JPH03236680A - 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］ 読取ライン走査で得られた白黒の２値画像データを圧縮
する画像データ圧縮方式に関し、効率的に圧縮してデー
タ量を低減することを目的とし、 入力画像データを同じブロック数で成る大きい領域から
小さい領域に多段階にブロック分割し、各段階でブロッ
ク分割された白黒パターンを固定長符号で表すか、又は
白黒パターンの固定長符号に白黒パターンレングスの固
定長符号を組合せて表し、最終的に既に符号化済みの全
段階に亘る固定長符号群の複製としてユニバーサル符号
化するように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、読取ライン走査で得られた白黒の２値画像デ
ータを圧縮する画像データ圧縮方式に関する。

近年、ＯＡが発展し、文書が白黒２値の画像情報として
ファクシミリや光デイスクファイル・システムなどで扱
われるようになっている。文書情報をディジタルデータ
として利用するとき、画像情報のデータ量は、文字画像
に比べ非常に大きく１０数〜数１０倍になる。また、最
近は、画像の品位を向上させるため、ファクシミリにお
いては、従来の６３機の約２００ｄｐ　ｉから、次の６
４機では３００ｄｐ　ｉや４００ｄｐ　ｉへと解像度が
上がり、データ量は増加する方向にある。したがって、
蓄積や伝送等で画像情報を効率良く扱うには、効率的な
データ圧縮を加えることでデータ量を減らすことが必須
となる。

［従来の技術］ 従来、白黒２値画像のデータ圧縮方式として、ＭＭＲ（
Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ＲＥＡＤ（ＲＥ
ｌａ口ｗｅ　Ａｄｄｒ−ｅｓｓ　Ｄｅｓｉｇｎａｔｅ　
ｃｏｄｉｎｇ））方式と予測符号化方式の２つが代表的
なものとしてられている。

■ＭＭＲ方式 ２値画像の国際標準圧縮方式としてＭＭＲ方式がある。

この方式は、主走査方向に見ていって白から黒、または
黒から白に変化する画素を変化画素と呼び、隣接する走
査線間で変化画素の表す白黒パターン境界のずれ（変化
画素相対アドレス）が小さいという変化画素の隣接関係
に着目してデータ圧縮するものである。

第１０図、第１１図、第１２図、および第１３図のそれ
ぞれにＭＭＲ方式において符号化するときに参照する参
照変化画素の定義、符号表、符号化の処理フローを示す
。

このようなＭＭＲ方式により通常の文書画像は数分の１
から１０数分の１に圧縮できる。ＭＭＲ方式には次の欠
点があった。

第１の欠点は、ＭＭＲ方式は変化画素を１個ずつ符号化
するため、解像度が上がった場合、解像度にほぼ比例し
て符号量が増えるという不都合があった。例えば、解像
度が２倍に上がると、主走査方向の画素数が２倍になる
とともに、副走査線の本数が２倍になる。副走査線上の
変化画素数は解像度が上がる前とほぼ変わらないので、
変化画素数はほぼ倍増し、符号量は約２倍になる。画像
の本質的な情報量は、解像度に比例して増加するわけで
はないと考えられ、解像度が上がるにつれて、ＭＭＲ方
式は、画像の本質的な情報量に対して圧縮効率が低下す
るようになる。

第２の欠点は、階調画像が２値画像では網点画像となり
、中間調が黒画素の面積密度として表される。網点画像
は、画面全体に分散された網点により生じる変化画素数
は膨大な数となるため、ＭＭＲ方式では、有効な圧縮が
できなかった。

■予測符号化方式 標準方式のＭＭＲ方式とは別のデータ圧縮法として、予
測符号化方式がある。

この予測符号化方式は、第１４図に示すように注目画素
Ｘの周辺に参照画素Ａ、　　Ｂ、　　・・・、Ｊを取っ
て注目画素Ｘの白黒を予測し、予測誤差を符号化するも
のである。予測符号化では、データの種類に応じた最適
な予測関数を用いれば、通常の文書画像でＭＭＲ方式と
同様に高い圧縮率が得られる。予測符号化方式には、次
の欠点があった。

第１の欠点は、解像度が増加したとき、それぞれの解像
に対応する予測関数が必要になり、そのままの予測関数
を用いると予測の効率が低下し、充分な圧縮率が得られ
ない。

第２の欠点は、網点画像では、圧縮対象の網点画像に合
わせた予測関数を用いれば、圧縮はできる。しかし、種
々の周期や形の網点画像を圧縮する場合は、特定の網点
に合わせた予測関数では圧縮ができない。この場合、従
来は、第１５図に示すように種々の網点周期を参照画素
とする予測器を幾つか並べ、予測はずれの回数の最も少
ない予測器を選択して、この選択した予測器に従って符
号化するという適応予測符号化方式を採っている。

即ち、異なる網点周期をもつ予測器をたとえば２つ並べ
て予測値を求める。次に２つの予測器に対応して設けら
れた２つの予測はずれカウンタが、それぞ−れの予測器
の予測はずれを一定の入力信号の個数の区間で計数し、
どちらの予測器のはずれの個数が少ないかを比較器で求
める。そして、比較器の結果に従って、次の区間では、
マルチプレクサを選択して、予測はずれの少なかった方
の予測器からの予測誤差信号を符号化するという構成を
採っている。

このような第１５図に示す従来の適応予測符号化方式は
、例えば、電子通信学会技術研究報告■Ｅ８０−１２　
ｒ新聞網点写真の適応予測符号化」に詳述されている。

［発明が解決しようとする課題］ このような従来の画像のデータ圧縮方式の内、ＭＭＲ方
式に代表される変化画素相対アドレスを用いる方式は、
文書画像において解像度が上がった場合に圧縮効率が低
下し、また、網点画像は圧縮できないという欠点があっ
た。

これに対し予測符号化方式は、画像の統計的な性質を予
想して予測器を構成しておくために、用意した予測器と
実際に圧縮する画像との統計的性質が合うときは有効な
データ圧縮ができるが、合わないときにはデータ圧縮の
効率が著しく低下するという問題点があった。

また予測符号化方式は、適応予測符号化を採用すること
で、データ圧縮の効率の低下の問題はある程度改善でき
るものの、一方で、この改善を大きなものにしようとす
ると、予測器の個数を増やす必要があることから、回路
規模が大きくなってしまう別の問題点がでてくることに
なった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、種々の画像データを効率的に圧縮できるようにし
た画像データ圧縮方式を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理説明図である。

まず本発明は、読取ランイ走査で得られた白黒の２値画
像データを圧縮する画像データ圧縮方式を対象とする。

このような画像データ圧縮方式につき本発明にあっては
、入力画像データを大きい領域から小さい領域に多段階
にブロック分割する多段分割手段１０と；多段分割手段
１０でブロック分割された各段階での白黒パターンを対
応する固定長符号に変換する変換手段１２と；変換手段
１２で得られた全段階に亘る白黒パターンの固定長符号
群を、既に符号化済みの固定長符号群からの複製として
符号化する符号化手段（ユニバーサル符号化）１４と；
を設けたものである。

更に変換手段１２は、多段分割手段１０でブロック分割
された各分割段階での白黒パターン及び白黒情報の連続
を示すパターンレンクズのそれぞれを対応する固定長符
号に変換しても良い。

また多段分割手段１０によるブロック分割は、上位段階
の大きい領域を形成する複数の分割ブロックにつき、分
割ブロック内のが全て白画素であれば白情報ビットブロ
ックにつき、黒画素が１以上存在すれば黒情報ビットブ
ロックにつき、黒情報ビットで表現された分割ブロック
についてのみ下位段階の小さい領域へのブロック分割を
行うようにする。

更に、符号化手段１４としては、現時点で符号化すべき
固定長符号群を、既に符号化済みの固定長符号群の複製
位置及び複製の長さで指定して符号化するユニバーサル
型ＺＬ符号化方式、或いは、現時点で符号化すべき固定
長符号群を、既に符号化済みの固定長符号群を異なる部
分列に分けた時の該部分列の番号で指定して符号化する
増分分解型ＺＬ符号化方式を採用する。

［作用］ このような構成を備えた本発明の画像データ圧縮方式に
よれば次の作用が得られる。

従来の方法の内、変化画素の相対アドレスを用いるＭＭ
Ｒ符号化方式は、画像の白黒パターンの接続関係を用い
て、１つずつ変化画素を符号化するため、変化画素数の
増加が直ちに符号量増加に結びつき、圧縮率が低下を招
いている。また、予測符号化方式では、画像の統計的性
質を予想し、予想したサンプル画像より予測器を構成し
ておくため、予想した範囲外の画像の場合は圧縮効率が
悪くなる。

これに対して本発明にあっては、第２図に示すように、
入力した画像を大きい領域から小さな領域に多段階、例
えば４段階にブロック分割を行った後、各段階の白黒パ
ターンの連続関係を同図（ｂ）又は（Ｃ）のように固定
長符号群ブロックにつき、最終的にユニバーサル符号化
の手法により学習しながら符号の最良化を図り、種々の
性質の画像において効率の良い圧縮を行うようにするも
のである。

元来、ユニバーサル符号は、情報保存型のブタ圧縮方法
であり、データ圧縮時に情報源の統計的な性質を予め仮
定しないため、種々のタイプ（文字コード、オブジュク
トコードなど）のブタに適用することができる。文書画
像では、文字の文字線の直線性や曲がり具合には類似性
がある。

また、網点画像は、画像全体が網点分散するため膨大な
数の変化点が出現するが、網点周期性、網点形状の同一
性から輪郭線の接続関係は類似している。この類似性の
もつ冗長性をユニバーサル符号化により削減し、有効な
圧縮を行うことができる。

本発明では、入力した画像を大きい領域から小さな領域
に多段にブロック分割を行った後、パターンの連続関係
をそのまま第２図（ｂ）のように固定長符号で表わすか
、又は同図（ｃ）のように白黒パターンのランレングス
に対応する固定長符号を求めてパターンの固定長符号と
組合わせ、このような前処理を行った後にユニバーサル
符号化（ｚｉｖ−Ｌｅｍｐｅｌ符号）を適用し、画像の
大局的な情報をユニバーサル符号のインデックスで表す
ようにする。

ここで、ユニバーサル符号について簡単に説明する。ユ
ニバーサル符号の代表的な方法として、ｚｉマー１．ｅ
ｍｐｅｌ符号化がある（詳しくは、例えば宗像ｊｚｉｖ
−Ｌｅｍｐｅｌのデータ圧縮法」、情報処理、　Ｖｏｌ
。

２６、Ｎｏ、１．１９８５年を参照のこと）。

２ｉｖ−Ｌｅｍｐｅｌ符号化では ■ユニバーサル型と、 ■増分分解型（Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ　ｐｕｒｓｉｎ
ｇ　）の２つのアルゴリズムが提案されている。ここで
、この２つのアルゴリズムについて述べる。

［ユニバーサル型のアルゴリズムコ このアルゴリズムは、演算量は多いが、高圧縮率が得ら
れる。符号化データを、過去のデータ系列の任意の位置
から一致する最大長の系列に区切り（部分列）、過去の
系列の複製として符号化する方法である。

第３図にユニバーサル型ｚｉマーＬｅｍｐｅｌ符号の符
号器の原理図を示す。

第３図において、Ｐバッファには符号化済みの入力デー
タが格納されており、Ｑバッファにはこれから符号化す
るデータが入力されている。Ｑバッファの系列は、Ｐバ
ッファの系列をサーチし、Ｐバッファ中で一致する最大
長の部分列をもとめる。そして、Ｐバッファ中でこの最
大長部分列を指定するため下記の情報の組を符号化する
。

次にＱバッファ内の符号化した系列をＰバッファに移し
て新たなデータを得る。以下、同様に操作を繰り返し、
データを部分列に分解して、符号化する。

更に、ユニバーサル型アルゴリズムの改良としてＬＺＳ
Ｓ符号化がある（Ｔ、　Ｃ，Ｂｅ１ｌ、　’　Ｂｅｔｔ
ｅｒ　ＯＰＭ／Ｌ　ＴｅｘｊＣｏｍｐ＋ｅｓｓｉｏｎ’
、　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　ｏｎ　ＣｏｍｍｏｎＶｏ
ｌ、　Ｃ０Ｍ−３４，Ｎｏ、　１２．　Ｄｅｃ、　１９
８６参照）。ＬＺＳＳ符号化では、Ｐバッファ中の最大
一致系列の開始位置と一致する長さの組と、次のシンボ
ルとをフラグ区別し、符号量の少ない方で符号化する。

［増分分解型アルゴリズム］ このアルゴリズムは、圧縮率はユニバーサル型より劣る
が、シンプルで、計算も容易であることが知られている
。

増分分解型Ｘｉｖ−Ｌｅｍｐｅｌ符号では、入力シンボ
ルの系列を ｘ＝ａａｂａｂａｂａａ　・　・　・ とすると、成分系列ｘ＝ＸＯＸＩ　Ｘ２　・・・への増
分分解は次のようにする。

Ｘｉを既成分の右端のシンボルを取り除いた最長の列と
し、 Ｘ＝ａ１ｔａｂ・ａｂａ・ｂ・ａａ・・・・となる。

従って、ＸＯ＝λ（全列’）、ＸＯ＝Ｘ１　ｂ。

Ｘ２　＝Ｘｌ　ｂ　　　、　　Ｘ３　＝Ｘ２　ａ。

Ｘ４　＝ＸＯｂ　　　、　　Ｘ５　＝Ｘ１　ａ。

と分解できる。増分分解した各成分系列は低成分系列を
用いて次のような組で符号化する。

即ち、増分分解型アルゴリズムは、符号化パターンにつ
いて、過去に分解した部分列の内、最大長一致するもの
を求め、過去に分解した部分列の複製として符号化する
ものである。

更に、増分分解型アルゴリズムの改良としては、ＬＺＷ
符号化がある（Ｔ、　Ａ、　Ｗｅｌｅｈ、　’＾Ｔｅｃ
ｈｎｉｑｕｅｆｏｒ　Ｈｉｇｈ−Ｐｅ］ｆｏｒｍａｎｃ
ｅ　Ｄａｔｅ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ’、Ｃｏｍｐｌ
ｅｒ、　Ｊｕｎｅ　１９８４参照）。ＬＺＷ符号化では
、次のシンボルを次の部分列に組み込むようにして、イ
ンデックスのみで符号化できるようにしている。

即ち、本発明で多段階に分割したブロック内の白黒パタ
ーン又は白黒パターンとパターンレングス情報を固定長
の符号で表し、ユニバーサル符号により、画像の大局的
な情報をパターンとして捉えて符号化することができ、
有効な圧縮ができる。

［実施例］ 第４図に本発明による画像データ圧縮の手順を示す。

第４図において、まずステップＳＬ（以下「ステップ」
は省略）で入力した画像データを例えば第５図に示すよ
うに４段階にブロック分割する。

ここで第５図の各段階の画素数は次のようになる。

第１段階；　４０９６ｘ４０９６ 第２段階、５２１　Ｘ５１２ 第３段階；６４Ｘ６４ 第４段階；８×８ 即ち、下位の段階へのブロック分割で１／６４に細分化
される。

また各段階のブロック分割数は全て６４（＝８×８）で
あり、第４段階では分割ブロック内の白黒ビット情報は
画素に１対１に対応しているが、第１〜第３の上位段階
では、１つの分割ブロック内に複数画素が存在する。そ
こで、分割ブロック内が全て白画素である場合には自情
報ビットとしてビット０で表わし、分割ブロック内に黒
画素が１画素以上存在していれば、黒情報ビットとして
ビット１で表わす。

この結果、上位段階から下位段階へのブロック分割は、
黒情報ビットとしてビット１をもつ部分についてのみ展
開してブロック分割する。

Ｓｌでブロック分割された各段階の白黒パターンはＳ２
で固定長符号に変換される。Ｓ２における固定長符号へ
の変化は次の２通りのいずれかとする。

■第６図のように白黒パターンを対応する固定長符号で
表す； ■第７図のように白黒パターンの固定長符号に加えて白
黒パターンの連続情報としてのパターンレングスを固定
長符号で表わして組合せる； このような固定長符号への変換は、例えば第８図の固定
長符号割当てに従って行われる。更に、これらの固定長
符号は１バイト単位とする。

次に８３に進んでＳ２で白黒パターンまたは白黒パター
ンとパターンレングスの固定長符号に変換された情報を
、ユニバーサル符号の手法により符号化する。

第９図は本発明のブロック分割による情報量を第１段階
から第４段階に分けて示す。

まず第１段階は８Ｘ８＝６４の情報量である。

この第１段階における６４ブロツク中の黒情報ビットと
なるビット１のブロック数をＬとすると、次の第２段階
での情報量は Ｌ×８×８ となる。また第２段階における（ＬＸ８Ｘ８）ブロック
中の黒情報ビットとなるビット１のブロック数をＭとす
ると、次の第３段階では ＭＸＬＸ８Ｘ８ となる。更に第３段階での黒情報ビットとなるビットｌ
のブロック数をＮとすると、最後の第４段階では ＮＸＭＸＬＸ８Ｘ８ の情報量となる。

ここで例えば第５図のように、第１段階から第３段階の
各ブロック分割では黒ビット１が１つしか存在せず、最
後の第４段階で図示の白黒パターンが現われた場合、 Ｌ＝１ Ｍ＝１ Ｎ＝１ であることから、各段階は全て（８ｘ　８）で表現でき
る。従って、白画素が多い線画や文字等に対して高圧縮
が期待できる。

更に第７図のように、白黒パターンとパターンレングス
の固定長符号の組合せに変換することで、網点画像の様
な周期性のあるパターンでもその特徴を捉えることがで
き、ユニバーサル符号化にて高圧縮が期待できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、入力画像を多段に
ブロック分割し、白黒パターン又は白黒パターンとパタ
ーンレングスに変換して、ユニバーサル符号化により学
習しながら符号化するため、画像の種類によらず、より
効率的なデータ圧縮ができ、フィイル容量や通信量を大
幅に・低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図； 第２図は本発明の作用説明図； 第３図は本発明のユニバーサル符号化の説明図；第４図
は本発明の詳細な説明図； 第５図は本発明による多段分割ブロック可の説明図； 第６図は本発明による白黒パターンの固定長符号への変
換説明図； 第７図は本発明による白黒パターン及びパターンレング
スの固定長符号への変換説明図；第８図は本発明で用い
る固定長符号割当て説明図；第９図は本発明の多段ブロ
ック分割による各段階の情報量の説明図； 第１０図は従来のＭＭＲ符号化方式の説明図；第１１図
はＭＭＲ符号化のモード定義説明図；第１２図はＭＭＲ
符号化の固定長符号割当て説明図； 第１３図はＭＭＲ方式の符号化処理フロー図；第１４図
は予測符号化の説明図； 第１５図は適応予測符号化の回路構成図である。 図中、 １０：多段分割手段 １２：変換手段 １４：符号化手段 （ユニバーサル符号化）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）読取ライン走査で得られた白黒の２値画像データ
   を圧縮する画像データ圧縮方式に於いて、入力画像デー
   タを大きい領域から小さい領域に多段階にブロック分割
   する多段分割手段（１０）と；該多段分割手段でブロッ
   ク分割された各分割段階での白黒パターンを対応する固
   定長符号に変換する変換手段（１２）と； 該変換手段（１２）で得られた多段階に亘る白黒パター
   ンの固定長符号群の情報を、既に符号化済みの固定長符
   号群からの複製として符号化する符号化手段（１４）と
   ； を設けたことを特徴とする画像データ圧縮方式。 （２）前記変換手段（１２）は、前記多段分割手段（１
   （３）前記多段分割手段（１０）は、上位段階の大きい
   領域を構成する複数の分割ブロックにつき、分割ブロッ
   ク内が全て白画素であれば白情報ビットで表現し、分割
   ブロック内に黒画素が１以上存在すれば黒情報ビットで
   表現し、黒情報ビットで表現した分割ブロックについて
   のみ下位段階の小さい領域へのブロック分割を行うこと
   を特徴とする請求項１記載の画像データ圧縮方式。 （４）前記符号化手段（１４）は、現時点で符号化すべ
   き固定長符号群を、既に符号化済みの固定長符号群の複
   製位置及び複製の長さで指定して符号化することを特徴
   とする請求項１記載の画像データ圧縮方式。 （５）前記符号化手段（１４）は、現時点で符号化すべ
   き固定長符号群を、既に符号化済みの固定長符号群を異
   なる部分列に分けた時の該部分列の番号で指定して符号
   化することを特徴とする請求項１記載の画像データ圧縮
   方式。