JPH04326669A - 画像符号化装置及び画像符号化方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多値画像中の文字や線
画の情報と自然画像とを互いに分離した後、それぞれ異
なる方法で符号化する画像符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多値画像を符号化する方法として
、多値画像からあらかじめ指定された色若しくは濃度値
の文字や線画の情報をビットマップデータ等の形式で一
旦抽出し、そのビットマップデータに対してはエントロ
ピー符号化を行ない、多値画像の方は直交変換等で符号
化するといった方法、あるいは、多値画像を直交変換の
単位となるブロックに分割した後、ブロック単位で文字
や線画の色情報若しくは濃度値を検出し、その色情報若
しくは濃度値の文字や線画をビットマップデータの形で
抽出してビットマップデータ並びに多値画像を前述と同
様の方法で符号化し、ブロック単位の色情報に対しては
予測符号化等で符号化するといった方法が本出願人によ
って提案されている。

【０００３】これらは、多値画像を高域パワーの比較的
少ない自然画像と、局所的に同一の濃度値を有する２値
的な情報である文字や線画とを合成したものとして仮定
し、その多値画像を直交変換符号化を用いて圧縮・伸長
する際に発生する信号歪から文字や線画の情報を保護す
るために、文字・線画の２値情報をあらかじめ抽出して
おき、２値情報に対しては劣化の生じない可逆符号化を
行なうようにしたものである。

【０００４】図９にその画像符号化装置の構成例を簡単
に示す。

【０００５】同図において、９０１は多値画像を入力す
る入力端子、９０２はその多値画像を符号化する際の処
理単位となるブロックを切り出すために、データを一時
的に格納するバッファ、９０４はブロック内に存在する
文字・線画の色情報若しくは濃度値を抽出し、ブロック
内の各画素データが抽出された色情報若しくは濃度値と
等しいか否かを調べ、その結果をビットマップ情報とし
て出力する文字・線画抽出部、９０７は多値画像を符号
化する第１の符号化部、９０８はビットマップデータ（
２値画像）を符号化する第２の符号化部、９０９は色情
報を符号化する第３の符号化部、９１０は第１〜第３の
符号化部から出力される符号化データの多重化を行なう
多重化部、そして、９１１は多重化部９１０から出力さ
れる多重化データの出力端子である。

【０００６】次に、以上の構成からなる画像符号化装置
の動作について説明する。

【０００７】まず、スキャナやテレビカメラ等の画像入
力装置から得られる画像データ若しくはコンピュータの
記憶装置に存在する画像データは、入力端子９０１を通
して本画像符号化装置に入力され、一旦バッファ９０２
に蓄えられる。そして、ブロック単位に順次読み出され
、第１の符号部９０７および文字・線画抽出部９０４に
送られる。また、ブロックの大きさは第１の符号部９０
７で行なう変換符号化の処理の単位と同じであり、その
符号部９０７は受け取ったデータを直交変換等を用いて
符号化し、多重化部９１０に送る。一方、文字・線画抽
出部９０４では、１ブロック分のデータをすべて受け取
ったところで文字や線画の色情報を抽出し、それを第３
の符号化部９０９に出力すると共に、抽出した色情報が
そのブロックの各画素と等しいか否かを判定し、その結
果をビットマップ情報として第２の符号化部９０８に出
力する。

【０００８】本符号化装置では、文字や線画の色情報は
局所的に同一であると仮定しているので、色情報として
ブロック内で最も出現頻度の高い最頻値を用いるのが効
果的である。ここで、色情報の抽出について、図１０の
（ａ）に示す４×４ブロックの画素データを例に説明す
る。画素データは、平均レベルが「６６」の自然画像の
ある一部に「２４４」というレベルの文字が上書きされ
たものと考えられる。通常、自然画像データのほとんど
すべてがスキャナやテレビカメラ等のアナログ機器を通
して生成されるため、自然画像のレベルにはばらつきが
発生している。これはアナログ機器においては、必ずノ
イズ信号が存在し、それが信号に影響を与えるからであ
る。これに対し、自然画像に上書きされた文字は、人工
的に発生させたものであり、厳密に同一の値を取ること
ができる。このような画素データから前述の最頻値を抽
出すると、「２４０」という値が抽出され、これが文字
・線画の色情報となる。

【０００９】このときのビットマップ情報は、図１０の
（ｂ）に示すようになる。そして、このビットマップ情
報は第２の符号化部９０８で符号化される。ここで、ビ
ットマップ情報はその内容を正確に保存する必要がある
ため、第２の符号化部９０８では、可逆符号化の一種で
あるエントロピー符号化によって符号化し、その結果を
多重化部９１０に送る。また、第３の符号化部９０９は
、ブロックごとに抽出した文字・線画の色情報を予測符
号化等を用いて符号化し、その結果を多重化部９１０に
送る。

【００１０】多重化部９１０では、第１〜第３の符号化
部９０７〜９０９から送られてくる符号化データを多重
化し、多重化されたデータを端子９１１へ出力する。そ
して、多重化データは、不図示の伝送装置を通して遠隔
地に送信され、受信場所にて復号化処理が行なわれ、元
の多値画像に再現される場合もあれば、本符号化装置が
ページプリンタ等の画像出力装置の一部として使われ、
前述の多重化データがメモリに格納される場合もある。 メモリに格納されたデータは、プリンタの出力動作に同
期して復号化処理が行なわれ、用紙の所定の位置に元の
多値画像としてプリントアウトされる。

【００１１】以上、従来例においては、１画素８ビット
の画素データについてのみ説明したが、例えば赤，緑，
青の３色、各々に８ビット、すなわち、１画素２４ビッ
トの画像データも同様に処理される。

【００１２】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、直交変換符号化を行なう多値画像には、
自然画像に文字・線画が混在し、その文字・線画の輪郭
部に存在するエッジ成分には高周波のパワーが強く含ま
れているため、高周波パワーの少ない一般の自然画像と
較べ性質が大きく異なり、符号化を効率良く行なうこと
が困難であった。

【００１３】また、離散コサイン変換を用いたＡＤＣＴ
符号化に限って言えば、エッジ成分が多値画像に含まれ
ていると、圧縮・伸長後の多値画像には、エッジ成分の
周辺にモスキートノイズと呼ばれる極めて特徴のある歪
が発生し、画質劣化の大きな要因となっていた。

【００１４】本発明は、上記課題を解決するために成さ
れたもので、多値画像のエッジ成分を減少させ、高域パ
ワーを減らすと共に、符号化効率を良くし、圧縮・伸長
後の画質劣化を極力抑えた画像符号化装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、本発明の画像符号化装置は以下の構成から
なる。すなわち、入力画像情報から、線画情報を抽出す
る抽出手段と、該抽出手段で抽出された線画情報に基づ
いて、該線画領域を置換するデータを演算する置換デー
タ演算手段と、前記線画情報に従って前記線画領域を置
換データに置換する置換手段とを有し、抽出された線画
情報には可逆符号化を、置換された多値画像には圧縮率
の高い非可逆符号化を行なうことを特徴とする。

【００１６】また好ましくは、前記線画情報は、階調を
表わす色情報と線画領域を表わすビットマップデータと
を有し、前記置換手段は該ビットマップデータに従って
置換を行なうことを特徴とする。

【００１７】更に好ましくは、前記演算手段は、前記線
画領域に隣接する画素データに応じて平均値を求めるこ
とを特徴とする。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る好適な一
実施例を詳細に説明する。 ＜第１の実施例＞図１は、第１の実施例における画像符
号化装置の構成を示す概略ブロック図である。同図にお
いて、１０１は多値画像を入力する入力端子、１０２は
多値画像をブロック化する際に画像データを一時的に記
憶するためのバッファ、１０３は多値画像から文字・線
画の色情報とビットマップ情報を抽出する文字・線画抽
出部、１０４はその文字・線画抽出部１０３で発生する
データの遅延と同じ遅延量を有する遅延部、１０５は置
換データ演算手段である平均値演算部、１０６及び１０
７はその平均値演算部１０５で発生するデータの遅延に
対応して設けられた遅延部、１０８は多値画像の一部を
置換データに置換する手段であるセレクタ、１０９は多
値画像を符号化するための第１の符号化部、１１０はビ
ットマップ情報を符号化するための第２の符号化部、１
１１は色情報を符号化するための第３の符号化部、１１
２は第１〜第３の符号化部１０９〜１１１から出力され
る符号化データを多重化する多重化部、そして、１１３
は多重化されたデータを出力する出力端子である。

【００１９】次に、上述の構成を有する本装置の動作を
以下に説明する。

【００２０】入力端子１０１から入力された多値画像は
、一旦バッファ１０２に格納された後、ブロック単位に
順序読み出され、文字・線画抽出部１０３及び遅延部１
０４に送られる。文字・線画抽出部１０３では、ブロッ
ク内の最頻値を文字・線画の色情報として抽出し、その
色情報を第３の符号化部１１１に送ると供に、その色情
報とブロック内の各画素データが等しいか否かを比較し
、その結果をビットマップ情報として平均値演算部１０
５及び遅延部１０６に送る。文字・線画抽出部１０３に
画素データを入力してから、対応するビットマップデー
タが出力されるまでには、少なくとも１ブロックのデー
タの転送期間を要する。これは、１ブロック内の全画素
データが文字・線画抽出部１０３に入力し終らないうち
は、色情報を確定することができないからである。従っ
て、バッファ１０２から出力される画素データは、文字
・線画抽出部１０３から出力されるビットマップデータ
に対して、時間的に１ブロック以上先行してしまう。 そこで、その画素データを遅延部１０４で遅れさせた後
、平均値演算部１０５に送ることで、平均値演算部１０
５に入力される画素データとビットマップデータが空間
的に一致する情報として同時に入力されることになる。

【００２１】ここで、平均値演算部１０５は、ビットマ
ップデータが“０”に対応する画素データだけから平均
値を演算し、また平均値は、各ブロックごとに演算する
。

【００２２】図２は、上述の平均値演算部１０５の一構
成例を示す図であり、以下、図２を参照して簡単にその
動作を説明する。

【００２３】同図において、上述の画素データは端子２
０１より入力され、セレクタ２０３の一方の入力端子（
０）に入力される。また、ビットマップデータは端子２
０２より入力され、セレクタ２０３の切換制御信号とし
て印加され、同時に反転回路２０５にて反転され、カウ
ンタ２０６に入力される。ここで、セレクタ２０３のも
う一方の入力端子（１）には“０”が入力され、ビット
マップデータが“０”の時は画素データが、そうでない
時は“０”が選択されて、セレクタ２０３から出力され
る。セレクタ２０３からの出力は、アキュムレータ２０
４に入力され、累積加算される。

【００２４】一方、反転されたビットマップデータを入
力するカウンタ２０６は、反転回路２０５からの出力が
“１”、すなわち、ビットマップデータ中の“０”の個
数をカウントする。但し、平均値演算は各ブロックごと
に行なうので、各ブロックの先頭データの入力に先立っ
て、上述のカウンタ２０６及びアキュムレータ２０４を
クリアする必要がある。そのために、不図示の制御部よ
り必要なクリア信号が端子２０７に入力される。各ブロ
ックの最終データが入力された直後のアキュムレータ２
０４の出力値は、ビットマップデータが“０”に対応す
る画素データの値の総和であり、カウンタ２０６の出力
値は、ビットマップデータ中の“０”の個数であるため
、割り算器２０８にてアキュムレータ２０４の出力値を
カウンタ２０６の出力値で割ることにより、ビットマッ
プデータが“０”の領域、すなわち抽出した色情報と等
しくない領域での画素データの平均値が求められる。 その平均値が割り算器２０８から出力されるタイミング
は、ブロック内の最終データを入力した直後だけである
ため、平均値をホールド回路２０９により１ブロック期
間保持し続け、端子２１０に出力する。

【００２５】以上が第１の実施例における平均値演算部
１０５の動作内容である。

【００２６】ここで、図１に戻り、平均値演算部１０５
からの出力は、画素データの一部を置換するための置換
データとして、セレクタ１０８の一方の端子に入力され
る。上述の平均値演算部１０５の動作説明からもわかる
ように、この演算部１０５においても、およそ１ブロッ
クの演算遅延が発生するため、セレクタ１０８に入力さ
れるすべての信号が互いに対応するように、画素データ
は遅延部１０７で遅延された後、セレクタ１０８のもう
一方の入力端子に入力され、またビットマップデータは
遅延部１０６で遅延された後に、セレクタ１０８の切換
制御信号として入力される。

【００２７】そして、セレクタ１０８では、ビットマッ
プデータが“１”の領域、すなわち多値画像中の文字・
線画の領域のとき、平均値演算部１０５の出力、すなわ
ち各ブロックにおける文字・線画領域以外の画素データ
の平均値が選択され、ビットマップデータが“０”の領
域、すなわち多値画像中の自然画像領域のとき、元の画
像データが選択されて出力される。

【００２８】ここで、従来の説明の時に使用したデータ
を用いて、セレクタ１０８の出力を説明する。１ブロッ
クの画素データが図１０に示す（ａ）のような値をとる
とき、従来例と同様に、抽出される文字・線画の色情報
は“２４０”となり、ビットマップ情報は、図１０に示
す（ｂ）のようになる。ビットマップ情報において、値
が“０”となる領域について画素データの平均を求める
と、その値は“６６”になり、ビットマップ情報におい
て、値が“１”となる領域をその値で置換すると、その
結果は図３に示す値となる。これがセレクタ１０８の出
力画素データである。そして、その出力データは、第１
の符号化部１０９にて符号化される。

【００２９】従って、符号化されるデータが従来例では
、図１０の（ａ）に示す値であったものが、第１の実施
例では、図３に示すように、ほとんどエッジの無いデー
タに置換されているため、直交変換後のエントロピーが
大幅に減少し、符号化効率が大変良くなることがわかる
。

【００３０】一方、セレクタ１０８に入力されたビット
マップデータは、第２の符号化部１１０にも入力され符
号化される。また、文字・線画の色情報は第３の符号化
部１１１にて符合される。そして、第１〜第３の符号化
部１０９〜１１１でそれぞれ符号化されたデータは、多
重化部１１２に集められ、多重化処理がなされた後、端
子１１３に出力される。

【００３１】＜第２の実施例＞次に、本発明に係る第２
の実施例を図面を参照して以下に説明する。

【００３２】図４は、第２の実施例における画像符号化
装置の構成を示す概略ブロック図である。同図において
、第１の実施例と同一機能を有するものについては同一
符号を付し、説明を省略し、第２の実施例特有の処理部
についてのみ説明する。この実施例において、前述した
第１の実施例と異なる点は、置換値演算手段の構成であ
り、この実施例ではレジスタ２０１のみで実現している
。

【００３３】この置換値演算手段の構成が大幅にシンプ
ルになったのに伴い、この演算手段での遅延が無くなり
、それによって第１の実施例では必要であった遅延部１
０６，１０７が不要となった。

【００３４】第１の実施例が文字・線画部をブロック内
の他の画素データ、すなわち、自然画像領域の画素デー
タの平均値に置換したのに対し、第２の実施例では、文
字・線画部を直前の自然画像領域の画素データに置換す
るものである。簡単に言ってしまえば、第１の実施例が
平均値置換であったのに対して、第２の実施例は前値置
換である。

【００３５】次に、第２の実施例における装置の動作を
以下に説明する。

【００３６】端子１０１から入力された多値画像は、バ
ッファ１０２でブロック化されて、文字・線画抽出部１
０３及び遅延部１０４に送られる。そして、抽出部１０
３によりブロック内の文字・線画の色情報が抽出され、
その文字・線画領域を表わすビットマップ情報が作成さ
れる。この抽出部１０３が行なう処理に応じて遅延部１
０４で画素データが遅らされ、遅延された画素データと
ビットマップデータが同じタイミングでセレクタ１０８
に入力される。

【００３７】このセレクタ１０８では、遅延部１０４か
ら入力される画素データとレジスタ２０１から入力され
るデータとを上述のビットマップデータの値によって選
択し出力する。ここで、ビットマップデータが“０”の
時は画素データを、“１”の時はレジスタ２０１の出力
データをそれぞれ選択する。なお、レジスタ２０１の入
力データはセレクタ１０８からの出力データであり、そ
の内容はビットマップデータが“０”の時、すなわち、
自然画像領域においては、その自然画像の画素データで
あり、ビットマップデータが“１”の時、すなわち、文
字・線画領域においては、レジスタ２０１の出力データ
である。

【００３８】これにより、レジスタ２０１には、自然画
像領域のみの画素データしか入力されないことがわかる
。また、レジスタ２０１の入力データは、セレクタ１０
８の出力データと同じであり、出力データについも同じ
ことが言える。従って、文字・線画領域を他の値に置換
した後の画素データは、内容的に自然画像領域のみの画
素データからできていることになる。例えば、前述した
図１０の（ａ）に示す１ブロックの画素データをバッフ
ァ１０２から読み出し、上述の処理を行なった場合、セ
レクタ１０８の出力は図５に示すような値となる。但し
、ブロック内の画素データは左上から右下へ行方向にス
キャンされるものとする。

【００３９】セレクタ１０８から出力される画素データ
並びに文字・線画抽出部１０３から出力されるビットマ
ップデータと色情報は、第１の実施例と同様、それぞれ
第１〜第３の符号化部１０９〜１１１で符号化された後
、多重化部１１２で多重化され端子１１３に出力される
。 ＜第３の実施例＞次に、本発明に係る第３の実施例を図
面を参照して以下に説明する。

【００４０】図６は、第３の実施例における画像符号化
装置の構成を示す概略ブロック図であり、前述した第１
，第２の実施例と同一機能を有するものについては同一
符号を付し、説明を省略する。

【００４１】第３の実施例は、置換値演算手段と置換手
段を２組設けて構成した例である。第２の実施例で用い
た遅延値演算手段及び置換手段をそれぞれ第１の置換値
演算手段及び第１の置換手段とし、それに加えて第２の
置換値演算手段として、低域通過フィルタ（以下、「Ｌ
ＰＦ」と略す）３０１を有し、第２の置換手段としても
う１つ別のセレクタ３０６を有するものである。

【００４２】その他、第２の実施例に新たに付け加えら
れたものとして、遅延部３０２及び３０３、ブロック周
辺検出部３０４、置換制御部３０５がある。

【００４３】第３の実施例における特徴は、前述した第
２の実施例によって前値置換された画素データと、置換
されていない自然画像領域の画素データとの間に残って
いるエッジを更に小さくするために、ＬＰＦ３０１によ
って画素データを平滑化していることである。

【００４４】以下、第３の実施例における装置の動作に
ついて説明する。

【００４５】文字・線画抽出部１０３及びセレクタ１０
８の出力データは、第２の実施例と全く同じであり、こ
れ以前の処理部についての説明は省略する。

【００４６】セレクタ１０８の出力は、ＬＰＦ３０１に
入力され、平滑化処理が行なわれた後、セレクタ３０６
の一方の入力端子へ入力される。また同時に、遅延部３
０２にも入力され、所定の時間遅延された後、セレクタ
３０６のもう一方の入力端子へ入力される。この遅延部
３０２の遅延量は、ＬＰＦ３０１における演算処理によ
って発生する遅延量と同じである。一方、文字・線画抽
出部１０３から出力されるビットマップデータも遅延部
３０２と同じ遅延量を有する遅延部３０３に入力され、
その分遅延された後、置換制御部３０５を通り、セレク
タ３０６の切換制御信号としてセレクタ３０６に印加さ
れる。この置換制御部３０５はブロックの周辺部におい
て、遅延部３０２の出力をＬＰＦ３０１の出力に遅延す
る処理を行なわないようにするためものである。そのた
め、ブロック周辺検出部３０４では、ブロックの周辺部
を処理するタイミング時にそれを知らせる信号を出力し
、この信号に基づいて置換制御部３０５は置換の制御を
行なう。

【００４７】周辺部にて置換を行なわない理由は、平滑
化処理というものが周辺部のデータを参照するものであ
り、周辺部では、参照参照データが得られないことによ
る。もっとも、ＬＰＦ３０１の特性を周辺部において得
ることができない参照データを用いなくてもすむような
演算に適宜切り換えることにより、置換制御部３０５を
省略することも可能である。

【００４８】以上の構成から得られるセレクタ３０６の
出力データは、次のようになる。

【００４９】ブロックの周辺部若しくはビットマップデ
ータの値が“０”の場合は、遅延部３０２の出力データ
が、そうでない場合には、ＬＰＦ３０１の出力データが
セレクタ３０６の出力データとなる。ここで、ＬＰＦ３
０１のフィルタ計数を図７に示すように設定した場合、
セレクタ３０６の出力は図８に示すようになり、セレク
タ１０８の出力である図５に示すデータに対し、階調の
なめらかさが増加している。セレクタ３０６から出力さ
れる画素データ、並びに遅延部３０３から出力されるビ
ットマップデータと、文字・線画抽出部１０３から出力
される色情報は、第１，第２の実施例と同様、それぞれ
第１〜第３の符号化部１０９〜１１１で符号化された後
、多重化部１１２で多重化され、端子１１３に出力され
る。

【００５０】以上説明した第１〜第３の実施例における
置換データ演算手段は、前述した各方法に限定されるも
のではない。例えば、第１の実施例では、平均値を演算
するときに、文字・線画領域を除く他のすべての画素デ
ータを用いていたが、これを文字線画領域に接する画素
データのみから求めれば、置換したデータと置換しない
データとの間に生じるエッジの大きさの平均は最小とな
る。また、文字・線画領域に接する画素データの最大値
と最小値のみから平均を演算し、それを置換データとす
ると、置換したデータと置換しないデータとの間に生じ
るエッジの大きさの最大値は最小となる。

【００５１】第３の実施例で述べた複数の置換データ演
算手段と、置換手段を用いる方法の組み合わせ方は、前
述した実施例に限るものではなく、これまでに述べた種
々の置換データ演算手段との組み合わせが可能である。

【００５２】尚、本発明は複数の機器から構成されるシ
ステムに適用しても良いし、１つの機器から成る装置に
適用しても良い。また、システム或いは装置にプログラ
ムを供給することによって達成される場合にも適用でき
ることは言うまでもない。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多値画像のエッジ成分を減少させると共に、多値画像を
圧縮符号化する際の圧縮率を高めることが可能となる。 これにより、多値画像を符号化して伝送する際の伝送コ
スト及び符号化データをメモリ等に格納する際のメモリ
装置のコストを下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例における画像符号化装置の構成を
示す概略ブロック図である。

【図２】第１の実施例における平均値演算部の詳細な構
成を示す図である。

【図３】第１の実施例にて置換処理を行なった後の画素
データを示す図である。

【図４】第２の実施例における画像符号化装置の構成を
示す概略ブロック図である。

【図５】第２の実施例にて置換処理を行なった後の画素
データを示す図である。

【図６】第３の実施例における画像符号化装置の構成を
示す概略ブロック図である。

【図７】第３の実施例における低域通過フィルタのフィ
ルタ係数を示す図である。

【図８】第３の実施例にて置換処理を行なった後の画素
データを示す図である。

【図９】従来の画像符号化装置の構成を示す概略ブロッ
ク図である。

【図１０】１ブロックの画素データとビットマップデー
タを示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入力画像情報から、線画情報を抽出す
   る抽出手段と、該抽出手段で抽出された線画情報に基づ
   いて、該線画領域を置換するデータを演算する置換デー
   タ演算手段と、前記線画情報に従って前記線画領域を置
   換データに置換する置換手段とを有し、抽出された線画
   情報には可逆符号化を、置換された多値画像には圧縮率
   の高い非可逆符号化を行なうことを特徴とする画像符号
   化装置。
2. 【請求項２】　　前記線画情報は、階調を表わす色情報
   と線画領域を表わすビットマップデータとを有し、前記
   置換手段は該ビットマップデータに従って置換を行なう
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像符号化装置。
3. 【請求項３】　　前記演算手段は、前記線画領域に隣接
   する画素データに応じて平均値を求めることを特徴とす
   る請求項２に記載の画像符号化装置。