JPH01286597A - カラー画像データ圧縮方式 - 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】 ［概要〕 カラー画像データを符ｑ化して圧縮する場合におけるカ
ラー画像データ圧縮方式に関し、カラー画像データを効
率よく圧縮することを目的とし、 輝度信号と２つの色成分信号をそれぞれ複数画素からな
るブロックに分割し、分割したそれぞれのブロック毎に
最大階調と最少階調のレベル差（階調変化）の大小に応
じて、該最大階調と最少階調の間を予め定めた階調数で
ｍ子化し、代表階調で近似表現する場合に、輝度信号の
ブロック毎の代表階調を決定する際には、輝度信号の階
調変化と共に２つの色成分信号の同じ位置にあるブロッ
クの階調変化を参照してこれら階調成分の大小に応じて
予め定めた代表階調を割当て、色成分信号のブロック毎
の代表階調を決定する際には、色信号の階調レベル差と
共に輝度信号の同じ位貿にあるブロックの階調変化を参
照してこれら階調成分の大小に応じて予め定めた代表ｒ
４！１調を割り当てるように構成する。

ε産業上の利用分野］ 本発明は、カラー画像データを符号化して圧縮する場合
におけるカラーｉｉ！ｉｉ像データ圧縮方式に関し、更
に詳しくはカラー画像データ圧縮方式の改良に関する。

画像データを表わすために必要な情報ｍは、数値データ
に比べて桁違いに増大する。この情報量の増大は、画像
データの中でもカラー画像や多値中間ｒｌＩ画像で著し
い。このような画像データを蓄積し、或いは高速かつ高
品質で伝送するためには、画像毎の階調情報をｉ！５能
率に符号化する必要がある。

［従来の技術］ 従来、カラー画像データを輝度信号Ｙと２つの色４８号
Ｕ、Ｖに分離し、各信号に対して独立に符号化を行い、
圧縮する方法が知られている。この種の方法の例として
、多階ｖＡ適応型ブロック符号化方式（昭和６２年画＠
電子学会全国大会予稿６）がある。次に、この多階調適
応型ブロック符弓化方式（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　　
ＢｌｏｃｋＴｒｕｎｃａｔｉｏｎ　　Ｃｏｄｉｎｇ。以
下略してＧ　［３Ｔ　Ｏと称する）について説明する。

ＧＢＴＣは、画像をＮＸＮ画素からなるブロックに分割
し、各画素（Ｘ、、）をブロック内の最大・最少レベル
内の２”　　（ｎ−０，１，２・・・）レベルで量子化
して２ｎレベルの代表ｒ８調と、代表階調のブロック内
のレベル指定信号（分解能成分）でブロック内の画情報
を近似表現し、符号化するものである。

次に、Ｎ＝４．ｎ＝２とした場合につき、詳細に説明す
る。第７図はＧＢＴＣのアルゴリズムの概要を示す図あ
る。各ブロックは、ブロック内の最大画素レベル（１ｍ
ａｘ）と最少画素レベル（ｌ　ｍ’　ｉ　ｎ　）の差と
符号化パラメータＴＩ　、　Ｔ２（ＴＩ　＜Ｔ２　）に
より以下の３つの符号化モード△、Ｂ、Ｃに分類する。

モードＡ　＋　Ｌｍａｘ−Ｌｍ　ｉ　ｎ≦Ｔ１の場合ブ
ロック内の画素はルベル（ＰＯ） で量子化する。

モードＢ　：　Ｔｌ　＜ｌ−ｍａｘ−Ｌｍ　ｔ　ｎ≦Ｔ
２の場合 ブロック内の画素は２レベル（Ｐｌ。

Ｐ２）で量子化する。

モードＣ：　Ｌｍａｘ−ＬｒＴｌ　ｉ　ｎ＞Ｔ２の場合
ブロック内の画素は等間隔な４レベル （０１〜Ｑ２　）で量子化する。

量子化レベルは、ブロックの基準レベルｌａ、レベル間
隔ｌｄ及び画素毎のレベル指定信号のビットプレーン毎
の情報（φｔ　）ｉｌ　＊　　（φ２）１１で記述され
る。平均（ｌｆ［５１！ｌ理をＡＶＥ（＞で表わすと、
次のように符号化に必咬な多値が搾出される。

モードΔ：Ｐ〇−△ＶＥ（Ｘｉｉ＞−Ｌａモード１３＋
ｐ１−ＡＶＥ（Ｘ、？≧（Ｌ　ｍ　ａ　Ｘ　十しｍ　ｉ
　ｎ　）　／　２　） Ｐ２　　＝ＡＶＥ　　（ＸＸＨ＜　　（Ｌ’ｍａ　ｘ−
←Ｌｍｉｎ）／２） Ｌａ＝　　（Ｐｌ　＋Ｐ２　　）／２ １ｄ−ｐｉ　　−ｐ２ Ｌ　−ド　Ｃ：　　Ｑｌ　　＝ＡＶＥ　　（Ｘ＋＞　　
≧　（３Ｌ　　ｍ　　ａ　　ｘ　　＋１−ｍ１ｎ）／４ Ｑ４　　＝ＡＶＥ　　（Ｘｉｉ　＜　　（Ｌｍａｘ　＋
３１　ｍ　ｉ　　ｎ　）　　／　４ Ｌ　ａ　−（Ｑｌ　　＋０４　　）　／　２Ｌｄ−２（
ｉ　　−０４）／３ Ｑ２　＝　（Ｌａ十Ｌｄ）／４ Ｑ３　　＝　　（Ｌａ−Ｌ　ｄ）／４ レベル指定信号φ１．φ？はブロック間で接、続して２
つのビットプレーン画像に変換し、それぞれ２値画像の
符号化方式であるＭＭＲで符号化する。Ｌｄは非線形量
子化後、可変長同号化し、Ｌａは前置差分Δしａを非線
形量子化後、可変長符号化する。符号化パラメータＴＩ
　、Ｔ２は、各モードの割合により符号量と画質を調整
するものである。モード分類の際に、雑音とエツジを区
別するためＴ１の値をアダプティブに変化させている。

カラー画像データの圧縮・復元では、原画像に対づ°る
復元画像の再現性が重要である。視覚的には、輝度信号
の変化部分く画像の輪郭部分）での色成分変化を再現し
なければならない。ここでは、輝度信弓９色成分信号と
してＰＡＬ形式（ＹＵＶ）を取り上げて説明する。ＹＬ
ＩＶ信号は、ＲＧＢ輝度より次式で変換されるが、ディ
ジタルの１３号処理を行うため、以下では各信号は２５
６階調に量子化し、Ｕ■信号については、オフはツ１〜
をつけスケーリングしたＣｂ、　Ｃｒ信号を用いる。

Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１１４［３（１
）Ｕ＝Ｂ−Ｙ　　−＋Ｃｒ＝　０．５６４Ｕ＋１２８　
　　（２）Ｖ−Ｒ＝Ｙ　　→Ｃｂ＝　０．７１４Ｖ−＋
１２８　　　（３）［発明が解決しようとする課題］ 従来は、ＧＢＴＣ方式では、（１）〜（３）式に示すよ
うに輝度信号Ｙと２つの色成分信号Ｃｒ。

ｃｂに対して独立に符号化を行っている。この結果、精
粗な画像で低ビツトレートでは、輝度と色成分とで輪郭
が必ずしも一致せず、色の滲みを生じるという不具合が
あった。輪郭部分の色の滲みを改善するために、従来は
各色成分信号ｃｂ、ｃｒの符号化時に各成分の符号化パ
ラメータＴｌｃｂ。

Ｔ　２ｃｂ及びＴｌｃｒ　、　Ｔ２ｃｒを調整しなけれ
ばならない。このような調整では、各色成分内の全ブロ
ックで代表階調数の増加を生じる可能性が大きく、符号
量の増加、圧縮効率の低下につながっていた。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって
、カラー画像データを効率よく圧縮することができるカ
ラー画像データ圧縮方式を提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明方式の原理を示寸フローチト一トである
。本発明は、輝度信号と２つの色成分信号からなるカラ
ー画像データを圧縮する場合において、 輝度信号と２つの色成分信号をそれぞれ複数側索からな
るブロックに分割しくステップ［１］）、分割したそれ
ぞれのブロック毎に最大階調と最少階調のレベル差の大
小に応じて、該最大階調と最少階調の間を予め定めた階
調数で量子化し、代表階調で近似表現する場合に、輝度
信号のブロック毎の代表階調を決定する際には、輝度信
号の階調レベル差と共に２つの色成分信号の同じ位置に
あるブロックの１！！！ｉ調レベル差を参照してこれら
階調成分の大小に応じて予め定めた代表階調をυ１当て
（ステップ［２］）、 色成分信号のブロック毎の代表階調を決定する際には、
色信号の階調レベル差と共に輝度信号の同じ位置にある
ブロックの階調レベル差を参照してこれら階調成分の大
小に応じて予め定めた代表階調を割り当てる（ステップ
［３］）ようにしたことを特徴としている。

［作用］ 輝度信号と２つの色成分信号から代表階調を決定する際
に、それぞれ別個独立に代表階調を決定するのではなく
、輝度信号の代表ｒＩｉ調決定の際には色信号を、色信
号の代表階調を決定する際には譚Ｉｆ信号のそれぞれ階
調レベル差を相互に参照して代表階調を決定する。これ
により、画像の輪郭部分で画像の滲み等のない高画質の
画像を再現することができるカラー画像データの圧縮方
式を実現することができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明づる
。

第２図は本発明方式の符号化の詳細なアルゴリズムを示
すフローチシートである。このアルゴリズムは、ＧＢＴ
Ｃに本発明方式を適用したものである。以下、Ｙ成分の
特性を参照し、ｃｂ酸成分符号化を行う場合について示
す。ｃｂ成分データを、先ずＮＸＮ個の画素からなるブ
ロックに分割する（４１）。次に（れぞれのブロックに
対してブロック内の階調レベルの最大値しｍａｘと最小
値１−ｍ１ｎを算出する（４２）。粋出式は、以下のと
おりである。

１ｍａｘ−ＭＡＸ　　（ＸＨ）） Ｌｍ　ｉ　ｎ−Ｍ　ＩＮ　（ｘ；Ｈ＞ 階調レベルの最大値１ｍａｘと最小値１−ｍ１ｎが決定
したら、今度は符号化パラメータＴＩ　、　Ｔ２をセッ
トしく４３）、これら階調変化Ｄ［）＝１ｍａｘ−１−
ｍｉｎ と、符号化パラメータＴ１との比較により１階調か（モ
ード△）、２Ｗ４調以、ｈ　（モードＢ、モードＣ〉か
を判定する（４４）。４４でＤ≦Ｔ１が成り立つ場合に
は１階調と判定されたことになり、Ｙ成分の階調変化Ｄ
ｙとパラメータＴＣ２ｙとの比較を行い（４５）、Ｙ成
分輪郭部に対応するか判定する。Ｔｃ２ｙ＜Ｄｙが成り
立たない場合には輪郭部以外となり、１階調と判定され
、モードＡに進む。

一方、４４でＤ≦Ｔ１が成り立たない場合には２階調以
上と判定され丁２とＤとの比較を行い（４６）、Ｔ２＜
Ｄの場合には７１１階調なりモードＣに進む、Ｔ２＜Ｄ
が成り立たない場合又はＴｃ２ｙ＜ＤＶが成立する場合
（輪郭部である場合）には、Ｔ４ｃｙ＜ＤＶが判定され
、２階調であるか４階調であるかが判定される（４７）
。Ｔ４ｃｙ＜Ｄｙである場合には４階調と判定され、モ
ードＣに進む。Ｔ４Ｃ１／＜ＤＩ／でない場合には２階
調と判定され、モードＢに進む。ここで、４４〜４７の
場合における代表階調数の判定は、第３図に示す規則に
より決定される。

以上のように各ブロックのモードをＹ成分の１ブロツク
の階調変化Ｄｙを参照しながら決定した後、従来のＧＢ
ＴＣと同様の手順でブロックの基準レベルＬａ、レベル
間隔Ｌ　ｄ及び画素毎のレベル指定信号のビットブレー
ン毎の情報（φ１　）ｉｉ　。

（φ２）１ンの符号化を行う。つまり、モードＢとモー
ドＣの場合にはＬｄをｍ子化し、コード化しく４８）、
次に全てのモードに対してΔｌａを♀子化し、コード化
する（４９）。そして、１ベージが終了したかどうかチ
Ｔツクしく５０）、ＩＮ了しない場合には次のブロック
に対してステップ２以降を繰返し、終了する場合には（
φ１　）ｉｉを全てのブロックについて求めＭＭＲを用
いて符号化しく５１）、（φ２）ｉｉ　を全てのブロッ
クについて求めＭＭＲを用いて符号化する（５２）。

第４図は本発明に用いる符号化回路の一実施例を示す構
成プＯツク図である。図において、１は入力する画像デ
ータを選択するマルチプレクサで、輝度（Ｙ）成分画像
データ６１１色（Ｃｂ）成分画像データ６２及び色（Ｃ
ｒ）成分画像データ６３を入力して、それぞれの画像デ
ータを切り換えるようになっている。２は入力された画
像データを一時保存づるバッファメモリ、３は該バッフ
ァメモリ２に保存されている画像データが輝度成分デー
タ（Ｙ成分データ）か色成分アーク（Ｃｂ酸成分Ｏｒ酸
成分かに応じて、処理を切換えるためのデマルチプレク
サ（ＤＭＰＸ）である。

４はブロック内の輝度成分のｌｌｉ’ｉ調変化を検出す
る輝度成分階調変化検出器、７は色成分の階調変化を検
出する色成分階調変化検出器である。６は本発明の実施
に特に重要な輝度成分階調変化メモリであり、前記輝度
成分階調変化検出器４で検出した当該ブロック内の輝度
変化成分Ｄｙの変化量を格納するものである。５は輝度
成分階調変化検出ｒａ４の出力ＤＶを受けて該ブロック
内を何１！！ｉ調で近似するかを判断し、該階調のレベ
ルを決定する輝度成分代表階調決定器、８は同じく色成
分階調変化検出器７の出力り及び輝度成分階調変化メモ
リ６の出力Ｄｙを受けて該ブロック内を何階調で近似す
るかを判断し、該階調のレベルを決定する色成分代表階
調決定器である。９は輝度成分と色成分とで同一の処理
に戻るためのマルチブレク→Ｊ　（ＭＰＸ）である。以
上の部分がＷＩ度酸成分色成分とで処理の異なる部分で
あり、本発明を特徴づりる部分である。

図に承り実施例において、各マルチプレクリ−及びデマ
ルチプレクサは、制御用のマイクロプロセッサす（ＭＰ
ｔＪ）６０により、その動作タイミングと選択するデー
タの決定を行う。以下、図に示す回路の動作について、
順次説明する。

画像の輝度成分データ（Ｙ成分＞６１．色成分データ（
Ｃｂ酸成分Ｃｒ成分＞６２．６３は、それぞれ２５６レ
ベルで表され、ブロックサイズを４×４画素とし、該ブ
ロック内を最大４Ｆａ調で近似するものとして説明する
。符号化対象のｌｉ！ｉｍデータは、マルチプレクサ１
で選択された輝度成分（Ｙ成分）９包成分（ＣｂｔＣ分
、Ｃｒ成分）毎にバッファメモリ２に読み込まれる。先
ず、制御用マイクロプロセッサ（ＭＰＬＪ）６０の指示
によりマルチプレクサ１で輝度成分データ６１が選択さ
れ、バッフ７メモリ２に読込まれる。

読込み終了後ＭＰＬＪ６０の指示により、デマルチプレ
クリ３で輝度成分の処理が選択される。輝度成分階調変
化検出器４は、バッファメモリ２から１ブロック分（１
６画素）ずつの百本データを読込み（第５図参照）、該
各画素の階調レベル最大値Ｌｍａｘと最小値１ｍ１ｎを
求め、該ブロック内の階調変化Ｄｙ−Ｌｍａｘ−１ｍ　
ｉ　ｎを等出−ｄる。この階調変化Ｄｙは、色成分の代
表階調の決定に使用するため、輝度成分階調変化メモリ
６に格納される。

輝度成分代表階調決定器５は、前記階調変化Ｄｙと予め
与えられた閾値Ｔｌｙ、　Ｔ２Ｖとを比較し、該ブロッ
クの代表階調を決定する。その決定条件は、従来と同様
、次式で表される。

１ｍａｘ−１ｍ＋ｎ≦丁１ｙ： モードＡ（１階調） Ｔｌｙ＜Ｌｍａｘ−Ｌｍ　　ｉ　　ｒ＋ＣＴ２ｙ　　　
：モードＢ（２階調） Ｔ２ｙ＜Ｉ−ｍａｘ−１−ｍｉｎ　　　：モードＣ（４
階調） 輝度成分階調変化検出器４で代表１！ｌ！ｉ調を決定し
た侵、ＭＰＵ６０はマルチプレクサ９で該輝度成分代表
階調決定器５を選択し、該代表階調の値を階調レベルメ
モリ１０に格納すると共に、標準レベルＬａｉ出のため
にデマルチプレクサ１２で基準レベル発生器１４を選択
し、基準レベルｌ−ａを算出し、ＤＰＣＭ符号化器１５
により前置差分演算を行い、しａの変化分Δｌａを求め
る。該ΔＬａは、ＭＰＵ６０で制御されたマルチプレク
サ１７を経て、可変長符号化器１８により可変長符号化
され、ＭＰＬＩ６０で制御されたデマルチプレクサ１９
でΔｌａ用のバッフ７メモリ２０に格納される。

また、ＭＰＵ６０の指示によりデマルチプレクサ１２で
レベル間隔発生器１６が選択され、レベル［ｉＬｄがｑ
出すレル。（：（７）Ｌ　ｄ　ハ、ＭＰｔＪ６０からの
指示により、マルヂブレク１す１７から可変長符号化器
１８で可変長符号化され、デマルチプレクリ−１９でＬ
ｄ用のバッファメモリ２１に格納される。

一方、階調レベルメモリ１０に格納さ机た代表階調レベ
ルの値は、比較器１１で各画素の階調レベルの値と比較
される。この比較結果は、各百本毎のレベル指定信号（
分解能成分）φ１．φ２として等用された後、ＭＰＵ６
０からの指示によりデマルチブレクリ２２でそれぞれの
バッフアメ［す２３．２４に格納され、２つのビットマ
ツプに変換される。（の後、ＭＰ（Ｊ６０はマルチプレ
クサ２５でバッフアメ℃す２３．２４を順に選択し、Ｍ
ＭＲ符号化器２６で２ｆｆｉ画像の標準符号化方式であ
るＭＭＲ符号化を行う。そして符り化された分解能成分
は、ＭＰＵ６０の指示により前記バッファメモリ２３．
２４の出力に応じてデマルチブレクリ２７でそれぞれφ
１．φ２用のバツファメモリ２８，２９に格納される。

１画像分の輝度成分の符号化が終了した後、バッフ？メ
モリ２０．２１．２８．２９内の各符号化データは、Ｍ
ｒ’Ｕ６０によりマルチブレフナ３０を経て出力端子３
１から出力される。

上記した輝度成分と符号の出力終了後、ＭＰＵ６０によ
りマルチブレク４ｆ　１で、色成分データ６２が選択さ
れ、バッファメモリ２に読込まれ、デマルチプレクサ３
にＪ、す、色成分の処理が選択される。色成分階調変化
検出器７は、バッファメモリ２から１ブロック分（１６
１ｉ！ｉｉ素）ずつ画素データを読込み、輝度成分の場
合ど同様、該各画素の階調レベル最大値１ｍａｘと最小
Ｉｆｉｔ−ｍｉｎを求め、該ブロック内の階調変化 ［）＝１ｍａｘ−１ｍ　ｉ　ｎ を算出する。

色成分代表階調決定器８は、前記階調変化りと予め与え
られた閾値Ｔ１ｃ、　Ｔ２ｃとを比較し、更に輝度成分
階調変化メモリ６内の輝度成分階調変化Ｄｙと予め与え
られた閾値ＴＣ２Ｖ、ＴＣ４ソとを比較し、代表階調数
を判断し、代表階調レベルを決定づ゛る。判定条件は、
第３図に示した図のとおりである。第６図は、階調変化
量と代表階調数の説明図である。

色成分階調変化検出器７で代表階調数を決定した後、Ｍ
ＰｔＪ６０の指示によりマルチプレクサ９を経て、基準
レベル＋−ａ　、レベル開隔１　ｄ　、分解能成分φ１
．φ２の符号化を行う部分は、前記輝度成分の場合と同
様である。また、ｃｂ酸成分処理終了後、ＭＰＵ６０は
、マルチプレクサ１でＣｒ成分を選択し、前述のｃｂ酸
成分同様に回路を制御し、Ｃｒ成分の符号化を行う。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば、輝度信号
と２つの色成分信号から代表階調を決定する際に、それ
ぞれ別個独立に代表階調を決定づるのではなく、輝度信
号の代表階調決定の際には色信号を、色信号の代表階調
を決定する際には輝度信号のそれぞれ階調変化を相互に
参照して代表階調を決定する。これにより、画像の輪郭
部分で画像の滲み等のない高画質の画像を再現すること
ができるカラー画像データの圧縮方式を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方式の原理を示すフローチャート、 第２図は本発明による符号化のアルゴリズムを示すフロ
ーチャ−ト、 第３図はパラメータと代表階ｒＪＪ改との関係を示す図
、 第４図は本発明に用いる符号化回路の一実施例を示す構
成ブロック図、 第５図は多（ｆＩｉ！ｉｉ像のブロック分割の説明図、
第６図は階調変化と代表階調数の説明図、第７図はＧＢ
ＴＣアルゴリズムのｔｌｌｆｆを示す図である。 第４図において、 １はマルチプレクサ、 ２はバッフ７メモリ、 ３はデマルチプレクサ、 ４は輝度成分階調変化検出器、 ５は輝度成分代表階調決定器、 ６は輝麿成分ｌ！ｌ！ｉ調変化メモリ、７は色成分階調
変化検出器、 ８は色成分代表階調決定器、 ９はマルチプレクサ、 １０は階調レベルメモリ、 １１は比較器である。 特許出願人　　　富　　士　　通　　株　　式　　会　
　社代　　理　　人　　　　　弁理士　　　井　　島　
　藤　　冶外１名 本発明方式の原理を示すフローチャート第１　図 本発明による符号化Ｏアルゴリズムを示はフローチャー
ト筒２図 パラメータとべ責階調教とΦ関イ系を牙す口筒３図 （ａ）　　　　　　　　　　（ｂ） 多僅画偕０ブロック分書］Φ説明刃 角免５　四く 筒６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 輝度信号と２つの色成分信号からなるカラー画像データ
   を圧縮する場合において、 輝度信号と２つの色成分信号をそれぞれ複数画素からな
   るブロックに分割し（ステップ［１］）、分割したそれ
   ぞれのブロック毎に最大階調と最少階調のレベル差の大
   小に応じて、該最大階調と最少階調の間を予め定めた階
   調数で量子化し、代表階調で近似表現する場合に、輝度
   信号のブロック毎の代表階調を決定する際には、輝度信
   号の階調レベル差と共に２つの色成分信号の同じ位置に
   あるブロックの階調レベル差を参照してこれら階調成分
   の大小に応じて予め定めた代表階調を割当て（ステップ
   ［２］）、 色成分信号のブロック毎の代表階調を決定する際には、
   色信号の階調レベル差と共に輝度信号の同じ位置にある
   ブロックの階調レベル差を参照してこれら階調成分の大
   小に応じて予め定めた代表階調を割り当てる（ステップ
   ［３］）ようにしたことを特徴とするカラー画像データ
   圧縮方式。