JPH11275370A - ２値画像データの符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小さな記憶容量の予測ＲＡＭによってＪＢＩ
Ｇ方式に準じたロスレス符号化を行う方法を提供する。 【解決手段】 ＪＢＩＧ方式の符号化で用いる１０画素
のテンプレートに代えて、９画素以下のテンプレートを
使用する。符号化の対象とする画素がとる２値の確率を
１バイトで表すとき、必要な予測ＲＡＭの記憶容量は５
１２バイト以下となる。テンプレートの画素数を少なく
しても、画像データの圧縮率は大きく低下しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は２値画像データの符
号化方法に関し、より詳しくは、ＪＢＩＧ方式に準じた
２値画像データの符号化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、画像データを扱う装置では、
記憶したり送信したりするデータ量を減少させるため
に、画像データを符号化して圧縮することが行われてい
る。ファクシミリ等の２値画像データを扱う装置では、
ＪＢＩＧ（Joint Bi-level Imagecoding experts Grou
p）方式に従って符号化を行っている。

【０００３】ＪＢＩＧ方式では、符号化しようとする画
素（対象画素）に対して所定の位置関係にある符号化済
みの所定数の画素の値を参照し、それらの値の組み合わ
せごとにあらかじめ定められた確率に基づいて対象画素
の値を予測することにより、画素値を順次符号化してい
く。この符号化は情報の欠落がなく、符号化された画像
データから元の画像データを完全に再生することができ
るもので、ロスレス符号化である。

【０００４】符号化に際して参照される一群の画素はテ
ンプレートと呼ばれ、２ラインのものと３ラインのもの
がある。これらを図６の（ａ）、（ｂ）に示す。図６に
おいてＣを付した画素が対象画素であり、Ｔを付した画
素がテンプレートを構成する画素である。２ラインテン
プレートは、対象画素Ｃと同一ライン上の４画素と１つ
前のライン上の６画素より成り、３ラインテンプレート
は、対象画素Ｃと同一ライン上の２画素と１つ前のライ
ン上の５画素と２つ前のライン上の３画素より成る。

【０００５】符号化は、矢印で示したように、２次元配
列された画素の先頭ラインから順に、各ラインの左端か
ら右に向かって行われる。２ラインと３ラインのいずれ
のテンプレートを用いても、対象画素Ｃの値は符号化済
みの１０画素の値を参照して予測されることになる。

【０００６】テンプレートを構成する各画素Ｔは「０」
または「１」の２値をとるから、それらの値の組み合わ
せの総数は２¹⁰となる。対象画素Ｃが２値の一方をとる
確率はテンプレートの画素値の組み合わせごとに異な
り、予測のためには１０２４通りの確率を記憶する必要
がある。この確率を記憶したメモリを予測ＲＡＭとい
う。

【０００７】予測ＲＡＭにおける画素値の確率の表現方
法を図７に示す。１つの確率は、「０」または「１」の
一方の画素値を示す１つの画素値ビット（ビットｂ７）
と、その画素値が他方の画素値に優先する確率を示す７
つの優性確率ビット（ビットｂ０〜ｂ６）の計８ビット
で表現され、２５６段階の精度で表される。予測ＲＡＭ
はテンプレートの画素値の組み合わせそれぞれに対して
８ビットのエントリーをもつことになり、２ラインテン
プレートでも３ラインテンプレートでもエントリー数は
１０２４となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】予測ＲＡＭは半導体メ
モリとして実現されるが、ＪＢＩＧ方式では１つの予測
ＲＡＭとして、少なくとも１ｋバイトの記憶容量を有す
るメモリチップが必要になる。ところが、１ｋバイトの
メモリチップは比較的面積が大きいため、装置の小型化
の妨げとなり易い。また、製造コストの面からも、予測
ＲＡＭの記憶容量をより小さくすることが望ましい。

【０００９】本発明は、小さな記憶容量の予測ＲＡＭに
よって、ＪＢＩＧ方式に準じたロスレス符号化を行う方
法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、画素がとる２値の確率をその画素に対
して所定の相対位置にある所定数の画素の２値の全ての
組み合わせについて定めて記憶しておき、符号化の対象
とする画素の値をその画素に対して前記相対位置にある
前記所定数の符号化済みの画素の値から予測することに
より、画素の値を順次符号化していく２値画像データの
符号化方法において、画素がとる２値の確率を９以下の
数の画素の２値の組み合わせについて記憶しておくよう
にする。

【００１１】この方法はＪＢＩＧ方式の符号化と同様の
予測をするものであり、所定数の画素はテンプレートに
相当する。その画素の数をｎで表すと、記憶しておく確
率の数は２ⁿとなる。ｎは９以下であるから、１つの確
率を８ビットで表す場合、記憶容量は最大でも５１２バ
イトとなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明を、ハンディスキャナに適
用した実施形態の概略構成を図１に示す。このハンディ
スキャナ（以下単にスキャナともいう）１は、照明部１
１、ラインセンサー１２、ＡＤコンバータ１３、画像生
成部１４、画像圧縮部１５、送信部１６より成り、原稿
を読み取ってその画像データを圧縮し、他の画像処理装
置２に送信するものである。

【００１３】照明部１１は均一な強度の光を原稿に照明
する。ラインセンサー１２は電荷結合素子（ＣＣＤ）よ
り成り、直線状に配列された多数の画素を有する。ライ
ンセンサー１２は、原稿によって反射された照明部１１
からの光を受け、受光量を表すアナログ信号を画素ごと
に出力する。使用者がスキャナ１を手に持って原稿画像
上を移動させることにより、ラインセンサー１２によっ
て原稿画像の濃淡が１ラインずつ検知されて、ラインご
との画像信号とされる。これにより２次元画像の読み取
りがなされる。

【００１４】ＡＤコンバータ１３は、ラインセンサー１
２が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。
画像生成部１４は、ＡＤコンバータ１３によってデジタ
ル化された信号を画素ごとに所定の閾値と比較し、その
大小関係に応じて「０」または「１」の値をもつ１ビッ
トの信号を生成する。これにより画像を表す２次元の２
値画像データが生成される。画像圧縮部１５は画像生成
部１４によって生成された画像データを、ＪＢＩＧ方式
に準じた方法で圧縮する。送信部１６は圧縮された画像
データを、ケーブル２ａを介して他の画像処理装置２に
送信する。

【００１５】画像処理装置２は、スキャナ１から与えら
れた画像データを直接利用し、またはさらに他の装置に
転送するものであり、例えば、パーソナルコンピュータ
やファクシミリ装置である。

【００１６】画像圧縮部１５は前処理部２１と符号化部
２２より成り、符号化部２２が符号化に際して参照する
予測ＲＡＭ２３を備えている。前処理部２１は、ＪＢＩ
Ｇ方式の規格に則って、画像データを階層化し、典型的
予測と決定的予測を行って符号化の必要のない画素を見
い出す。これにより符号化すべき画像データが減少す
る。

【００１７】符号化部２２は符号化の対象として残った
画像データを符号化する。符号化部２２が行う処理は、
テンプレートとして使用する画素数が異なる点でのみＪ
ＢＩＧ方式と相違する。符号化部２２が用いるテンプレ
ートの画素数は、具体的には、１ないし９の範囲であ
る。

【００１８】テンプレートを図２に示す。図２におい
て、Ｃを付した画素が符号化を行おうとする対象画素で
あり、Ｔを付した画素がテンプレートを構成する画素で
ある。（ａ）〜（ｄ）は２ラインテンプレート、（ｅ）
は１ラインテンプレートの例であり、それぞれ８、６、
４、２、１の画素から成る。図６（ａ）と比較して明ら
かなように、各テンプレートはＪＢＩＧ方式の２ライン
テンプレートから、対象画素Ｃに近いものを残すように
して、いくつかの画素を除いたものとなっている。

【００１９】図２（ａ）に示した８画素のテンプレート
の場合、それらがとる２値の組み合わせは２⁸通りであ
るから、対象画素Ｃの値を予測するために予測ＲＡＭ２
３に記憶しておくべき確率は２５６である。スキャナ１
でも、図７に示したように、１つの確率を１つの画素値
ビットと７つの優性確率ビットで表現する。したがっ
て、２５６の確率を記憶するために必要な記憶容量は２
５６バイトである。

【００２０】テンプレートを構成する画素数と予測ＲＡ
Ｍ２３の必要な記憶容量を図３に示す。図３には、比較
のために１０画素の場合も掲げる。当然のことながら、
画素数が１少なくなるごとに、必要な記憶容量は半減し
ていく。図２（ｃ）に示した４画素のテンプレートで
は、予測ＲＡＭ２４の容量は、僅か１６バイトで足りる
ことになる。

【００２１】テンプレートを小さくすることによって符
号化の効率が低下することが予想されるが、あまりに効
率が低下したのでは実用に供することはできない。そこ
で、テンプレートの画素数と符号化による圧縮率との関
係を、シミュレーションによって調べた。シミュレーシ
ョンは、異なる画素数のテンプレートを用いる符号化回
路をＶｅｒｉｌｏｇ言語で記述し、標準的なテストチャ
ートを符号化して行った。

【００２２】確率は、ＪＢＩＧ方式の１０画素のテンプ
レートで定められているものを、除いた画素に応じて補
正して定めた。例えば、図２（ａ）の８画素のテンプレ
ートでは、図６（ａ）のテンプレートから対象画素Ｃの
１つ前のライン上の左端の画素と右端の画素が除かれて
いる。この場合、これら２画素の値が異なり他の８画素
の値が同じであるものが、４つずつ２５６組存在する。
各組についてその４つの確率を加算して、これをその組
の確率とした。

【００２３】シミュレーションの結果を図４および図５
に示す。図４は、ＣＣＩＴＴのテストチャートＮｏ.１
（白黒の文字画像）を、図５はＧＥＮＥＳＩＳのテスト
チャートのＮｏ.１（カラーの写真画像）を中間諧調か
ら成る白黒画像として、符号化したものである。これら
の図において、横軸はテンプレートの画素数を表す。画
素の配置は図２（ａ）〜（ｅ）と図６（ａ）に示したも
のである。縦軸は圧縮率の相対的な大きさを表し、１０
画素のテンプレートでの圧縮率を１００としている。こ
の値が大きいほど圧縮率が小さい、すなわち符号化後の
画像データの量が多いことを意味する。

【００２４】これらの図から明らかなように、テンプレ
ートを構成する画素数が少なくなるにつれて圧縮率は低
下するが、あまり大きくな変化は生じない。圧縮率の低
下は、例えば、８画素では１０％以下、４画素では２０
％以下、１画素でも５０％程度にとどまっており、特
に、写真画像では圧縮率の低下は小さい。

【００２５】このように、テンプレートの画素数を少な
くしても、実際に利用できるだけの符号化の効果が十分
に得られる。テンプレートを何画素とするかは、圧縮率
と必要な予測ＲＡＭの記憶容量とを考慮して定めるとよ
いが、４〜８画素とするのが好ましいといえる。

【００２６】符号化された画像データを与えられる画像
処理装置２には、符号化の逆処理を行う復号化器を備え
ておく。画像処理装置２がパーソナルコンピュータの場
合、復号化により再生した画像データが表す画像の表示
だけでなく、画像データの保存や加工もすることができ
る。画像処理装置２がファクシミリ装置の場合は、ＪＢ
ＩＧ方式に従って符号化する符号化器も備えておき、復
号化した画像データを再符号化するとよい。ＪＢＩＧ方
式を採用する他のファクシミリ装置と互換性のある画像
データに変換することが可能になる。本実施形態ではケ
ーブル２ａを介して画像データを送信するようにしてい
るが、赤外線等を用いて無線で送信するようにしてもよ
い。

【００２７】なお、ここでは２ラインテンプレートの例
を示したが、３ラインテンプレートを用いるようにして
もよい。２ラインテンプレートの場合と同様に、圧縮率
をあまり低下させることなく、予測ＲＡＭに必要な記憶
容量を減少させることが可能である。本発明の圧縮方法
は、ハンディスキャナだけでなく、２値の画像データを
符号化するあらゆる装置に適用することができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の２値画像データの符号化方法に
よるときは、記憶しておくべき確率の数が少ないため、
確率を記憶するために小さな記憶容量のメモリを使用す
ることが可能である。したがって、画像データの符号化
を行う装置を予測ＲＡＭを含めてＬＳＩ化することが容
易になり、装置を小型化することができる。また、製造
コストも低減する。予測の確実性が低下するため符号化
による圧縮率は低くなるが、符号化の意味を損なうほど
ではなく、実用に供することが十分可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態のハンディスキャナの概
略構成を示す図。

【図２】 本発明で用いるテンプレートの例を示す図。

【図３】 テンプレートを構成する画素数と必要な予測
ＲＡＭの記憶容量を示す図。

【図４】 シミュレーションで求めたテンプレートの画
素数と圧縮率の関係の例を示す図。

【図５】 シミュレーションで求めたテンプレートの画
素数と圧縮率の関係の他の例を示す図。

【図６】 ＪＢＩＧ方式の符号化で用いられるテンプレ
ートを示す図。

【図７】 予測ＲＡＭにおける画素値の確率の表現方法
を示す図。

【符号の説明】

１ ハンディスキャナ １１ 照明部 １２ ラインセンサー １３ ＡＤコンバータ １４ 画像生成部 １５ 画像圧縮部 １６ 送信部 ２１ 前処理部 ２２ 符号化部 ２３ 予測ＲＡＭ ２ 画像処理装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素がとる２値の確率をその画素に対し
   て所定の相対位置にある所定数の画素の２値の全ての組
   み合わせについて定めて記憶しておき、符号化の対象と
   する画素の値をその画素に対して前記相対位置にある前
   記所定数の符号化済みの画素の値から予測することによ
   り、画素の値を順次符号化していく２値画像データの符
   号化方法において、 画素がとる２値の確率を９以下の数の画素の２値の組み
   合わせについて記憶しておくことを特徴とする２値画像
   データの圧縮方法。