DE69020424T2

DE69020424T2 - Bildkodierverfahren.

Info

Publication number: DE69020424T2
Application number: DE69020424T
Authority: DE
Inventors: Shigeo Kato; Hidefumi Osawa; Yasuhiko Yasuda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: US5317428A; US5710826A; EP0395394B1; EP0395394A2; EP0395394A3; DE69020424D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Bildkodiersystem bei einem Faksimilegerät oder ein Bildspeichergerät als Bildübertragungsbzw. Bildkommunikationsgerät.

Verwandter Stand der Technik

Als herkömmliches Bildkodiersystem wird allgemein ein durch G3- oder G4-Faksimile dargestelltes Lauflängen-Kodiersystem verwendet, das durch die CCITT ("International Telegraph and Telephone Consultative Committee") empfohlen ist. Gemäß einem derartigen Kodiersystem wird eine Länge (Lauflänge) gezählt, bei der sich weiße Bildelemente oder schwarze Bildelemente fortsetzen, und ein Code, der ihrem Zählwert entspricht, wird aus einer vorbereiteten Codetabelle bestimmt. Die Codetabelle, die bei einem derartigen System verwendet wird, ist auf eine solche Weise gekennzeichnet, daß ein relativ kurzer Code einer langen weißen Folge zugeordnet wird, die häufig in einem Vorlagenbild gesehen wird. Deswegen besteht bei dem Fall, bei dem die statistischen Eigenschaften der Lauflänge sich von denen des Bildes unterscheiden, das als Bezug bei Erzeugung der Codetabelle verwendet wurde, beispielsweise in dem Fall einer Kodierung eines Pseudo-Halbtonbildes, bei dem weiße und schwarze Bildelemente häufig invertiert werden, ein Problem dahingehend, daß eine Anzahl von Codes eine Anzahl von Vorlagendaten übertrifft.
Aus diesem Grund ist als Kodierverfahren, bei dem die Kodierung wirksam selbst bei einem Bild ausgeführt werden kann, so daß eine Schwierigkeit in dem Fall auftritt, wo die Kodierung auf Grundlage einer Lauflänge durchgeführt wurde, ein Kodierverfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein Markow-Modell- Code wie ein arithmetischer Code oder dergleichen verwendet wird.
Der herkömmliche, hinreichend bekannte arithmetische Code basiert auf einer Grundlage, bei dem ein Code durch eine arithmetische Operation erzeugt wird, so daß eine eingegebene Signalfolge auf einen Code eingestellt wird, der durch eine dezimale Binärzahl ausgedrückt wird. Das vorstehend erwähnte Verfahren ist durch den Artikel "Compression of Black/White Images with Arithmetic Coding" von Langdon, Rissanen u.a., IEEE Transactions Com., COM-29, am 6. Juni 1981 und dergleichen veröffentlicht. Gemäß diesem Artikel werden, wenn man annimmt, daß eine eingegebene Signalfolge, die bereits kodiert worden ist, auf S gesetzt wird, eine Wahrscheinlichkeit, mit der ein weniger wahrscheinliches Signal LPS ("less probable symbol") auftritt, auf q, ein Summand des arithmetischen Registers auf A(S) und ein Coderegister auf C(S) gesetzt wird, die folgenden arithmetischen Operationen bei jedem eingegebenen Signal durchgeführt.
A(S&sub1;) = A(S) q A(S) 2-Q (1)
A(S&sub0;) = < A(S) - A(5&sub1;)> &sub1; (2)
< > &sub1; bezeichnet das Abschneiden bei einer effektiven Ziffer von 1 Bits
C(S&sub0;) = C(S) (3)
C(S&sub1;) = C(S) + A(S&sub0;) (4)
Bei dem Fall, bei dem die Kodierdaten Symbole mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS ("most probable symbol") sind (MPS: 0 bei dem vorangehenden Beispiel) werden A(S&sub0;) und C(S&sub0;) zum Kodieren der nächsten Daten verwendet. Demgegenüber werden, falls die Kodierdaten weniger wahrscheinliche Symbole LPS sind (LPS: 1 bei dem vorangehenden Beispiel), A(S&sub1;) und C(S&sub1;) zum Kodieren der nächsten Daten verwendet.
Der nächste Wert von A wird um 2S mal erhöht (S ist eine Ganzzahl von 0 oder höher) und auf einen Wert in einem Bereich von 0,5 ≤ A < 1,0 eingestellt. Das vorstehend beschriebene Verfahren entspricht der Tatsache, daß das arithmetische Register A S-mal in der Hardware verschoben wird. Das Coderegister C wird auch mit derselben Anzahl von Malen nach links verschoben und das Signal, das herausgeschoben wurde, auf einen Code eingestellt. Durch Wiederholen der vorstehend beschriebenen Verarbeitungsschritte werden die Codes gebildet.
Demgegenüber wird gemäß Gleichung (1) durch Annähern der Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols (LPS) durch eine Potenz mit der Basis 2 (2-Q: Q ist eine positive Ganzzahl) die Multiplikation durch eine arithmetische Schiebeoperation ersetzt. Zur weiteren Verbesserung einer derartigen Annäherung ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem g beispielsweise durch ein Polynom mit einer Potenz der Basis 2 wie durch die Gleichung (5) dargestellt angenähert wird. Der Punkt mit dem schlechtesten Wirkungsgrad wird durch die vorstehend beschriebene Annäherung verbessert.
g 2-Q1 + 2-Q2 (5)
Bei der vorstehend beschriebenenen arithmetischen Kodierung ist die Auftrittswahrscheinlichkeit jedoch festgelegt, die durch die Potenz mit der Basis 2 angenähert wurde, und es entsteht ein Fall, bei dem die Kodierung für ein Bild mit einer anderen Auftrittswahrscheinlichkeit nicht effektiv ausgeführt wird.
Deswegen ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem die Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS entsprechend den Merkmalen des zu kodierenden Bildes verändert und eine effektive Kodierung durchgeführt wird, die für ein Bild geeignet ist. Als derartiges Wahrscheinlichkeits-Schätzverfahren ist ein statisches Verfahren eines bedingungslosen Entscheidens einer Wahrscheinlichkeit entsprechend dem Zustand eines Bildelements, das bereits kodiert worden ist, und ein dynamisches Verfahren eines Schätzens der Wahrscheinlichkeit während der Kodierung bekannt.
Bei dem Fall, bei dem die Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS durch das Polynom mit einer Potenz der Basis 2 angenähert wird, wird der Wert der Auftrittswahrscheinlichkeit q ein diskontinuierlicher bzw. unterbrochener Wert. Eine Bedingung, ein Zeitpunkt und dergleichen zum Verändern einer bestimmten Auftrittswahrscheinlichkeit auf eine andere Auftrittswahrscheinlichkeit sind bedeutende Faktoren zum Erreichen der optimalen Kodierung.
Demgegenüber wird wie vorstehend erwähnt bei einem Faksimilegerät als typisches Beispiel eines herkömmlichen Bildkommunikationsgerätes ein MH-Code, ein MR-Code oder dergleichen als System zum Rodieren von schwarzen bzw. weißen binären Daten verwendet. Demgegenüber ist in den vergangenen Jahren die Entwicklung von preisgünstigen Farbdruckern fortgeschritten, und es ist eine Bildkommunikation bzw. Bildübertragung eines Farbbildes und insbesondere eines binären Farbbildes vorgeschlagen worden, das Rot- (R-), Grün- (G-) und Blau- (B-) Da-20 ten, die jeweils aus einem Bit bestehen, oder Gelb- (Y-, "yellow"), Zyan- (C-, "cyan") und Magenta (M-) Daten enthält, die jeweils aus einem Bit bestehen.
Als derartiges Kodiersystem eines binären Farbbildes ist ein Verfahren in Betracht gezogen worden, bei dem drei Farben in jeder Bitebene kodiert werden und das MH- oder MR-Kodiersystem für schwarze bzw. weiße Daten verwendet wird.
Gemäß dem Verfahren zum Kodieren von drei Farben für jede Bitebene besteht ein Problem insofern, als daß durch Kodieren von drei Farben für jede R-, G- und B-Bitebene die Entropien der ursprünglichen RGB-Informationsguellen erhöht werden, so daß der Kodierwirkungsgrad abnimmt. Dies führt typischerweise dazu, daß die Farbkorrelations-lnformationen nicht verwendet werden.
Die Britische Patentanmeldung GB-A-2 154 826 offenbart eine Anordnung, bei der N Farben darstellende Farbbildsignale durch Vorhersagekodierung kodiert werden. Diese Anordnung ist jedoch nicht mit sämtlichen vorstehend erläuterten Nachteilen behaftet.
Die vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Probleme gemacht worden und betrifft ein Bildkodierverfahren, das eine effektive Bildkodierung erreichen kann.
Erfindungsgemäß wird ein Bildkodierverfahren nach Anspruch 1 geschaffen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Kodierers, bei dem die Erfindung angewandt werden kann,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorhersage-Wandlerschaltung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Auffrischschaltung,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Status-Bestimmungsschaltung,
Fig. 5 eine Abbildung, die Bezugs-Bildelemente darstellt,
Fig. 6 ein Diagramm, das Kodierwirkungsgrad-Kurven darstellt,
Fig. 7 ein Blockschaltbild eines arithmetischen Kodierers,
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Bestimmungsschaltung von d durch eine (zeitliche) Aktualisierungs-Entwicklung,
Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Übertragungssystems eines Farbbildes,
Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Bitfolgen-Wandlerschaltung,
Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Kodierers,
Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Vorhersage-Wandlerschaltung,
Fig. 13 ein Blockschaltbild einer Auffrischschaltung,
Fig. 14 ein Blockschaltbild einer Status-Vorhersageschaltung,
Fig. 15 eine Abbildung, die Bezugs-Bildelemente darstellt,
Fig. 16 ein Diagramm, das Kodierwirkungsgrad-Kurven darstellt,
Fig. 17 ein Blockschaltbild eines arithmetischen Kodierers,
Fig. 18 ein Blockschaltbild eines Schaltmechanismusses und
Fig. 19 eine Abbildung, die ein Beispiel von Übertragungsdaten darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 1 ist ein Schaltbild, das ein Ausführungsbeispiel einer Kodiereinrichtung zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung angewandt wird. Ein Bildsignal 100 als binäre Daten (0 oder 1; Weiß oder Schwarz) wird in einen Zeilenspeicher 10 eingegeben, und die Daten einiger Zeilen werden gespeichert. Durch Ausgeben eines Ausgabesignals 103 aus dem Zeilenspeicher 10 in eine Status-Bestimmungsschaltung 11 wird der Status bestimmt, zu dem ein objektives Bildelement in dem Bildsignal 100 gehört. Die Gesamt-Statusanzahl ist durch die Anzahl von Rand-Bildelementen des objektiven Bildelements bestimmt, auf die sich bezogen wird. Angenommen, daß die Anzahl von Bezugs-Bildelementen auf n eingestellt ist, ist die Gesamt-Statusanzahl gleich 2n Ein Statussignal St 104, das den bestimmten Status anzeigt, wird in einen Zählerspeicher 13 und einen Kodierzustandspeicher 14 eingegeben.
Ein Signal höchster Wahrscheinlichkeit MPS 108 als Signal, das wahrscheinlich auftritt, und ein Index I 107, der einen Kodierzustand eines arithmetischen Codes angibt, der nachstehend beschrieben wird, werden in dem Kodierzustandsspeicher 14 von jedem Status gespeichert, was durch das Statussignal St 104 angezeigt wird. Das Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 108 wird in eine Vorhersage-Wandlerschaltung 17 eingegeben. Die Vorhersage-Wandlerschaltung 17 gibt ein YN-Signal 101 aus, das auf "1" gesetzt wird, wenn das Bildsignal 100 mit dem Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 108 übereinstimmt. Das YN-Signal 101 wird in eine Auffrischschaltung 15 eingegeben. Wenn das YN-Signal 101 in der Auffrischschaltung 15 auf "1" gesetzt wird, wird ein Zählwert des entsprechenden Status von den in dem Zählerspeicher 13 von jedem Status gespeicherten Zählwerten um "1" erhöht. Wenn ein in dem Zählerspeicher C 106 gespeicherter Zählwert C 106 mit einem eingestellten Wert MC 105 aus einem Zähltabellen-Festspeicher bzw. -ROM 12 übereinstimmt, wird der Index I 107 in eine solche Richtung (die Richtung zum Verringern der Auftrittswahrscheinlichkeit g des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS) aktualisiert, daß er erhöht wird. (Die Invertierung des Symbols mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS wird nicht ausgeführt.)
Die eingestellte Anzahl MC 105 der in Tabelle 1 abgebildeten Symbole mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS, die entsprechend dem Index I vorbestimmt worden sind, der die Auftrittswahrscheinlichkeit g des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS angibt, wird aus dem Zähltabellen-Festspeicher 12 der Auffrischschaltung 15 zugeführt.
Wenn sich in der Auffrischschaltung 15 das Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 108 von dem Bildelementsignal 100 unterscheidet, d.h. wenn das YN-Signal aus der Vorhersage-Wandlerschaltung 17 auf "0" gesetzt wird, wird der Index I 107 in eine solche Richtung aktualisiert, daß der Index verringert wird (die Richtung zum Erhöhen der Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS). Falls demgegenüber das YN-Signal von "0" eingegeben wird, wenn der Index auf "1" gesetzt ist, wird das Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS invertiert (0 T 1 oder 1 T 0). Ein Ausgangssignal I' 109 und ein Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS' 110 geben Werte des Indexes an, nachdem er aktualisiert worden ist. Diese Werte werden wiederum in dem Kodierzustandsspeicher 14 gespeichert.
Eine Kodierparameter-Bestimmungsschaltung 16 setzt einen Kodierparameter Q 111 eines arithmetischen Codes in einem arithmetischen Kodierer 18 auf Grundlage des Wertes des Indexes 1 107. Bei dem arithmetischen Rodierer 18 wird das YN-Signal 101 aus der Vorhersage-Wandlerschaltung 17 durch Verwendung des Parameters Q 111 arithmetisch kodiert, wodurch ein Code 102 erhalten wird.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Vorhersage-Wandlerschaltung 17. Das Bildsignal 100 und das Symbol mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 108 werden in eine Exklusiv-Nicht- Oder-Schaltung 20 eingegeben. Entsprechend einer logischen Gleichung von Tabelle 2 gibt die Exklusiv-Nicht-Oder-Schaltung 20 das YN-Signal 101 aus, das auf "1" gesetzt wird, wenn das Bildsignal 100 und das Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 108 übereinstimmen, und das auf "0" gesetzt wird, wenn sie sich unterscheiden.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der Auffrischschaltung 15. Wenn das YN-Signal 101 auf "1" gesetzt wird, wird der Zählwert C 106 aus dem Zählerspeicher 13 durch einen Addierer 21 um "1" erhöht und ein Signal C' 112 hergeleitet. Der aktualisierte Zählwert wird mit dem eingestellten Wert MC 105 aus dem Zähltabellen-Festspeicher 12 durch einen Vergleicher 23 verglichen. Wenn der Wert C' mit dem Wert von MC übereinstimmt, wird ein Aktualisierungssignal UPA 113 auf "1" eingestellt. Demgegenüber wird das YN-Signal 101 über einen Invertierer 26 übertragen und wird zu einem Aktualisierungssignal UPB 114. Die Aktualisierungssignale UPA und UPB werden in eine Index-Veränderungsschaltung 25 eingegeben. Die Oder-Verknüpfung von UPA und UPB wird durch eine Öder-Schaltung 27 berechnet. Ein Ausgangssignal 115 der Oder-Schaltung 27 wird als Schaltsignal in eine Wähleinrichtung 22 eingegeben. Wenn das Signal 115 auf "1" gesetzt wird, wählt die Wähleinrichtung 22 ein "0"-Signal 119 aus, damit der Wert des Zählers zurückgesetzt wird. Wenn das Signal 115 auf "0" gesetzt wird, wählt die Wähleinrichtung 22 das Ausgangssignal C' 112 des Addierers 21, gibt es als Zähler-Aktualisierungssignal C" 116 aus und speichert es in dem Zählerspeicher 13.
Ein Signal d 117 (d = 1 als Standardwert) zum Steuern des Aktualisierungs-Teilungspegels des Indexes, die Aktualisierungssignale UPA 113 und UPB 114 sowie der vorliegende Index I 107 aus dem Kodierzustandsspeicher 14 werden in die Index- Veränderungsschaltung 25 eingegeben.
Tabelle 3 gibt Index-Aktualisierungsverfahren bei der Index- Veränderungsschaltung 25 an (Tabelle 3 zeigt die Fälle, bei denen der Aktualisierungs-Teilungspegel derart eingestellt wird, daß d = 1 und d = 2 gelten). Ein aktualisierter Index I' wird durch Bezugnehmen auf die Tabelle hinsichtlich des Eingangssignals 1, der Zustände von d, UPA und UPB bestimmt. Wenn andererseits I = 1 und UPB = 1 gelten, wird ein EX-Signal 118 auf "1" gesetzt. Wenn das EX-Signal auf "1" gesetzt wird, invertiert ein Invertierer 26 das Symbol des aktuellen Symbols mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 108 (0 T 1 oder 1 T 0) und erhält das aktualisierte Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS' 110. Wenn demgegenüber EX = = 0 gilt, wird das aktualisierte Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS' nicht verändert. Die aktualisierten Signale I' 109 und MPS' 110 werden in dem Kodierzustandsspeicher 14 gespeichert und als Index I und Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS für die nächsten Bearbeitungsvorgänge verwendet. Die in Tabelle 3 abgebildeten Aktualisierungsverfahren können auch durch eine Tabelle unter Verwendung eines Festspeichers bzw. ROMS oder dergleichen gebildet und auch durch eine logische Schaltung unter Verwendung von Addierern und Subtrahierern aufgebaut werden.
Wie vorstehend beschrieben wird, wenn die Symbole mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS in der Anzahl, die entsprechend dem Wert des Indexes 1 vorbestimmt ist, der die Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS angibt, das durch das Polynom mit einer Potenz der Basis 2 wie vorstehend beschrieben angenähert wurde, der Index 1 mit d addiert, wodurch die Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS verringert wird, das für den arithmetischen Code verwendet wird. Wenn demgegenüber weniger wahrscheinliche Symbole LPS aufgetreten sind, wird d von dem Index I subtrahiert, wodurch die Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS erhöht wird, das für den arithmetischen Code verwendet wird. Wenn demgegenüber die Symbole in dem Zustand aufgetreten sind, bei dem der Index I auf "1" gesetzt wird, bei dem die Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS 0,5 beträgt, wird das Symbol mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS invertiert.
Wie vorstehend beschrieben kann durch Aktualisieren des Indexes und des Symbols mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS, damit sie an das eingegebene Bild angepaßt werden, die arithmetische Kodierung mit einem hohen Kodierwirkungsgrad erreicht werden.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der Status-Bestimmungsschaltung 11. Vier in Fig. 5 abgebildete Bildelemente A, B, C und D werden als Bezugs-Bildelemente zum Bestimmen des Status verwendet. Das Zeichen "*" stellt eine Position des zu kodierenden objektiven Bildelements dar. Bezugszeichen 42, 43, 44 und 45 bezeichnen Zwischenspeicher. Der A-Zwischenspeicher 42 speichert die Daten des vorangehenden Bildelements des Bildsignals 100 des objektiven Bildelements *. Gemäß Fig. 5 speichert der B-Zwischenspeicher 43 die Daten an der Stelle, die der vorliegenden objektiven Bildelementposition um ein Bildelement eine Zeile vorher vorangeht. Der C-Zwischenspeicher 44 speichert die Daten an der vorliegenden objektiven Bildelementposition von einer Zeile davor. Der D-Zwischenspeicher 45 speichert die Daten an der Stelle ein Bildelement nach der vorliegenden objektiven Bildelementposition von einer Zeile vorher. Die zwischengespeicherten Daten dieser Zwischenspeicher werden in einen Dekodierer 41 eingegeben. Ein Ausgangssignal aus dem Dekodierer 41 wird als das Statussignal St 104 (0 bis 15) verwendet, das 16 Status anzeigt. Die Anzahl von Bezugs-Bildelementen ist nicht auf vier beschränkt.
Fig. 6 stellt Kodierwirkungsgrad-Kurven von arithmetischen Codes dar, die gemäß dem Ausführungsbeispiel verwendet werden. Der Wert des Indexes 1 wird durch einen Kleinbuchstaben i dargestellt. Die Kurven sind durch die Gleichung (6) dargestellt, wenn die Auftrittswahrscheinlichkeit des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS auf q und die Annäherungswahrscheinlichkeit bei der Kodierung auf qei eingestellt werden. Der Index I wird nacheinander auf 1, 2, 3 ... in der Richtung von dem großen Wert der Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS zu dem kleinen Wert eingestellt.
η = [-qlog&sub2;q-(1-q)log&sub2;(1-q)]/[-qlog&sub2;qei-(1-q)log&sub2;(1-qei)] (6)
Der Zähler gibt eine Entropie an und qei wird auf einen Wert eingestellt, der durch die Gleichung (7) angegeben wird.
qei = q&sub1; + q&sub2; (7)
q&sub1; und q&sub2; werden auf Werte eingestellt, die durch das Polynom einer Potenz mit der Basis 2 angenähert werden, und in Tabelle 4 angegeben sind. Die Werte q&sub1; und q&sub2; sind beispielsweise durch die Gleichungen (8) bis (10) angegeben.
qe1 = 2&supmin;² + 2&supmin;² (8)
qe2 = 2&supmin;¹ + 2&supmin;&sup4; (9)
qe3 = 2&supmin;² + 2&supmin;³ (10)
qei an dem Spitzenpunkt, an dem ein Wirkungsgrad kauf 1,0 bei der vorstehenden Wahrscheinlichkeit eingestellt wird, wird nachstehend als effektive Wahrscheinlichkeit bezeichnet. Demgegenüber wird eine Schnittstelle der Wirkungsgradkurve als Grenzwahrscheinlichkeit qbi bezeichnet. Es ist natürlich selbstverständlich, daß der Wirkungsgrad durch eine Kodierung verbessert wird, indem die benachbarten effektiven Wahrscheinlichkeiten um die Grenzwahrscheinlichkeit herum als Wendepunkt verwendet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird gemäß Gleichung (5) die effektive Wahrscheinlichkeit qei gemäß Tabelle 4 aus den Wahrscheinlichkeiten ausgewählt, die durch zwei Ausdrücke angenähert werden können. Andererseits bezeichnen Q&sub1;, Q&sub2; und Q&sub3; in Tabelle 4 Parameter QC 111, die zu dem arithmetischen Kodierer 18 gesendet werden. Das bedeutet, daß Q&sub1; und Q&sub2; Schiebewerte bezeichnen, die in Schieberegister eingegeben werden. Die Berechnung mit der Potenz zur Basis 2 wird durch arithmetische Schiebeoperationen durchgeführt. Q&sub3; stellt einen Koeffizienten des zweiten Ausdrucks dar und wird zum Umschalten zwischen (+) und (-) verwendet.
Der Wert MC in Tabelle 1 wird auffolgende Weise bestimmt.
Das bedeutet, daß, wenn man annimmt, daß die Anzahl von weniger wahrscheinlichen Symbolen LPS auf NL und die Anzahl von Symbolen mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS auf NM eingestellt werden, ist die Auftrittswahrscheinlichkeit der weniger wahrscheinlichen Symbole LPS durch die Gleichung (11) gegeben ist.
q = NL/(NM + NL) (11)
Die Gleichung (12) wird durch Auflösen der Gleichung (11) nach NM erhalten.
NM = [NL (1/q - 1)] (12),
wobei [x] bedeutet, daß die Stellen hinter einem Dezimalpunkt um eine Einheit erhöht werden. Durch Einsetzen der in Fig. 6 dargestellten Grenzwahrscheinlichkeit qbi gemäß Fig. 6 in die Gleichung (12) wird die Anzahl NMi der Symbole mit der höchsten Wahrscheinlichkeit (MPS) berechnet, die dort aufgetreten ist. Deswegen wird MC durch die Gleichung (13) berechnet
MCi = NMi+1 - NMi (13)
Die Werte von MC in Tabelle 1 werden durch die Berechnungen auf Grundlage der Gleichungen (11), (12) und (13) unter der Annahme erhalten, daß NL = 2 beträgt.
Wie vorstehend erwähnt wird gemäß Fig. 6 die Anzahl NMi der Symbole mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS, die jedem Index 1 entspricht, auf der Grundlage jeder Grenzwahrscheinlichkeit qbi erhalten und der Unterschied zwischen den Anzahlen NM der Symbole mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS der benachbarten Indizes wird auf den Wert MC für jeden Index I eingestellt.
Der Wert MC wird mit der Anzahl von Symbolen mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS verglichen, die wie vorstehend beschrieben auftreten. Wenn der Wert MC mit der Anzahl von Symbolen mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS übereinstimmt, wird der Zustand in diesem Fall als der Zustand bestimmt, bei dem die Kodierung unter Verwendung des benachbarten Indexes I geeignet ist, so daß der Index I verändert wird. Aufgrunddessen wird der Index zu einem geeigneten Zeitpunkt auf der Grundlage der Anzahl von auftretenden Symbolen mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS verändert. Außerdem kann die Kodierung unter Verwendung des optimalen Indexes 1 adaptiv durchgeführt werden.
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild des arithmetischen Kodierers.
Von den Steuersignalen Qc 111 (Tabelle 4), die durch die Kodierparameter-Bestimmungsschaltung 16 bestimmt wurden, wird Q&sub1; in ein Schiebergister A 70, Q&sub2; in ein Schieberegister B 71 und Q&sub3; in eine Wähleinrichtung 72 eingegeben. Q&sub1; und Q&sub2; geben den Schieberegistern A und B Befehle, um welche Anzahl von Bits ein Summensignal As 123 jeweils nach rechts verschoben wird. Infolge der Verschiebung werden Ausgangssignale 130 und 131 erhalten.
Ein Komplement des Signals 131 wird durch einen Invertierer 76 erhalten. Die Wähleinrichtung 72 wählt entweder das Signal 131 oder ein Ausgangssignal des Invertierers 76 auf der Grundlage des Steuersignals Q&sub3; aus und erhält ein Ausgangssignal 132. Ein Addierer 73 addiert das Signal 130 aus dem Schieberegister A 70 und das Signal 132 aus der Wähleinrichtung 72 und gibt ein Signal As&sub1; 124 aus. Ein Subtrahierer 74 subtrahiert das Signal As&sub1; 124 von dem Signal As 123 und erhält ein Signal As&sub0; 125. Eine Wähleinrichtung 75 wählt entweder das Signal As&sub0; 125 oder das Signal As&sub1; 124 auf der Grundlage des YN-Signals 101 aus. Das bedeutet, daß, wenn das YN- Signal auf "1" gesetzt wird, das Signal As&sub0; ausgewählt wird. Wenn das YN-Signal auf "0" gesetzt wird, wird das Signal As&sub1; ausgewählt. Auf diese Weise wird ein Signal A' 126 ausgegeben. Eine Versatz- bzw. Schiebeschaltung 80 verschiebt das A'-Signal nach links, bis das höchstwertige Bit des A'-Signals auf "1" gesetzt ist. Infolge dieses Schiebens wird ein As'-Signal 127 hergeleitet. Ein Versatz- bzw. Schiebesignal 132, das der Anzahl der Male der Schiebeoperationen entspricht, wird in ein Coderegister 79 eingegeben. Die Bits in der Anzahl, die der Anzahl der Male der Schiebeoperationen entspricht, wird nacheinander aus dem coderegister 79 entsprechend der Reihenfolge aus dem niedrigstwertigen Bit ausgelesen, so daß Codedaten 130 hergeleitet werden.
Die Codedaten 130 werden durch ein (nicht dargestelltes) Bitverarbeitungsverfahren in einer solchen Weise verarbeitet, daß die Anzahl von ununterbrochenen Bits von "1" auf eine begrenzte Anzahl gesetzt wird und die verarbeiteten Daten zu einem (nicht dargestellten) Empfänger gesendet werden.
Demgegenüber wird ein Inhalt CR 128 des Coderegisters 79 durch einen Addierer 79 zu dem Signal As&sub0; 125. Das sich ergebende Signal wird in eine Wähleinrichtung 78 eingegeben. Das Signal CR 128, das nicht zu dem Signal As&sub0; 125 addiert wird, wird auch in die Wähleinrichtung 78 eingegeben. Auf diese Weise wird ein CR'-Signal 129 ausgegeben, das auf CR' = CR gesetzt wird, wenn das YN-Signal 101 auf "1" gesetzt wird, und das auf CR' = CR + As&sub0; gesetzt wird, wenn YN = "0" ausgegeben wird. Das vorstehend beschriebene Schiebeverfahren bezüglich des Coderegisters 79 wird für das CR'-Signal ausgeführt.
Das Signal d 117 in der Auffrischschaltung gemäß Fig. 3 kann auch derart eingestellt werden, daß d = 1 ist. Die Folgegeschwindigkeit kann auch wie nachstehend beschrieben noch höher eingestellt werden.
Fig. 8 ist ein Blockschaltbild der Bestimmungsschaltung von d.
Wenn eines von den UPA- und UPB-Signalen auf "1" gesetzt worden ist, wird es durch eine Exklusiv-Oder-Schaltung 81 erfaßt und ein Erfassungssignal 140 ausgegeben. Wenn das Ausgangssignal 140 auf "1" gesetzt wird, werden Zwischenspeicher 83 und 87 derart gesteuert, daß die zeitlichen Entwicklungen der letzten paar Male der UPA- und UPB-Signale gespeichert werden. Wenn ein Signal 146 auf "1" gesetzt wird, bedeutet dies gemäß Tabelle 5, daß das UPA-Signal auf "1" gesetzt worden ist. Wenn das Signal 146 auf "0" gesetzt wird, bedeutet dies, daß das UPB-signal auf "1" gesetzt worden ist. Ausgangssignale 141 bis 145 aus den Zwischenspeichern 83 bis 87 werden einer Bestimmungsschaltung 88 zugeführt. Ein Bestimmungssignal 147, das beispielsweise anzeigt, ob sämtliche von den Ausgangssignalen 141 bis 145 auf "1" oder "0" gesetzt werden oder nicht, wird zu einer "d"-Einstellschaltung 89 aus der Bestimmungsschaltung 88 ausgegeben.
Die "d"-Einstellschaltung 89 gibt das d-Signal 117 aus, das auf d = 2 gesetzt wird, wenn sämtliche der Ausgangssignale 141 bis 145 auf "1" oder "0" gesetzt werden, und das auf d = 1 in allen anderen Fällen gesetzt wird. Auf diese Weise können die Tabellen gemäß Tabelle 3 umgeschaltet werden.
Falls sich wie vorstehend erwähnt die Aktualisierungsprozesse des Indexes fortsetzen, da die Aktualisierungsbreite des Indexes auf einen großen Wert eingestellt wird, kann die Verfolgung des Indexes 1 entsprechend dem Bild richtig ausgeführt werden.
Andererseits kann, obwohl gemäß dem Ausführungsbeispiel der wert d auf eine positive Ganzzahl eingestellt worden ist, die Schaltung auch verändert werden, damit ein Wert von d = 1/2, 1/4 oder dergleichen erhalten wird.
Obwohl die Auftrittswahrscheinlichkeit des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS durch die Addition und Subtraktion von zwei Ausdrücken mit Potenzen mit der Basis 2 angenähert worden ist, ist die Anzahl der Ausdrücke nicht nur auf zwei beschränkt.
Wie vorstehend beschrieben kann der Index zum Bestimmen der Parameter für die arithmetische Kodierung bei dem optimalen Aktualisierungs-Zeitpunkt entsprechend den Auftrittszuständen des Symbols mit der höchsten Wahrscheinlichkeit und des weniger wahrscheinlichen Symbols aktualisiert werden, und die Kodierung, die für das eingegebene Bild adaptiv ist, kann vorzugsweise ausgeführt werden. Außerdem ist es durch Verändern der Aktualisierungsbreite durch die zeitliche Aktualisierungs-Entwicklung möglich, das Bildkodiersystem zu verwirklichen, das vorzugsweise der Veränderung der Übereinstimmungswahrscheinlichkeit der Vorhersage nach Abschluß der Vorhersage-Umwandlung des Bildes folgt.
Obwohl das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Kodierung bei einem binären Schwarzweiß-Bildsignal beschrieben worden ist, wird nachstehend ein Beispiel eines Aufbaus bei dem Fall beschrieben, bei dem die Erfindung bei der Kodierung eines Farbbildes angewandt worden ist.
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel eines Farbbild-Übertragungssystems zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung angewandt wird. Eingegebene RGB-Daten 200 bis 202, die jeweils aus einem Bit bestehen und jedes Bildelement eines Farbbildes angeben, werden durch einen Bitfolgenwandler in ein Bitfolgensignal D 203 umgewandelt. Beispielsweise weist gemäß Tabelle 6 ein Bitfolgensignal&sub1; das bei dem Ausführungsbeispiel verwendet wird, eine Länge von einem bis sieben Bits für jedes Farb-Bildelement von Weiß, Schwarz, Rot, Grün, Blau, Zyan, Magenta und Gelb in einer solchen Weise auf, daß das Signal für Weiß auf "1" und auf "01" für Schwarz eingestellt wird. Wenn das erste (höchstwertige) Bit des Bitfolgensignals auf "1" gesetzt wird, wird das Farbsignal als Weiß bestimmt. Wenn demgegenüber das höchstwertige Bit auf "0" gesetzt wird, wird entschieden, daß das Farbsignal eine andere Farbe als Weiß aufweist. In dem Fall einer anderen Farbe als Weiß wird das zweite Bit geprüft. Falls das zweite Bit auf "1" gesetzt wird, gibt das Farbsignal Schwarz an. Wenn das zweite Bit auf "0" gesetzt wird, gibt das Farbsignal eine andere Farbe als Schwarz an. Durch Wiederholen der Prozesse, die ähnlich wie vorstehend beschrieben sind, gibt das Farbsignal Magenta an, wenn das siebte (niedrigstwertige) Bit auf "1" gesetzt wird. Wenn das niedrigstwertige Bit auf "0" gesetzt wird, gibt das Farbsignal Gelb an. Ein Verfahren zum Zuordnen der Bits in der Bitfolgenwandlung ist nicht auf das in der Tabelle dargestellte beschränkt.
Das Bitfolgensignal D 203, das aus dem Bitfolgenwandler 30 ausgesendet wird, wird zu einem Kodierer 31 gesendet. Demgegenüber ist ein Bt-Signal 204, das angibt, welche Anzahl von Bits des Bitfolgensignals ausgegeben worden ist, aus dem Bitfolgenwandler 30 zu einer Status-Vorhersageschaltung 33 ausgegeben worden.
Demgegenüber werden die eingegebenen Daten 200 bis 202 in einem Zeilenspeicher 32 mit einer Kapazität von einer Vielzahl von Zeilen gespeichert und als Ausgangssignal 205 zusammen mit den Informationen von ein paar Zeilen vorher zu der Status-Vorhersageschaltung 33 ausgegeben. In der Status-vorhersageschaltung 33 wird der Kodierstatus jedes Bits des zu kodierenden Bitfolgensignals auf der Grundlage des Ausgangssignals aus dem Zeilenspeicher 32 bestimmt, und das Bt-Signal 204 und ein statussignal St 206 werden ausgegeben, die den Kodierzustand anzeigen.
Der Kodierer 31 erzeugt einen Code 27 durch die Kodierung unter Verwendung eines Markow-Modell-Codes wie eines arithmetischen Codes auf der Grundlage des Bitfolgensignals D 203 und des Statussignals St 206 wie nachstehend beschrieben und überträgt ihn zu einem Dekodierer 34.
Der Dekodierer 34 führt eine Dekodierverarbeitung für den übertragenen Code 207 aus, so daß ein Dekodierbitfolgensignal D' 208 gebildet wird. Das Signal D' 208 wird durch einen RGB- Wandler 35 in binäre Farben R', G' und B' rückgewandelt, die jeweils aus einem Bit bestehen. Auf der Grundlage der binären Farben wird ein Farbbild angezeigt oder aufgezeichnet. Es ist aus Tabelle 6 ersichtlich, daß bei dem RGB-Wandler 35 durch Zählen der Anzahl der Bits "0", die dem Bit "1" des Signals D' 208 folgen, die Farbsignale R', G' und B' bestimmt werden können, die durch das Dekodierbitfolgensignal D' 208 angezeigt werden.
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild des Bitfolgenwandlers 30. Die eingegebenen Daten 200 bis 202 werden mit jedem Bildelement in ein sieben Bit breites Signal 212 gemäß Tabelle 6 auf Grundlage einer Tabelle 36 wie einem Festspeicher bzw. ROM oder dergleichen umgewandelt und in eine Signalausgabeeinheit 37 eingegeben. Die Signalausgabeeinheit 37 weist die Form eines Schieberegisters auf. Das sieben Bit breite Eingangssignal 212 wird parallel in die Signalausgabeeinheit 37 eingegeben und bitweise entsprechend der Reihenfolge aus dem höchstwertigen Bit seriell ausgegeben, so daß das Bitfolgensignal D 203 erhalten wird. Wenn das Bitfolgensignal auf "1" gesetzt wird oder wenn sieben Bits "0" ausgegeben werden, beendet die Signalausgabeeinheit 37 die Ausgabe der Farbsignale eines Bildelements und empfängt die nächsten eingegebenen Daten. Andererseits wird das Signal Bt 204, das anzeigt, welche Anzahl von Bits des Bitfolgensignals zur Zeit ausgegeben wird, aus der Signalausgabeeinheit 37 ausgegeben.
Wie vorstehend erwähnt kann durch Wandeln der Bitfolge und Kodieren des Farbbildsignals, das durch die Farbkomponentensignale jedes Bits von R, G und B dargestellt ist, die Kodierung ausgeführt werden, während die Farbkorrelation beibehalten wird, ohne daß R, G und B mit der Korrelation einzeln kodiert werden. Andererseits kann, wenn die Kodierung ausgeführt wird, während das objektive Bildelement wie bei der arithmetischen Kodierung vorhergesagt wird, die Vorhersage und Kodierung der Farbinformationen ausgeführt werden, ohne die Vorhersage und Kodierung jeder R-, G- und B-Komponente auszuführen. Der Kodierwirkungsgrad kann verbessert werden.
Da andererseits jede R-, G- und B-Farbkomponente, die die Farbe jedes Bildelements anzeigt, als eine Datenart ausgedrückt wird, können bei der Dekodierung durch Dekodieren einer Datenart die R-, G- und B-Signale, die jedem Bildelement entsprechen, in einem Teil erhalten und das Farbbild sofort erzeugt werden.
Fig. 11 ist ein Blockschaltbild des Kodierers 31.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Kodierung unter Verwendung des arithmetischen Codes durchgeführt.
Bei dem arithmetischen Code kann, da der Wert Q, der die Auftrittswahrscheinlichkeit des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS angibt, zwischen allen Kodierdaten umgeschaltet werden kann, der Wahrscheinlichkeits-Schätzabschnitt von dem Kodierabschnitt getrennt werden.
Dieses Ausführungsbeispiel verwendet ein dynamisches Verfahren zum Schätzen der Wahrscheinlichkeit während Ausführung der Kodierung.
Nachstehend wird ein Blockschaltbild des Kodierers 31 in Fig. 11 zum Ausführen der vorstehend beschriebenen arithmetischen Kodierung beschrieben.
Das Statussignal St 206 aus der Status-Vorhersageschaltung 33 wird in einen Zählerspeicher 53 und einen Kodierzustandsspeicher 54 eingegeben.
Ein Symbol mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS 158 als Symbol, das wahrscheinlich auftritt, und ein Index I 157, der den Kodierzustand einschließlich der Auftrittswahrscheinlichkeit des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS des arithmetischen Codes angibt, der nachstehend beschrieben wird, werden in dem Kodierzustandsspeicher 54 von jedem Status gespeichert, was durch das Statussignal St 206 ausgedrückt wird. Das Symbol mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 158 wird in eine Vorhersage-Wandlerschaltung 57 eingegeben. Die Vorhersage-Wandlerschaltung 57 erzeugt ein YN-Signal 151, das auf "1" gesetzt wird, wenn das Bitfolgensignal D 203 mit dem Symbol mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 158 übereinstimmt. Das YN-Signal 151 wird in eine Auffrischschaltung 55 eingegeben. In der Auffrischschaltung 55 wird, wenn das YN- Signal auf "1" gesetzt wird, der Zählwert des entsprechenden Zustands von den in dem Zählerspeicher 53 gespeicherten Zählwerten erhöht. Wenn ein in dem Zählerspeicher 53 gespeicherter Zählwert C 156 mit einem eingestellten Wert MC 155 aus einem Zähltabellen-Festspeicher 52 übereinstimmt, wird der Index I 157 in einer ansteigenden Richtung aktualisiert (der Richtung zum Verringern der Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS). (Das Symbol mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS wird nicht invertiert.)
Der Zähltabellen-Festspeicher 52 führt der Auffrischschaltung 55 die Anzahl MC 155 von Symbolen mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS gemäß Tabelle 1 zu, die entsprechend dem Index I vorbestimmt worden ist, der die Auftrittswahrscheinlichkeit des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS angibt.
Demgegenüber wird bei der Auffrischschaltung 55, wenn sich das Symbol mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 158 und das Bildelementsignal S 203 unterscheiden, d.h. wenn das YN- Signal aus der Vorhersage-Wandlerschaltung 57 auf "0" gesetzt wird, der Index I 157 in einer abnehmenden Richtung (der Richtung zum Erhöhen der Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS) aktualisiert. Falls andererseits das YN-Signal "0" eingegeben wird, wenn der Index I auf "1" gesetzt wird, wird das Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS invertiert (0 T 1 oder 1 T 0). Ausgangssignale I' 159 und MPS' 160 geben Werte des Indexes nach Abschluß des Aktualisierungsverfahrens an und werden wiederum in dem Kodierzustandsspeicher 54 gespeichert.
Eine Kodierparameter-Bestimmungsschaltung 56 stellt einen Kodierparameter Q 161 des aritmethischen Codes in einem arithmetischen Kodierer 58 auf der Grundlage des Wertes des Indexes I 157 ein. In dem arithmetischen Kodierer 58 wird das YN- Signal 151 aus der Vorhersage-Wandlerschaltung 57 unter Verwendung des Parameters Q 161 arithmetisch kodiert, wodurch ein Code 152 erhalten wird.
Durch vorheriges Eingeben eines Anfangswertes in den Kodierzustandsspeicher 54 und durch Verhindern, daß I und MPS aktualisiert werden, kann die statistische Kodierung leicht verwirklicht werden.
Fig. 12 ist ein Blockschaltbild der Vorhersage-Wandlerschaltung 57. Das Bitfolgensignal D 203 und das Symbol mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 158 werden in eine Exklusiv- Oder-Nicht-Schaltung 59 eingegeben. Gemäß der logischen Gleichung von Tabelle 2 wird das YN-Signal 151, das auf "1" gesetzt wird, wenn das Bitfolgensignal D 203 und das Symbol mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 158 übereinstimmen, und das auf "0" gesetzt wird, wenn sie sich unterscheiden, aus der Exklusiv-Oder-Nicht-Schaltung 59 ausgegeben.
Fig. 13 ist ein Blockschaltbild der Aktualisierungsschaltung 55. Wenn das YN-Signal 151 auf "1" gesetzt wird, wird der Zählwert C 156 aus dem Zählerspeicher 53 durch einen Addierer 31 um "1" erhöht, so daß ein Signal C' 162 erhalten wird. Der Wert C' wird mit MC 155 aus dem Zähltabellen-Festspeicher 52 durch einen Vergleicher 33 verglichen. Wenn der Wert C' mit dem Wert MC übereinstimmt, wird ein Aktualisierungssignal UPA 163 auf "1" gesetzt. Demgegenüber wird das YN-Signal 151 durch einen Invertierer 34 übertragen und wird zu einem Aktualisierungssignal UPB 164. Die Aktualisierungssignale UPA und UPB werden in eine Index-Veränderungsschaltung 35 eingegeben. Die Oder-Verknüpfung von UPA und UPB wird durch eine Oder-Schaltung 37 berechnet. Ein Ausgangssignal 165 der Oder-Schaltung 37 wird zu einem Schaltsignal einer Wähleinrichtung 32. Wenn das Signal 165 auf "1" gesetzt wird, wählt die Wähleinrichtung 32 ein "0"-Signal 169 aus, damit der Wert des Zählers zurückgesetzt wird. In den anderen Fällen wählt die Wähleinrichtung 32 das Ausgangssignal C' 162 des Addierers 31 aus. Das ausgewählte Signal wird als Zähler-Aktualisierungssignal C" 166 ausgegeben und in dem Zählerspeicher 53 gespeichert.
Ein Signal d 167 (d = 1 als Standardwert) zum Steuern des Aktualisierungs-Teilungspegels des Indexes, die Aktualisierungssignale UPA 163 und UPB 164 sowie der vorliegende Index I 157 aus dem Kodierzustandsspeicher 54 werden in die Index- Veränderungsschaltung 35 eingegeben.
Tabelle 3 gibt Index-Aktualisierungsverfahren bei der Index- Veränderungsschaltung 35 an (Tabelle 3 zeigt die Fälle, bei denen der Aktualisierungs-Teilungspegel derart eingestellt wird, daß d = 1 und d = 2 gelten). Der aktualisierte Index I' wird durch Bezugnehmen auf die Tabelle hinsichtlich des Eingangssignals 1, der Zustände von d, UPA und UPB bestimmt. Wenn andererseits 1 = 1 und UPB = 1 gelten, wird ein EX-Signal 168 auf "1" gesetzt. Wenn das EX-Signal auf "1" gesetzt wird, invertiert ein Invertierer 36 das aktuelle Symbol mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS 158 (0 T 1 oder 1 T 0), wodurch das aktualisierte Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS' 160 erhalten wird. Wenn demgegenüber das EX-Signal auf "0" gesetzt wird, wird das aktualisierte Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS' nicht verändert. Die aktualisierten Signale I' 159 und MPS' 160 werden in dem Kodierzustandsspeicher 54 gespeichert und als Index I und Signal mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS für die nächsten Bearbeitungsvorgänge verwendet. Das in Tabelle 3 abgebildete Aktualisierungsverfahren kann auch durch eine Tabelle unter Verwendung eines Festspeichers bzw. ROMs oder dergleichen gebildet und auch durch logische Schaltungen unter Verwendung von Addierern und Subtrahierern aufgebaut werden.
Wie vorstehend beschrieben wird, wenn die Symbole mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS in der Anzahl, die entsprechend dem Wert des Indexes 1 vorbestimmt ist, der die Auftrittswahrscheinlichkeit q des aufgetretenen weniger wahrscheinlichen Symbols LPS angibt, das durch das Polynom mit einer Potenz der Basis 2 angenähert wurde, der Index I mit d addiert und die Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS verringert, das für den arithmetischen Code verwendet wird. Wenn demgegenüber weniger wahrscheinliche Symbole LPS aufgetreten sind, wird d von dem Index I subtrahiert und die Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS erhöht, das für den arithmetischen Code verwendet wird. Wenn demgegenüber die weniger wahrscheinlichen Symbole LPS in dem Zustand aufgetreten sind, bei dem der Index I auf "1" gesetzt wird, bei dem die Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS 0,5 beträgt, wird das Symbol mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS invertiert.
Wie vorstehend beschrieben kann durch Aktualisieren des Indexes und des Symbols mit der höchsten Wahrscheinlichkeit MPS, damit sie an das eingegebene Bild angepaßt werden, die arithmetische Kodierung mit einem hohen Kodierwirkungsgrad ausgeführt werden.
Fig. 14 ist ein Blockschaltbild der Status-Bestimmungsschaltung 33. Vier in Fig. 15 abgebildete Bildelemente A, B, C und D werden als Bezugs-Bildelemente zum Vorhersagen des Status verwendet. Jedes der Bezugs-Bildelemente besteht aus drei Bits, die "1" oder "0" von R, G und B anzeigen. Das Zeichen "*" stellt eine Position des zu kodierenden objektiven Bildelements dar. In Fig. 14 bezeichnen Bezugszeichen 62, 63, 64 und 65 Zwischenspeicher. Der A-Zwischenspeicher 62 speichert die drei Bit breiten RGB-Daten eines Bildelements vor dem zu kodierenden Bildelement. Gemäß Fig. 15 speichert der B-Zwischenspeicher 63 die drei Bit breiten Daten an der Stelle, die um ein Bildelement der objektiven Bildelement-Position einer heile vorher vorangeht. Der C-Zwischenspeicher 64 speichert die drei Bit breiten Daten an der objektiven Bildelementposition von einer Zeile davor. Der D-Zwischenspeicher 65 speichert die drei Bit breiten Daten an der Stelle, die ein Bildelement nach der objektiven Bildelementposition von einer zeile vorher ist. Diese zwischengespeicherten Daten werden in einen Festspeicher bzw. ROM 21 eingegeben. Das Statussignal St 206 wird aus dem Festspeicher 61 ausgegeben Die Anzahl von Bezugs-Bildelementen ist nicht auf vier beschränkt.
Das bedeutet, daß bei der Status-Vorhersageschaltung 33 die Farbe (eine aus acht Farben in Tabelle 6) des objektiven Bildelements auf der Grundlage der zwischengespeicherten Daten in den Zwischenspeichern 62 bis 65 vorhergesagt und das Statussignal St 206 ausgegeben wird, das den Status jedes Bits des Bitfolgensignals anzeigt, das die vorhergesagte Farbe anzeigt.
Fig. 16 stellt Kodierwirkungsgrad-Kurven des arithmetischen Codes dar, der gemäß dem Ausführungsbeispiel verwendet wird. Der Wert des Indexes I wird nachstehend durch einen Kleinbuchstaben i dargestellt. Die Kurve ist durch die Gleichung (14) dargestellt, wenn angenommen wird, daß die Auftrittswahrscheinlichkeit des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS auf q und die Annäherungswahrscheinlichkeit bei der Kodierung auf qei eingestellt werden. Der Index I wird nacheinander auf 1, 2, 3 ... entsprechend der Reihenfolge von dem großen Wert der Auftrittswahrscheinlichkeit q des weniger wahrscheinlichen Symbols LPS zu dem kleinen Wert eingestellt.
η = [-qlog&sub2;q-(1-q)log&sub2;(1-q)]/[-qlog&sub2;qei-(1-q)log&sub2;(1-qei)] (14),
wobei der Zähler eine Entropie angibt und qei einen durch die Gleichung (15) angegebenen Wert bezeichnet.
qei = q&sub1; + q&sub2; (15)
q&sub1; und q&sub2; werden auf Werte eingestellt, die durch das Polynom einer Potenz mit der Basis 2 angenähert werden und in Tabelle 5 angegeben sind. Diese Werte sind beispielsweise durch die folgenden Gleichungen (16) bis (18) angegeben.
qe1' = 2&supmin;¹ (16)
qe2' = 2&supmin;¹ + 2&supmin;&sup4; (17)
qe3' = 2&supmin;² + 2&supmin;³ (18)
qei an dem Spitzenpunkt, an dem eiri Wirkungsgrad η auf 1,0 bei der vorstehenden Wahrscheinlichkeit eingestellt wird, wird nachstehend als effektive Wahrscheinlichkeit bezeichnet. Die Schnittstelle der Wirkungsgradkurve wird als Grenzwahrscheinlichkeit qbi bezeichnet. Es ist natürlich selbstverständlich, daß der Wirkungsgrad durch eine Kodierung verbessert wird, indem die benachbarten effektiven Wahrscheinlichkeiten um die Grenzwahrscheinlichkeit herum als Wendepunkt verwendet werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird gemäß Gleichung (15) die effektive Wahrscheinlichkeit qei gemäß Tabelle 4 aus den Wahrscheinlichkeiten ausgewählt, die durch zwei Ausdrücke angenähert werden können. Andererseits bezeichnen Q&sub1;, Q&sub2; und Q&sub3; in Tabelle 4 die Parameter QC 161, die zu dem arithmetischen Kodierer 58 gesendet werden. Das bedeutet, daß Q&sub1; und Q&sub2; Schiebewerte bezeichnen, die in Schieberegister eingegeben werden. Die Berechnung mit der Potenz zur Basis 2 wird durch w die Schiebeoperation durchgeführt. Q&sub3; stellt den Koeffizienten des zweiten Ausdrucks dar und wird zum Umschalten zwischen (+) und (-) verwendet.
Der Wert MC in Tabelle 1 wird auf die folgende Weise bestimmt.
Das bedeutet, daß, wenn man annimmt&sub1; daß die Anzahl von weniger wahrscheinlichen Symbolen LPS auf NL und die Anzahl von Symbolen mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS auf NM eingestellt wird, die Auftrittswahrscheinlichkeit der weniger wahrscheinlichen Symbole LPS durch die folgende Gleichung (19) gegeben ist.
q = NL/(NM + NL) (19)
Durch Auflösen der Gleichung (19) nach NM wird die Gleichung (20) erhalten.
NM = [NL (1/q - 1)] (20),
wobei [x] bedeutet, daß die Stellen hinter einem Dezimalpunkt um eine Einheit erhöht werden.
Durch Einsetzen von qbi gemäß Fig. 6 in die Gleichung (20) wird die Anzahl NMi der Symbole mit der höchsten Wahrscheinlichkeit (MPS) berechnet, die dort auftreten. Deswegen wird der Wert MC durch die Gleichung (21) berechnet.
MCi = NMi+1 - NMi (21)
Die Werte vgn MC in Tabelle 1 werden durch die Berechnungen auf Grundlage der Gleichungen (19), (20) und (21) unter der Annahme erhalten, daß NL = 2 beträgt.
Wie vorstehend erwähnt wird gemäß Fig. 6 die Anzahl NMi der Symbole mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS, die jedem Index I entspricht, auf der Grundlage jeder Grenzwahrscheinlichkeit qbi gemäß Fig. 16 erhalten. Der Unterschied zwischen den Anzahlen NM der Symbole mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS der benachbarten Indizes wird auf den Wert MC für jeden Index I eingestellt.
Der Wert MC wird mit der Anzahl von Symbolen mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS verglichen, die wie vorstehend beschrieben auftreten. Wenn der Wert MC mit der Anzahl von Symbolen mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS übereinstimmt, wird der Zustand als der Zustand bestimmt, bei dem die Kodierung unter Verwendung des benachbarten Indexes I geeignet ist, so daß der Index I verändert wird. Auf diese Weise wird der Index I zu einem geeigneten Zeitpunkt auf der Grundlage der Anzahl von auftretenden Symbolen mit höchster Wahrscheinlichkeit MPS verändert und die Kodierung unter Verwendung des optimalen Indexes 1 kann adaptiv ausgeführt werden.
Fig. 17 ist ein Blockschaltbild des arithmetischen Kodierers 58.
Von den Steuersignaien Q&sub0; 161 (Tabelle 4), die durch die Kodierparameter-Bestimmungsschaltung 56 bestimmt worden sind, wird Q&sub1; in ein Schiebergister A 170, Q&sub2; in ein Schieberegister B 171 und Q&sub3; in eine Wähleinrichtung 172 eingegeben. Q&sub1; und Q&sub2; geben den Schieberegistern A und B Befehle, um wieviele Bits ein Summensignal As 223 jeweils nach rechts verschoben wird. Signale 230 und 231 werden als Ergebnisse des Schiebevorgangs ausgegeben.
Ein Komplement des Signals 231 wird durch einen Invertierer 176 erhalten. Auf der Grundlage des Steuersignals Q&sub3; wählt die Wähleinrichtung 172 entweder das Signal 231 oder ein Ausgangssignal des Invertierers 176, wodurch ein Ausgangssignal 232 erhalten wird. Ein Addierer 173 addiert das Signal 230 aus dem Schieberegister A 170 und das Signal 232 aus der Wähleinrichtung 172 und gibt ein Signal As&sub1; 224 aus. Ein Subtrahierer 174 subtrahiert das Signal As&sub1; 224 von dem Signal As 223 und erhält ein Signal As&sub0; 225. Eine Wähleinrichtung 175 wählt entweder das Signal As&sub0; 225 oder das Signal As&sub1; 224 auf der Grundlage des YN-Signals 151 aus. Das bedeutet, daß, wenn das YN-Signal auf "1" gesetzt wird, das Signal As&sub0; ausgewählt wird. Wenn das YN-Signal auf "0" gesetzt wird, wird das Signal As&sub1; ausgewählt. Das ausgewählte Signal wird als Signal A' 226 verwendet. Eine Versatz- bzw. Schiebeschaltung 180 verschiebt das A'-Signal nach links, bis das höchstwertige Bit des A'-Signals auf "1" gesetzt ist. Durch den Verschiebevorgang wird ein As'-Signal 227 erhalten. Ein Versatz- bzw. Schiebesignal 234, das der Anzahl der Male der Schiebeoperationen entspricht, wird in ein Coderegister 179 eingegeben. Bits in der Anzahl, die der Anzahl der Male der Schiebeoperationen entspricht, werden nacheinander aus dem Coderegister 179 entsprechend der Reihenfolge aus dem niedrigstwertigen Bit ausgelesen, so daß Kodierdaten 233 erhalten werden.
Die Kodierdaten 233 werden durch ein (nicht dargestelltes) bitverarbeitungsverfahren in einer solchen Weise verarbeitet, daß die Anzahl von ununterbrochenen Bits von "1" auf einen Wert unterhalb eines Grenzwerts eingestellt wird. Die verarbeiteten Daten werden zu dem Dekodierer 34 übertragen.
Ein Inhalt CR 228 des Coderegisters 179 wird durch einen Addierer 177 zu dem Signal As&sub0; 225 addiert und das Additionssignal in eine Wähleinrichtung 178 eingegeben. Demgegenüber wird das Signal CR 228, das nicht zu dem Signal As&sub0; 225 addiert wird, auch in die Wähleinrichtung 178 eingegeben. Ein CR'-Signal 229, das auf CR' = CR gesetzt wird, wenn das YN- Signal 151 auf "1" gesetzt wird, und das auf CR' = CR + AS&sub0; gesetzt wird, wenn das YN-Signal 151 auf "0" gesetzt wird, wird aus der Wähleinrichtung 178 ausgegeben. Das vorstehend beschriebene Schiebeverfahren bezüglich des Coderegisters 179 wird für das CR'-Signal 229 ausgeführt.
Obwohl das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 unter Bezugnahme auf die Kodierung eines Farbbildes beschrieben worden ist, weist das Ausführungsbeispiel ein solches Merkmal auf, daß eine große Kompatibilität mit einem System zum Kodieren nur w eines binären Schwarzweiß-Bildsignals besteht. Das bedeutet, daß Informationen von binären Schwarzweiß-Werten (Weiß bei "1", eine andere Farbe als Weiß, d.h. Schwarz bei "0") durch Kodierung erhalten werden können, indem nur ein Bit des höchstwertigen Bits des Bitfolgensignals gemäß Tabelle 6 verwendet wird.
Fig. 18 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau zeigt, der zu dem Aufbau gemäß Fig. 9 hinzugefügt wird, damit zwischen einem binären Schwarzweißsignal und einem binären Farbsignal umgeschaltet wird. Ein Schwarzweißsignal B/W 300 und das Bitfolgensignal D 203 werden durch eine Wähleinrichtung 38 auf der Grundlage eines Schaltsignals 301 aus einer (nicht darge- Stellten) steuereinrichtung umgeschaltet.
ID-Informationen zum Unterscheiden, ob das Signal ein binäres Schwarzweißsignal oder ein binäres Farbsignal ist, werden durch Vorsatz-Daten HD als Vorsatz von Übertragungsdaten TD gemäß Fig. 19 zu dem Dekodier-Anschluß gesendet, wodurch das Dekodierverfahren umgeschaltet wird.
Falls demgegenüber die durchschnittliche Auftrittswahrscheinlichkeit jeder Farbe zu einem gewissen Ausmaß gemäß Tabelle 7 bekannt ist, selbst wenn das umgewandelte Bitfolgensignal gemäß Tabelle 6 gesendet wird, ohne weiter kodiert zu werden, oder selbst wenn das umgewandelte Bitfolgensignal einem weiteren Kodierverfahren wie einer Lauflängenkodierung oder dergleichen anstelle des folgenden arithmetischen Codes unterzogen und gesendet wird, kann eine leichte Kodierung durchgeführt werden.
Wie vorstehend beschrieben kann durch Bitfolgenwandlung des binären Farbsignals die effektive Kodierung unter Verwendung der Farbkorrelation durchgeführt werden. Eine Zunahme der Informationsmenge kann verhindert werden. Außerdem kann durch Kodierung des Bitfolgensignals unter Verwendung des dynamischen arithmetischen Codes das binäre Farbbild effektiv kodiert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern viele Abänderungen und Veränderungen sind innerhalb des Bereichs der angefügten Ansprüche der Erfindung möglich.
Das Schaffen eines Bildkodierverfahrens ist beschrieben worden, das ein Farbbildsignal unter Verwendung der Farbkorrelation effektiv kodiert.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel schafft auch ein Bildkodierverfahren zum adaptiven Kodieren eines zu kodierenden Bildes.
Zusätzlich schafft das beschriebene Ausführungsbeispiel ein Bildkodierverfahren, das vorzugsweise sowohl ein Farbbild als auch ein Schwarzweißbild kodieren kann. TABELLE 1 TABELLE 2 BILDSIGANL TABELLE 3 unbedeutend TABELLE 4 EFFECTIVE WAHRSCHEINLICHKEIT KOEFFIZIENT KODIERPARAMETER TABELLE 5 unbedeutend TABELLE 6 FARBE BITFOLGENSIGNAL LÄNGE VON 0 WEIß SCHWARZ ROT GRÜN BLAU ZYAN MAGENTA GELB TABELLE 7 FARBE CODELÄNGE WAHRSCHEINLICHKEIT WEIß SCHWARZ ROT GRUN BLAU ZYAN MAGENTA GELB DURCHSCHNITTLICHE CODELÄNGE

Claims

1. Bildkodierverfahren mit den Schritten

eines sequentiellen Eingebens einer Vielzahl von Farbkomponentensignalen für jedes Bildelement, wobei die Vielzahl von Farbkomponentensignalen zusammen eine Farbe des Bildelements darstellt,

eines sequentiellen Umwandelns der Farbkomponentensignale in ein vorbestimmtes Signal für jedes Bildelement und eines sequentiellen Kodierens des umgewandelten vorbestimmten Signals,

dadurch gekennzeichnet, daß

bei dem Schritt des Umwandelns die Farbkomponentensignale (R, G, B) in ein Bitfolgensignal (D) für jedes Bildelement umgewandelt werden, wobei das Bitfolgensignal (D) eine Länge abhängig von der Farbe des Bildelements hat und Bits von logisch "0" und/oder logisch "1" aufweist, wobei die Länge des Bitfolgensignals für jede verschiedene Farbe verschieden ist und die Anzahl der Bits von logisch "0" in dem Bitfolgensignal für jede verschiedene Farbe verschieden ist, und

bei dem Schritt des Kodierens die Bitfolgensignale durch Verwendung eines binären Kodierverfahrens kodiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt des Kodierens die Bitfolgensignale durch Vorhersagekodierung kodiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt des Kodierens ein Parameter für die Vorhersagekodierung entsprechend der durch die Farbkomponentensignale dargestellten Farbe verändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt des Kodierens ein adaptiver Kodiervorgang für die Bitfolgensignale ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Farbkomponentensignalen zusammen eine der folgenden N Farben darstellt, nämlich Weiß, Schwarz, Rot, Grün, Blau, Zyan, Magenta und Gelb.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bitfolgensignale in der Anzahl der ununterbrochenen Bits von logisch 0 für jede Farbe unterscheiden.