JPH0161278B2

JPH0161278B2 -

Info

Publication number: JPH0161278B2
Application number: JP57203444A
Authority: JP
Inventors: Sumio Mori
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1982-11-19
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1989-12-27
Also published as: US4580162A; JPS5992688A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は画像の狭帯域伝送或いは蓄積を目的と
した符号化においてアダマール変換によつて周波
数領域に変換した各シーケンスの組合せによつて
適応的に可変長符号を与える画像圧縮方式に関す
る。

画像の統計的性質から冗長信号を除去する或い
は視覚特性から不要な信号を除去することによつ
て伝送容量の節約即ち帯域圧縮が可能であること
がよく知られている。

画像信号は隣接する画素間で空間的に強い相関
をもつていることを利用して何らかの画像変換を
施し、画像に偏りをもたせることができるならば
高能率な符号化が可能になる。画像に偏りをもた
せる変換方式として線形予測変換方式や直交変換
方式がよく知られている。線形予測変換方式は、
隣接画素を予測しその予測誤差が統計的偏りをも
つことを利用したものであり、直交変換方式は画
像を空間周波数領域へ変換したときその出力であ
る各周波数成分のスペクトラムに偏りがあること
を利用したものである。高能率な符号化を行なう
ためには、これら変換成分に対して視覚的に許容
される範囲で歪を与える即ち量子化歪を与えるこ
とによつて情報量を減らし、更にこれら変換成分
の確率分布に偏りがある場合エントロピーは小さ
くなりこれに適した可変長符号を与えるのが有効
である。一方この統計的な偏りは画像によつてか
なり異なるものであり、なめらかな画像では偏り
が大きく、複雑な画像では逆にバラツキが大きい
という性質があり、したがつて可変長符号化は画
像によつて圧縮率即ち圧縮された画像の情報量が
大巾に異なるという結果になる。このことは画像
の入力および出力速度が一定のとき、この系の中
で画像に可変長符号を与えることは伝送情報量に
対して時間軸の違いが生ずることであり、したが
つてこの時間軸の変動を補正する必要がある。

本発明は特にこの点に鑑みて、能率的な可変長
符号の与え方、および出力ビツトレートに応じて
圧縮率の変動を抑制する適応的な符号化を行なう
画像圧縮方式を提案するものである。

本発明は、画像を空間周波数領域へ変換する手
段としてアダマール変換を用い、ここで得られた
空間周波数成分に対して更に線形、予測変換を行
なう適応形画像圧縮方式において、バツフアメモ
リの空き状態に応じて次のブロツクラインに対す
る各シーケンスの量子化特性を適用的に選択する
ことを基本的な考え方としているものである。

アダマール変換は、変換マトリツクスが「１」
および「−１」を要素としており、加減算器だけ
で構成できるため回路が簡単になる特長を有す
る。

ところで、アダマール変換によつて周波数領域
に変換されたシーケンスはフーリエ変換における
周波数軸に対応するものであり、０次のシーケン
スは直流成分の量を、高次のシーケンスは高周波
成分の量を表わすパラメータとみなすことができ
る。このため、原画素間の相関が強ければアダマ
ール変換後の信号のエネルギーは低次のシーケン
スに集中することになる。一般の画像では高周波
成分のエネルギーが少ないので視覚的に許容され
る範囲内で各シーケンスの量子化レベルのビツト
数を減らすことができる。また帯域圧縮を目的と
したアダマール変換符号化方式は特に低ビツトレ
ートの符号化として有効であり、量子化による画
質劣化を視覚的に目立たないように分散すること
ができる。すなわち、画像の滑らかな部分の量子
化ノイズは目につきやすいが、急峻な変化のある
部分のノイズは目につきにくいといつた視覚特性
から、空間周波数に応じて量子化が容易に行なえ
るという利点がある。

アダマール変換によつて得られた各シーケンス
は、それぞれのスペクトラムの量に応じて適当な
量子化レベルを配分し、つまり視覚的に許容され
る範囲で各スペクトラムに歪を与えることによつ
て情報量を減らすことになり、各シーケンスのス
ペクトラムの量が少なければそれだけ配分すべき
量子化レベルのビツト数は少なくて済む。ところ
で、一般の画像では隣接する画素間で相関が強い
ためシーケンスの低次成分のエネルギーが高く、
高次成分のエネルギーが低く観測される。したが
つてこの低次成分のエネルギーを低くするような
何らかの変換手法があるならば、それだけ配分す
べきビツト数を減らすことができる。このような
変換手段としてアダマール変換によつて得られた
各シーケンスを線形予測変換する方式が知られて
いる。

こゝでこの線形予測方式の一例を説明する。今
説明を簡単にするため、アダマール変換のブロツ
クサイズを２×２とし、原画像を第１図に示すよ
うなブロツクに分割した場合について説明する。
ｋ、ｋ＋１、…は原画像の走査ライン番号を示
し、２走査ラインに含まれる複数ブロツクを１組
として１ブロツクラインと名付けると、ｉ、ｉ＋
１、…はブロツクライン番号を示す。水平方向に
も２画素を１組としてｊ、ｊ＋１、…の番号をつ
けると画原は２×２のブロツクBij−１、Bij、…
にブロツク化される。ここでブロツクBijの画素
名を図の配置において（u₁、u₂、u₃、u₄）とする
と、正規化されたアダマール変換は２次又は４次
のアダマール行列を用いて(1)式のように表わすこ
とができる。

１／２１１１ −１ u₁ u₃ u₂ u₄ １１１ −１＝１／２１１１１１ −１１ −１１１ −１ −１１ −１ −１１ u₁ u₂ u₃ u₄ ＝H₀ H₁ H₂ H₃ (1) ここでシーケンスH₀、H₁、H₂、H₃はそれぞ
れアダマール変換によつて周波数領域へ変換され
た４次の周波数成分に対応し、H₀は直流成分を、
H₁は垂直成分を、H₂は水平成分を、H₃は傾斜成
分を示している。なお、ブロツクBijのｉ行にお
ける走査ラインｋ、ｋ＋１は同時に走査して画素
（u₁、u₂）、（u₃、u₄）の順に読出してもよく、先
ず走査ラインｋを走査して画素（u₁、u₃）の順に
一旦バツフアメモリに記憶し、走査ラインｋ＋１
を走査したとき画素（u₁、u₂）、（u₃、u₄）の順に
読出してもよい。現ブロツクBijのシーケンスを
（H₀、H₁、H₂、H₃）、前ブロツクBij−１のシー
ケンスを（H₀′、H₁′、H₂′、H₃′）とし、今第１
図にしたがつて水平方向にアダマール変換を施
し、こゝで得られた各シーケンスを同じく水平方
向に線形予測することを考える。

このときブロツクBijのシーケンスH₀、H₁を(2)
式によつて予測するとこの予測誤差成分はブロツ
ク間の各画素の距離を最も短かくするものであ
り、画素間に相関が強いときこの予測誤差成分の
エネルギーを低くすることができる。これは画素
間に相関が強いとき予測誤差成分はその値が零の
方向に集中するようになるからである。

H^₀＝H₀′−H₂′−H₂ H^₁＝H₁′−H₃′−H₃ △H₀＝H₀−H^₀＝H₀−H₀′＋H₂′＋H₂ △H₁＝H₁−H^₁＝H₁−H₁′＋H₃′＋H₃ (2) H^₀、H^₁はシーケンスH₀、H₁の予測値を、 △H₀、△H₁は予測差分変換値であり予測誤差
成分を示す。

このようにして同一ブロツクラインにおける前
ブロツクBij−１の各シーケンスH₀′、H₁′、H₂′、
H₃′から現ブロツクBijのシーケンスH₀、H₁を予
測し、その予測誤差成分△H₀、△H₁が得られ、
結局伝送すべき成分を、直流予測誤差成分△H₀、
垂直予測誤差成分△H₁、水平成分H₂、傾斜成分
H₃とするのが能率的であるといえる。

こゝでアダマール変換によつて得られた各シー
ケンスを予測した場合、伝送すべきエネルギーが
どれだけ節約できるか、その効果が第２図に示さ
れる。

今メモリーレスガウス分布に従う画像ｕの分散
をσ²u、各シーケンスｖの分数をσ²v、線形予測し
たシーケンスの分散をσ²△ｖ、アダマール変換の
ブロツクサイズをＮとすれば、Rate Distortion
Theoryにもとずき伝送エネルギーの絶対値Paは
(3)式または(4)式で与えられる。

Pa＝10／Ｎ_N-1 〓^v=0 log₁₀σ² _v (3) Ra＝10／Ｎ_N-1 〓〓^v=0log₁₀σ²〓_v (4) したがつて伝送エネルギーの相対値Prは Pr＝10log₁₀σ²−Pa (5) 第２図は上記(3)(4)(5)式の計算から、８ビツト／
画素をもつ標準的な画像における伝送エネルギー
の絶体エネルギーおよび冗長度を示したものであ
る。

第２図において特性は１次元アダマール変換
の全シーケンスの絶体エネルギーの変化を、特性
は２次元アダマール変換の全シーケンスの絶体
エネルギーの変化を、特性、はそれぞれ特性
および特性を水平方向にアダマール変換して
垂直方向に線形予測したときの全シーケンスの絶
体エネルギーの変化を各ブロツクサイズに対応し
て示してある。なお原画像の総エネルギーは
35.2dB（r.m.s）になつている。これから明らかな
ように特性、は、に比べ伝送エネルギー
が大巾に減つていることが分る。しかも特性、
はブロツクサイズにほとんど関係なく一定の伝
送エネルギーになつている。このことは伝送エネ
ルギーの点からみれば、ブロツクサイズを大きく
して回路を複雑化するよりはブロツクサイズ４×
１又は２×２を選び線形予測を行なうのが効率的
であることが分る。この場合伝送エネルギーの相
対値Prは20dB（＝35dB−15dB）となり、20dBだ
け伝送エネルギーを節約できることを示してい
る。

ところで(1)式から分るように垂直成分H₁は既
にブロツクBij内の和と差で構成されており、伝
送エネルギーも直流成分Hoに比べて非常に小さ
いため線形予測してもその効果は少ない。つまり
垂直成分H₁とその予測誤差成分△H₁では伝送エ
ネルギーの大きさにほとんど差が無いので、直流
成分H₀だけについて線形予測を行ない、伝送す
べきシーケンスを△H₀、H₁、H₂、H₃とすれば
よいことになる。

このようにして、従来はこれらシーケンス△
H₀、H₁、H₂、H₃に対して適当な量子化レベル
を与え、ビツト数の配分を行なつて符号化するよ
うにしていた。この量子化は、画像の空間パワー
スペクトラムの中で視覚的に劣化を生じない範囲
で各周波数成分ｖに歪Ｄを許容することであり、
このときの伝送に必要な情報量ＲはRate
Distortion Theoryから(6)式が与えられる。

Ｒ〔ビツト／画素〕＝１／2N_N-1 〓^v=0 Max｛０、log₂σ²v／Ｄ｝ (6) たとえばシーケンス△H₀、H₁、H₂、H₃にそ
れぞれ６ビツト、４ビツト、４ビツト、２ビツト
を配分すれば１ブロツクに対して合計16ビツト
（平均４ビツト／画素）を伝送するようになり、
更に圧縮を必要とするときは(6)式からも明らかな
ように歪Ｄを大きくすることになりそれだけ再生
画像を劣化させることになる。

上記方法において歪Ｄを大きくすることなく、
圧縮率を大巾に向上させようとするに際し、上記
各シーケンス△H₀、H₁、H₂、H₃の量子化値の
組合せを構成し、この組合せに対して可変長符号
を与えるようにすることが考えられる。

すなわち、たとえば各シーケンスの量子化値が
△H₀＝H₁＝H₂＝H₃＝０のとき（38％）この
組合せコードのみを伝送し、△H₀＝±１、H₁
＝H₂＝H₃＝０のとき（29％）この組合せコード
と△H₀の正負符号のみを伝送し、△H₀≠０、
±１、H₁＝H₂＝H₃＝０のとき（25％）この組合
せコードと△H₀の量子化値のみを伝送し、そ
の他の条件のとき（８％）この組合せコードと△
H₀、H₁、H₂、H₃の全量子化値を伝送するよう
に符号化される。

このようにすることは直流予測誤差成分△H₀
に比べ他の成分の量子化値が非常に小さくゼロに
なる確率が高く、標準的な画像において視覚的劣
化を生じない程度に各シーケンスを量子化したと
き（）内で示すような各組合せの発生確率が得
られているからである。

さてこのように１ブロツク内の各シーケンスの
組合せによつて可変長符号を与えることは非常に
能率的であるが、反面ブロツク毎に圧縮率が可変
になることであり前述したような不都合が生ず
る。したがつてこの場合は符号化ビツトレートと
伝送ビツトレートのちがいを吸収するため即ち時
間軸の変動を補正するために十分なバツフアメモ
リを設ける必要がある。一般の画像ではその種類
によつて圧縮率の変動が２〜４倍にも異なるの
で、大容量のバツフアメモリが必要になるが、回
路量を減らす意味で少量のバツフアメモリでも圧
縮率の変動をうまく吸収できるようにするため、
本発明は出力ビツトレートに応じて各シーケンス
に与える量子化特性を遂次選択するように構成
し、小容量のバツフアメモリでも入力および出力
ビツトレートのちがいを十分に吸収できるように
工夫している。すなわち、画像は一般に隣接ライ
ン内で相関が強いので、ライン内での圧縮率の変
動はゆるやかになるであろうことに着目して、バ
ツフアメモリの空き状態に応じて次のブロツクラ
インに対する各シーケンスの量子化特性を適応的
に選択するものである。

以下本発明の一実施例を図によつて説明する。

説明を簡単にするためブロツクサイズ２×２の
アダマール変換を用いた例について説明するが本
発明はこのブロツクサイズに限定されるものでは
ない。

第３図は本発明の全体を説明するためのブロツ
ク構成図の一例である。

第３図において、ａは画像圧縮装置、ｂは画像
再生装置を示している。

１は第１図におけるブロツクBijの入力画素群
（u₁、u₂、u₃、u₄）であり、２はアダマール変換
器であつて(1)式にしたがつて入力画素群１から４
個のシーケンス即ち直流成分H₀、垂直成分H₁、
水平成分H₂、傾斜成分H₃を算出する。量子化器
３は量子化特性選択器９によつて各ブロツクライ
ン毎に選択された量子化特性を用いて各シーケン
スH₀、H₁、H₂、H₃をそれぞれ量子化する。
こゝで少なくとも直流成分H₀だけは予測差分変
換器４において(2)式にしたがつて直粒予測誤差成
分△H₀に変換される。このようにして得られた
量子化された各シーケンス△H₀、H₁、H₂、H₃
は符号化器５で可変長符号化されるが、この可変
長符号は第４図に示すように各シーケンスの量子
化値の組合せによつて各量子化特性毎に定まる符
号構成が用いられる（但し第４図では傾斜成分
H₃は後述の理由で無視している）符号化器５に
よつて圧縮された可変長符号は遂次バツフアメモ
リ６に入力され、実時間処理の場合は同時にバツ
フアメモリ６からはある定められたビツトレート
で入力とは非同期に読出され誤り訂正符号化器７
によつて伝送路上で生ずる誤りを訂正できるよう
な冗長符号を付加して伝送路上に送られる。

なお、画像の１ブロツクライン終了時に同期信
号発生回路８から同期信号がバツフアメモリ６に
入力されるようになつている。

こゝで量子化特性選択器９はバツフアメモリ６
のアドレス空間をＰ分割したアドレスポインタを
（Ｐ−１）個保持しており、たとえばバツフアメ
モリ６の容量を512バイトとし、８分割したアド
レスポインタL₁＝P₁、L₂＝128、L₃＝192、…L₇
＝448をもつている。アドレスカウンタ１０は可
変長符号がバツフアメモリ６へたとえば８ビツト
（１バイト）単位で入力される毎に＋１を計数し、
またバツフアメモリ６から一定の出力ビツトレー
トのもとに８ビツト単位で出力される毎に−１を
計数して、入力画像の１ブロツクラインの終了時
にその時点におけるバツフアメモリ６の空き状態
を量子化特性選択器９へ送るようにしている。こ
のとき量子化特性選択器９はバツフアメモリ６の
空き状態がアドレスポインタL_oのどの範囲に入
つているかを識別して次のブロツクラインに対す
る量子化特性を適宜選択して量子化器３へ送る。

但しバツフアメモリがアンダーフローになる危
険を避けるため本実施例ではP₁は（出力ビツト
レート）×（１ブロツクライン内の総画素数）とし
て与えているがこの限りではない。

以上のようにすればバツフアメモリ６への符号
化ビツトレートの変動がはげしくても小容量のバ
ツフアメモリでその変動を平滑化でき、安定して
一定の速度で出力することができる。

即ち、ここでの制御はバツフアメモリ６の空き
エリアが多くなりアンダーフローの起りそうなと
きには次のブロツクラインに対する各シーケンス
の量子化を細かくするように、また空きエリアが
少なくなりオーバーフローの起りそうなときは次
のブロツクラインに対する量子化を粗くするよう
に量子化特性を選択するものである。

ところで量子化を粗くすることはSN比を悪く
する方向に働くが、出力ビツトレートに比べて符
号化ビツトレートが高いことはそのブロツクライ
ンの画像構成が複雑であつたことを意味してお
り、したがつて量子化をある程度粗くしても視覚
的には劣化がそれ程目立たない。しかし出力ビツ
トレートは再生画像の画質設計値の目安にもなる
ので、ある画質目標として設定された出力ビツト
レートより符号化ビツトレートが高いとき、その
符号化ビツトレートを下げるようにする訳である
から設定した画質に比べて劣化することは当然で
ある。しかしその画質劣化が視覚的には目立たな
い方向に作用するということである。

一方出力ビツトレートに比べて符号化ビツトレ
ートが低いことはそのブロツクラインは滑らかな
画像構成であつたことを意味しており、この場合
は視覚的に劣化が目立ちやすく、且つバツフアメ
モリのアンダーフローになる危険性もあるので量
子化を細かくするものである。

以上の如く、再生画像の画質目標として設定さ
れた出力ビツトレート即ち入力画素当りの平均出
力ビツト長に合わせて視覚特性を利用しながら量
子化特性を適応的に変化させることによつて符号
化ビツトレートの変動を平滑化し少容量のバツフ
アメモリでも過不足なく一定の出力ビツトレート
で伝送できるものである。

さてバツフアメモリ６から読出された可変長符
号は一定の出力ビツトレートで伝送されるが、一
般に情報を伝送する際、信頼性の少ない伝送路に
おいて情報伝送の信頼性を高めるにはその情報に
冗長度即ちゆとりをもたせる必要がある。特に帯
域圧縮された情報はそれだけゆとりが少なくなつ
ており、伝送路での誤りの影響を受けやすくなつ
ている。したがつて画像情報としては高次の圧縮
がなされても伝送路における誤り特性に適した冗
長信号を付加して伝送路の信頼性を高める必要が
ある。これは即ち誤り訂正技術であり、符号理論
として多くの方式が知られている。伝送路として
磁気記録の例において記録密度の増加に伴ないラ
ンダム誤り、バースト誤り共に増大するのでこれ
に適した誤り訂正符号化方式が必要となる。一般
にバースト誤りが長くなると訂正しにくくなるの
で、バースト長を短かく或いはランダム誤りにな
るように並べ直す方法としてインターリービング
方式が知られている。このような誤り訂正技術と
しては多くの方式が確立しており、たとえばラン
ダム誤りや短かいバースト誤りを内符号で訂正
し、内符号で訂正できなかつた長いバースト誤
り、その他は外符号で訂正するという鎖状符号が
よく用いられており、この内符号、外符号として
は巡回符号、フアイア符号、BCH符号、リード
ソロモン符号、隣接符号などが誤り訂正或いは検
出に多く用いられる。

いずれの方法を採用するにせよ伝送路の誤り特
性に応じてその誤りからくる視覚的な劣化が許容
される範囲で効率的な誤り訂正或いは誤り修正が
行なわれなければならない。

以上によつて圧縮された画像信号は伝送路たと
えば磁気記録系を介して第３図ｂの画像再生装置
で受信される。

受信された信号は伝送路上で生じた誤りを誤り
訂正回路１１で多くの場合訂正される。同期信号
検出器１２は一定ビツトレートで入力される受信
信号群の中から同期信号を検出する。この同期信
号の検出によつて、次に検出される同期信号まで
の間を圧縮された画像信号とみなして復号化器１
３へ送る。

復号化器１３は符号化器５で符号化された可変
長符号を第４図の量子化特性に応じて固定長の各
シーケンス△H₀、H₁、H₂、H₃の量子化値を得
るように復号化される。伸号長器１４は量子化器
３によつて量子化され、符号化器５で可変長圧縮
された各シーケンス△H₀、H₁、H₂、H₃を復元
するかの如くに伸張するものであり、予測和変換
器１５は(2)式からH₀＝△H₀＋H₀′−H₂′−H₂なる
関係を用いて直流成分H₀を復元するものである。
このようにして復元された各シーケンスH₀、
H₁、H₂、H₃はアダマール逆変換器１６に入力さ
れ、こゝで(8)式にしたがつてブロツクBijの再生
画素群１７（u₁′、u₂′、u₃′、u₄′）を得る。

このようにして得られた１フレームの再生画像
にのつているノイズ量はエネルギーとして 10log₁₀｛Σ（u_i−u′_i）²／Ｎ｝dB (7) で表わすことができ、量子化や伝送路上の誤りな
どによつて生ずる画質劣化の目安を与えるもので
ある。

第４図はバツフアメモリ６の空き状態によつて
選択される量子化特性とその時使われる可変長符
号の構成を示すものである。Z.F.No.はZonal
Filtering即ち適応的に選択される量子化特性番
号を示し、Z.F.はZonal Filter特性即ち各シーケ
ンスH₀、H₁、H₂に与える歪量を示している。た
とえばNo.２の特性１、２、２は直流成分H₀、垂
直成分H₁、水平成分H₂それぞれの値の下位ビツ
ト測１、２、２ビツトに歪量として０を挿入する
ようにこの例では線形に量子化される。直流成分
H₀は更に予測誤差成分△H₀に変換され、その後
に各シーケンス△H₀、H₁、H₂の量子化値の組合
せが前述のように（０、０、０）、（±１、０、
０）、（ｈ、０、０）、（ｈ、ｈ、ｈ）のいずれかに
よつて可変長符号が割当られる。

こゝでｈは△H₀の場合０、±１以外の値、その
他の場合０以外の値を示す。コード長は量子化特
性および量子化値の組合せによつて可変長符号化
されるときの符号長を示す。コードは各シーケン
ス△H₀、H₁、H₂を伝送するためのフオーマツト
を示す。こゝでＸは直流予測誤差成分△H₀を、
Ｙは水平成分H₂を、Ｚは垂直成分H₁を示しその
添字はその値のビツト位置を、またＳはそれぞれ
の値の正・負の符号を示している。最後にBCは
ブロツクコードであり各シーケンスの組合せによ
つて与えられる組合せを示すコードである。（復
号化のときこのコードによつてどの可変長符号が
使われたかを識別するものである）第４図では傾
斜成分H₃については後述の理由で省略している。

第５図は画像圧縮装置を更に具体的に示すため
の一実施例である。原画像の窓空間２×２から抽
出された第１図に示す画素（u₁、u₂、u₃、u₄）が
加減算器で構成するアダマール変換器２を介して
(1)式にしたがつて演算され、４個のシーケンス
H₀〜H₃のうち直流成分H₀、垂直成分H₁、水平
成分H₂を得る。

こゝで傾斜成分を省略したのは次の理由によ
る。その１つは一般の画像においては傾斜成分
H₃は他成分に比べそのエネルギーが小さいこと、
もう１つは傾斜成分H₃に歪を与えることは斜め
パターンの多い画像に対して劣化を与えることに
なるが、本実施例のようにアダマール変換のブロ
ツクサイズが２×２という非常に小さい空間を指
している場合、この空間内の直流成分H₀の歪が
少なければ画像全体に対する斜めパターンの劣化
はほとんど目につかないという点にもとずき本実
施例では傾斜成分を無視している。

こゝで直流成分H₀だけは量子化特性に対応し
て“まるめ”操作が行なわれる。たとえば現在の
ブロツクラインで使用されている量子化特性番号
が３であればフイルタ信号F₄、F₃、F₂、F₁が
（0100）をレジスタ２１に保持されており、した
がつて“８”が直流状態H₀に加算されてからア
ダマール変換の正規化のため1/2される。このよ
うに少なくとも直流成分H₀だけは“まるめ”演
算をして精度を高めておくことによつてエントロ
ピーを増やすことなく、後の再生画像上で量子化
ノイズを減らす点で効果があることが実験的に確
かめられる。他のシーケンスH₁、H₂についても
“まるめ”操作をすれば前記量子化ノイズを、減
らすことはできるが、その反面エントロピーが特
に複雑な画像において大きく増えるためここでは
省略した。これはシーケンスH₁、H₂が既にブロ
ツクBig内の和と差で構成されており、そのレベ
ルが０の近くに集中しているところへ“まるめ”
操作をすることによつてそのレベルの分散が拡が
る可能性が大きいためである。

このようにアダマール変換によつて得られた各
シーケンスは量子化回路３によつて量子化特性に
合せて量子化される。たとえば現ブロツクライン
で使用されている量子化特性番号Z.F.No.が２であ
れがそのフイルタ特性Z.F.は第４図からシーケン
スH₀、H₁、H₂それぞれに対して１、２、２であ
り、したがつてシーケンスH₀、H₁、H₂それぞれ
の下位ビツト側１、２、２ビツトに歪量として０
が挿入されるようにして量子化される。各シーケ
ンスの量子化の様子は第６図に示されている。こ
こで量子化された直流成分H₀は予測差分変換器
４において(2)式にしたがつて線形予測され直流予
測誤差成分△H₀を得る。ここで直流予測誤差成
分△H₀は後述のように第１７図から得ることも
できる。Z^-1は１ブロツクの遅延素子であり、(2)
式における直流成分H₀′および水平成分H₂′を得
るものである。また各ブロツクラインごとに初期
値としてZ₀ ^-1には64、Z₂ ^-1には０が挿入されてい
る。更に量子化された各シーケンス△H₀、H₁、
H₂はレベル制限回路２２において各シーケンス
に配分されたビツト数にしたがつてレベルの上限
値が制限される。たとえば直流予測誤差成分△
H₀に配分されたビツト数が７ビツトの場合、そ
のレベル値は−64〜＋63に制限され、仮りに△
H₀＝−68であれば△H₀＝−64に制限され、△H₀
＝65であれば△H₀＝63に制限される。

以上のようにしてブロツクBijの画素（u₁、u₂、
u₃、u₄）はアダマール変換によつて空間周波数領
域に変換され、更に画質設計に応じて一定量の歪
が与えられ、伝送すべきシーケンス△H₀、H₁、
H₂としてとり出される。

このようにして得たシーケンス△H₀、H₁、H₂
は次のようにして可変長符号化される。すなわ
ち、第４図に示す量子化特性番号Z.F.No.１のコー
ドフオーマツトにしたがつて直流予測誤差成分△
H₀が（S_xX₅X₄X₃X₂X₁X₀）の順にシフトレジス
ター２３へ、またシーケンス△H₀、H₁、Ｈが
（S_xX₅X₄X₃S_yY₃S_zZ₃X₂Y₂Z₂X₁Y₁Z₁X₀Y₀Z₀）の
順にシフトレジスタ２４へそれぞれパラレルに入
力される。一方同時にこれらのシーケンス△H₀、
H₁、H₂、現ブロツクラインで使用されているフ
イルタ信号F₁〜F₄および同期信号SYNCがロジ
ツクアレイ２５に入力され、ここでは第７図に示
す論理構造によつて、第４図に示すブロツクコー
ドBCおよびコード長CLを出力する。コード長
CLはカウンター２６へ入力され、ブロツクコー
ドBCはシフトレジスタ２７へパラレルに入力さ
れる。

ここでシフトレジスター２３，２４および２７
はパラレル−イン／シリアル−アウト型のシフト
レジスタである。ブロツクコードBCがシフトレ
ジスタ２３，２４へ入力されるようにすればシフ
トレジスタ２７は不要になる。またフイルタ信号
F₁，F₂，F₃，F₄は量子化特性番号Z.F.No.に対す
るフラツグであり、F₁＝１はZ.F.No.＝１を意味
し、以下F₂＝１はZ.F.No.＝２、F₃＝１はZ.F.No.＝
３、F₄＝１はZ.F.No.＝４を意味する。これらフイ
ルタ信号F₁〜F₄は前述の如く、現ブロツクライ
ンの符号化終了時点でのバツフアメモリ６の空き
状況によつて選択される次ブロツクラインに対す
る量子化特性の状態を与えるものであり、この詳
細は後述する。

さて、コード長CLがカウンタ２６に入力され
ると、カウンタ２６は信号Ｐを“１”にセツトし
クロツクパルスCPによつてダウンカウントを開
始し、カウンタ２６がゼロになると信号Ｐはリセ
ツトされる。したがつて信号Ｐが“１”の状態の
ときだけクロツクパルスCPの駆動によつてシフ
トレジスタ２３，２４，２７およびシフトレジス
タ２８が１ビツトづつシフト動作を行なう。ここ
でシフトレジスタ２８はパラレル−イン／シリア
ル−アウト型のシフトレジスタであり、１ブロツ
クラインの符号化開始前には必らず同期信号パタ
ーンSPTN（この例では32ビツト）とそのブロツ
クラインに対するフイルタ信号F₁〜F₄およびF₅
がパラレルに入力されており、１ブロツクライン
に対する同期信号SYNCが“１”のときクロツク
パルスCPによつてカウンタ２６に入つている同
期パターン用コード長がゼロになるまでシフト動
作を行なう。同期信号SYNCはカウンター２６が
ゼロになつたとき“０”にリセツトされる。また
フイルタ信号F₅は発生する確率はほとんど無い
が、万一バツフアメモリ６がオーバーフローを起
す危険が生じたとき、次のブロツクラインに対す
る符号は一切送らないようにして、再生側ではそ
のブロツクラインの再生画像を前ブロツクライン
の再生画像でおき代える操作をするために設けた
信号であつて一般には必要のないものである。

このようにしてシフトレジスタ２３，２４，２
７，２８からシフトされた出力信号はシフトレジ
スタ３１に入力されるが、まずゲート回路群２９
によつてブロツクコードBCが(11)のときのみシフ
トレジスタ２４と２７が接続され、その他のとき
はシフトレジスタ２３と２７が接続され、したが
つてシフトレジスタ２３又は２４のいずれかの出
力信号がシフトレジスタ２７へ入力される。（シ
フトレジスタ２７は前述によつて不要にすること
もできる）一方ゲート回路群３０によつて水平同期信号
SYNCおよびフイルタ信号F₅が０のときのみシ
フトレジスタ２７の出力信号がシフトレジスタ３
１へ入力され、同期信号SYNCが“１”のときの
みシフトレジスタ２８の出力信号がシフトレジス
タ３１へ入力される。ここでシフトレジスタ３１
はシリアル−イン／パラレル−アウト型のシフト
レジスタである。

以上の如くに、クロツクパルスCPを駆動源と
してシフトレジスタ２３と２７、シフトレジスタ
２４と２７、或いはシフトレジスタ２８のいずれ
かからシフトしてくる出力信号がシフトレジスタ
３１に入力されることになる。

シフトレジスタ３１に遂次入力される信号はた
とえば８ビツト単位にバツフアメモリ６へ転送さ
れ、その都度カウンタ３２はカウント・アツプす
る。

シフトレジスタ３１からバツフアメモリ６へ符
号群がたとえば８ビツト単位で入力されるのとは
非同期にバツフアメモリ６からは符号群がたとえ
ば８ビツト単位で出力されることになるが、この
出力ごとにカウンタ３２はカウント・ダウンする
ように構成される。

バツフアメモリ６から符号群が出力されるタイ
ミングは後述するフラツグ３５が“１”の状態で
あつて、且つ一定の出力ビツトレートにしたがつ
て発せられる読みとり信号BM READを受けた
ときである。

ロジツク・アレイ３３は前述の如く、バツフア
メモリ６の空き状態がカウンタ３２で計数したア
ドレスポインタL_oのどの範囲に入つているかを
識別して次のブロツクラインに対する量子化特性
（フイルタ信号F₁〜F₅）を選択するものであり、
第８図に示す論理構造によつてフイルタ信号F₁
〜F₅を出力する。

すなわち、ロジツクアレイ３３にはカウンタ３
２からバツフアメモリ６のアドレスポインタBA
が遂次入力され、更にフラツグ３５の出力信号
FSWとバツフアメモリ６からの出力ビツトレー
トを示すコードobrが常時入力されている。フラ
ツグ３５はフリツプフロツプ回路であり初期値は
０になつている。ここでロジツクアレイ３３は第
８図に示すように、前述したアドレスポインタ
L₁＝P₁なる条件すなわち、この例ではアドレス
ポインタBAが初めて256に達したときのみフラ
ツグ３５が“１”にセツトされ、それ以降バツフ
アメモリ６から一定ビツトレートで出力が可能と
なる。

またフイルター信号F₅が“１”のときは次の
ブロツクラインに対する量子化特性を標準的なも
のに戻すためフイルタ信号F₂を“１”にセツト
するように出力する。

通常はアドレスポインタBAが現在どの範囲を
指しているかによつて、決められたフイルタ信号
F₁〜F₅のいずれかを“１”にセツトするように
出力する。

ここで出力されたフイルタ信号F₁〜F₅はバツ
フアレジスタ３４に貯えられるが、これは同期信
号SYNCを受けたときのみである。すなわち、現
ブロツクラインの終了時におけるカウンタ３２か
らのアドレスポインタBAに応じて次ブロツクラ
インに対するフイルタ信号F₁〜F₅がバツフアレ
ジスタ３４にセツトされることになる。

勿論、ロジツクアレイ３３は１ブロツクライン
の終了時のみ動作させるようにしてもよい。

以上説明してきたようにしてアダマール変換さ
れた各シーケンスがその組合せによつて可変長符
号化されて小容量のバツフアメモリ６に貯えら
れ、この入力ビツトレート（符号化ビツトレー
ト）とは非同期にバツフアメモリ６から可変長符
号が予め定められた出力ビツトレートで読出され
て伝送路或いは第３図に示す誤り訂正符号化器７
へ送られる。

尚、バツフアメモリ６からの出力ビツトレート
は第９図に示すように伝送路に応じて任意に設定
することができ、この設定された出力ビツトレー
トのコードobrをロジツクアレイ３３へ与えるだ
けで所望の出力ビツトレートを得ることができ
る。すなわち画像の圧縮率を画質設計に応じて任
意に選択できることである。

上記に説明した第５図の画像圧縮装置におい
て、シーケンス△H₀、H₁、H₂のそれぞれの量子
化およびレベル制限回路の具体的な一例を第６図
に示す。

３Ｘ，３Ｙ，３Ｚはそれぞれシーケンス△H₀、
H₂、H₁の量子化回路の一例であり、２２Ｘ，２
２Ｙ，２２Ｚはそれぞれシーケンス△H₀、H₂、
H₁のレベル制限回路の一例である。

４１は量子化器制御回路であり図から分るよう
にOR回路で構成されており、たとえばフイルタ
信号F₂が“１”のときは信号F_a，F_bが“１”に
なり、したがつて量子化回路３Ｘ，３Ｙ，３Ｚに
よつてシーケンス△H₀、H₂、H₁の各最下位ビツ
トを除いてすべてが通過する、すなわち各最下位
ビツトだけに０が挿入されるようにして量子化さ
れる。

ロジツクアレイ４２は第１０図に示すような論
理構造を持つ回路によつて構成され、シーケンス
H₂、H₁およびフイルタ信号F₂，F₃，F₄の入力に
対して信号Y_a，Y_p，Y_h，Z_n，Z_p，Z_aが出力され
る。４３Ｙ，４３ＺはシーケンスH₂、H₁がそれ
ぞれ負の値であつたときその値が第１０図の条件
を満して信号Y_a或いはZ_aが“１”になればシー
ケンスH₂或いはH₁をゼロにするための条件付量
子化回路である。たとえばフイルタ信号F₂が
“１”でアダマール変換によるシーケンスH₂が−
１〜−８の範囲であればシーケンスH₂の値をゼ
ロにする。

また第１０図において、たとえばシーケンス
H₂が正の値であつてビツト位置Y₆＝１であれば
レベル制限値（−64〜63）を超えているので信号
Y_pが“１”になり、レベル制限回路２２Ｙによ
つてシーケンスH₂のビツト位置Y⁵〜Y₂を全て
“１”にセツト、すなわち値を63にする。

以上のように各シーケンスの量子化およびレベ
ル制限回路を示す第６図はすべてAND回路およ
びOR回路によつて構成することができる。

更に第５図においてシーケンス△H₀、H₁、H₂
をシフトレジスタ２３，２４へパラレルに転送す
る際のビツト配列は第１１図に示すように構成さ
れる。このビツト配列は後に述べる画像再生装置
で復号化をやりやすくするためである。

ここで、今迄に述べたロジツク・アレイ２５，
３３，４２、すなわち第７図、第８図、第１０図
の論理構造、および後に述べるロジツク・アレイ
６２、すなわち第１３図の論理構造は、そのフオ
ーマツトに対応して第１４図に示すように入力側
がANDゲートアレイ、出力側がORゲートアレイ
で構成されており、たとえばPLA（Programable
Logic Array）用いて容易に実現することができ
る。

なお、本実施例ではバツフアメモリへの入出力
が実時間で行なわれる場合について説明してきた
が、この場合バツフアメモリ６の容量は圧縮率の
変動を吸収できるだけの容量が必要であり、その
出力ビツトレートが平均0.5〜3.0ビツト／画素の
とき原画像の（１ブロツクラインの画素数）バイ
トであれば十分であることが確認されており、本
実施例ではバツフアメモリ６の容量を512バイト
にしている。

一方、画像１フレーム分の可変長符号をバツフ
アメモリ６へ入力した後にバツフアメモリ６から
所定のビツトレートで出力して伝送路へ転送する
場合も同じ考えで実現できる。この場合はバツフ
アメモリ６からの出力ビツトレートに合せて、１
フレームに必要な容量のバツフアメモリを設けて
おき、たとえば出力ビツトレートが平均1.5ビツ
ト／画素であれば1.5×（１フレームの画素数）ビ
ツトだけの容量を設けておき、各ブロツク・ライ
ンごとに上記出力ビツトレートでバツフアメモリ
から出力されていくと仮定して次のブロツク・ラ
インに対する量子化特性を選択するように考えれ
ばよい。

以上説明してきた画像圧縮装置によつて可変長
符号化されたシーケンス△H₀、H₁、H₂は伝送路
を通して画像再生装置へ入力される。

以下にその具体的回路例を示しながら説明す
る。

第１２図は第３図ｂで説明した画像再生装置を
更に具体的に示す実施であり、画像圧縮され可変
長符号化された画像信号は伝送路たとえば磁気記
録系を介してシフトレジスタ５１へ１ビツトずつ
入力される。シフトレジスタ５１の出力信号はシ
フトレジスタ５２へ１ビツトずつ入力される。同
様にシフトレジスタ５２の出力信号はシフトレジ
スタ５３へ、またその出力信号はシフトレジスタ
５４へ入力される。ここでシフトレジスタ５１，
５２，５３，５４は共にシリアル−イン／パラレ
ル−アウト型のシフトレジスタである。フリツプ
フロツプ素子で構成されるフラツグ５６，５９は
最初リセツト状態にあり、シフトレジスタ５１へ
入力信号INが１ビツトずつ入力されるごとにシ
フトレジスタ５３からパラレルにとり出された信
号群は同期信号検出回路５５において同期信号を
検出する。同期信号の検出はたとえばシフトレジ
スタ５３のデータ17ビツト全てが“１”のとき同
期信号とみなす、或いはデータ17ビツトの中であ
る定められた同期信号パターンと一致するデータ
群が少なくとも１個所に存在するとき同期信号と
みなす、などのようにして検出することができ
る。いずれの方法を用いるにしても、シフトレジ
スタ５３には刻々と入力信号INが入つてくるの
で同期信号の検出パターンは画像信号群とは必ら
ず分離できる、或いは伝送路上での誤りなどによ
つて画像信号群の中で偶然に同期信号パターンと
一致する場合が存在してもその確率がきわめて小
さくなるように設計されていなければならない。
同期信号の検出によつて信号SYNCはフラツグ５
６をセツトし、フラツグ５９をリセツトする。フ
ラツグ５６がセツト状態にあるとき、１ビツトず
つ入力される入力信号INと同期したシフトパル
スSPによつてシフトレジスタ５２の内容がバツ
フアレジスタ５７に保持されパターン検出回路５
８によつて同期信号に続く特定パターンの検出を
行なう。たとえばフラツグ５６がセツト状態にあ
るときシフトレジスタ５２のデータパターンが
“00110101”である場合を検出する。

なお、バツフアレジスタ５７はANDゲート群
であつてもよい。

このように特定パターンを検出したとき信号
SVによつてフラツグ５６をリセツトし、フラツ
グ５９をセツトする。また信号SVによつてシフ
トレジスタ５１のデータ５ビツトがバツフアレジ
スタ６０に保持され、これが前述のフイルタ信号
F₁〜F₅であり、次に入力される画像信号群に対
する量子化特性を決定するものである。ここでフ
イルタ信号F₅が“１”のときは次のブロツクラ
インに対する画像信号は送られてこないのでその
場でフラツグ５９をリセツトして次の同期信号が
検出されるのを待つ状態になる。

フラツグ５９がセツト状態にあるときはシフト
レジスタ５３のデータ17ビツトが画像信号とみな
されて復号化されることになるが、信号SVが出
された時点ではシフトレジスタ５３にはまだ同期
信号パターンが入つたままになつており、したが
つてこの時点では信号SVが後に説明するロジツ
ク・アレイ６２に入力され、ロジツク・アレイ６
２から信号CLとしてこの例では値32がとり出さ
れカウンタ６４に入力され、カウンタ６４が入力
信号INと同期してダウンカウントを開始し、カ
ウンタ６４の値がゼロになつたときシフトレジス
タ５４には第４図で示したブロツクコードBCが
入つていることになる。

ここで、第５図の画像圧縮装置において、同期
信号パターンSPTNを例として32ビツトで説明し
たのに対し、第１２図の画像再生装置では同期信
号検出回路５５で17ビツト、パターン検出回路で
８ビツト、合計25ビツトしか検出用に使つていな
いのは伝送路でこれらのパターンに誤りが生じた
とき、その誤りの影響をやわらげるためである。
すなわち同期信号SPTN32ビツト中７ビツト以内
に誤りが生じたときでも同期信号パターンが高い
確率で検出可能にするためである。同期信号の検
出が不能になるとそれ以降の画像信号の復号化が
困難になり、画質を大巾に劣化させることになる
ので、伝送路の信頼性を考慮して十分な冗長性を
もたせたり、十分な誤り訂正を施したり、或いは
別の手段を用いるなど同期信号の信頼性を高めて
おく必要がある。

さてブロツク・コードBCがシフトレジスタ５
４に入力されると、そのときカウンタ６４はゼロ
になつており、したがつてこのときのカウンタ６
４からの出力信号BSによつてシフトレジスタ５
４内のブロツク・コードBC（２ビツト）とシフト
レジスタ５３の最上位置にあるデータSx（１ビツ
ト）がバツフアレジスタ６１に保持される。

ここでシフトレジスタ５４内のブロツク・コー
ドBCが“00”のときはシフトレジスタ５３の最
上位置にあるデータSxは次のブロツク・コード
の先頭ビツトであり、ブロツク・コードBCが
“00”以外のときはデータSxは第４図に示すよう
に直流予測誤差成分△H₀の正負符号を指してい
ることになる。

バツフアレジスタ６１の内容は直ちにロジツ
ク・アレイ６２に入力され、ロジツク・アレイ６
２からはゲート信号GSと可変長符号のコード長
信号CLが出力される。

ロジツク・アレイ６２は、フイルタ信号F₁〜
F₄、ブロツク・コードBCおよびそれに続く信号
Sx、カウンタ６４がゼロを計数したときのブロ
ツク信号BSの状態によつてゲート信号GSおよび
コード長信号CLを出力するが、その論理構造は
第１３図に示される。

ゲート信号GSが出力されたときシフトレジス
タ５３には第４図に示すデータコードが入つてお
り、したがつてシフトレジスタ５３の内容はゲー
ト信号GSに応じてゲート・アレイ６３を通過し
バツフアレジスタ６５に入力され、ブロツク信号
BSの定められた遅延信号によつて保持される。

ゲート・アレイ６３の詳細は第１５図に示す
ANDゲートおよびORゲートによつて構成され
る。

ここでブロツク・コードBCが“00”のときは
ゲート信号GS（ａ〜ｈ、r₀〜r₄）が全て“０”で
あり、したがつてバツフアレジスタ６５には値０
が保持され、ブロツク・コードBCが“01”のと
きはゲート信号GSのうちr₀〜r₄の状態によつて
直流予測誤差成分△H₀の“＋１”又は“−１”
が保持される。このようにゲート信号GS（ａ〜
ｈ、r₀〜r₄）によつてシーケンス△H₀、H₁、H₂
が第１５図に示すフオーマツトでバツフアレジス
タ６５に保持される。

バツフアレジスタ６５の内容即ちシーケンス△
H₀、H₁、H₂は書込信号WTによつてバツフアメ
モリ６６の所定アドレスに記憶されるが、この書
込信号WTはフラツグ５９の出力信号DEがセツ
ト状態にあり、且つブロツク信号BSの定められ
た遅延後に出される。またバツフアメモリ６６へ
データを入力するためのアドレス信号は水平アド
レス・カウンタ６７（ブロツクカウンタ）および
垂直アドレス・カウンタ６８（ブロツクラインカ
ウンタ）によつて生成される。

一方ロジツク・アレイ６２から出力されたコー
ド長信号CLが前記と同様にカウンタ６４に入力
されるとカウンタ６４は、入力信号INと同期し
てダウンカウントを開始し、カウンタ６４の値が
ゼロになつたときブロツク信号BSを出力する。
このときシフトレジスタ５４には次のブロツク・
コードが入つている。

以上に説明してきた動作を繰り返しながらブロ
ツク毎のシーケンス△H₀、H₁、H₂が復号化され
バツフアメモリ６６に遂次入力されていく。

たとえば第３図ａの画像圧縮装置から伝送され
てくる信号群が「…〓SYNC〓 00110101〓
01000〓 011〓 00〓 1100101100011101〓
10001011〓…」の順に１ビツトずつ入力されたと
する。

この入力信号群において、先ず同期信号を検出
した時点から説明する。同期信号の検出後パター
ン検出回路５８でデータパターン“00110101”を
検出するとこのときシフトレジスタ５１に入つて
いるフイルタ信号“01000”が信号SVによつてバ
ツフアレジスタ６０に保持される。即ちこのブロ
ツクラインに対してフイルタ信号F₂＝１（第４図
における量子化特性番号Z.F.No.が２）を使用する
ことを意味する。一方信号SVによつてロジツ
ク・アレイ６２からコード長信号として値32が出
力され、カウンタ６４がダウンカウントによつて
ゼロを計数すると、このときシフトレジスタ５４
にはブロツク・コード“01”が入つており、した
がつてBC＝“01”、Sx＝“１”、BS＝“１”、F₂＝
“１”の入力によつてロジツク・アレイ６２から
ゲート信号GS（r₁〜r₄が“１”）とコード長信号
CL＝３を出力される。このときシフトレジスタ
５３の内容は第１５図にもとずくゲート・アレイ
６３を介してバツフアレジスタ６５には
“1111110、00000、00000”が入力される。即ちシ
ーケンス△H₀＝−２、H₁＝H₂＝０が再生され
る。

一方コード長信号CL＝３がカウンタ６４に入
力されダウンカウントによつてゼロを計数してブ
ロツク信号BSを出力したときシフトレジスタ５
４には次のブロツク・コート“00”が入つてお
り、したがつてBC＝“00”、BS＝“１”、F₂＝“１”
の条件によつてロジツク・アレイ６２からゲート
信号GS（全て“０”）とコード長信号CL＝２が出
力される。このときシフトレジスタ５３の内容は
ゲート・アレイ６３を通過せず、したがつてバツ
フアレジスタ６５の内容は全て“０”でありシー
ケンス△H₀＝H₁＝H₂＝０が再生される。次にシ
フトレジスタ５１〜５４の内容が２ビツトシフト
（CL＝２）すると、このときシフトレジスタ５４
には次のブロツク・コード“11”が入つており、
したがつてBC＝“11”、BS＝“１”、F₂＝“１”に
よつてゲート信号GS（ａ、ｅ、ｆ、ｇが“１”）
とコード長信号CL＝17を得る。このときシフト
レジスタ５３の内容はゲート信号ａ＝ｅ＝ｆ＝ｇ
＝“１”によつてバツフアレジスタ６５へ
“0010010、11100、00110”として入力され、シー
ケンス△H₀＝18、H₁＝−４、H₂＝６が再生され
る。更にシフトレジスタ５１〜５４の内容が17ビ
ツトシフト（CL＝17）すると、このときシフト
レジスタ５４には次のブロツク・コード“10”が
入つており、したがつてBC＝“10”、BS＝“１”、
F₂＝“１”によつてゲート信号GS（ａ、ｂ、ｃが
“１”）とコード長信号CL＝８が得られ、シフト
レジスタ５３の内容はバツフアレジスタ６５へ
“0010110、00000、00000”として入力され、シー
ケンス△H₀＝22、H₁＝H₂＝０が再生される。

以上の繰り返しは入力信号INに同期して動作
し、再生されたシーケンス△H₀、H₁、H₂はブロ
ツク毎にバツフアメモリ６６に記憶される。この
ときバツフアメモリ６６への入力アドレスは水平
アドレスカウンタ６７（ブロツクカウンタ）およ
び垂直アドレスカウンタ６８（ブロツクラインカ
ウンタ）によつて制御される。水平アドレスカウ
ンタ６７はバツフアメモリ６６の書込信号WTに
よつて１ブロツクずつ加算され、１ブロツクライ
ン相当のブロツク数を計数したとき信号SHを出
力する。同期信号SYNCを検出する前に１ブロツ
クラインの終了を示すこの信号SHが発生するこ
とは伝送路で生じた誤りによつて画像信号である
可変長符号構成が乱れたためであり、そのブロツ
クラインに対して存在する残りブロツクの画像信
号の入力を無視するためフラツグ５９をリセツト
して次の同期信号が検出されるのを待つ状態にな
る。また上記によつて可変長符号構成が乱れて１
ブロツクライン相当のブロツク数を計数する前に
次の同期信号を検出したときも同期信号SYNCに
よつてフラツグ５９がリセツトされる。このとき
はバツフアメモリ６６にはそのブロツクラインに
対する残りブロツクの画像信号が欠如することに
なる。いずれにおいても上記によつて可変長符号
構成が乱れた場合はバツフアメモリ６６内の現ブ
ロツクラインに対する各ブロツクのシーケンス△
H₀、H₁、H₂は前ブロツクラインの該当するシー
ケンス△H₀、H₁、H₂によつて置換えるような処
置が必要になつてくる。

垂直アドレスカウンタ６８（ブロツクラインカ
ウンタ）は信号SV、SH、およびフイルタ信号F₅
のいずれかによつてブロツクラインの加算を行な
う。

さて、以上によつて復号化された各ブロツクの
シーケンス△H₀、H₁、H₂がバツフアメモリ６６
へ順次入力される一方で、この入力とは非同期に
バツフアメモリ６６からは読取信号RDによつて
各ブロツクのシーケンス△H₀、H₁、H₂が順次読
出される。ここでは省略したが書込み用のアドレ
スカウンタ６７，６８と同様に読取り用のアドレ
スカウンタが必要なことは当然のことである。

バツフアメモリ６６から読出されたシーケンス
△H₀、H₁、H₂のうち直流予測誤差成分△H₀は
予測和変換器１５において線形予測され直流成分
H₀に変換される。予測和変換器１５は(2)式から
H₀＝△H₀＋H₀′−H₂−H₂′なる関係を用いて構成
され直流成分H₀を復元するものである。

このようにして復号化されたシーケンスH₀、
H₁、H₂はアダマール逆変換器１６によつて再生
画素群（u₁′、u₂′、u₃′、u₄′）を得る。

ここでアダマール逆変換器１６は(8)式によつて
構成される。

１／２１１１１１ ―１１ −１１１ −１ −１１ −１ −１１ H′₀ H′₂ H′₂ ₀ ＝u₁′ u₂′ u₃′ u₄′ (8) H′₀、H′₁、H′₂は復号化されたシーケンスであ
り、(1)式で得たシーケンスH₀、H₁、H₂と異なる
のは画像圧縮による量子化誤差が含まれているた
めである。したがつて再生画素群（u₁′、u₂′、
u₃′、u₄′）と同一ブロツク内の原画素群（u₁、u₂、
u₃、u₄）とは伝送路で誤りが生じたい限りシーケ
ンスH₀、H₁、H₂の量子化誤差分だけ異なつた値
になる。このとき１フレーム内の再生画像上にの
つている平均ノイズ量は(7)式で表わせる。これを
ベクトル的に表現すると次のようになる。今１ブ
ロツク内の原画素群のベクトルをＵ、アダマール
変換マトリツクスをＨ、アダマール変換されたシ
ーケンスをＶ、アダマール逆変換マトリツクス
H^-1とすると(9)式の関係が得られる。

Ｖ＝Ｈ・Ｕ、Ｕ＝H^-1・Ｖ (9) ここで各シーケンスvijに量子化誤差qijを与え、
すなわちベクトルＶにベクトルＱの歪量を与える
と再生画像は(10)になる。

U′＝H^-1・〔Ｖ＋Ｑ〕＝H^-1・Ｖ＋H^-1・Ｑ＝Ｕ＋H^-1Q(10) U′−Ｕ＝H^-1・Ｑ (11) したがつて再生画像上にのるノイズは歪量qij
をアダマール逆変換した値になり、たとえば直流
成分H₀に与える歪量q₀はブロツク内の劣化を、
傾斜成分H₃に与える歪量q₃はブロツク内の斜め
パターンの劣化を与えることになる。

上述の実施例はカラー画像の圧縮および再生に
ついても同じ構成で実現することができる。

たとえばカラー画像の画素配列例として、第１
図の画素（u₁、u₂、u₃、u₄）に対応して輝度信号
Ｙ、色差信号Ｂ−Ｙ、Ｒ−Ｙ或いは青色信号Ｂ、
赤色信号Ｒ、緑色信号Ｇ、オレンジ・シアン系信
号Ｉ、緑・マゼンタ系信号Ｑなどを適宜配列する
ことによつてカラー画像の圧縮および再生を実現
することができる。

ここで第５図に示すごとく、黒白画像のときは
傾斜成分H₃は前述の理由で無視したが、カラー
画像としてたとえば上記の如きに配列したとき傾
斜成分H₃は無視できなくなる。したがつて第４
図に示す可変長符号構成は第１６図の例の如くに
変えればよい。ここでSw、w₃、w₂、w₁、w₀は
傾斜成分H₃に対するビツド情報を示す。この例
では傾斜成分H₃は垂直成分H₁、水平成分H₂と全
く同じ方法で圧縮および再生過程をたどればよい
ので特に説明は要しない。

勿論第１６図の可変長符号構成は黒白画像にそ
のまゝ適用できる。

第５図で算出した直流予測誤差成分の量子化値
△H₀は第１７図によつて算出することもできる。
第１７図は一般に線形予測方式としてよく知られ
ているDPCMの系を形成している。主なちがい
は第５図では直流成分H₀を量子化して後に直流
予測誤差成分△H₀を算出しているのに対し、第
１７図では直流予測誤差成分△H₀を量子化して
いる点である。

第１７図の量子化器は、予測誤差成分がラプラ
ス分布に近い形になることを利用して一般には視
覚的な画質劣化を最少にするような非線形量子化
を行なうが特に複雑な画像では予測誤差成分の分
散が大きく、滑らかな画像と同じように施される
非線形量子化はかえつて画質劣化が目につきやす
くなる。この非線形量子化はルツク・アツプ・テ
ーブルを用いれば容易に実現できる。一方線形量
子化は前述実施例のようにして予測誤差成分の下
位ビツトを一様に捨てるだけであり更に容易に実
現でき、圧縮率が一定のとき両者によつて視覚的
には殆んど画質の差は認められないものであり、
したがつて本発明の実施例では線形量子化を用い
て説明したがこの限りではない。

さて、線形予測をするとその予測誤差成分は一
般にラプラス分布に近いと考えられるためそのエ
ントロピーも小さくなる。この場合は第５図によ
つて算出した直流予測誤差成分△H₀と第１７図
によつて算出した直流予測誤差成分△H₀を比較
するとその成分の分布は後者の方がよりゼロの方
に分布が集中しており、したがつて圧縮率の点で
は後者の方が優れていることになるが、しかし、
本実施例の方式によつて圧縮率を一定としたとき
再生画像上のノイズ量は両者でほとんど差がな
く、したがつていずれを用いてもよいことになる
が、前者を用いる場合は直流成分H₀に“まるめ”
操作を施しておくことが必要である。

以上本発明にかかる画像圧縮方式を実現する装
置およびその再生装置において一実施例をもとに
詳細に説明してきたが、本発明によれば、原画素
群のアダマール変換によつて得られた各シーケン
スの組合せに対して可変長符号化する適応形画像
圧縮方式において、可変長符号化したことによつ
て生ずる圧縮率の変動すなわち符号化ビツトレー
トとその伝送ビツトレート間の時間軸のちがいを
少容量のバツフアメモリで吸収できるように制御
しており、これがまた視覚特性に適応した高能率
な圧縮方式としても寄与している。更にまた伝送
路へ送出すべき伝送ビツトレートや或いは伝送す
べき情報量など目的に応じて種々使い分けること
があるが、これに対しても前記バツフアメモリか
らの出力ビツトレートを指定するだけで画像の圧
縮率を任意に選択できるという特徴を持つてい
る。装置の規模からみても、最小ブロツクサイズ
のアダマール変換を用いているにもかかわらず画
質劣化の少ない高圧縮率を得たり、或いは圧縮、
再生の処理の大部分が論理回路だけで構成されて
おり装置化が容易になるなど実用面でいくつかの
特徴をもつている。

【図面の簡単な説明】

第１図は原画像を互に隣接した画素群２×２に
ブロツク化した図、第２図は標準的な画像におけ
る伝送エネルギーおよび冗長度とアダマール変換
のブロツクサイズの関係を測定した図、第３図は
本発明の全体を説明するための画像圧縮装置ａお
よび画像再生装置ｂを示すブロツク構成図、第４
図および第１６図は複数個の量子化特性と各シー
ケンスの量子化値の組合せによつて与えられる可
変長符号構成を示す図、第５図は第３図ａに示す
画像圧縮装置の具体的回路構成図、第６図は第５
図における量子化回路およびレベル制限回路の具
体的回路図、第７図は第５図のロジツク・アレイ
Ａの論理構造図、第８図は第３図の量子化特性選
択器すなわち第５図のロジツク・アレイＢの論理
構造図、第９図はバツフアメモリからの出力ビツ
トレートを規定するコード例図、第１０図は第６
図のロジツク・アレイＣの論理構造図、第１１図
は第５図における伝送情報のビツト配列図、第１
２図は第３図ｂに示す画像再生装置の具体的回路
構成図、第１３図は第１２図のロジツク・アレイ
の論理構造図、第１４図は第７，８，１０，１３
図の論理構造を説明する図、第１５図は第１２図
のゲート・アレイの具体的回路図、第１７図は直
流予測誤差成分の量子化値を得るための他の実施
例を示す図である。２……アダマール変換器、２１………直流成分
H₀を“まるめ”演算するためのバツフアレジス
タ、４……予測差分変換器、２３，２４，２７，
２８……パラレル−イン／シリアル−アウト型の
シフトレジスタ、３１，５１，５２，５３，５４
……シリアル−イン／パラレル−アウト型のシフ
トレジスタ、３４，５７，６０，６１，６５……
バツフアレジスタ、６，６６……バツフアメモ
リ、１５……予測和変換器、１６……アダマール
逆変換器、６７………ブロツクアドレスカウン
タ、６８……ブロツクラインアドレスカウンタ、
３５，５６，５９……フリツプ・フロツプ素子、
３Ｘ，３Ｙ，３Ｚ……量子化回路、２２Ｘ，２２
Ｙ，２２Ｚ……レベル制限回路、４３Ｙ，４３Ｚ
……条件付量子化回路、４１……量子化器制御回
路、２９，３０……信号線選択回路、Z^-1……１
ブロツク遅延回路。

Claims

【特許請求の範囲】１画像を互に隣接した画素群ｍ×ｎにブロツク
化し、１ブロツクの画素群をアダマール変換によ
つて周波数領域に変換し、その変換出力である各
シーケンスを複数個の量子化特性のうちいずれか
を選択して量子化し、量子化された各シーケンス
のうち少なくとも直流成分は予測誤差成分の量子
化値に変換すると共に、１ブロツク内の前記各シ
ーケンス量子化値を互に比較して複数組の量子化
値の組合せを形成し、これら各組合せに対して予
め定められた可変長符号を与える適応形画像圧縮
方式において、１ブロツク内の前記各シーケンス
量子化値の組合せに対して与えられた可変長符号
をバツフアメモリへ入力すると共に、該バツフア
メモリへの入力ビツトレートとは非同期に該バツ
フアメモリから予め定められた出力ビツトレート
で前記可変長符号を読出すように前記バツフアメ
モリを構成し、予め定めた複数ブロツク内の前記
可変長符号が前記バツフアメモリへ入力された後
に該バツフアメモリ内に残されている前記可変長
符号の量に応じて予め定めた次の複数ブロツクに
おける前記各シーケンスの量子化に使用すべき量
子化特性を選択することを特徴とする特許請求の
範囲第１項で記載した適応形画像圧縮方式。２前記バツフアメモリへ前記可変長符号を入力
するごとにその符号長を加算し、前記バツフアメ
モリから可変長符号を出力するごとにその符号長
を減算するアドレスカウンタを設け、前記バツフ
アメモリを複数個のアドレス空間に分割したアド
レスポインタL₁，L₂…，Lpを有し、予め定めた
複数ブロツク内の前記可変長符号が前記バツフア
メモリへ入力された後にその時点における該バツ
フアメモリ内に残されている前記可変長符号の量
が前記アドレスポインタL₁，L₂，…Lpのどの範
囲に入つているかを識別することによつて予め定
めた次の複数ブロツクにおける前記各シーケンス
の量子化に使用すべき量子化特性を選択すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項で記載した適
応形画像圧縮方式。３前記バツフアメモリのアドレス空間において
アドレスポインタLsを設け、前記バツフアメモ
リに入力された前記可変長符号の量が前記アドレ
スポインタLsに達したときはじめて前記バツフ
アメモリから前記可変長符号の出力を開始するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項で記載した
適応形画像圧縮方式。４前記１ブロツクの画素群ｍ×ｎは２×２の４
画素で構成され、該１ブロツク内の４画素を輝度
信号と色信号の任意の配列または色信号だけの任
意の配列にすることによつてカラー画像の圧縮に
適用したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
で記載した適応形画像圧縮方式。５前記アダマール変換によつて得られた前記各
シーケンスのうち少なくとも直流成分は予測誤差
成分に変換し、しかる後複数個の量子化特性のう
ちいずれかを選択して量子化し、予測誤差成分の
量子化値を得るようにしたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項で記載した適応形画像圧縮方
式。６前記バツフアメモリからの出力ビツトレート
を指定することによつて任意の圧縮率を得ること
を特徴とする特許請求の範囲第１項で記載した適
応形画像圧縮方式。