JP3953183B2 - 画像通信方法および画像通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像通信方法および画像通信装置に関し、特に、写真等の中間調画像と文字や線画等の２値画像とが混在した画像を通信する画像通信方法および画像通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
写真などの中間調画像の符号化方式としては、JPEGに代表されるような離散コサイン変換（DCT: Discrete Cosine Transform）を用いた変換符号化が広く使われている。変換符号化はDCTなどの直交関数により画像の２次元配列を空間周波数成分の２次元配列に変換する。
【０００３】
人物像や風景写真などの自然画像は画素間の隣接相関が高いので、低い空間周波数成分が多く、高い空間周波数成分は比較的少ない。一方、高い空間周波数成分は粗く近似しても画質劣化が目につきにくいことが知られ、低い空間周波数成分を細かく量子化し、高い周波数成分を粗く量子化することによってデータ量を削減できる。
【０００４】
量子化された各周波数成分は画像情報に対応した確率分布に従うので、ハフマン符号や算術符号によって、情報を損なうことなく確率分布と符号シンボルで決まるエントピーに漸近したビット数に圧縮することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、混在画像に対してＪＰＥＧ方式の符号化を施した場合には、復元画像のエッジ周辺にもやもやしたノイズ（モスキートノイズ）が現れる。これは、文字画像のような２値画像はエッジ部分による高い空間周波数成分が多く、この高周波成分が量子化によって失われることに起因して生じる。
【０００６】
このようなノイズは、ディスプレイの表示では気にならないが、２値出力のプリンタでプリントアウトするべく誤差拡散処理（例えば、網点処理）を行うと、面積階調が保存されてエッジ周辺に黒画素が孤立点となって顕在化し、画質を劣化させることになる。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、ＪＰＥＧ方式の符号化，復号化を行った場合に生じる２値画像（文字画像等）の画質低下を大幅に低減し、復元画像（特に、写真や文字が混在している画像）の画質を格段に向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像通信方法の発明は、送信対象のデータが中間調画像についてのデータであるか２値画像についてのデータであるかを判定し、中間調画像についてのデータの場合には第１の量子化参照値を用いて量子化して第１の量子化値を得、２値画像についてのデータの場合には第２の量子化参照値を用いて量子化して第２の量子化値を得、前記判定結果を示す識別情報および前記第１，第２の量子化値を符号化手段により符号化して送信し、受信側では、送られてきた符号を復号化手段により復号化した後、前記判定結果を示す識別情報を参照して復号化されたデータの属性を識別し、前記第１の量子化値に対応する中間調画像である復号データについては前記第１の量子化参照値と同じ値の参照値を用いて逆量子化し、前記第２の量子化値に対応する２値画像である復号データについては前記第２の量子化参照値よりも大きな値の参照値を用いて逆量子化して輝度のダイナミックレンジを広げた後、前記ダイナミックレンジの上限値および下限値を定めておき、輝度が前記上限値を越える画像データ、あるいは輝度が前記下限値未満の画像データについては、前記輝度を前記上限値または下限値にクランプすることによりノイズとなる信号成分を前記上限値または下限値のレベルに強制的に収束させて２値画像データを復元するようにした。
【０００９】
送信側と受信側とで量子化を非対称としたものである。２値画像の画質劣化は、白画素の近傍に薄い灰色の画素があったり、黒画素の近傍に濃い灰色の画素があったりして白と黒の境界が不鮮明になることにより生じる。本請求項の方法の場合、受信側では、対称量子化した場合に比べて輝度のダイナミックレンジが広がるので、適切な白レベルあるいは黒レベルを設定し、そのレベルを越えるものはすべて白または黒と判定することができる。これにより、黒画素または白画素の近傍に輝度がわずかに違う画素が存在することがなくなり、シャープなエッジが得られ、画質が向上する。
【００１５】
混在画像について量子化処理を含む符号化（復号化）を行う場合等において、中間調画像と２値画像とを区別し、画質が劣化しがちな２値画像の処理について非対称量子化という新規な処理を導入することにより、中間調画像と２値画像の双方を鮮明に復元できるようになる。
【００１６】
請求項２記載の画像通信方法の発明は、請求項１記載の発明において、前記量子化に先立ち、画像データを直交変換して得られる変換係数を得るようにした。
【００１７】
混在画像に対してＪＰＥＧ方式の符号化，復号化を採用する場合に、より鮮明な混在画像の復元が可能となる。
【００１８】
請求項３記載の画像通信方法の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記符号化手段として算術符号器を用い、前記復号化手段として算術復号器を用いるようにした。
【００１９】
算術符号器は、異なる種類のデータ（例えば、画像情報をもつデータと画像データの属性を示す識別情報）であっても、数直線を分割した座標位置を示す２進小数点の符号に統合して符号化できる。ゆえに、送信情報量を減らすことができ、効率的な通信を行える。
【００２２】
請求項４記載の画像通信方法の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記第１，第２の量子化参照値の大きさは、量子化テーブルから出力されたテーブル値に、スケーリングファクタを用いた演算を施して決定され、前記第１の量子化参照値に対応した第１のスケーリングファクタの値は、前記第２の量子化参照値に対応した第２のスケーリングファクタの値よりも小さく、かつ、逆量子化の際に用いられる前記第１，第２の量子化参照値に対応したスケーリングファクタの値は前記第１の量子化参照値に対応した第１のスケーリングファクタの値と同じであるようにした。
【００２３】
通信しようとする画像の特質に応じてスケーリングファクタを変更することによって量子化参照値を簡単に、かつ柔軟に変化させることができる。これにより、簡単な構成でもって適応化された符号化処理を行うことができる。
【００２４】
請求項５記載の画像通信方法の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、受信側において、復元されたデータに対して、そのデータの属性に応じた所定の処理をさらに施すようにした。
【００２５】
データの属性を示す情報が受信側に送られてきているので、この情報を活用し、例えば、２値画像データについて輪郭強調処理等を施すことにより、復元画像の画質をさらに向上することができる。
【００３６】
請求項６記載の画像通信方法の発明は、静止画の画像データを複数画素を含むブロックを単位として処理するようになし、前記画像データが切り出されたブロックが中間調領域であるか２値領域であるかを判定し、前記画像データに直交変換を施し、その後、前記判定結果に応じて、中間調領域のブロックについてのデータの場合には第１の量子化参照値を用いて量子化を行い、２値領域のブロックについてのデータの場合には第２の量子化参照値を用いて量子化を行い、前記量子化により得られた量子化値ならびに前記判定結果を示す情報を算術符号化して送信し、受信側では、送信されてきた算術符号を復号化し、前記判定結果を示す情報を用いてデータの属性を識別し、中間調領域のブロックについてのデータは前記第１の量子化参照値と同じ値の参照値を用いて逆量子化を行い、２値領域のブロックについてのデータは前記第２の量子化参照値よりも大きな値をもつ参照値を用いて逆量子化を行って輝度のダイナミックレンジを広げた後、前記ダイナミックレンジの上限値および下限値を定めておき、輝度が前記上限値を越える画像データ、あるいは輝度が前記下限値未満の画像データについては、前記輝度を前記上限値または下限値にクランプすることによりノイズとなる信号成分を前記上限値または下限値のレベルに強制的に収束させて２値画像データを復元するようにした。
【００３７】
複数の画素を含むブロック（所定サイズのブロック）単位で処理を行うものである。これにより、ブロックに含まれる画素の統計的性質を用いて適応化した符号化，復号化処理を効率的に行うことができる。
【００４６】
請求項７記載の画像通信装置の発明は、画像データが中間調画像についてのデータであるか２値画像についてのデータであるかを判定する判定手段と、前記画像データを直交変換する直交変換手段と、前記判定手段により中間調画像と判定された場合に第１の量子化参照値を選択し、２値画像と判定された場合に第２の量子化参照値を選択し、その選択された量子化参照値を用いて前記直交変換手段から出力される変換係数を量子化する量子化手段と、この量子化手段から出力される量子化値および前記判定手段による判定情報を符号化する符号化手段とを具備する送信処理手段と、送信されてきた符号を復号化する復号化手段と、前記判定情報によりデータの属性を判定し、中間調画像についてのデータは量子化の際に用いられた前記第１の量子化参照値と同じ値の参照値を用いて逆量子化を行い、２値画像についてのデータは量子化の際に用いられた前記第２の量子化参照値よりも大きな値の参照値を用いて輝度のダイナミックレンジを広げた逆量子化を行う逆量子化手段と、前記直交変換の逆の変換を行う逆変換手段と、輝度のダイナミックレンジの上限値および下限値を定めておき、前記逆量子化手段により輝度が前記上限値を越える２値画像データ、あるいは輝度が前記下限値未満の２値画像データについては、前記輝度を前記上限値または下限値にクランプすることによりノイズとなる信号成分を前記上限値または下限値のレベルに強制的に収束させるクランプ手段とを具備する受信処理手段と、を有する構成とした。
【００４７】
画像データの属性を識別する機能を送信系，受信系の双方が備え、２値画像についてのデータについては、非対称の量子化を行うことができる、新規な画像通信装置が実現される。
【００４８】
請求項８記載の画像通信装置の発明は、請求項７記載の発明において、前記符号化手段を算術符号化器で構成した。
【００４９】
これにより、算術符号に統合して種々の情報を効率的に送信できる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００５５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる画像通信装置の構成ならびにこの装置を用いた画像通信方法を説明するための図である。
【００５６】
本実施の形態の特徴は、読み込まれた画像データについて、そのデータが切り出された領域が２値画像領域であるか中間調領域であるかを判定し、その判定結果も符号化（算術符号化）して送信し、２値画像のデータについては、量子化と逆量子化を異なる参照値を用いて非対称に行い、２値画像のシャープなエッジの復元を実現することである。
【００５７】
図中、符号１０００ａは送信側の符号化処理装置を示し、符号１０００ｂは受信側の復号化処理装置を示す。符号化処理装置１０００ａは、有線伝送路Ｌ１を介して復号化処理装置１０００ｂに符号データを送信する。
【００５８】
符号化処理装置１０００ａは、ブロック化回路１０１０と、２次元ＤＣＴ回路１０２０と、量子化回路１０３０と、算術符号器１０４０と、スケーリングファクタの逆数を乗算する乗算器１０５０と、スケーリングファクタ選択手段１０６０と、像域判定手段１０７０と、量子化テーブル１０８０とを有している。
【００５９】
ブロック化手段１０１０は、画像メモリ（図示せず）から画像データを読み込み、8画素×8画素の２次元配列Pj,k(j,k＝0〜7)にブロック化する。以下の説明では、各画素は256階調とする。
【００６０】
像域判定回路１０７０は、対象ブロックが文字などの２値画像であるか、そうでないか（つまり、写真等の中間調ブロックであるか）を判定し、その判定結果を示す識別情報（ブロック識別情報）１０９０をスケーリングファクタ選択手段１０６０と算術符号器１０４０に送出する。
【００６１】
像域判定は基本的には、ブロック内の画素の輝度の分布を見て判定する。但し、２値画像と判定した後も、水平方向のエッジが多いのか、垂直方向のエッジが多いのか等の判定により、さらに複数通りに分類することもある。この場合、その分類数に応じた量子化テーブルやスケーリングファクタを用意する。また、一つのブロック内の画素のみならず、周囲のブロックの属性（中間調画像のブロックであるか，２値画像のブロックであるか）も考慮して注目するブロックの判定を行うと、より正確な判定を行える。
【００６２】
２次元ＤＣＴ回路１０２０は、画素配列Pj,kについて、中間値128をオフセットとして、（Pj,k-128）に対して２次元離散コサイン変換を施す。この結果として得られる変換係数は空間周波数成分を表し、以下、Sj,k(j,k＝0〜7)と表すことにする。
【００６３】
変換係数は、量子化回路１０３０で変換係数毎に、量子化参照値（Ｑj,k／ajまたはＱj,k／aj）を参照して量子化される。すなわち、量子化は、変換係数を量子化参照値で割り、端数を切り捨てる（データを丸める）処理である。
【００６４】
量子化参照値は、量子化回路１０３０による量子化の際に基準となる単位である。量子化テーブル１０８０のテーブル値をそのまま量子化参照値とすることもできるが、本実施の形態では、適応処理を効率的に行うべく、スケーリングファクタを用意しておき、量子化テーブル１０８０の格納値（量子化テーブル値）にスケーリングファクタの逆数を乗算して量子化参照値とする構成をとっている。本実施の形態では、２種類のスケーリングファクタaj、bj（aj＜bj）を用意し、それぞれを中間調画像の処理用，２値画像の処理用として用いる。このようなスケーリングファクタの使い分けは、スケーリングファクタ選択回路１０６０が行う。
【００６５】
すなわち、スケーリングファクタ選択回路１０６０は、像域判定回路９０７０の判定結果に応じて、予め定めた複数個のスケーリングファクタ{aj}を使用するか、あるいは｛bj｝を使用するかを選択する。例えば、スケーリングファクタがajのときには、量子化テーブルに設定された値Qj,kすべてをajで割った整数値で量子化する。なお、aj，bjを大きくすると画質が向上し、符号量も増加する。
【００６６】
量子化テーブル１０８０に格納されている値（量子化テーブル値）の一例が図２に示される。図示されるように、ＤＣ（直流）成分の周辺では細かく量子化し、高周波成分については粗く量子化するようになっている。
【００６７】
算術符号器１０４０は、量子化データ（量子化値）および像域判定結果を示す識別情報を算術符号化して送信する。
【００６８】
一方、受信側の復号化処理装置１０００ｂは、算術復号器１１１０と、逆量子化回路１１２０と、２次元ＩＤＣＴ（逆ＤＣＴ）変換回路１１３０と、クランプ回路１１３２と、ブロック復元回路１１４０と、スケーリングファクタ選択回路１１５０と、量子化テーブル１１６０と、スケーリングファクタの逆数を乗算する乗算器１１７０とを具備し、復号化とは逆の処理を行って画像データを復元する。
【００６９】
ここで、注意すべき点は、逆量子化回路１１２０における逆量子化における参照値が、Qj,k／ajとなっていることと、ならびに、２次元逆ＤＣＴ処理の後にクランプ回路１１３２を用いた輝度レベルのクランプ処理を行うことである。
【００７０】
つまり、中間調画像データについては、量子化参照値Qj,k／ajを用いて量子化を行い、同じ値の参照値Qj,k／ajを用いて逆量子化を行うので、対称的な処理が行われる。ゆえに、ＪＰＥＧ方式による符号化，復号化による良好な中間調画像が再現される。
【００７１】
一方、２値画像データについては、量子化参照値Qj,k／bjを用いて量子化を行い、より大きな値をもつ参照値Qj,k／ajを用いて逆量子化を行うことになり、ゆえに非対称の処理となる。
【００７２】
この非対称の処理について、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、具体的に説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は復元画像の輝度分布を示す図（輝度ヒストグラム）である。
通常は、量子化と逆量子化は符号化と復号化で対称に設計する。つまり、量子化したときと同じ値の参照値を逆量子化でも使用する。スケーリングファクタとしてｂを用いたとすると、符号化のとき、ＤＣＴ係数Sj,kは、Qj,k/bで割られて次のように整数化される。
【００７３】
QSj,k = round(Sj,k/round(Qj,k/b))……（１）
（１）式において、roundは端数の丸め処理を表す。一方、受信側では、QSj,kを復号し、それにround(Qj,k/b)をかけて逆量子化する。その結果、Sj,kをround(Qj,k/b)で量子化した値が再現できる。このとき、量子化誤差はround(Qj,k/b)以下となる。Sj,k < round(Qj,k/b)である周波数成分はゼロとなる。そして、逆ＤＣＴ変換後に復元される画素の輝度値（DPx,y）は、Gx,yを逆ＤＣＴを表す直交関数とすると、定数倍を除いて次のように表される。
【００７４】
DPx,y = ΣΣQSj,k・Gx,y……（２）
従来はこのようにして、対称的な量子化と逆量子化が行われていた。しかし、２値画像に限れば、DPx,yは、−128（階調０）,＋127（階調２５５）の周辺に有効な値を持つはずであり、これがモスキートノイズとなってあらわれる。この状態を図３に示す。
【００７５】
次に、本実施の形態のように、逆量子化のスケーリングファクタとして、量子化より小さい値ａを選んだ場合を考える。逆量子化によって、上述の（１）式において、round(Qj,k/a)がかけ算されるが、これはround(Qj,k/b)より大きいので、復元される信号成分QSj,kは符号化側よりも大きくなる。ここで、画像信号に逆変換するための直交関数Gx,yは同じなので、画像の空間周波数は同じで、輝度のダイナミックレンジが広がることになる。この状態を図３（ｂ）に示す。２値画像をこのように処理すると、２値的性質がより顕著に現れる。
【００７６】
そして、DPx,jに128を加算し、通常の階調「２５５」と「０」で打ち切る（クランプする）と、ノイズとなる信号成分は「白」または「黒」とみなされ、階調「２５５」または「０」のレベルに強制的に収束する。この状態を図３（ｃ）に示す。
【００７７】
これによって、モスキートノイズは解消することになる。このダイナミックレンジの増幅率は、ほぼｂ／ａ（ｂ＞ａ）である。このようにして、ＪＰＥＧ方式の符号化，復号化を行った場合でも、従来より格段に良好な２値画像を再現できることになる。
【００７８】
実験の結果、a=1.0, b=2.0とするとモスキートノイズは全く現れず、しかもエッジのはっきりした理想的な２値画像が再現することがわかった。
【００７９】
また、a=1.0, b=1.2〜1.5では文字輪郭に僅かに中間調成分が現われる。但し、この場合もモスキートノイズは解消できた。写真領域内に誤判定があると、画質劣化になるので、現実には、a=1.0, b=1.2〜1.5程度が適当であると考えられる。
【００８０】
以上説明した送信処理（ブロック符号化処理）の手順をまとめると図４のようになる。
【００８１】
すなわち、ブロック画像の入力，統計量算出の後（ステップ２０１０）、ブロックの像域判定を行い（ステップ２０２０）、画素値から中間値１２８を減算後にブロックを単位としてＤＣＴ変換を行う（ステップ２０３０）。続いて、２値領域であると判断される場合には（ステップ２０４０）、そのことを示すフラグとして「１」を選択し（ステップ２０５０）、続いて、スケーリングファクタｂで量子化を行う（ステップ２０６０）。一方、ステップ２０４０において、２値領域でないと判断される場合は、そのことを示すフラグとして「０」を選択し（ステップ２０７０）、スケーリングファクタａで量子化を行う（ステップ２０８０）。続いて、ＤＣ係数（直流成分）の符号化ならびにＡＣ係数の符号化を行う（ステップ２０９０，２１００）。
【００８２】
また、受信側における復号化処理の手順をまとめると図５のようになる。
【００８３】
すなわち、図１の算術復号器１１１０が、まず、ブロックの属性を示すシンボル（つまり、「１」または「０」）を復号化し、その値に応じてどちらのブロックであるかを判断する。
【００８４】
ステップ２１３０，２１４０はＤＣ成分,ＡＣ成分の復号化である。そして、２値領域であるかの判断を行い（ステップ２１５０）、いずれの場合もスケーリングファクタ「ａ」で逆量子化を行う（ステップ２１６０，２１７０）。つまり、復元した変換係数にQj,k/ajを乗算する処理を行う。続いて、コサイン逆変換演算を行い、その値に１２８を加算して復元画素DPj,kを得る（ステップ２１８０）。次に、クランプ回路１１３２が、輝度レベルのクランプ処理を行う（ステップ２１９０）。すなわち、復元画素DPj,kを、輝度レベル255と輝度レベル0で打ち切り、DPj,kが255より大きければ255、0より小さければ0とする。それ以外はDPj,kのままとする。以上で１ブロックの復元が終了する。このような処理によって、２値画像ブロックに対しては細かく量子化し、中間調ブロックに対しては粗く量子化する適応処理が容易に実現できる。
【００８５】
なお、図１では符号化器として算術符号器を用いているが、これは像域判定結果を示す識別情報とＤＣＴ変換係数（相互に異なる種類の情報である）を、算術符号として統一して送信でき、符号量を減少できるとともに、復号化処理も簡素化されるからである。
【００８６】
ただし、必ずしもこれに限定されるものではなく、算術符号以外のエントロピー符号化方式、例えば、図６に示すようにハフマン符号化を採用することもできる。
【００８７】
図６の通信装置では、図１の場合と同様に、像域判定と、２値画像データについての非対称量子化，逆量子化処理とを行うことは同じである。また、送信側の装置は、ブロック化回路５０１０，２次元ＤＣＴ回路５０２０，量子化回路５０３０，スケーリングファクタ選択回路５０６０，像域判定回路５０７０，量子化テーブル５０８０を有し、この点は図１と同じである。
【００８８】
また、受信側の装置において、スケーリングファクタ選択回路５１５０，逆量子化回路５１２０，２次元ＩＤＣＴ回路５１３０，ブロック画像復元回路５１４０を有する点も、図１と同様である。
【００８９】
但し、ハフマン符号化器５０４０を用いて符号化を行う場合には、識別フラグデータと変換係数データとを、多重化回路５０５０により多重化する処理が必要である。また、これに対応して、受信側で、情報分離回路５１００を設け、情報を分離する処理が必要となる。
【００９０】
（実施の形態２）
図７は実施の形態２にかかる画像通信方法ならびに画像通信装置の内容を説明するための図である。
【００９１】
図７の送信側の装置は、ブロック化回路６０１０と、２次元ＤＣＴ回路６０２０と、量子化回路６０３０と、算術符号やハフマン符号等を用いた符号化器６０４０と、スケーリングファクタ選択回路６０６０と、像域判定回路６０７０と、量子化テーブル６０８０と、乗算器６０５０とを有する。また、受信側では、復号器６１１０と、逆量子化回路６１２０と、２次元ＩＤＣＴ回路６１３０と、クランプ回路６１３２と、ブロック復元処理回路６１４０と、スケーリングファクタ自動選択回路６１５０と、量子化テーブル６１６０と、乗算器６１７０とを具備している。
【００９２】
図示されるとおり、通信装置の基本的構成は図１と同様であり、また、送信側で像域判定を行い、判定結果に応じて異なるスケーリングファクタを用いて量子化し、２値画像データについては、非対称量子化，逆量子化を行う点で、前掲の実施の形態と共通する。
【００９３】
但し、本実施の形態では、像域判定結果は送信せず、受信側では、像域判定を行うことなく、所定の参照値（像域判定とは無関係に定まる参照値）を用いて逆量子化を行う点で、前掲の実施の形態とは異なる。
【００９４】
つまり、前掲の実施の形態では、送信側において、スケーリングファクタ「ａ」又は「ｂ（＞ａ）」を用いて量子化し、受信側ではスケーリングファクタ「ａ（＜ｂ）」を用いて逆量子化している。したがって、受信側における逆量子化の際には、画像属性の識別情報は基本的に不要である。
【００９５】
つまり、使用されるスケーリングファクタ（つまり、量子化参照値）の種類が２種類であり、かつ、復号化に用いられるスケーリングファクタ（参照値）が量子化に用いられるスケーリングファクタ（量子化参照値）の一方と一致する場合には、識別情報がなくても、受信側で復号化を行える。
【００９６】
このような観点から、本実施の形態では、識別情報を送信しないこととした。復号側では、「識別情報とは関係なく定まる参照値」を用いて逆量子化を行う。ここで、「識別情報とは関係なく定まる参照値」とは、送信側における像域判定結果とは関係なく一意に定まる参照値のことである。その定め方としては、予め逆量子化に使用するスケーリングファクタを決めておいたり、あるいは、逆量子化に使用するスケーリングファクタの選択の方法を予め定めておく方法等が考えられる。
【００９７】
本実施の形態では、「量子化に使用する２つのスケーリングファクタaj，bjのうちで小さい方のスケーリングファクタを使用して逆量子化をする」という条件を、スケーリングファクタ自動選択回路６１５０に与えておく。aj＜bjなので、結果的に、ajが選択され、このajを用いて逆量子化が行われることになる。
【００９８】
本実施の形態では、識別情報の送信を行う必要がないため、仮に、ハフマン符号化方式のような算術符号以外のエントロピー符号化方式を採用した場合でも、図６に示すような多重化処理は不要であり、符号量の増加の心配がない。ゆえに、種々の符号化方式を問題なく採用することができる。
【００９９】
また、復号化処理回路として特別な構成が不要なので、従来装置と同様のＩＣを使用でき、この点でも便利である。
【０１００】
本実施の形態における復号化の手順をまとめると、図８のようになる。すなわち、ＤＣ成分，ＡＣ成分を復元し（ステップ６２００，６２１０）、符号器，復号器間の取り決め（本実施の形態では、量子化に用いられるスケーリングファクタのうちの小さい方を使用するという取り決め）によって選択される所定のスケーリングファクタで逆量子化を行う（ステップ６２２０）。続いて、コサイン逆変換を行い（ステップ６２３０）、所定のクランプ処理を行う（６２４０）。
【０１０１】
（実施の形態３）
図９に本実施の形態３にかかる画像通信装置の構成を示す。図９の場合、図１の装置の構成とほぼ同様であるため、図１と同じ箇所には同じ参照符号を付してある。
【０１０２】
本実施の形態の特徴は、復号側において、選択器１１６０と、２値ブロック画像処理回路１１７０と、中間調ブロック画像処理回路１１８０とを設け、算術復号器１１１０により復元されたブロックの属性を示す情報を選択器１１６０に送付し、選択器１１６０で復元されたデータをブロック毎に、２値画像データと中間調データに分離し、それぞれについて特別な処理を施して、さらに復元画像の画質を向上させることである。
【０１０３】
２値ブロック画像処理回路１１７０では、復元された２値データに対して、例えば、エッジ強調処理を施して文字等のエッジを顕在化させる。あるいは、復元側におけるモスキートノイズの除去に関し、復元画素を白、黒にクランプするしきい値レベルを前掲の実施の形態で用いた255, 0ではなく、定数α、βを用いて255-α, βと変形することでノイズ除去効果を向上させることもできる。
【０１０４】
また、中間調ブロック画像処理回路１１８０は、復元された中間調画像に対して、例えば、フィルタリングを行って、細かいノイズを低減する。
【０１０５】
このように、復号化側で、送信されてきたブロック毎にその属性を知ることができることを利用し、２値画像や中間調画像に応じて復元画像のフィルタ処理などの適応化処理を行うものであり、上述の非線形量子化，逆量子化の効果とあいまって、復元画像の画質がさらに向上する。
【０１０６】
（実施の形態４）
図１０は、実施の形態４にかかるファクシミリ装置の構成を示す図である。
【０１０７】
図１０のファクシミリ装置１０１は、ホストプロセッサ１０２と、ＭＨ／ＭＲ／ＭＭＲ符号／復号化回路１０３と、解像度変換回路１０４と、ＱＭ（算術）符号／復号化回路１０５と、画像ラインメモリ１０６と、符号メモリ１０７と、モデムなどの通信インタフェース（電話回線１１３等を用いた有線伝送のためのインタフェースとして機能する）と、スキャナ等の画像入力装置１１１と、プリンタなどの画像記録／表示装置１１２と、を具備し、各ブロックは内部バス１０９，１１０を介して相互に情報の授受を行うことができる。
【０１０８】
前掲の実施の形態で説明した符号化，復号化を行う回路は、ＱＭ（算術）符号／復号化回路１０５に搭載されている。
【０１０９】
本発明にかかる符号化／復号化回路は、構成が簡素化されているので、小型化や低コスト化が要求されるファクシミリ装置においても、十分に搭載可能であり、普及型のファクシミリ装置の画質向上に寄与する。
【０１１０】
以上、本発明を４つの実施の形態を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は種々変形可能である。例えば、送信対象の画像が文字のみの画像であるとわかっているような場合は、像域判定を行うことなく、符号化・復号化（非線形量子化，逆量子化）を行えばよい。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、２値画像についてＪＰＥＧ方式を用いて符号化，復号化を行った場合に生じるモスキートノイズを大幅に低減して、復元画像の画質を格段に向上できる。また、写真等の中間調画像と文字等の２値画像が混在している場合でも、各像域を判定してそれぞれに適切な処理を施して、良好な画像を再現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる画像通信装置の構成を示すブロック図
【図２】量子化テーブル値の一例を示す図
【図３】（ａ） ２値画像データに対して対称的な量子化，逆量子化を行った場合の画素の輝度分布を示す図
（ｂ） ２値画像データに対して非対称の量子化，逆量子化を行った場合の画素の輝度分布を示す図
（ｃ） クランプ後の画素の輝度分布を示す図
【図４】実施の形態１にかかる画像通信装置の符号化処理の手順を示す図
【図５】実施の形態１にかかる画像通信装置の復号化処理の手順を示す図
【図６】実施の形態１にかかる画像通信装置の変形例の構成を示す図
【図７】本発明の実施の形態２にかかる画像通信装置の構成を示す図
【図８】実施の形態２にかかる復号化処理の手順を示す図
【図９】本発明の実施の形態３にかかる画像通信装置の構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態４にかかるファクシミリ装置の構成を示す図
【符号の説明】
1010 画像のブロック化処理部
1020 ２次元DCT変換器
1030 量子化器
1040 算術符号器
1050 乗算器
1060 スケーリングファクタ選択回路（符号化側）
1070 像域判定回路
1080 量子化テーブル
1090 量子化テーブル識別情報（ブロック識別情報）
1110 算術復号器
1120 逆量子化器
1130 ２次元逆DCT変換器
1140 ブロック復元画像
1150 スケーリングファクタ選択部（復号化側）
1160 量子化テーブル
1170 乗算器
【発明の属する技術分野】
本発明は画像通信方法および画像通信装置に関し、特に、写真等の中間調画像と文字や線画等の２値画像とが混在した画像を通信する画像通信方法および画像通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
写真などの中間調画像の符号化方式としては、JPEGに代表されるような離散コサイン変換（DCT: Discrete Cosine Transform）を用いた変換符号化が広く使われている。変換符号化はDCTなどの直交関数により画像の２次元配列を空間周波数成分の２次元配列に変換する。
【０００３】
人物像や風景写真などの自然画像は画素間の隣接相関が高いので、低い空間周波数成分が多く、高い空間周波数成分は比較的少ない。一方、高い空間周波数成分は粗く近似しても画質劣化が目につきにくいことが知られ、低い空間周波数成分を細かく量子化し、高い周波数成分を粗く量子化することによってデータ量を削減できる。
【０００４】
量子化された各周波数成分は画像情報に対応した確率分布に従うので、ハフマン符号や算術符号によって、情報を損なうことなく確率分布と符号シンボルで決まるエントピーに漸近したビット数に圧縮することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、混在画像に対してＪＰＥＧ方式の符号化を施した場合には、復元画像のエッジ周辺にもやもやしたノイズ（モスキートノイズ）が現れる。これは、文字画像のような２値画像はエッジ部分による高い空間周波数成分が多く、この高周波成分が量子化によって失われることに起因して生じる。
【０００６】
このようなノイズは、ディスプレイの表示では気にならないが、２値出力のプリンタでプリントアウトするべく誤差拡散処理（例えば、網点処理）を行うと、面積階調が保存されてエッジ周辺に黒画素が孤立点となって顕在化し、画質を劣化させることになる。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、ＪＰＥＧ方式の符号化，復号化を行った場合に生じる２値画像（文字画像等）の画質低下を大幅に低減し、復元画像（特に、写真や文字が混在している画像）の画質を格段に向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像通信方法の発明は、送信対象のデータが中間調画像についてのデータであるか２値画像についてのデータであるかを判定し、中間調画像についてのデータの場合には第１の量子化参照値を用いて量子化して第１の量子化値を得、２値画像についてのデータの場合には第２の量子化参照値を用いて量子化して第２の量子化値を得、前記判定結果を示す識別情報および前記第１，第２の量子化値を符号化手段により符号化して送信し、受信側では、送られてきた符号を復号化手段により復号化した後、前記判定結果を示す識別情報を参照して復号化されたデータの属性を識別し、前記第１の量子化値に対応する中間調画像である復号データについては前記第１の量子化参照値と同じ値の参照値を用いて逆量子化し、前記第２の量子化値に対応する２値画像である復号データについては前記第２の量子化参照値よりも大きな値の参照値を用いて逆量子化して輝度のダイナミックレンジを広げた後、前記ダイナミックレンジの上限値および下限値を定めておき、輝度が前記上限値を越える画像データ、あるいは輝度が前記下限値未満の画像データについては、前記輝度を前記上限値または下限値にクランプすることによりノイズとなる信号成分を前記上限値または下限値のレベルに強制的に収束させて２値画像データを復元するようにした。
【０００９】
送信側と受信側とで量子化を非対称としたものである。２値画像の画質劣化は、白画素の近傍に薄い灰色の画素があったり、黒画素の近傍に濃い灰色の画素があったりして白と黒の境界が不鮮明になることにより生じる。本請求項の方法の場合、受信側では、対称量子化した場合に比べて輝度のダイナミックレンジが広がるので、適切な白レベルあるいは黒レベルを設定し、そのレベルを越えるものはすべて白または黒と判定することができる。これにより、黒画素または白画素の近傍に輝度がわずかに違う画素が存在することがなくなり、シャープなエッジが得られ、画質が向上する。
【００１５】
混在画像について量子化処理を含む符号化（復号化）を行う場合等において、中間調画像と２値画像とを区別し、画質が劣化しがちな２値画像の処理について非対称量子化という新規な処理を導入することにより、中間調画像と２値画像の双方を鮮明に復元できるようになる。
【００１６】
請求項２記載の画像通信方法の発明は、請求項１記載の発明において、前記量子化に先立ち、画像データを直交変換して得られる変換係数を得るようにした。
【００１７】
混在画像に対してＪＰＥＧ方式の符号化，復号化を採用する場合に、より鮮明な混在画像の復元が可能となる。
【００１８】
請求項３記載の画像通信方法の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記符号化手段として算術符号器を用い、前記復号化手段として算術復号器を用いるようにした。
【００１９】
算術符号器は、異なる種類のデータ（例えば、画像情報をもつデータと画像データの属性を示す識別情報）であっても、数直線を分割した座標位置を示す２進小数点の符号に統合して符号化できる。ゆえに、送信情報量を減らすことができ、効率的な通信を行える。
【００２２】
請求項４記載の画像通信方法の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記第１，第２の量子化参照値の大きさは、量子化テーブルから出力されたテーブル値に、スケーリングファクタを用いた演算を施して決定され、前記第１の量子化参照値に対応した第１のスケーリングファクタの値は、前記第２の量子化参照値に対応した第２のスケーリングファクタの値よりも小さく、かつ、逆量子化の際に用いられる前記第１，第２の量子化参照値に対応したスケーリングファクタの値は前記第１の量子化参照値に対応した第１のスケーリングファクタの値と同じであるようにした。
【００２３】
通信しようとする画像の特質に応じてスケーリングファクタを変更することによって量子化参照値を簡単に、かつ柔軟に変化させることができる。これにより、簡単な構成でもって適応化された符号化処理を行うことができる。
【００２４】
請求項５記載の画像通信方法の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、受信側において、復元されたデータに対して、そのデータの属性に応じた所定の処理をさらに施すようにした。
【００２５】
データの属性を示す情報が受信側に送られてきているので、この情報を活用し、例えば、２値画像データについて輪郭強調処理等を施すことにより、復元画像の画質をさらに向上することができる。
【００３６】
請求項６記載の画像通信方法の発明は、静止画の画像データを複数画素を含むブロックを単位として処理するようになし、前記画像データが切り出されたブロックが中間調領域であるか２値領域であるかを判定し、前記画像データに直交変換を施し、その後、前記判定結果に応じて、中間調領域のブロックについてのデータの場合には第１の量子化参照値を用いて量子化を行い、２値領域のブロックについてのデータの場合には第２の量子化参照値を用いて量子化を行い、前記量子化により得られた量子化値ならびに前記判定結果を示す情報を算術符号化して送信し、受信側では、送信されてきた算術符号を復号化し、前記判定結果を示す情報を用いてデータの属性を識別し、中間調領域のブロックについてのデータは前記第１の量子化参照値と同じ値の参照値を用いて逆量子化を行い、２値領域のブロックについてのデータは前記第２の量子化参照値よりも大きな値をもつ参照値を用いて逆量子化を行って輝度のダイナミックレンジを広げた後、前記ダイナミックレンジの上限値および下限値を定めておき、輝度が前記上限値を越える画像データ、あるいは輝度が前記下限値未満の画像データについては、前記輝度を前記上限値または下限値にクランプすることによりノイズとなる信号成分を前記上限値または下限値のレベルに強制的に収束させて２値画像データを復元するようにした。
【００３７】
複数の画素を含むブロック（所定サイズのブロック）単位で処理を行うものである。これにより、ブロックに含まれる画素の統計的性質を用いて適応化した符号化，復号化処理を効率的に行うことができる。
【００４６】
請求項７記載の画像通信装置の発明は、画像データが中間調画像についてのデータであるか２値画像についてのデータであるかを判定する判定手段と、前記画像データを直交変換する直交変換手段と、前記判定手段により中間調画像と判定された場合に第１の量子化参照値を選択し、２値画像と判定された場合に第２の量子化参照値を選択し、その選択された量子化参照値を用いて前記直交変換手段から出力される変換係数を量子化する量子化手段と、この量子化手段から出力される量子化値および前記判定手段による判定情報を符号化する符号化手段とを具備する送信処理手段と、送信されてきた符号を復号化する復号化手段と、前記判定情報によりデータの属性を判定し、中間調画像についてのデータは量子化の際に用いられた前記第１の量子化参照値と同じ値の参照値を用いて逆量子化を行い、２値画像についてのデータは量子化の際に用いられた前記第２の量子化参照値よりも大きな値の参照値を用いて輝度のダイナミックレンジを広げた逆量子化を行う逆量子化手段と、前記直交変換の逆の変換を行う逆変換手段と、輝度のダイナミックレンジの上限値および下限値を定めておき、前記逆量子化手段により輝度が前記上限値を越える２値画像データ、あるいは輝度が前記下限値未満の２値画像データについては、前記輝度を前記上限値または下限値にクランプすることによりノイズとなる信号成分を前記上限値または下限値のレベルに強制的に収束させるクランプ手段とを具備する受信処理手段と、を有する構成とした。
【００４７】
画像データの属性を識別する機能を送信系，受信系の双方が備え、２値画像についてのデータについては、非対称の量子化を行うことができる、新規な画像通信装置が実現される。
【００４８】
請求項８記載の画像通信装置の発明は、請求項７記載の発明において、前記符号化手段を算術符号化器で構成した。
【００４９】
これにより、算術符号に統合して種々の情報を効率的に送信できる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００５５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる画像通信装置の構成ならびにこの装置を用いた画像通信方法を説明するための図である。
【００５６】
本実施の形態の特徴は、読み込まれた画像データについて、そのデータが切り出された領域が２値画像領域であるか中間調領域であるかを判定し、その判定結果も符号化（算術符号化）して送信し、２値画像のデータについては、量子化と逆量子化を異なる参照値を用いて非対称に行い、２値画像のシャープなエッジの復元を実現することである。
【００５７】
図中、符号１０００ａは送信側の符号化処理装置を示し、符号１０００ｂは受信側の復号化処理装置を示す。符号化処理装置１０００ａは、有線伝送路Ｌ１を介して復号化処理装置１０００ｂに符号データを送信する。
【００５８】
符号化処理装置１０００ａは、ブロック化回路１０１０と、２次元ＤＣＴ回路１０２０と、量子化回路１０３０と、算術符号器１０４０と、スケーリングファクタの逆数を乗算する乗算器１０５０と、スケーリングファクタ選択手段１０６０と、像域判定手段１０７０と、量子化テーブル１０８０とを有している。
【００５９】
ブロック化手段１０１０は、画像メモリ（図示せず）から画像データを読み込み、8画素×8画素の２次元配列Pj,k(j,k＝0〜7)にブロック化する。以下の説明では、各画素は256階調とする。
【００６０】
像域判定回路１０７０は、対象ブロックが文字などの２値画像であるか、そうでないか（つまり、写真等の中間調ブロックであるか）を判定し、その判定結果を示す識別情報（ブロック識別情報）１０９０をスケーリングファクタ選択手段１０６０と算術符号器１０４０に送出する。
【００６１】
像域判定は基本的には、ブロック内の画素の輝度の分布を見て判定する。但し、２値画像と判定した後も、水平方向のエッジが多いのか、垂直方向のエッジが多いのか等の判定により、さらに複数通りに分類することもある。この場合、その分類数に応じた量子化テーブルやスケーリングファクタを用意する。また、一つのブロック内の画素のみならず、周囲のブロックの属性（中間調画像のブロックであるか，２値画像のブロックであるか）も考慮して注目するブロックの判定を行うと、より正確な判定を行える。
【００６２】
２次元ＤＣＴ回路１０２０は、画素配列Pj,kについて、中間値128をオフセットとして、（Pj,k-128）に対して２次元離散コサイン変換を施す。この結果として得られる変換係数は空間周波数成分を表し、以下、Sj,k(j,k＝0〜7)と表すことにする。
【００６３】
変換係数は、量子化回路１０３０で変換係数毎に、量子化参照値（Ｑj,k／ajまたはＱj,k／aj）を参照して量子化される。すなわち、量子化は、変換係数を量子化参照値で割り、端数を切り捨てる（データを丸める）処理である。
【００６４】
量子化参照値は、量子化回路１０３０による量子化の際に基準となる単位である。量子化テーブル１０８０のテーブル値をそのまま量子化参照値とすることもできるが、本実施の形態では、適応処理を効率的に行うべく、スケーリングファクタを用意しておき、量子化テーブル１０８０の格納値（量子化テーブル値）にスケーリングファクタの逆数を乗算して量子化参照値とする構成をとっている。本実施の形態では、２種類のスケーリングファクタaj、bj（aj＜bj）を用意し、それぞれを中間調画像の処理用，２値画像の処理用として用いる。このようなスケーリングファクタの使い分けは、スケーリングファクタ選択回路１０６０が行う。
【００６５】
すなわち、スケーリングファクタ選択回路１０６０は、像域判定回路９０７０の判定結果に応じて、予め定めた複数個のスケーリングファクタ{aj}を使用するか、あるいは｛bj｝を使用するかを選択する。例えば、スケーリングファクタがajのときには、量子化テーブルに設定された値Qj,kすべてをajで割った整数値で量子化する。なお、aj，bjを大きくすると画質が向上し、符号量も増加する。
【００６６】
量子化テーブル１０８０に格納されている値（量子化テーブル値）の一例が図２に示される。図示されるように、ＤＣ（直流）成分の周辺では細かく量子化し、高周波成分については粗く量子化するようになっている。
【００６７】
算術符号器１０４０は、量子化データ（量子化値）および像域判定結果を示す識別情報を算術符号化して送信する。
【００６８】
一方、受信側の復号化処理装置１０００ｂは、算術復号器１１１０と、逆量子化回路１１２０と、２次元ＩＤＣＴ（逆ＤＣＴ）変換回路１１３０と、クランプ回路１１３２と、ブロック復元回路１１４０と、スケーリングファクタ選択回路１１５０と、量子化テーブル１１６０と、スケーリングファクタの逆数を乗算する乗算器１１７０とを具備し、復号化とは逆の処理を行って画像データを復元する。
【００６９】
ここで、注意すべき点は、逆量子化回路１１２０における逆量子化における参照値が、Qj,k／ajとなっていることと、ならびに、２次元逆ＤＣＴ処理の後にクランプ回路１１３２を用いた輝度レベルのクランプ処理を行うことである。
【００７０】
つまり、中間調画像データについては、量子化参照値Qj,k／ajを用いて量子化を行い、同じ値の参照値Qj,k／ajを用いて逆量子化を行うので、対称的な処理が行われる。ゆえに、ＪＰＥＧ方式による符号化，復号化による良好な中間調画像が再現される。
【００７１】
一方、２値画像データについては、量子化参照値Qj,k／bjを用いて量子化を行い、より大きな値をもつ参照値Qj,k／ajを用いて逆量子化を行うことになり、ゆえに非対称の処理となる。
【００７２】
この非対称の処理について、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、具体的に説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は復元画像の輝度分布を示す図（輝度ヒストグラム）である。
通常は、量子化と逆量子化は符号化と復号化で対称に設計する。つまり、量子化したときと同じ値の参照値を逆量子化でも使用する。スケーリングファクタとしてｂを用いたとすると、符号化のとき、ＤＣＴ係数Sj,kは、Qj,k/bで割られて次のように整数化される。
【００７３】
QSj,k = round(Sj,k/round(Qj,k/b))……（１）
（１）式において、roundは端数の丸め処理を表す。一方、受信側では、QSj,kを復号し、それにround(Qj,k/b)をかけて逆量子化する。その結果、Sj,kをround(Qj,k/b)で量子化した値が再現できる。このとき、量子化誤差はround(Qj,k/b)以下となる。Sj,k < round(Qj,k/b)である周波数成分はゼロとなる。そして、逆ＤＣＴ変換後に復元される画素の輝度値（DPx,y）は、Gx,yを逆ＤＣＴを表す直交関数とすると、定数倍を除いて次のように表される。
【００７４】
DPx,y = ΣΣQSj,k・Gx,y……（２）
従来はこのようにして、対称的な量子化と逆量子化が行われていた。しかし、２値画像に限れば、DPx,yは、−128（階調０）,＋127（階調２５５）の周辺に有効な値を持つはずであり、これがモスキートノイズとなってあらわれる。この状態を図３に示す。
【００７５】
次に、本実施の形態のように、逆量子化のスケーリングファクタとして、量子化より小さい値ａを選んだ場合を考える。逆量子化によって、上述の（１）式において、round(Qj,k/a)がかけ算されるが、これはround(Qj,k/b)より大きいので、復元される信号成分QSj,kは符号化側よりも大きくなる。ここで、画像信号に逆変換するための直交関数Gx,yは同じなので、画像の空間周波数は同じで、輝度のダイナミックレンジが広がることになる。この状態を図３（ｂ）に示す。２値画像をこのように処理すると、２値的性質がより顕著に現れる。
【００７６】
そして、DPx,jに128を加算し、通常の階調「２５５」と「０」で打ち切る（クランプする）と、ノイズとなる信号成分は「白」または「黒」とみなされ、階調「２５５」または「０」のレベルに強制的に収束する。この状態を図３（ｃ）に示す。
【００７７】
これによって、モスキートノイズは解消することになる。このダイナミックレンジの増幅率は、ほぼｂ／ａ（ｂ＞ａ）である。このようにして、ＪＰＥＧ方式の符号化，復号化を行った場合でも、従来より格段に良好な２値画像を再現できることになる。
【００７８】
実験の結果、a=1.0, b=2.0とするとモスキートノイズは全く現れず、しかもエッジのはっきりした理想的な２値画像が再現することがわかった。
【００７９】
また、a=1.0, b=1.2〜1.5では文字輪郭に僅かに中間調成分が現われる。但し、この場合もモスキートノイズは解消できた。写真領域内に誤判定があると、画質劣化になるので、現実には、a=1.0, b=1.2〜1.5程度が適当であると考えられる。
【００８０】
以上説明した送信処理（ブロック符号化処理）の手順をまとめると図４のようになる。
【００８１】
すなわち、ブロック画像の入力，統計量算出の後（ステップ２０１０）、ブロックの像域判定を行い（ステップ２０２０）、画素値から中間値１２８を減算後にブロックを単位としてＤＣＴ変換を行う（ステップ２０３０）。続いて、２値領域であると判断される場合には（ステップ２０４０）、そのことを示すフラグとして「１」を選択し（ステップ２０５０）、続いて、スケーリングファクタｂで量子化を行う（ステップ２０６０）。一方、ステップ２０４０において、２値領域でないと判断される場合は、そのことを示すフラグとして「０」を選択し（ステップ２０７０）、スケーリングファクタａで量子化を行う（ステップ２０８０）。続いて、ＤＣ係数（直流成分）の符号化ならびにＡＣ係数の符号化を行う（ステップ２０９０，２１００）。
【００８２】
また、受信側における復号化処理の手順をまとめると図５のようになる。
【００８３】
すなわち、図１の算術復号器１１１０が、まず、ブロックの属性を示すシンボル（つまり、「１」または「０」）を復号化し、その値に応じてどちらのブロックであるかを判断する。
【００８４】
ステップ２１３０，２１４０はＤＣ成分,ＡＣ成分の復号化である。そして、２値領域であるかの判断を行い（ステップ２１５０）、いずれの場合もスケーリングファクタ「ａ」で逆量子化を行う（ステップ２１６０，２１７０）。つまり、復元した変換係数にQj,k/ajを乗算する処理を行う。続いて、コサイン逆変換演算を行い、その値に１２８を加算して復元画素DPj,kを得る（ステップ２１８０）。次に、クランプ回路１１３２が、輝度レベルのクランプ処理を行う（ステップ２１９０）。すなわち、復元画素DPj,kを、輝度レベル255と輝度レベル0で打ち切り、DPj,kが255より大きければ255、0より小さければ0とする。それ以外はDPj,kのままとする。以上で１ブロックの復元が終了する。このような処理によって、２値画像ブロックに対しては細かく量子化し、中間調ブロックに対しては粗く量子化する適応処理が容易に実現できる。
【００８５】
なお、図１では符号化器として算術符号器を用いているが、これは像域判定結果を示す識別情報とＤＣＴ変換係数（相互に異なる種類の情報である）を、算術符号として統一して送信でき、符号量を減少できるとともに、復号化処理も簡素化されるからである。
【００８６】
ただし、必ずしもこれに限定されるものではなく、算術符号以外のエントロピー符号化方式、例えば、図６に示すようにハフマン符号化を採用することもできる。
【００８７】
図６の通信装置では、図１の場合と同様に、像域判定と、２値画像データについての非対称量子化，逆量子化処理とを行うことは同じである。また、送信側の装置は、ブロック化回路５０１０，２次元ＤＣＴ回路５０２０，量子化回路５０３０，スケーリングファクタ選択回路５０６０，像域判定回路５０７０，量子化テーブル５０８０を有し、この点は図１と同じである。
【００８８】
また、受信側の装置において、スケーリングファクタ選択回路５１５０，逆量子化回路５１２０，２次元ＩＤＣＴ回路５１３０，ブロック画像復元回路５１４０を有する点も、図１と同様である。
【００８９】
但し、ハフマン符号化器５０４０を用いて符号化を行う場合には、識別フラグデータと変換係数データとを、多重化回路５０５０により多重化する処理が必要である。また、これに対応して、受信側で、情報分離回路５１００を設け、情報を分離する処理が必要となる。
【００９０】
（実施の形態２）
図７は実施の形態２にかかる画像通信方法ならびに画像通信装置の内容を説明するための図である。
【００９１】
図７の送信側の装置は、ブロック化回路６０１０と、２次元ＤＣＴ回路６０２０と、量子化回路６０３０と、算術符号やハフマン符号等を用いた符号化器６０４０と、スケーリングファクタ選択回路６０６０と、像域判定回路６０７０と、量子化テーブル６０８０と、乗算器６０５０とを有する。また、受信側では、復号器６１１０と、逆量子化回路６１２０と、２次元ＩＤＣＴ回路６１３０と、クランプ回路６１３２と、ブロック復元処理回路６１４０と、スケーリングファクタ自動選択回路６１５０と、量子化テーブル６１６０と、乗算器６１７０とを具備している。
【００９２】
図示されるとおり、通信装置の基本的構成は図１と同様であり、また、送信側で像域判定を行い、判定結果に応じて異なるスケーリングファクタを用いて量子化し、２値画像データについては、非対称量子化，逆量子化を行う点で、前掲の実施の形態と共通する。
【００９３】
但し、本実施の形態では、像域判定結果は送信せず、受信側では、像域判定を行うことなく、所定の参照値（像域判定とは無関係に定まる参照値）を用いて逆量子化を行う点で、前掲の実施の形態とは異なる。
【００９４】
つまり、前掲の実施の形態では、送信側において、スケーリングファクタ「ａ」又は「ｂ（＞ａ）」を用いて量子化し、受信側ではスケーリングファクタ「ａ（＜ｂ）」を用いて逆量子化している。したがって、受信側における逆量子化の際には、画像属性の識別情報は基本的に不要である。
【００９５】
つまり、使用されるスケーリングファクタ（つまり、量子化参照値）の種類が２種類であり、かつ、復号化に用いられるスケーリングファクタ（参照値）が量子化に用いられるスケーリングファクタ（量子化参照値）の一方と一致する場合には、識別情報がなくても、受信側で復号化を行える。
【００９６】
このような観点から、本実施の形態では、識別情報を送信しないこととした。復号側では、「識別情報とは関係なく定まる参照値」を用いて逆量子化を行う。ここで、「識別情報とは関係なく定まる参照値」とは、送信側における像域判定結果とは関係なく一意に定まる参照値のことである。その定め方としては、予め逆量子化に使用するスケーリングファクタを決めておいたり、あるいは、逆量子化に使用するスケーリングファクタの選択の方法を予め定めておく方法等が考えられる。
【００９７】
本実施の形態では、「量子化に使用する２つのスケーリングファクタaj，bjのうちで小さい方のスケーリングファクタを使用して逆量子化をする」という条件を、スケーリングファクタ自動選択回路６１５０に与えておく。aj＜bjなので、結果的に、ajが選択され、このajを用いて逆量子化が行われることになる。
【００９８】
本実施の形態では、識別情報の送信を行う必要がないため、仮に、ハフマン符号化方式のような算術符号以外のエントロピー符号化方式を採用した場合でも、図６に示すような多重化処理は不要であり、符号量の増加の心配がない。ゆえに、種々の符号化方式を問題なく採用することができる。
【００９９】
また、復号化処理回路として特別な構成が不要なので、従来装置と同様のＩＣを使用でき、この点でも便利である。
【０１００】
本実施の形態における復号化の手順をまとめると、図８のようになる。すなわち、ＤＣ成分，ＡＣ成分を復元し（ステップ６２００，６２１０）、符号器，復号器間の取り決め（本実施の形態では、量子化に用いられるスケーリングファクタのうちの小さい方を使用するという取り決め）によって選択される所定のスケーリングファクタで逆量子化を行う（ステップ６２２０）。続いて、コサイン逆変換を行い（ステップ６２３０）、所定のクランプ処理を行う（６２４０）。
【０１０１】
（実施の形態３）
図９に本実施の形態３にかかる画像通信装置の構成を示す。図９の場合、図１の装置の構成とほぼ同様であるため、図１と同じ箇所には同じ参照符号を付してある。
【０１０２】
本実施の形態の特徴は、復号側において、選択器１１６０と、２値ブロック画像処理回路１１７０と、中間調ブロック画像処理回路１１８０とを設け、算術復号器１１１０により復元されたブロックの属性を示す情報を選択器１１６０に送付し、選択器１１６０で復元されたデータをブロック毎に、２値画像データと中間調データに分離し、それぞれについて特別な処理を施して、さらに復元画像の画質を向上させることである。
【０１０３】
２値ブロック画像処理回路１１７０では、復元された２値データに対して、例えば、エッジ強調処理を施して文字等のエッジを顕在化させる。あるいは、復元側におけるモスキートノイズの除去に関し、復元画素を白、黒にクランプするしきい値レベルを前掲の実施の形態で用いた255, 0ではなく、定数α、βを用いて255-α, βと変形することでノイズ除去効果を向上させることもできる。
【０１０４】
また、中間調ブロック画像処理回路１１８０は、復元された中間調画像に対して、例えば、フィルタリングを行って、細かいノイズを低減する。
【０１０５】
このように、復号化側で、送信されてきたブロック毎にその属性を知ることができることを利用し、２値画像や中間調画像に応じて復元画像のフィルタ処理などの適応化処理を行うものであり、上述の非線形量子化，逆量子化の効果とあいまって、復元画像の画質がさらに向上する。
【０１０６】
（実施の形態４）
図１０は、実施の形態４にかかるファクシミリ装置の構成を示す図である。
【０１０７】
図１０のファクシミリ装置１０１は、ホストプロセッサ１０２と、ＭＨ／ＭＲ／ＭＭＲ符号／復号化回路１０３と、解像度変換回路１０４と、ＱＭ（算術）符号／復号化回路１０５と、画像ラインメモリ１０６と、符号メモリ１０７と、モデムなどの通信インタフェース（電話回線１１３等を用いた有線伝送のためのインタフェースとして機能する）と、スキャナ等の画像入力装置１１１と、プリンタなどの画像記録／表示装置１１２と、を具備し、各ブロックは内部バス１０９，１１０を介して相互に情報の授受を行うことができる。
【０１０８】
前掲の実施の形態で説明した符号化，復号化を行う回路は、ＱＭ（算術）符号／復号化回路１０５に搭載されている。
【０１０９】
本発明にかかる符号化／復号化回路は、構成が簡素化されているので、小型化や低コスト化が要求されるファクシミリ装置においても、十分に搭載可能であり、普及型のファクシミリ装置の画質向上に寄与する。
【０１１０】
以上、本発明を４つの実施の形態を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は種々変形可能である。例えば、送信対象の画像が文字のみの画像であるとわかっているような場合は、像域判定を行うことなく、符号化・復号化（非線形量子化，逆量子化）を行えばよい。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、２値画像についてＪＰＥＧ方式を用いて符号化，復号化を行った場合に生じるモスキートノイズを大幅に低減して、復元画像の画質を格段に向上できる。また、写真等の中間調画像と文字等の２値画像が混在している場合でも、各像域を判定してそれぞれに適切な処理を施して、良好な画像を再現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる画像通信装置の構成を示すブロック図
【図２】量子化テーブル値の一例を示す図
【図３】（ａ） ２値画像データに対して対称的な量子化，逆量子化を行った場合の画素の輝度分布を示す図
（ｂ） ２値画像データに対して非対称の量子化，逆量子化を行った場合の画素の輝度分布を示す図
（ｃ） クランプ後の画素の輝度分布を示す図
【図４】実施の形態１にかかる画像通信装置の符号化処理の手順を示す図
【図５】実施の形態１にかかる画像通信装置の復号化処理の手順を示す図
【図６】実施の形態１にかかる画像通信装置の変形例の構成を示す図
【図７】本発明の実施の形態２にかかる画像通信装置の構成を示す図
【図８】実施の形態２にかかる復号化処理の手順を示す図
【図９】本発明の実施の形態３にかかる画像通信装置の構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態４にかかるファクシミリ装置の構成を示す図
【符号の説明】
1010 画像のブロック化処理部
1020 ２次元DCT変換器
1030 量子化器
1040 算術符号器
1050 乗算器
1060 スケーリングファクタ選択回路（符号化側）
1070 像域判定回路
1080 量子化テーブル
1090 量子化テーブル識別情報（ブロック識別情報）
1110 算術復号器
1120 逆量子化器
1130 ２次元逆DCT変換器
1140 ブロック復元画像
1150 スケーリングファクタ選択部（復号化側）
1160 量子化テーブル
1170 乗算器
Claims (8)
- 送信対象のデータが中間調画像についてのデータであるか２値画像についてのデータであるかを判定し、中間調画像についてのデータの場合には第１の量子化参照値を用いて量子化して第１の量子化値を得、２値画像についてのデータの場合には第２の量子化参照値を用いて量子化して第２の量子化値を得、前記判定結果を示す識別情報および前記第１，第２の量子化値を符号化手段により符号化して送信し、受信側では、送られてきた符号を復号化手段により復号化した後、前記判定結果を示す識別情報を参照して復号化されたデータの属性を識別し、前記第１の量子化値に対応する中間調画像である復号データについては前記第１の量子化参照値と同じ値の参照値を用いて逆量子化し、前記第２の量子化値に対応する２値画像である復号データについては前記第２の量子化参照値よりも大きな値の参照値を用いて逆量子化して輝度のダイナミックレンジを広げた後、前記ダイナミックレンジの上限値および下限値を定めておき、輝度が前記上限値を越える画像データ、あるいは輝度が前記下限値未満の画像データについては、前記輝度を前記上限値または下限値にクランプすることによりノイズとなる信号成分を前記上限値または下限値のレベルに強制的に収束させて２値画像データを復元することを特徴とする画像通信方法。
- 前記量子化に先立ち、画像データを直交変換して変換係数を得ることを特徴とする請求項１記載の画像通信方法。
- 前記符号化手段として算術符号器を用い、前記復号化手段として算術復号器を用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像通信方法。
- 前記第１，第２の量子化参照値の大きさは、量子化テーブルから出力されたテーブル値に、スケーリングファクタを用いた演算を施して決定され、前記第１の量子化参照値に対応した第１のスケーリングファクタの値は、前記第２の量子化参照値に対応した第２のスケーリングファクタの値よりも小さく、かつ、逆量子化の際に用いられる前記第１，第２の量子化参照値に対応したスケーリングファクタの値は前記第１の量子化参照値に対応した第１のスケーリングファクタの値と同じであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像通信方法。
- 受信側において、復元されたデータに対して、そのデータの属性に応じた所定の処理をさらに施すことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の画像通信方法。
- 静止画の画像データを複数画素を含むブロックを単位として処理するようになし、前記画像データが切り出されたブロックが中間調領域であるか２値領域であるかを判定し、前記画像データに直交変換を施し、その後、前記判定結果に応じて、中間調領域のブロックについてのデータの場合には第１の量子化参照値を用いて量子化を行い、２値領域のブロックについてのデータの場合には第２の量子化参照値を用いて量子化を行い、前記量子化により得られた量子化値ならびに前記判定結果を示す情報を算術符号化して送信し、受信側では、送信されてきた算術符号を復号化し、前記判定結果を示す情報を用いてデータの属性を識別し、中間調領域のブロックについてのデータは前記第１の量子化参照値と同じ値の参照値を用いて逆量子化を行い、２値領域のブロックについてのデータは前記第２の量子化参照値よりも大きな値をもつ参照値を用いて逆量子化を行って輝度のダイナミックレンジを広げた後、前記ダイナミックレンジの上限値および下限値を定めておき、輝度が前記上限値を越える画像データ、あるいは輝度が前記下限値未満の画像データについては、前記輝度を前記上限値または下限値にクランプすることによりノイズとなる信号成分を前記上限値または下限値のレベルに強制的に収束させて２値画像データを復元することを特徴とする画像通信方法。
- 画像データが中間調画像についてのデータであるか２値画像についてのデータであるかを判定する判定手段と、前記画像データを直交変換する直交変換手段と、前記判定手段により中間調画像と判定された場合に第１の量子化参照値を選択し、２値画像と判定された場合に第２の量子化参照値を選択し、その選択された量子化参照値を用いて前記直交変換手段から出力される変換係数を量子化する量子化手段と、この量子化手段から出力される量子化値および前記判定手段による判定情報を符号化する符号化手段とを具備する送信処理手段と、送信されてきた符号を復号化する復号化手段と、前記判定情報によりデータの属性を判定し、中間調画像についてのデータは量子化の際に用いられた前記第１の量子化参照値と同じ値の参照値を用いて逆量子化を行い、２値画像についてのデータは量子化の際に用いられた前記第２の量子化参照値よりも大きな値の参照値を用いて輝度のダイナミックレンジを広げた逆量子化を行う逆量子化手段と、前記直交変換の逆の変換を行う逆変換手段と、輝度のダイナミックレンジの上限値および下限値を定めておき、前記逆量子化手段により輝度が前記上限値を越える２値画像データ、あるいは輝度が前記下限値未満の２値画像データについては、前記輝度を前記上限値または下限値にクランプすることによりノイズとなる信号成分を前記上限値または下限値のレベルに強制的に収束させるクランプ手段とを具備する受信処理手段と、を有する画像通信装置。
- 前記符号化手段は算術符号化器であることを特徴とする請求項７記載の画像通信装置。
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