JP3292221B2 - 画像圧縮符号化方法 - Google Patents
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Description
PEG方式の画像圧縮に適用して好適な画像圧縮符号化
方法に関する。
て、JPEG方式が知られている。この方式において
は、図14に示すように、先ず、画像データはDCT変
換器1に供給され、入力画像が、例えば水平方向×垂直
方向=8×8画素のブロックに分割され、ブロック毎
に、DCT(離散コサイン変換)により直交変換され
る。このDCT変換器1からは、各ブロックの8×8
(=64)個の画素データに対する8×8(=64)個
のDCT係数が得られる。
量子化器2に供給されて、係数位置ごとに異なるステッ
プサイズで線形量子化され、不可逆圧縮される。この量
子化器2の出力データは、スキャン変換器3に供給され
て、図15に示すように、ジグザグスキャン等により、
スキャン変換して、係数を低域から高域の順に並べ変え
る。
数は、元のデータブロックの平均レベルを表わすDC係
数であり、他は画素データブロック内の交流成分を表わ
すAC係数である。AC係数に関しては、図15の横方
向が、水平方向の空間周波数成分であり、縦方向が、垂
直方向の空間周波数成分である。
は、可変長符号化器4に供給されて、可逆符号化され
る。そして、その符号化データが伝送される、あるいは
テープやディスクに記録される。
符号や算術符号化が用いられるが、DC係数と、AC係
数とでは、符号化の手順が異なる。以下に、ハフマン符
号の場合の例について説明する。
された同一色成分のブロックのDC係数との差分が求め
られ、その差分値が予め定められているグループ化のた
めのテーブルにしたがってグループ化される。そして、
そのグループ化により決定されたグループ番号と、その
グループ内のどの値(何番目の値)であるかを示す付加
ビットで、そのDC係数が表現される。グループ番号
は、1次元のハフマン符号テーブルを用いて符号化さ
れ、このグループ番号のハフマン符号の後に付加ビット
が付けられる。
ック図を示している。すなわち、スキャン変換器3によ
りジグザグスキャンされたAC係数は、先ず、ゼロ判定
部41で、その係数がゼロか否か判定される。ゼロであ
るAC係数は、無効係数と呼ばれ、また、ゼロ以外のA
C係数は、有効係数と呼ばれる。
係数がゼロであると判別されたとき、すなわち、無効係
数は、ランレングスカウント部42に供給され、連続し
てゼロとなるAC係数の数(長さ)が、ゼロランレング
ス(以下、ゼロランと略称する)としてカウントされ
る。そして、求められたゼロランは、2次元ハフマン符
号化部44に供給される。
ないと判定されたとき、すなわち、有効係数は、その係
数はグループ化部43に供給され、予め出現頻度に応じ
て作成されている図17のグループ化テーブルにしたが
ってグループ化される。このグループ化によりAC係数
は、その係数が属するグループ番号Noと、そのグルー
プ内のどの値(何番目の値)であるかを示す付加ビット
Addとに分けられる。そして、グループ番号Noは、2
次元ハフマン符号化部44に供給される。
ゼロのランレングスと、係数ゼロの連続を止めた有効係
数の属するグループ番号Noとから、2次元ハフマン符
号化を行う。図18に、2次元ハフマン符号化の構成を
示す。AC符号化テーブル45には、この図18の構成
における各(ゼロラン/グループ番号)に対応するハフ
マン符号の対応表が蓄えられており、1つの有効係数ご
とに、その有効係数までのゼロランと、そのグループ番
号Noとから、AC符号化テーブル45からハフマン符
号が取り出される。この場合、AC符号化テーブルは、 (ゼロランレングス数)×(グループ番号数)=16×
16=256個 のハフマン符号からなる。
らは、1つの有効係数ごとにハフマン符号が得られ、こ
の各有効係数ごとのハフマン符号に、グループ化部43
からの当該有効係数についての付加ビットAddが付け加
えられてものが、AC係数についての符号化出力とし
て、可変長符号化器4から出力される。
には、最終有効係数に対する符号の次にEOB(End Of
Block)を付けて、ブロックを終了させる。ブロック内
の最後のAC係数がゼロ以外のときには、EOBは付け
ない。また、無効係数のランレングスが15を越える場
合には、無効係数のランレングス16を表わすZRL
を、残りのゼロランが15以下になるまで続けて出力し
た後に、残りのゼロランに応じて図18の構成にしたが
った2次元符号化をして、対応するハフマン符号を得
る。
JPEG方式で採用されているAC係数についての2次
元ハフマン符号は、ゼロランと有効係数が属するグルー
プ番号の組合せで符号化を行うものである。
C符号化テーブルは、色成分ごとに切り換えて用いるこ
とはできるが、各色成分で使用するAC符号化テーブル
は一つしかないので、入力画像の性質によって最適なテ
ーブルとはならない。このため、上記最適のAC符号化
テーブルとの差が大きいと圧縮効率が落ちることがあ
る。
ブルは異なるので、圧縮率の適用範囲が限定されて、そ
の適用範囲幅が狭い。また、符号化テーブルが比較的大
きく、最大符号長が長いので、符号化テーブルを格納す
るために大容量のメモリが必要になる。
IR Rec.723)に採用されているB2符号がある。この
B2符号は、ゼロランと有効係数を、1次元の一つのテ
ーブルで符号化するものである。このB2符号は復号が
容易という特徴をもつが、圧縮効率が低く、最大符号長
も長い。
高く、また、AC符号化テーブル用のメモリの容量も小
さくすることができる画像圧縮符号化方法を提供するこ
とを目的とする。
め、この発明による画像圧縮符号化方法は、画像データ
をブロック分割し、各ブロック毎に直交変換し、その直
交変換により得られた係数を相関が出やすい方向にスキ
ャンして、順番を並び変え、上記係数を複数個にグルー
プ化し、上記グループ番号に対応して複数個の符号化テ
ーブルを予め用意しておき、各係数を上記符号化テーブ
ルを用いて可変長符号化するに際し、符号化しようとす
る係数の直前の係数が属していたグループの番号に応じ
て使用する符号化テーブルを切り換えるようにしたこと
を特徴とする。
のグループ化のグループ番号に対応して複数個を用意す
る。グループ数と等しい個数の符号化テーブルは用意す
る必要はなく、複数のグループ番号に、1個の符号化テ
ーブルを対応させるようにしておいてもよい。
スキャンされて、相関が出やすい順番に並び変えられて
いる。この係数がグループ化される。そして、その係数
は、その係数の直前の係数が属していたグループ番号を
参照して、そのグループ番号により符号化テーブルを切
り換える。この切り換えにより、複数個の符号化テーブ
ルの中の最適なものを選定することができ、効率的な符
号化が行われる。
画像圧縮符号化方法の一例の概要について説明する。以
下に説明する例では、上述したJPEG方式の画像圧縮
符号化の場合に、DCT変換後のAC係数に関して、グ
ループ番号を参照しながら符号化テーブルを切り換える
ようにする。
フマン符号は、1つの固定した符号化テーブルにより符
号化する。しかし、固定テーブルとするよりも、符号化
テーブルをいくつか用意し、そのテーブルの中で最適な
ものを選び符号化する方が、より効率的な符号化が可能
となる。
ト(Wavelet )変換された係数をジグザグスキャンや低
帯域から順にスキャンするとき、スキャン順の係数間に
次の3つの相関が予想される。
近い係数が連続する。
発生しやすい。
いほど発生しやすい。
のスキャン順の係数間の相関を活かす方法であって、以
下に示す例では、ジグザグスキャン後のAC係数の符号
化に際しては、前値を参照して符号化テーブルを切り換
えるという手段を採る。
くするため、2次元ハフマン符号と同様なグループ化を
行なう。ただし、グループ化は1次元で行ない、ゼロラ
ンもグループ化する。そして、同じグループ内のデータ
は2次元ハフマン符号と同様に付加ビットを付けて区別
する。
とAC係数の有効係数についてのグループ化のためのテ
ーブルTgを示す。この例の場合には、グループ番号
「0」にはEOBが割り当てられている。そして、グル
ープ番号「1」〜「6」には、ゼロランがグループ化さ
れて割り当てられる。そして、グループ番号「7」〜
「17」には、有効係数がグループ化されて割り当てら
れている。付加ビットは、前述と同様に、ゼロラン及び
有効係数が、グループ内の何番目であるかを示すもの
で、最大11ビットとなる。
図17に示したように、AC係数の付加ビットは最長1
5ビットであるのに対して、図2の例のテーブルTgの
場合には、付加ビットの最長は、11ビットであり、小
さくなる。なお、ハフマン符号の最長ビットは、後述も
するように、従来と同様に16ビットである。
化テーブルはグループの数に応じた数だけ用意する。こ
の符号化テーブル群GT1の例を図3〜図9までのテー
ブルT0〜T17に示す。この符号化テーブルT0〜T
17は、それぞれ直前の係数のグループ(以下、これを
前グループと呼ぶ)がグループ0〜17であるもので、
次のようにして作成する。
数のグループ毎に、その次の係数に発生しやすい係数グ
ループほど短いハフマン符号が割り当てられて形成され
ている。すなわち、量子化されたDCT係数について、
各ブロック毎にAC係数のみスキャンするとき、それぞ
れのAC係数は、図2のグループ化テーブルTgによ
り、グループ0〜17のどれかのグループに分けられ
る。そして、それぞれのグループi(i=0〜17)の
次に続くAC係数のグループの発生頻度を調べる。そし
て、発生頻度の高いAC係数のグループほど、短い語長
の符号(ハフマン符号)を割り当てる。
やトレーニングデータを用いて行い、目標とする圧縮率
で圧縮効率が最大になるように最適化することが望まし
い。また、輝度信号と色差信号は、発生する係数の分布
が異なるので、別の符号化テーブルの群を用意する方が
効率がよい。
圧縮符号化して記録再生するVTRでは、画像によらず
固定した符号化テーブル群GT2を使って、可変長符号
化を行なう。このような固定化した符号化テーブルを作
成するには、トレーニングデータ等で発生しなかったデ
ータ(符号化テーブル群GT1では、前グループが1
6、17のときには、発生頻度0となっている)でも、
理論上発生する可能性のあるデータすべてに対して符号
を割り当てる必要がある。
群GT2の例を、図10〜図11に示す。この符号化テ
ーブル群GT2は、輝度信号Y用のものであり、テーブ
ルTx0、Tx1、Tx7〜Tx15からなる。テーブ
ルTx0は前グループが0のときに参照される符号化テ
ーブル、テーブルTx1は、前グループが1〜6のとき
に参照される符号化テーブル、テーブルTx7〜Tx1
4は、前グループがそれぞれ7〜14のときに参照され
る符号化テーブル、テーブルTx15は、前グループが
15、16、17のときに参照される符号化テーブルで
ある。
照するテーブルが、一つのテーブルTx1とされるの
は、次のような理由による。すなわち、グループ1〜6
の次に来る係数は、ゼロランに続く係数なので、ゼロ及
びEOB以外の有効係数だけである。そして、その有効
係数の分布も絶対値の小さいものほど発生頻度が高いも
のとなる。この結果、図示のように、前グループが1〜
6のテーブルは同じでよく、例えばテーブルTx1のよ
うになる。
T2の例では、対象画像やトレーニングデータを用いて
作成する符号化テーブル群GT1のときには、発生頻度
が計数されなかったグループ16〜17も、画像によっ
ては発生が予想されるので、前グループ15と同じテー
ブルTx15とした。
前グループが0の最初のAC係数用1個、前グループが
ゼロランのグループ1〜6用1個、前グループが有効係
数のグループ7〜14用8個、前グループが有効係数の
グループ15〜17用1個の、合計11個のテーブルに
集約される。
化テーブルTg及び符号化テーブル群GT2を使用した
画像圧縮符号化方法の一実施例を説明する。この例で
は、説明の簡単のため、例えば、画像を分割した1ブロ
ックは、水平方向×垂直方向=4×4画素のブロックと
する。
て得られたDCT係数を量子化した結果、図1Aのよう
になったとする。これを、図に示すように、ジグザグス
キャンすると、図1Bの(a)のような順番の係数デー
タが得られる。
と、図1Bの(b)のようになるので、これをグループ
化テーブルTgを用いてグループ化すると、各係数及び
ゼロランについて、図1Bの(c)に示すようなグルー
プ番号列を得ることができる。なお、図1Bの(b)に
おいて、“0*n”(n=2〜63)は、ゼロランがn
であることを示している。
ンを符号化することを考えると、使用する符号化テーブ
ル番号は、図1Bの(d)のようになり、符号化結果は
図1Bの(e)のようになる。
1番目はいつも同じ符号化テーブルを用いるもので、こ
の例では、符号化テーブル群GT2のうち、前グループ
がグループ0である最初のテーブルTx0を用いる。A
C係数の1番目の係数“53”は、グループ番号12に
属するものであるから、テーブルTx0のグループ12
を参照して、係数“53”は、“101 01010
1”( 010101は付加ビット。以下同じ)とな
る。ここで、付加ビットは、最上位ビットを正負の区別
のための符号ビットとし、グループ内の値の絶対値の小
さい順に割り当てている。
“53”がグループ12なので、符号化テーブルとして
は、テーブル群GT2のテーブルTx12を用いる。そ
して、このAC係数“−20”が属するグループ番号は
“11”であるので、このテーブルTx12のグループ
11を参照して、係数“−20”は、“01 1010
0”となる。
係数“−20”がグループ11であるので、符号化テー
ブルとしては、テーブル群GT2のテーブルTx11を
用いる。AC係数“0”が属するグループ番号は、
“1”であるから、テーブルTx11のグループ1を参
照して、係数“0”は、“11011”となる。
値のグループ番号に対応する番号の符号化テーブルTx
i(i=0、1、7〜15)を用いて符号化する。その
結果、図1Bの(e)のように符号化される。ただし、
この例の場合、ブロックの最後は“0*5”であって、
ブロックの最後まで”0”なので、ブロックの最後の符
号データはEOBの符号化データとなる。
C係数となるが、グループ化テーブルTgにおいては、
グループ0にEOBを割り当てているため、EOBの後
は必ず符号化テーブルは、テーブルTx0となり、各ブ
ロックの最初に符号化する1番目のAC係数の符号化テ
ーブルは、テーブルTx0になる。ブロックの最後のデ
ータがEOBで終わらないときには、例えば符号化した
AC係数をカウントすること等により、ブロックの最後
を知り、次のブロックの最初のAC係数について、符号
化テーブルとしてテーブルTx0を用いるようにする。
タの圧縮符号化装置も、図14のブロック図に示したも
のと、基本的構成は同様で、DCT変換器1において、
入力画像をブロック分割し、その分割ブロック毎にDC
T等により直交変換してDCT係数を得、そのDCT係
数を量子化器2にて、量子化して不可逆圧縮をする。そ
の後、スキャン変換器3にて、量子化したDCT係数を
ジグザクスキャン等によりスキャン変換して、係数を低
域から高域の順に並べ換え、そのスキャン変換した係数
を符号化器4で、可逆圧縮である可変長符号で符号化し
て伝送、または記録する。
の構成が図16とは異なる。この発明による圧縮符号化
方法を実施する符号化器4の一実施例を図12に示す。
ャンされたAC係数は、先ず、ゼロ判定部401で、そ
の係数がゼロか否か判定される。ゼロ判定部401での
判定の結果、ゼロと判定された無効係数は、ランレング
スカウント部402に供給され、連続してゼロとなるA
C係数の数(長さ)が、ゼロランとしてカウントされ
る。そして、求められたゼロランは、グループ化部40
3に供給される。一方、ゼロ判定部401でAC係数が
ゼロでないと判定されたときには、その有効係数はグル
ープ化部403にそのまま供給される。
404に蓄えられている図2に示したグループ化テーブ
ルTgを用いて、ゼロランを含めてAC係数がグループ
化される。このグループ化部403からは、グループ番
号Noと、付加ビットAddが出力される。グループ番号
Noは、そのまま1次元ハフマン符号化部406に供給
されると共に、ラッチ回路405に供給されて1サンプ
ル分だけ遅延され、その出力である1つ前のグループ番
号DNoが1次元ハフマン符号化部406に入力され
る。
したように、前のグループ番号DNoに応じた符号化テ
ーブルを用いて、入力されたグループ番号Noが、ハフ
マン符号に変換され、その符号語Cdと語長Lnが出力
される。
長Lnとは、例えばシフトレジスタを含んで構成される
伝送フォーマット化部408に供給される。また、グル
ープ化部403からの付加ビットAddが、この伝送フォ
ーマット化部408に供給されて、これよりは、予め定
められた伝送あるいは記録フォーマットの形態のデータ
が得られる。
ループ番号は、DCTブロックの先頭で“0”にリセッ
トされる。前述したように、ブロックの最後がEOBの
ときには、ラッチ回路405には、次のDCTブロック
の先頭のAC係数について、グループ番号0が自動的に
ラッチされる。
た画像データの受信(再生)側の復号化器の一例の構成
を図13に示す。この場合、受信(再生)されたデータ
は、DCTブロック毎に同期が取れているとする。
じて復号化部52に入力される。この復号化部52で
は、ハフマン符号Cdとその語長Lnとから、メモリ5
3のグループ復号化テーブルを参照してグループ番号を
復元する。復元したグループ番号から付加ビットAddの
語長も分かるので、付加ビットをシフトレジスタ51か
ら切り出して、アングループ化部54において、復号さ
れたグループ番号と、付加ビットAddとによりAC係数
を復元する。
チ回路55により1サンプル分遅延されて復号化部53
に入力され、これによりメモリ53の復号化テーブルが
切り換えられる。なお、この復号側でも、グループ番号
のラッチ回路55はDCTブロックの先頭でリセットさ
れる。
ハフマン符号を用いた画像圧縮符号化方法は次のような
特徴を持つ。 (1)B2符号、2次元ハフマン符号に比べて圧縮効率
が高い。 (2)B2符号、2次元ハフマン符号に比べて最大語長
が短く、記憶容量を小さくできる。 (3)符号化テーブルを固定しても、入力画像の性質に
よる圧縮効率の低下が少ない。 (4)符号化テーブルを固定しても、異なる圧縮率での
圧縮効率の低下が少ない。 (5)グループの中には符号化テーブルを共通して使え
るものがあるので、テーブル数をグループ数より少なく
することができる。 (6)ゼロランをもグループ化することにより、高圧縮
率の場合でも、効率よく符号化できる。
クサイズが8×8画素、DCT係数の最大精度12bi
tで説明したが、ブロックサイズが異なる場合にはゼロ
ランが発生する範囲が変わり、精度が異なる場合には有
効係数のグループ数が変わる。したがって、それぞれの
場合に発生するすべての係数を網羅するようにグループ
を構成することにより、これらの変化に対応することが
できる。
ばウェーブレット(Wavelet )変換などによる画像圧縮
装置、VTRにもこの発明は有効である。また、可変長
符号としては、ハフマン符号以外の符号が使用可能であ
ることはいうまでもない。
ば、画像データを直交変換したことにより得られる係数
をジグザグスキャンなどの係数間に相関が取れるように
する方法で、スキャン変換した場合には、係数間に相関
が生じることを利用して、直前の係数のグループに応じ
て符号化テーブルを切り換えるようにしたので、圧縮効
率の高い画像圧縮符号化をすることができる。
ープ化して、1次元符号化を行うようにしたので、高圧
縮率の場合でも、効率よく符号化を行うことができる。
き、しかも、符号化テーブル数は、グループ数よりも少
なくすることが可能であるので、符号化テーブル用のメ
モリの容量を小さくすることができる。
を説明するための図である。
に使用するグループ化テーブルの例を示す図である。
に使用する符号化テーブル群の一部を示す図である。
に使用する符号化テーブル群の一例の一部を示す図であ
る。
に使用する符号化テーブル群の一例の一部を示す図であ
る。
に使用する符号化テーブル群の一例の一部を示す図であ
る。
に使用する符号化テーブル群の一例の一部を示す図であ
る。
に使用する符号化テーブル群の一例の一部を示す図であ
る。
に使用する符号化テーブル群の一例の一部を示す図であ
る。
例に使用する固定化した符号化テーブル群の一例の一部
を示す図である。
例に使用する固定化した符号化テーブル群の一例の一部
を示す図である。
る装置の要部の一実施例のブロック図である。
送したデータの復号化装置の一例を示す図である。
る。
めの図である。
図である。
化テーブルの例を示す図である。
の図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 画像データをブロック分割し、 各ブロック毎に直交変換し、 その直交変換により得られた係数を相関が出やすい方向
にスキャンして、順番を並び変え、 上記係数を複数個にグループ化し、 上記グループ化により決定されるグループ番号に対応し
て複数個の符号化テーブルを予め用意しておき、 各係数を上記符号化テーブルを用いて可変長符号化する
に際し、符号化しようとする係数の直前の係数が属して
いたグループの番号に応じて使用する符号化テーブルを
切り換えるようにしたことを特徴とする画像圧縮符号化
方法。 - 【請求項2】 上記グループ化は、有効係数のみでな
く、無効係数をも含んで行なわれることを特徴とする請
求項1に記載の画像圧縮符号化方法。 - 【請求項3】 上記グループ番号に対応した複数個の符
号化テーブルの組みが、画像内容に応じて変更されるよ
うにされてなる請求項1に記載の画像圧縮符号化方法。 - 【請求項4】 上記グループ番号に対応した複数個の符
号化テーブルが、符号化対象画像に関係なく固定とされ
てなる請求項1に記載の画像圧縮符号化方法。 - 【請求項5】 無効係数は、連続するゼロの数に応じて
グループ化を行うようにするものであって、この無効係
数に関するグループに対応する符号化テーブルは、共通
とされてなる請求項2に記載の画像圧縮符号化方法。 - 【請求項6】 上記可変長符号は、ハフマン符号である
請求項1または請求項2に記載の画像圧縮符号化方法。
Priority Applications (2)
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