JPH0123033B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、画像を走査し画素単位にサンプリン
グして得られる多値画像データの圧縮方法に関す
る。

画像データの圧縮方法としては、ビツト・プレ
ーン符号化法（特開昭49−58705号）や、ブロツ
ク符号化法が良く知られている。

ビツト・プレーン符号化法は、各画素の濃度レ
ベルを２進符号で表現し、その２進符号列の同位
ビツトについて１次元のランレングス符号化を行
う。この方法は、中間調の多い画像のデータ圧縮
の用途に向くものであり、濃度の変化の激しい手
書き文書画像などのデータ圧縮にはあまり適さな
い。

後者のブロツク符号化法は、多階調画像の１次
元または２次元データ圧縮の方法であり、画像を
一定の区間（１次元圧縮のとき）または領域（２
次元圧縮のとき）に分け、区間毎または領域毎に
その平均濃度レベルと、それと各画素の濃度レベ
ルとの差を順次符号化する。この方法は、画像の
変化特性と無関係に区間または領域を設定するた
め、分割境界の前後で画像特性に相関があつて
も、それを活用できず、圧縮効率を低下させる原
因となる。

本発明の目的は、濃度変化の激しい手書き文
書、特に特徴を忠実に再現する必要のあるサイン
や朱肉印影などを含む手書き文書などの画像のデ
ータを、上記の従来方法よりも効率良く圧縮する
ことのできる、多値画像データ圧縮方法を提供す
ることにある。

しかして本発明による多値画像データ圧縮にお
いては、多値画像データの濃度レベルが走査ステ
ツプ毎に変化する区間と、同一濃度レベルが連続
する区間とを判別し、濃度レベルが走査ステツプ
毎に変化する区間には画像濃度の濃度遷移形態に
応じて所定のコードを付与する濃度遷移形態符号
化法を、同一濃度レベルが連続する区間にはラン
レングス符号化法を用いると共に、全濃度遷移形
態の中から特定の濃度遷移形態を選定し該濃度遷
移形態にそれぞれ固有の符号を割り当て、更に実
際の濃度遷移形態と特定の濃度遷移形態の間に濃
度誤差が生じる場合には、特定の濃度遷移形態符
号に濃度誤差符号を付加することにより、多値画
像のデータを圧縮することを特徴とする。

以下、８値（濃度レベル０〜７）の画像データ
の場合について、本発明の実施例を詳細に説明す
る。

同一濃度レベルが連続する区間についてはラン
レングス符号化を行う。この符号化には、公知の
モデフアイド・ハフマン法（Modified Huffman
Coding）やワイル法（Wyle Coding）を利用で
きる。この際、全ての濃度レベルに共通の符号体
系を適用してランレングス符号化を行うこともで
き、符号化手段の簡略化をはかる上では、これが
有利であるが、データの圧縮効率は低下する。反
対に各濃度レベル毎にそれぞれのランレングス分
布特性に最適な符号化体系を別々に用意した方
が、より高効率なデータの圧縮が可能であること
は明白であるが、それだけ装置が複雑化する。

しかし、濃度レベル毎のランレングス分布を調
べると、白レベル（濃度レベル０）の連続と、そ
れ以外の濃度レベルの連続とで、ランレングスの
分布特性が大きく異なるが、白レベル以外の各レ
ベル毎のランレングス分布特性はあまり大きく違
つていないことが判明した。したがつて、白レベ
ルの連続とそれ以外の濃度レベルの連続とに分
け、それぞれのランレングス分布特性に合致した
別々の符号体系を用意して符号化することによ
り、ほとんど圧縮効率を落すことはない。

そこで、本実施例では、白レベルの連続する区
間のランレングス符号化には、第１図のワイルコ
ード（WYC）を使用し、白レベル以外の連続に
は、第２図のミツクスコード（MXC）を使用す
る。

次に、濃度レベルが連続的に上昇または下降す
る区間（即ち、濃度レベルが走査ステツプ毎に変
化する区間）については、その区間の濃度レベル
の遷移形態数Nnは、上昇か下降かの向きを無視
すると、次式で表わされる。

Nn＝2ⁿ−１ (1)式 こゝで、ｎは最大濃度レベル差で、８値画像デ
ータではｎ＝７である。したがつて、N₇＝127で
ある。

この127通りの濃度遷移形態（変化経路）の１
つ１つに符号を割り当てることもできるが、本実
施例では、特定の濃度遷移形態として、次式で定
まる種類の濃度遷移形態を定義する。

N₀＝ｎ（ｎ＋１）／２ (2)式 こゝでｎ＝７であるから、N₀＝28である。本
実施例では、この28通りの特定の濃度遷移形態を
第３図に示すように定める。なお、ｌは区間の最
初の画素との濃度レベル差（絶対値）、ｍはその
最初の画素からの走査ステツプ数（画素数）であ
る。そして、上に定義した28通りの特定の濃度遷
移形態に対して、その出現頻度に応じた符号を割
り当てる（ハフマンの最大効率符号化法によるの
が好ましい）。本実施例では、特定の濃度遷移形
態に対して第４図に示すような濃度遷移形態符号
を割り当てる。

ところで、前述のように、８値の画像データで
は127通りの濃度遷移形態をとり得る。これら全
ての濃度遷移形態を示すと第５図のようになる。
同図から、例えばｍ＝１なら、ｌ＝１〜７につい
てそれぞれ１つの濃度遷移形態しかないが、例え
ばｍ＝２では、ｌ＝３〜７についてそれぞれ２通
り以上の濃度遷移形態をとり得ることがわかる。
つまり、実際の濃度遷移形態と特定の濃度遷移形
態との間に濃度誤差δが生じる。要約すれば、ｍ
＝１の場合と、ｍが２以上でｍ＝ｌの場合は常に
δ＝０であるが、それ以外の場合は濃度誤差δが
生じる。そして本実施例の８値画像の場合、δは
＋２〜−３の範囲内である。

そこで本実施例では、第６図のような濃度誤差
符号を定義し、濃度誤差が生じる濃度遷移形態の
画素に関しては、濃度遷移形態符号（第４図）の
後に濃度誤差符号（第６図）を付加する。

また、後述の符号化例で説明するように、特定
の濃度遷移形態のうち、ｌ＝１〜３の７通りの濃
度遷移形態については、濃度レベルが上昇するの
か下降するのか、圧縮データの復号側で判定でき
なくなる可能性がある。そこで本実施例では、上
昇か下降かの判定のつかないような場合には、濃
度遷移形態符号に１ビツトの判別符号を付加す
る。たゞし、このような判別のつかない７通りの
濃度遷移形態について、上昇の場合と下降の場合
のそれぞれに別々の符号を割り当てた濃度遷移形
態符号の体系を用意することも可能であり、そう
すれば上記の判定符号は不要になる。

以上に述べた方法の実際の適用例を第７図によ
つて説明する。

第７図のイは８値画像データであり、濃度レベ
ルを10進数で示してある。ロは８値画像データの
濃度レベルの変化を示すグラフであり、その横軸
は原画像（原稿）のスキヤナによる走査ステツプ
である。尚、走査ステツプ０は走査の開始点で、
次の走査ステツプ１から画像の読取りが開始され
るものとする。また本実施例のデータ圧縮法は、
走査ステツプ１では必ず白レベル（濃度レベル
０）であるという前提に立つているので、この前
提を満すために走査ステツプ１までは原稿の外側
で、走査ステツプ２から原稿の内側に走査点が入
るものとする。ハは圧縮データであり、これにつ
いて以下に順を追つて説明する。

まず、走査ステツプ０〜３までは白レベルの連
続である（走査長３）。したがつてこの区間は、
第１図のワイルコード“010”（WYC３）に符号
化する。

走査ステツプ３〜７までは濃度レベルが連続し
て上昇する。この区間の濃度レベル差ｌは７であ
り、第４図のNo.22の特定の濃度遷移形態の符号
“000”（BL２２）を割り当てる。この符号BL２
２は、濃度レベル差ｌが０，２，４，６，７と変
化する特定の濃度遷移形態に対するものである
が、当該区間では濃度レベル差が０，３（δ₁＝＋
１），５（δ₁＝＋１），６（δ₂＝０），７の濃度遷移
形態で変化している。そこで、第６図の濃度誤差
符号δ＝δ₁δ₂δ₃＝“10100”を特定の濃度遷移形態
符号BL２２の後に付加する。

走査ステツプ７〜９の区間は濃度レベル７が連
続する（走査長３）。そこで、第２図のミツクス
コード“1100”（MXC３）をこの区間に割り当て
る。

走査ステツプ９〜12の区間は、濃度レベルが連
続して下降する。この区間の濃度レベル差は４で
あり、その濃度遷移形態は特定の濃度遷移形態No.
15（第４図）と同一である。そこで、この区間に
濃度遷移形態符号“11011”（BL１５）を割り当
てる。そして濃度レベル差は０，２（δ₁＝０），３
（δ₂＝０），４と変化し、該当特定の濃度遷移形態
に一致するので、濃度誤差符号δ＝δ₁δ₂＝“00”
を付加する。

走査ステツプ12〜15の区間、走査ステツプ17〜
22の区間、走査ステツプ23〜24の区間に、ミツク
スコード“1101”（MXC４）とワイルコード
“1001”（WYC６）、ミツクスコード“10”（MXC
２）をそれぞれ割り当てる。

さて、走査ステツプ15〜17は、No.９の特定の濃
度遷移形態に対応する濃度遷移形態符号“11010”
（BL９）と、濃度誤差符号“０”が割り当てられ
ることは前述から明らかである。たゞこの区間
は、圧縮データの復号側で濃度レベルの上昇とも
下降とも判定し得るので、下降である旨を表示す
る１ビツトの判定符号“１”を付加する。

走査ステツプ22〜23の区間は走査ステツプ数が
１であるから、濃度誤差符号は付加されず、濃度
遷移形態符号“1111000”（BL２）だけが割り当
てられる。走査ステツプ24〜26の区間は、走査ス
テツプ数が２で濃度レベル差が２であるため、濃
度遷移形態符号“11111010”（BL８）が割り当て
られるのみで、濃度誤差符号は付加されない。

走査ステツプ26を境にして濃度変化が上昇から
下降に転じている。本実施例では、同一濃度レベ
ルの連続区間と、濃度レベルが連続的に上昇また
は下降する区間とが交互に現われることを前提に
している。そこで、上昇と下降の転換点である走
査ステツプ26を、走査長が１の同一レベルの連続
区間とみなし、ミツクスコード“０”を割り当て
る。

以下、同様の手順で８値画像データを走査ライ
ン方向に順次符号化し、圧縮データを得る。

以上の説明では、ランレングス符号（ワイルコ
ード、ミツクスコード）、濃度遷移形態符号、濃
度誤差符号（濃度誤差を生じ得ない場合は省略）
を順番に配列したが、これに限られるものではな
い。原理的には、例えばランレングス符号を１ラ
イン分まとめて行い、次に濃度遷移形態符号化を
１ライン分まとめて符号化し、その後に各区間の
濃度誤差をまとめて符号化するという手順も可能
である。たゞし、前述の手順の方が、一般に符号
化装置や復号化装置を簡略かつ安価に構成できる
といえる。

次に、以上に述べた８値画像データの圧縮を実
行するための装置の一例を説明する。

第８図に、データ圧縮装置の全体構成を示す。

まず、図示しないスキヤナで原稿１が走査さ
れ、アナログの画像信号が得られ、これがＡ／Ｄ
変換器２によつて８値の画像データ（デイジタル
信号）に変換される。この画像データは減算器３
の一方の入力へ直接与えられ、また遅延回路４に
よつて１画素分だけ遅延されて減算器３の他方の
入力に与えられる。減算器３はその２つの入力の
差、つまり隣接画素間の濃度レベル差の絶対値と
符号（正、負）を求める。減算器３の濃度レベル
差（絶対値）出力は、ゼロ検出器５および濃度遷
移形態符号化器６にそれぞれ入力され、符号出力
（サインビツト）は反転検出器７に入力される。

ゼロ検出器５は、減算器３から入力される濃度
差がゼロ（つまり、同一濃度レベルが連続する区
間）を検出すると、検出信号をランレングス符号
化器８および濃度遷移形態符号化器６に送出す
る。ランレングス符号化器８は、ゼロ検出器５か
ら検出信号が与えられている期間の画像データの
画素数（つまり、同一濃度レベルの連続する区間
の走査長）をカウントし、当該検出信号が少なく
なつた時点でランレングス符号を出力する。な
お、遅延回路４を通過した画像データが白レベル
か否かを白レベル検出器９で調べており、この白
レベル検出器９が白レベルを検出している場合
は、ランレングス符号化器８は第１図のワイルコ
ードで符号化し、そうでない場合は第２図のミツ
クスコードで符号化する。

また反転検出器７は、減算器３からのサインビ
ツトとゼロ検出器５の出力から、濃度レベルが上
昇から下降への反転（第７図の走査ステツプ26な
ど）を検出するものである。ランレングス符号化
器８は、反転検出器７から反転信号が出された時
に、白レベル検出器９から白レベル検出信号が与
えられると、ワイルコード“000”（WYC１）を
出力し、白レベル検出信号が与えられないと、ミ
ツクスコード“０”（MXC１）を出力する。

なお、上記のランレングス符号化器８は、従来
から良く知られているランレングス符号化器と同
様の構成でよいので、これ以上詳細な説明は割愛
する。

濃度遷移形態符号化器６は、ゼロ検出器５の出
力と反転検出器７の出力とから濃度レベルが連続
的に上昇または下降する区間を認識し、減算器３
の濃度差出力データに基づいて濃度遷移形態符
号、濃度誤差符号、判別符号を発生する。この符
号化器の詳細については後述する。

ランレングス符号化器８の出力と、濃度遷移形
態符号化器６の出力は、切換回路１０を通じて選
択的に回線速度変換バツフア１１に送られ、その
後モデム１２で回線信号に変調されて回線に送出
される。切換回路１０の入力切換えは、図示しな
いコントローラにより反転検出器７とゼロ検出器
５の出力に基づいて制御される。

濃度遷移形態符号化器６の一例を、第９図によ
つて説明する。

第８図中の減算器３の濃度レベル差出力がバツ
フアメモリ５１に順次入力され、７画素分が一時
記憶される。このバツフアメモリ５１の内容は
ROM（リード・オンリ・メモリ）５１へ並列出
力され、また減算器５３へ直列出力される。

カウンタ５４は、抑止ゲート５５を通して与え
られるクロツク（画像の走査クロツク）をカウン
トするもので、その出力は濃度遷移区間の走査ス
テツプ数を示す。なお、抑止ゲート５５は、ゼロ
検出器５（第８図）がゼロ検出信号を出している
（“１”信号を出している）期間だけ、カウンタ５
４へのクロツク入力を抑止する。

遅延回路５６、抑止ゲート５７、オアゲート５
８は、濃度遷移区間の区切り信号を作成するもの
である。カウンタ５４は、遅延回路５９を介して
与えられるオアゲート５８の出力信号によつてリ
セツトされる。

ROM５２は、カウンタ５４の出力とバツフア
メモリ５１の出力から、濃度遷移区間（濃度が上
昇または下降する区間）の濃度遷移形態に対応す
る特定の濃度遷移形態を示すデータを発生するも
のである。このROM５２の出力データは、
ROM６０、判別符号発生器６１、メモリ６２、
および並列入力／直列出力のシフトレジスタ６３
に入力される。

ROM６０は第４図の濃度遷移形態符号を記憶
している符号器で、ROM５２の出力データで指
定される濃度遷移形態に割り当てられた符号を出
力する。ROM６０の出力データ（濃度遷移形態
符号）は、並列入力／直列出力のシフトレジスタ
６４によつて直列データに直され、切換回路６５
の１つの入力に送られる。なお、シフトレジスタ
６４のデータのラツチ・タイミングはオアゲート
５８から与えられる。

メモリ６２はROM５２の出力データと判別符
号発生器６１の出力から、現時点の濃度レベルを
記憶更新しているものである。判別符号発生器６
１は、ROM５２の出力データとメモリ６２の出
力データから、濃度レベルが上昇する区間か下降
する区間かを復号側で一意的に判定できなくなる
ような区間（第７図の走査ステツプ15〜17の区間
など）を検出し、その区間が濃度の上昇する区間
であれば“０”を、下降する区間であれば“１”
を判別符号として出力する。この判別符号は切換
回路６５の１つの入力に与えられる。

シフトレジスタ６３は、オアゲート５８から与
えられるタイミングでROM５２の出力データを
ラツチし、それを直列データに変換して減算器５
３の１つの入力に供給する。減算器５３は、バツ
フアメモリ５１から入力されるデータと、シフト
レジスタ６３から入力されるデータとの減算を行
い、各区間の実際の濃度遷移形態と対応する特定
の濃度遷移形態との濃度誤差δを算出する。例え
ば、第７図の走査ステツプ３〜７の区間では、走
査ステツプ４，５，６に対してそれぞれ１，１，
０の濃度誤差を出力する。濃度誤差符号器６６
は、減算器５３から与えられる濃度誤差に対応す
る濃度誤差符号（第６図）を出力する。この濃度
誤差符号は切換回路６５の１つの入力に与えられ
る。

切換回路６５は、反転検出器７、ゼロ検出器
５、判別符号発生器６１の出力にしたがつて、図
示しないコントローラにより入力の切換えが制御
される。この切換回路６５を介して、レジスタ６
４から直列出力される濃度遷移形態符号、濃度誤
差符号器６６から出力される濃度誤差符号、判別
符号発生器６１から出る判別符号の全てまたは一
部が、第７図に例示するような順序で次段の切換
回路１０（第７図）に送出される。

なお、こゝまでの説明では特に言及しなかつた
が、実は、濃度レベルが連続的に変化する部分の
誤差（前述の濃度誤差δ）は、次に示す(3)式から
算出できるものである。

δ_s+o′＝［l_s+o′−｜l_e−l_s｜／m_e−m_s・n′］_o′ ＝１，２，…，（m_e−m_s−１） (3)式 こゝで m_s：濃度レベルが連続的に変化する部分の始
点の走査ステツプ番号 m_e：濃度レベルが連続的に変化する部分の終
点の走査ステツプ番号 l_s：走査ステツプ番号m_sでの濃度レベル l_e：走査ステツプ番号m_eでの濃度レベル l_s+o′：走査ステツプ番号（m_s＋n′）と走査ス
テツプ番号m_sとの間の濃度レベル差の絶
対値 δ_s+o′：走査ステツプ番号（m_s＋n′）での濃度
誤差 〔 〕：ガウス記号 たゞし、m_e−m_s＜２または｜l_e−l_s｜／m_e−m_s＝１の 場合は、当該演算は実行しない（濃度誤差は考え
る必要がないゆえ）。

なお、圧縮データの復号側では、濃度誤差に関
して(3)式の逆演算を行えばよいことは当然であ
る。

本発明は以上に詳述した如くであり、濃度レベ
ルが一定の区間と、濃度レベルが走査ステツプ毎
に変化する区間を判別し、各区間毎に符号化する
ため、従来のビツトプレーン符号化法やブロツク
符号化法よりも効率良く、手書き文書などの画像
データを圧縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はワインコードを示す図、第２図はミツ
クスコードを示す図、第３図は特定の濃度遷移形
態を示す図、第４図は濃度遷移形態符号を示す
図、第５図は全ての濃度遷移形態を説明する図、
第６図は濃度誤差符号を示す図、第７図は８値画
像データの符号化の一例を示す図、第８図は本発
明を実施するデータ圧縮装置の一例を示すブロツ
ク図、第９図は第８図中の濃度遷移形態符号化器
の一例を示す詳細ブロツク図である。 ２…Ａ／Ｄ変換器、３…減算器、４…遅延回
路、５…ゼロ検出器、６…濃度遷移形態符号化
器、７…白レベル検出器、９…白レベル検出器、
１０…切換回路、１１…回線速度変換バツフア、
１２…モデム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 画像を画素単位毎にサンプリング・量子化し
   て得た多値画像データを符号化して画像データを
   圧縮する方法であつて、 前記多値画像データの濃度レベルが走査ステツ
   プ毎に変化する区間と、同一濃度レベルが連続す
   る区間とを判別し、濃度レベルが走査ステツプ毎
   に変化する区間には画像濃度の濃度遷移形態に応
   じて所定のコードを付与する濃度遷移形態符号化
   法を、同一濃度レベルが連続する区間にはランレ
   ングス符号化法を用いる画像データの圧縮方法に
   おいて、 全濃度遷移形態の中から特定の濃度遷移形態を
   選定し該濃度遷移形態にそれぞれ固有の符号を割
   り当て、更に実際の濃度遷移形態と特定の濃度遷
   移形態の間に濃度誤差が生じる場合には、特定の
   濃度遷移形態符号に濃度誤差符号を付加すること
   により、多値画像のデータを圧縮することを特徴
   とする多値画像データ圧縮方法。