JP2606319B2 - 画像データの量子化回路 - Google Patents

画像データの量子化回路

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、画像データを圧縮符号化するのに適用さ
れる画像データの量子化回路に関する。
〔発明の概要〕 この発明では、画像データを所定のビット数の量子化
コードで表現するための画像データの量子化回路であっ
て、 注目画素の真値と、注目画素の周辺画素の真値とから
空間的な変化量を検出され、周辺画素の量子化コードの
復号値に対する空間的な変化量が検出された差と最も近
接して復号代表値を求め、復号代表値に対応する量子化
コードを選択されることにより、 復号画像において視覚的に目立つノイズの発生が防止
される。
〔従来の技術〕
ディジタル化された画像データの各画素(サンプル)
のビット数を画像信号の相関を利用して低減する符号化
方式が種々提案されている。本願出願人は、特願昭59−
266407号明細書に記載されているように、2次元ブロッ
ク内に含まれる複数画素の最大値及び最小値の差である
ダイナミックレンジを求め、このダイナミックレンジに
適応した符号化を行う高能率符号化装置を提案してい
る。また、特願昭60−232789号明細書に記載されている
ように、複数フレームに各々属する複数の領域の画素か
ら形成された3次元ブロックに関してダイナミックレン
ジに適応した符号化を行う高能率符号化装置が提案され
ている。更に、特願昭60−268817号明細書に記載されて
いるように、量子化を行った時に生じる最大歪みが一定
となるように、ダイナミックレンジに応じてビット数が
変化する可変長符号化方法が提案されている。
これらのダイナミックレンジに適応した符号化(以
下、ADRCと略す。)は、1画面の分割した小領域(ブロ
ック)では、画像が強い相関を有していることを利用し
て1画素当たりのビット数を低減する高能率符号化方法
である。即ち、ブロック内の最小値又は最大値と各画素
のレベルとの差が元のレベルより小さくなり、この差を
元のビット数より少ないビット数で量子化することが可
能となる。
この発明は、上述のADRCにおける最大値又は最小値で
正規されたレベルの量子化に適用できるものである。但
し、この発明は、ADRCに限定されるものでなく、ディジ
タル画像信号を所定のビット数で表現する量子化回路で
あれば、ADRCと同様に適用できる。
第4図に示すように、2ビットの量子化を行うADRCで
は、最大値MAX及び最小値MINの差であるブロックのダイ
ナミックレンジDRが4個のレベル範囲に均等に分割さ
れ、最小値MINが除去された後の画素の値がレベル範囲
と夫々対応する2ビットの量子化コードで表現される。
復号側では、ダイナミックレンジDRと量子化コードから
各レベル範囲の中央の復号代表レベルI0〜I3の一つを復
号し、復号された値に最小値MINが加算されることで、
ブロック内の画素データが復元される。
第5図は、ADRCにおける量子化の一例を示す。第5図
は、水平方向に連続する6個の画素で1ブロックが構成
される1次元ADRCの例を示し、○で示すデータがブロッ
ク内の画素の真値であり、従って、実線41で示される水
平方向の変化を有している。上述の2ビットのADRCで符
号化された場合では、復号側で×で示す復元レベルが得
られ、復元画像において、破線42で示す信号の変化が生
じる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の量子化では、量子化誤差を小さくし、S/Nを良
好とするために、元の画素のレベルが最も近い復号代表
レベルに置換されている。しかしながら、定量的に良好
であっても、視覚的に目立つ劣化が復元画像に生じるこ
とがある。第5図に示す例では、元のなだらかな水平方
向の変化41が復元後には、激しい変化42となり、復元画
像において、視覚的に目立つノイズが発生する。このノ
イズは、弱電界時のテレビジョン受信画像に発生するス
ノーノイズを細かくしたようなもので、ジロジロしたノ
イズである。このような問題が発生するのは、人間が画
像を認識する時に、画像の微分特性に敏感なことに基づ
いている。
従って、この発明の目的は、定量的な誤差が増えると
しても、元の画像信号の空間的な変化を保存することが
でき、復元画像の画質を視覚的に良好とできる画像信号
の量子化回路を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
この発明では、画像データを所定のビット数の量子化
コードで表現するための画像データの量子化回路であっ
て、 注目画素の真値と、注目画素の空間的な周辺画素の真
値とから空間的な変化量を検出する回路1と、 周辺画素の量子化コードの復号値に対する空間的な変
化量が検出された空間的な変化量と最も近接して復号代
表値を求め、復号代表値に対応する量子化コードを選択
する回路14〜17、18、20〜23、28〜32と が備えられている。
〔作用〕
注目画素の真値x1と周辺画素例えば前の画素の真値x0
との差(水平方向の変化量)Δr(=x1−x0)が減算回
路11で検出される。画素x0の復号レベルX0がローカルデ
コーダ32と遅延回路とにより生成される。また、4個の
復号代表レベル(I0+MIN、I1+MIN、I2+MIN、I3+MI
N)がローカルデコーダ28、29、30、31で生成される。
減算回路20〜23において、復号代表レベルと復号レベル
X0との差(予測変化量)Δ0、Δ1、Δ2、Δ3が演算
される。即ち、 Δ0=(I0+MIN)−X0 Δ1=(I1+MIN)−X0 Δ2=(I2+MIN)−X0 Δ3=(I3+MIN)−X0 これらの4個の差の中で、元の画像データが有してい
た変化量Δrと最も近接した変化量が検出される。この
ため、減算回路14〜17において、(β0=Δr−Δ0)
(β1=Δr−Δ1)(β2=Δr−Δ2)(β3=Δ
r−Δ3)の減算処理がされ、最小の減算出力が検出さ
れ、この検出に応じた量子化コードがコード選択回路19
で選択される。つまり、0との差分が最小の場合には、
(00)の量子化コードが選択され、以下、同様にして
(01)(10)(11)の量子化コードが選択される。
上述のように、元の画像データの持つ空間的な変化量
と最も近い変化量を復元された画像信号が持つように、
量子化を行うので、復元画像の画質の視覚的な劣化を防
ぐことができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例について、図面を参照して
説明する。
第1図において、1で示す入力端子には、例えば1画
素(1サンプル)が8ビットに量子化されたディジタル
ビデオ信号が供給される。ブロック化回路2により、入
力ディジタルビデオ信号のデータの順序が走査順序から
ブロックの順序に変換される。例えば1フレームの画面
が細分化され、第2図に示すように、(4×4=16画
素)のブロックが構成される。第2図において、N−1
は、前のブロックを示し、Nが符号化しようとする注目
ブロックを示している。ブロック内では、図面に向かっ
て見て左端の一番上の画素のデータが最初に伝送され、
次に、水平方向に並ぶ3個の画素のデータが伝送され、
更に、2番目のラインにおいて、同様にデータが伝送さ
れ、最後に右端の一番下の画素のデータが伝送される。
ブロック化回路2の出力信号が最大値及び最小値検出
回路3と供給され、各ブロックに含まれる画素の最大値
及びMAX及び最小値MINが夫々検出される。最大値MAX及
び最小値MINか減算回路4に供給され、両者の差である
ダイナミックレンジDRが算出される。ダイナミックレン
ジDR及び最小値MINがフレーム化回路5に供給される。
フレーム化回路5では、ダイナミックレンジDR、最小値
MIN及び後述する量子化コードDTがフレーム構成の信号
形態に変換され、また、必要に応じてエラー訂正符号化
の処理がなされる。フレーム化回路5の出力端子6に送
信データが得られる。
ブロック化回路2の出力信号が遅延回路7、8及び9
を介してセレクタ10の一方の入力端子に供給される。遅
延回路8の出力信号がセレクタ10の他方の入力端子に供
給される。遅延回路7の出力信号とセレクタ10の出力信
号とが減算回路11に供給され、元の画素データ(真値)
の水平方向の差分Δrが算出される。注目画素の真値を
x1とし、1サンプリング周期前の画素の真値をx0とする
と、(Δr=x1−x0)と表される。
遅延回路7の遅延量DL1は、最大値及び最小値が検出
されるのに必要な時間と対応している。遅延回路8の遅
延量DL2は、画素の水平方向の間隔、即ち、1サンプル
周期と対応している。従って、1サンプル前の画素のデ
ータと符号化しようとする注目画素のデータとの水平方
向の差分Δrが減算回路11から発生する。
但し、ブロックの左端の列の画素の場合、ブロック内
に前の画素のデータが存在しないので、前のブロックN
−1の右端の画素のデータを使用して差分を形成する必
要がある。セレクタ10は、ブロック内の左端の画素が減
算回路11に供給される時に、遅延回路9からの前のブロ
ックの右端の画素のデータを選択する。遅延回路9の遅
延量DL3が(1ブロック周期−3サンプル周期)に設定
されている。セレクタ10は、セレクト信号発生回路12か
らのセレクト信号で制御される。セレクト信号発生回路
12には、端子13からのクロック信号(サンプリングクロ
ック及びブロッククロック)が供給され、上述のよう
に、セレクタ10を制御するセレクト信号が形成される。
減算回路11からの画像データの真値の差分Δrが減算
回路14、15、16、17に供給される。これらの減算回路14
〜17の出力信号β0、β1、β2、β3が最小値検出回
路18に供給され、最小の出力信号が検出される。最小値
検出回路18の検出信号がコード選択回路19に供給され、
2ビットの量子化コードDTがコード選択回路19から発生
する。量子化コードDTは、フレーム化回路5を介して伝
送される。コード選択回路19では、復号代表レベルI0、
I1、I2、I3の夫々対応する2ビットの量子化コード(0
0)(01)(10)(11)の一つが選択される。
コード選択回路19の選択動作は、下記のものである。
β0が最小の場合、量子化コードDTとして、(00)が
選択される。
β1が最小の場合、量子化コードDTとして、(01)が
選択される。
β2が最小の場合、量子化コードDTとして、(10)が
選択される。
β3が最小の場合、量子化コードDTとして、(11)が
選択される。
減算回路14〜17に対して、減算回路20、21、22、23か
ら信号Δ0、Δ1、Δ2、Δ3が供給される。これらの
信号Δ0〜Δ3は、注目画素の前の画素の復号レベル
(X0)と4個の復号代表レベルとの夫々の差であり、予
測変化量である。減算回路14〜17及び最小値検出回路18
は、信号Δ0〜Δ3の中で、画像データの真値の水平方
向の差分Δrと最も近いものを検出している。即ち、元
の画像信号の水平方向の信号変化と最も近い変化を生じ
させる復号代表レベルと対応する量子化コードDTが注目
画素に関して選択される。
減算回路20〜23には、ローカルデコーダ28、29、30、
31で形成された復号代表レベル(MIN+I0)(MIN+I1)
(MIN+I2)(MIN+I3)が供給される。これらの復号代
表レベルを発生させるために、ローカルデコーダ28〜31
に、ダイナミックレンジDR及び最小値MINが供給され、
また、端子24、25、26、27から2ビットの量子化コード
(00)(01)(10)(11)が夫々供給される。ローカル
デコーダ28〜31及び32は、ダイナミックレンジDR及び量
子化コードDTがアドレスとして供給されるROMで構成さ
れ、ROMから読み出されたデータに対して最小値MINが加
算される。
注目画素の前の画素の復号レベルX0がローカルデコー
ダ32と遅延回路33、34、35とセレクタ35とにより形成さ
れる。ローカルデコーダ32には、コード選択回路19から
の量子化コードDTが供給され、ローカルデコーダ32から
注目画素の復号レベルが発生する。この復号レベルが1
サンプリング周期の遅延量DL2を持つ遅延回路33を介し
てセレクタ35の一方の入力端子に供給される。遅延回路
33の出力信号が(1ブロック周期−3サンプリング周
期)の遅延量DL3を持つ遅延回路34を介してセレクタ35
の他方の入力端子に供給される。セレクタ35は、前述の
セレクタ10と同様に、セレクト信号発生回路12からのセ
レクト信号で制御される。
遅延回路33、34及びセレクタ35は、前述の遅延回路
8、9及びセレクタ10と同様にして、注目画素x1の前の
画素xの復号レベルX0を発生する。この復号レベルが減
算回路20〜23に供給される。従って、減算回路20〜23か
ら夫々発生する信号Δ0〜Δ3は、下記のように、4個
の復号代表レベルと前の画素の復号レベルX0との予測さ
れた差分である。
Δ0=(I0+MIN)−X0 Δ1=(I1+MIN)−X0 Δ2=(I2+MIN)−X0 Δ3=(I3+MIN)−X0 減算回路14〜17では、 β0=Δr−Δ0 β1=Δr−Δ1 β2=Δr−Δ2 β3=Δr−Δ3 の出力信号が形成される。最小値検出回路18により、β
0〜β3の中で最小のものが検出されるので、予測変化
量が真値の変化量Δrに最も近い量子化コードがコード
選択回路19により選択される。
上述の実施例における水平方向の差分に限らず、水平
方向、垂直方向及び斜め方向等の2次元的変化を忠実に
表現するように、量子化を行うことも、効果的である。
例えば第3図に示すように、注目画素のレベルがxであ
り、その上、左及び斜め上の周辺画素のレベルが夫々a,
b,cである場合に、注目画素の真値の変化量Δr及び予
測変化量Δi(i=0,1,2,3)が周辺画素のレベルの平
均値と注目画素のレベルとの差分として求められる。即
ち、 Δr=(3x−a−b−c) Δr=(3Ii−A−B−C) (但し、A,B及びCは、a,b,cに関して得られた量子化コ
ードを夫々復号したレベルである。) Δrに最も近いΔiを生じさせる量子化コード信号が
選択される。
空間内の変化量を求めるためには、平均値に限らず、
空間的な予測で求められた予測値を使用しても良い。即
ち、予測値をx′とすると、 x′=b+1/2(c−a) Δr=x−x′=x−b−1/2(c−a) Δi=Ii−B−1/2(C−A) そして、上述と同様に、Δrに最も近いΔiを生じさ
せる量子化コード信号が選択される。
また、この発明は、可変長のADRC、3次元ブロックの
ADRC等の他の高能率符号における量子化回路に対して適
用できる。
〔発明の効果〕
この発明が第5図に示される実線41で示す変化を持つ
画像信号に適用された場合に、各画素のデータは、□で
示す復号代表レベルを持つように量子化され、従って、
復元画像の変化は、一点鎖線43で示すように、元の画像
信号と同様に、なだらかな変化を有するものとなる。こ
のように、この発明は、元の画像信号の空間的な変化を
保存することができるので、復元画像で視覚的に目立つ
ノイズが発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例のブロック図、第2図はブ
ロックの一例の略線図、第3図は空間内変化の検出の説
明に用いる略線図、第4図は量子化の説明に用いる略線
図、第5図は量子化の一例の略線図である。 図面における主要な符号の説明 1:ディジタルビデオ信号の入力端子、 11:真値の変化量を発生する減算回路、 18:最小値検出回路、 19:コード選択回路、 20、21、22、23:予測変化量を発生する減算回路、 28、29、30、31、32:ローカルデコーダ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画像データを所定のビット数の量子化コー
    ドで表現するための画像データの量子化回路であって、 注目画素の真値と、上記注目画素の周辺画素の真値とか
    ら空間的な変化量を検出する手段と、 上記周辺画素の量子化コードの復号値に対する空間的な
    変化量が上記検出された空間的な変化量と最も近接した
    復号代表値を求め、上記復号代表値に対応する量子化コ
    ードを選択する手段と を備えたことを特徴とする画像データの量子化回路。
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