JP2605028B2 - カラー画像データ変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は符号化されたカラー画像データを、色又は明
度について変換するカラー画像データ変換装置に関す
る。

［従来の技術］ 従来より、画像の伝送若しくは蓄積の際に、その効率
を考慮して、符号化により冗長度を圧縮抑圧するのが一
般的である。白黒及び２値画像は勿論のこと、カラー画
像等も情報量が膨大となり、その符号化は必須となる。
特に、カラー画像の場合は情報量も多いから効率的な符
号化法の実現が望まれている。

又一方で、フアクシミリ、電子フアイル、複写機等に
おいて、バツフアメモリ等に伝送、又は蓄積されたデー
タに対して、明度変換、色変換等を行う必要がある場合
がある。この様な場合、符号化されたデータのままで変
換する事が効率的で望ましい。しかし、これまでの符号
化法では、符号化されたカラー画像データを直接変換す
る事はできなかつた。

そこで、従来この様な必要性が生じた場合、フアクシ
ミリ等においては、受け取り側から変換に関する情報を
送り側へ伝え、送り側は変換した上で再送するようにし
ていた。従つて、この場合は当然の事ながら多くの時間
を要し、相互通信の内容も複雑になるという欠点があつ
た。また、電子フアイル等においては、上記の手段が使
えないため、符号化されたデータを、一旦復号化し、復
号したデータを変換するという手順を取らざるを得ない
事により、処理の繰返しによる画質の劣化や、ワーキン
グメモリーが必要等により、符号化データを取り扱う長
所が生かされていなかつた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上述従来例の欠点を除去するために提案され
たものでその目的は符号化されたカラー画像データをそ
のまま色変換若しくは明度変換するようなカラー画像デ
ータ変換装置を提案する点にある。

［問題点を解決するための手段］ 上記課題を達成するための本発明の構成は、カラー画
像データをブロツクに分割する分割手段と、該ブロツク
中から明度に関連する明度情報と、構造に関連する構造
情報と、色に関連する色情報とを抽出する抽出手段と、
前記抽出された明度情報，構造情報，色情報をを量子化
する量子化手段と、これら量子化された情報のうち、明
度情報若しくは色情報に加工処理を加える加工手段とを
備える。

［作用］ 上記構成において、加工手段は明度変換するときは、
明度情報のみを変換加工し、色変換するときは色情報の
みを変換加工するだけで済む。

［実施例］ 以下添付図面を参照しつつ本発明に係る実施例を詳細
に説明する。

〈実施例の原理〉 RGB表色系によるカラー情報は、RGB信号間の相関が強
いために、R,G,B夫々単独で圧縮符号化すると欠落する
情報が多くなるという性質を有する。そのため、RGB信
号系は圧縮符号化には向かない。そこで、本実施例で
は、RGB3原色系のカラー画像データを信号間相関のより
少ない表色系に変換し、この新たな表色系のカラー画像
データを、小ブロツクに切出す。そして、第２図に示し
た如く、このブロツク毎に圧縮符号化するものである。
第２図中、Ｌはブロツク内の明度に関する明度情報を、
Ｓはブロツク内におけるエツジ等の構造に関する構造情
報を、Ｃはブロツク内の色に関する色情報を表わす。こ
のように、RGB表色系のカラー画像データから、明度情
報，構造情報，色情報を抽出して符号化することによ
り、高能率の圧縮符号化が達成される。

更に、上記のように符号化処理されたカラー画像デー
タを変換処理する場合、例えば、明度のみを変換する場
合は第３図のように明度情報部分のみを変換処理すれば
よく、又、色変換する場合は第４図のように色情報部分
のみを変換すればよいことになり、前述した従来の欠点
は解消する。

さて、信号間相関の少ない表色系として、以下説明す
る実施例では、CIE1976均等色空間のL^*a^*b^*表色系を採
用する。

〈RGB→L^*a^*b^*への変換〉 第５図（ａ）〜（ｃ）は、対象画像におけるRGB→L^*a
^*b^*系への変換及び４×４ブロツクの切り出しの様子を
示している。201は原稿、原稿201中には「Ａ」の文字が
描かれている。202はブロツクであり、原稿の隅から順
に４×４サイズで切り出されて行く。203は、前記文字
「Ａ」上にかかつたブロツクの１つであり、エツヂ部が
含まれた場合を示す。

第５図（ｂ）はブロツク203のRGB別のカラー画像デー
タの分布を示し、特にブロツク203の文字が赤文字であ
つた場合を示す。その場合のRGB3原色は、図の様にな
り、Ｒにだけエツジが現われる。第５図（ｃ）は第５図
（ｂ）に示したRGB信号をL^*a^*b^*に変換した場合を示
す。図中、L₀〜L_F等はブロツク中のL^*成分を示す。尚、
添字中の_A〜_F等は便宜的に10〜15を表わす。

ここで、RGBからL^*a^*b^*信号に変換する変換式を以下
に示す。

Ｘ＝X_rR＋X_gG＋X_bB Ｙ＝Y_rR＋Y_gG＋Y_bB Ｚ＝Z_rR＋Z_gG＋Z_bB 但し、X_r，X_g，X_b，Y_r，Y_g，Y_b，Z_b等は定数である。

これより、 L^*＝116・（Y/Y_o）^1/3−16 a^*＝500・（X/X_o）^1/3−（Y/Y_o）^1/3 b^*＝200・（Y/Y_o）^1/3−（Z/Z_o）^1/3 但し、X_o，Y_o，Z_oは基準白色光の値であり、Y/Y_o＞0.
008856とする。

〈L^*の圧縮符号化〉 L^*a^*b^*系は信号間相関の少ない事は述べた。このL^*a^*
b^*系から第２図に示したような符号化には直交変換、特
にHadamard変換、離散的COS変換が適している。即ち、L
^*は明度情報の他に構造情報も含んでいるから、上記直
交変換を施せば、L^*から明度情報成分と構造情報成分が
抽出される。以下の実施例では、これらの直交変換のう
ち、２次のHadamard変換を用いる。一般的な２次Hadama
rd変換は、 ｛Ｆ｝＝（1/m・ｎ）^1/2｛Ｈ｝｛Ｌ｝｛H^T｝ で表わされる。ここで、 ｛Ｌ｝:m×ｎの元マトリクス ｛Ｈ｝:Hadamardマトリクス ｛H^T｝：｛Ｈ｝の転置行列 ｛Ｆ｝:m×ｎの変換後のマトリクス である。

ここで、 として、｛Ｌ｝を前述のL^*a^*b^*系のL^*とすれば、｛Ｆ｝
は｛Ｌ｝からHadamard変換して得た、明度情報，構造情
報抽出された画像データを表わことになる。この場合、
（1/mn）^1/2＝４となる。又、便宜上、｛Ｌ｝｛Ｆ｝を
ベクトル表示で行なえば、上式は、 但し、ｉ＝０〜15（即ち、₀〜_F）で、H_ijは16×16 Had
amardマトリクスを表わす。従つて、上式は となる。尚、Hadamardマトリクス中の＋は１を、−は−
１を表わす。

上式からも分かるようにF₀はブロツク内の平均明度、
即ち、ブロツクの明度情報を表わす。又、F₀以外のF
_i（ｉ＝１〜Ｆ）によりブロツクに含まれるエツジ等の
構造情報を表わす。

〈符号化回路の実施例〉 第１図は本発明に係る符号化の実施例を示している。
301は入力されたRGB信号をブロツク切り出しの為に一時
蓄える４ラインのバツフアである。即ち、一旦蓄えられ
た４ライン分の信号を、４×４のサイズで読み出す事に
より、ブロツク切り出しを行う。302は、RGB→L^*a^*b^*変
換を行う回路であり、先に示した変換式に基づき変換さ
れる。その具体例を示したのが第６図の回路であり、変
換は第６図の401,402,403のルツクアツプテーブル方式
により実現可能である。303は、L^*a^*b^*変換部302からの
L^*出力であり、第５図（ｃ）に示したL^*のブロツクL₀，
L₁，…，L_Fの順に出力される信号である。

第１図の304は直交変換部であり、直交変換としてHad
amard変換を行う場合の具体的回路を第７図に示す。第
７図において、410はマトリクス演算を行う際の行方向
のアドレスを発生するHadamardマトリクスアドレス発生
器であり、上記マトリクス演算を行うために、入力のL_i
に同期して、H_ijを出力する。411等は入力L_iにHadamard
行列の係数を乗算して出力するルツクアツプテーブル
（LUT）であり、上記マトリクス演算を行うために、Had
amardマトリクスアドレス発生器410が入力のL_iに同期し
てルツクアツプテーブルをアドレスすると、ルツクアツ
プテーブルでは、Hadamard係数が出力されると共に、L_i
とHadamard係数の乗算が行われる。412は累積加算を行
う加算器であり、例えば加算器411では、L₀＋L₁＋L₂＋
…＋L_Fが演算される。413は1/4除算器である。以下、41
5〜418は同様であり、計16組存在する。即ち、F_i毎に存
在し、以下の様な演算が実行される。

第１図中、305はこの出の内のF₀であり、これは前述
したようにブロツクの明度を代表する係数である。307
はこれを量子化する量子化器で、F₀の10ビツトを８ビツ
トに量子化し、Ｌ（明度情報）308を出力する。

306はF₀以外のF₁〜F_Fの係数であり、これは前述した
ようにブロツクに含まれるエツヂの構造を代表する係数
であり、量子化器309により12ビツトにコード化され
る。即ち、構造情報（Ｓ）として事前に定めた4096種の
パターンに丸められる事となる。

第１図の311,312は各々L^*a^*b^*変換器302の出力である
a^*，b^*の夫々についてブロツク平均をとる平均回路であ
り、加算器と除算器で構成される。313は、a^*b^*のブロ
ツク平均値をまとめて量子化する量子化器であり、12ビ
ツトの色情報（Ｃ）に量子化する。尚、307,309,313の
いずれの量子化器も通常、ベクトル量子化器で構成され
れば効率が良いことが知られている。

第１図の315は、これまで説明したＬ（明度）308、Ｓ
（構造）310、Ｃ（色情報）314を一つの符号にまとめる
マルチプレクサである。316はこれの出力信号、即ち、
第２図に示した符号化コードである。これが、伝送路、
又は蓄積器に送られる事になる。そして、このように符
号化されたカラー画像データは高能率に圧縮されたもの
であると同時に、次に述べるデータ変換に対しても、デ
ータ変換が簡単になる等、その特長を大いに発揮する。

〈データ変換＝復号化〉 第３図，第４図に関連して説明したように、第２図の
ように符号化されたカラー画像データは、明度変換又は
色変換に好都合である。先ず明度変換について説明す
る。

〈明度変換〉 第８図中、320は伝送路又は蓄積器、321はマルチプレ
クサ315と逆の作用を施すDMUXである。即ち、シリアル
の明度情報，構造情報等をパラレルに変換する。322は
明度変換を行う変換部、明度変換部322に入力する323
は、明度変換の度合を入力するもので、８ビツトの制御
量である。第10図に明度変換部322をルツクアツプテー
ブル（LUT）で構成した場合の回路例を示す。この明度
変換が行われると、ＬからＬ′となる。第11図は８ビツ
トの明度変換量323の一例であり、この場合のとり得る
値の範囲は０〜255である。全部で256段階の明るさに変
化でき、128が変化無しのデフオルト値である。

第８図の325は直交逆変換器であり、符号時に使用し
た第１図の直交変換器304と同じハードで構成可能なも
のである。又、326はＳ（構造情報）の復号用、327はそ
の出力、328,329は各々a^*b^*復号用、330,331,332は各々
復号されたL^*a^*b^*信号であり、333,335,337は各々Ｒ′,
G′,B′復号の為の、334,336,338は復号されたＲ′,
G′,B′の出力ラインである。このようにして、明度の
変換が簡単に行われる。

〈色変換〉 第11図はＣ（色情報）のデータ形式を表わしており、
Ｃ（色情報）は、a^*-b^*空間で、色相（θ）と彩度
（ｈ）により表わされる。色相ｈと彩度θとの関係は第
12図（ａ）のごときである。第12図（ｃ）は、a^*-b^*空
間上での分割の様子を示しており、501で示す様な各格
子点が、第１図の量子化回路313により代表色として選
択される。

第13図に、色変換を行つて復号化を行う変換復号化回
路の実施例を示す。第８図の明度変換を行う回路と異な
る部分は明度変換部322の代りに、色データ変換部100が
具備されていることである。どのように色データを変換
するかを指示する量は色変換量制御線101により色デー
タ変換部100に入力される。色変換された色情報はＣ′
となる。第14図に色データ変換部100をルツクアツプテ
ーブルにて構成した場合の回路例を示す。

次に色の変換方法であるが、第15図（ａ）（ｂ）に示
す様に行われる。尚、変換量データの内分けは８ビツト
の内、上位４ビツトで色相θを、下位４ビツトで彩度ｈ
の変化量を与える。

〈変形例〉 以上説明してきた実施例では、L^*a^*b^*で示したが、L^*
u^*v^*、又はNTSC方式のYIQ、PAL、又はYUV等でも対応可
能である。

また、直交変換はHadamard変換で示したが、離散的CO
S変換、又はスラント変換等でも可能である。

また量子化器はベクトル量子化と記したが、特に限定
はしない。尚、明度情報L,構造情報S,色情報Ｃのビツト
配分も、前述の実施例に示したものに限らない。

また入力信号はRGBに限らず、センサによつてYGC等の
入力も考えられる。

又、第１図中、a^*b^*は平均値で代表するようにした
が、もつと詳細に保存しても良い。又、実施例中、Ｃ
（色情報）の表わし方は、色相＋彩度で示したが、この
限りではない。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明によれば、明度、構造、色各
々を代表する３要素に分離されたカラー画像データは、
色情報のみ、又は明度情報のみを容易に変換加工するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る符号化回路の構成図、 第２図は本実施例の符号化により符号化されたカラー画
像データの構成を示す図、 第３図，第４図はそれぞれ、明度変換，色変換におい
て、データ加工する部分を示す図、 第５図（ａ）は実施例中のカラー画像データの一例を示
す図、 第５図（ｂ）（ｃ）は夫々、カラー画像データのエツジ
部分をRGB又はL^*a^*b^*で表わしたときの図、 第６図はL^*a^*b^*変換部の構成図、 第７図は直交変換部の構成図、 第８図，第９図は明度変換を行なつて復号化する回路
図、 第10図は明度変換の変換例を示す図、 第11図は色情報Ｃの構成を示す図、 第12図（ａ）（ｂ）は色情報のうち、色相θと彩度ｈと
の関係を示す図、 第13図，第14図は色変換を行なつて復号化する実施例の
回路図、 第15図（ａ）（ｂ）は色データ変換の変換例を示す図で
ある。 図中、 100……色データ変換部、302……L^*a^*b^*変換部、304…
…直交変換部、307,309,313……量子化部、311……a^*平
均部、312……b^*平均部、315……MUXである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カラー画像データをブロツクに分割する分
   割手段と、 該ブロツク中から明度に関連する明度情報と、構造に関
   連する構造情報と、色に関連する色情報とを抽出する抽
   出手段と、 前記抽出された明度情報，構造情報，色情報を量子化す
   る量子化手段と、 これら量子化された情報のうち、明度情報若しくは色情
   報に加工処理を加える加工手段とを備えるカラー画像デ
   ータ変換装置。