JPS6386964A - 画像符号化装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、中間調画像情報の符号化に適した′Ｗａ像情
報符号化方式に関するものである。

〔従来技術〕

従来より画像の伝送、蓄積の際その効率を考慮し、符号
化により冗長度を抑圧（一般に圧縮と呼ばれる）するの
が一般的である。

近年ディジタル画像処理技術、デバイス技術の発展に伴
ない、伝送、蓄積の対象となる画像はｚ値から多値に移
っており、更に、解像度も太きくなってきた。この結果
、データ量が膨大となり、高Ｒ”Ｊ−な符号化技術が必
要となってきた。

しかし、これまでの符号化技術は２値画像を対象とした
ものが多く、その代表的なものはファクシミリ用に規定
されたＭＨ、、ＭＲ、ＭＭＲ等であり、この本質、ヒ多
値画像の符号化には適していない。

また、多（ｆｉ両画像符号化技術もいくつか報告されて
おり、ブロック符号化、予Ｊｌｌｌ符号化、直交変換符
号化等が有る。これらはいずれもテレビ画像を対象とし
たものが多く、一般の文書画像、網点画像の符号化には
適していない。

特に直交変換符号化においては、従来シーケンスの小さ
い所に電力が集中する性質を利用していた。この方式に
よると、写真等の連続階調画像に対しては有効であるが
、文書画像や網点画像のように特異なエツジ構造を持つ
画像に適用すると著しい劣化を生じる。

〔目的〕

本発明は、上述従来例の欠点を除去し、文書画像、網点
画像、写真画像の多値データに対して著しい劣化をする
事なく効率的符号化を行う事を目的とする。

〔実施例〕

本発明による符号化方式は、符号化すべき多値画像情報
をｍＸｎのブロックに切り出し、このブロックを１＠位
とし、これに直交変換（アダマール変換）を施し、ブロ
ック内の特徴抽出を行ない、いくつかのカテゴリに分類
する。そして、その後各カテゴリ毎に最適な量子化を施
すものである。

第１図は、本発明を適用した符号化回路の一構成例を示
すものである。

１０１はアダマール変換部、１ｏ２はカテゴリ分類を行
うセグメンテーション部、１０３はセグメンテーション
部１０２からの出力により、カテゴリに対応した量子化
器を選択するセレクタである。１０４は明度平均値を表
す係数Ｙ　１１用のスカラ量子化器であり、１０５．１
０６及び１０７は各カテゴリに適し°たスカラ量子化を
行うスカラ量子化器、１０８，１０９及び１１０は各カ
テゴリに適したベクトル量子化器である。尚、スカラ量
子化器、ベクトル量子化器はカテゴリ数に応じて増減さ
れる。１１１は各カテゴリのベクトル量子化器の出力の
中からセグメンテーション部１０２からの出力により、
処理対象となっているブロックに応じたものを選択する
セレクタであり、前段のセレクタ１０３と同様の働きを
するものである。

ここで動作について説明を行なう、１画素８ｂｉｔ（２
５６階調）の画素データを４画素×４画素のブロックに
切り出したデータをアダマール変換部１０１により７ダ
マール変換すると、係数Ｙ　１１は０〜１０２０、即ち
、１Ｏｂｉｔの値をとり、又、Ｙ　１２〜Ｙ４４は各々
−５１０〜＋５１０、即ち１０ｂｉｔの値をとる。そこ
で、係数Ｙ　１１をスカラ量子化器１０４で８ｂｉｔの
データに量子化し、これをブロック内明度平均とする。

Ｙ１１〜Ｙ４４はセグメンテーション部１０２により、
これらの係数の値の大小に応じ元の画像データの特徴に
応じた数種のカテゴリに分類される（本実施例では１６
種類とする）、セレクタ１０３．ｉｌｌは各々セグメン
テーション部１０２で判別したカテゴリに応じた量子化
器を選択し、刷子化結果を９ｂｉｔのコード（パターン
・コード）として出力する。

以下に７ダマール変換、セグメンテーション、スカラー
量子化、ベクトル量子化について個々に説明する。

第２図は、アダマール変換部１０１における４×４のア
ダマール変換を示しており、Ｘは変換前、Ｙは変換後の
信号である。尚、この変換は（Ｉ（１６：　　１６次ア
ダマール行夕０で表わされる。

ここで ＝　［Ｘ１ｔ−Ｘ１２−Ｘ１３　、Ｘ１４　、Ｘ２１　
・Ｘ２２．−＋、　Ｘ４３．Ｘ４４］　”＝［Ｙｕ、Ｙ
ｔ２．Ｙｔ３．Ｙ＋４．Ｙ２ｔ、Ｙ２２．−−−−−Ｙ
４＋、Ｙａ４１　　”とすれば、 となる。

第３図はアダマール変換゛の例を示しており、図中（１
）の様にブロック内に縦エツジが有る場合、係数Ｙ　１
２に大きな値が現れる。尚、符号はＸの明度の傾き、即
ち、左半分がＯ１右半分が２５５の時−（マイナス）、
左半分が２５５゜右半分がＯ（ゼロ）のとき＋（プラス
）となる。

但し、係数Ｙ’　１１は明度平均を現す為、ここでは特
に述べない、　　　　　゛ 同様に（２）はブロック内に横エツジが有る場合、係数
Ｙ２１に大きな値が表れる。その他（３）〜（１６）は
図に示す様に縦、横ライン、継型、斜めエツジ、斜め線
のパターンを示している。

この様に、アダマール変換結果により、符号化すべきブ
ロックの画像パターン及び明度を知ることができる。

第４図はセグメンテーション部１０２において各ブロッ
クに対するセグメンテーションを行なう際のパラメータ
の意味を示すものであって、各パラメータはアダマール
変換結果Ｙにより次の式にて求められる。

ＶＥＥ＝　　１Ｙ１２＋＋ＩＹ１３１ ＶＬＥ＝　　１Ｙ１４１＋１Ｙ２４１ ＨＥＥ　＝　　ｌ　　Ｙ２１　１＋　　Ｉ　　Ｙ３１１
ＨＬＥ＝　　１Ｙ４１１＋ＩＹ４２１ ０ＴＨ＝　　Ｉ　Ｙ２２１　＋　　ｌ　Ｙ３３１　＋　
　Ｉ　　Ｙ４４１ＥＦ　　　＝ｌＶＥＥ−ＨＥＥＩ ＬＦ　　　＝ｌＶＬＥ−ＨＬＥＩ パラメータは各々第３図に示した様なパターンの特徴に
着目し、決定されている。ＶＥＲは縦エツジ成分パラメ
ータ、ＶＬＥは縦線成分パラメータ、ＨＥＥは横エツジ
成分パラメータ、ＨＬＥは横線成分パラメータ、ＯＴＨ
はその他斜のエツジ等の成分パラメータ、ＥＦはエツジ
の強弱を表すパラメータで、これが大きいと強いエツジ
である事がわかる。同様にＬＦは線分の強弱を示すパラ
メータである。

第５図はセグメンテーション部１０２において、前述し
た５つのパラメータにより各ブロックを１６種のカテゴ
リーに分類する様子を示しており、各分岐、及び各カテ
ゴリーには次の様な意味が有る。これをセグメンテーシ
ョンと呼ぶ。

２０：斜めエツジ、線 ２１：斜めエツジ、線＋複雑パターン ２２：縦エツジ＋複雑パターン ２３：横エツジ＋複雑パターン ２４：縦線＋複雑パターン ２５：横線＋複雑パターン ３０：単調平坦部 ３１：平坦ぎみ ３２：階調差の小さい縦エツジ ３３：階調差の小さい横エツジ ４０：階調差の大きい縦エツジ ４１：階調差の大きい横エツジ ５０：階調差の大きい縦エッジ系パターン５１：階調差
の大きい横エッジ系パターン５２：階調差の大きい縦線
系パターン ５３：階調差の大きい横線系パターン 又第５図中各分岐■〜・】φには以下に示す様な亡味付
けがイｉる。

く分岐＋Ｔｌ）　　強い斜め線（ＯＴＨが大きい）の分
離く分岐ｔ、４＞　　エツジ系パターン（ＶＥＥ　、Ｈ
ＥＥが大きい）と線形パターン（ＶＬＥ、ＨＬ大きい）
の分離く分岐・）・〉　強い横エツジパターン（ＥＦが
大きい）の抽出く分岐λｌ〉　縦エツジ（ＶＥＥが大き
い）と横エツジ（ＨＥＥが大きい）の分離く分岐・ル〉
　斜めエツジを含む複雑パターン（ＯＴＨが大きい）の
抽出く分岐４：）　　弱い縦横パターン（ＥＦがやや大
きい）と平坦部を分離く分岐・力〉　縦エツジ（ＶＥＥ
が大きい）と横エツジ（ＨＥＥが大きい）の分敲く分岐
ＬＬ＞　　複雑パターンの中からＯＴＨが大きいものを
抽出く分岐傳）〉　　複雑パターンの中からＨＬＥが大
きいものを抽出く分岐ｑ？１〉　　複雑パターンの中か
らＶＬＥが大きいものを抽出く分岐・】ｔ〉　複雑パタ
ーンの中からＨＥＥとＶＥＥの分離く分岐ａｉ＞　　強
い縦横線パターン（Ｉ、Ｆが大きい）の抽出く分岐ａ％
＞　　縦線パターン（ＶＬＥが大きい）と横線パターン
（ＨＬＥが大きい）の分離く分岐・印〉　　分岐２で分
離された線系パターンの内エツジ成分（ＥＦがやや大き
い）を含むパターンを涌出く分岐・１９〉　　縦エツジ
（ｖＥＥが大きい）と横エツジ系（ＷＥＥが大きい）の
分離く分岐・】ｂ〉　斜めエツジを含む複雑パターン（
ＯＴＨが大きい）と平坦部を分離第６図は、量子化の簡
単な説明である０図では、カテゴリ４０の１パターンを
例に説明している。まず、セグメンテーション部１０２
によりカテゴリ分類されてきたパターンに対して、Ｙ　
１１を除く各係数の＋／−符号とその絶対値とを分離し
たものを各々「位相成分」、「振幅成分」と呼ぶ、そし
て、振幅成分には各係数に重みっけをし、スカラ量子化
器１０５〜１０７により非線形スカラ量子化を施こす、
尚、図中、鋼線部の係数はカテゴリ４０に対してあらか
じめ定められた無視する所であり、数字はスカラ量子化
により丸められた結果である。

第７図は、１６種の全カテゴリの非線形スカラ量子化結
果を示しており１図中点で示した係数は、上にも述べた
カテーりに応して無視する係数である。また、カテゴリ
番号に続く数字は各々の係数に割り当てられる１）ｌｔ
数を表わしている。

即ち、符号化データから画像を再生する場合に１元の画
像に近い画像を再生するために重要な係数をカテゴリ毎
に抽出し、それによりスカラ量子化を実行するものであ
る。従って、スカラ量子化の丸め処理に利用する係数を
カテゴリに応じて設定することにより、カテゴリに適し
たスカラ量子化がなされ、良好な画像を再生可能となる
。

第８図は、アダマール変換器１０１においてアダマール
変換を実現する為のハードウェアブロック図であり、高
速化の為全係数を並列演算する。

８０１はデータ入力線であり、各画素８ｂｉｔのデータ
が１６ケ入力されてくる。８０２はこれのブロックバッ
ファであり、４Ｘ４＝１６ケのラッチで構成される。８
０３はアドレスジェネレータであり、Ｘブロックバッフ
ァ８０２中の画素の指定と、Ｈ要素ジェネレータ８０４
に文 中の要素の指定を行なう、即ち、先に示したアダマール
変換Ｙ＝イ］Ｈ１ｓＸ　（４ｘ　４ブロツクナイズ）の
計算におけるｈ　　とｘｏ、を指定するもにλ　　１１ のである。

８０４は、ｉ−に記したり０．を発生するものでｌ　　
」 あり、ＲＯＭで構成されている。尚、出力は、ｈ　　　
　　　　　、ｈ　　　　　　　　、ｈ　　　　　　　　
φ　　・　　・　　拳　　ｈ　　　　　　　と　１　６
　本１文　　２文　　３文　　　　　１８父パラレルに
なっており、アドレスシネレータより出力される４ｂｉ
ｔがＲＯＭのアドレスに人力され、立：１９番争争拳・
１６まで指定される事になる。図中、ｉ、ｊ＝１・・・
・・４゜ｋ、立＝１．目口１１６である。

８０５は、Ｙマトリックスの要素Ｙ　１１係数の演算器
であ１Ｊ先に示した計算式でもわかる通り、加算器で構
成される。８０６，８０７は各々Ｙ　１１以外の係数の
演算器であり、計算式に示した様に、加減算器により構
成される。８０８．８０９゜８１０はイ除算器であり、
下位２ｂｉｔの切り捨てを行なうものである。８１１，
８１２，８１３はこれらの演算結果であり、Ｙ　１１は
１ｏｂｉｔの正の数、それ以外は＋／−の符号を示すフ
ラグｂｉｔと、９ｂｉｔの補数が出力される０回路の動
作は先にも述べた様に、１６ケの係数が並列演算される
。計算内容は、式に示した通りである。

則ち、ブロックバッファ８０２から、１画素毎にデータ
ーが読み出され、Ｈｋｕ要素ジェネレータ８０４から出
力される＋／−符号に応じて、加算もしくは減算が行な
われる。

第９図はセグメンテーションを行なうセグメンテーショ
ン部１０２のハードウェアブロック図である。９０１，
９０２，９０３，９０４，９０５は、各々セグメンテー
ションのためのパラメータの演算器であり、補数を絶対
値に変換する回路（インバーターと加算器）と２つ又は
３つの絶対値を加え合わせる加算器で構成される。９０
６゜９０７も同様に、セグメンテーションを行なうため
の各パラメータの演算器であり、減算器で構成される。

９０８．９０９，９１０，９１１，９１２゜９１３は、
カテゴリを判定する為に、図に示した様な比較を行なう
ものであり、コンパレータで構成される。この出力がセ
グメンテーションルックアップテーブルＲＯＭ９１８に
入力されると、まず、ＲＯＭの出力下位４ｂｉｔにより
、ＨＥＥ　。

ＶＥＥ　、ＨＬＥ、ＶＬＥの内どれかが最も大きな値を
取っているかの結果が出力される０判定部９１７では、
この出力に従って、それが指示するパラメータとＯＴＨ
との大小比較を行ないその結果は再びセグメントチージ
ョンルックアップテーブルＲＯＭ９１８に入力される。

９１４゜９１５．９１６も図に示した様な比較を行なう
ものであり、コ〉′パレータとセレクタにより構成され
る。

以りの結果は、セグメンテーションルックアップテーブ
ルＲＯＭ９１８に入力され、セグメンテーションを行な
い、その結果のカテゴリを４ｂｉｔｃＦ）：＋−ドー’
Ｃ’ＲＯＭ９１８（７）出力上位４ｂｉｔから出力され
る。尚、その判定方法は、第１表に示す通りである。

尚１本実施例で示したスカラ量子化、ベクトル量子化は
特に限定するものではない為、詳細な説明は行わない。

本実施例では、演算の容易さ、ハード化の容易さから、
アダマール変換を用いたが、これに類する直交変換（離
散的ＣｏＳ変換、スラント変換等）を用いて同じ考え方
を適用しても良い。

また、本実施例では、セグメンテーションにＶＥＥ、Ｖ
ＬＥ、ＨＥＥ、ＨＬＥ、ＯＴＨの５つのパラメーターを
用いたが、基本的に、縦、横エッヂ、縦、横線、その他
斜めエッヂ等に着目してカテゴリ分けを行なう方法であ
れば、それに置き変え可能である０例えばＵＥＥ＝　ｌ
　Ｙ１２１　。

ＶＬＥ＝　１Ｙ１４１　、ＨＥＥ＝　ＩＹ２１１　、Ｈ
ＬＥ＝ｌＹ４１　＋　、０ＴＨ＝　１Ｙ２２１等である
。

また１本実施例中量子化に、スカラ量子化十ベクトル量
子化を用いたが、これに限定する事なく、スカラ量子化
、ベクトル量子化単独でも良い、また、「位相成分」　
「振幅成分」に分離し量子化する手法を用いているが、
これに限定はしない、　また、符号化の単位となるマト
リクスの大きさは４×４に限らず、符号化すべき画像の
内容、解像度、回路素子に応じて変形できるものである
。

［効　果〕 以］−説明したように、ブロック内の特徴に着目し、カ
テゴリ分類をし、量子化を施こす車から、符号化すべき
画像に適した符号化が実行でき、復号に際し、劣化の少
ない画像を再現可能となる。また、分類されたカテゴリ
や隣接ブロックのカテゴリを見る事で画像の領域判定を
行なう事も可能である。

また、エッヂの形状は、主に符号に依存し、その階調レ
ベルは絶対値に依存するので、量子化の際、符号（位相
成分）と絶対値（振幅成分）に分離する事で、ブロック
内のエッヂの形状の

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した符号化回路の構成例を示す図
、第２図はアダマール変換の説明図、第３図はアダマー
ル変換の変換例を示す図、第４図はセグメンテーション
の説明図、第５図はセグメンテーションの具体例を示す
図、第６図は量子化の一例を示す図、第７図はスカラー
量子化結果を示す図、第８図はアダマール変換を実現す
る為のハードウェアブロック図、第９図はセグメンテー
ションを実現する為のハードウェアブロック図である０
図において、１０１はアダマール変換器、１０２はセグ
メンテーション部、１０３はセレクタ、１０５〜１０７
はスカラ量子化器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 画像情報をｍ×ｎサイズのブロックに切り出し、該ブロ
   ック単位に符号化を行う画像情報符号化方式において該
   ブロックをｍ×ｎのマトリクスとみなし、直交変換を施
   す手段と、変換後のマトリクスの係数から符号（＋／−
   ）と絶対値とを分離し、各々量子化する事を特徴とする
   画像情報符号化方式。