JPH0822063B2 - 画像信号の符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、画像信号の伝送時間を短縮する、あるいは
蓄積記憶容量を削減するための画像信号符号化装置、お
よびその方法に関する。

（従来の技術） 多値画像（例えば１画素8bit,256レベル）に対するデ
ータ圧縮方式には、情報保存型符号化方式と情報非保存
型符号化方式とがある。情報保存型符号化は、符号化の
過程に量子化を含んでおらず、符号化・複合化の処理に
よって原画像と全く同一の画像を再生することが可能で
あるが、高い圧縮率は得られない。一方、情報非保存型
符号化は、符号化の過程でなんらかの量子化処理を含ん
でおり、符号化・復号化の処理によって再生画像は量子
化雑音を含み画品質の劣化を伴うが、高い圧縮率が得ら
れる。

情報非保存型符号化の性能は一般に量子化歪（S/N
比）とデータ圧縮率（情報量）との関係で評価される
が、良好なS/N比対情報量の関係を実現するひとつの方
式として直交変換後の変換係数を量子化して可変長符号
化する方式がある。

一般に変換係数の電力は一部の変換係数に集中するの
で、この方式では電力の大きな変換係数に対して多くの
情報量を割り当て、電力の小さい変換係数には少ない情
報量しか割り当てないようにして、大幅な情報量の圧縮
を可能にしている。

また、通常の画像信号の分布は画像によって大幅に異
なっているが、この変換係数の分布は画像に依らずある
一定のモデルに従っている場合が多い。従って、このモ
デルに基づいて設計した可変長符号を用いることによ
り、画像に依らない情報量の圧縮が実現できる。

さらに、多値画像の符号化方式として、プログレッシ
ブ符号化方式というものがある。このプログレッシブ符
号化方式とは、まず第１段階として画像全体の大まかな
情報を用いて粗い画像を表示し、順次段階的に細かな情
報を用いてより精細な画像を表示していく方法である。

このプログレッシブ符号化方式において、第１段階で
用いられる画像全体の大まかな情報の情報量を少なくし
ておけば、通信における情報の伝送速度が遅い場合で
も、とりあえずまず第１段階として粗い画像を高速に表
示することができる。この第１段階では粗い画像ではあ
るが画像全体が表示されるので、通常の画像を行単位に
順次精細な画像として復号していく場合に比べて、受信
者はより素早く画像全体の内容を知ることができる。従
って、伝送速度が遅い場合でも利用者に与える負担を大
幅に軽減できる。

また、細かな情報を受信するにつれて画像全体が徐々
に精細となって行くので、全ての情報を受信する以前に
画像の判別が可能となる。従って、大量の画像のなかか
ら必要な画像のみを検索したい場合、判別ができた時点
で情報の伝送を打ち切ることができるので、検索の効率
を大幅に向上できる。

このようなプログレッシブ符号化方式は、直交変換を
用いた符号化方式を応用することにより、容易に実現で
きる。すなわち、全部の直交変換係数を伝送する代わり
に、まず直交変換係数の内で電力が集中しているものの
みを画像全体について符号化して伝送する。そして、伝
送された直交変換係数のみを逆変換して、複合された画
像を表示する。

この場合、一部の直交変換係数のみを伝送しているの
で、全部の直交変換係数を伝送する場合に比べて情報量
ははるかに小さくなる。従って、情報の伝送速度が遅い
場合でも、高速に伝送可能である。また、画像全体の情
報を伝送しているので、粗い画像ではあるが画像全体を
表示することができる。

そして、順次残りの直交変換係数を伝送することによ
り、より精細な復号画像を得ることができる。

また、このようなプログレッシブな符号化方式に対し
て、通常の行単位に順次画像を符号化して復号化する方
式を、シーケンシャルな符号化方式と呼ぶ。この方式を
実現するためには、最初から全部の直交変換係数を符号
化すれば良い。

（発明が解決しようとする課題） このような直交変換係数を量子化して可変長符号化す
る方式を用いてプログレッシブ符号化を実現する場合、
まずあらかじめ画像全体の直交変換と量子化処理を行
い、量子化された直交変換係数を記憶しておく。そし
て、プログレッシブの第１段階として電力の集中した一
部の直交変換係数のみを画像全体について符号化して伝
送し、順次残りの直交変換係数を符号化する。

ところが、このような方法でプログレッシブ符号化を
実現する場合に、画像サイズが大きいと、直交変換係数
を記憶するために膨大な記憶容量が必要となってしまう
という問題がある。

従って、直交変換係数をメモリに記憶した場合に非常
に多数のメモリが必要となり、符号化装置が高額かつ大
型になってしまうという問題点もある。

このように直交変換係数を記憶しておく代わりに、プ
ログレッシブの各段階毎に直交変換や量子化処理をやり
直すこともできる。しかし、このような場合にも入力し
た画像信号を記憶しておかなければならないので、同様
の問題が生じる。

また、一般に画像サイズが大きい場合の直交変換の処
理時間は長いので、このように同じ処理を何度もやり直
すことにより、全体の処理時間が膨大となってしまうと
いう問題点がある。

本発明は、量子化後の変換係数を記憶しておく代わり
に、プログレッシブ符号化の各段階毎の符号をそれぞれ
各段階毎に記憶しておくことで、大量の記憶容量を用い
ずにプログレッシブ符号化を実現できる、画像信号の符
号化方式とその装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明の画像信号符号化装置は、複数の画素からなる
ブロック単位で画像信号を読み出すプロック読み出し部
と、 上記プロック単位に直交変換を施して複数の変換係数
を求める直交変換部と、 上記複数の変換係数を量子化して複数の量子化インデ
ックスを出力する量子化部と、 上記複数の量子化インデックスを複数のステージに分
割して伝送するために各ステージにおいて伝送すべき量
子化インデックスのブロック内の位置を記憶する位置記
憶部と、 上記位置に基づき上記量子化インデックスを可変長符
号化して各ステージに対応する符号を出力する符号化部
と、 上記符号を各ステージ毎に記憶する符号記憶部と、 上記符号記憶部に記憶された上記符号を第１ステージ
から順番に各ステージ毎に伝送する符号伝送部とで構成
される。

また、本発明の別の画像信号符号化装置は、複数の画
素からなるブロック単位で画像信号を読み出すブロック
読み出し部と、 上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変換係数
を求める直交変換部と、 上記複数の変換係数を量子化して複数の量子化インデ
ックスを出力する量子化部と、 上記複数の量子化インデックスを複数のステージに分
割して伝送するために各ステージにおいて伝送すべき量
子化インデックスのブロック内の位置を記憶する位置記
憶部と、 上記位置に基づき上記量子化インデックスを可変長符
号化して各ステージに対応する符号を出力する符号化部
と、 第２ステージ以降の各ステージの上記符号を各ステー
ジ毎に記憶する符号記憶部と、 まず上記符号化部から出力される第１ステージの符号
を伝送し次に上記符号記憶部に記憶された符号を第２ス
テージから順番に各ステージ毎に伝送する符号伝送部と
で構成される。

（作用） 本発明の画像信号の符号化装置について説明する。

まず、ブロック読み出し部は複数の画素からなるブロ
ック単位で画像信号を読み出す。このブロックとして
は、ｎ×ｎ画素からなる正方形のブロックを用いる場合
が多い。

次に、直交変換部はこのブロック単位に直交変換を施
して複数の変換係数を求める。この直交変換としては、
２次元の離散コサイン変換やアダマール変換など、任意
の直交変換を用いることができる。もしｎ×ｎ画素から
なる正方形のブロックを用いた場合、この複数の変換係
数も１ブロック当たりｎ×ｎ個となる。

そして、量子化部は各変換係数をあらかじめ与えられ
た量子化ステップで割ることにより量子化を行い、各変
換係数に対応する量子化インデックスを求める。ただ
し、ここでは全ての変換係数を同一の量子化ステップで
量子化することにするが、各変換係数のブロック内での
位置に応じて、異なる量子化ステップを用いることもで
きる。

ここで、画像情報を複数のステージに分割して伝送す
るために、各ステージで伝送すべき量子化インデックス
のブロック内での位置を、あらかじめ位置記憶部に記憶
しておく。この際に、画像の品質や伝送速度を考慮して
各ステージで伝送する量子化インデックスの個数を決定
し、それにしたがって伝送する量子化インデックスの位
置を決定して記憶させる。ただし、画像の統計量に基づ
いてこの位置、すなわち各ステージで伝送する量子化イ
ンデックスの個数を画像毎に可変にすることもできる。

この位置に基づき、符号化部は各ステージに対応する
量子化インデックスを可変長符号化し、各ステージに対
応する符号を出力する。すなわち、第１ステージで伝送
すべき量子化インデックスの位置を位置記憶部から読み
出して、これを可変長符号化して第１ステージの符号と
して出力する。同様に、各ステージの符号を出力する。

ところで、量子化インデックスを可変長符号化する方
法としては、ブロック内の全ての量子化インデックスを
それぞれ個別に可変長符号化する方法が一般的だが、そ
の他にも連続する０の量子化インデックスをゼロランと
して一まとめにしてしまい、その長さを可変長符号化す
る方法など、様々な方法がある。

これらの方法の一例は、例えば文献1:太田睦、古閑敏
夫著、「動き補償フレーム間ハイブリッド符号化方式に
おける各種不等長符号化の比較」、昭和61年度電子通信
学会通信部門全国大会講演論文集、分冊１、1-206頁
や、文献2:坪井幸利、岡本貞二著、「カラー静止画像符
号化におけるエントロピー符号化の各種方式の比較検
討」、画像符号化シンポジウム、第２回シンポジウム資
料、71-72頁などに述べられている。

そして、符号記憶部は符号を各ステージ毎に別々に記
憶する。

このような処理を画像内の全てのブロックに対して実
行した後に、符号伝送部は符号記憶部に記憶された符号
を第１ステージから順番に伝送する。すなわち、まず第
１ステージの符号として記憶された符号をすべて伝送す
る。次に、第２ステージの符号として記憶された符号す
べて伝送する。そして、全てのステージの全ての符号を
伝送した後に、符号の伝送を終了する。

また、このようにまず符号記憶部に各ステージの符号
を各ステージ毎に記憶してから符号の伝送を行う代わり
に、第１ステージの符号のみは符号記憶部に記憶しない
で、符号化部から出力されると同時に符号伝送部から伝
送することもできる。そして、第２ステージ以降のステ
ージの符号は、同様に符号記憶部に記憶する。こうする
ことにより、符号伝送を早く開始できるので、全体の符
号化処理に要する時間を短縮できる。

復号側では、まず第１ステージで伝送された符号から
復号される量子化インデックスに基づいて画像の復号を
行い、粗い画像を表示する。そして、第２、第３のステ
ージの情報を得て、これらをそれ以前のステージで伝送
された符号と併せて画像の復号を行うことにより、順次
精細な画像を復号して表示する。

このように量子化インデックスを各ステージに分割し
て伝送することにより、プログレッシブな符号化が実現
できる。

ところで、符号記憶部に記憶されるのは可変長符号化
後の符号である。このため、その符号量は元の画像信号
に比べて大幅に減少している。従って、量子化インデッ
クスを記憶しておいてプログレッシブ符号化を行う場合
に比べてはるかに少ない記憶容量でこの符号記憶部を構
成できる。すなわち、小型で低価格の符号化装置を簡単
に実現できる。

（実施例） 以下、図面により本発明の一実施例を説明する。

第１図（ａ）は、第１の発明の画像信号の符号化装置
の一実施例を示すブロック図である。なお、以下の説明
では直交変換として２次元の離散コサイン変換を用いて
いるが、アダマール変換などの直交変換を用いることも
可能である。

第１図（ａ）に示すように、ブロック読み出し部１に
よってDCT変換を行うブロック単位に画像信号を読み出
す。例えば、１画素当たり8bitの画像信号を縦８画素、
横８画素の計64画素を１ブロックとして読み出す。そし
て、DCT変換部２は読み出された１ブロック分の画像信
号101の２次元離散コサイン変換を行い、８×８個の変
換係数102を計算する。

こうして計算された変換係数102を受けて、量子化部
３は変換係数102をあらかじめ与えられた量子化ステッ
プで割ることにより量子化を行い、各変換係数102に対
応する量子化インデックス103を出力する。ただし、こ
こでは全ての変換係数を同一の量子化ステップで量子化
することにするが、各変換係数102のブロック内での位
置に応じて、異なる量子化ステップを用いることもでき
る。

ここで、ブロックの複数の量子化インデックス103を
複数のステージに分割して伝送するために、位置記憶部
８に、各ステージにおいて伝送すべき量子化インデック
ス103のブロック内の位置108をあらかじめ記憶させてお
く。

第２図（ａ）、（ｂ）は、各ステージにおいて伝送す
べき量子化インデックスの位置の説明図である。第２図
（ａ）に示すように、ブロック内の各量子化インデック
ス103にはその位置を示す番号を割り当てておく。そし
て第２図（ｂ）に示すように、各ステージにおいて伝送
すべき量子化インデックス103の番号を位置108として位
置記憶部８に記憶する。第２図（ｂ）の例では、第１ス
テージで１個、第２ステージで３個の量子化インデック
ス103を伝送することになる。

そして符号化部４は、位置記憶部８からまず第１ステ
ージで伝送すべき量子化インデックス103の位置108を読
み出し、第１ステージで伝送すべき量子化インデックス
103の可変長符号化を行い、第１ステージに対応する符
号111を出力する。この量子化インデックス103の可変長
符号化方法は、文献１や文献２に示されている。

次に、符号化部４は位置記憶部８から第２ステージで
伝送すべき量子化インデックス103の位置108を読み出
し、第２ステージで伝送すべき量子化インデックス103
の可変長符号化を行い、第２ステージに対応する符号11
2を出力する。

以下同様に、符号化部４は第３ステージに対応する符
号113、第４ステージに対応する符号114というように符
号化処理を行う。

そして符号記憶部６は、符号化部４から出力される符
号111、112、113、114等を各ステージ毎に記憶する。

このような記憶処理を画像内の全てのブロックに対し
て実行した後に、符号伝送部７はまず第１ステージの全
ての符号111を符号106として符号記憶部６から読み出し
て、符号107として伝送する。次に、符号伝送部７は第
２ステージの全ての符号112を符号106として符号記憶部
６から読み出して、符号107として伝送する。以下、同
様の処理を各ステージについて繰り返し、全てのステー
ジの全ての符号106を符号記憶部６から読み出してこれ
を符号107として伝送した時点で、符号107の伝送処理を
終了する。

第１図（ｂ）は、第２の発明の画像信号の符号化装置
の一実施例を示すブロック図である。第１図（ｂ）に示
すように、第１ステージの符号111は符号化部４から出
力されると同時に、符号伝送部７から符号107として伝
送される。このように第１ステージの符号111のみは符
号記憶部６に記憶しないで伝送することで、符号107の
伝送開始を早めることができ、全体の符号化処理時間を
短縮できる。

以上説明した符号化装置において、符号記憶部６に記
憶されるのは可変長符号化後の符号となっている。従っ
て、その符号量は最初の画像信号101や量子化インデッ
クス103に比べてはるかに少なくなっている。このた
め、画像信号101や量子化インデックス103を記憶してお
いてプログレッシブ符号化を実現する場合に比べて、は
るかに少ない記憶容量でプログレッシブ符号化を実現で
きる。すなわち、符号記憶部６を非常に少ない個数のメ
モリで構成することができ、小型で低価格の符号化装置
を実現できることになる。

なお、位置記憶部８に記憶された位置108を変化させ
ることにより、プログレッシブに画像情報を伝送する際
の各ステージで伝送する情報量や、画像が段階的に精細
となる様子を自由に設定できる。従って、様々な伝送速
度や画像を対象とした場合でも、それに応じたプログレ
ッシブ符号化方式を実現できる。その際に、画像の統計
量に応じて画像毎に位置108を可変にする事もできる。

また、第１ステージで伝送すべき符号の位置108とし
てブロック内の全量子化インデックス103を指定するこ
とにより、この符号化装置を用いてシーケンシャルな画
像の伝送も実行できる。

以上の説明においてはブロックサイズを８×８として
説明したが、別のサイズや形状を用いても差し支え無
い。

また、以上の説明においては画像信号として特に規定
はしていないが、多値の白黒画像、RGBの各カラー成分
画像、Ｙ・（Ｒ−Ｙ）・（Ｂ−Ｙ）等の輝度・色差信号
は、すべてこの画像信号の中に含まれる。同様に、テレ
ビジョン信号等の動画像におけるフレーム間差分信号に
おいても適用でき、十分な効果を得ることができる。こ
のフレーム間差分信号については、文献3:「テレビジョ
ン バンドウィドス コンプレッション トランスミッ
ション バイ モーション コンペンセイティド イン
ターフレーム コーディング（Television Bandwidth C
ompression transmission by Motion-compensated Inte
rframe Coding）」アイ・イー・イー・イー コミュニ
ケーション マガジン（IEEE Communication Magazin
e）誌、1982年11月号、24-30頁に詳細に述べられてい
る。

（発明の効果） 以上述べたように本発明の画像信号の符号化装置を用
いることにより、プログレッシブ符号化の各ステージの
符号をそれぞれ記憶しておくことで、大量の記憶容量を
用いずにプログレッシブ符号化を実現でき、小型で低価
格の符号化装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は第１の発明の画像信号の符号化装置の一
実施例を示すブロック図、第１図（ｂ）は第２の発明の
画像信号の符号化装置の一実施例を示すブロック図、第
２図（ａ）、（ｂ）は各ステージにおいて伝送すべき量
子化インデックスの位置の説明図である。 図において、 １…ブロック読み出し部、２…DCT変換部、３…量子化
部、４…符号化部、６…符号記憶部、７…符号伝送部、
８…位置記憶部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の画素からなるブロック単位で画像信
   号を読み出すブロック読み出し部と、 上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変換係数を
   求める直交変換部と、上記複数の変換係数を量子化して
   複数の量子化インデックスを出力する量子化部と、 上記複数の量子化インデックスを複数のステージに分割
   して伝送するために各ステージにおいて伝送すべき量子
   化インデックスのブロック内の位置を記憶する位置記憶
   部と、 上記位置に基づき上記量子化インデックスを可変長符号
   化して各ステージに対応する符号を出力する符号化部
   と、 上記符号を各ステージ毎に記憶する符号記憶部と、 上記符号記憶部に記憶された上記符号を第１ステージか
   ら順番に各ステージ毎に伝送する符号伝送部とで構成さ
   れる画像信号の符号化装置。
2. 【請求項２】複数の画素からなるブロック単位で画像信
   号を読み出すブロック読み出し部と、 上記ブロック単位に直交変換を施して複数の変換係数を
   求める直交変換部と、 上記複数の変換係数を量子化して複数の量子化インデッ
   クスを出力する量子化部と、 上記複数の量子化インデックスを複数のステージに分割
   して伝送するために各ステージにおいて伝送すべき量子
   化インデックスのブロック内の位置を記憶する位置記憶
   部と、 上記位置に基づき上記量子化インデックスを可変長符号
   化して各ステージに対応する符号を出力する符号化部
   と、 第２ステージ以降の各ステージの上記符号を各ステージ
   毎に記憶する符号記憶部と、 まず上記符号化部から出力される第１ステージの符号を
   伝送し次に上記符号記憶部に記憶された符号を第２ステ
   ージから順番に各ステージ毎に伝送する符号伝送部とで
   構成される画像信号の符号化装置。