JPH0650912B2 - 画像デ−タの直交変換符号化方法 - Google Patents

画像デ−タの直交変換符号化方法

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JPH0650912B2
JPH0650912B2 JP61015265A JP1526586A JPH0650912B2 JP H0650912 B2 JPH0650912 B2 JP H0650912B2 JP 61015265 A JP61015265 A JP 61015265A JP 1526586 A JP1526586 A JP 1526586A JP H0650912 B2 JPH0650912 B2 JP H0650912B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の分野) 本発明はデータ圧縮を目的とした画像データの符号化方
法、特に詳細には直交変換を利用した画像データの符号
化方法に関するものである。
(発明の技術的背景および先行技術) 例えばTV信号等、中間調画像を担持する画像信号は膨
大な情報量を有しているので、その伝送には広帯域の伝
送路が必要である。そこで従来より、このような画像信
号は冗長性が大きいことに着目し、この冗長性を抑圧す
ることによって画像データを圧縮する試みが種々なされ
ている。また最近では、例えば光ディスクや磁気ディス
ク等に中間調画像を記録することが広く行なわれてお
り、この場合には記録媒体に効率良く画像信号を記録す
ることを目的として画像データ圧縮が広く適用されてい
る。
このような画像データ圧縮方法の一つとして、画像デー
タの直交変換を利用するものがよく知られている。この
方法は、ディジタルの2次元画像データを適当な標本数
ずつのブロックに分け、このブロック毎に標本値からな
る数値列を直交変換し、この変換により特定の成分にエ
ネルギーが集中するので、エネルギーの大きな成分は長
い符号長を割当てて符号化(量子化)し、他方低エネル
ギーの成分は短い符号長で粗く符号化することにより、
各ブロック当りの符号数の低減させるものである。上記
直交変換としては、フーリエ(Fourier)変換、
コサイン(Cosine)変換、アダマール(Hada
mard)変換、カルーネン−レーベ(Karhune
n−Love)変換、ハール(Haar)変換等がよ
く用いられるが、ここでアダマール変換を例にとって上
記方法をさらに詳しく説明する。まず第2図に示すよう
に、ディジタルの2次元画像データを所定の1次元方向
に2個ずつ区切って上記ブロックを形成するものとす
る。このブロックにおける2つの標本値x(0)とx
(1)とを直交座標系で示すと、前述のようにそれらは
相関性が高いので、第3図に示すようにx(1)=x
(0)なる直線の近傍に多く分布することになる。そこ
でこの直交座標系を第3図図示のように45゜変換し
て、新しいy(0)−y(1)座標系を定める。この座
標系においてy(0)は変換前の原画像データの低周波
成分を示すものとなり、該y(0)は、x(0)、x
(1)よりもやや大きい値(約√2倍)をとるが、その
一方原画像データの高周波成分を示すy(1)はy
(0)軸に近い非常に狭い範囲にしか分布しないことに
なる。そこで例えば上記x(0)、x(1)の符号化に
それぞれ7ビットの符号長を必要としていたとすると、
y(0)については7ビットあるいは8ビット程度必要
となるが、その一方y(1)は例えば4ビット程度の符
号長で符号化できることになり、結局1ブロック当りの
符号長が低減され、画像データ圧縮が実現される。
以上、2つの画像データ毎に1ブロックを構成する2次
の直交変換について説明したが、この次数を上げるにし
たがって特定の成分にエネルギーが集中する傾向が強く
なり、ビット数低減の効果を高めることができる。一般
的には、直交関数行列を用いることによって上記の変換
を行なうことができ、極限的には上記直交関数行列とし
て対象画像の固有関数を選べば、変換画像はその固有値
行列となり、行列の対角成分のみで元の画像を表現でき
ることになる。また上記の例は画像データを1次元方向
のみにまとめてブロック化しているが、このブロックは
2次元方向に亘るいくつかの画像データで構成してもよ
く、その場合には1次元直交変換の場合よりもより顕著
なビット数低減効果が得られる。
上述の2次元直交変換で得られた変換データは、各ブロ
ック内で変換に利用された直交関数のシーケンシー(0
を横切る数)順に並べられる。このシーケンシーは空間
周波数と対応が有るので、各変換データは第4図に示す
ように縦横方向に周波数順に並ぶことになる。そこで低
周波成分を担う変換データ(第4図の左上方側のデー
タ)には比較的長い符号長を割当て(前述の1次元2次
直交変換においてy(0)に長い符号長を割当てたこと
と対応する)、高周波成分を担う変換データ(第4図の
右下方側のデータ)には比較的短い符号長を割当てる
か、あるいは切り捨てることにより、ブロック当りの符
号長が低減される。
ところで上記符号長(ビット数)の割当ては予め定めら
れたパターンに従ってなされるが、あるシーケンシーの
変換データを示すのに必要なビット数は画像毎、ブロッ
ク毎に異なるので、予め定められて割当てられたビット
数では足りなくて変換データを正確に表わせない、とい
う事態が生じることもある。その場合は割当てビット数
で表わせる最大値あるいは最小値を符号化データとする
ことになるが、そうすると当然ながら、復号、逆変換に
よって得られる再生画像の画質が劣化することになる。
このようなビット数不足を招かないためには、予め定め
る割当てビット数をそれぞれ十分に長くしておけばよい
が、そうすると画像データを十分に圧縮できなくなる。
(発明の目的) そこで本発明は、データ圧縮率を十分に高めることが可
能で、しかもその一方前述のようなビット数不足によっ
て再生画像の画質劣化を招くことのない、画像データの
直交変符号化方法を提供することを目的とするものであ
る。
(発明の構成) 本発明の画像データの直交変換符号化方法は、前述のよ
うに画像データに直交変換をかけて変換データを得、こ
れらの変換データをそれぞれ固有のビット数で符号化す
る画像データの直交変換符号化方法において、 既に符号化がなされたブロックの符号化データとビット
数配分とに基づいて、該ブロックに隣接するブロックに
おける最適なビット数配分を予測し、 この予測したビット数配分に従って、上記隣接するブロ
ックを各変換データを符号化するようにしたことを特徴
とするものである。
(実施態様) 以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明を詳細に説
明する。
第1図は本発明の画像データの直交変換符号化方法を実
施する装置を概略的に示すものである。中間調画像を示
す画像データ(原画像データ)xは、まず前処理回路10
に通され、雑音除去のための平滑化等データ圧縮効率を
上げるための前処理を受ける。この前処理を受けた画像
データxは直交変換回路11に通され、まず2次元直交変
換を受ける。この2次元直交変換は例えば第5図に示す
ように、上記画像データxが示す中間調画像F内の標本
数(画像数)M×Nの矩形ブロックB毎に行なわれる。
なおこの直交変換としては、例えば前述のアダマール変
換が用いられる。このアダマール変換は、その変換マト
リクスが+1と−1のみからなるので、他の直交変換に
比べればより簡単な変換回路によって実行されうる。ま
た周知の通り2次元直交変換は1次元直交変換に縮退す
ることができる。つまり上記2次元ブロックB内のM×
N画素に関する画像データに対して縦方向に1次元直交
変換をかけ、さらに、得られたM×Nの変換データに対
して横方向に1次元直交変換をかけることによって2次
元直交変換が行なわれる。なお、縦方向、横方向の変換
の順序は逆であってもよい。
上記の2次元直交変換によって得られた変換データy
は、第4図に示すように各ブロックB内で、上記直交変
換の基になった関数(例えばアダマール変換にあっては
Waish関数、フーリエ変換にあっては三角関数等)
のシーケンシー順に縦横方向に並べられる。前述のよう
にこのシーケンシーは空間周波数と対応しているので、
変換データyは上記ブロックB内で、縦横方向に空間周
波数順に(つまり画像のディテール成分の粗密の順に)
並べられることになる。なおこの第4図では、最上行左
端列の変換データy(1,1)がシーケンシー0(ゼ
ロ)に対応するものであり、周知のようにこの変換デー
タy(1,1)はブロックB内の平均画像濃度を示すも
のとなる。
このように並べられた変換データyは符号化回路12に送
られ、符号化される。以下、この符号化回路12における
変換データyの符号化について、第6図を参照して説明
する。なお第5図に矢印Aで示すようにこの符号化は、
ブロックBの並び順に逐次行なわれる。この符号化がn
番目に行なわれるブロックをB(n)と表わすこととす
る。符号化回路12は予め定められた割当てビット配分表
を例えばROMに記憶しており、最初に符号化を行
なうブロックB(1)内の各変換データyをこの配分表
に従った符号長(ビット数)で符号化する(ステッ
プP1)。上記ビット配分表Tは例えば第4図に示す
ように、前記シーケンシー毎に固有のビット数を割当て
たものであり、前述のように変換データyは低周波成分
にエネルギーが集中しているから、このエネルギーが高
い低周波成分には比較的長い符号長を与え、一方エネル
ギーが低い高周波成分には比較的短い符号長を与えるこ
とにより、ブロックB当りの必要なビット数が低減さ
れ、画像データ圧縮が達成される。なお後述する通り後
にもう1つのビット配分表Tが作成されるが、1番目
のブロックB(1)内の変換データyを符号化する際に
は、上記ROMに記憶されたビット配分表Tがステッ
プP2において選択され、符号化に利用される。
このようにして符号化されたデータf(y)は、ブロッ
クB(1)に関する符号化データとして符号化回路12か
ら出力される。それとともに上記符号化データf(y)
はステップP3に送られ、各変換データyを符号化する
のに厳密には最低どれだけの符号長が必要であるかを識
別するために利用される。例えばあるシーケンシーの変
換データyの、前記ビット配分表Tで定められた割当
てビット数が4ビットであるとする。そして下表に示す
ように、この4ビットの2進数により、最小−8から最
大+7までの16の値の変換データyを符号化するもの
とする。
先に述べたように、ブロックB(1)内で上記4ビット
が割当てられたシーケンシーの変換データyが、この4
ビットの符号長では表わせないほど大きな値、あるいは
小さな値をとることも起こりうる。つまり上記例では、
変換データyが−9以下あるいは8以上の値をとったと
き、そのデータyは4ビットデータでは正確に表わし得
ず、それぞれ「1000」、「0111」と符号化され
ることになる。そこでこのような符号化データとなった
シーケンシーに関しては、さらに例えば1ビットを拡張
して5ビットとし、それを例えばRAMからなるビット
配分表Tに書き込む(ステップP4)。なお符号化デ
ータが「1000」となった場合、符号化前の変換デー
タyの値が−8であるか−9以下であるかは判別できな
いので、安全をみてこの場合はすべて前述の通り符号長
を拡張する。符号化データが「0111」となった場合
も同様である。一方反対に、例えば変換データyが0、
1の値をとった場合には、そのデータyは2ビットでも
表わせるし、2、3の値をとった変換データyは3ビッ
トでも表わせることになる。そこでこのような符号化デ
ータとなったシーケンシーに関してはそれぞれ2ビッ
ト、1ビット短縮させて2ビット、3ビットとし、それ
を上記と同様にビット配分表Tに書き込む。
符号化順番が2番目のブロックB(2)の変換データy
を符号化するに際しては、上記のようにして作成された
ビット配分表Tが符号化に利用されるように切換えが
なされる(ステップP2)。この状態は、すべてのブロ
ックBについて符号化が終了するまで維持される。また
上記ステップP3における符号長識別とステップP4に
おける書込み(書換え)も最後まで順次なされるので、
結局第n番目に符号化がなされるブロックB(n)のシ
ーケンシーkの変換データyは、1つ前のブロックB
(n−1)のシーケンシーkの符号化データf(y)か
ら予想された符号長で符号化されることになる。互いに
隣接するブロックB(n)とブロックB(n−1)内の
画像データは強い相関性を有するので、上述のようにし
て予測された符号長は、ブロックB(n)内の各変換デ
ータyを符号化する上で大きく過不足しないものとな
る。なお前記第4図には以上述べた符号長の変更の例を
示してある。矢印a、bで示すのがそれぞれ、符号長が
拡張、短縮されたシーケンシーである。
以上述べたようにして符号化された画像データf(y)
は、記録再生装置13において例えば光ディスクや磁気デ
ィスク等の記録媒体(画像ファイル)に記録される。上
記の通りこの画像データf(y)は原画像データxに対
して大幅な圧縮がなされているから、光ディスク等の記
録媒体には、大量の画像が記録されうるようになる。画
像再生に際してこの画像データf(y)は記録媒体から
読み出され、復合回路14において前記変換データyに復
合される。こうして復合された変換データyは逆変換回
路15に送られて、前記2次元直交変換との逆変換を受け
る。それにより原画像データxが復元され、この原画像
データxが画像再生装置16に送られ、該データxが担持
する画像が再生される。
なお上記実施態様においては、ブロックB(n)の各変
換データyに対する最適なビット数を、符号化順が1つ
前のブロックB(n−1)の符号化データから予測する
ようにしているが、その他のブロックの符号化データか
ら最適ビット数を予測することもできる。例えば前記第
7図に示すように矢印A′の順序で各ブロックBの符号
化がなされる場合には、ブロックB(n)と同列で1行
上のブロックB(n−m)[mはブロックBの列数]
や、ブロックB(n−m−1)、ブロックB(n−m+
1)の符号化データから最適ビット数を予測することが
できる。
(発明の効果) 以上詳細に説明した通り本発明の画像データの直交変換
符号化方法においては直交変換データを符号化する際
に、各データに関するビット数を、既に得られた符号化
データを利用して過不足のない最適な長さに設定するこ
とが可能となっている。したがって本発明方法によれ
ば、復号、逆変換して得られた再生画像の画質がビット
数不足のために劣化してしまうことを防止した上で、符
号化データの量を極限まで少なくして、データ圧縮率を
大いに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施態様方法を実施する装置の概略
構成を示すブロック図、 第2図および第3図は本発明に係る直交変換を説明する
説明図、 第4図および第5図は、本発明方法を説明する説明図、 第6図は上記第1図の装置における直交変換データの符
号化処理の流れを示すフローチャート、 第7図は他の符号化順における本発明方法を説明する説
明図である。 11……直交変換回路、12……符号化回路 B、B(n)、B(n−1)……画像データのブロック x……原画像データ、y……変換データ f(y)……符号化された画像データ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2次元画像データに対して、所定の直交関
    数に基づいてブロック毎に直交変換をかけた後、 この変換を受け前記ブロック内で前記直交関数のシーケ
    ンシー順に並べられた変換データをそれぞれ固有のビッ
    ト数で符号化する画像データの直交変換符号化方法にお
    いて、 既に前記符号化がなされたブロックの符号化データとビ
    ット数配分とに基づいて、該ブロックに隣接するブロッ
    クにおける最適なビット数配分を予測し、 この予測したビット数配分に従って、前記隣接するブロ
    ックの各変換データを符号化することを特徴とする画像
    データの直交変換符号化方法。
JP61015265A 1986-01-27 1986-01-27 画像デ−タの直交変換符号化方法 Expired - Fee Related JPH0650912B2 (ja)

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US342227A (en) 1886-05-18 Potato-digger

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