JPH01267781A - 階調画像データの圧縮方法 - 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Ｘ線写真やＣ７画像などの医用画像のような階
調画像のデータを圧縮する階調画像データの圧縮方法に
関する。

（発明の背景） デジタル技術の進歩に伴ない１階調画像をデジタル化し
て保存、伝送したり、種々のデジタル画像処理を施した
りすることか頻繁に行なわれるようになった。しかしな
がら、階調画像は２値画像に比べて情＋４ｉ量か多く、
従って階調画像をデジタル化したときのデータ量の多さ
か問題となっている。特に医用画像ては、デジタル化す
るときの画素数および各画素に要するビット数か、たと
えば胸部ｘＶｊ写真では４００万画素、８〜１０ビツト
と膨大であり、データの保存や転送を行なう上て効率か
悪い。

そこて今日、医用画像を含む階調画像の膨大なデータを
圧縮してコンパクト化するデータ圧縮技術か脚光を浴び
ている。

データ圧縮技術は大きく分けて可逆圧縮と非可逆圧縮と
に分類されるが、可逆圧縮では１／２〜１／３程度の低
い圧縮率しか望めないため、１１５以上の高い圧縮率か
得られる非可逆圧縮方式、特に変換符号化方式が注目さ
れている。

変換符号化とは、画像全体を小さなブロックに分割し、
ブロック単位に直交変換を施し、これにより得られた変
換係数を量子化し符号化する非可逆圧縮方式の１ってあ
り、階調画像を圧縮するのに最も適した圧縮方法である
。

変換符号化において、変換係数の交流成分の分布はゼロ
にピークを持つガウス分布に近似することが知られてお
り、このような分布を持つ変換係数の量子化を量子化判
定レベルにゼロを含むＭｉｄ−ｒｉｓｅｒ、ＩＱ量子化
、埴子化出力レベルにゼロを含むＭｉｄ−ｔｒａｃｅ型
量子化とに分類した場合、Ｍｉｄ−ｔｒａｃｅ型量子化
の方かブロック内のランダムノイズか少なくてより好ま
しいことか報告されている。

変換符号化において高い圧縮率を得るためには、高周波
をカットする方法と量子化幅を大きくする方法がある。

高周波をカットする場合力ウド率を大きくするほど復元
画像にボケが生じやすくなるという性質がある。また高
周波をカットせず量子化幅を大きくしてゆくと、Ｍｉｄ
−ｔｒａｃｅ型の４量子化においては成分固有のパター
ン画像か生しやすくなるという性質がある（Ｍｉｄ−ｒ
　ｉＳ　ｅ　ｒ　７Ｊ子化ではランダムノイズが増加す
る）。高画質すなわち原画像に忠実な復元画像を１’Ｊ
るためには全周波数成分を小さい量子化幅で量子化すれ
ばよいが、符号化時の符号量が増加するため圧縮率が低
下してしまう。

本発明者らは高周波のカット度合と量子化幅と画質の関
係を調べ、各ブロックの性質に応じて量子化幅と高周波
カット度合を３１１１５することにより高い圧縮率で忠
実度の高い復元画像が得られることを発見した。

以下にその概要を述べる。

Ｍｉｄ−ｔｒａｃｅ型の量子化を行なう場合の復元画像
の画質は圧縮時の量子化段階でゼロに量子化された変換
係数交流成分の個数と強い相関関係がある。すなわち復
元画像の各ブロックの画像はμ子化時にゼロ以外に量子
化された変換係数交流成分の成分固有のパターンの加重
和となっているためゼロ以外に量子化される変換係数交
流成分の個数か少ない場合は成分固有のパターン画像か
復元画像内に出現する。そこで成分固有のパターン画像
か出現しやすいブロックではまず量子化幅を狭めてゼロ
に量子化される変換係数交流成分の個数を減少させ１次
に量子化幅を狭めたことに起因する符号量の増加を高周
波成分をカットすることにより抑制する。高周波のカッ
ト度合は量子化幅が小さいプロ・ンクほど大きくする。

また高周波のカット度合は圧縮率によっても変化させる
。全体として高い圧縮率を得たい場合にはカット度合を
大きくする。成分固有のパターン画像の出現しやすいブ
ロックの検出方法にはゼロに量子化される変換係数交流
成分の個数をパラメータとして用いる方法か適している
。たとえば幅の異なる複数個の量子化幅をあらかじめ設
定しておき、これら複数個の量子化幅を用いたときのゼ
ロに量子化される交流成分の個数を各量子化幅ごとに調
べ、■ブロック分のゼロに量子化される交流成分の個数
がある閾値以下となるような量子化幅を検出し、この量
子化幅でそのブロックの交流成分を量子化する。また、
あらかじめ定められた１つの量子化幅を用いてゼロに量
子化される交流成分の個数を調べ個数の多いブロックに
は小さい量子化幅を割り当て、個数の少ないブロックに
は大きい量子化幅を割り当てる方法も考えられる。また
変換係数交流成分を絶対値の小さい順に並べかえ、絶対
値の小さい成分から数えたときの成分の個数がある閾値
以下となるような成分を検出し、その成分の絶対値もし
くは絶対値の近似値を量子化幅として用いる方法も考え
られる。このようなゼロに量子化される交流成分の個数
に注目してブロックを分類（ランク分け）する方法は、
従来用いられていた交流成分の２乗和や絶対値和を用い
る方法に比べて量子化によるデータの丸めを考慮してい
る点で優れている。

また、従来の方法では、量子化幅が絶対値の大きな成分
のｔＶを大きく受けて決定されるという性質があった８
本発明では、量子化幅を決定するに当り、絶対値の大き
な成分はその個数のみを考慮し、値の大きさを量子化幅
の決定に反映させないようにしている点か従来方法とは
異なる。

次に高周波をカットする度合の決め方は、符号化（もし
くは量子化）される成分の個数を量子化幅もしくは量子
化幅とユーザーか要求した圧縮度合の関数として定義し
ておく。このとき小さい量子化幅のブロックほどまた要
求された圧縮度合か大きいほど符号化される成分の個数
か少なくなるような関数とする。

また、量子化によってゼロ以外に量子化された成分の内
、符号化される成分の個数を量子化幅もしくは量子化幅
とユーザーか要求した圧縮度合の関数として定義してお
く高周波カット度合の決定方法も考えられる。この場合
、小さい量子化幅のブロックほどまた要求された圧縮度
合が大きいほど符号化される成分（たたしゼロ以外に量
子化された成分）の個数が少なくなるような関数とする
。

また、量子化によってゼロ以外に量子化された成分の全
個数に対する符号化される成分の個数の比率を量子化幅
の関数として定義しておく高周波カット度合の決定方法
も考えられる。この場合、小さい量子化幅のブロックほ
ど、また要求された圧縮度合か大きいほど符号化される
成分（ただしゼロ以外に量子化された成分）の比率か小
さくなるような関数とする。

（発明の目的および構成） 本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、Ｍ　ｉ
　ｄ　−ｔ　ｒ　ａ　ｃ　ｅ型の量子化を行なう変換符
号化方式を用いて医用画像を含む階調画像のデータを圧
縮するに当り、高圧縮率で高画質の復元画像を得ること
を目的とし、この目的を達成するために、Ｍｉｄ−ｔｒ
ａｃｅ型の量子化を行なったときブロック内でゼロに量
子化される変換係数交流成分の発生頻度をパラメータと
してブロックをいくつかのクラスに分類し、各クラスご
とに適した量子化幅と高周波カット度合で圧縮を行なう
ようにしたものである。

（実施例） 以下本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による階調画像データ圧縮方法の一実施
例を示すブロック図である。

図においてフレームメモリｌには、圧縮対象となる階調
画像データ（本例では、１画素当りのビット数を８ビツ
トとする）か格納されており、まず読み出し装置２かフ
レームメモリｌから画像データをブロック単位に読み出
す（本例では、ブロックサイズをライン方向、カラム方
向にそれぞれ１６６画素する）。読み出されたブロック
データは、２次元ディスクリートコサイン変換（２Ｄ−
ＤＣＴ）装置３によりコサイン変換されｌプロ９ク分２
５６個の変換係数を得る。

次に、こうして得られた２５６個の変換係数のうち１個
の直流成分を除く２５５個の交流成分は第１帽子化装置
４により基本量子化＠ｗｏで一様量子化され、各変換係
数ごとに固定長符号である係数番号と極性番号のベアを
得る。係数番号と極性番号のベアはブロックバッファメ
モリ６に一時的に格納されるとともに、係数番号はラン
ク分は装置５へ送られる。

ランク分は装置５ては、第１量子化装置４から送られて
くる各ブロックの係数番号群によりブロックを複数のラ
ンクにふり分ける処理を行ない、その結果として得られ
る３／２量子化幅（量子化の値の局の値）を第２量子化
装置７へ出力する。

第２１ａ子化装ｇ１７はブロックバッファメモリ６より
係数番号と極性番号のベアを読み出し、坏琶子化幅とユ
ーザーの要求した圧縮度合に基づいて決まる量子化幅と
高周波成分のカット度合で第２のに子化を行なう。符号
化装置８は第２量子化装置７によって得られる交流成分
の固定長符号を可変長符号に変換して端子９へ出力する
。符号データは端子９から送信されるかメモリへ格納さ
れる。

第２図（イ）は第１量子化装は４の一例である。

まず端子４１から１ブロック分の変換係数のうち直流成
分を除く２５５個の交流成分か入力される。２５５個の
交流成分は、絶対値回路４２により絶対値かとられると
同時に極性判定回路４３により変換係数の正負の判定か
行なわれる。極性判定回路４３は判定結果を極性番号と
して端子４７に出力する。ここでは、極性番号を１ビッ
ト符号ｊて表わし、変換係数か負の場合は“ｌ”、正の
場合は“０″とする。

一方、絶対値回路４２から出力された変換係数の絶対値
は除算回路４４により基本量子化幅Ｗ。

で割り算される０Ｍり算結果は切り捨て回路４５によっ
て小数点以下の切り捨てが行なわれ（この結果を係数番
号ｋ　（ｋ＝０．１．２．・・・）と呼ぶ）、端子４６
および端子４７に出力される。端子４６はランク分は装
置５に接続されており、端子４７はブロックバッファメ
モリ６に接続されている。端子４１から入力された１つ
の変換係数に対して（りられる極性番号と係数番号は２
つで１組のベアをなし、端子４７よりブロックバッファ
メモリ６へ一時的に格納される。

一方、各ブロックの直流成分は充分小さい量子化＠Ｊ　
ｗ　、１ｃで一様着子化されるか、もしくは量子化を行
なわずに他の２５５個の交流成分と同様にブロックバッ
ファメモリ６へ一時的に格納される。

第３図に交流成分の第１ｇｔ子化の様子を示す。

横軸か変換係数の値であり、縦軸は変換係数の発生頻度
である。第３図（ａ）により示される番号列は切り捨て
回路４５から出力される係数番号に列であり、第３図（
ｂ）により示される番号列は極性判定回路４３から出力
される極性番号３列である。

次に第４図はランク数を８とした場合のランク分は装ｇ
！１５の一例である。

端子５１は第２図（イ）の端子４６とｖｃ統されており
、第１量子化装置４から出力される係数番号ｋかここか
ら入力される０次に入力された係数番号ｋ　（ｓｃ＝ｏ
、１，２，３．４・・・）はカウンタ制御コード表５２
により８ビツトのカウンタ制御コードＣ，（ｉ＝０．ｌ
、２．＝・、７）に変換される。

第５図（イ）にカウンタ制御コード表５２の一例を示す
。

次にカウンタ制御回路５３はカウンタ制御コートＣ８を
取り込み、カウンタ回路５４内のカウンタＯからカウン
タ７までの８個のカウンタをＣ４の各ビットのｏ　ｎ　
／　ｏ　ｆ　ｆ状態によって制御する。カウンタ制御コ
ートＣ１の各ビットは下位ビットから順にカウンタＯ，
カウンタｌ、カウンタ２、・・・カウンタ７に対応づけ
されており、ビットか０口（＝１）の場合はカウンタ制
御回路５３か対応するカウンタを＋１カウントアツプし
。

ビットかｏｆｆ　（＝Ｏ）の場合は対応するカウンタの
カウントアツプを行なわない、第５図（ロ）にＣ８の各
ビットと各カウンタとの対応関係を示す。

第６図（イ）は各カウンタの動作範囲を示す図である。

各カウンタは第６図（イ）の矢印で示される範囲の係数
番号ｋについてのみ動作する。カウンタ７はすべての係
数番号について動作するため、！ブロック分のランク分
は作業終了時のカランタフのカウント値は２５５となる
。カウンタ７のカウント値が２５５になると、比較回路
５５が比較処理を開始する。後述するように、これらの
カウンタの動作範囲は、量子化幅の鍔の値と等しいため
カウンタ７を除く各カウンタの動作範囲の下限（カウン
タ０の動作範囲）と上限（カウンタ６の動作範囲）は量
子化幅の下限と上限より決められる。

比較回路５５には、圧縮処理の開始時に端子５６よりカ
ウント値に対する閾値Ｓが与えられている。圧ｆＩｉｉ
率番号Ｐとはユーザーが端末（図示せず）から要求した
圧縮率の大きさを示すパラメータであり、本例では、Ｐ
＝Ｏ，ｌ、２の３通りか用意されており、ユーザーが高
い圧縮率を要求した場合には２を割り当て、低い圧縮率
を要求した場合には０を割り当てる。比較回路５５では
閾値Ｓと各カウンタのカウント値との比較を行ない、比
較結果に基づいて３Ａ量子化＠に、を設定する。

比較回路５５の比較手順の一例を第７図のフローチャー
トに示す、まずカウンタ６のカウント値と閾値Ｓとの比
較を行ない（Ｆ−１）、閾値Ｓがカウンタ６のカウント
値より大きければ、カウンタ６の係数番号ｋに対する動
作範囲（本例の場合は９）を３４Ｑ子化幅に８としてセ
ットしくＦ−２）、端子５７より局量子化幅に、を出力
する（Ｆ−１６）。また閾値Ｓかカウンタ６のカウント
値以下であればカウンタ５のカウント値とＳの比較を行
なう（Ｆ−３）。

以下同様にしてカウント値か闇値Ｓ以下てかつ最大とな
るカウンタの係数番号ｋに対する動作範囲を求め、これ
をｙ２量子化幅に、とじてセットする（Ｆ−１）〜（Ｆ
−１４）。たたしカウンタ０のカウント値と閾値Ｓとの
比較において、Ｓがカウンタ０のカウント値以下であれ
ば、ｓｔｈ子化幅に、は予め定められた値（本例の場合
は２）とする（Ｆ−１５）。

ｋ、がセウトされると、端子５７よりに、を出力して（
Ｆ−１６）１ブロック分のランク分は作Ｘを終了し、カ
ウンタ０からカウンタ７までの各カウンタのカウント値
をゼロクリアする（Ｆ−１７）。

第６図（ロ）は閾値Ｓと各カウンタのカウント値と局Ｉ
ヨ子化幅に１の関係を説明する図である。

各カウント値のクラ７は、あるブロックの各カウンタて
カウントされた係数番号にの累積頻度を示している。閾
値ＳかＳ　ｌ、　Ｓ　２　、　Ｓ　３のいずれかの値を
取る場合を仮定すると１本クラブでは、５＝Ｓ３のとき
はに、＝ｋｍ３（＝Ｉ Ｓ＝Ｓ２のときはに、＝に、。（＝３）となる。たたし
Ｓ＝Ｓ、の場合のように各カウンタのカウント値がいず
れもＳ値よりも大きいときにはに、か必要以上に小さい
値を取ることを防ぐために、予め決めておいた値をに、
に割り当てる。必要以上に小さい量子化幅は、符号量を
増加させるだけの結果に終り、復元画像の画質改善にあ
まり効果かない。本例の場合、Ｓ＝Ｓ、のときに、＝に
、、（＝２）としている。

このようにして求められた局量子化１１１ｉ！に、は、
係数番号ｋに対する量子化幅である。基本量子化幅Ｗ０
で第１量子化する以前の変化係数（Ｗて表わず）に対す
る５Ａ　ｍ子化幅をＷｌとすると、Ｗ、。

は ｗ、　＝に、・Ｗ。

て表わされる。

前述したランク分は装行５にょる局ｚヨ子化幅ｋ　＠　
、　％ｌ／　Ｈの決定方法として、次のような手法を用
いることもてきる。

第６図（ハ）は係数番号にの分解能（＝ｗｏ）て各カウ
ンタを動作させ、且つ基本量子化幅Ｗ。でて第１量子化
を行う以前の分解能てｙ２量子化幅Ｗ、を求める手法を
示した図である。

図に示した１点鎖線のように、各カウンタのカウント値
を補間曲線で結べ、この曲線とＳ値との交点Ｃの絶対値
座標を求め、これをｙ２量子化幅Ｗ、とする。なお、こ
の補間曲線を求める際には、曲線の始点（絶対値の小さ
い側）と終点（絶対値の大きい側）を次のように処理す
ることか好ましい。まず始点側で図のａ点、ｂ点て示さ
れるような絶対値が一定となる直線部を作り、必要以上
に小さいＷ、が生じないようにする。これは、量子化幅
の下限を決めることを意味し、小さすぎる量子化幅によ
る無意味な符号量の増加を防止する。次に終点側て曲線
の終点をたとえば０点ではなくｄ点とすることにより必
要以上に大きいＷ。

か生しないようにする。これは量子化幅の上限を決める
ことを意味し、大きすぎる量子化幅による画質劣化を防
止する。なお、Ｗ、の算出に直線補間を用いるとＷ、を
求めるのに必要な計算量を減らすことかできる。

第６図（ニ）は本来設定すべきカウンタの個数Ｉ＋１（
本例の場合■＝７）より少ないカウンタ個数１’＝ｉ本
例の場合Ｉ′＝３）でカウントを行い、且つカウンタ個
数かＩ＋１の場合と同様の分解億で繕賃子化輻に１およ
びＷ、を求める方法を示した図である。

この場合も第６図（ハ）で示したのと同様に補間により
０点の絶対値座標を求め、これをＷ、とすればよい。Ｗ
、からに１を求めるにはＷ、の両側にある量子点（本例
の場合４ｗ。）を求め、０からこの量子点までの幅を係
数番号にで表わしたものをに、とする（本例の場合に、
＝４）か。

ｗｌよりゼロ側にある最も近い量子点（本例の場合４ｗ
ｏ）を求め、０からこの量子７６までの幅を係数番号に
で表わしたものをに１とする（本例の場合に、＝４）、
本例のようにカウンタの個数を減らすことによって装置
規模を小さくすることができる。

圧縮率か複数個用意されていて、圧縮率の選択か可能な
装置では、圧ｌｉＩ率毎に３Ａ量子化１１１ｇｋ、の上
限値を決めておき、ランク分は装置５の端子５１Ｏから
出力される３１を予兆幅に、がこの上限値を超えるとき
は、ｋ、の値をこの上限値で置き換える処理を行った方
がよい、特に低い圧縮率が選択された場合は、上記上限
値を小さく設定しておき、復元画像の忠実性を上げるこ
とが望ましい。

第８図は上記操作をテーブルを用いて行う場合の一例で
あり、たとえばランク分は装置４の端子５１０から３１
を予兆幅が出力された直後にこのような特性のテーブル
を通すことによって上記操作を行う。第８図は入力され
る雅量予兆輻をに、、。

て表わし、出力される’Ａｆａｒ子化幅を予兆ｔａｕｔ
で表わしている。またＣは高い圧縮率か選択された時の
テーブルの一例を示しており、すべてのｋ　、１゜に対
してに、。ｕｔ”ｌｔｎとなっている。ｂは中程度の圧
縮率か選択されたときのテーブルの一例を示しており、
ｋ、、。〈ｋ１２ではに１゜ｕＬ＝ｋａｒ。、ｋ　ｇｉ
ｎ≧に、２ではｋ　ｍｏｕｔ＝　ｋ　ｔ２となっている
。ａは低い圧縮率か選択された時のテーブルの一例を示
しており、ｋ、。。＜ｋ、、ではに１゜ｕＬ＝に□７゜
ｋ　ｆｉｌｎ≧に１ではｋ　ｇｏｕｔ　＝　ｋ　ｍ　ｌ
となっている。

第９図（イ）はランク分は装置５の他の例である。

端子５Ｉは第２図（インの端子４６と接続されており、
第１量子化装置４から出力される係数番号ｋがここから
入力されると、並べ替え回路５２′かバッファメモリ５
３′内に係数番号ｋを格納する。このとき、バッファメ
モリ５３′内の係数番号ｋが小さい順に並ぶように、並
べ替え回路５２′が係数番号ｋを格納してゆく。

ｌプロ９ク分の係数番号にの並べ替えが観了すると、比
較回路５４′はバッファメモリ５３′内の小さい方から
数えてＳ番目の係数番号の値ｋを調べ、弼ｊ子化＠に、
をに、＝ｋに設定し、端子５１０から出力する。ただし
、ｋ＝０の場合は。

予め決めておいた値（本例の場合は２）をに、とじて割
り当てる。

本方法は：５６図（イ）に示す方法と同一の処理をカウ
ンタを用いる代りに並べ替えを行って実現するものであ
る。なお、本装置の並べ替えを基本９子化ｇｗｏで量子
化を行なう前の変換係数Ｗ。

の絶対値に対して行うか、もしくは第６図（ハ）で説明
したような補間法を用いることにより基本に予兆を行な
う前の分解能で３４ｆｉ子化幅Ｗ、を求めることかてき
る。

：５９図（ロ）はランク分は装置５のさらに他の例であ
る。

端子５１は第２図（イ）の端子４６と接続されており、
第１量子化装置４から出力される係数番号ｋかここから
人力されると、カウンタ制御回路５２−か予め定められ
た定数Ｋに対してＯ≦に≦にを満足するｋの個数なカウ
ンタ５３−てカウントする。

ｌプロ９ク分の係数番号にのカウントが終了すると、カ
ウンタ５３゛のカウント値ｖが量子化幅テーブル５４″
によって局量子化＠に１に変換され、端子５１０より出
力される。

第１θ図に量子化幅テーブル５４′の一例を示す。

図中の直線ａｂと直線ｃｄはそれぞれ３Ａ間子化幅に、
の上限と下限を設定している。

第１１図（イ）は第２穢子化装置７の一例であり、量子
化条件設定部７０と量子化部７１とから構成されている
。

まず圧縮処理開始時の初期条件設定段階において端子７
０２から圧ｍ車番号Ｐが量子化条件設定部７０へ読み込
まれる。圧縮率番号Ｐが読み込まれるとＰの値によって
、成分カウトテーブル７０３内のテーブルＡ、Ｂ、Ｃの
３つのテーブルのうちいずれか１つか選択される。成分
カットチーフル７０３とはｙ２ｍ子化予兆、を入力し、
量子化終了成分番号Ｘを出力するチーフルである。

ここて、量子化終了成分番号Ｘとは、低周波側の交流成
分高周波側の成分へ向けてＸ個の成分のみを量子化およ
び符号化し、残りの高周波成分はカットすることを示す
番号である。選択されたチーフルは圧縮を行なう画像ｌ
フレームの全ブロックに対して適応される。

第１２図に成分カットテープルア０３の一例を示す。

本チーフルは、入力に１に対して出力Ｘを得るテーブル
てあり、に、の値が小さいほどＸのイ１も小さくなる（
もしくは等しくなる）ように設定し、量子化幅の小さい
ブロックの高周波カット度合を大きくする。一方、同じ
に、てあっても圧縮率番号Ｐか大きい（圧ｉｉｉ率が大
きい）ほど、Ｘの値か小さくなる（もしくは等しくなる
）ように設定し、圧縮率の大きい場合ほど高周波カット
度合かを犬きくする。本例ではＰ＝０のときテーブルＡ
が、Ｐ＝１のときテーブルＢか、Ｐ＝２のときチーフル
Ｃか選択される。

初期条件設定段階か終了すると、ブロック単位に圧縮処
理か開始される。ｌブロック分のランク分は処理か終了
すると、乃賃予兆幅に、か端子７０１から条件変換テー
ブル７０３へ読み込まれ、初期条件設定段階で選択され
た成分カットチーフル７０３内のチーツルＡ、テーブル
Ｂ、チーフルＣのいずれかのチーフルによって局量予兆
幅にヨか賃予兆終７’、Ｊ＆分番号Ｘに変換される。

量子化条件設定部７０か局量予兆輻に、を読み込んで、
量子化終了成分番号Ｘの設定を終了すると、そのブロッ
クの量子化処理か開始される。

次に量子化について説明する。

まずデータ読み出し回路７１２か端子７１１を介してプ
ロウクハッファメモリ６から交流成分（係数番号にと極
性番号ｊのベア）の読み出しを開始する。このとき交流
成分の読み出し個数は量子化終了成分番号Ｘによって与
えられ、第１６図（イ）または（ロ）に示される順序に
従って低周波側からＸ個の交流成分が読み出される。読
み出された交流成分のうち係数番号ｋか量子化回路７１
３に取り込まれ、量子化幅２に、でＭｉｄ−ｔｒａｃｅ
型の一様量子化か行われ、符号番号文を得る。第１１図
（ロ）に量子化回路７１３の一例を示す。

量子化回路７１３では、まず量子化オフセットとして、
端子７０１から与えられる局量予兆幅に１を係数番号ｋ
に加算して第２次係数番号に′（ｋ’　　−に＋に、）
を得る。次に第２次係数番号に′か除算回路７１３−３
に取り込まれ量子化幅２に、て割り算されて、その商の
整数部分を符号番号１　＜ｌ＝　ｉ　ｎｔ　（ｋ’　／
２に、）　）なる固定長符号とする。符号番号文は端子
７１５を介して符号化装置８へ順次送り込まれる。また
上記符号番号とベアをなす極性番号ｊはデータ読み出し
回路７１２から端子７１４を介して符号化装置８へ順次
送り込まれる。

次に符号化装置８の一例を第１３図に示し、符号化手順
を第１４図のフローチャートに示す。

（ｉ）まずゼロ判定回路８０３か端子８０１から符号番
号文を読み込み（ｐ−ｉ）、符号番号旦のゼロ判定を行
なう（Ｐ−２）。

（ｉｉ）ステップ（Ｐ−２）の判定において、符号番号
文がゼロてあればゼロカウンタ８０４のゼロカウント＆
ｉ　Ｚを＋１カウントアツプしくＰ−３）、もし符号番
号立かゼロてなければゼロカウント値Ｚかゼロかどうか
を判定する（Ｐ−４）。

（ｉｉｉ）ステップ（Ｐ−４）の判定において、ゼロカ
ウント値Ｚかゼロてあれば符号文およびこれとベアをな
す極性番号ｊ（端子８０２より読み込まれる）を八ツマ
ン符号テーブル８０５によって可変長符号ｈｆｆｉ３ニ
変換し７（Ｐ−５）、端子８０７よりｈｊＬｊを出力す
る（Ｐ−６）。

（ｉＶ）ステップ（Ｐ−４）の判定において、ゼロカウ
ント（（ｉＺかゼロでなければゼロカウント値ＺをＢｌ
符号テーブル８０６によって可変長符号ｒ２に変換しく
Ｐ−７）、次にゼロカウント値ＺをゼロクリアしくＰ−
８）、次に「２を端子８０７から出力した後（Ｐ−９）
、ステップ（Ｐ−５）、ステップ（Ｐ−６）により符号
番号文、極性番号Ｊに対する可変長符号ｈ　ＪＬ３を端
子８０７へ出力する。

（■）上記の処理過程は以下に示す３つの過程に分類さ
れる。

（Ｐ−１） ↓ （ｐ−ｚ） （Ｐ−３）　　　　　（Ｐ−４） （Ｐ−５）　　　　（Ｐ−７） ラン長　　　　　　　　　１　　　　　　　　　↓カウ
ント　　　　　　　（Ｐ−６）　　　　　　（Ｐ−８）
過程　　　　　　　　　↓ ハフマン符号　　　（Ｐ−９） 化過程　　　↓ （ｐ−ｓ） ↓ （Ｐ−６） ランレンクスーへフマン符号化過程 上記３つの処理過程のうちのいずれかが１ブロック分Ｘ
個の成分（符号番号１）に対して繰り返し行なわれる（
Ｐ−１０）。

（Ｖｉ）ｘ個目の成分に対する上記いずれかの処理過程
か終了するとゼロカウンタ８０４のゼロカウント（１１
ｉ　Ｚかゼロかどうかの判定か行なわれ（Ｐ−１１）、
もしゼロカウント値Ｚがゼロであればｌブロック分の符
号化作業を終了し、ゼロカウント値Ｚがゼロでなければ
ランレングス−ハフマン符号化過程のうちのステップ（
Ｐ−７）、（Ｐ−８）、（Ｐ−９）を経た後、ｌプロ・
ンク分の符号化作業を終了する。

第１５図（イ）にハフマン符号テーブル８０５の一例を
示す。

本例は各量子化幅に共通のハフマン符号を用いた例であ
る。本実施例のように一様量子化を行なう場合は各量子
化幅ごとに最適なハフマン符号を用いたときと各量子化
幅に共通のハフマン符号を用いたときとて圧縮率に大き
な違いがないため、各量子化幅に共通のハフマン符号を
用いることによりよりシンプルな装置化が可使となる。

第１５図（ロ）はＢｌ符号テーブル８０６の一例を示す
。

本例はゼロカウント値２に対して割り当てられるランレ
ングス符号に各量子化幅共通のＢｌ符号を用いた例であ
る０階調画像データを本方式で圧縮する場合の各ゼロラ
ン長の頻度分布はＢｌ符号に適した指数関数的分布とな
るため、Ｂｌ符号を用いることにより高い圧縮率を得る
ことが可能となる。なおｉ１５図（イ）および（ロ）に
おいてＣおよび８は０かｌの値をとり、ｄ＃Ｃを満足す
る１ビツトの符号である。

第１６図は第１１図（イ）におけるデータ読み出し回路
７１２のデータ読み出し順序を示す。

階調画像の変換係数は高周波成分ほど振幅が小さくなる
傾向が強いため、ゼロに量子化される成分の発生する確
率も高周波成分ほど高くなる。

従って、第１６図（イ）もしくは（ロ）に示すように、
低周波側から高周波方向に向かって量子化と符号化を行
なえば長いゼロランか発生する確率が高まり、有効なラ
ンレングス符号化を行なうことができる。なお、量子化
終了成分番号がＸのときは低周波側からＸ個の成分のみ
を読み込み（Ｘ＋　１　）　４Ｖ４目から２５５個目ま
での交流成分は読み込みを行なわない。

第１７図（イ）は高周波のカット度合をゼロ以外に量子
化される成分の個数で定めた場合の第２量子化装置７お
よび符号化装置８の他の例である。

第１１図（イ）で説明した第２量子化装′１１７および
第１３図で説明した符号化装置８との違いについて説明
する。

符号カットテープルア０３は端子７０１から取り込まれ
るＭ量子化幅に１と端子７０２から取り込まれる圧縮率
番号Ｐを符号カット番号αに変換する。符号カット番号
αとは、量子化回路７１３から出力される符号番号文の
うち文≠０なる文を低周波側から数えてα個だけ符号化
することを意味する番号である。符号化装ご８のゼロ判
定回路８０３内には量子化回路７１３から出力される符
号番号文のうち文≠０なる交の個数のカウントする符号
検出カウンタ７０６ｂがあり、この符号検出カウンタ７
０６ｂのカウント４ｒｉ（符号検出カウント値）ｙｂか
符号カウト番号αに等しくなると、ゼロ判定回路８０３
かデータ読み出し回路７１２にデータ読み出し中止指令
を送り、ｌツロツク分の量子化符号化作業を中止させる
。

なお、端子７１４は第１３図で示したハフマン符号ＬＵ
Ｔ８０５へ極性番号ｊを出力する端子であり、端子８１
１は又≠０なる符号番号文をハフマン符号ＬＵＴ８０５
へ出力する端子である。また端子８１２はゼロカウンタ
８０４に接続されている。

量子化回路７１３は第１１図（イ）で説明したのと同様
に動作する。符号化手順は、符号通過カウント値ｙの代
りに符号検出カウント値ｙｂか用いられることと、符号
検出カウント値ｙｂか符号カット番号αと等しくなった
時点で１ブロック分の符号化作業を終了する点を除けば
、第１４図で説明したのと同様の手順て行われる。

第１８図（イ）に符号カットテープルア０４の一例を示
す。

符号カットチーフル７０４は入力に、に対して出力αを
得るチーフルてあり、ｋｌの値か小さいほどαの値も小
さく設定する。すなわち、量子化幅の小さいブロックほ
どゼロ以外に量子化される成分の全個数のうち、符号化
される成分の個数を少なくすることにより、ｋ、の値か
小さいブロックほど、高周波成分を多くカットするよう
に設定する。なお第１２図と同様に、圧縮率番号Ｐの値
によってＡ、Ｂ、Ｃのテーブルを選択することにより圧
縮率を変化させることか出来る。

第１７１１（ロ）は、高周波のカット度合をゼロ以外に
は予兆される成分の全個数に対する符号化される成分の
個数の比率て定めた場合の第２量子化装２１７および符
号化装置８のさらに他の例である。

第１７図（イ）との違について説明すると、符号カット
テープルア０４は、端子７０１から取り込まれるＭｆｆ
ｉ−予兆幅に１と端子７０２から取り込まれる圧縮率番
号Ｐを符号通過比率βに変換する。符号通過比率βとは
、量子化回路７１３から出力される符号番号文のうち文
≠Ｏなる文の全個数に対し、低周波側から数えてβＸ１
００（％）たけ符号化することを意味する。従ってラン
ク分は装置４は局量予兆輻に１以外に局量予兆幅の決定
に用いられたカウンタ（動作範囲かに、のカウンタ）の
カウント値（これをｍで表わす）を出力しなければなら
ない。

ランク分は装置４から出力されるカウント値ｍは端子７
０６から取り込まれ、乗算器７０５により、符号通過比
率βとの乗算か行なわれ符号個数番号γを得る（γ＝ｉ
ｎｔ（βＸｍ））。

符号個数番号γは量子化回路７０４から出力される符号
番号文のうち文≠０なる交を低周波側から数えてγ個だ
け符号化することを意味しており、第１７図（イ）で説
明した符号カット番号αと同様のｆ＠きなする。

すなわち、ゼロ判定回路８０３内には、符号番号文のう
ち見≠０の個数をカウントする符号検出カウンタ８０３
が作動しており、符号検出カウント値ｙｂか符号個数番
号γに等しくなると、ゼロ判定回路８０３かデータ読み
出し回路７１２にデータ読み出し中止指令を送り、ｌブ
ロック分の量子化符号化作業を中止させる。なお端子７
１４．８１１，８１２の取り扱いおよび量子化回路７１
３の動作、符号化手順も第１７図（イ）と同様である。

第１８図（ロ）に符号カットチーフル７０４の一例を示
す。

符号カットチーフル７０４は入力に５に対して出力βを
得るチーフルであり、ｋ、の値か小さいほどβの値も小
さく設定する。すなわち量子化幅の小さいブロックほど
、ゼロ以外に量子化される成分の全個数のうち、符号化
される成分の個数の割合を小さくすることにより、ｋ、
の４（Ｊか小さいブロックほど高周波成分を多くカット
するように設定する。

なお、第１２図と同様に圧縮率番号Ｐの値によってＡ、
Ｂ、Ｃのテーブルを選択することにより圧縮率を変化さ
せることか出来る。

また、量７’（ＩＺ幅の決定を第１量子化後の係数番号
ｋについて行い、量子化を第１量子化前の変換係数Ｗに
対して行うようにしてもよい。この場合の第１９子化装
置４は、たとえば第２図（ロ）に示すような構成となる
。ランク分は装置５に接続される端子４６へは、切り捨
て回路４５の出力である係数番号ｋが出力され、ブロッ
クバッファメモリ６に接続される端子４７へは、絶対値
回路４２の出力である変換係数Ｗの絶対値ＩＷ＋と、極
性判定回路４３の出力である極性番号ｊか出力される。

この場合のランク分は装置５の出力は坏問予兆輻ｗ１で
あり、また第２：ｉ予兆装置７の構成は３４量子化に、
をＷ、に置き換えた装置構成となる。

第１９図に符号ＭＩｉ成の一例を示す。

第１９図（イ）はｌフレームの画像全体を圧縮した結果
の符号例であり、ヘッダ部とそれに続く各ブロックの符
号とデータ終了符号とから成る。

第１９図（ロ）はヘッダ部構成の一例であり、ブロック
サイズ（本例では１６）、画像ライン方向のブロック数
１画像カラム方向のブロック数および圧縮率番号Ｐが格
納されている。

第１９図（ハ）は各ブロックの符号構成の一例であり、
繕７２子化幅に、もしくはｗ、（固定長符号）、符号化
した成分の個数（固定長符号）、ハフマン符号テーブル
か複数個ある場合には使用したテーブルの番号（固定長
符号）、ランレングス符号化を行ったかどうかを示すフ
ラグ（固定長符号）、直流成分符号（固定長符号）、そ
れに続く交流成分符号列（可変長符号列）より成る。交
流成分符号列は同図（ニ）に示すような９個（ｌ≦９≦
２５５）の符号より成る係数符号列（’ｉＴ変長符号列
ｈＬＩｊ＋　、　　ｈＪ！ユｊ２　、・・・ｈｊｆ３と
　）と同図（ホ）に示すようなラン長符号（可変長符号
ｒｚ）とが交互に並ぶ構成となる。

以下に本実施例に用いた各種パラメータの一例を示す。

基本量子化幅Ｗ。＝　０．２５ Ｓｍ２Ｏ３ なお上記パラメータは原画像の画素当りの情報値がｎヒ
ツト（本例ではｎ＝８）でプロラフサイズがＮｘＮ（本
例ではＮ＝１６）のとき、ブロック画像をｆ　（ｘ、ｙ
）、変換係数行列をＦ　（ｕ。

Ｖ）で表わした２次元ディスクリートコサイン変換式（
次式に示す）を用いた場合の値である。

また本発明においては、２次元ディスクリートコサイン
変換装置３の代りに、他の直交変換装置、たとえば２次
元アダマール変換装置、スラント変換装置などを用いて
もよい、また本発明ではブロックサイズを１６ｘ１６の
サイズに限定するものではなく、８×８．３２ｘ３２．
６４Ｘ６４などのサイズでも適応可能であり、また原画
像のｌＩ！！ｊ素当りのビット数も８ビツトに限定する
ものではない、また、ランク分は時に参照する交流成分
を全交流成分とせず特定交流成分としてもよい。たとえ
ば直流成分側の１２５個の成分を特定交流成分とし、高
周波カットの影響を小さくすることも可能である。また
、本発明におけるクラス分けを他のクラス分はパラメー
タと組合わせて行うことも可能である。

また、符号化時にハフマン符号とランレングス符号の両
方を用いる符号化（本発明の実施例で示した符号化）と
ハフマン符号のみを用いる符号化をブロックごとに選択
することにより符号化効率を上げることが可能である。

また、ｌブロック内で直流成分付近の低周波成分は、ゼ
ロの発生する確率が低いため、ハフマン符号のみを用い
て符号化し、それ以外の高周波成分はゼロ発生確率が高
くなるためハフマン符号とランレングス符号の双方を用
いる符号化を行なえば、符号化効率はさらに向上する。

（発明の効果） 以上説明したように１本発明においては、各ブロックの
性質に応じて量子化幅と高周波カット度合を選択し、量
子化と符号化を行なうようにしたために、成分固有のパ
ターン画像の出現と画像のボケの出現を抑制することか
可能となり、これにより高圧縮率て高画質な復元画像を
得ることかできるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による階調画像データ圧縮方法の一実施
例のブロック線図、第２図（イ）および（ロ）は第１図
に示した第１量子化装置の異なる例のブロック線図、第
３図は変換係数交流成分をは予兆して得られる係数番号
と極性番号とを変換係数の発生頻度との関係で示す図、
第４図は第１図に示したランク分は装置の一例のブロッ
ク線図、第５図（イ）はカウンタ制御コード表、（ロ）
はカウンタ制御コートと各カウンタの対応関係を示す図
、第６図（イ）はカウンタ制御回路内の各カウンタの動
作範囲を示す図、（ロ）、（ハ）、（ニ）は量子化幅の
求め方を説明する図、第７図は比較回路の比較手順を示
すフローチャート、第８図は圧縮度合に応じて量子化幅
のＬ限を定めるためのテーブルの一例、第９（イ）、（
ロ）は第１図に示したランク分は装置の他の例を示すブ
ロック線図、第１Ｏ図は第９　ｒＺ（ロ）に示した量子
化幅チーフルの一例、第１１図（イ）は第１図に示した
第２量子化装若の一例のブロック線図、同図（ロ）は第
１１図（イ）に示しただ予兆回路の一例のブロック線図
、第１２図は第１１図（イ）に示した成分カットテーブ
ル内のＡ、Ｂ、Ｃ３つのテーブルの一例、第１３図は第
１図に示した符号化装置の一例のブロック線図、第１４
図は第１図に示した符号化装置による交流成分符号化手
順を示すフローチャート、第１５図（イ）および（ロ）
はそれぞれ第１３図の２つの符号テーブルの一例、第１
６図（イ）および（ロ）は第１１図（イ）のデータ読み
出し回路におけるデータ読出し順序を示す図、第１７図
（イ）と（ロ）は、第１図に示した第２量子化装置と符
号化装はの他の例を示すブロック線図、第１８図（イ）
および（ロ）は、それぞれ第１７図（イ）および（ロ）
に示した符号カットチーツルの一例を示す図、第１９図
（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）は符号構成の
内容の一例を示す図である。 １・・・フレームメモリ、２・・・データ読み出し装置
、３・・・２次元ディスクリートコサイン変換装置、４
・・・第１針子化装置、５・・・ランク分は装置、６・
・・ブロックバッファメモリ、７・・・第２量子化装置
、８・・・符号化装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）デジタル化された階調画像データを複数のブロッ
   クに分割し、ブロックごとに直交変換を施して得られる
   変換係数を量子化し符号化する階調画像データ圧縮方法
   において、各ブロック単位に変換係数交流成分の量子化
   幅を決定し、決定された量子化幅と圧縮度合に従って量
   子化を行なう成分の高周波カット度合を決定することを
   特徴とする階調画像データの圧縮方法。
2. （２）高周波カット度合を量子化幅の小さいブロックほ
   ど大きくする特許請求の範囲第１項に記載の階調画像デ
   ータの圧縮方法。