JP3665651B2 - ディジタル画像データの量子化装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディジタル画像信号の各画素データを量子化するための量子化装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディジタル画像信号の各画素データを量子化することによって、ディジタル画像信号のデータ量を圧縮あるいは伸張することが知られている。例えば8ビットの1画素データをより少ないビット数の画素データへ量子化することで、データ量を圧縮することができる。より具体的には、本願出願人の提案によるADRC(ダイナミックレンジに適応した符号化)では、画像データをブロック構造に変換し、ブロックのダイナミックレンジに適応した量子化ステップ幅により画像データの各画素データを量子化している(特開昭61−144989号公報参照)。
【0003】
従来の量子化では、原データをより少ないビット数に量子化する時に、量子化で発生したデータ(量子化データと称する)と原データとの間の誤差、すなわち、量子化誤差が最小となるようにしていた。しかしながら、この従来の量子化は、背景等の静止部において時間変動による視覚上の劣化を生じる問題点を有していた。
【0004】
そこで、本願出願人は、かかる劣化を防止するために、特願平4−343402号(特許第3104447号)に開示しているような、量子化誤差に加えて、原信号の時間変動分に対する量子化データの時間変動をも考慮し、さらに過去の周囲画素との傾きをも考慮した量子化装置を提案している。
【0005】
この量子化装置は、量子化誤差と、原信号の時間方向の変化および量子化データのそれとの間の誤差、原信号と過去の空間的にずれた画素との時間方向の変化および量子化データのそれとの間の誤差をそれぞれ求め、各誤差に重み係数を乗じて評価値を求める。この評価値は、複数の量子化データの候補についてそれぞれ求められ、それが最小となる候補が最適な量子化データとして選択される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この先に提案されている量子化装置では、時間変動の量あるいは空間変動の量を考慮せずに、それぞれの変動にかかる重み係数を決定していたために、動き量が多い場合等では、画像の尾引きのような視覚劣化が生じる問題があった。
【0008】
従って、この発明の目的は、原信号の時間変動の量によって、重み係数を変化させることで、動き量の大小にかかわらず画質を向上できるディジタル画像信号の量子化装置および方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、ディジタル画像データの各画素データを量子化するための量子化装置において、
ディジタル画像データが供給され、第1の量子化データ候補を出力すると共に、第1の量子化データ候補を上側に1ビットシフトした量子化データ候補および第1の量子化データ候補を下側に1ビットシフトした量子化データ候補のうち少なくともいずれか一方を第2の量子化データ候補として出力する量子化手段と、第1および第2の量子化データ候補のそれぞれについて、ディジタル画像データの時間方向の変化に対する忠実度が高いほど小となる第1の値を求め、第1の値に可変の第1の重み係数が乗じられた第1の評価値を発生し、空間的にずれた位置の時間方向の変化に対する忠実度が高いほど小となる第2の値を求め、第2の値に固定の第2の重み係数が乗じられた第2の評価値を発生し、第1および第2の評価値の加算値を求める手段と、
第1および第2の量子化データ候補の内で、加算値がより小となる量子化データの候補を選択する手段とからなり、
第1の重み係数は、ディジタル画像データの時間変動量が大きいほど小となるものであるディジタル画像データの量子化装置である。
【0011】
請求項3記載の発明は、ディジタル画像データの各画素データを量子化するための量子化方法において、
ディジタル画像データが供給され、第1の量子化データ候補を出力すると共に、第1の量子化データ候補を上側に1ビットシフトした量子化データ候補および第1の量子化データ候補を下側に1ビットシフトした量子化データ候補のうち少なくともいずれか一方を第2の量子化データ候補として出力する量子化ステップと、
第1および第2の量子化データ候補のそれぞれについて、ディジタル画像データの時間方向の変化に対する忠実度が高いほど小となる第1の値を求め、第1の値に可変の第1の重み係数が乗じられた第1の評価値を発生し、空間的にずれた位置の時間方向の変化に対する忠実度が高いほど小となる第2の値を求め、第2の値に固定の第2の重み係数が乗じられた第2の評価値を発生し、第1および第2の評価値の加算値を求めるステップと、
第1および第2の量子化データ候補の内で、加算値がより小となる量子化データの候補を選択するステップとからなり、
第1の重み係数は、ディジタル画像データの時間変動量が大きいほど小となるものであるディジタル画像データの量子化方法である。
【0012】
【作用】
動きが激しい部分のような時間方向の変動量が多い時には、空間的に同一位置の時間方向の評価値に乗じられる重み係数を小とし、視覚劣化を防止する。また、空間的に同一位置の時間方向の第1の評価値を発生してから、次に、空間的にずれた位置に関する第2の評価値を発生し、この第2の評価値に乗じられる重み係数を第1の評価値によって制御する。これにより、第1の評価値に乗じられる重み係数の値が大きい時でも、画像の劣化が防止される。
【0013】
【実施例】
以下、この発明による量子化装置について説明する。この発明の理解を容易とするために、最初に先に提案されている量子化装置について説明する。図1は、量子化装置が使用されるシステムの概略を示す。入力画像1がブロック化回路2により多数のブロックに細分化される。各ブロックを単位として、エンコーダ3が符号化処理を行う。エンコーダ3は、例えば上述のADRCエンコーダであり、その内部に量子化装置5を含んでいる。エンコーダ3の符号化出力が記録または通信系4に供給される。
【0014】
この発明は、量子化装置5に関するものである。図2Aは、従来の量子化を示している。この量子化は、次式の量子化誤差を最小とする量子化データを出力するものである。
Q=|(Yt−Xt)|・・・(1)
ここで、Xtは、時刻tにおける入力信号レベルを表し、Ytは、Xtの量子化出力のレベルである。
【0015】
図2Aに示すように、二つの量子化ステップ幅のレベル領域に注目した時に、白いドットで示す入力信号が時刻t−1では、上側の領域に含まれ、上側の領域のコード信号が発生し、その中央の矢印で示す値が復元される。次の時刻tでは、入力信号が下側の領域に含まれので、下側の領域のコード信号が発生する。さらに、時刻t+1では、入力信号が上側の領域に含まれるので、上側の領域のコード信号が発生する。
【0016】
実際の入力信号のレベルの変化が小さいにもかかわらず、量子化特性中のレベル範囲の境界付近で入力信号のレベルが変化するために、量子化データの値の変化は、図2Aに示すように、より大きなものとなる。入力信号のレベルが一定であるにもかかわらず、ノイズ、量子化誤差等によってレベル変化が生じていることもある。従って、背景等の静止部でこのような問題が生じると、視覚上の劣化が目立つ問題があった。
【0017】
図2Bは、かかる問題を解決するために、先の出願に開示されている量子化を示している。図2Aと同様に時間的に変化する入力信号の時間方向の変化Aの傾きを求める。また、量子化データの時間方向の変化BとCのそれぞれの傾きを求める。変化Bは、従来と同様に得られた量子化データ候補の変化であり、変化Cは、時刻tの量子化データよりも+1された候補への変化である。変化BおよびCの中で、変化Cの方が変化Aと近いので、変化Cを生じさせる量子化データ候補が時刻tにおける正規の量子化データとして選択される。かかる時間方向の評価値Qは、下記の式で求められる。
Q=|(Yt−Yt-1 )−(Xt−Xt-1 )|・・・(2)
【0018】
上述の時間方向の変化の評価は、同一位置の画素の1フレーム間の変化を見ている。これに加えて、空間的にずれた位置の時間方向の変化も調べられる。図3に示すように、画素Xに注目した時に、Xの上側の画素bと、Xの左側の画素dを使用して時間方向の変化を調べる。すなわち、この場合の評価値は、次式で表される。
Q=|(Yt−b´t-1 )−(Xt−bt-1 )|・・・(3)
b´t-1 は、bt-1 の量子化データである。
Q=|(Yt−d´t-1 )−(Xt−dt-1 )|・・・(4)
d´t-1 は、dt-1 の量子化データである。
【0019】
そして、従来同様の量子化誤差(式1)をも含む上述の評価値に対して、それぞれ重み係数を乗じて、総合的な評価値Qを計算する。
【0020】
この評価値Qを従来と同様に量子化した量子化データYt0 と、これを1ビット大きい方向にシフトした量子化データYtH と、これを1ビット小さい方向にシフトした量子化データYtL とについてそれぞれ計算し、最も評価値が小さくなる量子化データ候補を最終的な出力として選択する。
【0021】
以上が先に提案されている量子化装置の量子化アルゴリズムである。図4は、この量子化装置の全体的な構成を示す。11で示す入力端子には、ディジタルビデオ信号が供給される。このビデオ信号は、各画素データが8ビットのデータである。現フレームメモリ12と前フレームメモリ13とが直列に接続され、現フレームメモリ12から現フレームの画素信号Xtが出力され、前フレームメモリ13から同一位置の前フレームの画素信号Xt-1 が出力される。
【0022】
画素信号Xtが量子化回路14に供給される。量子化回路14は、従来と同様に量子化を行ない、中央値Yt0 、中央値を+1した上側データYtH 、中央値を−1した下側データYtL を発生する。これらの量子化回路14の出力信号が評価値発生回路15、16、17にそれぞれ供給される。また、量子化回路14の出力信号、すなわち、量子化データの候補がセレクタ18に供給される。
【0023】
セレクタ18は、判定回路19からの制御信号により制御され、その出力端子20に量子化データが出力される。この量子化データがメモリ21に供給される。メモリ21からは、前フレームの量子化データYt-1 が発生する。この前フレームの量子化データYt-1 が評価値発生回路15、16、17に供給される。
【0024】
評価値発生回路15は、上側データYtH についての評価値QH を式5に従って発生する。すなわち、
【0025】
評価値発生回路16は、中央値Yt0 についての評価値Q0 を式5に従って発生する。すなわち、
【0026】
評価値発生回路17は、下側データYtL についての評価値QL を式5に従って発生する。すなわち、
【0027】
これらの評価値QH 、Q0 およびQL が判定回路19に供給され、これらの値の中で最小のものを判定回路19が決定し、決定された評価値と対応する量子化データ候補がセレクタ18によって選択される。出力端子には、量子化データYtが取り出される。
【0028】
先の出願では、上述の評価値を計算する場合、重み係数α、β、γは、シュミュレーション等によって求められた最適値に固定している。しかしながら、動き量が多い場合等で、画像の尾引きのような劣化が生じる。一般的に、時間変動量が多い部分では、少々傾きが変わっても視覚的にそれを認識し難く、逆に、傾きが小さいと傾きの変化が視覚的に認識され易い視覚的特性が存在する。この発明は、視覚的特性を考慮して、重み係数αを時間変動量に適応して変化させ、それによって、動きの激しい画像でも大きな劣化が生じることを防止する。
【0029】
図5は、この発明の一実施例を示す。一実施例は、上述のように、量子化誤差に関する評価値、時間方向の評価値、空間的にずれた位置の時間方向の評価値を求めている。
【0030】
量子化回路14からは、上側データYtH 、中央値Yt0 、下側データYtL が発生し、これらのデータがセレクタ18と減算回路32、33、34とに供給される。減算回路32、33、34には、メモリ21からの前フレームの量子化データYt-1 が供給される。減算回路32は、YtH −Yt-1 の減算を行ない、減算回路33は、Yt0 −Yt-1 の減算を行ない、減算回路34は、YtL −Yt-1 の減算を行なう。
【0031】
減算回路31は、Xt−Xt-1 の減算を行う。減算回路31および32の出力が評価値発生回路35に供給され、前出の式(6)で表される上側データに関する評価値QH が形成される。同様に、評価値発生回路36および37によって、前出の式(7)および式(8)でそれぞれ表される中央値および下側データのそれぞれに関する評価値Q0 およびQL が形成される。但し、時間方向の評価値に対する重み係数αが可変の値とされ、評価値発生回路35、36および37では、係数αを乗じる処理がされず、次のα発生回路38、39および40において、可変の重み係数αが乗じられる。
【0032】
α発生回路38、39、40には、減算回路31の出力信号が供給され、次式によって重み係数αが形成され、これが評価値発生回路35、36、37の出力信号中の時間方向評価値に対して乗じられる。
α=c/(Xt−Xt-1 )・・・(9)
cは、定数である。
【0033】
(9)式で計算される重み係数αは、原信号の時間変動が大きい程、小になる。従って、動き量が多い時には、αが小さくなり、空間的に同一位置の時間方向の傾きに関しての忠実度が評価値に寄与する割合が小さくなる。これによって動き量が大きい時の画像の劣化を抑えることができる。然も、動き量が多い時には、時間方向の傾きの変動の忠実度が多少悪くても、視覚上の劣化として認識しにくく、重み係数αを小としても問題が少ない。勿論、動き量が少ない時では、先の出願と同様に視覚上の劣化を低減することができる。
【0034】
α発生回路38、39および40からの評価値が判定回路19に供給され、上述したように、評価値が最小のものと対応する量子化データの候補がセレクタ18で選択される。なお、α発生回路38、39および40をそれぞれ設ける代わりに、共通のα発生回路を設けても良い。
【0038】
また、上述の説明では、量子化データの候補として、通常の量子化データ(中央値)に対して、上側および下側データを使用したが、上側および下側データの中で、量子化誤差がより少ないデータと中央値との2個のデータを候補として使用するようにしても良い。
【0039】
【発明の効果】
この発明は、静止部のみならず、動き部でも画像が量子化によって劣化することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を適用できるディジタル画像信号の伝送システムの概略的ブロック図である。
【図2】従来の量子化方法と先に提案されている量子化方法とを説明するための略線図である。
【図3】画素信号の空間的配列の説明のための略線図である。
【図4】先に提案されている量子化装置の構成を示すブロック図である。
【図5】この発明の一実施例のブロック図である。
【符号の説明】
14 量子化回路
19 判定回路
35、36、37 評価値発生回路
38、39、40 α発生回路
Claims (3)
- ディジタル画像データの各画素データを量子化するための量子化装置において、
上記ディジタル画像データが供給され、第1の量子化データ候補を出力すると共に、上記第1の量子化データ候補を上側に1ビットシフトした量子化データ候補および上記第1の量子化データ候補を下側に1ビットシフトした量子化データ候補のうち少なくともいずれか一方を第2の量子化データ候補として出力する量子化手段と、
上記第1および第2の量子化データ候補のそれぞれについて、上記ディジタル画像データの時間方向の変化に対する忠実度が高いほど小となる第1の値を求め、上記第1の値に可変の第1の重み係数が乗じられた第1の評価値を発生し、空間的にずれた位置の時間方向の変化に対する忠実度が高いほど小となる第2の値を求め、上記第2の値に固定の第2の重み係数が乗じられた第2の評価値を発生し、上記第1および第2の評価値の加算値を求める手段と、
上記第1および第2の量子化データ候補の内で、上記加算値がより小となる量子化データの候補を選択する手段とからなり、
上記第1の重み係数は、上記ディジタル画像データの時間変動量が大きいほど小となるものであるディジタル画像データの量子化装置。 - 請求項1記載のディジタル画像データの量子化装置において、
さらに、空間的にずれた位置の過去の画素データを参照することによって、空間位置がずれた位置の時間方向の変化に対する忠実度に応じて小となる第3の値を求め、上記第3の値に固定の第3の重み係数が乗じられた第3の評価値を発生し、上記加算値が上記第1の評価値、第2の評価値および第3の評価値を加算したものであることを特徴とする量子化装置。 - ディジタル画像データの各画素データを量子化するための量子化方法において、
上記ディジタル画像データが供給され、第1の量子化データ候補を出力すると共に、上記第1の量子化データ候補を上側に1ビットシフトした量子化データ候補および上記第1の量子化データ候補を下側に1ビットシフトした量子化データ候補のうち少なくともいずれか一方を第2の量子化データ候補として出力する量子化ステップと、
上記第1および第2の量子化データ候補のそれぞれについて、上記ディジタル画像データの時間方向の変化に対する忠実度が高いほど小となる第1の値を求め、上記第1の値に可変の第1の重み係数が乗じられた第1の評価値を発生し、空間的にずれた位置の時間方向の変化に対する忠実度が高いほど小となる第2の値を求め、上記第2の値に固定の第2の重み係数が乗じられた第2の評価値を発生し、上記第1および第2の評価値の加算値を求めるステップと、
上記第1および第2の量子化データ候補の内で、上記加算値がより小となる量子化データの候補を選択するステップとからなり、
上記第1の重み係数は、上記ディジタル画像データの時間変動量が大きいほど小となるものであるディジタル画像データの量子化方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8579993A JP3665651B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | ディジタル画像データの量子化装置および方法 |
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JP8579993A JP3665651B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | ディジタル画像データの量子化装置および方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH06276506A JPH06276506A (ja) | 1994-09-30 |
JP3665651B2 true JP3665651B2 (ja) | 2005-06-29 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP8579993A Expired - Lifetime JP3665651B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | ディジタル画像データの量子化装置および方法 |
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JP (1) | JP3665651B2 (ja) |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP8579993A patent/JP3665651B2/ja not_active Expired - Lifetime
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