JP3209396B2 - 画像データの圧縮方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像データの圧縮方
法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、イメージスキャナ装置は原稿画
像を読み取る処理を行うのは勿論、読み取った画像デー
タを上位装置であるホストコンピュータ（例えばパーソ
ナルコンピュータ）に所定のインタフェースを介して転
送する処理をも行う。

【０００３】ここで、この転送はシリアルインタフェー
スやパラレルインタフェースといった形態をとることに
なるが、いずれにせよ、これらのインタフェース上の転
送レートはホストコンピュータの内部バスのそれに対し
て極端に遅い。

【０００４】従って、イメージスキャナ内部では、読み
取った原稿画像を圧縮符号化し、転送情報量を少なくし
て、転送時間を短縮することが望まれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】圧縮アルゴリズムとし
ては、これまで様々なものが提案され、使用されてい
る。例えば、可逆圧縮法としては、公知のＪＢＩＧ法に
基づくものや、ＬＨＡ法などがある。

【０００６】しかしながら、例えばイメージスキャナで
読み取った画像データの転送にかかる時間に対して、圧
縮に伴う処理時間が無視できるようにするには、どうし
てもハード的に行う必要がある。通常、このような場合
には、ゲートアレイを用いて高速に行わせることが可能
ではあるが、上記のアルゴリズムの場合には数万〜数十
万ゲートを要し、結果的に装置が大型化してしまい、コ
スト面で不利である。

【０００７】これに対して、処理アルゴリズムが非常に
簡単なものとして、予測符号化方法で差分値を符号化
し、これをハフマン符号を使って更に符号化するものが
ある。これをゲートアレイで実現するためには、数千ゲ
ートで済むのでコスト面で有利である。

【０００８】このアルゴリズムを簡単に説明すると、次
の通りである。すなわち、今、図１に示すごとく、イメ
ージセンサから取り込んだ画像データ（２ライン分）に
おける画素ｙ（８ビット＝２５６階調とする）に対して
注目すると（以下、注目画素という）、その注目画素を
符号化する際に、その位置における注目画素の濃度を周
りの画素ａ，ｂ，ｃから予測する（以下、予測値とい
う）。

【０００９】予測値としては、例えば画素ａの値を用い
たり、画素ｂもしくは画素ｃを用いたり、更には、例え
ば「ａ＋ｂ−ｃ」といった演算により予測しても良い。

【００１０】いずれにせよ、予測値と実際の注目画素ｙ
との差分値（取り得る値は−２５５〜＋２５５）を演算
する。

【００１１】この演算結果に基づき、例えば図２に示す
ハフマン符号化テーブルを使用して、符号化する。

【００１２】例えば、差分値が“−１５”であった場
合、グループ番号は“４”になるので符号語は“１０
１”になる。また付加ビットは４ビットになり、その４
ビットの最上位ビットを符号（＋：１，−：０）を表わ
し、下位３ビットで“１５”の位置を表わす。従って、
（１５）→１１１、（１４）→１１０、（１３）→１０
１、（１２）→１００、（１１）→０１１、（１０）→
０１０、（９）→００１、（８）→０００となる。

【００１３】よって“−１５”の場合には、付加ビット
は０１１１となり、符号化データは“１０１０１１１”
となり、７ビットで表されることになる。

【００１４】尚、例えば差分値が“２５５”等、極端に
大きい場合、入力された画素データ８ビットに対してよ
り多くのビット数が必要になるが、このような状況にな
ることは希であので、画像全体に与える情報量による影
響は小さい。特に、イメージセンサで読み取る画像が写
真等の中間調画像の場合には、多くが８ビット未満に圧
縮される。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願発明は、原則的に上
記の予測符号化をその基礎とするものであるが、その手
法を更に発展させ、中間調画像を効率良く、且つ、コス
ト面及び規模面でも十分な効果を得ることを可能ならし
める画像データの圧縮方法及び装置を提供しようとする
ものである。

【００１６】このため、例えば本発明の画像データの圧
縮方法は以下に示すように動作する。すなわち、入力し
た多値画素データと、当該入力した多値画素データの近
傍の多値画素データに基づいて得られる予測値との差分
に基づいて注目画素データを符号化する方法であって、
予測値と注目画素の差分を検出し、入力した多値画素デ
ータ及び予測値をそれぞれ上位ｍビット、下位ｎビット
に分割し、それぞれの差分データをそれぞれ独立して符
号化し、検出した差分に基づいて、前記上位ｍビットの
差分符号化データ、或いは／及び、前記下位ｎビットの
差分符号化データを選択し、出力する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る実施形態の一例を詳細に説明する。

【００１８】先ず、本発明の概要を以下に説明する。

【００１９】イメージセンサで読み取った画像が例えば
写真等の中間調画像の場合、その読み取り解像度が高け
れば高いほど、読み取った画像中の近接する画素間の濃
度差（差分値）は小さくなる。従って、先に説明した予
測符号化方法はこの点で有利に作用するが、問題点も存
在する。

【００２０】すなわち、差分値（濃度差）は小さいとい
うのは、その差分の変異が下位にある数ビットに表れる
可能性が高いことを意味している。換言すれば、上位ビ
ットは画素間では変化が無い、もしくはあったとしても
変化は非常に小さい場合がほとんどである。

【００２１】そこで、本実施形態では、イメージセンサ
から入力した画像データ（勿論、シェーディング補正処
理が施された後のデータ）を、上位ｎビット、下位ｍビ
ットに分割し、それぞれに対して予測符号化処理を施す
ことで、予測符号化処理をより効率良く実現させる。

【００２２】説明を簡単にするため、入力画像データは
８ビットとし、ｎ＝５、ｍ＝３とした例を以下に説明す
る。尚、本実施形態における注目画素の予測値として
は、直前の画素（図１においては画素ａ）の値を用いる
ものとして説明する。

【００２３】さて、実施形態では、以下の３式（ｉ）〜
（iii）を演算する。すなわち、 （ｉ） Ｄｉ（８）＝Ｙ（８）−Ｘ（８） （ii） Ｄｉ（５）＝Ｙ（５）−Ｘ（５） （iii） Ｄｉ（３）＝Ｙ（３）−Ｘ（３） ここで、Ｄｉは差分値、Ｙは注目画素の実際の値、予測
値として用いる注目画素の直前の位置にある画素の値
（図１における画素ａに相当する）である。また、括弧
の中の数字であるが、ビット数を示し、括弧の中の
「５」は上位５ビットを、「３」は下位３ビットを示
す。尚、上記演算によっては、符号として正負が発生す
るので、差分値Ｄとしては厳密に１ビット多くとるが、
以下の説明をわかり易くするために上記のように示し
た。

【００２４】また、Ｄｉ（３）についてであるが、図３
に示すような関係で演算するものとした。

【００２５】例えば、Ｘ（３）＝３、Ｙ（３）＝０の場
合、Ｙ（０）は図示の値「０」の位置にあり、Ｘ（３）
の「３」は図示の＋方向にある「３」となる。従って、
Ｄ（３）＝３となる。また、例えば、Ｘ（３）＝７、Ｙ
（３）＝１の場合には、Ｘ（３）はＹ（３）から見て−
方向に「２」だけ進んだ位置にあるのでＤ（３）＝−２
となる。以上を全てのケースに対して示したのが、図４
のテーブルである。

【００２６】さて、本実施形態では、先に示した演算式
（ｉ）〜（iii）の結果に基づいて、以下のような場合
分けを行ない、それぞれに対して符号化を行う。

【００２７】 ケース（Ａ） −７≦Ｄ（８）≦７ かつ Ｄ（５）≠０ ケース（Ｂ） Ｄ（５）＝０ かつ −７≦Ｄ（８）≦７ ケース（Ｃ） ｜Ｄ（８）｜＞７ かつ Ｄ（５）≠０ である（尚、｜ｘ｜はｘの絶対値を示している）。

【００２８】そして、ケース（Ａ），（Ｂ）の場合に
は、図５に示すハフマン符号化テーブルを用い、ケース
（Ｃ）の場合には図６のハフマンテーブルを用いて符号
化する。

【００２９】すなわち、ケース（Ａ），（Ｂ）の場合、
差分値Ｄ（３）の取り得る値は、結局のところ−３〜＋
４（ケース（Ａ）では−３〜＋３の範囲）の値を取り得
ることになるから、これらのケースで図示のように符号
コードを生成する。尚、図示で、符号語には２通り
（ａ）、（ｂ）が存在するのは、注目画素の次の画素位
置における状態がケース（Ａ），（Ｂ）か（符号語
（ａ）の場合）、或いはケース（Ｃ）（符号語（ｂ）の
場合）かを示している。例えば、差分値が「４」の場合
には、符号語はいずれかを取るものの、付加ビット数は
１ビットとなり、そのビットを“１”（このビットが
“０”の場合には差分値が「０」である）にすることを
意味する。

【００３０】また、結局のところ、ケース（Ａ）は注目
画素における差分値の下位３ビットを、ケース（Ｂ）は
その上位５ビットを符号化していることになる。

【００３１】一方、ケース（Ｃ）の場合、予測値に対し
て注目画素の値が大きく異なる場合（差分の絶対値が７
より大）を示している。この場合には、上位５ビット、
下位３ビットそれぞれの差分値を符号化する。最大でも
５ビット演算になるから、差分値として取り得る範囲
は、図６の如く−３１〜＋３１となる。

【００３２】各差分値の範囲に応じて、符号語（１ビッ
ト〜５ビット）と、それぞれに図示の付加ビットが付加
される。付加ビットには、その最上位ビットを符号に用
いられ、残りのビットに距離を割当てている。

【００３３】例えば、差分値として、−７〜−４，４〜
７の場合には、付加ビットの数は３ビットであるので、 ０００Ｂ→−４ ００１Ｂ→−５ ０１０Ｂ→−６ ０１１Ｂ→−７ １００Ｂ→＋４ １０１Ｂ→＋５ １１０Ｂ→＋６ １１１Ｂ→＋７ となる（Ｂはバイナリを示す）。他の割当ては容易に推
察されよう。

【００３４】また、ケース（Ｃ）の場合には、上位５ビ
ット、下位３ビットの符号化を行なうことになり、２つ
の符号コードでもって１つの画素を表わすことになる。

【００３５】図７は、実施形態における符号化データフ
ォーマットを示している。同図（Ａ）はケース（Ａ）、
同図（Ｂ）はケース（Ｂ）、同図（Ｃ）がケース（Ｃ）
のそれぞれの符号化後のデータフォーマットを示してい
る。

【００３６】尚、図５における符号語において、例えば
（ａ）（次画素がケース（Ａ）、（Ｂ）のいずれか）に
おける符号語“１１０”と、ケース（Ｃ）における図６
の符号語“１１０”は、互いに一致しているが、整合性
の問題は発生しない。以下にその理由をのべる。

【００３７】今、濃度データとして、２５５（０番
目）、２４０（１番目）、２３９（２番目）、２３５
（３番目）、２３２（４番目）、１８０（５番目）、１
８６（６番目）、１８７（７番目）…の順に画素データ
（各８ビット）と入力したとする。

【００３８】ここで、上位５ビット、下位３ビットの
値、及び、先に示したＤ（８）、（５）、Ｄ（３）の演
算値を整理して示すと図８のようになる。

【００３９】ここで、例えば４番目の画素（濃度値が２
３２）と５番目の画素（濃度値が１８０）について着目
すると、この間の濃度変化は比較的大きいことがわか
る。そこで、４番目の画素の符号化後のデータは、符号
語が“００００”（次の５番目の画素がケース（Ｃ）に
なることを意味する）で、付加ビットが“０”となり、
少なくとも５番目の画素が上位５ビット及び下位３ビッ
トで１画素の符号化コードを表現していることが識別で
きる。

【００４０】５画素目を着目すると、上位５ビットの符
号化コードにおける符号語は“１１０”、付加ビットは
３ビットあって“０１１”となり、続く下位３ビットの
符号語は“０１”（次の６画素目がケース（Ａ）、
（Ｂ）のいずれか）であり、付加ビットが“０”にな
る。

【００４１】このように、次画素のケースを符号語に反
映させつつ、整合性がとれるので、問題は発生しない。

【００４２】以上の通りであるが、次に、上記実施形態
を実現するための装置の具体的な構成例を図９に示す。

【００４３】図示において、１はイメージセンサであ
り、２はイメージセンサからのアナログ信号を８ビット
のデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ、３はシ
ェーディング補正処理や拡大縮小処理を行う補正回路で
ある。

【００４４】４は１画素分の遅延を行う遅延回路であ
り、例えばＤタイプフリップフロップで構成される。こ
の遅延回路を設けた理由は、この回路からの画素データ
を注目画素データとしたとき、補正回路３より得られた
画素データは次の画素データとさせ、上記の如く次画素
の状況に応じて符号語を生成するためである。５はメモ
リであって、入力した８ビット画像データを記憶する。
実施形態では、図１における注目画素の直前の画素デー
タａを予測値として使用するので、例えばＤタイプフリ
ップフロップで構成しても良い。但し、予測値として画
素ｃ、ｄのいずれか、或いはａ〜ｃの演算結果でもって
予測値を決定するのであれば少なくとも１ライン分のメ
モリ容量を要する。

【００４５】６はメモリ５に格納された画素データに基
づいて予測値を抽出し出力する予測値抽出回路である。
７〜９は先に説明した式（ｉ）〜（iii）を演算する減
算器であり、減算器７は入力した画素データを注目画素
データ（８ビット）とし、それから予測値抽出回路６か
ら出力された予測値（８ビット）で減じ、その結果を出
力する。また、減算器８は注目画素の上位５ビットか
ら、予測値抽出回路６からの予測値の上位５ビットを減
じ、その結果を出力する。そして、減算器９は注目画素
の下位３ビットから、予測値の下位３ビットを減じ、そ
の結果を出力する。

【００４６】１０、１１はハフマン符号化回路であり、
先に説明したように、ケース（Ａ）〜（Ｃ）に応じて符
号語＋付加ビットを生成し、出力する。これら符号化回
路１０、１１には、符号化を行うロジックが組み込まれ
ている。但し、符号化処理を行うためのテーブルを格納
しても良い。符号化回路１０は上位５ビットの符号化処
理を、符号化回路１１は下位３ビットの符号化処理を行
う。また、注目画素と次画素の値に基づいて符号語を生
成する処理も行う。

【００４７】符号化データ合成回路１２は、減算器７〜
９の減算結果に応じて、注目画素が先に説明したケース
（Ａ）から（Ｃ）のいずれに該当するかを判別し、例え
ばケース（Ａ）であれば、ハフマン符号化回路１１から
の３ビット符号化データを、ケース（Ｂ）であればハフ
マン符号化回路１０からの５ビット符号化データを、そ
して、ケース（Ｃ）であれば符号化回路１０、１１の順
に符号化データを入力し、それらのデータを合成する。

【００４８】また、１３はデータ整列回路であって、符
号化データを例えば８ビット単位にし（整列し）、出力
バッファメモリ１３に順次格納する。８ビットに満たな
い場合には、次の符号化データと接続し８ビット以上に
なるのを待つ。

【００４９】出力バッファメモリ１４には、こうして符
号化データが格納される。このデータはインタフェース
１５を介して上位装置であるホストコンピュータに転送
することになる。

【００５０】尚、図９において、破線で囲まれた部分
（符号１００）は、実際にはゲートアレイで構成してい
る。また、実際にはスキャナもしくは原稿を移動させる
制御系も存在するので、図示の構成が全てではない。

【００５１】さて、上記構成における処理手順を整理し
て示せば、図１０のようになる。ここでは、１バイト分
（８ビット）の符号化データの出力バッファメモリ１３
への格納処理の手順を示している。

【００５２】先ず、ステップＳ１で、画像データを入力
し、ステップＳ２〜４で予測値（実施形態では直前の画
素の値）との差分値を８ビット、上位５ビット、下位３
ビットそれぞれ演算する。ステップＳ５では、演算結果
に応じて注目画素の状態を識別し、対応する処理に分岐
させる。

【００５３】例えば、ケース（Ａ）の場合には、ステッ
プＳ６に進み、下位３ビットのハフマン符号化を行な
い、ステップＳ７で符号データ（符号語＋付加ビット）
を生成する。また、ケース（Ｂ）の場合には、ステップ
Ｓ８で上位５ビットのハフマン符号化を行ない、ステッ
プＳ９で符号データを製する。そして、ケース（Ｃ）の
場合にはステップＳ１０、１１で、上位５ビット及び下
位３ビットそれぞれの符号データを生成する。

【００５４】こうして、ステップＳ１２では、生成され
た符号データが８ビットになったか否かを判断し、８ビ
ットに満たない場合には、次の画素データを入力する処
理（ステップＳ１）に戻り、上記処理を繰り返す。そし
て、符号データとして８ビット或いはそれ以上の符号デ
ータのかたまりができた段階で、８ビット単位にデータ
を整列させ、出力バッファメモリ１３に格納する。

【００５５】以上説明したように本実施形態に従えば、
入力した８ビットの多値画像データを上位５ビット及び
下位３ビットに分割し、それぞれに対して符号化するの
で、例えば、濃度のなだらかな部分が多い画像の場合、
そのほとんどが実質的に３ビット符号、或いは５ビット
符号のみで表現され、これまでの単純なハフマン符号化
と比較して圧縮率を高めることができる。従って、例え
ば、イメージスキャナ装置に本発明を適用することで、
上位装置であるホストコンピュータ等にはより短い時間
で画像データを転送することが可能になる。

【００５６】また、実施形態ではハフマン符号化器１
０、１１を２つに分けて説明したが、その内部に格納さ
れる符号化ロジック或いはテーブルは、それぞれ８ビッ
ト用とはならず、通常のハフマン符号化に使用されるテ
ーブルの単純に倍の容量を有することもない。従って、
装置構成も多少多くのゲートを要するものの、無視でき
るサイズである。

【００５７】更に、実施形態では分割する割合を上位５
ビット、下位３ビットとしたが、これによっても本願発
明が限定されるものではなく、他のビット数の組み合わ
せ（例えば上位６ビット、下位２ビット等）でもよい。
特に入力画像として８ビットではなく、例えば１６ビッ
トにしても良く、その場合には、例えば上位１０ビッ
ト、下位６ビットでも良い。但し、発明者が様々な画像
を読み込ませ実験したところ、入力画像が８ビットの場
合には、上記実施形態で説明した上位５ビット、下位３
ビットの割合での分割が最も安定し、且つ、良好な結果
を得ることができた。

【００５８】尚、説明は特にしなかったが、例えばホス
トコンピュータ上では本装置のイメージスキャナ装置を
駆動制御するドライバプログラムが動作していて、この
プログラムがインタフェースを介して受信した符号化デ
ータを、復号化し読出しも元のアプリケーションプログ
ラムに復号化した画像データを提供することになる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、中
間調画像を効率良く高速に、且つ、コスト面及び規模面
でも何等問題ない画像データの圧縮方法及び装置を提供
できる。

【００６０】特に、イメージスキャナ装置内部に本発明
を適用させると、読み取り画像データを上位装置に転送
するときの情報量を少なくし、結果的に画像データの転
送に係る時間を短縮させることが可能になる。

【００６１】

【図面の簡単な説明】

【図１】ハフマン符号化における注目画素と予測値を演
算するための周辺画素の関係を示す図である。

【図２】ハフマン符号化テーブルの一例を示す図であ
る。

【図３】実施形態における下位３ビットの差分値演算の
概要を説明するための図である。

【図４】実施形態における下位３ビットの差分値の全組
み合わせを示す図である。

【図５】実施形態における下位３ビットの符号化の符号
語及び付加ビットの関係を示す図である。

【図６】実施形態における上位５ビットの符号化の符号
語及び付加ビットの関係を示す図である。

【図７】実施形態における符号化データのフォーマット
を示す図である。

【図８】実施形態における画像データと実際の圧縮符号
データの一例を示す図である。

【図９】実施形態におけるイメージスキャナ装置におけ
る符号化処理を行うハードウェア部分のブロック構成図
である。

【図１０】実施形態における符号化処理の手順を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１ イメージセンサ ２ Ａ／Ｄコンバータ ３ 補正回路 ４ １画素遅延回路 ５ メモリ ６ 予測値抽出回路 ７ ８ビット減算器 ８ ５ビット減算器 ９ ３ビット減算器 １０ ５ビットハフマン符号化器 １１ ８ビットハフマン符号化器 １２ 符号データ合成回路 １３ データ整列回路 １４ 出力バッファメモリ １５ インタフェース

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力した多値画素データと、当該入力し
   た多値画素データの近傍の多値画素データに基づいて得
   られる予測値との差分に基づいて注目画素データを符号
   化する方法であって、 予測値と注目画素の差分を検出し、 入力した多値画素データ及び予測値をそれぞれ上位ｍビ
   ット、下位ｎビットに分割し、それぞれの差分データを
   それぞれ独立して符号化し、 検出した差分に基づいて、前記上位ｍビットの差分符号
   化データ、或いは／及び、前記下位ｎビットの差分符号
   化データを選択し、出力することを特徴とする画像デー
   タの圧縮方法。
2. 【請求項２】 入力多値画素データが８ビットである場
   合、前記ｍは５、前記ｎは３を示すことを特徴とする請
   求項第１項に記載の画像データの圧縮方法。
3. 【請求項３】 入力した多値画素データと、当該入力し
   た多値画素データの近傍の多値画素データに基づいて得
   られる予測値との差分に基づいて注目画素データを符号
   化する装置であって、 予測値と注目画素の差分を検出する検出手段と、 入力した多値画素データ及び予測値をそれぞれ上位ｍビ
   ットの差分を符号化する第１の符号化手段と、 入力した多値画素データ及び予測値をそれぞれ下位ｎビ
   ットの差分を符号化する第２の符号化手段と、 前記検出手段で検出された差分に基づいて、前記第１の
   符号化手段により生成された符号化データ、或いは／及
   び、前記第２の符号化手段により生成された符号化デー
   タを選択する選択手段とを備えることを特徴とする画像
   データの圧縮装置。
4. 【請求項４】 更に、 多値画素データを入力するための、原稿画像を光学的に
   読み取る読み取り手段と、 前記選択手段で選択された符号化データを上位装置に所
   定のインタフェースを介して転送する転送手段とを備え
   ることを特徴とする請求項第３項に記載の画像データの
   圧縮装置。
5. 【請求項５】 前記検出手段は、 注目画素と予測値の全ビットの差分値を演算する第１の
   演算手段と、 注目画素と予測値の上位ｍビットの差分を演算する第２
   の演算手段とを含み、前記第１、第２の演算手段の演算
   結果に基づいて予測値と注目画素の差分を検出すること
   を特徴とする請求項第３項に記載の画像データの圧縮装
   置。