JPH0214672A - 画像データ圧縮方法 - 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） この発明は、階調を有する画像データを画素ブロックご
とに圧縮して、画像情報のデータ弔を削減′Ｊ−る画像
データｊモ縮方法に関する。

（従来の技術） 一般に製版用スキャナーなどの画像処理装置では、原画
像を読取ることによって一定の微小領域である画素ごと
に画像データが得られる。印刷分野における画像データ
は、テレビジョンの画像データに比べてデータ滑が多く
、ＩＭ象当たり数ＭＢから数１０ＭＢの情報用に達する
。このような天運のデータをそのままデータベースにし
て記憶するには膨大なメ七りが必要となり、またｆ−タ
伝送のコストも大きなものとなる。

これに対処するため、画像の情報量を削減する符号化技
術、すなわち、画像データ圧縮技術が一般に用いられて
いる。

（発明が解決しようとする課題） 画像データ圧縮技術としては、直交変換を用いるものな
ど、種々のものが知られているが、その多くはテレビジ
ョンなどのための粗い画像品質をもつ画像を対象として
いた。従って、再現画像の品質を高めると、圧縮率を大
きくすることができないという問題があった。

（発明の目的） この発明は、従来技術における上記の課題を解決するた
めになされたしので、画像品質を損なうことなく圧縮率
を大きくすることのできる画像データ圧縮方法を提供す
ることを目的とする。

（目的を達成するための手段） 上記の目的を達成するため、この発明では、画像を分割
する複数の画素ブロックごとに圧縮化画像データをＬ９
るための画像データ圧縮方法において、（ａｔ画素ごと
に予め求めた画像データを前記画素ブロックごとに直交
変換することにより、当該画素ブロック内の画像データ
を表わす複数の変換係数から構成される変換係数テーブ
ルを求め、（ｂ）前記変換係数テーブルの変換係数の一
部を有効と指定するコードテーブルであってｎいに異な
る複数のコードテーブルを予め早漏しておき、所定の選
択基準によって当該画素ブロックの変換係数テーブルに
適した一のコードテーブルを最適コードテーブルとして
選択するととｂに、　（Ｃ）前記最適コードテーブルを
参照しつつ前記変換係数の値を抽出して圧縮化画像デー
タを求める。

また、上記の目的をより良く達成するために、前記複数
のコードテーブルを複数のコードテーブル群に分類する
とともに、前記最適コードテーブルが、前記画素ブロッ
ク内にお（ブる画像データの分布状態を表わす統計量の
大きさに応じて、前記複数のコードテーブル群のいずれ
か一つからのみ選択されるようにした。

（作用） 画素ブロック内の画像データを表わす変換係数のうちで
、選択された最適コードテーブルで指定される９換係数
のみが抽出され、その他の変換係数は無視される。従っ
て、圧縮化画像データを求める基礎となる変換係数の数
が減少する。

また、複数のコードテーブルをコードテーブル群に分類
し、画像データの統計量（標＃−偏差など）によって、
最適コードテーブルの選択の４礎となるコードテーブル
群をいずれか一つに限定するようにし、萌記統８１吊に
応じた構成を有するコードチーゾル群？″Ａ官選υり（
゛きるようにしでいる。

（実施例） △、基本的な考え方 第７図は両像のブロック化の例を示す概念図ひある。ｌ
！！ｉ象１は（ＸＸＹ）個の画素Ｐぐ構成されていると
とらに、複数の画素を有づる画素ブロック［３Ｖｈで（
Ｖ　Ｘ　Ｈ）　１ｌｆＪに分割されている。第８図１よ
１つの画累ブｌコックＢｖｈの構成を示した概念図ひあ
る。画素ブ１コックＢｖｈは（ＭＸＮ）周の画素Ｐｉｊ
で構成されており、各画素ごとに画像データｆ、、が得
られている。第８図の例では、画素プロツクＢｖｈは（
８Ｘ８）画素で構成されているが、（４，Ｘ　４　）画
素や（１６Ｘ１６）画素などで構成されたものでもよい
。

データ圧縮に際しては、まず画像１内の画素ブロックＢ
Ｖｈ毎に画像データの直交変換を行う。直交変換として
は、離散的フーリエ変換、アダマール変換などの種々の
方法を用いることもできるが、ここでは次式で示される
離散的コサイン変換（以■、ｒＤｃＴ変換」と呼ぶ。）
を用いる。

Ｍ Ｎ ・・・（１） と ｍ　φ　ｎ≠０ 第９図は、１つの画素ブロック内における画像データｆ
・、と、（１）式で求められた変換係数ＦＩＩＩｎＪ を示す説明図である。以下では、変換係数Ｆｍｎを示す
テーブルを［変換係数テーブル１：Ｔ」と呼ぶ。

変換係数Ｆ。０は画像データｆｉｊの平均Ｖ４（以下「
直流成分」という。）を示し、その他の変換係数ＦＩＩ
１８（以下、「交流成分」という。）が画像データの分
布状態を示しており、それぞれ例えば８ビツトの２進数
で表わされる値である。但し、第９図では便宜上１０進
数で示している。

第９図（ａ−１）、　（ｂ−１１の画像データｆｉＪと
、それぞれに対応する第９図（ａ−１）、　（ｂ−１）
の変換係数Ｆ１ｏを見るとわかるように、画像データｆ
ｉｊの分布の態様によって変換係数Ｆ、。がＯでない値
を持つ位置（ｍ、ｎ）、及びその値の大きさがかなり異
なる。ここで変換係数ＦＩｎは、その絶対値が大きいも
のが、もとの画像データｆｉｊの分布状態の特徴を良く
表わす成分であり、絶対値の大きな変換係数ＦＩｎの個
数は画像データ「ｉｊの空間的変化が大きいほど増加す
る傾向にある。

この発明では、上記のような変換係数Ｆｌ１１１の分布
の偏りに着［１し、その交流成分の一部のみを有効と指
定するコードテーブルを用いる。第１０図はコードテー
ブルの一例を示す説明図である。コードテーブルＣＴの
中で有効ビット数１　が与え＋Ｉｎ られている座標（ｍ、ｎ＞は、対応する位ｆｆ　（ｍ。

ｎ）の変換係数Ｆｌｌ１８を有効と指定することを表ね
ず。また、各有効ビット数１□は変換係数Ｆ０゜を表わ
すときの最大ビット数である。すなわち、最大有効値Ｆ
　　　（＝（２の■、。乗）〜１）までのａＸ 変換係数ＦＩｎの値がそのまま有効とされる。図中［−
１は有効ビット数が“０″であることを示す。

この有効ビット数’ｉｎは、すべて同じ値（例えば８ビ
ツト）としてもよいが、もとの変換係数Ｆｍｎのビット
数（８ビツト）よりも少なく、かつ各座標（ｍ、ｎ）で
異なる適度な値（例えば６ビツト。

３ビツトなど）を用いれば、後に圧縮化画像データを求
めたときに、圧縮率が高まるという利点がある。なお、
変換係数Ｆ　の値が最大有効値ＦｌａＩｎ 、よりも大きい場合には、その変換係数Ｆ　は最ｎ 大有効値ＦＩＩｌａｘに等しいとされる。有効ビット数
’ｍｎはこのようなことがないように経験的に定められ
るものであり、仮りに変換係数ＦＩｎが最大有効値ＦＩ
Ｉｌａｘに等しいとされた場合でもその影響は無視でき
る。

このようなコードテーブルＣＴであって、その有効ビッ
ト数’Ｉｎの位置と値のパターンがそれぞれ異なる複数
のコードテーブルＣＴが予め準備される。これらのコー
ドテーブルＣＴの有効ビットａｌ、、のパターンは、よ
り少ない変換係数で、より品質の高い画像を再現できる
ように、経験的に求められるものである。１３１１えば
、人物、風損、静吻等の一般的な絵柄の特長的なものの
中から、上記パターンとして出現頻度の高いものに基づ
いて設定する。

次に、画素ブロックＢｖｈごとに求められた変換係数テ
ーブルＦＴについて、複数のコードテーブルＣＴの中か
ら、退店なコードテーブルを選択する。この選択のため
に、有効変換係数の和（以下、史に「有効用」と呼ぶ。

）ＳＦを次式で求める。

そして、各コードテーブルＣ，Ｔごとに有効用Ｓ、を求
め、これが最も大きな値となるコードテーブルＣＴが最
適なコードテーブルとされる。

なお、各コードテーブルＣ・王で有効とされる変換係数
Ｆ、。の個数（以下、「有効交流成分数」と呼ぶ。〉Ｎ
　を同じにすれば、上記の有効用ＳＦによる最適コード
テーブルの選択が、より信頼性の高いものになる。

圧縮化画像データは、もとの画像データｒ　・のＪ 平均値と、選択された最適コードテーブルＣＴのテーブ
ル番号と、コードテーブルＣＴで有効と指定される変換
体＠Ｆ□。の値とに基づいて作成される。有効交流成分
数ＮＣは、もどの変換係数テーブル中の変換係数Ｆ、。

の全個数（ＭＸＮ）よりちはるかに少なく、かつ、個々
の変換係数Ｆｉｎの直が、より少ない有効ビット数１□
。で表わされるので、圧縮率はきわめて大きなものとな
る。なＪ３、圧縮画像データは、周知のハフマン（ｌＩ
ｕＮｍａｎ）符号などで符号化することにより、圧縮率
を更に高めることができる。

次に、画像の特性に応じて圧縮率をさらに高めるために
、コードテーブルＣＴを複数のグループに分ける方法を
採用する。このために、まず画素ブロックＢ、ｈごとに
画像データｆｉｊの標準偏差σを求める。そして標準偏
差σの大きさに応じて、コードテーブルを、以下のよう
に複数のグループ〈コードテーブル群）に分ける。

グループ１： σ〈σ１　のとき　ＣＴ１１〜ＣＴ１Ｌグループ２： σ　≦σくσ２　のとき　Ｃ王２１〜ＣＴ２Ｌグループ
３： σ　≦σくσ３　のとき　０丁３１〜ＣＴ３Ｌグループ
４： なＪ３、 σ３≦σ　　　　のとぎ　０丁４１〜ＣＴ４゜（但し、
σ　、σ２．σ３は所定の閾値）各グループ１〜４のコ
ードテーブルの数りは、それぞれ異なる値であっても良
いことはいうまでもない。

第１１図は、画＠１の画素ブロックＢｖｈ毎に求めた標
準偏差σについて、画像１仝体における出現ｒ！ｌＡの
分布Ｇを示す図である。図において、縦軸の出現数へは
対数目盛で示されている。

第１の閾値σ１は、標準偏差σがこれより小さいときに
はその画素ブロック内での画像の変化がわずかである値
として定められる。このような画素ブロックの変換係数
の交流成分の値は小さいので、小さな有効交流成分数Ｎ
　を有するコードテ−プルを用いても画質を損うことが
ない。また、第１１図からもわかるように、一般に標準
偏差σが極めて小さい画素ブロックの出現率Ａが高いの
で、これらをまとめて小さな有効交流成分数Ｎ。

のコードテーブルで表わせば、圧縮率が高まる効果が大
きい。

標準偏差σが、第１の閾値σ１と第２の闇値σ２どの間
にあるときは、その画素ブロック内で画像がゆるやかに
変化していることを示す。この場合は、画質を良好に保
つために、グループ１よりら大きな有効交流成分数Ｎｃ
を有するコードテーブルを用いた方が良い。このグルー
プ２も比較的出現率Ａが高いので、圧縮率向上の効果も
高い。

第２の閾値σ２以上の標準偏差σに対しては、出現率Ａ
が比較的低いが、これらを寸べて大ぎな有効交流成分数
Ｎ。のコードテーブルで処理するとすれば、圧縮率を低
下させる原因となる。そこで、中間的な値として第３の
閾値σ３を定めている。

各グループ１〜４の］−トチ−プルＣ’Ｔ１に〜ＣＴ’
４ｋ＜ｋ−１〜Ｌ）の有効交流成分数ＮＣ１〜”ｃ４に
は次のような関係がある。

０≦”ｃ１≦”ｃ２≦”ｃ３≦”ｃ４≦ＭＸＮ−１・・
・（３）なお、各グループ内ではコードテーブルの有効
交流成分数は一定である。また、Ｎ　、１＝　Ｏのとき
、グループ１に属するとされた画素ブロックＢｖｈの圧
縮化画像データは、画素データｒ、の平均値の！Ｊ みで表わされることになる。

以上のような閾値σ　〜σ３及びグループ分（プされた
コードテーブル群ＣＴ１に−ＣＴ４ｋを予め準備してお
き、画素ブロックＢｖｈの標準偏差σの値に基づいて、
対応するグループのコードテーブル群の中から最適コー
ドテーブルを選択するようにすれば、圧縮率を大幅に５
めことができる。

Ｂの 第１図は、本発明の実施例を適用して画像データの圧縮
を行なう画像データ圧縮装置を示す概略構成図である。

図において、画像データ圧縮装置ＡＰは、画像メ［す５
１１画素プロツクみ出し制御Ｉ器６．バッファ・メ七り
７．２次元Ｄ　Ｃ−ｒ　９換鼎８．線型量子化器９．？
Ｊ弓化器１０．符シ〕化データ記録制御器１１．標準（
１差紳出器１４．闇値比較３１５．　ＲＯＭＩ　７．　
及Ｃ１’ＬＩ＋！１１３１３カラ構成される。以下、こ
の画像データ圧縮装ＲＡＰの動作を第２図に示１フロー
ｆｐ−トに沿−）で説明する。

ステップＳ１では、標準偏差の閾値σ１〜σ３が、パラ
メータ入力端子１６から入力されて、聞直比較ｉ！！：
１５に与えられる１、ステップ８２〜Ｓ４゜及び８１１
〜Ｓ１３は、処理すべき画素ブロックＢｖｈを順次選択
するステップである。

ステップＳ５では、１つの画素ブロックＢｖｈ内の画像
データｆ・・が、画素ブロック読み出し制御器 器６によって画像メモリ５から読み出され、バッフ？・
メモリ７に格納される。ステップＳ６では、画像データ
ｆｉｊがバッファ・メモリ７から標準偏差算出器１４に
与えられて標準偏差σが算出され、同時に２次元ＤＣＴ
変換濡８に伝送されてＤＣＴ変換される（ステップＳ７
）。ステップＳ８では変換係数Ｆ、。が線型量子化され
る。線型量子化とは、一般に知られているように、変換
係数ＦＩＩ１１を所定の値α（これを「量子幅」という
。）で除算し、かつ、その値Ｆ、。／αが小数である場
合にこれを整数化することをいう、団子幅αの値は標準
偏差σに基づいて適宜決定されるが、その詳細は省略す
る。ステップＳ９では線型量子化された変換係数Ｆ　＊
を有する変換係数テーブルＦＴ”にｎ 対し、最適コードテーブルが選択される。

第３図は最適コードテーブルの選択方法を示すフローチ
１７−トである。図の各記号の意味は次の通りである。

ｍａｘ　：有効用ＳＦの最大値を求めるためのパラメー
タ Ｈａｘ　：有効用ＳＦが最大であるコードテーブルの番
号を示ずパラメータ ｌ二コードテーブルの番号を示すパラメータし＝コード
テーブルの数 Ｃ：有効交流成分の番号を示すパラメータＮｏ：有効交
流成分数 まず、ステップ８２１ではＦ！準偏差σがグループ１〜
４のどれに対応するかが判定される。ステップ８２２〜
８３０は、当該グループの１個のコードテーブルのうら
、有効用５Ｆ（（２）式参照）が最大となるらのを選択
する手順である。

有効用ＳＦを求めるステップ８２３〜８２６では、ＲＯ
Ｍ１７に記憶されている第４図に示すようなサブテーブ
ルＴが用いられる。サブテーブルＴは、１つのグループ
Ｑ内のコードテーブルＣＴ〜ＣＴ　　のそれぞれについ
て、有効ビット数ｇｔ　　　　ｇＬ ■　の値が“Ｏｎでない座標位置の座標１（ｍ。

ｌｎ 、ｎ　　　）のみを示している。ここで、ｌ＝Ｏ１ｃ 〜（Ｌ−１）、ｃ＝ｏ〜（Ｎｃ−１）である。

つのコードテーブルＣＴｇ、について、サブテーブルＴ
から座ａｔ（ｍ　　　、ｎ　　　）を次々と呼出ｊＩＣ
ＩＣ し、変換係数テーブルＦＴ”の変換係数ＦＩｎ”のうち
で、上記座標にあるものの絶対値のみがステップ８２４
で足し合わされる。

有効用Ｓ、が最大となったコードテーブルは最適コード
テーブルとして選択される。ステップＳ３１では、最適
コードテーブルのテーブル番号ＭａＸ、最適コードテー
ブルで有効とＩＢ定される変換係数Ｆ　′″が八ツマン
符号列に変換され、圧縮化ｌｎ 画像データが得られる（ステップ８３１及び５１０）。

なお、もとの画像データｆｉｊの平均値をこのとき同時
に八ツマン符号化してもよいが、ステップＳ３１とは別
に、その平均値のみをいわゆる予測符号化などの手法に
よって符号化してもよい。

こうして得られた圧縮化画９データ（符号化データ）は
、符号化データ記録制御器１１に伝送され、さらに画像
メモリ５又は、図示しない外部回路への伝送路１２に出
力される。この出力の選択指令は、画像データの圧縮化
に先立ってオペレータによりパラメータ入力端子１６に
入力され、符号化データ記録制御器１１に初期設定され
る。

第５図は１、符号化された圧縮化画像データＤｒのファ
イル構造を示す概念図である。第５図（ａ）（７）ヘッ
ダー１８にはＩＩｌ値σ　、σ２．σ３などが含まれて
おり、ヘッダー１８に続いて、順次各画素ブロックの符
号列が配列されている。また、第５図（ｂ）は各画素ブ
ロックの符号列１つの内部構造を示し、最適コードテー
ブルのテーブル番号Ｍａｘと、変換係数Ｆ　＊の符号列
で構成されていｎ る。

第６図は、符号化した圧縮化画像データＤ、を復号化す
る画像データ復シ゛（化！！ｉ置を示す！１１１３１１
成図である。画像データ復号化装置（ＡＰは、画像メモ
リ２０．読み出し制ｔｌｌＲ２２，バッフ７７・メＴ−
ＩＪ　２３　、復号化器２４．ＲＯＭ２５．逆半子七器
２６，２次元ＤＣＴ逆変換器２７．及び記録コメ１囲器
２８から構成されている。圧縮化画像データＤｒは画像
メモリ２０．又は伝送路２１から読み出し制御器２２に
よって読み出され、バッファ・メＤす２３に与えられ、
ざらに復号化器２４に伝送される。ＲＯＭ　２５には、
画像データの符号化に用いられたと同じコードデープル
、ハフマン符号列を解読するためのハフマン符号表など
が記録されている。圧縮化画像データＤ「は復号化器２
４により変換係数ＦＩｎ＊に復号化される。変換係数Ｆ
　′は逆漕子化器２６で逆量子化される。すＩｎ なわち、！ｂ子幅αで線型Φ子化された変換係数Ｆｎ＋
ｎ＊（””ｍ。／α）に量子幅αが掛は合わされる。

こうして得られた変換係数Ｆ、。は２次元ＤＣＴ逆変換
器２７で逆変換され、画素ブロック内の各画素ごとの画
像データｆｉｊが得られる。画像データｆｉｊは記録制
御器２８により画像メモリ２０に記録される。以上の復
号化処理をすべての画素ブロックについて行なえば、画
像全体の画像データｆ、が得られることになる。

Ｃ６変形例 上記実施例では画素ブロック内の画像データの標準偏差
によって、コードテーブルを複数のコードデープル群に
分類したが、標準偏差に限らず、画像データの分布状態
を示す債の統計量を用いて分類してもよい。

また、上記実施例では１つの画像についての画像データ
を圧縮する方法について示したが、カラー画像について
は色分解した各画像についてこの発明を適用すれば良い
ことは言うまでもない。例えば、Ｙ　Ｍ　ＣＫ　ｆｆＪ
　８１画像、ＲＧＢ信号画像やＹ。

・■　・Ｑ、信号（クロマ信号）画像について、色分解
画像ごとに画像データの圧縮化をすることができる。こ
の場合には、色分解画像ごとに、標準偏差の閾値の個数
およびそれらの値、各コードテーブル群内のコードテー
ブルの数、コードテーブルの有効交流成分数、コードテ
ーブルの有効ビット数のパターンなどを変えることによ
り、各色分解画像に適した圧縮化が可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、画像データを
直交変換して得られた複数の変換係数のうち、画像デー
タの特徴を表わす一部の変換係数のみを用いて圧縮化画
像データを求めるので、画像品質を損うことなく、かつ
、圧縮率を高めることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を適用する装置の概略構
成図、 第２図及び第３図は、この発明の一実施例を示すフロー
ヂャート、 １１４図（ま、（ｔブチ−プルの例を示す概念図、第５
［４は、圧縮化画像データの構成を示す概念図、 第６図は、復号化装置を示す概略構成図、第７図【よ、
画像のブロック化を示す説明図、第８図は、画素ブロッ
ク内の画素配列を示す説明図、 第９図は、画像データと変換係数の例を示す説明図、 第１０図は、コードテーブルの例を示す概念図、第１１
図は、画像データの標準偏差とその出現数の関係の例を
示す説明図である。 ＡＰ・・・画像データ圧縮装置、 Ｂｖｈ・・・画素ブロック、ＣＴ・・・コードテーブル
、’Ｉｎ・・・有効ビット数、 Ｆ　・・・変換係数、　　ｆｌ、・・・画像データ、Ｉ
ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　ＩＪＤ、・・・
圧縮化画像データ、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像を分割する複数の画素ブロックごとに圧縮化
   画像データを得るための画像データ圧縮方法であつて、 （ａ）画素ごとに予め求めた画像データを前記画素ブロ
   ックごとに直交変換することにより、当該画素ブロック
   内の画像データを表わす複数の変換係数から構成される
   変換係数テーブルを求め、 （ｂ）前記変換係数テーブルの変換係数の一部を有効と
   指定するコードテーブルであつて互いに異なる複数のコ
   ードテーブルを予め準備しておき、所定の選択基準によ
   って当該画素ブロックの変換係数テーブルに適した一の
   コードテーブルを最適コードテーブルとして選択すると
   ともに、 （ｃ）前記最適コードテーブルを参照しつつ前記変換係
   数の値を抽出して圧縮化画像データを求めることを特徴
   とする画像データ圧縮方法。
2. （２）前記複数のコードテーブルは複数のコードテーブ
   ル群に分類されているとともに、前記最適コードテーブ
   ルは、前記画素ブロック内における画像データの分布状
   態を表わす統計量の大きさに応じて、前記複数のコード
   テーブル群のいずれか一つからのみ選択されるようにし
   た請求項１記載の画像データ圧縮方法。