JPS62150475A - 画像処理装置 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は画像データを圧縮するとともに周波数処理する
画像処理装置に関する。

（発明の背景〕 近年、画像データの記憶、伝送時におけるデータ量の削
減ならびに帯域圧縮という目的から、画像のデータ圧縮
がさかんに研究され、実用化されてきている。特に扱う
画像が階調性のある濃淡画像の場合は、１画素当りの情
報量が通常８ビツト。

多いもので１０〜１２ビツトとなるため、画像データを
記憶、伝送する際に、画像１つ当りのデーク州を少なく
したいという目的から、濃淡画像のデータ圧縮が注目を
集めている。

たとえば、医学界においては、大量の放射線画像をデジ
タル化し、保存、管理、伝送しようという動向かおり、
データ圧縮の果す役割１よ大きい。

またデジタル化された放射線画像に階調連理や、周波数
処理などの画像処理を施すことにより診断や研究に役立
てようという目的から画像処理の役割も重要視されてい
る。

従来、データ圧縮方法には、予測符号化やハフマン符号
化等のエントロピー符号化、めるいは画像データを直交
変換で展開した後符号化する変換符号化などがあり、ま
た画像処理の中で特に周波数処理を行なう方法としては
、デジタルフィルターと画像の各画素とのコンボリュー
ションを行なう方法（コンボリューション法と呼ぶ）や
フーリエ変換を用いて、画像を周波数に分解した後処理
を行なう方法がよく知られている。

ところで、画像データの圧縮処理と周波数処理の両機師
を備えた従来の画像処理装置においては、圧縮処理は、
たとえばエントロピー符号化によって実現し、周波数処
理は、コンボリューション法によって実現するといった
ぐあいに２つの処理が各々別々に研究され、対辺されて
きた。しかしながら、このように画像データの圧縮処理
と周波数処理とを切りはなして考える以上、それぞれの
装置を別個に用意する必要があり、装置の構成が複雑と
なるほかに２つの処理を別々に行なうため、処理に要す
る時間か長くなるという問題がある。

（発明の目的および構成） 本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、簡潔な
構成でしかも短い処理時間で画像データの圧縮処理と周
波数処理とを行う画像処理装置を提案することを目的と
し、この目的を達成するために、画像データの圧縮方法
に、直交変換を用いる変換符号化を採用し、かつ、周波
数処理に圧縮処理に用いられるのと同一の直交変換を用
い、画像処理部の直交（逆）変換装置と、画像圧縮復元
部みづけをする重みづけ装置を用意し、重みづけ装置へ
データ入力できる装置を直交変換装置および復号化装置
の一方または双方とし、重みづけ装置からの出力データ
を受は取ることができる装置は直交変換装置および符号
化装置の一方または双方とする構成としたものである。

（実施例） 以下本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による画像処理装置のブＯツ、り線図で
めり、１は、たとえば紙、フィルム、輝尽性螢光体プレ
ートなどの、画像情報記録媒体に記録された画像情報を
読み取り、デジタル信号として出力する画像入力装置で
あり、たとえばレーザー光などの機械的走査またはＣＯ
Ｄなどの固体撮像素子の電気的走査により記録媒体中の
画像情報を電気信号に変換し、ざらにＡ／Ｄ変換器によ
りデジタル信号として出力する画像入力装置である。

しかし、画像入力装置１からの出力信号がデジタル信号
でおれば、画像情報記録媒体の種類や、画像入力装置１
の機構及び装置の個数は何ら限定的なものではない。

次に２は、画像を視覚的にとらえることができる情報と
して出力もしくは表示する画像出力装置でおり、たとえ
ば紙やフィルムなどに画像をハードコピーする装置であ
ってもよいし、画像を表示するＣＲＴなどの表示装置で
あってもよい。またこれらの装置の個数は複数であって
もよいし、異なる装置を並列に配置したものでもよい。

３は、原則として周波数処理を除く画像処理、たとえば
、階調処理、幾可補正処理、画像の拡大、縮少、回転な
どの処理を行なう画像処理装置である。４は画像データ
を直交変換し、変換係数を求める直交変換装置、６は変
換係数を直交逆変換し、画像を再生する直交逆変換装置
である。これら２つの変換装置は別々に存在してもよい
し、１つの装置として存在してもよい。また、直交変換
にはアダマール変換、スラント変換、フーリエ変換、コ
サイン変換、カルネンルーブ変換などのいずれを用いて
もよい。また、１次元直交変換でも２次元直交変換でも
よい。

５は重みづけ装置で、重みづけ装置の内部もしくは外部
に存在するメモリに記憶されているあらかじめ用意され
た複数個の重み関数により変換係数に重みづけを行なう
。重み関数とは重み係数の集合であり、各重み係数は重
みづけを行なう変換係数と１対１に対応づけが可能な実
数値をとる。

また各重み関数内の重み係数のエネルギー分布は任意の
形をとることができる。

７は、変換符号化を行なう上で直交変換機能を除く他の
すべての機能、すなわち変換係数の正規化、量子化、符
号化などの機能を有する符号化装置である。また、画像
をサブイメージに分割し、各サブイメージごとに符号化
する場合は、サブイメージを変換係数の統計的性質によ
り１つ以上のクラスに類別し、クラスごとに最適な量子
化ビット数で量子化するクラス分は手段および量子化手
段を含んでもよい。

８は、符号化された変換係数データ（圧縮データ〉から
、画像を再生する変換復号化を行なう上で、直交逆変換
機能を除く他のすべての機能すなわち符号データ（圧縮
データ）の変換係数への復号化、復号化された量子化デ
ータから実数データへの変換、正規化の解除などの機能
を有する復号化装置である。符号化の際に前）ホしたク
ラス分けが行なわれる場合は、復号化装置においても各
クラスに対応して復号化を行なうものとする。９は本画
像処理装置と通信網により接続された本装置と同一もし
くは類似した装置と主に符号化された画像データを送受
する通信装置で、データ通信部とデータ受信部とからな
る。

１０は、主に圧縮データを記憶してあく記・填装置で、
たとえば、光デイスク装置、磁気ディスク装置、磁気テ
ープ装置、フロッピーディスク装置マ獅る。

なお、前）ホの１〜１０の各装置はコントローラ（図示
ぜず）と接続されており、このコントローラによりｍ制
御されるように構成されている。また、コンローラには
、操作テーブル（図示せず〉が接続されており、この操
作テーブルからユーゲーが処理の種類や手順などの指令
を入力することができるようになっている。

ところで、上記装置１〜１０は、次に示す４つの構成部
分Ａ−Ｄに分類される。すなわち、画像入力装置１と画
像出力装置２とから成る画像入出力部Ａと、画像処理装
置３と、直交変換装置４と、重みづけ装置５と、直交逆
変換装置６とにより構成される画像処理部Ｂと、直交変
換装置４と、重みづけ装置５と、直交逆変換装置６と、
符号化装置７と、復号化具＠８とにより構成される画像
圧縮復元部Ｃと、通信装置９と記憶装置１０とから成る
画像記憶通信部りとである。このとき、画像処理部Ｂ内
の破線で囲まれた直交変換装置４と、重みづけ装置５と
、直交逆変換装置６とから成る周波数処理装置２０は画
像圧縮復元部Ｃと兼用される。

このような構成の画像処理装置における画像の処理手順
は、次の表に示すように４つの手順に分類することがで
き、各手ｉ頃はざらに細かく８つの処理に分けることが
できる。なお、表中の数字は第１図の参照番号で表わさ
れる構成部分による処理を示す。

次に各手順について詳細に説明する。

手＋１１１’ｌ　　１ 手順１は、画像データを画像入力装置１から読み取り、
画像処理した後に画像出力装置２に出力するもので、処
理１−１は、画像処理が周波数処理以外の場合の手順で
あるが、この処理は、本装置の特徴とするところではな
いので説明を省略する。

処理１−２は、画像処理が周波数処理である場合の手順
であり、画像入力装置１で読み取られた画像データは、
直交変換装置４により直交変換される。このとき得られ
る変換係数の各シーケンシ−に行なおうとしている周波
数処理と対応する重み関数の名手み係数が掛は合わされ
、変換係数に小みづけを行なう。重みづけされた変換係
数は、直交逆変換装置６により周波数処理した画像デー
タとして復元される。復元された画像データは画像出力
装置２から出力される。また、画像データが直交変換装
置４に入力される前もしくは、直交逆変換装置６から出
力された後に、画９処理装罫３により階調処理などの画
像処理を施すこともできる。

玉肌２ 手順２は、画像入力装置１で読み取られた画像データを
圧縮し、記憶または送信する手順を示している。

処理２−１は、変換係数に重みづけを行なわないデータ
圧縮手順、すなわち、従来の変換符号化によるデータ圧
縮の手順である。画像入力装置１で読み取られた画像デ
ータが直交変換装置４で直交変換され、このとき得られ
る変換係数が符号化装置７により圧縮（符号化〉される
。圧縮されたデータは画像記憶通信部りへ送られ、通信
装置９から他の装置へ送信されるか、または記憶装置１
０内に記憶される。

処理２−２は、変換係数に重みづけを行なうデータ圧縮
手順である。処理２−１において、得られる変換係数が
符号化装置７へ送られる前に重みづけ装置５によって重
みづけされる。これは画像データを圧縮する処理の途中
で画像の周波数処理を行なったことを示している。すな
わち、画像データの圧縮処理の中に重み関数による変換
係数の重みづけ処理を１つ加えただけで、画像データの
圧縮処理及び周波数処理の２つの処理を同時に行゛なっ
たことを意味する。

また、本処理の場合、画像の周波数処理速度が重み関数
と変換係数との掛は算により決まる速度と等価なため本
処理の処理速度は、圧縮処理と周波数処理を単独に行な
った場合に比べて高速でめる。

なお、処理２−１および処理２−２において、手＋１１
’ｔ　１の場合と同様に画像処理装置３による階調処理
などの画像処理を組み合わせることも可能である。

手１１１ｎ　３ 手順３は、圧縮データから画像を復元し、画像出力装置
２に出力する手順を示している。処理３−１は、圧縮デ
ータを重みづけ装置５を通すことなく画像を復元する手
順、すなわち、従来の変換復号化による圧縮データから
の画像の復元手順である。通信装置９で受信した圧縮デ
ータもし・くは配電装置１０から読み出した圧縮データ
が、復号化緘泗８で直交逆変換可能な変換係数に復号さ
れ、直交逆変換装置６により画像として復元される。

復元された画像は画像出力装置２から出力される。

処理３−２は圧縮データを重みづけ装置５に通した後画
像を復元する手順である。処理３−１において、復元さ
れた変換係数が直交逆変換装置６へ送られる前に重みづ
け装置５によって重みづけされる。これは、画像の圧縮
データから画像を復元する処理の途中で画像の周波数処
理を行なったことを示している。すなわち変換復号化に
より画像を復元する処理の中に、重み関数番こよる変換
係数の重みづけ処理を１つ加えただけで、圧縮データか
らの画像の復元処理および画像の周波数処理の２つの処
理を同時に行なったことを意味する。

また本処理の場合、画像の周波数処理速度が重み関数と
変換係数との掛は算速度と等価なため、本処理の処理速
度は、画像の復元処理と周波数処理を単独に行なった場
合に比べて高速である。

なお、処理３−１および処理３−２において一１手順１
の場合と同様に、画像処理装置３による階調処理などの
画像処理を組み合わせることも可能である。

手順４ 手順４は、データ圧縮された画像に周波数処理もしくは
他の画像処理を施した後、再び記憶または伝送する手順
を示している。

処理４−１は、データ圧縮された画像に周波数処理を施
す場合の手順である。画像記憶通信部りから出力された
圧縮データが復号化装置８により直交逆変換可能な変換
係数に復元される。復元された変換係数は重みづけ装置
５により重みづけが施された後符号化装置７により再び
データ圧縮され、画像記憶通信部りへ送られる。これは
、圧縮された画像データを復号した後周波数処理を施し
、再び圧縮（符号化）して記憶、送信を行なう場合に、
変換係数から画像への復元を行なうことなく、高速に周
波数処理が行なえることを示している。

すなわち通常行なわれる手順（圧縮データから変換係数
を復号し、直交逆変換により画像を復元した後　、周波
数処理を行ない、直交変換処理、符号化処呻により再び
データを圧縮する手順）のデータ復元圧縮過程から直交
変換、直交逆変換の２つの処理を省略し、ざらに周波数
処理を変換係数と重み係数との掛は算処理におきかえる
ことにより、全体として処理の簡略化および高速化が実
現することを示している。

処理４−２は、データ圧縮された画像に各種の画像処理
を施す場合の手順である。処理は、重みづけ装置５を通
るか通らないかによって４つの処理に分類される。すな
わら重みづけ装置５を１度も通らずに処理が行なわれる
場合は、圧縮されたデータから画像を復元し、画像処理
を行ない、再び圧縮するという従来技術の手順となるが
、圧縮データからの画像の復元過程もしくは再び画像デ
ータを圧縮する過程で少なくとも１度重みづけ装置５を
通る場合すなわち少なくとも１度周波数処理を行なう場
合は、周波数処理という画像処理機能が重み係数と変換
係数との掛は算処理におぎかわるため、処理の簡略化お
よび高速化が実現する。

手１１１ｊｉ　４の処理４−１および処理４−２におい
て、画像記憶通信部りの記゛ｌ装衛１０から圧縮データ
を読み出し画像処理した後記憶装置１０に再び記憶する
場合は、次のような方法をとることにより　゛データ圧
縮率を見かけ上高めることができる。

処理４−１において、１０→８→５→７→１０（処理４
−１ａとする）の手順で示される処理を行なう場合、実
際には処理を行なわずに、処理４−１８で用いるはずの
重み関数もしくはこれを参照することができる情報（重
み情報）と、処理対象となった画像の圧縮データを参照
することができる情報（対象画像情報）の２つの情報を
処理を行なったデータの代わりとして記憶装置１０に記
憶する。すなわち処理４−１８において、各処理を終え
た後たとえば第２図（イ）に示すようなフォーマットで
記憶装置１０に記憶する代りに、処理４−１ａの各処理
を行なわずにたとえば第２図（ロ）に示すようなフォー
マットでヘッダ情報のみを記憶装置１０に記憶する。次
に処理４−１ａで周波数処理したはずの画像を復元した
い場合は、記憶されている該当ヘッダ情報内の対象画像
情報を参照することによって、処理４−１８で周波数処
理を施されたことになっている画像の圧縮データを記憶
装＠１０から読み出し、復号化装＠８によって変換係数
を復号化する。また同じくヘッダ情報内の重み情報を参
照することによって、処理４−１ａで重みづけを行なっ
たはずの重み関数を認識し、復号化された変換係数に対
して処理４−１８で行なわれていたはずの重みづけ処゛
理を行なう。この後、直交変換装置６で重みづけされた
変換係数に直交逆変換を施すことによって、処理４１ａ
で周波数処理したはずの画像を復元することができる。

処理４−２で、圧縮された画像データに各種の画像処理
を施す場合も同様に、処理は実際には行なわず、行うは
ずの画像処理内容を指す情報と、処理対象となる画像の
圧縮データを参照することができる対象画像情報を持つ
ヘッダのみを記憶する。たとえば、行なう処理が階調処
理の場合、ヘッダ情報内に該当する階調変換テーブルも
しくは、これを参照することができる情報（階調変換情
報）を記憶すればよい。なお、ヘッダ情報のフォーマッ
トは、第２図（ロ）の形に限定するものではない。そこ
に記憶された情報からどのような画像処理が行なわれた
かを認識することができて、この処理を再現できるもの
であれば、どのようなフォーマットであってもよい。

この方式によれば、記憶装置１０内の圧縮データの構成
は第３図（口〉に示すようになる。すなわら、オリジナ
ル画像の圧縮データファイル１つに対して、複数のヘッ
ダファイル（オリジナル画像に対して、周波数処理や階
調処理などを見かけ上行なった画像のヘッダファイル）
が存在する構成となる。これは第３図（イ〉で示される
ような従来の記憶方式に比べて必要とする記憶容量が９
吊ですむため見かけ上圧縮率を高めることができる。ま
た本方式によれば、処理４−１’、４−２の処理を行な
わずに、処理４−１．４−２を行なったのと同様の効果
が得られるため見かけ上きわめて高速の処理を行なった
のと等価と児なすことができる。

ここで本発明で用いる重み関数の一別の利用法についで
説明する。重み関数表次のような用い方をした場合は、
画像の周波数処理とは異なった効果を有する。すなわち
、変換係数および重み関数が２次元の分布を有するもの
とし、画像データを圧縮する際に用いる重み関数をＷ（
ｕ、Ｖ）、圧縮データから画像を復元する際に用いられ
る重み関数をｗ（ｕ、ｌで表わすとする。Ｗ（ｕ、Ｖ＞
とＷ（ｕ、Ｖ）との間にＷ（ｕ−、■）※ｗ（ｕ。

■＞：１の関係を持たせれば、Ｗ（ｕ、Ｖ＞とＷ（Ｕ、
Ｖ）をそれぞれ画像の周波数処理という目的ではなく、
変換係数の量子化レベルを操作する目的で用いることが
できる。

通常、濃淡画像を直交変換して得られる変換係数のエネ
ルギーは低シーケンシ−側で高く、高シーケンシ−側に
なるほど低くなるため、高シーケンシ−側にゼロピット
を割り当てる傾向が強くなる。そこでＷ（ｕ、Ｖ）を高
シーケンシ−側で重み係数が大きくなるような分布とす
ることにより、ゼロピットが割り当てられるはずのシー
ケンシ−に１ビット以上を割り当てて圧縮する。そして
、圧縮データから変換係数を復元する際に重み関数Ｗ（
Ｕ、Ｖ）により圧縮時にかけられた重みを取り去ってや
る。こうすることにより圧縮時に高シーケンシ−側の情
報が夫ななわれるのを防ぐことができる。また、重み係
数の分布の形を変化させることにより、部分的に変換係
数の量子化レベルを操作することが可能である。

（発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、画像データの圧
縮方法に直交変換を用いる変換符号化を採用し、かつ周
波数処理に、データ圧縮に用いられるのと同一の直交変
換を用い、画像処理部の直交（逆）変換装置と画像圧縮
復元部の直交（逆）変換装置とを共有させることにより
装置全体の構成を簡略化するとともに変換係数に重みづ
けをする重みづけ装置を用意し、重みづけ装置へデータ
入力できる装置を直交変換装置および変換復号化装置の
一一方または双方とし、重みづけ装置からの出力データ
を受は取ることができる装置は直交逆変換装置および変
換符号化装置の一方または双方とする構成としたので、
画像データの圧縮と周波数処理とが簡潔な構成でカリ短
い処理時間で実現でき高速化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による画像処理装置の一実施例のブロッ
ク線図、第２図（イ）は、通常の画像データファイルの
フォーマット、（ロ）は、画像データを持たないファイ
ルのフォーマット、第３図（イ）は通常の画像データの
ファイル構成、（ロ）は画像データを削減したファイル
構成を示す図である。 １・・・画像入力装置、２・・・画像出力装置、３・・
・画像処理装置、４・・・直交変換装置、５・・・重み
付は装置、６・・・直交逆変換装置、７・・・符号化装
置、８・・・復号化装置、９・・・通信装置、１０・・
・記憶装置、Ａ・・・画像入出力部、Ｂ・・・画像処理
部、Ｃ・・・画像圧縮復元部、Ｄ・・・画像記憶通信部
。 Ｎ１図 ｍ−−一−−−鳴一碍一雫輪１−−−−酔一第２図 （イ） 、圧座慣ｉデー５４ｇ、）−事ｉ 第３図 （イ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像データを直交変換して変換係数を求める直交
   変換装置と前記変換係数を直交逆変換する直交逆変換装
   置とを用いて画像データを圧縮し復元する画像データ圧
   縮復元部と、前記直交変換装置および直交逆変換装置を
   用いて前記画像データを周波数処理する周波数処理部と
   から成ることを特徴とする画像処理装置。
2. （２）前記画像データ圧縮復元部が変換係数を符号化す
   る符号化装置と符号化された変換係数を復号化する復号
   化装置とを有し、前記周波数処理部が前記直交変換装置
   および復号化装置のいずれか一方または双方からのデー
   タ入力が可能でかつ前記直交逆変換装置および符号化装
   置のいずれか一方または双方へのデータ出力が可能な変
   換係数重みづけ装置を有する特許請求の範囲第１項に記
   載の画像処理装置。