JPH11284862A - 画像符号化方法および画像符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 混在画像の符号化に際し、文字画像等の
２値画像についても適応処理を容易に行うこと。 【解決手段】 混在画像１０について、判定回路７０で
像域判定を行い、その判定結果に応じて、条件を異なら
せたり処理を異ならせたりして、適応化した符号化を実
施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像符号化方法およ
び画像符号化装置に関し、特に、写真画像（中間調画
像）と文字画像（２値画像）が混在した画像の符号化に
適した符号化方法および符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、写真のような自然画像の符号化に
は離散コサイン変換(DCT)を用いたJPEG方式(ITU T。8
1)が一般的である。JPEG方式は８画素×８画素を2次元D
CTの単位とし、変換後の画質に影響の少ない高周波成分
を粗く量子化し、量子化結果をDC成分、AC成分別々にエ
ントロピー符号化する方式である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＤＣＴ変換符号化は、
上述したように、写真のような階調が連続的に変化する
画像には適性が高いが、文字画像のような２値画像では
高周波成分が多いので効率よく圧縮することができな
い。また、伝送する符号量を減らすべく高周波成分を一
律に粗く量子化すると情報の損失が多くなり、場合によ
っては再現された２値画像に関して所望の品質が得られ
ないことがある。

【０００４】本発明は、混在画像の画像データを符号化
する際、２値画像についても、効率的かつ効果的な符号
化を行うことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の画像符号
化方法の発明は、入力画像データを所定サイズのブロッ
クを単位として像域判定し、この像域判定の結果を示す
識別フラグと前記画像データに所定の処理を行って得ら
れるシンボルとを順次、算術符号器に入力して算術符号
化を行うようにした。

【０００６】混在画像の画像データについて、その画像
データが切り出されたブロック（像域）の属性（例え
ば、２値領域であるか中間調領域であるか）を判定し、
判定された属性に応じた処理を施すので、その画像デー
タの属性に適応した処理を容易に行える。また、算術符
号化は、長さ「１」の数直線を再帰的に分割した位置を
示す２進小数点を符号とするので、入力シンボルの種類
がどのようなものであっても、入力シンボルがもつ情報
は２進小数点の符号に埋め込まれ、統合化されて符号化
される。したがって、判定結果を示す識別フラグと所定
の処理後のシンボルの入力順序さえ明確であれば、それ
らを何ら区別することなく符号化できるので、余分な情
報の符号化の必要がなく、圧縮率の点で有利である。

【０００７】請求項２記載の画像符号化方法の発明で
は、請求項１記載の発明において、前記所定の処理を行
って得られるシンボルは、前記画像データを直交変換
し、その結果出力される変換係数を量子化して得られる
量子化データであることを特徴とするものである。

【０００８】ＤＣＴ変換のような直交変換を施して空間
周波数成分を電気的な周波数成分に変換して処理を行う
方式（ＪＰＥＧ方式）において、混在画像に対する適応
化処理を効果的に行うことができる。

【０００９】請求項３記載の画像符号化方法の発明は、
請求項２記載の発明において、前記量子化に際し、前記
像域判定結果に応じて使用する量子化参照値を選択する
ようにした。

【００１０】像域判定の結果に応じて、量子化の粗さを
変化させることによって算術符号化するべき情報量を制
御し、適応化処理を行うものである。これにより、圧縮
率に重点をおく場合や復元画像の画質に重点をおく場合
等、状況に応じて適切な適応化処理を行うことができ
る。

【００１１】請求項４記載の画像符号化方法は、請求項
３記載の発明において、前記量子化参照値は量子化テー
ブル値にスケーリングファクタの逆数を乗算することに
より決定され、前記像域判定の結果に応じて前記スケー
リングファクタの値を選ぶことによって前記量子化参照
値の選択が実現されるようにした。

【００１２】共通の量子化テーブルを使用し、スケーリ
ングファクタを用いて量子化参照値を適宜、変化させる
ので、適応化が容易であり、また、構成も簡略化され
る。

【００１３】請求項５記載の画像符号化方法の発明は、
請求項１〜請求項４記載の発明において、前記像域判定
によって画像データが切り出されたブロックが２値画像
領域であるか中間調画像領域であるかが判定され、前記
像域判定は、前記ブロックにおける画像データの輝度の
分布に基づいて行われるようにした。

【００１４】これにより、比較的容易に像域判定を行う
ことができる。

【００１５】請求項６記載の画像符号化方法の発明は、
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、
前記像域判定によって画像データが切り出されたブロッ
クが２値画像領域であるか中間調画像領域であるかが判
定され、前記像域判定は、各ブロック画像データに直交
変換を行って得られた係数の分布に基づいて行われるよ
うにした。

【００１６】これにより、比較的容易に像域判定を行う
ことができる。

【００１７】請求項７記載の画像符号化方法の発明は、
請求項５記載の発明において、下記条件によって、その
ブロックが２値画像のブロックであるか否かを判定する
ようにした。 条件 以下の〜のいずれかを満たす場合に、２値画像のブ
ロックであると判定する。 ブロックに含まれる複数の画素の中に、黒画素とみな
すしきい値以下の輝度をもつ画素および白画素とみなす
しきい値以上の輝度をもつ画素が存在し、かつ、前記ブ
ロックに含まれる画素の輝度ヒストグラムにおいて輝度
が連続する部分がない。 ブロックに含まれる複数の画素の中に、黒画素とみな
すしきい値以下の輝度をもつ画素が存在し、そのような
画素の数が前記ブロック内の全画素数に対して占める割
合が所定値を越えている。 ブロックに含まれる複数の画素の中に、白画素とみな
すしきい値以上の輝度をもつ画素が存在し、そのような
画素の数が前記ブロック内の全画素数に対して占める割
合が所定値を越えている。

【００１８】これにより、正確に２値画像の判定を行え
る。

【００１９】請求項８記載の画像符号化方法の発明は、
請求項１〜請求項４のいずれか記載の発明において、前
記像域判定は、前記ブロックにおける画像データの輝度
の分布と、像域判定の対象となるブロックの周囲に位置
するブロックの属性とに基づいて行われるようにした。

【００２０】注目する周囲のブロックの属性も考慮し
て、判定条件を適応化させることによって、より正確な
判定を行える。

【００２１】請求項９記載の画像符号化方法の発明は、
請求項８記載の発明において、下記条件によって、その
ブロックが２値画像のブロックであるか否かを判定する
ようにした。 条件 以下の条件１を満たす場合、あるいは条件２を満たす場
合に２値画像のブロックであると判定する。 条件１ 注目するブロックに含まれる複数の画素の中に、黒画
素とみなすしきい値以下の輝度値をもつ画素および白画
素とみなすしきい値以上の輝度をもつ画素が存在し、か
つ、前記ブロックに含まれる画素の輝度ヒストグラムに
おいて輝度が連続する部分がない。 注目するブロックに含まれる複数の画素の中に、黒画
素とみなすしきい値以下の輝度値をもつ画素が存在し、
そのような画素の数が前記ブロック内の全画素数に対し
て占める割合が所定値を越えている。 注目するブロックに含まれる複数の画素の中に、白画
素とみなすしきい値以上の輝度値をもつ画素が存在し、
そのような画素の数が前記ブロック内の全画素数に対し
て占める割合が所定値を越えている。 条件２ 注目するブロックをＢ（j，k）とし、このブロックの周
囲に位置する３つのブロックをＢ（j，k-1）、Ｂ（j-
1，k-1）、Ｂ（j-1，k）とする場合に、前記周囲に位置
する３つのブロックがすべて２値画像のブロックであっ
て、かつ、以下のまたはのいずれかを満たす場合
に、前記注目するブロックが２値画像のブロックである
と判定する。 ブロックに含まれる画素の中に、黒画素とみなすしき
い値以下の輝度値をもつ画素が存在し、かつ、そのよう
な画素の輝度がそのブロック内で最も多くみられる輝度
に一致し、かつ、前記ブロック内の画素の輝度値の最大
値と最小値との差が所定のしきい値より大きく、かつ、
前記ブロックに含まれる画素の輝度ヒストグラムにおい
て輝度が連続する部分がない。 ブロックに含まれる画素の中に、白画素とみなすしき
い値以上の輝度値をもつ画素が存在し、かつ、そのよう
な画素の輝度がそのブロック内で最も多くみられる輝度
に一致し、かつ、前記ブロック内の画素の輝度値の最大
値と最小値との差が所定のしきい値より大きく、かつ、
前記ブロックに含まれる画素の輝度ヒストグラムにおい
て輝度が連続する部分がない。

【００２２】適応的条件設定により、より正確な像域判
定が可能となる。

【００２３】請求項１０記載の画像通信方法の発明は、
請求項１〜請求項９のいずれかに記載の画像符号化方法
を実施して得られる符号を送信し、受信側で算術復号器
を用いて復号し、前記像域判定の結果を示す識別フラグ
を参照して符号化とは逆の処理を施して画像データを復
元するようにした。

【００２４】これにより、識別フラグに基づき、符号化
と逆のプロセスをたどって画像データを復元することが
できる。

【００２５】請求項１１記載の画像通信方法の発明は、
請求項１０記載の発明において、受信側において、復元
されたデータに対して、そのデータの属性に応じた所定
の処理をさらに施すようにした。

【００２６】受信側において、識別フラグの情報を活用
して画像データにフィルタリング処理やエッジ強調処理
等の特別な処理を施すことにより、復元画像の画質をさ
らに向上させることができる。

【００２７】請求項１２記載の発明は、請求項１〜請求
項９のいずれかに記載の画像符号化方法を実施する画像
符号化装置である。

【００２８】これにより、混在画像に対して適応的な符
号化を行うことができ、また、算術符号による情報の統
合によって符号量も抑制できる。

【００２９】請求項１３記載の画像符号化装置の発明
は、入力画像データを所定サイズのブロックを単位とし
て像域判定する像域判定手段と、前記画像データに所定
の変換処理を施す変換手段と、像域判定の結果を示す識
別フラグおよび前記変換手段から出力されるシンボルが
順次入力される算術符号器とを具備する構成とした。

【００３０】これにより、適応化されたＪＰＥＧ方式の
符号化を行える。

【００３１】請求項１４記載の発明は、請求項１０また
は請求項１１記載の画像通信方法を実施する画像通信装
置である。

【００３２】画像の属性に適応した処理を行うことによ
って、圧縮率や画質を向上させることができる。

【００３３】請求項１５記載の発明は、請求項１４記載
の発明において、画像通信装置を、画像読み取り手段
と、画像形成手段と、通信インタフェース手段とを具備
するファクシミリ装置として構成した。

【００３４】これにより、コンパクトかつ低価格という
要求を満足しつつ、ファクシミリ装置の性能を向上させ
ることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００３６】（実施の形態１）図１（ａ）は実施の形態
１にかかる画像符号化装置の構成の概要を示す図であ
り、（ｂ）は符号のフォーマット例を示す図である。

【００３７】図１（ａ）に示されるように、本実施の形
態において符号化の対象となる画像１０は、写真画像
（中間調画像）２０と、文字画像（２値画像）３０とが
混在した静止画像である。

【００３８】画像符号化装置は、スキャナ４０と、像域
判定回路７０と、変換処理回路５０と、算術符号器６０
とを具備する。

【００３９】スキャナ４０は混在画像の情報を電気信号
（画像データ）として読みとる。像域判定回路７０は、
読みとった画像データ６１を所定サイズのブロックを単
位として像域判定を行う。「像域判定」はそのブロック
に属する画像データが中間調画像についてのデータであ
るか、あるいは２値画像についてのデータであるかを判
定する処理、すなわち、その画像データが切り出された
混在画像１０上のブロックが中間調領域であるのか、あ
るいは２値画像の領域であるのかを判定する処理であ
る。

【００４０】この像域判定は基本的には、ブロック内の
画素の輝度の分布を見て判定する。但し、２値画像と判
定した後も、水平方向のエッジが多いのか、垂直方向の
エッジが多いのか等の判定により、さらに複数通りに分
類することもある。また、一つのブロック内の画素のみ
ならず、周囲のブロックの属性（中間調画像のブロック
であるか、２値画像のブロックであるか）も考慮して注
目するブロックの判定を行うと、より正確な判定を行え
る。この点については後述する。

【００４１】像域判定回路７０による判定結果を示すフ
ラグ（識別情報）６２は、変換処理回路５０に送出され
る。変換処理回路５０は、例えば、ＤＣＴ（離散コサイ
ン変換）を行って空間周波数成分を電気的な周波数成分
に変換し、変換係数を量子化する。この量子化の際、例
えば、像域判定回路７０による判定の結果に応じて量子
化参照値（量子化の基準となる値であり、量子化参照値
が小さいほど高精度の量子化となり、大きいと粗い量子
化となる）が適応的に変化する。この例では、像域判定
の結果に応じて、「条件が異なる処理」を行うことにな
る。

【００４２】また、変換回路５０が、例えばＤＣＴ回路
および量子化回路と、２値化回路とを具備し、像域判定
の結果、そのブロックが２値画像のブロックであると判
定された場合にはそのブロックに属する画像データに対
して２値化処理を行い、中間調画像のブロックと判定さ
れた場合にはＤＣＴおよび量子化を行うというふうに、
像域判定の結果に応じて、「異なる処理」を行うように
してもよい。

【００４３】算術符号器６０は、像域判定回路７０から
出力される判定結果を示す識別情報（図１では符号６２
がこれに相当する）と、変換回路５０から出力される変
換値（シンボル系列）とを順次に算術符号化する。すな
わち、図１（ｂ）に示すように、変換値（シンボル系
列）の算術符号９０の先頭には、そのシンボルの属性を
示す識別情報の算術符号８０が付加されることになる。
復号化側では、この順番のとおりに算術復号化し、識別
情報（フラグ）に応じて逆変換を行い、画像データを復
元する。

【００４４】本実施の形態において、算術符号化を採用
するのは、算術符号化が、異なる種類の情報の多重化処
理に適しているからである。すなわち、像域判定結果を
示す識別情報（ブロック識別情報）は、量子化データ等
とは異なる種類の情報である。このような種類の異なる
情報を、仮にハフマン符号で符号化すると、情報量が増
え、圧縮率が低下し、また、データの復元に要する処理
も複雑となる。

【００４５】つまり、ブロックの識別情報は、ハフマン
符号系列に現れない符号によって一意的に識別できなけ
ればならない。例えば、JPEGやJBIGでは制御符号は0xFF
**と定義され、**の部分で0x00の設定を除いて、制御コ
ードの意味を表すようになっている。この方式を採用す
ると制御コードで２バイト必要になり、その後にブロッ
ク識別情報が１バイト程度は必要になる。また、制御の
都合上0xFF**は１ブロックの符号の間のバイト境界に位
置した方が分離しやすいので、そのための付加ビットも
必要になる。したがって、量子化テーブル情報を表すの
に４バイト程度必要であり、識別情報が切り替わる毎に
オーバヘッドが増加するという問題が生じる。また、前
述したように付加ビットを付けるため制御が複雑になる
という問題も生じる。

【００４６】これに対し、算術符号は１つのシンボルを
符号化する度に、長さ「１」の数直線の２分割を繰り返
し、分割された区間内の代表点を２進少数で表し小数点
以下のコードを符号とするものであり、この符号化原理
に起因して、算術符号は異なる情報源から出力されるシ
ンボルを符号化すると同時に、異なる情報を多重化しや
すいという性質をもっている。つまり、異なる種類の情
報であっても、２進小数点符号に埋め込みながら統合し
て符号化ができ、多重化に特別な仕組みが必要ないとい
う利点がある。

【００４７】したがって、本実施の形態では、算術符号
を使ってブロック識別情報と変換係数の符号とを算術符
号系列の中に多重化し、適応化処理を容易に行えるよう
に構成したものである。

【００４８】次に、像域判定回路７０における像域判定
の手順の具体例について説明する。本実施の形態では、
この像域判定の結果に応じて多様な適応化処理を実現す
るので、その前提として、正確な像域判定を行うことが
極めて重要となる。

【００４９】像域判定は、８画素ｘ８画素（合計で６４
画素）のブロック（これが符号化の対象となる）を単位
として行われる。

【００５０】図２において、符号化対象ブロック（すな
わち、像域判定の対象となるブロック）をB(j，k)と
し、図示したようにその左、左上、真上のブロックを、
それぞれB(j，k-1)、 B(j-1，k-1)、 B(j-1，k)とす
る。

【００５１】本実施の形態におけるブロックの像域判定
は、基本的には、注目するブロックB(j，k)に含まれる
画素の輝度（Pj，k）のヒストグラムを利用して行う。

【００５２】以下、次のように記号を定義して、具体的
に説明する。 Lmin: １ブロック内のPj，kの最小値 Lmax: １ブロック内のPj，kの最大値 Lpeak: １ブロック内で最も多いPj，kの値 Lmin_count: Lminに属する画素数 Lmax_count: Lmaxに属する画素数 nonZeroPair: ヒストグラムでノンゼロの画素値が隣接
しているとき“１”にセットするフラグ B(j，k): j行k列目のブロック まず、１ブロック64画素の値Pj，kから上記のパラメー
タを設定する。このとき、Lmin，Lmax（Ｐj，kの最小値
と最大値）は、理想的な２値画像であれば「0」と「25
5」である。ここでは、0は黒、255は白に相当するレベ
ル値である。

【００５３】Lpeakはヒストグラムのピーク値で理想的
な２値画像であれば「0」か「255」である。写真画像で
は、その中間の値である。

【００５４】nonZeroPairは、輝度ヒストグラムにおい
て、任意のレベルＬとその隣のレベルＬ+１に属する画
素数が共にゼロでないときに“１”となるフラグであ
る。これは輝度ヒストグラムに連続した階調成分がある
ことを示し、中間調と判断する基準に使う。写真画像で
は隣接画素の変化が緩やかなので、画像ブロックが小領
域であっても連続的なヒストグラムになる。それに対し
て、２値画像は白画素か黒画素であり、またエッジ部分
が急峻なので、離散的なヒストグラムになる。nonZeroP
airはこの特徴を反映するフラグである。

【００５５】したがって、レベルＬに値をとる画素数が
ゼロでなければ、 次のレベルＬ+１をとる画素数を調
べ、これがゼロでなければnonZeroPair=1とする。文字
と写真など中間調の混在した画像をスキャナで読むと、
シェーディング補正、エッジ強調処理後も文字のエッジ
部分は多少なまっており中間調成分を含んでいる。しか
し、この場合でもエッジ部分はかなり急峻に変化するの
で隣接する画素値は少ない。なまりが大きな文字画像は
中間調として扱う。それに対してコンピュータで作成し
た２値画像は理想的な２値画像となる。理想的な２値画
像を判定することは容易なので、ここではスキャナで入
力した多少エッジのなまった２値画像を想定した。ま
ず、次の条件で２値画像を判定する。 条件１ (Lmin <= Lb)&&(Lmax >= Lw)&&(nonZeroPair != 1) ||( (Lmin <= Lb)&&(Lmin_count > 60) ) ||( (Lmax >= Lw)&&(Lmax_count > 60) ) ここで、記号&&，||はそれぞれ論理ANDと論理ORであ
る。記号 != は等しくないことを表す。Lb、 Lwはそ
れぞれ黒レベル、白レベルとみなす基準値である。実施
例ではLb=8、 Lw=247とした。この設定では、0〜255の
うち８以下を黒とみなすことになる。

【００５６】条件１の第１項はLminがLb以下、及びLmax
がLw以上、及びヒストグラムに連続する部分がないこと
を示す。つまり、白および黒と見なされる画素があっ
て、連続した輝度階調部分をもたないということであ
る。これは文字領域で白画素，黒画素ともに存在するブ
ロックを識別する。

【００５７】文字領域の中には全白、全黒に「近い」ブ
ロックも多く存在する。つまり、灰色がわずかに含まれ
る領域もある。条件１の第２項（第３項）は、このよう
なブロックを識別する条件である。全白に近いブロック
では、文字輪郭のなだらかな階調成分が僅かに含まれる
場合があるので、１ブロック64画素のうち60画素以上が
白であれば２値ブロックと判断した。黒についても同様
である。

【００５８】以上の条件１を満たせば、２値画像領域に
属するブロックであると判定し、満たさなければ、中間
調画像領域に属するブロックと判定する。

【００５９】実験した範囲内では、条件１によって２値
と判定されたブロックはすべて文字領域内に含まれてい
た。そして、この条件で写真領域内部を誤判定すること
はなかった。

【００６０】基本的には、以上の条件１でかなり高精度
の判定を行うことができる。但し、上記条件１はかなり
厳しい判定基準であるため、この条件１を満足しないと
して中間調領域に属すると判定されるブロックの中に
も、実際は２値化領域のブロックが存在する。したがっ
て、このような条件１では中間調領域と判断されてしま
うようなブロックについても、２値化領域であると判定
して誤判定を低減するのが望ましい。

【００６１】そこで、以下の条件２を追加する。条件２
は、注目するブロック内の輝度分布のみならず、その周
囲のブロックの属性も考慮して適応的に判定を行うもの
である。

【００６２】すなわち、条件１で中間調ブロックと判定
された対象ブロックB(j，k)の周辺の３ブロックB(j，k-
1)，B(j-1，k-1)，B(j-1，k)がすべて２値ブロックの時
には、判定条件をゆるめるように、次の条件２を追加し
た。なお、上述のとおり、B(j，k-1)は対象ブロックの
左、B(j-1，k-1)は左上、B(j-1，k)は真上のブロックを
表す。ブロックの像域判定結果を逐次記憶すれば、これ
ら３ブロックの属性は容易に判定できる。 条件２ B(j，k-1)，B(j-1，k-1)，B(j-1，k)が全て２値ブロックのとき、 (Lmax >= Lw)&&(Lpeak == Lmax)&&(Lmax - Lmin > 32) &&(nonZeroPair != 1) ||(Lmin <= Lb)&&(Lpeak == Lmin)&&(Lmax - Lmin > 32) &&(nonZeroPair != 1) ここで、記号 == は等しいことを表す。第１項は白の
多いブロックに対する条件である。これと対称的に第２
項は黒の多いブロックに対する条件である。

【００６３】つまり、条件２は、文字領域の中にあっ
て、白か黒が「優勢なブロック」を識別するための条件
であり、白または黒と認められる画素があり、その画素
の輝度は最も多く現れる画素の輝度と一致し、そのブロ
ックの最大輝度と最小輝度の差が所定値より大きく、か
つ、連続した階調部分をもたないとき、２値画像領域の
ブロックであると判定する。

【００６４】上述の条件２における(Lmax - Lmin >
32)は、写真の輪郭が淡い階調を持った場合（写真領
域が白に近いレベルである場合）に、これを含むブロッ
クを２値ブロックと判定しないために加えた。

【００６５】以上説明したブロックの像域判定手順をま
とめると、図３のようになる。すなわち、上述の条件１
を満足するか否かを判定し（ステップ２００）、満足す
る場合には２値ブロックと判定し（ステップ２４０）、
満足しない場合には、周囲の３つのブロックが全部２値
ブロックであるか否かを判定する（ステップ２１０）。
全部のブロックが２値ブロックでない場合には中間調ブ
ロックと判定し（ステップ２３０）、全部のブロックが
２値ブロックのときは、条件２を満足するかを判定し
（ステップ２２０）、満足する場合には２値ブロックと
判定し（ステップ２４０）、満足しない場合には、中間
調ブロックと判定する（ステップ２３０）。

【００６６】文字と写真の混在画像数種類について実験
した結果、条件１と条件２によって、文字領域の98%〜9
9%は２値ブロックと判定し、写真領域はその輪郭部も含
めてすべて中間調ブロックと判定した。テストで使用し
た画像の文字領域はフィルタで少しぼかした。また、文
字部分を0，255から成る理想的な２値画像とすると100
%、２値ブロックと判別した。写真画像では、像域判定
結果は100%、中間調と判定したので、どの方式も同一結
果である。文字画像での優位性は明らかである。文字画
像では100%、２値画像と判定している。また混在画像で
は、文字領域のうち、理想的２値画像と多少ぼかした部
分ではブロックの99%を２値画像ブロックと判定した。
写真部分とぼけ具合を大きくした文字部分では100%、中
間調ブロックと判定した。

【００６７】（実施の形態２）図４に実施の形態２にか
かる画像通信装置の構成を示す。

【００６８】本実施の形態では、送信側において、像域
判定結果に応じて量子化に使用するスケーリングファク
タを適応的に選択して量子化し、識別情報（フラグ）を
含めて算術符号化を行って送信し、受信側では、フラグ
を目印にして逆の処理を行って画像データを復元する。

【００６９】図２中、符号１０００ａは送信側の符号化
処理装置を示し、符号１０００ｂは受信側の復号化処理
装置を示す。符号化処理装置１０００ａは、有線伝送路
Ｌ１を介して復号化処理装置１０００ｂに符号データを
送信する。

【００７０】符号化処理装置１０００ａは、ブロック化
回路１０１０と、２次元ＤＣＴ回路１０２０と、量子化
回路１０３０と、算術符号器１０４０と、スケーリング
ファクタの逆数を乗算する乗算器１０５０と、スケーリ
ングファクタ選択手段１０６０と、像域判定手段１０７
０と、量子化テーブル１０８０とを有している。

【００７１】ブロック化手段１０１０は、画像メモリ
（図示せず）から画像データを読み込み、8画素×8画素
の２次元配列Pj、k(j、k＝0〜7)にブロック化する。以
下の説明では、各画素は256階調とする。

【００７２】像域判定回路１０７０は、対象ブロックが
文字などの２値画像であるか、そうでないか（つまり、
写真等の中間調ブロックであるか）を判定し、その判定
結果を示す識別情報（ブロック識別情報）１０９０をス
ケーリングファクタ選択手段１０６０と算術符号器１０
４０に送出する。

【００７３】２次元ＤＣＴ回路１０２０は、画素配列P
j、kについて、中間値128をオフセットとして、（Pj、k
-128）に対して２次元離散コサイン変換を施す。この結
果として得られる変換係数は空間周波数成分を表し、以
下、Sj、k(j、k＝0〜7)と表すことにする。

【００７４】変換係数は、量子化回路１０３０で変換係
数毎に、量子化参照値（Ｑj、k／ajまたはＱj、k／aj）
を参照して量子化される。すなわち、量子化は、変換係
数を量子化参照値で割り、端数を切り捨てる（データを
丸める）処理である。

【００７５】量子化参照値は、量子化回路１０３０によ
る量子化の際に基準となる単位である。量子化テーブル
１０８０のテーブル値をそのまま量子化参照値とするこ
ともできるが、本実施の形態では、適応処理を効率的に
行うべく、スケーリングファクタを用意しておき、量子
化テーブル１０８０の格納値（量子化テーブル値）にス
ケーリングファクタの逆数を乗算して量子化参照値とす
る構成をとっている。本実施の形態では、２種類のスケ
ーリングファクタaj、bj（aj＜bj）を用意し、それぞれ
を中間調画像の処理用、２値画像の処理用として用い
る。このようなスケーリングファクタの使い分けは、ス
ケーリングファクタ選択回路１０６０が行う。

【００７６】すなわち、スケーリングファクタ選択回路
１０６０は、像域判定回路９０７０の判定結果に応じ
て、予め定めた複数個のスケーリングファクタ{aj}を使
用するか、あるいは｛bj｝を使用するかを選択する。例
えば、スケーリングファクタがajのときには、量子化テ
ーブルに設定された値Qj、kすべてをajで割った整数値
で量子化する。なお、aj、bjを大きくすると画質が向上
し、符号量も増加する。

【００７７】量子化テーブル１０８０に格納されている
値（量子化テーブル値）の一例が図５に示される。図示
されるように、ＤＣ（直流）成分の周辺では細かく量子
化し、高周波成分については粗く量子化するようになっ
ている。

【００７８】但し、このように固定した量子化テーブル
値を用いて一律な量子化を行うのは、必ずしも好ましい
とはいえない。例えば、符号量は多少犠牲にしても、混
在画像中の２値画像も鮮明に伝送したいという場合もあ
り、このような場合にはスケーリングファクタを大きく
して量子化参照値を小さくし、２値画像データに対する
量子化を高精度化する。本実施の形態では、このような
適応化処理が容易にできる。

【００７９】算術符号器１０４０は、量子化データ（量
子化値）および像域判定結果を示す識別情報を算術符号
化して送信する。

【００８０】一方、受信側の復号化処理装置１０００ｂ
は、算術復号器１１１０と、逆量子化回路１１２０と、
２次元ＩＤＣＴ（逆ＤＣＴ）変換回路１１３０と、クラ
ンプ回路１１３２と、ブロック復元回路１１４０と、ス
ケーリングファクタ選択回路１１５０と、量子化テーブ
ル１１６０と、スケーリングファクタの逆数を乗算する
乗算器１１７０とを具備し、復号化とは逆の処理を行っ
て画像データを復元する。

【００８１】図６は適応型算術符号器の内部（および周
辺）構成を示す。

【００８２】算術符号化のためには確率推定のための統
計データが必要である。統計モデル用メモリ１２００
は、ブロック識別フラグ用コンテクストテーブル（例え
ば１バイト）と、ＤＣＴ後の変換係数のうちのDC成分用
コンテクストテーブルＤ２と、AC成分用コンテクストテ
ーブルＤ３と、を具備する。

【００８３】各コンテクストテーブルの１バイトは、符
号１２１０で示すように、MPS（優勢シンボル）値（１
ビット）と確率推定器のインデックス（７ビット）で構
成される。

【００８４】確率推定器１２２０からは、劣性シンボル
(LPS)の領域幅にあたるQe値が、算術符号器に出力され
る。算術符号器では、入力シンボルとMPS値、Qe値とか
ら演算を行い、入力シンボル列の生起確率に対応する２
進少数点座標を符号データとして出力する。本実施例の
入力シンボルは、ブロック識別フラグ、およびＤＣＴに
より得られる変換係数のDC成分とAC成分である。

【００８５】図７は算術符号化の概念を説明するための
図である。この図は、符号化シンボル系列「０１００」
の各ビットについて、参照画素を用いた優勢シンボルに
よる確率推定が４回連続してはずれた場合に、長さ
「１」の数直線を各々の劣性シンボルが生起される確率
で分割していった場合の代表点Ｃが対応する算術符号で
あることを表している。このように、数直線を分割して
いく処理の繰り返しによって符号の生成が行われ、異な
る種類のシンボルも２進小数点として統合されて符号化
される点で、算術符号は情報の多重化に適する。

【００８６】算術符号器１０４０の符号化動作の概要を
図８に示す。像域判定の結果、文字領域（２値領域）の
ブロックと判定された場合には（ステップ２０００）、
「１」をフラグとして符号化し、続いて、そのブロック
に含まれる画素の変換係数を符号化する。また、文字領
域（２値領域）でない場合には、「０」をフラグとして
符号化し（ステップ２０３０）、続いて、１ブロックの
変換係数を符号化する（ステップ２０４０）。

【００８７】ここで、「１」を符号化する手順が図９に
示される。つまり、フラグ用統計モデルにおいて、
「１」が優勢シンボルとなっていれば（ステップ２１０
０）、ＭＰＳ（優勢値）として符号化される（ステップ
２１１０）。一方、「１」が優勢シンボルでない場合
は、ＬＰＳ（劣性値）として符号化される（ステップ２
１２０）。算術符号は推定を誤ったペナルティとして符
号を生成するので、符号は、主に、ステップ２１２０の
場合に生成される。

【００８８】また、「０」を符号化する手順が図１０に
示される。つまり、フラグ用統計モデルにおいて、
「０」が優勢シンボルとなっていれば（ステップ２２０
０）、ＭＰＳ（優勢値）として符号化される（ステップ
２２１０）。一方、「０」が優勢シンボルでない場合
は、ＬＰＳ（劣性値）として符号化される（ステップ２
２２０）。算術符号は推定を誤ったペナルティとして符
号を生成するので、符号は、主に、ステップ２２２０の
場合に生成される。

【００８９】以上の説明では、スケーリングファクタ
（あるいは量子化テーブル）が２種類の場合を説明した
が、３種類以上の場合も同様にして実現できる。このと
きの量子化テーブル識別情報の符号化手順の一例を図１
１に示す。ここでは量子化テーブルまたはスケーリング
ファクタはｊ種類あり、それにインデックスを付けて識
別するものとする。

【００９０】量子化テーブルが切り替わることは、その
インデックスが変化することなので、その差分を計算し
てΔｊとする（ステップ２３００）。Δｊがゼロかどう
かを判定し（ステップ２３１０）、ゼロならば「０」を
符号化する。この場合は、使用するスケーリングファク
タ（量子化テーブル）には変化がないことを意味し、し
たがって、受信側では、今まで使用していたスケーリン
グファクタ（量子化テーブル）を使用すればよい。。

【００９１】一方、Δｊがゼロでなければ、「１」をコ
ード化し（ステップ２３３０）、次に、Δｊの符号がプ
ラスであるかマイナスであるかを判定して、同様に
「０」もしくは「１」でで符号化する（ステップ２３５
０，２３６０）。最後に、Δｊの絶対値を符号化する
（ステップ２３７０）。なお、Δｊの絶対値を符号化す
るには、その２進数を桁毎に“０”であれば「０」を符
号化し、“１”であれば「１」をで符号化すればよい。
これらの処理に必要なコンテクストは、Δｊがゼロの符
号化用、正負の符号化用、それに絶対値の各桁用に用意
すればよく、せいせい数バイトのメモリが必要なだけで
ある。つまり、このような方法によれば、使用するスケ
ーリングファクタ（量子化テーブル）が切り替わったと
きにのみ数ビット程度（logj程度）の符号が出力され
る。したがって、従来の方式よりも必要とされる構成が
簡素化され、符号量少なくなって効率的に符号化できる
という利点がある。

【００９２】図４の画像通信装置における、符号化，復
号化の手順を図１２および図１３に示す。

【００９３】図１２において、まず、画像メモリから８
ｘ８画素のブロックを読み込んで像域判定のためのパラ
メータを抽出する（ステップ３０００）。そのパラメー
タを使って像域判定を行いフラグを設定する（ステップ
３０１０）。

【００９４】続いて、画素値Pj、kから中間値128を減算
後、DCT処理を行う（ステップ３０２０）。次に、２値
領域であるか否かを判定し（ステップ３０３０）、ブロ
ックの識別フラグを符号化する（ステップ３０４０，３
０６０）。その後、それぞれのスケーリングファクタで
量子化を行い（ステップ３０５０，３０７０）、ＤＣ成
分の符号化（ステップ３０８０），ＡＣ成分の符号化を
行う（ステップ３０９０）。このような符号化はJPEG仕
様書に記載されているものと同じである。

【００９５】図１３は図１２に対応する復号化処理のフ
ローを示す。

【００９６】図１３において、まず、１シンボル復号化
してその値に応じてどちらのブロックであるかを判断す
る（ステップ３１００）。続いて、DC成分とAC成分の復
号化を行う（ステップ３１１０，３１２０）。

【００９７】次に、２値領域か否かの判定を行い（ステ
ップ３１３０）、符号化と同じスケーリングファクタを
使用して復元した変換係数を逆量子化する（ステップ３
１４０，３１５０）。最後に、逆量子化値を逆DCT演算
し、その値に符号化と対象に128を加算し、復元画素DP
j、kを得る（ステップ３１６０）。

【００９８】以上で１ブロックの復元が終了する。以上
の処理によれば、例えば、２値画像ブロックに対しては
従来より細かく量子化し、中間調ブロックに対しては粗
く量子化するといった適応的な処理を容易に行うことが
できる。また、符号量の増加もある程度抑制できる。

【００９９】（実施の形態３）図１４に本実施の形態３
にかかる画像通信装置の構成を示す。図１４の場合、図
４の装置の構成とほぼ同様であるため、図４と同じ箇所
には同じ参照符号を付してある。

【０１００】本実施の形態の特徴は、復号側において、
選択器１１６０と、２値ブロック画像処理回路１１７０
と、中間調ブロック画像処理回路１１８０とを設け、算
術復号器１１１０により復元されたブロックの属性を示
す情報を選択器１１６０に送付し、選択器１１６０で復
元されたデータをブロック毎に、２値画像データと中間
調データに分離し、それぞれについて特別な処理を施し
て、さらに復元画像の画質を向上させることである。

【０１０１】２値ブロック画像処理回路１１７０では、
復元された２値データに対して、例えば、エッジ強調処
理を施して文字等のエッジを顕在化させる。また、中間
調ブロック画像処理回路１１８０は、復元された中間調
画像に対して、例えば、フィルタリングを行って、細か
いノイズを低減する。

【０１０２】このように、復号化側で、送信されてきた
ブロック毎にその属性を知ることができることを利用
し、２値画像や中間調画像に応じて復元画像のフィルタ
処理などの適応化処理を行うものであり、上述の適応的
量子化、逆量子化の効果とあいまって、復元画像の画質
をさらに向上させることができる。

【０１０３】（実施の形態４）図１５は、実施の形態４
にかかるファクシミリ装置の構成を示す図である。

【０１０４】ファクシミリ装置１０１は、ホストプロセ
ッサ１０２と、ＭＨ／ＭＲ／ＭＭＲ符号／復号化回路１
０３と、解像度変換回路１０４と、ＱＭ（算術）符号／
復号化回路１０５と、画像ラインメモリ１０６と、符号
メモリ１０７と、モデムなどの通信インタフェース（電
話回線１１３等を用いた有線伝送のためのインタフェー
スとして機能する）と、スキャナ等の画像入力装置１１
１と、プリンタなどの画像記録／表示装置１１２と、を
具備し、各ブロックは内部バス１０９、１１０を介して
相互に情報の授受を行うことができる。

【０１０５】前掲の実施の形態で説明した符号化、復号
化を行う回路は、ＱＭ（算術）符号／復号化回路１０５
に搭載されている。

【０１０６】本発明にかかる符号化／復号化回路は、構
成が簡素化されているので、小型化や低コスト化が要求
されるファクシミリ装置においても、十分に搭載可能で
あり、普及型のファクシミリ装置の通信性能の向上に寄
与する。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、像
域判定の結果に応じて、データの属性に適した符号化を
容易に行え、要求に柔軟に適応した高品質な画像通信を
実現できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施の形態１にかかる画像符号
化装置の構成の概要を示す図 （ｂ）符号化されたデータのフォーマット例を示す図

【図２】実施の形態におけるブロックの位置関係を示す
図

【図３】実施の形態１における像域判定の手順を示す図

【図４】実施の形態２にかかる画像通信装置の構成を示
す図

【図５】量子化テーブル値の一例を示す図

【図６】算術符号器の主要な構成を示す図

【図７】算術符号化の原理を説明するための図

【図８】実施の形態２の画像通信装置におけるブロック
の符号化手順を示す図

【図９】実施の形態２の画像通信装置における識別フラ
グの符号化手順を示す図

【図１０】実施の形態２の画像通信装置における識別フ
ラグの符号化手順を示す図

【図１１】３つ以上の量子化テーブル（スケーリングフ
ァクタ）を使用する場合の、識別情報の符号化手順の一
例を示す図

【図１２】実施の形態２の画像通信装置におけるブロッ
クの符号化の全体の手順を示す図

【図１３】実施の形態２の画像通信装置におけるブロッ
クの復号化の全体の手順を示す図

【図１４】実施の形態３にかかる画像通信装置の構成を
示す図

【図１５】実施の形態４にかかるファクシミリ装置の構
成を示す図

【符号の説明】

１０ 混在画像 ２０ 写真（中間調）領域 ３０ 文字（２値）領域 ４０ スキャナ ５０ 所定の変換を行う回路 ６０ 算術符号器 ７０ 像域判定回路 ８０ 識別情報（フラグ）の算術符号 ９０ 変換値（変換係数）の算術符号

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力画像データを所定サイズのブロック
   を単位として像域判定し、この像域判定の結果を示す識
   別フラグと前記画像データに所定の処理を行って得られ
   るシンボルとを順次、算術符号器に入力して算術符号化
   を行うことを特徴とする画像符号化方法。
2. 【請求項２】 前記所定の処理を行って得られるシンボ
   ルは、前記画像データを直交変換し、その結果出力され
   る変換係数を量子化して得られる量子化データであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の画像符号化方法。
3. 【請求項３】 前記量子化に際し、前記像域判定結果に
   応じて使用する量子化参照値を選択することを特徴とす
   る請求項２記載の画像符号化方法。
4. 【請求項４】 前記量子化参照値は量子化テーブル値に
   スケーリングファクタの逆数を乗算することにより決定
   され、前記像域判定の結果に応じて前記スケーリングフ
   ァクタの値を選ぶことによって前記量子化参照値の選択
   が実現されることを特徴とする請求項３記載の画像符号
   化方法。
5. 【請求項５】 前記像域判定によって画像データが切り
   出されたブロックが２値画像領域であるか中間調画像領
   域であるかが判定され、前記像域判定は、前記ブロック
   における画像データの輝度の分布に基づいて行われるこ
   とを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
   画像符号化方法。
6. 【請求項６】 前記像域判定によって画像データが切り
   出されたブロックが２値画像領域であるか中間調画像領
   域であるかが判定され、前記像域判定は、各ブロック画
   像データに直交変換を行って得られた係数の分布に基づ
   いて行われることを特徴とする請求項１〜請求項４のい
   ずれかに記載の画像符号化方法。
7. 【請求項７】 下記条件によって、そのブロックが２値
   画像のブロックであるか否かを判定することを特徴とす
   る請求項５記載の画像符号化方法。 条件 以下の〜のいずれかを満たす場合に、２値画像のブ
   ロックであると判定する。 ブロックに含まれる複数の画素の中に、黒画素とみな
   すしきい値以下の輝度をもつ画素および白画素とみなす
   しきい値以上の輝度をもつ画素が存在し、かつ、前記ブ
   ロックに含まれる画素の輝度ヒストグラムにおいて輝度
   が連続する部分がない。 ブロックに含まれる複数の画素の中に、黒画素とみな
   すしきい値以下の輝度をもつ画素が存在し、そのような
   画素の数が前記ブロック内の全画素数に対して占める割
   合が所定値を越えている。 ブロックに含まれる複数の画素の中に、白画素とみな
   すしきい値以上の輝度をもつ画素が存在し、そのような
   画素の数が前記ブロック内の全画素数に対して占める割
   合が所定値を越えている。
8. 【請求項８】 前記像域判定は、前記ブロックにおける
   画像データの輝度の分布と、像域判定の対象となるブロ
   ックの周囲に位置するブロックの属性とに基づいて行わ
   れることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに
   記載の画像符号化方法。
9. 【請求項９】 下記条件によって、そのブロックが２値
   画像のブロックであるか否かを判定することを特徴とす
   る請求項８記載の画像符号化方法。 条件 以下の条件１を満たす場合、あるいは条件２を満たす場
   合に２値画像のブロックであると判定する。 条件１ 注目するブロックに含まれる複数の画素の中に、黒画
   素とみなすしきい値以下の輝度値をもつ画素および白画
   素とみなすしきい値以上の輝度をもつ画素が存在し、か
   つ、前記ブロックに含まれる画素の輝度ヒストグラムに
   おいて輝度が連続する部分がない。 注目するブロックに含まれる複数の画素の中に、黒画
   素とみなすしきい値以下の輝度値をもつ画素が存在し、
   そのような画素の数が前記ブロック内の全画素数に対し
   て占める割合が所定値を越えている。 注目するブロックに含まれる複数の画素の中に、白画
   素とみなすしきい値以上の輝度値をもつ画素が存在し、
   そのような画素の数が前記ブロック内の全画素数に対し
   て占める割合が所定値を越えている。 条件２ 注目するブロックをＢ（j，k）とし、このブロックの周
   囲に位置する３つのブロックをＢ（j，k-1）、Ｂ（j-
   1，k-1）、Ｂ（j-1，k）とする場合に、前記周囲に位置
   する３つのブロックがすべて２値画像のブロックであっ
   て、かつ、以下のまたはのいずれかを満たす場合
   に、前記注目するブロックが２値画像のブロックである
   と判定する。 ブロックに含まれる画素の中に、黒画素とみなすしき
   い値以下の輝度値をもつ画素が存在し、かつ、そのよう
   な画素の輝度がそのブロック内で最も多くみられる輝度
   に一致し、かつ、前記ブロック内の画素の輝度値の最大
   値と最小値との差が所定のしきい値より大きく、かつ、
   前記ブロックに含まれる画素の輝度ヒストグラムにおい
   て輝度が連続する部分がない。 ブロックに含まれる画素の中に、白画素とみなすしき
   い値以上の輝度値をもつ画素が存在し、かつ、そのよう
   な画素の輝度がそのブロック内で最も多くみられる輝度
   に一致し、かつ、前記ブロック内の画素の輝度値の最大
   値と最小値との差が所定のしきい値より大きく、かつ、
   前記ブロックに含まれる画素の輝度ヒストグラムにおい
   て輝度が連続する部分がない。
10. 【請求項１０】 請求項１〜請求項９のいずれかに記載
    の画像符号化方法を実施して得られる符号を送信し、受
    信側で算術復号器を用いて復号し、前記像域判定の結果
    を示す識別フラグを参照して符号化とは逆の処理を施し
    て画像データを復元することを特徴とする画像通信方
    法。
11. 【請求項１１】 受信側において、復元されたデータに
    対して、そのデータの属性に応じた所定の処理をさらに
    施すことを特徴とする請求項１０記載の画像通信方法。
12. 【請求項１２】 請求項１〜請求項９のいずれかに記載
    の画像符号化方法を実施する画像符号化装置。
13. 【請求項１３】 入力画像データを所定サイズのブロッ
    クを単位として像域判定する像域判定手段と、前記画像
    データに所定の変換処理を施す変換手段と、像域判定の
    結果を示す識別フラグおよび前記変換手段から出力され
    るシンボルが順次入力される算術符号器とを具備する画
    像符号化装置。
14. 【請求項１４】 請求項１０または請求項１１記載の画
    像通信方法を実施する画像通信装置。
15. 【請求項１５】 画像通信装置は、画像読み取り手段
    と、画像形成手段と、通信インタフェース手段とを具備
    するファクシミリ装置であることを特徴とする請求項１
    ４記載の画像通信装置。