JP2952007B2

JP2952007B2 - 画像符号化装置

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Publication number: JP2952007B2
Application number: JP2143704A
Authority: JP
Inventors: 正吉田; 秀史大沢; 康二平林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1999-09-20
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JPH0437368A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は２値画像及び多値画像が混在している様な符
号化対象画像を効率良く符号化するための画像符号化装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来からカラー静止画像符号化方式に関して様々な提
案がなされている。また、対象となるカラー静止画像を
大別すると以下の２つになる。

（１）赤、緑、青、シアン、マゼンタ、黄、白、黒の８
色を２値で扱う２値カラー画像（２）赤、緑、青を例えば各256階調により1670万色を
表示する多値カラー画像２値カラー画像符号化方式としては、現在フアクシミ
リ等で用いられている可変長符号化方式であるデモイフ
アイドハフマン方式を各色ごとに用いる方式が考えられ
ている。またその他の方式として、周囲画素から符号化
画素を予測する予測符号化方式も提案されている。これ
らの方法は、可逆符号化の分類に入り、符号化・復号化
におけるデータ保存がなされている。

一方、多値カラー画像符号化方式としては、RGB各8bi
t信号を輝度・色差信号に変換した後に、直交交換（離
散コサイン変換）を行った係数値を線形量子化し、この
量子化値を可変長符号化する方式が提案されている。こ
の方式は基本的には画像の空間周波数の低周波側を残
し、高周波側をカツトして、画像データを削減する方式
である。この方法は、非可逆符号化方式になり、圧縮率
と画質劣化がトレード・オフの関係にある。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、符号化対象の画像中に文書画像や写真
画像が混在している場合の効率の良い符号化方法は確立
されていなかった。

特にこれらの画像を効率良く符号化するために必要に
応じて異なる符号化方式を用いる様な場合において、装
置の効率良い使用方法も確立されていなかった。

本発明は上記従来例に鑑みて成されたものであり、２
値画像と多値画像が混在している様な符号化対象画像に
ついても効率良く符号化すると共に、これら画像を符号
化する場合において、効率良く符号化回路を使用できる
様にすること目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するために本発明の画像符号化装置
によれば、符号化対象画像を２値画像として表現する２
値画像データ（例えば本実施例における２値化回路21で
２値化されたRGB各１ビットの画像データに相当）、又
は多値画像として表現する多値画像データ（同じくRGB
各８ビット多値のカラー画像データに相当）を発生する
発生手段（同じく画像メモリ20、２値化回路21に相当）
と、前記２値画像データを予測符号化することにより可
逆符号化する２値画像符号化手段（同じく第４図におけ
る予測状態決定回路Ａ、遅延回路Ａ、動的符号器53に相
当）と、前記多値画像データを周波数変換し、得られた
周波数成分を量子化することにより非可逆符号化する多
値画像符号化手段（同じく直交変換回路56、線形量子化
器57、動的符号器53等に相当）とを有し、前記２値画像
符号化手段による可逆符号化時、及び前記多値画像符号
化手段による非可逆符号化時において、単一のエントロ
ピー符号化手段（同じく動的符号器53等に相当）を共用
することを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明を好ましい実施例を用いて説明する。

第１図は本発明を適用した符号部の実施例構成であ
る。

画像メモリ20には、図示しない例えばカラースキヤナ
等のカラー静止画像入力手段から入力されたフルカラー
画像を表わす赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各8bit多値
のカラー画像信号が記憶されている。

画像メモリ20から読出された各色の多値カラー画像信
号100は、２値化回路21で各色毎に２値化処理を施され
てＲ、Ｇ、Ｂ各1bitの２値カラー信号101に変換され
る。また、多値カラー画像信号100はブロツクエツジ判
定部19により所定サイズのブロツク毎にそのブロツクが
エツジ部か否かを判定している。本実施例においては画
像８×８をブロツク単位として、エツジ部か非エツジ部
かの判定を行っている。

２値化回路21において２値化された信号101は、ブロ
ツク毎にセレクタ部28によりマスク信号110によりマス
クされる。

すなわち、ブロツクエツジ判定部19によりエツジ部と
判定されたブロツクはブロツク判定信号111により２値
化信号101が選択された、また、非エツジ部と判定され
たブロツクについてはマスク信号110が選択される。し
たがって２値化画像のうちエツジ画像のみがライン102
を介し２値画像メモリ22へ各色別に記憶される。２値画
像メモリ22から読出された２値カラー信号108は、２値
カラー信号符号化用の符号器A25で符号化処理され、符
号語105を出力する。この符号器A25による符号化処理が
第１の符号化処理である。

次に、画像メモリ20から、前述の第１の符号化処理が
なされたと同じカラー画像信号を読出す。そして、この
カラー画像信号の第１の符号化により符号化された２値
エツジ画像以外の部分を符号化するものである。

即ち、セレクタ部28から出力される２値エツジ画像は
ライン102からレベル変換部29へ入力される。ここで、
２値信号は0.1から0.255（８ビツト）に変換される。

レベル変換された２値画像104は差分器23により多値
カラー信号112との差分がとられる。差分信号はライン1
07を介し各色R,G,B毎に差分多値メモリ24へ記憶され
る。差分多値メモリ24から読出された多値カラー信号10
9は多値カラー信号符号化用の符号器B26で符号化処理さ
れ、符号語106を出力する。以上の符号器B26による符号
化処理が第２の符号化処理である。

ブロツクエツジ判定部19において、本実施例では以下
の判定を用いている。第２図（ａ），（ｂ）はその一例
を示したものであり、ブロツク毎に（本実施例では８×
８画素を１ブロツクとするがブロツクの単位はこれに限
らない）エツジの検出をR,G,Bそれぞれについて行う。

第２図（ａ）は、ブロツク中の最大値Max Lと最小値M
in Sの差Ｐ＝Ｌ−Ｓを求め、Ｐがある一定値（Ｔ＝70、
但し全体レベルを256とする）以上ならばエツジが存在
するという方法である。

また、第２図（ｂ）は、８×８ブロツク毎にDCT変換
を行い、変換された係数のうち直流成分DCをのぞく交流
成分AC部分の絶対値の和を求める。即ち、において、Ｓが一定値以上であればエツジ部と判定す
る。この方法においてAC係数の和は斜線部分であるが、
このうち一部の係数のみを用いても判定可能である。

第16図は、画像メモリ20から読出された多値カラー画
像信号Ｍと２値エツジ画像Ｂと差分多値画像Ｓの関係を
示したものである。本実施例では８×８画素ブロツク単
位に２次元的なエツジ判定を行っているが、説明を簡単
にするために、第16図は８×８画素ブロツクを一次元的
にみた場合の例である。エツジであると判定されたブロ
ツクについては多値カラー画像信号Ｍはスレツシヨルド
THで２値化され、レベル変換（0.255）されたものが２
値エツジ画像Ｂとなる。また、差分多値画像ＳはＭとＢ
の差分の絶対値をとったもの、すなわち、Ｓ＝|M−B|に
より得られる。

本実施例においては差分絶対値をとったが、これは負
の差分をさけるためである。第16図示の差分多値画像Ｓ
において斜線部分がＭ−Ｂの演算結果が負となってしま
う部分である。

以上の結果として高周波成分を含んだ２値エツジ画像
Ｂと低周波成分の差分多値画像Ｓに分割でできる。尚、
２値化のスレツシヨルドTHはTH＞128（８ビツトの場
合）が好ましい。THが小さいと差分多値画像に高周波が
残りやすいためである。

本実施例においては２値エツジ画像に対してはエント
ロピー符号化によって情報を完全保存する様、符号化す
ることによりエツジ部の画質を保ち、一方、低周波成分
である差分画像に対しては情報は完全に保存はされない
が、符号化効率のよい多値データ符号化で行うことによ
り、高効率で良好な符号化が達成できるものである。

また、データ量の少ない２値カラー画像を第１段階で
送ることにより、受信側で、第１段階のみを復号し、表
示することによって、受信した画像が早期に確認でき
る。

そして、第２段階で差分多値画像を送り、受信側で復
号し、第１段階で復号した２値エツジ画像に差分多値画
を加えることにより第２段階を復号する階層的符号化を
実現するものである。

第３図は本発明を適用した復号部の実施例構成であ
る。

２値カラー画像の符号語105は復号語A30で各色毎にド
ツトイメージに復元され２値メモリ33に記憶される。こ
のドツトイメージは、第１図示の２値画像メモリ22に格
納された２値信号を完全に復元する。また、差分多値カ
ラー画像の符号語106は、復号器B31で各色毎に多値画像
データに復元され、差分メモリ34に記憶される。この差
分メモリ34の記憶データは第１図示の差分メモリ24に格
納された差分多値信号に対応する。

合成器35では、２値メモリ33からのRGB各1bit信号113
をレベル変換した画像と差分メモリ34からの差分信号11
4を合成し、信号115を得て画像メモリD36に記憶する。
合成器35における画像合成は、第２図示の差分絶対値処
理と同様な処理、すなわちＭ＝|S−B|を計算することで
多値カラー画像信号を復元できる。

また、合成器35（第３図示）は第15図に示す方法を用
いることもできる。即ち、第15図は第16図示のものと同
様な説明図であるが、符号化された２値エツジ画像を復
号した２値エツジ復号画像Ｂ′と復号された差分多値復
号画像Ｓ′から多値カラー復号画像Ｍ′を得る方法を示
している。第15図の例ではＭ′＝Ｓ′∪Ｂ′（∪は論理
和）で復元している。つまりレベル変換された２値エツ
ジ復号画像Ｂ′のハイレベルの部分を論理和のように
Ｍ′で復元している。

この方法によると復元画像のうち特に文字、線画等の
カラー画像部を鮮明に復元する効果を持つ。

第４図は第１図示の符号器27のブロツク図である。

２値カラー符号器A25は、予測状態回路A50と遅延回路
A51および動的符号器53から構成されており、コントロ
ール信号120によって動作するセレクタ52、54により入
出力が切り換えられる。また、多値カラー符号器B26
は、色変換回路55、直交変換回路56、線形量子化器57お
よび第１〜第64のページメモリ58−１〜58−64、セレク
タ59、予測状態決定回路B60、遅延回路B61および動的符
号器53から構成されており、符号器A25と同様にコント
ロール信号120によって動作するセレクタ52、54により
入出力が切り換えられる。

ここで、符号器27の中心部になる動的符号器53を符号
器ＡおよびＢで共通化する構成になっており、ハード構
成がこの部分において簡略化できる。以下符号器Ａ、符
号器Ｂの処理を順を追って説明する。

まず、符号器Ａについて説明する。

２値メモリ画像22からの出力108は予測状態回路A50に
入る。予測状態回路A50は注目画素に関して、その周囲
符号化済画素から構成される予測状態信号S₁ 114を出力
する。また、遅延回路A51では予測状態信号S₁と同期し
た1bitの画素信号X₁ 115を出力し、両信号S₁ 114、X₁ 1
15はセレクタ52に入力する。

第５図は予測状態決定回路A50のブロツク図であり、
第６図は状態予測のために参照される各色別の画素位置
を示す。

即ち、第６図（ａ）は符号化第１色目（本実施例では
Ｒ）の参照画素を示しており、＊で示した符号化画素の
周囲の符号化済の７画素を参照することを表わしてい
る。

また、第６図（ｂ）は符号化第２色目（本実施例では
Ｇ）の参照画素を示しており、（ａ）と同様の７画素お
よび第１色の同位置の画素のあわせて８画素を参照する
ことを表わしている。

また、第６図（ｃ）は第３色（本実施例ではＢ）の参
照画素を示しており、（ａ）と同様の７画素および第１
色および第２色の同位置の各画素のあわせて９画素を参
照することを表わしている。

第５図示の構成では、第６図（ａ）〜（ｃ）に示す各
色毎の参照画素位置の複数画素を参照することにより、
各色毎の状態を決定する。以下、第５図の動作を説明す
る。

R,G,B各1bitからなる3bit信号である信号108は、RGB
データ200〜202として、ラツチ群67〜69に入力されると
ともに、ラインメモリ61、62、63にも入力され、ライン
メモリ61〜63により１ライン遅延したRGBデータが保持
される。またラツチ67a〜67h、ラツチ68a〜68h及びラツ
チ69a〜69hには、１画素クロツク毎に遅延されたデータ
が保持される。

ラツチ群67においてラインメモリ61の出力が入力され
るラツチ67a,67b,67c,67dおよびラインメモリ61の出力
により符号化ラインの前ライン上の５画素のデータが参
照できることになる。また、ラツチ67g,67hの出力によ
り、符号化ライン上の符号化済２画素が参照できること
になる。これら７画素のデータを合わせて符号化第１色
であるＲの状態決定用の参照画素信号210とする。ま
た、ラツチ67fからは符号化画素のＲのデータ211が他色
G,Bの状態決定用に出力される。

このラツチ群67と同じ構成のラツチ群68,69がデータG
201及びB202に対して設けられており、これらラツチ群6
8,69からは夫々、ラツチ群67と同様の７画素のデータが
参照画素信号212,214として出力される。

また、ラツチ群68中のラツチ68fから符号化画素のＧ
のデータ213がＢの状態決定用に出力される。

セレクタ64においてはRGBの各色データの出力に対応
した色を示す２ビツトのカラー指示信号219に応じて参
照画素信号を切り換える。即ち、カラー指示信号219が
Ｒの時は、参照画素信号210と零信号2bitを選択する。
また、Ｇの時は参照画素信号212およびＲ信号212と零信
号1bitが選択される。また、Ｂの時は参照画素信号214
およびＲ信号211、Ｇ信号213が選択される。この9bitの
選択信号215と2bitのカラー指示信号219はパツキング回
路65により、11bitの信号にまとめられて状態信号S₁ 20
6になる。従って、状態信号S₁は符号化すべき画素の色
と周囲の状態を示し、R,R,B各色に対して2⁷,2⁸,2⁹個の
状態を示す。

次に第４図示の符号器Ｂについて説明する。

第１図示の差分多値メモリ24から読出された画像信号
109は色変換器55において、RGB信号から輝度・色素信号
400に変換される。この変換には一般的に以下の式が用
いられている。

Y＝0.299R＋0.587G＋0.114B Cr＝0.713（Ｒ−Ｙ） Cb＝0.564（Ｂ−Ｙ）ただし、ここで示したR,G,B,Y,Cr,Cbは規格化した値
である。

次に直交変換回路56では離散コサイン変換により８×
８画素ブロツク毎の画像を周波数ごとの変換係数（強
度）に変換する。第12図に示した変換係数は、やはり８
×８のブロツクになっており、変換値に１から64の番号
をつける。500で示す係数番号１が直流成分を示してい
る。また、501、502で示す係数番号２、３…は交流成分
を示しており、番号が大きくなるに従って低周波から高
周波への交流成分を示すことになる。

変換係数信号401は線形量子化器57で例えば、８ビツ
トに量子化される。この線形量子化器57は、直流および
低周波の量子化ステツプは細かく、高周波の量子化ステ
ツプは粗くとるように量子化ステツプが決められてい
る。前述の８×８のブロツクを構成する64個の量子化後
の値は64枚の第１〜第64ページメモリ58−１〜58−64に
夫々記憶させる。即ち、第１ページメモリ58−１には８
×８のブロツクの係数番号１に対応する直流成分の量子
化値が記憶され、第64ページメモリ58−64には、８×８
のブロツクの係数番号64に対応する最大高周波の交流成
分の量子化値が記憶される。従って、各ページメモリ58
−１〜58−64には、１ページの画面を構成する複数の８
×８ブロツクの同一位置の量子化値が記憶される。

第１〜第64ページメモリ58−１〜58−64のデータは、
セレクタ59を通り予測状態決定回路B60と遅延回路B61に
入力される。このデータの送出方法は、第１ページメモ
リ58−１の内容を全て送出した後、第２ページメモリ58
−２のデータを送出する如く、ページメモリ毎に行わ
れ、これを順番に行い、最後に第64ページメモリ58−64
の内容を送出する。これを図示しない中央コントローラ
から出力される切り換え信号406によりセレクタ59を切
り換え制御することにより行う。

第13図は、予測状態決定回路B60のブロツク図を示し
ている。基本的には第５図に示した参照方式と同様な方
式となる。符号化は最上位bitのプレーンからはじめ、
第nbitのプレーンはすでに符号化済の第１〜第ｎ−1bit
プレーンの画素参照する。また第nbitプレーンは、既に
符号化済の周囲7bitを参照する。

第14図は状態予測のために参照される各ビツト別の画
素位置を示す。

即ち、第14図（ａ）は符号化第１ビツト目D₁（MSB）
の参照画素を示しており、＊で示した符号化画素の周囲
の符号化済の７画素を参照することを表わしている。

また、第14図（ｂ）は符号化第２ビツト目D₂の参照画
素を示しており、（ａ）と同様の７画素および１ビツト
の同位置の画素のあわせて８画素を参照することを表わ
している。

また、第14図（ｃ）は第３ビツト目D₃の参照画素を示
しており、（ａ）と同様の７画素および第１ビツトおよ
び第２ビツトの同位置の各画素のあわせて９画素を参照
することを表わしている。

また、第14図（ｄ）は第８ビツト目D₈（LSB）の参照
画素を示しており、（ａ）と同様の７画素および第１〜
第７ビツトの同位置の各画素のあわせて14画素を参照す
ることを表わしている。

第13図示の構成では、第14図（ａ）〜（ｂ）に示す各
ビツト毎の参照画素位置の複数画素を参照することによ
り、各ビツトプレーン毎の状態を決定する。以下、第13
図の動作を説明する。尚、第13図では、図面の煩雑化を
防ぐために、第４ビツト〜第６ビツトに関する回路を省
略してある。

８ビツト信号である信号403は各ビツトプレートデー
タ501〜508として、ラツチ群521〜528に入力されるとと
もに、ラインメモリ511〜518にも入力され、ラインメモ
リ511〜518により１ライン遅延した各ビツトプレーンの
データが保持される。またラツチ群521〜528には、第５
図示のラツチ群67〜69と同様に１画素クロツク毎に遅延
されたデータが保持される。

ラツチ群52においてラインメモリ511の出力が入力さ
れる４個のラツチおよびラインメモリ511の出力により
符号化ラインの前ライン上の５画素のデータが参照でき
ることになる。また、データ501が直接入力される４個
のラツチのうちの後段の２個のラツチの出力により、符
号化ライン上の符号化済２画素が参照できることにな
る。これら７画素のデータを合わせて符号化第１ビツト
目であるデータD₁の状態決定用の参照画素信号551とす
る。また、ラツチ群521からは符号化画素のD₁のデータ5
61が他ビツトプレーンの状態決定用に出力される。

このラツチ群521と同じ構成のラツチ群522,523〜527,
528がデータD₂,D₃〜D₇及びD₈に対して設けられており、
これらラツチ群522〜528からは夫々、ラツチ群521と同
様の７画素のデータが参照画素信号561,562,563〜557,5
58として出力される。

また、ラツチ群522から符号化画素のD₂のデータ562が
３ビツト目〜８ビツト目の各ビツトプレーンの状態決定
用に出力される。

セレクタ530においては各ビツトプレーン毎のデータ
の出力に対応したビツトを示す３ビツトのビツト指示信
号570に応じて参照画素信号を切り換える。即ち、ビツ
ト指示信号570が第１ビツトD₁の時は、参照画素信号551
と零信号7bitを選択する。また、第２ビツトD₂の時は参
照画素信号552およびD₁信号561と零信号6bitが選択され
る。また、第８ビツトD₈の時は参照画素信号558およびD
₁信号561、D₂信号562、D₃信号563〜D₇信号567が選択さ
れる。この14bitの選択信号215と3bitのカラー指示信号
219はパツキング回路540により、17bitの信号にまとめ
られて状態信号S₂ 404になる。従って、状態信号S₂は符
号化すべき画素のビツトプレーンと周囲の状態を示す。

この出力信号S₂ 404は第４図示のセレクタ52に入力さ
れる。また遅延回路B61は出力信号X₂ 405を参照信号S₂
と同期合わせをするものである。

以上の信号S₁,X₁およびS₂,X₂を図示しない中央コント
ローラから出力されるコントロール信号120に従って動
作するセレクタ52により信号S116、X117として選択す
る。また、この信号は動的符号器53で符号化し、信号11
8はコントロール信号107に従って動作するセレクタ54で
切り換えられて符号語106として出力される。

第７図は第４図示の動的符号器53のブロツク図であ
る。

第７図の説明の前に、本実施例で用いた算術符号につ
いて説明する。

従来から知られている様に、算術符号は、入力信号列
を小数２進数で表わされる符号になるように算術演算に
より符号形成がなされる方法である。この方法はLangdo
nおよびRissanenらによる文献“Compression of Black/
White Images with Arithmetic Coding",IEEE Tran Co
m.COM−29,6,（1981.6）等に発表されている。この文献
によるとすでに符号化した入力信号列をＳ、劣勢シンボ
ル（LPS）の出る確率をｑ、演算レジスタAugendをＡ
（Ｓ）、符号レジスタをＣ（Ｓ）とした時に、入力信号
ごとに以下の算術演算を行う。

Ａ（S1）＝Ａ（Ｓ）×ｑ≒Ａ（Ｓ）×2^-Q …（１）Ａ（S0）＝〈Ａ（Ｓ）−Ａ（S1）〉_ｌ …（２）〈〉_ｌは有効桁l bitで打ち切りを表す。

Ｃ（S0）＝Ｃ（Ｓ） …（３）Ｃ（S1）＝Ｃ（Ｓ）＋Ａ（S0） …（４）ここで、符号化データが優勢シンボル（MPS:上の例で
は０）の場合はＡ（S0）、Ｃ（S0）を次のデータの符号
化に使う。また劣勢シンボル（LPS:上の例では１）の場
合は、Ａ（S1）、Ｃ（S1）を次のデータの符号化に使
う。

新しいＡの値は2^S倍（Ｓは０以上の整数）され、0.5
Ａ＜1.0の範囲におさめられる。この処理は、ハード
ウエアでは演算レジスタＡをＳ回シフトすることに相当
する。符号レジスタＣに対しても同じ回数のシフトが行
われ、シフトアウトされた信号が符号となる。以上の処
理を繰り返し符号形成がなされる。

また、（１）の式で示したようにLPSの出現確率ｑを
２のべき乗（2^-Q:Qは正整数）で近似することにより、
乗算計算をシフト演算に置き換えている。この近似をさ
らによくするためにｑを、例えば（５）の式の如くの２
のべき乗の多項式で近似している。この近似により効率
最悪点の改善が行われている。

ｑ≒2^-Q1＋2^-Q2 …（５）また、算術符号は符号化データごとにＱの値を切換え
ることが可能なことから確率推定部を符号化と分離する
ことができる。

本実施例では前述のように符号化を行いながら確率が
推定していく動的な方法をとっている。

以上の算術符号を行う第７図の符号器53のブロツク図
の説明を行う。

第４図示のセレクタ52からの状態信号S116は、カウン
タメモリ73、符号化条件メモリ74に入力される。

符号化条件メモリ74には、状態信号S116で表わされる
各状態毎に、出現しやすいシンボルである優勢シンボル
MPS308と、後述する算術符号のLPSの出現確率を含む符
号化条件を示すインデツクスI307が記憶されている。符
号化条件メモリ74から符号化すべき画像の色及び状態に
応じて読み出されたMPS308は予測変換回路77に入力さ
れ、予測変換回路77では第４図示のセレクタ52からのシ
リアル画素信号X117がMPS308と一致した時に０となるNY
信号301を作る。YN信号301は更新回路75に入力され、更
新回路75では、YN信号が０の時に、カウンタメモリ73に
記憶されているカウント値のうち対応する状態のカウン
トをインクリメントする。そして、カウンタメモリ73に
記憶されているカウント値C306がカウントテーブルROM7
2からの設定値MC305に一致したならば、インデツクスI3
07が大きくなる方向（LPSの出現確率ｑが小さくなる方
向）に更新する。（MPSの反転は行わない。）尚、カウントテーブルROM72は、LPSの出現確率ｑを表
わすインデツクスＩに対応して決められている第１表で
示したMPSの数MC305を更新回路75に供給する。

また、更新回路75では、MPS308と画素信号X117が不一
致の場合、即ち、予測変換回路77からのNY信号が１の時
はインデツクスI307が小さくなる方向（LPSの出現確率
ｑが大きくなる方向）に更新する。また、インデツクス
が１の時に値が１のYN信号が来ると、MPSを反転（０→
１または１→０）する処理を行う。更新回路75の出力
Ｉ′309、MPS′310は更新後のインデツクスの値であ
り、符号化条件メモリ74に再記憶される。

符号化パラメータ決定回路76では、インデツクスI307
の値に基づいて算術符号の符号化パラメータQ113を算術
符号器78にセツトする。この算術符号器78では、予測変
換回路77からのYN信号301をパラメータQ311を用いて算
術符号化し符号302を得る。

尚、符号化条件メモリ74に初期値を与えておき、I,MP
Sを更新しないようにすることにより、静的な符号化が
容易に実現できる。

第８図は予測変換回路77のブロツク図である。シリア
ル画素信号X117とMPS308がEX−OR回路79に入力され、第
２表の論理式に従ってシリアル画素信号X115とMP308が
一致したときに０、不一致のときに１となるYN信号301
が出力される。

第９図は、更新回路75のブロツク図である。YN信号30
1が０の時、カウンタメモリ73からのカウント値C306が
加算器81で＋１インクリメントされ、信号Ｃ′312にな
る。この値は比較器83でカウントテーブルROM72からのM
C305と比較され、Ｃ′の値がMCの値に一致したならば、
更新信号UPA313を１にセツトする。またYN信号301は更
新信号UPB314となり、UPA、UPBはインデツクス変更回路
85に入る。また、UPAとUPBはOR回路87で論理ORがとら
れ、OR回路87の出力信号315はセレクタ82の切り換え信
号となる。セレクタ82では信号315が１の時はカウンタ
メモリ73の値をリセツトするため０信号319を選び、そ
れ以外は加算器81の出力信号Ｃ′312を選び、カウンタ
更新信号Ｃ″316として出力し、これをカウンタメモリ7
3に記憶させる。従って、シリアル画素信号X115とMPS30
8が不一致の場合、及び一致状態が所定回連続した場合
に、カウンタメモリ73のカウント値がリセツトされる。

インデツクス変更回路85には、インデツクスの更新き
ざみを制御する信号d317（標準的にはｄ＝１）とUPA31
3、UPB314および符号化条件メモリ74から現在のインデ
ツクスI307が入力されている。

第３表はインデツクス変更回路85におけるインデツク
ス更新方法を示すテーブルである（第３表には更新きざ
みがｄ＝１とｄ＝２の場合を示している。）このテーブ
ルを現在のインデツクスＩ、更新きざみ条件ｄ、UPA、U
PBで参照することにより更新したインデツクスＩ′を決
定する。また、Ｉ＝１でUPB＝１（シリアル画素信号X11
5とMPS308が不一致の場合）の時はEX信号318をセツトす
る。EX信号318が１の時に反転器86では現在のMP308のシ
ンボルを反転させ（０→１または１→０）、更新MPS′3
10を得る。また、EX信号が０の時はMPS′は変化させな
い。更新されたＩ′309およびMPS′310は符号化条件メ
モリ74に記憶され、次の処理用のインデツクスＩ及びMP
Sとして用いられる。尚、第３表に示した更新法は、ROM
などによりテーブルでも構成できるし、加減算器を使っ
てロジツクで構成することも可能である。

以上の如く、２のべき乗の多項式で近似したLPSの出
現確率ｑを表わすインデツクスＩの値に応じて定められ
たMPSの数分のMPSが発生したときには、インデツクスＩ
をｄ加算し、算術符号に用いるLPSの出現確率ｑを小さ
くせしめ、一方、LPSが発生したときには、インデツク
スＩをｄ減算し、算術符号に用いるLPSの出現確率ｑを
大きくせしめる。また、更にLPSの出現確率ｑが0.5を表
わす状態（インデツクスＩが１の場合）においてLPSが
発生した場合は、MPSを反転する。

この様に、入力画像に適応的にインデツクスＩ及びMP
Sを更新することにより、符号化効率の良い算術符号化
が達成できる。

第10図は本実施例で用いる算術符号の符号化効率曲線
である。以下、インデツクスＩの値を小文字ｉで示す。
この曲線はLPSの出現確率をｑ、符号化時での近似確率q
_eiとした時に式（６）で示される。そして、LPSの出現
確率ｑの値の大きい方から小さい方へ、順次インデツク
スＩを１、２、３、…と付与する。

ここで、分子はエントロピであり、q_eiは式（７）で
示される値である。

q_ei＝q₁＋q₂ …（７） q₁、q₂の値は２のべき乗の多項近似の値で第４表で与
えられている。例えば（８）〜（10）で示される。

q_e1′＝2^-1 …（８） q_e2′＝2^-1−2^-4 …（９） q_e3′＝2^-2＋2^-3 …（10）となり、この確率において確率ηが1.0になるピーク点
となるq_eiを以降実効確率と呼ぶ。また効率曲線の交点
を境界確率q_ieと呼び、この確率を境に隣りの実効確率
を使って符号化するほうが効率が向上することは明らか
である。

本実施例では、式（５）で示したように２つの項で近
似できる確率から第４表に示した実効確率q_eiを選んで
いる。また、第４表のQ₁、Q₂、Q₃は算術符号器78に送る
パラメータQc311である。即ち、Q₁、Q₂はシフトレジス
タへ与えるシフト量であり、このシフト演算により２の
べき乗計算を行っている。また、Q₃は第２項めの係数を
示し、＋、−の切り換えを行う。

第１表のMCの値は、以下のように決定している。

即ち、LPSの数をN_L、MPSの数をN_Mとした時、LPSの発
生確率は式（11）で与えられる。

この式をN_Mで解くと式（12）になる。

N_M＝|N_L（1/q−１）」 …（12）ただし|x」は小数点以下の切り上げを表わす。式（1
2）におけるｑに第10図に示したq_biを与えることによ
り、そこでの優勢シンボル（MPS）の数N_Miが計算され
る。したがって、MCは式（13）から計算される。

MCi＝N_Mi+1−N_Mi …（13）第１表のMCの値は式（11）、（12）、（13）からN_L＝
２として計算したものである。

この様に、第10図示の如くの各境界確率q_biに基づい
て各インデツクスＩに対応した優勢シンボルMPSの数N_Mi
を求め、隣り合ったインデツクス間の優勢シンボルN_Mの
差を各インデツクスＩに対するMCとする。

そして、このMCの値と発生する優勢シンボルMPSの数
を前述の如く比較し、MCの値と優勢シンボルMPSの数が
一致したならば、その状態は隣りのインデツクスＩを用
いた符号化が適した状態と判断して、インデツクスＩを
変更する。これによって、優勢シンボルMPSの発生数を
基にして良好なタイミングでインデツクスＩの変更がな
され、且つ、最適なインデツクスＩを用いた符号化を適
応的に達成できる。

第11図は算術符号器78のブロツク図である。

符号パラメータ決定回路76で決められたコントロール
信号Q311（第４表）のうちシフトレジスタA90にQ₁を、
シフトレジスタB91にQ₂、セレクタ92にQ₃が入力され
る。Q₁、Q₂は夫々シフトレジスタＡ、Ｂに対してAugend
信号であるA_S323を何bit右にシフトするかを指示する。
シフトされた結果が出力信号330、331となる。

信号331は、反転器96により補数がとられ、セレクタ9
2はコントロール信号Q₃により信号331又は反転器96の出
力信号を選択し、出力信号332を得る。加算器93ではシ
フトレジスタA90からの信号330とセレクタ92からの信号
332の加算が行われ、A_S1信号324が出力される。減算器9
4では、A_S信号323からA_S1信号324を減算し、A_S0信号325
を得る。セレクタ95ではA_S0信号325とA_S1信号324のいず
れかをYN信号301により選択する。即ちYN信号が１の時
はA_S0信号が、また、YN信号が０の時はA_S1信号がＡ′信
号326になる。シフト回路89ではＡ′信号のMSBが１にな
るまで左へシフトする処理が行われ、このシフトにより
A_S′信号327が得られる。このシフトの回数に相当する
シフト信号332は、コードレジスタ99に入り、コードデ
ジスタ99からはシフト回数に相当する数のbitがMSBから
順番に出力され符号データ330になる。

符号データ330は、図示しないbit処理方法にて、bit1
の連続が有限個内になるように処理され、復号器14側に
伝送されることになる。

また、コードレジスタ99の内容CR328は加算器97でA_S0
信号325と加算され、セレクタ98に入る。また、A_S0信号
325の加算されていない信号CR328もセレクタ98に入り、
YN信号301が１の時はCR′＝CR、YN信号が０の時はCR′
＝CR＋A_S0となるCR′信号329として出力される。コード
レジスタ99に関して前述したシフト処理はCR′信号に対
しても行う。

以上説明した実施例では、第１図符号器27において、
符号器ＡおよびＢを動的算術符号器で共通化を行ったが
A,B別々の符号器においても実現できる。

第17図にその例を示す。尚、第４図示のブロツクと同
一機能を果たすブロツクには同一番号を付す。

符号器A25′は２値エツジ画像を、符号器B26′は差分
多値画像を、それぞれ別々に符号化する。符号器A25′
においては、第４図で説明した動的算術符号を用いて符
号化する。一方、符号器B26′においては、公知のDCT係
数をハフマン符号化する方法により符号化する。即ち、
第12図のように、DCT係数をジグザグスキヤンし、係数
が０であるランと次の係数値にハフマン符号を割り当て
る方法である。以上のように符号器ＡとＢは夫々の画像
の特性に適した別々の符号化により形成することもでき
る。尚、これによると、符号器A,Bによる２通りの符号
化動作を並行して実行させることも可能とある。

以上、説明したように、多値カラー信号をブロツク毎
にエツジ部であるか否かを判定し、エツジ部であるブロ
ツクについて２値化後、エントロピ符号化することによ
り、文字、線等のエツジ部の２値カラーについては劣化
の少ないシヤープな画像を高圧縮率で符号化できる。ま
た、カラー写真等エツジ部の少ない多値カラーについて
はエツジ部をのぞいた低周波画像について符号化が行わ
れるため高圧縮率の符号化が可能となる。

〔発明の効果〕以上説明した様に本発明によれば、２値画像と多値画
像が混在している様な符号化対象画像についても効率良
く符号化でき、更にはこれら画像を符号化する場合に単
一のエントロピー符号化手段を共用する様にしたので、
回路規模を小さくでき、装置のコストを削減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した符号部の構成例を示す図、第２図はエツジ判定例を示す図、第３図は復号部の構成例を示すブロツク図、第４図は符号器のブロツク図、第５図は予測状態決定回路Ａのブロツク図、第６図は参照画素位置を示す図、第７図は動的符号器のブロツク図、第８図は予測変換回路のブロツク図、第９図は更新回路のブロツク図、第10図は符号化効率曲線を示す図、第11図は算術符号器のブロツク図、第12図は変換係数を示す図、第13図は予測状態決定回路Ｂのブロツク図、第14図は参照画素位置を示す図、第15図は復号動作の例を示す図、第16図は差分器の動作例を示す図、第17図は符号器の他の構成例を示すブロツク図である。 20は画像メモリ、21は２値化器、22は２値画像メモリ、
23は差分器、24は差分多値メモリ、25は符号器Ａ、26は
符号器Ｂである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 1/41 - 1/419

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】符号化対象画像を２値画像として表現する
２値画像データ、又は多値画像として表現する多値画像
データを発生する発生手段と、前記２値画像データを予測符号化することにより可逆符
号化する２値画像符号化手段と、前記多値画像データを周波数変換し、得られた周波数成
分を量子化することにより非可逆符号化する多値画像符
号化手段とを有し、前記２値画像符号化手段による可逆符号化時、及び前記
多値画像符号化手段による非可逆符号化時において、単
一のエントロピー符号化手段を共用することを特徴とす
る画像符号化装置。