JP3108532B2 - 2値画像符号化方法 - Google Patents

2値画像符号化方法

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JP3108532B2 JP18516892A JP18516892A JP3108532B2 JP 3108532 B2 JP3108532 B2 JP 3108532B2 JP 18516892 A JP18516892 A JP 18516892A JP 18516892 A JP18516892 A JP 18516892A JP 3108532 B2 JP3108532 B2 JP 3108532B2
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信人 松代
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、誤差拡散2値画像を
算術符号によりデータ圧縮する2値画像符号化方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この分野の技術としては、例えば
下記の文献に開示されるものがあった。 文献1:“アン アダプティブ アルゴリズム フォア
スペイシアル グレイスケイル”(“An Adap
tive Algorithm forSpatial
Grayscale” Proc. of the
SIDvol.17/2 Second Quate
r,1976,pp36〜37,R.Floyd e
t.al) 文献2:原島博 監修、「画像情報圧縮」、オーム社、
pp153〜161
【0003】前記文献1に開示されているように、多値
画像を「白」と「黒」の2値で表現する手法の一つに誤
差拡散法がある。誤差拡散法は、多値画像の座標(i,
j)における階調値g(i,j)を固定の閾値との比較により
2値化するのに際して、2値化により発生した誤差を近
傍画素の階調値に拡散し、この修正された階調値g(i,
j)'を逐次的に2値化する方法である。
【0004】2値化シンボルS(i,j)、拡散誤差de(i,
j)、修正階調値g(i,j)'は、gsmaxを最大階調値、th
(=gsmax/2)を2値化閾値、及びai(i=1〜4)を誤
差拡散係数(Σai=1)として以下のように求められ
る。 S(i,j) =「白」 (g(i,j)'<th) 「黒」 (g(i,j)'≧th) (1) de(i,j) =g(i,j)' (g(i,j)'<th) =g(i,j)'−gsmax (g(i,j)'≧th) (2) g(i,j)'=g(i,j)+a1・de(i-1,j)+a2・de(i+1,j-1) +a3・de(i,j-1)+a4・de(i-1,j-1) (3)
【0005】この誤差拡散画像を符号化する方法とし
て、文献2に開示された算術符号を用いる方法が知られ
ている。多値画像から誤差拡散画像を生成し、算術符号
化方法で符号化する機能ブロック図を図2に示す。図2
において、誤差拡散2値化処理部40は、多値画像D11
に対し式(1)〜(3)を適用し、2値化画像D12を求
めると共に着目画素から近傍画素に誤差の拡散を行う。
算術符号化部50はシンボル出現確率推定部51と算術
符号構成部52から成る。シンボル出現確率推定部51
は着目画素より以前に2値化されたシンボルを用い、着
目画素で出現するシンボル(「黒」または「白」)の出
現確率を推定する手段である。算術符号構成部52は、
シンボル出現確率を符号化パラメータとして算術符号を
構成する手段である。多値画像D11から2値化画像D1
2、そして符号D13が生成されるまでのデータの流れは
図2に示す通りである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述の算術符号化方法
では、符号化する2値シンボル列をSN=s1,s2,・・・,
N(N:シンボル数)、符号化するi+1(0≦i≦
N−1)番目のシンボルsi +1の出現確率をpi+1とした
とき、pi+1はSi=s1,s2,・・・,siのみに依存し(p
i+1=pi+1(Si))、sk(1≦k≦i)はpk(1≦
k≦i)には依存しない。
【0007】しかしながら、pkの値から判断して極め
て効率の悪い符号が生成される場合(例えば、pk=2
ー5の場合、1画素(1bit)を符号化するのに、5b
it必要となる)に、画質を劣化させない範囲で2値化
シンボルと拡散誤差を制御し、符号化効率を向上させる
ような応用が考えられ、この場合にはskはpkに依存す
る。skがpkに依存する場合には、従来のシンボル出現
確率推定方法では精度の低い推定値しか得られず、効率
の良い符号を構成することが困難であった。
【0008】この発明は、誤差拡散2値画像に於ける2
値シンボルskがpkに依存する(sk=sk(pk))場
合において、シンボル出現確率を高精度で推定し、効率
の良い算術符号を構成することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は前記課題を解
決するために、多値画像に於ける着目画素の階調値を2
値化する際に発生した2値化誤差を近傍画素の階調値に
拡散することにより修正階調値を求め、この修正階調値
を2値化して誤差拡散2値画像を生成する工程と、前記
誤差拡散2値画像に於ける2値化シンボルの出現確率を
推定する工程と、前記2値シンボルの出現確率を符号化
パラメータとして前記誤差拡散2値画像を算術符号によ
り符号化する工程と、2値化シンボルの出現確率及び修
正階調値と2値化閾値との距離に応じて前記2値化シン
ボルと拡散誤差を制御する工程と、2値化シンボルの修
正に対応してシンボル出現確率の修正を行う工程とを備
えたことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明によれば、2値化シンボルの出現確率及
び修正階調値と2値化閾値との距離に応じて、画質を損
なうことなく、算術符号を用いたデータ圧縮に適した2
値化シンボルに修正され、また拡散誤差が調整される。
この修正されたシンボルに適したシンボル出現確率の推
定を行うことで、2値画像を高い圧縮率で符号化できる
ようになり、前記課題が解決される。
【0011】
【実施例】図1は本発明の実施例を示すもので、本発明
の2値画像符号化方法を実現する符号化装置の構成を示
す機能ブロック図である。この符号化装置は、誤差拡散
2値化処理部10、2値化シンボル・拡散誤差修正部2
0、及び算術符号化部30から構成される。また、算術
符号化部30は、シンボル出現確率推定部31とシンボ
ル出現確率修正部32と算術符号構成部33とから成
る。
【0012】誤差拡散2値化処理部10は、入力された
多値画像D1における着目画素の2値化処理及び当該着
目画素から近傍画素へ2値化誤差を拡散する手段であ
り、誤差拡散2値画像D2を出力する。
【0013】2値化シンボル・拡散誤差修正部20は、
シンボル出現確率推定部31で推定されたシンボル出現
確率pW(「白」シンボル)あるいはpB(「黒」シンボ
ル)と、修正階調値g(i,j)'と2値化閾値thとの距離
に応じて、2値化シンボル及び拡散誤差を修正する手段
である。
【0014】算術符号化部30は算術符号を構成する手
段である。シンボル出現確率推定部31は、着目画素よ
り以前に出現したシンボルから着目画素skのシンボル
出現確率を推定する。この推定方法は、既に得られてい
るシンボル出現確率pk-1を、新たに既知となったシン
ボルsk-1を考慮したシンボル出現確率pkで更新するこ
とにより行う方法である。更新には重み付き平均等を用
いる。
【0015】シンボル出現確率修正部32は、シンボル
出現確率pが符号長評価パラメータε(<1/2)より小
さくなったとき、2値シンボルが修正される確率をαと
して(1ーα)・pによりそのシンボルの出現確率を修
正する。
【0016】算術符号構成部33はシンボル出現確率推
定部31から出力されるシンボル出現確率を符号化パラ
メータとして算術符号D3を構成する。
【0017】次に、実施例の符号化装置の処理手順を図
3、4を用いて説明する。
【0018】[ステップS1、S2、S3]:初期化ス
テップ ステップS1:算術符号化部30を初期化する(符号初
期値を0、符号空間の大きさの初期値を1とする)。 ステップS2:入力される多値画像D11の着目画素の位
置(i,j)を初期化する。 ステップS3:1つ前の画素のシンボル出現確率を保持
するレジスタpB’(「黒」シンボル)及びpW
(「白」シンボル)を初期化する。
【0019】[ステップS4]シンボル出現確率推定部
31で、既に出現している2値シンボルから画素位置
(i,j)におけるシンボル出現確率pB、pWを推定す
る。
【0020】[ステップS5]シンボル出現確率修正部
32において、pBは劣性シンボル(シンボル出現確率
が小さいシンボル)か否かを判定する。
【0021】[ステップS6、S7、S8]pBが劣性
シンボルの場合、現画素についてpB<ε(εは前記符
号長評価パラメータ)が成立し、かつ直前の画素につい
てpB’>εが成立するか否かの条件判定を行い(ステ
ップS6)、条件が成立する場合、シンボル出現確率修
正部32においてpBを(1−α)pB(α:2値シンボ
ルが修正される確率)で修正し(ステップS7)、pB
の修正に対応してpWを修正する(ステップS8)。
【0022】[ステップS9、S10、S11]pW
劣性シンボルの場合、現画素についてpW<εが成立
し、かつ直前の画素についてpW’>εが成立するか否
かの条件判定を行い(ステップS9)、条件が成立する
場合、シンボル出現確率修正部32においてpWを(1
−α)pWで修正し(ステップS10)、pWの修正に対
応してpBを修正する(ステップS11)。
【0023】[ステップS12、S13、S14、S1
5、S16、S17]誤差拡散2値化処理部10におい
て、前記式(3)に基づいて修正階調値g(i,j)'が求め
られ(ステップS12)、前記式(1)に基づいて修正
階調値g(i,j)'を2値化閾値thで2値化し(ステップ
S13、S14、S15)、前記式(2)に基づいて拡
散誤差de(i,j)が求められる。
【0024】[ステップS18、S19、S20、S2
1]2値化シンボル・拡散誤差修正部20において以下
の処理を行う。先ず、ステップS18において2値シン
ボル及び拡散誤差の修正条件が成立するか否かを判定す
る。2値シンボル及び拡散誤差の修正条件が成立するの
は符号化するシンボルS(i,j)の出現確率psがεより小
さく(即ち、符号長が長くなると判定され)、かつ前記
修正階調値g(i,j)'と閾値thの距離|g(i,j)'−th
|が距離評価パラメータηより小の場合(即ち、修正に
より画質の劣化の度合が小さいと判定される場合)であ
る。ステップS18の条件が成立する場合、ステップS
14、S15における2値化結果を反転させると共に拡
散誤差を修正する(ステップS19、S20、S2
1)。
【0025】[ステップS22]算術符号構成部33に
おいて、シンボルS(i,j)の出現確率psで算術符号を構
成する。
【0026】[ステップS23、S24、S25、S2
6、27]着目画素の座標値を制御する。すなわち、座
標値(i,j)についてステップS23またはS25のい
ずれかの条件が満足される場合はステップS24とステ
ップS27を経て、あるいはステップS26とステップ
S27を経てステップS4に戻り前述の処理を繰り返
す。
【0027】以上、多値画像の量子化とその符号化の手
順を説明した。複号化においては、シンボル出現確率の
推定方法が符号化と同じであれば、符号化の逆演算で元
の2値画像を得ることができる。
【0028】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の2
値画像符号化方法によれば、シンボルskがそのシンボ
ルの出現確率pkに依存する場合において、シンボル出
現確率が高い精度で推定され効率のよい算術符号が構成
できる。
【0029】以下、本発明の効果をシミュレーションに
より評価した結果を示す。 [シミュレーション条件] 多値画像:SCID N0.2(階調8bit) ε=0.15、η=64、α=η/(256/2) [シミュレーション結果]本発明による符号化方法で
は、シンボルskのpkへの依存性を考慮しない場合と比
較して符号量を1.9%削減することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の符号化装置の構成を示すブロ
ック図である。
【図2】従来の符号化装置の構成を示すブロック図であ
る。
【図3】実施例の装置の処理手順を示すフロー図であ
る。
【図4】実施例の装置の処理手順を示すフロー図であ
る。
【符号の説明】
10 誤差拡散2値化処理部 20 2値化シンボル・拡散誤差修正部 30 算術符号化部 31 シンボル出現確率推定部 32 シンボル出現確率修正部 33 算術符号構成部 D1 多値画像 D2 誤差拡散2値画像 D3 符号
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 1/41 - 1/419 H04N 1/40 - 1/409 H03M 7/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多値画像に於ける着目画素の階調値を2
    値化する際に発生した2値化誤差を近傍画素の階調値に
    拡散することにより修正階調値を求め、この修正階調値
    を2値化して誤差拡散2値画像を生成する工程と、 前記誤差拡散2値画像に於ける2値化シンボルの出現確
    率を推定する工程と、 前記2値シンボルの出現確率を符号化パラメータとして
    前記誤差拡散2値画像を算術符号により符号化する工程
    と、 2値化シンボルの出現確率及び修正階調値と2値化閾値
    との距離に応じて前記2値化シンボルと拡散誤差を制御
    する工程と、 2値化シンボルの修正に対応してシンボル出現確率の修
    正を行う工程とを備えたことを特徴とする2値画像符号
    化方法。
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