JP2004537220A - ディジタル画像を処理する装置 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、ディジタル画像に関する。より具体的には、本発明は、複合ドキュメントの圧縮に関する。
【背景技術】
【0002】
ディジタル複写機などのハードコピー装置は、一般に、ドキュメントのページをディジタル画像に変換する走査エンジンと、ディジタル画像を記憶するメモリと、記憶した画像を印刷出力する印刷エンジンとを含む。メモリは、通常、少なくとも1つの完全ディジタル画像を記憶できるほど大きい。完全ディジタル画像をメモリに記憶することによって、ディジタル複写機は、複数の記憶画像を印刷することができる。
【0003】
メモリとディジタル複写機の帯域幅要件を小さくするために、ディジタル画像圧縮が行われる。メモリと帯域幅要件を小さくすることによって、ディジタル複写機のコストが削減される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
通常、複合ドキュメントの圧縮に単一圧縮アルゴリズムは適していない。複合ドキュメントは、テキスト、図および写真領域(重なることがある)、合成背景(例えば、テキスト・ボックス)、透かし、および階調を含むことがある。例えば雑誌や機関誌、教科書は、通常、これらの特徴のうちの2つ以上を含む。JPEGなどの圧縮アルゴリズムは、複合カラー・ドキュメントの写真領域の圧縮には適しているが、複合カラー・ドキュメントの黒白テキスト領域の圧縮には適していない。これらの不可逆圧縮アルゴリズムは、線形変換(例えば、離散コサイン変換、個別ウェーブレット変換)に基づき、エッジを効率的に圧縮しない。このアルゴリズムは、必要とするビットが多すぎ、テキストのまわりにきわめて好ましくないアーティファクトを生成することがある。
【0005】
複合カラー・ドキュメントの黒白テキスト領域の圧縮には、CCITT、G4、JBIGなどの圧縮アルゴリズムが適している。しかしながら、これらのアルゴリズムは、複合カラー・ドキュメントの写真領域の圧縮には適していない。
【0006】
代表的な解決策は、ドキュメントを事前に処理して、ドキュメントが含む情報の種類によって領域を分離することである。例えば、エッジを含む領域(例えば、テキスト、線画、図形を含む領域)と、自然の特徴(例えば、写真、カラー背景および階調を含む領域)が、様々なアルゴリズムに従って分離され圧縮される。
【0007】
しかしながら、領域を分離するアルゴリズムは、きわめて複雑になりやすく、大量のメモリと高い帯域幅を必要する。この複雑さ、高い帯域幅、および大きなメモリ要件のために、多くのアルゴリズムは、ディジタル複写機、プリンタ、スキャナ、他のハードコピー装置などの埋込みアプリケーションには適さない。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の1つの態様によれば、ディジタル画像(例えば、複合ドキュメントのディジタル画像)は、ディジタル画像の複数のブロックにアクセスし、各ブロックを圧縮用に分類することによって処理される。少なくともいくつかのブロックが、その異なる色の数によって分類される。ブロック・サイズは、実質的にディジタル画像のサイズよりも小さく、したがって、帯域幅とメモリ要件が小さくなる。
【0009】
本発明のその他の態様および利点は、本発明の原理を例として示す添付図面と共に行われる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1を参照し、図は、ディジタル画像を処理する方法を示す。ディジタル画像は、それぞれnビット・ワードで表された複数の画素からなる。RGB色空間を表す代表的な24ビット・ワードでは、例えば、8ビットが赤成分を表し、8ビットが緑成分を表し、8ビットが青成分を表す。
【0011】
ディジタル画像は、1度に1ストリップずつ処理される。各ストリップは、一列の連続したブロックを含む。各ブロックは、ディジタル画像内の画素数よりも少ない数の画素を含む。標準的なブロック・サイズは、例えば、16x16画素または32x32画素である。小さなブロックほど、必要なメモリが少なく、その結果解像度が良くなる。実際には、ブロック・サイズは、ハードコピー装置のメモリの制約によって決定される。
【0012】
次に、単一ストリップの処理について説明する。ストリップは、バッファされ(112)、ブロックが、1度に1つづつアクセスされる(114)。各ブロックごとに、異なる色の数が決定され(116)、しきい値数と比較される(118)。しきい値数よりも少ない色を有するブロックは、テキストまたはその他のコンピュータ生成のフィーチャー(feature)を含む可能性が高い。ブロックが、しきい値数と同じまたはそれよりも多い数の色を有する場合、色の階調をもつ可能性が高い。
【0013】
しきい値数よりも少ない色をブロックが有する場合に、色パターンが符号化される(120)。しきい値数が3で、黒いテキストと白い背景の部分を含む例を想定されたい。ブロックは2つの異なる色を有し、したがって、その色パターンが符号化される。白画素に「0」の値を割り当て、黒画素に「1」の値を割り当てることによって、ブロックを符号化することができる。したがって、1ビット・ワードを使って、ブロックの各画素を符号化することができる。符号化によって、0の文字列と1の文字列が得られる。処理負担の大部分が、個別の色を見つけることに費やされるため、この単純な手法によって、計算負担が大幅に減少する。
【0014】
0と1の文字列が圧縮される(122)。ランレングス符号化や任意の適切なアルゴリズムを使用して、0と1の文字列の長さを短かくすることができる。
【0015】
3以外のしきい値数を使用することができる。しきい値の選択は、画像の解像度にある程度依存する。解像度が高いと、色は徐々に変化し、各ブロックが2つか3つの色だけを含む可能性がある。しきい値数が4で、ブロックが3つの異なる色を含むもう1つの例を検討する。3つの色には、1、2および3の値が割り当てられ、それにより各色を符号化するために2ビット・ワードが使用される。しかしながら、しきい値を2に制限することによって、各24ビット・ワードまたは32ビット・ワードを単一ビットに減少させることができる。さらに、比較数が少なくなり、分類の複雑さが減少する。
【0016】
ブロックに、しきい値数よりも多い異なる色がある場合(118)は、ブロックを分類するためにエッジ検出が実行される(124)。エッジが検出された場合、そのブロックは、不可逆的高品質圧縮アルゴリズム(128)によって符号化されるクラスに入れられる。エッジが検出されない場合、ブロックは、写真または自然の特徴を含む可能性が高く、したがって、不可逆的低品質圧縮アルゴリズム(130)によって符号化されるクラスに入れられる。
【0017】
エッジ検出は、ブロック内のエッジの位置や向きを識別しなくてもよく、ブロック内のエッジの存在を示すだけでよい。好ましいエッジ検出方法は、ブロック内のエッジの存在を検出するためにブロックにエントロピー関数を適用することを含む。
【0018】
以上の不可逆的圧縮(128,130)は、一般に、ブロックの色成分を3つの個別のストリームに符号化する。
【0019】
さらに、他の処理を行うことができる。例えば、ブロックを処理する前に、バッファされたストリップの基調色を識別することができる(132)。バッファされたストリップの基調色は、バッファされたストリップ内の画素のランダム・サンプリングに基づく統計解析を実行することによって識別することができる。基調色は、ヘッダ情報に追加され、ストリップ内のすべてのブロックを復号化するためのデフォルト色としてデコーダによって使用することができる。代替として、ストリップのうちの1つのストリップの基調色を、画像全体の基調色と見なすことができる。基調色を識別することによって、ディジタル画像をより効率よく圧縮することができる。
【0020】
ヘッダ情報を、各ブロックに追加することができる。例えば、ブロック・ヘッダの第1のエントリが、色のしきい値数を示し、第2のエントリが、しきい値を超えたかどうかを示し、第3のエントリが、ブロックがエッジを含むかどうか示す。
【0021】
追加のブロック・ヘッダ情報は、ブロックの圧縮に使用される圧縮アルゴリズムと、画像内のブロックの空間位置とを示すことができる。しかしながら、ブロックが連続して符号化される場合は、この空間位置のエントリを省略することができる。規則によって圧縮タイプが一致した場合は、圧縮タイプのヘッダ・エントリを省略することができる。
【0022】
ヘッダ情報は、ブロックの各ストリップに追加されることがある。そのようなヘッダ情報は、基調色を識別することがある。
【0023】
圧縮ブロックは、ほとんどオーバヘッドなしに復号化することができる。ブロックは、圧縮されたアルゴリズムと同じアルゴリズムで復元される。各ブロック内のヘッダ情報により、圧縮アルゴリズムを識別し、復元したブロックを、ドキュメント内のその最初の空間位置に並べ替えることができる。例えば、第2のヘッダ・エントリ(色のしきい値数を超えるかどうか)が真で、第3のヘッダ・エントリ(ブロックがエッジを含むかどうか)も真の場合、合意に基づく不可逆圧縮アルゴリズムを使用してブロックを復元することができる。第2のエントリが真で、第3のエントリが偽の場合は、別の合意に基づく不可逆圧縮アルゴリズムを使用してブロックを復元することができる。第2のエントリが偽の場合、ブロックは復号化され、ワード長は第1のエントリ(例えば、しきい値3は、各色が1ビット・ワードで符号化されることを示す)から導き出される。ブロックおよびストリップ・ヘッダ情報から、色情報(例えば、「0」=黒、「1」=白)を導き出すことができる。
【0024】
ブロック内の異なる色の数を決定するには様々な方法がある。3つの例は、次の通りである。
【0025】
図2に、第1の例を示す。ブロックの各nビット・ワードの値が、色発生リストにおいて参照される(210)。このリストは、1つまたは複数のエントリ[((R,G,B),q]を含み、ここで、(R,G,B)は、色ベクトルであり、qは、色ベクトルが選択された回数である。色ベクトルが、色発生リストにない場合(212)、その色ベクトルは、リストに追加される(214)。色ベクトルが、既にリストある場合(212)は、色ベクトルのカウント(q)が増分される(216)。ブロックのすべてのワードが識別された後(218)で、リストが処理される(220)。異なる色の数がしきい値数よりも小さい場合は、リスト上の色の数が符号化され、リスト上の異なる色が符号化される。そうでない場合(例えば、ブロックが色の階調を含む)は、リストが廃棄される。
【0026】
第2の例は、nビット・ワードが丸められること以外は第1の例と類似している。例えば最下位ビットを無視することによって、nビット・ワードを丸めることができる。この第2の例は、多数のノイズがある画像に有効である。この例は、また、色発生リストのサイズを小さくする。
【0027】
第3の例として、色空間を様々な「色ビン(color bin)」に分割し、ブロック内の色を識別し、識別した各色を色ビンに割り当てることによって、異なる色の数が決定される。各ビンごとの発生数またはヒット数を示すために、色発生リストが維持される。異なる色の数は、「満杯」になった色ビンの数に対応する(識別された色のうちの少なくとも1つがその色ビンの範囲内にある場合に、色ビンが満杯なったと見なすことができる)。したがって、色空間が、8つの色ビンに分割された場合、第1のビンは、0〜31の画素値を対象として含み、第2のビンは、32〜63の画素値を対象として含むことができる。ブロックのすべてのnビット・ワードが色ビンに割り当てられた後、色発生リストが処理される。識別された色を色ビンと比較することによって、異なる色の数を決定するのに必要な比較の数が減少し、さらに色発生リストのサイズが小さくなる。
【0028】
次に図3を参照すると、図3は、ディジタル画像の各ストリップ内の1つまたは複数の基調色を識別する方法を示す。画像のストリップが、バッファされ(310)、ストリップ内の画素のランダム・サンプリングに検出アルゴリズムが適用される(312)。検出アルゴリズムは、ストリップ内に1つまたは複数の基調色を示す。
【0029】
検出アルゴリズムは、真の色の比率(true color ratio)(rc)、受入可能な比率(acceptable ratio)(ra)、および望ましい比率(desirable ratio)(rd)の3つのパラメータに基づく。真の色の比率(rc)は、特定の色を有する画素の数をストリップ内の画素の総数で割ったものである。rc<raの場合には基調色を検出する可能性が低く、rc>rdの場合には基調色を検出する可能性が高い。受入可能な比率(ra)と望ましい比率(rd)の差によって、検出確率の滑らかな遷移が可能になる。
【0030】
検出アルゴリズムは、rc<raを有する色を基調色として識別する確率(「偽陽性(false−positive)」の結果)を最小にし、またrc>rdを有する色を基調色として識別しない確率(「偽陰性(false−negative)」の結果)を最小にする。
【0031】
以下の例示的な検出アルゴリズムを使用して、色発生リストを作成することができる。
1.色発生リストをリセットする(すなわち、空のリストとして設定する)。
2.画素の第1のサンプリングP1をテストする。テスト中の画素の色ベクトル(R,G,B)が色発生リストにある場合は、対応するカウンタ(q)が1増分される。テスト中の画素の色ベクトルが色発生リストにない場合は、その色ベクトルが、リストの新しいエントリとしてリストに追加され、そのカウンタqが1に設定される。
3.画素の追加のサンプリングPnをテストする。ここで、n=2,3,4,…,Nである。各サンプリングに以下の段階を実行する。
(a)テスト中の画素の色ベクトルが色発生リストにある場合は、対応するカウンタを1増分する。テスト中の画素の色ベクトルが、色発生リストにない場合は、その色ベクトルが、リストの新しいエントリとしてリストに追加され、カウンタが1にセットされる。
(b)n番目のサンプリングの終わりに、カウンタq<Tnのすべてのエントリがリストから削除される。
(c)色発生リストが空かまたはすべてのエントリがカウンタq>Unを有する場合は、リスト内のエントリが、基調色として識別される。q≦Unの場合は、制御が段階(a)に戻され、別のサンプリングが実行される。
【0032】
画素テスト数Pnと対応するしきい値TnおよびUnは、基調色がリストから削除されなくなるように選択される。
【0033】
最適な1組のパラメータPn、TnおよびUnを、次のように計算することができる。確率関数f(l,k,p)およびv(l,k,p)を次のように定義する。
【0034】
【数1】
【0035】
n番目の段階(段階3(b))でrc≧rdの色が廃棄される確率は、発生数だけなく、前の段階で破棄されなかったかどうかの検討によって決定される。色ベクトルが廃棄されない確率は、次の通りである。
【0036】
【数2】
【0037】
この式を使ってPnとTnを計算した後で、次の式を使って確率を更新することができる。
【0038】
【数3】
【0039】
段階nにおける偽陽性決定と偽陰性決定の確率は、次の通りである。
【0040】
【数4】
【0041】
偽陽性決定と偽陰性決定の確率は、次のように制限される。
【0042】
【数5】
【0043】
したがって、パラメータは、最初の値から始めて、所望の確率となるまで値を調整することによって決定することができる。
【0044】
以上のように、自然の特徴とコンピュータで生成された特徴を含むディジタル画像を圧縮するためのブロック・ベースの方法が開示される。比較的小さい画像ブロックについて決定するため、メモリ要件は比較的小さい。ブロックが単一パスで処理されるので、帯域幅は比較的小さい。1画素当たりの操作回数が少数の比較だけに限定されるので、複雑さが比較的低い。
【0045】
次に、図4を参照すると、図4は、以上の方法を利用するハードコピー装置410を示す。ハードコピー装置410は、プロセッサ412、読み出し専用メモリ414、およびランダム・アクセス・メモリ416を含む。読み出し専用メモリ414は、実行されるときに図1の方法に従ってプロセッサ412にディジタル画像を処理させるプログラムを記憶する。ランダム・アクセス・メモリ416は、ストリップをバッファし、処理の中間結果(各圧縮ブロックからの結果など)を記憶するために使用される。また、ハードコピー装置は、エンジン418を含む。ディジタル複写機において、例えば、エンジン418は、印刷エンジンと走査エンジンを含む。
【0046】
この方法は、いかなる特定のハードコピー装置にも限定されない。例示的なハードコピー装置は、ディジタル複写機、プリンタ、スキャナ、および一体型装置を含む。この方法は、ハードコピー装置に限定されず、ディジタル画像を記憶する任意の装置で実施することができる。
【0047】
本発明は、以上で説明し例示した特定の実施形態に限定されない。その代わりに、本発明は、併記の特許請求の範囲に従って解釈される。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】ディジタル画像を処理する方法の説明図。
【図2】画像ブロック内の異なる色を識別する方法を示す説明図。
【図3】ディジタル画像の基調色を識別する方法の説明図。
【図4】図1の方法を実施するハードコピー装置の説明図。
【符号の説明】
【0049】
410 装置
416 バッファ
412 プロセッサ
Claims (8)
- ディジタル画像を処理する装置であって、
前記画像のブロックを記憶するためのバッファを備え、該ブロックおよび該バッファのサイズが前記画像のサイズよりも実質的に小さく、
圧縮のために前記ブロックを分類するプロセッサを備え、前記ブロックのうちの少なくともいくつかは、該ブロックに含まれる異なる色の数にしたがって分類される前記装置。 - 前記プロセッサは、前記異なる色の数をしきい値と比較することによって各ブロックを分類し、前記しきい値を超えない場合、前記プロセッサはブロックの色パターンを符号化する請求項1に記載の装置。
- 前記しきい値を超えた場合、前記プロセッサはブロックのエッジ検出を行い、少なくとも1つのエッジが検出された場合、前記プロセッサは、ブロックを不可逆的高品質圧縮用に分類し、少なくとも1つのエッジが検出されない場合、ブロックを不可逆的低品質圧縮用に分類する請求項2に記載の装置。
- 前記プロセッサは、前記ブロック内の輝度差分エントロピーを決定することによってエッジ検出を行う請求項3に記載の装置。
- 前記プロセッサは、分類前に前記画像内の少なくとも1つの基調色を識別する請求項1に記載の装置。
- 前記プロセッサは、前記画像内のランダムに選択された画素に検出規則を適用することによって基調色を識別する請求項5に記載の装置。
- 前記プロセッサは、前記画像の各ストリップのうちの少なくとも1つのストリップの基調色を決定する請求項6に記載の装置。
- 前記検出規則は、偽陽性結果と偽陰性結果の少なくとも1つの確率を最小にする請求項6に記載の装置。
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