JPH10126775A - 画像信号の符号化方法 - Google Patents
画像信号の符号化方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 画像に対する効率の良い圧縮符号化。
【解決手段】 本実施例における画像信号の符号化にお
いては、ブロック１０で、入力画像の１フレーム内でエ
ッジを抽出する。ブロック１１で、エッジが存在するブ
ロックと存在しないブロックに分類する。ブロック１２
で、エッジが存在するブロックについて、エッジの方向
とＤＣＴ係数の分布との間の相関性に基き最適な走査順
序を定めてその走査順序で符号化する。
いては、ブロック１０で、入力画像の１フレーム内でエ
ッジを抽出する。ブロック１１で、エッジが存在するブ
ロックと存在しないブロックに分類する。ブロック１２
で、エッジが存在するブロックについて、エッジの方向
とＤＣＴ係数の分布との間の相関性に基き最適な走査順
序を定めてその走査順序で符号化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は画像信号の処理技術
に関し、特に圧縮符号化の技術に関する。
に関し、特に圧縮符号化の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】離散コサイン変換（ＤＣ
Ｔ）符号化は像圧縮符号化のための効率の良い手段であ
り（Ｎ．Ａｈｍｅｄ他著「Ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｃｏｓｉ
ｎｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｃ
ｏｍｐｕｔ．，ｖｏｌ．Ｃ−２３，ｐｐ．９０−９３，
１９７４）、ＤＣＴを基本とする符号化の符号化効率を
更に改善する為に多くの努力が払われている。この為に
は、像信号の非静止性のため変換係数を適応型に処理す
ることが必要とされている。
Ｔ）符号化は像圧縮符号化のための効率の良い手段であ
り（Ｎ．Ａｈｍｅｄ他著「Ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｃｏｓｉ
ｎｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｃ
ｏｍｐｕｔ．，ｖｏｌ．Ｃ−２３，ｐｐ．９０−９３，
１９７４）、ＤＣＴを基本とする符号化の符号化効率を
更に改善する為に多くの努力が払われている。この為に
は、像信号の非静止性のため変換係数を適応型に処理す
ることが必要とされている。
【０００３】適応型ＤＣＴ符号化方式（ａｄａｐｔｉｖ
ｅ ＤＣＴ ｃｏｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）では、コー
ドを像ブロックの特定の特性に適応させることが必要で
ある。このための方法には、可変ブロックサイズ方式及
び適応型量子化がある。可変ブロックサイズ方式は、最
初に像を異なるサイズのブロックに分解して、低精細領
域を一層大きいサイズのブロックとして表わし、その
後、可変ブロックサイズＤＣＴを適応する。これは、低
精細領域のビットを節約することにより、高精細領域を
伝送する為に追加のビットを利用できるようにするもの
である。この為、この方式は画質を高めることができ
る。又、適応型量子化は閾値符号化及び区域符号化を含
み、閾値符号化では、その大きさが所定の閾値を越える
係数だけが伝送され、伝送される係数の場所及び大きさ
が符号化される。こう云う情報を符号化する典形的な方
法は、ＪＰＥＧ及びＭＰＥＧに採用されているラン・レ
ベル符号化（ｒｕｎ−ｌｅｖｅｌ ｃｏｄｉｎｇ）であ
る。他方、区域符号化（ｚｏｎａｌ ｃｏｄｉｎｇ）で
は、区域と呼ばれる特定された領域内に存在する係数だ
けが符号化される。区域の形は、それが符号化効率に大
きな影響を持つので、慎重に定める必要がある。実際に
は、大きさの小さい或る係数を符号化し、大きさの大き
い係数は棄てることができる。これは、区域の形が予め
特定されているからである。このメカニズムは符号化効
率を更に改善する可能性を有している。
ｅ ＤＣＴ ｃｏｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）では、コー
ドを像ブロックの特定の特性に適応させることが必要で
ある。このための方法には、可変ブロックサイズ方式及
び適応型量子化がある。可変ブロックサイズ方式は、最
初に像を異なるサイズのブロックに分解して、低精細領
域を一層大きいサイズのブロックとして表わし、その
後、可変ブロックサイズＤＣＴを適応する。これは、低
精細領域のビットを節約することにより、高精細領域を
伝送する為に追加のビットを利用できるようにするもの
である。この為、この方式は画質を高めることができ
る。又、適応型量子化は閾値符号化及び区域符号化を含
み、閾値符号化では、その大きさが所定の閾値を越える
係数だけが伝送され、伝送される係数の場所及び大きさ
が符号化される。こう云う情報を符号化する典形的な方
法は、ＪＰＥＧ及びＭＰＥＧに採用されているラン・レ
ベル符号化（ｒｕｎ−ｌｅｖｅｌ ｃｏｄｉｎｇ）であ
る。他方、区域符号化（ｚｏｎａｌ ｃｏｄｉｎｇ）で
は、区域と呼ばれる特定された領域内に存在する係数だ
けが符号化される。区域の形は、それが符号化効率に大
きな影響を持つので、慎重に定める必要がある。実際に
は、大きさの小さい或る係数を符号化し、大きさの大き
い係数は棄てることができる。これは、区域の形が予め
特定されているからである。このメカニズムは符号化効
率を更に改善する可能性を有している。
【０００４】上に述べた各方式は、各々のブロックがど
の類に属するかを受取側に知らせる必要があるか、又は
受取側が導き出すことを可能にする必要があるかという
ブロック分類方法（ｂｌｏｃｋ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａ
ｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）でカテゴリー化される。ブロ
ックのサイズが小さすぎず、類（ｃｌａｓｓ）の数が多
すぎない場合、このオーバヘッド情報はあまりペナルテ
ィをかけずに直接伝送することができる。しかし、そう
でない場合、他の方法を用いなければならない。例え
ば、８×８画素のブロックに対して１６個の類を用いる
と、１ブロック当たり４ビットを必要とし、画像の共通
フォーマットの一つであるＳＩＦサイズの像（輝度に対
して３５２×２４０ペル、８ビット／ペル）、４：２：
０のクロマ・フォーマット、及び２０：１の圧縮比を仮
定すると、合計のオーバヘッド情報は５，２８０ビット
になり、これは圧縮されるデータの１０％を越えてしま
う。オーバヘッド量、即ち脇役の情報に対する符号化利
得に基づいて、兼ね合いを取らなければならないことに
なる。
の類に属するかを受取側に知らせる必要があるか、又は
受取側が導き出すことを可能にする必要があるかという
ブロック分類方法（ｂｌｏｃｋ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａ
ｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）でカテゴリー化される。ブロ
ックのサイズが小さすぎず、類（ｃｌａｓｓ）の数が多
すぎない場合、このオーバヘッド情報はあまりペナルテ
ィをかけずに直接伝送することができる。しかし、そう
でない場合、他の方法を用いなければならない。例え
ば、８×８画素のブロックに対して１６個の類を用いる
と、１ブロック当たり４ビットを必要とし、画像の共通
フォーマットの一つであるＳＩＦサイズの像（輝度に対
して３５２×２４０ペル、８ビット／ペル）、４：２：
０のクロマ・フォーマット、及び２０：１の圧縮比を仮
定すると、合計のオーバヘッド情報は５，２８０ビット
になり、これは圧縮されるデータの１０％を越えてしま
う。オーバヘッド量、即ち脇役の情報に対する符号化利
得に基づいて、兼ね合いを取らなければならないことに
なる。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、幾何
学的なエッジ表示に基づく適応型ＤＣＴ符号化を提供す
る。このアルゴリズムでは、適応型走査を用いることに
よって、区域符号化を一層融通性のある方法に変更し、
可変ブロックサイズ方式を並行して取り入れることを可
能にした。エッジの場所及び方向の情報を含む幾何学的
なエッジ情報が、脇役の情報に対するビットを節約する
一方、ブロック分類を直接伝えることの代わりになり得
る。その新規なアルゴリズムが、ブロック分類情報を効
率よく伝えることにより、適応型でない符号化を性能の
点で凌ぐことを可能にする。本発明における符号化方法
は、入力画像の１フレーム上でエッジを抽出し、前記フ
レームを、前記抽出エッジが存在するブロックと存在し
ないブロックに分類し、前記抽出エッジが存在する前記
ブロックについて、エッジの方向とＤＣＴ係数の分布と
の間の相関性に基き最適な走査順序を定めてその走査順
序で符号化するステップを含む。
学的なエッジ表示に基づく適応型ＤＣＴ符号化を提供す
る。このアルゴリズムでは、適応型走査を用いることに
よって、区域符号化を一層融通性のある方法に変更し、
可変ブロックサイズ方式を並行して取り入れることを可
能にした。エッジの場所及び方向の情報を含む幾何学的
なエッジ情報が、脇役の情報に対するビットを節約する
一方、ブロック分類を直接伝えることの代わりになり得
る。その新規なアルゴリズムが、ブロック分類情報を効
率よく伝えることにより、適応型でない符号化を性能の
点で凌ぐことを可能にする。本発明における符号化方法
は、入力画像の１フレーム上でエッジを抽出し、前記フ
レームを、前記抽出エッジが存在するブロックと存在し
ないブロックに分類し、前記抽出エッジが存在する前記
ブロックについて、エッジの方向とＤＣＴ係数の分布と
の間の相関性に基き最適な走査順序を定めてその走査順
序で符号化するステップを含む。
【０００６】
【実施の形態】本発明の実施例を、理論的考察を含め以
下に詳述する。図１に従来の典形的な適応型ＤＣＴ符号
化方式のブロック図を示す。ブロック１で実施される離
散コサイン変換（ＤＣＴ）は、ペルの値のブロック（ａ
ｂｌｏｃｋ ｏｆ ｐｅｌ ｖａｌｕｅｓ）を水平及
び垂直空間周波数係数のマトリクスに変換する。Ｍ×Ｍ
の２次元ＤＣＴが次の様に定義される。
下に詳述する。図１に従来の典形的な適応型ＤＣＴ符号
化方式のブロック図を示す。ブロック１で実施される離
散コサイン変換（ＤＣＴ）は、ペルの値のブロック（ａ
ｂｌｏｃｋ ｏｆ ｐｅｌ ｖａｌｕｅｓ）を水平及
び垂直空間周波数係数のマトリクスに変換する。Ｍ×Ｍ
の２次元ＤＣＴが次の様に定義される。
【０００７】
【数１】 ここでｕ，ｖ，ｘ，ｙ＝０，１，２，…，Ｍ−１であ
り、ｘ及びｙはサンプル領域の空間座標、ｕ，ｖは変換
領域の座標である。
り、ｘ及びｙはサンプル領域の空間座標、ｕ，ｖは変換
領域の座標である。
【０００８】ペルの値のブロックは、空間周波数係数に
対して逆ＤＣＴ（ＩＤＣＴ）を実施することによって再
生することができる。
対して逆ＤＣＴ（ＩＤＣＴ）を実施することによって再
生することができる。
【数２】
【０００９】一般的に、大部分のエネルギは低周波数係
数に集中している。ブロックの左上のＤＣＴ係数はＤＣ
係数と呼ばれ、これはブロックの平均のペルの値に対応
し、他の項はＡＣ係数と呼ばれる。ここでは、大抵の像
／ビデオ圧縮アルゴリズムが採用する１６×１６及び８
×８−ＤＣＴを考える。
数に集中している。ブロックの左上のＤＣＴ係数はＤＣ
係数と呼ばれ、これはブロックの平均のペルの値に対応
し、他の項はＡＣ係数と呼ばれる。ここでは、大抵の像
／ビデオ圧縮アルゴリズムが採用する１６×１６及び８
×８−ＤＣＴを考える。
【００１０】通常、自然の像は、可変量の細部及び情報
を持つ異なるサイズの領域に分割することができる。像
のこの様なセグメント分割は、像データの効率のよい符
号化にとって有利であり、プログレッシブ・トランスミ
ッションによる像の圧縮では特にそうである。カッドト
リー（ＱＴ）符号化が、像の分解、即ち多層化を表わす
主な方式であり、この時、像は２次元の均質（ｈｏｍｏ
ｇｅｎｅｏｕｓ）な方形領域に分割され、分解によって
トリーができる。トリーの各々の節は４つの子を持ち、
それが像の一意的に限定された領域に関連している。根
は像全体と関係している。
を持つ異なるサイズの領域に分割することができる。像
のこの様なセグメント分割は、像データの効率のよい符
号化にとって有利であり、プログレッシブ・トランスミ
ッションによる像の圧縮では特にそうである。カッドト
リー（ＱＴ）符号化が、像の分解、即ち多層化を表わす
主な方式であり、この時、像は２次元の均質（ｈｏｍｏ
ｇｅｎｅｏｕｓ）な方形領域に分割され、分解によって
トリーができる。トリーの各々の節は４つの子を持ち、
それが像の一意的に限定された領域に関連している。根
は像全体と関係している。
【００１１】ブロック２で実施される量子化は、値の範
囲をその範囲内の１個の値によって表わす。一層高い空
間周波数に対応する係数の量子化レベルは、係数の値が
特定の量子化レベルの上方にない限り、人間の目が特定
の空間周波数が失われたことを知覚しそうにない様に、
量子化の段のサイズを選ぶことにより、０のＡＣ係数を
発生するのに有利である。高次係数の０の値が連続する
係数の予想ランの統計的な符号化が、相当の圧縮利得が
得られる理由である。系列内の早い所でゼロでない係数
をまとめ、ゼロでない最後の係数に続いて、できるだけ
多くの０の係数を符号化する為、変換係数は、空間周波
数が高くなる順序に走査する。図２にＪＰＥＧ及びＭＰ
ＥＧで特定されている所謂ジグザク走査順序を示す。
囲をその範囲内の１個の値によって表わす。一層高い空
間周波数に対応する係数の量子化レベルは、係数の値が
特定の量子化レベルの上方にない限り、人間の目が特定
の空間周波数が失われたことを知覚しそうにない様に、
量子化の段のサイズを選ぶことにより、０のＡＣ係数を
発生するのに有利である。高次係数の０の値が連続する
係数の予想ランの統計的な符号化が、相当の圧縮利得が
得られる理由である。系列内の早い所でゼロでない係数
をまとめ、ゼロでない最後の係数に続いて、できるだけ
多くの０の係数を符号化する為、変換係数は、空間周波
数が高くなる順序に走査する。図２にＪＰＥＧ及びＭＰ
ＥＧで特定されている所謂ジグザク走査順序を示す。
【００１２】ＤＣ係数の扱いはこれとは異なる。即ち、
目は面積の大きい輝度誤差に対して非常に敏感であり、
その為、ＤＣ値を符号化する精度を固定する。ＭＰＥＧ
に特定されているマクロブロック内に対するデフォルト
量子化マトリクスを図３に示す。
目は面積の大きい輝度誤差に対して非常に敏感であり、
その為、ＤＣ値を符号化する精度を固定する。ＭＰＥＧ
に特定されているマクロブロック内に対するデフォルト
量子化マトリクスを図３に示す。
【００１３】エッジの方向は対応するＤＣＴ係数と高い
相関性を持つという、即ち、ＤＣＴ係数はエッジの方向
に対して垂直な方向に沿って現われるという有用な性質
がある。垂直のエッジを持つ像のブロックが存在すると
仮定すると、比較的大きなマグニチュードを有する対応
するＤＣＴ係数が水平方向に現われることが広く知られ
ている。これを図４に示すが、今述べた場合がこの図の
タイプｂに対応することに注意されたい。この相関性を
区域符号化で利用することができる。図４はエッジ方向
とＤＣＴ係数の分布との関係を示し、（１）のエッジの
タイプａ，ｂ，ｃが（２）の区域Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ
対応する。Ａ，Ｂ及びＣの様な区域の形が定められてい
て、各々のブロックに対して適当なブロックのタイプが
得られれば、係数を伝送する為のビットを減らすことが
できる。これは、問題のエリアが区域に狭められると、
その位置に関してのエントロピーが減少するからであ
る。
相関性を持つという、即ち、ＤＣＴ係数はエッジの方向
に対して垂直な方向に沿って現われるという有用な性質
がある。垂直のエッジを持つ像のブロックが存在すると
仮定すると、比較的大きなマグニチュードを有する対応
するＤＣＴ係数が水平方向に現われることが広く知られ
ている。これを図４に示すが、今述べた場合がこの図の
タイプｂに対応することに注意されたい。この相関性を
区域符号化で利用することができる。図４はエッジ方向
とＤＣＴ係数の分布との関係を示し、（１）のエッジの
タイプａ，ｂ，ｃが（２）の区域Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ
対応する。Ａ，Ｂ及びＣの様な区域の形が定められてい
て、各々のブロックに対して適当なブロックのタイプが
得られれば、係数を伝送する為のビットを減らすことが
できる。これは、問題のエリアが区域に狭められると、
その位置に関してのエントロピーが減少するからであ
る。
【００１４】ブロック３で実施される可変長符号化（Ｖ
ＬＣ）は、符号化しようとする値にコードワードを割当
てる統計的な符号化方式である。発生頻度の高い値には
短いコードワードを割当て、発生が頻繁でない値には長
いコードワードを割当てる。平均すると、頻度が多くて
一層短いコードワードが支配的になり、コード・ストリ
ングが元のデータより短くなる。この為、合計のコード
ワード長を短縮することができる。ＭＰＥＧ及びＨ．２
６１に使われるＤＣＴ係数に対するＶＬＣテーブルが、
表１に示す様なＡＣラン−レベル・シンボルで構成され
る。
ＬＣ）は、符号化しようとする値にコードワードを割当
てる統計的な符号化方式である。発生頻度の高い値には
短いコードワードを割当て、発生が頻繁でない値には長
いコードワードを割当てる。平均すると、頻度が多くて
一層短いコードワードが支配的になり、コード・ストリ
ングが元のデータより短くなる。この為、合計のコード
ワード長を短縮することができる。ＭＰＥＧ及びＨ．２
６１に使われるＤＣＴ係数に対するＶＬＣテーブルが、
表１に示す様なＡＣラン−レベル・シンボルで構成され
る。
【００１５】
【表１】 本発明のアルゴリズムの概念を図５にブロック図で示
す。これは、ブロック分類過程が、エッジ情報を用いて
一意的に履行されると云う新しい考えを特徴としてい
る。普通、従来の適応型ＤＣＴ符号化では、ブロックの
分類が最初のパス（ｐａｔｈ）で実施され、その後２番
目のパスで実際の符号化が行なわれる。これに対して、
ここで提案する方式は、最初に全体の像の中のエッジを
抽出し、その後各々のブロックを符号化する。前に述べ
た様に、エッジの方向と対応するＤＣＴ係数の分布との
間には相関性がある。従って、この性質を利用すること
により、ブロック内の符号化される最後の係数までの走
査パスを最短にする１組の適当な走査順序を定めること
ができる。言い換えれば、ブロック内の伝送される最後
の係数までの合計ランは、走査順序をブロック毎に適応
型で変えることによって減少することができる。この
為、適応型走査方式は、画質に影響を与えずに、変換係
数に対するコードワードの合計の長さを短縮することが
できる。これは、復号器に於ける逆走査動作の後の係数
は、非適応型符号化と完全に同一でなけばならないから
である。
す。これは、ブロック分類過程が、エッジ情報を用いて
一意的に履行されると云う新しい考えを特徴としてい
る。普通、従来の適応型ＤＣＴ符号化では、ブロックの
分類が最初のパス（ｐａｔｈ）で実施され、その後２番
目のパスで実際の符号化が行なわれる。これに対して、
ここで提案する方式は、最初に全体の像の中のエッジを
抽出し、その後各々のブロックを符号化する。前に述べ
た様に、エッジの方向と対応するＤＣＴ係数の分布との
間には相関性がある。従って、この性質を利用すること
により、ブロック内の符号化される最後の係数までの走
査パスを最短にする１組の適当な走査順序を定めること
ができる。言い換えれば、ブロック内の伝送される最後
の係数までの合計ランは、走査順序をブロック毎に適応
型で変えることによって減少することができる。この
為、適応型走査方式は、画質に影響を与えずに、変換係
数に対するコードワードの合計の長さを短縮することが
できる。これは、復号器に於ける逆走査動作の後の係数
は、非適応型符号化と完全に同一でなけばならないから
である。
【００１６】ＭＰＥＧ−２では、別の走査順序が既に定
められており、そのシンタクスによって、走査順序をジ
グザグ走査順序と別のものとの間で切り換えることがで
きる。適応はフレーム毎に行なわれているが、本実施例
ではブロック毎に行なう。
められており、そのシンタクスによって、走査順序をジ
グザグ走査順序と別のものとの間で切り換えることがで
きる。適応はフレーム毎に行なわれているが、本実施例
ではブロック毎に行なう。
【００１７】ノン・エッジ（エッジのない）ブロックの
ポピュレーションは、像の内容に応じて、平均して約２
０％乃至８０％になる。これは適応型走査に必ずしも有
利でない。エッジのあるブロック（エッジ・ブロック）
に対して１０％の符号化利得が得られても、最低の全体
的な符号化利得が２％になることがある。ノン・エッジ
・ブロックは、エッジ・ブロックよりも、ＤＣＴ領域に
於けるエネルギ圧縮が一層大きいから、ノン・エッジ・
ブロックを１６×１６画素のブロックに統合する。その
後、１６×１６画素のノン・エッジ・ブロックが１６×
１６ ＤＣＴによって変換され、その後ＤＣＴ係数が、
ＤＣ係数から６４番目の係数までジグザグ型で走査さ
れ、これによって８×８ ＤＣＴと同じＶＬＣテーブル
を使うことができる。１６×１６ブロックに対する量子
化マトリクスは、８×８ブロックに対するものと同様に
調製される。これによって、エッジ・ブロックを伝送す
る為に追加のビットが利用できる様になるが、ノン・エ
ッジ・ブロックに於ける品質の劣化を持ち込むことは殆
どない。
ポピュレーションは、像の内容に応じて、平均して約２
０％乃至８０％になる。これは適応型走査に必ずしも有
利でない。エッジのあるブロック（エッジ・ブロック）
に対して１０％の符号化利得が得られても、最低の全体
的な符号化利得が２％になることがある。ノン・エッジ
・ブロックは、エッジ・ブロックよりも、ＤＣＴ領域に
於けるエネルギ圧縮が一層大きいから、ノン・エッジ・
ブロックを１６×１６画素のブロックに統合する。その
後、１６×１６画素のノン・エッジ・ブロックが１６×
１６ ＤＣＴによって変換され、その後ＤＣＴ係数が、
ＤＣ係数から６４番目の係数までジグザグ型で走査さ
れ、これによって８×８ ＤＣＴと同じＶＬＣテーブル
を使うことができる。１６×１６ブロックに対する量子
化マトリクスは、８×８ブロックに対するものと同様に
調製される。これによって、エッジ・ブロックを伝送す
る為に追加のビットが利用できる様になるが、ノン・エ
ッジ・ブロックに於ける品質の劣化を持ち込むことは殆
どない。
【００１８】本発明に係る適応型ＤＣＴ符号化（図５の
ブロック１２）の一実施例の詳細ブロック図を図６に示
す。
ブロック１２）の一実施例の詳細ブロック図を図６に示
す。
【００１９】１．エッジの抽出 入力画像上のエッジを線近似方式により抽出する（図５
のブロック１０）。この方式は、階層型エッジ検出（ｈ
ｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｅｄｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏ
ｎ）と呼ばれる。オーバヘッドを減らす為、減数した像
（ｄｅｃｉｍａｔｅｄ ｉｍａｇｅ）に対してエッジの
抽出を適用する。これは、エッジのデータ、計算の複雑
さ並びに、ブロック分類の為メモリ空間が減少すると云
う利点がある。その結果行なわれるブロックの分類が主
符号化過程、即ち、適応型ＤＣＴ符号化にとって適切で
あることを保証するくらいに、エッジの場所が精密でな
ければならないから、１／４のサイズの像（水平方向も
垂直方向も１／２）を使う。ブロックの分類は若干変更
するが、その違いによっては、全体的な符号化性能の低
下は殆ど起こらない。使う減数フィルタは符号器の選択
に任される。これは、フィルタがその後に続く過程、即
ち、エッジの抽出に余り影響しないからである。エッジ
抽出過程の詳細は後述する。
のブロック１０）。この方式は、階層型エッジ検出（ｈ
ｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｅｄｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏ
ｎ）と呼ばれる。オーバヘッドを減らす為、減数した像
（ｄｅｃｉｍａｔｅｄ ｉｍａｇｅ）に対してエッジの
抽出を適用する。これは、エッジのデータ、計算の複雑
さ並びに、ブロック分類の為メモリ空間が減少すると云
う利点がある。その結果行なわれるブロックの分類が主
符号化過程、即ち、適応型ＤＣＴ符号化にとって適切で
あることを保証するくらいに、エッジの場所が精密でな
ければならないから、１／４のサイズの像（水平方向も
垂直方向も１／２）を使う。ブロックの分類は若干変更
するが、その違いによっては、全体的な符号化性能の低
下は殆ど起こらない。使う減数フィルタは符号器の選択
に任される。これは、フィルタがその後に続く過程、即
ち、エッジの抽出に余り影響しないからである。エッジ
抽出過程の詳細は後述する。
【００２０】２．ブロック分類（図５のブロック１１）
【００２１】この段階では、各々のブロックが例えばＫ
個の類の内の１つ｛Ｃk ，ｋ＝０，…Ｋ−１｝に分類さ
れる。ここで、各々の類は走査順序と関係している。エ
ッジデータは基本的には出発点の座標、方向及び長さで
構成される。従って、再生されたエッジが、エッジの幾
何学的な特徴を示す。ブロック分類の例を図７に示す。
２本のエッジが存在するブロック（マルチ・エッジ・ブ
ロック）がｂ０とｂ１、１本のエッジが存在するブロッ
ク（エッジ・ブロック）がａ０、ａ１、ａ２、ｂ２及び
ｃ０、エッジの存在しないブロック（ノン・エッジ・ブ
ロック）がｃ１及びｃ２の分類される。
個の類の内の１つ｛Ｃk ，ｋ＝０，…Ｋ−１｝に分類さ
れる。ここで、各々の類は走査順序と関係している。エ
ッジデータは基本的には出発点の座標、方向及び長さで
構成される。従って、再生されたエッジが、エッジの幾
何学的な特徴を示す。ブロック分類の例を図７に示す。
２本のエッジが存在するブロック（マルチ・エッジ・ブ
ロック）がｂ０とｂ１、１本のエッジが存在するブロッ
ク（エッジ・ブロック）がａ０、ａ１、ａ２、ｂ２及び
ｃ０、エッジの存在しないブロック（ノン・エッジ・ブ
ロック）がｃ１及びｃ２の分類される。
【００２２】各々のエッジは図８に示す様に、１６の方
向に量子化されるので、各々のブロックは多くて１８個
の類に分類される。即ち、Ｋ＝１８であり、これが１６
個のエッジブロック、１つのマルチ・エッジを持つブロ
ック及び１つのノン・エッジ・ブロックで構成される。
マルチ・エッジを持つブロックは、２つ又は更に多くの
エッジを持つブロックであり、ノン・エッジ・ブロック
は何等エッジを持っていない。１／４サイズの像をエッ
ジの抽出に使う時、８×８ブロックの代わりに、４×４
ブロックを検査する。
向に量子化されるので、各々のブロックは多くて１８個
の類に分類される。即ち、Ｋ＝１８であり、これが１６
個のエッジブロック、１つのマルチ・エッジを持つブロ
ック及び１つのノン・エッジ・ブロックで構成される。
マルチ・エッジを持つブロックは、２つ又は更に多くの
エッジを持つブロックであり、ノン・エッジ・ブロック
は何等エッジを持っていない。１／４サイズの像をエッ
ジの抽出に使う時、８×８ブロックの代わりに、４×４
ブロックを検査する。
【００２３】前に述べた様に、ノン・エッジ・ブロック
は、図９に示す様に１６×１６画素のブロックに統合さ
れる。図９に示す様に８×８であるように残された若干
のノン・エッジ・ブロックは、１６×１６のノン・エッ
ジ・ブロックとは別個に取り扱う。
は、図９に示す様に１６×１６画素のブロックに統合さ
れる。図９に示す様に８×８であるように残された若干
のノン・エッジ・ブロックは、１６×１６のノン・エッ
ジ・ブロックとは別個に取り扱う。
【００２４】３．適応型走査（図５のブロック１２及び
図６の各ブロック） ブロック分類が行なわれた後、各々のブロックが、類に
関連する走査順序で符号化される（図５のブロック１
２）が、詳細には、先ず、入力ブロックに対して可変ブ
ロックサイズＤＣＴの処理が行われる（図６のブロック
１３）。可変ブロックサイズＤＣＴは数式（１）のＭの
値をブロックサイズ（例えば、１６×１６ブロックＤＣ
Ｔの場合はＭ＝１６）とすることで実現できる。ブロッ
クサイズの分類はエッジの有無により行われ、１６×１
６のブロック内にエッジが存在すれば４分割して８×８
ブロックＤＣＴとして処理し、エッジが存在しなければ
１６×１６ブロックＤＣＴとして処理する。次に量子化
が実施されるが（ブロック４）、この動作は図１で説明
された量子化（ブロック２）の動作と基本的には同一で
あるが、本実施例ではブロックの類に依らず、図３の量
子化マトリックスを用いている。適切な数の類は像の形
式、即ち、ブロックＤＣＴ係数の分布に関係するもので
なければならない。その為、像順序を符号化する前に、
何組かの走査順序が限定される融通性を持った制御機構
を採用し、その後、フレーム毎に、その中で各々の類に
対する最適の走査順序を選ぶ（図６のブロック１５）。
シミュレーションでは、５組の走査順序Ｓi ，ｉ＝０，
１…，Ｓ−１（Ｓ＝５）が決められている。Ｓ0 及びＳ
4 が夫々図１０及び１１に示されており、Ｓ2 は図２の
ジグザグ型走査と同一である。Ｓ1 はＳ0 とＳ2 の中間
であり、Ｓ3 もＳ4 とＳ2の中間である。続いて可変長
符号化が行われる（ブロック１６）が、この動作は図１
で説明したＶＬＣ（ブロック３）の動作と同じである。
図６の各ブロック） ブロック分類が行なわれた後、各々のブロックが、類に
関連する走査順序で符号化される（図５のブロック１
２）が、詳細には、先ず、入力ブロックに対して可変ブ
ロックサイズＤＣＴの処理が行われる（図６のブロック
１３）。可変ブロックサイズＤＣＴは数式（１）のＭの
値をブロックサイズ（例えば、１６×１６ブロックＤＣ
Ｔの場合はＭ＝１６）とすることで実現できる。ブロッ
クサイズの分類はエッジの有無により行われ、１６×１
６のブロック内にエッジが存在すれば４分割して８×８
ブロックＤＣＴとして処理し、エッジが存在しなければ
１６×１６ブロックＤＣＴとして処理する。次に量子化
が実施されるが（ブロック４）、この動作は図１で説明
された量子化（ブロック２）の動作と基本的には同一で
あるが、本実施例ではブロックの類に依らず、図３の量
子化マトリックスを用いている。適切な数の類は像の形
式、即ち、ブロックＤＣＴ係数の分布に関係するもので
なければならない。その為、像順序を符号化する前に、
何組かの走査順序が限定される融通性を持った制御機構
を採用し、その後、フレーム毎に、その中で各々の類に
対する最適の走査順序を選ぶ（図６のブロック１５）。
シミュレーションでは、５組の走査順序Ｓi ，ｉ＝０，
１…，Ｓ−１（Ｓ＝５）が決められている。Ｓ0 及びＳ
4 が夫々図１０及び１１に示されており、Ｓ2 は図２の
ジグザグ型走査と同一である。Ｓ1 はＳ0 とＳ2 の中間
であり、Ｓ3 もＳ4 とＳ2の中間である。続いて可変長
符号化が行われる（ブロック１６）が、この動作は図１
で説明したＶＬＣ（ブロック３）の動作と同じである。
【００２５】適応型走査方法がどの様に作用するかを説
明する。ブロックに垂直のエッジが存在すると仮定する
と、伝送すべき対応するＤＣＴ ＡＣ係数は図１２に示
す様になり得る。ブロックがＳ0 に関係したものに分類
されることが予想され、ここで実際にそうなったと仮定
する。その時、ジグザグ走査順序及びＳ0 を用いたＤＣ
Ｔ係数に対するコードワードが表２に示されている。本
実施例においては、ＭＰＥＧ−１で特定されたＶＬＣ及
び量子化が使用される。これにより、ＤＣＴ係数を符号
化する時に８ビットを節約することができる。
明する。ブロックに垂直のエッジが存在すると仮定する
と、伝送すべき対応するＤＣＴ ＡＣ係数は図１２に示
す様になり得る。ブロックがＳ0 に関係したものに分類
されることが予想され、ここで実際にそうなったと仮定
する。その時、ジグザグ走査順序及びＳ0 を用いたＤＣ
Ｔ係数に対するコードワードが表２に示されている。本
実施例においては、ＭＰＥＧ−１で特定されたＶＬＣ及
び量子化が使用される。これにより、ＤＣＴ係数を符号
化する時に８ビットを節約することができる。
【００２６】
【表２】
【００２７】像シーケンスの符号化では、各々の類に対
する最適走査を求める制御ルーチンが必要である。この
為、符号器は、類毎に各々の座標で伝送されるＤＣＴ係
数の発生を計数しなければならない。然し、常にジグザ
グ走査されるので、１６×１６のノン・エッジ・ブロッ
クに対する係数は計数する必要はない。映像を処理した
後、ｓ及びｋが走査順序及び類を表わすものとして、判
定基準δ（ｓ，ｋ）を次の様に計算する。
する最適走査を求める制御ルーチンが必要である。この
為、符号器は、類毎に各々の座標で伝送されるＤＣＴ係
数の発生を計数しなければならない。然し、常にジグザ
グ走査されるので、１６×１６のノン・エッジ・ブロッ
クに対する係数は計数する必要はない。映像を処理した
後、ｓ及びｋが走査順序及び類を表わすものとして、判
定基準δ（ｓ，ｋ）を次の様に計算する。
【数３】 ここでｓ＝０，１…Ｓ−１，及びｋ＝０，１…Ｋ−１で
あり、ｐａｔｈ［ｓ］［ｉ］［ｊ］は走査ｓの（ｉ，
ｊ）に於ける順序、ｃｎｔ［ｋ］［ｉ］［ｊ］は類ｋの
（ｉ，ｊ）に於ける係数の数を表わす。
あり、ｐａｔｈ［ｓ］［ｉ］［ｊ］は走査ｓの（ｉ，
ｊ）に於ける順序、ｃｎｔ［ｋ］［ｉ］［ｊ］は類ｋの
（ｉ，ｊ）に於ける係数の数を表わす。
【００２８】この後、上に述べた判定基準を使って最終
的な判定が下される。
的な判定が下される。
【００２９】
【数４】
【００３０】従って、各々の類に対してどの走査順序が
用いられるかを示すＫ ｌｏｇ2 Ｓビットが、映像を符
号化する前に伝送されなければならない。シミュレーシ
ョンでは、一つの映像で下された判定が次の映像でも使
われ、走査順序の初期状態が次の様に設定された。
用いられるかを示すＫ ｌｏｇ2 Ｓビットが、映像を符
号化する前に伝送されなければならない。シミュレーシ
ョンでは、一つの映像で下された判定が次の映像でも使
われ、走査順序の初期状態が次の様に設定された。
【００３１】
【数５】
【００３２】［エッジの抽出］エッジの抽出（図５のブ
ロック１０）に関して図１３を用いて詳述する。図１３
はエッジの抽出のブロック図を示す。この過程の各部分
を次に説明する。
ロック１０）に関して図１３を用いて詳述する。図１３
はエッジの抽出のブロック図を示す。この過程の各部分
を次に説明する。
【００３３】１．単位エッジの検出（ブロック１８） エッジの場所を突き止める為、最初に、周知のラプラー
ス演算子を入力像に適応し（ブロック１７）、その後、
強度変動が大きい位置、即ち、エッジを表わす２進像
（バイナリ・イメージ）が、μ＋Ｋ・σを用いた閾値作
用によって求められる。ここで、μ，σ及びＫはそれぞ
れ、平均、微分空間の標準偏差及び係数である。８方向
の小さいセグメント・パターンの一例が図１４に示され
ており、これらが、ｎ＝０，１…７として、テンプレー
トＴn によって表わされており、（ｊ，ｋ）に於ける各
々の入口がｔn （ｊ，ｎ）によって表わされる。Λ
（ｘ，ｙ）を、ｊ，ｋ＝０，１，２，３，４として、λ
（ｘ＋ｊ，ｙ＋ｋ）で表わされる、５×５画素領域で構
成された２進像内の部分領域とする。テンプレートＴn
及びΛ（ｘ，ｙ）の間の相互相関Ｒn （ｘ，ｙ）が次の
式によって計算される。
ス演算子を入力像に適応し（ブロック１７）、その後、
強度変動が大きい位置、即ち、エッジを表わす２進像
（バイナリ・イメージ）が、μ＋Ｋ・σを用いた閾値作
用によって求められる。ここで、μ，σ及びＫはそれぞ
れ、平均、微分空間の標準偏差及び係数である。８方向
の小さいセグメント・パターンの一例が図１４に示され
ており、これらが、ｎ＝０，１…７として、テンプレー
トＴn によって表わされており、（ｊ，ｋ）に於ける各
々の入口がｔn （ｊ，ｎ）によって表わされる。Λ
（ｘ，ｙ）を、ｊ，ｋ＝０，１，２，３，４として、λ
（ｘ＋ｊ，ｙ＋ｋ）で表わされる、５×５画素領域で構
成された２進像内の部分領域とする。テンプレートＴn
及びΛ（ｘ，ｙ）の間の相互相関Ｒn （ｘ，ｙ）が次の
式によって計算される。
【００３４】
【数６】
【００３５】この後、Ｒn （ｘ，ｙ）が８に等しいか又
はそれより大きくなる様なｎが存在すれば、ｎ−ビット
平面内の座標（ｘ，ｙ）でフラグを高にする。ここでｎ
は０から７まで変化する。これは、座標（ｘ，ｙ）でテ
ンプレートｔn が整合パターンとして検出されたことを
示す。この過程は２進像全体に適用されなければならな
い。こうして単位エッジが得られる。
はそれより大きくなる様なｎが存在すれば、ｎ−ビット
平面内の座標（ｘ，ｙ）でフラグを高にする。ここでｎ
は０から７まで変化する。これは、座標（ｘ，ｙ）でテ
ンプレートｔn が整合パターンとして検出されたことを
示す。この過程は２進像全体に適用されなければならな
い。こうして単位エッジが得られる。
【００３６】２．マクロエッジの検出（ブロック１９） 単位エッジを抽出した後、図１５に示す様に、マクロエ
ッジの検出が実施される。単位エッジが接続されてマク
ロエッジになる。このマクロエッジは、１６の方向に、
即ち１１．２５°間隔で定められる。検出の出発点は、
８個の内の任意のビット平面のフラグが作用している画
素と定めることができる。こう云う点は、ラスター走査
式に求めて、出発点の下方に接続する探索区域を局限す
ることができる。
ッジの検出が実施される。単位エッジが接続されてマク
ロエッジになる。このマクロエッジは、１６の方向に、
即ち１１．２５°間隔で定められる。検出の出発点は、
８個の内の任意のビット平面のフラグが作用している画
素と定めることができる。こう云う点は、ラスター走査
式に求めて、出発点の下方に接続する探索区域を局限す
ることができる。
【００３７】ｎ−ビット平面内のフラグが作用している
出発点が見つかったと仮定すると、検出過程の方向Ｎが
Ｎ＝２ｎに従って定められ、そこから後続の探索動作が
適用される。探索動作の前にマクロエッジの方向を予め
決定するのはリスクがあるので、考えられる３つの方
向、即ち、Ｎ，Ｎ−１及びＮ＋１の内の最も考えられる
方向を選ぶ。考えられる各々の方向で、各方向に沿った
単位長Ｌunit毎にある各々の接続点（図１５参照）で、
マクロエッジが接続されているかどうかを判断する。
ｎ，（Ｎ−１）／２，又は（Ｎ＋１）／２の何れかのビ
ット平面内のフラグが接続点又はその近辺で、即ち８個
の隣り合う画素で作用していれば、マクロエッジを接続
点まで延長する。こうして得られた３つのマクロエッジ
の候補の内、最も長いものが符号化されるマクロエッジ
となる権利を持つ。一旦マクロエッジが検出されると、
同様なマクロエッジを抽出することを避ける為の後処理
を用いることが望ましい。ｎ，（Ｎ−１）／２，又は
（Ｎ＋１）／２の何れかのビット平面内の抽出されたマ
クロエッジ及びそれに隣り合う８個の画素に対応する一
連の画素を中立とする。これはマクロエッジを減衰させ
る役割を果たし、像内の抽出されるマクロエッジの数を
減らすのを大いに助ける。
出発点が見つかったと仮定すると、検出過程の方向Ｎが
Ｎ＝２ｎに従って定められ、そこから後続の探索動作が
適用される。探索動作の前にマクロエッジの方向を予め
決定するのはリスクがあるので、考えられる３つの方
向、即ち、Ｎ，Ｎ−１及びＮ＋１の内の最も考えられる
方向を選ぶ。考えられる各々の方向で、各方向に沿った
単位長Ｌunit毎にある各々の接続点（図１５参照）で、
マクロエッジが接続されているかどうかを判断する。
ｎ，（Ｎ−１）／２，又は（Ｎ＋１）／２の何れかのビ
ット平面内のフラグが接続点又はその近辺で、即ち８個
の隣り合う画素で作用していれば、マクロエッジを接続
点まで延長する。こうして得られた３つのマクロエッジ
の候補の内、最も長いものが符号化されるマクロエッジ
となる権利を持つ。一旦マクロエッジが検出されると、
同様なマクロエッジを抽出することを避ける為の後処理
を用いることが望ましい。ｎ，（Ｎ−１）／２，又は
（Ｎ＋１）／２の何れかのビット平面内の抽出されたマ
クロエッジ及びそれに隣り合う８個の画素に対応する一
連の画素を中立とする。これはマクロエッジを減衰させ
る役割を果たし、像内の抽出されるマクロエッジの数を
減らすのを大いに助ける。
【００３８】３．エッジデータの符号化 表３はマクロエッジ当たりの符号化されるメッセージで
ある。出発点に関するメッセージは、適正な符号化方式
を使うことによって更に圧縮することができる。
ある。出発点に関するメッセージは、適正な符号化方式
を使うことによって更に圧縮することができる。
【００３９】
【表３】 本発明に係るブロック分類に基づいて、各々の類に対す
る伝送されるＤＣＴ係数の分布を解明する為の予備実験
を実施した。基準モデルとしてＭＰＥＧ−１のＩ映像符
号化を用い、比較を公平にする為、シュミレーション実
験を繰り返して実行して、ビットの合計数が基準モデ
ル、即ち、ＭＰＥＧ−１のそれとなるべく近くなる様に
した。表４は、この実験で得られた統計結果を示す。
る伝送されるＤＣＴ係数の分布を解明する為の予備実験
を実施した。基準モデルとしてＭＰＥＧ−１のＩ映像符
号化を用い、比較を公平にする為、シュミレーション実
験を繰り返して実行して、ビットの合計数が基準モデ
ル、即ち、ＭＰＥＧ−１のそれとなるべく近くなる様に
した。表４は、この実験で得られた統計結果を示す。
【００４０】
【表４】 本発明におけるアルゴリズムがブロック分類の為のビッ
トをかなり節約することができることが認められる。表
に示した幾何学的なエッジ表示に対するデータ速度は常
に１，３２０×ｌｏｇ2 ５である。ここで、１，３２０
は、３５２×２４０サイズの像内にある８×８ブロック
の数に対応し、ｌｏｇ2 ５は各々のブロックに対して５
つの候補の間の走査順序を示す為に必要である。
トをかなり節約することができることが認められる。表
に示した幾何学的なエッジ表示に対するデータ速度は常
に１，３２０×ｌｏｇ2 ５である。ここで、１，３２０
は、３５２×２４０サイズの像内にある８×８ブロック
の数に対応し、ｌｏｇ2 ５は各々のブロックに対して５
つの候補の間の走査順序を示す為に必要である。
【００４１】この結果から、本アルゴリズムが、ビット
を約８％節約することにより、全般的に基準モデルの性
能を凌ぐことが示された。
を約８％節約することにより、全般的に基準モデルの性
能を凌ぐことが示された。
【００４２】上述の様に実施例に関し説明したが、本発
明はこれに限られるものではない。
明はこれに限られるものではない。
【００４３】
【発明の効果】画像信号に対し効率の良い圧縮符号化を
達成する。
達成する。
【図１】従来の適応型ＤＣＴ符号化方式のブロック図。
【図２】ジグザグ走査順序を説明する図。
【図３】デフォルト量子化マトリクスを説明する図。
【図４】エッジ方向とＤＣＴ係数との関係を説明する
図。
図。
【図５】本発明のアルゴリズムを示すブロック図。
【図６】本発明におけるＤＣＴ符号化の一実施例を示す
ブロック図。
ブロック図。
【図７】ブロック分類の一例を示す図。
【図８】各エッジが１６の方向に量子化されることを示
す図。
す図。
【図９】ノン・エッジ・ブロックが統合されることを説
明する図。
明する図。
【図１０】シミュレーションで使用した走査順序Ｓ０を
示す図。
示す図。
【図１１】シミュレーションで使用した走査順序Ｓ４を
示す図。
示す図。
【図１２】ＤＣＴ ＡＣ係数の一例を示す図。
【図１３】本発明におけるエッジ抽出プロセスの一実施
例を示すブロック図。
例を示すブロック図。
【図１４】単位エッジ検出における８方向セグメント・
パターンを示す図。
パターンを示す図。
【図１５】マクロエッジ検出を説明する図。
１０ エッジ抽出ステップ １１ ブロック分類ステップ １２ 適応型ＤＣＴ符号化ステップ １３ 可変ブロックサイズＤＣＴステップ １４ 量子化ステップ １５ 走査順序制御ステップ １６ 可変長符号化ステップ
Claims (1)
- 【請求項１】 入力画像の１フレーム上でエッジを抽出
し、 前記フレームを、前記抽出エッジが存在するブロックと
存在しないブロックに分類し、 前記抽出エッジが存在する前記ブロックについて、エッ
ジの方向と離散コサイン変換係数の分布との間の相関性
に基き最適な走査順序を定めてその走査順序で符号化す
るステップを含む画像信号の符号化方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26887796A JP3967405B2 (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 画像信号の符号化方法 |
| US08/947,575 US6608865B1 (en) | 1996-10-09 | 1997-10-09 | Coding method for video signal based on the correlation between the edge direction and the distribution of the DCT coefficients |
| EP19970308006 EP0836328A3 (en) | 1996-10-09 | 1997-10-09 | A coding method for a video signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26887796A JP3967405B2 (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 画像信号の符号化方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007052344A Division JP4128604B2 (ja) | 2007-03-02 | 2007-03-02 | 画像信号の符号化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10126775A true JPH10126775A (ja) | 1998-05-15 |
| JP3967405B2 JP3967405B2 (ja) | 2007-08-29 |
Family
ID=17464509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26887796A Expired - Fee Related JP3967405B2 (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 画像信号の符号化方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6608865B1 (ja) |
| EP (1) | EP0836328A3 (ja) |
| JP (1) | JP3967405B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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