JP2004032772A - 画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】サブバンド変換方法、固定長符号化方法により画像を高画質、簡易、安価に加工、編集することができるようにする。
【解決手段】バッファ２０１に蓄積された２×２画素の画像データは、２値化画像・差分データ作成部２０２により２値化画像データと差分データに変換され、２値化データはエントロピー符号化部２０４ａによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納される。差分データはサブバンド変換部２０３によりサブバンド変換され、次いで低周波成分ＬＬは低周波成分量子化部２０６により量子化され、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨは高周波成分ベクトル量子化部２０７によりベクトル量子化される。これらの各量子化値はそれぞれエントロピー符号化部２０４ｂ、２０４ｃによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納される。
【選択図】 図８
【解決手段】バッファ２０１に蓄積された２×２画素の画像データは、２値化画像・差分データ作成部２０２により２値化画像データと差分データに変換され、２値化データはエントロピー符号化部２０４ａによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納される。差分データはサブバンド変換部２０３によりサブバンド変換され、次いで低周波成分ＬＬは低周波成分量子化部２０６により量子化され、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨは高周波成分ベクトル量子化部２０７によりベクトル量子化される。これらの各量子化値はそれぞれエントロピー符号化部２０４ｂ、２０４ｃによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納される。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機、ファクシミリ装置、デジタルプリンタ、デジタルカメラ、デジタルビデオ等の画像処理装置や、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピディスク等の画像記録装置において画像データを圧縮、伸長する画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、この種の画像圧縮技術としては、ＤＣＴ（離散コサイン変換）やＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換などのサブバンド変換による画像圧縮方法が自然階調の画像を効果的に圧縮する方法として注目されてい。また、他の従来例としては、例えば特開平２−３０５２７２号公報には文字領域と中間調領域に分離し、それぞれに適した符号化方法で符号化する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＣＴやＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換などのサブバンド変換による画像圧縮方法は、自然階調の画像を効果的に圧縮することができるが、完全２値画像を圧縮する場合には圧縮率が低いという不具合がある。
【０００４】
また、デジタル複写機等においては原画像が完全２値データであっても、スキャニング時の揺らぎのために、読み込みデータが完全２値データでなくなり、このためにエントロピー符号化時に圧縮しづらいという不具合がある。
【０００５】
さらに、コピーの回転、ソート機能を実現する方法として、固定長符号化の１つであるＢＴＣ（ブロックトランケーション）符号化がよく用いられている。しかし、この方式はサブバンド変換方法に比べて、エントロピー符号化時の圧縮率が低く、また、演算が複雑であるという不具合がある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、サブバンド変換方法、固定長符号化方法により画像を高画質、簡易、安価に加工、編集することができる画像処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の手段は、画像データをｎ×ｍ画素のブロック毎に分割する分割手段と、前記分割手段によりブロック毎に分割されたｎ×ｍ画素の画像データをサブバンド変換して変換係数を算出するサブバンド変換手段と、前記サブバンド変換手段により算出された各変換係数の下位ビットを間引いて固定長で量子化する量子化手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の手段は、画像データをｎ×ｍ画素のブロック毎に分割する分割手段と、前記分割手段によりブロック毎に分割されたｎ×ｍ画素の画像データをサブバンド変換して変換係数を算出するサブバンド変換手段と、前記サブバンド変換手段により算出された変換係数の絶対値が閾値を超えるか否かに基づいてそのブロックの画像種を判断する領域判断手段と、前記サブバンド変換手段により算出された各変換係数の下位ビットを、前記領域判断手段により判断された画像種に応じて異なるビット数だけ間引き、画像種を示すフラグと共に固定長で量子化する量子化手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
第３の手段は、第２の手段において前記量子化手段が、前記サブバンド変換手段により算出された低周波成分の下位ビットをエッジ領域では多く間引き、非エッジ領域では少なく間引くことを特徴とする。
【００１０】
第４の手段は、第２または第３の手段において前記量子化手段が、前記サブバンド変換手段により算出された高周波成分をベクトル量子化することを特徴とする。
【００１１】
第５の手段は、第２ないし第４の手段において前記量子化手段が、フラグ情報を量子化テーブルに埋め込むことを特徴とする。
【００１２】
第６の手段は、第２ないし第５の手段において前記量子化手段が、画像種が異なるブロック間の固定長符号の相関が向上するようにビット配列を変更することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る画像処理装置を示すブロック図、図２は図１のサブバンド変換部の処理を示す説明図、図３は図１の画像処理装置による圧縮、伸長処理を示す説明図、図４は完全２値画像が揺らいだ場合の図１の画像処理装置による圧縮、伸長処理を示す説明図、図５、図６は図１の画像処理装置による下位ビット間引き処理を示す説明図である。
【００１５】
この実施形態では一例として、画像データの深さが８ビット（２５６階調）データをプリンタに適用した場合を示している。図１において、バッファ２０１に蓄積された２×２画素の画像データは、２値化画像・差分データ作成部２０２により２値化画像データと差分データに変換される。ここで、２値化とは、濃度値が「０」〜「２５５」の画像データに対して濃度値が閾値「１２８」以上のデータを最大値「２５５」に変換し、それ以外を最小値「０」に変換することを言う。なお、符号は２値化データ「２５５」、「０」をそれぞれ「１」、「０」で表す。
【００１６】
また、差分データとは２値化データ「２５５」または「０」と原画像データの差の絶対値を言い、閾値「１２８」以上のデータ（２値化データ＝２５５の場合）については、
差分データ＝２値化データ「２５５」−濃度値
により演算され、それ以外のデータ（２値化データ＝０の場合）については、
差分データ＝濃度値−２値化データ「０」
により演算される。また、逆変換を行う場合にも２値化データ＝２５５の場合には、
逆変換値＝２値化データ「２５５」−差分データ
により演算され、２値化データ＝０の場合には、
逆変換値＝差分データ−２値化データ「０」
により演算される。
【００１７】
２値化データ「２５５」、「０」はエントロピー符号化部２０４ａによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納され、これに対し、差分データはサブバンド変換部２０３により例えばＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換法によりサブバンド変換され、次いでエントロピー符号化部２０４ｂによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納される。
【００１８】
サブバンド変換部２０３は例えば図２（ａ）に示す画素位置ａ〜ｄの差分データに対して図２（ｂ）のようにＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換し、低周波成分ＬＬと高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨに分解する。小数点以下は切り捨てる。
【００１９】
ＬＬ＝｛（ａ＋ｂ）／２＋（ｃ＋ｄ）／２｝／２
ＨＬ＝｛（ａ−ｂ）＋（ｃ−ｄ）｝／２
ＬＨ＝｛（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）｝／２
ＨＨ＝（ａ−ｂ）−（ｃ−ｄ） …（１）
ここで、２値化データ「２５５」または「０」と原画像データの差分データは「０」から「１２７」までの階調値をとることになり、ＬＬ成分は「０」から「「１２７」までの値をとるので７ビット、ＨＬ、ＬＨ成分は「−１２７」から「「１２７」までの値をとるので８ビット、ＨＨ成分は「−２５５」から「２５５」までの値をとるので９ビットである。また、逆サブバンド変換する場合には、ＬＬ、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨと式（１）に基づいて画素位置ａ〜ｄの原画像データを復元する。
【００２０】
図３を参照して処理の一例を説明する。例えば画素位置ａ〜ｄとして
ａ＝１７５
ｂ＝０
ｃ＝１７５
ｄ＝２０
の原画像データ３０１が入力した場合、画素位置ａ〜ｄの２値化データ３０２は、閾値「１２８」に基づいて
ａ＝２５５＝「１」
ｂ＝０＝「０」
ｃ＝２５５＝「１」
ｄ＝０＝「０」
となる。
【００２１】
また、画素位置ａ〜ｄの差分データ３０２は、
ａ＝２５５−１７５＝８０
ｂ＝０−０＝０
ｃ＝２５５−１７５
ｄ＝２０−０
となり、この差分データ３０２を式（１）によりサブバンド変換したデータ３０３は、
ＬＬ＝４５
ＨＬ＝７０
ＬＨ＝−１０
ＨＨ＝２０
となる。
【００２２】
このデータ３０３をメモリ３０４に一旦格納した後に読み出して、差分データを式（１）に基づいて逆サブバンド変換すると元の差分データ３０２となる。また、この差分データ３０２は２値化データ＝０または１に基づいて
ａ＝２５５−８０＝１７５
ｂ＝０−０＝０
ｃ＝２５５−８０
ｄ＝２０−０＝２０
となり、したがって、原画像データ３０１が復元される。
【００２３】
ここで、自然階調画像を圧縮する場合において２値データを圧縮したり、２値データを圧縮する場合のサブバンド変換係数データの圧縮後の情報量は無視できる程度に小さい。その理由は前者が単純２値画像であり、自然画像の圧縮においては非常に小さい値に圧縮できるからである。また、後者は内容が全て「０」であるからである。
【００２４】
次に、デジタル複写機を例にして、画像の加工、編集（９０°回転等）のために画像１枚分の情報を固定長で圧縮してメモリ（以下、ページメモリ）に格納する場合について説明する。ここで、量子化については図４に示すように、ＬＬ成分は４の倍数、ＨＬ、ＬＨ成分は１６の倍数を、ＨＨ成分は６４の倍数を各量子化代表点とする。量子化方法についてはＬＬ成分は４で割り、ＨＬ、ＬＨ成分は１６で割り、ＨＨ成分は６４で割る（下位ビットを間引く）ことにする。この量子化により、ＬＬ成分（０〜２５５）は６ビット、ＨＬ、ＬＨ成分（−２５５〜２５５）は５ビット、ＨＨ成分（−５１０〜５１０）は４ビットの合計２０ビットで表すことができる。
【００２５】
ここで、複写機では原稿をスキャニングして読み込むので、２値画像であっても読み込みデータは、完全２値画像データ（最小値「０」と最大値「２５５」のみから成るデータ）にならずに濃度値で微妙な揺らぎが発生する。図４は、
ａ＝２５０≠２５５
ｂ＝０
ｃ＝２５４≠２５５
ｄ＝２≠０
のように完全２値画像データでない原画像データ４０１を圧縮、伸長する処理を示している。
【００２６】
２値化データ４０２は閾値「１２８」に基づいて
ａ＝２５５＝「１」
ｂ＝０＝「０」
ｃ＝２５５＝「１」
ｄ＝０＝「０」
となり、また、差分データ４０２は、
ａ＝２５５−２５０＝５
ｂ＝０−０＝０
ｃ＝２５５−２５４＝１
ｄ＝２−０＝２
となる。
【００２７】
差分データ４０２をサブバンド変換したデータ４０３は、
ＬＬ＝１
ＨＬ＝２
ＬＨ＝１
ＨＨ＝６
となり、この下位ビットを間引いてＬＬ成分を６ビット、ＨＬ、ＬＨ成分を５ビット、ＨＨ成分を４ビットで表した量子化データ４０４は、
ＬＬ＝ＨＬ＝ＬＨ＝ＨＨ＝０
となる。
【００２８】
この量子化データ４０５をメモリ３０４に一旦格納した後に読み出して、差分データを元のビット数に逆量子化し、次いで式（１）に基づいて逆サブバンド変換するとした差分データ４０２は、
ａ＝ｂ＝ｃ＝ｄ＝０
となる。次いでこの差分データ４０２を２値化データ＝２５５または０に基づいて逆変換したデータ４０８は、
ａ＝２５５
ｂ＝０
ｃ＝２５５
ｄ＝０
となる。
【００２９】
ここで、復元されたデータ４０８は完全２値画像データになっているが、その理由は差分データ４０２をサブバンド変換した後にＬＬ成分を６ビット、ＨＬ、ＬＨ成分を５ビット、ＨＨ成分を４ビットで量子化したからである。したがって、このような量子化方法によれば、少ない符号量に固定長符号化するので、２値画像を読み込んだ際の揺らぎを除去して完全２値画像に補正することができる。また、この量子化データをエントロピー符号化することを考えると、サブバンド変換係数ＬＬ、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨは全て「０」であるので高圧縮することができ、したがって、画像を単純２値化した場合とほぼ等しい圧縮率を実現することができる。
【００３０】
次に、図５、図６を参照して特有の画像劣化（階調変化が急激なブロック内における平均濃度の変化）が発生した画像を圧縮する場合について説明する。ここでは説明を簡単にするために、１次元変換を例にし、図５に示すように１次元上の２つの連続するデータ（ｘ０，ｘ１）＝（９６，１９１）を次のように変換することを考える。
【００３１】
（１）閾値「１２８」に基づいて２値化する→（０，２５５）
（２）２値化データ「２５５」または「０」と原画像データの差分を求め
→９６−０＝９６
２５５−１９１＝６４
次いでこれをＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換する
→Ｌ＝（９６＋６４）／２＝８０
Ｈ＝６４−９６＝−３２
（３）Ｌ、Ｈを量子化する（下位ビットを間引く）。
【００３２】
ここで、画像情報としては低周波成分Ｌの方が重要であるので、高周波成分Ｈを粗く量子化し（下位ビットを多く間引き）、低周波成分Ｌを細かく量子化する（下位ビットを少なく間引く）。また、ここでは説明を更に簡単にするために、低周波成分Ｌは量子化せず（下位ビットを間引かず）、高周波成分Ｈは６４の倍数で量子化することを考えると、
Ｌ＝８０，Ｈ＝０
となる。
【００３３】
これをサブバンド逆変換して差分データ５０３に戻し、この差分データ５０３から画素値５０４を復元すると、画素値５０４は元の画素値（９６，１９１）から（８０，１７５）に変化し、２つの画素値（８０，１７５）は共に濃度値が低下する。この現象は２値化データ（０，２５５）との差分をサブバンド変換する場合において、同じブロック内に２値化した際に「２５５」になるデータと「０」になるデータが混在する場合に特有な劣化となる現象であり、２次元の画像データに対しても同じ現象が発生するので、復元画像と原画像と異なるという問題が発生する。
【００３４】
そこで、この問題を防止するために、同じブロック内に２値化した際に「２５５」になるデータと「０」になるデータが混在する場合には、高周波成分を細かく量子化する（下位ビットを少なく間引く）ことにする。図６を参照して説明すると、１次元上の２つの連続するデータ（９６，１９１）に対して、２値化データ「２５５」、「０」との差分データ（９６，６４）を求め、この差分データ（（９６，６４）をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換して係数Ｌ＝８０、Ｈ＝−３２を求める。
【００３５】
この係数を量子化する場合、高周波成分Ｈを他の成分より細かく、低周波成分Ｌを他の成分より粗く量子化する。例えば高周波成分Ｈを６４の倍数で、低周波成分Ｌを３２の倍数で量子化すると、サブバンド係数は、
Ｌ＝６４、Ｈ＝−３２
となる。これをサブバンド逆変換して差分データ６０３に戻し、この差分データ６０３に基づいて画素値６０４を復元すると、画素値６０４は元の画素値（９６，１９１）から（８０，２０７）に変化するものの、２つのデータの濃度の和は等しいので、全体としての濃度値は変化しない。
【００３６】
一般に、２値化した際に２値データが混在するブロックにおいては、低周波成分Ｌを劣化させてもブロック全体の濃度は変化しないが、高周波成分Ｈを劣化させるとブロック全体の濃度は変化する。したがって、このような領域では高周波成分Ｈを細かく量子化することにより、色の全体的な変化をある程度防止することができる。
【００３７】
＜第２の実施形態＞
この実施形態に示すタイプのサブバンド変換では、複数の高周波成分の各々をサンプリングするのではなく、幾つかの高周波成分を一まとめにし、各成分の組み合わせに対してサンプリングを行うことにより、効率的にサンプリングすることができる。例えば縦エッジを表すＨＬ成分と、横エッジを表すＬＨ成分が共に大きな値をとるようなブロックは、一般には画像中には現れにくい。これに対し、ＨＬ成分とＬＨ成分の一方のみが大きく、他方とＨＨ成分が小さい絶対値をとるような場合には縦線や横線に対応するので画像中によく現れ、また、全ての高周波成分が小さな絶対値をとるようなブロックは、べたやなだらか階調の領域であるので出現頻度が高い。そこで、高周波成分の組み合わせに対して符号を割り振って量子化を行うことにより、効率的に量子化することができる。ここではこれをベクトル量子化と呼ぶ。
【００３８】
図７は第２の実施形態において、出現頻度が高いＨＬ、ＬＨ、ＨＨ成分の組み合わせに対して符号「０」〜「１５」を割り当てることを示し、これにより高周波成分ＨＬ、ＬＨを４ビットに圧縮することができる。量子化の具体的方法は、各成分毎に変換係数と各ベクトル量子化値の差Ｐをとり、この差Ｐが最も小さな量子化符号を用いる。
【００３９】
Ｐ＝｜ＨＬ−ＨＬｑｉ｜＋｜ＬＨ−ＬＨｑｉ｜＋｜ＨＨ−ＨＨｑｉ｜
但し、ＨＬｑｉ、ＬＨｑｉ、ＨＨｑｉは量子化テーブルにおける符号値ｉに対応する量子化値
図８は第２の実施形態の画像処理装置を示し、図９はその係数変換例を示している。図８においてバッファ２０１に蓄積された２×２画素の画像データは、２値化画像・差分データ作成部２０２により２値化画像データと差分データに変換され、２値化データはエントロピー符号化部２０４ａによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納される。これに対し、差分データはサブバンド変換部２０３により例えばＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換法によりサブバンド変換され、次いで低周波成分ＬＬは低周波成分量子化部２０６により量子化され、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨは高周波成分ベクトル量子化部２０７によりベクトル量子化される。これらの各量子化値はそれぞれエントロピー符号化部２０４ｂ、２０４ｃによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納される。
【００４０】
図９は図３に示す原画像データ３０１と同じデータ９０１
ａ＝１７５
ｂ＝０
ｃ＝１７５
ｄ＝２０
を圧縮、伸長する場合を示している。２値化データ９０２は閾値「１２８」に基づいて、
ａ＝２５５＝「１」
ｂ＝０＝「０」
ｃ＝２５５＝「１」
ｄ＝０＝「０」
となり、また、差分データ９０２は、
ａ＝２５５−１７５＝８０
ｂ＝０−０＝０
ｃ＝２５５−１７５＝７０
ｄ＝２０−０＝０
となり、この差分データ９０２を式（１）によりサブバンド変換したデータ９０３は、
ＬＬ＝４５
ＨＬ＝７０
ＬＨ＝−１０
ＨＨ＝２０
となる。
【００４１】
そして、ＬＬ成分は４の倍数を量子化代表点として線形量子化すると、
ＬＬ＝４４
となり、また、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨ成分（７０，−１０，２０）については図７を参照して最も近い
（ＨＬ，ＬＨ，ＨＨ）＝（６４，０，０）
を選択し、量子化代表ベクトルを表す符号「５」をベクトル量子化値Ｈ＝５とする。
【００４２】
復号化を行う場合には係数９０７である
（ＬＬ，ＨＬ，ＬＨ，ＨＨ）＝（４４，６４，０，０）
と、式（１）に基づいて復元した差分データ９０８は、
ａ＝７６
ｂ＝１２
ｃ＝７６
ｄ＝１２
となり、この差分データ９０８は２値化データａ＝２５５、ｂ＝０、ｃ＝２５５、ｄ＝０に基づいて
ａ＝２５５−７６＝１７９
ｂ＝１２−０＝１２
ｃ＝２５５−７６＝１７９
ｄ＝１２−０＝１２
に復元される。
【００４３】
このように第２の実施形態によれば、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨをベクトル量子化するので全体で４ビットで表すことができる。ここでＬＬ成分は元々７ビットのデータを４の倍数で量子化すると５ビットになるので２値化画像は４ビットで表すことができ、係数全体として１３ビットで２×２画素のブロック内のデータを表すことができるので、ベクトル量子化しない場合に比べて非常に効率が高い固定長符号化を実現することができる。
【００４４】
＜第３の実施形態＞
次に、デジタル複写機を例にして、画像の加工、編集（９０°回転等）のために画像１枚分の情報を固定長で圧縮してページメモリに格納したり、また、ソート機能を実現するために、固定長符号化された画像データをエントロピー符号化し、別のメモリ（以下、蓄積メモリ）に格納する場合を考える。具体的には前者は第３〜第７の実施形態に関し、後者は第８の実施形態に関する。
【００４５】
図１０および図１１は第３の実施形態を示すもので、サブバンド変換部２０３は２×２バッファ２０１からの画像データ（図２に示す画素位置ａ〜ｄ）を式（１）に基づいてＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換し、低周波成分ＬＬと高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨに分解する。少数点以下は切り捨てる。また、逆サブバンド変換する場合には、ＬＬ、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨと式（１）に基づいて画素位置ａ〜ｄの原画像データを復元する。
【００４６】
ここで、ＬＬ成分は「０」から「２５５」までの値をとるので８ビット、ＨＬ、ＬＨ成分は「−２５５」から「２５５」までの値をとるので９ビット、ＨＨ成分は「−５１０」から「５１０」までの値をとるので１０ビット（合計３６ビット）であるが、サブバンド変換係数ＬＬ、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨの重要度は異なり、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨの下位ビットはかなり削減することができる。
【００４７】
そこで、続くＬＬ成分量子化部１２０３はＬＬ成分を４の倍数に量子化し、ＨＬ成分量子化部１２０４とＨＨ成分量子化部１２０５はそれぞれＨＬ成分とＨＨ成分を共に１６の倍数に量子化する。ＨＨ成分は全て「０」、すなわち破棄する。具体的にはＬＬ成分を４で割ることにより８→６ビット化し、ＨＬ成分とＨＨ成分は共に１６で割ることにより９→５ビット化し、ＨＨ成分は破棄することにより１０→０ビット化する。これにより２×２画素の係数の合計ビット数が３６→１６ビットに圧縮、量子化される。そして、この量子化部１２０１〜１２０３による量子化値がページメモリ１２０６に送られる。
【００４８】
図１１を参照して具体例を説明する。例えば図２に示す画素位置ａ〜ｄの画像データ１３０１として
ａ＝２００
ｂ＝２０２
ｃ＝２０４
ｄ＝２０８
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１３０２は、
ＬＬ＝２０３
ＨＬ＝−３
ＬＨ＝−５
ＨＨ＝２
となる。
【００４９】
この係数１３０２を上記のように下位ビット削減を行うと、
ＬＬ＝５０
ＨＬ＝０
ＬＨ＝０
ＨＨ＝０
のような量子化データ１３０３となり、このデータ１３０３をページメモリ１２０６を介して伝送した後、削減ビットに「０」を付加すると、
ＬＬ＝２００
ＨＬ＝０
ＬＨ＝０
ＨＨ＝０
のような係数１３０４となる。
【００５０】
次いでこれを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると
ａ＝２００
ｂ＝２００
ｃ＝２００
ｄ＝２００
に復元される。したがって、ビット数を大幅に削減したにもかかわらず、復号後の画像データ１３０５は原画像データ１３０１と概ね合っていることが分かる。また、このようにサブバンド変換を利用した固定長符号化は、式（１）に示すような加減算、ビットシフト等の単純な演算のみで実現することができ、また、復号後の画質が高い。
【００５１】
＜第４の実施形態＞
次に、図１２〜図１４を参照して第４の実施形態について説明する。図１２では図１０に示すバッファ２０１、サブバンド変換部２０３およびページメモリ１２６が同一であり、サブバンド変換係数量子化部１４０４および領域判断部１４０３が異なる。領域判断部１４０３はサブバンド変換部２０３により変換された係数ＨＬ、ＬＨに基づいて、画像を階調変化が激しいエッジ領域とそれ以外の非エッジ領域（イメージ領域）に分ける。領域判断方法は、例えば図１３に示すようにＨＬ、ＬＨ成分の内、少なくとも一方の絶対値が閾値「６４」以上であればエッジ領域と判断し、閾値「６４」以上でなければ非エッジ領域と判断し、フラグ情報としてエッジ領域＝１、非エッジ領域＝０をサブバンド変換係数量子化部１４０４とページメモリ１２６に送る。
【００５２】
サブバンド変換係数量子化部１４０４は図１３に示すように、エッジ領域についてはＬＬ成分を４の倍数で量子化する（４で割る）ことにより８→６ビット化し、ＨＬ、ＬＨ成分を６４の倍数で量子化する（６４で割る）ことにより９→３ビット化する。非エッジ領域（イメージ領域）についてはＬＬ成分を４の倍数で量子化する（４で割る）ことにより８→６ビット化し、ＨＬ、ＬＨ成分を絶対値が０、１６、３２、４８になるような量子化代表点に量子化する（１６で割る）ことにより９→３ビット化する。ＨＨ成分はエッジ領域、非エッジ領域共に全て「０」、すなわち破棄することにより１０→０ビット化する。
【００５３】
図１４（ａ）、（ｂ）を参照して具体例を説明する。図１４（ａ）に示すように非エッジ領域の画像データ１５０１として例えば、
ａ＝２００
ｂ＝２０２
ｃ＝２０４
ｄ＝２０８
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１５０２は、
ＬＬ＝２０３
ＨＬ＝−３
ＬＨ＝−５
ＨＨ＝２
となる。
【００５４】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分共に、絶対値が閾値「６３」以下であるので、このブロックは非エッジ領域と判断され、ＬＬ成分を４の倍数で量子化し、ＨＬ、ＬＨ成分を１６で割り、ＨＨ成分を破棄すると、
ＬＬ＝５０（６ビット）
ＨＬ＝０ （３ビット）
ＬＨ＝０ （３ビット）
ＨＨ＝０ （０ビット）
フラグ＝０（１ビット）
合計＝１３ビット
となる。
【００５５】
このデータ１５０３をページメモリ１２０６を介して伝送した後、削減ビットに「０」を付加すると、
ＬＬ＝２００
ＨＬ＝０
ＬＨ＝０
ＨＨ＝０
のような係数１５０４となり、これを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、
ａ＝２００
ｂ＝２００
ｃ＝２００
ｄ＝２００
に復元される。したがって、ビット数を大幅に削減したにもかかわらず、復号後の画像データ１５０５は原画像データ１５０１と概ね合っていることが分かる。
次に、図１４（ｂ）に示すようにエッジ領域の画像データ１５１１として例えば、
ａ＝２０
ｂ＝３０
ｃ＝１２０
ｄ＝１５０
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１５１２は、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝−２０
ＬＨ＝−１１０
ＨＨ＝２０
となる。
【００５６】
ここで、ＬＨ成分の絶対値が閾値「６３」以下でないので、このブロックはエッジ領域と判断され、ＬＬ成分を４の倍数で量子化し、ＨＬ、ＬＨ成分を６４の倍数で量子化し、ＨＨ成分を破棄すると
ＬＬ＝２０（６ビット）
ＨＬ＝０ （３ビット）
ＬＨ＝−１（３ビット）
ＨＨ＝０ （０ビット）
フラグ＝１（１ビット）
合計＝１３ビット
となる。
【００５７】
このデータ１５１３をページメモリ１２０６を介して伝送した後、削減ビットに「０」を付加すると、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝０
ＬＨ＝−６４
ＨＨ＝０
のような係数１５１４となり、これを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、
ａ＝２４
ｂ＝２４
ｃ＝１１２
ｄ＝１１２
に復元される。したがって、ビット数を大幅に削減したにもかかわらず、復号後の画像データ１５１５にエッジが残っていることが分かる。
【００５８】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分は、第３の実施形態ではエッジ、非エッジ領域に依らず１６の倍数で量子化するのに対し、第４の実施形態では絶対値が閾値「６４」以上の場合に「６４」で量子化するので、例えば「９６」や「１６０」などの量子化代表点がなくなっている。この理由により、第４の実施形態の固定長符号化による量子化ビット数が第３の実施形態より少なくなる。しかし、階調変化が急峻なエッジ領域では、高周波成分の値を粗くサンプリングしても視覚上、気になる劣化は生じにくいので、これらの情報は間引いても画質をある程度保つことができ、したがって、上記のような像域分離により効率的に固定長符号化することができる。
【００５９】
＜第５の実施形態＞
次に、図１５〜図１８を参照して第５の実施形態について説明する。図１５に示す第５の実施形態では、領域判断部１４０３ａとサブバンド変換係数量子化・符号化部１４０４ａの処理が第４の実施形態と異なっている。領域判断部１４０３ａは図１６に示すように、サブバンド変換部２０３により変換された係数ＨＬ、ＬＨに基づいて、画像を階調変化が激しいエッジ領域とそれ以外の非エッジ領域（イメージ領域）に分けるために、ＨＬ、ＬＨ成分の内、少なくとも一方の絶対値が閾値「１６」以上であればエッジ領域と判断し、「１６」以上でなければ非エッジ領域と判断し、フラグ情報としてエッジ領域＝１、非エッジ領域＝０をサブバンド変換係数量子化・符号化部１４０４ａとページメモリ１２０６に送る。
【００６０】
サブバンド変換係数量子化・符号化部１４０４ａは、エッジ領域か非エッジ領域かに応じて固定長符号化する場合のビット配分を変更する。例えば非エッジ領域では階調性が視覚上重要であるのでＬＬ成分に６ビットを配分し、ＨＬ、ＬＨ成分の各々には３ビットを配分する。また、エッジ領域ではエッジの大きさが視覚上重要であるのでＬＬ成分に４ビットを配分し、ＨＬ、ＬＨ成分の各々にも同様に４ビットを配分する。
【００６１】
すなわち、サブバンド変換係数量子化・符号化部１４０４ａは図１６、図１７に示すように、エッジ領域についてはＬＬ成分を１６の倍数で量子化する（１６で割る）ことにより８→４ビット化し、ＨＬ、ＬＨ成分を３２の倍数で量子化する（３２で割る）ことにより９→４ビット化する。非エッジ領域についてはＬＬ成分を４の倍数で量子化する（４で割る）ことにより８→６ビット化し、ＨＬ、ＬＨ成分を４の倍数で量子化する（４で割る）ことにより９→３ビット化する。ＨＨ成分はエッジ、非エッジ領域共に全て「０」、すなわち破棄することにより１０→０ビット化する。
【００６２】
図１８（ａ）、（ｂ）を参照して具体例を説明する。図１８（ａ）に示すように非エッジ領域の画像データ１８０１として例えば、
ａ＝２００
ｂ＝２０２
ｃ＝２０４
ｄ＝２０８
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１８０２は、
ＬＬ＝２０３
ＨＬ＝−３
ＬＨ＝−５
ＨＨ＝２
となる。
【００６３】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分成分共に、絶対値が閾値「１６」より小さいので、このブロックは非エッジ領域と判断され、ＬＬ成分を４の倍数で量子化し、ＨＬ、ＬＨ成分を４の倍数で量子化し、ＨＨ成分を破棄すると、
ＬＬ＝５０（６ビット）
ＨＬ＝０ （３ビット）
ＬＨ＝−１（３ビット）
ＨＨ＝０ （０ビット）
フラグ＝０（１ビット）
合計＝１３ビットとなる。
【００６４】
このデータ１８０３をページメモリ１２０６を介して伝送した後、フラグ＝０に基づいて削減ビットに「０」を付加すると、
ＬＬ＝２００
ＨＬ＝０
ＬＨ＝−４
ＨＨ＝０
のような係数１８０４となり、これを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、
ａ＝１９８
ｂ＝１９８
ｃ＝２０２
ｄ＝２０２
に復元される。
【００６５】
また、図１８（ｂ）に示すようにエッジ領域の画像データ１８１１として例えば、
ａ＝２０
ｂ＝３０
ｃ＝１２０
ｄ＝１５０
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１８１２は、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝−２０
ＬＨ＝−１１０
ＨＨ＝２０
となる。
【００６６】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分の絶対値が共に閾値「１５」を超えるので、このブロックはエッジ領域と判断され、ＬＬ成分を４の倍数で量子化し、ＨＬ、ＬＨ成分を３２の倍数で量子化し、ＨＨ成分を破棄すると、
ＬＬ＝５ （４ビット）
ＨＬ＝０ （４ビット）
ＬＨ＝−３（４ビット）
ＨＨ＝０ （０ビット）
フラグ＝１（１ビット）
合計＝１３ビット
となる。
【００６７】
このデータ１８１３をページメモリ１２０６を介して伝送した後、フラグ＝１に基づいて削減ビットに「０」を付加すると、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝０
ＬＨ＝−９６
ＨＨ＝０
のような係数１８１４となり、これを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、
ａ＝３２
ｂ＝３２
ｃ＝１２８
ｄ＝１２８
に復元される。
【００６８】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分は、第３の実施形態ではエッジ、非エッジ領域に依らず同じ配分ビット数で係数を符号化するのに対し、第５の実施形態ではエッジ、非エッジ領域に応じて異なる配分ビット数で係数を符号化し、階調性が視覚上重要である非エッジ領域ではＬＬ成分を細かくサンプリングし、逆に濃度変化が視覚上重要であるエッジ領域では、濃度変化を表すＨＬ、ＬＨを細かくサンプリングするので、画像の特徴を保ったまま効率的に固定長符号化することができる。
＜第６の実施形態＞
次に、図１９、図２０を参照して第６の実施形態について説明する。図１９では、第２の実施形態（図７、図８参照）に対応して、サブバンド変換部２０３により画素値ａ〜ｄ（図８のような差分でない）をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換し、低周波成分ＬＬは低周波成分量子化部２０６により量子化され、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨは高周波成分ベクトル量子化部２０７により図７に示すテーブルに基づいてベクトル量子化される。
【００６９】
図２０を参照して具体例を説明すると、
ａ＝２０
ｂ＝３０
ｃ＝１２０
ｄ＝１５０
のような原画像データ１１０１に対してＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、係数１１０２は、
となる。
【００７０】
そして、ＬＬ成分を６ビットで表すと、
ＬＬ＝２０（６ビット）
となる。また、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨ成分（−２０，−１１０，２０）については図７に示すテーブルを参照して最も近い
（ＨＬ，ＬＨ，ＨＨ）＝（０，−１２８，０）
を選択し、量子化代表ベクトルを表す符号「１２」を量子化値「１２」（４ビットとすることにより合計１０ビットに圧縮する。
【００７１】
復号化では、ＬＬ＝２０（６ビット）に２ビットの「０」を付加し、また、ベクトル量子化値「１２」に基づいて
（ＬＬ，ＨＬ，ＬＨ，ＨＨ）＝（８０，０，−１２８，０）
を復元し、これを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、
ａ＝１６
ｂ＝１６
ｃ＝１４４
ｄ＝１４４
のような画像データ１１０５が復元される。
【００７２】
＜第７の実施形態＞
図２１〜図２３は第７の実施形態として、第５の実施形態におけるビット配分と第６の実施形態における高周波成分ベクトル量子化を組み合わせた場合を示している。先ず、領域判断については、第５の実施形態と同様に、図２１に示すようにＨＬ、ＬＨ成分の内、少なくとも一方の絶対値が閾値「１６」以上であればエッジ領域と判断し、閾値「１６」以上でなければ非エッジ領域と判断する。このとき、エッジ領域では図２１、図２２（ａ）に示すようにＬＬ成分に上位４ビットを割り当て、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨに下位４ビットを割り当てる。また、非エッジ領域では図２１、図２２（ｂ）に示すようにＬＬ成分に上位６ビットを割り当て、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨに下位２ビットを割り当てる。また、図２２（ｃ）に示すように下位２ビットをフラグ情報として用い、非エッジ領域では「００」とし、エッジ領域では「００」としない。
【００７３】
量子化については図２１、図２２（ｄ）に示すように、エッジ領域ではＬＬ成分を１６で割って４ビット化し、高周波成分を４ビットでベクトル量子化する。但し、フラグを伝送するために、０＝００００、４＝０１００、８＝１０００、１２＝１１００は用いない。非エッジ領域ではＬＬ成分を４で割って６ビット化し、高周波成分は「００」しか用いない。
【００７４】
例えば図２３に示すようにエッジ領域の画像データ１３１１として、
ａ＝２０
ｂ＝３０
ｃ＝１２０
ｄ＝１５０
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１３１２は、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝−２０
ＬＨ＝−１１０
ＨＨ＝２０
となる。
【００７５】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分の絶対値が共に閾値「１５」を超えるので、このブロックはエッジ領域と判断され、ＬＬ成分を１６で割ると、
ＬＬ＝２０＝１０１０（４ビット）
となる。また、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨ成分（−２０，−１１０，２０）については図２３（ｄ）を参照して最も近い （ＨＬ，ＬＨ，ＨＨ）＝（０，−１２８，０）を選択し、量子化代表ベクトルを表す符号「１３」を量子化値「１３」＝０１１１（４ビット）とすることにより合計８ビットに圧縮する。
【００７６】
復号化では、下位２ビットが「００」でないのでエッジ領域と判断され、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝０
ＬＨ＝−１２８
ＨＨ＝０
が復元され、次いで逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換により、
ａ＝１６
ｂ＝１６
ｃ＝１４４
ｄ＝１４４
が復元される。
【００７７】
したがって、この第７の実施形態によれば、第５の実施形態に比べてフラグ情報のためにビットを独立して配分する必要がないので、固定長符号化ビット数が少ない場合に画像データを有効に符号化することができる。
【００７８】
＜第８の実施形態＞
次に、図２４を参照して第８の実施形態について説明する。ここで、第７の実施形態（図２２参照）のように固定長符号化であって、像域に応じて周波数成分ＬＬ、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨのビット配分を変えると、異なる領域間のデータの相関性が悪くなることがあり、これをそのままエントロピー符号化すると高い圧縮率が得られない。
【００７９】
図２４（１）（ａ）は第７の実施形態におけるエッジ領域の８ビットデータを示し、ＬＬ成分の上位４ビットと高周波成分のベクトル量子化値の下位４ビットより成る。ここで、一般に、エッジの大きなブロックは画像中に現れにくいので、図２２（ｄ）に示す量子化テーブルを用いるとベクトル量子化値は小さな値をとることが多くなり、このため、下位４ビットのＭＳＢ側２ビットのプレーンは「「０」が多く、ＬＳＢ側２ビットのプレーンは「０」、「１」のどちらが現れるか予測がつかないランダムなデータになる。
【００８０】
図２４（１）（ｂ）は第７の実施形態における非エッジ領域の８ビットデータを示し、ＬＬ成分の上位６ビットとフラグ情報の下位２ビットより成る。ここで、ＬＬ成分の上位６ビットの下位２ビットのプレーンはランダムなデータであり、フラグ情報の下位２ビットは常に「００」である。
【００８１】
このようなビット配分では、エッジ領域と非エッジ領域の各ＭＳＢ側４ビットは共に、ＬＬ成分のＭＳＢ側４ビットを意味しており、異なる領域間でも相関が良い。ところが、ＭＳＢから５、６番目のビットデータは、エッジ領域では「０」が多いが、非エッジ領域ではランダムデータに近いので、エッジ領域における相関の良さが、非エッジ領域における相関の悪さのために失われている。また、７、８番目のビットデータは、非エッジ領域では全て「００」のため領域間の相関が良いが、エッジ領域ではランダムなデータのため領域間の相関の良さが失われている。
【００８２】
そこで、第８の実施形態では例えば図２４（２），（ｂ）に示すように、非エッジ領域のＭＳＢから５番目と７番目、６番目と８番目のビットデータと入れ替えることにより、ビット配分を調整する。この調整により、８ビットの固定長符号のＭＳＢ側４ビットはエッジ、非エッジ領域共に、ＬＬ成分のＭＳＢ４ビットを意味して相関がよく、５、６番目のビットはエッジ、非エッジ領域共に「０」が多く、７、８番目のビットはエッジ、非エッジ領域共にランダムなデータとなり、したがって、相関が良い固定長符号を実現することができる。その結果、ページメモリ内のデータをソート機能等のために蓄積メモリに保存する場合、エントロピー符号化する場合に効率的に圧縮することができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、画像データをサブバンド変換した各変換係数の下位ビットを間引いて固定長で量子化するので、画像の回転等の各種編集、加工を簡単に行うことができる。
【００８４】
請求項２記載の発明によれば、画像データをサブバンド変換した各変換係数の下位ビットを、画像種に応じて異なるビット数だけ間引き、画像種を示すフラグと共に固定長で量子化するので、エッジ領域と非エッジ領域などに関係なく高画質で且つ効率的に圧縮することができる。また、復号化側ではフラグに基づいて簡単に原画像データを復元することができる。
【００８５】
請求項３記載の発明によれば、画像データをサブバンド変換した低周波成分の下位ビットをエッジ領域では多く間引き、非エッジ領域では少なく間引くので、階調性が視覚上重要な非エッジ領域とエッジの大きさが視覚上重要なエッジ領域を高画質で且つ効率的に圧縮することができる。また、復号化側ではフラグに基づいて簡単に原画像データを復元することができる。
【００８６】
請求項４記載の発明によれば、画像データをサブバンド変換した高周波成分をベクトル量子化するので、更に効率的に圧縮することができる。
【００８７】
請求項５記載の発明によれば、フラグ情報を量子化テーブルに埋め込むので、フラグ情報にビットを割り当てずに済み、したがって、更に効率的に圧縮することができる。
【００８８】
請求項６記載の発明によれば、画像種が異なる間の固定長符号の相関が向上するようにビット配列を変更するので、これをエントロピー符号化する場合に更に効率的に圧縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像処理装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１のサブバンド変換部の処理を示す説明図である。
【図３】図１の画像処理装置による圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図４】完全２値画像が揺らいだ場合の図１の画像処理装置による圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図５】図１の画像処理装置による下位ビット間引き処理を示す説明図である。
【図６】図１の画像処理装置による下位ビット間引き処理を示す説明図である。
【図７】第２、第６の実施形態におけるベクトル量子化テーブルを示す説明図である。
【図８】第２の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態における圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図１０】第３の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。
【図１１】第３の実施形態における圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図１２】第４の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。
【図１３】第４の実施形態における領域判断と量子化の各処理を示す説明図である。
【図１４】第４の実施形態における非エッジ領域とエッジ領域の各圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図１５】第５の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。
【図１６】第５の実施形態における領域判断と量子化の各処理を示す説明図である。
【図１７】第５の実施形態における非エッジ領域とエッジ領域の各ビット割り当てを示す説明図である。
【図１８】第５の実施形態における非エッジ領域とエッジ領域の各圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図１９】第６の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。
【図２０】第６の実施形態における圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図２１】第７の実施形態における領域判断と量子化の各処理を示す説明図である。
【図２２】第７の実施形態における非エッジ領域とエッジ領域の各ビット割り当てと、ベクトル量子化テーブルを示す説明図である。
【図２３】第７の実施形態における圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図２４】第８の実施形態におけるビット配列を示す説明図である。
【符号の説明】
２０２ ２値化画像・差分データ作成部
２０３ サブバンド変換部
２０４，２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ エントロピー符号化部
２０５ メモリ
２０６ 低周波（ＬＬ）成分量子化部
２０７ 高周波成分ベクトル量子化部
１２０３ ＬＬ成分量子化部
１２０４ ＨＬ成分量子化部
１２０５ ＬＨ成分量子化部
１２０６ ページメモリ
１４０３，１４０３ａ 領域判断部
１４０４，１４０４ａ サブバンド変換係数量子化部
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機、ファクシミリ装置、デジタルプリンタ、デジタルカメラ、デジタルビデオ等の画像処理装置や、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピディスク等の画像記録装置において画像データを圧縮、伸長する画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、この種の画像圧縮技術としては、ＤＣＴ（離散コサイン変換）やＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換などのサブバンド変換による画像圧縮方法が自然階調の画像を効果的に圧縮する方法として注目されてい。また、他の従来例としては、例えば特開平２−３０５２７２号公報には文字領域と中間調領域に分離し、それぞれに適した符号化方法で符号化する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＣＴやＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換などのサブバンド変換による画像圧縮方法は、自然階調の画像を効果的に圧縮することができるが、完全２値画像を圧縮する場合には圧縮率が低いという不具合がある。
【０００４】
また、デジタル複写機等においては原画像が完全２値データであっても、スキャニング時の揺らぎのために、読み込みデータが完全２値データでなくなり、このためにエントロピー符号化時に圧縮しづらいという不具合がある。
【０００５】
さらに、コピーの回転、ソート機能を実現する方法として、固定長符号化の１つであるＢＴＣ（ブロックトランケーション）符号化がよく用いられている。しかし、この方式はサブバンド変換方法に比べて、エントロピー符号化時の圧縮率が低く、また、演算が複雑であるという不具合がある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、サブバンド変換方法、固定長符号化方法により画像を高画質、簡易、安価に加工、編集することができる画像処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の手段は、画像データをｎ×ｍ画素のブロック毎に分割する分割手段と、前記分割手段によりブロック毎に分割されたｎ×ｍ画素の画像データをサブバンド変換して変換係数を算出するサブバンド変換手段と、前記サブバンド変換手段により算出された各変換係数の下位ビットを間引いて固定長で量子化する量子化手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の手段は、画像データをｎ×ｍ画素のブロック毎に分割する分割手段と、前記分割手段によりブロック毎に分割されたｎ×ｍ画素の画像データをサブバンド変換して変換係数を算出するサブバンド変換手段と、前記サブバンド変換手段により算出された変換係数の絶対値が閾値を超えるか否かに基づいてそのブロックの画像種を判断する領域判断手段と、前記サブバンド変換手段により算出された各変換係数の下位ビットを、前記領域判断手段により判断された画像種に応じて異なるビット数だけ間引き、画像種を示すフラグと共に固定長で量子化する量子化手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
第３の手段は、第２の手段において前記量子化手段が、前記サブバンド変換手段により算出された低周波成分の下位ビットをエッジ領域では多く間引き、非エッジ領域では少なく間引くことを特徴とする。
【００１０】
第４の手段は、第２または第３の手段において前記量子化手段が、前記サブバンド変換手段により算出された高周波成分をベクトル量子化することを特徴とする。
【００１１】
第５の手段は、第２ないし第４の手段において前記量子化手段が、フラグ情報を量子化テーブルに埋め込むことを特徴とする。
【００１２】
第６の手段は、第２ないし第５の手段において前記量子化手段が、画像種が異なるブロック間の固定長符号の相関が向上するようにビット配列を変更することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る画像処理装置を示すブロック図、図２は図１のサブバンド変換部の処理を示す説明図、図３は図１の画像処理装置による圧縮、伸長処理を示す説明図、図４は完全２値画像が揺らいだ場合の図１の画像処理装置による圧縮、伸長処理を示す説明図、図５、図６は図１の画像処理装置による下位ビット間引き処理を示す説明図である。
【００１５】
この実施形態では一例として、画像データの深さが８ビット（２５６階調）データをプリンタに適用した場合を示している。図１において、バッファ２０１に蓄積された２×２画素の画像データは、２値化画像・差分データ作成部２０２により２値化画像データと差分データに変換される。ここで、２値化とは、濃度値が「０」〜「２５５」の画像データに対して濃度値が閾値「１２８」以上のデータを最大値「２５５」に変換し、それ以外を最小値「０」に変換することを言う。なお、符号は２値化データ「２５５」、「０」をそれぞれ「１」、「０」で表す。
【００１６】
また、差分データとは２値化データ「２５５」または「０」と原画像データの差の絶対値を言い、閾値「１２８」以上のデータ（２値化データ＝２５５の場合）については、
差分データ＝２値化データ「２５５」−濃度値
により演算され、それ以外のデータ（２値化データ＝０の場合）については、
差分データ＝濃度値−２値化データ「０」
により演算される。また、逆変換を行う場合にも２値化データ＝２５５の場合には、
逆変換値＝２値化データ「２５５」−差分データ
により演算され、２値化データ＝０の場合には、
逆変換値＝差分データ−２値化データ「０」
により演算される。
【００１７】
２値化データ「２５５」、「０」はエントロピー符号化部２０４ａによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納され、これに対し、差分データはサブバンド変換部２０３により例えばＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換法によりサブバンド変換され、次いでエントロピー符号化部２０４ｂによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納される。
【００１８】
サブバンド変換部２０３は例えば図２（ａ）に示す画素位置ａ〜ｄの差分データに対して図２（ｂ）のようにＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換し、低周波成分ＬＬと高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨに分解する。小数点以下は切り捨てる。
【００１９】
ＬＬ＝｛（ａ＋ｂ）／２＋（ｃ＋ｄ）／２｝／２
ＨＬ＝｛（ａ−ｂ）＋（ｃ−ｄ）｝／２
ＬＨ＝｛（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）｝／２
ＨＨ＝（ａ−ｂ）−（ｃ−ｄ） …（１）
ここで、２値化データ「２５５」または「０」と原画像データの差分データは「０」から「１２７」までの階調値をとることになり、ＬＬ成分は「０」から「「１２７」までの値をとるので７ビット、ＨＬ、ＬＨ成分は「−１２７」から「「１２７」までの値をとるので８ビット、ＨＨ成分は「−２５５」から「２５５」までの値をとるので９ビットである。また、逆サブバンド変換する場合には、ＬＬ、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨと式（１）に基づいて画素位置ａ〜ｄの原画像データを復元する。
【００２０】
図３を参照して処理の一例を説明する。例えば画素位置ａ〜ｄとして
ａ＝１７５
ｂ＝０
ｃ＝１７５
ｄ＝２０
の原画像データ３０１が入力した場合、画素位置ａ〜ｄの２値化データ３０２は、閾値「１２８」に基づいて
ａ＝２５５＝「１」
ｂ＝０＝「０」
ｃ＝２５５＝「１」
ｄ＝０＝「０」
となる。
【００２１】
また、画素位置ａ〜ｄの差分データ３０２は、
ａ＝２５５−１７５＝８０
ｂ＝０−０＝０
ｃ＝２５５−１７５
ｄ＝２０−０
となり、この差分データ３０２を式（１）によりサブバンド変換したデータ３０３は、
ＬＬ＝４５
ＨＬ＝７０
ＬＨ＝−１０
ＨＨ＝２０
となる。
【００２２】
このデータ３０３をメモリ３０４に一旦格納した後に読み出して、差分データを式（１）に基づいて逆サブバンド変換すると元の差分データ３０２となる。また、この差分データ３０２は２値化データ＝０または１に基づいて
ａ＝２５５−８０＝１７５
ｂ＝０−０＝０
ｃ＝２５５−８０
ｄ＝２０−０＝２０
となり、したがって、原画像データ３０１が復元される。
【００２３】
ここで、自然階調画像を圧縮する場合において２値データを圧縮したり、２値データを圧縮する場合のサブバンド変換係数データの圧縮後の情報量は無視できる程度に小さい。その理由は前者が単純２値画像であり、自然画像の圧縮においては非常に小さい値に圧縮できるからである。また、後者は内容が全て「０」であるからである。
【００２４】
次に、デジタル複写機を例にして、画像の加工、編集（９０°回転等）のために画像１枚分の情報を固定長で圧縮してメモリ（以下、ページメモリ）に格納する場合について説明する。ここで、量子化については図４に示すように、ＬＬ成分は４の倍数、ＨＬ、ＬＨ成分は１６の倍数を、ＨＨ成分は６４の倍数を各量子化代表点とする。量子化方法についてはＬＬ成分は４で割り、ＨＬ、ＬＨ成分は１６で割り、ＨＨ成分は６４で割る（下位ビットを間引く）ことにする。この量子化により、ＬＬ成分（０〜２５５）は６ビット、ＨＬ、ＬＨ成分（−２５５〜２５５）は５ビット、ＨＨ成分（−５１０〜５１０）は４ビットの合計２０ビットで表すことができる。
【００２５】
ここで、複写機では原稿をスキャニングして読み込むので、２値画像であっても読み込みデータは、完全２値画像データ（最小値「０」と最大値「２５５」のみから成るデータ）にならずに濃度値で微妙な揺らぎが発生する。図４は、
ａ＝２５０≠２５５
ｂ＝０
ｃ＝２５４≠２５５
ｄ＝２≠０
のように完全２値画像データでない原画像データ４０１を圧縮、伸長する処理を示している。
【００２６】
２値化データ４０２は閾値「１２８」に基づいて
ａ＝２５５＝「１」
ｂ＝０＝「０」
ｃ＝２５５＝「１」
ｄ＝０＝「０」
となり、また、差分データ４０２は、
ａ＝２５５−２５０＝５
ｂ＝０−０＝０
ｃ＝２５５−２５４＝１
ｄ＝２−０＝２
となる。
【００２７】
差分データ４０２をサブバンド変換したデータ４０３は、
ＬＬ＝１
ＨＬ＝２
ＬＨ＝１
ＨＨ＝６
となり、この下位ビットを間引いてＬＬ成分を６ビット、ＨＬ、ＬＨ成分を５ビット、ＨＨ成分を４ビットで表した量子化データ４０４は、
ＬＬ＝ＨＬ＝ＬＨ＝ＨＨ＝０
となる。
【００２８】
この量子化データ４０５をメモリ３０４に一旦格納した後に読み出して、差分データを元のビット数に逆量子化し、次いで式（１）に基づいて逆サブバンド変換するとした差分データ４０２は、
ａ＝ｂ＝ｃ＝ｄ＝０
となる。次いでこの差分データ４０２を２値化データ＝２５５または０に基づいて逆変換したデータ４０８は、
ａ＝２５５
ｂ＝０
ｃ＝２５５
ｄ＝０
となる。
【００２９】
ここで、復元されたデータ４０８は完全２値画像データになっているが、その理由は差分データ４０２をサブバンド変換した後にＬＬ成分を６ビット、ＨＬ、ＬＨ成分を５ビット、ＨＨ成分を４ビットで量子化したからである。したがって、このような量子化方法によれば、少ない符号量に固定長符号化するので、２値画像を読み込んだ際の揺らぎを除去して完全２値画像に補正することができる。また、この量子化データをエントロピー符号化することを考えると、サブバンド変換係数ＬＬ、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨは全て「０」であるので高圧縮することができ、したがって、画像を単純２値化した場合とほぼ等しい圧縮率を実現することができる。
【００３０】
次に、図５、図６を参照して特有の画像劣化（階調変化が急激なブロック内における平均濃度の変化）が発生した画像を圧縮する場合について説明する。ここでは説明を簡単にするために、１次元変換を例にし、図５に示すように１次元上の２つの連続するデータ（ｘ０，ｘ１）＝（９６，１９１）を次のように変換することを考える。
【００３１】
（１）閾値「１２８」に基づいて２値化する→（０，２５５）
（２）２値化データ「２５５」または「０」と原画像データの差分を求め
→９６−０＝９６
２５５−１９１＝６４
次いでこれをＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換する
→Ｌ＝（９６＋６４）／２＝８０
Ｈ＝６４−９６＝−３２
（３）Ｌ、Ｈを量子化する（下位ビットを間引く）。
【００３２】
ここで、画像情報としては低周波成分Ｌの方が重要であるので、高周波成分Ｈを粗く量子化し（下位ビットを多く間引き）、低周波成分Ｌを細かく量子化する（下位ビットを少なく間引く）。また、ここでは説明を更に簡単にするために、低周波成分Ｌは量子化せず（下位ビットを間引かず）、高周波成分Ｈは６４の倍数で量子化することを考えると、
Ｌ＝８０，Ｈ＝０
となる。
【００３３】
これをサブバンド逆変換して差分データ５０３に戻し、この差分データ５０３から画素値５０４を復元すると、画素値５０４は元の画素値（９６，１９１）から（８０，１７５）に変化し、２つの画素値（８０，１７５）は共に濃度値が低下する。この現象は２値化データ（０，２５５）との差分をサブバンド変換する場合において、同じブロック内に２値化した際に「２５５」になるデータと「０」になるデータが混在する場合に特有な劣化となる現象であり、２次元の画像データに対しても同じ現象が発生するので、復元画像と原画像と異なるという問題が発生する。
【００３４】
そこで、この問題を防止するために、同じブロック内に２値化した際に「２５５」になるデータと「０」になるデータが混在する場合には、高周波成分を細かく量子化する（下位ビットを少なく間引く）ことにする。図６を参照して説明すると、１次元上の２つの連続するデータ（９６，１９１）に対して、２値化データ「２５５」、「０」との差分データ（９６，６４）を求め、この差分データ（（９６，６４）をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換して係数Ｌ＝８０、Ｈ＝−３２を求める。
【００３５】
この係数を量子化する場合、高周波成分Ｈを他の成分より細かく、低周波成分Ｌを他の成分より粗く量子化する。例えば高周波成分Ｈを６４の倍数で、低周波成分Ｌを３２の倍数で量子化すると、サブバンド係数は、
Ｌ＝６４、Ｈ＝−３２
となる。これをサブバンド逆変換して差分データ６０３に戻し、この差分データ６０３に基づいて画素値６０４を復元すると、画素値６０４は元の画素値（９６，１９１）から（８０，２０７）に変化するものの、２つのデータの濃度の和は等しいので、全体としての濃度値は変化しない。
【００３６】
一般に、２値化した際に２値データが混在するブロックにおいては、低周波成分Ｌを劣化させてもブロック全体の濃度は変化しないが、高周波成分Ｈを劣化させるとブロック全体の濃度は変化する。したがって、このような領域では高周波成分Ｈを細かく量子化することにより、色の全体的な変化をある程度防止することができる。
【００３７】
＜第２の実施形態＞
この実施形態に示すタイプのサブバンド変換では、複数の高周波成分の各々をサンプリングするのではなく、幾つかの高周波成分を一まとめにし、各成分の組み合わせに対してサンプリングを行うことにより、効率的にサンプリングすることができる。例えば縦エッジを表すＨＬ成分と、横エッジを表すＬＨ成分が共に大きな値をとるようなブロックは、一般には画像中には現れにくい。これに対し、ＨＬ成分とＬＨ成分の一方のみが大きく、他方とＨＨ成分が小さい絶対値をとるような場合には縦線や横線に対応するので画像中によく現れ、また、全ての高周波成分が小さな絶対値をとるようなブロックは、べたやなだらか階調の領域であるので出現頻度が高い。そこで、高周波成分の組み合わせに対して符号を割り振って量子化を行うことにより、効率的に量子化することができる。ここではこれをベクトル量子化と呼ぶ。
【００３８】
図７は第２の実施形態において、出現頻度が高いＨＬ、ＬＨ、ＨＨ成分の組み合わせに対して符号「０」〜「１５」を割り当てることを示し、これにより高周波成分ＨＬ、ＬＨを４ビットに圧縮することができる。量子化の具体的方法は、各成分毎に変換係数と各ベクトル量子化値の差Ｐをとり、この差Ｐが最も小さな量子化符号を用いる。
【００３９】
Ｐ＝｜ＨＬ−ＨＬｑｉ｜＋｜ＬＨ−ＬＨｑｉ｜＋｜ＨＨ−ＨＨｑｉ｜
但し、ＨＬｑｉ、ＬＨｑｉ、ＨＨｑｉは量子化テーブルにおける符号値ｉに対応する量子化値
図８は第２の実施形態の画像処理装置を示し、図９はその係数変換例を示している。図８においてバッファ２０１に蓄積された２×２画素の画像データは、２値化画像・差分データ作成部２０２により２値化画像データと差分データに変換され、２値化データはエントロピー符号化部２０４ａによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納される。これに対し、差分データはサブバンド変換部２０３により例えばＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換法によりサブバンド変換され、次いで低周波成分ＬＬは低周波成分量子化部２０６により量子化され、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨは高周波成分ベクトル量子化部２０７によりベクトル量子化される。これらの各量子化値はそれぞれエントロピー符号化部２０４ｂ、２０４ｃによりエントロピー符号化されてメモリ２０５に格納される。
【００４０】
図９は図３に示す原画像データ３０１と同じデータ９０１
ａ＝１７５
ｂ＝０
ｃ＝１７５
ｄ＝２０
を圧縮、伸長する場合を示している。２値化データ９０２は閾値「１２８」に基づいて、
ａ＝２５５＝「１」
ｂ＝０＝「０」
ｃ＝２５５＝「１」
ｄ＝０＝「０」
となり、また、差分データ９０２は、
ａ＝２５５−１７５＝８０
ｂ＝０−０＝０
ｃ＝２５５−１７５＝７０
ｄ＝２０−０＝０
となり、この差分データ９０２を式（１）によりサブバンド変換したデータ９０３は、
ＬＬ＝４５
ＨＬ＝７０
ＬＨ＝−１０
ＨＨ＝２０
となる。
【００４１】
そして、ＬＬ成分は４の倍数を量子化代表点として線形量子化すると、
ＬＬ＝４４
となり、また、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨ成分（７０，−１０，２０）については図７を参照して最も近い
（ＨＬ，ＬＨ，ＨＨ）＝（６４，０，０）
を選択し、量子化代表ベクトルを表す符号「５」をベクトル量子化値Ｈ＝５とする。
【００４２】
復号化を行う場合には係数９０７である
（ＬＬ，ＨＬ，ＬＨ，ＨＨ）＝（４４，６４，０，０）
と、式（１）に基づいて復元した差分データ９０８は、
ａ＝７６
ｂ＝１２
ｃ＝７６
ｄ＝１２
となり、この差分データ９０８は２値化データａ＝２５５、ｂ＝０、ｃ＝２５５、ｄ＝０に基づいて
ａ＝２５５−７６＝１７９
ｂ＝１２−０＝１２
ｃ＝２５５−７６＝１７９
ｄ＝１２−０＝１２
に復元される。
【００４３】
このように第２の実施形態によれば、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨをベクトル量子化するので全体で４ビットで表すことができる。ここでＬＬ成分は元々７ビットのデータを４の倍数で量子化すると５ビットになるので２値化画像は４ビットで表すことができ、係数全体として１３ビットで２×２画素のブロック内のデータを表すことができるので、ベクトル量子化しない場合に比べて非常に効率が高い固定長符号化を実現することができる。
【００４４】
＜第３の実施形態＞
次に、デジタル複写機を例にして、画像の加工、編集（９０°回転等）のために画像１枚分の情報を固定長で圧縮してページメモリに格納したり、また、ソート機能を実現するために、固定長符号化された画像データをエントロピー符号化し、別のメモリ（以下、蓄積メモリ）に格納する場合を考える。具体的には前者は第３〜第７の実施形態に関し、後者は第８の実施形態に関する。
【００４５】
図１０および図１１は第３の実施形態を示すもので、サブバンド変換部２０３は２×２バッファ２０１からの画像データ（図２に示す画素位置ａ〜ｄ）を式（１）に基づいてＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換し、低周波成分ＬＬと高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨに分解する。少数点以下は切り捨てる。また、逆サブバンド変換する場合には、ＬＬ、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨと式（１）に基づいて画素位置ａ〜ｄの原画像データを復元する。
【００４６】
ここで、ＬＬ成分は「０」から「２５５」までの値をとるので８ビット、ＨＬ、ＬＨ成分は「−２５５」から「２５５」までの値をとるので９ビット、ＨＨ成分は「−５１０」から「５１０」までの値をとるので１０ビット（合計３６ビット）であるが、サブバンド変換係数ＬＬ、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨの重要度は異なり、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨの下位ビットはかなり削減することができる。
【００４７】
そこで、続くＬＬ成分量子化部１２０３はＬＬ成分を４の倍数に量子化し、ＨＬ成分量子化部１２０４とＨＨ成分量子化部１２０５はそれぞれＨＬ成分とＨＨ成分を共に１６の倍数に量子化する。ＨＨ成分は全て「０」、すなわち破棄する。具体的にはＬＬ成分を４で割ることにより８→６ビット化し、ＨＬ成分とＨＨ成分は共に１６で割ることにより９→５ビット化し、ＨＨ成分は破棄することにより１０→０ビット化する。これにより２×２画素の係数の合計ビット数が３６→１６ビットに圧縮、量子化される。そして、この量子化部１２０１〜１２０３による量子化値がページメモリ１２０６に送られる。
【００４８】
図１１を参照して具体例を説明する。例えば図２に示す画素位置ａ〜ｄの画像データ１３０１として
ａ＝２００
ｂ＝２０２
ｃ＝２０４
ｄ＝２０８
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１３０２は、
ＬＬ＝２０３
ＨＬ＝−３
ＬＨ＝−５
ＨＨ＝２
となる。
【００４９】
この係数１３０２を上記のように下位ビット削減を行うと、
ＬＬ＝５０
ＨＬ＝０
ＬＨ＝０
ＨＨ＝０
のような量子化データ１３０３となり、このデータ１３０３をページメモリ１２０６を介して伝送した後、削減ビットに「０」を付加すると、
ＬＬ＝２００
ＨＬ＝０
ＬＨ＝０
ＨＨ＝０
のような係数１３０４となる。
【００５０】
次いでこれを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると
ａ＝２００
ｂ＝２００
ｃ＝２００
ｄ＝２００
に復元される。したがって、ビット数を大幅に削減したにもかかわらず、復号後の画像データ１３０５は原画像データ１３０１と概ね合っていることが分かる。また、このようにサブバンド変換を利用した固定長符号化は、式（１）に示すような加減算、ビットシフト等の単純な演算のみで実現することができ、また、復号後の画質が高い。
【００５１】
＜第４の実施形態＞
次に、図１２〜図１４を参照して第４の実施形態について説明する。図１２では図１０に示すバッファ２０１、サブバンド変換部２０３およびページメモリ１２６が同一であり、サブバンド変換係数量子化部１４０４および領域判断部１４０３が異なる。領域判断部１４０３はサブバンド変換部２０３により変換された係数ＨＬ、ＬＨに基づいて、画像を階調変化が激しいエッジ領域とそれ以外の非エッジ領域（イメージ領域）に分ける。領域判断方法は、例えば図１３に示すようにＨＬ、ＬＨ成分の内、少なくとも一方の絶対値が閾値「６４」以上であればエッジ領域と判断し、閾値「６４」以上でなければ非エッジ領域と判断し、フラグ情報としてエッジ領域＝１、非エッジ領域＝０をサブバンド変換係数量子化部１４０４とページメモリ１２６に送る。
【００５２】
サブバンド変換係数量子化部１４０４は図１３に示すように、エッジ領域についてはＬＬ成分を４の倍数で量子化する（４で割る）ことにより８→６ビット化し、ＨＬ、ＬＨ成分を６４の倍数で量子化する（６４で割る）ことにより９→３ビット化する。非エッジ領域（イメージ領域）についてはＬＬ成分を４の倍数で量子化する（４で割る）ことにより８→６ビット化し、ＨＬ、ＬＨ成分を絶対値が０、１６、３２、４８になるような量子化代表点に量子化する（１６で割る）ことにより９→３ビット化する。ＨＨ成分はエッジ領域、非エッジ領域共に全て「０」、すなわち破棄することにより１０→０ビット化する。
【００５３】
図１４（ａ）、（ｂ）を参照して具体例を説明する。図１４（ａ）に示すように非エッジ領域の画像データ１５０１として例えば、
ａ＝２００
ｂ＝２０２
ｃ＝２０４
ｄ＝２０８
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１５０２は、
ＬＬ＝２０３
ＨＬ＝−３
ＬＨ＝−５
ＨＨ＝２
となる。
【００５４】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分共に、絶対値が閾値「６３」以下であるので、このブロックは非エッジ領域と判断され、ＬＬ成分を４の倍数で量子化し、ＨＬ、ＬＨ成分を１６で割り、ＨＨ成分を破棄すると、
ＬＬ＝５０（６ビット）
ＨＬ＝０ （３ビット）
ＬＨ＝０ （３ビット）
ＨＨ＝０ （０ビット）
フラグ＝０（１ビット）
合計＝１３ビット
となる。
【００５５】
このデータ１５０３をページメモリ１２０６を介して伝送した後、削減ビットに「０」を付加すると、
ＬＬ＝２００
ＨＬ＝０
ＬＨ＝０
ＨＨ＝０
のような係数１５０４となり、これを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、
ａ＝２００
ｂ＝２００
ｃ＝２００
ｄ＝２００
に復元される。したがって、ビット数を大幅に削減したにもかかわらず、復号後の画像データ１５０５は原画像データ１５０１と概ね合っていることが分かる。
次に、図１４（ｂ）に示すようにエッジ領域の画像データ１５１１として例えば、
ａ＝２０
ｂ＝３０
ｃ＝１２０
ｄ＝１５０
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１５１２は、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝−２０
ＬＨ＝−１１０
ＨＨ＝２０
となる。
【００５６】
ここで、ＬＨ成分の絶対値が閾値「６３」以下でないので、このブロックはエッジ領域と判断され、ＬＬ成分を４の倍数で量子化し、ＨＬ、ＬＨ成分を６４の倍数で量子化し、ＨＨ成分を破棄すると
ＬＬ＝２０（６ビット）
ＨＬ＝０ （３ビット）
ＬＨ＝−１（３ビット）
ＨＨ＝０ （０ビット）
フラグ＝１（１ビット）
合計＝１３ビット
となる。
【００５７】
このデータ１５１３をページメモリ１２０６を介して伝送した後、削減ビットに「０」を付加すると、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝０
ＬＨ＝−６４
ＨＨ＝０
のような係数１５１４となり、これを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、
ａ＝２４
ｂ＝２４
ｃ＝１１２
ｄ＝１１２
に復元される。したがって、ビット数を大幅に削減したにもかかわらず、復号後の画像データ１５１５にエッジが残っていることが分かる。
【００５８】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分は、第３の実施形態ではエッジ、非エッジ領域に依らず１６の倍数で量子化するのに対し、第４の実施形態では絶対値が閾値「６４」以上の場合に「６４」で量子化するので、例えば「９６」や「１６０」などの量子化代表点がなくなっている。この理由により、第４の実施形態の固定長符号化による量子化ビット数が第３の実施形態より少なくなる。しかし、階調変化が急峻なエッジ領域では、高周波成分の値を粗くサンプリングしても視覚上、気になる劣化は生じにくいので、これらの情報は間引いても画質をある程度保つことができ、したがって、上記のような像域分離により効率的に固定長符号化することができる。
【００５９】
＜第５の実施形態＞
次に、図１５〜図１８を参照して第５の実施形態について説明する。図１５に示す第５の実施形態では、領域判断部１４０３ａとサブバンド変換係数量子化・符号化部１４０４ａの処理が第４の実施形態と異なっている。領域判断部１４０３ａは図１６に示すように、サブバンド変換部２０３により変換された係数ＨＬ、ＬＨに基づいて、画像を階調変化が激しいエッジ領域とそれ以外の非エッジ領域（イメージ領域）に分けるために、ＨＬ、ＬＨ成分の内、少なくとも一方の絶対値が閾値「１６」以上であればエッジ領域と判断し、「１６」以上でなければ非エッジ領域と判断し、フラグ情報としてエッジ領域＝１、非エッジ領域＝０をサブバンド変換係数量子化・符号化部１４０４ａとページメモリ１２０６に送る。
【００６０】
サブバンド変換係数量子化・符号化部１４０４ａは、エッジ領域か非エッジ領域かに応じて固定長符号化する場合のビット配分を変更する。例えば非エッジ領域では階調性が視覚上重要であるのでＬＬ成分に６ビットを配分し、ＨＬ、ＬＨ成分の各々には３ビットを配分する。また、エッジ領域ではエッジの大きさが視覚上重要であるのでＬＬ成分に４ビットを配分し、ＨＬ、ＬＨ成分の各々にも同様に４ビットを配分する。
【００６１】
すなわち、サブバンド変換係数量子化・符号化部１４０４ａは図１６、図１７に示すように、エッジ領域についてはＬＬ成分を１６の倍数で量子化する（１６で割る）ことにより８→４ビット化し、ＨＬ、ＬＨ成分を３２の倍数で量子化する（３２で割る）ことにより９→４ビット化する。非エッジ領域についてはＬＬ成分を４の倍数で量子化する（４で割る）ことにより８→６ビット化し、ＨＬ、ＬＨ成分を４の倍数で量子化する（４で割る）ことにより９→３ビット化する。ＨＨ成分はエッジ、非エッジ領域共に全て「０」、すなわち破棄することにより１０→０ビット化する。
【００６２】
図１８（ａ）、（ｂ）を参照して具体例を説明する。図１８（ａ）に示すように非エッジ領域の画像データ１８０１として例えば、
ａ＝２００
ｂ＝２０２
ｃ＝２０４
ｄ＝２０８
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１８０２は、
ＬＬ＝２０３
ＨＬ＝−３
ＬＨ＝−５
ＨＨ＝２
となる。
【００６３】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分成分共に、絶対値が閾値「１６」より小さいので、このブロックは非エッジ領域と判断され、ＬＬ成分を４の倍数で量子化し、ＨＬ、ＬＨ成分を４の倍数で量子化し、ＨＨ成分を破棄すると、
ＬＬ＝５０（６ビット）
ＨＬ＝０ （３ビット）
ＬＨ＝−１（３ビット）
ＨＨ＝０ （０ビット）
フラグ＝０（１ビット）
合計＝１３ビットとなる。
【００６４】
このデータ１８０３をページメモリ１２０６を介して伝送した後、フラグ＝０に基づいて削減ビットに「０」を付加すると、
ＬＬ＝２００
ＨＬ＝０
ＬＨ＝−４
ＨＨ＝０
のような係数１８０４となり、これを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、
ａ＝１９８
ｂ＝１９８
ｃ＝２０２
ｄ＝２０２
に復元される。
【００６５】
また、図１８（ｂ）に示すようにエッジ領域の画像データ１８１１として例えば、
ａ＝２０
ｂ＝３０
ｃ＝１２０
ｄ＝１５０
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１８１２は、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝−２０
ＬＨ＝−１１０
ＨＨ＝２０
となる。
【００６６】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分の絶対値が共に閾値「１５」を超えるので、このブロックはエッジ領域と判断され、ＬＬ成分を４の倍数で量子化し、ＨＬ、ＬＨ成分を３２の倍数で量子化し、ＨＨ成分を破棄すると、
ＬＬ＝５ （４ビット）
ＨＬ＝０ （４ビット）
ＬＨ＝−３（４ビット）
ＨＨ＝０ （０ビット）
フラグ＝１（１ビット）
合計＝１３ビット
となる。
【００６７】
このデータ１８１３をページメモリ１２０６を介して伝送した後、フラグ＝１に基づいて削減ビットに「０」を付加すると、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝０
ＬＨ＝−９６
ＨＨ＝０
のような係数１８１４となり、これを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、
ａ＝３２
ｂ＝３２
ｃ＝１２８
ｄ＝１２８
に復元される。
【００６８】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分は、第３の実施形態ではエッジ、非エッジ領域に依らず同じ配分ビット数で係数を符号化するのに対し、第５の実施形態ではエッジ、非エッジ領域に応じて異なる配分ビット数で係数を符号化し、階調性が視覚上重要である非エッジ領域ではＬＬ成分を細かくサンプリングし、逆に濃度変化が視覚上重要であるエッジ領域では、濃度変化を表すＨＬ、ＬＨを細かくサンプリングするので、画像の特徴を保ったまま効率的に固定長符号化することができる。
＜第６の実施形態＞
次に、図１９、図２０を参照して第６の実施形態について説明する。図１９では、第２の実施形態（図７、図８参照）に対応して、サブバンド変換部２０３により画素値ａ〜ｄ（図８のような差分でない）をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換し、低周波成分ＬＬは低周波成分量子化部２０６により量子化され、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨは高周波成分ベクトル量子化部２０７により図７に示すテーブルに基づいてベクトル量子化される。
【００６９】
図２０を参照して具体例を説明すると、
ａ＝２０
ｂ＝３０
ｃ＝１２０
ｄ＝１５０
のような原画像データ１１０１に対してＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、係数１１０２は、
【００７０】
そして、ＬＬ成分を６ビットで表すと、
ＬＬ＝２０（６ビット）
となる。また、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨ成分（−２０，−１１０，２０）については図７に示すテーブルを参照して最も近い
（ＨＬ，ＬＨ，ＨＨ）＝（０，−１２８，０）
を選択し、量子化代表ベクトルを表す符号「１２」を量子化値「１２」（４ビットとすることにより合計１０ビットに圧縮する。
【００７１】
復号化では、ＬＬ＝２０（６ビット）に２ビットの「０」を付加し、また、ベクトル量子化値「１２」に基づいて
（ＬＬ，ＨＬ，ＬＨ，ＨＨ）＝（８０，０，−１２８，０）
を復元し、これを逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換すると、
ａ＝１６
ｂ＝１６
ｃ＝１４４
ｄ＝１４４
のような画像データ１１０５が復元される。
【００７２】
＜第７の実施形態＞
図２１〜図２３は第７の実施形態として、第５の実施形態におけるビット配分と第６の実施形態における高周波成分ベクトル量子化を組み合わせた場合を示している。先ず、領域判断については、第５の実施形態と同様に、図２１に示すようにＨＬ、ＬＨ成分の内、少なくとも一方の絶対値が閾値「１６」以上であればエッジ領域と判断し、閾値「１６」以上でなければ非エッジ領域と判断する。このとき、エッジ領域では図２１、図２２（ａ）に示すようにＬＬ成分に上位４ビットを割り当て、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨに下位４ビットを割り当てる。また、非エッジ領域では図２１、図２２（ｂ）に示すようにＬＬ成分に上位６ビットを割り当て、高周波成分ＨＬ、ＬＨ、ＨＨに下位２ビットを割り当てる。また、図２２（ｃ）に示すように下位２ビットをフラグ情報として用い、非エッジ領域では「００」とし、エッジ領域では「００」としない。
【００７３】
量子化については図２１、図２２（ｄ）に示すように、エッジ領域ではＬＬ成分を１６で割って４ビット化し、高周波成分を４ビットでベクトル量子化する。但し、フラグを伝送するために、０＝００００、４＝０１００、８＝１０００、１２＝１１００は用いない。非エッジ領域ではＬＬ成分を４で割って６ビット化し、高周波成分は「００」しか用いない。
【００７４】
例えば図２３に示すようにエッジ領域の画像データ１３１１として、
ａ＝２０
ｂ＝３０
ｃ＝１２０
ｄ＝１５０
をＨａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換した係数１３１２は、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝−２０
ＬＨ＝−１１０
ＨＨ＝２０
となる。
【００７５】
ここで、ＨＬ、ＬＨ成分の絶対値が共に閾値「１５」を超えるので、このブロックはエッジ領域と判断され、ＬＬ成分を１６で割ると、
ＬＬ＝２０＝１０１０（４ビット）
となる。また、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨ成分（−２０，−１１０，２０）については図２３（ｄ）を参照して最も近い （ＨＬ，ＬＨ，ＨＨ）＝（０，−１２８，０）を選択し、量子化代表ベクトルを表す符号「１３」を量子化値「１３」＝０１１１（４ビット）とすることにより合計８ビットに圧縮する。
【００７６】
復号化では、下位２ビットが「００」でないのでエッジ領域と判断され、
ＬＬ＝８０
ＨＬ＝０
ＬＨ＝−１２８
ＨＨ＝０
が復元され、次いで逆Ｈａｒｒ Ｗａｖｅｌｅｔ変換により、
ａ＝１６
ｂ＝１６
ｃ＝１４４
ｄ＝１４４
が復元される。
【００７７】
したがって、この第７の実施形態によれば、第５の実施形態に比べてフラグ情報のためにビットを独立して配分する必要がないので、固定長符号化ビット数が少ない場合に画像データを有効に符号化することができる。
【００７８】
＜第８の実施形態＞
次に、図２４を参照して第８の実施形態について説明する。ここで、第７の実施形態（図２２参照）のように固定長符号化であって、像域に応じて周波数成分ＬＬ、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨのビット配分を変えると、異なる領域間のデータの相関性が悪くなることがあり、これをそのままエントロピー符号化すると高い圧縮率が得られない。
【００７９】
図２４（１）（ａ）は第７の実施形態におけるエッジ領域の８ビットデータを示し、ＬＬ成分の上位４ビットと高周波成分のベクトル量子化値の下位４ビットより成る。ここで、一般に、エッジの大きなブロックは画像中に現れにくいので、図２２（ｄ）に示す量子化テーブルを用いるとベクトル量子化値は小さな値をとることが多くなり、このため、下位４ビットのＭＳＢ側２ビットのプレーンは「「０」が多く、ＬＳＢ側２ビットのプレーンは「０」、「１」のどちらが現れるか予測がつかないランダムなデータになる。
【００８０】
図２４（１）（ｂ）は第７の実施形態における非エッジ領域の８ビットデータを示し、ＬＬ成分の上位６ビットとフラグ情報の下位２ビットより成る。ここで、ＬＬ成分の上位６ビットの下位２ビットのプレーンはランダムなデータであり、フラグ情報の下位２ビットは常に「００」である。
【００８１】
このようなビット配分では、エッジ領域と非エッジ領域の各ＭＳＢ側４ビットは共に、ＬＬ成分のＭＳＢ側４ビットを意味しており、異なる領域間でも相関が良い。ところが、ＭＳＢから５、６番目のビットデータは、エッジ領域では「０」が多いが、非エッジ領域ではランダムデータに近いので、エッジ領域における相関の良さが、非エッジ領域における相関の悪さのために失われている。また、７、８番目のビットデータは、非エッジ領域では全て「００」のため領域間の相関が良いが、エッジ領域ではランダムなデータのため領域間の相関の良さが失われている。
【００８２】
そこで、第８の実施形態では例えば図２４（２），（ｂ）に示すように、非エッジ領域のＭＳＢから５番目と７番目、６番目と８番目のビットデータと入れ替えることにより、ビット配分を調整する。この調整により、８ビットの固定長符号のＭＳＢ側４ビットはエッジ、非エッジ領域共に、ＬＬ成分のＭＳＢ４ビットを意味して相関がよく、５、６番目のビットはエッジ、非エッジ領域共に「０」が多く、７、８番目のビットはエッジ、非エッジ領域共にランダムなデータとなり、したがって、相関が良い固定長符号を実現することができる。その結果、ページメモリ内のデータをソート機能等のために蓄積メモリに保存する場合、エントロピー符号化する場合に効率的に圧縮することができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、画像データをサブバンド変換した各変換係数の下位ビットを間引いて固定長で量子化するので、画像の回転等の各種編集、加工を簡単に行うことができる。
【００８４】
請求項２記載の発明によれば、画像データをサブバンド変換した各変換係数の下位ビットを、画像種に応じて異なるビット数だけ間引き、画像種を示すフラグと共に固定長で量子化するので、エッジ領域と非エッジ領域などに関係なく高画質で且つ効率的に圧縮することができる。また、復号化側ではフラグに基づいて簡単に原画像データを復元することができる。
【００８５】
請求項３記載の発明によれば、画像データをサブバンド変換した低周波成分の下位ビットをエッジ領域では多く間引き、非エッジ領域では少なく間引くので、階調性が視覚上重要な非エッジ領域とエッジの大きさが視覚上重要なエッジ領域を高画質で且つ効率的に圧縮することができる。また、復号化側ではフラグに基づいて簡単に原画像データを復元することができる。
【００８６】
請求項４記載の発明によれば、画像データをサブバンド変換した高周波成分をベクトル量子化するので、更に効率的に圧縮することができる。
【００８７】
請求項５記載の発明によれば、フラグ情報を量子化テーブルに埋め込むので、フラグ情報にビットを割り当てずに済み、したがって、更に効率的に圧縮することができる。
【００８８】
請求項６記載の発明によれば、画像種が異なる間の固定長符号の相関が向上するようにビット配列を変更するので、これをエントロピー符号化する場合に更に効率的に圧縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像処理装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１のサブバンド変換部の処理を示す説明図である。
【図３】図１の画像処理装置による圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図４】完全２値画像が揺らいだ場合の図１の画像処理装置による圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図５】図１の画像処理装置による下位ビット間引き処理を示す説明図である。
【図６】図１の画像処理装置による下位ビット間引き処理を示す説明図である。
【図７】第２、第６の実施形態におけるベクトル量子化テーブルを示す説明図である。
【図８】第２の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態における圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図１０】第３の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。
【図１１】第３の実施形態における圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図１２】第４の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。
【図１３】第４の実施形態における領域判断と量子化の各処理を示す説明図である。
【図１４】第４の実施形態における非エッジ領域とエッジ領域の各圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図１５】第５の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。
【図１６】第５の実施形態における領域判断と量子化の各処理を示す説明図である。
【図１７】第５の実施形態における非エッジ領域とエッジ領域の各ビット割り当てを示す説明図である。
【図１８】第５の実施形態における非エッジ領域とエッジ領域の各圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図１９】第６の実施形態の画像処理装置を示すブロック図である。
【図２０】第６の実施形態における圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図２１】第７の実施形態における領域判断と量子化の各処理を示す説明図である。
【図２２】第７の実施形態における非エッジ領域とエッジ領域の各ビット割り当てと、ベクトル量子化テーブルを示す説明図である。
【図２３】第７の実施形態における圧縮、伸長処理を示す説明図である。
【図２４】第８の実施形態におけるビット配列を示す説明図である。
【符号の説明】
２０２ ２値化画像・差分データ作成部
２０３ サブバンド変換部
２０４，２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ エントロピー符号化部
２０５ メモリ
２０６ 低周波（ＬＬ）成分量子化部
２０７ 高周波成分ベクトル量子化部
１２０３ ＬＬ成分量子化部
１２０４ ＨＬ成分量子化部
１２０５ ＬＨ成分量子化部
１２０６ ページメモリ
１４０３，１４０３ａ 領域判断部
１４０４，１４０４ａ サブバンド変換係数量子化部
Claims (6)
- 画像データをｎ×ｍ画素のブロック毎に分割する分割手段と、
前記分割手段によりブロック毎に分割されたｎ×ｍ画素の画像データをサブバンド変換して変換係数を算出するサブバンド変換手段と、
前記サブバンド変換手段により算出された各変換係数の下位ビットを間引いて固定長で量子化する量子化手段と、
を備えた画像処理装置。 - 画像データをｎ×ｍ画素のブロック毎に分割する分割手段と、
前記分割手段によりブロック毎に分割されたｎ×ｍ画素の画像データをサブバンド変換して変換係数を算出するサブバンド変換手段と、
前記サブバンド変換手段により算出された変換係数の絶対値が閾値を超えるか否かに基づいてそのブロックの画像種を判断する領域判断手段と、
前記サブバンド変換手段により算出された各変換係数の下位ビットを、前記領域判断手段により判断された画像種に応じて異なるビット数だけ間引き、画像種を示すフラグと共に固定長で量子化する量子化手段と、
を備えた画像処理装置。 - 前記量子化手段は、前記サブバンド変換手段により算出された低周波成分の下位ビットをエッジ領域では多く間引き、非エッジ領域では少なく間引くことを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
- 前記量子化手段は、前記サブバンド変換手段により算出された高周波成分をベクトル量子化することを特徴とする請求項２または３記載の画像処理装置。
- 前記量子化手段は、フラグ情報を量子化テーブルに埋め込むことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
- 前記量子化手段は、画像種が異なるブロック間の固定長符号の相関が向上するようにビット配列を変更することを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
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-
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