JP2005294934A - 画像データの圧縮方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可逆的であっても圧縮効率の高い画像データの圧縮方法を提供することを目的とする。
【解決手段】デジタル画像を所定数のカラープレーンに分割して圧縮する画像データ圧縮方法であって、
各カラープレーンを、
一定の検索方向に対して、隣接画素との画素値差分が所定の閾値を超える画素のみを特徴画素１として抽出した特徴画素ブロック２と、
各特徴画素１に対して関連付けられた残余の画素を補助画素３として抽出した補助画素ブロック４とにグループ化し、
ブロック単位に画素情報を変換して符号化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像データの圧縮方法に関するものである。

画像圧縮に際し、使用者の好みの場所への量子化率を可変にした画像圧縮方法としては、特許文献１に記載されたものが知られている。この従来例において、画像は、ＲＧＢあるいはＹＵＶのコンポーネントに分解される。この後、各コンポーネントは、タイル領域に分割された後、各々に対してウェーブレット変換され、さらに、ウェーブレット変換された領域毎に量子化率を異ならせ、符号化される。
特開２００３-３３９０４７号公報

しかし、上述した従来は、量子化率の調整により復元画像のドット粗密を調整するものであるから、非可逆（Ｌｏｓｓｙ）圧縮を前提とするもので、復元の正確性に欠けるという問題がある。

本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、可逆的であっても圧縮効率の高い画像データの圧縮方法を提供することを目的とする。

本発明によれば上記目的は、
デジタル画像を所定数のカラープレーンに分割して圧縮する画像データ圧縮方法であって、
各カラープレーンを、
一定の検索方向に対して、隣接画素との画素値差分が所定の閾値を超える画素のみを特徴画素１として抽出した特徴画素ブロック２と、
各特徴画素１に対して関連付けられた残余の画素を補助画素３として抽出した補助画素ブロック４とにグループ化し、
ブロック単位に画素情報を変換して符号化する画像データ圧縮方法を提供することにより達成される。

画像圧縮に際して、まず、デジタル画像を所定数のカラープレーンに分割する。カラープレーン数は、画像の性質により異なり、モノクロ２階調、あるいはグレースケール画像では１枚、Ｒ，Ｇ，Ｂモード、Ｙ，Ｃb，Ｃrモードのカラー画像では３枚、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋモードのカラー画像では４枚となる。

圧縮は、各カラープレーンを特徴画素ブロック２と補助画素ブロック４にグループ化して行われる。特徴画素１は、画素列、あるいは平面的な画素群内における連続性の終了点であり、復元時に特徴点間を適宜に補間することによって、画像の再生が可能であるという意味で、非可逆圧縮のためのソースとしても使用可能なものである。

一方、補助画素３は、特徴画素１、１間に挿入された画素群であり、特徴画素１に対する位置付けに対応して種々の位置付けをもたせることができる。すなわち、不可逆圧縮を前提とする場合には、補助画素３群に対する圧縮を非可逆としたり、あるいは補助画素３の取り込み自体を省略して圧縮効率を向上させることが可能になる。これに対し、可逆圧縮が必要な時、すなわち、正確な画像再現を要する場合には、補助画素ブロック４に対しても可逆圧縮を行えばよい。

以上のように、画像を特徴画素ブロック２と補助画素ブロック４とにグループ化し、各々に対して独自に画素値の変換を行う本発明においては、画像の種類に応じて可逆圧縮から様々な段階の非可逆圧縮まで任意に選択することが可能になり、汎用性が飛躍的に向上する。

また、本発明において、特徴画素ブロック２は、後続の補助画素３からの画素値の隔離が見られる点で共通性を有し、離散点間の差分は必ずしも大きくはなく、さらに、補助画素ブロック４は、画素値の近似性を基準に選択されているために、隣接画素間の差分は小さい。したがってこの特徴を利用した画素値の変換を行うと、画素値記述に要するビット数の低減を図ることができ、圧縮効率が向上する。

この場合、補助画素３がなだらかに変化しながら所定長連続する場合には、これら補助画素３群を挟む一対の特徴画素１値間の差分が過大となる場合があり、さらに、補助画素ブロック４の記述データ長が過大になり、フォーマット効率が悪化する場合があるために、補助画素３が所定長連続した場合、補助画素３を特徴画素１として抽出することが望ましい。

特徴画素１に対する画素情報、すなわち、位置、画素値に関する情報は、
直前の他の特徴画素１からの相対位置情報への変換値により記述することにより記述ビット数の減少を図ることができる。相対位置情報は、画素行列-画素値（階調）からなる画像空間内での相対位置、すなわち、（画素間距離，画素値差分）、あるいは（画素間距離，画素値間角度）で表現できる。

さらに、補助画素３に対しては、
対応する特徴画素１、または直前の他の補助画素３の画素値との差分への変換値により記述することにより記述ビット数の減少を図ることができる。

加えて、前記特徴画素１の画素値が、検索方向に平行する他の画素列に属し、かつ、両画素間の距離が所定の閾値以下である他の特徴画素１の画素値に一致する場合、該特徴画素１の画素値が他列内で参照する特徴画素１の存在を示すフラグ情報への変換値により記述することも可能である。

画素検索は、画像取得時の走査方向、あるいは副走査方向に沿って行われ、画素列の終端に達したときは、このような検索画素列に隣接する画素列に対して行われる。
また、画像データの圧縮方法は、
前記画像を複数の画像ブロックに分割した後、
各分割画像ブロック５に対して請求項１または２に記載の方法で圧縮し、
この後、各分割画像ブロック５の先頭に画像ブロック内容情報を付加して合成、符号化する画像データの圧縮方法であって、
分割画像ブロック５の適数に対しては、補助画素ブロック４を非可逆、または欠落させて圧縮するように構成できる。

分割画像ブロック５ごとに圧縮程度を変更することにより、復元環境を考慮して画像中に原画に対する忠実性を重視する領域と復元速度を重視する領域を自由に選択して圧縮できるために、画像に適した圧縮が可能になる。

本発明によれば、可逆的であっても圧縮効率を高くすることができる。

図１（ａ）に画像圧縮装置の構成例を示す。この画像圧縮装置は、コンピュータを、後述する各手段として機能させるプログラムをコンピュータ上で走行させることにより実現することができる。

このブロック図において、６は入力部、７はブロック分割手段である。ブロック分割手段７は、入力されたデジタル画像を複数の矩形ブロックに分割し、分割画像ブロック５を生成する（ステップＳc１）（図２（ａ）参照）。ブロック分割手段７に対しては、分割数、分割画像ブロック５ごとの圧縮モード等が設定できる。また、各分割画像ブロック５の配置は、例えば、左上から一定方向に配置されるように、必ずしも一定の順序に従う必要はなく、ランダムに配置してセキュリティーの向上を図ることができる。これら分割ブロック生成に際しての諸ファクターは、後述するように、ブロックヘッダ８として各分割画像ブロック５に付加されて後段のカラープレーン分割手段９に出力される。

カラープレーン分割手段９は、各分割画像ブロック５の画像モードによって適数のカラープレーン（カラーチャンネル）に分割する（ステップＳc２）。
以上のようにして分割された各カラープレーンに対しては、まず、特徴画素抽出手段１０による特徴画素１の抽出が行われる（ステップＳc３）。図３にｐ行ｑ列のカラープレーンを行方向に検索して特徴画素１を抽出するフローチャートの一例を示す。なお、図３において添え字’Ｌ’は画像の行数、’Ｃ’は列数、’ｎ’は特徴画素１のシリアル番号、特徴画素v（ｎ）は、説明を簡略にするために想定した特徴画素１の画素情報を収容する配列、補助画素v（ｎ，ｍ）は、ｎ番特徴画素１の従属するｍ番目の補助画素３の画素情報を収容する配列を示す。また、本例は、特徴画素１の抽出に際して、可逆圧縮を前提に、特徴画素１および補助画素３の画素値変換も同時に行う場合を示しているが、補助画素３に対して非可逆圧縮する場合には、補助画素vへの格納値は、非可逆圧縮時の画素情報変換の効率を考慮して、適宜変更される。

特徴画素１の抽出に際して、まず、１行１列の画素を特徴画素１として抽出し、その画素値を特徴画素v（ｎ）に格納し（ステップＳc３-１）、検索対象を次列の画素に移動する（ステップＳc３-２）。次画素が検索行内に存在する場合には（ステップＳc３-３）、直前の画素の画素値と検索対象画素の画素値との差分を演算し、予め定められた閾値（Ｔｈ）と比較し（ステップＳc３-４）、差分（ΔＶ）が閾値以下である場合には、補助画素３として、閾値以上である場合には特徴画素１として抽出する。

図４（ａ）に特徴画素１、補助画素３の抽出状態を示す。図４（ａ）において、縦軸は画素値Ｖ（階調）、横軸は画素の列位置を示し、左端列の画素が特徴画素１である場合、隣接する画素との差分（ΔＶ1）＞Ｔｈとすると、隣接画素は特徴画素１として抽出される。なお、図４、５、６において、特徴画素１を黒丸で、補助画素３を白丸で示す。これに対し、第３列の画素は、隣接する第２列の画素（特徴画素１）との差分（ΔＶ2）がＴｈより小さいとすると、補助画素３として抽出され、以下同様に、隣接画素との画素値差分（ΔＶ）とＴｈとの比較により画素の仕分けが行われる。

また、この実施の形態において、図４（ａ）に示すように、補助画素３が過大に連続する場合には、補助画素３を特徴画素１として登録する。したがって、補助画素vへの格納に際して、まず、補助画素３の連続数が予め定められた数（ｊ）以下であることが確認され（ステップＳc３-５）、条件を満足している場合にのみ補助画素v（ｎ，ｍ）に差分値（ΔＶ＝ΔＰ）を格納する（ステップＳc３-６）。

また、この実施の形態において、補助画素vへの格納値、すなわち、画素情報の変換値は、図５（ａ）に示すように、隣接画素との差分（ΔＰ）に設定されているが、図５（ｂ）に示すように、関連する特徴画素１との差分（ΔＰ）であってもよい。

特徴画素１抽出のための補助画素３の排除操作は、補助画素３の連続数がｊに達するか、あるいは隣接画素との画素値差分が所定の閾値（Ｔｈ）を超えるか、さらには、行末まで検索が終了するかのいずれかが発生するまで行われる。この実施の形態において、行開始列、すなわち（Ｌ，１）は無条件に特徴画素１とするように設定しているが、直前調査画素（Ｌ-１，ｑ）との差分により判定することもできる。この場合、検索方向は例示のように、（Ｌ，ｑ）から（Ｌ＋１，１）と移動するのではなく、（Ｌ＋１，ｑ）へ移動し、この後、（Ｌ＋１，ｑ-１）、（Ｌ＋１，ｑ-２）・・・・（Ｌ＋１，１）のように逆方向に検索し、全体としてジグザグ状の検索を行うようにしてもよい。

特徴画素１が検出された場合には、まず、他行との参照の可能性を検出する（ステップＳc３-７）。他行との参照は、調査対象画素が特徴画素１である場合に、所定行数（ｉ行）遡って同一列の画素を検索し、それらの中に画素値が同一の特徴画素１がある場合、調査対象画素の画素値を他の特徴画素１への参照で記述することにより行われる。

図４（ｂ）を使用して他行との参照を説明する。いま、図４（ｂ）において、ｎ行（Ｌn）の第１列に特徴画素１が検出された場合、ｉ値を１とすると、他行との参照を検索するために、画素（Ｌn-１，１）が特徴画素１であるかどうかを判断する。本例において、画素（Ｌn-１，１）は黒丸で表示されているために、特徴画素１であり、この条件を満足している場合には、次に、画素値の一致を判断する。本例において、画素値（Ｌn-１，１）＜＞画素値（Ｌn，１）であるために、条件を満足しないために、画素（Ｌn，１）に対する画素情報に他行への参照が使用されることはない。同様に、図４（ｂ）において、画素（Ｌn，２）は特徴画素１であるが画素（Ｌn-1，２）は特徴画素１ではないために、他行への参照が使用されない。これに対し、画素（Ｌn，Ｃm）と、（Ｌn-1，Ｃm）とは双方が特徴画素１であり、かつ、画素値も同一であるために、画素（Ｌn，Ｃm）への画素情報は、他行への参照を使用して記述され、この実施の形態においては、’０’を記述することにより他行への参照が行われることが示される（ステップＳc３-８）。

これに対して、参照する特徴画素１がなかった場合には、特徴画素vには、直前に抽出された特徴画素に対する相対位置情報が格納される（ステップＳc３-９）。特徴画素１に対する画素情報は、図６（ａ）に示すように、直前の特徴画素１からの画素数（距離ΔＸ）と、画素値差分（ΔＤ）で示すことも、あるいは、図６（ｂ）に示すように、ΔＸと角度（θ）で示すこともできる。

以上のようにして全ての画素に対して特徴画素１の抽出が終了すると、フォーマット生成手段１１においてフォーマットを生成する（ステップＳc４）。フォーマット生成は、図７に示すように、符号化に先立って分割画像ブロック５の各々を特徴画素ブロック２と補助画素ブロック４とにグループ化するフォーマット変換工程であり、特徴画素ブロック２は、さらに、隣接する特徴画素１、１間の検索方向の画素数（ΔＸ）を集めたサブブロックと、隣接する特徴画素１、１間の画素値差分（ΔＤ）からなるサブブロックとに分けられる。補助画素３に関しては、隣接する補助画素３、３間の間隔は’１’ドットと決まっているために、隣接する補助画素３の画素値差分（ΔＰ）のみで記述される。

また、上述したように、処理対象の分割画像ブロック５に対して非可逆圧縮が選択されている場合には、補助画素３に関する情報は、（ΔＰ）以外の内容で記述される。
以上のようにしてサブブロックによるグループ化は各カラープレーンに対して行われた後、合成され、符号化手段１２において符号化される（ステップＳc５）。符号化にはハフマン符号化、あるいは算術符号化等のエントロピー符号化が使用される。図７に示すように、このようにして圧縮された各サブブロックの先頭と終端にはサブブロックヘッダ１３とサブブロック終端マーク１４が付加され、符号化ステップが終了する。

符号化ステップが終了すると、画像ブロック合成手段１５において分割画像ブロック５の合成ステップ（Ｓc６）が実行される。分割画像ブロック５の合成は、図７に示すように、圧縮された分割画像ブロック５の間にブロックヘッダ８と、ブロック終端マーク１６とを付与して出力部１７から１ファイルとして出力する工程であり、ブロックヘッダ８には、分割画像ブロック５の番号、画像中における位置、サイズ情報に加えて補助画素３に対する圧縮モードが記述される。

図１（ｂ）に以上のようにして生成された圧縮ファイルの復元装置を、図２（ｂ）にその動作フローを示す。上述した画像圧縮装置と同様に、復元装置は、コンピュータを、後述する各手段として機能させるプログラムをコンピュータ上で走行させることにより実現することができる。

復元装置は、圧縮データを入力する入力部１８を有し、入力データは、復号化手段１９において復号される（ステップＳd１）。復号処理は、上述した圧縮ファイルをブロック終端マーク１６によって圧縮状態の分割画像ブロック５に分割し、さらに、各分割画像ブロック５をサブブロック終端マーク１４をもとにサブブロックに分割した後、サブブロック内の圧縮データを復号する手順を含む。

復号化ステップが終了すると、圧縮ファイルは、圧縮工程におけるフォーマット生成ステップ（Ｓc４）が終了した状態、すなわち、各分割画像ブロック５に対するカラープレーン毎の特徴画素１と補助画素３に関する情報が所定フォーマットにより記述された状態となり、この後、特徴画像復元手段２０において特徴画素１による画像生成（Ｓd２）が実行される。

特徴画像復元ステップ（Ｓd２）においては、まず、特徴画素ブロック２、すなわち、ＳＢ（ΔＸ）、ＳＢ（ΔＤ）サブブロックが読み込まれ、これらから、各特徴画素１のビットマップ空間上における座標値が演算される。

一方、復号された補助画素３は、補助画像合成手段２１において特徴画素１、１間に埋め込まれる（ステップＳd３）。また、補助画像合成手段２１は、上記ブロックヘッダ８に記述された圧縮モードの指定が補助画素３の不使用、あるいは非可逆モードによる圧縮値である場合には、隣接する特徴画素１、１間、あるいは使用される補助画素３、３・・間を適宜手法により補間して情報欠落ドットを補充する。

補助画像合成手段２１により生成された各カラープレーンは、分割画像ブロック復元手段２２により合成された後（ステップＳd４）、ブロックヘッダ８の位置情報等に基づいて、分割画像ブロック合成手段２３により合成され（ステップＳd５）て出力部２４から復元画像として出力される。

本発明を示す図で、（ａ）は画像圧縮装置の機能ブロック図、（ｂ）は画像復元装置の機能ブロック図である。 本発明を示す図で、（ａ）は画像圧縮方法を示すフローチャート、（ｂ）は画像復元方法を示すフローチャートである。 特徴画像抽出ステップの詳細を示すフローチャートである。 特徴画像の抽出方法を示す説明図である。 補助画素の画素情報変換を示す図で、（ａ）は隣接画素値との差分を変換値として使用する場合を示す図、（ｂ）は特徴画素との画素値の差分を変換値として使用する場合を示す図である。 特徴画素の画素情報変換を示す図で、（ａ）は隣接する他の特徴画素との画素間隔と画素値差分とを変換値として使用する場合を示す図、（ｂ）は画素値差分に代えて角度を変換値として使用する場合を示す図である。 圧縮ファイルのフォーマットを示す図である。

符号の説明

１ 特徴画素
２ 特徴画素ブロック
３ 補助画素
４ 補助画素ブロック
５ 分割画像ブロック

Claims (6)

1. デジタル画像を所定数のカラープレーンに分割して圧縮する画像データ圧縮方法であって、
   各カラープレーンを、
   一定の検索方向に対して、隣接画素との画素値差分が所定の閾値を超える画素のみを特徴画素として抽出した特徴画素ブロックと、
   各特徴画素に対して関連付けられた残余の画素を補助画素として抽出した補助画素ブロックとにグループ化し、
   ブロック単位に画素情報を変換して符号化する画像データ圧縮方法。
2. 前記データ補助画素が所定長連続した場合、補助画素を特徴画素として抽出する請求項１記載の画像データ圧縮方法。
3. 前記特徴画素の画素情報が、直前の他の特徴画素からの相対位置情報への変換値により記述される請求項１または２記載の画像データ圧縮方法。
4. 前記補助画素の画素情報が、対応する特徴画素、または直前の他の補助画素の画素値との差分への変換値により記述される請求項１、２または３記載の画像データ圧縮方法。
5. 前記特徴画素の画素値が、検索方向に平行する他の画素列に属し、かつ、両画素間の距離が所定の閾値以下である他の特徴画素の画素値に一致する場合、該特徴画素の画素値が他列内で参照する特徴画素の存在を示すフラグ情報への変換値により記述される請求項３または４記載の画像データの圧縮方法。
6. 前記画像を複数の画像ブロックに分割した後、
   各分割画像ブロックに対して請求項１または２に記載の方法で圧縮し、
   この後、各分割画像ブロックの先頭に画像ブロック内容情報を付加して合成、符号化する画像データの圧縮方法であって、
   分割画像ブロックの適数に対しては、補助画素ブロックを非可逆、または欠落させて圧縮する画像データの圧縮方法。
   
   
   
   

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