JP2000196894A - 画像符号化装置 - Google Patents

画像符号化装置

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JP2000196894A
JP2000196894A JP10377722A JP37772298A JP2000196894A JP 2000196894 A JP2000196894 A JP 2000196894A JP 10377722 A JP10377722 A JP 10377722A JP 37772298 A JP37772298 A JP 37772298A JP 2000196894 A JP2000196894 A JP 2000196894A
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由希子 山崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラー画像データについて、高い符号化効率
を有し、符号データへのアクセスが容易な画像符号化装
置を提供すること。 【解決手段】 低域係数は4画素の平均値と同じであ
る。各高域係数はそれぞれの方向のエッジ度合いを表し
ており、その絶対値が大きいほど該当ブロックに急峻な
エッジが含まれている。斜め方向のエッジは、水平、垂
直方向のエッジに比べ感知しにくいという視覚特性があ
る。このため対角高域係数は水平、垂直高域係数に比
べ、画質上の重要度が低いと言える。この特性により、
量子化の過程では、対角高域係数で、より多くの情報を
削減することができる。視覚的冗長性が削減可能な分、
サブバンド変換は、より効果的な変換方法である。高域
係数はエッジ度合いを表しているので、所定の式の条件
を満たしているブロックをエッジ領域、満たしていない
ブロックを非エッジ領域と分別することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラー画像データ
の符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のカラー画像データ符号化方式に
は、カラー画像データを、輝度情報と色差情報とに分解
して、それぞれを符号化するものがあった。この符号化
方式では、色が急峻に変化する領域では、色差の情報比
率を増やし、明るさが急峻に変化する領域では、輝度の
情報比率を増やすことで高い符号化効率を達成すること
ができた。また、符号化データ量が所定画像単位毎に同
じである方が、データアクセスが容易であり、固定され
た容量のメモリに符号を格納する場合都合がいい等のメ
リットがある。
【0003】このような従来例として特許番号第260
8284号や特許番号第2608285号の特許公報に
記載された技術がある。第2608284号公報記載の
技術では、まず画像をブロックに分割し輝度について
は、平均と分散と各画素の勾配を表す情報への変換を行
い、色差については平均値への変換を行う。輝度の分散
値が所定値を上回っているブロックは輝度エッジ領域と
して、輝度の各画素勾配情報を増やし、その分色差の平
均値情報を減らしている。逆に、輝度の分散値が所定値
を下回っているブロックは輝度非エッジ領域として、輝
度の各画素勾配情報を減らし、その分色差の平均値情報
を増やしている。
【0004】また、第2608285号公報記載の技術
では、輝度色差ともほぼ同様の変換を行っている。ただ
しブロック中で色差のばらつきが大きいときは、各画素
をその色差値によって2つに分類し、それぞれの色差平
均値を求める。このように色差のばらつきが大きいブロ
ックは、色差エッジ領域として、色差の平均値情報を2
つに増やし、その分輝度の平均値や分散値情報を減ら
す。逆に、色差のばらつきが小さいブロックは、色差非
エッジ領域として、色差の平均値情報を1つに減らし、
その分輝度の平均値や分散値情報を増やしている。両技
術とも、領域に応じビット配分を変えつつも、輝度色差
合計のビット数は固定なので、高効率でデータアクセス
も容易な符号化方法となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の特許第2608
284号では、輝度について2領域(エッジ領域、非エ
ッジ領域)に分離しており、特許第2608285号で
は、色差について2領域(エッジ領域、非エッジ領域)
に分離している。しかし実際のカラー画像では、輝度の
2領域と色差の2領域は全く独立に出現する。すなわち
輝度と色差について、4領域が存在することになる(図
3に示すように以後この4領域を[1、0、0]領域、
[1、0、1]領域、[1、1、0]領域、[1、1、
1]領域とする)。この4領域について上述の従来方式
をそのまま当てはめることは、必ずしもよい結果が生じ
るとは限らない。
【0006】例えば、[1、0、0]領域と[1、0、
1]領域は、輝度についていえば、同じ非エッジ領域だ
が、色差については非エッジ領域とエッジ領域で異なっ
ている。ここに上記特許第2608285号を適用した
場合、[1、0、1]領域は輝度のビット配分を減ら
し、色差のビット配分を増やすこととなる。これは色差
にとっては好ましいことだが、輝度にとっては、好まし
くなく、階調不足による画質劣化を招く。すなわち色差
の2領域について、変えるべきことは、輝度/色差のビ
ット配分ではなく、色差の変換方法なのである。色差の
エッジ領域は、非エッジ領域に対し、輝度と色差のビッ
ト配分はたとえ同じであっても、色差の平均値を1つで
なく2つ作る等、変換方法を変えた方が望ましい。
【0007】また、特許第2608284号では、輝度
データを平均、分散、各画素勾配に変換しているが、こ
れも後述する本発明の変換方式に比べれば、符号化効率
の点で劣ったものである。そこで、本発明の目的は、カ
ラー画像データについて、高い符号化効率を有し、符号
データへのアクセスが容易な画像符号化装置を提供する
ことである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、輝度と色差で表されたカラー画像データを、複数の
ブロック単位に処理する画像符号化装置であって、ブロ
ック内データに基づき、該当ブロックを複数の領域に分
ける分離手段と、この分離手段で輝度データ、色差デー
タそれぞれについて分離を行い、その結果ブロックが複
数の領域に分離され、分離された各領域毎にそれぞれ異
なる符号化を行う符号化手段と、この符号化手段による
符号化を行う際、輝度データと色差データのブロックあ
たりの合計符号長が、全領域すべてで同一であるよう符
号長を調整する符号長調整手段とを備えたことにより、
前記目的を達成する。
【0009】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明において、前記符号化手段が、ブロック内データ
を、低周波、縦方向の高周波、横方向の高周波、斜め方
向の高周波の4種類の周波数の係数に変換する変換手段
と、この変換手段の出力係数に対し、前記分離手段の結
果によってそれぞれ異なる量子化を施す量子化手段とを
備えたことにより、前記目的を達成する。
【0010】請求項3記載の発明では、請求項1記載の
発明において、前記分離手段は、ブロック内データの値
のばらつきの大小を判定し、この判定結果に応じて該当
ブロックを複数の領域に分離することにより、前記目的
を達成する。
【0011】請求項4記載の発明では、請求項1記載の
発明において、前記分離手段が、ブロック内データの値
のばらつきの大小を判定し、この判定結果に応じて該当
ブロックを複数の領域に分ける第1の分離手段と、ブロ
ック内画素の色の度合いを判定し、この判定結果に応じ
て該当ブロックを複数の領域に分ける第2の分離手段と
備え、輝度データ、色差データそれぞれについて、前記
第1の分離手段による分離を行い、色差データについ
て、前記第2の分離手段による分離を行うことにより、
前記目的を達成する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図ないし図5を参照して詳細に説明する。図1は、本
実施の形態に係る符号化部(送信側)のブロック図であ
る。この図において、RGBカラー画像データは、まず
YCbCrカラーデータに変換される。変換式を以下に
示す。
【0013】
【数1】 Y=0.299R+0.587G+0.114B Cr=1/(2(1−0.299))(R−Y) Cb=1/(2(1−0.114))(B−Y)
【0014】ちなみに逆変換式は以下の通りである。
【0015】
【数2】R=Y+2(1−0.299)Cr B=Y+2(1−0.114)Cb G=(Y−0.299R−0.114B)/0.587
【0016】上記式において、Yは輝度を表す情報であ
り、Cb、Crは色差を表す情報である。一般にRGB
からYCbCrに変換することで、信号のエントロピー
を低減させることができ、符号化効率を高めることがで
きる。
【0017】次にY、Cb、Cr信号はそれぞれ、2×
2画素のブロック毎にサブバンド変換部へと送られる。
図2は画像データに対するサブバンド変換の例を表して
いる。元画像のまず水平方向にローパスフィルタS
(n)、ハイパスフィルタD(n)をかけ、続いて垂直
方向にも同様の処理をそれぞれ施し、水平高域HL、垂
直高域LH、対角高域HH、低域LLの4つの周波数帯
域信号が生成される。サブバンド変換式の例として最も
簡単な変換式を以下に示す。
【0018】
【数3】LPF S(n)=|(x(2n)+x(2n
+1))/2| HPF D(n)=x(2n)−x(2n+1)
【0019】低域係数は4画素の平均値と同じである。
各高域係数はそれぞれの方向のエッジ度合いを表してお
り、その絶対値が大きいほど、該当ブロックに急峻なエ
ッジが含まれていることを示している。斜め方向のエッ
ジは、水平、垂直方向のエッジに比べ感知しにくいとい
う視覚特性が知られている。このため対角高域係数は水
平、垂直高域係数に比べ、画質上の重要度が低いと言え
る。この特性を利用して、後述する量子化の過程では、
対角高域係数で、より多くの情報を削減することが可能
となる。このような視覚的冗長性が削減可能な分、本実
施の形態のサブバンド変換は、従来の変換方法(平均、
分散、各画素の勾配への変換)より効果的な変換方法で
ある。
【0020】高域係数はエッジ度合いを表しているの
で、例えば次式のような条件を満たしているブロックを
エッジ領域、満たしていないブロックを非エッジ領域と
分別することができる。
【0021】
【数4】輝度エッジ:{|LHy|>16 or|HL
y|>16 or|HHy|>32} 色差エッジ:{|LHcb|>16 or|HLcb|>1
6 or|HHcb|>32 or|LHcr|>16 o
r|HLcr|>16 or|HHcr|>32}
【0022】輝度についてエッジ、非エッジ2領域、色
差についても同様に2領域に分離するので、組み合わせ
として4通りの領域分離が可能となる。また、色差を表
すCb、Crが共に0の場合、無彩色領域、そうでなけ
れば有彩色領域と判断し、さらに2領域の分離が行え
る。図3に示す例では、これらの組み合わせで、合計5
通りの領域分離を行っている。図1における領域分離部
は、この分離を行う部分である。分離結果(3bit/
block)は、各量子化部へ伝達されると共に、最終
的に生成される符号の一部となる。
【0023】低域係数は線形または非線形粒子化される
ことで所定数にまでビット数が削減される。YCbCr
色空間は、均等色空間ではないので、色差については、
非線形の量子化を行う。図4は、低域係数の量子化特性
を示した図である。像域分離部の出力に基づき、予め用
意された複数の量子化特性の中から1つが選択される。
それに応じ量子化出力のビット数が変化する。例えば輝
度の低域係数は、[1、0、0]領域、[1、0、1]
領域で8ビットだが、[1、1、0]領域、[1、1、
1]領域では4ビットとなる。入力8ビットで出力も8
ビットということは、実は量子化処理を全く行っていな
いことである。
【0024】高域係数はベクトル量子化される。水平高
域、垂直高域、対角高域で3次元のベクトル量子化を行
う。図5は、ベクトル量子化の例を示した図である。こ
こでは説明の便宜のため、水平高域と垂直高域の2次元
のベクトル量子化を示してある。図5中のプロットは量
子化代表点を表している。図示はしないが、対角高域方
向の量子化代表点は、他の方向に比べ少なくなってい
る。高域係数も同様に領域分離部の出力に基づき、量子
化特性が選択され、量子化出力のビット数が変化する。
例えば輝度の高域係数は、[1、1、0]領域、[1、
1、1]領域では6ビットだが、[1、0、0]領域、
[1、0、1]領域では0ビットとなる。ここで、出力
0ビットとは、生成された高域係数を破棄することであ
る。
【0025】無彩色[0、0、0]領域では輝度の情報
のみが必要とされる。本実施の形態では、輝度のサブバ
ンド変換係数は用いず、ブロック内4画素の輝度値その
ものを、それぞれ線形量子化している。このようにして
得られた量子化出力と、領域分離結果はブロック単位に
合体され、圧縮符号となる。合体された圧縮符号長は、
5領域どれでも常に同一となっている。ブロックあたり
の符号長が固定なので、画像の全圧縮符号の中から、任
意のブロックの符号を取り出す場合、そのアドレス計算
が容易となる。また圧縮前から該当画像の全符号長を知
ることができる。この例によると、符号化前にはブロッ
クあたりの情報量は96ビットであったが、これを符号
化して27ビットとし、圧縮率28%を達成している。
【0026】上述の例では、RGBカラーデータをYC
bCrに変換していたが、テレビジョンで用いられるY
IQ空間でも、L*、a*、b*空間であってももちろ
んよい。また、領域分離をサブバンド変換による高域係
数に基づいて行っていたが、他にもサブバンド変換前の
輝度値、色差値のばらつき度合い(例えばブロック内の
最大値と最小値の差など)で行なうこともできる。画素
ブロックの大きさも、本例では2×2であったが、2×
2以上であっても差し支えない。
【0027】
【発明の効果】請求項1の発明では、ブロック単位で固
定長の符号化を行うため、画像メモリに格納する際には
画素の画像内の位置関係を維持でき、従って画像の大き
さによって必要な画像メモリの量が一意に決定すること
が可能である。また、このカラー画像に対して画像処理
を施す際にも周辺近傍画素の情報を容易に得ることが可
能になり、かつブロック単位で処理が可能なので画像処
理の高速化が行える。さらに、この発明では、輝度と色
差それぞれの領域特性に基づき、それぞれ最適なビット
配分を行うことができるので、人間の視覚特性を生かし
た視覚的劣化の少ない高能率な符号化が可能となる。
【0028】請求項2記載の発明では、サブバンド変換
により生成した、水平、垂直、対角の各高域係数につい
て、それぞれ異なる比重で量子化を行うことができるの
で、さらに高能率な符号化が可能となる。
【0029】請求項3記載の発明では、分離手段がブロ
ック内データの値のばらつきの大小を判定し、この判定
結果に応じて該当ブロックを複数の領域に分離するの
で、カラー画像データについて、高い符号化効率を達成
することができる。請求項4記載の発明では、カラー画
像中の無彩色領域を分離することができるので、出現頻
度の高い黒文字などの領域について、高画質な符号化を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像符号化装置の構成例を示した図で
ある。
【図2】画像信号に対するサブバンド変換の例を示した
図である。
【図3】領域別のビット配分の例を示した図である。
【図4】低域係数の量子化の具体例を示した図である。
【図5】高域係数の量子化の具体例を示した図である。
フロントページの続き Fターム(参考) 5C057 AA06 CA01 DA05 DA06 EA01 EA02 EA07 EM07 EM16 EM17 GC09 GC10 GL02 5C077 LL18 PP01 PP28 PP31 PP32 PP41 PP43 PP68 RR21 5C078 AA09 BA42 CA01 DA06 DB00 5C079 HB00 HB01 HB11 LA00 LA01 LA10 LA26 LA31 NA11 9A001 EE04 HH27 HH31 KZ42

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 輝度と色差で表されたカラー画像データ
    を、複数のブロック単位に処理する画像符号化装置であ
    って、 ブロック内データに基づき、該当ブロックを複数の領域
    に分ける分離手段と、 この分離手段で輝度データ、色差データそれぞれについ
    て分離を行い、その結果ブロックが複数の領域に分離さ
    れ、分離された各領域毎にそれぞれ異なる符号化を行う
    符号化手段と、 この符号化手段による符号化を行う際、輝度データと色
    差データのブロックあたりの合計符号長が、全領域すべ
    てで同一であるよう符号長を調整する符号長調整手段と
    を備えたことを特徴とする画像符号化装置。
  2. 【請求項2】 前記符号化手段が、ブロック内データ
    を、低周波、縦方向の高周波、横方向の高周波、斜め方
    向の高周波の4種類の周波数の係数に変換する変換手段
    と、 この変換手段の出力係数に対し、前記分離手段の結果に
    よってそれぞれ異なる量子化を施す量子化手段とを備え
    たこと特徴とする請求項1記載の画像符号化装置。
  3. 【請求項3】 前記分離手段は、ブロック内データの値
    のばらつきの大小を判定し、この判定結果に応じて該当
    ブロックを複数の領域に分離することを特徴とした請求
    項1記載の画像符号化装置。
  4. 【請求項4】 前記分離手段が、ブロック内データの値
    のばらつきの大小を判定し、この判定結果に応じて該当
    ブロックを複数の領域に分ける第1の分離手段と、 ブロック内画素の色の度合いを判定し、この判定結果に
    応じて該当ブロックを複数の領域に分ける第2の分離手
    段とを備え、 輝度データ、色差データそれぞれについて、前記第1の
    分離手段による分離を行い、 色差データについて、前記第2の分離手段による分離を
    行うことを特徴とする請求項1記載の画像符号化装置。
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US9727951B2 (en) 2009-04-14 2017-08-08 Canon Kabushiki Kaisha Image processing apparatus and method for controlling the apparatus

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