JPH04270565A - 画像圧縮装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多値画像の入出力が可
能な画像処理装置に使用される画像圧縮方式に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ディジタル複写機においては
、原稿の画像を画像入力部で読み取ってディジタル画像
信号に変換し、このディジタル画像信号をメモリに一旦
蓄積し、種々の画像処理を行った後に画像出力部により
記録紙上に出力している。

【０００３】このように画像情報をディジタル画像信号
に変換して処理するシステムにおいては、ディジタル画
像の高精細度化、カラー化に伴い、データ量は飛躍的に
増加するため、画像情報を蓄積するためのメモリとして
大容量のものが必要となりコストの点で大きな問題とな
っている。

【０００４】そこで、データ圧縮技術を導入することに
よりデータ量を減少させ、こうした問題を解決する試み
がなされている。

【０００５】たとえば、離散コサイン変換（ｄｉｓｃｒ
ｅｔｅ　ｃｏｓｉｎｅｔｒａｎｓｆｏｒｍ）　符号化方
式（以下ＤＣＴ方式と称する）は、ＩＳＯ，ＣＣＩＴＴ
の合同作業により国際標準となりつつある方式であり、
自然画像に対して高い能率で圧縮を行うことができる符
号化方式として知られている。しかし、このＤＣＴ方式
は、画像中に含まれる高周波成分によって圧縮率が変動
しやすいことが知られており、これを一定値に収束させ
るためのコスト（計算量・時間）は大きい。

【０００６】このため、符号化の前に画像の全体の平均
エネルギ，　局所的なエネルギの分布を測定し、圧縮さ
れた結果が所定の符号量以下になるように符号化パラメ
ータを制御する方式が、下記文献（１），（２）で提案
されている。

【０００７】文献（１）：瀧澤他「固体電子カメラ用Ｄ
ＣＴ符号化方式に於けるアクティビティ検出手法の検討
」，電子情報通信学会春期全国大会，Ｄ−９７，１９８
９年，７−７９ 文献（２）：渡邉他「固体電子スチルカメラ用レート適
応型ＤＣＴ符号化方式」，　　電子情報通信学会春期全
国大会，Ｄ−１５９，１９８９年，７−１４１

【０００
８】

【発明が解決しようとする課題】これらの文献に開示さ
れている符号化方式においては、符号化の対象となる画
像は、小面積の撮像面を有する固体電子カメラから得ら
れた画像であり、画素数は比較的少なく、たとえば、７
２０×４８０画素程度の画像であるため、全ての画素情
報を一度メモリに蓄積してから処理を開始できる。

【０００９】しかしながら、たとえば、フルカラーディ
ジタル複写機のような機器を想定した場合、画像自体の
サイズが大きく、また、３色分の情報が必要であるので
、処理すべき画素数が膨大となる。たとえば、扱う画像
のサイズをＡ３（２９７ｍｍ×４２９ｍｍ）、解像度を
４００ｓｐｉ（ｓｐｏｔ　ｐｅｒ　ｉｎｃｈ）　とする
と、処理すべき画素数は６７２０×４７５２画素にもな
ってしまう。このため、画素情報を蓄積するためのメモ
リとして大容量のものが必要となるとともに、処理の時
間がかかるという問題が生じる。

【００１０】このため、より高速で大容量メモリを必要
としない符号化パラメータの推定方法が要求される。

【００１１】このような符号化パラメータの推定方法の
一つが、特開昭６３−２２２５９１号公報に開示されて
いる。該公報に述べられている方式では、圧縮方式とし
てベクトル量子化を基本とした方式を採用している。し
かしながら、フルカラーディジタル複写機においては、
メモリ削減を目的とした圧縮方式として、前述のＤＣＴ
符号化方式が標準方式として採用されているため、方式
が異なるベクトル量子化方式で符号化されたデータは、
ＤＣＴ符号化方式で符号化されたデータと互換性がない
。したがって、そのままでは外部装置との通信，伝送を
行うことができないという問題がある。

【００１２】本発明は、前記問題点を解決するために案
出されたものであって、原画像の全画像情報を読み取り
走査する前に予備走査を行い、これによって得られる原
画像よりも少ない画像情報を用いて符号化パラメータを
求めることにより、圧縮処理を高速で行うとともに、必
要なメモリ容量を削減することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の画像圧縮方式は
、前記目的を達成するため、画像を画像入力部により読
み込んで得られた多値の画像信号を画像圧縮回路により
圧縮してメモリに格納する画像圧縮方式において、前記
画像入力部において先ず予備走査を行って原画像よりも
少ない画素数を持つ予備走査画像を得、該予備走査画像
から原画像の精細度を推定して前記画像圧縮回路におけ
る符号化パラメータを求め、次に、前記画像入力部にお
いて本走査を行って原画像の全画素数を持つ本走査画像
を得、先に求められた前記符号化パラメータを使用して
画像信号を圧縮することを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明においては、原画像の全画像情報を読み
取って走査する前に予備走査を行い、これによって得ら
れる原画像よりも少ない画像情報を用いて原画像の精細
度を推定する。精細度とは、具体的には画像の分散（標
準偏差）に対応するものであり、画素毎の画素値の変化
の大きい画像は精細度が高く、逆に画素値の変化の緩や
かな画像は精細度が低い。そして、この精細度の情報に
基づいて符号化パラメータを決定し、符号量を所定の値
に収束させる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例に基づいて
本発明の特徴を具体的に説明する。

【００１６】図１は本発明の画像圧縮装置が適用される
ディジタルカラー複写機の構成を示すブロック図である
。

【００１７】画像入力部１は、カラー画像原稿を多階調
で読み取り、原稿画像の赤，緑及び青の濃度を示す濃度
ＲＧＢ信号として出力する。図２は画像入力部１の構成
例を示しており、原稿Ｄが載置されるプラテンガラス１
ａの下側に光源１ｂ，レンズ１ｃ，イメージセンサ１ｄ
等からなる走査部材１ｅが配置される。走査部材１ｅに
は、駆動プーリ１ｆと従動プーリ１ｇ間に巻かれた駆動
ワイヤ１ｈが連結されており、駆動プーリ１ｆがモータ
１ｉによりタイミングベルト１ｊを介して回転駆動され
ることにより、走査部材１ｅはプラテンガラス１ａの下
面に沿って移動する。

【００１８】図３に示すように、モータ１ｉにはモータ
駆動回路１ｋが接続されており、マイクロコンピュータ
１ｌからの制御信号によりモータ１ｉの回転速度が制御
される。このマイクロコンピュータ１ｌには複写機に対
して種々の指示を与える操作パネル１ｍが接続されてい
る。なお、実際にはマイクロコンピュータ１ｌには、こ
の他に種々の入出力装置が接続されているが、説明を簡
単にするため図示は省略する。

【００１９】走査部材１ｅの光源１ｂからの光は原稿Ｄ
に照射され、原稿からの反射光はレンズ１ｃを介してイ
メージセンサ１ｄ上に収束する。イメージセンサ１ｄは
、走査部材１ｅの移動方向とは直角方向に線状に伸延し
ており、原稿の画像を主走査方向に読み取る。また、走
査部材１ｅが原稿の面に沿って移動することにより、原
稿の画像を副走査方向に読み取る。これにより、イメー
ジセンサ１ｄからは、原稿の画像の濃淡に対応した画像
信号が得られる。なお、本実施例においては、イメージ
センサ１ｄは、カラーイメージセンサであり、原稿画像
の赤，緑及び青の成分に対応した濃度ＲＧＢ信号を発生
する。

【００２０】この濃度ＲＧＢ信号は、Ａ／Ｄ変換器２ａ
，２ｂ，２ｃ　（図１参照）　でディジタル信号に変換
されたのち、ルックアップテーブル（図中、ＬＵＴで示
す）３によって、反射率である信号値を１／３乗した明
度信号に変換される。γ補正・線形マトリクス演算回路
４ではγ補正を行うとともに、濃度ＲＧＢ信号を均等色
空間であるＬ＊　ａ＊　ｂ＊　空間の信号に変換する。 色変換部５では、Ｌ＊　ａ＊　ｂ＊　空間の画像信号に
対して適当な色補正処理、たとえば、色相，明度，彩度
を用いた色調整を行う。画像圧縮伸長回路６では、これ
らの画像信号を圧縮してメモリ７に蓄積し、必要に応じ
て伸長処理を行い画像信号を復元する。この画像圧縮伸
長回路６の動作の詳細については後述する。色変換部８
では、画像圧縮伸長回路６の出力信号Ｌ＊　ａ＊　ｂ＊
　を、イエロー，マゼンタ及びシアンの各色材量を示す
ＹＭＣ信号に変換する。下色除去・墨版（ＵＣＲ・Ｋ）
生成回路９では、下色除去を行い、墨版信号（Ｋ信号）
を生成する。画像出力部１０では、イエロー，マゼンタ
，シアン及び黒の各色材量を示すＹＭＣＫの４信号に基
づいてカラー画像を紙上に記録する。

【００２１】上述の画像圧縮伸長回路６において画像を
圧縮して符号化する際のパラメータとして、文字画像と
写真画像の違いのように、画像毎に決定される全体的な
パラメータと、画像中においてエッジの存在する領域や
平坦な領域といった違いによって決定される局所的なパ
ラメータを考える。

【００２２】前者の全体的なパラメータは、たとえば、
変換符号化において変換後の係数を量子化するときに、
量子化ステップ幅を増減する正規化因子として考えるこ
とができ、後者の局所的なパラメータは、個々のブロッ
クへのビット配分と見做すことができる。

【００２３】前記文献（１），（２）は、この二通りの
パラメータを、画像をブロック分割したときのブロック
ごとの標準偏差（分散）と相関を持つフィルタ出力に基
づいて決定する符号化方式である。すなわち、画像中の
全ブロックのフィルタ出力の平均値により全体的な符号
化パラメータを決定し、各ブロック内のフィルタ出力値
に応じてビット配分を決定することで効率的な符号化を
達成している。

【００２４】本実施例においては、上述の符号化パラメ
ータを決定するに際し、原画像の全画素を走査する本走
査の前に、原画像の画素を離散的に走査する予備走査を
行い、この予備走査の結果に基づいて符号化パラメータ
を決定する。

【００２５】ここで、予備走査の一例として、通常の走
査速度の２倍の速度の副走査によって得られる予備走査
画像に着目してみる。原画像を通常の走査速度で走査し
たときに得られる画像の画素数を、図４（ａ）に示すよ
うに主走査方向がｘ画素、副走査方向がｙ画素であると
すると、予備走査によって得られる画像の画素数は、同
図（ｂ）に示すように主走査方向がｘ画素、副走査方向
がｙ／２画素となり、副走査方向の画素数が原画像の１
／２になる。原画像を８×８のブロック（図５（ａ）参
照）に分割した場合の個々のブロックを、予備走査画像
中の８×４のブロック（同図（ｂ）参照）に対応させる
と、図６に示すように、原画像と予備走査の対応するブ
ロック間の標準偏差値には相関が認められる。図６（ａ
），（ｂ），（ｃ）は、それぞれＬ＊　成分，ａ＊　成
分，ｂ＊　成分における標準偏差の関係を示している。 なお、図６のグラフの横軸は最大値で正規化されており
、縦軸は横軸と同じ値で正規化されている。また、図７
に示すように、両画像の全ブロックの分散の平均にも相
関がある。図７のグラフは、互いに異なった四つのサン
プル画像Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤのそれぞれＬ＊　成分の分散の
みを示す点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１及びＬ＊　ａ＊　ｂ
＊　の分散の和を示す点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２を表し
ている。

【００２６】この関係を利用すれば、原画像のデータ量
の１／２の予備走査画像から原画像の精細度を推定でき
、これに基づいて符号化パラメータを決定できることに
なる。なお、精細度とは、先に説明したように、具体的
には画像の分散（標準偏差）に対応するものであり、画
素毎の画素値の変化の大きい画像は精細度が高く、逆に
画素値の変化の緩やかな画像は精細度が低い。

【００２７】なお、本発明では、画像の精細度の判定基
準を特に限定するものではない。上述した標準偏差や分
散による判定の他にも、ブロック内画素値の平均との差
の絶対値和等の統計量を用いることができる。

【００２８】以下、前記画像圧縮伸長回路６における処
理を図８を参照して説明する。同図（ａ）に示したのが
予備走査時の処理を行う回路であり、同図（ｂ）に示し
たのが本走査時に処理を行う回路である。なお、図８は
、１色成分に対する処理回路を示しており、カラー画像
のように１枚の画像が複数の成分に分解できる場合には
、成分毎に図８に示す処理回路が設けられる。

【００２９】たとえば、操作パネル１ｍ等から処理開始
の指示が与えられると、まずマイクロコンピュータ１ｌ
からモータ駆動回路１ｋに予備走査の指示が与えられ、
モータ１ｉは通常速度の２倍の速度で回転する。したが
って、走査部材１ｅは通常の走査速度の２倍の速度で副
走査し、原稿の予備走査が行われる。すなわち、１／２
の解像度で副走査が行われる。

【００３０】これにより得られた予備走査画像を４ライ
ンイメージバッファ１００に読み込む。ここからブロッ
ク切り出し回路１０１により８×４の画素ブロックを切
り出す。次に、平均値算出回路１０２により、ブロック
内の平均画素値を求め、これを原画像の対応するブロッ
クの平均画素値すなわち直流成分と見做し、量子化回路
１０３で量子化した後、直流成分符号化回路１０４にお
いてＤＰＣＭ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｐｕｌｓｅ
　ｃｏｄｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）符号化する。形成
された符号は、符号メモリ１０５に貯えられる。直流成
分の符号化に要した符号量は、直流成分符号量計算回路
１０６によってカウントされる。

【００３１】一方、統計量算出回路１０７では、ブロッ
ク切り出し回路１０１で切り出された画素ブロックと平
均値算出回路１０２で計算された平均値を基に、ブロッ
クごとの精細度を表す統計量を計算する。この統計量を
表す形式は限定されないが、たとえば、前述した標準偏
差，分散や、ブロック内画素値の平均との差の絶対値和
等の統計量を使用することができる。ブロック毎に計算
された統計量の取りうる範囲と、ブロック毎の統計量を
記憶しておくのに用意された記憶容量に合わせて、統計
量は量子化回路１０８において量子化される。

【００３２】量子化された結果は、統計量記憶回路１０
９内に画像のブロック数だけ用意されている記憶領域に
蓄積される。また、量子化された統計量は、成分毎に加
算回路１１０において加算される。なお、ここで使用さ
れている画像信号は、Ｌ＊　ａ＊　ｂ＊　空間の画像信
号であるので、Ｌ＊　，ａ＊　，ｂ＊　の三つの成分に
対して計算を行う。

【００３３】符号量決定回路１１１では、成分毎の統計
量の比に応じて、成分毎に割り当てられる符号量を決定
する。すなわち、成分ごとにビットを配分する。ここで
割り当てられる符号の総量は、圧縮の目標となる符号量
から、すでに直流成分の符号化に用いた符号量を差し引
いたものである。

【００３４】続いて、符号量配分回路１１２では、それ
ぞれの成分に割り当てられた符号量を更に個々のブロッ
クに配分する。すなわち、ブロック毎のビット配分を決
定する。

【００３５】量子化因子決定回路１１３では、画像毎に
ブロック内統計量の平均値を求め、この値から後述する
本走査時にＤＣＴ符号化後の係数を量子化するステップ
幅を決定する。たとえば、絵柄の細かい、すなわち精細
度が高い画像に対しては量子化のステップ幅を大きくし
、平坦な画像、すなわち、精細度が低い画像に対しては
量子化のステップ幅を小さくする。このとき、ブロック
内統計量の平均値と量子化ステップ幅の関係は、圧縮率
に応じて予備実験から求めておく。このようにして求め
られた量子化ステップ幅は、メモリから構成される量子
化マトリクス１１４の係数位置に対応して予め格納され
ている。

【００３６】次に、マイクロコンピュータ１ｌからモー
タ駆動回路１ｋに本走査の指示が与えられ、モータ１ｉ
は通常速度で回転する。したがって、走査部材１ｅは通
常の走査速度で副走査し、原稿の本走査が行われる。

【００３７】本走査では、まず画像が８ライン毎にバッ
ファ２００　（図８（ｂ）参照）　に読み込まれ、ここ
からブロック切り出し回路２０１によって、８×８画素
ブロックが切り出される。次に、離散コサイン変換回路
（図中、ＤＣＴ回路で示す）２０２において離散コサイ
ン変換が行われる。変換の結果である８×８の係数は、
係数量子化回路２０３で量子化される。量子化のステッ
プに用いられる値は、予備走査時に量子化因子決定回路
１１３で決定されたものである。

【００３８】続いて、量子化された係数は、交流成分符
号化回路２０４によってハフマン符号化され、符号メモ
リ２０５に書き込まれる。

【００３９】上述したように、本実施例によれば、先ず
予備走査により画像が離散的に読み取られて符号化パラ
メータを求められ、この予備走査の後に、画像の全信号
が読み込まれ、予備走査時に決定された符号化パラメー
タを用いて、変換係数の量子化、交流成分の符号化が行
われる。これにより、画像の全画素分のメモリを必要と
せず、予備走査画像用の４ラインイメージバッファとメ
インスキャン用の８ラインイメージバッファを用いるだ
けで、符号化が可能である。したがって、処理速度が早
くなるとともに、メモリの必要容量を削減することがで
き、従来、効率的な符号化が困難であった解像度が高い
画像或いは大型画像のような画素数が膨大となる画像に
対しても適用可能となる。

【００４０】また、予備走査画像用の４ラインイメージ
バッファ１００と、主走査画像用の８ラインイメージバ
ッファ２００を共通化する構成をとることによって更に
メモリ容量を削減することが可能となる。すなわち、８
ラインイメージバッファのみを用意し、予備走査時には
８ラインイメージバッファの４ライン分のみを使用し、
主走査時には８ライン分全部を使用すればよい。

【００４１】また、予備走査で読み込まれた画像から、
原画像の精細さを推定し、他の符号化方式のパラメータ
制御に用いることも可能である。たとえば、ブロック内
の精細度が大きい文字領域に該当するようなブロックに
おいては、解像度再現を重視した符号化方式或いはパラ
メータ設定を適用する。これに対して、写真のように比
較的平坦な領域が多い画像では、ブロック内の画素値の
変動は緩やかであり、このようなブロックでは階調性の
再現に有利な符号化方式或いはパラメータ設定を適用す
ることによって高画質化を図ることができる。

【００４２】なお、予備走査については、上述したよう
に、ｋ倍速（ｋは正整数）の画像走査によっても実現で
きるし、また、メモリ内からの離散的な読み出しでも実
現できる。この場合には、たとえば、通常速度による予
備走査で一旦全画像情報をメモリに蓄積しておく。更に
、通信回線を介して伝送されてきた画像情報を一旦メモ
リに蓄積し、このメモリから読み出すようにしてもよい
。このように離散的に読み出しを行うことにより、任意
の圧縮率での符号化を容易に実現でき、伝送時間の短縮
や蓄積コストの低減を図ることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
原画像のデータを全て用いることなく符号化のパラメー
タを決定できるので、高速処理が可能となる。また、原
画像のデータを全て蓄積するための大容量のイメージバ
ッファを必要とせず、処理の単位となるブロック分の高
さ、画像の幅、画素当たりの深さ（階調性）、色成分数
によって決定される容量を持つ小容量のイメージバッフ
ァがあればよい。更に、原稿の内容によらず常に一定の
圧縮率が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像圧縮方式が適用されるディジタル
カラー複写機の構成を示すブロック図である。

【図２】画像入力部の構成例を示す概略側面図である。

【図３】走査部材の移動を制御するための制御回路を部
分的に示すブロック図である。

【図４】原画像の画素数と予備走査画像の画素数との関
係を示す説明図である。

【図５】原画像を分割する８×８ブロックと予備走査画
像を分割する４×８画素ブロックを示す説明図である。

【図６】原画像の８×８ブロック内の標準偏差と予備走
査画像中の４×８画素ブロック内の標準偏差との相関関
係を示すグラフである。

【図７】原画像の全ブロック内の分散と予備走査画像中
の全ブロック内の分散との相関関係を示すグラフである
。

【図８】画像圧縮伸長回路の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１　　画像入力部 ２ａ〜２ｃ　　Ａ／Ｄ変換器 ３　　ルックアップテーブル ４　　γ補正・線形マトリクス ５　　色変換部 ６　　画像圧縮伸長回路 ７　　メモリ ８　　色変換部 ９　　下色除去・墨版生成回路 １０　　画像出力部 １００　　４ラインバッファ １０１　　ブロック切り出し回路 １０２　　平均値算出回路 １０３　　量子化回路 １０４　　直流成分符号化回路 １０５　　符号メモリ １０６　　直流成分符号量計算回路 １０７　　統計量算出回路 １０８　　量子化回路 １０９　　統計量記憶回路 １１０　　加算回路 １１１　　符号量決定回路 １１２　　符号量配分回路 １１３　　量子化因子決定回路 １１４　　量子化マトリクス ２００　　８ラインバッファ ２０１　　ブロック切り出し回路 ２０２　　離散コサイン変換回路 ２０３　　係数量子化回路 ２０４　　交流成分符号化回路 ２０５　　符号メモリ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画像を画像入力部により読み込んで得
   られた多値の画像信号を画像圧縮回路により圧縮してメ
   モリに格納する画像圧縮方式において、前記画像入力部
   において先ず予備走査を行って原画像よりも少ない画素
   数を持つ予備走査画像を得、該予備走査画像から原画像
   の精細度を推定して前記画像圧縮回路における符号化パ
   ラメータを求め、次に、前記画像入力部において本走査
   を行って原画像の全画素数を持つ本走査画像を得、先に
   求められた前記符号化パラメータを使用して画像信号を
   圧縮することを特徴とする画像圧縮方式。
2. 【請求項２】　　前記画像圧縮回路において、原画像を
   ｎ×ｍ（ｎ，ｍは正の整数）のブロックに分割し、各々
   のブロックに対して圧縮処理を施すに際し、前記予備走
   査によって得られる画像に対して、前記ｎ×ｍ画素ブロ
   ックによる原画像の主走査方向の分割数と副走査方向の
   分割数がそれぞれ等しくなるように前記走査画像を分割
   するブロックサイズを決定し、これらのブロック内画素
   値の変動の度合いによって対応する原画像の各ブロック
   内画素値の変動の度合いを推定して各ブロックの符号化
   パラメータを決定することを特徴とする請求項１記載の
   画像圧縮方式。
3. 【請求項３】　　前記画像圧縮回路において、原画像を
   ブロックに分割した際の各ブロックの平均画素値情報を
   、予備走査によって得られた画像の対応するブロックの
   平均画素値情報から求めることを特徴とする請求項２記
   載の画像圧縮方式。