JPS63296564A - ビットプレ−ン予測符号化方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、ディジタル画像データの可逆性のある冗長度
を抑圧するビットプレーン予測符号化方法に関するもの
である。

従来の技術 近年磁気ディスク、光ディスク等の記憶媒体の大容量化
、表示の高精細度化が進んでおシ、それと共に画像デー
タのファイリングの需要が多くなってきている。２値画
像データのファイリングという点では、すでに文書ファ
イル装置が一般に普及してきている。しかし多値画像デ
ータの場合は、そのデータ量が多い事から、記憶媒体の
記憶容量が飛躍的に伸びていても、画像データを圧縮す
る必要がある。また、画像の品質もより良いものが要求
されておシ、画質の劣化の少ない画像圧縮方法が必要に
なっている。ファクシミリ等の２値画像データの圧縮で
は主にＭＨ，ＭＲ符号が用いられておシ、高圧縮率でち
ゃ、かつ可逆性のある符号化方法である。しかし、多値
画像データの圧縮に関しては、以前はアナログ的に伝送
周波数帯域を圧縮しようとする”帯域圧縮”であったが
、集積回路などの技術が進歩し、信号をディジタル的に
取９扱うことが処理、品質の面でも有利になってきてい
る。多値画像を量子化し、ｎビット階調をもつ画像デー
タにして、圧縮する方法では、画像に相関性がある事に
着目して、画像データに対して直交変換を施してデータ
を圧縮して、その係数を符号化する方法がある（特開昭
６１−１２３２８０号公報「画像データ圧縮装置」）。

しかし符号化する係数に制限があるため完全には復元は
出来ない。また、可逆性のある符号化方法としては、画
像データの各ビット毎を１枚の２値画像（以下ビットプ
レーンと呼ぶ〕とし、符号化を行っていくビットプレー
ン符号化方法がある。

第８図にその概要を示す。第８図において、ｎは画像デ
ータの階調ピット数で１）、２のｎ乗の階調をもつとす
る。Ｂ１〜Ｂｎは原画データのビットプレーンデータで
あシ、Ｃ１〜Ｃｎはそれに対応する符号化データである
。図よシ、一般にはそれぞれのビットプレーンは１つの
画像データとして、順次符号化（Ｂ１−ＣＩ、・・・・
・・、　３３　Ｈ−Ｃｎ）していくのである。他のビッ
トプレーン符号化方法としては、１つのビットプレーン
内で２次元的に予測を行い符号化していく方法があり（
「ビットプレーンコーディングによる静止画の帯域圧縮
Ｊ１９７７年テレビシロン学会全国大会１４−７参照）
、また別の方法としては、符号化するビットプレーン内
のいくつかの画像データを参照データとして、いままで
符号化したビットプレーンデータも参照して、符号化し
ていく方法（「多値画像の順次再生符号化方式」電子情
報通信学会論文誌ａ　７　／　Ｉ　Ｖｏｌ、Ｉｒｏ　−
Ｂ　鳳１参照）がある。

発明が解決しようとする問題点 以上のようなビットプレーン単位でしかも可逆性のある
符号化方法では、そのビットプレーン内での画素の相関
を利用した符号化は行われている。

しかし、ビットプレーン間の相関は十分に利用されてお
らず、効率的に圧縮されていないという問題点がある。

上記した「多値画像の順次再生符号化方式」では、最初
の参照画素を得た後は他のビットプレーン間の相関も利
用しているが、最初の参照画素についてはそれがないの
である。

問題点を解決するだめの手段 本発明は以上の問題点を解決するために、ｎビット階調
を有するディジタル画像データで、その画像データのビ
ット毎にビットプレーンを構成し、最上位のビットプレ
ーンから順次下位方向へビットプレーンを符号化してい
く場合において、少なくとも最上位のビットプレーンを
第１の符号化手段で符号化し、それ以下のビットプレー
ンに対しては、それまで符号化したビットプレーンの画
像データとビットプレーンのすでに符号化した画像デー
タを参照データとして、符引ヒしようとするこのビット
プレーンを含む階調の量子化レベルの画像データを線形
に予測し、予測データを作り、その予測データと対応す
るこのビットプレーンのデータとを用いて第３の符号化
手段を用い、このビットプレーンのデータを符号化して
いくのである。

作　　用 上記方法によシ、ビットプレーン単位で符号化を行なう
が、ビットプレーン間の相関とビットプレーン内の画素
の相関を有効に利用し、可逆性のある効率良い圧縮符号
化方法′を提供する事ができる。

実施例 以下、図面を用いて、本発明の一実施例について説明す
る。第１図、第２図にそれぞれ本発明の第１．第２の実
施例のブロック図を示し、第３図に本符号化方法の概要
を示し、第４図に本発明におけるビットプレーンデータ
の１次元データの予測の一例、第６図、第６図に符号化
の一例を示し、第７図に２次元データの予測の例を示す
。

第１図において、１は符号化する原画データを格納する
画像メモリ、２は符号化するビットプレーンに対応する
予測データをつくるための参照データを格納する予測参
照メモリ、３は予測参照メモリ２のデータを参照して予
測データをつくる予測部、４は予測データを参照データ
として対応するビットプレーンを符号化する符号化部、
５は符号化データ出力端子である。

第２図において、１１は符号化する原画データを格納す
る画像メモリ、１２は符号化するビットプレーンに対応
する予測データをつくるための参照データを格納する予
測参照メモリは、１３は予測参照メモリ１２のデータを
参照して予測データをつくる予測部、１４は予測データ
と符号化するビットプレーンを比較する比較部、１６は
比較部１４からのデータを符号化する符号化部、１６は
符号化データ出力端子である。

第３図において、ｎは画像データの階調ビット数であシ
、２のｎ乗の階調をもつとする。Ｂ１〜Ｂｎは原画デー
タのビットプレーンデータであシ、ＰＢ２〜ＰＢｎは予
測ビットプレーンのデータ、０１〜Ｃｎはそれに対応す
る符号化データである。

第４図において、Ａは符号化しているビットプレーン内
の符号化しようとするラインデータ、Ｂはすでに符号化
された１ライン前のラインデータ、Ｃはすでに符号化さ
れたビットプレーンのデータを用いて予測したデータ、
Ｄは１ライン前のデータを参照し、Ｃのデータを修正し
たデータを示す。

（ａ）は原画データを上位２ビツトまで量子化している
図を示したものであシ、下方にその２ビツトの２値デー
タ列を示し、■は上位ビット目のデータ列を示し、ａ　
％　ｅは１ビツト目のライン変化点を示す。■は次の２
ビツト目のデータ列を示す。申）は上位１ビツトから予
測したデータとその修正データの次の下位ビットでの量
子化を示しておシ、下方■に修正された予測データの２
ビツト目の２値データ列を示す。第５図において、（１
）は第４図での２ビツト目の原画データ（第４図（ａ）
から抜粋）、（２）はそれに対応する予測データ（第４
図（ロ）から抜粋）、（３）はそれらデータの差、ここ
では排他的ＮＯＲをとったものを示し、図中の■、■は
その一部のランを示す。第６図において、（１）は第４
図での２ビツト目の原画データ（第４図（ａ）から抜粋
）、（２）はそれに対応する予測データ（第４図（ｂ）
から抜粋）を示し、（３）は予測データを参照データと
して、その白／黒の変化点に着目して、その変化点から
の変動量を示し、（４）はそれを符号化した例を示す。

第７図では、２次元的に画像データを表現したもので、
（ａ）は原画データ、申）は予測データ、（Ｃ）は原画
データと、予測データの差を示したものである。

図において、Ａは原画データの上位１ビツト目の白／黒
の境界線を示し、Ｂは原画データの２ビツト目の白／黒
の境界線を示し、Ｃは予測データの２ビツト目の白／黒
の境界線を示し、それらで分割される領域■〜■はそれ
ぞれの画像で■はｏＯ″。

■は０１”、■は１ｏ”、０は“１１”（但し、′１ビ
ット　２ビツト”である）の量子化レベルを示す。Ｄは
原画データ２ビツト目と予測データの２ビツトとの差、
ここでは排他的ＮＯＲをとっている。

以下図を用いて説明する。第１図、第２図の本発明の第
１．第２の実施例をブロック図から説明すると、第１図
において、画像メモリ１に原画データを格納し、すでに
符号化したビットプレーンのデータ、すなわち符号化し
よｐとするこのビットプレーンよシ上位のビットプレー
ンデータと該当ビットプレートのすでに符号化したデー
タは予測の参照データとして、予測参照メモリ２に格納
される。そのデータを参照して、予測部３では予測デー
タをつくる。符号化部４ではその予測データを参照デー
タとして、画像メモリ１からの該当ビットプレーンデー
タを符号化する。第２図においては、第１図と同様に、
画像メモリ１１に原画データを格納し、すでに符号化し
たビットプレーンのデータは予測の参照データとして、
予測参照メモリ１２に格納される。そのデータを参照し
て、予測部１３では予測データをつくる。比較部１４で
は予測データと該当ビットプレーンデータとの差データ
をつくり、符号化部１６ではそのデータを符号化する。

本発明の第１．第２の一実施例のブロック図では、画像
メモリと予測参照メモリを別々にしたが、予測部で参照
すべきデータのみ画像メモリから読むようにすれば、そ
れらを画像メモリ１つにしても差支えない。

次に本符号化方法をさらに詳しく説明する。第３図での
ｎビットの画像データを符号化する場合は、まず最上位
のビットプレーンＢ１を２値画像データの符号化方法を
用いて符号化する（Ｂ１−ＣＩ）。次に２ビツト目のビ
ットプレーンを符号化する場合は、その一部ずつ符号化
していくのである。図中の■に対応するデータを符号化
する場合は、それまで符号化したピットプレートのデー
タ（Ｂ１）を参照して符号化するデータに対応する予測
データ（図中の■）をつくり、その予測データ（図中の
■）と対応する原画データ（図中の■つを用いて符号化
する（Ｂ２（■）、ＰＨ１（■）−０２（図中の■））
。その符号化する場合には、予測データとの差をとシ、
その差データを符号化する場合と予測データを参照デー
タとして、符号化を行なう場合などが考えられる。

次に図中の■に対応するデータを符号化する場合は、そ
れまで符号化したビットプレーンのデータ（Ｂ１）とす
でに符号化したデータ（図中の■）を参照データとして
符号化するデータに対応する予測データ（図中の■）を
つくり、その予測データ（図中の■）と対応する原画デ
ータ（図中の■を用いて符号化する（Ｂ２（■）、ＰＨ
１（■）−０２（図中の■））。これらの操作を繰り返
し、Ｂ２を符号化していくのである。

同様に以下のビットプレーンに対してもこのような操作
を行っていくのである。符号化の処理単位は１ラインに
することも２次元領域にすることも可能である。

次に本発明の一実施例における予測部について説明する
。第４図の（＆）において、Ａは符号化しようとするラ
インデータであり、Ｂはすでに符号化した前ラインのデ
ータである。符号化しようとする原画データを２ビツト
で量子化したデータの１ビツト目■と２ビツト目■を得
る。■）では原画データの１ビツト目のデータを参照デ
ータとして、１ビツト目の白または黒のランが続く区間
内（図中ではａ−ｂ間、ｂ　−ｃ間、ｃ　−ｄ間、ｄ　
−ｅ間）で線形に予測する。あるラン区間での階調レベ
ルは等しいので、ここではそのラン区間の両側のラン区
間との階調レベルの違いにより、予測方法を変化させて
いる。図中のラン区間において、ａ−す間であれば、図
中の右側のラン区間のレベルが高く、左側はないのでこ
こでは低いものと仮定し、ａ−ｂ間では、左下から右上
への直線で示すレベルを予測データＣとする。同様にｂ
　−ｃ間では、左側も右側も低いので、そのラン区間で
は中間点でレベルがピークになるものとして、中間点で
そのラン区間でとれる最大レベルになるような直線で示
すレベルを予測データＣとし、ａ　−ｄ間では、左側も
右側も高いので、そのラン区間では中間点でレベルがピ
ークになるものとして、中間点でそのラン区画でとれる
最小レベルになるような直線で示すレベルを予測データ
Ｃとし、ｄ　−ｅ間では左側のラン区間のレベルが低く
、右側はないのでここでは高いものと仮定し、左下から
右上への直線で示すレベルを予測データＣとする。すな
わちここでは画像データの１次元方向に着目して予測し
ているのである。さらに、上位ビットプレーンから予測
したデータＣを前ラインのデータＢを用いて修正を加え
ていく、図中のラン区間において、ａ−ｂ間では前ライ
ンのデータ２ビツト目のデータとほとんど差異がないの
でＣを予測データとし、ｂ−ｃ間では前ラインデータの
ピーク値（図中Ｐ１）と予測データのピーク値が異なる
ため、中間点のピーク値を前ラインデータのピーク値に
おきかえて、あらたに予測データをＤとする。ａ　−ｄ
間でも同様にして、′新たな予測データＤとする。ｄ　
−０間では前ラインデータの２ビツト目の変化点■１と
予測データＣの２ビツト目の変化点■２力；異なるため
変化点をｖｌに置き換えて予測データＤとする。（ｂ）
のＤが最終的な予測データであシ、そのデータを２ビツ
トで量子化したデータの２ビツト目を下方に示す。

次に本発明の一実施例における符号化方法について説明
する。第６図において、（１）は第４図ｒでの原画デー
タを量子化した場合の２ビツト目であり、（ａ）は第４
図（ロ）での予測データを量子化した場合の２ビツト目
である。符号化するためにまず、予測データと原画デー
タとの排他的ＮＯＲをとシ、誤差分のデータを作シ出す
。その結果を（３）に示す。図よシ、その差データは全
く予測のはずれた部分、例えば■及び■のように原画デ
ータの変化が予測よシ非常に急激であった場合を除いた
部分では予測がはずれた事を示す黒ラン長が短く、当た
った事を示す白ランが長くなっている事がわかる。予測
の精度をあげ、予測が的中すれば、あるいは誤差が小さ
ければ白ランは長くなる。この差データをランレングス
符号化するのである。

ランレングス符号化ではラン長の長いものの発生頻度が
高ければ符号化効率がよくなるので、本実施例では予測
精度をあげることでさらに良い符号化効率を得る事も可
能である。またランレングス符号ではなく算術符号等の
他の２値画像の符号を使用してもよい。

また第６図において、予測データを参照画素として、符
号化する方法を説明する。図中で（１）ｉテは第６図と
同様に原画データと予測データであう、ｆ３）は原画デ
ータ（１）及び予測データ（２）の変化点（図中で点線
で示す）の間の差を示している。（４）ではその差に基
づき符号化を行っている。符号の記号について説明する
。Ｒ（ｘ）は予測データの変化点から右Ｘビットの位置
に原画データの変化点がある事を示し、Ｌ　（ｘ）は予
測データの変化点から左Ｘビットの位置に原画データの
変化点がある事を示ムＰは予測データの変化点に対応す
る原画データの変化点がない事を示し、またＨ　（ｚ）
は対応する予測データの変化点がない場合、符号化され
た原画データの変化点から水平方向にランレングス符号
を施すことを意味しＸはそのラン長を示す。図中におい
て、符号は予測データ（２）の変化点からの原画データ
（１）の変化点の移動量だけを符号化しているのである
。この例では予測データの変化点すべてについて符号化
したが、上位ビットの変化点（図中のａ、ｂ、ｃ、ｄ、
ｅ点〕については予測データと原画データはほとんど変
化がないので、変化があった場合のみ符号を割り当てる
ようにすれば予測の誤差分のみ符号化する事になシ、さ
らに効率のよい符号化が可能になる。いままでは予測の
手法として、１次元方向で行ってきたが、本発明では予
測のデータとして、符号化しようとするビットプレーン
より上位のビットプレーンのデータはすべて使用可能で
あシ、またこのビットプレーンのデータの符号化処理単
位をビットプレーン全体をサブサンプリングしたデータ
とする事で２次元方向での予測処理も可能である。第７
図にその例を示す。第７図（ａ）は原画データであり、
その上位１ビツト（Ａはそのピッ　トで形成される白と
黒の境界線）から、予測したデータを伽）とすると、そ
れらの２ビツト目（図中のＢはそれぞれの２ビツト目で
形成される白と黒の境界線）同士の排他的ＮＯＲをとる
と（Ｃ）のようになる。２次元にすると一＾ｉ４→→→
１次元のように水平の相関だけではなく、垂直の相関も
利用する事になシ、さらに予測の的中率の向上が期待で
きる。それによ仄予測データと原画データの誤差データ
が少なくなり、符号化の効率よくする事ができる。

発明の効果 本発明によシ、以下の効果がある。

多値画像データに対して、ビットプレーン符号化方法の
長所である記録時の任意な階調ビットの設定、及び再生
時の階層的再生を損なうことなく、可逆性のある高効率
の圧縮符号化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例におけるビットプレ
ーン予測符号化方法を具現化する装置のブロック図、第
３図は同符号化方法の概要を示すデータ配列図、第４図
はビットプレーンデータの１次元での予測の一例を示す
状態図、第６図、第６図は符号化の一例を示す状態図、
第７図は２次元での予測及び符号化の一例を示す状態図
、第８図に従来の符号化方法の概要を示すデータ配列図
である。 １・・・・・・画像メモリ、２・・・・・・予測参照メ
モリ、３・・・・・・予測部、４・・・・・・符号化部
、６・・・・・・出力端子、１１・・・・・・画像メモ
リ、１２・・・・・・予測参照メモリ、１３・・・・・
・予測部、１４・・・・・・比較部、１６・・・・・・
符号化部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第４
図 ＜ａ＞ ：：′ °　　　　□　　＝−−−３ 第５図 第６図 （４１Ｆｒ号　／ｄ５）−ＭＯ）”Ｋ（０）’Ｈ（１６
ンーＨ（ｌ二ｆ）　・Ｒ（０）−Ｒ（４ン−Ｈ（１０）
　−Ｈ（９）第８図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｎビット階調を有するディジタル画像データで、
   その画像データのビット毎にビットプレーンを構成し、
   最上位のビットプレーンから順次下位方向へビットプレ
   ーンを符号化していく場合において、少なくとも最上位
   のビットプレーンを第１の符号化手段で符号化し、それ
   以下のビットプレーンに対しては、それまで符号化した
   上位のビットプレーンの画像データとこのビットプレー
   ンのすでに符号化した画像データを参照データとして、
   符号化しようとするこのビットプレーンを含む階調の量
   子化レベルの画像データを予測し、予測データを作り、
   その予測データと対応するこのビットプレーンのデータ
   とを用いて第２の符号化手段を用い、このビットプレー
   ンのデータを符号化する事を特徴とするビットプレーン
   予測符号化方法。
2. （２）第２の符号化手段が予測データと対応するビット
   プレーンのデータとの差を表す誤差データをつくり、そ
   の誤差データを第３の符号化手段で符号化する事を特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のビットプレーン予測
   符号化方法。
3. （３）第２の符号化手段が予測データを参照データとし
   て、ビットプレーンのデータを第４の符号化手段で符号
   化する事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のビッ
   トプレーン予測符号化方法。
4. （４）予測データがビットプレーンの１ラインに対応す
   るデータである事を特徴とする特許請求の範囲第１項、
   第２項または第３項のいずれかに記載のビットプレーン
   予測符号化方法。
5. （５）予測データがビットプレーンの２次元領域データ
   である事を特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項ま
   たは第３項のいずれかに記載のビットプレーン予測符号
   化方法。
6. （６）第１の符号化手段がランレングス符号である事を
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のビットプレーン
   予測符号化方法。
7. （７）第３の符号化手段がランレングス符号である事を
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載のビットプレーン
   予測符号化方法。
8. （８）第４の符号化手段がランレングス符号である事を
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載のビットプレーン
   予測符号化方法。