JPH02202271A - 画像データの圧縮装置 - 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】 〔産業上の利用分野コ この発明はＸ線画像なとの医用画像を圧縮する場合に適
用して好適な階調画像データの圧縮装置に関し、特に最
適な量子化幅によって画像データを圧縮処理することが
できるようにした画像データの圧縮装置に間する。

［発明の背景］ 例えば、ｘｍ画像などの医用画像は、医師による診断、
治療を目的とするため、この医用画像をデジタル化する
には特に高いデジタル変換精度が要求される。

そのため、医用画像の画像データをデジタル化する場合
は、デジタル変換された情報量も膨大なものとなる。例
えば、大角サイズのフィルムで撮影した胸部Ｘ線単純撮
影画像（階調画像データ）をレーザスキャナーを用いて
デジタル化すると、その情報量（記憶容量）は１画像あ
たり４〜５　Ｍバイト程度となる。

これに伴って、この画像データを保管したり、通信回線
を用いて伝送したりする際のランニングコストや伝送時
間を考慮すると、画像データを−旦圧縮して深々してお
いた方が得策である。

画像データの圧縮技術としては、従来より可逆圧縮技術
と非可逆圧縮技術とが知られている。

前者は、原画像を圧縮・伸張して得られる復元画像が、
原画はと完全に一致する圧縮技術であって、その圧縮率
は１７２〜１７３程度である。

これに対して、後者、つまり非可逆圧縮処理の場合には
、復元画像には多少の誤差が生じるが、圧縮率は１７６
以上になる。そのため、近年画質保存性に優れた非可逆
圧縮処理の研究が盛んに行なわれている。

非可逆圧縮処理の一つとして、直交変換を使用した圧縮
処理がある。このうち、コサイン変換符号化は、コサイ
ン変換と呼ばれる変換を用いて画像データを圧縮する技
術である。

コサイン変換は、フーリエ変換、アダマール変換なとで
代表される直交変換の一つであり、これを用いたとき最
も圧縮効率のよい符号化が行えることが知られている。

コサイン変換符号化は、コサイン変換することによって
画像データの性質が、より圧縮し易い形に変換される。

したがって、画像ごとにまちまちな１度分布をもつ画像
データの性質を、画像１に有性のないある一定の性質に
変換できることになる。

一定の性質とは、ゼロにピークをもつラプラス分布にな
るという性質である。

例えば、　１画像をＰ−Ｑ（Ｐ−Ｑは分割数）個のブロ
ックに分割し、その１ブロツクのブロック画像をデジタ
ル化して得られた画像データの各画素レベル（−ａ度し
ベル）に対する発生頻度は、ブロック画像の画像内容に
よって第７図Ａあるいは第８図Ａに示すように相違する
。

しかし、これをコサイン変換すると′１１４７図Ａのブ
ロック画像も、第８図Ａに示すブロック画像も、第７図
Ｂあるいは″ｉＲ８図Ｂのような係数分布（ラプラス分
布）に変換されるため、画Ｍｌ＆存性のない形に変換す
ることができる。

ここに、ラプラス分布の横軸はコサイン変換によって得
られる交流成分の変換係数値であり、縦軸は発生頻度数
である。

変換係数値は実数であるから、これに対する丸め処理つ
まり、量子化処理を行なえば、係数を表わすレベル数が
減少する。量子化された変換係数値はその後符号化され
ることによって画像データの圧縮を達成できる。

第９図はこのようなコサイン変換符号化による画像デー
タ圧縮￥ｉ鷹の概要を示す要部の系統図である。

圧縮対象となる上述した医用画像などの階調画像データ
（本例では、１画素当りのビット数を１０ビツトとする
）はフレームメモリ２に格納されており、これより画像
データが分割ブロック単位で読み出される。本例では、
ブロックサイズＮがライン方向、カラム方向に対し、夫
々６０画素に分割されている。

読み出されたブロック画像データ（ａ度データ）は、直
交変換装置として機能する本例では２次元ディスクリー
トコサイン変換装置ｔ（２Ｄ−ＤＣＴ）２０に供給され
て、画像データｆ　（ｉ、　　ｊ）　　（ｉ。

ｊ＝０．１．　　・・・５０）がコサイン変換されてｌ
ブロック当り２５６個の変換係数が得られる。

変換係数は１個の直流成分（ＤＣ成分）と、残り２５５
個の交流成分（ＡＣ成分）とで構成される。

次に、こうして得られた２５６個の変換係数のうち直流
成分を除く２５５個の変換係数（交流成分）は、量子化
装置５０に供給されて、量子化幅制御回路３から出力さ
れた所定の量子化幅で量子化され、その後、符号化装置
６０て符号化されることによって画像データが圧縮され
る。符号化は例えばハフマン符号か、ランレングス符号
を使用すればよい。

符号データは端子７０から送信されろか、若しくはメモ
リ（図示しない）に格納される。

このように変換符号化処理においては、変換係数値を丸
め処理することによって、高い圧縮率を得ている。変換
係数を丸め処理する際に使用される丸め幅は量子化幅と
呼ばれる。

また、特に変換係数がゼロに丸められる量子化処理を係
数の足きりと呼び、このときの量子化幅の１／２の値を
問直Ｓと呼ぶ。足きり閾値Ｓを用いて係数をゼロに丸め
る処理は、スレショールトコ−ディングという名でよく
知られているが、広い意味で量子化の１つとして考える
ことができる。

〔発明が解決しようとする課８］ さて、量子化処理においては、量子化が復元画像の画質
を決定するため、量子化幅Ｗをいかに最適に決定するか
が、最も重要である。

従来では、各ブロックの変換係数（交流成分）の分布が
、ゼロにピークを持つラプラス分布であると仮定し、交
流成分の２乗和（分散）や、その正の平方根（標準偏差
）を計算したり、変換係数の絶対値（振幅）の和などを
計算し、その結果から１系数の分布の広がりを推定し、
ブロック毎に最適と思われる足きり閾値Ｓや、量子化幅
Ｗを算出していた。

ここで、ブロックサイズが非常に大きいとき、例えば、
画像全体を１つのブロックとして考えたときには、変換
係数（交流成分）の分布がラプラス分布によく近似でき
るため、上述した仮定が成立する。

しかし、ブロックサイズが画像に対して小さいとき、例
えば、ブロックサイズが上述したように、（３０Ｘ６０
の場合なとでは、交流成分の個数が２６５個と少なく、
分布の形状に凸凹が生じるため、ラプラス分布に近似す
るには無理がある。

従って、交流成分の分散や、標準偏差や、振幅の和など
の統計量が、交流成分の分布の広がりや、形状（特にゼ
ロ付近の形状）の推定に好ましくない結果を招くことは
容易に推察できる。

例えば、第１０図及び８１１図のように、分布の形状が
非常に似ている２つのブロックＡ、　　Ｂにおいて、ブ
ロックＢには、非常に少数であるが、振幅の大きな成分
が存在するのに対し、ブロックＡにはさほど大きな振幅
の成分が存在しないときには、以下のような算出結果と
なってしまう。

つまり、ブロックＢの上記統計量（交流成分の分散や、
標準偏差や、振幅の和なと）は、ブロックＡの同様な統
計量に対して、非常に大きな値をとる。係数値の絶対値
（振幅）の平均値ＳＡＭについて具体的に示せば、ブロ
ックＡでは１．３９３であるのに対し、ブロックＢでは
７゜８６５となってしまう。

その結果、ブロックＡとブロックＢの分布の形状は異な
るものと推定されてしまい、異なる量子１ヒ幅Ｗや足き
り閾値Ｓが割り当てられるという不都合が生じていた。

特に、ブロックＢの場合のように、振幅の大きな成分の
存在するブロックでは、不当に大きな量子化幅Ｗや足き
り閾値Ｓが割り当てられることが多く、これによって復
元画像がボケ、しばしばこれが、ブロックアーチファク
トの原因となっていた。ブロックアーチファクトとは、
ブロックの境目が目立つようになる現象をいう。

このようなブロックアーチファクトは、特に診断を目的
とする医用画像において大きなデメリットとなっている
。

そこで、この発明では交流成分の分布がラプラス分布か
ら外れている場合や、非常に大きな交流成分が存在する
場合でも、分布の形状を正確に把握でき、各ブロックに
Ｒ通な量子化幅や足きり閾値を割り当てろことが可能な
、画像データの圧縮装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 上述の！！題を解決するため、この発明においては、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、各ブロックのブロック画像毎に直交変換を施して得
られる変換係数値を量子化したのち、符号化するように
した画像データの圧縮装置において、 絶対値が所定同値以下の係数値を用いて、各ブロックに
おけるブロック画像に関する変換係数値の量子化幅を決
定することにより、 そのブロック画像に贋する変換係数値の分布形状に適応
した量子化幅によってブロック画像の変換係数値が量子
化されるようになされたことを特徴とするものである。

〔作　　用コ 第３図Ｂに示すように、絶対値が閾１１１Ｋ（以下、こ
の同値を係数選択量Ｉｌｌ！　Ｋと呼ぶ）以下となる交
流成分が選択され、選択された成分のみを用いて量子化
ＩａＷや足きり閾値Ｓを決定するための統計量の計算が
行なわれる。

このように所定の閾値に以下のｔｉ数値のみを使用して
量子化幅Ｗなどを決定すればラプラス分布に合わない係
数分布であっても、ブロックＡとＢの分布を正確に把握
できる。

係数の分布が正確に把握できれば、夫々のブロックに対
して最適な量子化幅〜Ｖなどを設定できるため、ブロッ
クアーチファクトを十分に抑制できる。これによって、
高画質な復元画像が得られ、医用画像にも十分適用でき
るようになる。

［実　施　例］ 続いて、この発明にかかる画像データの圧縮装置の一例
を、上述した医用画像の圧縮装置に適用した場合に付き
、第１図以下を参照して詳細に説明する。

第１図において、端子１１にはフレームメモリ２よりブ
ロック単位で読み出された画像データが供給される。こ
の画像データは、２次元ディスクリートコサイン変換！
！１！２０に供給されてコサイン変換が実行される。

すなわち、濃度情報であるデジタル化された人力画像デ
ータｆ　（ｉ、　　ｊ）　　（ｉ、　　ｊ＝０．　１．
　２゜３、・・・、Ｎ−１，Ｎは例えば１６）が、空間
周波数がＵ、　　Ｖの間数で表わされる変換係数値Ｆ（
ｕ、　　ｖ）　　（ｕ、　　ｖ＝０．　１．　２．　３
．　　・や・Ｎ−１，Ｎは例えば１６）に変換される。

変換係数Ｆ（ｕ、ｖ）は、ＮＸＮ個の係数値を格納でき
るバッフ７メモリ（この例では、ＦＩＦＯ）３０に順次
格納されると共に、分布推定装置４０に供給される。

分布推定装置４０ては、人力された変換係数Ｆ（ｕ、　
　ｖ）の交流成分と所定の閾値にとを用いて、量子化幅
Ｗと足きり閾ＭＩＳが決定される。量子化幅Ｗと足きり
閾（ｌｌｉＳとをどのように決定するかについては後述
する。

量子化幅Ｗと足きり閾値Ｓは、量子化装置５０に供給さ
れると共に、これには、バッファメモリ３０から読み出
された変換係数Ｆ（ｕ、ｖ）が供給され、量子化幅〜Ｖ
と足きり閾ｌｌｍ５を参照して量子化が実行される。

量子化を終えた変換係数Ｆ’　　（ｕ、ｖ）は、符号化
装置６０において符号化され、端子７０よりその符号デ
ータが出力される。

第２図は分布推定装置４０の一実施例を示すブロック図
であり、絶対値回路４２、係数選択回路４３、演算回路
４４及びＲＯＭ４７で構成されている。

２次元ディスクリートコサイン変換装置２０より出力さ
れた変換係数Ｆ（ｕ、ｖ）は絶対値回路４２においてそ
の絶対値ＩＦ（ｕ、ｖ）ｌに変換される（第３図Ａ、　
　Ｂ参＠）。絶対値出力は係数選択回路４３に人力する
。

１系数選択回路４３は量子化幅Ｗなどを決定するときに
使用される係数値を制限するためのもので、これには端
子４８を通して、係数選択間１直Ｋ　（第１図参照）が
与えられている。

１系数選択閾１ａ　Ｋとしては、予め定められた閾値を
使用することもできれば、所定の演算を行なってそのブ
ロックことに閾値を算出し・たものを使用してもよい。

本例では、前者の例であって、以下のようにして定めら
れた闇値が使用されるものとする。

いま、画像データのビット数をｎ、ブロックのサイズを
Ｎとしたときに与えられる変換係数のうち交流成分のダ
イナミックレンジＤｎを、Ｄｎ＝２１／Ｎ　（山２”）
　　・・・　（１）で定義したとき、係数選択閾値にの
値はダイナミックレンジＤｎの ０．５０／２０４８〜１０．０／２０４８・−・（２）
程度に設定するのが好ましい。その理由は後述する。

このようにして設定された係数選択閾値Ｋを使用して絶
対値ＩＦ（ｕ、ｖ）Ｉが比較され、この例では、絶対［
ｌＦ　（ｕ、ｖ）ｌが、係数選択間ｌｌ！Ｉ（以下の絶
対値ＩＦａ　（ＬＪ、Ｖ）ｌと、係数選択閾値により大
きい絶対値ｌＦｂ　（ｕ、ｖ）Ｉとに分類され、このよ
うに分類して選択された交流成分の絶対値ｌＦａ　（ｕ
、　　ｖ）　　Ｉ　（第１０図及び第１１図参照）のみ
が次の演算回路４４に送給ざれる。

係数選択回路４３てはざらに、出力された係数Ｆａ（ｕ
、ｖ）の個数Ｍがカウントされる。

演算回路４４では、絶対値ＩＦａ（ｕ、ｖ）に対して所
定の演算処理が施される。

所定の演算処理とは、量子化幅Ｗや足きり閾値Ｓを決定
するための統計量を算出するための処理であって、この
統計量としては選択された交流成分の分散や、標準偏差
や、振幅の平均値などを使用できる。

本例では、回路構成の簡略化を図るためなとの目的から
、振幅の平均値ＳＡＭを使用した場合である。したがっ
て、演算回路４４は加算器４５と平均値回路４Ｇとで構
成され、この平均値処理のときに上述した個数Ｍが使用
される。

算出された演算結果Ｙ（本例では平均ＭＳＡＭ）はＲＯ
Ｍ４７にアドレス参照信号として供給され、ここに格納
された量子化ＩＩＩＩＷ及び足きり閾値Ｓのうちの特定
の量子化幅Ｗと足きり閾値Ｓ（第６図参照）とが参照さ
れる。

さて、第４図は係数還択閾ＩＩＩ　Ｋと虎幅平均値ＳＡ
Ｍとの関係を示すものであって、１系数分布は第１０図
及び第１１図のものを例示する。同図は係数選択閾値■
（をダイナミックレンジＤｎの１／Ｚとしたときの平均
値ＳＡＭを示したもので、Ｚ＝１は係数選択間Ｉｌｌ　
Ｋを用いていないときの平均値ＳＡＭを示す。

この図より明らかなように、係数選択閾値にとして、　
（２）式を満足するように設定して、使用される変換係
数値の上限を選択すれば、第１θ図及び第１１図のよう
に、両者とも係数分布がラプラス分布に近似しない場合
であっても、夫々の平均値ＳＡＭはほぼ同じ値をとるこ
とがわかる。

平均値ＳＡＭが同じであるときには、参照される量子化
＠Ｗ及び足きり閾ｈｉｉｓは回れも同じ値となる。つま
り、上述したような係数の分布推定を行なうときには、
係数分布を正確に把握できることになる。

平均値ＳＡＭの値が相違するときには、それに対応した
量子化幅Ｗと足きりｒｊ！ｉ値ＳとがＲＯＭ４７より参
照されるが、個数Ｍが所定の値以下になった場合には、
量子化幅Ｗ、足きり閾値Ｓとも一定値が選択されるよう
になっている。

これは、Ｍの値が非常に小さいということは、変換係数
の交流成分の分布が大変広いことを示すため、このよう
なときには量子化幅Ｗ及び足切り閾値Ｓを一定値に制限
した方がよいからである。

なお、第１０図及び第１１図に示すような係数分布の場
合には、Ｉ（がＤｎの０．２５／２０４８であっても、
ブロックＡとＢとの誤差は僅少となるが、この場合には
、使用すべき変換係数の個数Ｍが余りにも少なすぎるか
ら、本例ではこれ以上の値に選定したものである。

上述した演算回路４４を省略し、個数Ｍのデータのみを
用いてＲＯＭ４７をアドレスすることも可能である（第
２図破線図示）。

量子化ｖＡＷ及び足きり閾（ＩＩ　Ｓによって変換ｌＩ
ｖ！数喧が量子化される。すなわち、第５図に示すよう
に、足きり闇値Ｓ以下の変）負係数値は全てゼロ（ａｏ
）に量子化され、各量子化１６５ｗ内の変換係数値Ｆ（
ｕ、ｖ）は夫々対応する値±ａｉ（ｉ＝１．　２゜３、
　・・・）に量子化される。

なお、この量子化処理において、量子化すべき変換係数
値を予め誤差の生じない程度の量子化幅〜Ｖｏで量子化
し、これによって得られる変換値をさらに上述した量子
化幅Ｗと足きり閾値Ｓとによって量子１ヒするようにし
てもよい。

量子化出力はさらに第１図に示すように、符号化装置６
０において符号化される。本例では、ゼロに量子化され
た値をランレングス符号に符号化すると共に、それ以外
に量子化された値をハフマン符号に符号化される。ラン
レングス符号の場合には、Ｂ１符号を使用することがで
きる。

ハフマン符号のみによって符号化してもよい。

上述した係数選択閾値には分布推定装置４ｏにおいての
み使用されるものであるから、量子化されろ変換係数値
の個数（周波数帯域）は同等制限されない。勿論、他の
理由によって変換係数値そのものが制限を受ける場合は
別である。

［発明の効果コ 以上説明し・たように、ブロック画像毎に直交変換を施
して得られる変換係数値を量子化する場合、この発明に
おいては、絶対値が所定閾値以下の係数値を用いて、各
ブロックにおけるブロック画像の量子化幅を決定するよ
うにしたものである。

これによれば、そのブロック画像に関する変換係数値の
分布形状に適応した量子化幅によってブロック画像を量
子化することができる。

そのため、係数分布がラプラス分布から外れるような場
合であっても、近似する分布形状の場合には類似する形
状として推定されため、量子化幅や足きり閾値を適切に
決定できる特徴を有する。

したがって、量子化幅や足きり閾値の不適切な設定によ
って発生していたブロックアーチファクトを抑制できる
から、従来よりもより高画質化した画像データの圧縮が
可能になる。

したがって、この発明にかかる画１象データの圧縮装置
は、上述したように高画質化が要求される医用画像を対
象とした圧縮装置などに適用して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る画像データの圧縮装置の一例を
示す要部の系統図、第２図は分布推定装置の具体例を示
す系統図、第３図は係数分布を示す図、第４図は係数選
択閾値とｆｉＩｌｉｉｉＩの平均値との関係を示す図、
第５図は量子化の様子を示す図、第６図は分布推定結果
と量子化幅及び足きり闇値との関係を示す図、第７図及
び第８図は夫々画素レベルと係数分布との関係を示す特
性図、第９図は従来の画像データの圧縮装置の系統図、
第１０図及び第１１図は夫々ラプラス分布から外れた係
数分布の図である。 ２・争・フレームメモリ ２０・・・２次元ディスクリート コサイン変換装置 ３０・争・バ・ソファメモリ ４０・・・分布推定装置 ４２・・・絶対値回路 ４３　・ ４４や ４６　・ ４７　＠ ５０　・ ６０　ψ ・係数選択回路 ・演算回路 ・加算器 ・平均値回路 ・ＲＯＭ ・量子化装置 ・符号化装置

Claims (1)

【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、各ブロックのブロック画像毎に直交変換を
   施して得られる変換係数値を量子化したのち、符号化す
   るようにした画像データの圧縮装置において、 絶対値が所定閾値以下の係数値を用いて、各ブロックに
   おけるブロック画像に関する変換係数値の量子化幅を決
   定することにより、 そのブロック画像に関する変換係数値の分布形状に適応
   した量子化幅によって上記ブロック画像の変換係数値が
   量子化されるようになされたことを特徴とする画像デー
   タの圧縮装置。