JP3293362B2 - 画像圧縮装置および画像伸長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像データを複数のブ
ロックに分割して各画素の階調データを直交変換し、そ
の変換係数を量子化および符号化する画像圧縮装置およ
びこれによって符号化された符号化データを復号化およ
び逆量子化して元の画像を得る画像伸長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多値階調画像データを高能率に圧縮する
方法の一つとして、離散コサイン変換（以下、単にＤＣ
Ｔと言う。）符号化方式がある。このＤＣＴ符号化方式
は、原画像を複数の画素から成るブロックに分割し、そ
のブロック内における階調データに対して２次元ＤＣＴ
を施して空間周波数分布の係数に変換し、これを人間の
視覚特性が高周波成分に対して鈍感であることを利用し
て変換係数の高周波成分側を低周波成分側に比べて粗く
量子化することによって情報量の削減を図るものであ
る。さらに、量子化された変換係数をハフマン符号化の
ようなエントロピー符号化によって冗長度圧縮を行い情
報量の削減を図っている。

【０００３】図１３は従来例を説明する図で、（ａ）は
ブロック図、（ｂ）はジグザグ走査を説明する図であ
る。図１３（ａ）における上段のブロック図は画像圧縮
装置を示し、下段のブロック図は画像伸長装置を示して
いる。画像圧縮装置はブロック変換部１、ＤＣＴ部２、
量子化部３、ジグザグ走査部４、符号化部５から構成さ
れ、画像伸長装置は復号化部８、逆ジグザグ走査部９、
逆量子化部１０、逆ＤＣＴ（以下、ＩＤＣＴと言う。）
を行うＩＤＣＴ部１１、逆ブロック変換部１２から構成
されている。

【０００４】ブロック変換部１は、多値階調画像データ
をＭ×Ｎ個の画素から成るブロック単位に切り出す処理
を行う。このＭおよびＮは任意の自然数であるが、以下
の説明においてはＭおよびＮを８として説明を行う。Ｄ
ＣＴ部２は、各ブロックの階調データｓ_xyに対して数１
に示すＤＣＴを施し、変換係数Ｓ_uvを得るものである。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここで、数１におけるＣ_u 、Ｃ_v は数２で
示される定数である。

【０００７】

【数２】

【０００８】ＤＣＴ部２は、８×８画素から成るブロッ
クを図１３（ｂ）に示すような８×８個の空間周波数係
数マトリクスに変換する。この空間周波数における高周
波成分はどマトリクスの右下に集中し、反対に低周波成
分ほどマトリクスの左上に集中する。図中斜線部分に位
置する成分はＤＣ成分と呼ばれ、それ以外の部分はＡＣ
成分と呼ばれている。写真のような自然画像をＤＣＴ部
２に入力し、直交変換を行うと変換係数は比較的低周波
側に大きな値の係数が集中し、高周波側には大きな値の
係数は散在する傾向にある。また、文字画像のような濃
度変化の激しい画像をＤＣＴ部２に入力して直交変換を
行うと、その変換係数は高周波側にも大きな値の係数が
現れる傾向にある。

【０００９】量子化部３は、ＤＣＴ部２からの出力であ
る変換係数を所定の量子化テーブルによって量子化する
ものである。つまり、空間周波数係数マトリクスの各行
列に対応して予め定められた量子化ステップで変換係数
を量子化する。先に説明したように、自然画像では変換
係数における有意な係数が比較的低周波側に集中するた
め、量子化部３で量子化されたマトリクスでは高周波側
に０係数が集中することになる。また、文字画像では変
換係数における有意係数が高周波側にも現れるため、量
子化部３で量子化されたマトリクスでは高周波側にも０
以外の量子化係数が現れることになる。

【００１０】ジグザグ走査部４は、量子化部３からの出
力である２次元配列の量子化係数マトリクスを図１３
（ｂ）矢印で示すようなジグザグな方向に走査し、その
ＡＣ成分のみを１次元配列に変換するものである。これ
は、高周波側に０係数が集中するようなマトリクスで
は、最終となる０以外の係数（＝有意係数）より後のデ
ータはそのブロックにおける最終データまで０が連続す
ることから、ジグザグ方向に走査することで最終となる
有意係数までを符号化し、そこにブロック終端符号（例
えば、ＥＯＢ）を挿入して後の符号化を省き情報量の削
減を図るためである。

【００１１】符号化部５は、１次元配列された量子化係
数を最終となる有意係数までエントロピー符号化する。
エントロピー符号化としてはハフマン符号化や算術符号
化を用いる。以上により、多値階調画像データをＤＣＴ
符号化する画像圧縮装置が構成される。

【００１２】また、ＤＣＴ復号化を行う画像伸長装置
は、画像圧縮装置における逆の構成となる。すなわち、
画像伸長装置は復号化部８、逆ジグザグ走査部９、逆量
子化部１０、ＩＤＣＴ部１１、逆ブロック変換部１２か
ら構成される。復号化部８は、入力される符号化データ
を復号し、量子化変換係数の１次元配列を出力する。逆
ジグザグ走査部９は、量子化変換係数の１次元配列を図
１３（ｂ）に示す矢印に沿って行列状に順に配置してい
くことで２次元量子化変換係数マトリクスを生成する。
なお、ブロック終端符号であるＥＯＢ以降については０
が挿入される。

【００１３】また、逆量子化部１０は、画像圧縮装置に
おける量子化部３で使用したものと同一の量子化テーブ
ルを用いて２次元量子化変換係数マトリクスをＤＣＴに
おける変換係数マトリクスに復元するものである。さら
に、ＩＤＣＴ部１１は、逆量子化部１０の出力であるＤ
ＣＴの変換係数Ｓ _uv（数１参照）に数３で示すＩＤＣＴ
を施し、階調データｓ_xyを復元する。

【００１４】

【数３】

【００１５】なお、数３におけるＣ_u 、Ｃ_v は数２で示
される定数と同一である。ＩＤＣＴ部１１で逆変換され
たＤＣＴの変換係数マトリクスは量子化部３で量子化処
理を行った結果の量子化誤差を含んでおり、ＤＣＴ部２
で生成された時点の変換係数マトリクスとは完全に一致
しない。したがって、ＩＤＣＴ部１１により逆変換した
階調データも原画像とは完全に一致しないことになる。

【００１６】また、逆ブロック変換部１２は、ＩＤＣＴ
部１１の出力がブロック単位の階調データであることか
ら、これらを一旦ラインメモリに蓄積し、８ライン分の
階調データが蓄積された時点以降で出力して復元多階調
画像データのライン順次出力を可能にしている。以上に
より、符号化データを復号して多階調画像データを復元
する画像伸長装置が構成される。

【００１７】ＤＣＴ符号化のような直交変換符号化方式
では、変換係数の量子化の程度により符号化効率や復元
画像の画質が大きく左右される。例えば、中間調画像の
ような濃度変化の少ない画像ではＤＣＴにて得た変換係
数の有意係数が低周波側に集中しており、この部分を粗
く量子化してしまうと隣接ブロック間での濃度差が目立
ってしまう。逆に、文字画像のような濃度変化の激しい
画像ではＤＣＴにて得た変換係数の有意係数が高周波側
にも現れるため、この部分を粗く量子化してしまうとエ
ッジ部分のぼけが目立ってしまう。そこで、様々の画像
を考慮して変換係数の全ての周波数帯域にわたって細か
く量子化すれば量子化誤差による画像劣化を最小限に抑
えることが可能になる。しかし、これでは符号化効率の
低下を招いてしまう。

【００１８】このため、入力多階調画像データの統計的
性質やＤＣＴの変換係数の分布状況を調べることでその
ブロックの性質に見合った量子化テーブルを適応的に使
用することが望まれる。図１４はこれを説明する図であ
り、図中破線は量子化テーブルの性質に起因したフィル
タ特性を示し、上段の実線は量子化前のＤＣＴによる変
換変数の分布を示し、下段の実線は量子化された変換係
数を逆量子化して得られる変換係数すなわち破線のフィ
ルタを通した後の変換係数を示している。

【００１９】図１４（ａ）は中間調的な性質を有するブ
ロックをそれに応じた量子化テーブルで量子化した場
合、図１４（ｂ）は文字的な性質を有するブロックをそ
れに応じた量子化テーブルで量子化した場合である。こ
のように、それぞれの変換係数の分布に応じたステップ
の量子化テーブルを用いる場合には、逆量子化した後の
変換係数の分布の再現性を確保できることになる。一
方、図１４（ｃ）は文字的な性質を有するブロックを中
間調的な性質を有するブロックに適した量子化テーブル
で量子化した場合である。この場合には、逆量子化した
後の変換係数の分布が元の変換係数の分布と大きく異な
っており、画像の劣化を招く原因となることが分かる。

【００２０】したがって、ＤＣＴにおける変換係数の分
布状況に応じて適応的に量子化テーブルを使用すれば画
像劣化抑制と符号化率の向上とを両立できることになる
が、この時重要なのは、圧縮処理の際に使用した量子化
テーブルが一義的に伸長処理の際に決定できなければな
らないことである。このために、多くの従来技術では各
ブロックの符号化データを伝送する際にあわせて使用し
た量子化テーブルの情報を伝達するようにしている。

【００２１】特開平４−２１５３８５号公報では、各ブ
ロックのＤＣＴによる変換係数を適応的に量子化しつ
つ、使用した量子化テーブルの情報を入れることなく符
号化データを伝送し、復元することができる画像符号化
装置および復号化装置の開示が成されている。この技術
では、濃度変化の少ないブロックに適応するよう低周波
成分を細かく、高周波成分を粗く量子化する第１の量子
化テーブルと、濃度変化の激しいブロックに適応するよ
う低周波成分を粗く、高周波成分を細かく量子化する第
２の量子化テーブルを予め用意しており、符号化するブ
ロックの濃度変化に応じてどの量子化テーブルを使用す
るかを決定するようにしたものである。

【００２２】この際、第１の量子化テーブルで量子化し
た結果が所定の周波数以上で有意係数として出現しない
ように量子化ステップ幅を設定しておくことで、各ブロ
ックの符号化データの最終有意係数が現れる周波数帯域
を見ればどの量子化テーブルを使用したかを識別できる
ようになっている。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−２１５３８５号公報に開示された技術では、例えば
文字部分と写真部分とが混在するような画像すなわちＤ
ＣＴにおける変換係数の有意係数が低周波側および高周
波側の両方に出現するような画像に対しての考慮が成さ
れていない。つまり、このような画像性質のブロックを
濃度変化の少ないブロックとして量子化すると文字部分
のエッジがぼけ、反対に濃度変化が激しいブロックとし
て量子化すると隣接ブロック間で階調部分の濃度差が目
立ってしまうという不都合が生じる。

【００２４】よって、本発明はブロックの画像性質に適
応する量子化テーブルを選択するとともに、画像劣化抑
制および符号化効率の向上を図ることができる画像圧縮
装置および画像伸長装置を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために成された画像圧縮装置および画像伸長装
置である。すなわち、本発明の画像圧縮装置は、画像デ
ータをＭ×Ｎ個の複数の画素から成るブロックに分割
し、そのブロック内における各画素の階調データを直交
変換して得られる係数を所定の量子化テーブルを用いて
量子化し、符号化を行うものであり、符号化対象の着目
ブロックにおける直交変換後の係数を量子化するにあた
り、着目ブロックの周辺に配置される周辺ブロックのみ
の画像性質に基づいてその着目ブロックの画像性質をブ
ロック予測部にて予測し、予測される着目ブロックの画
像性質からその画像性質に応じた量子化テーブルを量子
化テーブル選択部にて選択するものである。

【００２６】また、本発明の画像伸長装置は、画像デー
タをＭ×Ｎ個の複数の画素から成るブロックに分割し、
そのブロック内における各画素の階調データを直交変換
して得られる係数を所定の量子化テーブルを用いて量子
化し、符号化したものを元の画像に復元するものであ
り、復元対象の着目ブロックにおける符号化データを逆
量子化するにあたり、着目ブロックの周辺に配置される
周辺ブロックのみの画像性質に基づいて着目ブロックの
画像性質をブロック予測部にて予測し、予測される着目
ブロックの画像性質からその画像性質に応じた逆量子化
用の量子化テーブルを量子化テーブル選択部にて選択す
るものである。

【００２７】

【作用】本発明の画像圧縮装置では、符号化対象の着目
ブロックにおける直交変換後の係数を量子化するにあた
り、着目ブロックの周辺に配置される周辺ブロックのみ
の画像性質すなわち周辺ブロックが中間調的な性格なの
か文字的な性格なのかまたはこれらの混在なのかという
画像性質に基づいて着目ブロックの画像性質をブロック
予測部で予測する。この予測に基づいて着目ブロックの
画像性質に応じた量子化テーブルを量子化テーブル選択
部で選択することで、その着目ブロックの画像性質に適
合した量子化テーブルにて量子化を行うことができるよ
うになる。

【００２８】また、本発明の画像伸長装置では、復号対
象の着目ブロックにおける符号化データを逆量子化する
にあたり、符号化した場合と同じ予測すなわち周辺ブロ
ックのみの画像性質に基づいた着目ブロックの画像性質
の予測をブロック予測部で行っている。また、この予測
に基づいて着目ブロックの画像性質に応じた逆量子化用
の量子化テーブルを量子化テーブル選択部にて選択する
ため、符号化する際に使用した量子化テーブルと同じも
のを逆量子化の際に一義的に決定できるようになる。こ
のため、符号化データの伝送の際には選択使用した量子
化テーブルの情報が不要となる。

【００２９】

【実施例】以下に、本発明における画像圧縮装置および
画像伸長装置の実施例を図に基づいて説明する。図１
は、本発明の第１実施例である画像圧縮装置を説明する
ブロック図である。第１実施例における画像圧縮装置
は、多階調画像データを８×８個の画素から成るブロッ
クに分割するブロック変換部１と、このブロックに対し
て２次元ＤＣＴを施すＤＣＴ部２と、ＤＣＴによる変換
係数を所定の量子化テーブルによって量子化する量子化
部３と、２次元配列の変換係数を１次元配列に変換する
ジグザグ走査部４と、１次元配列された変換係数をエン
トロピー符号化する符号化部５とを備えるとともに、符
号化対象となる着目ブロックの画像性質を予測するブロ
ック予測部６と、この予測に基づき適応する量子化テー
ブルを選択する量子化テーブル選択部７とを備えてい
る。

【００３０】ブロック予測部６は、着目ブロックの周辺
に配置される周辺ブロックの画像性質すなわち周辺ブロ
ックが濃度変化の少ない中間調的なものか、濃度変化の
激しい文字的なものか、あるいは両者の混在したものか
などの画像性質に基づき着目ブロックの性質を予測する
ものである。また、量子化テーブル選択部７は、ブロッ
クの画像性質に応じた複数種類の量子化テーブルを予め
備えており、ブロック予測部６にて予測した着目ブロッ
クの画像性質に適した量子化テーブルを選択して出力す
るものである。

【００３１】次に、このブロック予測部６による着目ブ
ロックの画像性質の予測原理を図２に基づいて説明す
る。なお、図２において記号Ｉが付されたブロックは中
間調的な画像性質の強いものを示し、記号Ｔが付された
ブロックは文字的な画像性質の強いものを示し、記号Ｔ
／Ｉが付されたブロックは両者が混在した画像性質のも
のそれぞれ示している。また、記号？は着目ブロックを
示している。

【００３２】図２（ａ）に示すように、着目ブロックの
周辺ブロックが全て中間調的な画像性質の強いブロック
であった場合には、かなりの高い確率で着目ブロックの
画像性質も中間調的なものであることが予測される。ま
た、図２（ｂ）に示すように、着目ブロックの周辺ブロ
ックが全て文字的な画像性質の強いブロックであった場
合には、かなりの高い確率で着目ブロックの画像性質も
文字的なものであることが予測される。

【００３３】図２（ｃ）は、周辺ブロックの大部分が中
間調的な画像性質の強いブロックであり、周辺ブロック
のうちの一つのブロックが文字的性質の強いものとなる
場合を示している。このような場合には、着目ブロック
は中間調と文字とが混在した画像性質であると予測され
る。これらの予測は、画像データにおいては隣接画素の
相関が強いという性質を利用したものである。

【００３４】このようにして周辺ブロックの画像性質か
ら着目ブロックの画像性質を予測し、その予測結果を図
１に示す量子化テーブル選択部７へ出力する。また、画
像伸長装置の場合には、ここで説明した周辺ブロックを
符号化済みのブロックとすることにより符号化の際に用
いた量子化テーブルと同じものを逆量子化の際の量子化
テーブルとして選択することができるようになる。すな
わち、復号化の際に符号化で使用したのと同じ量子化テ
ーブルを選択できるということは、符号化する際に複数
の量子化テーブルを適応的に切り換えて使用してもその
情報を符号化データとして残す必要が無くなることにつ
ながる。

【００３５】図３は、ブロック予測部６の内部ブロック
図である。ブロック予測部６は、平均値算出部６１と、
分散算出部６２と、分散評価部６３と、記憶部６４と、
複数のラッチ６５ａ〜６５ｇと、着目ブロック状態予測
部６７とから構成されている。この平均値算出部６１
は、ブロック予測部６にブロック単位で入力される階調
データｓ_xyの総和を求め、ブロックに属する画素総数
（Ｍ×Ｎ＝６４）で割ってブロック毎の平均階調値ｓ_av
を算出するものである。

【００３６】また、分散算出部６２は、ブロックに属す
る階調データｓ_xyとそのブロックにおける平均階調値ｓ
_avとの差分の二乗和平均すなわち分散値σを算出するも
のである。ここで、中間調的な画像性質の強いブロック
であるほど濃度変化が少ないことから分散値σは小さな
値をとり、反対に文字的な画像性質の強いブロックでは
背景濃度と文字部濃度とに大別できるため分散値σは大
きな値となる。分散評価部６３は、この性質を利用して
分散算出部６２の出力を所定の閾値（例えば、Ｔi とＴ
t との２つの閾値）で比較してブロックの画像性質を分
類する。

【００３７】例えば、Ｔi ＜Ｔt とした場合、σ≦Ｔi
となる場合は当該ブロックが中間調的な画像性質の強い
ものであると判定し、ブロック特徴情報Ｃi(j)＝００を
出力する。ここで、ブロック特徴情報Ｃi(j)とはｉ番目
ブロックラインのｊ番目のブロックにおけるブロック特
徴情報のことである。また、Ｔi ＜σ≦Ｔt となる場合
は当該ブロックが中間調と文字との混在から成る画像性
質であると判定し、ブロック特徴情報Ｃi(j)＝１０を出
力する。さらに、Ｔt ＜σとなる場合は当該ブロックが
文字的な画像性質の強いものであると判定し、ブロック
特徴情報Ｃi(j)＝１１を出力する。

【００３８】ここでは、ブロックの画像性質の判定を行
う際に分散値σのみを使用する例を示したが、平均階調
値ｓ_avを参照して判定を行うようにしてもよい。また、
これ以外の判定方法としては、文字画像ではエッジ部分
が多くなるという性質の注目してラプラシアンフィルタ
を用いて検出したエッジ部分の個数からブロックの画像
性質を判定したり、文字部分と背景との濃度変化の大き
さに注目して、隣接画素間の濃度変化を所定の閾値と比
較してブロックの画像性質を判定してもよい。

【００３９】また、先に説明したように、階調データの
濃度変化が少なければＤＣＴにおける有意係数が低周波
側に集中し、反対に階調データの濃度変化が激しければ
ＤＣＴにおける有意係数が高周波側にも現れることを利
用するようにしてもよい。すなわち、ＤＣＴにおける有
意係数の分布状況を調べることで着目ブロックの画像性
質を分類するようにする。この場合には、図１に示す画
像圧縮装置においてＤＣＴ部２の出力である変換係数デ
ータをブロック予測部６に入力し、これに基づいてブロ
ック特徴情報Ｃi(j)を量子化テーブル選択部７へ出力す
るような構成とすればよい。

【００４０】ブロック予測部６における記憶部６４は、
少なくとも１ブロックライン分のブロック特徴情報を記
憶できるメモリ回路である。例えば、１ライン２０４８
画素の階調データを扱う場合には、少なくとも２５６ワ
ード×２ビットの記憶容量が必要となる。記憶部６４で
は、分散評価部６３から新たなブロック特徴情報Ｃi(j)
が求まる度にそのアドレスｊからｉ−１ライン目で求め
たブロック特徴情報Ｃi-1(j)が読み出され、同じアドレ
スに今回のブロック特徴情報Ｃi(j)が書き込まれる。

【００４１】ラッチ６５ａ〜６５ｇは、分散評価部６３
および記憶部６４からの出力を一時保持することで、図
４に示すような特徴情報テンプレートを構成する。ラッ
チ６５ｅの出力はＣi-1(j+1)に、ラッチ６５ｆの出力は
Ｃi-1(j)に、ラッチ６５ｇの出力はＣi-1(j-1)に相当
し、ラッチ６５ｃの出力はＣi(j-1)に、ラッチ６５ｄの
出力はＣi(j-2)に相当する。なお、着目ブロックのブロ
ック特徴情報を予測するためのテンプレートはこの大き
さに限定されるものではない。つまり、予測的中率を向
上させるために参照周辺ブロックの数を増してもよく、
逆に回路規模や記憶部６４の記憶容量を抑えるため着目
ブロックと隣接するブロックのみに限定してもよい。

【００４２】着目ブロック状態予測部４は、周辺ブロッ
クのブロック特徴情報をアドレス入力として、着目ブロ
ックの特徴情報予測値ＰＢＣを出力するルックアップテ
ーブルである。着目ブロックの画像性質を予測するにあ
たり、符号化の初期段階ではテンプレートに使用される
周辺ブロックのブロック特徴情報がまだ求まっていな
い。また、原画像の端部に位置するブロックではテンプ
レートに使用されるブロックが原画像に存在しないこと
もある。そこで、原画像の周辺には中間調的な画像性質
の強いブロックが敷き詰められていると仮定して符号化
の初期段階あるいは原画像の端部に位置するブロックの
符号化を行う場合であっても着目ブロックのブロック特
徴情報を予測することができるようになる。

【００４３】ここでは、中間調的な画像性質を表すブロ
ック特徴情報が「００」であることから、記憶部６４の
出力にゲート回路を設けておき最初のブロックラインを
処理する期間において強制的に「００」を出力するよう
にしておけばよい。また、ラッチ６５ａ〜６５ｇについ
ては各ブロックラインの処理が始まる前の時点でクリア
信号を入力するようにしておけばよい。

【００４４】図５は、図１における画像圧縮装置の量子
化テーブル選択部７の内部ブロック図である。本実施例
におけるブロック特徴情報Ｃi(j)および特徴情報予測値
ＰＢＣは３つの値をとることから、量子化テーブル選択
部７はそれぞれの場合に対応した異なる量子化特性を持
つ３種類の量子化テーブル７１〜量子化テーブル７
３を備えている。これらの量子化テーブル７１〜量子
化テーブル７３はＲＯＭのように予め所定の値が書き
込まれているものでも、ＲＡＭで構成して外部から書き
換えが可能となっているものでもよい。

【００４５】量子化テーブル７１は、特徴情報予測値
ＰＢＣ＝００であった場合すなわち中間調的な画像性質
が強いブロックに適応したものである。つまり中間調的
な画像性質が強いブロックではＤＣＴにおける変換係数
が低周波側に集中していることから、この低周波側を細
かく量子化し、高周波側を粗く量子化するような量子化
閾値の定められたものである。

【００４６】また、量子化テーブル７３は、特徴情報
予測値ＰＢＣ＝１１であった場合すなわち文字的な画像
性質が強いブロックに適応したものである。つまり文字
的な画像性質が強いブロックではＤＣＴにおける変換係
数が高周波側にも出現する。このような濃度変化の激し
いブロックでは、人間の視覚感度が濃度情報に対して比
較的鈍くなることを踏まえて変換係数の高周波側を細か
く量子化し、低周波側を粗く量子化する量子化閾値を定
めている。

【００４７】また、量子化テーブル７２は、特徴情報
予測値ＰＢＣ＝１０であった場合すなわち文字と中間調
とが混在しているブロックに適応したものである。つま
り、このようなブロックでは緩やかな濃度変化に対応す
る低周波側の変換係数と、激しい濃度変化に対応する高
周波側の変換係数とのいずれも重要であるため、全ての
周波数帯域にわたって細かく量子化するような量子化閾
値が定められている。

【００４８】マルチプレクサ７４は、着目ブロックの特
徴情報予測値ＰＢＣに応じて、先に説明した３つの量子
化テーブル７１〜量子化テーブル７３のうちの１つ
を選択して出力する選択回路である。以上説明したよう
な構成により、周辺ブロックの画像性質に基づき着目ブ
ロックの画像性質を予測してそれに適応した量子化テー
ブルを選択できるようになる。これによって、着目ブロ
ックが中間調、文字または両者が混在するような場合で
あっても最適な量子化テーブルの選択使用によって階調
データを効率良く符号化することができるようになる。

【００４９】次に、本発明の第２実施例を説明する。図
６は第２実施例における画像伸長装置を説明するブロッ
ク図である。第２実施例における画像伸長装置は、先に
説明した第１実施例における画像圧縮装置にて生成され
た符号化データを復号して元の画像データに復元するた
めのものである。画像伸長装置は、復号化部８と、逆ジ
グザグ走査部９と、逆量子化部１０と、ＩＤＣＴ部２
と、逆ブロック変換部１２とを備えるとともに、ブロッ
ク予測部１３と量子化テーブル選択部１４とを備えてい
る。

【００５０】復号化部８は、入力される符号化データを
復号して１次元配列された量子化変換係数へと伸長する
ものである。逆ジグザグ走査部９は、以降の処理でＩＤ
ＣＴを行うために１次元配列された量子化変換係数を２
次元配列に変換し、量子化変換係数マトリクスを形成す
るものである。ここで得られる量子化変換係数マトリク
スは、符号化の際に複数の量子化テーブル７１〜量子
化テーブル７３（図５参照）を適応的に切り換えて生
成されたものとなっている。

【００５１】逆量子化部１０は、量子化テーブル選択部
１４によって選択された量子化テーブルを用いて量子化
変換係数マトリクスをＤＣＴにおける変換係数マトリク
スに変換するものである。ＩＤＣＴ部１１は、８×８個
の変換係数マトリクスを逆離散コサイン変換することで
８×８画素のブロックに逆変換するものである。また、
逆ブロック変換部１２は、ブロック単位に生成される階
調データを一旦ラインメモリに蓄積していくことで、復
元多階調画像データをライン順次に出力するためのもの
である。

【００５２】画像伸長装置におけるブロック予測部１３
は、復号化対象となる着目ブロックの特徴情報予測値が
符号化の際に行った予測結果と同じになる必要があるこ
とから、第１実施例で説明した画像圧縮装置におけるブ
ロック予測部６（図３参照）と同一のものが使用され
る。ブロック予測部１３は、ＩＤＣＴ部１１で逆直交変
換された階調データを用いて周辺ブロックのブロック特
徴情報Ｃi(j)を求めていく。

【００５３】また、量子化テーブル選択部１４に備えて
おく量子化テーブルは、画像圧縮時に使用したものと同
じものを用意しておく必要がある。すなわち、量子化テ
ーブル選択部１４は、図５に示すように変換係数の低周
波側を細かく量子化し高周波側を粗く量子化する量子化
テーブル７１と、変換係数の高周波側を細かく量子化
し低周波側を粗く量子化する量子化テーブル７３と、
変換係数の全ての周波数帯域にわたり細かく量子化する
量子化テーブル７２とを備えている。

【００５４】画像伸長装置におけるブロック予測部１３
では、画像圧縮装置におけるブロック予測部６（図３参
照）と同じ構成となっているため、周辺ブロックの画像
性質に基づいた着目ブロックの画像性質の予測を符号化
の際と同じ結果にすることができる。つまり、符号化の
際と同じ予測に基づいて逆量子化で使用する量子化テー
ブル７１〜量子化テーブル７３を選択することがで
き、画像劣化を最小限に抑えることができるようにな
る。また、復号化の際には符号化の際と同じ画像性質の
予測結果を得られることから、符号化の際には量子化テ
ーブル７１〜量子化テーブル７３の選択に関する情
報を伝達する必要がなくなり、変換効率の向上を図るこ
とができる。

【００５５】次に、本発明の第３実施例を説明する。図
７は第３実施例における画像圧縮装置を説明するブロッ
ク図である。第３実施例における画像圧縮装置は、ブロ
ック変換部１とＤＣＴ部２、適応量子化部３１および標
準量子化部３２と、第１ジグザグ走査部４１および第２
ジグザグ走査部４２と、第１符号化部５１および第２符
号化部５２と、ブロック予測部６と量子化テーブル選択
部７、予測結果比較部１５と選択部１６とから構成され
ている。

【００５６】第１実施例における画像圧縮装置と第３実
施例における画像圧縮装置との相違点は、先ず、第３実
施例では適応量子化部３１と標準量子化部３２との２つ
の量子化部を備える点、第１ジグザグ走査部４１と第２
ジグザグ走査部４２との２つの走査部を備える点、第１
符号化部５１と第２符号化部５２との２つの符号化部を
備える点で第１実施例と相違する。さらに、第３実施例
では予測結果比較部１５を備える点、選択部１６を備え
る点で第１実施例と相違する。なお、第１ジグザグ走査
部４１と第２ジグザグ走査部４２、第１符号化部５１と
第２符号化部５２はそれぞれ同じものであってもよい。

【００５７】以下においては、第１実施例と相違する点
について詳しく説明する。先ず、標準量子化部３２は、
ＤＣＴ部２から得た変換係数の全ての周波数帯域にわた
り細かく量子化するような量子化閾値が定められ標準量
子化テーブルを備えている。この標準量子化部３２によ
って入力される変換係数は着目ブロックの画像性質の予
測結果に関係なく常に標準量子化テーブルによって量子
化される。また、標準量子化テーブルによって量子化さ
れた量子化変換係数は第２ジグザグ走査部４２および第
２符号化部５２を介してエントロピー符号化される。

【００５８】予測結果比較部１５は、着目ブロックの周
辺ブロック（符号化済み）のブロック特徴情報から求め
た着目ブロックの特徴情報予測値ＰＢＣと、着目ブロッ
ク自身のブロック特徴情報Ｃi(j)とを比較し、例えば特
徴情報予測値ＰＢＣとブロック特徴情報Ｃi(j)とが一致
（予測が的中）した場合に「１」を、それ以外（予測が
外れ）の場合に「０」を出力するものである。

【００５９】選択部１６は、予測結果比較部１５からの
出力に基づき予測結果が的中している場合には、適応量
子化部３１で画像性質に応じて選択された量子化テーブ
ルを用いた量子化が成されかつ第１ジグザグ走査部４１
および第１符号化部５１を介して符号化された符号化デ
ータを選択して出力する。一方、予測結果が誤っている
場合には、標準量子化部４で標準量子化テーブルを用い
た量子化が成されかつ第２ジグザグ走査部４２および第
２符号化部５２を介して符号化された符号化データを選
択して出力する。

【００６０】着目ブロックの画像性質の予測が誤ってい
る場合には、最適な量子化テーブルを選択することがで
きず復元画像の劣化等を不都合を起こす原因となる。第
３実施例における画像圧縮装置では、このような場合に
標準量子化テーブルを用いて量子化したものを選択部１
６にて選択できる点に特徴がある。標準量子化テーブル
は、ＤＣＴにおける変換係数の全ての周波数帯域にわた
り細かく量子化できるものであるため、どのような種類
の画像性質であってもその復元画像で生じる劣化を最小
限に抑えることができる。

【００６１】このため、着目ブロックの画像性質の予測
が誤っている場合には、適応しない量子化テーブルで量
子化したものではなく、同時に標準量子化テーブルを用
いて量子化して符号化したものを選択部１６で選択し、
出力するようにしている。これによって、着目ブロック
の画像性質の予測を誤った場合であっても復元画像にお
ける画像劣化を最小限に抑えることが可能となる。

【００６２】一例として、中間調的な画像性質のブロッ
クに適した量子化テーブルもしくは文字的な画像性質の
ブロックに適した量子化テーブルを用いて量子化した変
換係数を、標準量子化テーブルによって逆量子化した場
合を説明する。画像性質を考慮した量子化テーブルで
は、有意係数が集中していると考えられる周波数帯域の
量子化ステップを比較的小さく設定してある。このた
め、標準量子化テーブルを用いて逆量子化を行っても有
意係数部分の再現性を損なうことはない。

【００６３】一方、有意係数が集中していないと考えら
れる周波数帯域では量子化ステップを比較的大きく設定
してあるが、標準量子化テーブルでは全周波数帯域にわ
たって細かく量子化ステップを設定してあるため、これ
を用いて逆量子化しても非有意係数の成分を更に減衰さ
れることになる。したがって、標準量子化テーブルを用
いてＤＣＴにおける変換係数を逆量子化し、さらに逆離
散コサイン変換を施して得た多階調画像データは元の画
像の文字的性質または中間調的性質を強調したものとな
る。

【００６４】なお、図７に示した第３実施例における画
像圧縮装置では、ジグザグ走査部が２つ（第１ジグザグ
走査部４１と第２ジグザグ走査部４２）あり、符号化部
も２つ（第１符号化部５１と第２符号化部５２）ある構
成となっているが、それぞれ共通化した構成であっても
同様である。すなわち、図８に示す変形例のように、適
応量子化部３１および標準量子化部３２の後に選択部１
６を配置し、選択部１６の後にジグザグ走査部４および
符号化部５を行うようにすれば回路規模を小さくするこ
とが可能となる。

【００６５】次に、本発明の第４実施例における画像伸
長装置を説明する。第４実施例における画像伸長装置
は、第３実施例における画像圧縮装置にて生成した符号
化データを復号して元の多階調画像データに復元するた
めのものである。この画像伸長装置は、復号化部８およ
び逆ジグザグ走査部９、標準逆量子化部１０２および適
応逆量子化部１０１、第１ＩＤＣＴ部１１１および第２
ＩＤＣＴ部１１２、ブロック予測部１３および量子化テ
ーブル選択部１４、ブロック分析部１７および予測結果
比較部１８、選択部１９および逆ブロック変換部１２か
ら構成されている。

【００６６】復号化部８は、入力される符号化データを
復号して１次元配列された量子化変換係数へと伸長する
ものである。また、逆ジグザグ走査部９は、以降の処理
でＩＤＣＴを行うために１次元配列された量子化変換係
数を２次元配列に変換し、量子化変換係数マトリクスを
形成するものである。適応逆量子化部１０１は、量子化
テーブル選択部１４によって選択された量子化テーブル
を用いて量子化変換係数マトリクスを逆量子化し、変換
係数マトリクスに変換するものである。

【００６７】また、第１ＩＤＣＴ部１１１および第２Ｉ
ＤＣＴ部１１２は、逆量子化部１０の出力である８×８
の変換係数マトリクスに逆離散コサイン変換を施して、
８×８のブロックに逆変換するものである。逆ブロック
変換部１２は、ブロック単位に生成される伸長階調デー
タを一旦ラインメモリに蓄積していくことで、復元階調
データをライン順次に出力するためのものである。ブロ
ック予測部１３は、復号化対象となる着目ブロックの周
辺に配置される周辺ブロック（復号化済み）のブロック
特徴情報を求め、これに基づいて着目ブロックの特徴情
報予測値ＰＢＣを出力するものである。

【００６８】標準逆量子化部１０２は、予め設けられて
いる標準量子化テーブルを用いて復号化された量子化変
換係数マトリクスを逆量子化し、変換係数マトリクスに
変換するものである。先に説明したように、標準量子化
テーブルで逆変換して得られた復元階調データは、元の
画像の文字的性質または中間調的性質を強調したものと
なる。

【００６９】ブロック分析部４は、画像性質の強調され
ているブロックを統計的性質に基づいて分析し、ブロッ
ク特徴情報Ｃi(j)を出力するものである。これは図３に
示すような内部構成となっており、ブロックに属する画
素の階調データの平均値および分散値を求め、所定の閾
値と分散値との大小関係からブロックの画像性質を分類
している。

【００７０】また、予測結果比較部１８は、復号済みの
周辺ブロックにおけるブロック特徴情報から推定した着
目ブロックにおける特徴情報予測値ＰＢＣと、着目ブロ
ックの符号データを標準量子化テーブルを用いて変換係
数に戻し逆離散コサイン変換して得られた階調データに
基づくブロック特徴情報Ｃi(j)とを比較して、一致する
か否かを調べるものである。

【００７１】選択部１９は、予測結果比較部１８によっ
て特徴情報予測値ＰＢＣとブロック特徴情報Ｃi(j)とが
一致していると判定した場合に第１ＩＤＣＴ部１１１か
らの出力を選択し、一致していないと判定した場合に第
２ＩＤＣＴ部１１２からの出力を選択するものである。
このような構成により、復号化対象となる着目ブロック
の周辺に配置される周辺ブロックの画像性質に基づき着
目ブロックの画像性質を予測し、これに適応した逆量子
化のための量子化テーブルを選択できるようになるとと
もに、予測を誤った際には標準量子化テーブルにて逆量
子化して得た階調データを選択できるようになる。

【００７２】また、復号化を行うにあたり、符号化の際
と同じ基準にて着目ブロックの画像性質を予測するとと
もに予測結果の比較を行うため、量子化テーブルに関す
る何の情報も与えられなくても符号化した際と同じ量子
化テーブルを使用して逆量子化することができることに
なる。これによって、符号化効率の向上を図ることがで
きる。

【００７３】次に、本発明の第５実施例について説明す
る。図１０は第５実施例における画像圧縮装置を説明す
るブロック図である。第５実施例における画像圧縮装置
は、符号化対象となる着目ブロックの変換係数を量子化
するための量子化テーブルを決定するにあたり、周辺ブ
ロック（符号化済み）のブロック特徴情報から着目ブロ
ックの特徴情報予測値ＰＢＣを求め、それに応じて複数
用意された量子化テーブルから適応するものを選択する
までの過程においては第１実施例および第３実施例にお
ける画像圧縮装置と同様である。第５実施例では、ブロ
ック予測部６で求めた着目ブロックに関するブロック特
徴情報Ｃi(j)と特徴情報予測値ＰＢＣとが一致しなかっ
た場合に、その判定結果に基づき量子化テーブル選択部
７が着目ブロックの画像性質に応じた量子化テーブルを
選択し直して符号化を繰り返し行う点に特徴がある。

【００７４】さらに、符号化部５では、予測結果比較部
１５からの出力に基づき、ブロック予測部６での着目ブ
ロックの画像性質の予測が的中したか否かを認識し、予
測が外れた場合に、量子化テーブル選択部７にて最終的
に決定した量子化テーブルの情報と量子化テーブルを切
り換えた旨とをヘッダ情報として符号化データに追加す
る処理を行っている。

【００７５】図１１は、符号化部５から出力される符号
化データの一例を示す図である。予測が的中している場
合には、第１実施例および第２実施例で説明したように
復号化する際に符号化で使用したのと同じ量子化テーブ
ルを特定できるため、それに関するヘッダ情報は不要で
ある（図中、第１ブロック、第２ブロック、第ｎ−２ブ
ロック、第ｎブロック参照）。

【００７６】一方、予測結果から決まる量子化テーブル
とは異なる量子化テーブルを符号化の際に使用した場合
には、どの量子化テーブルを使用したかの情報がなけれ
ば正確な復号化を行うことができない。そこで、予測が
外れた場合に限り、使用した量子化テーブルに関する情
報をヘッダ情報として与えておくことで、復号化する際
にはそのヘッダ情報を解読することによって使用した量
子化テーブルを決定することができる（図中、第３ブロ
ック、第ｎ−１ブロック参照）。

【００７７】図１２は本発明の第６実施例を説明するブ
ロック図であり、第５実施例における画像圧縮装置にて
生成した符号化データを復号して、元の階調データに復
元するための画像伸長装置の例である。復号化部８は、
符号化データを受け取り、その中から量子化テーブルを
指定するためのヘッダ情報（図１１参照）を検出した際
にその旨を量子化テーブル選択部１４へ通知する処理を
行っている。ブロック予測部１３は、第２実施例および
第４実施例と同様に、復号化対象となる着目ブロックの
周辺に配置される周辺ブロック（復号化済み）のブロッ
ク特徴情報を求め、これに基づいて着目ブロックの特徴
情報予測値ＰＢＣを出力するものである。

【００７８】量子化テーブル選択部１４では、復号化部
８から量子化テーブルの指定に関する情報を受け取らな
い限り、ブロック予測部１３からの予測結果に基づく量
子化テーブルの選択を行う。これによって、符号化の際
に予測とは異なる量子化テーブルが使用されている場合
と予測に基づく量子化テーブルが使用されている場合と
を区別して、符号化の際に使用した量子化テーブルによ
る復号化を行うことができるようになる。

【００７９】なお、第６実施例では復号化部８から出力
される量子化テーブルの指定に関するヘッダ情報を量子
化テーブル選択部１４へ通知する例を示したが、これを
ブロック予測部１３へ通知し、指定された量子化テーブ
ルを量子化テーブル選択部１４で選択できるようにして
もよい。また、第１実施例〜第６実施例において、量子
化テーブル選択部７、１４は３種類の画像性質に対応し
た３種類の量子化テーブルを備える場合について説明し
たが、本発明はこれに限定されずさらに多くの画像種類
に応じた多数の量子化テーブルを備えていても同様であ
る。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像圧縮
装置および画像伸長装置によれば次のような効果があ
る。すなわち、本発明の画像圧縮装置では、符号化対象
となる着目ブロックの周辺に配置される周辺ブロックの
画像性質から着目ブロックの画像性質を予測し、量子化
テーブルを適応的に切り換えているため、ブロックが中
間調的な画像性質であったり文字的な画像性質であった
り、またはこれらの混在しているような画像性質であっ
てもそれに応じた最適な量子化テーブルを選択でき、画
像劣化を最小限に抑えた符号化を図ることが可能とな
る。また、本発明の画像圧縮装置では、画像圧縮装置で
用いた画像性質の予測の基準を適応しているため、周辺
ブロックの画像性質から着目ブロックの画像性質を予測
して、符号化の際に使用したと同じ量子化テーブルを選
択することができる。これによって、量子化テーブルの
選択に関する情報が不要となり符号化効率の向上を図る
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例を説明するブロック図で
ある。

【図２】 周辺ブロックからの予測を説明する図であ
る。

【図３】 ブロック予測部の内部ブロック図である。

【図４】 特徴情報テンプレートを示す図である。

【図５】 量子化ＴＣＰ選択部の内部ブロック図であ
る。

【図６】 本発明の第２実施例を説明するブロック図で
ある。

【図７】 本発明の第３実施例を説明するブロック図で
ある。

【図８】 第３実施例の変形例を説明するブロック図で
ある。

【図９】 本発明の第４実施例を説明するブロック図で
ある。

【図１０】 本発明の第５実施例を説明するブロック図
である。

【図１１】 符号化データの一例を示す図である。

【図１２】 本発明の第６実施例を説明するブロック図
である。

【図１３】 従来例を説明する図で、（ａ）はブロック
図、（ｂ）はジグザグ走査を説明する図である。

【図１４】 量子化の例を説明する図である。

【符号の説明】

１ ブロック変換部 ２ ＤＣＴ部 ３ 量子化部 ４ ジグザグ走査部 ５ 符号化部 ６、１３ ブロック予測部 ７、１４ 量子化テーブル選択部 ８ 復号化部 ９ 逆ジグザグ走査部 １０ 逆量子化部 １１ ＩＤＣＴ部 １２ 逆ブロック変換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−264585（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−217286（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−38761（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−170408（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−231387（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−10464（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−171083（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−18955（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/41 - 1/419 H04N 1/40 H04N 7/30

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像データをＭ×Ｎ個の複数の画素から
   成るブロックに分割し、該ブロック内における各画素の
   階調データを直交変換して得られる係数を所定の量子化
   テーブルを用いて量子化し、符号化を行う画像圧縮装置
   であって、 符号化対象の着目ブロックにおける直交変換後の係数を
   量子化するにあたり、該着目ブロックの周辺に配置され
   る周辺ブロックのみの画像性質に基づいて該着目ブロッ
   クの画像性質を予測するブロック予測部と、 前記ブロック予測部によって予測される前記着目ブロッ
   クの画像性質からその画像性質に応じた量子化テーブル
   を選択する量子化テーブル選択部とを備えていることを
   特徴とする画像圧縮装置。
2. 【請求項２】 画像データをＭ×Ｎ個の複数の画素から
   成るブロックに分割し、該ブロック内における各画素の
   階調データを直交変換して得られる係数を所定の量子化
   テーブルを用いて量子化し、符号化したものを元の画像
   に復元する画像伸長装置であって、 復元対象の着目ブロックにおける符号化データを逆量子
   化するにあたり、該着目ブロックの周辺に配置される周
   辺ブロックのみの画像性質に基づいて該着目ブロックの
   画像性質を予測するブロック予測部と、 前記ブロック予測部によって予測される前記着目ブロッ
   クの画像性質からその画像性質に応じた逆量子化用の量
   子化テーブルを選択する量子化テーブル選択部とを備え
   ていることを特徴とする画像伸長装置。
3. 【請求項３】 画像データをＭ×Ｎ個の複数の画素から
   成るブロックに分割し、該ブロック内における各画素の
   階調データを直交変換して得られる係数を所定の量子化
   テーブルを用いて量子化し、符号化を行う画像圧縮装置
   であって、 符号化対象の着目ブロックにおける直交変換後の係数を
   量子化するにあたり、該着目ブロックの周辺に配置され
   る周辺ブロックの直交変換前の画像性質のみ に基づいて
   該着目ブロックの画像性質を予測するブロック予測部
   と、 前記ブロック予測部によって予測される前記着目ブロッ
   クの画像性質からその画像性質に応じた量子化テーブル
   を選択する量子化テーブル選択部と、 一定の量子化閾値による標準量子化テーブルと、 前記ブロック予測部による前記着目ブロックの画像性質
   の予測が的中しているか否かに応じて前記量子化テーブ
   ル選択部で選択された量子化テーブルを用いるか前記標
   準量子化テーブルを用いるかを選択する選択部と を備えていることを特徴とする画像圧縮装置。
4. 【請求項４】 画像データをＭ×Ｎ個の複数の画素から
   成るブロックに分割し、該ブロック内における各画素の
   階調データを直交変換して得られる係数を所定の量子化
   テーブルを用いて量子化し、符号化したものを元の画像
   に復元する画像伸長装置であって、 復元対象の着目ブロックにおける符号化データを逆量子
   化するにあたり、該着目ブロックの周辺に配置される周
   辺ブロックの画像性質のみに基づいて該着目ブロックの
   画像性質を予測するブロック予測部と、 前記ブロック予測部によって予測される前記着目ブロッ
   クの画像性質からその画像性質に応じた逆量子化用の量
   子化テーブルを選択する量子化テーブル選択部と、 一定の逆量子化閾値による標準量子化テーブルと、 前記ブロック予測部による前記着目ブロックの画像性質
   の予測が的中しているか否かに応じて、前記量子化テー
   ブル選択部で選択された量子化テーブルを用いるか前記
   標準量子化テーブルを用いるかを選択する選択部と を備えていることを特徴とする画像伸長装置。