JPS62172883A - 画像デ−タの直交変換符号化方法 - 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】 （発明の分野） 本発明はデータ圧縮を目的とした画像データの符号化方
法、特に詳細には直交変換を利用した画像データの符号
化方法に関するものである。

（発明の技術的背景および先行技術） 例えばＴＶ信号等、中間調画像を担持する画像信号は膨
大な情報量を有しているので、その伝送には広帯域の伝
送路が必要である。そこで従来より、このような画像信
号は冗長性が大きいことに看目し、この冗長性を抑圧す
ることによって画像データを圧縮する試みが種々なされ
ている。また最近では、例えば光ディスクや磁気ディス
ク等に中間調画像を記録することか広く行なわれており
、この場合には記録媒体に効率良く画像信号を記録する
ことを目的として画像データ圧縮が広く適用されている
。

このような画像データＩＩｆ［方法の一つとして、画像
データの直交変換を利用するものかよく知られている。

この方法は、ディジタルの２次元画像データを適当な標
本数ずつのブロックに分け、このブロック毎に標本値か
らなる数値列を直交変換し、この変換により特定の成分
にエネルギーが集中するので、エネルギーの大きな成分
は長い符号長を割当てて符号化（量子化）し、伯方低エ
ネルギーの成分は短い符号長で粗く符号化することによ
り、各ブロック当りの符号数を低減させるものである。

上記直交変換としては、フーリエ（ＦＯｕｒ　ｉ　ｅｒ
）変換、コサイン（ＣＯ３ｉ　ｎｅ）変換、アゲマール
（ｆ−１ａｄａｍａｒｄ）変換、７］／Ｌｚ−ネンーレ
ーヘ（ＫａｒｉｌＬｌｎｅｎ−ＬＯｅＶｅ）変換、バー
ル（１−１８ａｒ）変換等がよく用いられろか、ここで
アダマール変換を例にとって上記方法をざらに詳しく説
明する。まず第２図に示すように、ディジタルの２次元
画像データを所定の１次元方向に２個ずつ区切って上記
ブロックを形成するものとする。このブロックにおける
２つの標本値Ｘ　（０）とｘ（１）とを直交座標系で示
すと、前述のようにそれらは相関性が高いので、第３図
に示すようにｘ　（１）　＝ｘ　（０）なる直線の近傍
（多く分布することになる。そこでこの直交座標系を第
３図図示のように４５゛変換して、新しいｙ（０）　−
ｙ（１）座標系を定める。この座標系においてｙ　（０
）は変換前の原画像データの低周波成分を示すものとな
り、該ｙ　（０）は、Ｘ　（０）、ｘ（１）よりもやや
大きい１１ｆｆｉ（杓４−２倍）をとるが、その一方原
画像データの高周波成分を示すｙ（１）はｙ　（０）軸
に近い非常に狭い範囲にしか分布しないことになる。そ
こで例えば上記×（０）、ｘ（１）の符号化にそれぞれ
７ビツトの符号長を必要としていたとすると、ｙ（Ｏ）
については７ビツトあるいは８ビット程度必要となるが
、その一方ｙ（１）は例えば４ビット程度の符号長で符
号化できることになり、結局１ブロック当りの符号長が
低減され、画像データ圧縮が実現される。

以上、２つの画像データ毎に１ブロツクを構成する２次
の直交変換について説明したが、この次数を上げるにし
たがって特定の成分にエネルギーが集中する傾向が強く
なり、ビット数低減の効果を高めることかできる。一般
的には、直交関数行列を用いることによって上記の変換
を行なうことができ、極限的には上記直交関数行列とし
て対象画像の固有関数を選べば、変換画像はその固有値
行列となり、行列の対角成分のみで元の画像を表現でき
ることになる。また上記の例は画像データを１次元方向
のみにまとめてブロック化しているか、このブロックは
２次元方向に亘る。いくつかの画像データで構成しても
よ（、その場合には１次元直交変換の場合よりもより顕
著なヒツト数低減効果か得られる。

上述の２次元直交変換で得られた変換データは、各ブロ
ック内で変換に利用された直交関数のシーケンシ−（０
’：　６Ｍ切る数）順に並べられる。このシーケンシ−
は空間周波数と対応が有るので、各変換データは第４図
に示すように縦横方向に周波数順に並ふことになる。そ
こで低周波成分を担う変換データ（第４図の左上方側の
データ）には比較的長い符号長を割当で（前述の１次元
２次直交変換においてＶ（０）に長い符号長を割当てた
ことと対応する）、高周波成分を担う変換データ（第４
図の右下方側のデータ）には比較的短い符号長を割当て
るか、めるいは切り捨てることにより、ブロック当りの
符号長が低減される。以上述べたような直交変換による
画像データ圧縮方法は、例えばＴＶ信号の伝送等におい
て効果を上げているが、最近では例えば医用放射線画像
等、（へめで高階調の画像を前述の光ディスク等に記録
するいわゆる電子画像ファイルが注目されており、この
ような分野ではざらに効率的な画像データ圧縮が望まれ
ている。

（発明の目的） そこで本発明は、以上述べたような直交変換の技術を利
用して、従来よりもざらに圧縮率を高めることができる
画像データの符号化方法を提供することを目的とするも
のである。

（発明の構成） 本発明の画像データの直交変換符号化方法は、２次元画
像データに対して、所定の直交関数に基づいて標本数Ｍ
×Ｍの正方形ブロック毎に２次元直交変換をか参り、 この変換を受けて上記ブロック内で前述のように直交関
数のシーケンシ−頓に並べられた変換データｙ［ｉ、ｊ
）（ｉ、ｊはそれぞれ上記ブロック内のシーケンシー０
からの縦横座標）に対して、ｉ＋ｊ−ａ　（ａ＝３．４
．５・・・・・・２〜４−１）となる変換データどうし
を１ブロックとしてさらに１次元直交変換をかけ、 この変換によって得られた変換データをそれぞれ固有の
符号長で符号化することを特徴とするものである。

（実施態様） 以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明の詳細な説
明する。

第１図は不発明の画像データの直交変換符号化方法を実
施する装置を概略的に示すものである。

中間調画像を示す画像データ（原画像データ）Ｘは、ま
ず前処理回路９に通され、雑音除去のための平滑化等デ
ータ圧縮効率を上げるための前処理を受ける。この前処
理を受けた画像データＸは直交変換回路１０に通され、
まず２次元直交変換を受ける。この２次元直交変換は例
えば第５図に示すように、上記画像データＸが示す中間
調画＠Ｆ内の標本数（画素数）Ｍ×Ｍの正方形ブロック
Ｂ毎に行なわれる。なおこの直交変換としては、例えば
前述のアダマール変換が用いられる。このアダマール変
換は、その変換マトリクスが＋１と−１のみからなるの
で、他の直交変換に比べればより簡単な変換回路によっ
て実行されうる。また周知の通り２次元直交変換は１次
元直交変換に縮退することができる。つまり上記２次元
ブロックＢ内のＭ×Ｍ画素に関する画像データに対して
縦方向に１次元直交変換をかけ、ざらに、得られたＭ×
Ｍの変換データに対して横方向に１次元直交変換をかけ
ることによって２次元直交変換が行なわれる。なお、縦
方向、横方向の変換の順序は逆であってもよい。

上記の２次元直交変換によって得られた変換データｙは
、第４図に示すように各ブロックＢ内で、上記直交変換
の基になった関数（例えばアダマール変換にあってはＷ
ａｌｓｈ関数、フーリエ変換にめっては三角関数等）の
シーケンシ−頓に縦横方向に並べられる。前述のように
このシーケンシ−は空間周波数と対応しているので、変
換データｙは上記ブロックＢ内で、縦横方向に空間周波
数順に（つまり画像のディテール成分の粗密の順に）並
ぺられることになる。なおこの第４図では、最上位左端
の変換データＶ（１，１＞がシーケンシー０（ゼロ）に
対応するものであり、周知のようにこの変換データｙ（
１，１）はブロックＢ内の平均画像濃度を示すものとな
る。

このように並べられた変換データｙはざらに別の直交変
換回路１１に送られ、該ブロックＢの縦横方向に対して
斜めの１次元方向にブロック分けされ、各ブロックＢ′
毎に１次元直交変換を受けて変換データｙ′とされる。

このブロックＢ′は第４図に示すように、前記正方形ブ
ロックＢにおける各変換データの位置をｙ（ｉ、ｊ＞と
表わしたとき（１，Ｊは縦横方向の座標で、ｒ、　　ｊ
＝１゜２．３・−・・・・Ｍ）、ｉ　＋ｊ　＝ａ　（ａ
＝３．４．５−・・・・・２Ｍ−１＞となる変換データ
ｙを集めて構成される。

ブロックＢが標本数Ｍ×Ｍの正方形ブロックであるとき
、上記ブロックＢ′内の変換データｙは、はぼ同一の空
間周波数成分であると考えられる。

したがってそれらの変換データｙは相関性が有る（つま
り冗長性が有る）が、上述のように１次元直交変換を受
けることにより独立性が高くなり、低周波成分（大エネ
ルギー成分）がブロックＢの上辺側あるいは左辺側に集
中するようになる。すなわち第６図により概略的に説明
すると、前記２次元直交変換後の変換データｙにおいて
所定値以上のエネルギーとなるデータが図中ドツトを付
した領域に集中していたとするとく勿論２次元直交変換
の効果により、左上はど大エネルギーとなる）、ざらに
１次元直交変換を施すことにより、上記所定値以上のエ
ネルギーとなるデータは図中斜線の領域に集中すること
になる（低周波成分がブロックＢの上辺側に集中した場
合）。

このように特定成分にエネルギーが集中した変換データ
ｙ′は、第１図図示の通り公知の符号化回路１２に送ら
れて符号化（量子化）されるが、上述の通りこの変換デ
ータｙ′は特定成分にエネルギーが集中しているから、
このエネルギーが高い低周波成分には比較的長い符号長
を与え、一方エネルギーが低い高周波成分には比較的短
い符号長を与える（あるいは画像再生装置の分解能等を
考嗜して切り捨てる）ことにより、ブロックＢ当りの必
要なビット数が低減され、画像データ圧縮が達成される
。しかもこの場合、先に述べたように変換データｙ′の
エネルギー集中の度合いは、２次元直交変換のみによる
変換データｙよりもエネルギー集中の度合いが高いので
、２次元直交変換のみを行なった場合よりもざらに顕著
な画像データ圧縮効果が１ｑられる。

このようにして符号化された画像データｆ　（ｙ）は、
記録再生装置１３において例えば光ディスクや磁気ディ
スク等の記録媒体（画像ファイル）に記録される。上記
の通りこの画像データｆ　（ｙ）は原画像データＸに対
して大幅な圧縮がなされているから、光ディスク等の記
録媒体には、大量の画像が記録されつるようになる。画
像再生に際してこの画像データｆ　（Ｖ）は記録媒体か
ら読み出され、復号回路１４において前記変換データｙ
′に復号される。この変換データｙ′は逆変換回路１５
に送られて、前記斜め方向の１次元直交変換および２次
元直交変換との逆変換を受ける。それにより原画像デー
タＸが復元され、この原画像データＸが画像再生装置１
６に送られ、該データＸが担持する画像が再生される。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の画像データの直交変換
符号化方法によれば、従来の２次元直交変換による画像
データ圧縮方法に比べてより−１のデータ圧縮が達成さ
れるので、特に高階調の医用画像等を記録する場合には
記録媒体に記録できる画＠量が大幅に高められ、また画
像の伝送に適用された場合には、データ伝送路の大幅な
縮小や伝送時間短縮の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様方法を実施する装置の概略
構成を示す−ブロック図、 第２図および第３図は本発明に係る直交変換を説明する
説明図、 第４．５ａ５よび６図は、本発明方法を説明する説明図
である。 １０、１１・・・直交変換回路　　１２・・・符号化回
路Ｂ、Ｂ’・・・画像データのブロック Ｘ・・・原画像データ　　　　ｙ′・・・変換データｆ
（ｙ）・・・符号化された画像データ第１Ｆ１１ 第２　図 第３図 Ｘ（１３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２次元画像データに対して、所定の直交関数に基づいて
   標本数Ｍ×Ｍの正方形ブロック毎に２次元直交変換をか
   けた後、 この変換を受け前記ブロック内で縦横方向に前記直交関
   数のシーケンシー順に並べられた変換データｙ（ｉ、ｊ
   ）（ｉ、ｊはそれぞれ前記ブロック内のシーケンシー０
   からの縦横座標）に対して、ｉ＋ｊ＝ａ（ａ＝３、４、
   ５……２Ｍ−１）となる変換データどうしを１ブロック
   としてさらに１次元直交変換をかけ、 この変換によって得られた変換データをそれぞれ固有の
   符号長で符号化することを特徴とする画像データの直交
   変換符号化方法。