JP3117091B2

JP3117091B2 - 画像符号化装置

Info

Publication number: JP3117091B2
Application number: JP03204436A
Authority: JP
Inventors: 裕越; 功上澤; 節國武; 一弘鈴木
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1990-08-23
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 2000-12-11
Anticipated expiration: 2015-12-11
Also published as: JPH0556282A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像情報を符号化する
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ファクシミリ装置においては、
送信すべき画像或いは受信した画像はページメモリに蓄
積される。また、画像編集装置においては、編集の対象
となる画像或いは編集後の画像がやはりページメモリに
蓄積される。このページメモリに必要な容量は、画像サ
イズが大きくなるにつれ、また、解像度が高くなるにつ
れて増大する。更にカラー画像を蓄積する場合には、単
色画像の３倍の容量が必要となる。例えば、Ａ３サイズ
の４色フルカラー画像を、４００ｄｐｉ（ドット／イン
チ）の解像度で蓄積する場合にはメモリ容量は１２８Ｍ
バイトにも達する。このようにメモリ容量が増大する
と、ページメモリの価格が高くなると共に、画像データ
の読み出し／書き込みに時間がかかり処理時間が長くな
るという問題が生じる。

【０００３】このような問題の解決策として、符号化デ
ータのまま編集可能な形で画像信号を高能率符号化し、
ページメモリ容量を削減することが検討されている。こ
のような符号化には、以下の３点の特性が要求される。

【０００４】第１は、圧縮率が一様であることである。
すなわち、ページメモリは有限の容量で構成されるた
め、画像に依存せずに予め設定された圧縮率で符号化で
きることが必要である。第２は、符号化データのままの
編集が可能であることである。すなわち、画像信号の２
次元的位置を符号化データから直接得るため、所定の単
位に分割された画像信号を一定の符号量で符号化できる
こと、及び、所定の単位毎に独立して符号化／復号可能
なことが必要である。第３は、符号化／復号処理が一様
であることである。すなわち、ページメモリ上で符号化
するため、高速、かつ、一定の速度で符号化／復号可能
であることが必要である。

【０００５】従来の蓄積・伝送用の画像符号化装置で
は、可能な限り画像信号の空間的・周波数的な冗長度を
抑圧する必要から、画像信号毎の冗長度の変動により圧
縮率が変動する。また、より高度な符号化処理を導入す
る傾向にあり、所定の画像分割単位毎に独立に符号化／
復号処理を行うことが困難である。更に、適応処理の導
入により、符号化／復号処理に要する演算量が画像信号
毎の冗長度の変動に従い大幅に変動する等の理由から、
前記の特性を満足することは困難であった。

【０００６】従来の符号化方式の一つとして、特開昭５
７−１７４９８４号公報に記載されているような、画像
信号をある大きさのブロック単位に分割し、各ブロック
毎にその形状を近似するＢＴＣ(Block Truncation Codi
ng) 符号化方式と呼ばれる方式がある。

【０００７】このＢＴＣ符号化方式の概略を述べると、
この方式は、図１６に示す画像を、図１７に示すＬ_i×
Ｌ_j画素のブロック単位に分割する。Ｌ＝Ｌ_i＝Ｌ_j、
ブロック内の画素濃度をそれぞれａ_ijとすると、ブロッ
ク全体の平均濃度Ｐ₀は、Ｐ₀＝Σａ_ij ／Ｌ²とな
る。図１８に示すように、ブロック全体の平均濃度Ｐ₀
より小さい濃度の画素の平均濃度及び画素数をＰ₁，Ｎ
₁とすると、

【０００８】

【数１】

【０００９】となり、Ｐ₀より濃度の大きい画素の平均
濃度及び画素数をＰ₂、Ｎ₂とすると、

【００１０】

【数２】

【００１１】となる。ただし、ａ_ij≦Ｐ₀のときφ_ij＝
０、ａ_ij＞Ｐ₀のときφ_ij＝１という条件を満たす。

【００１２】いま、Ｌ²及び濃度の階調レベル数よりも
小さい整数ｍ及びｎを導入して、｜Ｐ₁−Ｐ₂｜＜ｍ、
またはＮ₁＜ｎ、またはＮ₂＜ｎのときには、ブロック
内の濃度分布は一様と判断し、φ_ijを全て０として、図
１９に示すように濃度Ｐ₀だけでブロック全体を代表す
る。また、｜Ｐ₁−Ｐ₂｜≧ｍかつＮ₁≧ｎかつＮ₂≧
ｎのときには、ブロック内の濃度分布は一様でないと判
断し、図２０に示すように、濃度Ｐ₁とＰ₂でブロック
を表す。その場合、φ_ijが０のところにＰ₁、１のとこ
ろにＰ₂を配置することに対応する。φ_ijを解像度情
報、Ｐ₀またはＰ₁、Ｐ₂を階調情報と呼ぶ。解像度情
報は数ライン分ずつまとめて既存の２値符号化方式で符
号化し、同じ情報値を持つブロックの連続する長さを既
存のランレングス符号化方式で符号化し、伝送する。こ
の符号化方式におけるパラメータｍ、ｎは、ｍは画像の
孤立的なノイズの除去、ｎはブロック内の濃度の微妙な
揺らぎの除去を行うための閾値の役割を持ち、ｍ、ｎ共
に大きい値を持つ程画像は平均化される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
式は、ブロック内画素をたかだか２階調でしか表せない
ことから、符号化効率を上げるためにブロックサイズＬ
を大きくすると画質劣化が大きく、特に濃度勾配がなだ
らかな領域で劣化が激しいという問題がある。また、す
べてのブロックに対して解像度情報が均等に割当てられ
ているため冗長度が高いという欠点があった。このた
め、解像度情報を数ライン分まとめて２値符号化するこ
とでその冗長度を低くすることが行われているが、十分
ではなかった。

【００１４】また、パラメータｍ，ｎの選択による符号
量の制御が困難であり、更に、符号化されたままでの画
像編集が困難であるという問題もあった。

【００１５】本発明は、上記従来技術の欠点を取り除く
ために、画像の内容に応じて異なった複数の階調数を用
いてブロックを表現できるように拡張し、用いた階調数
に対応して必要な解像度情報のみを伝送することによっ
て、ブロックサイズを大きくして符号化効率を上げた場
合でも画質劣化が少なく、かつ冗長な解像度情報を伝送
しないために符号化効率が大きい符号化方式を実現する
ことを目的とする。

【００１６】また、本発明は、入力画像信号をブロック
化した毎に特徴量分析手段によって波形／利得を分析し
て符号化モードを決定し、これに応じて後段のブロック
近似符号化手段によって適応的にブロック近似符号化を
実行することによって、予め符号化モードを決定してお
く必要なく、符号化モードの組合せを自由に変更できる
ようにすることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の画像符号化装置
は、画像を標本化し複数の画素からなるｍ×ｎ画素
（ｍ，ｎは正整数）の入力ブロックに分割するブロック
化手段と、前記入力ブロックの階調と解像度を分類する
ブロック分類手段と、前記入力ブロック内の階調と解像
度の符号量が前記入力ブロック毎に所定の符号量となる
よう割り付けられた複数のブロック近似符号化手段とか
ら構成され、前記分類手段によって分類された結果に従
い前記複数のブロック近似符号化手段を適応的に切り替
えてブロック近似符号化を行うことを特徴とする。

【００１８】また、本発明の画像符号化装置は、画像を
標本化し複数の画素からなるｍ×ｎ画素（ｍ，ｎは正整
数）の入力ブロックに分割するブロック化手段と、前記
入力ブロック内の平均値を求める平均値算出手段と、前
記入力ブロック内の各画素から前記平均値算出手段で求
められた前記平均値を減算する平均値分離手段と、該平
均値分離手段によって得られる平均値分離ブロックの解
像度方向と階調方向の特徴量を分析する分析手段と、該
分析手段の結果から予め設定された複数の前記平均値分
離ブロック内の画素間引き形状と画素間引き比率、及
び、前記平均値分離ブロック内の画素の階調数を各々独
立に決定するモード決定手段と、該モード決定手段によ
って決定された画素間引き形状と画素間引き比率に従っ
て前記平均値分離ブロック内の画素を間引く解像度近似
手段と、前記解像度近似手段によって間引かれた前記平
均値分離ブロック内の画素を前記モード決定手段で決定
された階調数で量子化する階調近似手段と、前記平均値
算出手段からの前記平均値と前記モード決定手段の決定
結果と前記階調近似手段の出力を多重化して符号データ
を構成する多重化手段とを備え、前記分析手段において
前記入力ブロックの解像度方向の特徴量を分析する場合
において、予め求めたｍ×ｎ画素（ｍ，ｎは正整数）、
或いは、その正整数比ｊ（ｊは正整数）で分割した画素
からなる複数の代表形状ブロックの組の各々と前記平均
値分離ブロックとの近似度を求め、最も近似度の高い代
表形状ブロックのインデックス、或いは、ｊ個に分割さ
れたブロック毎の最も近似度の高い代表形状ブロックの
インデックスの組を前記入力ブロックの解像度方向の第
１の特徴量とし、少なくとも前記インデックス或いは得
られたｊ個のインデックスの組が互いに一致する比率を
前記平均値分離ブロックの形状の複雑度を示すパラメー
タとし、この複雑度を前記解像度方向の第２の特徴量と
することを特徴とする。

【００１９】

【作用】本発明においては、例えば、１或いは２階調か
ら２以上の階調数ｍまでの複数の階調数を用いてブロッ
クを表現できるように拡張し、用いた階調数に対応して
必要な解像度情報のみを伝送するようにしている。これ
によって、符号化効率を上げるために符号化のブロック
サイズを比較的大きくした場合でも画質劣化が少ない。
また、一般的にウェーバの法則で知られるように、濃度
勾配の平坦な画像領域ではわずかな階調の差が検出され
るが、濃度変化の激しい画像領域ではわずかな階調の差
が検出され難いという人間の視覚特性がある。そこで、
本発明では、濃度勾配の平坦な画像領域では、階調数を
増やすと同時に解像度を低下させ、逆に濃度変化の激し
い画像領域では、階調数を減らすと同時に解像度を高く
している。これにより、符号化による画質劣化が視覚的
に検出され難く、しかも冗長な階調情報及び解像度情報
を符号化することを避け符号化効率を上げている。

【００２０】また、本発明においては、画像が標本化さ
れ、ブロック化手段により複数の画素からなるｍ×ｎ画
素の入力ブロックに分割される。次に、分割された入力
ブロック内の平均値が平均値算出手段により求められる
と共に、平均値分離手段により入力ブロック内の各画素
から前記平均値が減算され平均値分離ブロックが得られ
る。つぎに、分析手段によりこの平均値分離ブロックの
解像度方向と階調方向の特徴量が分析される。この分析
結果に基づいて予め設定された複数の画素間引き形状と
画素間引き比率、及び、前記画素の階調数がモード決定
手段により決定される。前記平均値分離ブロック内の画
素は、モード決定手段によって決定された画素間引き形
状と画素間引き比率に従って解像度近似手段において間
引かれたのち、モード決定手段で決定された階調数で階
調近似手段において量子化される。前記平均値算出手段
からの前記平均値と、前記モード決定手段の決定結果
と、前記階調近似手段の出力は、多重化手段により多重
化され符号データが構成される。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照しながら、実施例により本
発明の特徴を具体的に説明する。

【００２２】本発明の画像符号化装置の概略の構成例を
図１に示す。

【００２３】まず、本実施例の画像符号化装置の動作の
概略について説明する。符号化されるべきディジタル化
画像情報（入力画像）１は、ブロック化器２により、ｍ
×ｎ（ｍ，ｎは、１以上の整数）画素毎にブロック化さ
れる。ブロック化された画像情報（入力ブロック）３
は、それぞれ異なった階調数で符号化を行う符号化器４
ａ〜４ｃに供給される。図１の例では、符号化器４ａは
１階調のブロック近似符号化を行い、同じく符号化器４
ｂは２階調の符号化を、符号化器４ｃはｍ階調の符号化
を行う。各符号化器４ａ〜４ｃからの符号化画像情報５
ａ〜５ｃは共通に選択器６に供給される。

【００２４】ブロック判定器７は、入力ブロック３の濃
度勾配の度合いを判定し、その判定結果８を選択器６に
出力する。本実施例においては、選択器６は、濃度変化
が激しい場合には符号化器４ａ側を選択し、濃度勾配が
平坦である場合には、符号化器４ｃ側を選択する。なお
後述するように、解像度情報に関しては、１階調のブロ
ック近似符号化を行う符号化器４ａ側が多く、ｎ階調の
ブロック近似符号化を行う符号化器４ｃ側が少なくなる
ような符号化が行われる。したがって、濃度変化が激し
い場合には、階調情報が少なく解像度情報が多い状態で
符号化され、濃度勾配が平坦である場合には、階調情報
が多く解像度情報が少ない状態で符号化される。選択器
６は、符号化器４ａ〜４ｃの何れかで符号化された符号
化画像情報５ａ〜５ｃを、前記ブロック判定結果８に従
って選択し選択符号化画像情報９として出力する。

【００２５】次に、上述の画像符号化装置の動作の詳細
について説明する。

【００２６】本実施例では、ブロックサイズを８画素×
８画素とし、図１の画像情報３は、８画素×８画素のブ
ロックごとに入力されるものとする。また、２階調、４
階調、１６階調の３種類のブロック近似符号化を行うも
のとする。ただし、ブロックサイズは他の値でもよい
し、ブロック形状も正方形に限らない。

【００２７】図１に示すブロック判定器７は、先に述べ
たように、ブロック内画素の濃度勾配が平坦であるの
か、濃度変化が激しいのか、或いはその中間的な濃度分
布であるのかを判定する。具体的には、ブロック内画素
濃度の分散を計算し、分散が大きい場合に濃度変化が激
しいと判定し、分散が小さい場合に濃度勾配が平坦であ
ると判定し、その中間の場合に中間的な濃度分布である
と判定する。ただし、上記手法に限るものではなく、例
えば画素濃度値を空間軸で微分し、極大値及び、或いは
極小値の数を判定基準にしてもよい。

【００２８】各符号化器４ａ〜４ｃの基本的構成は同一
であるので図２を参照して共通に説明する。

【００２９】ブロック化された画像情報３が入力される
と、量子化レベル算出器１０は、入力された画像情報３
から量子化レベル１１を算出する。これらの量子化レベ
ルの個数及び値は、各符号化器で異なっており、例えば
２階調ブロック近似符号化を行う符号化器４ｂでは、図
３（ａ）に示すように、量子化レベルはＱ１，Ｑ２の２
個である。また、４階調、１６階調の場合は、同図
（ｂ）、（ｃ）に示すように、量子化レベルはＱ１〜Ｑ
４（Ｑ２，Ｑ３は図示せず）の４個、Ｑ１〜Ｑ１６（Ｑ
２〜Ｑ１５は図示せず）の１６個である。

【００３０】具体的には、図３に示すように、最大量子
化レベルＱ１と最小量子化レベルＱ２、或いはＱ４、或
いはＱ１６を決定し、その間を等間隔に分割し線形量子
化を行う。最大量子化レベルＱ１は、ブロック内画素濃
度の最大値ｍａｘから順にｎ画素分の濃度値の平均値と
する。同様に最小濃度値ｍｉｎからｎ画素分の平均値を
最小量子化レベルとする。ここで、ブロック内画素数を
Ｌ²、階調数をｌとすると、該パラメータｎは、およそ
ｎ＝Ｌ²／ｌと表されるオーダの値とする。ただし、最
大量子化レベル及び最小量子化レベルの決めかたは上記
手法に限定されるものではなく、例えばブロック内最大
濃度値ｍａｘと最小濃度値ｍｉｎをそのまま使用しても
よい。さらに、最大量子化レベルと最小量子化レベルの
間を等間隔に線形量子化する場合に限らず、例えばＭＡ
Ｘの量子化（ＪｏｅｌＭａｘ，“Ｑｕａｎｔｉｚｉｎ
ｇｆｏｒＭｉｎｉｍｕｍＤｉｓｔｏｒｔｉｏ
ｎ”，ＩＲＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯＮＩＮＦ
ＯＲＭＡＴＩＯＮＴＨＥＯＲＹ，Ｍａｒｃｈ１９６
０，ｐｐ７−１２参照）のような非線形量子化を行って
もよい。すなわち、入力画像の確率密度関数を仮定して
それに最適な量子化器を設計すればよい。

【００３１】次に、階調情報符号化器１２は、上記量子
化レベル算出器１０が出力した量子化レベル１１を符号
化する。具体的には、図３に示すように最大量子化レベ
ルＱ１と最小量子化レベルＱ２、Ｑ４或いはＱ１６の平
均値をＬａとし、同じく両者の差をＬｄとし、これらの
値を出力する。本実施例では、入力された画像情報３が
画素当たり２５６階調を持ち、符号なし２進数表現で画
素当たり８ビットで表現されているとすると、図３に示
すＬａ及びＬｄもこれと同じ、或いは近い階調数で表現
し、合計１６ビット程度で表現する。ただし、量子化レ
ベル１２の符号化の手法はこれに限るものではなく、最
大量子化レベルと最小量子化レベルをそのまま割当てて
もよい。また、前記量子化レベル算出器１５で非線形量
子化を行った場合には、量子化ステップ（隣り合う量子
化レベルの差）の変化の仕方も符号化する必要がある。

【００３２】また、量子化器１３は、量子化レベル１１
に従って前記入力された画像情報３を量子化し、その結
果を解像度情報１４として出力する。この場合、量子化
の閾値は、対応する量子化レベルの平均値とする。例え
ば、量子化レベルＱ１とＱ２の間の閾値は、（Ｑ１＋Ｑ
２）／２として表される。本実施例では、２階調、４階
調、或いは１６階調に量子化するので、量子化された解
像度情報１４は、画素当たり１ビット、２ビット、或い
は４ビットの情報となる。

【００３３】次に、解像度情報選択器１５は、量子化器
１３で量子化された階調数に対応して、前記解像度情報
１４から視覚的に冗長な情報を取り除き、必要な解像度
情報１６を出力する。本実施例では、図４（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示すように、２階調符号化の場合には
６４画素（＝８画素×８画素）すべての解像度情報を選
択し、４階調符号化の場合には３２画素（＝８画素×８
画素／２）の解像度情報を千鳥格子状に選択し、１６階
調符号化の場合には１６画素（＝８画素／２×８画素／
２）の解像度情報を直交格子状に選択する。図中、斜線
で示された部分が選択された画素を示す。ただし、解像
度情報の選択の仕方は上記例に限るものではなく、例え
ば、２階調符号化の場合に３２画素の解像度情報を千鳥
格子状に選択してもよい。ここで、重要なことは、ある
ブロックに階調情報を多く割当てた場合には解像度情報
の割当てを少なくし、逆に階調情報を少なく割当てた場
合には解像度情報の割当てを多くすることである。

【００３４】次に、解像度情報符号化器１７は、前記選
択された解像度情報１６を符号化する。本実施例では情
報論的な冗長度を抑圧するための符号化を採用しない
で、選択された解像度情報１６を符号なし２進数でその
まま表現して、符号化画像情報５ａ〜５ｃを出力する。

【００３５】図１の選択器６は、前記ブロック判定結果
８に従って符号化器４ａ〜４ｃの出力する符号化画像情
報５ａ〜５ｃを選択して、これを出力する。

【００３６】以上で、ブロックごとに入力された画像情
報３は、階調情報と解像度情報の組合せに符号化され、
符号化画像情報９として出力される。

【００３７】各階調のブロック近似符号化における階調
情報と解像度との関係を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１に示すように本実施例では、ブロック
判定の結果に依らず、ブロックごとに常に一定の情報
（８０ビット）を割当てて符号化している。復号の際に
どの符号化器が選択されたかを識別するために２ビット
のブロック選択情報をブロックごとに付加すると、本実
施例の符号化効率或いは圧縮率は、８画素×８画素×８
ビット／（８０ビット＋２ビット）＝６．２４４とな
る。

【００４０】なお、図２の階調情報符号化器１２及び解
像度情報符号化器１７では、情報論的な冗長度を抑圧す
るための符号化、例えばハフマン符号化や算術符号化な
どを用いないものとする。

【００４１】次に、本実施例の復号の手順を簡単に説明
する。先ず、前記ブロック選択情報によって、図１の符
号化器４ａ〜４ｃの何れの符号化器が符号化の際に選択
されたかを識別し、図３に示す階調情報Ｌａ、Ｌｄ、及
び解像度情報を復号する。本実施例では、ハフマン符号
化のような符号化を採用していないので、予め決められ
た順序とビット長で並ぶ２進数を順次読めばよい。次
に、該階調情報Ｌａ、Ｌｄを用いて、Ｌａ＋Ｌｄ／２か
らＬａ−Ｌｄ／２までの間を等間隔に分割し、量子化レ
ベルＱ１、Ｑ２、・・・を算出する。得られた量子化レ
ベルと該解像度情報から画像情報を再現する。このと
き、解像度情報がたとえば水平或いは垂直方向等に選択
的に欠落している場合には、既に再現した周囲の画素濃
度値を用いて補間を施して、欠けた画素の濃度を再現す
る。以上の手順で、符号化された画像が復号される。

【００４２】本発明の他の実施例を図５に示す。図１に
示す実施例と異なるのは、符号化器４ａ〜４ｃで同時に
符号化されたそれぞれの符号化画像情報５ａ〜５ｃを、
局部復号器１８に供給し、局部復号器１８の出力により
選択器６が制御される点である。局部復号器１８は、前
記符号化画像情報５ａ〜５ｃを復号し、ブロック判定器
７がそれぞれ符号化する以前の画像情報３と比較し、そ
の結果８に応じて選択器６が最も歪の少ない符号化画像
情報を選択して出力する。すなわち、ブロック判定器７
は歪計算手段として機能する。歪の尺度としては、２乗
誤差平均を用いてもよいし、差の絶対値の累積値などを
用いてもよい。

【００４３】図５に示す本発明の他の実施例では、ブロ
ックごとに入力された画像が、濃度勾配が比較的平坦な
ブロックなのか、濃度変化の激しいブロックなのか、或
いは両者の中間的なブロックなのかを判定する必要がな
い。ブロックごとに入力された画像情報が、前記複数の
符号化器の何れかで符号化されるのが視覚的に最も画質
劣化が少ないかを判定するために、図１に示す本実施例
ではブロック内画素濃度の分散値や、空間軸での微分係
数を用いたが、必ずしも最適な判定を行っているとは言
えない。これに対して図５に示す他の実施例では、少な
くとも２乗誤差平均や差の絶対値の累積などの歪尺度に
おいて、最適な判定を行っている。したがって、より画
質劣化の少ない符号化を行うことができる。

【００４４】次に、本発明の更に他の実施例について、
図６を参照して説明する。図５に示す実施例と異なるの
は、符号化器４ａ〜４ｃで同時に符号化されたそれぞれ
の符号化画像情報５ａ〜５ｃを、符号化器４ａ〜４ｃの
それぞれに対応して設けられた局部復号器１８ａ〜１８
ｃにそれぞれ供給して復号し、各局部復号器１８ａ〜１
８ｃからの復号画像ブロック１９ａ〜１９ｃを入力画像
ブロック３と比較して、最も歪の少ない符号化画像情報
を選択している点である。すなわち、各局部復号器１８
ａ〜１８ｃからの復号画像ブロック１９ａ〜１９ｃを歪
量測定部２０に供給し、この歪量測定部２０において入
力画像部３に対する各復号画像ブロック１９ａ〜１９ｃ
の歪の量を求め、最も歪の少ないすなわち最も近似度が
高い復号画像ブロックが得られる符号化器を決定するモ
ード情報２１を出力し、このモード情報２１に基づい
て、選択器６により符号化画像情報５ａ〜５ｃの中の最
も歪の少ないものを選択する。選択後のＢＴＣ符号化デ
ータ２２は多重化部２３においてモード情報２１と多重
化され、入力画像ブロック３毎の符号化データ２４が得
られる。

【００４５】次に動作について詳細に説明する。

【００４６】ディジタル入力画像１がブロック化器２に
よってｍ×ｎ画素単位にブロック化される。これによっ
て得られた入力画像ブロック３毎にＢＴＣ符号化部４ａ
〜４ｃでモード１〜モードｋまでのｋ通りに符号化され
る。

【００４７】このＢＴＣ符号化モードは、例えばｋ＝３
の場合で、モード１：１／２サブサンプルと２レベル量子化の組合
せモード２：１／４サブサンプルと４レベル量子化の組合
せモード３：１／８サブサンプルと１６レベル量子化の組
合せ等、解像度情報の近似を行うサブサンプルと階調情報の
近似を行う量子化の組合せを予め設定する。なお、サブ
サンプルとは画像の間引きを意味し、例えば、１／８サ
ブサンプルとは画素を間引いて画素数を１／８にするこ
とを意味する。

【００４８】モードｉ（但し、１≦ｉ≦ｋ）のサブサン
プル比をｓｓ（ｉ），量子化レベル数をｑｌ（ｉ）と
し、入力画像ブロック３内の画素階調レベル数をＮとす
ると、圧縮率ｒは、ｒ＝ｓｓ（ｉ）×ｌｏｇ₂（ｑｌ（ｉ））／ｌｏｇ₂（Ｎ）で与えられる。ここで、予めｒが一定となるサブサンプ
ル比ｓｓ（ｉ）と量子化レベル数、ｑｌ（ｉ）の組合せ
を設定しておけば、入力画像ブロック３を常に一定の符
号量で符号化し、更に、予め圧縮率を指定して符号化す
ることができる。

【００４９】次に、ＢＴＣ符号化部４ａ〜４ｃで得られ
たＢＴＣ符号化データ５ａ〜５ｃをｋ通りの局部復号部
１８ａ〜１８ｃに供給して各々ｋ種のＢＴＣ復号画像ブ
ロック１９ａ〜１９ｃを求め、この中から入力画像ブロ
ック３と最も近いＢＴＣ復号画像ブロックを歪量測定部
２０で求める。

【００５０】ここで、入力画像ブロック内の各画素をｓ
_l（ｌ＝１，２，．．．，ｍ・ｎ），モードｉでＢＴＣ
符号化された後に局部復号されたＢＴＣ復号画像ブロッ
クの各画素をｘ_l（ｉ）（ｌ＝１，２，．．．，ｍ・
ｎ）とし、Ｓ＝｛ｓ₁，ｓ₂，．．．，ｓ_{m ・ n}｝，Ｘ
（ｉ）＝｛ｘ₁（ｉ），ｘ₂（ｉ），．．．，ｘ_{m ・} _n
（ｉ）｝とすると、近似度を表す評価関数ｄ（Ｓ，Ｘ
（ｉ））は、ｄ（Ｓ，Ｘ（ｉ））＝Σ｜ｓ_l−ｘ_l（ｉ）｜：Ｌ１−Ｎｏｒｍまたは、ｄ（Ｓ，Ｘ（ｉ））＝Σ（ｓ_l−ｘ_l（ｉ））²：Ｌ２−Ｎｏｒｍで与えられる。以下、これをモードｉに対する歪量と呼
ぶ。なお、Ｌ２−Ｎｏｒｍは、多次元座標軸上の二点間
の距離を示すユークリッド距離を示し、Ｌ１−Ｎｏｒｍ
は、この距離の近似解であるチェビシェフ距離を示す。

【００５１】歪量測定部２０では、１〜ｋ迄の各モード
に対する歪量を求め、その歪量が最少となるモードを選
択して入力画像ブロックに対するＢＴＣ符号化モードを
決定する。この動作を表すと、全てのｉに対して、ｍｏｄｅ＝ｍｉｎ｛ｄ（Ｓ，Ｘ（ｉ））｝（１≦ｉ≦ｋ）となり、モードの総数がｋ種であるからｋ−１回、評価
関数ｄ（Ｓ，Ｘ（ｉ））を計算する。なお、ｍｏｄｅは
モードを示す変数である。

【００５２】ここまでの処理により、歪量が最少となる
ＢＴＣ符号化モード（モード情報）２１が求められる。
最後に、ＢＴＣ符号化モード２１に対応するＢＴＣ符号
化データ２２を選択器６で選択した後、ＢＴＣ符号化モ
ード２１を多重部２３によって多重して最終的な入力画
像ブロックに対するＢＴＣ符号化データ２４を得る。

【００５３】図７は、このＢＴＣ符号化動作原理を説明
した図である。一般に、人間の視覚特性は、以下のよう
な性質を有している。

【００５４】（ａ）平坦な画像領域：階調性に対する感
度が高く、解像度に対する感度が低い。

【００５５】（ｂ）込み入った画像領域：解像度に対す
る感度が高く、階調性に対する感度が低い。

【００５６】この性質はウェーバー則として知られてい
る。従って、２５６階調，４００ｄｐｉの原画像の持つ
有為な情報は、画像領域の特性に依存して必ずしも全て
のデータを保存する必要がない。そこで、図６に示す符
号化装置では、階調数と解像度を近似する組合せたＢＴ
Ｃ符号化モードを複数種類設定し、この中で最も入力画
像に近いモードによって近似符号化を行うものである。
例えば、濃度の変化が激しい画像を符号化する場合には
解像度を優先し、解像度を高くし階調数を減らして符号
化する。また、逆に濃度の変化が緩やかな画像を符号化
する場合には、階調性を優先し階調数を増加し、解像度
を低くして符号化する。このようにして符号長さを一定
にできる。固定長符号化は、このＢＴＣ符号化モードの
組合せを図７に示されるグラフ中の直線上に配置するこ
とに相当する。

【００５７】上述した各実施例においては、画像の性質
に合わせて階調数に割り当てるビット数と解像度に割り
当てるビット数を動的に切り換えているので、一定ビッ
ト数で能率のよい圧縮処理を行うことができる。

【００５８】次に、符号化の性能を向上させる際の拡張
性及び実現性を改善し、また、視覚特性上最適なモード
を選択できるようにした本発明の更に他の実施例につい
て、図８を参照して説明する。

【００５９】入力画像１は、ブロック化器２によってｍ
×ｎ画素から成る入力ブロック３に変換された後に、平
均値分離器２５に供給される。平均値分離器２５は、入
力ブロック３の平均値を算出し平均値情報２６として出
力すると共に、入力ブロック３から平均値を減算して平
均値分離ブロック２７として出力する。モード弁別器２
８は、平均値分離ブロック２７の統計的及び空間的な特
徴量を分析し、その結果に従って近似符号化に於ける近
似パラメータすなわちモード情報２９を得る。適応近似
符号化器３０は、モード情報２９に従って平均値分離ブ
ロック２７に対して解像度の近似及び階調の近似を行
い、近似ブロック３１を出力する。なお、モード弁別器
２８及び適応近似符号化器３０の詳細については後述す
る。

【００６０】前記平均値分離器２５からの平均値情報２
６、モード弁別器２８からのモード情報２９及び適応近
似符号化器３０から近似ブロック３１は、多重化器３２
に供給されて多重化され、符号データ３３として出力さ
れる。

【００６１】図８に示す前記モード弁別器２８の詳細に
ついて図９を参照して説明する。平均値分離器２５から
の平均値分離ブロック２７は、統計的及び空間的な特徴
量の内、波形情報を分析する波形分析器３４に供給され
る。

【００６２】波形分析器３４は、代表的な波形情報を有
する代表ベクトルのセット（組）とｍ×ｎ画素から成る
ブロックである平均値分離ブロック２７とのパターン・
マッチングを行い、最も近い波形情報を持つ代表ベクト
ルを選んで選択された代表ベクトルを表すベクトル・イ
ンデックス３６を出力するパターン・マッチング器３５
と、ベクトル・インデックス３６から解像度近似に関す
るパラメータの候補値を得、波形情報３８として出力す
る波形マッピング・テーブル３７とを備えている。

【００６３】また、平均値分離ブロック２７は、統計的
及び空間的な特徴量の内、ｍ×ｎ画素から成るブロック
に於ける利得情報を分析する利得分析器３９にも供給さ
れる。利得分析器３９は、平均値分離ブロック２７のｍ
×ｎ画素の値の分散値４１を算出して出力する分散算出
器４０と、平均値分離ブロック２７のｍ×ｎ画素の値の
頻度分布を計数してヒストグラム情報４３として出力す
るヒストグラム計数器４２と、分散値４１及びヒストグ
ラム情報４３から階調近似に関するパラメータの候補値
を得て利得情報４５として出力する利得マッピング・テ
ーブル４４とを備えている。

【００６４】波形分析器３４の出力及び利得分析器３９
の出力は、モード判定器４６に供給され、波形情報３８
及び利得情報４５から近似パラメータであるモード情報
２９が得られる。

【００６５】次に、図８に示す前記適応近似符号化器３
０の詳細について図１０を参照して説明する。平均値分
離ブロック２７は、解像度近似のためにサブ・サンプリ
ングを行う適応サブ・サンプラ４７に供給され、サブ・
サンプル・パターン発生器４８から供給されるサブ・サ
ンプル・パターン４９に基づいて平均値分離ブロック２
７のｍ×ｎ画素がサブ・サンプリングされる。このサブ
・サンプリングに際しては、サブ・サンプル・パターン
発生器４８が、モード情報２９の内、解像度近似に関す
るパラメータに従って、サブ・サンプル・パターン４９
を制御する。適応サブ・サンプラ４７によってサブ・サ
ンプリングされたサブ・サンプル・ブロック５０は、適
応量子化器５１に供給される。適応量子化器５１は、モ
ード情報２９の内、階調近似に関するパラメータに従っ
て階調近似すなわち量子化を行い近似ブロック３１を出
力する。

【００６６】なお、この量子化の際には、先ず、平均値
分離ブロック内の画素値の最大値、最小値からダイナミ
ックレンジを求め、平均値分離ブロック内の画素値をこ
のダイナミックレンジで正規化した後、階調近似に関す
るパラメータに従って量子化を行う。また、平均値分離
ブロック内の画素値の最大値及び最小値は、所定の特性
で量子化された後、後述する符号データに付加される。
但し、最大値及び最小値は必ずしも量子化する必要はな
いことは言うまでもない。

【００６７】次に、図８〜図１０に示す実施例の動作に
ついて説明する。

【００６８】図１１（ａ）に模式的に示すように、ラス
タ走査で入力された入力画像１は、ブロック化器２によ
って、同図（ｂ）に模式的に示すように、ｍ×ｎ画素か
らなる入力ブロック３に走査変換される。以後、符号化
処理は、全て入力ブロック３を単位としてブロック単位
に各々独立で行われる。

【００６９】入力ブロック３は平均値分離器２５に供給
される。平均値分離器２５は、入力ブロック３を構成す
るｍ×ｎ画素の値Ｓ_ij（ｉ＝１，２，・・・・，ｍ，ｊ
＝１，２，・・・・，ｎ）の平均値μすなわち平均値情
報２６を算出し、その後、入力ブロック３を構成するｍ
×ｎ画素それぞれの画素値から平均値μを減算し、平均
値分離されたｍ×ｎ画素の値Ｘ_ij（ｉ＝１，２，・・・
・，ｍ，ｊ＝１，２，・・・・，ｎ）から平均値分離ブ
ロック２７を算出する。ここで、Ｓ_ij、μ及びＸ_ijの関
係は以下の式で表される。

【００７０】

【数３】

【００７１】モード弁別器２８は、平均値分離ブロック
２７の統計的及び空間的特徴量を分析し、その結果に応
じて近似パラメータであるモード情報２９を出力する。

【００７２】図９に示すように、モード弁別器２８の構
成要素である波形分析器３４は、波形情報を分析し解像
度近似パラメータの候補値を得る。同じく利得分析器３
９は、利得情報を分析し階調近似パラメータの候補値を
得る。また、モード判定器４６は、解像度近似パラメー
タの候補値と階調近似パラメータの候補値から近似パラ
メータすなわちモード情報２９を得る。

【００７３】波形分析器３４は、平均値分離ブロック２
７の階調変化の２次元的な方向、及び階調変化の複雑さ
を表す波形情報を分析し、その結果から平均値分離ブロ
ック２７の解像度を近似するための解像度近似パラメー
タの候補値を得る。

【００７４】波形分析器３４内に設けられたパターン・
マッチング器３５は、予め用意された代表的な波形情報
を有する代表ベクトル・セットと、分析対象ブロック
（以後分析ブロックと呼ぶ）すなわち平均値分離ブロッ
ク２７とのパターン・マッチングにより波形情報分析を
行う。

【００７５】図１２は、予め用意される代表的な波形情
報を有する代表ベクトル・セットの内容について模式的
に示している。

【００７６】先ず、代表的な画像からなるトレーニング
用の入力ブロックのサンプルが正規化され、この正規化
されたサンプルは、単位超球面上に分布するサンプル群
と定義される。次に、正規化されたサンプルを２分割す
るための軸である主成分が求められる。上記単位超球面
上のサンプル群は、良く知られている主成分分析法を適
用し、最も寄与率の高い高いベクトル、すなわち、第１
主成分ベクトルで定義される超平面を用いて２分割され
る（図１２（ａ）参照）。この超平面は、代表ベクトル
３６を含む空間である。そして上記単位超球面上におけ
るサンプルの各ベクトルが上記主成分のどちら側に入っ
ているかを調べる。次に、図１２（ｂ１），（ｂ２），
（ｃ１）〜（ｃ４）に示されるように、分割した各空間
（分割空間＃１，＃２）における主成分ベクトルで定義
される超平面を用いて更に２分割される（分割空間＃
３，＃４、分割空間＃５，＃６）。上述の分割処理が所
定回数繰り返される。これをｎ回繰り返すとｎ段の２進
木状に代表ベクトル・セットが得られる。図１２（ｄ
１）〜（ｄ４）は、各分割空間＃３〜＃６に対応する重
心パターンを示している。図１２（ｄ１）〜（ｄ４）
は、階調変化の２次元的な変化を示す方向が、それぞれ
水平方向、垂直方向、左斜め方向、右斜め方向であるこ
とを示している。これが分析ブロックの方向ｖに対応す
る。各重心パターンに対応して予め図１２（ｅ１）〜
（ｅ４）に示すサブ・サンプリング・パターンが設定さ
れており、選択された重心パターンに応じてサブ・サン
プリング・パターンが決定される。このサブ・サンプリ
ング・パターンのサンプリング・レートがｒに対応して
いる。

【００７７】適応近似符号化器３０では入力ブロックと
代表ベクトル・セットの近似度を２進木探索によって求
め、最終段に到るまでのパスの履歴をもってインデック
スとし、このインデックスに対応する上記のサブ・サン
プリング・パターンから１種類、同様にこのインデック
スに対応する上記のサブ・サンプリング・レートから１
種類をそれぞれ選択する。２進木探索の手法としては、
例えば、Ａ．Ｂｕｚｏｅｔａｌ，：“Ｓｐｅｅｃｈ
ｃｏｄｉｎｇｂａｓｅｄｕｐｏｎｖｅｃｔｏｒ
ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．
Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｐｅｅｃｈ＆ＳｉｇｎａｌＰ
ｒｏｃｅｓｓ，ＡＳＳＰ−２８．５，ｐｐ．５２６
−５７４に開示されているような木探索法を採用するこ
とができる。また、探索動作の効率化を図るためには、
本出願人により平成３年６月２５日付けで出願された特
許出願「画像信号分析方式」の明細書で提案されている
ような手法を採用することが望ましい。

【００７８】上述の波形情報分析により、分析ブロック
の階調変化の方向及び複雑度が得られ、代表ベクトルの
インデックスから、ベクトル・インデックス３６が得ら
れる。

【００７９】近似度を求める操作は、分析ブロックと代
表ベクトル・セットのパターン・マッチングによって行
われる。

【００８０】ｍ×ｎ画素の分析ブロックをｘ＝｛ｘ_i│
ｉ＝１，２，．．．，ｍ×ｎ｝、ｋ個の代表ベクトルか
らなる代表ベクトル・セットをｙ＝｛ｙ_i│ｉ＝１，
２，．．．，ｋ｝とすると、パターン・マッチングは以
下の式で定義できる。

【００８１】全てのｉに対してｄ（ｘ，ｙ_p）＝ｍｉｎ｛ｄ（ｘ，ｙ_i）｝（ｉ＝１，２，．．．．，ｋ）ここで、ｄ（ｘ，ｙ_i）はｘとｙ_iとの歪測度であり、
ユークリッド距離を表す２乗歪等で定義される。ｐは代
表ベクトルのインデックスすなわちベクトル・インデッ
クス３６であり、ｐの表す代表ベクトルｘ_pが、分析ブ
ロックに最も近い波形情報を持つ代表ベクトルとして選
択されたことを示している。このベクトル・インデック
ス３６は波形マッピング・テーブル３７に供給される。

【００８２】波形マッピング・テーブル３７は、ベクト
ル・インデックス３６から解像度近似パラメータの候補
値すなわち波形情報３８を出力する。解像度近似パラメ
ータの候補値は、階調変化の２次元的な方向を表す分析
ブロックの方向ｖ（ｐ）、及び階調変化の複雑さを表す
サブ・サンプルレートｒ（ｐ）から成る。

【００８３】また、図９に示される利得分析器３９は、
平均値分離ブロック２７の振幅と画素値の頻度分布を表
す利得情報を分析し、その結果から平均値分離ブロック
２７の階調を近似するための階調近似パラメータの候補
値を得る。利得情報分析は、平均値分離ブロック２７を
構成するｍ×ｎ画素の値の分散値とヒストグラム（累積
頻度分布）を計数することで行う。

【００８４】利得分析器３９内に設けられた分散算出器
４０は、平均値分離ブロック２７を構成するｍ×ｎ画素
の値の分散値４１を算出する。平均値を分離したｍ×ｎ
画素の分散値は次式で定義される。

【００８５】

【数４】

【００８６】或いは、

【００８７】

【数５】

【００８８】ここでは、以後、分散値σを用いて説明す
る。

【００８９】分散値σは１種以上の閾値、例えば、高，
中，低を弁別する二つの閾値と比較され、分散が大、
中、小のいずれに属しているかが判別され、判別結果が
前記階調方向の特徴量の一つとなる。

【００９０】ヒストグラム計数器４２は、図１３に示す
ように、分散値σにより平均値分離ブロック２７を閾値
処理して頻度を計数する。すなわち、閾値を±σ／ａに
設定し、−σ／ａ未満、−σ／ａ以上かつσ／ａ以下、
σ／ａより大きい範囲の３か所で頻度を計数する。ここ
でａは、１以上の実数であり、本実施例では、例えばａ
＝３とする。３か所で計数した頻度値をそれぞれＨ_-1、
Ｈ₀、Ｈ₁とする。図１３に示すように、Ｈ_-1、Ｈ₀、
Ｈ₁から、ヒストグラムが単峰分布（同図（ａ）参照）
か或いは双峰分布（同図（ｂ）参照）かを判断し結果を
ヒストグラム情報４３として得る。例えば、Ｈ_-1≦
Ｈ₀、かつ、Ｈ₀≧Ｈ₁の場合に単峰分布であり、その
他の場合に双峰分布であると判断する。

【００９１】このヒストグラム情報４３は、画像の種類
を判断するために利用される。すなわち、写真画像は単
峰分布となり文字画像は双峰分布となるので、分布状態
から画像の種類が判断できる。

【００９２】ここで、−σ／ａによる閾値処理は、各入
力ブロックのダイナッミックレンジの差異の影響を除去
するために、平均値分離ブロック２７内の各画素を各々
前記分散値で除算して正規化した状態でヒストグラムを
求めることに相当する。

【００９３】次に、利得マッピング・テーブル４４は、
分散値４１及びヒストグラム情報４３から、階調近似パ
ラメータの候補値すなわち利得情報４５を得る。階調近
似パラメータの候補値は、階調近似すなわち量子化の特
性ｃ及びレベル数ｌからなる。なお、ここでの量子化の
特性ｃとは、ヒストグラムの分布の種類を示している。
例えば、分散値４１の大きいときは濃度分布の幅が広い
ことが予想されるので階調性を高めるためレベル数ｌが
多く設定されるが、ヒストグラム情報４３が双峰分布を
示しているとき、すなわち、文字画像であるときは分散
値４１が大きい場合でも階調数が減少され、文字が明確
に符号化されるようにする。

【００９４】モード判定器４６は、解像度近似パラメー
タの候補値と階調近似パラメータの候補値から近似パラ
メータすなわちモード情報２９を得る。ｍ×ｎ画素毎に
一定の符号量に制御する固定長符号化を行う場合、符号
量に関係する解像度近似パラメータの候補値の内のサブ
・サンプルレートｒ、及び階調近似パラメータの候補値
の内のレベル数ｌを操作することによって、後述する適
応近似符号化器３０から出力される近似ブロック３１の
データ量を一定にする。ここで、近似ブロック３１のデ
ータ量は、ｐ・ｌｏｇ₂ｌに比例するので、ｐ・ｌｏｇ
₂ｌの値を一定に制御すればよい。制御を行った解像度
近似パラメータと階調近似パラメータを合わせてモード
情報２９として出力する。また、解像度近似パラメータ
の候補値と階調近似パラメータの候補値の各々を、その
ままモード情報２９とすれば、再生画質を一定に保つこ
とができる。

【００９５】図８に示される適応近似符号化器３０は、
モード情報２９に従って、平均値分離ブロック２７に対
して解像度の近似及び階調の近似を行う。

【００９６】適応近似符号化器３０の動作の詳細につい
て図１０を参照して説明する。

【００９７】サブ・サンプル・パターン発生器４８は、
モード情報２９の内、解像度近似パラメータすなわち、
階調変化の２次元的な方向を表す分析ブロックの方向
ｖ、及び階調変化の複雑さを表すサブ・サンプルレート
ｒに応じて、平均値分離ブロック２７をサブ・サンプリ
ングするパターン４９を得る。パターン４９は、例え
ば、ｍ×ｎ画素から成るブロックを縦方向にのみ１／２
に間引くパターン（図１２（ｅ１）参照）、同じく横方
向にのみ１／２に間引くパターン（同図（ｅ２）参
照）、同じく縦及び横方向にそれぞれ１／２に間引くパ
ターン（同図（ｅ３），（ｅ４）参照）など方向ｖとレ
ートｒの組合せによって決まる。

【００９８】適応サブ・サンプラ４７は、サブ・サンプ
リング・パターン４９に従って、平均値分離ブロック２
７をサブ・サンプリングする。

【００９９】適応量子化器５１は、モード情報２９の
内、階調近似パラメータすなわち、量子化の特性ｃ、及
び量子化レベル数ｌに従って、サブ・サンプル・ブロッ
ク５０を量子化する。量子化の特性ｃが図１３（ａ）に
示すような単峰分布を示す場合は単峰分布（例えば写真
画像）に最適な量子化器を、また、図１３（ｂ）に示す
ような双峰分布を示す場合は、双峰分布（例えば文字画
像）に最適な量子化器をそれぞれ選択的に用いる。ここ
で、量子化器としては、例えば、分布毎に前述したＭＡ
Ｘの最適量子化器等の非線形量子化器を用いれば良い。
すなわち、前述のＭＡＸの文献に開示されているよう
に、既知の分布に対して最適な量子化特性が設計できる
ので、その量子化特性を有する量子化器を用いれば良
い。量子化器は、量子化の特性ｃ及び量子化レベル数ｌ
の組合せに応じてそれぞれ用意する。例えば、単峰分布
と双峰分布の各々に適合した２、４、８、１６レベルの
量子化器を用意し、特性ｃとレベル数ｌに応じて選択す
る。

【０１００】図８に示される多重化器１１は、上述のモ
ード弁別器２８から得られるモード情報２９、平均値分
離器２５から得られる平均値情報２６、及び適応近似符
号化器３０から得られる近似ブロック３１を多重化し、
図１４に示すような符号データ３３を作成する。なお、
先に述べたように、量子化の際に平均値分離ブロック
内の画素値の最大値、最小値からダイナミックレンジを
求め、平均値分離ブロック内の画素値をダイナミックレ
ンジで正規化する場合には、最大値、最小値を所定の特
性で量子化して符号データ３３に付加する。

【０１０１】上述した図８〜図１０に示される実施例に
よれば、下記の効果が得られる。

【０１０２】（１）モード判定器４６によって符号化モ
ードの組合せを自由に変更することができるため拡張性
に優れている。

【０１０３】（２）性能向上のため符号化モードの種別
を増やしても、処理量が増大しない。（３）モード弁別器２８の判定基準すなわち波形マッピ
ング・テーブル３７、利得マッピング・テーブル４４、
及びモード判定器４６に、視覚特性を考慮した基準を設
定することにより、視覚特性上最適なモードを選択する
ことが可能である。

【０１０４】したがって、符号化処理の簡易さが求めら
れるページメモリ向けの符号化に適した符号化器を実現
できる。

【０１０５】次に、本発明をカラー静止画符号化に適用
した実施例について説明する。

【０１０６】カラー静止画符号化については、ＩＳＯ
（国際標準化機構）とＣＣＩＴＴ（国際電信電話諮問委
員会）の共同体であるＪＰＥＧ(Joint Photographic Ex
pertsGroup)によりＡＤＣＴ(Adaptive Discrete Cosine
Transform)方式が国際標準方式として勧告されてい
る。このＡＤＣＴ方式の機能は、基本的なアプリケーシ
ョンを実行するための必須機能と、より広い範囲のアプ
リケーションを実行するためのオプション機能とに分か
れており、オプション機能の一つとして順次再生符号化
がある。この順次再生符号化は、１画面分の画像情報を
１度に符号化するのではなく、先ず、解像度及び階調性
の低い画像情報を符号化し、これ以降に解像度及び階調
性の高い画像情報を順次符号化するものである。

【０１０７】この順次再生符号化を行う場合には、一度
の符号化によって再現しきれなかった画像成分すなわち
符号化誤差を、再び符号化する。符号化誤差を得るため
には、一度符号化された画像すなわち符号データを、符
号化器内部に設けた局部復号器で復号し、符号化前の画
像すなわち原画像との差分をとる。従って、一度の符号
化及び局部復号を行っている期間、原画像を符号化器内
部のメモリに保持しておく必要がある。このメモリに
は、少なくとも画像１枚分すべての画素値を一時記憶す
るため、大量のメモリが必要になる。』そこで以下に説
明する実施例においては、画像情報を符号化してメモリ
に記憶することにより、メモリ容量を削減している。

【０１０８】図１５は、メモリ容量を削減した本発明の
実施例を示すブロック図である。

【０１０９】入力画像メモリ５２からの入力画像５３
は、解像度変換器５４及び減算器５５を介してＡＤＣＴ
符号化器５６に供給され、ＡＤＣＴ符号化器５６でｍ×
ｎ画素の画像ブロック単位で符号化され、ＡＤＣＴ符号
データ５７が得られる。なお、ＡＤＣＴ符号化器５６
は、ブロック化器を内蔵しているものとする。また、Ａ
ＤＣＴ符号データ５７は、ＡＤＣＴ復号器５８で復号さ
れた後、加算器５９を介して、たとえば、ｍ_l×ｎ_l画
素の画像ブロック単位（図１２（ｃ）参照）で符号化を
行う内部符号化器６０に供給され再度符号化され、内部
符号化されたＡＤＣＴ局部符号画像６１としてページメ
モリ６２に記憶される。なお、局部符号化器６０は、Ａ
ＤＣＴ符号化されるｍ×ｎ画素の画像ブロックから、内
部符号化されるｍ_l×ｎ_lのブロックを得るブロック化
器を内蔵しているものとする。ページメモリ６２からの
内部符号化されたＡＤＣＴの局部符号データ６３は、内
部符号化器６０と逆の処理を行う内部復号器６４で復号
されてＡＤＣＴの局部復号画像情報６５が得られ、この
局部復号画像情報６５は、解像度変換器６６を介して減
算器５５に供給される。また、解像度変換器６６の出力
は、１ステージ分 (１画面分）の遅延を行う遅延回路６
７を介して加算器６０に供給される。

【０１１０】次に、図１５に示す実施例の動作について
説明する。なお、原画像の画像情報は、低解像度から高
解像度へ向けて各ステージ毎に順次符号化される。

【０１１１】入力画像メモリ５３には、原画像の画像情
報が記憶されており、解像度変換器５５により画像情報
の解像度が所定の解像度に変換される。最初のステージ
では、解像度変換器５５により画像情報は低解像度に変
換されるが、各ステージ毎に順次高解像度に変更され
る。

【０１１２】第１ステージでは、入力画像メモリ５２か
らの入力画像５３は解像度変換器５４により低解像度に
変換され、減算器５５の一方の入力端子に供給される。
このとき、減算器５５の他方の入力端子には入力がない
ので、解像度変換器５４の出力はそのまま符号化器５６
に供給されて符号化され、符号データ５７として出力さ
れる。この第１ステージでの符号データ５７は、低解像
度である。受信側 (図示せず) でこの低解像度の画像情
報の符号データ５７を復号すれば、低解像度の画像情報
が得られる。この低解像度の画像情報の符号データ５７
は復号器５８にも供給され、ここで復号されて加算器５
９の一方の入力端子に供給される。このとき、加算器５
９の他方の入力端子には入力がないので、復号器５８の
出力はそのまま内部符号化器６０に供給されて符号化さ
れて内部符号データ６１とされた後、ページメモリ６２
に記憶される。ここまで第１ステージの処理が終わる。

【０１１３】第２ステージでは、入力画像５３は解像度
変換器５４により今度は中解像度に変換され、減算器５
５の一方の入力端子に供給される。第２ステージにおい
ては、入力画像メモリ５２からの入力画像５３の読み出
しに同期して、ページメモリ６２から局部符号データ６
３が読み出され、内部復号器６４で復号されて内部復号
画像情報６５とされ、解像度変換器６６で中解像度に変
換されてから、減算器５５の他方の入力端子に供給され
るとと共に、遅延回路６７を介して加算器５９に供給さ
れる。減算器５５により減算された、第１ステージの符
号化画像と第２ステージで符号化されるべき画像の差分
の画像、すなわち、符号化誤差画像６８は、符号化器５
６に供給されて符号化され、符号データ５７として出力
される。この第２ステージでの符号データ５７は中解像
度である。受信側でこの中解像度の符号化誤差画像の符
号データ５７を復号し、先に復号した低解像度の画像情
報を中解像度に変換した画像に加算すれば中解像度の復
号画像情報が得られる。この中解像度の符号化誤差画像
の符号データ５７は、復号器５８にも供給され、ここで
復号されて加算器５９の一方の入力端子に供給される。
加算器５９により加算された中解像度の復号画像６９
は、内部符号化器６０により符号化され、符号データ６
１としてページメモリ６２に記憶される。ここまで第２
ステージの処理が終わる。

【０１１４】以下同様に、第３ステージでは、入力画像
５３はそのままの解像度で解像度変換器５４を通して減
算器５５の一方の入力端子に供給される。第３ステージ
においては、入力画像メモリ５２からの入力画像５３の
読み出しに同期してページメモリ６２から符号データ６
３が読み出され、内部復号器６４で復号されて内部符号
情報６５とされ、解像度変換器６６で高解像度に変換さ
れてから減算器５５の他方の入力端子に供給されると共
に、遅延回路６７を介して加算器５９に供給される。減
算器５５により減算された符号化誤差画像６９は、符号
化器５６に供給され符号化され、符号化データ５７とし
て出力される。この第３ステージでの符号データは、高
解像度である。受信側でこの高解像度の符号化誤差画像
の符号データ５７を復号し、先に復号した中解像度の画
像情報を高解像度に変換した画像に加算すれば高解像度
の復号画像情報が得られる。

【０１１５】図１５に示す実施例においては、局部符号
化器６０で画像を符号化してからページメモリ６２に記
憶することにより、ＡＤＣＴ方式の順次再生符号化器の
メモリの容量を削減することができる。この時、ＡＤＣ
Ｔ符号化器５６での画像ブロックと、局部符号化器６０
での画像ブロックの大きさが正整数比の関係に有るよう
に設定しておけば、何れか大である方の画像ブロック毎
に、局部符号化器６０の符号化・復号動作を行うことが
できる。なおこの場合、局部符号化器６０は、全画像を
符号化・復号した後、ＡＤＣＴ符号化器５６との画像デ
ータの入出力を行うことが不要となる。

【０１１６】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明においては（１）符号化効率を上げるために符号化のブロックサイ
ズを大きくした場合でも、２階調以上の符号化器を適応
的に使用するため、画質の劣化が少ない。

【０１１７】（２）複数の符号化器を適応的に使用する
ため、文字／線画像などの解像度再現が視覚的に重要な
画像、人物／風景画像などの階調再現が視覚的に重要な
画像、及び両者の中間的な性質を持つ画像に対して、符
号化による画質劣化が視覚的に検出され難い。また、ハ
フマン符号化などの情報論的な冗長度を抑圧する符号化
を採用せずとも高い符号化効率を達成できる。

【０１１８】（３）ハフマン符号化などの情報論的な冗
長度を抑圧する符号化を採用しないでブロックごとに常
に符号化効率を一定にしているため、符号化画像情報を
ある一定容量のメモリに格納する場合や、同じく一定転
送速度の２次記憶装置で記憶／再生する場合などに、符
号化効率（符号量）の制御が不要となり、バッファメモ
リの容量を削減或いは省略することができる。また、あ
る画像単位で符号化された符号化画像情報のある一部分
だけをブロックサイズ単位に独立にアクセスすることが
できるので、符号化画像情報のままで画像の切り出し、
転記、移動、消去などの画像編集を高速に実行できる。

【０１１９】更に、例えば、予め複数のブロック近似符
号化を実行することなく、ＢＴＣ符号化モードを決定す
るようにした場合には、（４）予め符号化モードを決定しておく必要がないの
で、符号化モードの組合せを自由に変更することがで
き、拡張性が高い。

【０１２０】（５）性能向上のため符号化モードの種別
を増やした場合でも、符号化／局部復号、歪量測定に要
する処理量が一定であるので、実現性が高い。

【０１２１】（６）視覚特性上重要な特徴量を用い
て、符号化モードを切り換えているので同一圧縮率での
主観評価上の画質を大幅に向上することができる。ま
た、同一画質条件下では、圧縮率を向上させることがで
きる。さらに、前記特徴量を例えば、編集／印刷処理な
どの符号化後の副次的な処理に利用することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる画像符号化装置の概略の構成
図である。

【図２】同画像符号化装置における符号化器の概略の
構成図である。

【図３】複数の符号化器における量子化の状態を示す
説明図である。

【図４】各符号化器における解像度情報の相違を示す
説明図である。

【図５】本発明の他の実施例の概略の構成図である。

【図６】本発明の更に他の実施例の概略の構成図であ
る。

【図７】図６に示す実施例の動作原理を説明するため
のグラフである。

【図８】適応近似符号化器を使用した本発明の実施例
の構成図である。

【図９】図８に示す実施例において使用されるモード
弁別器の詳細を示す構成図である。

【図１０】図８に示す実施例において使用される適応
近似符号化器の詳細を示す構成図である。

【図１１】画像の走査変換を示す説明図である。

【図１２】波形情報分析の原理を示す説明図である。

【図１３】利得情報分析の原理を示す説明図である。

【図１４】符号データの構成例を示す説明図である。

【図１５】順次再生符号化器に本発明を適用した実施
例を示す構成図である。

【図１６】複数ブロックに分割された画像を示す説明
図である。

【図１７】一つのブロックの構造を示す説明図であ
る。

【図１８】符号化の際に基準となる濃度を示す説明図
である。

【図１９】画像の濃度変化が平坦である場合の符号化
の状態を示す説明図である。

【図２０】画像の濃度変化が急激である場合の符号化
の状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１入力画像、２ブロック化器、３入力ブロック、
４ａ〜４ｃＢＴＣ符号化器、５ａ〜５ｃＢＴＣ符号
化画像情報、６選択器、７ブロック判定器、８ブ
ロック判定結果、９選択された符号化画像情報、１０
量子化レベル算出器、１１量子化レベル、１２階
調情報符号化器、１３量子化器、１４解像度情報、１
５解像度情報選択器、１６選択された解像度情報、
１７解像度情報符号化器、１８，１８ａ〜１８ｃ局
部復号器、１９ａ〜１９ｃＢＴＣ復号画像ブロック、
２０歪量測定部、２１モード情報、２２ＢＴＣ符
号化データ、２３多重化部、２４符号化データ、２
５平均値分離器、２６平均値情報、２７平均値分離
ブロック、２８モード弁別器、２９モード情報、３
０適応近似符号化器、３１近似ブロック、３２多
重化器、３３符号データ、３４波形分析器、３５パ
ターン・マッチング器、３６ベクトル・インデック
ス、３７波形マッピング・テーブル、３８波形情
報、３９利得分析器、４０分散算出器、４１分散
値、４２ヒストグラム計数器、４３ヒストグラム情
報、４４利得マッピング・テーブル、４５利得情
報、４６モード判定器、４７適応サブ・サンプラ、
４８サブ・サンプル・パターン発生器、４９サブ・
サンプル・パターン、５０サブ・サンプル・ブロッ
ク、５１適応量子化器、５２入力画像メモリ、５３
入力画像、５４，６６解像度変換器、５５減算器、
５６符号化器、５７符号データ、５８復号器、５
９加算器、６０内部符号化器、６１，６３内部符
号化されたＡＤＣＴの局部符号データ、６２ページメ
モリ、６４内部復号器、６５ＡＤＣＴの局部復号画
像情報、６７遅延回路、６８符号化誤差画像、６９
復号画像

フロントページの続き (72)発明者鈴木一弘神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社海老名事業所内 (56)参考文献特開昭62−266924（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/41 - 1/419 G06T 9/00 H03M 7/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を標本化し複数の画素からなるｍ×
ｎ画素（ｍ，ｎは正整数）の入カブロックに分割するブ
ロック化手段と、前記入力ブロックの階調と解像度を分
類するブロック分類手段と、前記入力ブロック内の階調
と解像度の符号量が前記入力ブロック毎に所定の符号量
となるよう割り付けられた複数のブロック近似符号化手
段とから構成され、前記分類手段によって分類された結
果に従い前記複数のブロック近似符号化手段を適応的に
切り替えてブロック近似符号化を行うことを特徴とする
画像符号化装置。
【請求項２】前記ブロック分類手段は、前記複数のブ
ロック近似符号化手段によって前記入力ブロックを同時
或いは順次符号化した複数の符号化情報を復号する局部
復号手段と、前記入力ブロックと前記局部復号手段から
得られる複数の局部復号ブロックとの近似度を求める歪
計算手段とから構成され、前記複数の局部復号ブロック
中で最小歪となるものから前記ブロックの分類結果を得
ることを特徴とする請求項１記載の画像符号化装置。
【請求項３】前記画像符号化装置の符号化情報を復号
する場合において、解像度情報が所定方向に選択的に欠
落している場合には、復号済みの周囲の画素から対応す
る画素を補間して再生することを特徴とする請求項１記
載の画像符号化装置。
【請求項４】画像を標本化し複数の画素からなるｍ×
ｎ画素（ｍ，ｎは正整数）の入力ブロックに分割するブ
ロック化手段と、前記入力ブロック内の平均値を求める
平均値算出手段と、前記入力ブロック内の各画素から前
記平均値算出手段で求められた前記平均値を減算する平
均値分離手段と、該平均値分離手段によって得られる平
均値分離ブロックの解像度方向と階調方向の特徴量を分
析する分析手段と、該分析手段の結果から予め設定され
た複数の前記平均値分離ブロック内の画素間引き形状と
画素間引き比率、及び、前記平均値分離ブロック内の画
素の階調数を各々独立に決定するモード決定手段と、該
モード決定手段によって決定された画素間引き形状と画
素間引き比率に従って前記平均値分離ブロック内の画素
を間引く解像度近似手段と、前記解像度近似手段によっ
て間引かれた前記平均値分離ブロック内の画素を前記モ
ード決定手段で決定された階調数で量子化する階調近似
手段と、前記平均値算出手段からの前記平均値と前記モ
ード決定手段の決定結果と前記階調近似手段の出力を多
重化して符号デ−タを構成する多重化手段とを備え、前
記分析手段において前記入力ブロックの解像度方向の特
徴量を分析する場合において、予め求めたｍ×ｎ画素
（ｍ，ｎは正整数）、或いは、その正整数比ｊ（ｊは正
整数）で分割した画素からなる複数の代表形状ブロック
の組の各々と前記平均値分離ブロックとの近似度を求
め、最も近似度の高い代表形状ブロックのインデック
ス、或いは、ｊ個に分割されたブロック毎の最も近似度
の高い代表形状ブロックのインデックスの組を前記入力
ブロックの解像度方向の第１の特徴量とし、少なくとも
前記インデックス或いは得られたｊ個のインデックスの
組が互いに一致する比率を前記平均値分離ブロックの形
状の複雑度を示すパラメータとし、この複雑度を前記解
像度方向の第２の特徴量とすることを特徴とする画像符
号化装置。
【請求項５】前記モード決定手段によって前記入カブ
ロック内の画素間引き形状、画素間引き比率、及び、階
調数を各々独立に決定する場合において、先ず、前記分
析手段で求められる前記入力ブロックの解像度方向の第
１及び第２の特徴量から予め用意された前記平均値分離
ブロック内の画素間引き形状と画素間引き比率の候補を
求め、これと独立に前記分析手段で求められる前記入力
ブロックの階調方向の第１及び第２の特徴量から予め用
意された前記平均値分離ブロック内の画素の階調数の候
補を求めた後、前記画素間引き形状と画素間引き比率の
候補と前記階調数の候補の組合せの中で予め設定された
一定の圧縮率となる組を選択して前記入力ブロック内の
画素間引き形状、画素間引き比率、及び、階調数を決定
することで、前記入力ブロック単位に一定の符号量に制
御することを特徴とする請求項４記載の画像符号化装
置。
【請求項６】前記モード決定手段によって前記入力ブ
ロック内の画素間引き形状、画素間引き比率、及び、階
調数を各々独立に決定する場合において、先ず、前記分
析手段で求められる前記入力ブロックの解像度の第１及
び第２の特徴量から、予め用意された前記平均値分離ブ
ロック内の画素間引き形状と画素間引き比率の候補を求
め、これと独立に前記分析手段で求められる前記入力ブ
ロックの階調方向の第１及び第２の特徴量から予め用意
された前記平均値分離ブロック内の画素の階調数の候補
を求めた後、前記画素間引き形状と画素間引き比率の候
補と前記階調数の候補の組合せので予め設定された一定
の再生画像品質となる組を選択して前記入力ブロック内
の画素間引き形状、画素間引き比率、及び、階調数を決
定することで、前記入力ブロック単位に一定の再生画像
品質に制御することを特徴とする請求項４記載の画像符
号化装置。
【請求項７】前記モード決定手段によって、前記複数
の平均値分離ブロック内の画素間引き形状と画素間引き
比率を予め設定する場合において、前記代表形状ブロッ
クの組の各々の２次元空間上での形状の方向と直交する
方向に画素間引き形状の組を設定し、前記解像度方向の
第２の特徴量に応じて前記平均値分離ブロック内の画素
間引き比率の組を設定することを特徴とする請求項４記
載の画像符号化装置。
【請求項８】前記モード決定手段の決定結果から前記
階調近似手段によって前記平均値分離ブロック内の画素
を量子化する場合において、先ず、前記平均値分離ブロ
ック内の画素値の最大値、最小値からダイナミックレン
ジを求め、前記平均値分離ブロック内の画素値をこのダ
イナミックレンジで正規化し、前記分析手段によって得
られた階調方向の第２の特徴量に応じて予め準備された
複数の非線形量子化特性から１種類を選択し、前記モー
ド決定手段によって決定された階調数で前記正規化され
た前記平均値分離ブロック内の画素値を量子化すると共
に、前記平均値分離ブロック内の画素値の最大値、最小
値を所定の特性で量子化して前記符号データに付加する
ことを特徴とした請求項５又は６記載の画像符号化装
置。
【請求項９】画像を標本化し低解像度から高解像度に
向けて順次所定の解像度に変換する第１の解像度変換手
段と、該第１の解像度変換手段から供給される画像を複
数の画素からなるｍ×ｎ画素（ｍ，ｎは正整数）のブロ
ックに分割するブロック化手段と、該ブロック化手段に
よってブロック化された入力ブロックを符号化する第１
のブロック符号化手段と、該第１のブロック符号化手段
で符号化された入力ブロックを局部復号する第１の局部
復号手段と、該第１の局部復号手段によって復号された
局部復号ブロックを前記第１のブロック符号化手段にお
けるブロックの大きさと同一、或いは、整数比となるよ
うに設定された入力ブロック単位で前記第１のブロック
符号化手段における符号化動作に同期して符号化する第
２のブロック符号化手段と、符号化された局部復号画像
を順次所定の解像度に変換された画像単位に記憶する記
憶手段と、該記憶手段に記憶された前記局部復号画像を
復号する第２の局部復号手段と、該第２の局部復号手段
からの局部復号画像を前記第１の解像度変換手段の解像
度に対応する解像度に変換する第２の解像度変換手段
と、前記第１の解像度変換手段と前記ブロック化手段と
の間に設けられ前記第１の解像度変換手段で変換された
画像から前記第２の解像度変換手段で変換された前記局
部復号画像を減じる減算手段とから構成され、前記第１
及び第２のブロック符号化手段として請求項４記載の画
像符号化装置を用いたことを特徴とする画像符号化装
置。