JPS62196989A - 画像デ−タの直交変換符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明はデータ圧縮を目的とした画像データの符号化方
法、特に詳細には直交変換を利用した画像データの符号
化方法に関するものである。

（発明の技術的背景および先行技術） 例えばＴＶ信号等、中間１１ｉ１画像を担持する画像信
号は膨大な情報」を有しているので、その伝送には広帯
域の伝送路が必要である。そこで従来より、このような
画像信号は冗長性が大きいことに着目し、この冗長性を
抑圧することによって画像データを圧縮する試みが種々
なされている。また最近では、例えば光ディスクや磁気
ディスク等に中間調画像を記録することが広く行なわれ
ており、この場合には記ａｔＲ体に効率良＜Ｉｉ！ｉｉ
像信号を記録することを目的として画像データ圧縮が広
く適用されている。

このような画像データ圧縮方法の一つとして、画像デー
タの直交変換を利用するものがよく知られている。この
方法は、ディジタルの２次元画像データを適当な標本数
ずつのブロックに分け、このブロック毎に標本値からな
る数値列を直交変換し、この変換により特定の成分にエ
ネルギーが集中するので、エネルギーの大きな成分は長
い符号長を割当てて符号化し、伯方低エネルギーの成分
は短い符号長で粗く符号化することにより、各ブロック
当りの符号数を低減させるものである。上記直交変換と
しては、フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）変換、コザイン（
Ｃｏｓ　ｉ　ｎｅ）変換、アダマール（１−１ａｄａｍ
ａｒｄ）　変換、力）Ｌｔ　−ネン−Ｌ／　−べ（Ｋ　
ａ　ｒ　ｈ　ｕ　ｎ　ｅ　ｎ　−Ｌ　ｏ　ｅ　ｖ　ｅ　
）変換、バール（Ｈａａｒ）変換等がよく用いられるが
、ここでアダマール変換を例にとって上記方法をさらに
詳しく説明する。まず第２図に示すように、ディジタル
の２次元画像データを所定の１次元方向に２個ずつ区切
って上記ブロックを形成するものとＪる。このブロック
にａ３ける２つの標本値Ｘ（０）とＸ（１）とを直交座
標系で示すと、前述のようにそれらは相関性が高いので
、第３図に示すようにＸ　（１）　−ｘ　（０）なる直
線の近傍に多く分布することになる。そこでこの直交座
標系を第３図図示のように４５°変換して、新しいｙ（
０）−ｙ（１）座標系を定める。この座標系においてｙ
（０）は変換前の原画像データの低周波成分を示すもの
となり、該ｙ（０）は、ｘ（０）、ｘ（１）よりもやや
大きい［（約Ｊ２倍）をとるが、その一方原画像データ
の高周波成分を示ずｙ（１）はｙ（０）軸に近い非常に
狭い範囲にしか分布しないことになる。そこで例えば上
記Ｘ（０）、Ｘ（１）の符号化にそれぞれ７ビツトの符
号長を必要としていたとすると、ｙ（Ｏ）については７
ビツトあるいは８ビット程度必要となるが、その一方ｙ
（１）は例えば４ビット程度の符号長で符号化できるこ
とになり、結局１ブロック当りの符号長が低減され、画
像データ圧縮が実現される。

以上、２つの画像データ毎に１ブロツクを構成する２次
の直交変換について説明したが、この次数を上げるにし
たがって特定の成分にエネルギーが集中する傾向が強く
なり、ビット数低減の効果を高めることができる。一般
的には、直交１１ＩＩＩ改行列を用いることによって上
記の変換を行なうことができ、極限的には上記直交関数
行列として対象画像の固有関数を選べば、変換画像はそ
の固有値行列となり、行列の対角成分のみで元の画像を
表現できることになる。また上記の例は画像データを１
次元方向のみにまとめてブロック化しているが、このブ
ロックは２次元方向に亘るいくつかの画像データで構成
してもよく、その場合には１次元直交変換の場合よりも
より顕著なビット数低減効果が得られる。

上述の２次元直交変換で得られた変換データは１、各ブ
ロック内で変換に利用された直交関数のシーケンシ−（
０を横切る数）順に並べられる。このシーケンシ−は空
間周波数と対応が有るので、各変換データは第４図に示
すように縦横方向に周波数順に並ぶことになる。そこで
低周波成分を担う変換データ（第４図の左上方側のデー
タ）には比較的長い符号長を割当て（前述の１次元２次
直交変換においてＶ（０）に長い符号長を割当てたこと
と対応する）、高周波成分を担う変換データ（第４図の
右下方側のデータ）には比較的短い符号長を割当てるか
、あるいは切り捨てる、つまりゼロピットを与えること
により、ブロック当りの符号長が低減される。

上述のように高空間周波数に対応する変換データを切り
捨てれば、大幅な画像データ圧縮が達成されるのである
が、しかしこのようにデータを切り捨てたことにより当
然高周波域の画像データが欠落することになる。このよ
うなデータ欠落があると、符号化データを復号、逆変換
して得た画像データから再生した画像において、擬輪郭
が生じることがある。

このような問題を解消するため従来より、上記復号、逆
変換で１ｑられた画像データに高周波ノイズ成分を加え
て画像を再生する試みもなされているが、この方法にお
いては上記ノイズ成分を適切に決めることが難しく、逆
に再生画像の画質を落としてしまう（ザラザラした感じ
になる）ことが多い。

（発明の目的） 本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり
、高空間周波数に対応する変換データを切り捨てても、
再生画像において前記擬輪郭を発生させることのない、
画像データの符号化方法を提供することを目的とするも
のである。

（発明の構成〉 本発明の画像データの直交変換符号化方法は、前述のよ
うに２次元画像データに対して直交変換をかけて変換デ
ータを得、これらの変換データをそれぞれ固有の符号長
で符号化した後、この符号化データを復号して上記変換
データを得、該変換データに上記直交変換の逆変換をか
けて画像データを再構成するようにし、 そして符号化の際に、先に述べたように高空間周波数に
対応する変換データに符号長０（ゼロ）を与えるように
した画像データの直交変換符号化方法において、 上記逆変換を行なう前に、符号長０（ゼロ）に対応する
変換データに高周波ノイズ成分を加えるようにしたこと
を特徴とするものである。

（実施態様） 以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明の詳細な説
明する。

第１図は本発明の画像データの直交変換符号化方法を実
施する装置を概略的に示すものである。

中間調画像を示す画像データ（原画像データ）Ｘは、ま
ず前処理回路１０に通され、雑音除去のための平滑化等
、データ圧縮効率を上げるための前処理を受ける。この
前処理を受けた画像データＸは直交変換回路１１に通さ
れ、まず２次元直交変換を受ける。この２次元直交変換
は例えば第５図に示すように、上記画像データＸが示す
中間調画像Ｆ内の標本数（ｉｉｊ素数）ＭｘＮの矩形ブ
ロックＢ毎に行なわれる。なおこの直交変換としては、
例えば前述のアダマール変換が用いられる。このアダマ
ール変換は、その変換マトリクスが＋１と−１のみから
なるので、他の直交変換に比べればより簡単な変換回路
によって実行されつる。また周知の通り２次元直交変換
は１次元直交変換に縮退することができる。つまり上記
２次元のブロックＢ内のＭＸＮの画素に関する画像デー
タに対して縦方向に１次元直交変換をかけ、さらに、得
られたＭＸＮの変換データに対して横方向に１次元直交
変換をかけることによって２次元直交変換を行ないつる
。なお縦方向、横方向の変換の順序は逆でもよい。

上記の２次元直交変換によって得られた変換データｙは
、第４図に示すように各ブロックＢ内で、上記直交変換
の基になった関数（例えばアダマール変換にあってはＷ
ａｌｓｈｌｌｌ数、フーリエ変換にあっては三角関数等
）のシーケンシ−順に縦横方向に並べられる。前述のよ
うにこのシーケンシ−は空間周波数と対応しているので
、変換データｙは上記ブロックＢ内で、縦横方向に空間
周波数順に（つまり画像のディテール成分の１ｕ密の順
に）並べられることになる。なおこの第４図では、最上
性左端列の変換データＶ（１，１）がシーケンシ−０（
ゼロ）に対応するものであり、周知のようにこの変換デ
ータｙ（１，１）はブロックＢ内の平均画像ａ度を示す
ものとなる。

このように並べられた変換データｙは第１図図示のよう
に符号化回路１２に送られ、符号化される。

この符号化回路１２は予め定められた割当てビット配分
表を例えばＲＯＭに記憶してＪ３す、ブロックＢ内の各
変換データｙを、この配分表に従った符号長（ビット数
）で符号化する。上記ビット配分表は例えば第６図に示
すように、前記シーケンシ−毎に固有のビット数を割当
てたものであり、前述のように変換データｙは低周波成
分にエネルギーが集中しているから、このエネルギーが
高い低周波成分には比較的良い符号長を与え、一方エネ
ルギーが低い高周波成分には比較的短い符号長を与える
ことにより、ブロックＢ当りの必要なビット数が低減さ
れ、画像データ圧縮が達成される。

ここで上記符号化回路１２においては、第４図に示すよ
うに、所定空間周波数よりも低周波数側の領域２の変換
データｙのみについて１ビット以上の符号長を与えて符
号化し、それ以外の高周波領域の変換データｙにはＯビ
ットを与える。このようにすることにＪ：す、所定周波
数を上回る極めて高周波の成分を示す変換データｙ（そ
れらは原画１１１Ｆを表わす上でさけど愚昧を持たない
データである）がすべて切り捨てられ、データ圧縮効果
がより一層高められる。このような操作は、いわゆるゾ
ーンサンプリングと称されているものである。

また符号化回路１２は、すべてのブロックＢのＯビット
配分領１１！！（第４図の斜線を付さない領域）から、
シーケンシ−同一の変換データｙどうしを抽出する（第
７図に、その様子を分かりやすく示す）。このデータ抽
出は、上記Ｏビット配分領域のすべてのシーケンシ−に
ついて行なわれ、抽出された変換データｙは演算回路２
０に送られる。この演算回路２０は、各シーケンシ−毎
に抽出された変換データｙの標準偏差σと平均値ｍとを
求める。

この演算はすべてのシーケンシ−について行なわれる。

つまりシーケンシ−３ｎ（ｎは自然数）に関しては、そ
れぞれ標準偏差σｎと平均値ｍｎが求められる。

以上のようにして符号化されたデータは、ブロックＢに
関する符号化データｆ　（ｙ）として符号化回路１２か
ら出力される。この符号化された画像データｆ　（ｙ）
は第１図に示すように、記録再生装置１３において例え
ば光ディスクや磁気ディスク等の記録媒体（画像ファイ
ル）に記録される。前述の通りこの画像データｆ　（ｙ
）は原画像データＸに対して大幅な圧縮がなされている
から、光ディスク等の記録媒体には、大量の画像が記録
されつるようになる。画像再生に際してこの画像データ
ｆ　（ｙ）は記録媒体から読み出され、復号回路１４に
おいて前記変換データｙに復号される。この際復号回路
１４は、前述のようにＯビットが与えられたデータに関
しては一律の所定値を与え、それを変換データｙとする
。したがってこれらの変換データｙは、原画像のデータ
をそれぞれ正しく担持していることにはならず、該変換
データｙをそのまま侵述のように逆変換して画像を再生
ずれば、先に述べたように擬輪郭が生じやすい。

以下、このような不具合の発生を防止する点について説
明する。前記演算回路２０で求められた各シーケンシ−
毎の標準偏差σと平均値ｍは、第１図図示のようにノイ
ズ発生回路２１に送られる。該ノイズ発生回路２１は、
上記σとｍの値をそれぞれ標準偏差、平均値とする正規
ノイズをα倍（例えば０．５倍）した高周波ノイズＲを
各シーケンシ−毎に発生させ、それらを信号合成回路２
２に送る。

この信号合成回路２２は復号回路１４から出力される復
号変換データｙを受け、前記第４図の領域Ｚ内の変換デ
ータｙはそのまま出力するが、それ以外の変換データｙ
には上記高周波ノイズＲを加えて出力する。この際、シ
ーケンシ−ｎの変換データｙには、該シーケンシ−ｎの
変換データｙについての標準偏差σｎおよび平均値ｍｎ
に基づく高周波ノイズＲｎが加えられる。

このようにして高周波ノイズＲが加えられた変換データ
ｙ、および該ノイズＲが加えられない変換データｙはと
もに逆変換回路１５に送られて、前記２次元直交変換に
対する逆変換を受ける。それにより原画像データＸが復
元され、この原画像データＸが画像再生装置１６に送ら
れ、該データＸが担持する画像が再生される。ここで本
方法においては、Ｏピット割当てにより本来−律化され
てしまうところの変換データｙに高周波ノイズＲを加え
たことにより、原画像データＸから再生される画像に前
述の擬輪郭が生じることが防止される。

しかも本実施態様においては、復号された変換データｙ
に加える高周波ノイズＲを、符号化前の変換データｙの
特性に基づいて定めるようにしているので、該ノイズＲ
を適切な値に設定することができ、再生画像の画質が前
述のようにザラザラした感じになることを防止できる。

なお高周波ノイズＲは、上記のように変換データｙの標
準偏差σおよび平均値ｍに基づいて生成する他、変換デ
ータｙのその他の特性値に基づいて定めてもよいし、ざ
らには特にこのような特性値には関係なく、経験的、実
験的に定めたものを用いてもよい。また、以上２次元直
交変換に適用された実施態様を説明したが、本発明方法
は１次元直交変換を行なう場合にも同様に適用可能であ
る。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の画像データの直交変換
符号化方法によれば、高周波数領域の変換データを切り
捨てても、再生画像にＪ３ける擬輪郭の発生を効果的に
防止できるので、再生画像の画質を高く保った上で画像
データ圧縮率を大いに高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様方法を実施する装置の概略
構成を示すブロック図、 第２図および第３図は本発明に係る直交変換を説明する
説明図、 第４．５．６および７図は本発明方法を説明する説明図
である。 １１・・・直交変換回路　　　１２・・・符号化回路２
０・・・演算回路　　　　　２１・・・ノイズ発生回路
２２・・・信号合成回路　　　Ｒ・・・高周波ノイズＸ
・・・原画像データ　　　ｙ・・・変換データｆ　（ｙ
）・・・符号化された画像データ第５図　　　　第６図 第７図 日　　　　　　　　日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２次元画像データに対して直交変換をかけて変換データ
   を得、これらの変換データをそれぞれ固有の符号長で符
   号化した後、この符号化データを復号して前記変換デー
   タを得、該変換データに前記直交変換の逆変換をかけて
   前記画像データを再構成するようにした画像データの直
   交変換符号化方法において、 前記符号化の際に、高空間周波数に対応する変換データ
   には符号長０（ゼロ）を与え、 前記逆変換を行なう前に、前記符号長０（ゼロ）に対応
   する変換データに高周波ノイズ成分を加えることを特徴
   とする画像データの直交変換符号化方法。