JPS63185165A

JPS63185165A - 多階調デ−タの圧縮／伸長方式

Info

Publication number: JPS63185165A
Application number: JP62015946A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Takaragi; 宝木　洋一
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-01-28
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1988-07-30

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］本発明は多階調画像データの圧縮／伸長方式に関する。

［従来の技術］従来から、多階調画像データをメモリに蓄え、その蓄え
られた画像データから画像を静止した状態で観察したり
、記録、再生する事が行なわれている。その場合、多階
調の画像データをアナログ−デジタルに変換した場合、
発生するデータ量が大量になるため、原画像データの圧
縮を行なって保存し、又は、圧縮されたデータを伸長再
生する技術が重要になる。

［発明が解決しようとする問題点］従来の画像圧縮／伸長技術は、例えばブロック符号化の
様に、何らかの意味で空１間分解能を損なうものであっ
たり、多階調画像データを白黒２値画像データに変換し
、ラン長を可変長符号で表わすランレングス符号化の様
に階調情報を損なうものであった。

本発明は、従来の欠点を除去し、空間分解能を損なわず
、又人間の視覚にとって、できるだけ、階調情報の損失
を少なくする様に、多階調画像の圧１ｉｉ／伸長を行な
う多階調データの圧縮／伸長方式を提案することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］上記課題を達成するための本発明の構成は、原画像の濃
度頻度の分布より累積濃度頻度の分布をとる手段と、前
記累積濃度頻度の分布から、累積頻度空間を等間隔濃度
空間に量子化する手段と、前記等間隔濃度空間と原画像
の濃′度空間とを、前記累積濃度頻度の分布に応じて対
応付ける手段と、前記対応付けに従って、原画像の濃度
の階調を圧縮する手段とからなる。

上記課題を達成するための更に他の本発明の構成は、原
画像の濃度頻度の分布より累積濃度頻度の分布をとり、
該累積濃度頻度の分布から、累積頻度空間を等間隔濃度
空間に量子化し、前記等間隔濃度空間と原画像の濃度空
間とを、前記累積濃度頻度の分布に応じて対応付けた対
応関係を記憶する手段と、前記対応関係に従って前もっ
て圧縮された画像データを格納する手段と、この圧縮さ
れた画像データを、前記対応関係に従って伸長する手段
とからなる。

［作用］上記構成の本発明によると、濃度頻度に従って、頻度の
高い濃度はより細かく階調変換され、頻度の低い濃度は
より粗く階調変換されるので、より多く存在する濃度は
、細かく再生することが可能となる。

［実施例］以下添付図面を参照しつつ本発明に係る実施例を詳細に
説明する。

〈原理〉以下説明する実施例の原理は、原画像の濃度頻度分布よ
り原画像データの情報量をなるべく失わないようにしな
がら、階調に関する圧縮／伸長を行なうものである。詳
しくは、第２図の如く原画像データの濃度ヒストグラム
を求める。その上で、原画像データ中の濃度頻度が相対
的に大きな濃度値（例えば第２図のａ、ｂ）の近傍はよ
り細かく階調をとり、濃度頻度が比較的小さな濃度近傍
（例えばＣ）では濃度頻度の大きなところよりもより粗
く階調をとり、圧縮を行なう事により、原画像データの
階調に関する情報量の損失を少なくするものである。こ
こで、「階調をとる」とは、原画像データがアナログで
あればその階調に適した分解能でデジタル化することを
、原画像データが多階調のデジタル画像データであれば
、その階調のビット数に変換することを意味する。発生
頻度に応じて階調度を可変とすることは、頻度の少ない
濃度は粗く階調をとってデジタル化したとしても、再生
画像に与える影響は少ないから、粗く階調をとった分だ
け画像データがより圧縮されるからである。

く累積濃度頻度分布曲線〉更に詳しく説明する。原画像データの濃度分布に基づい
て、第３図に示す累積濃度頻度分布を求める。この累積
濃度頻度分布は横軸を濃度、縦軸を累積度数にとり、あ
る濃度の累積度数とは、その濃度以下の濃度をもつ画像
データの頻度の総数を累積したものである。従って、あ
る１つの原画像の累積濃度頻度分布曲線は、第３図から
も分るようにその曲線は必ず単調増加となり、又、その
曲線の始点は（最小濃度値、０）の座標となり、終点は
（最大濃度値１画素総数）となる。この累積濃度頻度曲
線が単調増加であるということは、第２図のように、１
つの度数値に対して複数の濃度値が存在するということ
がないから、後述するところの濃度値を他の濃度値に非
線形に変換しても、変換前後の濃度値間で、一対一の対
応関係が保存されるという点で重要である。

〈階調変換）原画像がｎ　（＝２’　）階調の画像データをｍ（＝２
’）階調の階調データに変換しくここで、ｎ＞ｍである
）、圧縮を行なう場１合を考えるとする。先ず、第４図
の如く、累積濃度頻度分布図の累積度数の軸をｍ等分す
る。このｍ等分された頻度値Ｎが、累積濃度頻度分布曲
線と交わる点の濃度をＤ　（Ｎ）　とする。ここで、Ｎ
は圧縮された新たな濃度空間の濃度値であり、Ｎ＝０．
１．・・・１ｍ＝＝　２　ｋとなるものである。即ち、
画素総数をｍ等分するということは、画素空間をにビッ
トの濃度空間に変換（対応付け）することを意味するわ
けである。従って、第４図は、ｎ　（＝２ｊ）階調の濃
度空間とｍ　（＝２’　）階調の濃度空間との対応関係
を示し、しかもその入力画像データの頻度分布に最も適
した非線形の濃度変換関係を示したものとなるわけであ
る。何故なら、縦軸がｍ等分されると、頻度の大きな濃
度の近傍は累積濃度頻度分布曲線の勾配が急になるから
、変換後のある濃度ＮとＮ＋１に対応する、変換前の濃
度値Ｄ（Ｎ）。

Ｄ　（Ｎｉ１）より区分される幅は、第４図より明らか
な様に“、原画像の濃度頻度が大かい部分は濃度が細か
く分割され、原画像の濃度頻度が小さい部分は、濃度が
粗く分割されるようになっているからである。この関係
は第５図を参照すると、より明瞭になろう。

（変換テーブル〉そこで、第４図のＮとＤ　（Ｎ）　との対応は常に１対
１のユニークなものであることに着目し、この関係を０
≦Ｎ≦ｍ（＝２’）である全てのＮに対して、ＮとＤ　
（Ｎ）　との関係をテーブル化しておく。即ち、第５図
に示したように、累積濃度頻度分布曲線から、同一の変
換後の濃度値Ｎに対応するところのＤ　（Ｎ−１）〜Ｄ
　（Ｎ）の範囲を決定し、このＤ　（Ｎ−１）〜Ｄ　（
Ｎ）の範囲は前記累積濃度頻度分布曲線の勾配が少ない
ほど、その幅は広くなるわけである。このような変換テ
ーブルを格納しておく手段として、画像毎にデータ書換
えが必要である点に鑑み、ＲＡＭが最も適当であろう。

このようなＲＡＭ等へのテーブル格納方法については後
に詳述する。さて、ｍ　（＝２’　）を粗くすればする
ほど、即ちｍをｎより小さくすればするほど、全体の圧
縮効率は上昇する。そして、全体の圧縮効率は上昇しつ
つも、頻度の高い画素の濃度は、頻度の低い画素の濃度
に比較してより細かく量子化されるから、伸長／再生時
における画像の再現性は悪化しないのである。

〈具体的実施例〉次に具体的な実施例について説明する。第１図は本発明
の具体的実施例についての圧縮／伸長装置のシステムブ
ロック図である。画像入力部１は画像情報をアナログ信
号に変換し、画像圧縮／伸長部９に入力する。画像圧縮
／伸長部９はアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）２、
入力濃度変換回路３、画像メモリ４、出力濃度変換回路
５、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）６、濃度ヒス
トグラム検出回路７、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）８
、変換テーブルメモリ１１で構成される。

画像出力部１０はＤ／Ａ６によりアナログに変換された
画像情報を表示、又はハードコピーするものである。

〈実施例の概略動作〉本実施例では、画像データから濃度ヒストグラムを作成
し、そのヒストグラムから変換テーブルを作成し、その
変換テーブルに基づいて再度同じ入力画像データを読込
んで圧縮変換している。

即ち、濃度ヒストグラム検出回路７はＣＰｔＪ８の指示
により画像データを画像入部１から読み込んで第３図及
び第４図の如き濃度ヒストグラムを、第７図に示したヒ
ストグラムメモリ２０に格納する。ＣＰＵ８はこのヒス
トグラムから前述の変換テーブルを変換テーブルメモリ
１１に作成する。人力濃度変換回路３はＣＰＵ８の指示
により再び、画像入力部１から画像データを読出しつつ
上記変換テーブルに従って、Ｄ　（Ｎ−１）〜Ｄ　（Ｎ
）の範囲内の濃度を変換濃度値Ｎに変換して、この変換
画像データを画像メモリ４に格納する。即ち、画像メモ
リ４に格納された変換画像データは、前記原理の欄で説
明したような圧縮画像データとなっている。又、変換後
の画像データを光ディスク等に格納するときは、再生時
のために、変換後の画像データと共に、変換テーブルを
も一緒に格納する必要がある。尚、これらの実施例の動
作概略の手順を第７図に示す。

この圧縮画像データを再生するときは、出力濃度変換回
路５が変換テーブルメモリ１１に格納されである変換テ
ーブルに従って画像メモリ４からの変換画像データを伸
長する。即ち、圧縮時と同じ変換テーブルを使うことに
より、密に階調化された部分は密な濃度変換に従って、
粗な階調化された部分は粗な濃度変換に従って伸長／復
元されるわけである。従って、画像出力部１０に出力さ
れる画像は、画像メモリ４に格納されていた画像データ
が圧縮されたものであっても、高品質なものとなる。

以下、個々の構成部分の動作説明を行う。

（ヒストグラムの作成〉ヒストグラムメモリ２０は濃度ヒストグラム検出回路７
内に設けられ、そのアドレス入力を濃度値とし、そこに
格納されるのは累積頻度値である、即ち、メモリ２０は
ｎ　（＝２ｊ）階調画像データの全濃度の個々（０〜２
’−１）に夫々対応する頻度値を格納する領域をもって
いるか゛ら、入力濃度変換回路３が人力画像データを順
次読取って、累積頻度値を格納することは極めて簡単で
ある。こうして先ず、第３図の如き濃度ヒストグラムが
得られる。

〈変換テーブルの作成〉第８図は変換テーブルメモリ１１内の変換テーブルの構
成を示す図である。こ９変換テーブルはＲＡＭから構成
され、入力画像データのビット数が例えば１６ビツトで
あれば、１６本のアドレスラインをもち、このアドレス
ラインに１６ビツトの濃度値（例えば、第８図の如＜Ｄ
ｏ＝Ｄ＋ｓ）がアドレスデータとして入力される。さて
、ヒストグラムメモリ２０から、変換テーブルを作成し
て変換テーブルメモリ１１内に展開するのは次のよう′
にする。

第３図、＊４図に示したように、縦軸の最大値は１フレ
ームの画像データの総画素数である。この総画素数を今
、２１個とする。このａビットの画素空間をにビットの
濃度空間（０〜ｍ）に変換するのは、雨空間とも等間隔
空間であるから、ヒストグラムメモリ２０内に格納され
た頻度値を単純に２に一１倍すればよい、この演算は、
ヒストグラムメそす２０から変換テーブルメモリ１１へ
の格納データの８動によってなされる。つまり、ヒスト
グラムメモリ２０から順にデータを読取って、その読取
ったデータを（ｋ−ａ）ビットだけシフトし、レフトし
たデータを変換テーブルメモリ１１に格納する。即ち、
この簡単なビットシフトを行うと、変換テーブルメモリ
１１には変換テーブルが得られるのである。

〈変形例〉上記実施例では、ヒストグラムメモリ２０と変換テーブ
ルメモリ１１を別個に設けているが、両メモリのアドレ
スラインは一致しており、又単にシフトするだけでデー
タを得られるのであるから、両メモリを同一のものとす
ることも可能である。

又、前記実施例では、画像データを記憶・再生する手段
に用いられている。が、多階調データの通信に使用する
事も可能である。又、他の圧縮方式、例えばブロック符
号化の前処理、及び後処理とし・て、本方式を使用する
事により、圧縮効率を高める事ができる。

又更に、前記実施例の画像圧縮／伸長部９は入力画像デ
ータを二環、画像人力部１から読み込むようにしている
。そのために、この画像入力部１は画像データを蓄える
バッファメモリ等を具備している。もし画像圧縮／伸長
部９が例えばテレビジョン画像等であれば、フレームメ
モリをバッファメモリの代用とすることができ、そのと
ぎはヒストグラムを作るときに１つのフレームを画像圧
縮／伸長部９に送り、次のフレームを画像圧縮／伸長部
９に送るようにすることも可能である。フレーム間では
、それほど画像は異ならないからである。

［発明の効果］以上説明した様に、原画像の濃度頻度分布より、頻度分
布が大きい濃度部分では階調を細かくとり、頻度分布が
小さい濃度部分では階調を粗くとる事により、原画像の
階調情報の損失を少なくして階調の圧縮／伸長ができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例の構成図、第２図は濃度頻
度分布の一例を示す図、第３図は累積濃度頻度分布の一
例を示す図、第４図、第５図は画素空間を濃度空間に変
換して、階調変換のための変換テーブルをつくる原理を
説明する図、第６図はヒストグラムメモリ２０の構成図、第７図は実
施例装置の動作外路を説明する手順図、第８図は変換テーブルメモリの構成図である。図中、１・・・画像入力部、２・・・デジタル／アナロ
グ変換器、３・・・入力濃度変換回路、４・・・画像メ
モリ、５・・・出力濃度変換回路、６・・・デジタル／
アナログ変換器、７・・・濃度ヒストグラム検出回路、
８・・・ＣＰＵ、９・・・画像データ圧縮／伸長部、１
０・・・画像出力部、１１・・・変換テーブルメモリ、
２０・・・ヒストグラムメモリである。特許出願人　　　キャノン株式会社第２図第３図第４図０Ｍ第５図第６図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原画像の濃度頻度の分布より累積濃度頻度の分布
をとる手段と、前記累積濃度頻度の分布から、累積頻度空間を等間隔濃
度空間に量子化する手段と、前記等間隔濃度空間と原画像の濃度空間とを、前記累積
濃度頻度の分布に応じて対応付ける手段と、前記対応付けに従つて、原画像の濃度の階調を圧縮する
手段とを具備する多階調データの圧縮方式。
（２）原画像の濃度頻度の分布より累積濃度頻度の分布
をとり、該累積濃度頻度の分布から、累積頻度空間を等
間隔濃度空間に量子化し、前記等間隔濃度空間と原画像
の濃度空間とを、前記累積濃度頻度の分布に応じて対応
付けた対応関係を記憶する手段と、前記対応関係に従つて前もつて圧縮された画像データを
格納する手段と、この圧縮された画像データを、前記対応関係に従つて伸
長する手段とを備えた多階調データの伸長方式。