JPH066829A - 画像データ圧縮方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望の圧縮比を達成しながら再構成される画
像に対する画像データ圧縮の影響を減少させる。 【構成】 入力画像データの輝度成分を、輝度成分圧縮
係数分だけ圧縮する輝度成分圧縮手段と、入力画像デー
タの色成分を、色成分圧縮係数分だけ圧縮する色成分圧
縮手段とを設ける。全体的圧縮係数に依存したフィード
バック信号に応じて、輝度成分圧縮手段及び色成分圧縮
手段と結合した制御手段が、輝度成分圧縮係数、色成分
圧縮係数及び輝度成分圧縮係数の色成分圧縮係数に対す
る比を変化させることによって、全体的圧縮係数を制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像データの圧縮方法
及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】既知の圧縮装置の中には量子化器が用い
られていて、圧縮過程の一部として入力画像データの輝
度成分及び色成分から情報を選択的に除去している。量
子化の程度が高くなればなるほど圧縮の程度も高くな
る。一般的にいって入力データの部分が異なるごとに情
報の内容と圧縮の適合性が変化しているので、量子化を
どの程度に定めればどの程度に圧縮が行われるかを前も
って決定することは不可能である。

【０００３】ある種のシステムではこのことは問題にな
らない。例えば国際基準委員会によって現在検討中の合
同写真専門家会議によって提案された画像データ圧縮装
置において、入力された画像データは、量子化器とエン
トロピ符号化器を用いて特定の画像及び用いられている
パラメータに応じて変化するある限界まで圧縮される。
圧縮された画像データは非実時間に処理され、表示さ
れ、ゆえに圧縮の程度の変化が特に問題を引き起こすこ
とはなかった。

【０００４】上述の場合とは対照的に、達成される圧縮
の程度を変化させる問題は、入力画像データを圧縮して
固定サイズのデータブロックを満たすとき、あるいは圧
縮データを同様なサイズ上の制約に従わせるときに重大
となる。圧縮された画像データの各ブロックを最大容量
が決まっている磁気トラックに記憶させる必要から、あ
るいは、データの各ブロックの処理を決まった最大回数
行いながら圧縮されたデータブロックを実時間伝送シス
テムに用いることの必要から、圧縮されたデータの最大
サイズをあらかじめ決めておくことになる。このような
システムでは、圧縮された画像データのおさまりうるブ
ロックの最大サイズには融通性がない。決まったサイズ
のブロックに適合させるためにデータを圧縮しすぎたと
きは、データがあふれ出てデータの損失を免がれない。

【０００５】一方、入力画像データは必要以上に圧縮し
ないことが望ましい。これは、データの圧縮過程で圧縮
された画像データから再構成される画像の劣化をできる
かぎり抑制するためである。

【０００６】英国特許出願９１１９９８５．１にて提案
されているデータ圧縮システムでは、動的量子化制御に
よりデータ圧縮システムによって行われる圧縮の程度を
ブロック毎に制御している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】画像データ圧縮システ
ムでは、所望の圧縮の程度を達成しながら、再構成され
る画像に対する画像データ圧縮の影響を減少させること
が常に課題となっていた。

【０００８】そこで本発明の目的は、所望の圧縮の程度
を達成しながら、再構成される画像に対する画像データ
圧縮の影響を減少させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明によれ
ば、入力画像データの輝度成分及び色成分を圧縮して全
体的な（総合）圧縮係数を有する圧縮画像データを作成
するデータ圧縮装置が提供される。このデータ圧縮装置
は、輝度成分圧縮係数によって入力画像データの輝度成
分を圧縮するための輝度成分圧縮手段と、色成分圧縮係
数によって入力画像データの色成分を圧縮するための色
成分圧縮手段と、全体的圧縮係数に応じてフィードバッ
ク信号を供給するためのフィードバック手段と、輝度成
分圧縮手段及び色成分圧縮手段と結合し、フィードバッ
ク信号に応答し、輝度成分圧縮係数、色成分圧縮係数、
及び輝度成分圧縮係数と色成分圧縮係数との比を変化さ
せることによって全体的な圧縮係数を制御する制御手段
とを具えている。

【００１０】本発明では、画像データの輝度成分の圧縮
における変化の個人に与える影響は、画像データの色成
分の圧縮における同じ変化の個人に与える影響とは異な
ることがあることを念頭においている。この事実は本発
明では次のように利用されている。すなわち、画像デー
タ圧縮装置の全体的な圧縮係数を変化させるために、輝
度成分圧縮係数、色成分圧縮係数及び輝度成分と色成分
の圧縮係数の比を変更できるようになっている。このよ
うに、全体的な圧縮係数を特定の値とするために用いら
れる輝度成分圧縮係数及び色成分圧縮係数は、所定の法
則によって相互に関係付けられており、その目的は、再
構成される画像の圧縮による影響を減少させることであ
る。

【００１１】「圧縮係数」という言葉は、次のような意
味で用いられている。すなわち、圧縮係数が高いとき
は、圧縮の全体的な程度が高く、その結果の圧縮データ
の量は少なくなる。圧縮係数が低いときは、全体的な圧
縮の程度は低く、その結果の圧縮データの量をあまり少
なくできない。

【００１２】上述の３つのパラメータ（輝度成分圧縮係
数、色成分圧縮係数、及び輝度成分圧縮係数と色成分圧
縮係数との比）のうちの２個を決定することによって、
残りのパラメータは決定できる。

【００１３】好適実施例においては、制御手段は輝度成
分圧縮係数を変化させ、これが色成分圧縮係数よりも小
さいか又は等しくなるようにする。特に、（例えばきわ
めて大きな、又はきわめて小さな全体的圧縮係数のとき
のように）全体的圧縮係数値が１つ以上の所定範囲にあ
る場合は、制御手段は、輝度成分圧縮係数を色成分圧縮
係数と等しくなるように制御し、また全体的圧縮係数値
がこの１つ以上の所定範囲にない場合は、輝度成分圧縮
係数が色成分圧縮係数を下回るように制御することが好
ましい。この構成では、形成される圧縮データの量に制
限を加え、色成分圧縮係数を増加させることによって色
データの質を犠牲にし、知覚的に一層重要な輝度データ
に対してより多くの余地を開放している。

【００１４】好適実施例においては、輝度成分圧縮手段
と色成分圧縮手段のそれぞれは、画像データを空間周波
数領域において複数の周波数成分を表す変換データに変
換するための非相関器と、この変換データに対して様々
な程度の量子化を施すための量子化器と、この量子化変
換データを符号化するためのエントロピ符号化器とを具
えている。

【００１５】本発明によれば、入力画像データの輝度成
分及び色成分に対して様々な程度の圧縮が適用され、ゆ
えに圧縮された輝度成分及び色成分に対して様々な伸張
が適用されねばならない。この作用を制御するために、
本発明の好適実施例では、圧縮された画像データに、こ
れと対応している輝度成分圧縮係数及び色成分圧縮係数
を表すデータヘッダ（見出し）を関係付ける手段を設け
ている。

【００１６】入力画像データのブロックを圧縮して圧縮
データのブロックを形成する場合は、上記フィードバッ
ク手段は、圧縮データのブロックのビット計数値を記憶
するための圧縮ビット計数器を具えることが望ましい。
既知のサイズの入力画像データのブロックに対して、こ
のビット計数値は、全体的な圧縮係数と直接関係してい
る。

【００１７】本発明は、第２の観点からみた、輝度成分
及び色成分を含む圧縮データを伸張（圧縮解除）するた
めの伸張装置を提供する。このデータ伸張装置は、圧縮
された画像データに関連付けられたデータヘッダを読み
取り、圧縮された画像データの輝度成分及び色成分のそ
れぞれに対して個別の輝度成分圧縮と色成分圧縮とを適
用するように指示するヘッダ読み取り手段と、ヘッダ読
み取り手段に応答し、輝度成分の圧縮の程度に応じた程
度だけ圧縮画像データの輝度成分を伸張する輝度成分伸
張手段と、ヘッダ読み取り手段に応答し、色成分の圧縮
の程度に応じた程度だけ圧縮画像データの色成分を伸張
する輝度成分伸張手段とを具えている。

【００１８】本発明は、第３の観点からみて、入力画像
データの輝度成分及び色成分を圧縮し、１つの全体的圧
縮係数を有する圧縮画像データを作成する方法を提供す
る。この方法は、入力画像データの輝度成分を輝度成分
圧縮係数だけ圧縮すること、入力画像データの色成分を
色成分圧縮係数だけ圧縮すること、及び輝度成分圧縮係
数、色成分圧縮係数、及び輝度成分圧縮係数の色成分圧
縮係数に対する比を変化させて全体的圧縮係数を制御す
ることの各ステップから成る。

【００１９】本発明は、第４の観点からみて、輝度成分
及び色成分を含む圧縮画像データを伸張するための方法
を提供する。この方法は、圧縮された画像データに関連
付けられたデータヘッダを読み取り、圧縮された画像デ
ータの輝度成分及び色成分のそれぞれに対して個別の輝
度成分圧縮と色成分圧縮とを適用するように指示するこ
と、輝度成分の圧縮の程度に応じた程度だけ圧縮画像デ
ータの輝度成分を伸張すること、色成分の圧縮の程度に
応じた程度だけ圧縮画像データの色成分を伸張すること
の各ステップから成る。本発明は、画像データ記憶装置
に採用された場合特に有用である。以下、本発明の実施
例を同一の構成要素に同一の参照符号を付した添付の図
面を参照して具体的に説明する。

【００２０】

【実施例】図１は、２次元空間周波数領域におけるビデ
オ信号の画像内周波数の分離と圧縮を行うための装置を
示している。ビデオ信号は、デジタルの形式であり、走
査される画像の輝度成分及び色成分のピクセルをそれぞ
れ表すマルチビット（例えば８ビット）のサンプルまた
はワードの連続から成っており、入力端１０を通じて非
相関器１２に入力される。周波数分離されたビデオ信号
は非相関器１２によって量子化器１４に供給され、デー
タシーケンサ（整序器）１８を介してエントロピ符号化
器２０に供給される。これらは、非相関器１２によって
供給された周波数分離されたビデオ信号をともに圧縮
し、出力端１９に圧縮された信号を形成する。圧縮され
た信号は伝送され記憶される。伝送または記憶の後、圧
縮された信号は、非相関化、整序化、量子化、及びエン
トロピ符号化において用いられたパラメータの逆数のパ
ラメータをそれぞれ用いて、エントロピ復号化、再整序
化、逆（非）量子化及び相関化操作を通じて伸張され、
ほぼ元の形に復元される。

【００２１】非相関器１２によって行われる非相関化の
動作は、画像内で隣接するピクセルが高い相関関係を有
するので、画像（例えばビデオ信号のフィールドまたは
フレームの）処理によって２次元空間周波数領域の画像
の異なる成分を表す周波数分離された信号部分を作成す
ることにより、画像を表示するのに必要となる情報の分
量を減少させることができる、という事実に基づいてい
る。特に、周波数分離された信号の部分は、画像の異な
る空間周波数成分を表す。

【００２２】整序化（順序を変える）の動作は、あとで
詳しく説明する。量子化の動作は、損失をもたらす動作
であって、人間の精神的視覚組織によって画像が十分に
知覚されるために、冗長であるか又は重要度が低いと考
えられる周波数データを故意に破棄することによって信
号の圧縮を達成するものである。この量子化器１４は、
２通りの方法にて圧縮を行うことができる。すなわち、
量子化器は、これに入力されるデータが割り当てられる
レベルの数を減少させるとともに、これが出力するデー
タ内にゼロ値のサンプルが継続して発生する確率を高め
る。量子化器の動作によって強められた信号圧縮向上の
ための能力はエントロピ符号化器２０によって実行され
る。すなわち、量子化器１４によって情報内容の縮小が
行われ、これによってエントロピ符号化器において必然
的にビット（データ）レートの縮小が可能になる。

【００２３】さらに、（損失のない）圧縮及びビット
（データ）レート縮小がエントロピ符号化器２０によっ
て与えられ、ここで既知の方法、例えば可変長符号化を
用いて量子化器１４によって作成されたデータを、より
確率の高い（より頻繁に発生する）データ項目がより確
率の低い（発生頻度の低い）データ項目よりも短い出力
ビット列を形成するように符号化する。これに関連し
て、非相関化動作は、非相関化の前に考えられる異なる
レベルとほぼ同じであるあらゆる特定の信号レベルが発
生する確率分布を変化させて、あるレベルの発生確率が
そのほかと比較してはるかに確率が高いような形態のも
のにする効果を有する。

【００２４】図１に示す圧縮・符号化装置は、非相関化
の様々な形態を用いて様々な方法にて具体化できる。ま
すます一般化する具体化の形態は、いわゆる変換符号化
を用いており、特に離散コサイン変換と呼ばれている変
換形態を用ている。離散コサイン変換を非相関化に用い
ることは、図１に示す、合同写真専門家会議によって提
案され、現在国際標準機構によって検討されている圧縮
装置の例のために実際設計されている。非相関化の変換
技法によれば、信号は量子化及び符号化の動作の前に線
形変換動作（非相関化）によって処理される。この変換
技法の欠点は、画像全体（例えばフィールド全体）が変
換されねばならないので、含まれているデータの量から
みて非実際的である点にある。よって、画像（フィール
ド）を、ブロック（例えばピクセルを表す８×８のも
の）に分割して、その各々を変換しなければならない。
すなわち、変換符号化は複雑であり、ブロック単位でし
か使用できない。

【００２５】近年周波数領域における圧縮・符号化とし
て提案されている方法は、帯域分割符号化の方法であ
る。この方法では、図１の装置における非相関器１２
は、入力ビデオ信号を、画像の２次元周波数空間の複数
の領域の各１個における画像の空間周波数成分をそれぞ
れ含む複数の相互関係のない分割帯域に分割する空間
（２次元）帯域分割装置を含んでいる。この分割帯域
は、人間の精神的視覚組織の感度スペクトルにおけるそ
れぞれの位置に従って量子化器１４によって選択的に量
子化される。すなわち、この場合は、２次元空間周波数
領域の異なる分割帯域に画像全体のエネルギを配分する
ことによって非相関化が行われる。帯域分割ろ波は、変
換技法によるよりも優れた非相関化が行えると考えられ
ている。同様に、変換技法とは異なり、ブロック単位の
動作に限定されることはない。帯域分割ろ波は、ビデオ
信号に直接適用することが可能である。

【００２６】図２は、入力ビデオ信号が低域通過デシメ
ーション（間引き）フィルタ２２及び高域通過デシメー
ションフィルタ２４を通過する帯域分割符号化装置を示
したものである。結果として生ずる２つの出力信号は、
入力信号の周波数スペクトルの異なる部分を表す。この
２つの信号はそれから、図１で説明したように量子化さ
れ、整序され、エントロピ符号化される。入力信号の分
割帯域成分は、あとで再生するために伝送されたり記憶
されたりする。分割帯域成分の伝送と記憶は、図２にお
いて破線２６によって示してある。

【００２７】分割帯域を記録媒体から復元するときは、
これらを対応する適合したフィルタを通過させて元の周
波数成分を再生する。これらの適合フィルタは、低域通
過インタポレーション（補間）フィルタ３０及び高域通
過インタポレーションフィルタ２８である。インタポレ
ーションフィルタ２８、３０の出力は加算回路３２によ
って加算され、元の入力ビデオ信号が形成される。図２
は、入力ビデオ信号を２個の分割帯域に分解する様子を
示した図である。実際は、入力ビデオ信号はもっと多く
の分割帯域に分解される。図３は、入力信号を８個の分
割帯域成分に分解するとともに、再結合させて出力信号
を形成する様子を示している。

【００２８】帯域分割符号化装置におけるフィルタは、
適度な遅延と重み付け（加重）係数を有する有限インパ
ルス応答フィルタを具え、水平および垂直の周波数分解
が行えるようになっている。分割帯域周波数分離のため
の異なるフィルタの形態は既知であり、いくつかの可能
なフィルタが１９８６年６月刊行の「ＩＥＥＥトランザ
クションズ・オン・アコースティックス・スピーチ・ア
ンド・シグナル・プロセシング」のＡＳＳＰ−３４巻の
４３４〜４４１頁における「樹状構造の帯域分割符号化
のための正確な再構成技法」と題する論文に記述されて
いる。

【００２９】図４は図１における非相関器１２をいっそ
う詳しく示した図である。この非相関器は、水平フィル
タ装置４６、中間フィールドメモリ４８、転換シーケン
サ（アドレス発生器）５０、垂直フィルタ装置５２、出
力フィールドメモリ５４、及び出力シーケンサ（アドレ
ス発生器）５６を具えている。帯域分割ろ波は、個別に
行われる。このように、図４において２つの直交する画
像方向におけるろ波、すなわち水平方向（通常のビデオ
における画像の走査方向）及び垂直方向におけるろ波
は、水平と垂直のフィルタ装置４６及び５２による１次
元ろ波動作によって相互に完全に独立して行われる。

【００３０】水平フィルタ装置４６及び垂直フィルタ装
置５２は、互いにほぼ同一の構造を有する。従って、水
平フィルタ装置４６の構造のみを詳しく説明する。ろ波
作用は水平及び垂直各方向にそれぞれ８個の分割帯域、
すなわち６４（８×８）分割帯域の正方形アレイを作成
する作用である。６４個の分割帯域は、相互に同一の大
きさとなるようにする。水平フィルタ装置４６は、図３
に示すように樹状すなわち階層構造になっていることが
好ましく、３段階の連続したろ波過程を構成している。
第１段階は低域通過フィルタ（ＬＦ）及び高域通過フィ
ルタ（ＨＦ）から成っていて、それぞれにデシメータ
（図示せず）が後続している。ＬＦフィルタ、ＨＦフィ
ルタ及びデシメータはともにカドラチャーミラーフィル
タ（ＱＭＦ）を構成している。それぞれのフィルタは通
常の形式の有限インパルス応答フィルタでよい。使用時
は、入力デジタルビデオ信号のフィールドのラインがサ
ンプル単位で第１段階に加えられ、ＬＦ及びＨＦそれぞ
れによって低域ろ波及び高域ろ波される。このように、
ＬＦおよびＨＦは、それぞれ入力ライン信号を低域ろ波
したものと高域ろ波したものから成る出力を形成する。
この出力は水平空間周波数範囲の上半分と下半分におけ
るラインの空間周波数成分を表している。すなわち、第
１段階で入力ラインを水平方向に２個の分割帯域に分割
する。デシメータはそれぞれの出力を２の率でデシメー
ト（サブサンプル）し、デシメータ（全部）によって出
力されるサンプルの全数を、ラインのサンプルの全数と
等しくする。

【００３１】第２段階は、第１段階のようなＱＭＦがそ
れぞれ２個あること、及び第１段階のそれぞれのデシメ
ータからの出力が２個のＱＭＦの各１個への入力として
送られることを除いて、第１段階と類似した構造を持っ
ている。このように、第２段階は、４個の等しい４分の
１の水平空間周波数範囲でラインの空間周波数内容を表
す４個の出力を形成する。すなわち、第２の段階は、入
力ラインが第１段階にて分割されてできた２個の分割帯
域をさらに分割し、水平方向に４個の分割帯域を形成す
る。第２段階の４個のデシメータは、２の率でそれぞれ
の出力をデシメート（サブサンプル）する。これによっ
て、第２段階のデシメータ（全体）から出力されたサン
プルの全数はラインのサンプルの全数と等しくなる。

【００３２】第３段階は、第１段階のようなＱＭＦがそ
れぞれ４個あること、及び第２段階のそれぞれのデシメ
ータからの出力が４個のＱＭＦの各１個の入力として送
られることを除いて、第１段階と類似した構造を持って
いる。このように、第３段階は、８個の等しい８分の１
の水平空間周波数範囲でラインの空間周波数内容を表す
８個の出力を形成する。すなわち第３の段階は、入力ラ
インが第２段階にて分割されてできた４個の分割帯域を
さらに分割し水平方向に８個の分割帯域を形成する。第
３段階の８個のデシメータは、２の率でそれぞれの出力
をデシメート（サブサンプル）する。これによって、第
３段階のデシメータ（全体）から出力されたサンプルの
全数はラインのサンプルの全数と等しくなる。

【００３３】第３段階すなわち水平フィルタ装置４６の
８個の出力は、中間フィールドメモリ４８に送られ第１
ラインのそれぞれ８分の１に対応する位置に記憶され
る。水平ろ波の上述の過程は、入力デジタルビデオ信号
のフィールドのその他のライン全部に対して繰り返され
る。これによって、入力デジタルビデオ信号のフィール
ドの水平方向（のみ）に８個の分割帯域にろ波されたも
のが中間フィールドメモリ４８に記憶されることにな
る。中間フィールドメモリ４８に記憶されたフィールド
の各ラインは、もとのフィールドが表していた画像の水
平空間周波数範囲の８個の分割帯域のうちの１個をそれ
ぞれ表す水平空間周波数情報をそれぞれ含む８個の部分
に分割される。中間フィールドメモリ４８に記憶された
水平方向にろ波されたフィールドは、８個の縦列に分割
されたものと考えることができる。

【００３４】中間フィールドメモリ４８に記憶された水
平方向にろ波されたフィールドは、（転換シーケンサ５
０の制御のもとで）垂直フィルタ装置５２に供給され、
ここで水平フィルタ装置４６によって水平方向に８個の
分割帯域にろ波されたのと同様な方法によって、垂直方
向に８個の分割帯域にろ波される。水平方向及び垂直方
向にろ波されたフィールドは、ライン単位で出力フィー
ルドメモリ５４に供給され、量子化器１４へと送られ
る。該メモリ５４は６４個（８×８）のアレイに分割さ
れているものと考えることができ、その各々に６４個の
分割帯域が記憶されている。このように、入力デジタル
ビデオ信号の連続するフィールドは、帯域分割ろ波さ
れ、適当にろ波され、フィールド２個分の間隔の遅延を
与えられて量子化器１４に送られる。

【００３５】転換シーケンサ５０は中間フィールドメモ
リ４８に対する読み出しアドレスを作成し、その内容の
垂直フィルタ装置５２への読み出しを次のように制御す
る。上述したように、中間フィールドメモリ４８に記憶
された信号は、元のフィールドのラインを具えていて、
各々は水平に８個の分割帯域に分割されている。すなわ
ち、中間フィールドメモリ４８に記憶されている信号
は、すでに述べたように８個の縦列から成ると考えるこ
とができる。中間フィールドメモリ４８に記憶された信
号が、これを水平にろ波するのに用いたと同様の構造の
ハードウエア（垂直フィルタ装置５２）によって垂直に
ろ波されるようにするには、これを転換しなければなら
ない。すなわちこれを、垂直フィルタ装置５２に読み込
まれるときに８個の横列（縦列ではなしに）を構成する
ように、９０度回転する必要がある。転換シーケンサ５
０は、中間フィールドメモリ４８に対して、これを成し
遂げるようにアドレスする。

【００３６】水平フィルタ装置４６と垂直フィルタ装置
５２との組合せによって形成されるろ波の性質上、出力
フィールドメモリ５４に記憶されたデータは、いくらか
スクランブル（ごちゃまぜに）されるので、装置の後続
する部分に送る前に出力シーケンサ５６によって再整序
される。

【００３７】図５は、入力ビデオ信号が水平方向及び垂
直方向において８個の周波数成分に分解された場合に形
成される様々な分割帯域成分を示している（これはデー
タが出力シーケンサ５６に供給されて再整序された後、
出力フィールドメモリ５４に記憶されたデータであると
考えることができる。）。これら分割帯域または分割画
像の各々は、データ要素のアレイから成り、図５のブロ
ックの１つによって表される。左上のブロックはｄｃ分
割帯域を表している。これは、周波数が厳格にゼロであ
る信号の一定部分を実際に必ずしも表すものではない
が、水平方向にも垂直方向にも最も低い帯域である。こ
のｄｃ分割帯域は、元の入力ビデオ信号のｄｃ情報の大
部分を含むことになる。残りの分割帯域の観察者によっ
て知覚される画像の相対的重要度は、変化する。一般的
にいって、高周波の分割帯域は究極の観察者の知覚にと
って重要度は低い。図５において、特定の分割帯域成分
が表す周波数は、ブロックのアレイの下方及び右側にい
くに従って増加している。

【００３８】図６は、変化していく空間周波数の画像成
分に対する人間の精神的視覚反応を示したものである。
これをみて分かるように、人間の知覚レベルは、まず上
昇し、それから空間周波数が増加するにつれてほぼ一定
の割合で低下していく。データ圧縮装置は、空間周波数
成分が高いほど高度に情報の損失を伴う量子化を行って
も再構成される画像がはなはだしく劣化して知覚されな
いという認識の下に、この特性を利用している。

【００３９】図７は、図１に示す量子化器１４によって
異なる分割帯域に適用される量子化マトリクスを示して
いる。量子化器の動作方法は、各分割帯域ブロック内の
各エレメントの値を対応する量子化値によって除し、そ
の結果の整数部分を採用するというものである。この量
子化値は量子化マトリクスに記入されたもの（α₀₀〜α
₇₇）と、後で詳しく説明する量子化スケール（圧縮）フ
ァクタ（Ｑｓ）との積である。すなわち、マトリクスの
左上隅のｄｃ輝度分割帯域から読まれた値は、対応する
Ｑｓ×α₀₀の量子化値によって除せられ、その整数が取
られる。同様に別の分割帯域から読まれた値は、この分
割帯域に適した量子化値Ｑｓ×α_mnによって除せられ、
その整数値が取られる。一般的に、最小の量子化値は、
ｄｃ輝度分割帯域のすぐ下及び右にて発生する。これ
は、人間の精神的知覚組織がこの分割帯域にて最も敏感
だからである。量子化マトリクスのための値は、どの値
によって最良の画像と感じるかをみて確かめる試行錯誤
の過程によって決定される。或いは、図６の曲線を３次
元に拡張し曲面を作成することによって発生させること
もできる。この曲面は、図６の曲線を感度の座標軸の周
りに９０度回転してできる軌跡が形成する曲面である。
分割帯域周波数ブロックは、この曲面の下方の空間周波
数平面の異なる領域に存在する。曲面の下方を積分して
各周波数ブロックとこの曲面との間の体積を計算し、相
対的量子化値を決定することができる。

【００４０】図８は、輝度成分及び色成分の量子化を個
別に動的に制御することのできる本発明データ圧縮装置
の概略を示すブロック図である。輝度（Ｙ）成分データ
６０は、非相関器１２′に供給され、ここから輝度成分
量子化器６４に供給される。輝度成分量子化器の出力は
データシーケンサ１８′を介してエントロピ符号化器２
０′に供給され、これが輝度（Ｙ）成分圧縮データを出
力端６８に出力する。同様に色（Ｕ／Ｖ）成分データ入
力６２が非相関器１２″に供給され、ここから色成分量
子化器６６に供給される。色成分量子化器６６からの出
力はデータシーケンサ１８″を介してエントロピ符号化
器２０″に供給され、これが色（Ｕ／Ｖ）成分圧縮デー
タを出力端子７０に出力する。輝度成分量子化器６４及
び色成分量子化器６６は、上述した量子化器１４と同様
な動作をする。このように、輝度成分及び色成分の入力
データに対し個別に圧縮が行われる。輝度成分及び色成
分の各圧縮データ出力６８、７０は（図示しない）結合
器によって結合され、後続処理のために単一のデータス
トリームとされる。

【００４１】結合ビット計数器７２は輝度成分圧縮デー
タ出力端６８及び色成分圧縮データ出力端７０において
圧縮データの量を検出し、これら２つの量の合計値を示
すフィードバック信号７４を作成する。このフィードバ
ック信号７４は量子化制御器７６に送られ、該制御器７
６は、輝度成分量子化器６４によって行われる輝度成分
量子化及び色成分量子化器６６によって行われる色成分
量子化の程度を個別に変化させ、輝度成分及び色成分の
圧縮データ出力の結合データレートが所望の値と等しい
か又は近似するようにする。次に、量子化制御器７６及
びこの量子化制御器が輝度成分量子化器６４と色成分量
子化器によって行われる量子化の程度を変化させる手段
を、一層詳しく説明する。

【００４２】図９は、量子化制御器７６が、輝度成分量
子化器６４及び色成分量子化器６６に用いられている量
子化スケールファクタＱｓに対して行う相対変化を示す
グラフである。図７について前述したように、各分割帯
域に適用される量子化の程度は、量子化マトリクスの制
御に応じて変化する。圧縮データの全体のブロック（す
なわち６４個の分割帯域）の全体的な量子化の程度は量
子化スケールファクタ（Ｑｓ）に応じて変化する。量子
化されている各データ値は、量子化マトリクスからの適
当な値及びＱｓの値の両方によって除せられる。Ｑｓが
高いときは量子化の全体的な程度は増加し、圧縮の程度
も増加し、その結果の圧縮データのブロックは小さくな
る。Ｑｓが低いときは、量子化の全体的な程度が減少
し、圧縮の程度も減少し、その結果の圧縮データのブロ
ックは大きくなる。

【００４３】図９には、２本の曲線、すなわち輝度成分
曲線（実線）と色成分曲線（破線）が示されている。垂
直軸はＱｓの値を示し、水平軸は、全体的な圧縮係数を
変更するための量子化制御器７６によってなされる補正
作用を図式的に示している。水平軸を右側に移動する
と、全体的な圧縮係数が増加する。また水平軸を左側に
移動すると、全体的な圧縮係数が減少する。輝度成分量
子化器６４及び色成分量子化器６６によって用いられる
Ｑｓの値は、常にその輝度成分曲線と色成分曲線上のそ
れぞれの点の垂直軸の位置と対応する。これらの２点
は、水平軸上では同一の位置にある。

【００４４】輝度成分曲線および色成分曲線の共通の原
点７８は、Ｑｓ＝１の値と対応する。原点７８から右側
に移動すると、輝度成分圧縮及び色成分圧縮の両方と同
一のレートにてＱｓが増加していることが分かる。点８
０においては、輝度成分及び色成分曲線は、色成分圧縮
に対するＱｓの値が輝度成分圧縮に対するＱｓの値より
も急激に増加するように分離する。この分離は点８２ま
で続く。点８２から点８４にかけて輝度成分圧縮に対す
るＱｓの値は増加を続けるが、色成分圧縮に対するＱｓ
値は一定のままである。点８４からは、２本の曲線が再
び同じレートで増加する。

【００４５】図９のグラフから、全体的な圧縮係数は、
輝度成分圧縮に対するＱｓ（輝度成分圧縮係数）、色成
分圧縮に対するＱｓ（色成分圧縮係数）及び輝度成分圧
縮に対するＱｓと色成分圧縮に対するＱｓの比を変化さ
せることによって、制御されていることが分かるであろ
う。これらのパラメータのうちの２個が固定されると、
３番目のパラメータも同様に固定される。

【００４６】図１０は、輝度成分及び色成分の量子化の
程度を個別に動的に制御するように動作するデータ圧縮
装置をもっと詳しく示したものである。この装置は輝度
成分圧縮チャネル８６（その周囲を破線にて囲んでい
る）、対応する色成分圧縮チャネル（図示せず）、圧縮
ビット計数器７２及び結合器兼ヘッダ挿入器８８によっ
て構成されている。輝度成分および色成分の入力データ
は、既知のサイズのブロックとして受信され、圧縮され
て出力データブロックが形成される。

【００４７】図１０において、輝度成分圧縮チャネル８
６及び色成分圧縮チャネルは、同じ様な方法にて動作す
るが、それぞれの量子化マトリクスの量子化値は異なっ
ており、図９を参照して上述したように、Ｑｓは異なっ
た変化をする。しかしながら、図１０の説明という観点
から、輝度成分及び色成分のチャネルの残りの部分の動
作は同一であるので、図１０の装置を、輝度成分圧縮チ
ャネル８６の動作及び輝度成分と色成分圧縮チャネルと
の間の共通事項のみについて参照説明する。

【００４８】図１０に示す輝度成分圧縮チャネル８６
は、輝度成分入力データの試験的圧縮を行って、現在の
Ｑｓの値でどの程度の圧縮を行えるかを調べることがで
きる。これを調べてから、Ｑｓの訂正した値を発生し、
同じ輝度成分入力データに適用し、データ圧縮装置の出
力データストリームと合流する圧縮輝度データを作成す
る。

【００４９】動作の際、輝度成分入力データは非相関器
１２′に供給される。非相関器１２′からの出力は試験
量子化器９０に供給され、ここで入力画像データの前の
ブロックに対する前段Ｑｓラッチ１００に記憶されてい
たＱｓ値に基づく試験的な量子化度を適用する。試験量
子化器９０は、図８との関連で説明した輝度成分量子化
器６４と同様に動作する。同様に試験データシーケンサ
９２及び試験エントロピ符号化器９４は、図８における
データシーケンサ１８′及びエントロピ符号化器２０′
と同様に動作し、達成される圧縮度の正しい値を測定す
る。

【００５０】輝度成分圧縮チャネルの試験エントロピ符
号化器９４からの出力は、圧縮ビット計数器７２に供給
される。この圧縮ビット計数器７２は、色成分圧縮チャ
ネル（図示せず）の対応する試験エントロピ符号化器の
出力も受信している。圧縮ビット計数器７２は、輝度成
分圧縮チャネル及び色成分圧縮チャネルにおける試験エ
ントロピ符号化器によって、入力画像データのブロック
の試験圧縮をしている間に出力されるデータ（ビット計
数値）の量を検出し、これら２つの量の合計値を示すフ
ィードバック信号を作成する。試験圧縮の最終段階で、
圧縮ビット計数器７２からの出力が、図９に示す輝度成
分曲線に従ってＱｓの代替値を計算する輝度成分圧縮チ
ャネルのプログラム可能リードオンリーメモリ（ＰＲＯ
Ｍ）９８に供給される。同様に、色成分圧縮チャネルの
対応するＰＲＯＭ９８は、圧縮ビット計数器７２からの
同様な出力を受信し、色成分圧縮に用いる代替Ｑｓ値を
計算する。ＰＲＯＭ９８がこれらの計算を行うときの方
法は、図１１を参照して説明する。

【００５１】輝度成分圧縮チャネル８６のＰＲＯＭ９８
は、Ｑｓの訂正値を前段Ｑｓラッチ１００に出力し、次
の試験圧縮に利用し、Ｑｓラッチ１０２に出力して現在
の輝度成分入力データの圧縮に利用する。Ｑｓラッチ１
０２からの出力は輝度成分量子化器６４に供給され、こ
こで量子化の全体的な程度が制御される。非相関器１
２′からのデータが試験圧縮されているとき、このデー
タは遅延回路１０４によっても処理される。この遅延回
路は訂正されたＱｓ値がＱｓラッチ１０２内に記憶され
るまでこのデータブロックが輝度成分量子化器６４に到
着するのを遅らせる作用がある。このように、Ｑｓの訂
正値は、その訂正が施されるべき同一のデータブロック
に適用される。

【００５２】輝度成分量子化器６４からの出力は、エン
トロピ符号化器２０′による最終的なフォーマット作成
に先だって圧縮データを記憶するフィールドメモリ６０
と結合したエントロピ符号化器２０′によってエントロ
ピ符号化され、システムから出力される。

【００５３】ブロックに適用される可変な量子化の程度
を有する圧縮データのブロックを伸張（圧縮解除）する
とき、伸張装置はデータのブロックに適用される量子化
度に応動する必要があることが分かるであろう。このた
め、Ｑｓラッチ１０２内に記憶される値が、フィールド
メモリ６０内に記憶される圧縮データのブロックに対す
るヘッダデータとして供給される。結合器兼ヘッダ挿入
器８８は、このヘッダデータを圧縮されたデータブロッ
クの前に付ける。これによって伸張装置は、ヘッダデー
タから、圧縮データの各ブロックにどのような量子化ス
ケールファクタが適用されたかを読み取ることができ
る。輝度成分チャネル及び色成分チャネルにおける各Ｐ
ＲＯＭ９８とＱｓラッチ１０２の組合せは、量子化制御
器７６とみなすことができる。

【００５４】エントロピ符号化器２０′からの出力は第
２圧縮ビット計数器１０８に供給され、ここからの出力
は連続的にあふれ（超過）検出器１０６に供給される。
あふれ検出器１０６は、各圧縮チャネル内の瞬間的な圧
縮ビット計数値を、コンパイルされている圧縮データの
ブロックの所定最大サイズと比較し、所定最大サイズを
越えるとあふれ指示信号を出力する。あふれ指示信号
は、エントロピ符号化器２０′をトリガして圧縮データ
に対しては通常作成されないコードを発生させ、あふれ
指示信号が本来の圧縮データと混同されないようにす
る。エントロピ符号化器のコード表を参照することによ
って、適切なコードを選択できる。

【００５５】圧縮されたデータは、例えば後の復元と伸
張のために磁気テープの上に個別のトラックとして記録
してもよい。圧縮されたデータのブロックは、伸張の前
にその他の様々な方法にて処理されてもよいことは明か
であろう。

【００５６】図１１は、輝度圧縮チャネル及び色圧縮チ
ャネルにおけるＰＲＯＭ９８が、入力データの異なるブ
ロック間でＱｓにどのような変化をつけるべきかを決定
するための技法を示している。ＰＲＯＭ９８は、圧縮ビ
ット計数器７２からの出力を読み取り、これから既知の
圧縮データのブロックの所定の最大サイズを減じる。こ
れによって差値Ｄが生じる。ＰＲＯＭ９８は、そこで図
１１のグラフが表すデータが記憶されている参照表を参
照する。測定された差値Ｄ及び現在のＱｓ値に対して適
切な量子化の変化は、この参照表から読み取られる。こ
の変化は図９の適切な曲線に従う。測定された差値が正
のときは、圧縮データが大きすぎることを意味してお
り、ある正の値を現在の値Ｑｓに付加して新しいＱｓの
値を作成し、次のデータブロックに用いる。Ｑｓの値が
大きくなると、一層圧縮される。差値が負のときは、圧
縮データのブロックは小さすぎ、負の値を現在の値Ｑｓ
に付加する。Ｑｓの新しい値は、それからＱｓラッチ１
０２に供給される。

【００５７】この技法は、圧縮されたブロックサイズの
過度及び不足の両方に対処している。もし適用された量
子化が厳しすぎる場合は、圧縮されたブロックは小さく
なりすぎ、ＰＲＯＭ９８は図９に示す適切な曲線に従っ
てＱｓの値を減少させる。量子化が余り厳しくないとき
は、圧縮されたブロックは大きくなりすぎ、ＰＲＯＭ９
８はＱｓの値を増加させることになる。このようにし
て、圧縮されたブロックのサイズが所定の最大サイズと
ほぼ等しく保たれる。これによって、超過が起こらない
ように、また厳しすぎる量子化度が適用されないように
することができる。

【００５８】図１２は、図１０に示すデータ圧縮装置と
相補的関係にあるデータ伸張装置を示している。この伸
張装置は、ヘッダ読み取り器、データスプリッタ、輝度
成分伸張チャネル１１２及び色成分伸張チャネル１１４
を具えている。輝度成分及び色成分の伸張チャネルは、
構成と動作において類似しており、輝度成分伸張チャネ
ルのみを詳しく説明する。輝度成分伸張チャネルは、エ
ントロピ復号器兼あふれ検出器１１６、フィールドメモ
リ１１８、データシーケンサ１２０、輝度成分非量子化
器１２２及び補間器１２４を具えている。

【００５９】データ圧縮装置からの圧縮データは、（例
えば磁気記憶装置及びこれに続く再生装置のような）す
でにのべた機構の１つを介してデータ伸張装置に転送さ
れ、ここでヘッダ読み取り器兼データ分割器１１０を通
過する。輝度成分圧縮データは、エントロピ復号器兼あ
ふれ検出器１１６によって再整序されフィールドメモリ
１１８に記憶される。ヘッダ読み取り器兼データ分割器
１１０は、輝度成分圧縮に用いられ圧縮ブロックのヘッ
ダデータに含まれたＱｓの値を読み取り、これをＱｓラ
ッチ１２６に記憶させる。圧縮された輝度データ自身
は、ヘッダ読み取り器とエントロピ復号器兼あふれ検出
器１１６を通じてフィールドメモリ１１８に流れる。

【００６０】エントロピ復号器兼あふれ検出器１１６
は、あふれ指示コードの発生をデータストリームの中に
検出すると、データが圧縮されたときにあふれ（超過）
が発生したものと解し、圧縮データからは決定できない
すべての出力データ値をフィールドメモリ１１８内の所
定値に、例えばすべての未決定の値をゼロに設定する。

【００６１】Ｑｓラッチ１２６は、各ブロックからの圧
縮輝度データの非量子化を行っている間、Ｑｓの値を輝
度成分非量子化器１２２に供給する。従って、圧縮され
た輝度成分データには、圧縮のときに適用された量子化
度に合った非量子化度が適用される。

【００６２】エントロピ復号器兼あふれ検出器１１６、
データシーケンサ１２０、及び補間器１２４はエントロ
ピ符号化器２０、データシーケンサ１８及び非相関器１
２と相補的関係にある。輝度成分非量子化器１２２は、
それぞれの圧縮データ値を量子化マトリクスからの適切
な値及びＱｓラッチ１２６からのＱｓ値と掛け合わせ
て、輝度成分量子化器６４によって行われた作用と相補
的な作用を行う。

【００６３】色成分伸張チャネル１１４も、同様の動作
をする。ヘッダ読み取り器及びデータ分割器１１０は、
色成分圧縮に用いられ、ヘッダデータの中に蓄えられた
量子化スケールファクタＱｓを色成分（Ｕ／Ｖ）Ｑｓラ
ッチ１２８に供給するとともに、圧縮された色データを
色成分伸張チャネル１１４のエントロピ復号器兼あふれ
検出器１１６に供給する。非量子化作用は色成分非量子
化器１３０によって行われる。

【００６４】

【発明の効果】本発明では、輝度成分圧縮手段と、色成
分圧縮手段とを個別に設けると共に、全体的圧縮係数に
応じたフィードバック信号を出力するフィードバック手
段を設けている。さらに、制御手段によって、輝度成分
圧縮係数、色成分圧縮係数、および両者の比を変化さ
せ、全体的圧縮係数を制御している。このため、所望の
圧縮の程度を達成しながら、再構成された画像における
画像圧縮の影響を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】データ圧縮装置の概略を示す図である。

【図２】帯域分割符号化の簡単な例を示す図である。

【図３】高次の帯域分割符号化の例を示す図である。

【図４】２次元帯域分割非相関器の例を示す図である。

【図５】周波数分離されたビデオ信号の例を示す図であ
る。

【図６】異なる空間周波数の画像に対する人間の精神的
視覚組織の反応を示す図である。

【図７】量子化マトリクスを示す図である。

【図８】輝度成分及び色成分を個別に圧縮する本発明の
データ圧縮装置の概略を示すブロック図である。

【図９】図８の装置における輝度成分及び色成分の圧縮
係数の変化を示すグラフである。

【図１０】輝度成分及び色成分を個別に圧縮する本発明
のデータ圧縮装置の詳細を示すブロック図である。

【図１１】図１０の装置における輝度成分及び色成分の
圧縮係数の変化を決定するための技法を示す図である。

【図１２】図１０の圧縮装置と相補的な関係にあるデー
タ伸張装置を示す図である。

【符号の説明】

１２′、１２″ 非相関器 ２０′、２０″ エントロピ符号化器 ６４ 輝度成分量子化器 ６６ 色成分量子化器 ７２ 結合ビット計数器（フィードバック手段） ７６ 量子化制御器（制御手段） （１２′、６４、２０′） 輝度成分圧縮手段 （１２″、６６、２０″） 色成分圧縮手段

フロントページの続き (72)発明者 クライブ ヘンリー ギラード イギリス国 ＲＧ24 ０ＸＱ ハンプシャ ー，ベーシングストーク，チネハム，キャ フォード ビレッジ，サフロンクロース 47

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力画像データの輝度成分及び色成分を
   圧縮し、全体的な圧縮係数を有する圧縮された映像デー
   タを作成するデータ圧縮装置であって、 上記入力画像データの輝度成分を輝度成分圧縮係数に従
   って圧縮するための輝度成分圧縮手段と、 上記入力画像データの色成分を色成分圧縮係数に従って
   圧縮するための色成分圧縮手段と、 上記全体的な圧縮係数に応じたフィードバック信号を供
   給するためのフィードバック手段と、 上記輝度成分圧縮手段及び上記色成分圧縮手段と結合
   し、上記フィードバック信号に応答して上記輝度成分圧
   縮係数、色成分圧縮係数及び上記輝度成分圧縮係数の色
   成分圧縮係数に対する比を変化させることによって上記
   全体的な圧縮係数を制御する制御手段とを具えた画像デ
   ータ圧縮装置。
2. 【請求項２】 上記制御手段は、上記輝度成分圧縮係数
   を上記色成分圧縮係数より小さいか又は等しくなるよう
   変化させる請求項１の装置。
3. 【請求項３】 上記制御手段は、上記全体的圧縮係数の
   値の１つ以上の所定範囲に対しては、上記輝度成分圧縮
   係数が上記色成分圧縮係数と等しくなるようにし、また
   上記全体的圧縮係数が上記１つ以上の所定範囲以外のと
   きは、上記輝度成分圧縮係数が上記色成分圧縮係数より
   も小さくなるように変化させる請求項２の装置。
4. 【請求項４】 上記輝度成分圧縮手段及び色成分圧縮手
   段のそれぞれは、画像データを空間周波数領域の複数の
   周波数成分を表す変換データに変換するための非相関器
   と、 上記変換データに対して可変量子化度を適用する量子化
   器と、 上記量子化された変換データを符号化するエントロピ符
   号化器とを具えた請求項１〜３のいずれかの装置。
5. 【請求項５】 圧縮された画像データと対応する輝度成
   分圧縮係数及び色成分圧縮係数を表すデータヘッダを上
   記圧縮画像データに結び付けるための手段をさらに具え
   た請求項１〜４のいずれかの装置。
6. 【請求項６】 上記入力画像データのブロックが、圧縮
   されて圧縮データのブロックが形成され、さらに上記フ
   ィードバック手段は圧縮データのブロックのビット計数
   値を記憶するための圧縮ビット計数器を具えた請求項１
   〜５のいずれかの装置。
7. 【請求項７】 輝度成分及び色成分を含む圧縮画像デー
   タを伸張するためのデータ伸張装置であって、 圧縮画像データと結び付けられたデータヘッダを読み取
   り、上記圧縮画像データの輝度成分及び色成分それぞれ
   に適用された輝度成分圧縮度及び色成分圧縮度を個別に
   指示するヘッダ読み取り手段と、 上記ヘッダ読み取り手段に応答し、上記輝度成分圧縮度
   に応じた程度だけ上記圧縮画像データの輝度成分を伸張
   する輝度成分伸張手段と、 上記ヘッダ読み取り手段に応答し、上記色成分圧縮の程
   度に応じた程度だけ上記圧縮画像データの色成分を伸張
   する色成分伸張手段とを具えたデータ伸張装置。
8. 【請求項８】 入力画像データの輝度成分及び色成分を
   圧縮して１つの全体的圧縮係数を有する圧縮画像データ
   を作成するための方法であって、 上記入力画像データの上記輝度成分を輝度成分圧縮係数
   分だけ圧縮すること、 上記入力画像データの上記色成分を色成分圧縮係数分だ
   け圧縮すること、 上記輝度成分圧縮係数、色成分圧縮係数及び上記輝度成
   分圧縮係数の色成分圧縮係数に対する比を変化させるこ
   とによって、全体的圧縮係数を制御することの各ステッ
   プを含む画像データ圧縮方法。
9. 【請求項９】 輝度成分及び色成分を含む圧縮画像デー
   タを伸張する方法であって、 上記圧縮画像データと結び付けられたデータヘッダを読
   み取り、上記圧縮画像データの輝度成分及び色成分それ
   ぞれに適用された輝度成分圧縮度及び色成分圧縮度を個
   別に指示すること、 上記輝度成分圧縮の程度に応じた程度だけ上記圧縮画像
   データの輝度成分を伸張すること、 上記色成分圧縮の程度に応じた程度だけ上記圧縮画像デ
   ータの色成分を伸張することの各ステップを含む画像デ
   ータ伸張方法。
10. 【請求項１０】 請求項１〜６のいずれかの画像データ
    圧縮装置を具えた画像データ記憶装置。
11. 【請求項１１】 請求項７の画像データ伸張装置を具え
    た画像データ記憶装置。