JPH01141495A - カラー画像の符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はカラー画像情報の表示、あるいは伝送する際に
、３色データをよシ簡略化した色データセットに変換し
、情報量を圧縮して伝送あるいは表示を行うカラー画像
の符号化方法に関するものである。

従来の技術 従来から画像情報量の圧縮方法には多種多様の考案がな
されておシ、濃淡画像に関してはＤＰＣＭ符号化法、直
交変換（アダマール変換やコサイン変換）を用いたもの
、差分ブロック符号化やベクトル量子化法、ビットプレ
ーン符号化法など種々の方式がある。（たとえば、テレ
ビジョン学会誌：論文特集“高能率符号化技術とその応
用”、第３９巻第１０号（１９８５年１０月号）、ある
いは小林、山水：“カラーファクシミリ信号の高圧縮符
号化方式”、画像電子学会誌、第１５巻第４号、Ｐ２２
５（１９８６年１０月）がある。） またカラー画像に関しては、輝度−色差分離符号化や輝
度変化の大なる部分でのみ色信号の変化を伝送するプラ
トー符号化法、均等知覚色空間であるＬ＊　ａ＊　ｂ＊
表色系での符号化法など、色情報の性質を利用した符号
化法が開発されている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、これら従来の符号化法の多くは色情報を
３原色理論の立場から３つの独立した濃淡信号として取
扱っている。また、３色信号を輝度信号と色差信号に分
離して別個に符号化する方法においても、色差信号は輝
度信号に比して狭帯域で伝送しても劣化が少いという視
覚の空間周波数特性が利用されているにすぎず、このた
め従来のカラー画像情報の符号化方法は一般に符号化の
手続きが複雑で、かつ画素濃度値の２次元配列の空間的
な冗長性に注目しているため予測誤差が画像の解像度劣
化を生ずるなどの問題があった。

本発明はこれらの問題点に鑑み、符号化の手続きが比較
的簡便でかつ再生時忙画像の解像度劣化を生じせしめな
いカラー画像の符号化方法を提供するものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、カラー原画の３色分解画素データに対し、３
色のうちの１色を基準色画素値として、他の２色の画素
値を前記基準色画素値の多項式展開により表現し、前記
基準色画素については原データをそのまま伝送し、他の
２色についてはＮ×Ｍ画素（但し、Ｎ、　　Ｍは正整数
）をブロックとするブロック毎に前記多項式展開の展開
係数値のみを伝送し、受信側においては前記基準色画素
値と展開係数値から前記２色の原画素値を近似再生する
ものである。

作用 本発明は上記方法により、以下のように作用させる。

すなわち、概念的には、自然界のカラー画像情報を対象
としてこれを３色分解走査し、走査線に沿って標本化さ
れた画素信号の配列として眺めたとき、各色分解版の画
素信号系列の濃淡値の間には強い相関性が認められる。

ある色信号についての画素濃度値が走査線に沿って増加
するときは、他の２色の画素濃度値も共に増加する傾向
が強く、逆にある色信号の画素濃度値が走査線に沿って
減少するときは、他の２色の画素濃度値も共に減少する
確率が高いという性質であシ、この性質を利用すればあ
る１色の画素濃度信号に依存して他の２色の画素濃度信
号を予測推定することが可能である。本発明は上記方法
により、このような性質を積極的に活用するものである
。

実施例 以下、実施例をもとに本発明の動作原理を説明する。

第１図は本発明の基本原理を示したもので、カラー原画
１は３色分解走査の後、標本化と量子化を行うことによ
って２．　３．　４で示す赤、緑、青のディジタル画像
（Ｒｉｊ）　、　　（Ｇｉｊ）、（Ｂｉｊ）に変換され
る。Ｒｌｊは座標（ｉ、　　ｊ）における赤色の画素値
を表し、（Ｒｉｊ）は画素の集合を表す。緑および青に
ついても同様である。次に３色のうちのある１色、たと
えば緑色の画素値Ｇｉｊを基準色として他の２色の画素
値Ｒ１ｊとＢｉｊを近似的に表現するように符号化を行
う。符号化は第１図の５および７に示すよう１ｃＲｉｊ
およびＢｔｊをＭＸＮ画素を単位とするブロックに分割
して行う。いま分割された第に番目（ｋ＝１．２・・・
・・・）のブロックについて、ＲｌｊおよびＢｉｊはＧ
ｉｊを変数とするＬ次の多項式により記述される。

すなわちＲｌｊおよびＢｌｊの第にブロックにおける各
画素値の多項式近似値を（ｍｊ）ｋおよび（負１ｊ）ｋ
　　ととすれば （Ｒｉｊ）ｋ　＝　ｒｋｓ＋ｙｋｚ　Ｇ！ｊ　＋　ｙｋ
　ｔＧｉｊ　”＋　ｙｋｍＧｉｊ”　＋　・−・・＋　
ｒｋＬＧＩＪ 、Ｊ ＋ｂｋＬＧＩＪ ＝Ｄ　ｂｋｔＧｉｊ　　　　　　　　　　・・・・・・
（２）ｔオＯ （但し、ｒｋ・、ｂｋａはオフセットを表す定数である
。） ここで展開の係数を示す行ベクトル ｒｋ　＝　（ｒｋｔ）＝（ｙｋｏ、　ｒｋｍ、　ｒｋｌ
＋”””＋　　ｒｖ、ｐ　）”（３）ｍｋ　＝　（ｂｋ
ｔ）＝（ｂｋ＋、　ｂｋｌ、ｂｋ雪、　−・”、　ｂｋ
Ｌ）・・・（４）は、各ブロック毎に、原画素値（Ｒｉ
Ｄおよび（ＢｉＤｋとの平均２乗誤差 ｅｒ　＝Ｅ（１（Ｒｉｊ）ｋ−（Ｒｉｊ）ｋ＋”）　　
　　−・−・（５）ｅ　ｂ　＝Ｅ（ｔ　（Ｂｉｊ）ｋ−
（ＢｉＤｋ内　　　・・・・・・（６）を最小とするよ
うに定められる。

このようにして算出された係数ベクトルγにおよびｂｋ
は各ブロック毎にＭＸＮ画素を代表する符号として伝送
される。第１図の５および７は各ブロックを代表する係
数ベクトルの配列を示している。一方、符号化されない
基準色の画素値Ｇｉｊは原データがそのまま伝送される
。

本発明では以上の変換手続きにより、原データ（ＲｉＤ
　、　　（Ｇｉｊ）　、　　（ＢｉＤの代シに、基準色
データ（ＧｉＤと係数データ（ｒｋ）および（−ｋ）を
伝送する。受信側では、これから第（１）式および第（
２）とができる。ここで係数列（ｒｋ）および（１０は
ＭＸＮ画素毎の代表値として伝送されるため、ＭＸＮが
大きく、展開の次数りが小さい程、情報量は圧縮される
ことになる。

いま圧縮比をｍとすればｍは ｍ　＝　３／　ｌ　１　＋　２　（Ｌ＋１　）／　ＭＮ
Ｉ　　　　　−・・（７）で与えられる。

すなわちＭ　Ｎ　＞　２　（Ｌ＋１）のときはｍ膓３と
なシ、３色画像データをほぼ基準色画像１色のみで表す
ことになり、データ量は凶に圧縮される。ｍは３を越え
ることはない。

第２図は本発明の原理により実際のカラー画像データを
近似した場合の走査線に沿った画素値の復元の様子を示
した実験データの一実施例である。

第２図（ａ）は録画像からの赤画像の近似再生結果（実
線＝原画像、破線＝再生画像）を、第２図（ｂ）は録画
像からの青画像の近似再生結果（実線＝原画像、破線＝
再生画像）をそれぞれ示している。

また本実施例ではＭ＝Ｎ＝１６．Ｌ＝２であシ、録画像
を基準色としている。赤および青画像についてはＭ　Ｘ
　Ｎ　＝　２５６画素毎に２次式を表す３つの係数（γ
に＋、　ｒｋｎ、　ｒｋｔ）および（ｂｋｏ、　ｂｋｍ
、　ｂｋ雪）のみを伝送し、ｍ　＝　２．９３倍に圧縮
している。実験データに示されるように伝送されている
のは殆んど録画像１色であるにも拘らず赤および青画像
が非常によい近似で再現されていることがわかる。すな
わち本発明は基準色に選んだ単色画像のみを伝送し、残
りの２色については基準色画像信号からの結合関数とし
て再生するもので、画素配列における色信号間の強い相
関性を利用したものである。

赤＠）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素値間の相関性は、画
像の中のある色領域、たとえば花があればその花びらや
葉など同色相の領域についてとくに強く現われることは
容易に類推できる。

下表は標準的なテストチャートについて、Ｒ，Ｇ。

Ｂの画素間の相関係数を画像中の人物の顔、花、果実な
どの部分領域について調べた結果の一実施例で、それぞ
れに高い相関が認められる。

表面素の部分領域における３色信号間の相関係数次に第
３図は本発明を実現するための符号化装置の一実施例で
ある。第３図に示すように、まずカラー原画３０１は３
色分解スキャナ３０２によって読取られ、標本化・量子
化器３０３により赤、緑。

青の３色分解ディジタル画像忙変換される。次に各色毎
の画素値Ｒｉｊ、　Ｇｉｊ、　Ｂｉｊは走査の画素順に
Ｎラインのメモリ３０４．　３０５．　　および３０６
に一時記憶される。このＮラインのメモリ３０４〜３０
６から走査線方向にＭ画素づつを切出すことによってＭ
×Ｎ画素のブロックに分割することができる。

３０７はこのＭＸＮ画素単位のブロック毎に赤信号の画
素（ＲｉＤｋと緑信号の画素（Ｇｉｊ）ｋを用いて、前
述の赤画像用の展開係数１ｋを算出する赤色係数演算器
である。同様に３０８は青信号の画素（Ｂｉｊ）ｋと緑
信号の画素（Ｇｌｊ）ｋから青画像用の展開係数Ｉｌｋ
を算出するを算出する青色係数演算器である。

これらの係数演算器３０７．　３０８は最小２乗法に基
づくマトリクス計算を行うもので、汎用のマイクロプロ
セサを使用することができるが、さらに高速化を必要と
する場合は積和演算用のＬＳＩ素子やＤＳＰ（ディジタ
ルシグナルプロセサ）素子を用いて行列演算器を構成す
ればよい。算出された行数列（ｆｋ）および（ｂｋ）は
データ線３０９および３１０を介して係数メモリ３１１
および３１２に一時記憶される。一方符号化されない緑
信号の画素（Ｇｉｊ）ｋはそのままマルチプレクサ３１
３に送られる。

このマルチプレクサ３１３は（ＧｉＤｋとＣｒｋ＞およ
び（ｂ　ｋ）を順に伝送線に送出する作用をもち、Ｎラ
イン毎にまず（Ｇｉｊ）ｋを送出し次いで（ｆｋ）およ
び（ｋｌｋ）をこれに付加する形で出力端３１４に送出
する。

以上の動作はＮライ／単位で繰返され、Ｎラインの係数
算出が終了する毎に次の新しいＮラインの画素データが
メモリ３０４．　３０５．　３０６に入力されるが、こ
の動作を途切れなく連続的に行う必要があるときには、
メモリ３０４．　３０５．　３０６を２系統すなわち２
Ｎラインずつ設け、いわゆる２バッファ方式で前のＮラ
インが演算動作に入った時点で次の新しいＮラインを予
め準備するように演算とメモリへのローディングを並行
して行わしめればよい。

以上第３図は符号化装置の構成を示したものであるが、
行数列（ケｋ）、　（ＩＩＩｋ）と録画像（Ｇｉｊ）ｋ
から元の赤画像および赤画像を再生する復号化装置につ
いては、第３図の変換の逆過程によって同様に実現でき
ることは言うまでもない。また基準色信号は必ずしも録
画像である必要はなく３色のうちのいずれの１色であっ
てもよいし、また３色信号はＩ’Ｌ、　　Ｇ、　　Ｂで
ある必要もない。すなわち几。

Ｇ、　　Ｂからの線形変換によってつくられる３色信号
たとえばＮＴＳＯテレビジョンに用いられるＹＩＱ信号
であってもよく、その場合は基準信号として解像度の高
いＹ信号を割シ当てれば好都合である。

なお本発明によれば、圧縮比ｍ　＝　３が得られ３色画
像データはほぼ３分の１の１色画像データ量で済むが、
基準色画像データに対して他の符号化法、たとえばＤＰ
ＣＭや差分ブロック符号化あるいはベクトル量子化法を
適用しこれと本発明を複合すればさらに高圧縮比を得る
ことができる。

第４図は本発明を利用した高能率符号化装置のブロック
構成を示す一実施例である。４０１〜４０３は第３図ノ
３０１〜３０３Ｉ／ｃ対応し、４０４は第３図の３０４
〜３１２に示した全体を表している。ここで、処理部４
０４の出力である行数列（／ｒｋ）および（ｂ　ｋ）は
第３図と同様にマルチプレクサ４０６にそのまま送られ
るが、基準色の録画像データＧｉｊはさらに他の符号化
圧縮器４０５を通して圧縮された基準色符号化画像Ｇｉ
ｊに変換したのちマルチプレクサ４０６で合成され、出
力端４０７へ導かれて伝送路へ送出される。

なお、符号圧縮器４０５には上述のＴ）ＰＯＭ符号器や
差分ブロック符号器などを当てることができる。この場
合符号圧縮器４０５の圧縮比をｎとすればこれと本発明
を併用した総合圧縮比ｍはで与えられ、ＭＮ＞２　（Ｌ
＋１）のときはｍ　＝　３ｎとなる。基準色となる単色
画像に対しては画素間の冗長度圧縮によりｎ　＝　５〜
１０を得ることかできるので、本発明の適用によ＃）ｍ
＝１５〜３０倍の高圧縮比を達成することが可能である
。

発明の効果 以上のように本発明によれば、３色画像データを近似的
にほぼ１色分の基準色データのみで表現し、他の２色の
画素値は、基準色画素値の多項式から近似再生される。

したがって基準色画像の１画素毎の明暗の変化に応答し
た再生値が得られ、基準色画像と同等の解像度特性を保
持している。

このことは従来のブロック符号化法に代表されるような
近似による解像度の劣化を生じないという特長を有して
おシ、また従来の濃淡画像に適用される符号化圧縮法と
本発明を併用すれば、カラー画像情報量をさらに１／３
に高圧縮することが可能となシ、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラー画像の符号化方法における基本
原理を示す概念図、第２図（ａ）、　（ｂ）は同本発明
を実際の画像データに適用した場合の実験例を示すグラ
フ、第３図は同本発明を適用した符号化装置の一実施例
を示すブロック結線図、第４図は同本発明と従来の符号
化法を併用した高能率符号化圧縮装置の一実施例を示す
ブロック結線図である。 ３０１、　４０１・・・カラー原画、３０２．４０２・
・・３色分解スキャナ、３０３．　４０３・・・標本化
・量子化器、３０４〜３０６・・・メモリ、３０７．　
３０８・・・係数演算器、３１１、　３１２・・・係数
メモリ、３１３．　４０６・・・マルチプレクサ、４０
４・・・処理部、４０５・・・符号化圧縮器。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）カラー原画の３色分解画素データに対し、３色の
   うちの１色を基準色画素値として、他の２色の画素値を
   前記基準色画素値の多項式展開により表現し、前記基準
   色画素については原データをそのまま伝送し、他の２色
   についてはＮＸＭ画素（但し、Ｎ、Ｍは正整数）をブロ
   ックとするブロック毎に前記多項式展開の展開係数値の
   みを伝送し、受信側においては前記基準色画素値と展開
   係数値から前記２色の原画素値を近似再生することを特
   徴とするカラー画像の符号化方法。
2. （２）展開係数はブロック毎に原画素値と多項式の値と
   の平均２乗誤差が最小となるように定めることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のカラー画像の符号化方
   法。
3. （３）基準色として赤、緑、青３色分解画素データのう
   ち緑色を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のカラー画像の符号化方法。
4. （４）カラー原画の３色分解画素データとして、赤緑、
   青の３色信号を一次変換してなるＹＩＱ信号を用い、か
   つ基準色としてＹ信号を選択したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のカラー画像の符号化方法。
5. （５）基準色画素データに対してＤＰＣＭ符号化法、差
   分ブロック符号化法、ベクトル量子化法などの符号化手
   段を用いて圧縮伝送し、基準色以外の２色については多
   項式展開係数を伝送することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のカラー画像の符号化方法。