JP3213012B2

JP3213012B2 - 画像データのコード化及び復号化方法

Info

Publication number: JP3213012B2
Application number: JP04945791A
Authority: JP
Inventors: アーノルドアイアトンマーク; スピロスエクシディーズコスタス
Original assignee: インターナショナルコンピューターズリミテッド
Priority date: 1990-03-17
Filing date: 1991-03-14
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: AU7294191A; AU631975B2; EP0448226B1; DE69115738T2; GB9006080D0; ZA911411B; JPH04222171A; EP0448226A3; DE69115738D1; EP0448226A2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像データをコード化
（符号化）する方法に関する。特に、本発明は画像デー
タを記憶するために必要なメモリ量又はデータを転送す
るために必要な時間を減少するための画像圧縮用コード
化技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像データを圧縮する一つの方法として
Proc. GLOBECOM 1988 誌（1988年刊）1011-1015 頁の
「エッジ分割を用いたファクシミリ画像の累進的コード
化(PED):Progressive encoding of facsimile images u
sing edge decomposition)」(C.Chamzas 及びD.L. Dutt
weiler 著）に開示されているものがある。この方法に
おいては、高い解像度の画像が低い解像度の画像に変換
され、その場合低い解像度の画像の各ピクセル（画素）
は元の画像の一群のピクセルに対応する（この群はスー
パーピクセル"superpixel"と呼ばれる）。同時に、低解
像度の画像から高解像度の画像を再構成するために必要
な情報を含む補助ファイルが作られる。

【０００３】この圧縮技術の特徴は、累進的に高くなる
圧縮レベルを得るようにそれが反復的に与えられること
ができるということである。換言すれば、この圧縮技術
は最初に低解像度の画像を作るように元の画像データに
適用され、ついで更に低い解像度の画像を作るようにこ
の低解像度の画像に適用され、このようにして所望の圧
縮の程度が達せられるまで続けられる。復号化はこの処
理を逆にすることにより達成される。

【０００４】この累進的コード化の特徴は、ユーザが画
像を見たいとき、見られ得る前に画像が完全に圧縮され
ている必要がないという長所を備えている。記憶されて
いる低解像度の画像は即座に表示されることができ、こ
の場合累進的に高くなる解像度の画像は、表示のための
最大解像度が達せられるか又は画像が不用であるとユー
ザが決定するまで復号化の進み具合に応じて表示され
る。

【０００５】高解像度の画像から低解像度の画像を得る
ための上述の文献に記載された方法は次の通りである。

【０００６】低解像度の画像の各ピクセルS に対して、
２つの近接したピクセルA 及びP が検査される。ここ
で、A = P ならば、S がA 及びP の両者と同一の色（黒
または白）であると予測される。高解像度の画像の対応
するスーパーピクセルが次に検査され、この予測が正し
いか否か決められる。もし予測が正しければ、即ちスー
パーピクセルの全てのピクセルが予測された色であれ
ば、S はその予測された色に設定される。もし予測が正
しくなければ、S は逆の色に設定され、S に対応するス
ーパーピクセルの実際のビットパターンは補助ファイル
に記憶される。

【０００７】他方、A がP に等しくなければS に対する
予測は行われず、対応するスーパーピクセルの実際のビ
ットパターンは補助ファイルに記憶される。この場合
に、Sはどの色に設定されてもよい。

【０００８】元の高解像度の画像の再構成は上記の手法
を逆にすることによって容易に達成され得る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この圧縮技術に伴う問
題点は、それが圧縮画像における不安定性を導入し易い
ということである。この不安定性は画像の直線の水平エ
ッジ又は垂直エッジがスーパーピクセルの列又は行の中
間を通るときに生じてしまい、そのエッジに沿った黒及
び白ピクセル間の発振という形態をとる。

【００１０】本発明の目的は、かかる問題点を解決する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、第１の
画像をコード化してその第１の画像よりも低解像度の第
２の画像を生成する方法（第２の画像の各ピクセルは第
１の画像のピクセルのスーパーピクセル群に対応してい
る）が提供され、かかる方法は以下のステップを具備し
ている。

【００１２】(a) 第１の画像のスーパーピクセルを、一
定の走査パターンで走査するステップ、 (b) 第１の画像の各スーパーピクセルに対して、第１の
画像の複数の以前に走査されたピクセルの値に基づいて
予測クラス値を形成するステップ、 (c) 第２の画像の対応するピクセルに対する予測された
色を指示するか又は予測が与えられないことを指示する
予測コードをアクセスするようにテーブルをアドレスす
るために予測クラス値を使用するステップ、 (d) 予測コードが予測が与えられていないことを指示す
ると、第２の画像の対応するピクセルの色をスーパーピ
クセル中のピクセルに基づいた色に設定しスーパーピク
セルの実際のピクセルパターンを補助ファイルに記憶す
るステップ、 (e) 予測コードが予測が与えられていることを指示する
と、この予測をスーパーピクセルの実際のピクセルパタ
ーンと比較するステップ、 (f) 予測が実際のパターンと一致すれば、第２の画像の
対応するピクセルを予測された色に設定するステップ、
及び (g) 予測が実際のパターンと一致しなければ、第２の画
像の対応するピクセルを予測された色と反対の色に設定
し、実際のパターンを補助ファイルに記憶するステップ
である。

【００１３】

【実施例】１つの画像データコード化方法及び装置を次
に一例として図面を参照して説明する。

【００１４】（システムの全体）図１はこの装置の全体
図である。

【００１５】ドキュメント（文書）10は通常のファクシ
ミリスキャナ11によってデジタル化され、ピクセル（画
素）のアレイからなるデジタル化画像が作られる。各ピ
クセルは値０（白）又は１（黒）を有する。

【００１６】デジタル化画像データはそれを圧縮するた
めエンコーダ12によりコード化（符号化）され、コード
化されたデータはメモリ13に記憶される。

【００１７】画像を見たいときにはコード化された画像
データがメモリ13から読出され、デコーダ14によって圧
縮状態が解除される。このようにしてデコード（復号
化）されたデータは表示ユニット15に表示される。

【００１８】このコード化プロセスは元の高解像度の画
像を取ること、及びそれを対応する低解像度の画像に変
換することからなる。同時に、低解像度の画像から高解
像度の画像を再構成するために必要な情報を含んだ補助
ファイルが作られる。

【００１９】図２はコード化及びデコード化プロセスに
関する以下の説明で使用される記法(notation)を示す。

【００２０】高解像度の画像20はピクセルのアレイから
なる。これらはスーパーピクセルと呼ばれる2 x 2 のサ
ブアレイにグループ化される。例えば４つのピクセルs1
-s4は１つのスーパーピクセルを構成する。

【００２１】低解像度の画像21もまたピクセルのアレイ
からなり、このそれぞれは高解像度の画像のスーパーピ
クセルの１つと対応する。例えば、ピクセルS はスーパ
ーピクセルs1-s4 に対応している。

【００２２】コード化及びデコード化の間に、画像はラ
スタ(raster)フォーマットで走査される。現在走査され
ている低解像度のピクセルはピクセルS と呼ばれ、この
上方のピクセルはピクセルA と呼ばれ、先行したピクセ
ル（即ち、S の左側のピクセル）はピクセルP と呼ばれ
る。

【００２３】（コード化）次に、低解像度の画像を形成
すべく高解像度の画像をコード化するための手法を記載
する。画像はラスタパターンで走査されて、高解像度の
画像の各スーパーピクセルs1-s4 が順に処理され、低解
像度の画像の対応するピクセルS に色が割り当てられ
る。図３はこの走査の各Ｍステップで行われる処理を示
す。

【００２４】ステップ(3-1) において、最初に２つの近
接したスーパーピクセルa1-a4 及びp1-p4 がアクセスさ
れ、８ビット予測クラス値(a1-a4,p1-p4) を形成するよ
うに使用される。ここで、スーパーピクセルs1-s4 が画
像の頂部にあるか又は左手の縁部にある場合には、これ
らビットに対してあるデフォルト値(default value)を
想定する必要がある。例えば、デフォルト値０（白）が
とられる。

【００２５】ステップ(3-2) において、RAM に保持され
たルックアップテーブルをアクセスするためにアドレス
としてこの予測クラス値(a1-a4,p1-p4) が使用される。
このテーブルはそれぞれが可能性のある各予測クラスに
対応する２５６のエントリを含んでいる。各エントリは
以下の予測の１つを表すコードを含む。 (1) 全て白のスーパーピクセル（即ち、s1 = s2 = s3 =
s4 = 0 ） (2) 全て黒のスーパーピクセル（即ち、s1 = s2 = s3 =
s4 = 1 ） (3) 予測が与えられない

【００２６】ステップ(3-3) において、アクセスされた
エントリが「予測が与えられないこと」を示すならば、
ビットパターンs1-s4 が補助ファイルに記憶される。低
解像度の画像の対応するピクセルS の値はs1-s4 の半数
以上が白であれば白に設定され、そうでなければ黒に設
定される。換言すれば、S は黒に僅かに偏ってピクセル
s1-s4 の多数値を与えられる。これはかなり好ましいも
のであるということが分かった。

【００２７】ステップ(3-4) では、アクセスされたエン
トリが「予測が与えられたこと」を指示すれば、ピクセ
ルs1-s4 の実際の値が検査され、それらが予測と一致す
るかどうかが決定される。

【００２８】ステップ(3-5) において、予測が正しけれ
ば（即ち、s1 = s2 = s3 = s4 = 予測値ならば）、低解
像度の画像のピクセルS はその予測値に設定される。

【００２９】ステップ(3-6) において、逆に予測が正し
くなければ、ピクセルS は予測値と逆に設定され、ビッ
トパターンs1-s4 が補助ファイルに記憶される。

【００３０】以上のステップはこの画像の全てのピクセ
ルが値を割り当てられるまで反復される。

【００３１】次に、全体の手法が低解像度の画像に対し
て反復され、更に低い解像度の画像を形成し、所望の程
度の圧縮を達成するまで又はこれ以上反復しても圧縮に
意味が無くなるまでそれを続けることができる。

【００３２】上述した手法の結果、低解像度の画像、及
び高解像度の画像を再構成するために必要な情報からな
る補助ファイルが得られる。１つ以上の圧縮レベルを実
行した場合、各レベルに対して別々の補助ファイルが形
成される。

【００３３】低解像度の画像は更にコード化を行うこと
なくビットパターンとして簡単な態様で記憶されてもよ
い。好ましくは、補助ファイルはそれを一層圧縮するよ
うに通常のハフマンコード(Huffman code)を用いてコー
ド化の形態で記憶される。この一層のコード化は本発明
とは直接関係がないため、より詳細な説明は行なわな
い。

【００３４】上述したステップ(3-2) で使用されたルッ
クアップテーブルは次のようにして構成される。

【００３５】最初に、ドキュメントの通常のサンプルの
組が１組のトレーニングデータを生成するようにデジタ
ル化される。次に、このトレーニングデータの各スーパ
ーピクセルs1-s4 が順に走査されて、その予測クラス(a
1-a4,p1-p4) が決定される。２５６の可能性ある予測ク
ラスのそれぞれに対して、スーパーピクセルs1-s4 の１
６の可能なビットパターンのそれぞれの発生頻度を指示
する頻度テーブルが構成される。次に、このデータは、
各予測クラスに対して全白のスーパーピクセル(s1 = s2
= s3 = s4 = 0) と全黒のスーパーピクセル(s1 = s2 =
s3 = s4 = 1)の確率を計算するように正規化される。
これは、各予測クラスに対して、その予測クラスのこれ
ら２つのパターンのそれぞれの発生頻度をその予測クラ
スの発生の全数で割算することによってなされる。これ
ら確率の何れかが予定の閾値（例えば、０．６）よりも
大であれば、適切な予測がその予測クラスのルックアッ
プテーブルエントリに書込まれる。そうでなければ、ル
ックアップテーブルエントリは予測が可能ではないこと
を指示するように設定される。

【００３６】好ましくは多レベルコード化手法の各レベ
ルに対して別々のルックアップテーブルがコンパイルさ
れる。これは１つのレベルに対して丁度コンパイルし終
えたルックアップテーブルを用いて各レベルでのトレー
ニングデータをコード化し、その後次のレベルのための
ルックアップテーブルをコンパイルするように圧縮画像
データを分析することによって行われる。コード化を最
適化するように各レベルに対して異なった閾(threshol
d) 確率が使用されてもよい。

【００３７】（デコード化）次に、図４を参照して低解
像度の画像とその関連した補助ファイルデータとから高
解像度の画像を再構成するための手法を説明する。図示
された手法は低解像度の画像の各ピクセルS に対して順
に行われ、高解像度中の画像の対応するスーパーピクセ
ルに対するビットパターンs1-s4 を計算する。

【００３８】ステップ(4-1) において、S に対する予測
クラスは２つの近接したスーパーピクセルのビットパタ
ーンa1-a4 、p1-p4 から与えられる。S が画像の頂部又
は左手側縁部にあるならば、デフォルト値がこれらビッ
トに対してとられる。S が処理されているときに、ピク
セルA 及びP は既に処理されてしまっており（それらが
ラスタ走査パターンにおいてS の前に生じるため）、そ
のため対応するスーパーピクセルに対するビットパター
ンは既に計算されてしまっているか又はデフォルト値を
与えられていることに留意されたい。

【００３９】ステップ(4-2) において、次にこのピクセ
ルS に対する予測を得るためルックアップテーブルをア
クセスするように予測クラスが使用される。

【００４０】ステップ(4-3) において、予測が与えられ
ないことをテーブルが指示するならば、データが補助フ
ァイルから読み出され、高解像度中の画像のスーパーピ
クセルs1-s4 を再構成するように使用される。

【００４１】ステップ(4-4) において、その逆に予測が
与えられていることをテーブルが指示するならば、その
予測はS の実際の値と比較される。

【００４２】ステップ(4-5) において、予測がS の実際
の値と一致するならば、高解像度の画像中の対応するス
ーパーピクセルs1-s4 はその予測に応じて全て黒又は全
て白に設定される。

【００４３】ステップ(4-6) において、予測がS の実際
の値と一致しないならば、データが補助ファイルから読
出され、高解像度の画像のスーパーピクセルs1-s4 を再
構成するために使用される。

【００４４】上述したステップは高解像度中の画像の全
てのスーパーピクセルが再構成されるように低解像度中
の画像の各ピクセルに対して反復される。

【００４５】全体の手法はより高いレベルの画像を再構
成するように反復され、最も高いレベルの画像が作られ
るか又はユーザが処理を停止することを決定するまで続
けられ得る。

【００４６】多くの変更が本発明の精神及び範囲を逸脱
することなく上述した方法に対してなされ得ることが認
められる。例えば、上述したコード化方法において、予
測クラス値は「上方」及び「先行」スーパーピクセルa1
-a4 、p1-p4 に基づいているが、本発明の他の実施例に
おいては別の組のピクセルが予測クラス値を作るために
使用されてもよい。

【００４７】

【発明の効果】従って、本発明によれば、画像の直線的
な水平又は垂直エッジがスーパーピクセルの列または行
の中間を通るときに生じてしまいそのエッジに沿った黒
及び白ピクセル間の発振の形態を採るような従来の方式
で生じていた圧縮画像の不安定性が回避されることにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像記憶及び再生方式の全体ブロ
ック図である。

【図２】本発明による画像コード化において使用される
記法(notation)を示す高解像度画像及び低解像度画像の
部分図である。

【図３】本発明による画像コード化方法のフロー図であ
る。

【図４】本発明による対応画像デコード化方法のフロー
図である。

【符号の説明】

10 ドキュメント 11 ファクシミリスキャナ 12 エンコーダ 13 メモリ 14 デコーダ 15 表示ユニット 20 画像 21 画像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者コスタススピロスエクシディーズイギリス国．エスケー９１デーエフチェシャー，ウィルムスロウ，ソーングローヴヒル 13 (56)参考文献特開平１−215182（ＪＰ，Ａ) 特開平２−65372（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/41 - 1/419 G06T 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の画像をコード化して上記第１の画
像よりも低解像度の第２の画像を生成し、上記第２の画
像の各ピクセルが上記第１の画像の複数のピクセルのア
レイからその各々がなるスーパーピクセルに対応してい
る画像データのコード化方法において、上記方法が (a) 上記第１の画像のスーパーピクセルを一定の走査パ
ターンで走査する工程と、 (b) 上記第１の画像の各スーパーピクセル(S1-S4) に対
し、上記第１の画像の以前に走査されたスーパーピクセ
ル(a1-a4,p1-p4) のアレイにおけるそれぞれのピクセル
の値に基づいて予測クラス値を形成する工程と、 (c) 上記第２の画像の対応するピクセルに対し予測され
た色を指示する又は予測が与えられないことを指示する
予測コードをアクセスするため、上記予測クラス値を使
用して該予測クラス値各々に対し予測コードが予めエン
トリーされたルックアップテーブルをアクセスする工程
と、 (d) 上記予測コードが予測が与えられていないことを指
示する場合、上記第２の画像の上記対応するピクセル
(S) の色を上記スーパーピクセルのピクセル(s1-s4) の
色に基づいた色に設定し、かつ上記スーパーピクセルの
実際のピクセル・アレイ・パターン(s1-s4) を補助ファ
イルに記憶する工程と、 (e) 上記予測コードが予測が与えられていることを指示
する場合、この予測を上記スーパーピクセルの実際のピ
クセル・アレイ・パターン(s1-s4) と比較する工程と、 (f) 上記予測が上記実際のピクセル・アレイ・パターン
と一致する場合、上記第２の画像の上記対応するピクセ
ル(S) を上記予測された色に設定する工程と、 (g) 上記予測が上記実際のピクセル・アレイ・パターン
と一致しない場合に、上記第２の画像の上記対応するピ
クセル(S) を上記予測された色と反対の色に設定し、か
つ上記実際のピクセル・アレイ・パターン(s1-s4) を上
記補助ファイルに記憶する工程とからなる画像データの
コード化方法。
【請求項２】徐々に解像度が低くなる一連の画像を形
成するよう、上記工程(a)-(g)を反復している請求項１
の画像データのコード化方法。
【請求項３】上記工程(a)-(g)の各反復動作に対して
別々のテーブルが使用されることを特徴とする請求項２
の画像データのコード化方法。
【請求項４】各予測クラス値に対して最も可能性のあ
る予測を決定するように、１組のサンプル画像に対して
分析を行うことによって上記テーブルが形成されること
を特徴とする請求項１、２又は３の画像データのコード
化方法。
【請求項５】１つの特定の予測クラス値に対する上記
最も可能性のある予測の確率が所定の閾値を超える場合
にのみ上記テーブルに予測が与えられることを特徴とす
る請求項４の画像データのコード化方法。
【請求項６】第１の画像を復号化して上記第１の画像
よりも高解像度の第２の画像を生成し、上記第１の画像
の各ピクセルが上記第２の画像の複数のピクセルのアレ
イからその各々がなるスーパーピクセルに対応している
画像データの復号化方法において、上記方法が (a) 上記第１の画像のピクセルを一定の走査パターン
で走査する工程と、 (b) 上記第１の画像の各ピクセルに対し、上記第２の
画像の以前に復号化されたスーパーピクセル(a1-a4、p1
-p4)のアレイにおけるそれぞれのピクセルの値に基づい
て予測クラス値を形成する工程と、 (c) 上記第２の画像の対応するスーパーピクセルに対
し予測された色を指示するか又は予測が与えられないこ
とを指示する予測コードをアクセスするため、上記予測
クラス値を使用して該予測クラス値各々に対し予測コー
ドが予めエントリーされたルックアップテーブルをアク
セスする工程と、 (d) 上記予測コードが予測が与えられていないことを
指示する場合、上記対応するスーパーピクセルのアレイ
におけるそれぞれのピクセルの色を設定するため補助フ
ァイルからのデータを使用する工程と、 (e) 上記予測コードが予測が与えられていることを指
示する場合、上記予測を上記第１の画像のピクセルの実
際の値と比較する工程と、 (f) 上記予測が上記ピクセルの値と一致する場合、上
記第２の画像の上記対応するスーパーピクセルのアレイ
におけるそれぞれのピクセルを上記予測された色に設定
する工程と、 (g) 上記予測が上記実際のパターンと一致しない場
合、上記対応するスーパーピクセルのアレイにおけるそ
れぞれのピクセルの色を設定するように上記補助ファイ
ルからのデータを使用する工程とからなる画像データの
復号化方法。