JPH04192969A - Image signal coding system - Google Patents
Image signal coding systemInfo
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- JPH04192969A JPH04192969A JP2328197A JP32819790A JPH04192969A JP H04192969 A JPH04192969 A JP H04192969A JP 2328197 A JP2328197 A JP 2328197A JP 32819790 A JP32819790 A JP 32819790A JP H04192969 A JPH04192969 A JP H04192969A
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- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、画像信号を圧縮するための画像信号符号化方
式に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an image signal encoding method for compressing an image signal.
画像信号を伝送或いは蓄積する際には、伝送速度を高め
るため或いは必要メモリ容量を減少させるため画像信号
の圧縮か行われる。When transmitting or storing image signals, the image signals are compressed to increase the transmission speed or to reduce the required memory capacity.
圧縮の方法は種々存在するか、その一つとして直交変換
符号化方式がある。直交変換符号化方式は、画像信号を
直交変換したときのエネルギが特定の係数に集中するこ
とを利用した符号化技術であり、エネルギか集中する低
周波領域の係数に多くのビットを割り当て、エネルギが
それほと集中しない高周波成分を少ないビット数で符号
化することにより全体のデータ量を低減する手法である
。There are various compression methods, one of which is orthogonal transform encoding. Orthogonal transform encoding is an encoding technology that takes advantage of the fact that energy is concentrated in specific coefficients when an image signal is orthogonally transformed. This is a method of reducing the overall amount of data by encoding high frequency components that are not very concentrated with a small number of bits.
一般に、自然画像は、その大部分か低周波成分て構成さ
れているといわれ、また、人間の目か高周波成分の変化
を検出できにくい特性を持つため、直交変換符号化方式
によって高い効率の符号化か期待てきる。In general, natural images are said to consist mostly of low-frequency components, and because the human eye has a characteristic that makes it difficult to detect changes in high-frequency components, the orthogonal transform coding method is used to create highly efficient codes. I'm looking forward to it.
しかし、直交変換符号化方式においては、細かな模様や
文字等が含まれる画像に対しては、高周波成分がカット
されることによるエツジ部の鈍りゃ、エツジ部周辺に波
立つような画質劣化か発生することかある。However, in the orthogonal transform encoding method, for images containing fine patterns, characters, etc., if the edges become dull due to the cutting of high frequency components, the image quality may deteriorate as ripples appear around the edges. It may occur.
これに対して、画像圧縮のための他の方式であるブロッ
ク符号化(Block Truncation Cod
ing)方式(BTC方式)では、エツジ部を良好に符
号化できることが知られている。On the other hand, there is another method for image compression, Block Truncation Cod.
ing) method (BTC method) is known to be able to encode edge portions well.
そこで、画像の性質に応じて符号化の方式を切り換える
ことが提案されている。たとえば、後藤他= [医用画
像に適したハイブリッド型圧縮復元方式」、情報処理学
会研究会資料、コンピュータビジョン5O−4(198
7,10,1)に開示されているように、ブロック単位
にエツジの判定を行い、急峻なエツジを含まないブロッ
クに対しては直交変換符号化方式の一つである離散コサ
イン変換(DiscreteCosine Trans
form)符号化方式(DCT方式)による圧縮を行い
、急峻なエツジを含むブロックに対してはBTC方式を
適用することにより画質を向上させることか知られてい
る。Therefore, it has been proposed to switch the encoding method depending on the nature of the image. For example, Goto et al. = [Hybrid compression/decompression method suitable for medical images,” Information Processing Society of Japan Research Group Materials, Computer Vision 5O-4 (198
7, 10, 1), edges are determined in block units, and for blocks that do not contain steep edges, discrete cosine transform, which is one of the orthogonal transform encoding methods, is used.
It is known that image quality can be improved by performing compression using a DCT format (form) encoding method (DCT method) and applying a BTC method to blocks containing steep edges.
また、特開昭63−306768号公報に開示されてい
るように、ブロックに含まれる交流成分を検出し、交流
成分か小さいときは変換符号化を適用し、交流成分か大
きいときはブロック符号化を適用して、全体として良好
な画質を保持するようにした画像符号化方式も知られて
いる。In addition, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-306768, AC components included in a block are detected, transform coding is applied when the AC component is small, and block coding is applied when the AC component is large. An image encoding method that maintains good image quality as a whole is also known.
上述した公知技術においては、いずれもブロック単位で
画像の性質を検出して、符号化方式を切り換えているが
、画像の性質をエツジの有無或いは交流成分の大小で判
別するための独立した処理工程或いは専用の回路を必要
としていた。このため処理時間が長くなったり回路構成
か複雑になる等の不都合かあった。In all of the above-mentioned known technologies, the characteristics of the image are detected in block units and the encoding method is switched. Alternatively, a dedicated circuit was required. This has resulted in disadvantages such as a longer processing time and a more complex circuit configuration.
一方、直交変換符号化方式は、圧縮率か、エツジの存在
の有無等の画像の内容に依存することか知られている。On the other hand, it is known that the orthogonal transform encoding method depends on the compression rate and the content of the image, such as the presence or absence of edges.
同一の符号化条件であれば、自然画像か大部分を占める
ような画像は、圧縮率かよく、文字等のエツジか多い、
すなわち、高周波成分が多い画像は、圧縮率が低下する
傾向にある。If the encoding conditions are the same, an image that is mostly natural will have a good compression rate, a lot of edges such as text, etc.
That is, images with many high frequency components tend to have lower compression rates.
しかじな、がら、このように画像の内容によって圧縮率
が変動すると、最適システムの設計か困難になるという
問題が生じる。すなわち、圧縮率か変動すると、圧縮さ
れたデータを処理するためのバッファ容量、処理に要す
る時間等が確定しないため、余裕を持ってシステムを設
計しなければならず無駄が多くなる。However, if the compression rate varies depending on the content of the image, a problem arises in that it becomes difficult to design an optimal system. That is, if the compression rate fluctuates, the buffer capacity for processing compressed data, the time required for processing, etc. cannot be determined, so the system must be designed with some margin, resulting in a lot of waste.
本発明は、前記問題点を解決するために案出されたもの
であって、画像の性質を識別するための処理を符号化の
処理の中に組み込むことにより、符号化方式を切り換え
るための処理を簡単化することを目的とする。また、本
発明の他の目的は、画像の内容によらず、常に一定量の
データに圧縮して符号化することである。The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and includes a process for switching the encoding method by incorporating a process for identifying the characteristics of an image into the encoding process. The purpose is to simplify. Another object of the present invention is to always compress and encode a constant amount of data regardless of the content of the image.
本発明の画像信号符号化方式は、前記目的を達成するた
め、画像データを複数のブロックに分割し、ブロック毎
に直交変換を行い、直交変換によって得られた変換係数
を予め定められた量子化ステップにより量子化し、量子
化された変換係数に基づいて前記画像データのブロック
内の階調変化の程度を推定し、ブロック内の階調変化か
急峻であると推定されたときはブロック近似符号化を行
い、ブロック内の階調変化か滑らかな部分を含んでいる
と推定されたときは前記量子化された変換係数に基づい
て直交変換符号化を行うことを特徴とする。In order to achieve the above object, the image signal encoding method of the present invention divides image data into a plurality of blocks, performs orthogonal transformation for each block, and performs predetermined quantization on the transform coefficients obtained by the orthogonal transformation. Quantize by step, estimate the degree of gradation change within the block of the image data based on the quantized transform coefficient, and perform block approximation coding if the gradation change within the block is estimated to be steep. The present invention is characterized in that when it is estimated that a tone change within a block includes a smooth portion, orthogonal transform encoding is performed based on the quantized transform coefficients.
また、本発明は、ブロック近似符号化と直交変換符号化
を適応的に行う場合に、各符号化により圧縮されたデー
タの量か等しくなるように、符号化パラメータを設定す
ることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that when block approximation coding and orthogonal transform coding are adaptively performed, coding parameters are set so that the amount of data compressed by each coding is equal. .
本発明の原理を、第1図を参照して説明する。 The principle of the present invention will be explained with reference to FIG.
始めに、階調を持った画像から、たとえは、8×8の画
素ブロックか切り出され(ステップl)、この画素ブロ
ックが離散コサイン変換により8×8の係数マトリクス
に変換される (ステ・ンプ2)。First, an 8 x 8 pixel block is cut out from an image with gradation (step l), and this pixel block is converted into an 8 x 8 coefficient matrix by discrete cosine transformation (step l). 2).
次に、変換された係数情報は量子化される (ステップ
3)。Next, the transformed coefficient information is quantized (step 3).
量子化の手法としては種々のものか存在するか、ここで
は、量子化マトリクスによる線形量子化を用いた場合を
取り上げる。一般に、量子化ステ・ノブの幅は、低周波
成分に対しては細かく、高周波成分については粗くなる
傾向にある。量子化マトリクスの例を第2図(a1、
(blに示す。なお、第2図(alは後述する実施例に
おける輝度信号用の量子化マトリクスであり、同図(b
lは同じく色差信号用の量子化マトリクスである。There are various quantization methods, but here we will discuss the case of using linear quantization using a quantization matrix. Generally, the width of the quantization step knob tends to be fine for low frequency components and coarse for high frequency components. An example of a quantization matrix is shown in Figure 2 (a1,
(shown in bl. In addition, FIG. 2 (al) is a quantization matrix for the luminance signal in the example described later,
Similarly, l is a quantization matrix for color difference signals.
画像信号の持つエネルギの大部分は、低周波に集中して
いることから、離散コサイン変換により、ステップ3で
量子化された係数は、低周波成分の係数が値を持ち、高
周波成分の大部分はゼロになる。Since most of the energy of an image signal is concentrated in low frequencies, the coefficients quantized in step 3 by discrete cosine transformation are such that the coefficients of low frequency components have values, and most of the high frequency components have values. becomes zero.
ブロック推定を行うステップ4ては、たとえは、第3図
に示された順序で、低次係数側から高次係数側に向かっ
て前記量子化された係数の値をノブザブに走査して行き
、予め定められた係数位置よりも高い周波数を持つ係数
にセロでないものか存在するか否か、すなわち、第5図
のノエーデイング部分以外にセロでない係数か存在する
か否かにより、前記画素ブロックかエツジを含むブロッ
クであるか、或いは、エツジを含まない平坦なブロック
であるかを推定する。すなわち、セロでない係数か存在
するときエツジを含むブロックであると推定する。In step 4 of performing block estimation, for example, the values of the quantized coefficients are scanned from the low-order coefficient side to the high-order coefficient side in the order shown in FIG. The pixel block or edge is determined depending on whether there are non-zero coefficients in the coefficients having a higher frequency than a predetermined coefficient position, that is, whether there are non-zero coefficients other than the noeding part in FIG. , or a flat block that does not contain edges. That is, if a coefficient other than zero exists, it is estimated that the block contains an edge.
エツジを含むブロックであると推定された場合には、ブ
ロック近似符号化される (ステップ5)。If the block is estimated to include an edge, block approximation coding is performed (step 5).
すなわち、ブロックごとの平均階調と代表階調、及び各
画素かどの代表階調で表されるのかを示す解像度情報に
よって、前記画像ブロックか符号化される。That is, the image block is encoded based on the average gradation and representative gradation for each block, and resolution information indicating which representative gradation each pixel is represented by.
エツジを含まないブロワつてあると推定された場合には
、前記の予め定められた係数位置よりも低い次数の係数
に対して、第5図のようにヒツト数を割り当て(ステッ
プ6)、この設定されたヒツト数で係数情報を符号化す
る。If it is estimated that there is a blower that does not include an edge, the number of hits is assigned to the coefficient of a lower order than the predetermined coefficient position as shown in FIG. 5 (step 6), and the setting The coefficient information is encoded using the number of hits.
このとき、1ブロック当たりに割り当てるビ・yト数の
総和が、ブロック近似符号化で1ブロック符号化したと
きの符号量と等しくなるようにすることにより、エツジ
の存在の有無に拘わらず、とのようなブロックも常に一
定の符号量に圧縮されるされることになる。換言すれば
、とのような画像についても常に一定の圧縮率を保証す
ることかできる。At this time, by making the total number of bits allocated per block equal to the amount of code when encoding one block using block approximation encoding, regardless of the presence or absence of edges, Blocks such as the following will also always be compressed to a constant amount of code. In other words, it is possible to always guarantee a constant compression rate even for images such as .
以下、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明の特
徴を具体的に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, features of the present invention will be specifically described based on examples with reference to the drawings.
本実施例においては、カラー画像を輝度信号と二つの色
差信号に変換した後に符号化するカラー画像信号符号化
装置を例に挙げて説明する。In this embodiment, a color image signal encoding device that converts a color image into a luminance signal and two color difference signals and then encodes the signals will be described as an example.
第4図において、画像入力部101から入力されたカラ
ー画像は、A/D変換部102によりディジタル信号に
変換され、更に色変換部103て輝度信号及び二つの色
差信号に分離される。これらの信号は、ブロック切り出
し部104において、たとえば、8画素×8画素のブロ
ック単位に切り出され、バッファ201.301.40
1に格納される。なお、ブロックの大きさは8画素×8
画素に限定されるものではなく、これ以外の値でもよい
。各バッファ201、301.401からの輝度信号及
び二つの色差信号は、それぞれ離散コサイン変換部(図
中、DCT部で示す’) 202.302.402及び
量子化部203゜303、403を介してブロック内推
定部204.304゜404に供給される。各ブロック
内推定部204.304゜404の一方の出力は、制御
線240.340.440を介して、各量子化部203
.303.403の出力とともに、各係数側り当て部2
05.305.405に供給される。In FIG. 4, a color image input from an image input section 101 is converted into a digital signal by an A/D conversion section 102, and further separated into a luminance signal and two color difference signals by a color conversion section 103. These signals are cut out in block units of, for example, 8 pixels x 8 pixels in the block cutting unit 104, and are stored in buffers 201, 301, and 40.
It is stored in 1. The size of the block is 8 pixels x 8
It is not limited to pixels, and may be any other value. The luminance signal and two color difference signals from each buffer 201, 301.401 are respectively passed through a discrete cosine transform unit (indicated by a DCT unit in the figure) 202, 302, 402 and a quantizer 203, 303, 403. It is supplied to the intra-block estimator 204, 304, 404. One output of each intra-block estimation section 204.304.404 is sent to each quantization section 203 via a control line 240.340.440.
.. Along with the output of 303.403, each coefficient side applying section 2
Served on 05.305.405.
また、各ブロック内推定部204.30’4.404の
他方の出力は、制御線241.341.、441を介し
て、各バッファ201.301.401の出力とともに
、各ブロック近似符号化部(図中、BTC部で示す)2
06.306゜406に供給される。但し、輝度信号用
は4値となっており、色差信号用は2値となっている。Further, the other output of each intra-block estimator 204.30'4.404 is connected to the control line 241.341. , 441, along with the output of each buffer 201, 301, 401, each block approximate encoder (indicated by BTC section in the figure) 2
06.306°406. However, the luminance signal has four values, and the color difference signal has two values.
上記各ブロック内推定部204.304.404の二つ
の出力は、推定結果に応じて相補的に変化し、たとえば
、制御線240.340.440かハイレベルであると
きは、制御線241.341.441かローレベルとな
って、各係数割り当て部205.305.405か動作
可能となり、逆に、制御線241.341.441かハ
イレベルであるときは、制御線240.340.440
かローレベルとなって、各ブロック近似符号化部206
.306.406か動作可能となる。各係数割り当て部
205.305.405の出力及び各ブロック近似符号
化部206.306.406の出力は、符号データ線1
91.193.195及び192゜194、196を介
して符号構成部105に供給される。The two outputs of each intra-block estimator 204.304.404 change complementarily depending on the estimation result. For example, when the control line 240.340.440 is at a high level, the control line 241.341 .441 is at a low level, each coefficient assignment unit 205.305.405 becomes operational, and conversely, when the control line 241.341.441 is at a high level, the control line 240.340.440 is at a low level.
or becomes low level, and each block approximate encoding unit 206
.. 306.406 becomes operational. The output of each coefficient assignment unit 205.305.405 and the output of each block approximate encoding unit 206.306.406 are
91.193.195 and 192°194, 196 to the code configuration unit 105.
次に、上述のカラー画像信号符号化装置の動作について
説明する。Next, the operation of the above-mentioned color image signal encoding device will be explained.
画像入力部101から入力されたカラー画像信号110
は、まずA/D変換部102により、たとえば8ビツト
のディジタルカラー画像信号120に変換され、更に、
色変換部103で輝度成分Yを表す輝度信号130と色
差成分Cr、 Cbを表す二つの色差信号140.15
0に分解される。Color image signal 110 input from image input section 101
is first converted into, for example, an 8-bit digital color image signal 120 by the A/D converter 102, and then
The color conversion unit 103 generates a luminance signal 130 representing the luminance component Y and two color difference signals 140.15 representing the color difference components Cr and Cb.
It is decomposed into 0.
これらの信号130.140.150は、ブロック切り
出し部104において、1ことえは、8画素×8画素の
ブロック単位に切り出され、切り出し後の輝度信号16
0と色差信号170.180はバッファ201.301
゜401に格納される。These signals 130, 140, and 150 are extracted in block units of 8 pixels x 8 pixels in the block extraction unit 104, and the luminance signal 16 after extraction is
0 and color difference signals 170.180 are buffers 201.301
401.
各成分Y、Cr、Cbは、1画素あたり8ヒヅトて表現
されているため、8×8の画素ブロックでは、
3(成分)×8(ビット)X64(画素)% 8= 1
92(バイト)のデータ量となる。ここでは圧縮率を1
78とし、ブロック当たりのデータ量を24(−192
/8)ハイドに圧縮する方式について説明する。但し、
圧縮率は1/8に限定されるものではなく、他の値に設
定することもできる。Each component Y, Cr, and Cb is expressed as 8 bits per pixel, so in an 8 x 8 pixel block, 3 (components) x 8 (bits) x 64 (pixels)% 8 = 1
The amount of data is 92 (bytes). Here, the compression rate is 1
78, and the amount of data per block is 24(-192
/8) Explain the method of compressing into hide. however,
The compression ratio is not limited to 1/8, and can be set to other values.
バッファ201.301.401からの輝度信号210
と色差信号310.410は、離散コサイン変換部20
2゜302、402に供給され、各離散コサイン変換部
202゜302、402は、輝度9色差それぞれの成分
Y、Cr。Luminance signal 210 from buffer 201.301.401
and the color difference signals 310 and 410 are processed by the discrete cosine transform unit 20
2° 302, 402, and each discrete cosine transform unit 202° 302, 402 receives luminance and nine color difference components Y and Cr.
cbの8×8の画素ブロックに対して離散コサイン変換
を行う。一般に離散コサイン変換に代表される直交変換
処理は、マトリクス演算で実現される。たとえば、画像
を8×8画素のブロックに分割することて入力画像マト
リクスを構成し、これに対して8×8のコサイン変換マ
トリクスを乗じることにより、8×8の係数マトリクス
か得られる。Discrete cosine transform is performed on the 8×8 pixel block of cb. Orthogonal transform processing, typically represented by discrete cosine transform, is generally realized by matrix operations. For example, an input image matrix is constructed by dividing an image into blocks of 8x8 pixels, and an 8x8 coefficient matrix is obtained by multiplying this by an 8x8 cosine transformation matrix.
離散コサイン変換の処理式を以下に示す。The processing formula for discrete cosine transformation is shown below.
i)2次元離散コサイン変換
Y=CXC丁
n)2次元逆離散コサイン変換
X=C”XC
但し、X二8X8人力画像マトリクス
Y・8×8変換係数マトリクス
C二1次元離散コサイン変換マトリ
クス
C7:転置マトリクス
また、1次元離散コサイン変換マトリクスの定義は次の
通りである。i) 2-dimensional discrete cosine transformation Y=CXC d) 2-dimensional inverse discrete cosine transformation X=C"XC However, Transposed matrix Also, the definition of a one-dimensional discrete cosine transformation matrix is as follows.
m、 n=o、 1. 2. ・ +、 N−
1K m = −(m = O)
V)
Km= 1 (m≠O)なお、本実施例
においては直交変換方式として離散コサイン変換を採用
しているが、これに限定されるものではなく、たとえは
、アダマール変換。m, n=o, 1. 2.・+, N-
1K m = -(m = O) V) Km = 1 (m≠O) Note that although discrete cosine transform is adopted as the orthogonal transform method in this embodiment, it is not limited to this. is the Hadamard transformation.
スラント変換等の他の方式を採用することもてきる。Other methods such as slant conversion may also be employed.
変換後の係数220.320.420の量子化は、量子
化部203.303.403で行われる。この量子化部
203゜303、403では、量子化マトリクスによる
線形量子化が行われる。これは、変換処理によって得ら
れた係数マトリクスに対して、それぞれの係数位置に対
応した量子化ステップをマトリクスをとして定義しく以
下量子化マトリクスとする)、変換係数値を、量子化マ
トリクス中の対応する位置に設定された値で除算するこ
とによって行われる。Quantization of the converted coefficients 220.320.420 is performed in a quantization unit 203.303.403. The quantization units 203, 303 and 403 perform linear quantization using a quantization matrix. This is done by defining the quantization step corresponding to each coefficient position as a matrix (hereinafter referred to as quantization matrix) for the coefficient matrix obtained by the transformation process, and then converting the transformation coefficient values to the corresponding values in the quantization matrix. This is done by dividing by the value set at the position.
除算の結果(商)か量子化値として符号化の対象とされ
、余りは捨てられる。The result of division (quotient) or quantized value is encoded, and the remainder is discarded.
復号側では、符号化側と同じ量子化マトリクスを用いる
ことにより、乗算によって変換係数を再現することがで
きる。On the decoding side, by using the same quantization matrix as on the encoding side, transform coefficients can be reproduced by multiplication.
たとえば、4×4のマトリクスを例に挙げると、係数マ
トリクスか、
てあり、量子化マトリクスか、
であったとすると、量子化後係数マトリクスは、となる
。この量子化後係数マトリクスは、可変長符号化された
後に、復号側に伝送される。復号側では上述と逆の処理
か行われて逆量子化され、元の係数マトリクスか再現さ
れる。For example, taking a 4×4 matrix as an example, if it is a coefficient matrix, and a quantization matrix, then the coefficient matrix after quantization is as follows. This post-quantized coefficient matrix is variable-length encoded and then transmitted to the decoding side. On the decoding side, the process inverse to that described above is performed and dequantized, and the original coefficient matrix is reproduced.
なお、量子化マトリクス中に定義される量子化ステップ
は、変換係数の分散や、再現画像の画質に与える影響を
考慮して決定される。Note that the quantization steps defined in the quantization matrix are determined in consideration of the variance of the transform coefficients and the influence on the image quality of the reproduced image.
量子化マトリクスは、輝度信号と色差信号にそれぞれ用
意されており、第2図fa+は輝度信号用の量子化マト
リクスを示し、同図(blは色差信号用の量子化マトリ
クスを示す。Quantization matrices are prepared for each of the luminance signal and the color difference signal, and FIG. 2 fa+ shows the quantization matrix for the luminance signal, and FIG.
なお、量子化マトリクスは第2図に示すものに限定され
るものてはなく、他の値を有するマトリクスを使用する
こともてきる。Note that the quantization matrix is not limited to that shown in FIG. 2, and matrices having other values may also be used.
量子化後の係数230.330.430は、ブロック内
推定部204.304.404に供給され、第3図に示
されるように、Nl 、r2J 、r3J 、r4」、
・・と低次の係数から高次の係数までをシグサクに走査
する順番でゼロ・非ゼロの判定が行われていく。The quantized coefficients 230.330.430 are supplied to the intra-block estimator 204.304.404, and as shown in FIG. 3, Nl, r2J, r3J, r4'',
. . . Zero/non-zero determination is performed in the order of sequential scanning from low-order coefficients to high-order coefficients.
輝度信号の場合、ブロック内の状態の推定に用いる閾値
がr21Jであるとすると、21番目以降の係数、すな
わち、第5図(alにおいてシェーディングか付されて
いない部分の係数に、非セロのものかあるかないかでブ
ロック内か平坦であるか否かを推定する。すなわち、非
ゼロのものかある場合には、ブロック内の階調変化か急
峻な部分、たとえば、エツジを含んでいると推定する。In the case of a luminance signal, if the threshold value used for estimating the state within a block is r21J, the coefficients from the 21st onwards, that is, the coefficients in the part not marked with shading in Figure 5 (al), are In other words, if there is a non-zero value, it is estimated that the block contains a gradation change or a steep part, such as an edge. do.
色差信号の場合には、更に低い次数に閾僅か設定される
。第5図(blの例では「13」に設定している。In the case of a color difference signal, a threshold is slightly set to an even lower order. FIG. 5 (In the example of bl, it is set to "13".
なお、上述の原画像のブロックの内部の推定のために、
変換後の係数マトリクス内に設定される閾値は、第5図
に示した値に限定されるものではなく、画像の解像度、
圧縮率等に応して決定されるものである。また、係数の
走査順序は、第3図に示されるものに限定されるものて
はなく、たとえば、第3図において、rlJ 、r3J
、r5J 。Note that for the estimation of the inside of the block of the original image mentioned above,
The threshold values set in the coefficient matrix after conversion are not limited to the values shown in FIG.
This is determined depending on the compression ratio, etc. Furthermore, the scanning order of the coefficients is not limited to that shown in FIG. 3; for example, in FIG. 3, rlJ, r3J
, r5J.
r2J、r6J、r8J、r13J、r9J、r4J。r2J, r6J, r8J, r13J, r9J, r4J.
rio」、 ・・の順に走査することも考えられる。It is also conceivable to scan in this order.
上述のようにブロック内が比較的平坦であるか否かの推
定は、ブロック内推定部204.304.404て行わ
れ、各ブロック内推定部204.304.404の出力
か制御線240.241.340.341.440.4
41を介して各係数側り当て部205.305.405
及び各ブロック近似符号化部206.306.406に
供給され、符号化の種類が制御される。As described above, estimation of whether or not the inside of a block is relatively flat is performed by the intra-block estimating section 204.304.404, and the output of each intra-block estimating section 204.304.404 or the control line 240.241 .340.341.440.4
41 to each coefficient side fitting part 205.305.405
and is supplied to each block approximate encoding unit 206, 306, 406, and the type of encoding is controlled.
すなわち、ブロック内推定部204.304.404に
より、ブロック内にエツジかあると推定された場合には
、制御線241.341.441かたとえば、ハイレベ
ルとなって、4値ブロック近似符号化部206及び2値
ブロック近似符号化部306.406か動作状態となり
、輝度信号210に対しては4値ブロック近似符号化が
適用され、色差信号310.410については、2値ブ
ロック近似符号化か適用される。That is, when the intra-block estimator 204.304.404 estimates that there is an edge within the block, the control line 241.341.441 becomes, for example, a high level, and the 4-value block approximation encoder 206 and binary block approximation encoding units 306 and 406 are activated, and quaternary block approximation encoding is applied to the luminance signal 210, and binary block approximation encoding is applied to the color difference signal 310 and 410. be done.
以下、それぞれの近似符号化について説明する。Each approximate encoding will be explained below.
先ず、4値ブロック近似符号化部206における輝度信
号210の符号化について説明する。ブロック内の全画
素数をn個とし、これらの画素を画素値の順に並へたと
きに、高いほうから数えてn/4番目までの画素の値の
平均値をpmaxとし、低いほうから数えてn / 4
番目まての画素の値の平均値をP minとする。Pm
ax I!:Pm1nの値の差を2等分することにより
、基準レベルAと差分レベルDを、
A = (P max十P m1n)/ 2D = P
max−P min
と定める。なお、基準レベルAと差分レベルDは、それ
ぞれ32レベル(5ビツト)に量子化される。First, encoding of the luminance signal 210 in the quaternary block approximation encoding section 206 will be described. When the total number of pixels in a block is n, and these pixels are arranged in order of pixel value, pmax is the average value of the pixel values up to the n/4th pixel counting from the highest, and counting from the lowest. te n/4
Let P min be the average value of the values of the th pixel. Pm
ax I! : By dividing the difference in the value of Pm1n into two, the reference level A and the difference level D are calculated as follows: A = (P max + P m1n) / 2D = P
It is defined as max-Pmin. Note that the reference level A and the difference level D are each quantized to 32 levels (5 bits).
この基準レベル八と差分レベルDを用いて、ブロック内
の画素を代表する四つの階調P l+ P 2+ P
3+P4を求めると以下のようになる。Using this reference level 8 and difference level D, four gradation levels P l+ P 2+ P representing pixels in the block are calculated.
Calculating 3+P4 is as follows.
P + = A D = P manP、=A−D/
4
P、=A+D/4
P4=A+D=:Pmax
ブロック内の各画素は、最も近い値を持つP、。P + = A D = PmanP, = A-D/
4 P,=A+D/4 P4=A+D=:Pmax Each pixel in the block has the closest value P,.
P 2+ P I P 4のいずれかで表されることに
なる。It will be expressed as either P 2+ P I P 4.
また、画素毎に、どの代表値で表されるかを示すための
2ビツトの解像度情報を持つ。Furthermore, each pixel has 2-bit resolution information to indicate which representative value it is represented by.
したがって、輝度信号の符号化に要するビット数は、
5 (ビット)+ 5 (ビット)+8 X 8
X 2 (ビt))=138(ビット)となる。Therefore, the number of bits required to encode the luminance signal is 5 (bits) + 5 (bits) + 8 x 8
X 2 (bits))=138 (bits).
次に、色差信号310.410に対しては、ブロック近
似符号化部306.406において2僅のブロック近似
符号化か適用される。ここでは、全画素の平均値を求め
、ブロック内の全画素の大きさと比較する。画素を、平
均値より大きい値を持つ画素の集合と、平均値より小さ
い値を持つ画素の集合に分類し、それぞれの集合毎の平
均値Q max、 Q minを算出する。Next, the color difference signals 310 and 410 are subjected to block approximation coding in block approximation coding units 306 and 406. Here, the average value of all pixels is calculated and compared with the size of all pixels in the block. The pixels are classified into a set of pixels having a value larger than the average value and a set of pixels having a value smaller than the average value, and average values Q max and Q min for each set are calculated.
ここでは、基準レベルAと差分レベルDを、それぞれ、
A = (Q max 十Q m1n)/ 2D =
Q max −Q min
と定める。なお、基準レベルAと差分レベルDは、それ
ぞれ32レベル(5ビツト)に量子化される。Here, the reference level A and the difference level D are respectively A = (Q max + Q m1n) / 2D =
It is defined as Q max −Q min. Note that the reference level A and the difference level D are each quantized to 32 levels (5 bits).
また、ブロック内の画素を代表する二つの階調Q、、Q
2は、
Q I= A D / 2
Q2=A+D/2
となる。In addition, two gradations Q, ,Q representing pixels in the block
2 becomes QI=AD/2 Q2=A+D/2.
色差信号は、解像度か多少劣化しても人間の視覚に検知
されにくいため、解像度情報は縦横方向にそれぞれ1/
2にサンプリングしたものを用いる。すなわち、隣接す
る4画素をひとまとめにし、これらの画素が、先に述へ
たQ1、Q2のとちらの代表値で表されるかを示す1ビ
ツトを割り当てることにする。Color difference signals are difficult to detect by human vision even if the resolution deteriorates slightly, so the resolution information is divided by 1/2 in the vertical and horizontal directions.
The samples sampled in 2 are used. That is, four adjacent pixels are grouped together, and one bit is assigned to indicate whether these pixels are represented by the representative value of Q1 or Q2 mentioned above.
以上の結果、二つの色差成分の符号化に要するビット数
は、
(5(ビット)+5(ビット)+8X8X1(ビット)
X % × ′A)X2=52(ビット)
となる。As a result of the above, the number of bits required to encode the two color difference components is (5 (bits) + 5 (bits) + 8X8X1 (bits)
X%×'A)X2=52 (bits).
原画像の1ブロツク当たりのデータ量は、3(成分)×
8(画素)×8(画素)×8(ビット)=1536(ヒ
ツト)であるから、178の圧縮率を達成するには、1
536: 8 = 192
てビットで符号化できればよい。The amount of data per block of the original image is 3 (components) x
8 (pixels) x 8 (pixels) x 8 (bits) = 1536 (hits), so to achieve a compression rate of 178,
536: 8 = 192 bits.
上述した方法で1ブロツクを符号化するのに要するビッ
ト数は、
138(ビット)+52(ビット)=190(ビット)
でよいため、残りの2ビツトのうち、1ビツトを符号化
の種類の識別用に使用し、他の1ヒツトを符号がバイト
単位となるようにするためのフィルビットとした。なお
、識別子用のヒツトは、たとえば、NJが離散コサイン
変換符号化を意味し、「0」かブロック近似符号化を意
味する。The number of bits required to encode one block using the method described above is: 138 (bits) + 52 (bits) = 190 (bits)
Therefore, of the remaining two bits, one bit was used to identify the type of encoding, and the other one was used as a fill bit to ensure that the code was in byte units. Note that for the identifier, for example, NJ means discrete cosine transform encoding, and "0" means block approximation encoding.
上述の説明では、輝度信号を4値ブロック近似符号化し
、色差信号を2値ブロック近似符号化したか、近似符号
化の値はこれに限定されるものではない。たとえば、輝
度信号を2値或いは8値でブロック近似符号化してもよ
い。但し、輝度信号と色差信号とでは、一般に輝度信号
の方が劣化か目につきやすいので、輝度信号の画質を優
先するいような符号化構成は保つ必要かある。また、代
表する階調情報の表現の仕方も、最大階調値と最小階調
値の平均値と両者の差分による組み合わせ以外に、たと
えば、最小階調値と代表階調値間の差分による組み合わ
せも考えられる。更に、基準レベルと差分レベルの階調
表現の精度も5ビツトに限定されるものではない。In the above description, the luminance signal is subjected to quaternary block approximation coding, and the color difference signal is subjected to binary block approximation coding, but the approximate coding values are not limited to these. For example, the luminance signal may be encoded in binary or 8-value block approximation. However, between a luminance signal and a color difference signal, deterioration of the luminance signal is generally more noticeable, so it is necessary to maintain an encoding configuration that gives priority to the image quality of the luminance signal. In addition, in addition to the combination of the average value of the maximum gradation value and the minimum gradation value and the difference between the two, there are also ways to express representative gradation information, such as combinations based on the difference between the minimum gradation value and the representative gradation value. can also be considered. Furthermore, the accuracy of tone expression between the reference level and the difference level is not limited to 5 bits.
上述の説明は、ブロック内にエツジかあると推定された
場合の説明であるが、ブロック内部の状態の推定の結果
、逆に、内部か比較的平坦であると判断された場合は、
制御線240.340.440かたとえばハイレベルと
なって、係数割り当て部205゜305、405か動作
状態となり、離散コサイン変換され、量子化された係数
230.330.430を、予め割り当てられているビ
ット数で符号化する。The above explanation is for the case where it is estimated that there is an edge inside the block, but if the inside of the block is found to be relatively flat as a result of estimation of the state inside the block, then
For example, the control line 240.340.440 becomes high level, and the coefficient assignment units 205, 305, 405 become active, and the discrete cosine transformed and quantized coefficients 230.330.430 are assigned in advance. Encode by number of bits.
ビットの割り当ての一例を第5図に示す。第5図(al
ては、輝度信号に対して、
8x 3+ 6x 3+ 5x 2+4x 5+3x
6+ 2x 2= 94(ビット)か割り当てられ、色
差信号に対しては、(8+6X2+4X5+3X2+2
X 1)=48X2=96(ビット)が割り当てられる
。An example of bit allocation is shown in FIG. Figure 5 (al
For the luminance signal, 8x 3+ 6x 3+ 5x 2+4x 5+3x
6+2x2=94 (bits) are allocated, and for color difference signals, (8+6X2+4X5+3X2+2
X1)=48X2=96 (bits) are allocated.
したかって、lブロックを符号化するのに要するビット
数は、
94(ビット)+96(ビット)=190(ビット)と
なり、先に説明したブロック近似符号化で符号化した場
合と等しい符号量になっている。更に、2ビツト追加し
て、192ビツトにすれば、原画像の丁度1/8のデー
タになる。なお、追加された2ビツトのうち1ビツトは
、符号化の種類の識別用てあり、他の1ビツトはフィル
ヒツトである。なお、量子化された係数情報に割り当て
るビット数は、第5図に示すものに限定されるものでは
なく、他のビット数も採用できる。Therefore, the number of bits required to encode l block is 94 (bits) + 96 (bits) = 190 (bits), which is the same amount of code as when encoding with the block approximation encoding described earlier. ing. Furthermore, by adding 2 bits to make it 192 bits, the data becomes exactly 1/8 of the original image. Note that one bit of the added two bits is used to identify the type of encoding, and the other bit is a fill hit. Note that the number of bits allocated to the quantized coefficient information is not limited to that shown in FIG. 5, and other numbers of bits may be adopted.
以上の手順てブロック近似符号化方式或いは離散コサイ
ン変換符号化方式で選択的に符号化されたデータは、符
号データ線191〜196を介して符号構成部105に
入力され最終的な符号化データか生成される。したかっ
て、画像領域の特性に適した符号化か可能となり、たと
えば、文字画像、写真画像の特徴を損なうことなく符号
化かできる。The data selectively encoded using the block approximation encoding method or the discrete cosine transform encoding method using the above procedure is input to the code configuration unit 105 via code data lines 191 to 196, and is converted into final encoded data. generated. Therefore, it is possible to perform encoding suitable for the characteristics of the image area, and for example, it is possible to perform encoding without impairing the characteristics of character images or photographic images.
このようにして構成された符号の例を第6図に示す。An example of a code constructed in this way is shown in FIG.
第6図(alは、離散コサイン変換符号化の例を示して
おり、最初の1ビツトは符号化の種類を示す識別子であ
り、ここでは離散コサイン変換符号化を意味するrlJ
となっている。次の1ビツトは符号をバイト単位にす
るためのフィルヒツトである。3ビツト目以降には、9
4ビツト分の輝度成分の係数情報が、第5図(alに示
す割り当てヒツト数毎に続く。すなわち、輝度信号用の
係数マトリクスの(1,1)の係数は8ビツトで表され
、以下同様に、(1,2)の係数か8ビツト、(2,1
)の係数か8ヒツト、(3,1)の係数か6ビツト、・
・というように、第3図に示す順序で順次書き込まれる
。輝度成分の係数情報か終了すると、今度は各48ピツ
トの各色差成分の係数情報が、第5図(b)に示す割り
当てビット数毎に続く。すなわち、一方の色差信号用の
係数マトリクスの(1,1)の係数は8ビツトで表され
、以下同様に、(1,2)の係数が6ビツト、(2,1
)の係数か6ビツト、(3,1)の係数か4ビツト、・
・というように、第3図に示す順序で順次書き込まれる
。一方の色差成分の係数情報か終了すると今度は、他方
の色差成分の係数情報についても同様に書込が行われる
。Figure 6 (al indicates an example of discrete cosine transform encoding; the first 1 bit is an identifier indicating the type of encoding; here, rlJ means discrete cosine transform encoding.
It becomes. The next 1 bit is a fill hit to convert the code into bytes. After the 3rd bit, 9
Coefficient information for the luminance component for 4 bits follows each assigned number of hits shown in FIG. Then, the coefficient of (1, 2) or 8 bits, (2, 1
) coefficient or 8 bits, (3,1) coefficient or 6 bits, etc.
. . , etc., are sequentially written in the order shown in FIG. When the coefficient information of the luminance component is completed, the coefficient information of each chrominance component of each 48 pits follows for each allocated bit number as shown in FIG. 5(b). That is, the coefficient (1,1) of the coefficient matrix for one color difference signal is represented by 8 bits, and similarly, the coefficient (1,2) is represented by 6 bits, and the coefficient (2,1) is represented by 6 bits.
) coefficient or 6 bits, (3,1) coefficient or 4 bits, etc.
. . , etc., are sequentially written in the order shown in FIG. When the coefficient information for one color difference component is completed, the coefficient information for the other color difference component is also written in the same way.
第6図(blは、ブロック近似符号化の例を示しており
、先頭には、離散コサイン変換符号化の場合と同様に、
1ビツトの識別子及び1ビツトのフィルビットがある。FIG. 6 (bl shows an example of block approximation coding, and at the beginning, as in the case of discrete cosine transform coding,
There is a 1-bit identifier and a 1-bit fill bit.
なお、ここでは、識別子は、ブロック近似符号化を意味
する「0」となっている。Note that here, the identifier is "0" which means block approximation encoding.
3ヒツト目以降には、5ビツトの基準レベル、5ヒツト
の差分レベル及び128ビツトの解像度情報からなる1
38ビツト分の輝度成分情報か書き込まれる。また、輝
度成分情報に続いて、各色差成分毎に、5ビツトの基準
レベル、5ヒツトの差分レベル及び16ビツトの解像度
情報からなる26ビツト分の色差成分情報か書き込まれ
る。From the 3rd hit onwards, 1 bit consists of a 5-bit reference level, 5-bit difference level, and 128-bit resolution information.
Luminance component information for 38 bits is written. Further, following the luminance component information, 26-bit color difference component information consisting of a 5-bit reference level, 5-bit difference level, and 16-bit resolution information is written for each color difference component.
なお、第6図に示す符号においては、lヒツトのフィル
ビットか含まれているが、これは符号をバイト単位にす
るものであって、バイト単位のサイズにする必要かなけ
れば取り除いても差し支えない。Note that the code shown in Figure 6 includes l-hit fill bits, but this makes the code size in bytes, so it can be removed if it is not necessary to make the size in bytes. do not have.
第4図に示す実施例においては、カラー画像信号を輝度
成分及び色差成分に分離して符号化を行う場合について
説明したか、モノクローム階調画像信号の場合には、第
4図に示すブロックの輝度成分用の信号処理系に相当す
る信号処理系のみを設ければよい。In the embodiment shown in FIG. 4, the case where a color image signal is separated into a luminance component and a chrominance component and encoded is explained, or in the case of a monochrome gradation image signal, the blocks shown in FIG. It is sufficient to provide only a signal processing system corresponding to the signal processing system for the luminance component.
以上に述べたように、本発明によれば、(1) ブロ
ック内の画像の性質を識別するための処理、すなわち、
ブロック内か平坦であるか否の推定か符号化の一部とし
て行われるため、画像の性質を識別するための特別な処
理や回路等を必要としない。したかって、処理時間か短
(なり、また、回路構成も簡単化される。As described above, according to the present invention, (1) processing for identifying the nature of an image within a block, that is,
Since the estimation of whether or not the block is flat is performed as part of encoding, no special processing or circuitry is required to identify the properties of the image. Therefore, the processing time is shortened, and the circuit configuration is also simplified.
(2) 圧縮率の最惑値か保証され、システムの設計
時に圧縮されたデータのためのバッファ容量、伝送時間
が容易に決定できる。したかって、設計か容易となると
ともに無駄かなくなる。また、原画像から切り出された
画像部は、常に一定のデータ量に圧縮されているので、
圧縮されたデータから、何ら識別信号等を挿入すること
なしに、画像中の特定位置の検出か可能となる。このた
め、画像の切り出し、移動、転記といった簡単な編集操
作が圧縮されたままのデータで行える。(2) The maximum compression ratio is guaranteed, and the buffer capacity and transmission time for compressed data can be easily determined when designing the system. This makes the design easier and eliminates waste. Also, since the image part cut out from the original image is always compressed to a constant amount of data,
It becomes possible to detect a specific position in an image from compressed data without inserting any identification signal or the like. Therefore, simple editing operations such as cropping, moving, and transcribing images can be performed using compressed data.
第1図は本発明の画像信号符号化方式の原理を説明する
ためのフローチャート、第2図(a)、 (blは量子
化マトリクスの一例を示す説明図、第3図は係数の走査
順序を示す説明図、第4図は本発明の画像信号符号化方
式をカラー画像信号の符号化に適用した実施例を示すブ
ロック図、第5図(at、 fb+は係数に対するビッ
ト割り尚ての例を示す説明図、第6図(a1、 (b+
は各符号化方式における符号の構成例を示す説明図であ
る。
101・画像入力部 102:A/D変換部10
3色変換部 104・ブロック切り出し部10
5・符号構成部 110.120:画像信号13
0、160.2.10 :輝度信号140、150.1
70.180.310.410:色差信号191〜19
6:符号データ線
201、301.401 ニブロックデータバッファ2
02、302.402・離散コサイン変換部203、3
θ3,403:量子化部
204、304.404 ニブロック内推定部205、
305.405 :係数割り当て部206、306.4
06 ニブロック近似符号化部220、320.420
:変換後係数230、330.430 :量子化機係
数240、241.340.341.440.441制
御線特許出願人 富士ゼロックス株式会社代
理 人 小 堀 益第1図
第2図
(0)i度イ言号用
(b)色策信号用
第3図
第5図
第6図
(○)
DCTr’汀号化3れrニ壜合
3g1l 子 フィル 蝿魔成公の係数情@翰
4ビ、ト)ビット
(b)
BTCて′符号化2れた場合
*gll子 フィル *11度成廻貴報(
138仁→ヒツトFIG. 1 is a flowchart for explaining the principle of the image signal encoding method of the present invention, FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment in which the image signal encoding method of the present invention is applied to encoding a color image signal, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of bit allocation for coefficients. Explanatory drawings shown in Fig. 6 (a1, (b+
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a code structure in each encoding method. 101・Image input section 102: A/D conversion section 10
3-color conversion section 104/block cutting section 10
5. Code configuration part 110.120: Image signal 13
0, 160.2.10: Luminance signal 140, 150.1
70.180.310.410: Color difference signals 191 to 19
6: Code data line 201, 301.401 Niblock data buffer 2
02, 302.402・Discrete cosine transform unit 203, 3
θ3, 403: quantization unit 204, 304.404 intra-niblock estimation unit 205,
305.405: Coefficient allocation unit 206, 306.4
06 Niblock approximate encoding unit 220, 320.420
: Post-conversion coefficients 230, 330.430 : Quantizer coefficients 240, 241.340.341.440.441 Control line Patent applicant: Fuji Xerox Co., Ltd.
Masu Hito Kobori Figure 1 Figure 2 (0) I degree I word (b) Color signal Figure 3 Figure 5 Figure 6 (○) 3g1l child Phil Coefficient information of Fumama Seikou @ 4 bits, g) bit (b) When BTC is encoded 2 * gll child Phil * 11 degrees of successive information (
138 Jin→Hitsuto
Claims (1)
に直交変換を行い、直交変換によって得られた変換係数
を予め定められた量子化ステップにより量子化し、量子
化された変換係数に基づいて前記画像データのブロック
内の階調変化の程度を推定し、ブロック内の階調変化が
急峻であると推定されたときはブロック近似符号化を行
い、ブロック内の階調変化が滑らかな部分を含んでいる
と推定されたときは前記量子化された変換係数に基づい
て直交変換符号化を行うことを特徴とする画像信号符号
化方式。 2、ブロック内の階調変化が急峻であると推定されたと
きはブロック内の画像データが一定のデータ量に圧縮さ
れるように符号化パラメータを設定してブロック近似符
号化を行い、ブロック内の階調変化が滑らかな部分を含
んでいると推定されたときは前記量子化された変換係数
に基づいてブロック内の画像データが前記ブロック近似
符号化により圧縮されたデータ量と同じデータ量に圧縮
されるように符号化パラメータを設定して直交変換符号
化を行うことを特徴とする請求項1記載の画像信号符号
化方式。[Claims] 1. Divide image data into a plurality of blocks, perform orthogonal transformation for each block, and quantize the transform coefficients obtained by the orthogonal transformation by a predetermined quantization step. The degree of gradation change within the block of the image data is estimated based on the conversion coefficient, and when the gradation change within the block is estimated to be steep, block approximation coding is performed to calculate the gradation change within the block. An image signal encoding method characterized in that when it is estimated that the image contains a smooth portion, orthogonal transform encoding is performed based on the quantized transform coefficients. 2. When it is estimated that the gradation change within a block is steep, block approximation encoding is performed by setting encoding parameters so that the image data within the block is compressed to a constant data amount. When it is estimated that the gradation change includes a smooth part, the image data in the block is reduced to the same amount of data as the amount of data compressed by the block approximation coding based on the quantized transformation coefficient. 2. The image signal encoding method according to claim 1, wherein orthogonal transform encoding is performed by setting encoding parameters so as to compress the image signal.
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JP32819790A JP2920692B2 (en) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | Image signal encoding device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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