JP3216741B2

JP3216741B2 - 画像符号化方式

Info

Publication number: JP3216741B2
Application number: JP5938693A
Authority: JP
Inventors: 俊一郎野中; 元久戸村; 克至井上; 太一中村
Original assignee: 株式会社エヌ・ティ・ティ・データ
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1993-02-25
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: JPH06253156A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像符号化方式に関
し、特に、複数階調を持つ入力画像データの符号化を行
う画像符号化方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の画像符号化方式として、
例えば、「画像電子学会誌」第２０巻第１号（１９９１
年発行）の第５０頁から第５８頁に、「カラー静止画符
号化国際標準方式（ＪＰＥＧ）の概説」に開示されたＪ
ＰＥＧ方式が知られている。このＪＰＥＧ方式では、圧
縮率を考慮して２次元ハフマン符号を用いている。その
ため、許容される入力画像データの階調が、例えばＢａ
ｓｅｌｉｎｅＳｙｓｔｅｍの場合は８ｂｉｔ／画素／
色成分、ＥｘｔｅｎｄｅｄＳｙｓｔｅｍの場合は１２
ｂｉｔ／画素／色成分というように限定されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のＪ
ＰＥＧ方式では、許容される入力画像データの階調が１
２ｂｉｔ／画素／色成分以下に限定されているため、例
えば天体観測画像や医療用画像等のような１６〜３２ｂ
ｉｔ／画素／色成分という高階調の入力画像データの符
号化が不可能であった。そのため、このような高階調の
入力画像データの符号化を行う場合は、その都度他の方
式に変更しなければならず、符号化効率の向上が図れな
い問題があった。また、従来のＪＰＥＧ方式では対応可
能な入力画像データの階調数が固定的であったため、階
調が急激に変化する画像や階調変化の緩やかな画像の区
別が困難となる問題もあった。本発明は、かかる問題点
に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、入
力画像データの階調数や階調変化にフレキシブルに対応
し、各画像データについて高圧縮率の符号化を可能とす
る画像符号化方式を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、従来のＪＰＥＧ方式に対して２次元ハフマ
ン符号化部分に改良を加えた方式を実現し、様々な階調
数あるいは階調変化を持つ入力画像に対して適応的に符
号化を行い得るようにしたものである。

【０００５】具体的には、入力された複数階調の画像デ
ータを符号化して符号化データを得る画像符号化装置
と、当該符号化の逆処理を施すことで前記符号化データ
を原画像に復号する画像復号化装置とを備えた画像符号
化方式において、前記画像符号化装置は、前記画像デー
タを複数の矩形状領域のブロックデータに分割するデー
タ分割手段と、分割された各ブロックデータに直交変換
を施して直交変換デ−タを生成する直交変換手段と、こ
の直交変換データに夫々適応的量子化を施して無効係数
及び有効係数からなる量子化データを得る適応的量子化
手段と、前記無効係数の連続数を計測する無効係数計測
手段と、前記有効係数をその大きさに応じてグループ化
するグループ化手段と、前記画像データの階調を判定
し、この階調判定値に応じて符号化のための割り当て符
号量を決定するとともに、前記無効係数計測手段の計測
値に割り当てる符号量と前記有効係数のグループに割り
当てる符号量との合計を一定に制御する符号量制御手段
と、割り当てられた符号量に応じて前記量子化データを
符号化する符号化手段と、を有し、階調に拘束されずに
画像データの符号化を行う構成とした。

【０００６】なお、前記符号化手段において、可変長符
号化を行う場合は、二通りの構成が選択可能である。そ
の一つは、前記無効係数の連続数と前記グループの識別
符号とを合成して所定のシンボルパタンを形成するとと
もに、このシンボルパタンの出現頻度に応じて異なる符
号長の符号化データを生成する構成であり、他の一つ
は、画像データの階調及び直交変換手段の種別毎に割当
符号長を決定する可変長符号表を備え、前記階調判定値
及び前記直交変換手段の種別情報に応じて異なる符号長
の符号化データを生成する構成である。

【０００７】また、前記符号量制御手段では、例えば、
前記シンボルパタンの符号量をｓ、前記グループのカテ
ゴリ数をＧ、グループに割り当てる符号量をｌｏｇ
₂（Ｇ）より大きい最小の整数ｇとしたときに、ｓ−ｇ
を前記無効係数計測手段の計測値に割り当てる符号量と
する。

【０００８】更に、前記復号化装置は、前記符号化デー
タを入力して前記階調を判定する階調判定手段と、この
階調判定値に応じて前記符号化データの復号制御を行う
復号制御手段と、この復号制御により得られたデータに
対して前記適応的量子化の逆量子化制御を行う逆量子化
制御手段と、この逆量子化制御により得られたデータに
対して前記直交変換の逆変換処理を行う直交逆変換手段
と、この逆変換により得られたデータを前記階調判定値
に基づく復号制御データに従って画像データに構築する
画像構築手段と、を有し、原画像の再現を可能とした。

【０００９】

【作用】上記構成の画像符号化方式では、まず、入力さ
れた複数階調の画像データを矩形状領域のブロックデー
タに分解して直交変換を行う。そして、この直交変換に
よって得られた変換係数を量子化する際に、適応的量子
化を行う。これにより、入力画像データの階調及びその
変化の違いによる符号化後の画像品質のバラツキが抑制
される。

【００１０】また、適応的量子化手段によって得られた
量子化データについては、圧縮率の向上を図るため、有
効係数の他、無効係数を形成することが通常である。そ
こで、連続する無効係数の数を計測し、更に、有効係数
の大きさによって該データをいくつかのグループに分類
する。その際、入力画像データの階調によりグループ数
が増減するが、無効係数の連続数に割り当てる符号量
と、グループに割り当てる符号量とを制御し、これら符
号量の合計を常に一定に制御することにより、入力画像
データが持つ階調及びその変化に拘束されない符号化が
可能となる。この方式は可変長符号化の場合により有効
な手段となる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１〜図３は本発明の一実施例に係る画像
符号化方式のブロック構成図であり、画像符号化装置１
と画像復号化装置２とにより構成される。図１及び図２
は、この画像符号化装置１の構成図で、画像データ入力
部１１、ブロック化部１２、階調判定部１３、直交変換
部１４、制御部１５、量子化部１６、符号化部１７、及
び、符号化データ出力部１８を有している。

【００１２】画像データ入力部１１は、画像データの入
力を行い、ブロック化部１２は、この入力画像データ
を、その画像イメ−ジにおいて複数の矩形状領域のブロ
ックに分割する（データ分割手段）。階調判定部１３
は、入力画像データの階調を判定し、その判定結果を制
御部１５に送る。直交変換部１４では、前段のブロック
化部１２の出力値、即ち座標データに対して直交変換を
行い、ブロック数と同数の変換係数（直交変換デ−タ、
以下同じ）を得る（直交変換手段）。

【００１３】制御部１５は、階調判定部１３で判定され
た階調と直交変換部１４の出力値とから第一〜第三の制
御データを作成し、第一の制御データは量子化部１６
へ、第二及び第三の制御データは符号化部１７へ夫々送
る。第一の制御データは、例えば次のようなものであ
る。即ち、予め、階調、変換係数位置（変換後の水平／
垂直方向次数によって特定される各ブロックの対応位
置、以下同じ）によって参照される視覚感度関数表を用
意しておき、その視覚感度関数表によって算出される
「評価関数」を最小とするように量子化ステップを定
め、量子化ステップ表を作成する。この量子化ステップ
表が第一の制御データとなる。他方、第二の制御データ
は、階調判断部１３で判定された階調と直交変換部１４
で用いた直交変換の種類からなり、第三の制御データ
は、階調と変換係数の出現頻度を表すデータからなる。

【００１４】量子化部１６は、上記量子化ステップ表
（第一の制御データ）を基に変換係数毎に量子化ステッ
プを選択し、適応的量子化を行う（適応的量子化手
段）。符号化部１７は、量子化部１６で得られた量子化
データを第二又は第三の制御データに基づいて可変長符
号化を行い、これを符号化データ出力部１８に送る。

【００１５】図２は上記符号化部１７の機能構成を示す
ブロック図である。図２を参照すると、符号化部１７で
は、まず、前述の量子化部１６で得られた量子化データ
を整列部１７ａで一次元データ列に変換する。グループ
化部１７ｂでは、この一次元データ列をグループ化し、
グループ番号とグループ内コードとからなるグループ識
別符号を算出する（グループ化手段）。グループ番号は
一次元データ列から分類した有効係数グループの区別番
号であり、例えば、”１”と”−１”を第一グルー
プ、”２”，”−２”，”３”，”−３”を第二グルー
プ・・・のように設定する。また、グループ内コードと
は、各グループ内を細分化した区別番号であり、例え
ば、上記第二グループ内の”２”と”３”を区別するよ
うな番号である。また、０ラン計数部１７ｃは、前記一
次元データ列の中から無効係数の連続数、即ち”０”の
連続数（以下、０ラン長）を計測する（無効係数計測手
段）。合成部１７ｄでは、前記グループ番号と０ラン長
と第二の制御データとを合成して所定のシンボルパタン
を算出し、これを後段の可変長符号化部１７ｅに送る。
可変長符号化部１７ｅでは、各シンボルパタンの出現頻
度と前記第二又は第三の制御データとに基づいて該シン
ボルパタンをエントロピー符号化するとともに、その符
号にグループ識別符号を付加して前述の符号化データ出
力部１８に出力している（符号化手段）。この符号化デ
ータ出力部１８から出力されるデータの先頭には、原画
像の階調を表す情報が含まれている。

【００１６】図３は、この実施例の画像復号化装置２の
構成を示すブロック図である。図３を参照すると、画像
復号化装置２は、符号化データ入力部２１、階調判定部
２２、復号制御部２３、復号化部２４、逆量子化部２
５、直交逆変換部２６、画像再構成部２７、及び、画像
データ出力部２８とを有している。

【００１７】符号化データ入力部２１は、前述の画像符
号化装置１で符号化された符号化データを入力し、これ
を階調判定部２２及び復号化部２４に導く。階調判定部
２２では、入力された符号化データから原画像の階調を
判定してその判定値を復号制御部２３に出力する（階調
判定手段）。復号制御部２３は、この階調判定値に基づ
いて復号制御データを作成し、この復号制御データを図
示の各部に送出する。この復号制御データは、前記画像
符号化装置１で用いた第一〜第三の制御データと実質的
に同一のものである。復号化部２４は、入力された符号
化データを前記復号制御データに従って復号化し（復号
化制御手段）、逆量子化部２５は、この復号化されたデ
ータを前記復号制御データに従って逆量子化する（逆量
子化手段）。逆量子化されたデータは、直交逆変換部２
６に導かれる。直交逆変換部２６では、この逆量子化さ
れたデータに対し、前述の直交変換部１４（図１参照）
で行う直交変換の逆変換を行い、その結果得られた逆変
換データを画像再構成部２７に送る（直交逆変換手
段）。画像再構成部２７では、この逆変換データを前記
復号制御データに従って再構成し、再生画像データを作
成する（画像構築手段）。この再生画像データは、画像
データ出力部２８から後段処理部へ出力される。

【００１８】次に、上記画像符号化装置１の具体的動作
例を説明する。まず、符号化対象となる画像データを画
像入力部１１に入力する。ここで、対象とする画像デー
タは、１画素当りＡ（自然数）階調を持つものとする。
ブロック化部１２では、この入力画像データを、Ｍ（自
然数）×Ｎ（自然数）画素、例えば８×８画素の６４ブ
ロックに分割する。この処理と並行して、入力画像デー
タの階調を階調判定部１３で判断し、その判定結果を符
号量制御部１５に送る。

【００１９】６４ブロックに分割されたブロックデータ
は、直交変換部１４で直交変換される。この直交変換に
は、例えば、離散コサイン変換（ＤＣＴ：Discrete Cos
ineTransform）、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete
Fourier Transform）等、一般的な直交変換方式を用い
ることができる。このような変換方式によれば、変換係
数の数は分割後のブロックデータ数と等しく６４とな
る。

【００２０】制御部１５では、直交変換部１４で得られ
た変換係数と、階調判定部１３で判定された入力画像の
階調とから前述の第一〜第三の制御データを作成する。
量子化部１６では、第一の制御データから最適量子化ス
テップを決定し、該量子化ステップに従って前記変換係
数を量子化し、符号化部１７に量子化データを送る。

【００２１】符号化部１７では、まず、量子化データを
整列部１７ａで一次元データ列に変換する。この変換方
法としては、例えば、量子化データをｘ（ｍ，ｎ）で表
すと（但し、ｍ＝０，１，・・・Ｍ、ｎ＝０，１，・・
・Ｎ）、ｍ＋ｎが奇数のときと偶数のときとで、夫々異
なる順に変換する。具体的には、（ｍ＋ｎ＋１）・（ｍ
＋ｎ）／２をＰとすると、ｍ＋ｎが奇数のときの量子化
データｘ（ｍ＋ｎ）をｎ＋Ｐ番目、ｍ＋ｎが偶数のとき
の量子化データｘ（ｍ＋ｎ）をｍ＋Ｐ番目に変換する方
法をとると良い。

【００２２】次に、整列部１７ａで得られたデータが有
効係数であれば、グループ化部１７ｂにおいて、該デー
タからグループ識別符号とグループ内コードとを算出す
る。他方、整列部１７ａで得られたデータが無効係数、
即ち”０”のときは、０ラン計数部１７ｃにて一次元デ
ータ列の０ラン長を計測する。そして、合成部１７ｄに
おいて、グループ識別符号と０ラン長とを第二の制御デ
ータに従って合成し、所定のシンボルパタンを算出す
る。このとき、シンボルパタンのビット数（符号量、以
下同じ）ｓを定めておき、第二の制御データからグルー
プカテゴリ数Ｇを求め、ｌｏｇ₂（Ｇ）よりも小さくな
い最小の整数ｇをグループ番号に割り当てるビット数と
し、ｓ−ｇを０ラン長に割り当てるビット数に制御す
る。

【００２３】可変長符号生成部１７ｅでは、第三の制御
データを用いて可変長符号表を作成し、これを用いてシ
ンボルパタンをその発生頻度に基づいて可変長符号化す
る。更に、可変長符号にグループ内コードを付加して符
号化データを生成する。なお、可変長符号化部１７ｅに
階調、直交変換別に適当と思われる可変長符号表を用意
しておき、入力データに合ったものを選択しながら可変
長符号化するようにしても良い。このときは、第二の制
御データを用いる。この可変長符号化データは、符号化
データ出力部１８から伝送路あるいは蓄積メディアに出
力される。

【００２４】一方、画像復号化装置２では、前述のよう
な画像符号化装置１の処理と逆の処理によって原画像を
再生する。

【００２５】このように、画像符号化装置１では、入力
画像データを矩形状のブロックデータに分解して直交変
換を行い、変換係数を量子化する際に適応的量子化を行
うので、入力画像の階調あるいは性質に応じて最適な量
子化器を構成でき、様々な種類の入力画像に対して能率
的な量子化が可能となる。また、適応的量子化によって
得られた量子化データの大きさによってそのデータを複
数のグループに分類する際に、０ラン長に割り当てるビ
ット数とグループに割り当てるビット数の合計を常に一
定に保つことで、８〜１５ｂｉｔ／画素／色成分の階調
を持つ画像はもとより、１６ｂｉｔ／画素／色成分を超
える階調の画像に対しても同一方式にて符号化を行うこ
とが可能となる。

【００２６】他方、画像復号化装置２では、画像符号化
装置による符号化処理と逆の処理を行うので、原画像を
忠実に再現することができる。これにより、従来は不可
能であった天体観測画像や医療用画像についても対応す
ることができ、その適用用途が広がる。なお、本発明
は、必ずしも図１〜図３の構成に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で任意に設計変更が可能
である。たとえば、可変長符号化を要しない場合は、可
変長符号生成部１７ｅを省略しても良い。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像符号
化方式では、入力画像データを複数の矩形状ブロックデ
ータに分割して直交変換を施し、夫々適応的量子化を施
して無効係数及び有効係数を得、更に、入力画像データ
の階調に応じて符号化のための割り当て符号量を決定す
るとともに、無効係数の連続数に割り当てる符号量と有
効係数のグループに割り当てる符号量との合計を一定に
制御する構成なので、従来のＪＰＥＧ方式における２次
元ハフマン符号化部分の改良が実現でき、入力画像の階
調数あるいはその変化に対応し得る高能率の符号化が可
能となる。

【００２８】また、グループの識別符号と無効係数の連
続数とを合成して所定のシンボルパタンを形成し、この
シンボルパタンの出現頻度に応じて異なる符号長とする
ことで、上記効果を維持しつつ可変長符号化が容易とな
る。

【００２９】更に、画像復号化装置においては、上記符
号化処理と逆の処理を施すようにしたので、原画像が忠
実に再現される。これにより、入力画像の階調あるいは
その変化に拘束されず、且つ、従来方式よりも高能率に
画像の符号化・復号化を行い得る方式を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による画像符号化装置のブロ
ック構成図である。

【図２】図１の構成における符号化部の詳細ブロック構
成図である。

【図３】本発明の一実施例による画像復号化装置のブロ
ック構成図である。

【符号の説明】

１・・・画像符号化装置１１・・・画像入力部１２・・・ブロック化部１３・・・階調判定部１４・・・直交変換部１５・・・制御部１６・・・量子化部１７・・・符号化部１７ａ・・・整列部１７ｂ・・・グループ化部１７ｃ・・・０ラン計数部１７ｄ・・・合成部１７ｅ・・・可変長符号化部１８・・・符号化データ出力部２・・・画像復号化装置２１・・・符号化データ入力部２２・・・階調判定部２３・・・復号制御部２４・・・復号化部２５・・・逆量子化部２６・・・直交逆変換部２７・・・画像再構成部２８・・・画像データ出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村太一東京都江東区豊洲三丁目３番３号エヌ・ティ・ティ・データ通信株式会社内 (56)参考文献特開平６−237448（ＪＰ，Ａ) 特開平６−189140（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/41 - 1/419 H04N 7/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力された複数階調の画像データを符号
化して符号化データを得る画像符号化装置と、当該符号
化の逆処理を施すことで前記符号化データを原画像に復
号する画像復号化装置とを備えた画像符号化方式におい
て、前記画像符号化装置は、前記画像データを複数の矩形状領域のブロックデータに
分割するデータ分割手段と、分割された各ブロックデータに直交変換を施して直交変
換デ−タを生成する直交変換手段と、この直交変換データに夫々適応的量子化を施して無効係
数及び有効係数からなる量子化データを得る適応的量子
化手段と、前記無効係数の連続数を計測する無効係数計測手段と、前記有効係数をその大きさに応じてグループ化するグル
ープ化手段と、前記画像データの階調を判定し、この階調判定値に応じ
て符号化のための割り当て符号量を決定するとともに、
前記無効係数計測手段の計測値に割り当てる符号量と前
記有効係数のグループに割り当てる符号量との合計を一
定に制御する符号量制御手段と、割り当てられた符号量に応じて前記量子化データを符号
化する符号化手段と、を有することを特徴とする画像符
号化方式。
【請求項２】前記符号化手段は、前記無効係数の連続数と前記グループの識別符号とを合
成して所定のシンボルパタンを形成するとともに、この
シンボルパタンの出現頻度に応じて異なる符号長の符号
化データを生成することを特徴とする請求項１記載の画
像符号化方式。
【請求項３】前記符号化手段は、画像データの階調及
び直交変換手段の種別毎に割当符号長を決定する可変長
符号表を備え、前記階調判定値及び前記直交変換手段の
種別情報に応じて異なる符号長の符号化データを生成す
ることを特徴とする請求項１記載の画像符号化方式。
【請求項４】前記符号量制御手段は、前記シンボルパ
タンの符号量をｓ、前記グループのカテゴリ数をＧ、グ
ループに割り当てる符号量をｌｏｇ₂（Ｇ）より大きい
最小の整数ｇとしたときに、前記符号量ｓから前記整数
ｇを減じた符号量を前記無効係数計測手段の計測値に割
り当てることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの
項記載の画像符号化方式。
【請求項５】前記復号化装置は、前記符号化データを入力して前記階調を判定する階調判
定手段と、この階調判定値に応じて前記符号化データの復号制御を
行う復号制御手段と、この復号制御により得られたデータに対して前記適応的
量子化の逆量子化制御を行う逆量子化制御手段と、この逆量子化制御により得られたデータに対して前記直
交変換の逆変換処理を行う直交逆変換手段と、この逆変換により得られたデータを前記階調判定値に基
づく復号制御データに従って画像データに構築する画像
構築手段と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの
項記載の画像符号化方式。