、いずれのデータが大域
的に変換されたかに応じて、得られる画素値またはその
関係する変換係数のいずれかが、異なる各色座標の画素
値の原マトリックスの複製を構築するために逆大域ハダ
マード変換によって処理される。

【００７２】本発明の技法について、ハダマード変換に
よる画像の全画素値または関係するＤＣＴ変換係数を大
域的に拡散させるという文脈において説明してきたが、
本発明の技法が、例えばフーリエブロックコサイン／サ
イン変換などの他の多くの公知のブロック変換のいずれ
かにより使用できることは容易に明らかとなろう。ま
た、本発明の技法は、拡大原画像の一部または原画像の
縮小または解析版となる画像にも容易に適用できるであ
ろう。例えば、「ウィンドウ化」は、特定の表示、記憶
および／または処理用途のために拡大画像の所望の部分
を分離するためにユーザによって頻繁に使用されてい
る。得られた「ウィンドウ化」部分は、ハダマード変換
をその部分だけで作用させることにより、以後の操作に
おいて生じる恐れのあるバースト（または類似の）誤り
に対する付加的な頑強性をその画像部分に付与するため
に、本発明の技法によって処理できよう。原画像はま
た、縮尺で１／４に縮小するためにそのすべての他の水
平および垂直画素値をサンプリングするといったように
いずれかの所望の方法で縮小または解析することがで
き、その際、本発明の技法は、原画像の縮小または解析
版によって形成される画像の画素値について、頑強性を
付与するために適用される。

【００７３】さらに本発明の技法は、十分な局所冗長性
を有するほとんどどのようなデータに関しても、以後の
操作において当該データの局所的な致命的損失に対する
頑強性をデータ自体に付与するために公知の誤り補正、
再同期化その他の技法のいずれかの補助的技法として
（すなわち、階層的に）適用でき、画像データはその１
例にすぎない。本発明と階層化されてのそれらの他の技
法の使用は、誤り回復および同期化を促進し、それによ
り、バースト（または類似の）誤りによって失われる全
情報量、および、同期化を回復するために受信機が要す
る時間を限定することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】代表的なディジタル画像の説明図。

【図２】変換符号化で用いるために８ｘ８画素ブロック
に分割された図１の画像１００の説明図。

【図３】各８ｘ８画素ブロックの識別座標値の説明図
（画素サンプリング規約）。

【図４】画素のＤＣＴ変換係数（周波数成分）として得
られる８ｘ８ブロックの識別座標値の説明図（変換係数
規約）。

【図５】画像全体のデータについて大域ブロックハダマ
ード変換を実行する前の画像の各象限の画素値または変
換係数値を表現する単一の値を含むものとして画像１０
０のデータを示す略図。

【図６】図５に例示した画像１００において、画像１０
０の「ホログラフィ状」データ５００を生成するため
に、画像に含まれる画素値または画像の変換係数のいず
れかの大域ブロックハダマード変換を実行することによ
り生じる画像拡散の様式を示す略図。

【図７】図５に示した画像１００の各象限のデータが、
「ホログラフィ状」画像データ５００を生成するために
大域ブロックハダマード変換によって置換される様式を
示す説明図。

【図８】本発明の第１の実施例である、画像画素値の大
域ブロックハダマード変換を採用した画像伝送システム
の高水準ブロック図。

【図９】本発明の第２の実施例である、（例示的にＤＣ
Ｔとする）変換係数値の大域ブロックハダマード変換を
採用した画像伝送システムの高水準ブロック図。

【符号の説明】

７２０ハダマード変換器７４０圧縮器７４１二次元ＤＣＴ回路７４２量子化器７４３エントロピ符号器７６０送信器７１０，７３０，７５０，７７０リード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウイリアム、ブーン、ペネベイカー、ジュニアアメリカ合衆国ニューヨーク州、カーメル、クレイン、ロード、65 (72)発明者キース、サミュエル、ペニントンアメリカ合衆国ニューヨーク州、ソマーズ、ロンドンデリー、レーン（番地なし)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データに局所的データ損失に対する頑
強性を付与するための装置であって、画像を表現するデータ値のマトリックスをブロック変換
によって変換データマトリックスを生じるように大域的
に変換するための第１の手段であり、前記変換データマ
トリックスの各要素が前記データ値のマトリックスの全
部の値の既定の線形結合である前記第１の手段と、前記変換データマトリックスを対応する記号に圧縮して
符号化するための手段と、既定の順序で前記記号を通信チャネルによって伝送する
ための手段とを含むことを特徴とする装置。
【請求項２】請求項１記載の装置であって、ブロック変
換がハダマード変換であることを特徴とする装置。
【請求項３】画像データに局所的データ損失に対する頑
強性を付与するための方法であって、画像を表現するデータ値のマトリックスをブロック変換
によって変換データマトリックスを生じるように大域的
に変換するための段階であり、前記変換データマトリッ
クスの各要素が前記データ値のマトリックスの全部の値
の既定の線形結合である前記段階と、前記変換データマトリックスを対応する記号に圧縮して
符号化するための段階と、既定の順序で前記記号を通信チャネルによって伝送する
ための段階とを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】請求項３記載の方法であって、ブロック変
換がハダマード変換であることを特徴とする方法。
【請求項５】通信チャネルによって伝送される画像デー
タにバースト誤りに対する頑強性を付与するための方法
であって、送信ロケーションにおいては、画像を表現するデータ値のマトリックスをブロック変換
によって変換データマトリックスを生じるように大域的
に変換するための第１の段階であり、前記変換データマ
トリックスの各要素が前記データ値マトリックスの全部
の値の既定の線形結合である前記段階と、前記変換データマトリックスを対応する記号に圧縮して
符号化するための段階と、既定の順序で前記記号を通信チャネルによって伝送する
ための段階とを含み、また、受信ロケーションにおいては、受信記号を形成するために前記通信チャネルから前記記
号を受信する段階と、前記変換データマトリックスの複製を得るために前記受
信記号を圧縮に従って復号化する段階と、データ値マトリックスの複製を得るために前記変換デー
タマトリックスの前記複製を逆ブロック変換により大域
的に逆変換する段階と、前記データ値マトリックスに応答して前記画像の複製を
構築する段階とを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】請求項５記載の方法であって、ブロック変
換がハダマード変換であることを特徴とする方法。