JPH03238970A

JPH03238970A - 変換符号化方式

Info

Publication number: JPH03238970A
Application number: JP2034658A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kato; 嘉明加藤; Atsumichi Murakami; 篤道村上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1991-10-24
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH0822064B2

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】［産業上の利用分野］この発明は、画像データを線形変換符号化方式を用いて
帯域圧縮を行うものに関するものである。

［従来の技術］第３図は例えばＷ、　Ｈ，ＣＨＥＮ、　Ｗ、　Ｋ、　Ｐ
ＲＡＴＴ、　’５ｃｅｎｅ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｃｏｄ
ｅｒ’、　（ＬＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏ
ｎ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、　ｖｏｌ、　Ｃ０
Ｍ−３２，Ｎｏ、　３．１９８４）に示された従来の変
換符号化方式を示すブロック図であり、図において、（
１）は入力信号をブロック化するブロック化部、（２）
はブロック化された信号を線形変換する２次元線形変換
部、（３）は信号列をプロツク内で並び換えるスキャン
変換部、（４）は量子化部、（５）は有効無効識別部、
（６）は符号化部、（７）は送信バッファ、（８）は符
号化制御部である。

次に動作について説明する。ディジタル化され、た１フ
レ一ム分の入力画像信号（１０１）に対し、ブロック化
部（１）で水平、垂直方向Ｎ画素（Ｎは自然数で例えば
Ｎ＝４．８．１６）を１まとめにした２次元の画素ブロ
ックに分割する。ブロック化された画像信号（１０２）
に対し、線形変換部（２）では２次元線形変換（例えば
離散コサイン変換などの直交変換）を施し、空間周波数
領域の変換係数ブロック（１０３）を生成する。ここで
例えば８×８画素をブロック化した行列をｆ１変換行列
をＡとすると、２次元離散コサイン変換係数行列Ｆは次
式で与えられる。

Ｆ＝ＡｆＡ”　　　　　・・・■ ここで、Ａ↑はＡの転置行列であり、変換行列Ａの要素
は次式で表される。

Ａ　（ｉ、Ｄ　＝　１／２Ｃ（ｉ）ｃｏｓ　［ｒｉ（２
ｊ＋１）／１６　］ここで、ｉ、ｊ＝０．ｉ−＋　　　
　　、７であり、である。

式■から判るように２次元線形変換は画素行列ｆに対し
て行方向と列方向の２回の１次元線形変換演算を施すこ
とにより得られる。

変換係数行列Ｆの要素Ｆ（ｕ、　ｖ）（ｕ、　ｖ＝ｏ、
　１．　・・＋、　７）の性質を第４図をもとに説明す
る。Ｆ（ｕ、ｖ）の値はブロック化された画像信号（１
０２）に含まれる空間周波数成分がそれぞれどの程度で
あるかを示している。水平方向の周波数はＵの値が大き
くなるにつれて高くなり、垂直方向の周波数はＶの値が
大きくなるにつれて高くなる。すなわちＦ（０，０）の
値はブロック化された画像信号（１０２）の直流成分の
強度に対応し、Ｆ（７，７）の値は水平・垂直方向とも
に高い周波数をもつ交流成分の強度に対応することにな
る。従って、画素の値の変化が少ない背景などの平坦な
画像ブロックに対しては低周波成分のみに非零の有意係
数が現れ、高周波成分はほとんど零係数となる。逆に画
素の変化が激しいエツジ部分などの画像ブロックに対し
ては低周波成分のほか高周波成分にも非零の有意係数が
現れる。

次に、スキャン変換部（３）では変換係数ブロック（１
０３）のブロック内で例えば第４図の矢印で示す順序で
変換係数を並び換え、１次元の変換係数列Ｆ（ｎ）（１
０４）を出力する。先の８×８画素ブロックの場合、１
ブロツクに対し８２−６４個の係数が続く係数列（ｎ＝
１〜６４）が出力され、例えば要素Ｆ（０，０）はＦ（
１）に、Ｆ（７，７）はＦ（６４）になる。並び換えは
非零の有意係数が現われやすい低周波成分の変換係数か
ら有意係数が現われにくい高周波成分の変換係数へとジ
グザグに走査することにより有意係数をなるべく前半に
、後半に零係数を長く続かせるために行う。

次に、量子化部（４）は変換係数列（１０４）を、後で
述べる与えられた量子化ステップサイズ（１１０）で量
子化し、量子化係数列Ｑ（ｎ）　（１０５）を出力する
。有効無効識別部（５）では量子化係数列（１，０５）
がすべて零であるかどうかの判定を行う。全ての係数が
零の場合は無効ブロック、１つでも非零の有意係数があ
る場合は有効ブロックとして有効無効情報（１０６）を
符号化部（６）に出力する。符号化部（６）では有効無
効情報（１０６）により有効ブロックと判定された場合
のみ、量子化係数列（１０５）に符号の割り当てを行い
、符号化データ（１０７）として送信バッファ（７）へ
出力する。これに対し、有効無効情報（１０６）により
無効ブロックと判定された場合には、無効ブロックを表
す符号を符号化データ（１０７）として送信バッファ（
７）へ出力する。

ここで符号の割り当て方法の１例として２次元可変長符
号化について説明する。これは量子化係数列（１０５）
に対して連続する零係数の個数（以下ゼロランと呼ぶ）
とそれに続く非零係数の量子化レベルを組み合わせ、そ
の組み合わせた事象（ゼロラン、量子化レベル）に対し
て１つのハフマン符号を割り当てることによって行われ
る。

第５図は１つのブロックの量子化係数列（１０５）を示
すもので、量子化係数Ｑ（１）、Ｑ（４）、Ｑ（９）、
Ｑ（１３）　、Ｑ（２１）は量子化レベルがそれぞれ２
０．１５．５．２．１であり、その他の量子化係数は零
であるので、事象（ゼロラン、量子化レベル）は次のよ
うになる。

（０，２０）、　（２，１５）、　（４，５）、　（３
，２）、　（７，１）、　ＥＯＢここでＥＯＢは以降に
非零の有意係数がなく、ブロックの終りまで零係数が続
くことを示すマークである。従って、この量子化係数列
の場合ＥＯＢを含めた６つの事象に対して、それぞれに
決められたハフマン符号が割り当てられることになる。

次に送信バッファ（７）では変動する情報発生量を平滑
化し、一定レートで伝送路（１０８）へ送出する。符号
化制御部（８）では送信バッファ（７）中のデータ残量
であるバッファ残量（１０９）から量子化ステップサイ
ズ（１１０）を適応的にフィードバック制御し、量子化
部（４）へ出力する。すなわち、バッファ残量（１０９
）が多いときには、これから発生する情報量を少なくす
るために量子化ステップサイズ（１１，０）を大きくし
て変換係数列（１０４，）を粗く量子化する。

逆に、バッファ残量（１０９）が少ないときには、これ
から発生する情報量を多くするために量子化ステップサ
イズ（１１０）を小さくして変換係数列（１，０４）を
細かく量子化する。

［発明が解決しようとする課題］従来の変換符号化方式は以上のように構成されているの
で、有効無効識別・２次元可変符号化の処理を行うため
に全ての量子化係数が必要であり、そのため全ての２次
元変換係数を求めるための２回のｔ次元線形変換演算と
全ての２次元変換係数に対する量子化処理を行わなけれ
ばならなかった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、変換係数の伝送範囲を変換係数ブロック内の
量子化係数列に応じて決定し、必要な２次元変換係数の
みを順次１つづつ求め量子化すると共に同時に有効無効
識別・２次元可変長符号化を行うための事象を生成し、
処理に要する演算量・処理時間を削減する変換符号化方
式を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係わる変換符号化方式は、入力信号系列に対
して２次元線形変換を行い変換領域で低域から高域へ変
換係数を順次量子化し符号化する変換符号化方式におい
て、ブロック化された入力信号系列に１次元線形変換を
施し１次元変換係数を得る手段と、（次元変換係数にさ
らに直交する１次元線形変換を施し低域から高域へ順次
１つの２次元変換係数を得る手段と、量子化された２次
元変換係数の値のうち連続する零係数の個数を計数する
手段と、量子化された２次元変換係数のうち非零係数と
その非零係数が現れるまでに計数手段により計数された
連続零係数の個数との組を記憶する手段と、符号化情報
発生量を所定の伝送情報量に近付けるために符号化伝送
する連続零係数の個数の閾値を送信バッファのデータ残
量から設定する手段と、計数された連続零係数の計数値
が閾値を越えたとき後続する２次元変換係数を求めるた
めの１次元線形変換及び量子化処理を打ち切り記憶手段
の記憶内容に対して符号を割当てる手段とを備える。

［作用］この発明に係わる変換符号化方式は入力信号ブロックに
対して１次元線形変換を行い、さらに直交する１次元線
形変換を施し低域から高域へ順次１つの２次元変換係数
を得、量子化を行い、連続する零係数の個数を計数し非
零係数値とその非零係数が現れるまでに計数された連続
零係数の個数との組を事象として一時記憶しておくと共
に、連続零係数の個数が送信バッファのデータ残量から
設定された閾値を越えたとき後続する２次元変換係数を
求めるための１次元線形変換及び量子化を打ち切り記憶
された事象に対して符号の割当てを行う。

［発明の実施例］以下、この発明の一実施例を第１図をもとに説明する。

図において（９）は１次元線形変換部、（１０）は定め
られた順序により２次元変換係数を１つづつ求める１次
元線形変換部、（１１）は連続した零の量子化係数を計
数するゼロカウンタ、（１２）は閾値を設定する閾値設
定部、（上３）は計数値と閾値とを比較し大小の判定を
行う判定部、（１４）は非零の量子化係数値とそのとき
の計数値の組である事象を一時記憶させる事象記憶部、
（１５）は事象に対して符号の割当てを行う符号割当て
部であり、他は第３図と同様である。

また、第２図は動作を説明するためのフローチャート図
である。

次に第２図と共に動作について説明する。第３図と同様
、ディジタル化された１フレ一ム分の人力画像信号（１
０１）はブロック化部（１）でＮ×Ｎ画素のブロックに
分割する。ブロック化された画像信号（１０２）は１次
元線形変換部（９）で例えば行方向の１次元線形変換演
算か行われＮ×Ｎ個の要素を持つ１次元変換係数ブロッ
ク（１１１）を得る（ステップ１）。ここで、初期設定
としてゼロカウンタ（１１）の計数値（１，１４）を零
に、事象記憶部（１４）の記憶内容をクリアし、Ｎ２個
ある２次元変換係数を第４図に示されるスキャン順序で
スキャンしたときの係数番号ｉを１とする（ステップ２
）。つぎに１次元線形変換部（１０）では１次元変換係
数ブロック（１１（）に対して今度は直交する列方向の
↓次元線形変換演算が行なわれ、係数番号１の２次元変
換係数Ｆ（ｉ）　（１↓２）が１つ出力される（ステッ
プ３）。符号化制御部（８）は送信バッファ（７）のバ
ッファ残量（１０９）から量子化ステップサイズ（１１
０）を決定し、量子化部（４）へ出力する。

閾値設定部（１２）では同じくバッファ残量（１０９）
から閾値（１１５）を決定し、判定部（１３）へ出力す
る。量子化部（４）では変換係数Ｆ（ｉ）（１１２）を
量子化ステップサイズ（１１０）で量子化し、量子化係
数Ｑ（ｉ）　（１１３）を出力する（ステップ４）。つ
ぎに、この量子化係数Ｑ（ｉ）について零であるか非零
であるかを判定しくステップ５）　、Ｑ（ｉ）の値が零
でない場合、事象記憶部（１４）ではゼロカウンタ（１
１）の計数値（１１４）と非零の係数であるＱ（１）の
組を事象として記憶し、ゼロカウンタ（１１）をリセッ
トして零とする（ステップ６）。一方、上記ステップ５
で量子化係数Ｑ（ｉ）が零の場合、ゼロカウンタ（１１
）の計数値（１，１４）に１が加えられ（ステップ７）
、判定部（１３）でその計数値（１１４）と閾値（１１
，５）との大小比較を行い（ステップ８）、判定結果（
１１６）を出力する。その計数値（１１４）が閾値（１
１５）と等しいかまたは大きいときには、出力された判
定結果（１１６）にもとづいて■次元線形変換部（１０
）および量子化部（４）の処理を打ち切る（ステップ９
）。そして、事象記憶部（１４）に記憶されている量子
化係数の零係数の個数と非零係数のレベルとの組を読み
だし符号割り当て部（１５）へ出力する（ステップ（２
）。また、前述した判定部（１３）での計数値（１１４
）と閾値（１１５）の比較において計数値（１１４）が
閾値（１１５）より小さいときまたはステップ６が終了
したときは、係数番号ｉがＮ２となったかを判定しくス
テップ１０）、係数番号ｉがＮ２以下でＱ（ｉ）が最後
の量子化係数でなければ係数番号１に１を加え（ステッ
プ１１）、次の２次元変換係数Ｆ（ｉ）の演算、量子化
を引き続き行う。係数番号ＩがＮ２、すなわちＱ（ｉ）
が最後の量子化係数である場合、現在記憶されている事
象（１１，７）を出力しくステップ１２）、その画素ブ
ロックの処理を終了する。符号割当て部（１５）は出力
された事象（１１７）に対してハフマン符号の割当てを
行いＥＯＢを付加して、符号化データ（１０７）として
送信バッファ（７）へ出力する。これに対し、出力され
る事象（１１７）がない場合は、無効ブロックであるた
め無効ブロックを表す符号を符号化データ（１０７）と
して送信バッファ（７）へ出力する。

また、第５図の例において例えば閾値を４または５に設
定したときの事象記憶部（１４）に記憶される事象と量
子化部（４）で量子化を行う係数の個数はそれぞれ次の
ようになる。

閾値４のときＱ（５）からＱ（８）で零係数が４つ連続
するため量子化打ち切りの条件を満たし、ゼロランと非
零係数値の組として記憶される事象は（０，２０）、　
（２，１５）であり、量子化を行う変換係数の個数はＱ
（１）からＱ（８）までの８個となる。

閾値５のときＱ（１４）からＱ（１８）で零係数が５つ
連続するため記憶される事象は（０，２０）、　（２，
１５）、　（４、５）、　（３，２）であり、量子化を
行う係数の個数はＱ（１）からＱ（−１８）までの１８
個となる。

先に述べたように一般に変換係数は低周波から高周波成
分になるに従って強度が弱くなるため、量子化した結果
の量子化係数Ｑ（ｉ）　（１１３）もｊか大きくなるほ
ど連続して零となる確率か高い。

従って、閾値（１１５）を小さくするほど係数の伝送範
囲が制限され量子化を要する係数の個数が少なくなると
同時に、発生する情報量も減少する。

従って、閾値（１１５）の値を量子化ステップサイズと
同様にバッファ残量（↓０９）から適応的にフィードバ
ック制御すれば情報発生量の平滑化がより細かく可能に
なる。

また、本実施例によれば必ずしもすべての２次元変換係
数が必要でないため、１回目の１次元線形変換演算時も
２次元変換係数を求めるのに必要な１次元変換係数のみ
求めるようにしておけば変換係数を求めるための演算処
理量かさらに削減でき一層の効果が得られる。

［発明の効果」以上のように、この発明によれば連続する零の量子化係
数の個数により、後続する変換係数を量子化し符号化す
るかどうかを判定するようにしたので、１次元線形変換
・量子化・有効無効識別・２次元可変長符号化を行うた
めの事象生成に要する演算量・処理時間を削減できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するブロック図、第２
図は本発明の詳細な説明するフローチャート図、第３図
は従来例のブロック図、第４図は変換係数ブロックの性
質を説明するための図、第５図は符号の割当てを説明す
るための図である。（１）はブロック化部、（２）は線形変換部、（３）は
スキャン変換部、（４）、（１４）は量子化部、（５）
は有効無効識別部、（６）は符号化部、（７）は送信バ
ッファ、（８）は符号化制御部、（９）、（１０）は１
次元線形変換部、（１，１）はゼロカウンタ、（１２）
は閾値設定部、（１３）は判定部、（１４）は事象記憶
部、（１５）は符号割当て部、（１１１）は１次元変換
係数ブロック、（１１２）は２次元変換係数、（１１４
）は計数値、（１１５）は閾値、（１，１６）は判定結
果、（１１−７）は事象である。なお図中、同一符号は同一または相当部分を示す。代　　理　　人　　　　　　　大　　岩　　増　　雄＝
〜〜イ第２図第４図水平方向周波酸分２次元変換係数ブロックＦ（ｕ、ｖ）＠小ξユ〈ご

Claims

【特許請求の範囲】入力信号系列に対してブロック化を行った後２次元線形
変換を行い変換領域で低域から高域へ変換係数を順次量
子化し符号化する変換符号化方式において、ブロック化した入力信号系列に１次元線形変換を施し１
次元変換係数ブロックを得る手段と、前記１次元変換係
数ブロックにさらに直交する１次元線形変換を施し低域
から高域へ順次１つの２次元変換係数を得る手段と、前記２次元変換係数を所定の量子化特性で量子化した量
子化係数のうち連続する零係数の個数を計数する手段と
、前記量子化係数列から非零の係数と前記非零の係数が現
れるまでに前記計数手段により計数された連続零係数の
個数とを組としてブロック単位に記憶する手段と、符号化情報発生量を所定の伝送情報量に近付けるために
符号化伝送する連続零係数の個数の閾値を送信バッファ
のデータ残量から設定する手段と、前記連続零係数を計
数した値が前記閾値を越えたとき後続する２次元変換係
数を求めるための１次元線形変換及び量子化処理を打ち
切り前記記憶された組毎に符号の割当てを行う手段とを
備えたことを特徴とする変換符号化方式。