JPS60197072A - カラ−画像情報の符号化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はカラー画像情報の符号化処理方法に係シ、特に
カラー画像情報の伝送、蓄積を効率良く実現するのに好
適なカラー画像情報の符号化処理方法に関する。

〔発明の背景〕

従来、カラー画像を表現するだめの色信号として、赤、
緑、青（１’ｔＧＢ）信号まだはシアン、マゼンダ、黄
（ＣＭＹ）信号、あるいはテレビジョンの標準方式（Ｎ
ＴＳＣ方式）で利用されているＹＩＱ信号等がある。

ここで、ＲＧＢ信号は、人間の視覚が持つ分光特性に基
づくものであり、ＲＧＢの３つの色の組み合わせによっ
て視覚的に感じることのできるすべての色を等色（ｍａ
ｔｃｈｉｎｇ　）することができる。

また、ＣＭＹ信号は、上記ＲＧＢ信号の補色として得ら
れるものであり、減法混色で色を再現する印刷等で利用
される三原色に関する色信号である。

ＹＩＱ信号は、テレビジョンにおいて、色信号の伝送帯
域の圧縮を目的として考えられた信号であシ、次式を用
いて算出することができる。

・・・・・・・・・（１） しかし、これらの色信号はカラー画像情報を数ビットの
データ幅（符号語量）で量子化することを目的として決
められたものではなく、このため、色信号の変化量と人
間の視覚で感じられる色の変化量とは、均一に対応して
いないという欠点がある。

例えば、第１図に示すように、ＲＧＢの３つの色信号を
座標軸とする色空間において、同一の大きさを持つ色信
号の変化によって生じる色の変化は、色信号の色空間上
の位置によって、視覚的に大きな色の変化であったり、
はとんど色の変化が感じられない場合などがある。

これは、前記したＣＭＹ信号、ＹＩＱ信号等の場合でも
同様であり、いずれも、色信号の変化量とネＲ１覚的な
色の変化量は均一に対応していない。

このため、色信号を数ビットの符号語量で量子化する場
合に、量子化のステップに相当する色信号の変化によっ
て生じる色の変化が大きなばらつき−を持つことになシ
、色の再現性の低下および画像情報の冗長性の増大等の
欠点をもたらす。

また、ＲＧＢ信号、ＣＭＹ信号あるいはＹＩＱ信号等は
、色の三属性と呼ばれている明度、彩度。

色相との対応が明確でなく、このため、３つの色信号の
１つだけを変化させた場合でも、上記色の三属性の全て
に変化を及ぼすという欠点がある。

これは、色信号を数ビットの符号語で粗量子化した場合
に、信号値の演算処理による丸め等の誤差、あるいはノ
イズ重量等があると色の三属性のすべてに影響を与える
という欠点をもたらす。

従来、多くの階調を有する画像情報の符号化処理方法と
して、隣接する画素間の階調相関性を利用した予測符号
化方法が知られている。この予測符号化方法による白黒
多階調画像の符号化処理方法について、図面を用いて説
明する。

第２図に示すように、これから符号化処理を行う注目画
素Ｘｏ、および注目画素に隣接し既に符号化伝送の終了
した参照画素Ｘｌ、Ｘ２　、Ｘ３、等が、それぞれ階調
値ｘｏ　ｌ　ｘｌ　＋　Ｘ２　＋　Ｘ３等を有するもの
とする。これらの注目画素および参照画素は画像面上の
位置的距離が近接していることから、画素間の階調値の
相関性が高いことが予想できる。

そこで、この画素間の階調値の相関性を利用して、例え
ば第２式に示す線型式を用いて、注目画素Ｘｏの階調値
ｘｏを予測した予測階調値ＸＯを算出することができる
。

そして、実際に生起した階調値ＸＱ　と予測階調値ｘｏ
との差分を例えば第３式を用いて算出し、この値を予測
誤差ｅとする。

ｅ＝ｘＯ−ＸＯ・・・・・・・・・（３）前記したよう
に、多階調白黒画像では、隣接画素間の階調値の相関性
が高いことから、第３式でめられた予測誤差ｅの値の発
生確率は、第３図に示すようにＯを最大とする分布とな
ることが予想できる。

そこで、予測誤差ｅの発生確率の高いものには短い符号
語を、発生確率の低いものには長い符号語を割りあてる
ことにより、画像情報に含まれる冗長度を折圧し、効率
の良い符号化を行うことができる。

こうした、白黒画像を対象として開発された従来の符号
化処理方法をカラー画像に適用するためには、３つの色
信号のそれぞれに、白黒画像のために開発された前記符
号化処理方法を用いて符号化処理を実行することができ
る。。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、よシ少ない符号語の量で再現性のよい
カラー画像情報符号化が可能なカラー画像情報の符号化
処理方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、カラー画像を表現する３つの色信号を均等色
空間の座標系で表し、色空間上での色の発生確率および
画素間の色信号の相関性を参照すルコトにヨシ、高い符
号化効率でカラー画像情報を符号化処理することにある
。

本発明の特徴の理解を容易にするために、まず、本発明
で利用する色信号の表し方の具体例について図面を用い
て説明する。

前記したように、カラー画像を表すだめにＲＧＢ信号、
ＣＭＹ信号あるいはＹＩＱ信号等を用いた場合、視覚で
感じる色の変化と色信号の変化の割合は均一に対応しな
いため、色の変化を定量化することは困難である。

そこで、視覚で感じる色の変化量を均一に定量化する目
的で、均等色空間（ＬｌｌｉｆＯｒｍ　ｃ０１０ｒ５ｐ
ａＣｅ　）が考えられており、ＣＩＥ（国際照明学会）
は、１９７６年に、ＣＩＥ１９７６Ｌ”　ｕ＊　ｙ＊、
およびＣＩＥ１９７６Ｌ”　ａ＊ｂ”という２つの均等
色空間を勧告している。

これらの均等色空間は、人間が視覚で感じる色の変化を
定員的に把握するために定めたものであり、視覚的に同
一の変化として感じられる２つの色であれば、どのよう
な色であっても均等色空間上でほぼ同一の位置的力変化
として表すことが可能である。

このため、均等色空間上の座標系で色信号を表すことに
よシ次のような利点を得ることができる。

まず、色信号の変化量と視覚的に感じる色の変化量とが
、色空間の全領域に渡ってほぼ均一に対応させることが
できるため、色信号を数ビットで粗量子化する場合に、
色再現性の向上と、冗長のない色信号の量子化が可能と
なる。

さらに、例えば均等色空間ＣＩＥ１９７６Ｌ＊Ｌｌ”Ｖ
”Ｋおける３つの色信号Ｌ＊＋　”　＋　”を次式によ
って第４図に示すように円筒座標系に変換することによ
り、色の三属性と言われている明度、彩度９色相に相当
する３つの色信号り申。

Ｃ＊、Ｈ＊を得ることができる。

上式で得られる３つの色信号Ｌ＊　、Ｃ＊　、Ｈ傘を用
いることにより、色の三属性の相互干渉を取り除くこと
ができるため、１つの色信号に加算される演算誤差やノ
イズ等が、色の三属性に影響を及ぼすことのないという
利点がある。

また、このことから上記３つの色信号を用いることによ
シ、色の三属性をそれぞれ独立して補正できるためこの
補正を行うだめのの信号補正の手段が容易に実現できる
。

次に、本発明で利用する色信号の性質についての具体例
を図面を用いて説明する。

物体の表面が入射光を反射して生じる色（物体色）が均
等色空間上で取り得る範囲は、反射光は入射光よシも強
くなることは無いという原理により、ある範囲内に限定
することができることが知られている。

例えは、第５図（ａ）に示すように、スペクトルの広が
りが狭い、すなわち比較的細な色は、スペクトル全域に
渡って積分した値は小さいため、彩度は高いが明度は低
く彦る。逆に、第５図（ｂ）に示すように、スペクトル
の広がシの太き力色では、その積分値は大きくなるため
、彩度は低いが明度は大きくなる。

上記の例のように、物体表面の反射率に上限が存在する
ことにより、均等色空間において物体色の取り得る範囲
は、第５図（Ｃ）に示すような立体（色立体）の内部に
限定することができる。

このことから、実際に生起する色の発生確率は色空間上
の全領域に渡って均一となることはないと言い換えるこ
とができる。

このような、色の発生確率の不均一性をもたらす要因は
、上記の理論的考察から得られる原理的な要因の他に、
次のような要因がある。

まず、カラー画像の有する統計的性質として、特定の色
の発生確率が高くなることがある。これは、例えば印刷
により得られたカラー画像では、印刷に使ったインクの
種類によって生起する色の数がほぼ限定される。さらに
、印刷された絵柄、模様によって生起する色の発生確率
にばらつきが生じる。これは、印刷された画像に限られ
た性質では無く、カラー写真、絵画あるいはテレビジョ
ンの色信号等についても同様の統計的性質を考えること
ができる。

さらに、カラー画像の入出力装置等の特性によって、生
起する色の発生確率が不均一になることがある。これは
、例えば、入射光を色分解するための光学フィルタの分
光特性、光電変換装置の分光感度、あるいはカラー画像
記録装置のインクの分光特性等の特性によるものである
。

このように、生起する色が色空間上のある範囲内に限定
され、その範囲外での色の発生確率が０であること、さ
らにその範囲内での色の発生確率が均一に分布していな
いことが分るからこのような色信号の性質を利用するこ
とによって、効率良くカラー画像情報を符号化処理する
ことができる。

〔発明の実施例〕

まず、色信号の性質を利用した、色信号の量子化方法に
ついて図面を用いて説明する。

前記したように、色空間上で物体色が取得る範囲は第５
図（Ｃ）に示したような色立体の内部であると限定する
ことができる。

このことを、均等色空間ＣＩＥ１９７６Ｌ”　ｕ本Ｖ＊
における色信号の性質として考えるならば、第６図に示
すように色信号Ｌ＊の大きさによって、色信号Ｕ＊およ
びＶ＊の値のより得る範囲を限定できる。

また、色空間を円筒座標系で表し、色信号として第４式
でめた’Ｌ＊　、　ＣＩ　、Ｈ本を利用するならば、色
信号Ｌ＊の大きさによって、円筒の半径方向の信号Ｃ＊
の値の取シ得る範囲を限定することができる。そして、
ＣＩの値を半径とする円の周長は大きく変化するため、
第７図に示すようにＣＩの値によってＨ本の量子化ステ
ップを変化させることによシ、色空間上でのサンプリン
グ点の間隔をほぼ均一にすることができる。

本実施例では、上記のように、色信号の値の取シ得る範
囲を限定し、量子化に伴う均等色空間上の座標点の距離
間隔をなるべく均一にすることを目的として、色信号の
量子化の方法を適応的に変化させることを特徴の１つと
する。

すなわち、例えば、色信号としてＬ＊、ＣＩ。

Ｈ本を用いた場合には、色信号Ｌ＊の大きさによって、
色信号Ｃ＊の取シ得る範囲を限定し、その範囲内でＣＩ
の量子化を行い、さらに、ＣＩの大きさによって、色信
号Ｈ１の量子化のステップ幅を変化させることによって
、色信号Ｌ＊　、ＣＩ　。

Ｈ本のそれぞれの信号の量子化を実行する。

このようにして、あらかじめ設定した色空間上の色立体
の内部について、色信号の変化量と視覚的に感じる色の
変化量をほぼ均一に対応させることによって、特に色信
号を数ビットの符号語量で粗量子化する際に、色杓現性
の向上および色信号の冗長性の抑圧を達成することがで
きる。

ここでは、均等色空間ＣＩＥ１９７６Ｌ”　ｎ　＊Ｖ＊
を円筒座標系で表し、色信号としてＬ＊　ＣＩＨ＊を利
用する場合について説明したが、均等色空間として、Ｃ
ＩＥ　１９７６Ｌ本ａ＊ｂ＊等を利用することもでき、
さらに座標系として、直交座標系、極座標系等を利用す
ることもできる。

また、均等色空間上の色信号の取シ得る範囲を、カラー
画像情報の入出力装置の特性に応じて変化させたシ、さ
らに入力するカラー画像情報の統計的性質に応じて適宜
変化させることもできる。

さらに、色信号り本、ＣＩ等の量子化ステップ幅を固定
幅とすることなく、その大きさによって適応的に変化さ
せることも可能である。

以上説明した適応型量子化方法を実現するだめの手段と
して、例えば、入力色信号と出力色信号との対応関係を
表にまとめ、この対応表を記憶装置に記憶させておき、
表検索を行うことによシ出力色信号の値をめるー、とが
できる。

このために、例えば第８図に示す色信号変換回路１１０
を用いて、入力端子１０１，１０２゜１０３に入力した
色信号Ｒ，，Ｇ、Ｂによって表検索を行い、信号変換お
よび適応型量子化後の出力色信号Ｌ＊　、ＣＩ　、Ｈ本
をめて出力端子１０４゜１０５．１０６に出力すること
ができる。

また、上記対応表の規模を小さくするために、色信号の
微小変化量については補間法等を利用することにより、
回路規模を縮小できることは言うまでもない。

また、色信号の変換処理あるいは量子化方法を実行する
だめのアルゴリズムを、計算機ソフトウェアあるいは論
理回路等で実現することもできる。

本実施例のカラー画像情報の符号化処理方法では、上記
の色信号の量子化方法を利用すると共に、色信号の生起
確率の不均一性、および画像の画素間の色信号の相関性
を利用して、高効率の符号化処理を実現する。

以下、本符号化処理方法の例を図面を用いて具体的に説
明する。

画像の画素間の色信号の相関性を利用して、注目画素の
色信号値を予測するためには、注目画素に隣接する画素
の色信号および注目画素の既に符号化して伝送した色信
号を参照色信号として利用することができる。

例えば、第９図に示すように、色信号としてＬ＊　、０
１　、Ｈ＊を利用し、画素毎の色信号を、Ｌ”　、Ｃ本
、Ｈ”の順番で符号化して伝送する場合には、既に符号
化して伝送した色信号を順次参照色信号として、次に符
号化伝送する色信号の予測に利用することができる。

これは、上記例のように、画素毎に３つの色信号を符号
化伝送する場合に限らず、走査線毎、フレーム毎に色信
号を符号化伝送する場合にも同様である。

このような参照可能な色信号を用いて、次に符号化伝送
する色信号を予測する方法としては、例えは次に示すｍ
型式を利用することができる。

そして、実際に生起した色信号Ｌ”ｘｏ　、　Ｃ”ｘｏ
　＋Ｈ”ｘｏ　と上記予測色信号Ｌ”ｘｏ　＋　Ｃ”ｘ
ｏ　＋　Ｈ＊ｘｏ　との差分を、予測誤差ｅとして、例
えば次式を用いて算出する。

ここで、色信号の生起する確率が色空間上で不均一に分
布することから、第６式で算出される予測誤差の発生確
率も不均一な分布となることが分る。

例えば、色信号り本が０から１００の間の値をとるとあ
らかじめ分っている場合に、予測色信号Ｌ＊が１００で
あるとすれば、Ｏ≦Ｌ＊≦１００の条件からｅＬ＊≧０
であることがあらかじめ予測できる。すなわち予測色信
号Ｌ＊が１００である場合には、第３図に例示した予測
誤差の発生確率分布とは異った分布を示すことがあらか
じめ分る。

このように、色信号が生起する確率が色空間上で不均一
に分布することがあらかじめ分っていることを利用して
、予測色信号の値によって、予測誤差の発生確率をあら
かじめ予測できる。言い換えれば、予測色信号が色空間
上のどの位置を占めるかによって、予測誤差の発生分布
をあらかじめ予測できる。

この予測誤差の発生確率の分布は、前記したように、色
空間上で物体色の取シ得る範囲、カラー画像の統計的性
質、画像入出力特性、さらに色信号の量子化方法等によ
って影響を受けるが、いずれも、あらかじめ知ることの
できるものが多く、予測色信号と予測誤差の発生順位分
布との対応衣を作成しておくことによシ予測誤差の発生
順位の予測に利用することができる。

そして、予測誤差の発生順位の高いものから、例えば第
１表に示すような符号語を割りあてることにより、効率
の良い符号化処理を実現することができる。

第１０図は、本発明のカラー画像の符号化処理を実行す
る符号化処理装置の一実施例である。図中、１０１，１
０２，１０３は、色信号の入力端子であシ、例えば、Ｒ
ＧＢ信号、ＣＭＹ信号塾るいはＹＩＱ信号を入力する。

１１０は、上記入力色信号を均等色空間上の色信号に変
換するだめの色信号変換装置であり、例えばＲＯＭ（！
Ｊ−ド・オ／す・メモリ）に、入出力信号の対応表を記
憶させておくことにより実現できる。

１２０は変換後の色信号を記憶しておくだめのバッファ
メモリでアシ、このバッファメモリ１２０に記憶されて
いる色信号を利用して、色信号予測装置１３０により次
に符号化伝送する色信号の値を予測する。色信号予測装
置１３０は、例えば、参照色信号の値を線型式に代入し
て演算を行う演算装置によって実現することも、あるい
は、参照色信号と予測色信号との対応表を記憶した記憶
装置によって実現することもできる。

色信号予測装置１３０によって得られる予測色信号と、
バッファメモリ１２０から得られる実際に生起した色信
号との差を、予測誤差算出装置１４０で算出する。

また、色信号予測装置１３０によって得られる予測色信
号を利用して、予測誤差の発生確率に基づいた順位値を
、予測誤差順位発生装置１５０でめる。これは、例えば
、予測色信号と予測誤差順位との対応表を記憶した記憶
装置で実現することができる。

そして、順位変換装置１６０は予測誤差算出回路１４０
′で算出した予測誤差順位発生装置１５０でめられた順
位値に変換する。

こうして得られた、次に符号化伝送する色信号に相当す
る順位値を、符号化伝送装置１７０を用いて符号化伝送
する。この符号化のために、例えば第１表に示した順位
置と符号語の対応表を記憶した記憶装置を利用する。

以上説明した本発明の実施例では、色信号の符号化処理
の方法として、参照色信号の値を線型式に代入すること
によシ予測色信号を算出する方法について説明したが、
線型式を用いずに、参照色信号と予測色信号との相関性
をあらかじめ対応表にまとめておくことによシ、参照色
信号の値から発生確率の高い色信号値を表検索によって
めることもできる。

この方法では、注目画素ＸｏＯ色信号値Ｌ”ｘｏ。

Ｃ”ｘｏ　、　Ｈ”Ｘ６の値と、隣接する参照画素Ｘ＋
＋・・・。

Ｘ４の色信号値り本ｘ　ｓ　”’　ＬＩｘ　ｎ　ｇ　Ｃ
本ｘｏ　−Ｃ”Ｘ　、　。

Ｈ＊ｘ６・・・Ｈ”ｘｎの値との相関性をあらかじめ統
計的に測定しておき、例えば第２表に示すような対応表
を作成しておくことにより、参照色信号の値から注目画
素の色信号を予測することができる。

ただし、注目画素内の色信号を参照する場合、色信号の
伝送順序によって、参照できる色信号の種に制限が加わ
る。

この予測色信号の符号化処理方法としては、予測色信号
を発生確率の高い順番に短い符号語を割シあてておき、
実際に生起した色信号をその符号語に変換する方法、あ
るいは、上記符号語が一定長よシ長くなる場合には、予
測誤差を符号化処理する方法等が利用できる。

また、上記の表検索による予測方法と前記した線型式を
用いた予測方法の両者を組み合わせて、参照色信号を用
いて表検索した結果得られた符号語が一定長より長くな
る場合には、線型式を用いて予測色信号を符号変換する
等の方法を利用して、参照色信号の値の分布によって幾
つかのモード切第２表 シ換えを行うことによシ、表検索に必要な表の規模を縮
小することもできる。

カラー画像の色信号の発生確率の不均一性があらかじめ
分っている場合、例えば白黒画や少数の色しかあられれ
ない画である場合には、第１０図に示しである実施例に
おいて、例えば、色信号変換装置１１０、色信号予測装
置１３０１予測誤差順位発生装置１５０等を、上記入力
色信号の性質に適した装置に、操作者があらかじめ切シ
換えておくことによシ、効率の良い符号化処理を行うこ
とができる。

また、入力色信号の統計的性質を逐次測定する手段を設
けておくことにより、上記各装置１１０゜１３０．１５
０等を逐次変更あるいは修正することによシ、効率の良
い符号化処理を実現することもできる。

本発明の実施例では、カラー画像を構成する画素毎に色
信号の符号化処理する方法について説明したが、画素毎
の色の変化は視覚的に認識が困難であるという観点から
、複数の画素をまとめて１つのブロックとして、ブロッ
ク内を少数の色で近似表現し、近似した色について本発
明の符号化処理方法を適用することが可能であスことは
言うまでもない。

本発明の実施例では、符号化処理する色信号としてＣＩ
Ｅが勧告している均等色空間上の座標系で表した色信号
を用いたが、視覚特性との均一な対応を目的としだ色空
間であるならばＣＩＥの勧告を待つことなく他の色空間
を利用できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、色信号を均等色空間上の座標系で表す
ことによシム間の視覚特性と良く対応した色変化量を表
現することができ、さらに、色空間上で生起する色信号
の発生確率、および画素間の色信号の相関性を利用する
ことによ９色再現性の向上と符号化効率の向上を達成す
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＲＧＢ信号によって定まる色空間上での色信号
の変化を説明する図、第２図は画像を構成する画素の配
置を説明する図、第３図は予測信号と実際に生起する信
号との差（予測誤差）の発生確率分布図、第４図は均等
色空間ＣＩ　Ｅ　１９７６Ｌ　傘１１　＊　ｖ　＊上で
の座標系のとり方を説明する色空間図、第５図（ａ）お
よび第５図（ｂ）は物体色の取シ得る色範囲を説明する
だめのスペクトル分布図、第５図（Ｃ）は物体色の取シ
得る色立体を示した色空間図、第６図は色信号ｕ＊　、
ｖ　傘の取シ得る範囲を説明するために第５図（Ｃ）の
色立体を展開した説明図、第７図は均等色空間ＣＩ　Ｅ
　１９７６　Ｌ”　ｕ”　Ｖ＊ニドの円筒座標系で色信
号を量子化する方法を説明するための図、第８図は入力
色信号を均等色空間ＣＩＥ１９７６Ｌ＊ｕ＊ｖ本上の座
標系で表した色信号に変換するための色信号変換装置を
説明するための図、第９図は予測色信号をめるために利
用できる参照色信号の１例を示した色信号配置図、第１
０図は本発明の力、ラー画像情報の符号化処理を実行す
るための符号化処理装置の１例を示す符号化処理装置の
ブロック図である。 ２１・・・カラー画像、２２・・・カラー画像を構成す
る画素、９０・・・注目画素、１０１〜１０３・・・色
信号入力端子、１１０・・・色信号変換装置、１２０・
・・バッファメモリ、１３０・・・色信号予測装置、１
４０・・・予測誤差算出装置、１５０・・・予測誤差順
位発生装置、１６０・・・順位変換装置、１７０・・・
符号化伝第１図 ０　靭Ｕ’１組 第４図 Ｌ＊ 薯ｆ図 （１１） 的　ｊ長 薯どｍ 薯デｍ （ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カラー画像を表現する３つの色信号の符号化処理方
   法において、 該３つの色信号を均等色空間における座標系で表し、該
   ３つの色信号が上記均等色空間上で生起する確率分布と
   、 画像を構成する画素の画素間の色信号の相関性を参照し
   て該３つの色信号を符号化することを特徴とするカラー
   画像情報の符号化処理方法。