JPS63305672A - 多値画像のブロック符号化装置 - 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】 〔概要〕 本発明は、多値画像を複数画素で構成されるブロックに
分割し、該ブロック内の最大階調値と最小階調値の差分
を閾値と比較して、ブロック内の代表階調値を求めて多
値画像をブロック毎に符号化する符号化方式において、
前記閾値を前記ブロック内の階調値の空間分布に応じて
設定することで、ノイズの符号化量を低減しつつ階調差
の小さいエツジ部分の復元を可能にした。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、多値画像のプロ、り符号化方式に係り、特に
、バズの符号化量を低減しつつｉ！ｌｌ差０７４％さい
エツジ部分の復元を可能にできる多値画像のブロック符
号化方式に関する。

数値データに比べて情報量が桁違いに大きい画像データ
、特に、中間調画像やカラーの画像のデータを蓄積し、
あるいは、高速、高品質で伝送するためには、画素毎の
階調値を高能率に符号化する必要がある。

〔従来の技術〕

従来、上記の課題を解決するため手段として、既にブロ
ック符号化方式が以下に示す通り提藁されている。

（１）　　電子情報通信学会論文誌 １９８７年１月号、Ｖｏｌ、Ｊ７０−Ｂ、　ｔｌｍｌ「
濃淡画像の差分適応ブロック符号化」（２）　　画像電
子学会研究会予稿　８６−０２−０５「濃淡画像の多階
調型ブロツク符号化」（３）電子情報通信学会 昭和６２年総合全国大会予稿　１３５９「カラー画像の
可変ブロックサイズ符号化方式」これらの方式は、多値
画像を、隣接する所定の複数画素からなるブロックに分
割し、このブロック内の画情報を、そのブロックを代表
する少数の階！１ｉｔ（階調成分）と、そのブロック内
において上記の代表階調がどのように配置されているか
を示す情報（分解能成分）によって表し、符号化する方
式である。上記（１）、　（２）、　（３）の方式は、
ブロックを表現する代表階調数の与え方と、代表Ｗｔｉ
ｌｌ値の求め方が異なる。

以下では、画像信号が２５６階ｇＮ（８ｂ　ｉ　ｔ／画
素）で、４×４画素にブロックをとった場合について説
明する。

（１）の方式 この方式は、画像をｍＸｍ１ｌｉ素の大きさのブロック
に分割してブロック内の最大階調値と最小階調値の間を
２自レベルに線形量子化し、これをビットブレーン形式
で伝送するものである。

画像情報を基準レベル、差分値、分解能成分（ビットプ
レーン情報）の３成分に分けることを特徴とする。

ｍ＝４．ｎ−２の場合について説明すると、各ブロック
の階調値の最大値ＬｓＩＩＩ１１と最小値Ｌ１自の間を
第６図に示すように等分割する・Ｌ＾、Ｌｓ、Ｐｓ、Ｑ
ノは次式で与えられる。

基準レベル？　Ｌ＆−（Ｌ、、、＋Ｌ＠１．）／２　　
・・・　■差分値　　：　Ｌｌ（Ｌ−ｍ　−Ｌ−ｔ−）
／２　　・・・　■２階調表示＋Ｐ１・Ｌ　ａ　＋　２
　Ｌ　ｓ　−（＋　　１）　Ｌ　ｍ（ｉｍｌ、２）　　
・・・　■ Ｌ ４階調表示：Ｑ１・ｔ、　、＋−Ｌ　＊−Ｔ（Ｊ　−１
）　Ｌ　ｓ斗 （ｊ−１〜４）　・・・　■ 濃淡画像では、階調変化の小さいブロック程、少ない階
調数で近似表現し得る。

そこで、第７図に示すように、Ｌ、を閾値Ｔｌ。

Ｔ２と比較し、ブロック内のＰｉｔｌｉ変化の大きさに
応じて、１，２．４階調で近似表現する。

最大４階１１（階調成分）を用いるため、ブロック内で
階調を指定するには、画素毎に最大２ｂｉｔの情報（分
解能成分）が必要である。　２ｂｉｔの分解能成分Φ１
．Φ８はそれぞれビットプレーン形式で符号化される。

偉）の方式 この方式は、画像をｍｘｍ画素のブロックに分割した後
、ブロック内の最大値と最小値の大きさに応じて１．２
．３・・・と階調数を与え、非線形量子化し、これをビ
ットブレーン形式で伝送するものである。

ブロック内の表示階調数を閾値Ｔ　１．　Ｔ　＊　・・
・と比較して決定するのは同様であるが、代表階調とそ
の代表階調の配置を、例えば、Ｋ平均アルゴリズムを用
いて決定し、代表階調を非等間隔にとることを特徴とす
る。

第８図に４階調Ｑ＋、Ｑｚ、Ｑ、、ｏ、を表す場合の例
を示す。

（３）の方式 この方式は、画像をｍｘｍ画素のブロックに分割した後
、ブロック内の階調ｘ！１を次式により３つのモードに
分けて代表階調を求め近似表現している。

１階調表現：？ＩＡＸ　（Ｘ！Ｊ）　−ＭＩＮ　（Ｘ目
）　≦Ｔ＋１≦Ｉｎ　　Ｊ≦ｍ　　　　・・・　■２階
調表現：　ＭＡＸ　（Ｘ’？！ｔ）　−ＭＩＮ　（Ｘ’
？’＝）　≦Ｔｚかつ　　　　　　　　　　　・・・　
■ＰＩＡＸ　　（Ｘ（！’ｊ）　　−１’ｌｌＮ　　Ｉ
Ｘ（１’ｊ）　　≦’ｌ”。

１≦ｉ、　１５ｍ１・・　■ 多階調表現二上記■以外か、且つ、■又は■以外の条件
のとき ただし、ＷＡＸ　（・）　、　ＷＩＮ　（・）は最大値
、最小値を表わし、Ｘ　１２’　＋　Ｘ　！’３’はそ
れぞれ平均値より大きい階調と、平均値より小さい階調
を表す。

代表階調として、１階調表現の時は平均値、２階調表現
の時はＸ　Ｉｆｆ’とｘ　ｉｓ’＠平均値、多階調表現
の時は１／２サブサンプリングした後、予測誤差信号を
３ビツト非線形量子化（ＤＰＣＭ）を適用する。

Ｔ　ｒ　、　Ｔ　ｚは閾値であり、この方式では、Ｔ、
として第９図に示すように、ブロック平均値により可変
の閾値Ｔ１を用いることと、同一階調数のブロックが隣
接するとき、それらのブロックの領域が所定の形状に含
まれる場合に限り、領域統合し、複数個のブロックを接
続した領域を、少数の階調で近位表現することを特徴と
する。

また、上記の方式とは別に、雑音が乗った画像のような
特性を持つ網点写真をブロック符号化するとき、圧縮率
を向上させるため、前処理法が次の文献で提案されてい
る。

・電子情報通信学会論文誌 １９８７年２月号Ｖｏ１．Ｎｏ、Ｊ７０−Ｂ、Ｎｏ、２
「網点写真の識別処理方法」 この方法では、短い周期で白黒が変化する網点領域の識
別を次の手順で行なっている。

第１０図に識別処理のフローを示す。

＋１）　　画像信号をＮＸＮｉ１ｌ素からなるブロック
に分割する。

（り　ブロック内画信号の最大レベルＭＡＸＬと最小レ
ベルＭＩＮＬを求める。

（り　予め定められた基準値Ｐと比較して、以下の判定
を行なう。

■　ＭＡＸＬ−ＭＩＮＬ＜Ｐであ゛れば、非網点ブロッ
クと判定する。

■　ＭＡＸＬ　−ＭＩＮＬ≧Ｐであれば、（４）以下の
処理を行なう。

（４）　　ブロック内画信号の平均値で、各画素を２値
化する。

（５）　　ブロック内の主走査方向に連続する画素間で
発生するＯ／１変化の回数ＫＩＩを求める・また、同様
に副走査方向につを１ても０／１変化の回数に、を求め
る。

（６）予め定められた基準値Ｔと比較して、以下の判定
を行なう。

Φ　Ｋ、≧Ｔかつに、≧Ｔであれば、網点ブロックと判
定する。

■　ＫＮ　＜ＴまたはＫｗ＜Ｔであれば、非網点ブロッ
クと判定する。

そして、網点領域と判定されたブロックには、網点構造
を除去するため、３×３画素のマスクの平滑化フィルタ
をかけていた。

そして、平滑化処理がされたブロックに対して符号化処
理していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術のブロック符号化方法においては、ブロックに
割り当てる代表階調数を、単にブロック内の階調レベル
差に応じて与えていたため、雑音とエツジの区別ができ
ず、雑音を含む画像では、階調差の小さいエツジまで再
現しようとすると、符号量が増大するという問題があっ
た。

更に、上記（１１，＋２ｉの符号化方式では、代表階調
を固定閾値Ｔ　＋　、　Ｔ　ｚと比較して決定するため
、階調変化の小さなエツジや模様を低い符号量で再現す
ることが難しかった。

これに対して上記（３）の符号化方式では、可変閾値を
用いるため、中間のレベルの平均階調を持つブロックで
は、階調差の小さいエツジも再現することができた。し
かし、雑音を含む画像では、符号量が増大するという問
題があった。

また、従来の網点写真の識別処理方法におていは、網点
画像を符号化するとき圧縮率を高めるのに有効であった
。しかし、通常の自然画像では、雑音のある領域が網点
ブロック、エツジのあるブロックを非網点ブロックに対
応させても、網点ブロックを平滑化するだけでは、分解
能成分が劣化、し１、良好な画像が得られなかった。

３．杢、発、明つ目的は１．前述した従来の問題に鑑み
、ノイズ、の符号化量を低減しつつ階調差の小さいエツ
ジ部分の復元を可能にできる多値画像のブロック符号化
方式を提供する。ことにあ−１る１、　　、〔問題点を
解決するための手段〕 そして、この目的は、多値画像を隣接する複数の画素か
らなるブロックに分割し、該ブロック毎に該ブロック内
の各画素の階調値を代表させる代表階調値を、該ブロッ
ク内の最大階調値と最小階調値の差分を閾値と比較する
ことによって求め、該ブロック内の各画素の階調値の基
準値と、該ブロック内の代表階調値の分布範囲を示す差
分値と、該ブロック内の各画素の階１１１（１が前記求
めた代表階調値のうちのいずれであるかを示す分解能成
分とを算出し、前記算出した基準値と差分値と分解能成
分とをそれぞれ符号化する多値画像のブロック符号化方
式であって、前記ブロック内の階調値の空間分布を算出
する算出手段と、前記算出手段の検出結果に応じて前記
閾値を異なる値に設定する閾値設定手段と、を設け、該
得られた閾値に基づいて前記代表階調値を求めて前記差
分値及び分解能成分を算出することを特徴とする多値画
像のブロック符号化方式により達成される。

〔作用〕

すなわち、本発明にあっては、ブロック内の多値画像の
階調値の分布状態を識別することで、ブロック内の多値
画像がランダム雑音を有するものであるのか、または構
造的なエツジが存在するのかを判定し、そして、この判
定結果に応じて、代表階調値を定める閾値を可変してい
るので、意味のあるエツジを再現することが可能となり
、且つ雑音の符号化を抑制することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る多値画像のブロック符号化方式の
実施例のブロック図である。

図において、端子１から入力された多値画像データは、
バッファメモリ２に１ブロツクライン分蓄積され、そし
て、このバッファメモリ２より１ブロツクずつ多値画像
データＸ１ｊが読出される。

すなわち、第２図の）に示されるように原画像を４×４
百素で構成されるブロックに分割しくこのうちのｌブロ
ック（第２図（ａ）に示す）の多値画像データＸ！ｊが
順々に読出される。

階調４変・化量検出部３は入力された多値画像データＸ
ＪＪから最大階調値し１１．と最小階調値Ｌ　ｍＬａを
検出して出力する。

次に、空間分布測定部２０を構成する中間値計算部４は
最大階調値及び最小階調値Ｌ　＠＠に＋　Ｌ　１１１１
１に基づいて、中間値（＋Ｌｍ＊ｇ　＋Ｌｅｔ、）／２
を計算して出力する０例えば、ブロック内の多値画像の
階調値が第２図（ａ）に示すような場合には、Ｌ　＋ｓ
ａヨが’６３ＪＩＬ＠１１１が「５１」であるため、中
間値は、ｒ−５７」となる、そして、２値化部５は、□
　　　階調値変化量検出部３からの多値画像データＸＩ
Ｊと中間値ｒ５７Ｊ杏を比較してこの多値画像データＸ
日を２値化する。この２硫化された結果を第３図に示す
、２値化データ格納部６は、この２値化されたデータλ
ｉＪを１ブロツク分蓄積する。そして、変化回数計数部
７は２値化データ格納部６から２値化データλ轟ｊを水
平方向と垂直方向に夫々順々に続出して、夫々の“１”
、“０°の変化回数Ｒ１及びＲ８を計数する。第３図に
示す例では、水平方向の変化回数Ｒ＋は「４」、垂直方
向の変化回数Ｒ３は「２」である。

このようにして、ｌブロック内の空間分布を、ブロック
内の１１″、Ｏ゛の変化回数Ｒ，とＲ２を計数すること
で測定する。

そして、閾値選択部８では、変化回数計数部７からの計
数結果Ｒ，とＲ１が入力さ瞥この計数結果Ｒ１とＲ１を
予め与えられた閾値Ｓと比較することにより、Ｒ３≧Ｓ
かつＲ１≧Ｓならば、代表階調数判定の閾値Ｔ、につい
て、大きい値ＴＩＮを選択するように階調数決定部９に
指示する。

一方、Ｒ１＜ＳまたはＲ１＜Ｓならば、代表階調数判定
の閾値Ｔ１について、小さい値ＴＩＬを選択するように
階調数決定部９に指示する。

つまり、両方向の変化回数がともに、所定の閾値Ｓより
大きい場合、そのブロックはランダム雑音を持つものと
判定し、ｒｊＪ値Ｔ、の値を大きくして、Ｉ階Ｗｆｔ子
化の発生確率を高くする。逆にいずれか１方向でも回数
が少ない場合は、構造的なエツジがブロック内に存在す
るものと判定し、閾値Ｔ１の値を小さくして、２Ｗｔ！
ｌ！ｉ量子化の発生確率を高くするものである。

この方法は、下記のように定式化される。

λ＋ｊ−ＯＸムｊ≧（Ｌ、□＋Ｌ−＋、　）／２λＩＪ
”Ｉ　　Ｘ１ｊ＜　（１，□＊　＋　Ｌ−ｔ−）　／　
２ｉｆ　　Ｒ，≧５ａｎｄＲ１≧５ ｔｈｅｎＴ＋　＝Ｔ＋ｎ ｅｌｓｅＴｔ　−ＴＩＬ　（ＴＩＮ＞ＴＩＬ）次に、　
階調数決定部９では、階！Ｉ変化量検出部３からのブロ
ック′内最大階調値し、□と最小階調値Ｌ　ｖａｉｎに
基づいて、差分値り、□−り、轟、を求める。

そして、閾値選択部８よりの指示に基づいて選択した代
表階調数判定の閾値Ｔ１と差分値とを比較し、代表階調
数を１にするか、または２以上をとるかを決定する。更
に、代表階調数が２以上と判定したときは、求めた差分
値を、予め与えられた第２の閾値Ｔ２と比較し、代表階
調数が２か、あるいは４以上かを決定する。

続いて、代表階調値決定部１０は、得られた代表階調数
に応じて、ブロック内の階調を線形量子化、または、非
線形量子化により求める。

つまり、代表階調数がｒｌＪの場合には、第４図ｔａｌ
に示すように、ブロック内の平均値を求めてこの値を代
表階調値ＯＩとすると共に、基準値Ｌ’ａとする。そし
て、分解能成分Φ１．Φつとして第５図＋８）に示すよ
うに、夫々全画素に固定値「０」を割り当てる。

また、代表ｊｌｉｌｉ数が「２」の場合には、ｉ４図山
）に示すように、まず、（最大階！Ｉ　Ｌ　１１１１＋
１　＋最小階！［Ｌ、ｔ−）÷２＝Ｌ工を中間値として
求め為と共に、次いで、中間値Ｌ工〜最大階調値し１．
８の範囲内の階調値を有する各画素の階調値の平均値と
、同様に、中間値Ｌｐ＋〜最小階調値し、！、の範囲の
平均値とを求め、夫々の平均値を、それぞれ代表階調値
ｐ、、ｐｔとすると共に、上記平均値間の差分値ＬＩｌ
を求める。基準値し、はＰ＋、Ｐａの平均４１７　（Ｐ
Ｉ　＋ＰＲ）　／２として求める。

分解能成分は、第５回倒に示すように、φ２が全画素に
おいて「０」となり、また、代表階調がＰ、ならば、Φ
１−０１代表階調がＰ２ならば、φ１　＝１となる。

更に、代表階調数が「４」の場合には、第４図（ｅ）に
示すように、まず、最大階調値Ｌ　、＋１１１と最小階
調値Ｌ　ｓｉｎの間を４等分し、最大ｌ＠調値Ｌ　６１
１Ｍから１／４の範囲内の階調値を有する画素の階調値
の平均値と、同様にして、最小階調値Ｌ　ｍｉｓから１
７４の範囲内の階調値を有する画素の階調値の平均値と
を求める。そして、基準値ＬＡを両平均値の平均値とし
て求める。また、両平均値間の差分［Ｉ　Ｌ　１１を求
めると共に、両平均値間を３等分する。

このようにして求めた両平均値と平均値間に存在する２
つの等分値とを代表階！１ｉ（１とする。

代表階調値Ｑ＋、ｑ、　Ｑ、、Ｑ−は、第４図（Ｃ１に
示すように割り当てる。

一方、分解能成分は、第５図ＴＣ）に示すように、代表
階調値がＱｌの場合、Φ、−０．Φｚ−０、代表階調値
がＱ、の場合、Φ１−１．Φｇ−０、代表階調値がＣ３
の場合、Φ１−■、Φｚ−０、代表階調値がＱ、の場合
、Φ、−１．Φ、−１となる。

以上の処理を行なうことで、ブロック内の代表階調値、
基準値、及び差分値を算出する。

そして、階調値格納部１２は、このようにして求めた対
象ブロックの代表階！ｊＪ（Ｉを格納する。

比較部１３は、対象ブロックの多値画像データｘＩ、を
１画素ずつ再度読出して階調値格納部１２に格納された
代表階調値と比較し、最も誤差の小さい代表階調値に対
応する分解能成分Φ１．Φ富を出力する。

この分解能成分Φ１．Φ８は夫々分解能成分格納バッフ
ァ１４ａ、１４ｂに格納される。

そして、このバッファ１４ａ、１４ｂの内容が符号化部
１５ａ、１５ｂによって読出され、それぞれ公知のＭＭ
Ｒ符号化処理が行なわれて冗長度を抑圧した後、分解能
成分格納部１６ａ、１６ｂに格納される。

一方、代表階調決定部１０で得られた基準値ＬＡ、差分
値し、は、符号発生部１１８．１１ｂによって可変長符
号化されて夫々バッファメモリ１７ａ、１？ｂに格納さ
れる。

そして、１ｌｉｉ面の処理が終了すると、ｔ、ａ、ｔ、
ｅ。

Φ１．Φ、の符号化信号は夫々マルチプレクサ１８を介
して順次選択して読出されて、上記の順で受信側へ送出
きれる。

尚、本実施例においては、最大階調値し１１．と最小階
調値Ｌ　ｍ４ｍの差分値をＴ１と比較したが、比較する
値は、差分値である必要はなく、ブロック内の階調値の
変化量を表すものであればよく、例えば、線形量子化し
た２階調表現の代表階調の差分値Ｐ　ｒ　　Ｐ　ｚを閾
値Ｔ、と比較するようにしてもよい。

さらに、空間分布測定部においては、２値化の閾値とし
て、最大階調値と最小階調値の平均値を用いたが、２値
化の閾値としては、これ以外にブロック内の全画素の階
調値の平均値を使用するようにしてもよい。

さらにまた、１階調量子化と２階調量子化を区別する代
表階調数判定の閾値Ｔ１を空間分布測定結果に応じて変
化させるようにしているが、同様にＴ　ｔ、　Ｔ　ｓ、
・・・を変化させることができる他、前記ブロック内の
平均値により閾値Ｔ、を変化させるなど、他の判定と組
合せてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ブロック毎に階
調値の空間分布を測定してブロック内の画素の階調値の
状態を判定することで、ブロック内の画素がランダム雑
音を有するのか、意味のあるエツジが存在するのかを判
定して、代表階調数に関する閾値を変化させているため
、エツジの再現性が向上すると共に、雑音の符号化を抑
制することが可能となり、良好な画像を低い符号量で伝
送することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多値画像のブロック符号化方式の
実施例のブロック図、第２図は多値画像のブロック分割
の説明図、第３図は空間分布測定の説明図、第４図は代
表階調値の算出方法の説明図、第５図は分解能成分の説
明図、第６図は画信号の階調範囲の線形量子化の説明図
、第７図はブロック階調数と符号化情報の説明図、第８
図は画信号の階調範囲の非線形量子化の説明図、第９図
は可変閾値の説明図、第１０図は網点ブロック識別方法
の処理フロー図である。 図において、２はバッファメモリ、３は階調値変化量検
出部、８は閾値選択部、９は階調数決定部、ｌＯは代表
階調決定部、１１は符号発生部、１２は階調値格納部、
１３は比較部、１４は分解能成分格納バッファ、１５は
分解能成分符号化部、１６は分解能成分格納部、１７は
バッファメモリ、１８はマルチプレクサ、２ｏは空間分
布測定部である。 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（
ム）原盾、＃のＩフｂツ７ｚｉメ　　　２徨イＬ東値入
り（７２）　　　　　　　　　　　（ｂ）−Ｉｑ方向麦
化Ｒ１ｇ４ ．１１ブチ（クメｔイ仁　Ｒ２＝２ ＼　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　〜゛
Ｓ、　　　　　　　　　　　　も 白□ φｌ　　　　　　乃、Ｐ！ ７′ロツクの・夫示因１咽夾Ｙ片す化・哨゛喜（革７　
図 白−一−−−−−−−− 乙ｍ１ｙｌ ブロック内千灼値 −Ｔ麦閾値 羊　ｑ因 Ｖ；！ｈＸで

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多値画像を隣接する複数の画素からなるブロックに分割
   し、 該ブロック毎に該ブロック内の各画素の階調値を代表さ
   せる代表階調値を、該ブロック内の最大階調値と最小階
   調値の差分を閾値と比較することによって求め、 該ブロック内の各画素の階調値の基準値と、該ブロック
   内の代表階調値の分布範囲を示す差分値と、該ブロック
   内の各画素の階調値が前記求めた代表階調値のうちのい
   ずれであるかを示す分解能成分とを算出し、 前記算出した基準値と差分値と分解能成分とをそれぞれ
   符号化する多値画像のブロック符号化方式であって、 前記ブロック内の階調値の空間分布を算出する算出手段
   と、 前記算出手段の検出結果に応じて前記閾値を異なる値に
   設定する閾値設定手段と、 を設け、該得られた閾値に基づいて前記代表階調値を求
   めて前記差分値及び分解能成分を算出することを特徴と
   する多値画像のブロック符号化方式。