JPH0470059A - 画像データ符号化方法及び装置 - Google Patents

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】 〔概　　　要〕 多値画像を複数の画素からなるブロックに分割してブロ
ック内の画素を直交変換した後符号化する画像データ符
号化方法とその装置に関し、高画質でかつ効果的な階層
復元を行うための画像データ符号化方法とその装置を提
供することを目的とし、 原画像を複数のＮ×Ｎ画素からなるブロックに分割し、
前記ブロック毎に前記複数のＮ×Ｎ画素の階調値を２次
元離散コサイン変換して得られるＤＣＴ係数を量子化し
、該量子化係数を２次元可変長符号化する装置において
、入力するマスク情報で指示されるビット数分、前記Ｄ
ＣＴ係数の上位ビットをマスクし、前記ブロック内のＮ
×Ｎ個のＤＣＴ係数を２の巾乗で量子化するだめのＮ×
Ｎ個の量子化係数で、前記マスクされたＤＣＴ係数を量
子化するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、多値画像等のデータの符号化装置に係り、さ
らに詳しくは多値画像を複数の画素からなるブロックに
分割してブロック内の画素を直交変換した後符号化する
画像データ符号化方法とその装置に関する。

〔従来の技術〕

数値データに比べて情報量が桁違いに大きい画像データ
、特に中間調画像やカラー画像のデータを蓄積し、ある
いは高速、高品質で伝送するためには画素毎の階調値を
高能率に符号化する必要がある。

画像データの高能率な圧縮方式として、例えば適応離散
コサイン変換符号化方式（Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｄｉｓｃ
ｒｅｔｅ　Ｃｏ５１ｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）がある
。このＡＤＣＴ方式は、画像を８×８画素からなるブロ
ックに分割し、このブロックの画信号を２次元離散コサ
イン変換（以下、ＤＣＴと呼ぶ）により空間周波数分布
の係数に変換し、視覚に適応した闇値で量子化し、求め
た量子化係数を統計的に求めたハフマン・テーブルによ
り符号化する方式である。

第９図はＡＤＣＴ方式の符号化回路のプロ・ンク図であ
る。以下ではその符号化動作を説明する。

画像を第１０図に示す８×８画素からなるブロックに分
割し、端子２３から２次元ＤＣＴ変換部２４に入力する
。２次元ＤＣＴ変換部２４では入力された画信号を直交
変換して、第１１図に示す空間周波数分布の係数に変換
しくＤＣＴ係数を求める）、線形量子化部２５に出力す
る。第１２図は２次元ＤＣＴ変換部２４のブロック図で
ある。端子２３より入力した画信号は１次元ＤＣＴ変換
部３０で１次元ＤＣＴ変換され、転置部３１でブロック
内の係数の行と列とを入れ替え（転置）、１次元ＤＣＴ
変換部３２に出力される。１次元ＤＣＴ変換部３２は前
述の１次元ＤＣＴ変換部３０と同様に１次元ＤＣＴ変換
する回路であり、入力する信号を同様に１次元ＤＣＴ変
換し転置部３３に出力する。転置部３３では、前述の転
置部３１と同様の転置処理を行い、端子３４に出力する
。このように画像データの全ブロックについて処理を行
うことで入力した画像信号はＤＣＴ係数に変換される。

第９図にもどって説明を続ける。線形量子化部２５では
、入力されたＤＣＴ係数を視覚実験により決められた第
１３図に示す闇値で構成する量子化マトリクス２２によ
り線形量子化する。この線形量子化により第１４図に示
す量子化係数を得る。

第１４図で示すように闇値より小さい値のＤＣＴ係数は
０となり、ＤＣ成分とわずかのＡＣ成分のみが値を持つ
量子化係数が性成される。

２次元的に配列された量子化係数は、第１５図に示すジ
クザグスキャンと呼ばれる走査順序に従って１次元に変
換され、可変長符号化部２６に入力する。可変長符号化
部２６は画ブロック先頭のＤＣ成分と前ブロックのＤＣ
成分との差分を可変長符号化する。ＡＣ成分については
有効係数（稙がＯでない係数）の値（以下、インデック
スと呼ぶ）とそこまでの無効係数（値がＯの係数）のラ
ンの長さ（以下、ランと称する）を、ブロック毎に可変
長符号化する。ＤＣ，ＡＣ各成分は画像ごとの統計量を
もとに作成するハフマン・テーブルで構成する符号表２
７を用いて符号化され、得られた符号データは順次端子
２８より出力される。

一方、前述した回路によって得られた符号データは以下
の方法により画像に復元される。第１６図はＡＤＣＴ方
式の復元回路のブロック図である。

端子４０から入力された符号データは可変長復号部４１
に入力する。可変長復号部４１ではハフマン・テーブル
と逆のテーブルで構成する復号表４２により入力された
符号データをインデックスとランの固定長データに復号
し、逆量子化部４３に出力する。逆量子化部４３は、量
子化マトリクス４８の各々値を乗算することにより、入
力された量子化係数を逆量子化してＤＣＴ係数を復元し
、２次元逆ＤＣＴ変換部４４に出力する。２次元逆ＤＣ
Ｔ変換部４４は入力されたＤＣＴ係数を逆ＤＣＴ変換に
より直交変換し、空間周波数分布の係数を画信号に変換
する。

さらに具体的な２次元逆ＤＣＴ変換部４４について説明
する。第１７図は２次元逆ＤＣＴ変換部のブロック図で
ある。端子５０より入力したＤＣＴ係数は１次元逆ＤＣ
Ｔ変換部５１で１次元逆ＤＣＴ変換され転置部５２に加
わる。転置部５２は１ブロツク内の係数の行と列を入れ
換えて１次元逆ＤＣＴ変換部５３に出力する。１次元逆
ＤＣＴ変換部５３は入力された転置後の係数を再び１次
元逆ＤＣＴ変換し、転置部５４に出力する。転置部５４
は、転置部５２と同様に再度１ブロツク内の係数の行と
列を入れ換える。以上の動作により得られる信号を端子
４５から出力することにより画像が復元される。

前述したＡＤＣＴ方式において、量子化係数は、ＤＣＴ
係数を量子化闇値で量子化することで求まる。

第１８図は従来の線形量子化回路のブロック図である。

端子６０より入力するＤＣＴ係数はＤＣＴ係数入力部６
４に加わり保持される。ＤＣＴ係数入力部６４は、タイ
ミング制御部６１からのデータ続出し信号（ＲＥＤ）に
従って入力されたＤＣＴ係数を１画素毎、順次除算部６
５に出力する。

また、量子化闇値保持部６２は同様に、タイミング制御
部６１からのデータ読出し信号（ＲＥＤ）に従って、保
持している各画素に対応した量子化闇値を順次除算部６
５に出力する。除算部６５は、入力された各画素のＤＣ
Ｔ係数を量子化闇値で量子化し、結果を量子化係数（Ｑ
ＵＤ）としてラッチ部６６に出力する。タイミング制御
部６１は、量子化闇値保持部６２のアクセス時間を計算
して、ラッチ部６６にデータのランチ信号（ＬＡＴ）を
発生する。このラッチ信号（ＬＡＴ）により、ラッチ部
６６は量子化係数をラッチし、端子６３から量子化係数
を出力する。１画素分の係数の量子化が終了すると、タ
イミング制御部６１はＤＣＴ係数入力部６４と量子化闇
値保持部６２に次の画素のＤＣＴ係数と量子化闇値の読
出しを指示し、次の画素の係数の量子化を行う。このよ
うに、ＤＣＴ係数入力部６４に保持されているＤＣＴ係
数を１画素単位で読出し、量子化闇値保持部６２に保持
されている量子化闇値で除算して、その結果を対象画素
の量子化係数として出力する処理を１画素毎、ブロック
単位に１画面分繰り返すことにより、１画面分のＯＣＴ
係数が量子化される。

一方、符号データは以下の方法で画像に復元される。第
１９図は従来の線形逆量子化回路のブロック図である。

端子７０より入力される符号データは可変長復号部７１
で量子化係数に復元され、量子化係数入力部７４に入力
する。量子化係数入力部７４はタイミング制御部７２か
らのデータ読出し信号（ＲＥＤ）に従って、入力された
量子化係数を１個づつ順次乗算部７５に出力する。また
、量子化闇値保持部７６は同様に保持している各ＤＣＴ
係数に対応した量子化闇値を順次乗算部７５に出力する
。乗算部７５は入力された各画素のＯＣＴ係数を量子化
闇値で逆量子化する。タイミング制御部７２は各回路等
のアクセス時間を計算してラッチ部７７にデータのラッ
チ信号（ＬＡＴ）を発生する。このラッチ信号（ＬＡＴ
）によりラッチ部７７にＤＣＴ係数がラッチされ、端子
７３から出力される。１個分の量子化係数の逆量子化が
終了したら、タイミング制御部７２は量子化係数入力部
７４と量子化闇値保持部７６に次の量子化係数と量子化
閾値の続出しを指示し、次の係数の逆量子化を行う。こ
のように量子化係数入力部７４に保持されている量子化
係数を１単位で読出し、量子化閾値保持部７６に保持さ
れている量子化闇値で逆量子化し、出力する処理をブロ
ック単位に１画面分繰り返すことにより、１画面分のＤ
ＣＴ係数が逆量子化される。逆量子化されたＤＣＴ係数
を２次元逆ＤＣＴ変換することにより、画像データに復
元される。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来の方式における符号化では、例えば１１ビ
ツトのＤＣＴ係数を２１１２で除算（または、０２ビツ
トのシフト）することで量子化を行っていた。この量子
化処理により１１ビツトのＤＣＴ係数の下位ｎ２ビツト
がシフトされ、１ｌ−ｎ２ビツトの量子化データが得ら
れた。しかしながら、このデータ量は大きいため、伝送
・復元に時間がかかるという問題を有ごていた。更に高
画質な画像データは符号量が更に多いため、伝送・復元
時間が更に長くなっていた。

本発明は、高画質でかつ効果的な階層復元を行うための
画像データ符号化方法とその装置を提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段〕 第１図は本発明の画像データ符号化装置の原理ブロック
図である。

本発明は画像を複数のＮ×Ｎ画素からなるブロックに分
割し、前記ブロック毎に前記複数のＮ×Ｎ画素の階調値
を２次元離散コサイン変換して得られる変換係数を量子
化し、該量子化係数を２次元可変長符号化する画像デー
タ符号化装置に係るものである。

ＤＣＴ係数記憶手段１は入力するＤＣＴ係数を記憶する
。

マスク手段２は入力するマスク情報により前記ＤＣＴ係
数記憶手段Ｉで記憶するＤＣＴ係数の上位ビットをマス
クする。

量子化係数記憶手段３は前記マスクされたブロック内の
Ｎ×Ｎ個のＤＣＴ係数を量子化する量子化係数を記憶す
る。

量子化手段４は前記マスク手段２でマスクされたＤＣＴ
係数を前記量子化係数記憶手段３で記憶する量子化係数
骨、２の巾乗して量子化する。例えばこの量子化手段４
は前記量子化係数骨、前記マスク手段２でマスクされた
ＤＣＴ係数をシフトする。

〔作　　　用〕

本発明の装置における画像データ符号化方法は、入力す
るブロック内のＮ×Ｎ個のＤＣＴ係数をマスク情報で指
示されるビット数分上位ビットをマスクし、そのマスク
された係数を量子化係数で指示される量の２の巾乗で量
子化する。例えば二の量子化における２の巾乗は、例え
ば量子化係数で指示される量のビットシフトである。

また、本発明の装置における手段の作用は以下の如くで
ある。

入力したＤＣＴ係数をＤＣＴ係数記憶手段１で記憶し、
マスク手段２に加える。マスク手段２は入力するマスク
情報で指示される分、前記ＤＣＴ係数の上位ビットをマ
スクし量子化手段４に加える。量子化手段４は量子化係
数記憶手段３で記憶する量子化係数に対応して前記マス
クされたＤＣＴ係数を２の巾乗によって量子化する。例
えばこれは量子化係数に対応するビットシフトである。

符号化する前の段階で簡単な粗い量子化を行い処理を高
速化できる。

〔実　　施　　例〕

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明の動作説明図である。第２図は２段階の
階層符号化により、最終的に全てのＤＣＴ係数が２ｒ＋
２で量子化される場合を示している。

なお、ＤＣＴ係数は１１ビツトよりなっている（第２図
（ａ））。

第１ステージでは、ｉ番目のＤＣＴ係数に対する量子化
係数ｑ　（ｉ）をｎｌとすると、第２図（Ｃ）ニ示ｔ　
ヨウ４．：、２”　（２”＞２ｎ２）　で量子化し、そ
の結果を符号化する。ただし、第１ステージでは全ての
ＤＣＴ係数に対するマスク情報ｎ（ｉ）は“０′°とす
る。

第２ステージ（第２図（ｄ））テは、ｉ番目ノＤｃＴ係
数に対するマスク情報ｎ　（ｉ）をｎｌに設定し、ｉ番
目のＤＣＴ係数に対する量子化係数ｑ（ｉ）を０２に設
定する。そして、マスク手段によりｉ番目のＤＣＴ係数
の上位１ｌ−ｎ１ビツトを“Ｏ°゛にマスクして、その
結果を２ｒ″で量子化して符号化し、伝送する。従来に
おいては、第２図（ｂ）に示す如く２ｎ２で量子化して
いるが、本発明においては第１ステージで２″１の量子
化を行い、続いて第２ステージで２″′の量子化を行っ
ている。

この２回の量子化により、第２図（ｂ）で示す如く有効
ビットは従来では１ｌ−ｎ２ビツトであったが、本発明
では１ｌ−ｎｌ−ｎ２となり、有効ビット数を少なくで
きる。

一方、復元側では、第１ステージで復元したデータを上
位１ｌ−ｎ１ビツト、今回のデータを下位ｎ１ビツトの
量子化データとしてビット加算を行うことで、従来と同
様の２″′量子化データが復元される。また、量子化デ
ータを複数のビット量のデータに分割して符号化し、伝
送・復元することで処理時間を短縮することができる。

さらに、マスク情報を６４個のＤＣＴ係数に対して独立
に保持することで、量子化マトリクスと同様に画像に応
じた柔軟な画質制御が可能になる。

第３図は本発明の実施例のシステム構成図である。端子
１１より入力したＤＣＴ係数はＤＣＴ係数入力部１３で
記憶される。ＤＣＴ係数入力部１３は記憶したＤＣＴ係
数をマスク処理部１５に出力する。マスク処理部１５は
端子１０より加わるデータ（ＭＥＮＴ：ｏ〜１５）に従
って、ＤＣＴ係数をマスクする。

第４図は実施例のマスク処理部１５の構成図である。端
子１０より入力したデータはデータ変換部１５−１で１
１ビツトのデータに変換されインバース回８１５−２で
反転される。点Ａにおけるデータの構成例を第５図に示
す。データＭＢＩＴは０〜１５の値であり４ビツトで構
成される（前段階の量子化がＭビット量子化であった場
合、ＭＢ　ＩＴ−（ｌ　ｌ−Ｍ）である）。本発明の実
施例においてはＤＣＴ係数は１１ビツトであるので、デ
ータ変換部１５−１は４ビツトより構成されるデータＭ
ＢＩＴに対応したビット数分の°１°“を出力し、イン
バース回路１５−２によってそのビットの反転情報を求
めることにより、１１ビツトのマスク情報を得る。イン
バース回路１５−２から出力されたデータ（マスク情報
）とＤＣＴ係数入力部１３から入力したＤＣＴ係数の論
理積をアンド回路１５−３で求め、ＤＣＴ係数の上位（
１１−Ｍ）ビットをマスクする。尚、アンド回路１５−
３は各ビット対応でアンド論理を行う１１個の２人カア
ンドゲートより成る。

第３図にもどって説明する。シフト係数保持部１２はタ
イミング制御部１６の信号に従ってシフト数信号（ＳＦ
Ｔ）をシフト部１７に出力する。

シフト部１７は入力されたシフト数Ｍ゛に従ってマスク
されたＤＣＴ係数の下位Ｍ゛ビツトシフトする。なお、
シフトされたＤＣＴ係数が“−１゜であったとき、ＤＣ
Ｔ係数を０°に置き換える。

シフト処理されたＤＣＴ係数はラッチ部１４に出力され
、タイミング制御部１６からのラッチ信号（Ｌ　Ａ　Ｔ
）によりラッチされ、量子化係数として端子１８より出
力する。この処理を全ブロックについて行うことで１画
面分の量子化が完了する。

さらに、具体的に６ビツトと８ビツトの２段階の量子化
で階層復元を行う場合について説明する。

ＤＣＴ係数入力部１３に保持されたＤＣＴ係数はマスク
処理部１５に入力する。第１段階では端子１０から入力
するデータＭＢＩＴは“０°“であるため、マスク処理
部１５ではマスクが行われず、シフト部１７に入力する
。６ビツト量子化であるのでシフト係数保持部１２はシ
フト数Ｍ＝５をシフト部Ｉ７に出力する。シフト部１７
では下位６ビットをシフトシて、上位５ビツトを量子化
係数として出力する。第２段階の階層復元では前回の有
効ビットであった上位５ビツトをマスクするため、端子
１０よりＭＤＡＴＡ＝５を入力する。シフト係数保持部
１２では８ビツト量子化を行うためのシフト数＝３をシ
フト部１７に出力する。すなわち、第２段階目ではＤＣ
Ｔ係数の上位５ビツトをマスクし、下位３ビツトをシフ
トする。従って、中間の３ビツトを有効データとして符
号化する。

一方、復号部では第１段階の上位５ビツトデータと第２
段階の中間３ビツトデータをビット的に加算して画像デ
ータとして復元する。第６図は第１１図のＤＣＴ係数を
８ビツト量子化した量子化係数を、第７図に６ビツト量
子化した量子化係数を、第８図に上位５ビツトをマスク
して８ビツト量子化した量子化係数を示す。第７図のデ
ータを上位ビット、第８図のデータを下位ビットとして
ビット的な加算を行うことで、第６図のデータが復元さ
れる。なお、データ変換部】５−１はデコーダで、ＲＯ
Ｍで構成することが可能である。

前述した動作によって得られた情報すなわち、符号デー
タを復号部では第１段階の上位５ビツトデータと第２段
階の中間３ビツトデータとをビット的に加算して画像デ
ータとして復元することができる。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、通常の量子化に先
立ち、より粗い量子化を行って符号化することで、解像
度の高い画像に対しても早い段階で高画質の画像を復元
できる。また、従来の階層復元は復元する係数の個数で
制御していたため、最大で６４段階の復元しか行えなか
ったが、本発明では、量子化ビット数と個数とを組み合
わせることで最大７０４ステージもの表現が可能であり
、用途に適合した効果的な階層復元を行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明の動作説明図、 第３図は本発明の実施例のシステム構成図、第４図は実
施例のマスク処理部の回路図、第５図は本発明に係るマ
スク処理データを表す図、 第６図は８ビツト量子化を表す図、 第７図は第１ステージにおける量子化係数を表す図、 第８図は第２ステージにおける量子化係数を表す図、 第９図はＡＤＣＴ方式の符号化回路のブロック図、 第１０図は原画信号を表す図、 第１１図はＤＣＴ孫数を表す図、 第１２図は２次元ＤＣＴ変換部のブロック図、第１３図
はＤＣＴ係数に対する闇値を表す図、第１４図は量子化
係数を表す図、 第１５図は量子化係数の走査順序を表す図、第１６図は
ＡＤＣＴ方式の復元回路のブロック図、 第１７図は２次元逆ＤＣＴ変換部のブロック図、第１８
図は従来の線形量子化回路のブロック図、第１９図は従
来の線形逆量子化回路のブロック図である。 ｌ・・・ＤＣＴ係数記憶手段、 ２・・・マスク手段、 ３・・・量子化係数記憶手段、。 ４・・・量子化手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）原画像を複数のＮ×Ｎ画素からなるブロックに分割
   し、前記ブロック毎に前記複数のＮ×Ｎ画素の階調値を
   ２次元離散コサイン変換して得られるＤＣＴ係数を量子
   化し、該量子化係数を２次元可変長符号化する装置にお
   いて、 入力するマスク情報で指示されるビット数分、前記ＤＣ
   Ｔ係数の上位ビットをマスクし、前記ブロック内のＮ×
   Ｎ個のＤＣＴ係数を２の巾乗で量子化するためのＮ×Ｎ
   個の量子化係数で、前記マスクされたＤＣＴ係数を量子
   化することを特徴とする画像データ符号化方法。 ２）前記量子化は前記量子化係数で指示される数分のビ
   ットシフトであることを特徴とする請求項１記載の画像
   データ符号化方法。 ３）前記マスク情報は同一画像における直前の符号化時
   に使用した前記量子化係数と等しいことを特徴とする画
   像データ符号化方法。 ４）原画像を複数のＮ×Ｎ画素からなるブロックに分割
   し、前記ブロック毎に前記複数のＮ×Ｎ画素の階調値を
   ２次元離散コサイン変換して得られるＤＣＴ係数を量子
   化し、該量子化係数を２次元可変長符号化する装置にお
   いて、 入力するＤＣＴ係数を記憶するＤＣＴ係数記憶手段（１
   ）と、 入力するマスク情報により前記ＤＣＴ係数記憶手段（１
   ）で記憶するＤＣＴ係数の上位ビットをマスクするマス
   ク手段（２）と、 量子化係数を記憶する量子化係数記憶手段（３）と、 前記マスク手段（２）でマスクされたＤＣＴ係数を前記
   量子化係数記憶手段（３）で記憶する量子化係数に対応
   して２の巾乗して量子化する量子化手段（４）とを有す
   ることを特徴とする画像データ符号化装置。 ５）前記量子化手段（４）は前記量子化係数分、前記Ｄ
   ＣＴ係数をシフトすることを特徴とする請求項４記載の
   画像データ符号化装置。