JP5642105B2

JP5642105B2 - 画像処理装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP5642105B2
Application number: JP2012078240A
Authority: JP
Inventors: 林　信二; 信二林
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: US20130259396A1; JP2013207779A; US9020289B2

Description

本発明は、画像処理装置および画像形成装置に関するものである。

ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）方式、ＪＰＥＧ２０００方式などの、空間周波数変換、量子化、およびエントロピー符号化を組み合わせた、画像データの圧縮技術が普及している。

一般に、ＪＰＥＧ方式では、量子化テーブルを変更することで、圧縮率を必要に応じて変更することができる（例えば特許文献１，２参照）。通常、圧縮率を高くすると、伸張後の画質が低下する。このため、特許文献１に記載の技術では、画質の低下を抑えつつ、圧縮率を高める（つまり、符号化後のデータサイズを小さくする）ように量子化テーブルを変更している。

特に特許文献１では、画像内容に応じて画素ブロックごとにスケーリングファクターを変更することで量子化係数を変更していき、圧縮率を高める技術が開示されている。

特開２０００−０９２３３０号公報特開２００４−１２０３５５号公報

上述の特許文献１の技術では、画素ブロックごとに量子化係数を変えていくため、画素ブロックのサイズより短い空間的な画像内容の変化を考慮して、符号化後のデータサイズを小さくすることは困難である。また、画素ブロックのサイズより短い空間的な画像内容の変化に対応した量子化が行われないため、画質の面でも好ましくない。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、比較的空間周波数の高い変化が画像内容に存在しても、画質低下を抑えつつ符号化後のデータサイズを小さくする画像処理装置および画像形成装置を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。

本発明に係る画像処理装置は、画像データを画素ブロックごとに分割するブロック分割部と、ブロック分割部により分割された画素ブロックの画像データに対して空間周波数変換を行う空間周波数変換部と、空間周波数変換部による空間周波数変換後の画素ブロックのデータを量子化して量子化データを生成する量子化部と、注目要素についての量子化データの値とその値の所定範囲の周辺値とを含む複数の変更候補値をそれぞれエントロピー符号化して符号データを生成する符号化部と、少なくとも複数の変更候補値のそれぞれについての符号データのサイズに基づいて、複数の変更候補値から、注目要素についての量子化データの変更値を選択し、選択した変更値に対応する符号データを注目要素についての符号データとする選択部とを備える。

これにより、比較的空間周波数の高い変化が画像内容に存在しても、画素ブロック内の要素ごとに量子化データが調整されるため、画質低下を抑えつつ符号化後のデータサイズが小さくなる。

また、本発明に係る画像処理装置は、上記の画像処理装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、選択部は、上述の複数の変更候補値のそれぞれについての符号データのサイズ、注目要素の直後要素についての量子化データの値と上述の複数の変更候補値のそれぞれとの変化量、および上述の複数の変更候補値のそれぞれについての量子化誤差に基づいて、上述の複数の変更候補値から、注目要素についての量子化データの変更値を選択する。

これにより、注目要素の直後要素についての量子化データの値と複数の変更候補値のそれぞれとの変化量、および変更候補値の量子化誤差がさらに考慮されるため、より画質低下を抑えつつ符号化後のデータサイズが小さくなる。

また、本発明に係る画像処理装置は、上記の画像処理装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、上述の符号データのサイズ、上述の変化量、および上述の量子化誤差のそれぞれに対して重み付け係数が予め設定されており、選択部は、上述の複数の変更候補値のそれぞれについて、符号データのサイズ、上述の変化量、および量子化誤差と重み付け係数との積和を評価値として計算し、その評価値の値に基づいて、上述の複数の変更候補値から、注目要素についての量子化データの変更値を選択する。

また、本発明に係る画像処理装置は、上記の画像処理装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、注目要素は、画素ブロック内の要素のうち、所定の空間周波数以上の空間周波数の要素とされる。

これにより、空間周波数以上の空間周波数の要素についてのみ、量子化データの値の調整が行われる。ひいては、符号化処理の所要時間が短くなる。

また、本発明に係る画像処理装置は、上記の画像処理装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、上述の複数の変更候補値の所定範囲は、注目要素の空間周波数に応じて設定される。

これにより、空間周波数に応じて変更候補値が変わり、より適応的に符号化後のデータサイズを減らすことができる。

また、本発明に係る画像処理装置は、上記の画像処理装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、上述の複数の変更候補値のうち、量子化誤差が所定の閾値を超えるものについては除外される。

これにより、過度な画質低下を抑制することができる。

また、本発明に係る画像処理装置は、上記の画像処理装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、注目要素の直前要素についての量子化データの値および注目要素の直後要素についての量子化データの値の少なくとも一方が、量子化部により生成された注目要素についての量子化データの値を除く複数の変更候補値のいずれかと等しい場合、符号化部は、上述の複数の変更候補値をエントロピー符号化して符号データを生成し、選択部は、上述の複数の変更候補値から、注目要素についての量子化データの変更値を選択し、選択した変更値に対応する符号データを注目要素についての符号データとする。一方、注目要素の直前要素についての量子化データの値および注目要素の直後要素についての量子化データの値のいずれも、量子化部により生成された注目要素についての量子化データの値を除く上述の複数の変更候補値のいずれとも等しくない場合、符号化部は、注目要素についての量子化データの値を除く上述の複数の変更候補値を符号化せずに、注目要素についての量子化データの値をエントロピー符号化して符号データを生成する。

これにより、注目要素の直前要素についての量子化データの値および注目要素の直後要素についての量子化データの値のいずれも、量子化部により生成された注目要素についての量子化データの値を除く上述の複数の変更候補値のいずれとも等しくない場合には、量子化データの調整が不要とされ、符号化処理の所要時間が短くなる。

また、本発明に係る画像処理装置は、上記の画像処理装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、上述の複数の変更候補値は、注目要素についての量子化データの値、注目要素についての量子化データの値から１を減算して得られる値、および注目要素についての量子化データの値から１を加算して得られる値を含む。

これにより、変更候補値の量子化誤差が極端に大きくならず、画質低下が抑えられる。

また、本発明に係る画像処理装置は、上記の画像処理装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、空間周波数変換部は、空間周波数変換として離散コサイン変換を実行し、符号化部は、エントロピー符号化としてハフマン符号化を実行する。

本発明に係る画像形成装置は、上述の画像処理装置を備え、その画像処理装置は、網点を含む画像の画像データを符号化する。

これにより、比較的空間周波数の高い変化となる網点が画像に存在しても、画素ブロック内の要素ごとに量子化データが調整されるため、画質低下を抑えつつ符号化後のデータサイズが小さくなる。

本発明によれば、比較的空間周波数の高い変化が画像内容に存在しても、画素ブロック内の要素ごとに量子化データが調整されるため、画質低下を抑えつつ符号化後のデータサイズを小さくする画像処理装置および画像形成装置を得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１に示す画像処理装置の動作について説明するフローチャートである。図３は、符号化時の画素ブロック内の要素のスキャン順序を説明する図である。図４は、図１における候補生成部の動作を説明する図である。図５は、図１における選択部の動作を説明する図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。この画像処理装置は、例えばプリンター、複合機などの画像形成装置に内蔵され、網点を有する画像の画像データの圧縮に使用される。この画像処理装置は、図示せぬ記憶装置（ＲＡＭ：Random Access Memory、ハードディスクドライブなど）から画像データを読み出し、その画像データを所定の符号化方式（ここでは、ＪＰＥＧ方式）で符号化し、符号化後の画像データを図示せぬ記憶装置へ出力する。

図１に示す画像処理装置は、ブロック分割部１、空間周波数変換部２、量子化部３、候補生成部４、符号化部５、および選択部６を備える。

ブロック分割部１は、画像データを画素ブロックごとに分割する処理部である。ここでは、画像データは、主走査方向の長さおよび副走査方向の長さがそれぞれ８画素である画素ブロックに分割される。

空間周波数変換部２は、ブロック分割部１により分割された画素ブロックの画像データに対して空間周波数変換を行う処理部である。この実施の形態では、空間周波数変換として、離散コサイン変換が実行される。

量子化部３は、空間周波数変換部２による空間周波数変換後の画素ブロックのデータを量子化して量子化データを生成する処理部である。例えば、量子化部３は、空間周波数変換後の画素ブロックにおける各要素について、量子化テーブルを参照してその要素の量子化係数を特定し、その要素の空間周波数変換後のデータの値をその量子化係数で量子化して、その要素の量子化データを生成する。

候補生成部４は、画素ブロックにおける量子化データから、注目要素についての複数の変更候補値を生成する処理部である。

この複数の変更候補値は、空間周波数変換後の画素ブロック内における注目要素についての量子化データの値とその値の所定範囲の周辺値とを含む。この実施の形態では、この複数の変更候補値は、量子化部３による注目要素についての量子化データの値Ｑ（ｉ）、その値に１を減算して得られる値Ｑ（ｉ）−１、およびその値に１を加算して得られる値Ｑ（ｉ）＋１の３つとされる。

符号化部５は、複数の変更候補値をそれぞれエントロピー符号化して符号データを生成する処理部である。この実施の形態では、エントロピー符号化として、ハフマン符号化が実行される。

また、この実施の形態では、注目要素の直前要素についての量子化データの値および注目要素の直後要素についての量子化データの値のいずれも、量子化部により生成された注目要素についての量子化データの値を除く上述の複数の変更候補値のいずれとも等しくない場合、符号化部５は、注目要素についての量子化データの値を除く上述の複数の変更候補値を符号化せずに、注目要素についての量子化データの値をエントロピー符号化して符号データを生成する。つまり、その場合には、注目要素についての量子化データの値の変更は行われない。

なお、「注目要素の直前要素」とは、符号化時の要素のスキャン順序における１つ前の要素であり、「注目要素の直後要素」とは、符号化時の要素のスキャン順序における１つ後の要素である。また、このときの符号化時のスキャン順序は、空間周波数変換されたデータが空間周波数順に配列された順序である。

選択部６は、複数の変更候補値のそれぞれについての符号データのサイズに基づいて、複数の変更候補値から、注目要素についての量子化データの変更値（つまり変更後の値）を選択し、選択した変更値に対応する符号データを、注目要素についての符号データとする処理部である。なお、注目要素についての量子化データの値は、その変更値で更新される。

この実施の形態では、選択部６は、上述の複数の変更候補値のそれぞれについての符号データのサイズ、注目要素の直後要素についての量子化データの値と上述の複数の変更候補値のそれぞれとの変化量、および上述の複数の変更候補値のそれぞれについての量子化誤差に基づいて、上述の複数の変更候補値から、注目要素についての量子化データの変更値を選択する。

具体的には、上述の符号データのサイズ、上述の変化量、および上述の量子化誤差のそれぞれに対して重み付け係数が予め設定されており、選択部６は、上述の複数の変更候補値のそれぞれについて、符号データのサイズ、上述の変化量、および量子化誤差と重み付け係数との積和を評価値として計算し、その評価値の値に基づいて、上述の複数の変更候補値から、注目要素についての量子化データの変更値を選択する。

なお、画像処理装置における上述の各処理部は、コンピューターによりプログラムを実行することで実現するようにしてもよいし、専用の電子回路（例えばＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）で実現するようにしてもよい。

次に、上記画像処理装置の動作について説明する。図２は、図１に示す画像処理装置の動作について説明するフローチャートである。

まず、ブロック分割部１が画像データを画素ブロックごとに分割し、空間周波数変換部２が、画素ブロックごとに画像データに対して空間周波数変換を行い、量子化部３は、空間周波数変換部２による空間周波数変換後の画素ブロックのデータを量子化して量子化データを生成する（ステップＳ１）。

次に、候補生成部４は、空間周波数変換後の画素ブロック内で、所定のスキャン順序に沿って注目要素を選択する（ステップＳ２）。

図３は、符号化時の画素ブロック内の要素のスキャン順序を説明する図である。図３に示すように、画素ブロック内の要素は、空間周波数が低いものから空間周波数が高いものへと順番にスキャンされる。

そして、候補生成部４は、その注目要素についての量子化データの値と、その注目要素の直前要素および直後要素についての量子化データの値との関係から、注目要素の量子化データの値が決定されるか否かを判定する（ステップＳ３）。図４は、図１における候補生成部４の動作を説明する図である。

なお、「注目要素の直前要素」についての量子化データの値には、その要素が注目要素であったときの更新後の値が使用される。

この実施の形態では、図４に示すように、注目要素の量子化データの値Ｑ（ｉ）、注目要素の直前要素の量子化データの値Ｑ（ｉ−１）、および直後要素についての量子化データの値Ｑ（ｉ＋１）のパターンが９パターンに分類される。

注目要素についての量子化データの値と、その注目要素の直前要素および直後要素についての量子化データの値との関係から、注目要素の量子化データの値が決定される場合、つまり、注目要素の量子化データの値が変更されない場合、候補生成部４は、その注目要素について、量子化部３により生成された量子化データの値をそのまま符号化部５に出力し、符号化部５は、その量子化データの値を符号化する（ステップＳ４）。図４におけるパターン＃１，＃３，＃７，＃９の場合、注目要素の量子化データの値は変更されない。

一方、注目要素についての量子化データの値と、その注目要素の直前要素および直後要素についての量子化データの値との関係から、注目要素の量子化データの値が決定されない場合、つまり、注目要素の量子化データの値を変更する可能性がある場合、候補生成部４は、その注目要素について、変更候補値（この実施の形態では、量子化部３により生成された量子化データの値、その値＋１、その値−１の３つ）を符号化部５に出力し、符号化部５は、その変更候補値をそれぞれ符号化する（ステップＳ５）。図４におけるパターン＃２，＃４〜＃６，＃８の場合、３つの変更候補値について符号化が行われる。

なお、最初に、空間周波数の最も低い要素（つまり、ＤＣ成分の要素）が選択されるが、その場合には、直前の要素がないので、その要素の量子化データは、値を変更されずに符号化される。

選択部６は、変更候補値ごとに、量子化誤差の絶対値、符号化後のデータのサイズ、および注目要素の直後要素の量子化データの値との変化量（差）の絶対値を特定し、それらと、それらに対応する所定の重み付け係数との積和を評価値として計算する（ステップＳ６）。

図５は、図１における選択部６の動作を説明する図である。図５に示すように、各変更候補値に対して評価値が計算される。図５に示す場合では、注目要素についての空間周波数変換後のデータの値が９９であり、量子化係数値が２０であり、量子化データは、４となる（切捨処理の場合）。なお、図５における符号データのサイズは、注目要素の量子化データの値と直前要素の量子化データの値との差（絶対値）が２以上異なる場合のものを１００％としたときの比率で表現されている。

そして、選択部６は、その評価値に基づき、変更候補値のうちの１つを、注目要素の量子化データの変更値として選択するとともに、その選択した変更候補値に対応する符号データを、注目要素の符号データとして出力する（ステップＳ７）。

図５に示す場合では、評価値が最も低い変更候補値である「５」が注目要素の量子化データの変更値として選択される。なお、評価値が最も低い変更候補値が複数存在する場合には、例えば、変更量（つまり、元の量子化データの値と変更候補値との差）が最も少ないものを選択すればよい。

そして、候補生成部４は、画素ブロック内のすべての要素についての符号化が完了したか否かを判定し（ステップＳ８）、後続の要素がある場合には、後続の要素を注目要素として、ステップＳ２からの処理を、符号化部５および選択部６とともに再度実行する。

なお、画素ブロック内のすべての要素についての符号化が完了したと判定された場合、候補生成部４、符号化部５および選択部６は、次の画素ブロックに対して同様の処理を行い、画像データにおけるすべての画素ブロックについての処理が完了するまで、後続の画素ブロックを同様に処理する。

以上のように、上記実施の形態によれば、符号化部５は、注目要素についての量子化データの値とその値の所定範囲の周辺値とを含む複数の変更候補値をそれぞれエントロピー符号化して符号データを生成し、選択部６は、少なくとも複数の変更候補値のそれぞれについての符号データのサイズに基づいて、複数の変更候補値から、注目要素についての量子化データの変更値を選択し、選択した変更値に対応する符号データを注目要素についての符号データとする。

なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上記実施の形態では、ＪＰＥＧ方式での符号化を行っているが、その代わりに、ＪＰＥＧ２０００方式での符号化を行うようにしてもよい。その場合、空間周波数変換としてはウェーブレット変換が実行され、エントロピー符号化としては、ＥＢＣＯＴ（Embedded Block Coding with Optimized Truncation）が実行される。

また、上記実施の形態において、注目要素についての空間周波数変換後のデータの値が、その値が取り得る範囲（例えば０〜２５５）の最大値である場合、量子化データの値より大きい値の変更候補値（上述の場合では、Ｑ（ｉ）＋１）を生成しない。同様に、上記実施の形態において、注目要素についての空間周波数変換後のデータの値が、その値が取り得る範囲の最小値である場合、量子化データの値より小さい値の変更候補値（上述の場合では、Ｑ（ｉ）−１）を生成しない。

また、上記実施の形態において、空間周波数変換後のデータに対して、変更候補値の範囲（上述の例ではプラスマイナス１の範囲）を固定としているが、空間周波数に応じて（つまり、空間周波数変換後の画素ブロック内の要素の位置に応じて）、変更候補値の範囲を変更するようにしてもよい。例えば、高周波数になるほど、変更候補値の範囲を広くするようにしてもよい。

また、上記実施の形態において、空間周波数変換後の画素ブロックにおける所定の空間周波数以上の要素についてのみ、上述のように量子化データの値の調整を行い、所定の空間周波数未満の要素については、量子化データの値の調整を行わず、量子化部３により生成された量子化データの値をただちに符号化するようにしてもよい。

また、上記実施の形態において、候補生成部４は、量子化誤差が所定の範囲内となるすべての値を、量子化データの変更候補値とするようにしてもよい。

また、上記実施の形態において、候補生成部４は、生成した変更候補値のうち、量子化誤差が所定の閾値を超えるものについては、変更候補値から除外するようにしてもよい。

本発明は、例えば、画像形成装置内での画像データの圧縮に適用可能である。

１ブロック分割部
２空間周波数変換部
３量子化部
４候補生成部
５符号化部
６選択部

Claims

画像データを画素ブロックごとに分割するブロック分割部と、
前記ブロック分割部により分割された前記画素ブロックの画像データに対して空間周波数変換を行う空間周波数変換部と、
前記空間周波数変換部による空間周波数変換後の前記画素ブロックのデータを量子化して量子化データを生成する量子化部と、
空間周波数変換後の前記画素ブロック内における注目要素についての前記量子化データの値とその値の所定範囲の周辺値とを含む複数の変更候補値をそれぞれエントロピー符号化して符号データを生成する符号化部と、
少なくとも前記複数の変更候補値のそれぞれについての前記符号データのサイズに基づいて、前記複数の変更候補値から、前記注目要素についての前記量子化データの変更値を選択し、選択した前記変更値に対応する前記符号データを前記注目要素についての前記符号データとする選択部と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
前記選択部は、前記複数の変更候補値のそれぞれについての前記符号データのサイズ、前記注目要素の直後要素についての前記量子化データの値と前記複数の変更候補値のそれぞれとの変化量、および前記複数の変更候補値のそれぞれについての量子化誤差に基づいて、前記複数の変更候補値から、前記注目要素についての前記量子化データの変更値を選択することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
前記符号データのサイズ、前記変化量、および前記量子化誤差のそれぞれに対して重み付け係数が予め設定され、
前記選択部は、前記複数の変更候補値のそれぞれについて、前記符号データのサイズ、前記変化量、および前記量子化誤差と前記重み付け係数との積和を評価値として計算し、前記評価値の値に基づいて、前記複数の変更候補値から、前記注目要素についての前記量子化データの変更値を選択すること、
を特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
前記注目要素は、前記画素ブロック内の要素のうち、所定の空間周波数以上の空間周波数の要素とされることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。
前記複数の変更候補値の前記所定範囲は、前記注目要素の空間周波数に応じて設定されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。
前記複数の変更候補値のうち、量子化誤差が所定の閾値を超えるものについては除外されることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。
前記注目要素の直前要素についての前記量子化データの値および前記注目要素の直後要素についての前記量子化データの値の少なくとも一方が、前記量子化部により生成された前記注目要素についての前記量子化データの値を除く前記複数の変更候補値のいずれかと等しい場合、前記符号化部は、前記複数の変更候補値をエントロピー符号化して符号データを生成し、前記選択部は、前記複数の変更候補値から、前記注目要素についての前記量子化データの変更値を選択し、選択した前記変更値に対応する前記符号データを前記注目要素についての前記符号データとし、
前記注目要素の直前要素についての前記量子化データの値および前記注目要素の直後要素についての前記量子化データの値のいずれも、前記量子化部により生成された前記注目要素についての前記量子化データの値を除く前記複数の変更候補値のいずれとも等しくない場合、前記符号化部は、前記注目要素についての前記量子化データの値を除く前記複数の変更候補値を符号化せずに、前記注目要素についての前記量子化データの値をエントロピー符号化して前記符号データを生成すること、
を特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。
前記複数の変更候補値は、前記注目要素についての前記量子化データの値、前記注目要素についての前記量子化データの値から１を減算して得られる値、および前記注目要素についての前記量子化データの値から１を加算して得られる値を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。
前記空間周波数変換部は、前記空間周波数変換として離散コサイン変換を実行し、
前記符号化部は、前記エントロピー符号化としてハフマン符号化を実行すること、
を特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の画像処理装置。
請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の画像処理装置を備え、
前記画像処理装置は、網点を含む画像の画像データを符号化すること、
を特徴とする画像形成装置。