JPH0748857B2

JPH0748857B2 - 直交変換装置

Info

Publication number: JPH0748857B2
Application number: JP62064562A
Authority: JP
Inventors: 達郎重里
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-05-24
Also published as: JPS63229990A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、画像や音声の高能率符号化に用いる直交変換
装置に関するものである。

従来の技術画像や音声のディジタル化にともなって高能率符号化技
術が重要になってきている。高能率符号化の有効な手段
として直交変換符号化がある。これは、隣接するデータ
を集めて一旦直交変換してから各直行成分毎に符号化す
るものである。一般に画像情報などでは隣接するデータ
には大きな相関があるため、ほとんどの交流を表す直交
成分は非常に小さい値となる。このためハフマン符号化
などを用いて、小さい値を取る直交成分を少ないビット
数で符号化することによって、データ量を圧縮すること
ができる。

発明が解決しようとする問題点しかしながらこの様な方法では、大きな直交成分が現れ
たときにビット数が非常に大きくなってしまう。このた
め圧縮後のデータ量の変動が大きくなり、一定速度での
伝送が困難になる。また逆に大きな値を取る直交成分に
余り大きくない符号長の符号を割り当てようとすると、
全体の圧縮率が低下してしまう。かかる点に鑑み、本発
明はデータ量の変動が小さくしかも圧縮効率の高い直交
変換器を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段本発明は、画像信号をある大きさのブロックに分割して
直交変換する直交変換手段と、前記直交変換手段によっ
て得られるブロック毎の直交成分に対して、各直交成分
毎に特定の定数を乗算して重みづけする重みづけ手段
と、前記重みづけ手段によって得られた重みづけされた
直交成分に対してブロック毎に交流をあらわす直交成分
の絶対値の最大値を求める最大値検出手段と、前記最大
値検出手段によって得られる最大値をMAXとする場合
に、Ａ（０）＜Ａ（１）＜，……，＜Ａ（ｎ），（Ａ（０）
＝0,A（ｉ）は任意の数）とし、Ａ（ｉ−１）≦MAX＜Ａ（ｉ）のとき、除数をＡ（ｉ）/
Bとする除数生成手段と（Ｂは任意の数）、前記除数生
成手段によって得られる除数で前記ブロック内の全ての
交流を表す直交成分を、除算する除算手段と、前記除数
を符号化する除数符号化手段とを有し、前記除数符号化
手段によって得られる除数の符号語と前記除算手段によ
って得られる交流を表す直交成分と直流を表す直交成分
とを出力することを特徴とする直交変換器である。

作用本発明は前記した構成により、低次の交流を表す直交成
分に対して大きな重みづけをし、高次の交流を表す直交
成分に対して小さな重みづけをすることにより、視覚上
劣化が分かりにくい高次の直交成分をより大きく圧縮す
ることが出来る。特にディスクリート・コサイン変換な
どの直交変換ではブロックの境界部分の情報が低次の直
交成分に集中するため、低次の直交成分を大きく重みづ
けすることによってブロック歪を改善することが出来
る。

また除算手段によって各交流を表す直交成分の絶対値の
最大値が０以上Ｂ未満となるためデータ量の変動が小さ
くなる。同時に、一つでも大きな直交成分があると除数
が大きくなるため、各直交成分が小さくなり圧縮率が高
くなる。特に大きさが０である直交成分は伝送しないよ
うに符号化においては、除数が大きい場合には０になる
直交成分が増加するために圧縮率がより高くなる。

実施例第１図は本発明の実施例のブロック図を示している。第
１図の１は直交変換器、２は重みづけ器、３は絶対値化
器、４は最大値検出器、５は除数生成器、６は除数符号
化器、７は遅延器、８は除算器である。

第１図の直交変換器１では入力されたデータをある大き
さのブロックに分割し、ブロック毎に直交変換する。直
交変換器１で得られた直交成分のうち、直流を表す直交
成分はそのまま出力し、交流を表す直交成分は重みづけ
器２に入力される。重みづけ器２で各直交成分毎に重み
づけされた交流を表す直交成分は絶対化器３に入力され
て絶対値と正負を表す符号とに分離される。絶対値に変
換された直交成分は、遅延器７へ入力されると同時に最
大値検出器４へ入力される。最大値検出器４では上記の
ブロック毎に交流を表す直交成分の絶対値の最大値を求
める。そしてその最大値は除数生成器５に入力されて除
数が得られる。この除数は除数符号化器６で符号化され
て出力される。また絶対値化器３から出力される直交成
分の絶対値は、遅延器７で除数が生成されるまで遅延さ
せられ、その後除算器８で除数器５で生成される除数に
よって除算されて出力される。

ここで表１に重みづけ器２で乗算される乗数の例を示
す。表１は画像情報を二次元16次直交変換した場合に対
して二次元上に表される直交成分に対する乗数を表している。つまり表１の左上は低次の
直交成分に対する乗数を表す。また右にいくほど水平方
向の高次の直交成分に対する乗数を表し、下にいくほど
垂直方向の高次の直交成分に対する乗数を表す。重みづ
け器２では入力される各直交成分に対して表１で表され
る乗数で順次乗算して絶対値化器３に出力する。表１で
は低次の直交成分に対して大きな乗数を割り当て、高次
の直交成分に対しては小さな乗数を割り当てている。こ
れによって視覚上劣化が分かりにくい高次の直交成分が
粗く量子化されることになるため、画質を劣化させるこ
となく圧縮率を改善できる。さらに表１の乗数は全て２
のべき乗であり、実際の乗算は全てビットシフトで実現
できるため簡単に装置化できる。

次に除数生成器５について説明する。除数生成器ではＡ
（０）（＝０）およびＡ（０）＜Ａ（１）＜，……,A
（ｎ）なる定数Ａ（ｉ）と定数Ｂをあらかじめ準備して
いる。そして最大値検出器４から入力される直交成分の
最大値とＡ（０），……,A（ｎ）とを比較し、Ａ（ｉ−１）≦最大値＜Ａ（ｉ）のときに除数を、Ａ（ｉ）/Bとする。このように除数を
定めることにより、そのブロック内の直交成分の大きさ
は全てＢ以下となる。また最大値が大きいとき除数が大
きくなるためこの処理による量子化誤差も大きくなる。
しかし一般に大きな値の直交成分があるブロックでは量
子化誤差が視覚上あまり目だたない。以上のようにして
視覚上大きな劣化を伴わずに全ての交流を表す直交成分
の絶対値をＢ以下にすることが出来る。これによってデ
ータ量を大幅に減少させると同時に、伝送量の変動を小
さくすることが可能となる。

第２図はより具体的な実施例である。第２図の９は二次
元16次ディスクリート・コサイン変換（DCT）器、10は
スイッチ、11はシフト器、12は絶対値化器、13は最大検
出器、14はシフト数生成器、15は遅延器、16はシフト
器、17は丸め器である。

第２図のDCT器９では入力されたデータをある大きさの
ブロックに分割し、ブロック毎にDCTする。ただしDCTさ
れた交流を表す直交成分は全て９ビットであるとする。
DCT器９で得られた直交成分のうち直流を表す直交成分
はそのまま出力し、交流を表す直交成分はシフト器11で
１ビット右シフト（1/2倍）される。DCT器９とシフト器
11の出力はスイッチ10で適応的に切り替えられて絶対値
化器12に入力され、絶対値（８ビット）と正負を表す符
号とに分離される。最大桁検出器13では絶対値化器12か
ら入力される直交成分の絶対値から上記のブロック毎に
直交成分の最大桁数を求める。そしてその最大桁数はシ
フト生成器14に入力され、そこでシフト数（除数）に変
換される。また絶対値化器12から出力される直交成分の
絶対値は、遅延器15でシフト数が生成されるまで遅延さ
せられ、その後シフト器16でシフト数生成器14で生成さ
れるシフト数だけ右シフト（除算）される。シフト器16
でシフトされた直交成分の絶対値は、丸め器17で４ビッ
トに丸められて出力される。同時に直流を表す直交成分
と正負を表す符号、およびシフト数も符号化されて出力
される。

表２は、本実施例の重みづけの乗数の例を表したもので
ある。本実施例では乗数が１と1/2だけであるため、ス
イッチ10において１倍するときにはDCT9の出力を、また
1/2倍するときにはシフト器11の出力を絶対値化器12に
入力するように制御する。このように本実施例の重みづ
けは非常に簡単に装置化できる。またDCTではブロックの境界
部分の情報が低次の直交成分に集中するため、高次の成
分を粗く量子化してもブロック歪が発生しにくい。この
ため表２のような重みづけによって画質を劣化させずに
圧縮率を改善できる。

さてシフト数生成器14では、入力される最大桁MAXに対
して、 MAX＝８のとき、シフト数＝３ MAX＝７のとき、シフト数＝２ MAX＝６のとき、シフト数＝１ MAX≦５のとき、シフト数＝０と出力する。これによってシフト器16でシフトされた直
交成分の絶対値は常に５ビット以下になり、さらに丸め
器17で最下位ビットが丸められて４ビットにされる。

本実施例では、全ての交流を表す直交成分の絶対値が４
ビット以下に変換される。またこの処理は桁数の検出と
ビットシフトだけからなるため、非常に簡単に実現でき
る。このときＢ＝16,A（ｉ）＝16×2^i-1となる。ただし
シフト数の選び方やその個数はこれ以外に任意に設定で
きる。

以上のように２つの実施例を用いて説明したが、本発明
はDCT以外の全ての直交変換に利用できるものであり、
次元数や次数も任意に選ぶことができる。また除数生成
や除算器の構成もさまざまな方法が適応可能である。実
施例では重みづけの乗数を全て２のべき乗で表している
が乗数には任意の実数を割り当てることが可能である。
さらに本発明によって得られた直交成分の量子化値をさ
まざまな方法で圧縮することも可能である。

発明の効果本発明は、上記のように簡単な方法によって直交変換後
のデータ量を大幅に圧縮できる。特に重みづけによって
高次の直交成分だけを粗く量子化できるため視覚上の劣
化なしに圧縮率を改善できる。また全ての交流を表す直
交成分をある定数以下に圧縮できるため、伝送量の変動
が小さい。さらに本発明の除算はビットシフトで実行す
ることも可能であり、装置化が非常に簡単でありその実
用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のブロック図、第２図は
本発明の第２の実施例のブロック図である。１……直交変換器、２……重みづけ器、３……絶対値化
器、４……最大値検出器、５……除数生成器、６……除
数符号化器、８……除算器、９……DCT器、11,16……シ
フト器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像信号をある大きさのブロックに分割し
て直交変換する直交変換手段と、前記直交変換手段によ
って得られるブロック毎の直交成分に対して、各直交成
分毎または特定の直交成分を集めてできる集合毎に特定
の定数を乗算して重みづけする重みづけ手段（ただし上
記乗数が１の場合には乗算しない）と、前記重みづけ手
段によって得られた重みづけされた直交成分に対してブ
ロック毎に交流をあらわす直交成分の絶対値の最大値を
求める最大値検出手段と、前記最大値検出手段によって
得られる最大値をMAXとする場合に、Ａ（０）＜Ａ（１）＜，……＜Ａ（ｎ），（Ａ（０）＝
0,A（ｉ）は任意の数）とし、Ａ（ｉ−１）≦MAX＜Ａ（ｉ）のとき、除数をＡ（ｉ）/
Bとする除数生成手段と（Ｂは任意の数）、前記除数生
成手段によって得られる除数で前記ブロック内の全ての
交流を表す直交成分を除算する除算手段と、前記除数を
符号化する除数符号化手段とを有し、前記除数符号化手
段によって得られる除数の符号語と前記割り算手段によ
って得られる交流を表す直交成分と直流を表す直交成分
とを出力することを特徴とする直交変換装置。
【請求項２】重みづけ手段は、低次の交流をあらわす直
交成分は大きな定数で重みづけし、高次の交流をあらわ
す直交成分は小さな定数で重みづけすることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の直交変換装置。
【請求項３】重みづけ手段は、乗算される定数が2ⁱ（ｉ
は整数）であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第２項記載の直交変換装置。
【請求項４】重みづけ手段は、高次の交流を表す直交成
分だけを1/2倍することを特徴とする特許請求の範囲第
１項または第３項記載の直交変換装置。
【請求項５】重みづけ手段は、乗算をビットシフトで実
行することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
３項記載の直交変換装置。
【請求項６】除数生成手段は、Ａ（０）＝0,A（ｉ）＝
Ｂ×2^i-1（ｉ＝1,……,n）であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の直交変換装置。
【請求項７】除数生成手段は、Ｂ＝2^jであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項または第６項記載の直交変
換装置。
【請求項８】除算手段は、除算をビットシフトで実行す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第６項
記載の直交変換装置。
【請求項９】直交変換手段は、直交変換がディスクリー
ト・コサイン変換であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の直交変換装置。