JPH0722345B2 - 画像情報圧縮方式 - Google Patents

画像情報圧縮方式

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JPH0722345B2
JPH0722345B2 JP61108000A JP10800086A JPH0722345B2 JP H0722345 B2 JPH0722345 B2 JP H0722345B2 JP 61108000 A JP61108000 A JP 61108000A JP 10800086 A JP10800086 A JP 10800086A JP H0722345 B2 JPH0722345 B2 JP H0722345B2
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curve
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、画像情報を伝送したり、蓄積したりする際
に、データ量圧縮のために二次元の画像情報を一次元信
号に変換しその標本点に沿って符号化するための方式に
関するものである。
「従来の技術」 従来のこの種の方式では画像情報を読み取って一次元信
号に変換する際に、第6図に示すラスター走査と呼ばれ
る横順次方向に走査する方式で行われていた。このよう
にして得られた一次元信号は画像情報の水平方向の相関
のみを含んでいる。しかし、一般に画像情報には水平、
および垂直の両方向の二次元相関があるため、前記一次
元信号を符号化する場合に画像情報の持つ二次元相関を
十分に利用することは困難であり、データ量を十分に圧
縮することは困難であった。
この様な欠点を補うために、前記一次元信号を符号化す
る際に各標本点間の画像上での二次元的な位置関係を考
慮しつつ符号化を行う手法があり、この様な手法として
二次元のランレングス符号化や二次元DPCMが挙げられ
る。両方式とも画像情報の読み取りを横順次方向の走査
で行なって一次元信号に変換するが、二次元ランレング
ス符号化では隣接する数本の走査線をまとめてランレン
グス符号化するものであり、走査線間の垂直方向の相関
を符号化に利用することができるが、水平方向の相関と
同等に利用できるわけではない。
また二次元DPCMは、一次元信号上のすでに符号化の終了
した標本点のうち、もとの画像上で二次元的に隣接する
標本点を用いて予測符号化を行うものであるが、この一
次元信号を横順次方向の走査で得るために、現在符号化
を行っている標本点より上の半平面(既に走査した面)
の相関のみしか利用できず、これより下の半平面(これ
から走査する例)の相関は全く利用できない。
この様に画像情報を横順次方向に走査して一次元信号に
変換する方式では、この一次元信号が水平方向の相関し
か含まないため、たとえ符号化時に各標本点の二次元的
な位置関係を考慮したとしても、画像情報が持つ水平、
垂直両方向の相関を対等、かつ同時に利用することは困
難であった。これに対し本発明では画像情報を読み取っ
て一次元信号に変換する際に、ペアノ曲線の通過点の順
に走査するため、得られた一次元信号自体がもとの画像
情報の水平、垂直両方向の相関を含む。このためこの一
次元信号の符号化にあたって、各標本点間の位置関係を
考慮する必要もなく、またもとの画像情報の二次元相関
を有効に利用した符号化が行える。
この発明の目的は、マトリクス形の画素集合で構成され
た画像情報を符号化する際に、画像の水平、および垂直
方向の相関を同時にかつ対等に利用して、画像情報のデ
ータ圧縮効率を高めることができる画像情報圧縮方式を
提供することにある。
「問題点を解決するための手段」 この発明によればマトリクス形の画素集合で構成された
画像情報を、二次元ペアノ走査入力部により二次元ペア
ノ曲線の通過点の順に走査し、この走査により得られた
一次元信号を符号化部でランレングス符号化方式又は予
測符号化方式などにより符号化する。
この発明の実施例を説明するに当って、まずペアノ曲線
について説明し、次いで画像情報を二次元ペアノ曲線の
通過点の順に走査することで、水平、および垂直方向の
相関を同時にかつ対等に利用できる原理について述べ
る。
ペアノ曲線は1890年にイタリアの数学者Giuseppe Peano
が発見したn次元空間を走査するフラクタル曲線の一種
であり、この曲線に沿った走査によって形成される単一
次元上に、走査されたn次元空間の空間的特徴をある程
度保存する。第7図は解像度が32×32に量子化された二
次元空間、つまりマトリクス形画素11の集合を示し、こ
の画素集合に対する二次元ペアノ曲線の例を第8図に示
す。この発明で扱うペアノ曲線は、Hilbertによって示
された直交タイプの二次元ペアノ曲線である。即ち、こ
の二次元ペアノ曲線における曲線の方向変換は全て直角
に行われる。この直交タイプの二次元ペアノ曲線の発生
法は次の通りである。
第9図Aに示す各辺が同一長のコ字形の曲線をシード
(Seed)曲線と呼ぶ。シード曲線の●印を曲線の始点と
する。このシード曲線1個を第9図Bに示すように各辺
が3分の1の長さの4個のシード曲線を4つの角に配し
て置換え、点線で示す様に各シード曲線を順次接続す
る。この置換え操作が二次元ペアノ曲線を生成するため
の基本的な作業である。すなわち、第9図Bの各シード
曲線を同じ走査によって再びそれぞれ4個のシード曲線
で置換えると、第9図Cに示す様な二次元ベアノ曲線が
得られる。この様に、シード曲線の置換え操作を繰返す
ことで、4n×4n(nは置換え操作の回数)の解像度の二
次元ペアノ曲線を生成することが出来る。
ペアノ曲線とその応用については下記の文献〔1〕〜
〔3〕に述べられている。
〔1〕R.J.Stevens,A.F.Lehar,and F.H.Preston,“Mani
pulation and presentation of multidimensional imag
e data using the Peano scan,"IEEE trans.Pattern An
al & Mach.Intel.,Vol.PAMI−5,pp.520−526,Sept.198
3. 〔2〕B.Mandelbrot,Fractals−Form,Chance and Dimen
sion.W.H.Freeman,ISBN 0−7167−0473−0. 〔3〕E.A.Patrick,D.R.Anderson,and F.K.Bechtel,“m
apping multidimensional space to one dimension for
computer output display,"IEEE trans.Comput.,pp.94
9−953,Oct.1968. この発明で用いるペアノ曲線の性質をまとめると次の様
になる。
a) 連続した曲線が離散空間の各点を一度ずつ通過す
る。
b) 曲線上の隣接する二点は空間内でも隣接する。
c) 空間内で近隣にある二点は曲線上でもだいたい近
隣にある。
以上の性質から、ペアノ曲線の通過点の順にn次元空間
を走査することで、空間的特徴をある程度保存したま
ま、n次元空間を一次元に変換することができる。従っ
て、二次元ペアノ曲線に沿って画像情報を走査し、その
走査順に標本点を並べると、もとの画像情報をその空間
的特徴をある程度保存したまま一次元信号に変換するこ
とが出来る。例えば第10図Aに示す様な白黒二値の画像
を(斜線部分の輝度が高レベル、その他は低レベル)、
ペアノ曲線の通過順走査と、横順次方向の走査とにより
16×16画素の解像度で読み取ると、それぞれ第11図A,B
に示す様な一次元信号が得られる。第10図Bはその際の
ペアノ曲線走査を示し、始点xに始まり終点yで終る。
第11図Bの横順次方向の走査で得られる一次元信号の方
は周期性を強く示しているが、第11図Aのペアノ曲線走
査で得られる一次元信号は原画の黒部分の塊を示すまと
まった信号になっている。
すなわち、二次元ペアノ曲線に沿って走査して得られる
一次元の信号はもとの画像の水平方向および垂直方向の
相関を同時にかつ対等に表現する。しかし、横順次方向
の走査によるものは垂直方向の相関を表現出来ない。従
って、二次元ペアノ曲線に沿って走査して得られる一次
元信号を符号化すれば、横順次方向の走査による一次元
信号を符号化するよりも高いデータ圧縮率を実現するこ
とが出来る。
「実施例」 第1図はこの発明の実施例を示す。
この発明においては二次元ペアノ走査入力部1におい
て、マトリクス形画素集合で構成された画像情報を、そ
のすべての画素を通過するように二次元ペアノ曲線で順
に走査する。二次元ペアノ走査入力部1は例えばテレビ
ジョンカメラなどの画像情報入力装置2と、その出力を
ディジタル信号に変換するAD変換器3と、そのディジタ
ル信号が記憶される画像情報蓄積部4と、二次元ペアノ
走査順次格納部5と、二次元ペアノ走査制御部6と、画
像情報蓄積部4、二次元ペアノ走査順序格納部5及び二
次元ペアノ走査制御部6を接続するアドレスデータバス
7とより構成される。
画像情報は画像情報入力装置2によって光電変換しなが
ら入力され、AD変換器3に出力される。AD変換器3は入
力された画像情報をデジタル化して、画像情報蓄積部4
に一旦格納する。この画像情報蓄積部4にマトリクス形
画素集合の画像情報が得られる。
二次元ペアノ走査順序格納部5には、画像情報蓄積部4
に格納された4n×4nの画素集合の各画素を二次元ペアノ
曲線の通過順にアクセスするための画像情報蓄積部4の
アドレス情報が格納されている。例えば、第2図に示す
ような4×4の16個の画素11から構成される画像情報の
場合に、各画素が画像情報蓄積部4のアドレスA〜Pに
順次格納されているものとする。この画像情報をすべて
の画素を通るように二次元ペアノ曲線の通過点の順に走
査した様子を第3図に示す。同図より、第4図に示す順
に画像情報蓄積部4のアドレス内容を読出せば、二次元
ペアノ曲線の通過点の順に画像情報を走査することが出
来る。
二次元ペアノ走査順序格納部5に第4図に示すような順
にアドレス情報を格納しておき(第4図に示した例は4
×4画素の画像情報についての例であるから、実際に
は、扱う画像情報のサイズに適合するアドレス情報を格
納する。)、アドレスデータバス7を介して送信側二次
元ペアノ走査順序格納部5から順次アドレス情報を読出
し、そのアドレスにより画像情報蓄積部4に格納された
4n×4nの画像情報を読出して緩衝記憶部8に出力する。
以上の二次元ペアノ走査入力部1における動作の制御
は、二次元ペアノ走査制御部6によって行われる。二次
元ペアノ走査制御部6は例えばマイクロコンピュータを
用いて、既存の技術によって簡単に実現可能である。
符号化部9は緩衝記憶部8の内容を順次読出し、ランレ
ングスやDPCM(予測符号化法の一種である差分符号化
法)等の符号化を行い、その符号を伝送部10に出力す
る。
受信側では伝送部10より伝送された符号を復合化部21に
より復号化して画像情報に変換される。その変換された
画像情報は緩衝記憶部22に格納される。その緩衝記憶部
22に格納された画像情報は二次元ペアノ走査出力部23に
より読出される。二次元ペアノ走査出力部23は緩衝記憶
部22に接続されたアドレスデータバス24と、そのアドレ
スデータバス24に接続された二次元ペアノ走査順序格納
部25、二次元ペアノ走査制御部26及び画像情報蓄積部27
と、画像情報蓄積部27の出力側に接続されたDA変換器28
と、そのDA変換器28の出力側に接続された画像情報表示
装置29とよりなる。
この二次元ペアノ走査出力部23の動作は二次元ペアノ走
査入力部1と同様である。ただし、二次元ペアノ走査制
御部26は、二次元ペアノ走査順序格納部25に格納された
アドレス情報をアドレスデータバス24を介して順次読出
し、そのアドレスにより緩衝記憶部22の画像情報をその
入力の順に画像情報蓄積部27に格納する。画像情報蓄積
部27に蓄積された画像情報は、送信側の画像情報蓄積部
4に格納したマトリクス形画素集合の画像情報と同一の
ものとなり、この画像情報は読出され、DA変換器28によ
ってアナログの画像信号に変換され、画像情報表示装置
29に表示される。
上述では符号化部9で符号化した画像情報を伝送した
が、各種記憶装置に記憶してもよい。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によればマトリクス形の
画素集合で構成される画像情報をそのすべての画素を通
る二次元ペアノ曲線の通過順に走査することで、画像の
水平、および垂直方向の相関を同時かつ対等に表現する
一次元の信号を得ることが出来るから、この一次元信号
を符号化することで、横順次方向に走査して得られる信
号を符号化する場合よりも、高いデータ圧縮率が得られ
るという利点がある。これを実証するための実験例を第
5図に示す。この例では512×512画素のカラー人物画の
符号化を行った。画像の走査は、カラー画像を赤,緑,
青の三成分に分解し、各成分毎に横順次方向に走査する
方式と二次元ペアノ曲線の通過点の順に走査する方式と
の二方式で行い、各々の走査データに対してカラーラン
レングス符号化を行った。その符号化歪はSN比で表し、
情報量は各ランの色情報を赤,緑,青各8ビットで表す
こととし、ラン長の情報量はハフマン符号化を適用した
ものとして算出した。この実験では、二次元ペアノ曲線
の通過点の順に走査するこの発明方式は従来方式(横順
次方向に走査する方式)に比べて、画素当り1.5〜1.75
ビット程度の情報量圧縮を実現し、この発明が優れてい
ることが理解される。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による画像情報圧縮方式の一例を示す
ブロック図、第2図はマトリクス形画素集合とアドレス
との例を示す図、第3図は第2図の画素集合に対するペ
アノ曲線走査を示す図、第4図は第3図による走査順の
アドレスを示す図、第5図はこの発明方式と従来方式と
のデータ量とS/Nとの関係を示す図、第6図は従来の横
順次方向走査を示す図、第7図はマトリクス形画素集合
を示す図、第8図は第7図の画素集合に対するペアノ曲
線走査及びその一部拡大を示す図、第9図はペアノ曲線
の発生法を示す図、第10図Aは16×16画像の例を示す
図、第10図Bは第10図Aのペアノ曲線走査線を示す図、
第11図は第10図の画像のペアノ曲線走査による一次元信
号と横順次走査による一次元信号とを示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マトリクス形画素集合の画像情報をそのす
    べての画素を通る二次元ペアノ曲線の順に走査し、この
    走査順に画像情報を出力する二次元ペアノ走査入力部
    と、その二次元ペアノ走査入力部から出力される画像情
    報をランレングス符号化又は予測符号化する符号化部と
    を有する画像情報圧縮方式。
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