JPH03224363A - 圧縮データ量制御方式 - 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］ この発明は静止画像データを圧縮して伝送または記録す
る際に、圧縮後のデータ量が要求されるデータ量以下と
なるように圧縮率を制御するデータ量制御方式に関する
。

〔従来の技術〕

自然画符号化方式の標準化を図るために“’Ｂａ５ｅ−
１ｉｎｅ　Ｓｙｓｔｅｍ″や’Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｓｙ
ｓｔｅｍ″等の各種国際標準化方式が提案されている。

第４図は国際標準化方式のうちの“Ｂａ５ｅｌｉｎｅＳ
ｙｓ　ｔｅｍ“°の処理手順を示す概略図である。この
システムは一枚の入力画像を１ブロック８×８画素の複
数ブロックに分割し、各ブロック毎に２次元の離散コサ
イン変換（Ｄ　ＣＴ　：　Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｃｏｓｉ
ｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ）を行い（処理ＰＬ）、得られ
るＯＣＴ係数に８×８個の閾値からなる量子化マトリク
スの各閾値を除算することにより量子化を行う（処理Ｐ
２）。第５図および第６図は輝度信号用および色差信号
用の量子化マトリクスの例である。

量子化したＤＣＴ係数のうち直流（ＤＣ）成分は前のブ
ロックで量子化したＤＣ成分との差分を取り、その差分
のビット数をハフマン符号化する。

交流（ＡＣ）成分はブロック内でジグザグスキャンを行
って一次元の数列に変換し、有効係数のビット数と連続
する零（無効係数）の個数とで２次元のハフマン符号化
を行う（処理Ｐ３およびＰ４）。

第７図にジグザグスキャンのテーブルの一例を示す。

なお、処理Ｐ２における量子化のときに、量子化マトリ
クスの各閾値に対しである係数（スケールファクタ）を
乗算したのちＤＣＴ係数の除算を行う。スケールファク
タは「２ＳＪ　　（Ｓ＝０．±１゜±２．・・・）で表
現される値で、量子化マトリクスの各閾値にスケールフ
ァクタ２Ｓを乗算することば各閾値のディジタルデータ
をビットシフトすることに相当する。圧縮画像の画質お
よび圧縮率はこのスケールファクタによって調整する。

こうして圧縮したデータは、処理ＰＬ−Ｐ４とは逆の処
理によって伸張する。すなわち、処理Ｐ５におけるハフ
マン復号化、処理Ｐ６におけるＤＣ成分およびＡＣ成分
の復号化、処理Ｐ７における逆量子化および処理Ｐ８に
おける逆ＤＣＴ　（ＩＤＣＴ）である。

ところで、このシステムでは可変長符号であるハフマン
符号を用いてデータ圧縮を行っているため、圧縮後の全
データ量は圧縮工程（処理Ｐ１〜Ｐ４）が終了するまで
知ることが出来ない。このため、予め設定したデータ量
の範囲内で符号化する必要がある場合は、何らかのデー
タ量の制御が必要となる。従来は複数種類のスケールフ
ァクタで圧縮を行い、それぞれの場合の圧縮後のデータ
量を測定してスケールファクタと圧縮後のデータ量との
関係を求め、圧縮後のデータ量に対応するスケールファ
クタを類推してこの類推したスケールファクタによって
データ圧縮を行うようにしている。

圧縮後のデータ量とスケールファクタとの関係は多くの
画像の測定結果から次のような関係にあることが石育認
されている。

［データ量］＝Ａｌｏｇ［スケールファクタ］＋Ｂ・・
・・■ （Ａ、、Ｂ：測定点によって決まる定数）従って、測定
結果からＡ、Ｂを求め、必要とする圧縮後のデータ量に
対するスケールファクタを推定することが出来る。８画
像の実験結果では、要求されるデータ量に対して±５％
以下の誤差で制御できることが報告されている（１９８
９年電子情報通信学会秋季全国大会論文集Ｄ−４５）。

（発明が解決しようとする課題〕 ところで、前述のデータ量制御方式によると、圧縮した
データを記録媒体に記録する際に、すでに記録されてい
る一枚分の画像データを消去してその領域に記録する場
合、推定したスケールファクタにプラスの誤差が生して
いると記録する圧縮データがその領域に入り切らないと
いう不都合がある。

また、前述の処理手順ではスケールファクタを実数とし
て扱っており、スケールファクタを２ｓの形で用いると
２倍または１７２倍の変化幅で量子化ステップ幅を制御
することになるため、データ量の誤差がさらに大きくな
ることが予想される。

この発明は圧縮後のデータ量を確実に要求されるデータ
量以下とするようにする圧縮データ量制御方式を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、−枚のディジタル画像を、ｌブロックｎ×
ｎ画素からなる複数のブロックに分割し、各ブロック毎
に離散コサイン変換を行い、変換して得られるｎ×ｎ個
の変換係数を、それぞれ所定の係数２ｓ　（Ｓ＝０．±
１．±２．・・・）が乗算されたｎ×ｎ個の閾値からな
る量子化マトリクスの各閾値で除算して量子化を行い、
量子化後のデータを可変長符号化する画像データ圧縮方
式であって、係数２ｓの巾Ｓに第１および第２の値Ｓ１
およびＳ２をそれぞれ設定して量子化および符号化を行
い、得られる圧縮後のデータ量■１および■２から圧縮
後のデータ量が所望の設定値■３となる巾Ｓの値Ｓ３を
推定し、巾Ｓをこの推定値Ｓａに設定して量子化および
符号化を行い、圧縮後のデータ量が設定値Ｖ３を超える
場合は巾Ｓに「１」を加えて量子化ステップ幅を大きく
した後、再び量子化および符号化を行い、圧縮後のデー
タ量が設定値Ｖ３以下となるまでこれらの処理を繰り返
し、圧縮後のデータ量が設定値Ｖ８以下となるようにす
る。

［作　用］ この発明は、離散コサイン変換して得られる変換係数に
量子化マトリクスの各閾値を除算して量子化し、この量
子化した変換係数にハフマン符号化のような可変長符号
化を施してデータ圧縮する際に、量子化マトリクスの各
閾値に所定の係数２Ｓを乗算し、巾Ｓの値を変化させる
ことによって量子化ステップ幅を変化させ、圧縮後のデ
ータ量が所望の設定値となるように調整するもので、ま
ず、特定の値Ｓ１を係数２ｓの巾Ｓとして設定し、前述
の量子化および符号化を行い、得られる圧縮後のデータ
量を■１とする。次いで、他の特定の値Ｓ２を係数２ｓ
の巾Ｓとして設定し、同様に量子化および符号化を行い
、得られる圧縮後のデータ量を■２とする。

圧縮後のデータ量とスケールファクタとは特定の関係に
あるので、ケールファクク２Ｓの巾Ｓの値Ｓｔ　、Ｓ２
とデータ量ｖ１．ｖ２とから所望のデータ量■８に対す
る巾Ｓの値Ｓ３を推定し、この推定値Ｓ８で量子化およ
び符号化を行い、得られる圧縮後のデータ量が要求され
るデータ量Ｖ３であれば処理を終了する。

もし、圧縮後のデータ量がデータ量■３を超えていれば
巾Ｓに「ｌ」を加えて量子化ステップ幅を大きくし、再
びデータ圧縮を行う。それでもまだ要求されるデータ量
Ｖａを超えていれば、さらに巾Ｓに「１」を加えてデー
タ圧縮する。これら一連の処理は圧縮後のデータ量が必
要とされるデータ量■３以下となるまで繰り返され、圧
縮後のデータ量が要求されるデータ量Ｖ８以下となった
ところで処理を終了する。

このようにすれば、圧縮後のデータ量は確実に所望のデ
ータ量以下となり、すでに記録されている一枚分の画像
データを消去してその領域に新たな圧縮データを記録す
る場合でも、記録する圧縮データがそめ領域に入り切ら
ないという不都合は生じない。

（実施例） 第１図はこの発明による圧縮データ量制御方式の処理手
順の一実施例を示す概略図で、第４図と同一部分には同
一符号を付して説明する。

まず、入力画像データを、水平および垂直方向にｎ×ｎ
画素、例えば８×８画素からなる複数のブロックに分割
し、各ブロック毎に２次元の離散コサイン変換（ＤＣＴ
）を施す（処理Ｐｉ）。

ＤＣＴは周波数領域における直交変換の一種であり、変
換係数をＦ（ｕ、ｖ）　、１ブロック分の入力画像デー
タをｆ　（ｉ、ｊ）とすると、但し、Ｃ（ｗ）＝ｉ／Ｊ
２　　（ｗ＝ｏ）−１（Ｗ≠０） と定義され、得られる変換係数Ｆ　（ｕ、ｖ）は１ブロ
ック分の入力画像データを空間周波数に分解した成分を
示している。

変換係数Ｆ（０，０）は入力画像データｆ　（ｉ、ｊ）
のｎ×ｎ画素の平均値に比例した値（ＤＣ成分）を示し
ており、Ｆ（ｕ、ｖ）において、ｕ、ｖが大きくなるに
つれて空間周波数の高い成分（ＡＣ成分）を示す。

このようにして得られる２次元ＤＣＴ係数に対し、ｎ×
ｎ個の閾値からなる量子化マトリクスの各閾値にそれぞ
れスケールファクタ２ｓを乗算した値を除算して量子化
を行う（処理Ｐ２）。スケールファクタ２ｓによる量子
化マトリクスの各閾値に対する乗算処理は、前述したよ
うに量子化マトリクスの各閾値をビットシフトすること
に相当し、圧縮後のデータ量の増減はこのスケールファ
クタによって調整できる。

次に、量子化した変換係数Ｆ’（ｕ、ν）に対し、ＤＣ
成分については前のブロックで量子化したＤＣ成分と差
分を取り（処理Ｐ３）、差分のビット数をハフマン符号
化する（処理Ｐ４）。ＡＣ成分については、第７図に示
す順序でジグザグスキャンを行い一次元の数列に変換し
た後、連続する零データの個数を圧縮するランレングス
符号化を行い（処理Ｐ３）、さらにランレングス符号化
した連続する零データの個数データと有効係数のピッ１
−敗データとで２次元のハフマン符号化を行う（処理Ｐ
４）。

ハフマン符号化はＤＣ成分およびＡＣ成分共に量子化し
た係数値そのものを使用せず、その値を表現するのに必
要なビット数をハフマン符号化する。そしてハフマン符
号とは別にそのビット数の値を付加情報として付は加え
る。例えば、量子化した係数が２（１０進数）とした場
合、２進数で表現すると“０００・・・０１０″°とな
るが、これを表現するのに必要なビット数２をこの値を
代表する値としてハフマン符号化し、２ビツトのデータ
゛１０°゛を付加ビットとして付加する。

他方、量子化した係数が負の場合は付加ビットから１を
引いたデータを付加する。例えば、量子化した係数が−
２（１０進数）であるとすると、２進数（２の補数表示
）で表現すると“１１１・・・１１０°゛となり、下２
ビットが付加ビットとなるが、“１０゛から「１」を引
いた′０１°°を付加ビットとして付加する。こうする
ことにより、量子化した係数が正のときは付加ビットは
１で始まり、負であればＯで始まることになり、正負の
判別が容易に行える。

次いで、圧縮後のデータ量を測定し、全データ量が要求
されるデータ量を超えている場合は、スケールファクタ
２Ｓの巾Ｓを調整して処理Ｐ２における量子化ステップ
幅を大きくし、圧縮後のデータ量を減少させる（処理Ｐ
ＩＯ）。

第２図のフローチャートを参照して動作を説明すると、
まずスケールファクタ２Ｓの巾Ｓの値を特定の値Ｓ１に
設定しくステップＴ１）、処理Ｐ２〜Ｐ４におけるデー
タ圧縮処理を行い（ステップＴ２）、得られる圧縮後の
データ量を■１とする（ステップＴ３）。

次いで、スケールファクタ２Ｓの巾Ｓの値を他の特定の
値Ｓ２　　（Ｓｔ≠３２）に設定しくステラツボ４）、
処理Ｐ２〜Ｐ４におけるデータ圧縮処理を行い（ステッ
プＴ５）、得られる圧縮後のデータ量を■２とする（ス
テップＴ６）。

圧縮後のデータ量とスケールファクタとは前述の式■の
関係にあるので、この式に値Ｓ　ｉ　ｑ　Ｖ　ｉおよび
値Ｓ２．Ｖ２を代入して値Ａ、Ｂを求め、要求されるデ
ータ量■３に対応するスケールファクタ２ｓの巾Ｓの値
を式■から求め、推定値Ｓａとする（ステップＴ７）。

値Ｓ１〜Ｓａとデータ１１ｔＶｔ〜■３とは、第３図に
示すような関係になる。

次いで、推定値Ｓ３をスケールファクタ２Ｓの１１１３
としくステップＴ８）、処理Ｐ２〜Ｐ４におけるデータ
圧縮処理を行い（ステップＴ９）、得られる圧縮後のデ
ータ量が要求されるデータ量Ｖ３以下となるか否か判断
しくステップＴ１０）、データ量■３以下であれば処理
を終了する。

圧縮後のデータ量がデータ量■３を超える場合は、巾Ｓ
　（Ｓｓ　）に「１」を加え（ステップＴ１１）、再び
処理Ｐ２〜Ｐ４におけるデータ圧縮処理を行い（ステッ
プＴ９）、圧縮したデータ量が所定のデータ量■３以下
となるか否かを再び判断する（ステ・ンブＴ１０）。こ
うしてステ・ンブＴ９〜ＴＩＯの処理を繰り返し、圧縮
後のデータ量が要求されるデータ量■３以下となると処
理を終了する。

〔発明の効果］ この発明によれば、２つのスケールファクタでデータ圧
縮して圧縮後のデータ量を測定し、この測定結果から要
求される圧縮後のデータ量に対応するスケールファクタ
を推定し、この推定値によってデータ圧縮を行い、圧縮
後のデータ量が要求されるデータ量以下になるまで推定
したスケールファクタの値を順次増加させて圧縮処理を
繰り返し、圧縮後のデータ量が要求されたデータ量以下
となるとデータ圧縮を終了するようにしたので、圧縮後
のデータ量を確実に要求されるデータ量以下にすること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による圧縮データ量制御方式の処理手
順を示す図、 第２図は第１図の動作を説明するためのフローチャート
、 第３図はスケールファクタと圧縮後のデータ量との関係
を示す表、 第４図は従来の圧縮・伸張処理の処理手順を示す図、 第５図は輝度信号の量子化マトリクスを示す表、第６図
は色差信号の量子化マトリクスを示す表、第７図はジグ
ザグスキャンのテーブルを示す表である。 フローチャート 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一枚のディジタル画像を、１ブロックｎ×ｎ画素からな
   る複数のブロックに分割し、各ブロック毎に離散コサイ
   ン変換を行い、変換して得られるｎ×ｎ個の変換係数を
   、それぞれ所定の係数２＾Ｓ（Ｓ＝０、±１、±２、・
   ・・）が乗算されたｎ×ｎ個の閾値からなる量子化マト
   リクスの各閾値で除算して量子化を行い、量子化後のデ
   ータを可変長符号化する画像データ圧縮方式であって、 上記係数２＾Ｓの巾Ｓに第１および第２の値Ｓ＿１およ
   びＳ＿２をそれぞれ設定して上記量子化および符号化を
   行い、得られる圧縮後のデータ量Ｖ＿１およびＶ＿２か
   ら圧縮後のデータ量が所望の設定値Ｖ＿３となる上記巾
   Ｓの値Ｓ＿３を推定し、上記巾Ｓをこの推定値Ｓ＿３に
   設定して上記量子化および符号化を行い、圧縮後のデー
   タ量が上記設定値Ｖ＿３を超える場合は上記巾Ｓに「１
   」を加えて量子化ステップ幅を大きくした後、再び上記
   量子化および符号化を行い、圧縮後のデータ量が上記設
   定値Ｖ＿３以下となるまでこれらの処理を繰り返し、圧
   縮後のデータ量が上記設定値Ｖ＿３以下となるようにす
   ることを特徴とする圧縮データ量制御方式。