JPS6394780A

JPS6394780A - 画像の情報量圧縮方法

Info

Publication number: JPS6394780A
Application number: JP61239091A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Iwai; 清岩井
Original assignee: Nippon Board Computer Co Ltd
Current assignee: Nippon Board Computer Co Ltd
Priority date: 1986-10-09
Filing date: 1986-10-09
Publication date: 1988-04-25

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、画像の情報量を圧縮する方法に係り、特に多
階調画像データの圧縮方法に関するものである。

〔従来技術〕

一般に１枚の画像をＭｘＮの画素に分解し、各画素にｍ
ビットの量子化符号を与えた場合、画像のもつ最大の情
報量はＭｘＮｘｍビットとなる。

いまｍを６ビツト　（２６＝６４階調）とすると、第１
図に示すように１画面は２５６ドソ）ｘ２５６ドソト×
６ビソト　（６４階調）　　＝３９３２１６ビツトの情
報量となる。

ところで実際に扱う多くの画像は、各階調値が等確率に
は出現せず、階調値にかたよりがある。

そのため１枚の画像の表現に必要な情報量は、ＭＸＮＸ
ｍビットよりはるかに少なくてよい。この最大情報量と
実際の情報量との差を冗長度とよんでおり、この冗長度
を削減することが、画像デー夕の圧縮である。

従来、上記の観点からいくつかの画像データ圧縮方法が
提案されているが、いずれも基本となるのはランレング
スの考え方であり、それにハフマン符号化法を組み合わ
せたものが一般的である。

以下に従来の画像データ圧縮方法を説明する。

走査線上の同一信号の連続を一般にランといい、その長
さをランレングスという。いま、あるランレングスの発
生確率をＱ　（１１とし、各Ｑ　ｆｉｌに対し次式が成
立しているとする。

Ｑ　ｆｎ）≧Ｑ（２）≧Ｑ（３）≧−−−−−−　≧Ｑ
　ｉｎ）このとき、各Ｑ（１）に対し符号を与え、その
符号長しく１）を次のようにする。

しく１）≦Ｌ（２）≦Ｌ（３）≦−−−−−−−≦Ｌ　
（ｎｌこのような符号化を行うことにより、高い確率で
出現するランレングスはどそれに対応する符号を短（す
ることができる。

いま−例として、第１表に示すようにランレングスａ１
〜ａ４の起こる確率Ｑ　（ｉ）をそれぞれ０．４．０．
３．０．２．０．１　とすると、第２表に示すような符
号化を行うことができる。このような符号化をハフマン
の最短符号化法という。

第１表第２表第２表から明らかなように、最も起こる確率の高いラン
レングスａ１に対しては１ビツトのコードが割り当てら
れ、起こる確率の少ないａ３、ａ４に対しては３ビツト
のコードが割り当てられており、全体として情報量が圧
縮されることが分がる。

〔従来技術の問題点〕

以上の方法は、車に白か黒かといった２値ファクシミリ
信号のような画像データの圧縮には、かなりの効果があ
り、広く利用されている。しかし各画素が多段階の階調
を有する画像データの圧縮にはあまり効果がない。例え
ばテレビの画像をデジタイズして伝送しようとする場合
、デジタイズされた情報にｍビットの階調情報が付けら
れることになるが、その階調情報の変化のため、２値化
（すなわちｍ＝１）の場合のようにランレングスが長く
ならないのである。このため従来の方法では多階調画像
データの場合、圧縮効果があがらないという難点があっ
た。

〔問題点の解決手段とその作用〕

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、多階
調画像の情報量圧縮方法を提供するもので、その方法は
、多階調デジタル画像データの任意の画素（ｉ、ｊ）に
おける階調値をＰ（ｉ、Ｄ　とする原画像データの情報
量を圧縮する方法において、所定の画面単位で、連続す
る２つの画素の階調値のｎ階差分子、、（ｔ、ｊ）（た
だしｎ≧２）をそれぞれ算出すると共に、算出された各
ｆ、（ｉ、ｊ）からその値開に発生頻度を算出し、発生
頻度の高いｆイ（ｉ、ｊ）の値ほどビット数の少ない符
号を割り当てて、各ｆイ（ｉ、ｊ）を符号化することを
特徴とするものである。

本出願人は先に、映像メモリの付いたカラー画像のデジ
タイズボードを開発したが（実願昭６１−３３３２９号
、同６１−３３３３０号、同６１−３６１８４号）、こ
のボードにより多階調画像データ例えば６ビソト（６４
階調）、８ビツト（２５６階調）の画像データを数多く
分析した。その結果、多階調画像データには次のような
特徴のあることがわかった。すなわち、多階調画像デー
タは隣接する画素毎に極端に階調が異なるのではなく、
第２図に示すようにほぼ同じレベルの階調の集合（Ｓｔ
　、Ｓ２．５３−−−３ｎ　）が隣接し合っているとい
うことである。

このため一つの階調集合Ｓｉの中では、はぼ同一の階調
であることから、連続する画素間の差分をとると、その
値は小さな値が多くなる。そして、このようにして差分
値を求めたあと、さらに連続する差分値間の差分をとる
と、さらに小さな値が多くなるのである。

いま、ある走査線の階調が次のとおりであったとする。

Ｐ（０，０）　、Ｐ（１，０）　、Ｐ（２，０）　　・
・・Ｐ（ｉ、０）　　・これに対応する１階差分を次の
ように定義する。

Ｐ（０，０）　−０＝ｆ、（０，０）（Ｐ（１，０）　−Ｐ（０，０）　ｌ　−ｆ、（１，０
）（Ｐ（２，０）　−Ｐ（１，０）　ｌ　−ｆｎ（２，
０）（Ｐ　（ｉ、Ｏ）　　　Ｐ　（＋−１，ＯＮ　−ｆ
、（＋、０）２階差分は次のようになる。

ｆｎ（０，０）　−０＝ｈ（０，０）（ｆｎ（１，０）−ｆ、（０，０）　　）　　−Ｃ２（
１，０）（ｆｎ（２，０）−ｆｎ（１，０）　　）　　
−ｈ（２，０）（ｆｎ（ｉ、Ｏ）　　ｆｎ（ｉ　　Ｃ０
））　　−ｈ（ｉ、Ｏ）したがってｎ階差分は次のよう
になる。

ｆ　、−＋　（０，０）　−０＝　ｒ、、（０，０）（
ｆ、ｌ（１，０）−ｆ、＋（０，０））　＝　ｆ、（１
，０）（ｆ　、＋（２，０）−ｆ　、＋（１，０）］　
＝　ｆｎｌ（２，０）（ｆｎ、−＋（ｉ、０）　　ｆ−
＋（ｉ　　１，０））−ｆｎ（ｉ、Ｏ）一般に、画素（
ｉ、ｊ）における階調値をＰ（ｉ、ｊ）とし、連続する
２つの画素の階調値の差分をｆｎ（ｉ。

ｊ）とすると、Ｌ（Ｉｇ）はＰ（ｉ、Ｄ　の１階差分と
なり、ｆｎ　（０，０）　＝　ｐ　（０，０）ｆｎ（ｉ＋ｊ）
−Ｐ（Ｌｊ）　　−Ｐ（ｉ−Ｌｊ）　　となる。

また連続するｆｎ（１，ｊ）の値の差分をＣ２（ｉ、ｊ
）とすると、Ｃ２（ｉ、ｊ）はＰ（ｉ、ｊ）の２階差分
となり、Ｃ２（０，０）　−Ｐ　（０，０）ｈ（ｉ、ｊ）　＝ｆ＋（ｉ、ｊ）　　Ｌ（ｉ　　１．ｊ
）　　となる。

一般にＰ（ｉ、ｊ）のｎ階差分は、ｆゎ（０，０）　−Ｐ　（０，０）ｆｎ（１＋ｊ）　−ｆ　１ｌ−１（ＩＩＪ）　　ｆ　ｎ
−＋（＋　　１＋ｊ）となる。

このようにして適当なｎ階差分を算出し、さらにそれよ
り各値開の発生頻度を算出し、発生頻度の高いｆ、　（
ｉ、ｊ）の値ほどビット数の少ない符号を割り当てて、
各ｆｒ＋　（ｉ、ｊ）を符号化するわけである。

なお最適のｎを求めるには、１階差分、２階差分、・・
・と順にｎ階差分をとり、各々を符号化したときの情報
量をｔ　（ｎ）　とした場合、ｔ　（ｎ　−１）　＞　
ｔ　（ｎ）＜　ｔ　（ｎ　＋１）となるところを見つけ
ればよい。

そして以上のようにして圧縮された情報の原画像への復
元は次のとおりとなる。

Ｐ（０，０）＋ｆア（１，０）　＝　ｆ、　、　（１，
０）Ｐ（０，０）＋ｆ、＋（１，０）＋ｆｎ（２，０）
　　＝ｆ、＋（２，０）以下同様にして、Ｐ　（０１０）　＋　ｒｌｌ−１（１１０）　−ｆｎ−
ｔ（１＋Ｏ）Ｐ　（０，０）　＋ｆ、＋（１，０）　＋
ｆ、＋（２，０）　＝ｆ１１−□（２，０）となり、最
終的には、Ｐ　（０，０）　＋　ｆｎ　（１，０）　＝　Ｐ　（１
，０）Ｐ　（０，０）　＋ｆ、（１，０）　＋ｆ、（２
，０）　＝　Ｐ　（２，０）となり、原画像が復元でき
ることになる。

なおＣ７（ｉ、ｊ）の算出、発生頻度の算出およびｆｎ
（ｉ、ｊ）の符号化は、ト画面単位で行うことが原則で
あるが、画像伝送あるいは画像記憶を複数画面単位ある
いは１画面未満の単位で行う場合は、その単位で上記の
処理を行ってもよい。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を説明する。

第３表は画像を走査したときの１本の走査線より得られ
た画素列の階調値を示す。

まず第３表の階調値Ｐ（ｉ、ｊ）より連続する２つの画
素の階調値の１階差分子＋（ｉ、ｊ）を算出し、さらに
それから２階差分子２（ｉ＋ｊ）を算出すると、第４表
のようになる。

第４表次に、ｆ＋（ｉ、ｊ）の値開に発生個数、発生頻度を計
算し、発生頻度の高い順に並べると、第５表のようにな
る。

第５表同様に、ｆｚ（ｉ、ｊ）の値開に発生個数、発生頻度を
計算し、発生頻度の高い順に並べると、第６表のように
なる。

第６表次にＬ（Ｌｊ）を、その発生頻度が高いものほどビット
長の短い符号を割り当てて符号化してみる。

符号化の手法としてハフマンの符号化法を採用すると、
第７表のようになる。

第７表同様にしてｆｚ（ｉ、ｊ）を、その発生頻度が高いもの
ほどビット長の短い符号を割り当てて符号化すると、第
８表のようになる。

第８表第３表の画素列で、圧縮をしなかった場合の総ビット数
は、１３×６ビツトー７８ビツトとなるが、１階差分をとって圧縮した場合の総ビット数
は、第５表および第７表より、６ビソト（最初の画素の階調値）＋２Ｘ３＋３Ｘ２＋３Ｘ２＋３＋３＋４＋４＋４＋４＝４６ビツトとなり、圧縮率は、４６÷７８＝０．５８となる。

さらに、２階差分をとって圧縮した場合の総ビット数は
、第６表および第８表より、６ビツト（最初の画素の階調値）＋ＩＸ７＋２Ｘ５＋２Ｘ１＝２５ビットとなり、圧縮率は、２５÷７８＝０．３２となる。

このように２階差分をとって符号化すると情報圧縮率が
大幅に高まることが明らかである。

ところで上記実施例は説明を簡単にするため１本の走査
線について説明したが、１画面になると走査線の本数も
多く、ｒ＋＋（＋ｊ）に対応する符号の並びも極めて長
くなる。このためその符号の伝送中にノイズ等が入ると
、受信側で正確に画像を復元できなくなるおそれがある
。これを防止するには、ｆイ（ｉ、ｊ）に対応する符号
を画面の走査順に並べるとき、走査線１本毎に区切りの
コードを入れて、走査線の誤りをなくすようにするとよ
い。

また、ｆ、（ｉ、ｊ）に対応する符号を画面の走査順に
並べるとき、走査線１本毎に頭にその走査線の最初の画
素の階調値を入れるようにすることも有効である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、連続する画素の階
調値のｎ階差分子ア（ｉ、ｊ）（ただしｎ≧２）をとり
、その値の発生頻度を求めて、その発生頻度の高いもの
ほどビット数の少ない符号を割り当てて符号化すること
により、多階調画像データの圧縮をきわめて効率よく行
うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は画像の情報量を示す説明図、第２図は１つの画
像における階調の分布を示す説明図である。第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多階調デジタル画像データの任意の画素（ｉ、ｊ
）における階調値をＰ（ｉ、ｊ）とする原画像データの
情報量を圧縮する方法において、所定の画面単位で、連
続する２つの画素の階調値のｎ階差分ｆ＿ｎ（ｉ、ｊ）
（ただしｎ≧２）をそれぞれ算出すると共に、算出され
た各ｆ＿ｎ（ｉ、ｊ）からその値別に発生頻度を算出し
、発生頻度の高いｆ＿ｎ（ｉ、ｊ）の値ほどビット数の
少ない符号を割り当てて、各ｆ＿ｎ（ｉ、ｊ）を符号化
することを特徴とする画像の情報量圧縮方法。
（２）特許請求の範囲第１項記載の方法であって、ｆ＿
ｎ（ｉ、ｊ）に対応する符号を画面の走査順に並べると
き、走査線１本毎に区切りのコードを入れることを特徴
とするもの。
（３）特許請求の範囲第１項記載の方法であって、ｆ＿
ｎ（ｉ、ｊ）に対応する符号を画面の走査順に並べると
き、走査線１本毎に頭にその走査線の最初の画素の階調
値を入れることを特徴とするもの。