JP2001045300A - 画像階層符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意の使用色数をもつ階層画像を生成するこ
とができ、少ない色数で表現された画像であっても主観
品質の良い画像が得られる画像階層符号化方法を提供す
ることにある。 【解決手段】 復号するデータの量に応じて段階的に画
像の使用色数或いは階調数を増加させる画像階層符号化
方法であって、使用色数が互いに異なるＮ階層の限定色
画像を作成し、原画像を第Ｎ＋１階層として、第ｋ階層
画像（２≦ｋ≦Ｎ＋１）に対して各画素の色番号又はＲ
ＧＢ値を第ｋ−１階層画像の同位置画素の色番号に従っ
てグループに分け、第1階層画像の色番号データ、及び
第ｋ階層画像（２≦ｋ≦Ｎ＋１）のグループ分けされた
色番号データ又はＲＧＢデータを、それぞれの確率分布
に適応して無ひずみで符号化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は段階的に使用色数を
増加させることができる画像階層符号化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル画像データのデータ量は膨大で
あり、その効率的な蓄積、伝送のために、画像圧縮技術
が用いられる。画像圧縮技術の第1の目的はデータ量の
削減であるが、低速な通信路を通したデータ伝送や、表
示能力の異なる複数の受信端末への伝送の利便性を実現
するために、復号するデータの量に応じて段階的に画像
の解像度や階調を増加させることのできる階層符号化手
法が求められている。

【０００３】このような符号化手法を用いることによ
り、受信の早い段階で画像の概略を把握すること、必要
な精細度が得られた段階でデータの受信を打ち切るなど
の処理が可能となる。

【０００４】「画像情報圧縮」（原島 博 監修,テレビ
ジョン学会編, pp.197-199, 平成3年8月25日 第1版第1
刷発行）には、このような符号化手法としてビットプレ
ーン符号化法が示されている。ビットプレーン符号化法
では、画像の階調数が２のｎ乗であるとき、画像をｎ枚
の２値画像（ビットプレーン）に分解し、各ビットプレ
ーンごとに符号化し、上位ビットプレーンの符号データ
から順に送信する。

【０００５】ここで、各ビットプレーンは各画素の階調
をｎ桁の2進数で表したときの各桁のビットに対応し、
下位ビットプレーンは下位の桁に、上位ビットプレーン
は上位の桁に対応している。これにより受信側では復号
するデータの量に応じて段階的に画像の階調の精細度を
増加させていくことができる。例えば、最上位のビット
プレーンだけを復号すれば、Ｒ、Ｇ，Ｂが各２階調、８
色で表現された画像が再現でき、第２ビットプレーンま
で復号すれば、Ｒ、Ｇ，Ｂが各４階調、６４色で表現さ
れた画像が再現できる。また、例えば、２５６色しか表
示できない受信端末であれば、Ｒ，Ｇを各第３ビットプ
レーンまで、Ｂを第２ビットプレーンまで復号した時点
で復号を打ち切ればよい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ビットプレーン符号化
法では、上位ビットのデータだけを復号することにより
少ない階調数或いは色数で表現した画像を再生すること
ができる。

【０００７】しかし、低階調の画像は単純にＲ，Ｇ，Ｂ
の階調を粗くしたものであるため、その色調は原画像と
はかなり違ったものになる。

【０００８】また、低階調の画像ほど、画素のレベル差
が表示上の大きな差となって現れるため、原画像には存
在しない不自然な輪郭いわゆる擬似輪郭が出現してしま
う問題がある。これらの理由によりビットプレーン符号
化法では、少ない色数で表された画像が原画像と比べて
著しく品質が悪いという問題があった。

【０００９】また、再現できる使用色数が限定されると
いう問題があった。

【００１０】本発明は前記課題に鑑みてなされたもので
あって、任意の使用色数をもつ階層画像を生成すること
ができ、少ない色数で表現された画像であっても主観品
質の良い画像が得られる画像階層符号化方法を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、復号するデータの量に応じて段階的に画
像の使用色数或いは階調数を増加させる画像階層符号化
方法であって、原画像から使用色数を所定の数以下に制
限した限定色画像を生成し、前記限定色画像をカラーパ
レットと色番号からなるパレットカラー形式に変換し、
使用色数が互いに異なるＮ階層の限定色画像を作成し、
原画像を第Ｎ＋１階層として第ｋ階層画像（２≦ｋ≦Ｎ
＋１）を、階層間の冗長度を削減して無ひずみで符号化
することを特徴とする。

【００１２】また、前記第ｋ階層画像の符号化が、第ｋ
階層画像（２≦ｋ≦Ｎ＋１）に対して各画素の色番号又
はＲＧＢ値を第ｋ−１階層画像の同位置画素の色番号に
従ってグループに分け、第1階層画像の色番号データ、
及び第ｋ階層画像（２≦ｋ≦Ｎ＋１）のグループ分けさ
れた色番号データ又はＲＧＢデータを、それぞれの確率
分布に適応して無ひずみで符号化することにより行われ
ることを特徴とする。

【００１３】また、前記適応的無ひずみ符号化が、前記
グループ分けされた色番号データ又はＲＧＢデータを、
第1グループ、第２グループ、．．、第Ｍグループの順
に並べて１つのデータ系列とし、これによって生成され
たデータ系列を無ひずみ符号化することにより行われる
ことを特徴とする。

【００１４】また、前記適応的無ひずみ符号化が、前記
グループ分けされた色番号データ又はＲＧＢデータを、
第1グループ、第２グループ、．．、第Ｍグループごと
に、個別に符号化することにより行われることを特徴と
する。

【００１５】本発明によれば、まず減色手段によって、
原画像より使用色数を制限した画像を作成する。ここで
使用色数は任意に選択できるものとし、原画像の色調に
近くなるように使用色を選択する。更に使用色のリスト
に番号をつけ、これをカラーパレットとして記憶し、各
画素値をＲ、Ｇ、Ｂの各階調値から対応する色番号に変
換して記憶することにより、データ量を削減する。

【００１６】前記処理により小から大までの異なる使用
色数を持つ画像を作成し、原画像を最上位として階層化
する。各階層の画像データは無ひずみ符号化により符号
化するが、階層間の相関性を用いることにより、圧縮効
率を向上させる。

【００１７】このために、前記グループ分け手段によ
り、第ｋ階層の色番号データ（最上位についてはＲＧＢ
データ）を第ｋ−１階層の同位置画素の色番号に従って
グループにわける。第ｋ−１階層画像上において特定の
色をもつ画素は第ｋ階層画像上においてそれに近い色を
持つため、前記グループ分けされた各グループにおいて
は、色番号の分布は少数の値に集中する。

【００１８】したがって各グループの確率分布に適応さ
せて符号化することにより圧縮効率を上げることができ
る。

【００１９】以上により、任意の色数を選択でき、少な
い色数でも主観品質が高くなるように構成した色数に基
づく階層画像を、効率よく圧縮伝送することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図面に基づき詳細に説明する。

【００２１】図１は本発明に係わる画像階層符号化方法
の流れ図である。まず、作成する階層数Ｎ、各階層画像
の使用色数Ｍ１、Ｍ２、．．、ＭＮを設定し、階層番号
ｋを１に初期化する。ここでＭ１からＭＮは小から大の
順の互いに異なる数とする。そして原画像１０３に対し
て、減色処理１０４を行い、使用色数を所定の数Ｍｋに
制限した第ｋ階層ＲＧＢ画像１０５を求める。減色処理
としては、例えば「P.Heckbert, "Color Image Quantiz
ation for Frame Buffer Display", ComputerGraphics,
vol.16, pp.297-307, July 1982」に記載のｍｅｄｉａ
ｎ ｃｕｔ法を使用する。当該方法によれば原画像の色
調を損なわないように使用色数を削減でき、使用色数が
少数であっても主観品質の高い画像を得ることができ
る。また使用色数として任意の色数を選ぶことができ
る。

【００２２】次に、パレットカラー化処理１０６によ
り、第ｋ階層ＲＧＢ画像１０５を、カラーパレットと色
番号を用いたパレットカラー画像に変換する。

【００２３】階層番号ｋ＝１、２、．．、Ｎについて前
記減色処理１０４及びパレットカラー化処理１０６処理
を繰り返し、使用色数がＭ１からＭＮまでの第１階層パ
レット画像１１０、第２階層パレット画像１１１、．．
第Ｎ階層パレット画像１１２を作成する。

【００２４】パレットカラー画像について補足して説明
する。

【００２５】本発明においては、原画像の各画素値を色
の３成分の各階調値で表す。ここではＲ，Ｇ，Ｂ表現と
する。図２の２０１に示すように、画像データは（ｒ
０，ｇ０，ｂ０）（ｒ１，ｇ１，ｂ１）．．のように表
される。Ｒ，Ｇ，Ｂの値は２５６階調が一般的であり、
１画素値あたりＲ，Ｇ，Ｂに対して各８ビットの合計２
４ビットのデータとなる。前記第ｋ階層ＲＧＢ画像１０
５も同様に画素あたり２４ビットのデータとなるが、こ
れをパレットカラー化処理１０６により、色番号とカラ
ーパレットからなるパレット画像形式に変換しデータ量
を削減する。

【００２６】図２の２０２に示すようにカラーパレット
は限定色画像における使用色（Ｒ，Ｇ，Ｂ値）に番号付
けをして格納したリストであり、色番号はリストにつけ
た番号である。パレットカラー形式においては各画素の
値は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各階調値ではなく色番号を表す。

【００２７】従って、図２の２０３のように画像データ
は０，１、．．のような色番号の並びとなり、例えば２
５６色に制限された画像においては、色番号は０から２
５５の値となり、１画素あたり８ビットで表現できる。
これにより少ないビット数で画像データを表現すること
ができる。

【００２８】前記処理により得られた画像を、第1階層
パレット画像１１０、第２階層パレット画像１１
１、．．、第Ｎ階層パレット画像１１２とする。また原
画像１０３を第Ｎ＋１階層ＲＧＢ画像とする。

【００２９】次に、第ｋ階層パレット画像１０７を第ｋ
階層符号化処理１１４により符号化し、第ｋ階層符号化
データ１１５を求める。これをｋ＝１，２，．．，Ｎ＋
１について繰り返し、第１階層符号化データ１１８、第
２階層符号化データ１１９、．．、第Ｎ＋１階層符号化
データ１２０を得る。

【００３０】ここで第ｋ階層符号化処理１１４の詳細に
ついて図３により説明する。

【００３１】まず、階層番号ｋが１のとき、すなわち第
1階層画像は無ひずみ符号化処理３０９により直接に符
号化する。ここで無ひずみ符号化とは、復号化データと
元のデータが完全に一致する符号化方法のことである。

【００３２】前記のとおりパレットカラー形式では、画
素は色番号を表す。カラーパレットにおける色番号の付
け方は任意であるため、色番号値の近さと表示色の近さ
は無関係である。それゆえＤＰＣＭなどのＲＧＢやＹＵ
Ｖ画像の性質に依存した符号化手法は好適ではない。そ
こで無ひずみ符号化処理３０９として、ＬＺ法や適応算
術符号化手法などのユニバーサル符号化手法を用いる。

【００３３】階層番号ｋが２以上のときは、本発明では
第ｋ階層画像と第ｋ−１階層画像との相関性を用いるこ
とにより圧縮効率を向上させる。

【００３４】このために、本発明では、グループ分け処
理３０３により、第ｋ階層パレット画像１０７の色番号
データを、第ｋ−１階層パレット画像１０７の同位置画
素の色番号に従ってＭ種類のグループに分ける。ここで
Ｍは第ｋ−１階層画像の使用色数である。

【００３５】更に単一系列化処理３０７により、これら
を第1グループデータ３０４、第２グループデータ３０
５、．．、第Ｍグループデータ３０６の順に並べること
により、第ｋ階層順序変更後データ３０８として１つに
まとめる。

【００３６】更に、順序変更後データ３０８を無ひずみ
符号化処理３０９で圧縮することにより、第ｋ階層符号
化データ１１５を求める。

【００３７】ただし原画像（第Ｎ＋１階層）データ１０
３はＲＧＢ画像形式であるので、第1グループデータ３
０４、第２グループデータ３０５、．．、第Ｍグループ
データ３０６及び順序変更後データ３０８はＲ，Ｇ，Ｂ
の値の並びとなる。

【００３８】前記グループ分け処理３０３の詳細につい
て、図４により説明する。

【００３９】まず、全グループ数Ｍを第ｋ−１階層画像
の使用色数Ｍk-1とし、各グループ内における画素番号
ｊ１，ｊ２，．．，ｊＭをすべて１に初期化する。

【００４０】次に、第ｋ階層パレット画像１０７をラス
ター走査する。すなわち左上を起点とし、水平位置を左
から右に順次移動し、右端に来た時点で次のラインに移
るという手順で、順次、第ｋ階層画像１０７から画素値
（色番号又はＲＧＢ値）を読み出し、これをＰとする
（４０４）。同時に、同位置の第ｋ−１階層画像の画素
値（色番号）を読み出し、これをＱとする（４０５）。

【００４１】更に、グループ更新処理（４０６）によ
り、グループ番号ｉをｉ＝Ｑ＋１とし、第ｋ階層画像の
画素値Ｐを第ｉグループのｊｉ番目の画素値として格納
する。その後、ｊｉをｊｉ＋１に更新する。ここで、Ｑ
は０からＭ−１の値であるので、前記グループ番号iは
１からＭの値となる。

【００４２】前記処理をラスター走査順にすべての画素
について繰り返すことにより、第ｋ階層・第1グループ
データ３０４、第ｋ階層・第２グループデータ３０
５、．．、第ｋ階層・第Ｍグループデータ３０６を求め
る。以上がグループ分け処理３０３０の詳細である。

【００４３】次に単一系列化処理３０７の詳細につい
て、図５により説明する。

【００４４】グループ番号ｉ＝１を初期値とし、第ｉグ
ループの画素値Ｇｉ［ｊ］，ｊ＝１，２，．．，Ｎｉを
順に出力する（５０３）。これを全グループ、すなわち
グループ番号ｉ＝１，２，．．，Ｍについて繰り返すこ
とにより、第ｋ階層順序変更後データ３０８を求める。
以上が単一系列化処理３０７の詳細である。

【００４５】図６は、グループ分け処理３０３及び単一
系列化処理３０７を模式的に表したものである。

【００４６】以上のように、本発明によれば、階層間の
相関性を利用した効率的な圧縮を行うことができるが、
補足的にその原理を説明する。

【００４７】一般に第ｋ−１階層画像上での画素の色
と、第ｋ階層画像上での同位置の画素の色は近いものと
なる。別の見方をすれば、第ｋ−１階層上で特定の色を
持つ画素は、第ｋ階層上ではそれに近い少数種類のいず
れかの色に変換されている。このことは色番号で考えた
場合にもあてはまる。すなわち、第ｋ−１階層上で同じ
色番号を持つ画素は、第ｋ階層上では少数種類のいずれ
かの色番号に変換される。

【００４８】無ひずみ符号化処理３０９としては、第1
階層画像の符号化と同じく、ＬＺ法や適応算術符号化法
を用いるが、ＬＺ法や適応算術符号化法では、現在まで
の入力シンボルの出現頻度分布に適応しながらデータ圧
縮が行われ、同じシンボルやシンボルの組み合わせが近
接して繰り返し出現するほど効率よく圧縮できる。上述
のとおり、グループ分け処理３０３によって得た各グル
ープ内での画素値（色番号又はＲＧＢ値）の出現頻度分
布は、特定の値に集中したものとなる。

【００４９】従って、これらを１つにまとめた順序変更
後データ３０８では、同じデータ又は同じデータの組み
合わせが近接して繰り返し出現する。それゆえ第ｋ階層
パレット画像１０７を直接ラスター走査順に読み出し、
無ひずみ符号化処理３０９により圧縮した場合に比べ
て、効率的に圧縮することができる。

【００５０】図７に復号手順を示す。階層番号ｋを１に
初期化し、第ｋ階層符号化データ１１５を無ひずみ復号
化処理７０３により復号する。第1階層の場合には、こ
れにより第1階層パレット画像１０７が得られる。

【００５１】第２階層以上の場合には、第ｋ階層符号化
データ１１５を無ひずみ復号化処理７０３により復号す
ることにより、第ｋ階層順序変更後データ３０８が求め
られる。順序変更後データ３０８に対して、更にグルー
プ復元処理７０５を行い、第１グループデータ３０４、
第２グループデータ３０５、．．、第Ｍグループデータ
３０６を復元する。

【００５２】ここで全グループ数Ｍ及び各グループのデ
ータ数Ｎ１，Ｎ２，．．，ＮＭは、既に復号されている
第ｋ−１階層パレット画像３０２より求める。

【００５３】更に、順序復元処理７０７により各グルー
プのデータを元の位置に復元し第ｋ階層パレット画像１
０７を求める。ただし第Ｎ＋１階層については、原画像
１０３が求められる。

【００５４】更に、第１から第Ｎ階層については、第ｋ
階層パレット画像１０７に対して、ＲＧＢ化処理７０８
を行い、第ｋ階層ＲＧＢ画像を求める。以上が復号処理
の全体の流れである。

【００５５】図８により、グループ復元処理７０５の詳
細を説明する。まず全グループ数Ｍを第ｋ−１階層画像
の使用色数に設定し、各グループの画素数Ｎ１，Ｎ
２，．．、ＮＭを、Ｎｉ＝第ｋ−１階層画像中の色番号
ｉ−１の画素数となるように設定する。ここで、第ｋ−
１階層画像は既に復号されているものとする。

【００５６】次に、第ｋ階層順序変更後データ３０８を
順に読み出し、第1データから第Ｎ１データまでを第1グ
ループデータ、第Ｎ１＋１データから第Ｎ１＋Ｎ２デー
タまでを第２グループデータ、第Ｎ１＋Ｎ２＋１データ
から第Ｎ１＋Ｎ２＋Ｎ３データまでを第３グループデー
タ、のようにして、順序変更後データ３０８を、第１グ
ループデータ３０４、第2グループデータ３０
５、．．、第Ｍグループデータ３０６に分割する。以上
がグループ復元処理７０５の詳細である。

【００５７】図９により、順序復元処理７０６の詳細を
説明する。まずグループ内画素番号ｊ１，ｊ２，．．，
ｊＭを１に初期化する。ラスター走査順に第ｋ−１階層
パレット画像３０２から画素を読み出しＱに格納する。
これに応じてグループ番号ｉをＱ＋１にセットし、第ｉ
グループより1画素読み出しＰに格納する。

【００５８】画素Ｐは元々、現在のラスター走査位置
（ｘ，ｙ）にあったはずであるので、Ｐを第ｋ画像メモ
リの位置（ｘ、ｙ）に格納する。これらの処理をラスタ
ー走査順に全ての第ｋ−１階層画素について繰り返すこ
とにより、第ｋ階層パレット画像１０７を復元すること
ができる。

【００５９】図１０は、以上に述べたグループ復元処理
７０４、順序復元処理７０５の様子を模式的に示したも
のである。

【００６０】以上により第ｋ階層画像を復元することが
できる。ｋ＝１，２，．．，Ｎ＋１について以上を繰り
返すことにより全階層を復元することができ、或いは必
要に応じて途中の階層で復元を中止することもできる。

【００６１】本発明の符号化方法による効果につき補足
的に説明する。

【００６２】ITU-T標準画像"Mobile and Calendar"を３
５２ｘ２８８サイズのＲＧＢ画像に変換したものを原画
像とし、median cut法により６４色に減色したものを第
1階層、２５６色に減色したものを第2階層、原画像を第
３階層とすると、各階層画像をそのままＬＺ符号化した
データ量は４１５，６０８バイトとなるが、本発明のよ
うに第1階層画像、第2階層画像をパレットカラー化しＬ
Ｚ符号化するとデータ量は３７３，９１６バイトとな
り、元の９０％となる。更にグループ分けを適用する
と、データ量は３１２，５１２バイトとなり、元の７５
％となる。

【００６３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、復号するデータの量に応じて段階的に画像の使
用色数或いは階調数を増加させる画像符号化方法におい
て、任意の使用色数を設定できると共に、少ない色数で
あっても主観品質を高くすることができる。

【００６４】また、色数に基づく階層画像を、効率よく
圧縮伝送することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す流れ図である。

【図２】パレットカラー形式への変換を説明する図であ
る。

【図３】第ｋ階層符号化処理を説明するための流れ図で
ある。

【図４】グループ分け処理を説明するための流れ図であ
る。

【図５】単一系列化処理を説明するための流れ図であ
る。

【図６】グループ分け処理、単一系列化処理を説明する
図である。

【図７】復号化処理を説明するための流れ図である。

【図８】グループ復元処理を説明するための流れ図であ
る。

【図９】順序復元処理を説明するための流れ図である。

【図１０】グループ復元処理、順序復元処理を説明する
図である。

【図１１】本発明のよる圧縮効率を示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 復号するデータの量に応じて段階的に画
   像の使用色数或いは階調数を増加させる画像階層符号化
   方法であって、 原画像から使用色数を所定の数以下に制限した限定色画
   像を生成し、 前記限定色画像をカラーパレットと色番号からなるパレ
   ットカラー形式に変換し、 使用色数が互いに異なるＮ階層の限定色画像を作成し、
   原画像を第Ｎ＋１階層として第ｋ階層画像（２≦ｋ≦Ｎ
   ＋１）を、階層間の冗長度を削減して無ひずみで符号化
   することを特徴とする画像階層符号化方法。
2. 【請求項２】 前記第ｋ階層画像の符号化が、第ｋ階層
   画像（２≦ｋ≦Ｎ＋１）に対して各画素の色番号又はＲ
   ＧＢ値を第ｋ−１階層画像の同位置画素の色番号に従っ
   てグループに分け、 第1階層画像の色番号データ、及び第ｋ階層画像（２≦
   ｋ≦Ｎ＋１）のグループ分けされた色番号データ又はＲ
   ＧＢデータを、それぞれの確率分布に適応して無ひずみ
   で符号化することにより行われることを特徴とする請求
   項１記載の画像階層符号化方法。
3. 【請求項３】 前記適応的無ひずみ符号化が、前記グル
   ープ分けされた色番号データ又はＲＧＢデータを、第1
   グループ、第２グループ、．．、第Ｍグループの順に並
   べて１つのデータ系列とし、 これによって生成されたデータ系列を無ひずみ符号化す
   ることにより行われることを特徴とする請求項２記載の
   画像階層符号化方法。
4. 【請求項４】 前記適応的無ひずみ符号化が、前記グル
   ープ分けされた色番号データ又はＲＧＢデータを、第1
   グループ、第２グループ、．．、第Ｍグループごとに、
   個別に符号化することにより行われることを特徴とする
   請求項２記載の画像階層符号化方法。