JPS63121373A - 変換係数符号化方式 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は画像信号の符号化方式に関する。

（従来技術とその問題点） 画像信号を線形変換することで効率的な符号化が行える
ことが従来知られている。例えば吹抜敬彦著［画像のデ
ィジタル信号処理増補版」昭和６０年日刊工業新聞社刊
１７９ペーリより１９５ページに記されているとおり画
像信号を適当な大きさのブロックに分割し、相互に独立
な変換軸で線形変換して変換係数を生成すると画像信号
の統計的性質より特定の変換係数に電力が集中するので
電力の大きな変換係数に対して多くのビット数を割当て
低電力の変換係数に対しては少ないビット数で粗く量子
化することでブロック全体で見ると効率的な符号化が実
現できる。この時一般的に用いられる線形変換としてア
ダマール変換、カルーネン・レープ変換、バール変換、
ｉ！Ｓ１敗コサイン変換等が挙げられる。これらの線形
変換は変換軸が直交している事より直交変換と総称され
る。これらの直交変換ではＮ１士Ｎ２の大きさの画像ブ
ロックが同じＮ１＄Ｎ２の大きさの変換係数ブロックへ
変換させる。

変換の対象となるのは画像信号そのものに限らず画像信
号の予測誤差信号であってもよい。例えば特開６１−０
６６５２６　ｒ動画像の高能率符号化方式Ｊの中には動
き補償フレーム間差分信号に対してブロック分けを行い
直交変換符号化を行う例が紹介されている。

この符号化方式において問題となるのは非常に大きな確
率で発生するゼロ信号の符号化である。

前述したように変換符号化ではある特定の変換係数に電
力が集中する。例えばアダマール変換や離散コサイン変
換において水平方向や垂直方向の低周波成分と呼ばれる
部分（特に直流成分と呼ばれる成分）に電力が集中し高
周波成分と呼ばれる部分の変換係数は低電力となり（第
３図）量子化の段階で実質的にはほとんどの信号がゼロ
信号となる。高周波成分になればなる程この統計分布が
ゼロレベル信号に集中する事を用いて高能率な符号化が
可能となる。例えばゾーンを用いる方法やＥＯＢ（Ｅｎ
ｄ　ｏｆＢＬｏｃｋ）コードを用いる方法、あるいは適
応的に走査方法を切換える方式で効率的な符号化が実現
できる事が知られている。

ゾーンを用いる方法とは第４図の様にいくつかのゾーン
を予め用意しておきゼロでない変換係数つまり有意係数
を全て含むゾーンのうち最も面積の小さなものを選びそ
のゾーンの中の変換係数のみを伝送する方法である。勿
論、どのゾーンを選択したかを示す情報を同時に符号化
され伝送されなければならない。ゾーンの形状は任意で
あるが例えば直流成分（第３図ｙを含む長方形をゾーン
とすると簡単な回路でゾーンが検出できる。

次にＥＯＢ（（Ｅｎｄ　ｏｆ　Ｂｌｏｃｋ）　：７−ド
を用いる方法を解説する。第５図に示す様にあるブロッ
クの中で変換係数を順序符号化する時ある変換係数から
ブロックの最後に至るまで全てゼロ信号になる場合その
ゼロ信号列を符号化せずにそのブロックの符号化をそこ
で打切る事を示すＥＯＢコードを用いてゼロ信号列の狩
号の代りとする。この符号化では最後に来るゼロ信号列
が長ければ長いほど効率が上がる。ジグザグスキャンと
呼ばれる走査方法が平均して最も長い最終のゼロ信号列
を与えるのでこれを用いることが多い。ジグザグスキャ
ンは第５図に示すように低周波成分から高周波成分にか
けて走査を行う。またＥＯＢコードを用いずどもブロッ
クごとにそのブロック中何個のゼロでない信号が含まれ
ているかを示す情報を伝送しておけば最終のゼロ信号列
を符号化せずどもブロック全体の復号が可能となる。

また適応的に走査方法を切換える方式では予めいくつか
の定められた走査方法がありそのうち最も長い最終ゼロ
信号列を与える走査方式を検出し、その検出された走査
方式に従って順序量子化を行い最終ゼロ信号列を符号化
する代りにＥＯＢコードを与える。どの走査方法を用い
たかを示す情報も符号化され伝送されなければならない
。

ところで高周波成分領域においてはゼロでない信号が発
生する確率は極く小さい。従って第６図Ａ点、Ｂ点に示
すようにスキャンの最後に発生する有意係数は孤立して
発生する傾向にある。この図において×は有意係数の位
置を示す。ゾーンを用いる方法においてもしＢを強制的
にゼロ信号とすればゾーンが小さくなる為Ｂだけではな
くゾーンが小さくなった分だけ符号化しなくて良いゼロ
信号が出て来て符号量が大幅に減少する。第７図ａ）、
ｂ）に前述の長方形ゾーンを用いた場合、Ｂ点を強制的
にゼロにする事でゾーンがどれ程小さくなったかを示す
。

またＥＯＢコードを用いる方法において、もしＢを強制
的にゼロ信号とすればＢだけではなく最後から２番目に
発生したゼロでない信号ＡからＢまでのゼロ信号も符号
化しなくて良い為符号量が大幅に減少する（第７図ｃ）
、　ｄ）及び操作の順に一次元的に展開したグラフを第
８図に示す）。

よってこのような高周波領域に孤立した有意係数を強制
的にゼロ信号とすると大幅に符号量を減少させることが
出来る。しかしながら孤立した有意係数を全て強制的に
ゼロ信号とすると画質は劣化する。従って強制的にゼロ
にしても画質の劣化につながらない変換係数をを識別し
、画質劣化を起こさぬ変換係数のレベルを強制的にゼロ
にする技術が必要となる。しかしながら従来技術ではそ
の識別方法は明確ではなかった。

（発明の目的） 本発明の目的は復号画像の画質が劣化しないように伝送
変換係数の範囲を決定する方法を具体的に与える。

（発明の構成） すなわち本発明によれば２次元信号源に対してブロック
に分割しそのブロック毎に２次元線形変換を行い変換係
数を得る手段と、その変換係数と与えられたしきい値Ｔ
ｈとを比較しその大小の別を判定する手段と、その大小
の判定結果をブロックごとに集計してそのブロックの変
換係数伝送範囲を決定する手段と、その変換係数伝送範
囲より前述の変換係数を符号化するものと符号化しない
ものとに分類し符号化するものについては変換係数伝送
範囲の結果に従ってあらかじめ定められた順序で出力す
る手段と、その出力された変換係数とどの量子化特性に
よって量子化特性によって量子化する手段と、その量子
化された変換係数とどの量子化特性をを用いたかを示す
情報と前述の変換係数伝送範囲の結果とを符号化する手
段と、しきい値Ｔｈと量子化特性とを決定する手段とを
符号化装置が有している。

また本発明の別の構成によれば２次元信号源に対してブ
ロックに分割しそのブロック毎に２次元線形変換を行い
変換係数を得る手段と、その変換係数と与えられたしき
い値Ｔｈとを比較しその大小の別を判定する手段と、そ
の大小の判定結果をブロックごとに集計しそのブロック
の量子化対象範囲を決定する手段と、その量子化対象範
囲より前述の変換係数を量子化するものと量子化しない
ものとに分類し量子化対象外となるものについては強制
的にゼロ信号として出力し量子化対象となる変換係数は
そのまま出力する手段と、その出力された変換係数を与
えられた量子化特性によって量子化する手段と、その量
子化された係数より変換係数伝送範囲を決定しその結果
に従って前述の量子化された係数を符号化するものとし
ないものとに分類し符号化するものについては並び替え
て出力する手段と、その出力された量子化された変換係
数とどの量子化特性を用いたかを示す情報と前述の量子
化された係数に対して決定される変換係数伝送範囲の結
果とを符号化する手段と、前述のしきい値Ｔｈと前述の
量子化特性とを決定する手段とを有している。

（発明の原理） 本発明の原理を第９図で説明する。この図は分がりやす
くする為に第６図で示した有意係数の２次元配列を走査
順に１次元に並び替え信号レベルのグラフとしている。

高周波領域において孤立している信号のうち、例えばＡ
やＢの様な信号の内、Ｂはレベルが低い為強制的にゼロ
信号にしてもそれぼどの復号画像の劣化を起こさないが
Ａは・十分に高いエネルギーを有している為強制的にゼ
ロ信号にすると深刻な復号画像の劣化をまねく。そこで
本発明においては原信号をブロック化し変換しそのブロ
ック中の変換係数のうちどの部分を符号化対象とするか
を決定した後に量子化している。すなわち変換係数に対
しであるしきい値と比較しそのしきい値より変換係数が
小さければその変換係数は符号化の対象としないように
する。

ゾーンを用いる方式の場合しきい値より大きな変換係数
の存在範囲からゾーンを決定する。前述の（発明の構成
）におけるクラス分けはこのゾーン決定に相当する。す
なわちこのゾーンの決定に従ってゾーンの中の変換係数
のみが量子化器へ転送される。例えば第７図の変換係数
Ｂの様な信号はゾーンの外に位置する変換係数として符
号化対象外になる。この方式の場合クラス分けの結果に
従って並び替えを行う回路は特に必要無い。

ＥＯＢコードを用いる方式の場合ブロック内の走査を行
いしきい値より大きい変換係数でブロック内の一番最後
の変換係数の位置を検出する。この場合クラス分けはこ
のしきい値を越える最終変換係数の位置検出に相当する
。この最終変換係数の位置より後ろの変換係数は符号化
対象から外され最終変換係数よりも前の変換係数のみが
量子化器に転送される。この方式においてもクラス分け
の結果に従って並び替えを行う回路は待に必要無い。

適応的に走査方法を切換える方式においては各走査方式
でのしきい値を越えない変換係数のブロック内最終信号
列長を計算し、最も長いブロック内最終信号列長を与え
る走査方式を検出する。

この場合クラス分けはこの最適な走査方式とその時のし
きい値を越える最終変換係数の位置検出に相当する。最
終変換係数は最適な走査方式によって並び替えられる。

更にしきい値を越えるブロック内の一番最後の変換係数
から後の変換係数は符号化対象から外される。

以上の様に伝送範囲をまず決定し、そしてその範囲の中
で改めて量子化を行う様にすれば第８図にＢ点の様な強
制的にゼロ信号となり０点の様な信号はそのまま保存さ
れる。０点は強制的にゼロにされても画質劣化を招く割
には符号量を減少させないがＢ点は強制的にゼロ信号に
なることで変換係数伝送範囲が大幅に縮小する為に符号
量が大幅に減少する。しかも強制的にゼロ信号とすると
致命的な劣化を起こすに十分に大きな電力を有するＡ点
の様な変換係数についてはそのまま保存される。

第８図では各変換係数に対してしきい値は一定だが変換
係数によってしきい値を変化させることは有効である。

また量子化特性と共にこのしきい値を変化させる事で符
号量の制御が可能と成る。

また変換を行った後、しきい値との比較でゾーンを用い
る方法かＥＯＢを用いる方法で量子化対象範囲を決定し
範囲内の係数はそのままで量子化対象範囲外の変換係数
を強制的にゼロにしてから量子化をおこない、その後今
度は走査方式を切換える方式で係数伝送範囲を決定する
方式も有効である。

（本発明の実施例） 第１図に本発明の実施例を示す。

入力信号は線１００１からブロック化回路１０へ供給さ
れブロック化された信号が線１００２から変換回路２０
へ供給される。変換回路２０はブロック化された入力信
号を線形変換して線１００３へ変換係数を出力する。比
較器７０は線１００３から供給される変換係数と線１０
０９によってしきい値設定回路９０より供給されるしき
い値とを比較しその大小関係の情報を線１０１０を通し
て変換係数伝送範囲決定回路８０へ供給する。変換係数
伝送範囲決定回路８０で決定した結果は線１００７から
符号器６０と並び替え回路３０と有効ｌ無効判定回路４
０へ供給される。並び替え回路３０は線１００７から供
給される変換係数伝送範囲から必要であれば線１００３
から供給されるブロック内の信号を並び替えて線１００
４へ供給する。有効ｌ無効判定回路４０は線１００７か
ら供給される変換係数伝送範囲より線１００４から供給
されるブロック内の信号のうち符号化対象と成る変換係
数のみを線１００５へ供給する。量子化器５０は線１０
０５から供給される変換係数に対して線１０１１より指
定される量子化特性に従って量子化を行う。制御回路１
００は伝送路容量あるいは符号器の発生符号量等からし
きい値と量子化特性を決定しそれぞれ線１０１２と線１
０１１へ供給する。

しきい値設定回路９０は線１０１２より供給され、たし
きい値を線１００９を通して比較器７０へ供給する。し
きい値はブロック内で一定でも良いしブロック内の変換
係数ごとに変化しても良い。最後に符号器６０は線１０
１１から供給される量子化特性と線１００６から供給さ
れる量子化された変換係数と線１００７から供給される
変換係数伝送範囲を符号化して線１０１３から出力する
。変換係数伝送範囲の符号化とはゾーンを用いる方式の
場合はゾーンの形状を示す情報を符号化することであり
、ＥＯＢを用いる方式の場合はブロック内の最終有効変
換係数の直後にＥＯＢコードを付加することであり、走
査方式を切換える方式ではＥＯＢコードを付加すると同
時にどの走査方式を用いたかを示す情報を符号化するこ
とである。

また第２図に本発明によるもうひとつの実施例を示す。

入力信号は線２００１からブロック化回路２１０へ供給
されブロック化された信号が線２００２から変換回路２
２０へ供給される。変換回路２２０はブロック化された
入力信号を線形変換して線２００３へ変換係数を出力す
る。比較？５２７０は線２００３から供給される変換係
数と線２００９によってしきい値設定回路２９０より供
給されるしきい値とを比較しその大小関係の情報を線２
０１０を通して量子化対象範囲決定回路２８０へ供給す
る。量子化対象範囲決定回路２８０で決定した結果は線
２００７から有効、′無効判定回路２４０へ供給される
。

有効ｌ無効判定回路２４０は線２００３から供給される
ブロック内の信号のうち線２００７から供給される量子
化対象範囲外にある変換係数を強制的にゼロ信号とし、
量子化対象範囲にある変換係数はそのままとして線２０
５へ供給する。量子化器２５０は線２０ｏ５から供給さ
れる変換係数に対して線２０１１より指定される量子化
特性に従って量子化を行いその結果を線２００６より出
力する。係数伝送範囲決定回路３１０は線２００６から
供給される量子化された係数から係数伝送範囲を決定し
線２０２２より出力する。並び替え回路２３０は線２０
２２より供給される係数伝送範囲に従って線２００６か
ら供給される量子化された係数のうち伝送される係数の
みを並び替えて線２ｏ２３より出力する。制御回路３０
０は伝送路容量あるいは符号器の発生符号量等からしき
い値と量子化特性を決定しそれぞれ線２０１２と線２０
１１へ供給する。しきい値設定回路２９０は線２０１２
より供給されたしきい値を線２００９を通して比較５２
７０へ供給する。しきい値はブロック内で一定でも良い
しブロック内の変換係数ごとに変化しても良い。最後に
符号器２６０は線２０１１から供給される量子化特性と
線２０２３から供給される量子化された変換係数と線２
０２２から供給される変換係数伝送範囲を符号化して線
２ｏ１２から出力する。

（発明の効果） 本発明によれば真に重要な情報のみを用いて効率の高い
符号化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の構成を示す図であり、第１図
において１０は入力信号をブロック化する回路、２０は
ブロック化した信号を線形変換する回路、３０は信号列
をブロック内で並び替える回路、４０は変換係数伝送範
囲内の変換係数だけを通過させる回路、５０は量子化器
、６０は符号器、７０は変換係数としきい値を比較する
回路、８０は変換係数伝送範囲を決定する回路、９０は
しきい値を設定する回路、１００は量子化特性としきい
値を決定する回路である。 また第２図において２１０は入力信号をブロック化する
回路、２２０はブロック化した信号を線形変換する回路
、２３０は量子化された変換係数列をブロック内で並び
替え変換係数伝送範囲内の変換係数だけを通過させる回
路、２４０は量子化対象範囲内の変換係数だけを通過さ
せ量子化対象範囲外をゼロとする回路、２５０は量子化
器、２６０は符号器、２７０は変換係数としきい値を比
較する回路、２８０は量子化対象範囲決定回路、２９０
はしきい値を設定する回路、３００は量子化待惚としき
い値を決定する回路、３１０は変換係数伝送範囲を決定
する回路である。 第３図は変換係数の性質を説明する為の図であり、第４
図はゾーンを用いる符号化を説明する為の図、第５図は
ＥＯＢをゾーンを用いる符号化を説明する為の図である
。 そして第６図、第７図、第８図、第９図は本発明の原理
と効果を説明する為の図である。 第３図 変換係数ブロック 第４図 ゾーン１　　　　　ゾーン２　　　　　ゾーン３第５図 第６図 第７図 ０）　　　　　　ｂ） Ｃ）　　　　　　ｄ） 頃　　ａ　　凋　−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２次元信号源に対してブロックに分割しそのブロ
   ック毎に２次元線形変換を行い変換係数を得る手段と、
   その変換係数と与えられたしきい値Ｔｈとを比較しその
   大小の別を判定する手段と、その大小の判定結果をブロ
   ックごとに集計しそのブロックの変換係数伝送範囲を決
   定する手段と、その変換係数伝送範囲より前述の変換係
   数を符号化するものと符号化しないものとに分類し符号
   化するものについては変換係数伝送範囲の結果に従って
   あらかじめ定められた順序で出力する手段と、その出力
   された変換係数を与えられた量子化特性によって量子化
   する手段と、その量子化された変換係数とどの量子化特
   性を用いたかを示す情報と前述の変換係数伝送範囲の結
   果とを符号化する手段と、前述のしきい値Ｔｈと前述の
   量子化特性とを決定する手段とを有する符号化方式。
2. （２）２次元信号源に対してブロックに分割しそのブロ
   ック毎に２次元線形変換を行い変換係数を得る手段と、
   その変換係数と与えられたしきい値Ｔｈとを比較してそ
   の大小の別を判定する手段と、その大小の判定結果をブ
   ロックごとに集計しそのブロックの量子化対象範囲を決
   定する手段と、その量子化対象範囲より前述の変換係数
   を量子化するものと量子化しないものとに分類し量子化
   対象外となるものについては強制的にゼロ信号として出
   力し量子化対象となる変換係数はそのまま出力する手段
   と、その出力された変換係数を与えられた量子化特性に
   よって量子化する手段と、その量子化された係数より変
   換係数伝送範囲を決定しその結果に従って前述の量子化
   された係数を符号化するものとしないものとに分類し符
   号化するものについては並び替えて出力する手段と、そ
   の出力された量子化された変換係数とどの量子化特性を
   用いたかを示す情報と前述の量子化された係数に対して
   決定される変換係数伝送範囲の結果とを符号化する手段
   と、前述のしきい値Ｔｈと前述の量子化特性とを決定す
   る手段とを有する符号化方式。