JPH11298739A - 画像符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブロック内の濃度数に応じて変換方法を変え
る適応的な変換において、周波数変換係数及び濃度変換
係数を効率よくエントロピー符号化するための画像符号
化方法を提供する。 【解決手段】 領域判断工程の判断結果に基づいて、互
いに異なる濃度の数が所定値以外の値を取るブロックに
ついては周波数変換係数を選択し、互いに異なる濃度の
数が所定値のブロックについては濃度変換係数を選択す
る変換方式選択工程と、各濃度変換係数が、所定の領域
内で同じ値であることを検出した場合に、当該領域と当
該濃度変換係数値を併せて符号化する符号化工程とを有
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、プリンタ、デジタ
ル複写機、ファクシミリ装置、スキャナ、画像ファイリ
ング装置、デジタルカメラ、デジタルビデオ等に使用さ
れる画像符号化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＣＴ、ウェーブレット変換などを用い
た周波数分解による画像変換は、近年、自然階調の画像
を効果的に圧縮する手段として注目されているが、その
反面、コンピュータグラフィックスや文字画像に対して
は、それほど効果的に圧縮できないという欠点が指摘さ
れている。一方、プリンタで画像を打ち出す場合、一般
的に画像として多いのは、グラフィックス画像及び文字
画像なので、周波数変換のみを用いるとあまり高い圧縮
率が得られない。文字、写真に合わせてモードを切り替
えるという方法が取られることも多いが、この方法では
使用者に負担がかかる上に、文字・写真が混在する画像
については良好な画質が得られない虞がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで濃度数の少ない
ブロックとそれ以外のブロックを判別して、各ブロック
で異なる変換を行うこと（適応的変換）で、写真画像、
文字画像のいずれも効率よく圧縮する方法が本出願人よ
り既に提案されている。

【０００４】本発明は、ブロック内の濃度数に応じて変
換方法を変える適応的な変換において、周波数変換係数
及び濃度変換係数を効率よくエントロピー符号化するた
めの画像符号化方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、画像変換装置において作成
された濃度変換係数をエントロピー符号化する画像符号
化方法において、画像データをｍ×ｎ（ｍ，ｎは整数）
画素のブロックごとに分割する分割工程と、前記分割工
程によりブロックごとに分割された画像データを周波数
分解して周波数変換係数を得る周波数変換工程と、ブロ
ック内にある互いに異なる濃度の数が所定値であるか否
かによって領域を判断する領域判断工程と、ブロック内
にある互いに異なる濃度の数が所定値であるブロックに
ついては画素値を周波数変換以外の方法で変換して濃度
変換係数を得る濃度変換工程と、前記領域判断工程の判
断結果に基づいて、互いに異なる濃度の数が所定値以外
の値を取るブロックについては前記周波数変換係数を選
択し、互いに異なる濃度の数が所定値のブロックについ
ては前記濃度変換係数を選択する変換方式選択工程と、
各濃度変換係数が、所定の領域内で同じ値であることを
検出した場合に、当該領域と当該濃度変換係数値を併せ
て符号化する符号化工程と、を有することを特徴とする
ものである。

【０００６】また上記目的を達成するために、請求項２
記載の発明は、請求項１記載の発明において、濃度変換
係数のうちに、各ブロックを周波数変換したかそれとも
濃度変換したのかを示す領域係数が含まれる場合は、濃
度変換係数を符号化する際に、まず領域係数から先に符
号化し、他の濃度係数を符号化する際には、領域係数の
有無によりエントロピー符号化の対象とするビットを選
択することを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照しながら説明する。写真のような自然画像を
圧縮する方法として、近年、周波数変換が広く使われて
いる。ここで周波数変換とは、画像情報を所定の周波数
ごとに波に分解する変換であり、ＤＣＴ、ウェーブレッ
ト変換、サブバンド変換などが該当する。

【０００８】図１は周波数変換の一例として使用するウ
ェーブレット変換を示す説明図である。４つの画素ａ，
ｂ，ｃ，ｄがウェーブレット変換される例を示してお
り、低周波係数、高周波係数は図に示す式により決定さ
れる。圧縮において、このような周波数変換を使う効果
は、本来、画像情報の輝度を局在化させ、係数の相関を
良くすることによって、エントロピー符号化を行う際の
効率を上げ、高圧縮を達成することにある。しかし、文
字画像のように、一定濃度の下地に一定濃度の文字が並
ぶような単純な画像については、周波数変換を行うこと
で、却って画像の相関が落ちてしまうことが知られてい
る。

【０００９】図２に示すように、本来は８０と１２０と
いう２つの濃度で記述された単純な画像情報に、図１に
示したウェーブレット変換を行うと、図２に示すよう
に、様々な値の係数が出現して圧縮効率を落としてしま
う。このように、ブロック内の互いに異なる濃度の数が
少ない画像については、その相関を保ったまま圧縮をし
た方が効果的である。このような、画像の相関を保った
まま変換する方法をここでは濃度変換と呼ぶ。

【００１０】すなわち、ここで定義される濃度変換と
は、ブロック内にある互いに異なる濃度の数が所定値
（以下）であるブロックを変換する場合に用いる特殊な
変換である。一般に多値画像については、写真のような
自然画像は、ブロック内の濃度値は全て異なっている場
合が多く、逆に文字画像のような人工画像は、ブロック
内にある互いに異なる濃度の数が少ないので、濃度変換
は主に人工画像について行われることになる。

【００１１】次に本実施形態で用いる濃度変換の例を示
す。本実施形態では、領域判断条件を以下のように設定
する。「２×２ブロック内にある互いに異なる濃度の数
が、２種類ならば濃度変換すべき領域とする。」また、
濃度変換は次のように行う。「２×２ブロック内にある
画像情報を、２種類の濃度と各画素がどちらの濃度値を
とるかを示す４ビットの位置係数、及び当該ブロックが
濃度変換されたブロックか周波数変換されたブロック化
を示す１ビットの領域係数に分解することとする。」

【００１２】図３は領域判定の例を示す図であり、
（１）は濃度変換するブロックの例を示し、（２）は周
波数変換するブロックの例を示す。（１）に示すよう
に、濃度変換する場合、ブロック内の濃度は２種類のみ
である。また（２）に示すように、周波数変換する場
合、ブロック内は３種類、４種類の濃度がある。

【００１３】図４は濃度変換の例を示す図である。図２
に示すものと同じ元画像を濃度変換した例を示してお
り、図２と比較すると、８０と１２０という２つの濃度
で記述された単純な画像情報が、濃度変換の場合は相関
よく変換されており、色々な画素の組み合わせが来ても
４ビットの位置係数のみが変化していることが分かる。
本発明は、このような適応的な周波数変換、濃度変換で
作成される変換係数を効率的にエントロピー符号化する
ための方法に関するものである。本実施形態では、エン
トロピー符号化法として、ビットプレーンごとに係数を
符号化していく、いわゆるビットプレーン符号化を用い
る。これは、各ビットプレーンをそれぞれ独立に符号化
する方法である。

【００１４】ところで、濃度変換係数の性質として、空
間的な相関が強いことが挙げられる。例えば位置係数と
は、ある濃度が出現するパターンであり、一定濃度の下
地に一定濃度の文字が記されているような場合は、２値
化された画像情報に対応する係数である。そのため、空
間的な相関が非常に強い。また、領域係数は、前述した
ように、画像中の人工画像の位置を示すものと考えられ
るので、やはり空間的な相関は非常に強い。濃度係数に
ついても、人工画像を構成する濃度は一般に局所的な変
化が少なく、空間的な相関は非常に強い。

【００１５】請求項１記載の発明は、このような空間的
相関を利用するものであり、各濃度変換係数が所定の領
域内で同じ値であることを検出した場合に、当該領域と
当該値を併せて符号化することで、高い圧縮率を得よう
とするものである。請求項１記載の発明に対応する第１
の実施形態では、空間的相関を利用した２つの方法を用
いて高圧縮を図る。

【００１６】１つ目の方法は、領域係数ビットプレーン
を圧縮する際、各係数ごとに圧縮する前に、領域係数ビ
ットプレーンにある全係数が同じ値を取るか否かをチェ
ックするものである。この方法をここでは「全面ｌｏｏ
ｋ ａｈｅａｄ」と呼ぶ。例えば２つの濃度で記述され
た単純な文字画像や２値画像の場合、全ての領域が濃度
変換され、その結果、領域係数ビットプレーンの全てが
「１」となる。こういった場合には、「ビットプレーン
内の全ての係数値が同じである」という１ビットの情報
（「０」とする）を符号化し、続いて当該係数値を符号
化する。一方、全ての係数値が一緒ではない場合には
「１」を符号化する。

【００１７】２つ目の方法は、領域係数あるいは位置係
数を圧縮する際に、ある程度の連続した係数を単位と
し、その単位内にある全ての係数が同じ値を取るか否か
を符号化する方法である。具体的には、その「単位」は
主走査方向に連続した１６画素とする。この２つ目の方
法は、「ｌｏｏｋ ａｈｅａｄ判断部」と「ｌｏｏｋ
ａｈｅａｄ符号化部」の２つから構成される。「ｌｏｏ
ｋ ａｈｅａｄ判断部」は、直前のラインにおいて、当
該１６ビット（以下、「対象１６ビット」）に対応する
１６ビット（以下、参照１６ビット）を参照し、当該
「参照１６ビット」が全て同じ値ならばｌｏｏｋ ａｈ
ｅａｄを実行し、そうでない場合にはｌｏｏｋ ａｈｅ
ａｄを実行しない。

【００１８】「ｌｏｏｋ ａｈｅａｄ判断部」の判断の
結果、ｌｏｏｋ ａｈｅａｄを実行することになれば、
「ｌｏｏｋ ａｈｅａｄ符号化部」が実行され、１６ビ
ットの単位内にある全ての係数が同じ値を取るならば、
「単位内の係数は全て同じ値を取る」という１ビットの
情報（「０」とする）を符号化し、続いて当該係数値を
符号化する。一方、全ての係数値が一緒ではない場合に
は、「１」を符号化する。

【００１９】図５は第１の実施の形態における各ビット
プレーン符号化のフローチャートである。各濃度係数の
各ビットプレーンは、符号化される前に注目ビットプレ
ーン中の全ての値（「０」か「１」）が等しいか否かを
まずチェックされる（Ｓ１）。もし等しければ、全面ｌ
ｏｏｋ ａｈｅａｄ成功を表す「０」を符号化し（Ｓ
２）、次いで当該等しい値（図中の「Ａ」）を符号化し
（Ｓ３）、これで符号化が終了する。

【００２０】一方、値が等しくなければ、全面ｌｏｏｋ
ａｈｅａｄ失敗を表す「１」を符号化し（Ｓ４）、次
いで各係数ごとの符号化を始める。この際、ビットプレ
ーン上の係数を主走査方向に連続する１６ビットごとに
分け、「１６ビットｌｏｏｋａｈｅａｄ」を試みる。具
体的には、まず「参照１６ビット」が全て同じ値を取る
か否かを参照し（Ｓ５）、もし同じ値を取らないなら
ば、「対象１６ビット」を個別に符号化する（Ｓ１
０）。

【００２１】一方、「参照１６ビット」が同じ値を取っ
た場合は、次いで「対象１６ビット」が全て同じ値を取
るかを参照し（Ｓ６）、もし同じ値を取るならば１６ビ
ットｌｏｏｋ ａｈｅａｄ成功を示す「０」と当該同じ
値（図中の「Ｂ」）を符号化し（Ｓ７，Ｓ８）、そうで
なければ１６ビットｌｏｏｋ ａｈｅａｄ失敗を示す
「１」を符号化してから（Ｓ９）、「対象１６ビット」
を個別に符号化する（Ｓ１０）。その後、次の１６ビッ
トに移って符号化が進められ、全画素が符号化された時
点で（Ｓ１１でＹ）、符号化が終了する。

【００２２】請求項１記載の発明は、第１の実施の形態
に示したように、濃度変換係数の空間的な相関を利用す
るものであり、圧縮効率を向上させる効果を有する。具
体的には、第１の実施の形態における「全面ｌｏｏｋ
ａｈｅａｄ」は、濃度変換係数が各ビットプレーンで同
じ値を取れば、その全情報を２ビット（ｌｏｏｋ ａｈ
ｅａｄ成功を示す「０」と当該係数値を表す１ビット）
で表すことがことができ、効率的な圧縮が可能である。
一方、ｌｏｏｋ ａｈｅａｄが失敗しても、ｌｏｏｋ
ａｈｅａｄのために余計に符号化しなければならないビ
ットは、「ｌｏｏｋ ａｈｅａｄ失敗」を表す１ビット
のみであり、圧縮性能には実質的に悪影響を及ぼさな
い。

【００２３】また、「１６ビットｌｏｏｋ ａｈｅａ
ｄ」が成功すれば、１６ビット分の情報を２ビットで表
すことができ、効果的に圧縮できる。一方、失敗すれば
１６ビットごとに「ｌｏｏｋ ａｈｅａｄ失敗」を表す
余計な１ビットを符号化することになるが、その前段階
でｌｏｏｋ ａｈｅａｄを実行するか否かの判断を行っ
ており、「参照１６ビット」と符号化しようとしている
１６ビットは、空間的相関が非常に強いので、ｌｏｏｋ
ａｈｅａｄを実行する場合にはかなりの確率で成功す
ることが期待され、実際にはかなりの効果を上げること
ができる。

【００２４】次に請求項２記載の発明に対応する第２の
実施の形態を説明する。濃度変換は、周波数変換と適応
的に行われるという性質のため、符号化する係数は濃度
変換係数と周波数変換係数のうち何れか一方で差し支え
ない。請求項２記載の発明は、かかる適応的な性質を利
用したものである。具体的には本実施の形態では、位置
係数を符号化する際に、２つの方法によりこの性質を利
用する。

【００２５】まず、濃度変換係数及び周波数変換係数の
うちで、一番先に領域係数を符号化する。こうすれば、
復号化側で真先に領域係数が得られるため、続く適応的
符号化に使えるからである。その後、まず１つ目の方法
として、領域係数を参照し、全ての領域が周波数変換す
べき領域である場合には、濃度変換係数は全く符号化せ
ず、逆に全ての領域が濃度変換すべきブロックである場
合には、周波数変換係数を全く符号化しないという方法
を用いる。

【００２６】次に２つ目の方法として、各画素を符号化
する際にも、各ブロックに対応した領域係数の値によ
り、周波数変換係数か位置係数の何れか一方のみ符号化
する。

【００２７】図６は第２の実施の形態における各ビット
プレーン符号化のフローチャートである。まず、濃度変
換係数及び周波数変換係数のうちで、領域係数が始めに
符号化される（Ｓ２１）。次いで他の変換係数を符号化
しようとする際には、まず全ての領域係数が等しいか否
かがチェックされる（Ｓ２２）。もし等しければ、その
領域係数が濃度変換に対応しているか否か判断し（Ｓ２
３）、対応したものならば、濃度変換係数のみを符号化
し（Ｓ２４）、周波数変換係数に対応したものならば、
周波数変換係数のみを符号化する（Ｓ２５）。これで符
号化が終了する。

【００２８】一方、領域係数が全て等しくはない場合に
は、各ブロックごとに符号化が行われる。その際、まず
符号化しようとする注目ブロックが濃度変換されたブロ
ックなのか周波数変換されたブロックなのかを領域係数
を参照して確認し（Ｓ２６）、濃度変換されたブロック
ならば濃度変換係数のみを（Ｓ２７）、そうでないなら
ば周波数変換係数のみを（Ｓ２８）、符号化する。この
作業が各２×２ブロックごとに行われ（Ｓ２９）、符号
化が終了する。

【００２９】請求項２記載の発明は、第２の実施の形態
に示したように、適応的な変換という性質を利用するも
のであり、圧縮効率を向上させる効果を有する。具体的
には、第２の実施の形態において、全領域係数が等しけ
れば、濃度変換係数か周波数変換係数のうちの何れかを
全く符号化しないという方法により、符号化が必要な情
報量はかなり軽減され、またソフトにおける処理スピー
ドも向上する。各画素単位で領域係数を参照して適応的
に符号化を行う方法についても同様で、軽減される符号
化量は画像全体ではかなりの量になる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ブロック内の濃度数に応じて変換方法を変える適応的な
変換において、周波数変換係数及び濃度変換係数を効率
よくエントロピー符号化することが可能な画像符号化方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】周波数変換の一例として使用するウェーブレッ
ト変換を示す説明図である。

【図２】ウェーブレット変換の例を示す図である。

【図３】領域判定の例を示す図である。

【図４】濃度変換の例を示す図である。

【図５】第１の実施の形態における各ビットプレーン符
号化のフローチャートである。

【図６】第２の実施の形態における各ビットプレーン符
号化のフローチャートである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像変換装置において作成された濃度変
   換係数をエントロピー符号化する画像符号化方法におい
   て、 画像データをｍ×ｎ（ｍ，ｎは整数）画素のブロックご
   とに分割する分割工程と、 前記分割工程によりブロックごとに分割された画像デー
   タを周波数分解して周波数変換係数を得る周波数変換工
   程と、 ブロック内にある互いに異なる濃度の数が所定値である
   か否かによって領域を判断する領域判断工程と、 ブロック内にある互いに異なる濃度の数が所定値である
   ブロックについては画素値を周波数変換以外の方法で変
   換して濃度変換係数を得る濃度変換工程と、 前記領域判断工程の判断結果に基づいて、互いに異なる
   濃度の数が所定値以外の値を取るブロックについては前
   記周波数変換係数を選択し、互いに異なる濃度の数が所
   定値のブロックについては前記濃度変換係数を選択する
   変換方式選択工程と、 各濃度変換係数が、所定の領域内で同じ値であることを
   検出した場合に、当該領域と当該濃度変換係数値を併せ
   て符号化する符号化工程と、 を有することを特徴とする画像符号化方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、 濃度変換係数のうちに、各ブロックを周波数変換したか
   それとも濃度変換したのかを示す領域係数が含まれる場
   合は、濃度変換係数を符号化する際に、まず領域係数か
   ら先に符号化し、他の濃度係数を符号化する際には、領
   域係数の有無によりエントロピー符号化の対象とするビ
   ットを選択することを特徴とする画像符号化方法。