JPH0435468A - 画像符号化装置 - 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〕 本発明は、画像通信機器であるファクシミリ装置や画像
ファイリング装置における画像符号化装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来の画像符号化方式は、ＣＣＩＴＴ　（国際電信電話
諮問委員会）で勧告されているＧ３．Ｇ４ファクンミリ
に代表されるランレングス符号化方式が一般に用いられ
ている。この符号化方式は、２値化画素の白または黒が
続く長さ（ランレングス）をカウントし、あらかじめ用
意された符号表からそのカウント値に対応する符号を決
定する方式である。

ここで用いられる符号表は、文書画像に多い長い白ラン
に対して比較的短かい符号を割りあてるような特徴づけ
がされている。

このためランの長さの統計的性質が、符号表を作成する
時に基準とした画像のものと大きく異なる場合（例えば
疑似中間調画像）は、符号量が原データを越えてしまう
という問題が生じている。

また、従来から知られている算術符号は、入力信号例を
、２進小数で表わされる符号になるように算術演算によ
り符号形成がなされる方法である。この算術符号につい
ては、例えば、Ｌａｎｇｄｏｎ及びＲ１５ｓａｎｅｎら
による文献“Ｃｏ　ｍ　ｐ　ｒ　ｅ　ｓ　ｓ　ｉ　ｏ　
ｎ　　ｏ　ｆＢ　ｌ　ａ　ｃ　ｋ　／　Ｗ　ｈ　ｉ　ｔ
　ｅ　　Ｉ　ｍ　ａ　ｇ　ｅ　ｓ　　ｗ　ｉ　ｔ　ｈ　
　Ａ　ｒ　ｉ　ｔ　ｈ　ｍ　ｅ　ｔ　ｉ　■ Ｃｏｄｉｎｇ　　、　　ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎ、Ｃｏｍ
、Ｃ０Ｍ−２９，６（１９８１，６）等に発表されてい
る。この文献によると、既に符号化した入力Ｓ、劣勢シ
ンボルの出現確率を９１演算レジスタをＡ　（ｓ）、符
号レジスタをＣ（ｓ）としたときに、入力信号ごとに以
下の算術演算を行う。

Ａ　（ｓｌ）　＝Ａ　（ｓ）　Ｘｑ＝Ａ　（ｓ）　ｘ２
−０−　（１）Ａ　（ｓＯ）　＝＜Ａ　（ｓ）　−Ａ　
（ｓｌ）　＞、　　　−＝　（２）Ｃ（ｓＯ）　＝Ｃ（
ｓ）　　　　　　　　　　　　・＝　（３）Ｃ（ｓｌ）
　＝Ｃ（ｓ）　＋Ａ　（ｓＯ）　　　　　　・＝　（４
）〈〉９は有効Ｖ　　ｂｉｔでの演算の打ち切りを示す
。

符号化データが優勢シンボル（ＭＰＳ：上の例ではＯ）
の場合は、Ａ　（ｓｏ）、Ｃ（ｓＯ）を次のデータの符
号化に使う。また、劣勢シンボル（ＬＰＳ　：上の例で
は１）の場合は、Ａ　（ｓｌ）、Ｃ（ｓｌ）を次のデー
タの符号化に使う。

新しいＡの値は、０．５＜Ａ＜１．０の範囲に納められ
るように、２ｈ倍（ｈは０以上の整数）される。この処
理は、ハードウェアでは、２値データをＳ同左ヘシフト
することに相当する。符号レンスタＣも同じ回数シフト
が行われ、シフトアウトされた信号が符号語となる。以
上の処理を繰り返し、符号形成がなされる。

また、（１）の式で示したように、ＬＰＳの出現確率ｑ
を２のべき乗（２−Ｑ・Ｑは正整数）で近似することに
より、乗算計算をシフト演算に置き換えている。この近
似を更に良くするために、「“算術符号化における効率
改善の一手法”昭和６３春季信学全大Ｊで発表された算
術符号化方式は、ｑを２のべき乗の多項和で近似してい
る。この近似により、符号化効率最悪点の改善が行われ
ている。

また、算術符号は、符号化データごとにＱの値を切り換
えることが可能なことから、確率推定部と符号化部を分
離することができる特長をもつ。

以上の様な算術符号を予測符号化と組み合わせることに
より、２値画像に対し効率の良い符号化が可能となる。

即ち、予測においては、既に符号化部の周囲画素を数画
素参照し、それらの画素状態により、状態分けを行う。

各状態における優勢シンボルＭＰＳおよび予測一致確率
ｐを記憶しておき、新たな入力信号に対して、ＭＰＳと
の一致／不一致の判定を行う。これを予測変換とよび、
一致した時は０、不一致の時は１の出力信号Ｙを出す。

このＹと、一致確率ｐ（いいかえると、劣勢シンボルの
出現確率ｑ＝　１−ｐ）に対する符号化パラメータを算
術符号器に送ることにより、符号化が行われる。

〔発明が解決しようとしている問題点〕しかしながら、
前記従来技術では、予測に用いる参照画素の組を１種類
しか持っていなかった。

従って、文書中心の文字画像と写真等を表示する組織的
デイザ画像とは、画像の空間的な相関性が大きく異なる
ため、一方に最適な参照画素の組を用いると、他方の符
号化効率が下がってしまうという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、性質の異な
る空間的な相関を持つ画像が混在するような原稿に対し
ても効率の良い符号化を行うことを目的とし、詳しくは
、符号化すべき注目画素の周囲の複数画素を参照して予
測した画素値に基づいて注目画素を符号化する画像符号
化装置において、互いに異なる複数の位置の画素を参照
する複数の参照手段と、前記複数の参照手段のいずオ］
かにより参照された複数画素を用いて予測された画素値
に基づいて注目画素を符号化する符号化手段と、前記複
数の参照手段のうち予測した画素値と注目画素との一致
数又は不一致数に応じて前記複数の参照手段の一方を選
択する選択手段とを有する画像符号化装置を適用するも
のである。

［実施例〕 第１図は、本発明を適用した画像符号化装置の一実施例
である。

２値化された画像信号Ｄ１００はラインメモリ１０に入
力される。このラインメモリ１０では少な（とも状態予
測に必要な複数画素を含む数ライン分の画像データが遅
延される。このデータは状態予測回路Ａｌｌ、Ｂ１２に
入力される。これらの状態予測回路Ａｌｌ、Ｂ１２は異
なった参照画素の位置を持つ。

例えば、第２図は状態予測回路Ａｌｌの参照画素位置を
示し、第２図における４画素（＃１．　　＃２゜＃３．
　　＃４）は文字画像に適した参照画素を表わしている
。ここで＊は符号化画素の位置を示す。また、第３図は
状態予測回路Ｂ１２の参照画素位置を示し、第３図に示
した４画素（＃１．　　＃２．　　＃３゜＃４）は２×
２の周期性をもつようなデイザ画像に適した参照画素を
表わしている。

状態予測回路Ａｌｌ、Ｂ１２は、参照画素が黒（１）か
白（０）かにより符号化すべき画像の状態を２“（＝１
６）状態に分離する。この状態を示す信号がＳＡ、Ｂ８
であり、それぞれ、インデックス更新回路Ａ１３゜Ｂ１
４に入力される。

第４図は、状態予測回路Ａｌｌのブロック図である。

５０〜５５はデータラッチである。＃１のラッチ５３は
画像信号りの１画素前のデータを保持しており、また、
＃２．　　＃３．　　＃４のラッチ５２．　５１．　５
０はラインバッファ１０から１ライン前のそれぞれ第２
図に示した画素位置に対応したデータを保持し、これを
ＲＯＭ５６のアドレスに入力し、結果として状態識別信
号ＳＡが得られる。

第５図は状態予測回路Ｂ１２のブロック図である。

２０〜２９はデータラッチである。＃１．　　＃２のラ
ッチ２７．２９は夫々画像信号りの２画素前、４画素前
のデータを保持しており、また、＃２．　　＃３のラッ
チ２２．２０はラインバッファ１ｏがらの２ライン前の
夫々第３図に示した画素位置に対応したデータを保持し
、これをＲＯＭ３０のアドレスに入力し、結果として状
態識別信号ＳＢが得られる。

第６図はインデックス更新回路Ａ１３．　Ｂ１４のブロ
ック図である。

状態予測回路Ａｌｌ、Ｂ１２からの状態識別信号Ｓは、
カウントメモリ４０と条件メモリ４１に入る。カウント
メモリ４０はそれまでにカウントした優勢シンボルＭＰ
Ｓの個数（ＮＭ）をインデックス更新判定器４２に出力
し、＋１加算されるが、もしくは、リセットされて０に
なった更新信号ＮＭ’　　を記憶するものである。

また、条件メモリ４１は、インデックス信号■と優勢シ
ンボルＭＰＳのシンボルを示すＭとをインデックス更新
判定器４２に出力し、それぞれ更新された信号１’　、
　　Ｍ’　　を記憶するものである。

インデックス信号Ｉは、また、カウントテーブルＲＯＭ
４３にも入り、インデックス更新に必要な優勢シンボル
ＭＰＳの個数を示すＭＣを決定し、出力信号ＭＣをイン
デックス更新判定回路４２に送る。

インデックス信号Ｉは更に、そのまま外部出力される。

また、予測変換回路４４では、条件メモリ４１がらの優
勢シンボルＭＰＳのシンボルを示す信号Ｍと、画像信号
りを比較しＭとＤが一致した時に０不−致の時は１とな
る予測変換信号Ｙを生成する。

一方、カウントテーブルＲＯＭ４３からは、各インデッ
クスごとに決められた、更新時のインデックス増減量を
示す信号Ｉｎｃ／Ｄｅｃをインデックス更新判定回路４
２に出力する。

第２表にカウントテーブルＲＯＭ４３のテーブル例を示
す。

以上の構成のインデックス更新回路Ａ１３．　Ｂ１４で
は、状態識別信号ＳＡ、ＳＢと画像データ信号りにより
、符号化パラメータの入っているテーブル示すインデッ
クスＩＡ、ＩＢを符号化状態に適したパラメータに変更
する。これは、符号化効率を向上させる方向に動かすこ
とになる。

より具体的に示すと、各状態における優勢シンボルＭＰ
Ｓ　（言いかえると、予測シンボル）もしくは、劣勢ン
ンボルＬＰＳをあらかじめ決めておき、画像信号りが優
勢シンボルＭＰＳか劣勢ンンボルＬＰＳか判定し、優勢
シンボルＭＰＳが設定個数続くと、インデックスを大き
くし、逆に劣勢シンボルＬＰＳが発生すると、インデッ
クスを小さくする更新処理を行なう。各インデックスに
は後述するように、劣勢シンボルＬＰＳの出現確率の大
きい順（いいがえると、予測一致率小さい順）に２１個
の代表点が示されている。したがって、このインデック
ス値を増減することにより、各状態の予測一致率を、実
際の予測一致率に近い値に調整することができる。

インデックス更新回路Ａ１３．Ｂ１４からはそれぞれ独
立にインデックス信号ＩＡ、ＩＢが出力される。

また、予測一致信号ｙ　Ａ、　　Ｙ　Ｂ　（一致の時０
、不一致の時１）も同時に出力される。

これらインデックス信号ＩＡ＋　　ＩＢ及び予測一致信
号ＹＡ、ＹＢはセレクタ１８に入力され、セレクタ１８
では、後述する比較器１９の出力に従って、インデック
ス更新回路Ａ１３．Ｂ１４のいずれか一方のインデック
ス信号および予測一致信号が選ばれ、それぞれ信号ＩＥ
、　　ＹＥとして出力する。

ＩＥ倍信号パラメータ決定器１６に入り、算術符号の符
号化パラメータであるＱを決定し、符号器１７に送る。

また符号器１７では、予測一致信号ＹＥを符号化パラメ
ータＱで符号化していき、符号語が形成され、これが伝
送路を介して伝送される。

伝送された符号語は、図示しない受信器で復号される。

受信器側にも符号時に用いたと同じ更新回路をもつこと
により、符号、復号側の同期がとられることになる。

第７図にインデックス更新判定回路Ａ１３．Ｂ１３の処
理手順をフローチャートに示す。

まず、予測変換信号Ｙの判定を行なう（６０）。

Ｙ＝Ｏの時は、ＭＰＳのカウント数ＮＭを＋１加算しＮ
Ｍ’　　を作る（６１）。次にＮＭ’　　がインデック
ス更新に必要な優勢シンボルＭＰＳの数ＭＣに等しいか
判定を行ない（６２）、一致した時には、インデックス
ＩをＩｎｃｎ増分させる。またＮＭ’　＝０にリセット
する（６３）。

一方、予測変換信号Ｙの判定により（６０）、Ｙ＝１の
時は、次にインデックスＩが１か判定しく６４）、１＝
１の時は、Ｍ’　＝１−Ｍにより、ＭＰＳのシンボルを
反転し、かつＮＭ’　＝Ｏにリセットする（６６）。

１＝１以外の時は、ＩをＤｅｃ分減らし、またＮＭ’Ｏ
にリセットする（６５）。

インデックスＩの増減に用いるＩｎｃ、　　Ｄｅｃの量
は、カウントテーブルＲＯＭ４３から現在のインデック
スＩの値に応じて決定されている。

以上の手順に従って、更新されたＩ’　、　Ｍ’　、　
ＮＭ’はそれぞれカウントメモリ４０、条件メモリ４１
に記憶される。

インデックス更新回路Ａ１３．Ｂ１３の夫々から出力さ
れる予測一致信号ＹＡ、ＹＢはカウンタ回路１５−ａ、
１５−ｂに入力され、カウンタ回路１５−ａ。

１５−ｂは一定期間内における予測不一致の回数をカウ
ントし、一定期間中の一致回数であるＣＡ。

ＣＢを出力する。比較器１９ではカウンタ回路１５−ａ
、１５−ｂから出力されるＣＡとＣＢの大小関係を比較
する。比較器１９の出力はセレクタ１８の切り換え信号
ＳＥＬとなり、ＣＡくＣＢのときはＳＥＬ信号を１１、
ＣＡ＞ＣＢのときは１０、それ以外のときはＯｌとする
。

セレクタ１８はＳＥＬ信号がＩＩのとき、即ち、ＣＡ＜
０８のときは、状態予測回路Ｂを用いたほうが予測一致
率が高いので、ＩＥ及びＹＥとしては、インデックス更
新回路Ｂ１４からのＩＢ、Ｙ、を選択する。

また、ＳＥＬ信号が１０のとき、即ち、ＣＡ＞ＣＢの時
は状態予測回路Ａを用いたほうが予測一致率が高いので
、ＩＥ及びＹＥとしてインデックス更新回路Ａ１３から
のＩＡ、ＹＡを選択する。

また、ＳＥＬ信号が０１のとき、即ち、ＣＡ＝ＣＢの時
は、選択を変更しない。

尚、本実施例では予測一致回路をカウントしたが、逆に
予測不一致回数をカウントして同様のセレクト処理を行
ってもよい。また、予測一致数又は不一致数をカウント
する一定期間を増減することにより、予測確率の精度を
調整可能である。

セレクタ９１．９２はＳ　Ｅ　Ｌ信号が１の時は、ＩＡ
ＹＡを選び、また、ＳＥＬ信号がＯの時は、ＩＢＹＢを
選び、その結果をそれぞれＩＥ、　ＹＥとする。

ＩＥ、　　ＹＥを使って以降の符号化処理を行う。

第８図は、本実施例で用いる算術符号の符号化効率曲線
を示したものである。この曲線は、ＬＰＳの出現率をｑ
、符号化時の近似確率を、ｑ’　　＋としたときに、以
下の式で表わされる。

η＝Ｈ／　Ｉ−ｑ　ｌ　ｏｇ　２　ｑ （Ｉ　　Ｑ）　ｆｏｇ２　（Ｉ　　Ｑ’　　＋）］ここ
で、９分子は、無記憶エントロピであり、Ｈ”　　　（
ｌ　　ｌ　Ｏｇ　　２　　ｑ（１ｑ）ｆｏｇ２　　（１
ｑ） またｑ′１は、ｑ’　１＝２−”十に−２−０２のよう
に２項近似されている（Ｋは＋１、もしくは−１）。例
えば、 Ｑ’　　１　＝２−’ ｑ２＝２−１−２−４ ｔ　　３＝２−２　＋　２−１ などとなり、この確率において、効率ηが１．０になる
　Ｌ　　、を以降、実効確率と呼ぶ。また、効率曲線の
交点の確率を境界確率と呼び、この確率を越えたと推定
されたときには、隣の実効確率のノ々ラメータで符号化
をする。

第１表はパラメータ決定器１６におけるノ々ラメ−タテ
−プルの例を示す。

本実施例では、第１表に示したように２つの多項式近似
できる確率から、実効確率を２１点選んでいる。また、
第１表のパラメータＱｌ＋Ｑ２．Ｑ３は算術符号器１７
へ送るパラメータである。Ｑ　Ｉ。

Ｑ２は、シフトレジスタに与えるシフト量であり、この
シフト演算により２のべき乗計算を行っている。

また、Ｑ３は第２項目の糸数を示し、＋、−の切り換え
を行なう。

また、第２表のＭＣ（インデックス更新に必要なＭＰＳ
の数）は以下のように決定している。ＬＰＳの数をＮＬ
、ＭＰＳの数をＮＭとしたとき、ＬＰＳの発生確率は、
以下の式で与えられる。

この式をＮＭで解くと、以下の式になる。

ｑにｑｂｌを与えることにより、そこでの優勢ンンホル
の数ＮＭ＋が計算される。

さらに、各ＮＭＩの差を下式から計算し、各インデック
スの更新に必要なＭＰＳの数ＭＣを算出する。

Ｍ　Ｃ、＝　Ｎ　Ｍｎ＋　−Ｎ　Ｍ 第２表のＭＣの値はＮＬ＝２として計算したちのである
。

第９図は、算術符号による符号化を行なう符号器１７の
ブロック図である。符号化パラメータ決定回路１６で決
められたコントロール信号Ｑｃ　（ＱＱ２．Ｑ３）のう
ちシフトレジスタＡ７０にＱｌを、シフトレジスタＢ７
１にＱ２を、セレクタ７２にＱ３が入力される。Ｑｌ、
Ｑ２はそれぞれのソフトレジスタＡ７０．Ｂ７１に対し
てＡ　５１２３を何ｂｉｔシフトするかを指示する。シ
フトされた結果が、出力１３０，１３１となる。

信号１３１と反転器７６により補数がとられた信号１３
３は、セレクタ７２によりコントロール信号Ｑ３により
切り換えられる。加算器７３では、信号１３０と信号１
３２の加算が行われ、Ａｓ＋信号１２４が出力される。

減算器７４では、Ａ５信号１２３から、ＡＳ＋信号１２
４を減算し、Ａｓｏ信号１２５を得る。セレクタ７５で
は、信号Ａｓ＋、Ａｓｏの一方をＹ信号１０１で選択す
る。Ｙ＝Ｏの時は、Ａ’　＝Ａｓｏ、Ｙ＝１の時は、Ａ
′＝Ａｓ１がＡ′信号１２６となる。

ソフト回路８０ては、Ａ′信号１２６のＭＳＢが１にな
るまで左方向へ、ソフトが行われ、Ａ５　信号１２７が
得られる。この／フト回数に相当するノット信号１３２
は、コードレジスタ７９に入り、ノット回数に相当する
数のｂｉｔがＭＳＢから順番に出力され符号データ１３
０になる。符号データ１３０は、図示しないｂｉｔ処理
方法にて、１の連続が有限個以内になるように制限処理
されてから、伝送される。

コードレジスタ７９のＣＲ内容】２８は、加算器７７で
Ａｓｏ信号１２５と加算され、セレクタ７８に入る。

また、ＣＲ信号１２８そのものもセレクタ７８に入り、
Ｙ信号１０１で、Ｙ＝Ｏの時は、ＣＲ’　＝ＣＲ，Ｙ＝
１の時はＣＲ’　＝ＣＲ−ｉ−ＡｓｏとなるＣＲ’　　
信号１２９＋＝なる。コードレノスタフ９に関しては、
前述したノット処理はＣＲ’　　信号１２９に対して行
われる。

以上説明したように、符号化すべき注目画素の周囲の複
数画素を参照して予測した画素値に基づいて注目画素を
符号化する画像符号化装置において、画素値予測のため
の複数通りのパラメータを備えたパラメータテーブルを
設け、且つ、複数通りのパラメータの夫々に対して一致
率の小さい順にインデックスを付与し、更に、２種類以
上の異なる参照画素の組をもつ複数の状態予測回路およ
びこれに対応する複数のインデックス更新回路を備え、
複数の更新回路からの予測一致信号の発生数を比較し、
予測一致信号の発生数の多い方（予測一致率の高い）か
ら決定される符号化パラメータにより実際の符号化を行
うことにより、空間的な相関が異なる種々の画像に対し
、予測一致率が高い符号化パラメータに適応的に切り換
えるので、上述の画像が混在するような画像に対しても
、効率の良い符号化が行われるようになる。

尚、本実施例では、互いに異なる２通りの参照画素位置
の複数画素を参照する構成としたが、更に、多種多様の
画像に対して効率的な符号化をなすために、３通り以上
の参照画素位置を参照する様に構成してもよい。

また、符号化の手法は算術符号に限らず、他の予測符号
化方式にも同様に適用可能である。

第 表 第 表 〔発明の効果〕 以上説明した様に、本発明によると、互いに異なる複数
の位置の画素を参照し、予測一致率の高い参照画素を用
いて符号化するので、種々多様な画像に対して効率良い
符号化が達成できＺ、。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した画像符号化装置のブロック
図、 第２図は、文字画像用参照画素位置の説明図、第３図は
、デイザ画像用参照画素位置の説明図、第４図及び第５
図は状態予測回路のブロック図、第６図はインデックス
更新回路のブロック図、第７図はインデックス更新判定
の説明のためのフローチャート図、 第８図は、算術符号の符号化効率曲線の説明図、第９図
は算術符号器のブロック図である。 １１、　１２・・・状態予測回路 １３、　１４・・・インデックス更新回路１５−ａ、＋
５−ｂ・・・カウンタ回路】８・・・セレクタ １９・・・比較器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 符号化すべき注目画素の周囲の複数画素を参照して予測
   した画素値に基づいて注目画素を符号化する画像符号化
   装置において、 互いに異なる複数の位置の画素を参照する複数の参照手
   段と、 前記複数の参照手段のいずれかにより参照された複数画
   素を用いて予測された画素値に基づいて注目画素を符号
   化する符号手段と、 前記複数の参照手段のうち予測した画素値と注目画素と
   の一致数又は不一致数に応じて前記複数の参照手段の一
   方を選択する選択手段とを有することを特徴とする画像
   符号化装置。