JPH04134988A

JPH04134988A - 画像の符号化装置

Info

Publication number: JPH04134988A
Application number: JP2258021A
Authority: JP
Inventors: Shiro Kato; 加藤　士郎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1992-05-08

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】産業上の利用分野本発明は、ディジタル画像信号の画素当りの情報量を減
少させる高能率な画像の符号化方法に関するものである
。

従来の技術回路が簡単で高能率な符号化方法としてＤＰＣＭがよく
知られている。

ＤＰＣＭは符号化済みの画素の復号値を用いて符号化す
る画素の予測値を求め、予測値と入力との差を非線形量
子化するものである。

さらにＤＰＣＭの性能を向上するための各種検討が行な
われている。

符号化効率改善の方法として予測値適応量子化が提案さ
れている（文献：松本ほか、“雑音整形・・・”、ＴＶ
学会論文誌、Ｖｏｌ、４２［ｃ１２（１９８８））。

以下にこの予測値適応量子化を用いた従来のＤＰＣＭに
ついて説明する。

第４図にこの予測値適応量子化を用いたＤＰＣＭの符号
化装置のブロック構成を示す。

第４図において４０１はディジタル画像信号（語長８ビ
ツト）の入力端子、４０２は量子化符号化手段、４０３
は符号化済みの画素の復号値を用いて符号化する画素の
予測値を出力する予測器、４０４は符号化出力の出力端
子である。

端子４０１からのディジタル画像信号は量子化符号化手
段４０２に入力される。量子化符号化手段４０２は前記
ディジタル画像信号は前記予測値を用いて適応的に量子
化特性を切り換えて量子化し、その量子化代表値を復号
値として出力し、量子化代表値に割り当てられた符号語
を出力する。前記符号語は符号化出力として端子４０４
より出力される。

第５図は量子化符号化手段４０２の量子化特性を示す。

同図において実線は量子化代表値を示す。

予測値に近い所は細かく量子化される点が通常のＤＰＣ
Ｍと同じであるが、前記予測値によって量子化代表値が
入力のダイナミックレンジ内（語長が８ビツトなので０
から２５５）にのみ存在するように量子化特性が切り換
えられているので効率よく符号化できる。

この予測値適応量子化を用いたＤＰＣＭの符号化効率を
さらに改善する方法が提案されている（文献：松本ほか
、“ダイナミックレンジ推定予測値適応形量子化方式の
検討”、１９９０年テレビジョン学会年次大会２７−３
）。

これは複数の画素からなるブロックに対して、ブロック
内の画素の最大値と最小値のいわゆるダイナミックレン
ジ（ＤＲ）をすでに符号化された隣接画素から推定し、
ＤＲがこの推定範囲内に入っているか否かを、１ビツト
／ブロツクの制御情報により判定する方法である。

発明が解決しようとする課題しかしながらつぎのような課題があった。

即ち、符号化の歪によってダイナミックレンジ推定の判
定が同じブロックであっても１回目の符号化と２回目の
符号化とで異なる場合を生じるので、−船釣なりＰＣＭ
と異なり、２回目の符号化においても符号化歪が発生す
るという課題、また誤りに対する耐性に関する課題があ
った。

本発明は上記課題に鑑み、上記信号劣化をなくし、誤り
に対する耐性の向上を図ることを目的とする。

課題を解決するための手段本発明の画像の符号化装置は、ディジタルの画像信号を
入力とし、前記画像信号を所定数の画素からなるブロッ
クに分割し、前記ブロックの最大値ＭＡＸ、最小値ＭＩ
Ｎを求める最大最小検出手段と、前記画像信号の各画素
を量子化、符号化した符号化出力を得る量子化符号化手
段と、前記符号化する画素の前記予測値Ｐを得る予測手
段とを備えた画像の符号化装置であって、前記量子化符
号化手段における量子化特性が前記予測値Ｐ、前記最大
値ＭＡＸ、前記最小値ＭＩＮにより決定されること、お
よび前記符号化出力とともにブロック毎の前記最大値Ｍ
ＡＸ、前記最小値ＭＩＮを直接または所定の変換を行な
ったものを伝送することを特徴とするものである。

作用本発明の画像の符号化方法は前記の構成により、次のよ
うな作用、特徴を有する。

■　ブロック毎の最大値、最小値をブロック毎に伝送す
るので、誤りに対する耐性を強くできる。

■　符号化を繰り返しても前記最大値、最小値が変化し
ないように前処理、量子化を行なうので符号化、復号化
を繰り返すことによる信号劣化をなくすことができる。

実施例まずはじめに本発明の画像の符号化装置における符号化
方法の原理を第１図を用いて説明する。

第１図において１はブロック内の入力信号のダイナミッ
クレンジを示している。入力信号は８ビツトで量子化さ
れているので０から２５５のダイナミックレンジを有し
ているが、ブロック内の信号のダイナミックレンジＤＲ
はブロック内の最小値ＭＩＮから最大値ＭＡＸまでで（
ＤＲ＝ＭＡＸ−ＭＩＮ）、これより小さい。従って量子
化器における量子化代表値はこのダイナミックレンジ内
にのみあればよく、これにより符号化効率を従来の一般
的なりＰＣＭより改善できる。

入力のダイナミックレンジ１においてＰｌ、Ｐ２は予測
値（Ｍ　Ｉ　Ｎ≦ＰＩ、Ｐ２≦ＭＡＸ）の例であり、そ
れぞれの予測値における量子化器の特性を量子化代表値
と符号化の一例２の予測値がＰｌの場合３、予測値がＰ
２の場合４に示す。予測値と符号化する画素の値との差
は小さい場合が確率的に多いので、予測値に近い所に量
子化代表値を配置する事により符号化歪を小さくできる
。

従って本発明ではブロック毎の最大値、最小値および予
測値により量子化符号化特性を決定することにより高性
能化を実現している。

量子化符号化特性を決定する最大値、最小値が符号化、
復号化を繰り返しても変化しないように、付加情報とし
て最大値、最小値を直接または間接的に伝送し、かつ最
大値または、および最小値を量子化代表値としている。

最大値、最小値に等しい量子化代表値に固定の符号語を
割り当てることにより伝送誤りを生じても最大値、最小
値は確実に復元されるので、誤り伝搬の影響を極めて小
さくできる。

第２図は本発明の一実施例における画像の符号化装置５
およびその復号袋Ｗ６のブロック構成図である。

符号化装置５において、２０１はディジタル画像信号（
データ語長８ビツト）の入力端子、２０２はブロック（
例えば水平方向８画素、垂直方向８画素の６４画素ブロ
ック）毎の画素データを出力するブロック分割器、２０
３はブロック内の最大値ＭＡＸ、最小値ＭＩＮを出力す
る最大最小検出器、２０４はタイミング調整用の遅延器
、２０５は量子化符号化手段、２０６は復号値より符号
化する画素の予測値Ｐを出力する予測器、２０７はブロ
ック毎のダイナミックレンジの出力端子、２０８はブロ
ック毎の最小値を出力する出力端子、２０９は量子化符
号化手段からの符号語の出力端子、２１０は減算器、２
１１．２１２は正規化回路、２１３は正規化されたダイ
ナミックレンジＤＲ内の予測値適応量子化符号化を行な
うＲＯＭ　（リードオンリーメモリ）、　２１４は逆正
規化回路、２１５．２１７は減算器、２１６．２１８は
係数乗算を行なうＲＯＭ、２１９はＲＯＭ２１６．２１
８の逆特性の乗算を行なうＲＯＭ、２２０は加算器であ
る。

復号装置６において、２２１はブロック毎のダイナミッ
クレンジＤＲの入力端子、２２２はブロック毎の最小値
の入力端子、２２３は符号語の入力端子、２２４は復号
化逆量子化手段、２２５は２０６と同し予測器、２２６
はブロック分解器、２２７は復号されたディジタル画像
信号の出力端子、２２８は正規化回路、２２９はＲＯＭ
２１３の逆特性を有し、正規化されたダイナミックレン
ジＤＲ内の復号化逆量子化を行なうＲＯＭ、２３０は逆
正規化回路、２３１は減算器、２３２はＲＯＭ２１６．
２１８と同じＲＯＭ、２３３はＲＯＭ２１９と同じＲＯ
Ｍ、２３４は加算器である。

以上のように構成された本実施例の符号化装置、復号化
装置について、以下その動作を説明する。

符号化装置において、端子２０１より入力されたディジ
タル画像信号はブロック分割器１０２により画素データ
が並び換えられてブロック毎に画素データが出力される
。

ブロック毎の画素データは最大最小検出器２０３により
ブロック毎に画素データの最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮ
が検出される。

量子化符号化手段２０５は最大値ＭＡＸ、最小値ＭＩＮ
、予測値Ｐに適応してブロック分割器からの画素の量子
化、符号化を行い、符号語、復号値（量子化代表値）を
出力するが、これを直接１つのＲＯＭで実現することは
回路規模的に困難であるため正規化回路２１Ｌ　２１２
　、Ｒ０Ｍ２１３、逆正規化回路２１４により構成して
いる。

減算器２１０は最大値ＭＡＸより最小値ＭＩＮを減じて
ダイナミックレンジＤＲを出力する。

ダイナミックレンジＤＲ内のみを予測値適応量子化する
ので、入力の画素値および、予測値より正規化回路２１
１．２１２内において最小値を除去しダイナミックレン
ジＤＲの逆数をＲＯＭ２１６．２１８により乗じること
により正規化を行なっている。

ＲＯＭ２１３は正規化されたダイナミックレンジ内を予
測値適応量子化、符号化して、符号語および正規化され
た復号値（量子化代表値）を出力する。

逆正規化回路２１４は前記正規化された復号値を復号値
に変換する。まず正規化された復号値にダイナミックレ
ンジＤＲをＲＯＭ２１９により乗じることによりダイナ
ミックレンジを元に戻し、最小値を加算器２２０により
加えることにより復号値を得ている。

復号値は予測器２０６の人力となる。ブロック毎に伝送
する付加情報としてダイナミックレンジＤＲ１最小値Ｍ
ＩＮを端子２０７．２０８より出力し、ブロック内の各
画素を蓋子化符号化して得られる符号語は端子２０９よ
り出力される。

第３図に量子化符号化手段の量子化特性を示す。

同図において実線は量子化代表値を示す。

復号装置において、端子２２１．２２２からブロック毎
に付加情報であるダイナミックレンジＤＲ１最小値ＭＩ
Ｎが、端子２２３より画素毎の符号語が復号化逆量子化
手段２２４に入力される。復号化逆量子化手段２２４は
量子化符号化手段２０５の逆処理を行なうものであり、
直接１つのＲＯＭで実現することは困難であるため、正
規化回路２２８、ＲＯＭ２２９、逆正規化回路２３０に
より構成している。正規化回路２２８は正規化回路２１
１．２１２と同一であり、逆正規化回路２３０は逆正規
化回路２１４と同一である。

ＲＯＭ２２９はＲＯＭ２１３の逆特性を備えている。Ｒ
ＯＭ２２９に正規化回路２２８により正規化された予測
値と符号語を入力することにより正規化された復号値が
出力され、逆正規化回路２３０により復号値に変化され
る。

復号値は予測器２２５およびブロック分解器２２６に入
力される。ブロック分解器によりブロック毎の画素は端
子２０１における信号と同じ元の並びのディジタル画像
信号となって端子２２７より出力される。

以上のように、本実施例によれば符号語だけでなく、ブ
ロック毎のダイナミックレンジと最小値を付加情報とし
て伝送し、かつ量子化代表値に最大値、最小値を量子化
代表値の一つとすることにより符号化、復号化を繰り返
すことによる劣化がなく、また最大値、最小値は予測値
に影響されずに再生されるので誤り伝搬による信号劣化
を小さくできる。

上記実施例においては付加情報としてブロック毎にダイ
ナミックレンジ、最小値の２つを伝送したが、ダイナミ
ックレンジ、最大値、最小値の何れか２つを伝送すれば
よい。

また正規化回路、逆正規化回路において最小値を減算も
しくは加算しているが、最小値に替えて最大値としても
よいことは明らかである。

量子化特性も第１図、第３図のものに限定されルモノで
なく、各種考えられる。その例の一部を以下に示す。

複数の量子化特性を備え、画素の位置等によって切り換
える。

量子化符号化手段において最大量子化代表値、最小量子
化代表値がそれぞれ前記ブロックの最大値ＭＡＸ、最小
値ＭＩＮである量子化特性Ａと前記量子化特性Ａとは異
なる量子化特性Ｂとを備え、最大値、最小値に等しい画
素をそれぞれ所定回符号化するまでは量子化特性Ａで量
子化し、それ以後は量子化特性Ｂでの量子化を許す量子
化特性。

まだダイナミックレンジの大きいブロックはど量子化に
おける代表値の数を多くする、すなわち符号化ビット数
を多くすることによりさらに符号化効率を改善すること
が可能である。

さらに所定数の複数のブロックを符号化の単位し、その
符号化単位内におけるダイナミックレンジの分布を調べ
、ダイナミックレンジの大きさに応じて符号量を変える
ことによりフィードフォワードで符号量を一定とする制
御が可能である。

ダイナミックレンジの極めて小さいブロックはブロック
の平均値を最小値または最大値とし、ダイナミックレン
ジは０とすることによりＯビットの符号化も可能である
。

最大値、最小値のその値によって定める所定範囲内にあ
る値はその平均値に置き換え、改めて前記平均値を最大
値、最小値とすることにより雑音による影響を小さくで
き、符号化効率を改善できる。但し再符号化時にこの新
たな最大値、最小値が変化しないよう新たな最大値、最
小値に対し前記所定範囲内にある値はその範囲外の値と
する処理が必要である。

また最大値、最小値以外の量子化代表値には予測値に近
いものほど符号長の短い符号語を割り当てることにより
、より符号化効率を改善することが考えられる。

発明の詳細な説明したように本発明によれば、ブロック毎の最大値
、最小値を直接または間接に伝送し、最大値、最小値を
量子化代表値とする量子化器を備えることにより、誤り
伝搬に強く、符号化復号化の繰り返しによる劣化のない
ので、その実用的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の符号化方法の原理の説明図、第２図は
本発明の一実施例における符号化装置と復号装置を示す
ブロック構成図、第３図は本発明における量子化符号化
手段の量子化特性図、第４図は従来の予測値適応量子化
を用いたＤＰＣＭ符号化装置のブロック構成図、第５図
は予測値適応量子化の特性図である。２０１・・・・・・ディジタル西像信号の入力端子、２
０２・・・・・・ブロック分解器、２０３・・・・・・
最大最小検出器、２０４・・・・・・遅延器、２０５・
・・・・・量子化符号化手段、２０６・・・・・・予測
器、２０７・・・・・・ダイナミックレンジＤＲの出力
端子、２０８・・・・・・最小値ＭＩＮの出力端子、２
０９・・・・・・符号語の出力端子、２１０・・・・・
・減算器、２１１．２１２・・・・・・正規化回路、２
１３・・・・・・ＲＯＭ、２１４・・・・・・逆正規化
回路、２１６．２１８・・・・・・除算ＲＯＭ、２１４
・・・・・・乗算ＲＯＭ。代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ばか２名第図０００〜ｍ　− （Ｐ−ＭｔＮ）符号イにフ９にド第図第図０００〜ｌｌｔ　− 符号１しツード

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ディジタルの画像信号を入力とし、前記画像信号
を所定数の画素からなるブロックに分割し、前記ブロッ
クの最大値ＭＡＸ、最小値ＭＩＮを求める最大最小検出
手段と、前記画像信号の各画素を量子化、符号化した符
号化出力を得る量子化符号化手段と、前記符号化する画
素の前記予測値Ｐを得る予測手段とを備えた画像の符号
化装置であって、前記量子化符号化手段における量子化
特性が前記予測値Ｐ、前記最大値ＭＡＸ、前記最小値Ｍ
ＩＮにより決定されること、および前記符号化出力とと
もにブロック毎の前記最大値ＭＡＸ、前記最小値ＭＩＮ
を直接または所定の変換を行なったものを伝送すること
を特徴とする画像の符号化装置。
（２）量子化符号化手段において量子化代表値を最小値
ＭＩＮから最大値ＭＡＸの範囲に配置し、前記予測値Ｐ
に近い部分は前記量子化代表値の間隔が小さいことを特
徴とする請求項（１）記載の画像の符号化装置。
（３）量子化符号化手段において最大量子化代表値、最
小量子化代表値がそれぞれ前記ブロックの最大値ＭＡＸ
、最小値ＭＩＮであることを特徴とする請求項（１）記
載の画像の符号化装置。
（４）量子化符号化手段において最大代表値、最小代表
値には特定の符号語を割り当てることを特徴とする請求
項（１）記載の画像の符号化装置。
（５）量子化符号化手段において予測値Ｐに近い量子化
代表値に短い符号語を割り当てることを特徴とする請求
項（１）記載の画像の符号化装置。
（６）符号化ビット数ｍが０であるブロックにおいては
ブロック内の画素の平均値を復号値とし、伝送する最大
値ＭＡＸ、最小値ＭＩＮを前記平均値とし、ダイナミッ
クレンジＤＲは０とすることを特徴とする請求項（１）
記載の画像の符号化装置。