JPH0832036B2

JPH0832036B2 - 変換係数符号化方式

Info

Publication number: JPH0832036B2
Application number: JP61267338A
Authority: JP
Inventors: 正秀金子; 直樹武川; 陸太田; 喜一松田
Original assignee: Fujitsu Ltd; NEC Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Fujitsu Ltd; NEC Corp; NTT Inc
Priority date: 1986-11-10
Filing date: 1986-11-10
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPS63121373A

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符号化方式に関する。

（従来技術とその問題点）画像信号を線形変換することで効率的な符号化が行え
ることが従来知られている。例えば吹抜敬彦著「画像の
ディジタル信号処理増補版」昭和60年日刊工業新聞社
刊179ページより195ページに記されているとおり画像信
号を適当な大きさのブロックに分割し、相互に独立な変
換軸で線形変換して変換係数を生成すると画像信号の統
計的性質より特定の変換係数に電力が集中するので電力
の大きな変換係数に対して多くのビット数を割当て低電
力の変換係数に対しては少ないビット数で粗く量子化す
ることでブロック全体で見ると効率的な符号化が実現で
きる。この時一般的に用いられる線形変換としてアダマ
ール変換、カルーネン・レーブ変換、ハール変換、離散
コサイン変換等が挙げられる。これらの線形変換は変換
軸が直交している事より直交変換と総称される。これら
の直交変化ではの大きさの画像ブロックが同じの大きさの変換係数ブロックへ変換させる。

変換の対象となるのは画像信号そのものに限らず画像
信号の予測誤差信号であってもよい。例えば特開61−06
6526「動画像の高能率符号化方式」の中には動き補償フ
レーム間差分信号に対してブロック分けを行い直交変換
符号化を行う例が紹介されている。

この符号化方式において問題となるのは非常に大きな
確率で発生するゼロ信号の符号化である。前述したよう
に変換符号化ではある特定の変換係数に電力が集中す
る。例えばアダマール変換や離散コサイン変換において
水平方向や垂直方向の低周波成分と呼ばれる部分（特に
直流成分と呼ばれる成分）に電力が集中し高周波成分と
呼ばれる部分の変換係数は低電力となり（第３図）量子
化の段階で実質的にはほとんどの信号がゼロ信号とな
る。高周波成分になればなる程この統計分布がゼロレベ
ル信号に集中する事を用いて高能率な符号化が可能とな
る。例えばゾーンを用いる方法やEOB（End of Block）
コードを用いる方法、あるいは適応的に走査方法を切換
える方式で効率的な符号化が実現できる事が知られてい
る。

ゾーンを用いる方法とは第４図の様にいくつかのゾー
ンを予め用意しておきゼロでない変換係数つまり有意係
数を全て含むゾーンのうち最も面積の小さなものを選び
そのゾーンの中の変換係数のみを伝送する方法である。
勿論、どのゾーンを選択したかを示す情報を同時に符号
化され伝送されなければならない。ゾーンの形状は任意
であるが例えば直流成分（第３図）を含む長方形をゾー
ンとすると簡単な回路でゾーンが検出できる。

次にEOB（End of Block）コードを用いる方法を解説
する。第５図に示す様にあるブロックの中で変換係数を
順序符号化する時ある変換係数からブロックの最後に至
るまで全てゼロ信号になる場合そのゼロ信号列を符号化
せずにそのブロックの符号化をそこで打切る事を示すEO
Bコードを用いてゼロ信号列の符号の代りとする。この
符号化では最後に来るゼロ信号列が長ければ長いほど効
率が上がる。ジグザグスキャンと呼ばれる走査方法が平
均して最も長い最終のゼロ信号列を与えるのでこれを用
いることが多い。ジグザグスキャンは第５図に示すよう
に低周波成分から高周波成分にかけて走査を行う。また
EOBコードを用いずともブロックごとにそのブロック中
何個のゼロでない信号が含まれているかを示す情報を伝
送しておけば最終のゼロ信号列を符号化せずともブロッ
ク全体の復号が可能となる。

また適応的に走査方法を切換える方式では予めいくつ
かの定められた走査方法がありそのうち最も長い最終ゼ
ロ信号列を与える走査方式を検出し、その検出された走
査方式に従って順序量子化を行い最終ゼロ信号列を符号
化する代りにEOBコードを与える。どの走査方法を用い
たかを示す情報も符号化され伝送されなければならな
い。

ところで高周波成分領域においてはゼロでない信号が
発生する確率は極く小さい。従って第６図Ａ点、Ｂ点に
示すようにスキャンの最後に発生する有意係数は孤立し
て発生する傾向にある。この図において×は有意係数の
位置を示す。ゾーンを用いる方法においてもしＢを強制
的にゼロ信号とすればゾーンが小さくなる為Ｂだけでは
なくゾーンが小さくなった分だけ符号化しなくて良いゼ
ロ信号が出て来て符号量が大幅に減少する。第７図
ａ）,b）に前述の長方形ゾーンを用いた場合、Ｂ点を強
制的にゼロにする事でゾーンがどれ程小さくなったかを
示す。

またEOBコードを用いる方法において、もしＢを強制
的にゼロ信号とすればＢだけではなく最後から２番目に
発生したゼロでない信号ＡからＢまでのゼロ信号も符号
化しなくて良い為符号量が大幅に減少する（第７図
ｃ）,d）及び操作の順に一次元的に展開したグラフを第
８図に示す）。

よってこのような高周波領域に孤立した有意係数を強
制的にゼロ信号とすると大幅に符号量を減少させること
が出来る。しかしながら孤立した有意係数を全て強制的
にゼロ信号とすると画質は劣化する。従って強制的にゼ
ロにしても画質の劣化につながらない変換係数をを識別
し、画質劣化を起こさぬ変換係数のレベルを強制的にゼ
ロにする技術が必要となる。しかしながら従来技術では
その識別方法は明確ではなかった。

（発明の目的）本発明の目的は復号画像の画質が劣化しないように伝
送変換係数の範囲を決定する方法を具体的に与える。

（発明の構成）すなわち本発明によれば２次元信号源に対してブロッ
クに分割しそのブロック毎に２次元線形変換を行い変換
係数を得る手段と、その変換係数と与えられたしきい値
Thとを比較しその大小の別を判定する手段と、その大小
の判定結果をブロックごとに集計してそのブロックの変
換係数伝送範囲を決定する手段と、その変換係数伝送範
囲より前述の変換係数を符号化するものと符号化しない
ものとに分類し符号化するものについては変換係数伝送
範囲の結果に従ってあらかじめ定められた順序で出力す
る手段と、その出力された変換係数とどの量子化特性に
よって量子化特性によって量子化する手段と、その量子
化された変換係数とどの量子化特性をを用いたかを示す
情報と前述の変換係数伝送範囲の結果とを符号化する手
段と、しきい値Thと量子化特性とを決定する手段とを符
号化装置が有している。

また本発明の別の構成によれば２次元信号源に対して
ブロックに分割しそのブロック毎に２次元線形変換を行
い変換係数を得る手段と、その変換係数と与えられたし
きい値Thとを比較しその大小の別を判定する手段と、そ
の大小の判定結果をブロックごとに集計しそのブロック
の量子化対象範囲を決定する手段と、その量子化対象範
囲より前述の変換係数を量子化するものと量子化しない
ものとに分類し量子化対象外となるものについては強制
的にゼロ信号として出力し量子化対象となる変換係数は
そのまま出力する手段と、その出力された変換係数を与
えられた量子化特性によって量子化する手段と、その量
子化された係数より変換係数伝送範囲を決定しその結果
に従って前述の量子化された係数を符号化するものとし
ないものとに分類し符号化するものについては並び替え
て出力する手段と、その出力された量子化された変換係
数とどの量子化特性を用いたかを示す情報と前述の量子
化された係数に対して決定される変換係数伝送範囲の結
果とを符号化する手段と、前述のしきい値Thと前述の量
子化特性とを決定する手段とを有している。

（発明の原理）本発明の原理を第９図で説明する。この図は分かりや
すくする為に第６図で示した有意係数の２次元配列を走
査順に１次元に並び替え信号レベルのグラフとしてい
る。高周波領域において孤立している信号のうち、例え
ばＡやＢの様な信号の内、Ｂはレベルが低い為強制的に
ゼロ信号にしてもそれぼどの復号画像の劣化を起こさな
いがＡは十分に高いエネルギーを有している為強制的に
ゼロ信号にすると深刻な復号画像の劣化をまねく。そこ
で本発明においては原信号をブロック化し変換しそのブ
ロック中の変換係数のうちどの部分を符号化対象とする
かを決定した後に量子化している。すなわち変換係数に
対してあるしきい値と比較しそのしきい値より変換係数
が小さければその変換係数は符号化の対象としないよう
にする。

ゾーンを用いる方式の場合しきい値より大きな変換係
数の存在範囲からゾーンを決定する。前述の（発明の構
成）におけるクラス分けはこのゾーン決定に相当する。
すなわちこのゾーンの決定に従ってゾーンの中の変換係
数のみが量子化器へ転送される。例えば第７図の変換係
数Ｂの様な信号はゾーンの外に位置する変換係数として
符号化対象外になる。この方式の場合クラス分けの結果
に従って並び替えを行う回路は特に必要無い。

EOBコードを用いる方式の場合ブロック内の走査を行
いしきい値より大きい変換係数でブロック内の一番最後
の変換係数の位置を検出する。この場合クラス分けはこ
のしきい値を越える最終変換係数の位置検出に相当す
る。この最終変換係数の位置より後ろの変換係数は符号
化対象から外され最終変換係数よりも前の変換係数のみ
が量子化器に転送される。この方式においてもクラス分
けの結果に従って並び替えを行う回路は特に必要無い。

適応的に走査方法を切換える方式においては各走査方
式でのしきい値を越えない変換係数のブロック内最終信
号列長を計算し、最も長いブロック内最終信号列長を与
える走査方式を検出する。この場合クラス分けはこの最
適な走査方式とその時のしきい値を越える最終変換係数
の位置検出に相当する。最終変換係数は最適な走査方式
によって並び替えられる。更にしきい値を越えるブロッ
ク内の一番最後の変換係数から後の変換係数は符号化対
象から外される。

以上の様に伝送範囲をまず決定し、そしてその範囲の
中で改めて量子化を行う様にすれば第８図にＢ点の様な
強制的にゼロ信号となりＣ点の様な信号はそのまま保存
される。Ｃ点は強制的にゼロにされても画質劣化を招く
割には符号量を減少させないがＢ点は強制的にゼロ信号
になることで変換係数伝送範囲が大幅に縮小する為に符
号量が大幅に減少する。しかも強制的にゼロ信号とする
致命的な劣化を起こすに十分に大きな電力を有するＡ点
の様な変換係数についてはそのまま保存される。

第８図では各変換係数に対してしきい値は一定だが変
換係数によってしきい値を変化させることは有効であ
る。また量子化特性と共にこのしきい値を変化させる事
で符号量の制御が可能と成る。

また変換を行った後、しきい値との比較でゾーンを用
いる方法かEOBを用いる方法で量子化対象範囲を決定し
範囲内の係数はそのままで量子化対象範囲外の変換係数
を強制的にゼロにしてから量子化をおこない、その後今
度は走査方式を切換える方式で係数伝送範囲を決定する
方式も有効である。

（本発明の実施例）第１図に本発明の実施例を示す。

入力信号は線1001からブロック化回路10へ供給されブ
ロック化された信号が線1002から変換回路20へ供給され
る。変換回路20はブロック化された入力信号を線形変換
して線1003へ変換係数を出力する。比較器70は線1003か
ら供給される変換係数と線1009によってしきい値設定回
路90より供給されるしきい値とを比較しその大小関係の
情報を線1010を通して変換係数伝送範囲決定回路80へ供
給する。変換係数伝送範囲決定回路80で決定した結果は
線1007から符号器60と並び替え回路30と有効／無効判定
回路40へ供給される。並び替え回路30は線1007から供給
される変換係数伝送範囲から必要であれば線1003から供
給されるブロック内の信号を並び替えて線1004へ供給す
る。有効／無効判定回路40は線1007から供給される変換
係数伝送範囲より線1004から供給されるブロック内の信
号のうち符号化対象と成る変換係数のみを線1005へ供給
する。量子化器50は線1005から供給される変換係数に対
して線1011より指定される量子化特性に従って量子化を
行う。制御回路100は伝送路容量あるいは符号器の発生
符号量等からしきい値と量子化特性を決定しそれぞれ線
1012と線1011へ供給する。しきい値設定回路90は線1012
より供給されたしきい値を線1009を通して比較器70へ供
給する。しきい値はブロック内で一定でも良いしブロッ
ク内の変換係数ごとに変化しても良い。最後に符号器60
は線1011から供給される量子化特性と線1006から供給さ
れる量子化された変換係数と線1007から供給される変換
係数伝送範囲を符号化して線1013から出力する。変換係
数伝送範囲の符号化とはゾーンを用いる方式の場合はゾ
ーンの形状を示す情報を符号化することであり、EOBを
用いる方式の場合はブロック内の最終有効変換係数の直
後にEOBコードを付加することであり、走査方式を切換
える方式ではEOBコードを付加すると同時にどの走査方
式を用いたかを示す情報を符号化することである。

また第２図に本発明によるもうひとつの実施例を示
す。

入力信号は線2001からブロック化回路210へ供給され
ブロック化された信号が線2002から変換回路220へ供給
される。変換回路220はブロック化された入力信号を線
形変換して線2003へ変換係数を出力する。比較器270は
線2003から供給される変換係数と線2009によってしきい
値設定回路290より供給されるしきい値とを比較しその
大小関係の情報を線2010を通して量子化対象範囲決定回
路280へ供給する。量子化対象範囲決定回路280で決定し
た結果は線2007から有効／無効判定回路240へ供給され
る。有効／無効判定回路240は線2003から供給されるブ
ロック内の信号のうち線2007から供給される量子化対象
範囲外にある変換係数を強制的にゼロ信号とし、量子化
対象範囲にある変換係数はそのままとして線205へ供給
する。量子化器250は線2005から供給される変換係数に
対して線2011より指定される量子化特性に従って量子化
を行いその結果を線2006より出力する。係数伝送範囲決
定回路310は線2006から供給される量子化された係数か
ら係数伝送範囲を決定し線2022より出力する。並び替え
回路230は線2022より供給される係数伝送範囲に従って
線2006から供給される量子化された係数のうち伝送され
る係数のみを並び替えて線2023より出力する。制御回路
300は伝送路容量あるいは符号器の発生符号量等からし
きい値と量子化特性を決定しそれぞれ線2012と線2011へ
供給する。しきい値設定回路290は線2012より供給され
たしきい値を線2009を通して比較器270へ供給する。し
きい値はブロック内で一定でも良いしブロック内の変換
係数ごとに変化しても良い。最後に符号器260は線2011
から供給される量子化特性と線2023から供給される量子
化された変換係数と線2022から供給される変換係数伝送
範囲を符号化して線2012から出力する。

（発明の効果）本発明によれば真に重要な情報のみを用いて効率の高
い符号化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の構成を示す図であり、第１図
において10は入力信号をブロック化する回路、20はブロ
ック化した信号を線形変換する回路、30は信号列をブロ
ック内で並び替える回路、40は変換係数伝送範囲内の変
換係数だけを通過させる回路、50は量子化器、60は符号
器、70は変換係数としきい値を比較する回路、80は変換
係数伝送範囲を決定する回路、90はしきい値を設定する
回路、100は量子化特性としきい値を決定する回路であ
る。また第２図において210は入力信号をブロック化する回
路、220はブロック化した信号を線形変換する回路、230
は量子化された変換係数列をブロック内で並び替え変換
係数伝送範囲内の変換係数だけを通過させる回路、240
は量子化対象範囲内の変換係数だけを通過させ量子化対
象範囲外をゼロとする回路、250は量子化器、260は符号
器、270は変換係数としきい値を比較する回路、280は量
子化対象範囲決定回路、290はしきい値を設定する回
路、300は量子化特性としきい値を決定する回路、310は
変換係数伝送範囲を決定する回路である。第３図は変換係数の性質を説明する為の図であり、第４
図はゾーンを用いる符号化を説明する為の図、第５図は
EOBをゾーンを用いる符号化を説明する為の図である。そして第６図、第７図、第８図、第９図は本発明の原理
と効果を説明する為の図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金子正秀東京都新宿区西新宿２丁目３番２号国際電信電話株式会社内 (72)発明者武川直樹神奈川県横須賀市武１丁目2356番地日本電信電話株式会社複合通信研究所内 (72)発明者太田陸東京都港区芝５丁目33番１号日本電気株式会社内 (72)発明者松田喜一神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (56)参考文献特開昭61−147692（ＪＰ，Ａ) テレビジョン学会誌，39［10］（1985) 宮原他Ｐ．894−904

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元信号源に対してブロックに分割しそ
のブロック毎に２次元線形変換を行い変換係数を得る手
段と、その変換係数と与えられたしきい値Thとを比較し
その大小の別を判定する手段と、その大小の判定結果を
ブロックごとに集計しそのブロックの変換係数伝送範囲
を決定する手段と、その変換係数伝送範囲より前述の変
換係数を符号化するものと符号化しないものとに分類し
符号化するものについては変換係数伝送範囲の結果に従
ってあらかじめ定められた順序で出力する手段と、その
出力された変換係数を与えられた量子化特性によって量
子化する手段と、その量子化された変換係数とどの量子
化特性を用いたかを示す情報と前述の変換係数伝送範囲
の結果とを符号化する手段と、前述のしきい値Thと前述
の量子化特性とを決定する手段とを有する符号化方式。
【請求項２】２次元信号源に対してブロックに分割しそ
のブロック毎に２次元線形変換を行い変換係数を得る手
段と、その変換係数と与えられたしきい値Thとを比較し
てその大小の別を判定する手段と、その大小の判定結果
をブロックごとに集計しそのブロックの量子化対象範囲
を決定する手段と、その量子化対象範囲より前述の変換
係数を量子化するものと量子化しないものとに分類し量
子化対象外となるものについては強制的にゼロ信号とし
て出力し量子化対象となる変換係数はそのまま出力する
手段と、その出力された変換係数を与えられた量子化特
性によって量子化する手段と、その量子化された係数よ
り変換係数伝送範囲を決定しその結果に従って前述の量
子化された係数を符号化するものとしないものとに分類
し符号化するものについては並び替えて出力する手段
と、その出力された量子化された変換係数とどの量子化
特性を用いたかを示す情報と前述の量子化された係数に
対して決定される変換係数伝送範囲の結果とを符号化す
る手段と、前述のしきい値Thと前述の量子化特性とを決
定する手段とを有する符号化方式。