JPS62264764A - 画像情報圧縮方式 - 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」 この発明は、画像情報を伝送したり、蓄積したりする際
に、データ量圧縮のために二次元の画像情報を一次元信
号に変換しその標本点に沿って符号化するための方式に
関するものである。

「従来の技術Ｊ 従来のこの種の方式では画像情報を読み取って一次元信
号に変換する際に、第６図に示すラスクー走査と呼ばれ
る横順次方向に走査する方式で行われていた。このよう
にして得られた一次元信号は画像情報の水平方向の相関
のみを含んでいる。

しかし、一般に画像情報には水平、および垂直の両方向
の二次元相関があるため、前記−次元信号を符号化する
場合に画像情報の持つ二次元相関を十分に利用すること
は困難であり、データ量を十分に圧縮することは困難で
あった。

この様な欠点を補うために、前記−次元信号を符号化す
る際に各標本点間の画像上での二次元的な位置関係を考
慮しつつ符号化を行う手法があり、この様な手法として
二次元のランレングス符号化や二次元ＤＰＣＭが挙げら
れる０両方式とも画像情報の読み取りを横順次方向の走
査で行なって一次元信号に変換するが、二次元ランレン
グス符号化では瞬接する数本の走査線をまとめてランレ
ングス符号化するものであり、走査線間の垂直方向の相
関を符号化に利用することができるが、水平方向の相関
と同等に利用できるわけではない。

また二次元ＤＰＣＭは、−次元信号上のすでに符号化の
終了した標本点のうち、もとの画像上で二次元的に隣接
する標本点を用いて予測符号化を行うものであるが、こ
の−次元信号を横順次方向の走査で得るために、現在符
号化を行っている標本点より上の半平面（既に走査した
面）の相関のみしか利用できず、これより下の半平面（
これから走査する例）の相関は全く利用できない。

この様に画像情報を横順次方向に走査して一次元信号に
変換する方式では、この−次元信号が水平方向の相関し
か含まないため、たとえ符号化時に各標本点の二次元的
な位置関係を考慮したとしても、画像情報が持つ水平、
垂直両方向の相関を対等、かつ同時に利用することは困
難であった。

これに対し本発明では画像情報を読み取って一次元信号
に変換する際に、ペアノ曲線の通過点の順に走査するた
め、得られた一次元信号自体がもとの画像情報の水平、
垂直両方向の相関を含む。このためこの−次元信号の符
号化にあたって、各標本点間の位置関係を考慮する必要
もなく、またもとの画像情報の二次元相関を有効に利用
した符号化が行える。

この発明の目的は、マトリクス形の画素集合で構成され
た画像情慴を符号化する際に、画像の水平、および垂直
方向の相関を同時にかつ対等に利用して、画像情報のデ
ータ圧縮効率を高めることができる画像情報圧縮方式を
提供することにある。

「問題点を解決するための手段Ｊ この発明によればマトリクス形の画素集合で構成された
画像情報を、二次元ペアノ走査入力部により二次元ペア
ノ曲線の通過点の順に走査し、この走査により得られた
一次元信号を符号化部でランレングス符号化方式などに
より符号化する。

この発明の詳細な説明するに当って、まずペアノ曲線に
ついて説明し、次いで画像情報を二次元ペアノ曲線の通
過点の順に走査することで、水平、および垂直方向の相
関を同時にかつ対等に利用できる原理について述べる。

ペアノ曲線は１８９０年にイタリアの数学者Ｇｉｕｓｅ
ｐｐｅ　Ｐｅａｎｏが発見したｎ次元空間を走査するフ
ラクタル曲線の一種であり、この曲線に沿った走査によ
って形成される単一次元上に、走査されたｎ次元空間の
空間的特徴をある程度保存する。

第７図は解像度が３２Ｘ３２に量子化された二次元空間
、つまりマトリクス形画素１１の集合を示し、この画素
集合に対する二次元ペアノ曲線の例を第８図に示す。こ
の発明で扱うペアノ曲線は、Ｈｉｌｂｅｒｔによって示
された直交タイプの二次元ペアノ曲線である。即ち、こ
の二次元ペアノ曲線における曲線の方向変換は全て直角
に行われる。この直交タイプの二次元ペアノ曲線の発生
法は次の通りである。

第９図Ａに示す各辺が同一長のコ字形の曲線をシード（
Ｓｅｅｄ）曲線と呼ぶ。シード曲線の・印を曲線の始点
とする。このシード曲線１個を第９図Ｂに示すように各
辺が３分の１の長さの４個のシード曲線を４つの角に配
して置換え、点線で示す様に各シード曲線を順次接続す
る。この置換え操作が二次元ペアノ曲線を生成するため
の基本的な作業である。すなわち、第９図Ｂの各シード
曲線を同し走査によって再びそれぞれ４個のシード曲線
で置換えると、第９図Ｃに示す様な二次元ペアノ曲線が
得られる。この様に、シード曲線の置換え操作を繰返す
ことで、４ｎＸ４ｎ　（ｎは置換え操作の回数）の解像
度の二次元ペアノ曲線を生成することが出来る。

ペアノ曲線とその応用については下記の文献（１）〜〔
３〕に述べられている。

（１）　Ｒ，Ｊ、５ｔｅｖｅｎｓ、Ａ、Ｆ、Ｌｅｈａｒ
＋ａｎｄ　Ｆ、Ｈ，Ｐｒｅｓｔｏｎ＋”　Ｍａｎｉｐｕ
ｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏ
ｆｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｉｍａｇｅ　ｄ
ａｔａ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅＰｅａｎｏ　５Ｃａｎｌ　
ＩＩ　ＩＥＥＥ　ｔｒａｎｓ、Ｐａｔｔｅｒｎ　Ａｎａ
ｌ　＆Ｍａｃｈ、Ｉｎｔｅｌ　、＋すｏｌ　、ＰＡｌ’
１ｌ−５，ｐｐ、５２０−５２６，５ｅｐｔ。

＋９８３゜ （２）　Ｂ、Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ、Ｆｒａｃｔａｌｓ
−Ｆｏｒｍ、Ｃｈａｎｃｅ　ａｎｄＤｉｍｅｎｓｉｏｎ
、　Ｗ、Ｈ，Ｆｒｅｅｍａｎ＋ｌ５ＢＮ　０−７１６７
−０４７３−０゜ （３）　Ｅ、Ａ、Ｐａｔｒｉｃｋ、Ｄ、Ｒ，Ａｎｄｅｒ
ｓｏｎ、ａｎｄ　Ｆ、に。

Ｂｅｃｈｔｅｌ、ｍａｐｐｉｎｇ　ｍｕｌｔｉｄｉｍｅ
ｎｓｉｏｎａｌ　５ｐａｃｅｔｏ　ｏｎｅ　ｄｉｍｅｎ
ｓｉｏｎ　ｆｏｒ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｏｕｔｐｕｔｄ
ｉｓｐｌａｙ、　’　ＩＥＥＥ　ｔｒａｎｓ、Ｃｏｍｐ
ｕｔ、＋ｐｐ、９４９−９５３゜Ｏｃｔ、１９６８゜ この発明で用いるペアノ曲線の性質をまとめると次の様
になる。

ａ）　連続した曲線が離散空間の各点を一度ずつ通過す
る。

ｂ）　曲線上の隣接する二点は空間内でも隣接する。

Ｃ）空間内で近隣にある二点は曲線上でもだいたい近隣
にある。

以上の性質から、ペアノ曲線の通過点の順にｎ次元空間
を走査することで、空間的特徴をある程度保存したまま
、ｎ次元空間を一次元に変換することができる。従って
、二次元ペアノ曲線に沿って画像情報を走査し、その走
査順に標本点を並べると、もとの画像情報をその空間的
特徴をある程度保存したまま一次元信号に変換すること
が出来る。例えば第１０図Ａに示す様な白黒二値の画像
を（斜線部分の輝度が高レベル、その他は低レベル）、
ペアノ曲線の通過順走査と、横順次方向の走査とにより
１６Ｘ１６画素の解像度で読み取ると、それぞれ第１１
図Ａ、Ｈに示す様な一次元信号が得られる。第１Ｏ図Ｂ
はその際のペアノ曲線走査を示し、始点Ｘに始まり終点
ｙで終る。第十今図Ｂの横順次方向の走査で得られる一
次元信号の方は周期性を強く示しているが、第１１図Ａ
のペアノ曲線走査で得られる一次元信号は原画の黒部骨
の塊を示すまとまった信号になっている。

すなわち、二次元ペアノ曲線に沿って走査して得られる
一次元の信号はもとの画像の水平方向および垂直方向の
相関を同時にかつ対等に表現する。

しかし、横順次方向の走査によるものは垂直方向の相関
を表現出来ない、従づて、二次元ペアノ曲線に沿って走
査して得られる一次元信号を符号化すれば、横順次方向
の走査による一次元信号を符号化するよりも高いデータ
圧縮率を実現することか出来る。

「実施例」 第１図はこの発明の実施例を示す。

この発明においては二次元ペアノ走査人力部１において
、マトリクス形画素集合で構成された画像情報を、その
すべての画素を通過するように二次元ペアノ曲線で順に
走査する。二次元ペアノ走査入力部ｌは例えばテレビジ
ョンカメラなどの画像情報入力装置２と、その出力をデ
ィジタル信号に変換するＡＤ変換器３と、そのディジタ
ル信号が記憶される画像情報蓄積部４と、二次元ペアノ
走査順序格納部５と、二次元ペアノ走査制御部６と、画
像情報蓄積部４、二次元ペアノ走査順序格納部５及び二
次元ペアノ走査制御部６を接続するアドレスデータバス
７とより構成される。

画像情報は画像情報入力装置２によって光電変換しなが
ら入力され、ＡＤ変換器３に出力される。

ＡＤ変換器３は入力された画像情報をデジタル化して、
画像情報蓄積部４に一旦格納する。この画像情報蓄積部
４にマトリクス形画素集合の画像情報が得られる。

二次元ペアノ走査順序格納部５には、画像情報蓄積部４
に格納された４ｎｘ４ｎの画素集合の各画素を二次元ペ
アノ曲線の通過順にアクセスするための画像情報蓄積部
４のアドレス情報が格納されている。例えば、第２図に
示すような４×４の１６個の画素１１から構成される画
像情報の場合に、各画素が画像情報蓄積部４のアドレス
Ａ−Ｐに順次格納されているものとする。この画像情報
をすべての画素を通るように二次元ペアノ曲線の通過点
の順に走査した様子を第３図に示す。同図より、第４図
に示す順に画像情報蓄積部４のアドレス内容を読出せば
、二次元ペアノ曲線の通過点の順に画像情報を走査する
ことが出来る。

二次元ペアノ走査順序格納部５に第４図に示すような順
にアドレス情報を格納しておき（第４図に示した例は４
×４画素の画像情報についての例であるから、実際には
、扱う画像情報のサイズに適合するアドレス情報を格納
する。）、アドレスデータバス７を介して送信側二次元
ペアノ走査順序格納部５から順次アドレス情報を読出し
、そのアドレスにより画像情報蓄積部４に格納された４
ｎＸ４ｎの画像情報を続出して緩衝記憶部８に出力する
。以上の二次元ペアノ走査入力部（における動作の制御
は、二次元ペアノ走査制御部６によって行われる。二次
元ペアノ走査制御部６は例えばマイクロコンピュータを
用いて、既存の技？Ｈによって簡単に実現可能である。

符号化部９は緩衝記憶部８の内容を順次読出し、ランレ
ングスやＤＰＣＭ等の符号化を行い、その符号を伝送部
ｌＯに出力する。

受信側では伝送部ＩＯより伝送された符号を復合化部２
１により復号化して画像情報に変換される。その変換さ
れた画像情報は緩衝記憶部２２に格納される。その緩衝
記憶部２２に格納された画像情報は二次元ペアノ走査出
力部２３により読出される。二次元ペアノ走査出力部２
３は緩衝記憶部２２に接続されたアドレスデータバス２
４と、そのアドレスデータバス２４に接続された二次元
ペアノ走査順序格納部２５、二次元ペアノ走査制御′ｎ
部２６及び画像情報蓄積部２７と、画像情報蓄積部２７
の出力側に接続されたＤＡ変換器２８と、そのＤＡ変換
器２８の出力側に接続された画像情報表示装置２９とよ
りなる。

この二次元ペアノ走査出力部２３の動作は二次元ペアノ
走査入力部ｌと同様である。ただし、二次元ペアノ走査
制御部２６°は、二次元ペアノ走査順序格納部２５に格
納されたアドレス情報をアドレスデータバス２４を介し
て順次読出し、そのアドレスにより緩衝記憶部２２の画
像情報をその人力の順に画像情報蓄積部２７に格納する
０画像情報蓄積部２７に蓄積された画像情報は、送信側
の画像情報蓄積部４に格納したマトリクス形画素集合の
画像情報と同一のものとなり、この画像情報は続出され
、ＤＡ変換器２８によってアナログの画像信号に変換さ
れ、画像情報表示装置２９に表示される。

上述では符号化部９で符号化した画像情報を伝送したが
、各種記憶装置に記憶してもよい。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によればマトリクス形の
画素集合で構成される画像１！を報をそのすべての画素
を通る二次元ペアノ曲線の通過順に走査することで、画
像の水平、および垂直方向の相関を同時かつ対等に表現
する一次元の信号を得ることが出来るから、この−次元
信号を符号化することで、横順次方向に走査して得られ
る信号を符号化する場合よりも、高いデータ圧縮率が得
られるという利点がある。これを実証するための実験例
を第５図に示す。この例では５１２Ｘ５１２画素のカラ
ー人物画の符号化を行った０画像の走査は、カラー画像
を赤、緑、青の三成分に分解し、各成分毎に横順次方向
に走査する方式と二次元ペアノ曲線の通過点の順に走査
する方式との二方弐で行い、各々の走査データに対して
カラーランレングス符号化を行った。その符号化歪はＳ
Ｎ比で表し、情報量は各ランの色情報を赤、緑、青各８
ビットで表すこととし、ラン長の情報量はハフマン符号
化を適用したものとして算出した。この実験では、二次
元ペアノ曲線の通過点の順に走査するこの発明方式は従
来方式（横順次方向に走査する方式）に比べて、画素当
り１．５〜１．７５ビット程度の情報量圧縮を実現し、
この発明が優れていることが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による画像情報圧縮方式の一例を示す
ブロック図、第２図はマトリクス形画素集合とアドレス
との例を示す図、第３図は第２図の画素集合に対するペ
アノ曲線走査を示す図、第４図は第３図による走査順の
アドレスを示す図、第５図はこの発明方式と従来方式と
のデータ量とＳ／Ｎとの関係を示す図、第６図は従来の
横順次方向走査を示す図、第７図はマトリクス形画素集
合を示す図、第８図は第７図の画素集合に対するペアノ
曲線走査及びその一部拡大を示す図、第９図はペアノ曲
線の発生法を示す図、第１０図Ａは１６Ｘ１６画像の例
を示す図、第１Ｏ図Ｂは第１０図Ａのペアノ曲線走査線
を示す図、第１１図は第１０図の画像のペアノ曲線走査
による一次元信号と横順次走査による一次元信号とを示
す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）マトリクス形画素集合の画像情報をそのすべての
   画素を通る二次元ペアノ曲線の順に走査し、この走査順
   に画像情報を出力する二次元ペアノ走査入力部と、その
   二次元ペアノ走査入力部から出力される画像情報を情報
   圧縮符号化する符号化部とを有する画像情報圧縮方式。