JPH05103208A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮された画像を伸張したとき、画像のエツ
ジ近傍での画質劣化が少ない画像処理装置を提供するこ
とにある。 【構成】 画像データはＤＣＴ回路１０２により直交変
換され、ジグザグスキヤン回路１０３により、直交変換
係数Ｆ（ｉ）が順番にＡＣ電力値検出回路１０４と量子
化器Ｑ１０６に供給される。Ｑテーブル１０５は、ＡＣ
電力値検出回路１０４により検出された該直交変換係数
Ｆ（ｉ）の電力値と、該直交変換係数Ｆ（ｉ）のアドレ
スｉから、画質劣化が起きない、適切な量子化ステツプ
Ｑ（ｉ）と加算値Ａ（ｉ）をＱ１０６へ供給する。Ｑ１
０６は、該量子化ステツプＱ（ｉ）と該加算値Ａ（ｉ）
から決る量子化閾値を用いて、該直交変換係数Ｆ（ｉ）
を量子化する。量子化された直交変換係数Ｆ（ｉ）は符
号化回路１０７で圧縮される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直交変換により画像圧縮
を行う画像処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】写真等の中間調画像をメモリへ記憶する
のに必要なメモリ容量は、（画素数）×（階調ビツト
数）となり、高品位なカラー画像を記憶するためには膨
大なメモリ容量が必要であつた。このため各種の情報量
圧縮方式が提案され、情報量を圧縮した後、メモリへ記
憶することにより、メモリ容量の削減が図られている。

【０００３】図９は、カラー静止画符号化の国際標準と
して、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉ
ｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）にて提案されている
ベースラインシステム（基本方式）の符号化方式（安
田：「カラー静止画像符号化国際標準化」、画像電子学
会誌、第１８巻、第６号ｐｐ．３９８−４０９，１９８
９）の構成を示すブロツク図である。

【０００４】図９において、入力端子１より入力された
中間調画像データは、ブロツク化回路２において、８×
８画素のブロツク（以下「画素ブロツク」という）に切
出され、離散コサイン変換（以下「ＤＣＴ」という）回
路１７にて直交変換され、変換係数が量子化器（以下
「Ｑ」という）４０に供給される。Ｑ４０では、量子化
テーブル（以下「Ｑテーブル」という）４１により印加
される量子化ステツプ情報に従つて、変換係数の線形量
子化を行う。量子化された変換係数のうち、ＤＣ係数は
予測符号化回路（以下「ＤＰＣＭ」という）４２にて、
前画素ブロツクのＤＣ成分との差分（予測誤差）がとら
れ、１次元ハフマン符号化回路４３に供給される。

【０００５】図１０はＤＰＣＭ４２の詳細な構成を示す
ブロツク図である。Ｑ４０より量子化されたＤＣ係数は
遅延回路５３および減算器５４に印加される。遅延回路
５３に入力されたＤＣ係数は、ＤＣＴ回路１７が１画素
ブロツクの演算に必要な時間だけ遅延される。従つて、
遅延回路５３からは前画素ブロツクのＤＣ係数が減算器
５４に供給され、減算器５４は現画素ブロツクと前画素
ブロツクのＤＣ係数の差分（予測誤差）を出力する。
（本予測符号化では予測値として前画素ブロツク値を用
いているため、予測符号化回路は前述のごとく遅延回路
にて構成される。）１次元ハフマン符号化回路４３は、
ＤＰＣＭ４２より供給された予測誤差信号をＤＣハフマ
ンテーブル４４に従つて可変長符号化し、多重化回路５
１にＤＣハフマンコードを供給する。

【０００６】一方、Ｑ４０にて量子化されたＡＣ係数
（ＤＣ係数以外の係数）は、スキヤン変換回路４５にて
図１１に示すように、低次の係数より順にジグザグスキ
ヤンされ、有意係数検出回路４６に供給される。有意係
数検出回路４６では、量子化されたＡＣ係数が“０”か
“０”以外の有意係数かを判定し、“０”の場合はラン
長カウンタ４７にカウントアツプ信号を供給し、カウン
タの値を＋１増加させる。ＡＣ係数が“０”以外の有意
係数の場合は、リセツト信号をラン長カウンタ４７に供
給し、カウンタの値をリセツトするとともに、ＡＣ係数
をグループ化回路４８に供給する。

【０００７】ラン長カウンタ４７は、“０”のラン長を
カウントする回路で、有意係数と次の有意係数の間に存
在する“０”の数ＮＮＮＮを２次元ハフマン符号化回路
４９に供給する。グループ化回路４８では、ＡＣ係数を
図１２に示すグループ番号ＳＳＳＳと付加ビツトに分割
し、グループ番号ＳＳＳＳをハフマン符号化回路４９
に、付加ビツトを多重化回路５１に供給する。

【０００８】２次元ハフマン符号化回路４９は、供給さ
れた“０”のラン長ＮＮＮＮと有意係数のグループ番号
ＳＳＳＳをＡＣハフマンコードテーブル５０に従つて可
変長符号化し、多重化回路５１にＡＣハフマンコードを
供給する。多重化回路５１では、１画素ブロツク分のＤ
Ｃハフマンコード，ＡＣハフマンコードおよび付加ビツ
トを多重化し、出力端子５２から圧縮された画像データ
を出力する。

【０００９】従つて、出力端子５２から出力された圧縮
画像データをメモリに記憶し、読出し時に逆操作によつ
て伸張することにより、画像メモリ容量の削減が可能で
ある。一般に、イメージスキヤナなどにより入力した写
真などの中間調画像は、ＤＣＴなどで直交変換されたブ
ロツクの低域に有意係数が集中しやすく、高域は“０”
になることが多い。前述の可変長符号化動作は、該ブロ
ツクのＡＣ係数をジグザグスキヤンしたときに、最後に
現れる有意係数まで実行される。ゆえに、高域のＡＣ係
数がすべて“０”になり、最後に現れる有意係数が低域
寄りになればなるほど、可変長符号化による圧縮が効率
よく行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、上記従来
例における画像処理には次のような問題点があつた。即
ち、上記従来例をフアクシミリ，プリンタ，記憶装置な
どに応用する場合、低ビツトレートで圧縮する必要があ
るが、低ビツトレートで圧縮するには、Ｑテーブルを切
り換えて粗い量子化をするか、またはＱテーブルのスケ
ーリングフアクターを増加させ量子化ステツプに乗ずる
係数を増して粗い量子化を行う。

【００１１】粗い量子化を施した場合、ＡＣ電力が小さ
い原画像の平坦部などでは画質劣化に到らないが、ＡＣ
電力の大きい原画像のエツジ部などでは、伸張した画像
のエツジ近傍にいわゆるモスキートノイズと呼ばれるリ
ンギングが発生し、画質劣化が著しい。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決することを目的としたもので、前記の課題を解決す
る一手段として以下の構成を備える。即ち、直交変換を
用いて画像圧縮を行う画像処理装置であつて、直交変換
係数の電力値を検出する検出手段と、前記直交変換係数
を量子化する量子化手段と、前記検出手段による検出結
果に基づいて前記量子化手段において前記直交変換係数
を量子化する際の量子化閾値を非線型に設定する閾値可
変手段とを備える画像処理装置とする。

【００１３】

【作用】以上の構成によつて、画質劣化の少ない画像処
理装置を提供できる。

【００１４】

【実施例】以下図面を参照して本発明に係る一実施例を
詳細に説明する。

【００１５】

【第１実施例】図１は第１実施例の構成例を示すブロツ
ク図である。本発明の目的は、直交変換係数を量子化す
る際に発生するノイズを低減することにあり、直交変換
係数の符号化方法は従来と同じである。よつて図１で
は、量子化に必要な構成例の詳細を示し、符号化に必要
な構成の詳細は省略した。

【００１６】図１において、１００は入力端子、１０１
はブロツク化回路、１０２はＤＣＴ回路、１０３はジグ
ザグスキヤン回路、１０４はＡＣ電力値検出回路、１０
５はＱテーブル、１０６はＱ、１０７は符号化部、１０
８は出力端子である。まず図１の動作を説明する。入力
端子１００より入力された中間調画像データは、ブロツ
ク化回路１０１において、８×８画素の画素ブロツクに
切出され、ＤＣＴ回路１０２にて直交変換され、変換係
数がジグザグスキヤン回路１０３に供給される。

【００１７】ジグザグスキヤン回路１０３では、図１１
のように、低域から高域へ向けて直交変換係数をジグザ
グにスキヤンし、直交変換係数Ｆ（ｉ）と、該直交変換
係数Ｆ（ｉ）のブロツク内の位置を表すアドレスｉを出
力する。直交変換係数Ｆ（ｉ）はＡＣ電力値検出回路１
０４とＱ１０６に、アドレスｉはＡＣ電力値検出回路１
０４に供給される。

【００１８】ＡＣ電力値検出回路１０４は、直交変換係
数Ｆ（ｉ）の電力値（簡易的に絶対値でもよい）とある
定められた閾値を比較する。ただし、ＡＣ電力値検出回
路１０４は、入力された直交変換係数Ｆ（ｉ）が低域の
成分か高域の成分かを、入力されたアドレスｉから判断
し、アドレスｉがある定められた値以下（低域側）のと
きは、直交変換係数Ｆ（ｉ）の電力値に関係なく、閾値
より小さいという結果を出力する。ＡＣ電力値検出回路
１０４での比較結果とアドレスｉはＱテーブル１０５に
供給される。

【００１９】Ｑテーブル１０５はＬＵＴ（ルツクアツプ
テーブル）などで構成され、入力されたアドレスｉとＡ
Ｃ電力値検出回路１０４の比較結果に対応する加算値Ａ
（ｉ）と量子化ステツプＱ（ｉ）をＱ１０６に送る。Ｑ
１０６もＬＵＴなどで構成され、以下の計算により量子
化係数Ｃ（ｉ）を出力する。ただし下式において、ｉは
アドレス、Ｆ（ｉ）は直交変換係数、Ｑ（ｉ）は量子化
ステツプ、Ａ（ｉ）は加算値である。

【００２０】 Ｃ（ｉ）＝｛Ｆ（ｉ）＋Ａ（ｉ）｝／Ｑ（ｉ） （Ｆ
（ｉ）≧０） Ｃ（ｉ）＝｛Ｆ（ｉ）−Ａ（ｉ）｝／Ｑ（ｉ） （Ｆ
（ｉ）＜０） Ｑ１０６から出力された量子化係数Ｃ（ｉ）は、符号化
部１０７で符号化され、圧縮画像データが出力端子１０
８から出力される。次に、低ノイズの量子化の実現方法
について説明する。

【００２１】図２は、高域のある直交変換係数Ｆ（ｉ）
に対する基底画像を示す（図２では簡単のために１次元
方向で説明する）。図２（ａ）基底画像に量子化により
量子化誤差が加えられると、（ｂ）に点線で示す振幅の
増加した、または（ｃ）に点線で示す振幅の減少した画
像となる。誤差により、振幅が増加するか、または減少
するかは、設定された量子化閾値より直交変換係数Ｆ
（ｉ）の絶対値が大きいか否かにより、“上の代表値”
あるいは“下の代表値”のどちらが量子化係数Ｃ（ｉ）
として出力されるかで異なる。

【００２２】高域の直交変換係数Ｆ（ｉ）の量子化時
に、“上の代表値”が選択されると、該直交変換係数Ｆ
（ｉ）に関する画像成分の振幅が大きくなり（画像のコ
ントラストが強調される）、画像エツジ近傍に白点，黒
点の集合体が見え始めるモスキートノイズと呼ばれる画
質劣化が生じる。逆に、“下の代表値”が選択される
と、画像成分の振幅が小さくなり画像のコントラストは
弱まるが、モスキートノイズは発生しないし、一般的
に、劣化も目立たず不快感も覚えない。

【００２３】そこで本実施例においては、ＤＣＴ空間上
の高域成分を“下の代表値”に量子化させるように工夫
することで、低ノイズの量子化を実現しようとする。具
体的には、高域の直交変換係数Ｆ（ｉ）の電力値に応じ
て、Ｑテーブル１０５が出力する加算値Ａ（ｉ）を変化
させることにより、該直交変換係数Ｆ（ｉ）を“下の代
表値”に量子化させるものである。

【００２４】以下、加算値Ａ（ｉ）の具体的な設定につ
いて説明する。例えば、加算値Ａ（ｉ）を量子化ステツ
プＱ（ｉ）の１／２（Ａ（ｉ）＝Ｑ（ｉ）／２）とする
と、量子化閾値は代表値間の中間点となり、直交変換係
数Ｆ（ｉ）に、四捨五入に相当する演算を施したもの
が、量子化係数Ｃ（ｉ）として出力される。また例え
ば、Ａ（ｉ）＝０のときは、直交変換係数Ｆ（ｉ）に、
切捨てに相当する演算を施したものが、量子化係数Ｃ
（ｉ）として出力される。即ち、加算値Ａ（ｉ）を０か
らＱ（ｉ）／２の間で変化させることによつて、“下の
代表値”への量子化の容易度を調整できるのである。

【００２５】図３は従来の、例えばＪＰＥＧ方式で用い
られている線形量子化の、図４は本実施例の非線形な量
子化の一例である。図３，図４ともに、縦軸はＱ１０６
から出力される量子化係数Ｃ（ｉ）を、横軸はＱ１０６
に入力される直交変換係数Ｆ（ｉ）を、横軸に付した目
盛は量子化ステツプＱを表す。図３は加算値Ａ（ｉ）＝
Ｑ（ｉ）／２として量子化閾値を代表値の中間点とし、
常に四捨五入に相当する量子化を行うものである。

【００２６】一方、図４はＤＣＴ空間上のある高域成分
に対する量子化の一例である。直交変換係数Ｆ（ｉ）の
絶対値がある一定値以下のとき、つまり｜Ｆ（ｉ）｜≦
２Ｑのときは、加算値Ａ（ｉ）＝Ｑ（ｉ）／２とし、四
捨五入に相当する量子化を行う。直交変換係数Ｆ（ｉ）
の絶対値がある一定値より大きいとき、つまり｜Ｆ
（ｉ）｜＞２Ｑのときは、加算値Ａ（ｉ）＝０とし、切
捨てに相当する量子化を行う。

【００２７】即ち、プリンタなどの画像記録装置におい
て、先に量子化によるモスキートノイズが発生する直交
変換係数Ｆ（ｉ）の限界値を実験的に求めておき、求め
た限界値と直交変換係数Ｆ（ｉ）をＡＣ電力値検出回路
１０４で比較する。上記比較により直交変換係数Ｆ
（ｉ）が限界値以下のときは、Ｑテーブル１０５から、
四捨五入に相当する量子化となるように量子化ステツプ
Ｑ（ｉ）および加算値Ａ（ｉ）をＱ１０６に供給し、Ｑ
１０６において量子化誤差が最小となる量子化が行われ
る。一方、上記比較により直交変換係数Ｆ（ｉ）が限界
値を超えるときは、Ｑテーブル１０５から、切捨てに相
当する量子化となるように量子化ステツプＱ（ｉ）およ
び加算値Ａ（ｉ）をＱ１０６に供給し、Ｑ１０６におい
てモスキートノイズを抑制した量子化が行われる。ただ
し、直交変換係数Ｆ（ｉ）が低域の成分のときは、該直
交変換係数Ｆ（ｉ）に関係なく、ＡＣ電力値検出回路１
０４は限界値以下という結果を出力するので、Ｑ１０６
において量子化誤差が最小となる量子化が行われる。

【００２８】なお、図４では｜Ｆ（ｉ）｜≦２Ｑのとき
加算値Ａ（ｉ）＝Ｑ（ｉ）／２とし、｜Ｆ（ｉ）｜＞２
Ｑのとき加算値Ａ（ｉ）＝０とする例を示したが、本実
施例はこれに限定されるものではなく、０≦Ａ（ｉ）≦
Ｑ（ｉ）／２を満たす加算値Ａ（ｉ）を設定できること
はいうまでもない。また図１において、ＡＣ電力値検出
回路１０４をＱテーブル１０５やＱ１０６と連結してＲ
ＯＭ化することも本実施例の応用として考えられる。

【００２９】また本実施例の説明と図１では、８×８画
素のＤＣＴによる直交変換を用いて説明しているが、本
実施例はこれに限定されるものではなく、任意のブロツ
クサイズと任意の方法による直交変換で実施できること
はいうまでもない。以上説明したように本実施例によれ
ば、粗い量子化を施した場合でも、伸張した画像のエツ
ジ近傍にモスキートノイズと呼ばれるリンギングが発生
せず、画質劣化が少ない画像処理装置とすることができ
る。

【００３０】

【第２実施例】以下、本発明に係る第２実施例を説明す
る。第２実施例においては、第１実施例と同様な構成に
ついては同一符号を付し詳細説明を省略する。第１実施
例では個々の直交変換係数Ｆ（ｉ）のＡＣ電力値によつ
て、Ｑ１０６へ供給する量子化ステツプＱ（ｉ）と加算
値Ａ（ｉ）を適切な値に調整したのに対して、第２実施
例では高域の直交変換係数Ｆ（ｉ）の状態により、複数
のＱテーブルの中から適切なＱテーブルを選択し、Ｑ１
０６へ量子化ステツプＱ（ｉ）と加算値Ａ（ｉ）を供給
する。

【００３１】図５は第２実施例の構成例を示すブロツク
図である。図５において、１１０はＱテーブル選択回
路、１１１はＱテーブル群である。入力端子１００から
ジグザグスキヤン回路１０３までの動作、およびＱ１０
６から出力端子１０８までの動作は、第１実施例と同様
なので説明を省略する。図６，図７は量子化テーブルの
一例を示す図である。

【００３２】図６は標準的な量子化テーブル例を示し、
第１実施例で説明した四捨五入に相当する量子化が行わ
れる。図７は高域成分を量子化するのに適切な量子化テ
ーブル例を示し、第１実施例で説明した切捨てに相当す
る量子化が行われる。Ｑテーブル選択回路１１０は、Ｄ
ＣＴ空間上の高域に、ある定められた閾値以上の直交変
換係数Ｆ（ｉ）がないときは、例えば図６のような量子
化テーブルをＱテーブル群１１１から選択し、Ｑ１０６
は、例えば図３のような、ＤＣＴ空間の全域に四捨五入
に相当する量子化を行う。

【００３３】一方、ＤＣＴ空間上の高域に、ある定めら
れた閾値以上の直交変換係数Ｆ（ｉ）があるときは、例
えば図７のような量子化テーブルがＱテーブル群１１１
から選択され、Ｑ１０６は、例えば図８のような、ＤＣ
Ｔ空間の全域に切捨てに相当する量子化を行い、モスキ
ートノイズの発生を抑える。一般に、画像エツジや線画
文字では、ＤＣＴ空間上の高域だけでなく低域のＡＣ電
力も大きくなるので、上述のように、ＤＣＴ空間の全域
に切捨てに相当する量子化を行うことは、符号化前の量
子化係数を小さくし、符号化後の情報量の低減に寄与す
ることになる。

【００３４】以上説明したように本実施例によれば、第
１実施例と同様に、粗い量子化を施した場合でも、伸張
した画像のエツジ近傍にモスキートノイズと呼ばれるリ
ンギングが発生せず、画質劣化が少ない画像処理装置と
することができる。さらに、画像エツジや線画文字など
の符号化後の情報量を低減する効果もある。なお本発明
は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、
１つの機器からなる装置に適用しても良い。また、本発
明はシステムあるいは装置にプログラムを供給すること
によつて達成される場合にも適用できることはいうまで
もない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、画
質劣化の少ない画像処理装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の構成例を示すブロツク
図である。

【図２】本実施例における基底画像の量子化誤差の例を
示す図である。

【図３】一般的な量子化例を示す図である。

【図４】本実施例における量子化例を示す図である。

【図５】本発明に係る第２実施例の構成例を示すブロツ
ク図である。

【図６】一般的な量子化テーブル例を示す図である。

【図７】本実施例における量子化テーブル例を示す図で
ある。

【図８】本実施例における量子化例を示す図である。

【図９】従来の構成を示すブロツク図である。

【図１０】従来の予測符号化回路の構成を示す図であ
る。

【図１１】従来のＤＣＴ係数の順方向スキヤンの様子を
示す図である。

【図１２】従来のＡＣ係数とグループ番号との関係を説
明する図である。

【符号の説明】

１０１ ブロツク化回路 １０２ ＤＣＴ回路 １０３ ジグザグスキヤン回路 １０４ ＡＣ電力値検出回路 １０５ 量子化テーブル（Ｑテーブル） １０６ 量子化器（Ｑ） １０７ 符号化部 １１０ Ｑテーブル選択回路 １１１ Ｑテーブル群

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直交変換を用いて画像圧縮を行う画像処
   理装置であつて、 直交変換係数の電力値を検出する検出手段と、 前記直交変換係数を量子化する量子化手段と、 前記検出手段による検出結果に基づいて前記量子化手段
   において前記直交変換係数を量子化する際の量子化閾値
   を非線型に設定する閾値可変手段とを有することを特徴
   とする画像処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像処理装置において、 前記閾値可変手段により前記量子化閾値が可変される範
   囲が量子化ステツプの２分の１以下であることを特徴と
   する画像処理装置。