JPH0865671A - 圧縮装置、伸張装置および圧縮伸張処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画質劣化を伴わずに圧縮率を上げる。 【構成】 圧縮時に、例えばＵデータのＤＣ成分からＶ
データのＤＣ成分の予測値を計算し、かかる予測値とＶ
データのＤＣ成分との誤差を求めてデータ量を低減して
から量子化し、Ｖデータの圧縮率を高める。復元時、量
子化されたＵデータから前記予測値を予測し、Ｖデータ
の復元時に加算することで、圧縮率の向上に伴う画質劣
化を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像データ圧縮におい
て圧縮率を向上し得る圧縮装置、伸張装置および圧縮伸
張処理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１８は従来例の圧縮方法の圧縮過程を
示すブロック図である。図１８の如く、まず元画像デー
タ１を色変換器７０に入力し、所定の色信号変換（後述
する数１、数２、および数３参照）を行ない、Ｙデー
タ、Ｕデータ、およびＶデータを得る（図７参照）。こ
こで、Ｙデータは輝度を表すデータであり、Ｕデータお
よびＶデータは色差を表すデータである。図１８中の色
変換器７０から出力されたＶデータは、ブロック分割器
３０にてブロック分割され（図８参照）、小ブロック内
に記載された所定番号の順（図１０参照）で１つずつ図
１８中のＤＣＴ変換器３１に送られる。図１８中のＤＣ
Ｔ変換器３１は入力された小ブロックのデータを２次元
ＤＣＴ変換を施してＤＣＴ係数に変換する（後述する数
４参照）。

【０００３】かかるＤＣＴ係数は、図１８中のクラス分
割器３２でＤＣ成分および４つのクラスに分割される
（図１１参照）。図１８中のベクトル量子化器３４はク
ラス分割器３２からの出力であるクラス１（図１１参
照）のデータ群から１５次元ベクトルを生成し（図１２
参照）、クラス２、クラス３、およびクラス４（図１１
参照）のデータ群から夫々１６次元ベクトルを生成する
（図１３参照）。そしてクラス１から生成したベクトル
を図１８中のコードブック３０１の全ての量子化代表ベ
クトルの中でひずみ量を最小にする量子化代表ベクトル
に量子化し（後述する数１２参照）、そのインデックス
を８ビットのデータとして出力する。クラス２、クラス
３、クラス４も同様にして、コードブック３０２〜３０
４を参照して８ビットのインデックスを出力する。この
ようにしてベクトル量子化器３４は入力された４つのク
ラスの圧縮データとして合わせて３２ビットを出力す
る。

【０００４】一方、図１８中のクラス分割器３２で出力
されたＤＣ成分は図１８中のスカラー量子化器３３で量
子化され１１ビットのデータとなる。図１８中のスカラ
ー量子化器３３は入力されたＤＣ成分の値がもし−１０
２４よりも小さいときは−１０２４に量子化し、もし１
０２３よりも大きいときは１０２３に量子化する。した
がって、Ｖデータの小ブロックに対する圧縮データは図
１８中のスカラー量子化器３３からの出力とベクトル量
子化器３４からの出力を合わせて４３ビットとなる。図
１８中の色変換器７０の出力であるＹデータとＵデータ
の圧縮過程は前記のＶデータの圧縮過程と同様である。

【０００５】なお、図１８中の３、４および５は圧縮デ
ータ、１０はブロック分割器、１１はＤＣＴ変換器（離
散的コサイン変換）、１２はクラス分割器、１３はスカ
ラー量子化器、１４はベクトル量子化器、２０はブロッ
ク分割器、２１はＤＣＴ変換器、２２はクラス分割器、
２３はスカラー量子化器、２４はベクトル量子化器、１
０１〜１０４，２０１〜２０４はコードブックである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１８で示した従来例
では、ＶデータのＤＣＴ係数のＤＣ成分をＹデータやＵ
データのＤＣＴ係数のＤＣ成分と同様に１１ビットに符
号化している。Ｙデータ、Ｕデータ、ＶデータのＤＣＴ
係数のＤＣ成分を１１ビットよりも少ないビット数に符
号化するためには、ＤＣ成分の値を大きく量子化しなけ
ればならない。そうすると、著しい視覚的画質劣化を伴
う。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑み、画質劣化を伴
わずに圧縮率を向上させ得る圧縮装置、伸張装置および
圧縮伸張処理システムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
課題解決手段は、色差を表す第１の色差データと第２の
色差データを直交変換して、夫々第１の変換データと第
２の変換データを求める直交変換器と、前記第１の変換
データの１成分からこれに相関する第２の変換データの
１成分を予測する予測器と、前記第２の変換データの１
成分と前記予測器からの出力との誤差を求める減算器
と、前記第１の変換データを符号化して第１の圧縮デー
タを求める第１の量子化部と、前記減算器で求めた前記
誤差を符号化した誤差符号化データを含ませて第２の圧
縮データを求める第２の量子化部とを備える。

【０００９】本発明の請求項２に係る課題解決手段は、
請求項１記載の圧縮装置にて圧縮された前記第１の圧縮
データおよび前記第２の圧縮データを伸張するものであ
って、前記第１の圧縮データを逆量子化して第１の逆量
子化データを求める第１の逆量子化部と、前記第２の圧
縮データを逆量子化して第２の逆量子化データを求める
第２の逆量子化部と、前記第１の圧縮データの１成分ま
たは前記第１の逆量子化データの１成分から前記第２の
変換データの１成分の予測値を予測する予測器と、前記
第２の逆量子化部からの前記第２の逆量子化データに前
記予測器で求めた前記第２の変換データの１成分の前記
予測値を加算して加算データを求める加算器と、前記第
１の逆量子化部からの前記第１の逆量子化データと前記
加算器からの前記加算データを夫々逆直交変換する逆直
交変換器とを備える。

【００１０】本発明の請求項３に係る課題解決手段は、
色差を表す第１の色差データおよび第２の色差データを
圧縮する圧縮装置と、該圧縮装置で圧縮されたデータを
伸張する伸張装置とを備え、前記圧縮装置は、前記第１
の色差データおよび前記第２の色差データを夫々直交変
換して第１の変換データと第２の変換データを求める直
交変換器と、前記第１の変換データの１成分からこれに
相関する第２の変換データの１成分を予測する予測器
と、前記第２の変換データの１成分と前記予測器からの
出力との誤差を求める減算器と、前記第１の変換データ
を符号化して第１の圧縮データを求める第１の量子化部
と、前記減算器で求めた前記誤差を符号化した誤差符号
化データを含ませて第２の圧縮データを求める第２の量
子化部とを備え、前記伸張装置は、前記第１の圧縮デー
タを逆量子化して第１の逆量子化データを求める第１の
逆量子化部と、前記第２の圧縮データを逆量子化して第
２の逆量子化データを求める第２の逆量子化部と、前記
第１の圧縮データの１成分または前記第１の逆量子化デ
ータの１成分から前記第２の変換データの１成分の予測
値を予測する予測器と、前記第２の逆量子化部からの前
記第２の逆量子化データに前記予測器で求めた前記第２
の変換データの１成分の前記予測値を加算して加算デー
タを求める加算器と、前記第１の逆量子化部からの前記
第１の逆量子化データと前記加算器からの前記加算デー
タを逆直交変換する逆直交変換器とを備える。

【００１１】

【作用】本発明請求項１および請求項３では、第１の変
換データの１成分から第２の変換データの１成分の予測
値を計算し、かかる予測値と第２の変換データの１成分
との誤差を求めてデータ量を低減してから第２の圧縮デ
ータを求めているので、圧縮率を飛躍的に向上させるこ
とができる。

【００１２】本発明請求項２および請求項３では、請求
項１のようにして圧縮率が向上された第２の圧縮データ
を復元する際、第１の圧縮データから第２の変換データ
の１成分の予測値を求め、かかる予測値を第２の逆量子
化データに加算してから逆直交変換しているので、圧縮
前の第１の色差データおよび第２の色差データをほぼ完
全な形で復元でき、圧縮率の向上に伴う画質劣化を防止
できる。

【００１３】

【実施例】

＜構成＞本発明の一実施例の圧縮伸張処理システムは、
カラー画像のデータ圧縮の分野において、Ｕデータ（第
１の色差データ）およびＶデータ（第２の色差データ）
を夫々２次元ＤＣＴ変換して得る両ＤＣ成分に相関関係
があるのを利用して、一方のデータ（Ｕデータ）のＤＣ
成分からＶデータのＤＣ成分を予測し、ＶデータのＤＣ
成分を符号化する代わりに予測誤差を符号化する方法に
より、画質劣化を伴わずに圧縮率を向上させることを目
的としたものである。

【００１４】図１は本実施例の圧縮伸張処理システムの
圧縮装置を示すブロック図、図２は同じく伸張装置を示
すブロック図である。なお、図１および図２中に示した
符号のうち、従来例と同様の機能を有する要素について
は同一符号を付している。

【００１５】図１中の１は元画像データ、３、４および
５は圧縮データ、１０はブロック分割器、１１はＤＣＴ
変換器（離散的コサイン変換器：直交変換器）、１２は
クラス分割器、１３はスカラー量子化器、１４はベクト
ル量子化器、２０はブロック分割器、２１はＤＣＴ変換
器（離散的コサイン変換器：直交変換器）、２２はクラ
ス分割器、２３はスカラー量子化器、２４はベクトル量
子化器、３０はブロック分割器、３１はＤＣＴ変換器
（離散的コサイン変換器：直交変換器）、３２はクラス
分割器、３３はスカラー量子化器、３４はベクトル量子
化器、７０は色変換器、８０は予測器、９０は減算器、
１０１〜１０４，２０１〜２０４，３０１〜３０４はコ
ードブックである。ここで、前記スカラー量子化器２３
および前記ベクトル量子化器２４を第１の量子化部、前
記スカラー量子化器３３およびベクトル量子化器３４を
第２の量子化部と称す。

【００１６】前記元画像データ１は、図５に示されるよ
うな横方向の画素数と縦方向の画素数がともに８の倍数
である画像データであり、そのうちの１画素は、図６の
ようにＲＧＢ三原色で表現されている。

【００１７】前記色変換器７０は、前記元画像データ１
を次の数１乃至数３のような色信号変換を行ない、図７
のようなＹデータ、Ｕデータ（第１の色差データ）、お
よびＶデータ（第２の色差データ）を得る。

【００１８】

【数１】

【００１９】

【数２】

【００２０】

【数３】

【００２１】ここで、Ｙデータは輝度を表すデータであ
り、ＵデータおよびＶデータは色差を表すデータであ
る。図７中のＹデータ、Ｕデータ、およびＶデータの縦
方向および横方向のデータ数は、夫々元画像の縦方向お
よび横方向の画素数に等しく設定されている。

【００２２】図１中のブロック分割器１０，２０，３０
は互いに同等の機能を有しており、前記色変換器７０か
ら出力されたＹデータ、ＵデータおよびＶデータを図８
のような８行８列の複数個のブロック（以下、単に小ブ
ロックと称す）にブロック分割するものである。

【００２３】前記ＤＣＴ変換器１１，２１，３１は互い
に同等の機能を有しており、与えられた小ブロックデー
タに対して特定の周波数成分についてエネルギーが集中
するように、次の数４で与えられる直交変換（コサイン
変換、すなわち２次元ＤＣＴ変換）を行い、図９と同じ
データ構造のＤＣＴ係数を得るものである。なお、Ｕデ
ータにかかる前記ＤＣＴ変換器２１からのデータを第１
の変換データ、Ｖデータかかる前記ＤＣＴ変換器３１か
らのデータを第２の変換データと称す。

【００２４】

【数４】

【００２５】ただし、数４の係数Ｃ（ｉ），Ｃ（ｊ）は
次の数５のように場合分けされる。

【００２６】

【数５】

【００２７】前記クラス分割器１２，２２，３２は互い
に同等の機能を有しており、前記ＤＣＴ変換器１１，２
１，３１で得られたＤＣＴ係数を、図１１の如く、ＤＣ
成分および４つのクラスに分割するものである。

【００２８】前記スカラー量子化器１３，２３はＤＣ成
分を離散的なレベルで近似（量子化）し１１ビットデー
タに変換するもので、入力されたＤＣ成分の値が−１０
２４よりも小さいときは−１０２４に量子化し、もし１
０２３よりも大きいときは１０２３に量子化する。ま
た、前記スカラー量子化器３３はＤＣ成分と予測値との
誤差を離散的なレベルで近似（量子化）し７ビットデー
タに変換するものである。

【００２９】前記ベクトル量子化器１４，２４（第１の
量子化部に含まれる），３４（第２の量子化部に含まれ
る）は、前記クラス分割器１２，２２，３２からの出力
である図１１中のクラス１、クラス２、クラス３、およ
びクラス４のデータ群を離散的なレベルで近似（量子
化）するもので、クラス１のデータ群から図１２のよう
な１５次元ベクトルを生成し、クラス２、クラス３、お
よびクラス４のデータ群から図１３のような１６次元ベ
クトルを夫々生成する。そして、生成したベクトルをコ
ードブック１０１〜１０４，２０１〜２０４，３０１〜
３０４内の量子化代表ベクトルに量子化した後に対応す
るインデックスを圧縮データ（第１の圧縮データおよび
第２の圧縮データ等）の一部として出力する。ここで、
特に、スカラ量子化器３３（第２の量子化部に含まれ
る）は、後述する減算器９０で求めた誤差を符号化した
誤差符号化データを含ませて第２の圧縮データを求める
ことになる。

【００３０】前記予測器８０は、入力されたＵデータの
ＤＣ成分を次の数６の変数ｕに代入しＶデータのＤＣ成
分の予測値を計算し出力する。

【００３１】

【数６】

【００３２】該数６中の係数α、βは、予め前記元画像
データ１を基に設定される予測係数であり、変数ｖはＶ
データのＤＣ成分の予測値を表わしている。数６の係数
α、βの設定方法は詳しく後述する。

【００３３】前記減算器９０は、ＶデータのＤＣ成分か
ら前記予測器８０からの入力である予測値を引いた値
（予測誤差値）を出力する。該減算器９０の出力は次の
数７で与えられる。

【００３４】

【数７】

【００３５】該数７中の変数ｖｉはＶデータのｉ番目の
小ブロックのＤＣ成分であり、変数ｕｉはＵデータのｉ
番目の小ブロックのＤＣ成分である。そしてαｕｉ＋β
は図１中の予測器８０の出力である予測値を表わす。た
だし、前記ｉは図１０中の小ブロック内に記載している
番号を表わしている。

【００３６】前記コードブック１０１は、図３に示すよ
うに２５６個の１５次元ベクトルとそれらのベクトルの
インデックスから構成されている。前記のコードブック
１０１のインデックスは、図３に示すように０から始ま
り２５５で終わる整数値である。また、図１中のコード
ブック２０１およびコードブック３０１は、前記のコー
ドブック１０１と同じ構造である。一方、図１中のコー
ドブック１０２は、図４に示すように２５６個の１６次
元ベクトルとそれらのベクトルのインデックス（８ビッ
ト）から構成される。前記のコードブック１０２のイン
デックスは図４に示すように０から始まり２５５で終わ
る整数値である。また、図１中のコードブック１０３、
コードブック１０４、コードブック２０２、コードブッ
ク２０３、コードブック２０４、コードブック３０２、
コードブック３０３、コードブック３０４は前記のコー
ドブック１０２と同じ構造である。ここで、該各コード
ブック１０１〜１０４，２０１〜２０４，３０１〜３０
４中のベクトルのことを、以後、量子化代表ベクトルと
記述する。図１中のコードブック１０１〜１０４、２０
１〜２０４、３０１〜３０４は元画像データ１に対して
予め最適化されている。

【００３７】また、図２中の６、７および８はブロック
合成器、４０はＩＤＣＴ変換器（逆直交変換器）、４１
はブロック生成器、４２は探索器（逆ベクトル量子化
器）、５０はＩＤＣＴ変換器（逆直交変換器）、５１は
ブロック生成器、５２は探索器（逆ベクトル量子化器：
第１の逆量子化部）、６０はＩＤＣＴ変換器（逆直交変
換器）、６１はブロック生成器、６２は探索器（逆ベク
トル量子化器：第２の逆量子化部）、７１は色変換器、
８１は予測器、９１は加算器である。

【００３８】前記探索器（逆ベクトル量子化器）４２，
５２は互いに同等の機能を有しており、ブロック生成器
４１，５１および予測器８１が前記圧縮データ格納ファ
イル３，４内のデータ（第１の圧縮データ等）の先頭か
らまず１１ビットを取り出した後、これに後続するデー
タを８ビットずつ４回取り出す。すなわち、最初の８ビ
ットデータ（第１の８ビットデータ）、これに後続する
８ビットデータ（第２の８ビットデータ）、これに後続
する８ビットデータ（第３の８ビットデータ）、および
さらに後続する８ビットデータ（第４の８ビットデー
タ）を取り出す。そしてこの夫々に一致するインデック
スを、図２中のコードブック１０１〜１０４，２０１〜
２０４のインデックスの中から探索し、一致するインデ
ックスを発見したらそのインデックスに対応する量子化
代表ベクトルを出力する。

【００３９】また、前記探索器（逆ベクトル量子化器）
６２は、前記加算器９１が前記圧縮データ格納ファイル
５内のデータ（第２の圧縮データ）の先頭からまず７ビ
ットを取り出した後、これに後続するデータを８ビット
ずつ４回取り出す。すなわち、最初の８ビットデータ
（第１の８ビットデータ）、これに後続する８ビットデ
ータ（第２の８ビットデータ）、これに後続する８ビッ
トデータ（第３の８ビットデータ）、およびさらに後続
する８ビットデータ（第４の８ビットデータ）を取り出
す。そしてこの夫々に一致するインデックスを、図２中
のコードブック３０１〜３０４のインデックスの中から
探索し、一致するインデックスを発見したらそのインデ
ックスに対応する量子化代表ベクトルを出力する。

【００４０】前記ブロック生成器４１，５１は互いに同
等の機能を有しており、圧縮データ格納ファイル３，４
内の圧縮データの先頭から１１ビットをＤＣＴ係数のＤ
Ｃ成分として取り出し、かつ、前記探索器（逆ベクトル
量子化器）４２，５２からの出力である第１のベクトル
から図１２に示すクラス１のデータ群を生成し、第２の
ベクトル、第３のベクトル、第４のベクトルから図１３
に示すクラス２、クラス３、クラス４のデータ群を夫々
生成する。そして生成された４つのクラスと先に入力さ
れたＤＣ成分から図１１に示す小ブロックのデータ（第
１の逆量子化データ等）を編成する。

【００４１】前記ブロック生成器６１は、圧縮データ格
納ファイル５内の圧縮データの先頭の７ビットが前記加
算器９１を経て１１ビットとなったデータを、ＤＣＴ係
数のＤＣ成分として取り出し、かつ、前記探索器（逆ベ
クトル量子化器）６２からの出力である第１のベクトル
から図１２に示すクラス１のデータ群を生成し、第２の
ベクトル、第３のベクトル、第４のベクトルから図１３
に示すクラス２、クラス３、クラス４のデータ群を夫々
生成する。そして生成された４つのクラスと先に入力さ
れたＤＣ成分から図１１に示す小ブロックのデータ（第
２の逆量子化データ）を編成する。

【００４２】前記ＩＤＣＴ変換器４０，５０，６０は互
いに同等の機能を有しており、前記ブロック生成器４
１，５１，６１から与えられた小ブロックデータについ
て、次の数８に基づいて逆コサイン変換、すなわち逆２
次元ＤＣＴ変換を施すものである。

【００４３】

【数８】

【００４４】ただし、数８の係数Ｃ（ｉ），Ｃ（ｊ）は
前記した数５のように場合分けされる。

【００４５】前記ブロック合成器６，７，８は互いに同
等の機能を有しており、前記ＩＤＣＴ変換器４０，５
０，６０から与えられた小ブロックデータを、図１０中
の小ブロック内に示す番号の位置に順次合成するもので
ある。

【００４６】前記色変換器７１は、前記ブロック合成器
６，７，８からのデータを前記Ｙデータ、前記Ｕデー
タ、および前記Ｖデータとして、これらを図６のような
ＲＧＢ三原色からなる画像データ（復号画像データ）に
復号するものである。該色変換器７１の変換式は、次の
数９乃至数１１の通りである。

【００４７】

【数９】

【００４８】

【数１０】

【００４９】

【数１１】

【００５０】前記復号画像データ２は、前記色変換器７
１にて復号された復号画像データを格納するものであ
る。

【００５１】前記予測器８１はＵデータのＤＣ成分を読
み取り、前記した数６中の変数ｕに代入し変数ｖで与え
られる予測値を計算し出力するものである。

【００５２】前記加算器９１は、前記圧縮データ格納フ
ァイル５からの入力値と前記予測器８１からの入力であ
る予測値とを加算して、これを加算データとして出力す
るものである。

【００５３】＜動作＞上記構成において、図１の如く、
データ圧縮時に元画像データ１を色変換器７０に入力す
ると、色変換器７０は、前記した数１乃至数３で与えら
れる変換により、元画像データ１を構成するＲ，Ｇ，Ｂ
データを輝度成分であるＹデータと色差成分であるＵデ
ータおよびＶデータに変換し、ＹデータとＵデータとＶ
データを分けて出力する。ただし、図１中の色変換器７
０は前記した数１乃至数３で与えられる色信号変換の代
わりに他の色信号空間への変換を行なってもよい。図１
中の色変換器７０で出力されたＹデータ，Ｕデータ，Ｖ
データは、図７のように各々図１中の元画像データ１の
画素数と等しいデータ数を持つ。

【００５４】ここで、Ｙデータの圧縮過程について記述
する。図１中の色変換器７０で出力されたＹデータは、
図１中のブロック分割器１０により図８に示すように８
行８列の小ブロックに分割される。該小ブロックは、図
１０に示す順で１ブロックずつＤＣＴ変換器１１へ送ら
れる。前記小ブロック内に記載している数字は小ブロッ
クが図１中の変換器１１へ送られる順番を表している。
図１中のＤＣＴ変換器１１は入力された小ブロックに対
して前記した数４で与えられる２次元ＤＣＴ変換器を施
し、図９と同じデータ構造のＤＣＴ係数を出力する。前
記した数４および数８の中の係数Ｃ（ｉ）とＣ（ｊ）に
ついては数５に記載している通りである。図１中のＤＣ
Ｔ変換器１１は数４で与えられる２次元ＤＣＴ変換器の
代わりに他の直交変換を用いてもよい。

【００５５】図１中のＤＣＴ変換器１１で出力された前
記ＤＣＴ係数は、クラス分割器１２によりＤＣ成分と４
つのクラスに分割される。前記ＤＣ成分は図１１で指し
示す８行８列のＤＣＴ係数の１行１列目のデータであ
る。前記の４つのクラスのうちのクラス１は図１１中の
ＤＣＴ係数の左上の４行４列から前記のＤＣ成分を除い
た１５個のデータ群から構成される。前記の４つのクラ
スのうちクラス２は、図１１中のＤＣＴ係数の右上の４
行４列からなる。前記の４つのクラスのうちクラス３は
図１１中のＤＣＴ係数の左下の４行４列からなる。前記
４つのクラスのうちクラス４は図１１中のＤＣＴ係数の
右下の４行４列からなる。図１中のクラス分割器１２か
ら出力されたＤＣ成分は図１中のスカラー量子化器１３
へ送られる。同時に、図１中のＤＣＴ変換器１２で出力
された４つのクラスは図１中のベクトル量子化器１４へ
送られる。図１中のベクトル量子化器１４は入力された
４つのクラスのうちクラス１のデータ群から１５次元ベ
クトルを生成し、クラス２、クラス３、クラス４のデー
タ群から夫々１６次元ベクトルを生成する。クラス１、
クラス２、クラス３、クラス４から生成するベクトル
を、夫々第一のベクトル、第２のベクトル、第３のベク
トル、第４のベクトルと記述することにする。ここで、
クラス１のデータ群と第１のベクトルの要素との対応は
図１２のようになる（記号ａ〜ｏ）。また、図１３に記
号Ａ〜Ｐによりクラス２のデータ群と第２のベクトルの
要素との対応、クラス３のデータ群と第３のベクトルの
要素との対応、クラス４のデータ群と第４のベクトルの
要素との対応を示す。

【００５６】次に、図１中のベクトル量子化器１４は、
第１のベクトルをコードブック１０１を参照して量子化
する。ここでは、まず、コードブックのインデックス０
にある量子化代表ベクトルと第１のベクトルから次の数
１２で与えられるひずみ量を計算し、そのひずみ量の値
とインデックスの値０を保存する。

【００５７】

【数１２】

【００５８】次に、インデックス１にある量子化代表ベ
クトルと第１のベクトルから前記した数１２で与えられ
るひずみ量を計算し、保存されているひずみ量の値と比
較する。そして、計算したひずみ量の値が保存されてい
るひずみ量の値よりも小さい値であれば、保存されてい
るひずみ量の値とインデックスの値を消去し、計算した
ひずみ量の値と、インデックスの値「１」を新たに保存
する。もし計算したひずみ量の値が保存されているひず
み量の値と等しいかそれより大きい場合は何もしない。
次も同様に、インデックス２にある量子化代表ベクトル
と第１のベクトルから前記した数１２で与えられるひず
み量を計算し、計算したひずみ量の値が保存されている
ひずみ量の値よりも小さい場合は、保存されているひず
み量の値とインデックスの値を消去し、計算したひずみ
量の値とインデックスの値「２」を新たに保存する。も
し計算したひずみ量の値が保存されているひずみ量の値
と等しいかそれよりも大きい場合は何もせずインデック
ス３にある量子化代表ベクトルとのひずみ量の値の計算
に移る。以下、インデックス２５５まで同様にする。こ
のようにして、コードブック１０１の全ての量子化代表
ベクトルと第一のベクトルとのひずみ量の計算が終了し
たとき、保存されているひずみ量は計算した全てのひず
み量の中で最小のものであり、保存されているインデッ
クスはその最小のひずみ量を与える量子化代表ベクトル
のインデックスとなる。

【００５９】ベクトル量子化器１４は、第１のベクトル
を上記の方法で選択した最小ひずみ量を与える量子化代
表ベクトルに量子化し、そのインデックスの値をクラス
１の圧縮データとして出力する。第２のベクトル、第３
のベクトル、第４のベクトルも同様に夫々図１中のコー
ドブック１０２、コードブック１０３、コードブック１
０４の量子化代表ベクトルの中から最小のひずみ量を与
える量子化代表ベクトルを選択し、そのインデックスを
圧縮データとして出力する。

【００６０】０から２５５の範囲の整数は８ビットで表
現できるので、図１中のベクトル量子化器１４は図１１
中の４つのクラスのデータ群を夫々８ビットに圧縮し、
合わせて３２（８×４）ビットを出力する。一方、図１
中のスカラー量子化器１３は図１中のクラス分割器１２
で出力されたＤＣ成分を量子化し１１ビットとする。こ
のとき図１中のスカラー量子化器１３は入力されたＹデ
ータのＤＣ成分が−１０２４よりも小さい値のときは−
１０２４に量子化し、１０２３よりも大きいときは１０
２３に量子化する。したがって１つの小ブロックに対す
る圧縮データは図１中のスカラー量子化器１３の出力と
図１中のベクトル量子化器１４の出力を合わせた４３ビ
ットとなる。図１４は１つの小ブロックに対する圧縮デ
ータの構成を示している。図１４中の圧縮データの前か
ら１１ビットはＤＣ成分の圧縮データであり、その後に
クラス１に対する圧縮データ８ビット、クラス２に対す
る圧縮データ８ビット、クラス３に対する圧縮データ８
ビット、クラス４に対する圧縮データ８ビットが続く。
各小ブロックに対する圧縮データ４３ビットは順次図の
圧縮データ格納ファイル３となる。

【００６１】次に、図１中の色変換器７０の出力である
Ｕデータの圧縮過程について記述する。色変換器７０で
出力されたＵデータは、前記Ｙデータと同様に、ブロッ
ク分割器２０、ＤＣＴ変換器２１、およびクラス分割器
２２を経て、図１１に示すＤＣ成分と４つのクラスに分
割される。図１中のクラス分割器２２で出力された４つ
のクラスは、ベクトル量子化器２４へ送られ、前記Ｙデ
ータがベクトル量子化器１４で圧縮されるのと同様の方
法で３２ビットに圧縮される。一方、図１中のクラス分
割器２２で出力されたＤＣ成分は、スカラー量子化器２
３へ送られると同時に、予測器８０へも送られる。スカ
ラー量子化器２３は、前記スカラー量子化器１３がＹデ
ータのＤＣ成分を１１ビットに符号化するのと同様の方
法で、入力されたＵデータのＤＣ成分を１１ビットに符
号化する。スカラー量子化器２３とベクトル量子化器２
４で出力されたＵデータの小ブロックに対する圧縮デー
タは、Ｙデータの小ブロックに対する圧縮データと同様
の構造である。したがってＵデータの圧縮過程は、ＤＣ
成分を予測器８０に送ることを除けば、Ｙデータの圧縮
過程と同じである。図１中の予測器８０は入力されたＵ
データのＤＣ成分を前記した数６の変数ｕに代入しＶデ
ータのＤＣ成分の予測値を計算し出力する。

【００６２】次に、図１中の色変換器７０で出力である
Ｖデータの圧縮過程について記述する。図１中の色変換
器７０で出力されたＶデータは、前記Ｙデータと同様に
図１中のブロック分割器３０、ＤＣＴ変換器３１、およ
びクラス分割器３２を経て図１１に示すＤＣ成分と４つ
のクラスに分割される。図１中のクラス分割器３２で出
力された４つのクラスはベクトル量子化器３４へ送ら
れ、前記Ｙデータが前記ベクトル量子化器１４で圧縮さ
れるのと同様の方法で３２ビットに圧縮される。一方、
図１中のクラス分割器３２で出力されたＶデータのＤＣ
成分は減算器９０に入力される。減算器９０は入力され
たＶデータのＤＣ成分から予測器８０からの入力である
予測値を引いた値（予測誤差値）を出力する。減算器９
０の出力は前記した数７で与えられる。ここで、図１７
は数７の両辺の関係を示すグラフである。図１７に示す
αｕｉ＋βは値ｖｉに対する予測値であり、δｖｉはそ
の予測誤差値である。図１中のスカラー量子化器３３は
図１７に示す値ｖｉを量子化する代わりに、より振幅の
小さい予測誤差値δｖｉを量子化するため、より少ない
ビット数に符号化することができる。スカラー量子化器
３３は予測誤差値δｖｉを量子化し７ビットのデータと
する。このとき、スカラー量子化器３３は入力された予
測誤差値が−６４よりも小さければ−６４に量子化し、
６３よりも大きければ６３に量子化する。このようにＶ
データのＤＣ成分はＹデータおよびＵデータのＤＣ成分
と比べ４ビット少なく圧縮される。したがって、スカラ
ー量子化器３３とベクトル量子化器３４で出力されたＶ
データの１つ小ブロックに対する圧縮データは３９ビッ
トとなる。図１５はＶデータの小ブロックに対する圧縮
データを示している。図１５中の圧縮データの前から７
ビットはＶデータのＤＣ成分の圧縮データであり、その
後にクラス１の圧縮データ８ビット、クラス２の圧縮デ
ータ８ビット、クラス３の圧縮データ８ビット、クラス
４の圧縮データ８ビットが続いている。ここで、特に、
ベクトル量子化器３４（第２の量子化部に含まれる）で
得た第２の圧縮データは、減算器９０で求めた誤差を符
号化した誤差符号化データが含まれることになる。

【００６３】次に、前記した数６の係数α、βを求める
方法について説明する。図１０の小ブロック内に記載し
ている番号を変数ｉで表すことにする。また、クラス分
割器２２で出力されるＵデータのｉ番目のブロックのＤ
Ｃ成分を変数ｕｉで表し、クラス分割器３２で出力され
るＶデータのｉ番目のブロックのＤＣ成分を変数ｖｉで
表すことにする。一般にｕｉとｖｉは相関を持っている
ため、変数ｕｉを横軸に、変数ｖｉを縦軸にとったｕ−
ｖ平面上で点（ui、vi）の集合は図１６のような偏りを
持った分布を示す。従ってこの分布を最適にモデル化す
るような直線の数が分かれば、変数ｕｉの値から変数ｖ
ｉの値をわずかな誤差で予測することができる。そこ
で、未知数α、βを用いて点（ui、vi） の分布に対し
て最適な直線の式を数６と仮定し、全ての点（ui、vi）
から最小２乗法によってαとβを設定する。点（ui、v
i）と図１７中の直線上の点（ui、αui＋β）との２乗
誤差は次の数１３で与えられる。

【００６４】

【数１３】

【００６５】ここでは、次の数１４のように、全てのｉ
について前記２乗誤差を計算しその総和を求める。２乗
誤差の総和を最小にする直線は点（ui、vi）の分布を最
適にモデル化した直線であるといえる。

【００６６】

【数１４】

【００６７】数１４の左辺Ｓは２乗誤差の総和であり、
右辺は未知数α、βの２次式である。ただし数１４のｓ
_iは数１３で求めた値であり、Ｎは点（ui、vi）の総数
あるいは図１０に示す小ブロックの総数を表している。
したがって、数１４を最小にするようなαとβを求めれ
ばよい。数１４を最小にするα、βは、次の数１５およ
び数１６を連立で解いて求めていることができる。

【００６８】

【数１５】

【００６９】

【数１６】

【００７０】次に、図１に示す圧縮過程で圧縮されたデ
ータの復号過程を説明する。図２は復号過程を示す図で
ある。図２中の圧縮データ格納ファイル３の復号過程で
は、まず、圧縮データ格納ファイル３から４３ビットを
取り出し、先頭からの１１ビットをＤＣＴ係数のＤＣ成
分としてブロック生成器４１に送る。一方、残り３２ビ
ットは全て図２中の探索器（逆ベクトル量子化器）４２
に入力される。

【００７１】そして、図２中の探索器（逆ベクトル量子
化器）４２に入力された３２ビットの先頭から８ビット
ずつを夫々第１の８ビット、第２の８ビット、第３の８
ビット、第４の８ビットとすると、第１の８ビットと一
致するインデックスを図２中のコードブック１０１のイ
ンデックスの中から探索し、一致するインデックスを発
見したらそのインデックスの量子化代表ベクトルを出力
する。第２の８ビット、第３の８ビット、第４の８ビッ
トも同様に夫々図２中のコードブック１０２、１０３、
１０４を探索して、それらと一致するインデックスを発
見したら、そのインデックスの量子化代表ベクトルを順
次出力する。

【００７２】図２中のブロック生成器４１は、図２中の
探索器（逆ベクトル量子化器）４２からの出力である第
１のベクトルから図１２に示すクラス１のデータ群を生
成し、第２のベクトル、第３のベクトル、第４のベクト
ルから図１３に示すクラス２、クラス３、クラス４のデ
ータ群を夫々生成する。そして生成された４つのクラス
と先に入力されたＤＣ成分から図１１に示す小ブロック
を編成する。

【００７３】図２中の探索器（逆ベクトル量子化器）４
２の出力である第１のベクトルの要素と、そのベクトル
から生成されるクラス１のデータ群との対応は、図１２
のようになる（記号ａ〜ｏ）。また図１３は図２中の探
索器（逆ベクトル量子化器）４２の出力である第２のベ
クトル、第３のベクトル、第４のベクトルの要素と、そ
のベクトルから生成されるクラス２、クラス３、クラス
４のデータ群との対応を示したものである（記号Ａ〜
Ｐ）。

【００７４】このようにして、図２中のブロック生成器
４１で生成された小ブロックはＩＤＣＴ変換器４０に入
力される。ＩＤＣＴ変換器４０は、入力された小ブロッ
クに対して前記した数８で与えられる変換を行なって、
その結果を図２中のブロック合成器６に送る。数８は数
４の逆変換式である。図２中のブロック合成器６は入力
された小ブロックを図１０中の小ブロック内に示す番号
の位置に順次合成していく。

【００７５】図２中の圧縮データ格納ファイル４の復号
過程は図２中の圧縮データ格納ファイル３の復号過程と
同様である。図２中の予測器８１はＵデータのＤＣ成分
を読み取り、数６の変数ｕに代入し変数ｖで与えられる
予測値を計算し出力するものである。

【００７６】次に図２中の圧縮データ格納ファイル５の
復号過程について説明する。まず図２中の圧縮データ格
納ファイル５から圧縮データ（第２の圧縮データ等）３
９ビットを取りだし先頭から７ビットを図２中の加算器
９１に入力し、残り３２ビットを図２中の探索器（逆ベ
クトル量子化器）６２に入力する。図２中の探索器（逆
ベクトル量子化器）６２は前記探索器（逆ベクトル量子
化器）４２と同様の方法で４つのベクトルを出力する。
図２中の加算器９１は図２中の圧縮データ格納ファイル
５からの入力値と図２中の予測器８１からの入力である
予測値を加算してこれを加算データとして出力する。そ
の後図２中のブロック生成器６１からブロック合成器８
までは先に記述した図２中の圧縮データ格納ファイル３
の復号過程と同様である。

【００７７】このようにして図２中の圧縮データ格納フ
ァイル３，４，５にデータがなくなるまで上記の行程を
繰り返すと、図２中のブロック合成器６とブロック合成
器７とブロック合成器８には図７に示すように図１中の
元画像データ１の画像数と等しいデータ数をもつＹデー
タ、Ｕデータ、Ｖデータができる。図２中の色変換器７
１は図２中のブロック合成器６、ブロック合成器７、ブ
ロック合成器８で作成されたＹデータ、Ｕデータ、Ｖデ
ータを、前記した数９乃至数１１で与えられる色信号変
換器を行なって色信号成分（ＲＧＢ三原色）を得る。色
変換器７１は、ＲデータとＧデータとＢデータを１つず
つＲＧＢの順で出力し順次図１中の復号画像データ２と
なる。

【００７８】このように、本実施例では、ＵデータのＤ
ＣＴ係数のＤＣ成分とＶデータのＤＣＴ係数のＤＣ成分
との相関関係を利用して、ＶデータのＤＣＴ係数のＤＣ
成分の代わりにその予測誤差を量子化するため、画質劣
化を伴わずに圧縮率を向上させることができる。

【００７９】｛変形例｝ （１）上記実施例において、ＵデータのＤＣＴ係数のＤ
Ｃ成分からＶデータのＤＣＴ係数のＤＣ成分を予測しＶ
データに関する予測誤差を算出していたが、Ｖデータの
ＤＣＴ係数のＤＣ成分からＵデータのＤＣＴ係数のＤＣ
成分を予測しＵデータに関する予測誤差を算出してもよ
い。

【００８０】

【発明の効果】本発明の請求項１および請求項３による
と、第１の変換データの１成分から第２の変換データの
１成分の予測値を計算し、かかる予測値と第２の変換デ
ータの１成分との誤差を求めてデータ量を低減している
ので、圧縮率を飛躍的に向上させることができるという
という効果がある。

【００８１】本発明の請求項２および請求項３による
と、請求項１のようにして圧縮率が向上された第２の圧
縮データを復元する際、第１の圧縮データから第２の変
換データの１成分の予測値を求め、かかる予測値を第２
の逆量子化データに加算してから逆直交変換しているの
で、圧縮前の第１の色差データおよび第２の色差データ
をほぼ完全な形で復元でき、圧縮率の向上に伴う画質劣
化を防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の圧縮装置を示すブロック図
である。

【図２】本発明の一実施例の伸張装置を示すブロック図
である。

【図３】本発明の一実施例におけるクラス１に対するコ
ードブックを示す図である。

【図４】本発明の一実施例におけるクラス２およびクラ
ス３およびクラス４に対するコードブックを示す図であ
る。

【図５】本発明の一実施例における元画像を示す図であ
る。

【図６】本発明の実施例における元画像を示す図であ
る。

【図７】本発明の一実施例におけるＹデータおよびＵデ
ータおよびＶデータを示す図である。

【図８】本発明の一実施例におけるＹデータおよびＵデ
ータおよびＶデータを小ブロックに分割する方法を示す
図である。

【図９】本発明の一実施例における小ブロックを示す図
である。

【図１０】本発明の一実施例における小ブロックを圧縮
する順序を示す図である。

【図１１】本発明の一実施例におけるＤＣＴ係数および
その分割方法を示す図である。

【図１２】本発明の一実施例におけるクラス１のデータ
群とベクトルの要素との対応を示す図である。

【図１３】本発明の一実施例におけるクラス２およびク
ラス３およびクラス４のデータ群とベクトルの要素との
対応を示す図である。

【図１４】本発明の一実施例におけるＹデータおよびＵ
データのＤＣＴ係数の圧縮データの構成を示す図であ
る。

【図１５】本発明の一実施例におけるＶデータのＤＣＴ
係数の圧縮データの構成を示す図である。

【図１６】本発明の一実施例におけるＵのＤＣＴ係数の
ＤＣ成分とＶのＤＣＴ係数のＤＣ成分との相関関係を示
す図である。

【図１７】本発明の一実施例における予測器の効果を示
す図である。

【図１８】従来例の圧縮過程を示す図である。

【符号の説明】

１ 元画像データ ２ 復号画像データ ３ 圧縮データ ４ 圧縮データ ５ 圧縮データ ６ ブロック合成器 ７ ブロック合成器 ８ ブロック合成器 １０ ブロック分割器 １１ ＤＣＴ変換器 １２ クラス分割器 １３ スカラー量子化器 １４ ベクトル量子化器 ２０ ブロック分割器 ２１ ＤＣＴ変換器 ２２ クラス分割器 ２３ スカラー量子化器 ２４ ベクトル量子化器 ３０ ブロック分割器 ３１ ＤＣＴ変換器 ３２ クラス分割器 ３３ スカラー量子化器 ３４ ベクトル量子化器 ４０ ＩＤＣＴ変換器 ４１ ブロック生成器 ４２ 探索器 ５０ ＩＤＣＴ変換器 ５１ ブロック生成器 ５２ 探索器 ６０ ＩＤＣＴ変換器 ６１ ブロック生成器 ６２ 探索器 ８０ 予測器 ８１ 予測器 ９０ 減算器 ９１ 加算器 １０１〜１０４ コードブック ２０１〜２０４ コードブック ３０１〜３０４ コードブック

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 色差を表す第１の色差データと第２の色
   差データを直交変換して、夫々第１の変換データと第２
   の変換データを求める直交変換器と、 前記第１の変換データの１成分からこれに相関する第２
   の変換データの１成分を予測する予測器と、 前記第２の変換データの１成分と前記予測器からの出力
   との誤差を求める減算器と、 前記第１の変換データを符号化して第１の圧縮データを
   求める第１の量子化部と、 前記減算器で求めた前記誤差を符号化した誤差符号化デ
   ータを含ませて第２の圧縮データを求める第２の量子化
   部とを備える圧縮装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の圧縮装置にて圧縮された
   前記第１の圧縮データおよび前記第２の圧縮データを伸
   張するものであって、 前記第１の圧縮データを逆量子化して第１の逆量子化デ
   ータを求める第１の逆量子化部と、 前記第２の圧縮データを逆量子化して第２の逆量子化デ
   ータを求める第２の逆量子化部と、 前記第１の圧縮データの１成分または前記第１の逆量子
   化データの１成分から前記第２の変換データの１成分の
   予測値を予測する予測器と、 前記第２の逆量子化部からの前記第２の逆量子化データ
   に前記予測器で求めた前記第２の変換データの１成分の
   前記予測値を加算して加算データを求める加算器と、 前記第１の逆量子化部からの前記第１の逆量子化データ
   と前記加算器からの前記加算データを夫々逆直交変換す
   る逆直交変換器とを備える伸張装置。
3. 【請求項３】 色差を表す第１の色差データおよび第２
   の色差データを圧縮する圧縮装置と、 該圧縮装置で圧縮されたデータを伸張する伸張装置とを
   備え、 前記圧縮装置は、 前記第１の色差データおよび前記第２の色差データを夫
   々直交変換して第１の変換データと第２の変換データを
   求める直交変換器と、 前記第１の変換データの１成分からこれに相関する第２
   の変換データの１成分を予測する予測器と、 前記第２の変換データの１成分と前記予測器からの出力
   との誤差を求める減算器と、 前記第１の変換データを符号化して第１の圧縮データを
   求める第１の量子化部と、 前記減算器で求めた前記誤差を符号化した誤差符号化デ
   ータを含ませて第２の圧縮データを求める第２の量子化
   部とを備え、 前記伸張装置は、 前記第１の圧縮データを逆量子化して第１の逆量子化デ
   ータを求める第１の逆量子化部と、 前記第２の圧縮データを逆量子化して第２の逆量子化デ
   ータを求める第２の逆量子化部と、 前記第１の圧縮データの１成分または前記第１の逆量子
   化データの１成分から前記第２の変換データの１成分の
   予測値を予測する予測器と、 前記第２の逆量子化部からの前記第２の逆量子化データ
   に前記予測器で求めた前記第２の変換データの１成分の
   前記予測値を加算して加算データを求める加算器と、 前記第１の逆量子化部からの前記第１の逆量子化データ
   と前記加算器からの前記加算データを逆直交変換する逆
   直交変換器とを備える圧縮伸張処理システム。