JPH0720200B2

JPH0720200B2 - 画像符号化装置

Info

Publication number: JPH0720200B2
Application number: JP60281640A
Authority: JP
Inventors: 良行鈴木; 正広船田; 衞佐藤; 幸夫佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPS62140552A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、多階調の画像データを複数の画素から構成さ
れる所定サイズのブロック毎に符号化する画像符号化装
置に関するものである。

〔従来技術〕

現在、階調性を有したデイジタル画像データを対象とし
た高能率符号化方式が種々提案されている。その中で、
入力画像をNXMのブロツクに分割してブロツク毎に符号
化する方式がある。この方式の一つとして、ブロツク内
の各画素レベルの平均値（直流分）を求めて、この平均
値からの各画素の差分（交流分）を抽出し、この差分を
符号化する方法がある。しかし、このような方法では一
般にあまり高い圧縮率を得ることができず、また、圧縮
率を上げようとすると再生像の画質の劣化を生じる等の
問題を生じ、階調性を有した画像に適した符号化とは言
えなかった。

〔目的〕

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされ
たものであり、画質の劣化を抑えつつ効率の良い符号化
を行うことができる画像符号化装置を提供することを目
的とする。

〔実施例〕

以下、本発明を好ましい実施例に基づいて詳細に説明す
る。

本発明の基本的な考え方は、符号化すべき画像を所定サ
イズのブロツクに分割し、生成したブロツクの平均値や
標準偏差によって、そのブロツクの特徴を判別し、その
判別により各ブロツクに応じた符号化しようというもの
である。

第１図は、この本発明による画像符号化の考え方を説明
するための図である。ここでは例として『Ａ』の文字を
表わす画像を符号化する場合を示している。

まず、所定サイズのブロツクがエツジを含むかどうかを
各ブロツク内の濃度信号値の標準偏差で判断する。すな
わち、標準偏差の小さなブロツクは低コントラストの領
域であり、標準偏差の大きなブロツクにはエツジが含ま
れると判断する。

第１図で、ブロツク１はブロツク全体が文字『Ａ』を構
成する線に含まれるようなもので、その濃度信号値Ｄは
第２図（ａ）の如くであり、その標準偏差は小さい。ブ
ロツクが地の部分に含まれる場合や、写真画のような低
コントラストの画像のブロツクも同様の傾向を示すが、
その平均値Ｍは異なる。

一方、ブロツク２〜４は文字『Ａ』の境界、即ち、エツ
ジを含むブロツクで、その濃度信号値Ｄは夫々第２図
（ｂ）〜（ｄ）の如くであり、その標準偏差は大きい。
しかし、ブロツク２〜４のそれぞれ平均値Ｍは、ブロツ
クのエツジへかかり方によって、図の如く異っている。
ブロツク２のように、線にかかる部分が多いと、濃度の
高い画素が多いので平均値は大きくなる。反対に、ブロ
ツク４のように地の部分多いと平均値は小さい。

そこで、標準偏差および平均値でブロツクを分類し、各
ブロツク内の濃度信号値を対応する平均値で減算した結
果を標準偏差で除算し、分類毎に規格化差分を求め、こ
の規格化差分のヒストグラムをとると、第３図に示した
ようなそれぞれの分類で特徴のあるものが得られる。

ブロツク１のように標準偏差の小さいものは、第３図
（ａ）に示す如く差分０を中心としてほぼ正規分布す
る。一方、エツジを含むブロツク２〜４のヒストグラム
は、第３図（ｂ）〜（ｄ）に示す如く線部と地肌部に対
応する差分のところにピークを有し、それらの中間の差
分の度数は低い。そして、その平均値、すなわち、ブロ
ツク内に線部が多いか地肌が多いかで、ピークとなる差
分とその度数も変化する。即ち、ブロツク２のように線
部が多いブロツクのヒストグラム（第３図（ｂ））で
は、線部に対応する差分のところに最大のピークを生
じ、地肌に対応するところに２番目のピークを生じる。
その最大ピークは小さい差分のところ（０〜１×σ）、
第２ピークは大きい差分のところ（−１×σ〜−２×
σ）に現われる。一方、地肌の部分が多いブロツク４の
ヒストグラム（第３図（ｄ））は、ブロツク２のヒスト
グラム（第３図（ｂ））を差分０に対して反転した形と
なる。また、線部と地肌の割合が等しいようなブロツク
３のヒストグラム（第３図（ｃ））は、±１×σの付近
にそれぞれピークを生じる。

次に、第３図の如くヒストグラムを利用して規格化差分
の区間分けをして、０〜３のコード付けをする。

そこで、第４図に示すように、ヒストグラムの２つのピ
ーク値に対応する規格化差分b_L、b_Uの３分割点b_A、b_Bを求
め、これを基準にコード化を行う。即ち、０〜３のコー
ドのうち符号化すべき規格化差分値が属する区間に対応
するコードを、符号化コードとして２ビットコードとし
て出力する。即ち、規格化差分値をniとすると、ni≦b
₀₁を０、b₀₁＜ni≦b₁₂を１、b₁₂＜ni≦b₂₃を２、b₂₃＜n
iを３と夫々符号化する。尚、区間分けのためのパラメ
ータｂは以下の式によって定める。

b_A＝b_L＋ｃ b_B＝b_L＋2c ｃ＝（b_L＋b_U）/3 b₀₁＝（b_L＋b_A）/2 b₁₂＝（b_A＋b_B）/2 b₂₃＝（b_B＋b_U）/2 以上の式において、b_L、b_Uはヒストグラムにおける２つ
のピーク値に対応する規格化差分値を示し、b_L＜b_Uであ
る。復号化の際には、０→b_L、１→b_A、２→b_B、３→b_U
を代表点として復号される。

一方、標準偏差が小さいブロツクのコード化は、そのヒ
ストグラムが正規分布に近似できることや、前述したよ
うに再生像にそれほど影響がないことから、差分０を中
心として、０〜２までの３つの区間に分割する。第５図
は、この場合のコード化を示している。第５図における
分割点b₀₁、b₁₂は、統計的手段を用いて求める。即ち、Ｆ（ｎ）をヒストグラムから求めた分布関数とすると、Ｆ（ｎ）＝1/3、Ｆ（ｎ）＝2/3 を満足する点をそれぞれb₀₁、b₁₂とする。また、０〜２
の代表点b_L、b_o、b_Uはそれぞれの区間の期待値とする。

第６図は、前述した本発明の考え方を具体化した構成の
実施例を示したものである。第７図には、第６図構成に
よるブロツク単位での画素の処理過程を示す。本実施例
では、第７図の如くブロツクサイズを４×４の16画素と
している。

第６図で、まず平均値算出器２で各ブロツク内の画素デ
ータX₁〜X₁₆の平均値Ｍが算出される。この平均値算出
器２はデータX₁〜X₁₆の加算を行う加算器によって実現
できる。この平均値Ｍと各画素データとの減算が減算器
３で実行され、各画素の差分値S₁〜S₁₆が算出される。
ここで１は平均値算出器２による演算出力と画素データ
との同期をとるための遅延回路であり、遅延回路１は同
期クロツクCLKの１クロツク分、画素データX₁〜X₁₆を遅
延させる。

次に、標準偏差σを算出するために、減算器３により得
られたそれぞれの差分S₁〜S₁₆の２乗S² ₁〜S² ₁₆が乗算器
４で求められる。この乗算器４は乗算結果の書込まれた
テーブルを有したメモリROMで構成される。５は平均値
算出器２と同様の平均値算出器で乗算器４からS² ₁〜S²
₁₆を入力すると、S² ₁〜S² ₁₆の平均値を求め、この平均
値がすなわち標準偏差σとなる。ここで、遅延回路６、
７はそれぞれ減算器３からの差分値S₁〜S₁₆と平均値算
出器２からの平均値Ｍを１クロツク分遅延させて、標準
偏差σの出力との同期をとる。

８〜10は各差分値S₁〜S₁₆に夫々設けられた符号化テー
ブルを格納したメモリROMであり、遅延回路７からの平
均値Ｍ、平均値産出回路５からの標準偏差σ及び遅延回
路６より対応する差分値S₁〜S₁₆が入力される。

メモリROM8〜10は差分値をS₁〜S₁₆を標準偏差σで規格
化、即ち、各差分値を標準偏差で除算し、この規格化差
分niを平均値Ｍと標準偏差σに従って０〜３までの２ビ
ツトのコードに符号化する機能を果すもので、入力信号
に対応した符号化コードY₁〜Y₁₆を夫々出力するための
符号化テーブルが格納される。第８図はこの符号化の例
を示したものである。ここで、入力画素データは０〜22
5までの256階調を有しているものとする。第８図（ａ）
は標準偏差σが20よりも大きい場合で、エツジを含むブ
ロツクの場合であり、平均値Ｍの値に応じて前述した区
間分けのための値ｂが決定し、これにより入力する規格
化差分値niを２ビットのコードYiに変換する。尚、パラ
メータは第４図で定義したものである。

一方、第８図（ｂ）は標準偏差σが20以下の場合で、低
コストラストのブロツクと判断され、この場合は平均値
Ｍに拘らず一律に入力する規格化差分値niは２ビツトコ
ードYiに符号化される。この表のパラメータは第５図に
定義したものである。

この一連の処理は、前述の様に各差分値S₁〜S₁₆に対応
して設けられたメモリROM₁８〜ROM₁₆10で行なわれる。
それぞれのROMは差分値Ｓ、平均値Ｍ、標準偏差σのそ
れぞれの入力アドレスとして、０〜３の２ビツトコード
を出力データとする。

以上説明したように、分割されたブロツク内の各画素に
より直流分（ブロツク内の平均レベル）を分離して得
た、交流分（平均値からの差分）をブロツク内のコント
ラストを反映するような量（たとえば標準偏差）で正規
化する。そして、分離した直流分や、特徴量に応じて、
正規化差分の範囲を複数区間に分けて、その区間内にあ
る差分値をもった画素には、同一のコードを割り当てて
符号化するものである。また、逆に復号化の際にはその
区間内の代表値を再生値とするものである。これにより
高い圧縮率と高画質の再生像を得ることができる。

以上の実施例においては分割された各ブロツクのコント
ラストの特徴量をブロツク内の画素レベルの標準偏差に
より判別したが、特徴量の判別はこれに限るものではな
く、ブロツク内の画素レベルの最大値及び最小値の差や
画素レベルの分布状態を求める等の他の方式により実行
してもよい。また、ブロツクの大きさは４×４に限るも
のではなく、また、画素レベルも256階調以外であって
もよいことは言う迄もない。

また、符号化コードは２ビツトに限らず、区分区間を増
加することにより符号化コードのビツト数も増加するも
のである。尚、区間が多くなるに従って圧縮率が低下す
ることは言う迄もない。

〔効果〕

以上説明したように、本発明によれば、標準偏差に基づ
いて差分値を規格化し、該標準偏差と所定値とを比較
し、その比較結果に応じて規格化差分値を符号化するの
で、画像のエッジ部のように一般に標準偏差が大きいブ
ロックは符号データの数を多くし、画像の下地部分や写
真画像のように一般に標準偏差が小さいブロックは符号
データの数を少なくすることにより、ブロック毎の画像
の特徴に応じて画質の劣化を抑えつつ効率の良い符号化
を行うことができ、しかも、標準偏差が大きい場合に
は、ブロック内の平均値に応じてコードの割り当て方を
変化させることにより、コード割当における量子化誤差
を一層小さくすることができ、画質の劣化を抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は符号化すべき画像例を示す図、第２図（ａ）〜
（ｄ）は各ブロツクの画素レベルを示す図、第３図
（ａ）〜（ｄ）は各ブロツクのヒストグラムを示す図、
第４図及び第５図は符号化コードの対応を示す図、第６
図は本発明を実施するための構成例を示す図、第７図は
第６図示回路の動作例を示す図、第８図（ａ）、（ｂ）
は符号化区分を示す図であり、１、６、７、は遅延回
路、２、５、は平均値算出器、３は減算器、４は乗算
器、８〜10はメモリROMである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多階調の画像データを複数の画素から構成
される所定サイズのブロック毎に符号化する画像符号化
装置において、入力された多階調の画像データから前記ブロック内の多
階調の画像データの平均値を算出する第１の演算手段
と、前記第１の演算手段により算出された前記ブロック内の
平均値と該ブロック内の各画素の多階調の画像データと
の差分値を算出する第２の演算手段と、前記第２の演算手段により算出された差分値の前記ブロ
ック内における標準偏差を算出する第３の演算手段と、前記第１の演算手段により算出された平均値、前記第２
の演算手段により算出された差分値及び前記第３の演算
手段により算出された標準偏差の入力により、符号デー
タを出力する符号化手段とを有し、前記符号化手段は、前記第３の演算手段により算出され
た標準偏差に基づいて前記第２の演算手段により算出さ
れた差分値を規格化し、前記第３の演算手段により算出
された標準偏差が所定値より小さい場合には前記規格化
された差分値をＬ（Ｌは自然数）段階のコードに符号化
し、前記第３の演算手段により算出された標準偏差が前
記所定値より大きい場合には前記規格化された差分値を
前記第１の演算手段により算出された平均値に応じてＭ
（ＭはＭ＞Ｌの自然数）段階のコードに符号化して、前
記符号データを出力することを特徴とする画像符号化装
置。