JPH05506340A - 適応ブロック・サイズによる画像圧縮方法およびシステム - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 適応ブロック・サイズによる画像圧縮方法およびシステム発明の背景 １、産業上の利用分野 本発明は、画像処理に関する。特に、本発明は、符号化された離散コサイン変換 （Ｄ　ＣＴ）係数データのある大きさに区切られたブロックとサブブロックを用 いた画像信号圧縮機構の新規な、および改良されたものに関する。

２、関連技術の説明 テレビジョンの信号の送信および受信の分野において、様々な改良がＮＴＳＣ（ Ｎｓｊｉｏｕｌ　Ｔｅｌｓｙｉｓｉｏｍ　Ｓ７ｓｆｅｍＣＯＳ７５ｆｅ＋１１ｓ Ｃ）システムにたいして施されている。テレビジョン分野における開発は、一般 に、肩線精度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムの方向に向かっている。ＨＤＴ Ｖの開発において、システム開発者は、単に、ナイキストのサンプリング定理お よびローパスフィルタの設計を適用してきただけで、成功の程度も様々である。

これらシステムの変形は、信号の振幅または周波数の値に対するアナログ量の簡 単な配置以外のなにものでもない。

最近では、デジタル手法を用いることにより、ＨＤＴＶシステムにおいて更なる 改良が可能であることが、認識されてきている。多くの提案されたＨＤＴＶ送信 フォーマットは、共通の要素を共有する。これらシステムはすべて、ビデオ信号 のアナログからデジタルへの（Ａ／Ｄ）変換のために必要なビデオ信号デジタル 処理を有する。アナログ送信フォーマットは、デジタル処理された画像を送信の アナログ・フオームに変換するのに使用される。

受信器および処理装置は、イメージ・ディスプレイを提供するために、切り替わ る必要がある。受信されたアナログ信号は、デジタル化され、格納され、処理さ れ、受信器および処理装置とＨＤＴＶディスプレイとの間に使用されるインター フェース・フォーマットに対応した信号に復元される。更に前記信号はもう一度 、最も適当な変換によって、ディスプレイのためのアナログ・フオームに戻され る。しかし、提案されたＨＤＴＶフォーマットは、制御信号、オーディオ信号お よび許可信号の送信のためにデジタル送信を用いることに、注目すべきである。

以上の多くの変換操作は、制御信号、オーディオ信号および許可信号と共に処理 された画像を送信するデジタル変調手法によるデジタル送信フォーマットを用い ることで回避されてもよい。受信器は、ビデオ・プロセッサ機能へのデジタル出 力を有するデジタル・モデムとして構成されていてもよい。

当然、モデムは動作の一部としてＡ／Ｄ機能を要求するが、本改良は、アナログ ・フォーマットの受信器で要求される８ビツトの分解能の素子に比較し、たった ４ビツトの分解能の素子を要求してもよい。デジタル送信は、アナログ送信に対 して、いろいろな点で優れている。デジタル送信は、特に人工衛星における送信 および軍事分野において重要な、効果的な電力の使用を提供する。また、デジタ ル送信は、マルチパスおよび妨害（ｊａｍｍｉｎｇ）のような損傷に対して健全 なコミュニケーション・リンクを提供する。さらに、デジタル送信は、軍事分野 および多くの放送分野において必要な信号の暗号化を容易にする。

初期に提言されたＨＤＴＶシステムでは、デジタル送信フォーマットは、本来、 過度のバンド幅を要求するという間違った理解のため、避けられてきた。デジタ ル送信の利益を実現するためには、本質的に、ＨＤＴＶ信号を圧縮することが必 要である。ＨＤＴＶ信号圧縮は、アナログ送信フォーマットで要求されるのと同 程度のバンド幅で送信できるようなレベルにする必要がある。そのような信号の デジタル送信に連結された信号圧縮のレベルは、チャネルの損傷に対する強力な 免疫を持って、ＨＤＴＶが低電力で動作することを、可能にするであろう。

従って、本発明の目的は、従来の７ｖ信号のアナログ送信と同程度のバンド幅で のデジタル送信を可能すなるようなＨＤＴＶ信号圧縮のための、新規な、または 改良された方法およびシステムを提供することである。

発明の概略 本発明は、送信のための画像データ圧縮および受信したＨＤＴＶ画像データを復 元するための、新規な、または改良されたシステムおよび方法である。画像圧縮 システムは、人力ピクセル・データのブロックから、送信データ比を最小にする 符号化（ｅｎｃｏｒｄｉｎｇ）のために最適化されたＤＣＴデータの対応する複 合ブロックを発生するためのサブシステムを含む。

本発明における前記サブシステムは、入力ブロック・ピクセル・データを受信す るための手段ならびにクセル・データのブロックと構成要素を成すサブブロック の少なくとも一つの所定のレベルにおいてＤＣＴを実行するための手段を有すブ ロック・サイズを割り当てる手段は、各々のＤＣＴ係数値の前記ブロックとサブ ブロックを受信するための、ならびに各々のＤＣＴ係数値の構成要素を成す前記 ブロックよびサブブロックの対応するグループを決定するための前記サブ・シス テムに含まれる。ここで、前記数値は、所定の符号化（ｃａｒｄｉｎｇ）フォー マットによる各々のＤＣＴ係数値の構成要素を成す前記ブロックとサブブロック の対応するグループをそれぞれ符号化することを要求するビット数に対応するビ ット・カウント値である。ブロック・サイズを割り当てる手段は、さらに、ビッ ト−カウント値から、ＤＣＴ係数値の構成要素を成す前記ブロックとサブブロッ クのグループのうちのいくつかを決定するためのものである。ここで、前記数値 は、前記符号化フォーマットによる符号化においてビット数をなるべく少なくす ることを要求し、また、対応する選択された数値の出力を提供するものである。

　前記サブ・システムは、前記選択値ならびに各々のＤＣＴ係数値の前記ブロッ クとサブブロックを受信し、前記選択値に対応するＯＣＴ係数値のブロックとサ ブブロックのうちのいくつかを選択するための選択手段を更に有する。前記選択 手段は、選択されたＤＣＴ係数値のブロックとサブブロックのうちのいくつかか ら形成されたＤＣＴ係数値の対応する複合ブロックの出力を提供する。

前記サブシステムを具体化する前記システムは、ＤＣＴ係数値の複合ブロックを 受信し、係数値の複合ブロックを所定の並び変え（ｏｒｄｅｒｉｇ）フォーマッ トに従って並び変えるための処理手段を更に有する。前記処理手段は、並び変え られたＤＣＴ係数値の出力を提供する。

前記処理手段からの並び変えられたＤＣＴ係数値出力は、所定の符号化フォーマ ットに従って前記並び変えられたＤＣＴ係数値出力を符号化するための符号化手 段に受信される。

前記符号化手段は、並び変えられ、符号化されたＤＯＴ係数値の出力を提供する 。

前記符号化された値は、前記選択手段によって提供される前記選択値を受信する アセンブラ（ａ　ｓ　ｓ　ｅｍｂ　ｌ　ｅ　ｒ）手段によって受信される。前記 アセンブラ手段は、前記選択値と符号化されたピクセル・データの入力ブロック の画像の数値表現としての前記符号化された値を併有する。前記符号化された画 像は、前記ピクセル・データの入力ブロックのビット・カウントに関連する縮小 されたビット・カウントよりなる。前記アセンブラ手段は、送信のための符号化 された画像値出力を提供する。

また、本発明は、ビクセル・データのブロック−ピクセルに対応する各々の受信 された符号化画像値から復元するための新規な、または改良された方法を提供す る。本発明は、ピクセル・データのブロックによって表現された画像信号を圧縮 し、前記圧縮された画像信号から前記画像を復元するための新規な、または改良 された方法をさらに提供する。

図面の簡単な説明 本発明の特徴、目的、利点は、後の詳細な説明によって、同一の参照符号が付さ れている図面と共働して、より明か１こなるであろう。

図１は、ＤＣＴ係数データおよびプロ・ツク・サイズの決定を提供するために適 応されたプロ・ツク・サイズ画像圧縮のプロセッシング・エレメントを示すプロ ・ツク図である。

図２は、ＤＣＴ係数データの複合ブロックおよび送信のための複合ブロックの符 号化を発生するためにＤＣＴ係数データのブロック・サイズを選択するためのブ ロモ・ソシング・エレメントを示すブロック図である。

図３ａおよび図３ｂはそれぞれ、典型的なレジスタ・ブロック・サイズ割り当て データおよび対応するプロ・ツク選択の木（ｔｒｅｅ）を示す図である。

図４ａおよび図４ｂはそれぞれ、サブプロ・ツク内でおよび典型的なりＣＴ係数 データの複合ブロックのためのサブブロック間で、選択されたブロックをジグザ グ走査して直列に並び変えるシーケンスを示すグラフである。前記データのブロ ック−サイズ選択は、図３のブロックφサイズ割り当てデータに従って作られた ものである。

図５ａ−５ｄはそれぞれ、交互ジグザグ走査直列化フォーマットである。

図６は、図１および２のプロセッシング・エレメントによって発生された受信信 号を複合し、画像を復元するためのプロセッシング・エレメントを示すブロック 図である。

図７は、図１および２のプロセッシング・エレメントによって実行された画像デ ータの圧縮および符号化を含むプロセッシング・ステップを示すフロー・チャー トである。

図８は、ビクセル−データを発生するための圧縮信号の複合および伸長を含むプ ロセッシング・ステップを示すフロー・チャートである。

好ましい実施例の詳細な説明 ＨＤＴＶのデジタル送信を容易にするためには、何らかの信号圧縮方法を採用す る必要がある。また、結果的に得られる画像が肩線精度であるためには、画像が 高品質に保たれる必要がある。ＤＣＴが、高圧縮を与えることが示されてきた。

圧縮率について説明する文献に、“光景適用符号器（Ｓｃｅｎｅ＾ｄａｐｌｉｖ ｅ　Ｃｏｄｕ、ｂ７　Ｗｕ−［１ｓｉｕＩ１ｇ　Ｃｈｅｎ　ｔｌ　！＋、、ＩＥ ＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｍ１ｕｎｉｃｘｌｉｏｎｓ、Ｖｏｌ 、Ｃｏｗ−３２，ｎｏ、３゜Ｍｇｔｃｂ、１９８４　）　’がある。しかし、復 元された画像の品質は、かろうじてビデオ関連機器と同程度のものである。

前記ＤＣＴ符号化手法によると、画像は、ＮｘＮのサイズのオーバーラツプしな いブロックのアレイに分割されたピクセル・データにより構成される。正確にい えば、白黒テレビの画像において、ピクセルは８−ビット・ワードで表現され、 一方カラー・テレビでは、２４−ビットまでのワードで表現されてもよい。前記 画像が分割されるプロ・ツクは、標準的には、１６Ｘ１６のビクセル・ブロック 、すなわちＮ−１６である。２次元のＮＸＮのＤＣＴは、それぞれのプロ・ツク において実行される。ＤＣＴは、分離可能な二二タリ変換であり、２次元のＤＣ Ｔは、標準的には、コンピュータの処理時間を節約できるように、二回の１次元 ＤＣＴによって実行される。

１次元ＤＣＴは次の方程式で定義される。

近 および Ｃ（ｋ）　＝　１　ｆｏｒ　ｋ　＝　１２３．、、　Ｎ−１゜テレビジョンの画 像において、ビクセルの値は実数であり、計算には、複素数は含まれない。さら に、ピクセルの値は非負なので、ＤＣＴの要Ｔ：Ｘ（０）は常に正であり、通常 はとんどのエネルギーを有する。実際に、典型的な画像では、はとんどの変換エ ネルギーは、ＤＣの周辺に集中している。このエネルギーの圧縮特性が前記ＤＣ Ｔをそのように魅力的な符合化方法にしている。

“離散コサイン変換（Ｄｉｓｃｒｓｌｓ　Ｃｏ５１ｎｓ　Ｔｒｕ百ｏｒｅ、ｂ７ Ｎ、Ａｌｍｅｄ　ｅｌ　１１゜ＩＥＥＥ　Ｔｒｘｎｓａｃｌｉｏｎ　ｏｎ　Ｃｏ ａｐｕｆ！ｒｓ、Ｊｓｍｕｒ７１９７４、ｐａｇｅｓ　９Ｏ−９３）　”という 題の文献によって、ＤＣＴの最適力ルーネン・レーベ変換（Ｋ　Ｌ　Ｔ）に対す るアプローチが明かにされている。基本的に、ＤＣＴ符号化は、小さいエネルギ ーの周波数成分を捨て、エネルギーの大きさによって決まる残りのＤＣＴ係数に 対して、可変の多くのビットを割り当てることにより、各々のブロックにおける 空間的な冗長の削減を実行する。ＭＳＨのようにブロック全体に渡って、量子化 し、誤差の標準を最小にするビットを割り当てる、いくつかの手法が存在する。

典型的には、量子化されたＤＣＴ係数は、低い周波数から高い周波数に並び変え ることによって、１次元の軸上に配置される。前記配置は、ＤＣＴ係数のブロッ ク全体に渡って、斜めのジグザグ・マツピングによって行われる。零（あるいは 捨てられた）係数の位置は、連続長（ｒｕｎ−１ｅｎｇｔｈ）符号化手法によっ て符号化される。

最適にＤＣＴ係数を量子化するためには、変換係数の統計を知る必要がある。最 適な、あるいは次善の量子化器は、理論的な、あるいは全量子化誤差を最小にす る測定された統計に基づいて設計される。何が正しい統計かということに関して の完全な同意は存在しないが、“画像に対する２次元ＤＣＴ係数の分布（Ｄｉｓ ｊｒｉｂ＋ｕｉｏｎ　ｏ（ｌｈｔ　丁ｗｏ−Ｄｉｍｃｍｌｉａａｘｌ　ＤＣＴＣ ｔｒｅｌｌｉｔｉｔｅｌ　ｌｏｒ　ｌｍ５Ｈｔ＊、ｂｙ　Ｒｓｎｄ＊ＩＩ　Ｃ， Ｒ５１ｎｉＢｕ　ｅｔ　＊ｌ、。

ＩＥＥＥ　Ｔｒｓｍｓｓｃｊｉｏｎｓ　ｏｎ　ＣｏｍｍｕｎｉＣｔｓｉｏｎｓ、 Ｖｏｌ、３１．　Ｎｏ、６．　ＪｕＩＩｅＩ９８３、Ｐｇｇｔｔ　８３５−８３ ９　）　”ｌ：−オイテＭ示すｈテイルヨウナ可変な量子化機構が用いられても よい。しかし、簡単な線形量子化でさえも良い結果を与えるものとして使用され てきた。

量子化機構の決定は別として、要求されるビット率を与えるための考慮すべき他 の２つの方法がある。１つの方法は、ＤＣＴ系数値数値値を設け、小さい値を捨 てるかまたはＯを代入することである。もう１つの手法は、符号化による浮動小 数点から整数への変換の後に、係数のダイナミック・レンジを縮小するための係 数に線形的にスケーリングする（または正規化する）ことである。スケーリング は、実行中に閾値を施すことに比較して優れていると、信号対ノイズ比の質の点 で、客観的のみならず主観的にも信じられてきた。それで、量子化における主変 数の処理が、要求されるビット率を得るために変化される係数のスケール・ファ クターとなろう。

量子化された係数は、通常、理論的な統計または測定されたヒストグラムの分布 から設計されるハフマン符号によって符号化される。はとんどの係数は、低い値 に集中しているので、ハフマン符号は良い結果を与える。測定されたヒストグラ ムから発生されたハフマン符号は、エントロピー法で設定される理論的な限界に 非常に近いと信じられている。０係数傾向にあるので、連続の個数は少なくてす む。しかし、長さの点で、多数個の連続がカウントされれば、連続長のハフマン 符号化がビット率を縮小する程度は、短い連続に左右されすべての低ビット率圧 縮に関する重要な問題点は、復元の質におけるチャネル・ビット・エラー効果で ある。ＤＣＴ符号化にとって、低いほうの周波数の係数、時にＤＣ成分は、より 被害を受けやすい。圧縮比が変化するときの復元の質におけるチャネル・ビット ・エラー率（ＢＥＲ）の効果は、文献において示されている。そのような問題点 は、“フレーム内コサイン変換画像符号化（ＩＩｌｌｒｘｆｒｕ＋ｓ　Ｃｏ５１ ｎ＊↑ｒｔｎｓｆｓｒ１ｍＢｅ　Ｃｏｒｄｉｎｇ、ｂ７　Ｊｈｏｎ　Ａ、Ｒｏｓ ｓｅ　ｔｔ　ｔｌ、、　ＩＥＥＥ　Ｔｒｕｔｔｃｌｉｏｎｓｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎ ｉｃ１目００１．　Ｖｏｌ、　Ｃｏｗ−２５，Ｎｏ、］１．　Ｎｏｙｓｍｂｓｒ 　１９７７゜は重要になる。送信サブシステムにおける１０−５のＢＥＲは、非 常に用心深い値である。必要であれば、低い方の周波数の係数に対するプロテク トをさらに提供する手法を考えてもよく、それは、′ノイズの多いチャネルにお けるＤＣＴによって圧縮された画像のハミング符号化（Ｈａｍ＋＊ｉＢ　ｃｏｄ ｉａｇ　ｏｆＯＣＴ−Ｃｏｔｓｐｔｅｓｓｕｄ　Ｉｍａｔｅｓ　ｏｖｔｒ　Ｎｏ １ｓ７　Ｃ１＋ｃ＋＋＋＋ｌｓ、ｂ７　Ｄｔｙｉｄ　Ｒ。

Ｃｏ１５ｊｏｅｋ　ｓｌ　ｓｌ、、ＩＥＥＥ　Ｔｒｘｎｓｕｌｉｏｕｓ　ｏｎ　 Ｃｏｍ＋ｕａｉｅｘｌｉｏｎｓ。

Ｖｏｌ、Ｃｏｍ−３２，Ｎｏ、７．　ｊｕｌｌ　１９８４．　Ｐａｒｔｙ　８５ ６−８６１）　’という文献の中で説明されている。

最も自然な画像は、ブランクに関係したまたはゆっくり変化する領域および対象 物の境界のような変化のあるまたはコントラストの高いテクスチャーによってで きていると、認識されてきた。光景を符号化する手法は、変化のある領域に多く のビットを、ブランクの領域に少ないビットを割り当てることによって、このフ ァクターの利点を有する。この適用におけるＤＣＴ符号化は、各々の送信ブロッ クの変化の激しさの測定および量子化ならびにブロックからブロックへのビット 割り付けの調整によって作られる。“モノクロおよびカラー画像における適応符 号化（Ａｄａｐｊｉｙｔ　ＣｏｄｉＢ　ｏｆＭｏｎｏｃｈｒｏｍｅ　ｘｎｄ　Ｃ ｏ１ｏ「１ＩＩｌｘ（ｅｓ、　ｂｙ　Ｗｓａ−ＨｔｉＢ　Ｃｈｅａ　ｅｌ　１１ □ＩＥＥＥ　丁ｒｕ＋ＡｃＡｃ１１ｏ　ｏａ　Ｃｏａ＋ｍｕｎｉｃａｌｉｏａｓ 、Ｖｏｌ、Ｃｏｍ−２５，Ｎｏ、１１、　Ｎｏｙｓｍｂｓｒ　１９７７、Ｐｘｇ ｓｓ　１２８５−１２９２）　“という題の文献は、ブロックのエネルギーが測 定され、各々のブロックを４つのクラスの内の１つに等扱方類される方法につい て開示している。ビット割り付はマトリクスは、送信サンプルの変動を調べるこ とにより、各々のクラスに対して繰り返し計算される。

各々の係数はスケーリングされ、捨てられたビットの数は量子化の後に結果とし て生じる。送信されるべきオーバーヘッド情報は、クラス分類コード、おのおの のブロックの正規化、およびビット割り付はマトリクスである。本方法の使用は 、１ビクセルにつき１および０．５ビツトという受け入れられる結果を与える。

さらに、ビット率の縮小は、　前述した文献“光景適用符号器（ＳｃｅａＣＡｄ ａｐｊｉｒｅ　Ｃｏｄｔｒ）　”において、チェノ（Ｃｈｅｎ）らによって達成 されており、ここでは、係数をスケーリングし、量子化するのに、チャネル・バ ッファが使用されている。前記バッファが半分以上満たされた場合、前記バッフ ァに入るビットを削減するために、フィードバック。パラメータが係数を荒く正 規化および量子化する。前記バッファが半分以下満たされた場合は、反対の操作 が生じる。ビット割り付はマトリクスを送信する代わりに、係数の位置を連続長 符号化し、連続長に加えて係数もハフマン符号化する。そのような処理の実行は 、１ビクセルにっき１および０．５ビツトという、良いカラー画像の復元を示す 。これらの結果は、発行されたときは、非常に良く見えたが、そのシステムのシ ミュレーションは多くの欠陥を示す。画像が拡大され正常に示された場合、スケ ーリング効果およびブロッキング効果が現れる。

本発明においては、フレーム内符号化（２次元処理）が、フレーム内符号化（３ 次元処理）を越えて使用される。フレーム内符号化を適用する１つの理由は、フ レーム内符号化信号を処理するのに要求される受信の複雑さにある。フレーム内 符号化は、複雑な処理回路に加えて多数のフレーム・バッファを、本質的に要求 する。商用のシステムにおいて、非常に複雑なハードウェアを含む送信器がわず かな数出会っても、前記送信器は、大量生産のためには、できるかぎりシンプル でなければならない。

フレーム内符号化を使用する２番目の重要な理由は、３次元符号化手法を失敗さ せおよび不完全に実行させる状況またはプログラム材料が存在するであろうが、 少なくともフレーム内符号化手法より良い手法がないことによる。例えば、１秒 当たり２４フレームの映画は、簡単にこのシーンの範鴫に落ち込み、機械的シャ ッターのために、積分時間は相対的に短くなる。この相対的に短い積分時間は、 ＴＶ左カメラおける瞬時動作よりももっと高い程度の一時的なエイリアシングを 起こす。がたがた動くような瞬時動作においては、フレームとフレームとの相関 の仮定は破れる。フレームとフレームとの目合わせ誤差の重大さについては、既 にホーム−ビデオでは注目されており、前記誤差は、高解像度のものを悪化させ る。

加えて、フレーム内符号化を使用する理由は、３次元符号化手法は、５０Ｈおよ び６０Ｈｚの電力線周波数が含まれる場合、標準化をもっと難しくなることによ る。デジタル的なアプローチであるフレーム内符号化の使用は、５０Ｈおよび６ ０Ｈｚの動作に適応でき、１秒当たり２４フレームの映画に対してさえも、フレ ーム率対空間解像度のトレード・オフによって、標準板の問題を含むこと無く適 応できる。

本発明は、主に白黒の画像について記述されているが、カラー情報の符号化のオ ーバーヘッドは驚くべきことに非常に少なく、輝度に必要なビットの１０％から １５％のオーダーである。色に対する空間視感度は低いので、はとんどの研究者 はカラー画像をＲＧＢ空間からＹＩＱ空間に変換し、水平および垂直における４ つのファクターによってＩ成分およびＱ成分をサブ・サンプル化する。前記Ｉ成 分およびＱ成分は、Ｙ（輝度）として符号化される。本手法は、■およびＱ成分 各々に６．２５％のオーバーヘッドを要求する。実際には、符号化されたＱ成分 は、■成分よりも少ないデータを要求する。この色の符号化手法色のクラスを用 いる場合、色の忠実度において注目すべきロスはないであろうと考えられる。

ＤＣＴ符号化手法の実行において、ブロッキング効果が、唯一画像の品質に最も 重大な損傷を与えるものである。しかし、小さいサイズのＤＣＴの使用で、ブロ ッキング効果が低減されてきた。２×２のＤＣＴでは、ブロッキング効果は実質 的に現れない。しかし、小さいサイズのＤＣＴを使用する場合、ビクセル当たり のビットのパフォーマンスは、幾分損傷を受ける。だが、小さいサイズのＤＣＴ は、ブランク領域を分離するほとんどの鋭い輪郭を補助する。鋭い輪郭は、総べ ての周波数に重要な成分を有するステップ信号と等化である。量子化された場合 、低エネルギーの係数は０とされる。

この量子化誤差は、ブロック全域に広がる。この効果は、ギブス現象の２次元等 化と類似している。すなわち、復元処理において高い方の周波数成分が除去され ていた場合、ステップ・パルスの周辺にリンギングが生じる。隣接するブロック に類似の量子化誤差が存在しない場合、この誤差のフオームを有するブロックは 、標準から外れ、ブロッキング効果を発生させる。それゆえ、小さいＤＣＴブロ ックψサイズを用いることにより、量子化誤差はブロック外側に伝搬しないので 、量子化誤差は、エツジ付近の領域に限定される。それにより、変化のある領域 において小さいＤＣＴブロック・サイズを用いることにより、そのようなエツジ において、量子化誤差はエツジに沿った領域に限定される。さらに、小さいＤＣ Ｔブロック・サイズの使用は、変化のある領域付近のノイズを隠す、目の空間マ スキング現象による、画像の主観的な質の関点から強調される。

本発明において実施された適応ブロックＱサイズＤＣＴは、簡単に比較および置 換手法と記述されてもよい。しかし、１６×１６ピクセル・データ・アレイまた は画像のプロ・ツクは、ブロック・サイズが固定されたＤＣＴ手法では、１６Ｘ １６．８×８．４Ｘ４および２×２のブロック−サイズが用いられる。各々の２ Ｘ２のブロックでは、４Ｘ４のブロックの内部の４つの２×２のサブブロックを 用いることによってブロックを符号化するためのビット数が調べられる。もし、 ４つの２×２のサブブロックの総和が、４Ｘ４のブロックとしてそれを符号化す るのに必要なビット数より少なければ、４Ｘ４のブロックは４つの２×２のサブ ブロックに置き換えられる。

次に、各々の８×８のブロックが、前の段階で最適化された４つの４Ｘ４のサブ ブロックによって置換されるかどうかを決定するために調べられる。同様に、各 々の１６Ｘ１６のブロックが、前の段階で最適化された４つの８×８のサブブロ ックによって置換されるかどうかを決定するために調べられる。各々の段階にお いて、最適なプロ・ツク／サブブロックのサイズが選択され、その結果、１６Ｘ １６のブロックに対して、ブロック・サイズ割り付けが最適化される。ブロック ・サイズにかかわらず、ＤＣ係数の符号化には８ビ・ントが使用される。この理 由は、２Ｘ２ブロツクは、ビ・ント・カウントを低くできるときのみ使用される からである。処理の結果得られるサブ。ブロックの構造は、逆４分木（ｑｕａｄ ｔｒｅｅ、バイナリ−・ツリーに対して）によって、良く表現できる。ここで、 各々のノードにおける１６Ｘ１６のブロックに対応するルートは、４つのサブブ ロックに対応する４つの可能な枝を有する。逆４分木に一例が、図３ｂにおいて 示されている。

ブロックをよりちいさいサブブロックに置換することの各々の決定は、オーバー ヘッドとして１ビツトの情報を要求する。４×４および２Ｘ２のサブブロックの 場合、このオーバーヘッドのレンジは、１６Ｘ１６のブロックに対する１ビツト から２１ビツト（１＋４＋１６）の範囲にある。このオーバーヘッドは適応ブロ ック・サイズＤＣＴ手法を保証する処理が、いつも１６Ｘ１６ブロツクを符号化 するのに最も少ないビットを用いるように決定することと結合される。

ここで、ブロック−サイズは、ＮＸＮのサイズとして述べられているが、それぞ れ異なるブロック−サイズが用いられてもよいと考えられる。例えば、Ｎおよび Ｍが整数で、ＮがＭより大きいまたはＮがＭより小さいときに、ＮＸＭのブロッ ク・サイズを用いてもよい。もう一つの重要な点は、ブロックが少なくとも１つ のサブブロックのレベルに割り切れることである。つまり、Ｎ／ｉ　ｘＮ／ｉ、 Ｎ／ｉ　ｘＮ／ｊ、Ｎ／ｉＸＭ／などであり、ここで、ｉおよびｊは整数である 。

さらに、ここで述べる典型的なブロック・サイズは、ブロックに対応する１６Ｘ １６のビクセル・ブロックおよびＤＣＴ係数に対応するサブブロックである。さ らに、異なる他の整数つまり、偶数または奇数が、例えば９×９の用に用いられ てもよい。

４分本に対するこれらのオーバーヘッド・ビットの重要性のために、特に、チャ ネル・エラーに対して良く保護される必要がある。これらの重要なビットのため に付加する誤り訂正符号およびエラー・リカバリー・メカニズムを提供し、チャ ネル・エラー効果を画像の小さい領域に制限することができる。

本発明における適応ブロック・サイズＤＣＴ圧縮手法は、フレーム内符号化手法 に分類され、各々の画像シーケンスのフレームは、独立に符号化される。静止画 像の一つのフレームは、修正なしに簡単に符号かされる。入力画像のフレームは 、各々のブロックに符号化を施すことによって、幾つかの１６Ｘ１６のビクセル ・データに分割される。本手法における圧縮手法の主な特徴は、１６Ｘ１６のブ ロックが、ＤＣＴ手法を用いて符号化された異なるサイズのサブブロックに分割 されることにある。局所画像特性に基づいてブロック・サイズを性格に選択する ことにより、大半の量子化誤差は、小さいサブブロックに制限される。通常、小 さいサブブロックは、ブランク領域より低いノイズの知覚視野に対し、画像の変 化のある領域に沿って並んでいる。

前述したように、従来のすなわちブロック・サイズが固定されたＤＣＴ符号化は 、各々のブロックに固定されたビット数を割り当て、量子化ノイズは、ブロック 内に分布が制限される。隣接するブロック間の重大さすなわち特性が異なると、 そのブロック間の境界が、ブロッキング・アーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ ）として一般に知られている効果によって、可視化される。光景適応ＤＣＴ符号 化は、固定されたサイズのブロック間のシフトさせる各々のブロックに対する可 変のビット数を割り付ける。しかし、ブロック・サイズは依然として十分に大き く、通常は１６Ｘ１６であり、幾つかのブロックは、画像のブランクの部分およ び変化のある部分の両方を含む。よって、ブロッキング・アーティファクト（ａ ｒｔｉｆａｃｔ）は、依然、線およびエツジのような画像の詳細部分に沿って可 視化されている。しかし、８×８または４×４のような小さいブロックＱサイズ を使用は、高いデータ率を費やすことで、前記ブロッキング・アーティファクト を大きく削減できる。結果として、ブロック・サイズが小さくなるにつれて、Ｄ ＣＴの符号化係数は下がる。

本発明は、適応ブロック・サイズＤＣＴ手法を実施する。

前記手法は、最適なブロック・サイズを選択し、必要なときのみ小さいブロック ・サイズを使用する。結果として、前記ブロッキング・アーティファクトは、デ ータ率を増加することなく、大きく削減される。ブロック・サイズ割り付けを決 定する異なる手法が幾つか考えられるが、各々のブロックにたいして生成された 総ビット数を最小にするようにブロック・サイズを割り付ける好ましい実施例の 説明が提供される。

図１および図２は、ＮＸＮビクセル・データ・ブロックをすべて符号化されたビ ット・データに変換するための、適応ブロック・サイズＤＣＴ変換画像信号圧縮 手法の好ましい実施例の示す。ここでは、説明のために、Ｎ−１６として述べる 。図１は、ＤＣＴ変換およびブロック・サイズ決定素子の実施例を示す。図２は 、複合ＤＣＴ係数データ・ブロック・ビット符号化にと共にブロック・サイズの 決定によるＤＣＴ係数データ・ブロックの選択を示す。

図１において、デジタル化されたビクセル・データの１６×１６のブロックによ って表される画像信号がフレーム・バッファ（図示せず）から受信される。前記 ビクセル・データは、８ビツトの白黒画像データでも、２４ビツトのカラー画像 データでもよい。前記１６Ｘ１６のビクセル争ブロックは、１６Ｘ１６の２次元 離散コサイン変換（Ｄ　ＣＴ）素子１０ａへの入力である。前記１６Ｘ１６のビ クセル・ブロックは、また、８Ｘ８のＤＣＴ索子１０ｂに対する４つの８Ｘ８の ビクセル・ブロックとしての入力であり、４×４のＤＣＴ素子１０ｃに対する８ つの４×４のビクセル・ブロックとしての入力であり、２×２のＤＣＴ素子１０ ｄに対する１６つの２×２のビクセル・ブロックとしての入力でもある。ＤＣＴ 素子１０ａ−１０ｄは、従来から良く知られている集積回路によって構成されて いてもよい。

ＤＣＴ素子１０ｇ−１０ｄは、各々のサイズで入力されたビクセル・データのブ ロックに対して、２次元ＤＣＴを実行する。例えば、ＤＣＴ素子１０ａは、１つ の１６Ｘ１６の変換を実行し、ＤＣＴ素子１０ｂは、４つの８Ｘ８の変換を実行 し、ＤＣＴ素子１０ｃは、１６の４×４の変換を実行し、ＤＣＴ素子１０ｄは、 ３２の２×２の変換を実行する。変換係数は、各々のＤＣＴ素子から、それぞれ の量子化器ルックアップφテーブル１２ａ−１２ｄに出力される。

量子化器ルックアップ・テーブル１２ａ−１２ｄは、従来のリード・オンリー・ メモリ（ＲＯＭ）に量子化した数値を格納することによって実施されてもよい。

各々の変換係数の数値は、対応する量子化された変換係数値の出力データ信号の 指示を与えるための対応するメモリのアドレスの指定に使用される。参照信号Ｑ Ｃ１６によって指示される量子化器ルックアップ・テーブル１２ａの出力は、量 子化されたＤＣＴ係数値の１６Ｘ１６のブロックである。参照信号ＱＣ８によっ て指示される量子化器ルックアップ・テーブル１２ｂの出力は、量子化されたＤ ＣＴ係数値の４つの８×８のサブブロックのデータ・ブロックを含む。参照信号 ＱＣ４によって指示される量子化器ルックアップ・テーブル１２ｃの出力は、量 子化されたＤＣＴ係数値の４つの４×４のサブブロックのデータ・ブロックを含 む。参照信号ＱＣ２によって指示される量子化器ルックアップ・テーブル１２ｄ の出力は、量子化されたＤＣＴ係数値の３２の２×２のサブブロックのデータ・ ブロックを含む。図では示されていないが、各々の変換のＤＣ（最も低い周波数 ）係数は、対応する量子化器ルックアップ・テーブルに直接通過させるのではな く、特別に、分離して処理されてもよい。

量子化器ルックアップ・テーブル１２ａ−１２ｄの出力は、各々コード長ルック アップ・テーブル１４ａ−１４ｄの人力となる。量子化されたＤＣＴ係数値は、 それぞれハフマン符号のような可変長符号を用いて符号化される。コード・ワー ドおよび対応するコード長は、コード長ルックアップ・テーブル１４ａ−１４ｄ のフオームの中に見出だされる。それぞれの量子化されたＤＣＴ係数ＱＣ２、Ｑ Ｃ４、ＱＣ８およびＱＣ１６は、各々の係数を符号化するのに要求される対応す るビット数を探すために、コード長テーブルにおいて使用される。コード長ルッ クアップ・テーブル１４ａ〜１４６は、リード・オンリー・メモリに、記憶位置 のアドレスを付されたそれぞれのコード長の数値を含むＤＣＴ係数値を格納する ことによって実施されてもよい。

各々のブロックまたはサブブロックを符号化するのに要求されるビット数は、各 々のブロックまたはサブブロックでのコード長の総和を取ることにより決定され る。コード長ルックアップ・テーブル１４ａからの２５６個のコード長の数値の 出力は、１６Ｘ１６のブロックに対する２５６のコード長すべての総和を取るコ ード長積算器１６ａによって与えられる。コード長積算器１６ａからの出力は、 ＣＬＩ６であり、量子化されたＤＣＴ係数の１６Ｘ１６のブロックを符号化する のに要求されるビット数の信号値を示している。コード長積算器１６ｂにおいて 、各々８×８のＤＣＴ係数サブブロックを符号化するのに要求されるビット数は 、各々８×８のサブブロックにおけるコード長の総和を取ることにより決定され る。コード長積算器１６ｂからの出力は、４つの８×８のブロック各々における ６４個のコード長の総和である各々の数値を有する参照信号ＣＬ８によって示さ れる４つの数値である。同様に、コード長積算器１６ｃは、コード長ルックアッ プ・テーブル１４ｃからの出力である４×４のサブブロック各々におけるコード 長の総和を取るために使用される。コード長積算器１６ｃからの出力は、１６の ４×４のブロック各々における１６個のコード長の総和である各々の数値を有す る参照信号ＣＬ４によって示される１６の数値である。同様に、コード長積算器 １６ｄは、コード長ルックアップ・テーブル１４ｄからの出力である２Ｘ２のサ ブブロック各々を符号化するのに必要なビット数をけっていするために使用され る。コード長積算器１６ｄは、６４の２×２のブロック各々における４個のコー ド長の総和である各々の数値を有する参照信号ＣＬ２によって示される１６の出 力の数値を与える。

前記数値ＣＬ８、ＣＬ４およびＣＬ２は、後で述べるブロック・ポジション方向 のしるしによって特定される。前記ブロックのしるしは、前記数値ＣＬ８、ＣＬ ４およびＣＬ２に関連する添字（ｘ、ｙ）によって位置が示される簡単なｘ−ｙ 座標系である。

前記ブロック・サイズ割り付けは、ＣＬ２、ＣＬ４、ＣＬ８およびＣＬＩ６の数 値を調べることによって決定される。

４つの隣接した入力ＣＬ２　は加算され、その和は対応（ｘ、　７） する入力ＣＬ４　と比較される。コード長積算器１６ｄ（１，７） からのＣＬ２　の出力は、４つの隣接した入力を加算す（ｒ、　ｒ） る加算器１８の入力となり、和の値ＣＬＩ　を与える。

（工、ｒ） 例えば、ブロックＣＬ２　、ＣＬ　、、ＣＬ２（１，ｏ）（０，０１（０，１） およびＣＬ２　で表される値は、加算され、ＣＬ４−（。

（ｌ、　１１ ．０）が与えられる。加算器１８からの前記出力値は、コード長積算器１６ｃか らの出力値ＣＬ４　と比較される、Ｃ（ｘ、　ｒ） Ｌ４−　である。前記値ＣＬ４−　は、ＣＬ４．Ｘ、。

（ｓ、　ｙ）　（ｘ、　ｙ） ）にと共に比較器２０の入力となる。比較器２０は、加算器１８からの対応する 入力値とコード長積算器１６ｃを比較し、Ｐレジスタ（図２）への出力であり、 マルチプレクサ２２への選択入力であるビット値Ｐを提供する。図１の実施例に おいては、前記数値ＣＬＩ　は、前記数値ＣＬ　４　ｔｏ、　。

ｆｏ、０１） ）と比較される。もし、ＣＬ４　がＣＬＩ　の総（１，７）　（１，り 和より大きい場合は、比較器２０は論理値“１″を発生する。

前記“１　“のビットは、ＤＣＴ係数の対応する４Ｘ４のブロックが、４つの２ ×２のサブブロックを用いることによってより効果的に符号化されることを示す 。そうでない場合は、論理値“０“をＰレジスタに入力し、前記４×４のブロッ クは、対応する４×４のブロックを用いることによってより効果的に符号化され ることを示す。

コード長積算器１６ｃおよび積算器１８の出力は、マルチプレクサ２２へ、デー タ入力として提供される。比較器２０からの論理出力値“１“への応答によって 、マルチプレクサ２２は、前記値ＣＬ４−　がそこから加算器２４へ出力（Ｌ　 ７） されることを可能にする。しかし、比較器２０での比較の結果、論理出力値“０ “が発生された場合、への応答によって、マルチプレクサ２２は、コード長積算 器１６ｃからの前記出力ＣＬ４　が加算器２４へ出力され（ｘ、　Ｆ） ることを可能にする。加算器２４は、前記値ＣＬ４　お（Ｘ、　Ｆ） よびＣＬ４−　の比較によって選択された人力データを（ｘ、　７） 加算するために用いられる。前記値ＣＬ４　およびＣＬ（ｘ、　ｒ） ４′　のデータの１６の比較の結果が加算器２４で加算（１，ｙ） され、対応するＣＬ８−　が発生される。前記値ＣＬ４（Ｌ　ｙ） （工、、）およびＣＬ４−　の１６の比較器々について、比（１，Ｆ） 較結果を表すビットがＰレジスタに送られる。

ブロック・サイズ割り付けの決定における次の段階は、前記値ＣＬ４およびＣＬ ４−の発生および比較についての記述と類似している。前記ＣＬ８−　は、コー ド長積算器１（ｘ、　ｒ） ６ｂからの出力ＣＬ８　にと共に比較器２６への入力と（ｘ、　Ｆ） して与えられる。もし、対応する入力ＣＬ８　が積算さくＬ　ｒ） れた値ＣＬ８”　より大きい場合は、比較器２６はＱしくＬ　７） ジスタ（図２）の入力となる論理値°１“を発生する。前記比較器２６の出力は 、それぞれコード長積算器１６ｂおよび加算器２４からの前記値ＣＬ８　および ＣＬ８−　（工９．）（ｘ、ｙ） を受信するマルチプレクサ２８に選択された入力として与えられる。比較器２６ の出力値が“１″のビットである場合、前記値ＣＬ８−　がマルチプレクサ２８ から加算器３０（ｘ、　ｙ） へ出力される。しかし、前記値ＣＬ８−　がＣＬ　８　（ｘ、　。

［ｘ、　ｒ） ）より大きい場合は、論理値“Ｏ′を発生し、Ｑレジスタおよびマルチプレクサ ２８の選択入力に送多。そして、前記値ＣＬ８　はマルチプレクサ２８を通して 加算器３０へ入（ｘ、　ｒ） 力される。比較器２６の結果は、Ｑレジスタに送られる数値Ｑである。再び説明 すると、論理値“１“は、対応するＤＣＴ係数の８×８のブロックが、前把手さ いブロックの比較Ｉ：よって決定された最適なすべての４×４のブロック、２Ｘ ２のブロックまたはその組み合わせによって得られる小さいフロックを用いるこ とによってより効果的に符号化されることを示す。

前記加算器３０に入力されるｍ算された値は、比較器３２の入力のために、出力 値ＣＬ１６−とじて与えられる。前記比較器３２への第２の入力は、コード長積 算器１６ａからの出力値ＣＬ１６として与えられる。比較器３２は、前記値ＣＬ １６およびＣＬ−１６の信号比較を実行する。もし、前記数値ＣＬ１６がＣＬ１ ６−より大きい場合は、論理値“１“をＲレジスタ（図示せず）に入力する。Ｒ レジスタに入力される論理値“１′は、前記ブロックが、１つの１６Ｘ１６のブ ロックではなく小さいブロックを用いることによってより効果的に符号化される ことを示す。

比較器３２は、マルチプレクサ３４への選択入力として出力ビットＲを与える。

また、マルチプレクサ３４は、それぞれコード長積算器１６ａおよび加算器３ｏ がらの前記値ＣＩ。

１６およびＣＬ１６−を受信するための入力を有する。前記出力ビットが“０“ である場合は、マルチプレクサ３４の出力はＣＬ１６であり、一方、前記出力ビ ツトが“１“である場合は、マルチプレクサ３４の出力はＣＬ１６−である。マ ルチプレクサ３４の出力は、送信されるべき総ビット数を示す。

オーバーヘッドのビット数が、１ビツトから、１６Ｘ１６に　のブロックのいた る所で４×４および２×２のブロックが用２　いられている場合の２１ビツト（ １＋４＋１６）まで変化すプ　ることは、注目すべきである。

と　図２において、比較器２０（図１）からの出力値Ｐは、１６ビツトのＰレジ スタ４０に直列に入力される。同様に、比２　較器２６からの出力値は、４ビツ トのＱレジスタ４２に直列己　に入力される。最後に、比較器３２がらの出力値 は、１ピツ）　トのＲレジスタ４４に直列に入力される。Ｐレジスタ４ｏの出力 は、マルチプレクサ４６の選択入力へ出力Ｐとして与えられる。また、マルチプ レクサ４６には、量子化器ルックアップ・テーブル１２ｂおよび１２ｃからそれ ぞれ出力される１　前記数値ＱＣ２およびＱＣ４を人力として有する。マルチプ レクサ４６の出力は、マルチプレクサ４８に人力として与えられ、また、前記マ ルチプレクサ４８は、量子化器ルックアップ・テーブル１２ｂからの前記出力値 ＱＣ８を第２の入力として有する。マルチプレクサ４８への選択入力は、Ｑレジ スタ４２の出力から与えられる。マルチプレクサ４８の出力は、マルチプレクサ ５０の１つの入力として結合されている。

マルチプレクサ５０の他の入力は、前記数値ＱＣ１６を受信するために、前記量 子化器ルックアップ−テーブルＩ２ａの出力と結合されている。

図２において示されるように、Ｐレジスタは、図１を参照して述べた比較処理に よって決定されたビット値に対応する０−１５のビット・ポジションのシーケン スを有する。同様に、Ｑレジスタ４２およびＲレジスタ４４はそれぞれ図１を参 照して述べたデータに対応する０−３および０のビット・ポジションを有する。

図２に示されるＰ、ＱおよびＲレジスタにおけるデータは、単に説明のためのも のである。

図２において示されるように、Ｐレジスタ４０のビット値は、データＱＣ２（量 子化された変換係数の４つの２Ｘ２のブロック）または対応するデータＱＣ４（ 量子化された変換係数の１つの４×４のブロック）のうちマルチプレクサ４ｂを 通過させるをものを選択するために用いられる。マルチプレクサ４８は、Ｑレジ スタ４２からの出力ビツト値に応答して、マルチプレクサ４６と前記数値データ ＱＣ８との間の選択を行う。もし、Ｑレジスタのビット値がビット“１　″であ る場合、マルチプレクサ４８への入力としてのマルチプレクサ４６の出力が、マ ルチプレクサ４８の出力として選択される。もし、Ｑレジスタのビット値がビッ ト”０“である場合、前記マルチプレクサ４８の出力は前記数値ＱＣ８となる。

それゆえ、Ｑレジスタ４２の出力ビツト値は、マルチプレクサ４６の出力として 与えられる４つのＱＣ４のブロックもしくはＱＣ２のサブブロックまたは対応す る１つの８Ｘ８のブロックの間の選択に使用される。図２において示されるよう に、マルチプレクサ４６からの出力の左上方のブロックは、２つの２×２のブロ ックおよび３つの隣接した４×４のブロックを有する。しかし、Ｑレジスタのビ ット値がとット′０′であるので、マルチプレクサ４８は、前に！、８Ｘ８のブ ロックを出力として選択する。この例は、条件置換手法を説明している。

前記マルチプレクサ４８の出力は、マルチプレクサ５ｏの入力に結合されている 。前記マルチプレクサ５ｏの他の入力は、量子化器ルックアップ・テーブル１２ ａがら与えられる量子化されたＤＣＴ係数の前記１６Ｘ１６のブロックに対応す るＱ１６により与えられる。マルチプレクサ５０への選択入力は、Ｒレジスタの 出力ビットである。図２において示される例において、Ｒレジスタ４４の出力ビ ットはビット″１“であるので、マルチプレクサ４８から与えられたデータが、 マルチプレクサ５０からの出力として選択される。もし、Ｒレジスタ４４の出力 ビツト値がビット°０“であれば、マルチプレクサ５０は前記データＱＣ１６を 出力する。

図２において示されるマルチプレクス手法は、係数サブブロックの数値ＱＣ２、 ＱＣ４、ＱＣ８およびＱＣ１６をＤＣＴ係数ＱＣの複合ブロックに多重化するた めに、ブロック割り付けを用いる。本質的に、本ステップは、３つの過程によっ て成される。第１の過程は、条件によって、っまりＰレジスタの内容によって、 １つのＱＣ４の４Ｘ４のブロックを４つの２×２のサブブロックに置換する。第 ２の過程は、条件によって、１つのＱＣ８の８×８のブロックを、前過程の結果 である４つの４Ｘ４のサブブロックに置換する。第３の過程は、Ｒレジスタがビ ットｍ１″を持てば、１つのＱＣ１６の１６Ｘ１６のブロックを前過程の結果に 置換する。　図３ａおよび図３ｂはそれぞれレジスタおよびＢＳＡビット・パタ ーンならびに対応する逆４分本（ｉｎｖｅｒｔｅｄｑｕａｄｔｒｅｅ）を示す。

゛階層のレベルが含まれるのは、Ｒレジスタに格納されているビットが“１１で ある場合であり、その状態は、イメージ−ブロックが、より小さいブロックを用 いることで、より効果的に符号化されることを示す。同様に、Ｑレジスタが“１ “のビットを含む場合、さらに、８Ｘ８’のブロックが、より小さいブロックを 用いることで、より効果的に符号化されることを示す。同様に、Ｐレジスタが１ １のビットを含む場合、さらに、４×４のブロックが、４つの２×２のブロック を用いることで、より効果的に符号化されることを示す。いずれのレジスタも“ ０“のビットを含む場合、前記ブロックまたはサブブロックそれに関するサイズ のブロックを用いることで、より効果的に符号化されることを示す。例えば、Ｐ レジスタのビット・ポジションが０におけるビット値が“１“のビットを含み、 この４Ｘ４のブロックが、４つの２×２のブロックを用いることで、より効果的 に符号化されることを示す場合であっても、Ｑレジスタのビット値は、４つの４ ×４のブロックの方は、１つの８×８のブロックをによって、より効果的に符号 化されることを示す。

従って、Ｑレジスタのデータは、Ｐレジスタのデータを無効にすることがある。

Ｐレジスタのビット・ポジションが０におけるビット値によって、Ｐレジスタの データが無効にされた場合、Ｐレジスタのビットゆポジションが０−３における ビットは、ブロック・サイズ割り付け（ＢＳＡ）データとして送信される必要は ない。しかし、Ｑレジスタのビット・ポジション′１“のように、上位のレジス タにおけるビット・ポジションがビット値″１　“を示す場合、対応するＰレジ スタのビットは、ブロック・サイズ割り付はデータの１部分として与えられる。

ｍ３ａに示されるように、Ｑレジスタのビット・ポジション“ｌ“におけるビッ トが“１“を示す場合、それによって、対応するＰレジスタのビット４−７が、 前記ＢＳＡデータとして与えられる。最上位レベルのＲレジスタのビットはビッ ト値′１″を示ので、Ｑレジスタのビットそれぞれが、前記ＢＳＡデータに与え られる。

図２に戻り、複合ブロックＱＣは、多くのＯ係数値を含み、それは、連続長符号 によって、より効果的に符号化される。、引き続く０の数すなわち連続数が、各 々の０に対するコード・ワードの代わりに送られる。連続長符号化の効果を最大 にするために、短い連続の発生が最小になるような所定の方法で、係数が並び変 えられる。最大化は、最初に非ゼロ（ｎｏｎ−ｚｅｒｏｓ）と予期される係数を 符号化し、最後１；０と予期される係数を符号化することで実行される。ＤＣＴ の低い周波数側へのエネルギー圧縮特性のため、水平または垂直の細部より、斜 めの細部の発生が少ないので、係数の斜め走査すなわちジグザグ走査が好ましい 。しかし、可変ブロック・サイズが用いられているため、まず、各々のブロック から低周波成分を抜き取るためと、同時に、技術的に２つの周波数指標の和が同 一である場合、後に続く似たような周波数の係数のための斜め走査の溜めに、変 形されなければならない。

従って、前記マルチプレクサ５０からの出力複合ブロックＱＣは、前記ＢＳＡデ ータ（Ｐ、Ｑ、Ｒ）と共にジグザグ・スキャン・シリアライザ５２に入力される 。図４ａは、ブロックおよび対応するサブブロック内でのブロック・データのジ グザグ・オーダーリング（ｏｒｄｅｒｉｎｇ）１を示す。図４ｂは、前記ＢＳＡ データによって決定されたブロックおよびサブブロック間での直列化への並び変 え（ｏｒｄｅｒｉｎｇ　ｉｎ　５ｅｒｉａｌｉＺａｔｉＯｎ）を示す。

前記複合ブロックＱＣの並び変えられた２５６個の量子化されたＤＣＴ係数を有 する前記ジグザグ・スキャン・シリアライザ５２の出力は、係数バッファ５４に 入力され、ここでそれらは、連続長符号化のために格納される。直列化された係 数は、連続長コーグ５６に対して、前記係数バッファ５４から出力され、ここで 非ゼロ係数から０を分離するために、連続長符号化が実行される。非ゼロ係数に 加えて連続長が、別々に対応するルックアップ・テーブルに与えられる。前記連 続長の値は、連続長コードΦルックアップ・テーブル５８の入力として、連続長 コーグ５６から出力され、そこで、前記数値はハフマン符号化される。同様に、 前記非ゼロ係数値は、非ゼロ・コード・ルックアップ・テーブル６０の入力とし て、連続長コーグ５６から出力され、そこで、前記数値はハフマン符号化される 。図示してはいないが、各々のブロック・サイズに対して連続長および非ゼロコ ード・ルックアップ・テーブルが提供されてもよいことが、さらに意図される。

前記ハフマン連続長符号値は、前記ハフマン非ゼロ符号値と共に、ビット・フィ ールド・アセンブラ６２の人力として、連続長コード・ルックアップ・テーブル ５８および非ゼロ・コード・ルックアップ・テーブル６０から、それぞれ出力さ れる。加えて、前記ビット中フィールド・アセンブラ６２の入力としては、ＰＳ ＱおよびＲレジスタからの前記ＢＳＡデータがある。ビット−フィールド・アセ ンブラ６２は、ＰｌＱおよびＲレジスタからくる不要なビットを無視する。ビッ ト・フィールド・アセンブラ６２は、結合されたＲＬ符号およびＮＺ符号が続＜ ＢＳＡデータによる人力データをアセンブルする。前記結合されたデータは、送 信器（図示せず）へ送るために前記データを一時的に格納する送信バッファ６４ に対して、前記ビット・フィールド・アセンブラ６２から出力される。

図５ａ−５ｄは、ジグザグ−スキャン・シリアライザ５２における交互走査およ び直列化のフォーマットを示す。図５ａ−５ｄにおいて、量子化されたＤＣＴ係 数は、低い周波数から高い周波数へと並び変えられて、１次元上にマツピングさ れる。しかし、図５ａ−５ｄの手法では、まず、各々のブロックから低い周波数 が取られ、そして、そのブロックで次に高い周波数が取られる。前記走査中に、 あるブロック中のすべての係数が並び変えられたら、そのブロックはスキップさ れ、走査パターンにおける隣のブロックが優先される。図４ａ−４ｃの走査によ ってなされるブロックからブロックへの走査は、左から右への走査および上から 下への走査が優先される。

図６は、図１および図２にしたがって発生された圧縮がぞ信号を復号するための 受信の実施を示す。図６において、符帰化されたワードは、受信バッファ１００ に対して受信器（図示せず）から出力される。前記受信バッファ１００はＢＳＡ セパレータ１０２に対してコード・ワードの出力を与える。受信されたコード・ ワードは、本来、ＢＳＡＳＲＬおよびＮＺ符号を含む。すべての受信されたコー ド・ワードは、先立つ条件に従い、各々のコード・ワード長は、コード・ワード を分離、復号するための知られる必要はない。

ＲＬおよびＮＺ符号の前に、まず、ＢＳＡ符号が送信され、受信されるので、Ｂ ＳＡセパレータ１０２は、ＲＬおよびＮＺ符号からＢＳＡ符号を分離する。最初 に受信されたビットは、図２と類似の内部Ｒレジスタ（図示せず）にロード（ｌ ｏａｄ）される。Ｒレジスタを調べ、ビットの値が“０“であれば、ＢＳＡ符号 は１ビツト長であることが決定される。ＢＳＡセパレータ１０２は、ＱおよびＰ レジスタが初期に０で満たされることを含む。もし、Ｒレジスタがビット値が“ １　″を有するときは、受信バッファからさらに４ビツトが得られ、Ｑレジスタ にロードされる。ここで、Ｑレジスタの内容が１１“であるごとに、さらに４ビ ツトづつ受信バッファから得られ、Ｐレジスタにロードされる。また、Ｑレジス タの内容が０′であるごとに、受信バッファからはなにも得られないが、４つの ０がＱレジスタにロードされる。従って、ＢＳＡ符号の取り得る長さは、１．５ ．９．１３．１７．２１ビツトである。　ＢＳＡセパレータ１０２は、さらに、 ＲＬデコード・ルックアップ・テーブル１０４およびＮ２デコード・ルックアッ プ・テーブル１０６に対して、それぞれ、ＲＬコードおよびＮＺコードを分離し 、出力する。ルックアップ・テーブル１０４および１０６は、本質的に、図２の ルックアップ・テーブル５８および６０に対する逆のルックアップ−テーブルで ある。ルックアップ・テーブル１０４の出力は、連続長に対応する数値であり、 連続長デコーダ１０８の入力となっている。同様に、ルックアップ・テーブル１ ０６の非ゼロ係数値出力も、連続長デコーダ１０８の入力となっている。連続長 デコーダ１０８は、復号化された係数に０を挿入し、一時的に係数を格納する係 数バッファ１１０への出力を与える。前記格納された係数は、採用された走査手 法に従って係数を並べ変える。逆ジギザグ・スキャン・シリアライザ１１２に出 力される。逆ジギザグ・スキャン・シリアライザ１１２は、セパレータ１０２か らＢＳＡ信号を受信し、ブロックおよびサブブロックの係数を複合係数ブロック に正確に並べ変えるのを助ける。係数データのブロックは、逆ジギザグ・スキャ ン・シリアライザ１１２から出力され、各々の対応する逆量子化器ルックアップ ・テーブル１１４ａ−１１４ｄに適用される。逆量子化器の数値は、量子化を元 に戻すために、各々の係数に適用される。逆量子化器ルックアップφテーブル１ １４ａ−１１４ｄは、量子化器ルックアップ・テーブル１２ａ−１２ｄの童子化 ファクターからくる量子化ファクターを含むＲＯＭデバイスとして採用されても よい。前記係数は、各々の逆量子化器ルックア・クブ・テーブル１１４ａ−１１ ４から、対応する逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）素子１１６ａ−１１６ｄへ出 力される。

前記ＩＤＣＴ素子１１６ａは、１６Ｘ１６のＩＤＣＴ係数ブロックにより形成さ れており、図では、１６Ｘ１６のビクセル・データ・ブロックが、サブブロック 結合器１１８に出力される。同様に、ＤＣＴ１１６ｂは、８×８の係数ブロック を、それぞれ８×８のビクセル・データ・ブロックに変換する。前記ＩＤＣＴ１ １６ｂの出力は、サブブロック結合器１１８に与えられる。ＩＤＣＴ１１６ｃ素 子およびＩ　ＤＣＴ素子１１６ｄは、それぞれ、４×４および２×２の係数ブロ ックを、対応するビクセル・データ争ブロックに変換し、そのデーターブロック は、サブブロック結合器１１８に与えられる。サブブロック結合器１１８は、Ｉ ＤＣＴ素子１１６ａ−１１６ｄｎｏ出力に加えて、セパレータ１０２からのＢＳ Ａデータも受信し、前記ビクセル・データ争ブロックから一つの１６Ｘ１６のビ クセル・ブロックを復元する。前記復元された１６Ｘ１６のビクセル・ブロック は、復元バッファ（図示せず）の出力となる。

図７は、本発明の信号圧縮のフローチャートをなすブロック図である。図７は、 図１を参照して述べた処理に含まれるステップを簡単に示す。同様に、図８は、 出力ビクセルしデータを出すための送信された、圧縮画像データの伸長処理を示 す。図８に示されたステップは、図６を参照して前述されたものである。

本発明は、独特な適応ブロック・サイズ処理手法を用いており、その手法は、ビ ット対ビクセルの比を大きく犠牲にすることなく、十分に改署された画質を提供 する。また、約“１　“のビット対ビクセルの比が約およびこのレベルより実際 的に低いものでさえ、ＨＤＴＶの分野でにおいても十分に、画質の十分な改善が 提供されると考える。本発明の開示を見れば、本発明に対する多くの変形が容易 に成されると思われる。

本発明はまた、微分４分木（ｄｉｌｌｅｒｃｎｌｉｔｌ　ｑｕｘｄｌｒｓｓｌ変 換（ＤＱＴ）のような新規で以前開示されていない変換をも取り込むことを意図 している。この変換の基礎は、サブブロックの４分木表示上に２Ｘ２ＤＣＴを繰 り返し適用することである。例えば図３ｂに示されているような反転４分木の底 で、２Ｘ２ＤＣＴ演算が行われ、ノードは２Ｘ２ＤＣＴ変換のＤＣ値に割当てら れる。最も近いノードが集められ、他の２×２ＤＣＴが実行される。このプロセ スは、ＤＣ値がルートに割当てられるまで繰り返される。ルートでのＤＣ値だけ が決められたビット数、例えば８ビツトにコード化され、一方、残りはハフマン （Ｂｕｆｆｍｕ）　コードにコード化される。各２×２ＤＣＴ演算は、単に数の 和と差にすぎないので、掛は算は必要でなく、ＤＣ以外の４分本の係数は２つの 和の差を示し、従ってＤＱＴと呼ばれる。理論的にこのタイプの変換は１６Ｘ１ ６ＤＣＴコーデイングの性能を越えない。しかしながら、ＤＱＴを組み込むと、 当然適用性のあるブロックサイズ符号化に加えて、簡単なハードウェアだけで済 むという利点がある。更に、４分本構造によれば、サブツリー（木）下の全ての サブブロックが零のみを含む場合に、サブツリーの存在しないことを単に示すこ とによって零係数のコーディングが可能となる。

好ましい実施例の上記記載により、当業者は本発明を作成使用できる。これら実 施例の種々の変更は、当業者には容易に実行可能であり、基本的概念を何の困難 性もなく他の実施例に適用できる。こうして、本発明は実施例に限定されること なく、本発明の原理に整合して拡張できる。

ＦＩＧ、　４ａ　ＦＩＧ、　４ｂ 要　約　書 送信画像データを圧縮するための画像圧縮システム及び方法。画像データの各ブ ロックと対応するサブブロックは、離散コサイン変換（Ｄ　ＣＴ）演算（１０， １２）を施される。

結果として得られる対応する変換係数のサブブロック（ＱＣ８、ＱＣ４，ＱＣ２ ）の変化レベルが、画素データの各々の人力ブロックに対応する複合変換係数ブ ロック（Ｑ　Ｃ）の構築のために選択される。複合ブロックに対する変換係数ブ ロックサイズの選択は、変換ブロックとサブブロック符号化係数間の比較（２０ ，２６，３２）によって決定される。複合ブロックは、圧縮されたデータのビッ トカウントを大きく削減するために符号化された（５６）可変レングスである。

国際調査報告 １１ｓｅｎｗａｅｅ−＾−ｃ−＊ｓｖ　Ｋテ／ＩＪＳ９１１０１３５０１ｍ−一 一−Ａ−−ｍ１ｍ１６ｓ、　ＰＣＴ１０３９１１０１３５０

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．画像圧縮システムにおける、入力画素データのブロックから、離散コサイン 変換（ＤＣＴ）の対応する複合ブロックを生成するサブシステムにおいて、 ピクセルデータの入力ブロックを受け取り、前記入力ブロックに対し、且つ構成 サブブロックの少なくとも１つの所定のレベルに対して離散コサイン変換を実行 し、ＤＣＴ係数値の対応するブロックとサブブロックとを提供する変換手段と、 ＤＣＴ係数値の前記ブロックと各サブブロックとを受取り、ＤＣＴ係数値の各ブ ロックとサブブロックの各対応グループとに対して、所定のコーディングフォー マットに従って、ＤＣＴ係数値の前記ブロックとサブブロックの各対応グループ とをそれぞれエンコードするのに必要な多数のビットに対応するビットカウント 値を決定し、前記ビットカウント値から、前記コーディングフォーマットに従っ てエンコードするために、ビット最小数を必要とするＤＣＴ係数値の前記ブロッ クとサブブロックの対応グループとを決定し、対応する選択値を与えるブロック サイズ割当て手段と、前記選択値とＤＣＴ係数値のブロックと各サブブロックと を受取り、前記選択値に対応するＤＣＴ係数値のブロックと各サブブロックの内 から選択して、ＤＣＴ係数値のブロックと各サブブロックの内選択されたものか ら形成されるＤＣＴ係数値の対応複合ブロックの出力を提供する選択手段と、を 具備する画像圧縮システムのサブシステム。
2. ２．前記変換手段、前記ブロックサイズ割当て手段と前記選択手段との間に結合 されており、ＤＣＴ係数値の前記ブロックとサブブロックとを受取り、各ＤＣＴ 係数値を量子化し、対応するＤＣＴ係数の代わりに前記ブロックサイズ割当て手 段と前記選択手段とに各量子化されたＤＣＴ係数値を供給する量子化手段を更に 具備する請求項１に記載のサブシステム。
3. ３．画素データの入力ブロックを受け取り、前記入力ブロックに対し、且つ構成 サブブロックの少なくとも１つの所定のレベルに対して離散コサイン変換を実行 し、ＤＣＴ係数値の対応するブロックとサブブロックとを提供する変換手段と、 ＤＣＴ係数値の前記ブロックと各サブブロックとを受取り、ＤＣＴ係数値の各ブ ロックとサブブロックの各対応グループとに対して、所定のコーディングフォー マットに従って、ＤＣＴ係数値の前記ブロックとサブブロックの各対応グループ とをそれぞれエンコードするのに必要な多数のヒットに対応するビットカウント 値を決定し、前記ビットカウント値から、前記コーディングフォーマットに従っ てエンコードするために、ビット最小数を必要とするＤＣＴ係数値の前記ブロッ クとサブブロックの対応グループとを決定し、対応する選択値を与えるブロック サイズ割当て手段と、前記選択値とＤＣＴ係数値のブロックと各サブブロックと を受取り、前記選択値に対応するＤＣＴ係数値のブロックと各サブブロックの内 から選択して、ＤＣＴ係数値のブロックと各サブブロックの内選択されたものか ら形成されるＤＣＴ係数値の対応複合ブロックの出力を提供する選択手段と、Ｄ ＣＴ係数値の前記複合ブロックを受取り、所定のオーダーフォーマットにしたが ってＤＣＴ係数値の前記複合ブロックをオーダーし、オーダーされたＤＣＴ係数 値の対応する出力を供給するオーダー手段と、 前記オーダーされたＤＣＴ係数値を受取り、前記所定のコーディングフォーマッ トに従って前記オーダーされたＤＣＴ係数値をコーディングし、対応するコード 値を供給するエンコーダ手段と、 前記選択値と前記コード値とを受取り、前記選択値と前記コード値とを画素デー タの前記入力ブロックを表わすコード画像値として、画素データの前記入力ブロ ックのビットカウントに関する減少ビットの前記コード画像値と組合わせ、前記 コード画像値の出力を提供するアセンブラー手段と、を具備する画像信号圧縮シ ステム。
4. ４．前記オーダーされたＤＣＴ係数値を受取り、前記オーダーされたＤＣＴ係数 値をランレングスコーディングし、零でない係数値とランレングス値との対応す る出力を、前記所定のコーディングフォーマットに従ってコーディングするため に前記エンコーダ手段に供給するランレングスコーダー手段を更に具備する請求 項３に記載のシステム。
5. ５．構成サブブロックの変化するレベルに分割可能な画素データのブロックを提 供するステップと、画素データの前記ブロックに離散コサイン変換（ＤＣＴ）演 算を実行して、ＤＣＴ係数の対応するブロックを提供するステップと、 画素データサブブロックの少なくとも１つのレベルにある画素データの各サブブ ロックにＤＣＴ演算を実行して、ＤＣＴ係数の対応するサブブロックを提供する ステップと、ＤＣＴ係数の各ブロックとサブブロックの対応グループとに対して 、所定のコーディングフォーマットに従って、各ブロックとサブブロックのグル ープとをエンコードするのに必要な多数のビットに対応するビットカウント値を 決定するステップと、 前記ビットカウント値から、ＤＣＴ係数の各ブロックとサブブロックの対応する グループとをエンコードするために必要なビット最小数に対応するＤＣＴ係数値 の前記ブロックとサブブロックの対応グループとを決定し、対応するブロックサ イズ割当て値を提供するステップと、前記ブロック割当て値に従って、下位ビッ トエンコード数を有するＤＣＴ係数の前記ブロックとサブブロックの対応するグ ループの内からＤＣＴ係数の複合ブロックを組み立てるステップと、 所定のオーダーフォーマットに従ってＤＣＴ係数の前記複合ブロックをオーダー して、オーダーされたＤＣＴ係数のシリアル列を形成するステップと、 前記所定のコーディングフォーマットに従ってオーダーされたＤＣＴ係数の前記 列をエンコードして、コード化されたＤＣＴ係数の組を作成するステップと、前 記ブロック割当て値と前記コード化されたＤＣＴ係数とを、画素データの前記ブ ロックを表わすコード化画像データに組み立てるステップと、 を具備する画素データブロックに対応する画像信号を圧縮する方法。