JPH067673B2 - 画像デ−タの直交変換符号化方法 - Google Patents

画像デ−タの直交変換符号化方法

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JPH067673B2
JPH067673B2 JP61015262A JP1526286A JPH067673B2 JP H067673 B2 JPH067673 B2 JP H067673B2 JP 61015262 A JP61015262 A JP 61015262A JP 1526286 A JP1526286 A JP 1526286A JP H067673 B2 JPH067673 B2 JP H067673B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の分野) 本発明はデータ圧縮を目的とした画像データの符号化方
法、特に詳細には直交変換を利用した画像データの符号
化方法に関するものである。
(発明の技術的背景および先行技術) 例えばTV信号等、中間調画像を担持する画像信号は膨
大な情報量を有しているので、その伝送には広帯域の伝
送路が必要である。そこで従来より、このような画像信
号は冗長性が大きいことに着目し、この冗長性を抑圧す
ることによって画像データを圧縮する試みが種々なされ
ている。また最近では、例えば光ディスクや磁気ディス
ク等に中間調画像を記録することが広く行なわれてお
り、この場合には記録媒体に効率良く画像信号を記録す
ることを目的として画像データ圧縮が広く適用されてい
る。
このような画像データ圧縮方法の一つとして、画像デー
タの直交変換を利用するものがよく知られている。この
方法は、ディジタルの2次元画像データを適当な標本数
ずつのブロックに分け、このブロック毎に標本値からな
る数値列を直交変換し、この変換により特定の成分にエ
ネルギーが集中するので、エネルギーの大きな成分は長
い符号長を割当てて符号化し、他方低エネルギーの成分
は短い符号長で粗く符号化することにより、各ブロック
当りの符号数を低減させるものである。上記直交変換と
しては、フーリエ(Fourier)変換、コサイン
(Cosine)変換、アダマール(Hadamar
d)変換、カルーネン−レーベ(Karhunen−L
ove)変換、ハール(Haar)変換等がよく用い
られるが、ここでアダマール変換を例にとって上記方法
をさらに詳しく説明する。まず第2図に示すように、デ
ィジタルの2次元画像データを所定の1次元方向に2個
ずつ区切って上記ブロックを形成するものとする。この
ブロックにおける2つの標本値x(0)とx(1)とを
直交座標系で示すと、前述のようにそれらは相関性が高
いので、第3図に示すようにx(1)=x(0)なる直
線の近傍に多く分布することになる。そこでこの直交座
標系を第3図図示のように45°変換して、新しいy
(0)−y(1)座標系を定める。この座標系において
y(0)は変換前の原画像データの低周波成分を示すも
のとなり、該y(0)は、x(0)、x(1)よりもお
お大きい値(約√2倍)をとるが、その一方原画像デー
タの高周波成分を示すy(1)はy(0)軸に近い非常
に狭い範囲にしか分布しないことになる。そこで例えば
上記x(0)、x(1)の符号化にそれぞれ7ビットの
符号長を必要としていたとすると、y(0)については
7ビットあるいは8ビット程度必要となるが、その一方
y(1)は例えば4ビット程度の符号長で符号化できる
ことになり、結局1ブロック当りの符号長が低減され、
画像データ圧縮が実現される。
以上、2つの画像データ毎に1ブロックを構成する2次
の直交変換について説明したが、この次数を上げるにし
たがって特定の成分にエネルギーが集中する傾向が強く
なり、ビット数低減の効果を高めることができる。一般
的には、直交関数行列を用いることによって上記の変換
を行なうことができ、極限的には上記直交関数行列とし
て対象画像の固有関数を選べば、変換画像はその固有値
行列となり、行列の対角成分のみで元の画像を表現でき
ることになる。また上記の例は画像データを1次元方向
のみにまとめてブロック化しているが、このブロックは
2次元方向に亘るいくつかの画像データで構成してもよ
く、その場合には1次元直交変換の場合よりもより顕著
なビット数低減効果が得られる。
以上述べたような直交変換による画像データ圧縮方法
は、例えばTV信号の伝送等において効果を上げている
が、最近では例えば医用放射線画像等、極めて高階調の
画像を前述の光ディスク等に記録するいわゆる電子画像
ファイルが注目されており、このような分野ではさらに
効率的な画像データ圧縮が望まれている。
(発明の目的) そこで本発明は、以上述べたような直交変換の技術を利
用して、従来よりもさらに圧縮率を高めることができる
画像データの符号化方法を提供することを目的とするも
のである。
(発明の構成) 本発明の画像データの直交変換符号化方法は、前述のよ
うに2次元画像データに対して、所定標本数からなるブ
ロック毎に直交変換をかけ、この変換によって得られた
変換データをそれぞれ固有の符号長で符号化する画像デ
ータの直交変換符号化方法において、 上記ブロック内で各画像データを比較し、画像データが
互いに全て等しいブロックに関しては、それらの画像デ
ータに対して直交変換をかけず、それらの画像データを
ブロック当りただ1つの符号で一括的に符号化し、 一方相異なる画像データを含むブロックに関しては該ブ
ロックをさらに細かいサブブロックに分割して各サブブ
ロック内で各画像データを比較し、 画像データが互いに全て等しいサブブロックに関して
は、それらの画像データに対して直交変換をかけず、そ
れらの画像データをサブブロック当りただ1つの符号で
一括的に符号化するとともに、残りのサブブロックに関
して直交変換を行ない、この変換によって得られた変換
データをそれぞれ固有の符号長で符号化するようにした
ことを特徴とするものである。
(実施態様) 以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明を詳細に説
明する。
第1図は本発明の画像データの直交変換符号化方法を実
施する装置を概略的に示すものである。中間調画像を示
す画像データ(原画像データ)xは、まず前処理回路10
に通され、雑音除去のための平滑化等データ圧縮効率を
上げるための前処理を受ける。この前処理を受けた画像
データxはブロック分割部11に送られ、所定標本数から
なるブロック毎に分けられる。このブロックは通常、第
4図に示すようにM×N画素ずつの2次元ブロックBと
される。ブロック毎にまとめられた画像データxは直交
変換回路12に送られて、各ブロック単位で直交変換を受
けるが、本発明方法の特徴として、ある条件を満たすブ
ロックBあるいは該ブロックをさらに細分化したサブブ
ロックSBに関しては、この直交変換が行なわれないよ
うになっている。以下、上記ブロック分割部11および直
交変換回路12における処理の流れを示す第5図を参照し
て、その点について詳しく説明する。
ブロック分割部11は画像データxを上述のようにブロッ
ク分割した後、各ブロックB内のM×Nの画像データx
が互いにすべて等しいか、そうでないかを判別する(第
5図のステップP1)。この判別は例えば、各ブロック
B内の全画像データxをブロックバッファメモリに記憶
させるとともにその中の一つの画像データxを1画素
バッファメモリに記憶させ、その他の画像データx
,x……を次々にブロックバッファメモリから読
み出し、上記1画素バッファメモリから読み出した画像
データxをそれらと順次比較することによってなされ
る。この比較により、画像データxがその他の画像デ
ータxすべてと等しい(つまりブロックB内の画像デー
タxが互いにすべて等しい)と分かった場合には、上記
1画素バッファメモリに記憶されていた1つの画像デー
タxは、直交変換回路12をバイパスさせて公知の符号
化回路13に送られる。上記の通りこの画像データx
その他の画像データx,x,x……すべてと等し
く、したがって1つのブロックBの画像データを代表し
ている。符号化回路13はこのようにして入力された画像
データxを、その画像データxを含むブロックBの
代表値として、データ一律を示すフラグとともに所定長
の符号からなるデータf(x)に符号化する(第5図の
ステップP2)。なお前記第4図は画像の一例として、
人体の放射線画像を示すものであり、この場合図示のよ
うに背景部(放射線直接入射領域)に設定されたブロッ
クBにおいて、上記のようにすべての画像データxが等
しくなることが起こりうる。
一方上記の比較により、画像データx以外のある画像
データxが、画像データxに対して差を有することが
検出された場合、つまりブロックB内の全画像データx
が一定ではない場合、ブロック分割部11はそのブロック
B内の画像データxをさらに細かいサブブロックSB毎
に分割する(ステップP3)。第6図はこのサブブロッ
ク化を分かりやすく示すものであり、M×N個の画像デ
ータxからなる1つのブロックBは、一例として縦横に
2分されて4個のサブブロックSBに分割される。この
場合、1つのサブブロックSBは(M/2)×(N/
2)個の画像データxから構成されることになる。次に
ブロック分割部11はこうして形成された各サブブロック
SB内において、各画像データxが互いにすべて等しい
か否かを判別する(ステップP4)。この判別は、前述
のブロックB内における画像データxの判別と同様にし
て行なわれる。すべての画像データxが互いに等しいサ
ブブロックSBが存在したとき、ブロック分割部11はそ
のようなサブブロックSBの数をカウントし(ステップ
P5)、そのカウント数が分割したブロック内の全サブ
ブロック数に対し所定比率α(例えば1/2)以上にな
るか否かを判別する(ステップP6)。そしてこの比率
が上記所定比率α以上とならない場合、ブロック分割部
11はサブブロックSBの数が所定数bを上回っているか
否かを判別し(ステップP7)、上回っていなければ前
記ステップP3に戻ってサブブロックSBをさらに細分
化する。このサブブロックSBの細分化は例えば第6図
に示すように、ブロックBから4分割されたサブブロッ
クSBをさらに4分割する等して行なわれる。なおサブ
ブロックSBの細分化はこのようなものに限らず、例え
ばブロックBを4分割してサブブロックSBを形成した
後、次の段階ではブロックBを6分割するようにサブブ
ロックSBを形成する等してもよい。こうしてサブブロ
ックSBが細分化された後、前記ステップP4〜P7ま
での処理がなされるが、画像データxがすべて等しくな
るサブブロックSBの数が前記所定比率αに達せず、か
つサブブロックSBの数が分割したブロック内の全サブ
ブロック数に対し所定数bを超えてしまうと、ブロック
B内のすべての画像データxは直交変換回路12に送ら
れ、そこで直交変換される(ステップP8)。なおこの
直交変換としては、例えば前述のアダマール変換が用い
られる。このアダマール変換は、その変換マトリクスが
+1と−1のみからなるので、他の直交変換に比べれば
より簡単な変換回路によって実行されうる。また周知の
通り2次元直交変換は1次元直交変換に縮退することが
できる。つまり上記2次元ブロックB内のM×N画素に
関する画像データに対して縦方向に1次元直交変換をか
け、さらに、得られたM×Nの変換データに対して横方
向に1次元直交変換をかけることによって2次元直交変
換が行なわれる。なお、縦方向、横方向の変換の順序は
逆であってもよい。この直交変換で得られた変換データ
yは、直交変換がなされたことを示すフラグとともに符
号化回路13に送られる(ステップP13)。
なお上記所定数bの設定次第で、ステップP7からステ
ップP3に戻る処理、つまりサブブロックSBの細分化
を何回行なうかを規定できる。すなわち例えば前記第6
図に示したように一つのサブブロックSBを次々と4分
割して細分化を行なう場合には、この所定数bを「16」
に設定しておけば、ステップP7からステップP3に1
回だけ戻り、ブロックBは16分割までしか細分化されな
いことになる。
他方、前記ステップP6において、すべての画像データ
xが互いに等しいサブブロックSBが分割したブロック
内の全サブブロック数に対し所定比率α以上存在するこ
とが判別された場合、ブロック分割部11はステップP9
において上述のようなサブブロックSBとそうでないサ
ブブロックSBとを分類し、前者のサブブロックSBに
関する画像データxは1データだけ抽出して符号化回路
13に、一方後者のサブブロックSBに関する画像データ
xは直交変換回路12に送る。上記符号化回路13に送られ
た1つの画像データx′は、そこで前述の画像データ
と同様に、それが属するサブブロックSBの代表値
として、データ一律を示すフラグおよびサブブロックS
Bの番号とともに所定長の符号からなるデータf(x)
に符号化される(ステップP10)。他方、上記直交変
換回路12に送られた画像データxはそこで直交変換され
(ステップ11)、その変換データyは、直交変換がなさ
れたことを示すフラグおよびサブブロックSBの番号と
ともに符号化回路13に送られる(ステップ12)。
以上のようにしてステップP12から符号化回路13に送ら
れた変換データy、および前記ステップP13から符号化
回路13に送られた変換データyは、該符号化回路13にお
いて符号化されるが、前述の通りこの変換データyは特
定成分(低周波成分)にエネルギーが集中しているか
ら、このエネルギーが高い低周波成分には比較的長い符
号長を与え、一方エネルギーが低い高周波成分には比較
的短い符号長を与える(あるいは画像再生装置の分解能
等を考慮して切り捨てる)ことにより、ブロックB当り
の必要なビット数が低減され、画像データ圧縮が達成さ
れる。また以上述べた直交変換自体は従来のものと変わ
り無いが、前述のように画像データxが全て等しいブロ
ックBあるいはサブブロックSBに関してはただ1つの
画像データxを符号化するようにしているので、すべて
のブロックBについて直交変換を行なって変換データを
符号化する場合に比べ、より高い画像データ圧縮効果が
得られる。
上記のようにして符号化された画像データf(y)と画
像データf(x)は、記録再生装置14において例えば光
ディスクや磁気ディスク等の記録媒体(画像ファイル)
に記録される。上記の通りこの画像データf(y),f
(x)は原画像データxに対して大幅な圧縮がなされて
いるから、光ディスク等の記録媒体には、大量の画像が
記録されうるようになる。画像再生に際して画像データ
f(y)およびf(x)は記録媒体から読み出され、復
号回路15においてそれぞれ前記変換データyおよび
,x′に復号される。変換データyは逆変換回路
16に送られて前記2次元直交変換に対する逆変換を受
け、それにより画像データxが復元される。データ一
律のフラグが組み合わされている画像データx
′は上記逆変換回路16をバイパスし、信号合成回路
17において、その画像データx,x′を含むブロッ
クBあるいはサブブロックSB内のすべての画素に振り
当てられて、画像データxと合成される。こうして得
られた原画像データxは画像再生装置18に送られ、該デ
ータが担持する画像が再生される。
なお前記第5図のステップP6においてはサブブロック
SBのカウント数が分割したブロック内の全サブブロッ
ク数に対し所定比率以上であるか否かを判別するように
したが、前記カウント数が所定数a以上であるか否かを
判別するようにしてもよく、この場合比較する所定数a
は、固定値としておいてもよいし、あるいはステップP
7からステップP3に戻る毎に増大させるようにしても
よい。
(発明の効果) 以上詳細に説明した通り本発明の画像データの直交変換
符号化方法においては、ブロック内の画像データを1デ
ータで一括して示すようにしているので、従来の直交変
換による画像データ圧縮方法に比べてより一層のデータ
圧縮が達成される。したがって本発明方法によれば、特
に高階調の医用画像等を記録する場合には記録媒体に記
録できる画像量が大幅に高められ、また画像の伝送に適
用された場合には、データ伝送路の大幅な縮小や伝送時
間短縮の効果が得られる。また本発明方法においては、
ブロック内の画像データがすべて等しくは無い場合で
も、そのブロックをサブブロックに分割し、このサブブ
ロック内の画像データを1データで一括して示すように
しているので、直交変換をかけずに1つの画像データで
一括して示す領域を広くとることができ、したがって画
像データ圧縮の効果を大いに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施態様方法を実施する装置の概略
構成を示すブロック図、 第2図および第3図は本発明に係る直交変換を説明する
説明図、 第4図は本発明に係る画像データのブロック分割の例を
示す説明図、 第5図は上記第1図の装置における処理の流れを示すフ
ローチャート、 第6図は本発明に係る画像データのブロックとサブブロ
ックとを示す説明図である。 11……ブロック分割部、12……直交変換回路 13……符号化回路、B……ブロック SB……サブブロック、x……原画像データ x……ブロック一括画像データ x′……サブブロック一括画像データ y……変換データ f(x),f(y)……符号化された画像データ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2次元画像データに対して、所定標本数か
    らなるブロック毎に直交変換をかけ、この変換によって
    得られた変換データをそれぞれ固有の符号長で符号化す
    る画像データの直交変換符号化方法において、 前記ブロック内で各画像データを比較し、画像データが
    互いに全て等しいブロックに関しては、それらの画像デ
    ータに対して直交変換をかけず、それらの画像データを
    ブロック当りただ1つの符号で一括的に符号化し、 一方相異なる画像データを含むブロックに関しては該ブ
    ロックをさらに細かいサブブロックに分割して各サブブ
    ロック内で各画像データを比較し、 画像データが互いに全て等しいサブブロックに関して
    は、それらの画像データに対して直交変換をかけず、そ
    れらの画像データをサブブロック当りただ1つの符号で
    一括的に符号化するとともに、残りのサブブロックに関
    して直交変換を行ない、この変換によって得られた変換
    データをそれぞれ固有の符号長で符号化することを特徴
    とする画像データの直交変換符号化方法。
  2. 【請求項2】前記画像データが全て等しい前記サブブロ
    ック数が前記分割した全サブブロック数に対し所定比率
    に達しないとき、このサブブロックをより少ない画像デ
    ータからなるものに逐次変更し、この変更を所定回数行
    なっても前記画像データが全て等しいサブブロック数が
    分割した全サブブロック数に対し所定比率に達しない場
    合は、前記ブロック内の全画像データに対して直交変換
    をかけることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    画像データの直交変換符号化方法。
  3. 【請求項3】前記画像データが全て等しい前記サブブロ
    ックが所定数に達しないとき、このサブブロックをより
    少ない画像データからなるものに逐次変更し、この変更
    を所定回数行なっても前記画像データが全て等しいサブ
    ブロックが所定数に達しない場合は、前記ブロック内の
    全画像データに対して直交変換をかけることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の画像データの直交変換符
    号化方法。
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