JPH0113673B2

JPH0113673B2 -

Info

Publication number: JPH0113673B2
Application number: JP55085500A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoshi Yamauchi
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1980-06-24
Filing date: 1980-06-24
Publication date: 1989-03-07
Also published as: JPS5711577A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、画素単位でサンプリングされ、かつ
多値量子化された画像情報の最適符号化を行なわ
せる画像情報符号化方法に関する。

一般に、フアクシミリなどの画像入出力装置に
あつては、その入力側で原稿画像を画素単位で走
査，サンプリングすることによつて読取つた画像
情報を出力側へ伝送させる際に、データ圧縮のた
めの符号化を行なつて伝送効率の向上を図り、ま
たそのデータ内容を蓄積させる必要があるときに
はその記憶容量の軽減化を図りつつ、いかにその
出力側で解像度の良い高品質な画像再生を行なわ
せることができるかが大きな課題になつている。
その際、特に２値出力により再生される文字や線
図などの画像の解像度を向上させるには、入力側
でのサンプルレートを大きくするか、または読取
られた画像情報の多値量子化を行なわせる必要が
あり、何れにしても出力側へ伝送される情報量が
増大する傾向にあり、そのデータ圧縮の向上がよ
り強く求められている現状にある。

従来、白および黒レベルのみからなる文書画像
などの符号化を行なわせるのに、２値で表現され
た画像情報において、連続する同一符号の画素数
（ランレングス）によつて符号化を行なわせるラ
ンレングス符号化法が広く採用されているが、こ
の方法にあつてはデータ圧縮率は良好となるが中
間調を表現することができず、したがつてその符
号化されたデータにもとづいて再生される画像の
品質、特に解像度が低下してしまつている。すな
わち、白と黒の境界部分の読取り時に、その白，
黒の割合に応じた中間調として認識されてしまう
ためにそれを一定のしきい値により２値化させて
画像を再生させると情報の脱落を生じてその境界
部分に凹凸を生じてしまつたり、また特に手書文
字などの濃度変化の激しい原稿画像では低濃度部
が白レベルで再生されてしまうことになる。

また、従来、多値で表現された画像情報の符号
化を行なわせるのに、その各階調レベルに応じ
て、例えば前画素との差分によつて符号化する差
分符号化法が広く採用されているが、この場合に
は中間調の符号化が可能であるが、単に各画素に
おける濃度レベルの変化状態を表現させるように
しているため、データ圧縮率が悪いばかりでな
く、濃度レベルの急激な変動に追従することがで
きずに再生画像の品質が低下してしまつている。

それに対して、最近、多値量子化された画像情
報において、例えば第１図に示すように、８値量
子化された各濃度レベル２⁰，２¹，２²でそれぞ
れ重み付けしたビツトプレーンコードを使用し、
各２⁰，２¹，２²の重みごとにみたときのビツト
パターンでは“１”または“０”の状態にあるビ
ツト数連続することに着目して、それら各重み付
けされたビツトパターンごとにランレングス符号
化を図ることによりデータ圧縮の向上を図るよう
にした符号化方法が提案されている（特開昭49―
58705参照）。

しかし、このような符号化方法では、手書文字
による文書画像のように濃淡の変化の激しいもの
には適していないばかりでなく、ほとんどが白と
黒レベルからなる画像に全て多値情報を与えるこ
とは無駄が多いものになつてしまつている。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、
多階調の濃度レベルで画素単位で読取られた画像
情報の符号化を行なわせる際、手書文書などの濃
度変化の激しい原稿画像、特にサインや朱肉によ
る印鑑などを含む画像にあつてそのサインや印影
の特徴をも忠実に再生させたいような場合に最適
なデータ圧縮率に優れた画像情報符号化方法を提
供するものである。

本発明による画像情報符号化方法では、その基
本的な符号化則として以下の２つの要件が用いら
れる。

１多階調の濃度レベルで読取られた画像情報中
における同一濃度レベルの連続部は、ランレン
グス符号化を行なわせる。なお、ランレングス
の符号化は一般的なModified Huffman法また
はWyｅ法などをそのまま利用することがで
きる。その際、各濃度レベルの連続状態に応じ
て各レベルごとにそれぞれ最適なランレングス
符号の体系を与えてやればそのデータ圧縮率は
向上するが、それを実現するには具体的な装置
が複雑になつてしまう。そこで、本発明にあつ
ては、濃度レベル０の白画素の連続とそれ以外
の濃度レベルをもつた画素の連続とではそのラ
ンレングスの分布特性が大きく異なることに着
目し、白画素の連続部とそれ以外の濃度レベル
をもつた画素の連続部とに大別してそれぞれに
異なるコードを与えてランレングス符号化を行
なわせるようにしている。例えば、白画素の連
続部では第２図に示すワイルコード（WYC）
を使用し、それ以外の濃度レベルをもつた画素
の連続部では第３図に示すミツクスコード
（MXC）を使用する。なお、第２図、第３図中
×印は２進符号を表している。

２濃度レベルの変化が主走査ライン方向に１画
素進行するごとに連続して上昇または下降する
範囲は、濃度遷移形態符号（TFC）を用いて
符号化を行なわせる。

第４図は８階調（濃度レベル０〜７）の場合に
おける濃度遷移形態のとりうる経路を定義にした
がつて全部あげたものであり、第５図はその経路
数をわりだすための補足図である。第５図にあつ
ては、それがいわゆるパスカルの数三角形をなし
ており、その経路の総和N_oが次式によつて与え
られるものある。

N_o＝_o 〓^r=1 nCr＝2ⁿ−１ ……(1) ここで、ｎは最大濃度レベル差である。

しかして、８階調の濃度レベルで読取られた画
像情報にあつては、その濃度遷移形態のとりうる
経路の総数がN₇＝2⁷―１＝127となる。

これらの濃度遷移形態を濃度レベルの上昇また
は下降に合せ、その出現頻度に応じて符号化した
TFCの一例を第６図に示す。これは、Huffman
の最大効率コード化の手法をそのまま適用し、平
均符号長Ｍが次式によつて与えられるようにその
符号長が定められている。

Ｍ＝min（_o 〓ⁱ⁼¹ Li・Pi） ……(2) ここで、Liは符号長、Piは濃度遷移形態の出現
確率である。

次に、本発明による画像情報符号化方法では、
前述の基本的要件に加えて、以下に述べる付随的
な符号化則として以下の２つの要件が用いられ
る。

１ランレングス符号と濃度遷移形態符号とを交
互に配置させる。

その際、原理的にはランレングスを全て符号
化してから濃度遷移形態の符号化を行なわせる
ようにしても、またその逆を行なわせるように
してもよいが、ただしこのような手段を採ると
装置が複雑化してしまうことになる。

２濃度遷移形態符号の復号時に上昇か下降かの
判別がつかない場合のみ、その濃度遷移形態符
号の後にその判別のための１ビツトの符号を付
す。

その場合、復号時に上昇か下降かの判別がつ
かなくなる可能性のありうる濃度レベル差の濃
度遷移形態部は上昇、下降の両方を含めて総合
的に最適符号化を行なわせるようにする。例え
ば８階調の場合では、その判別がつかなく可能
性があるのは濃度レベル差が３までの７通りで
あるので、それをも含めて濃度遷移形態符号の
体系を作るようにしてもよい。

以上説明した符号化則にしたがつて、８階調の
濃度レベルで読取つた画像情報を符号化したとき
の一例を第７図に示す。図中（±）で示すのは濃
度レベルの上昇または下降の判別符号を示すもの
で、上昇時には符号「０」が、下降時には符号
「１」が用いられている。なお、各走査ラインご
との符号化に際して、最初は必ず白レベル画素か
らスタートするものと定めておく。

このように、本発明による画像情報符号化方法
では、白レベル画素の連続とそれ以外の濃度レベ
ルをもつた画素の連続とで異なる符号体系を用い
て同一濃度レベル画素の連続部に関して大まかな
画像状態に応じたランレングス符号化を行なわせ
るとともに、その画像情報の濃度レベルが連続し
て上昇または下降する範囲に着目した画像の細部
にわたる濃度遷移形態に応じた符号化を併用して
行なわせるようにしているため、多階調の濃度レ
ベルで読取られた画像情報における中間調レベル
の変化状態の表現が充分になされ、特に濃度変化
の激しい画像または中間調を示す朱色画像などに
あつても最適な符号化を行なわせることができ、
またそのデータ圧縮が有効になされることにな
る。

なお、二次元圧縮に拡張する場合には、白ラン
とそれ以外のランとの境界の位置を１走査ライン
前における境界から予測してそのずれ量を符号化
することによつて達成されることになる。その
際、２値データ圧縮のためのREADまたは
CODICの手法がそのまま適用きる。

第８図は以上説明した本発明による画像情報符
号化方法を具体的に実施するための一構成例を示
すもので、スキヤナから画素単位で送られてくる
入力画像信号BSを増幅器１を通して順次８値量
子化するＡ・Ｄコンバータ２、そのＡ・Ｄ変換さ
れた３ビツトの各出力信号をクロツク発振器３か
ら送られてくる画素クロツクに応じて順次シフト
させながら０〜７の濃度レベル差に応じた濃度遷
移形態分布を求めるSR₀〜SR₈からなるシフトレ
ジスタ群４、各シフトレジスタSR₁〜SR₈からそ
れぞれ読出された内容に応じて濃度遷移形態の符
号化を行なわせるTFCエンコーダ５、シフトレ
ジスタSR₀〜SR₂の内容を常時読込んで濃度レベ
ルの上昇，下降の各情報を検出するとともに、そ
の上昇から下降または下降から上昇の変曲点を検
出し、さらにシフトレジスタSR₀とSR₁との各出
力を比較して両者が一致していればその一致信号
“１”を生じ、そうでなければ“０”信号を発生
する比較器６、画素クロツクを計数するカウンタ
７、各シフトレジスタSR₀〜SR₈にリセツト指令
を与え、比較器６からの“０”信号に応じてその
信号期間中におけるカウンタ７の内容を読込んだ
のちそのカウンタ７をリセツトさせるとともに、
比較器６、カウンタ７およびTFCエンコーダ５
から送られてくる各情報に応じて符号化を実行
し、その結果を外部の伝送装置またはメモリ９に
送出させるCPU８によつて構成されている。

このように構成されたものにおいて、第７図の
入力画像情報を符号化する場合を例にとつて、そ
の動作について以下説明をする。

スタート時にクロツク発振器３から出されるク
ロツクは、それがカウンタ７で計数されないよう
に設定されている。

スタートしてからクロツクが３つ進むとSR₀に
濃度レベル３のデータが現れるが、その時点で
SR₁の内容が０であるために比較器６からその不
一致を表す“０”信号が出され、CPU８はそれ
までのカウンタ７の内容３を読みとつてそれをワ
イルコーードWYCによつてランレングス符号化
する０１０。同時に、CPU８からの指令によつ
てカウンタ７がリセツトされる。

さらに１クロツクが進むたびに、SR₀に濃度レ
ベル３，５，６，７のデータが順次現れることに
なるが、その期間中はSR₁との間で一致するデー
タはとりえないが、次の１クロツクによりSR₀と
SR₁との間にはともに濃度レベル７のデータが現
れることになり、その時点で比較器６の一致出力
が“０”から“１”に転じ、それがCPU８にと
り込まれてTFCエンコーダ５の内容の読込みが
行なわれる。その際、TFCエンコーダ５の内容
は、SR₁〜SR₄からそれぞれ濃度レベル３，５，
６，７の各データが導かれているため、それに対
応するTFC「011」（第６図のNo.96の符号）とな
つている。

さらに、クロツクが２つ進むとSR₀の内容は濃
度レベル７のデータが連続し、次の１クロツクで
濃度レベル５のデータに転じて比較器６の一致出
力が“１”から“０”に変化することになり、そ
れに応じてCPU８はそれまでのカウンタ７の計
数内容３を読込んでそれをミツクスコードMXC
を用いてランレングス符号化する（1100）。

以後、同様にしてCPU８は入力画像信号に応
じてTFC１４「1001」、MXC４「1101」、TFC６
「010」と順次符号化していくが、このTFC６は
濃度レベル差３からでは上昇，下降のどちらの形
態でもとりうるので、この場合には比較器６から
出される下降の情報“１”をとり込んでそれをそ
のまま下降符号として追加させる。

さらにその後、WYC６「1001」、TFC２
「001」、MXC２「10」と順次符号化していき、ク
ロツクがさらに25，26，27と進むとSR₀，SR₁，
SR₂の各内容が２，４，３となつているのでその
時点で比較器６から出される変曲点信号が“１”
になり、CPU８はそれに応じてTFCエンコーダ
５の内容TFC３「1011」を読込んでそれをその
まま外部の伝送装置またはメモリ９に送出させ
る。なお、この場合にも比較器６から出される上
昇情報“０”を読込んでそれを追加して送出させ
ることになる。また、変曲点出力“１”があつた
場合、極小値が０であるとき以外はMXC１「０」
を無条件で出力させる（極小値が０のときには
WYC１「000」を出力させる）。

さらに、クロツクが３つ進むと、比較器６の一
致出力が“１”に転じ、それに応じてCPU８が
TFCエンコーダ５の内容TFC１４「1001」を読
込んでそれをそのまま外部に送出させる。この場
合には、上昇であることは考えられないので何ら
その上昇，下降情報による符号て追加されること
がない。

このように順次符号化していつて、１ライン分
の符号化を終了すると、EOL（エンドオブライ
ン）符号を付し、次ラインを同様の手続きで符号
化していく。

また、本発明による画像情報符号化方法にあつ
ては、読取られた画像情報が８階調より多い濃度
レベルの場合、例えば12階調では濃度遷移形態の
とりうる経路の総数がN₁₁＝2¹¹―１＝2047と多く
なりすぎて前記TFCエンコーダ５におけるTFC
の記憶容量が増大してしまう。そのため、このよ
うな場合には第９図に示すように、図中１点鎖線
で囲つた部分Ａに関しては８階調の場合における
第４図と同じであることに着目して、それに応じ
た第６図に示すTFCに、隣接画素の濃度レベル
差が８〜11の場合のTFCを付加してその組合せ
によつて濃度遷移形態による符号化を実行させる
ようにしてその簡便化を図ることが可能になる。
第１０図は、このような考え方によつて12階調の
画像情報を符号化したときの一例を示している。

なお、16階調、32階調などの高階調の画像情報
に対してもTFCを同様の考え方でTFC132以降を
追加させることにより、データ圧縮による誤差を
生じさせることなく符号化を行なわせることが可
能である。その場合、各階調画像の特性に応じて
最適となるようにTFCにHuffmanの最適コード
化の手法を用いることが望ましいことはいうまで
もない。

また、第１１図は５階調の濃度レベルで読取ら
れた画像情報の符号化例を示すものである。

この場合は、主走査ライン方向に１画素進行す
るごとに濃度レベルが上昇しつづける状態を全部
あげると第１２図に示すように15通りとなる。ま
た、濃度レベルの下降もそれと全く逆の経路をと
ることによつて共用できることになる。ただし、
濃度レベルが１段階変化する場合（１通り）およ
びそれが２段階変化する場合（２通り）は、上
昇、下降の区別がつかなくなるのでそれをも含め
てここでは第１３図に示すように、全部で18通り
のTFCを用いて濃度遷移形態の符号化を行なわ
せるようにしている。

なお、第１３図において、予想頻度の欄は、あ
る文書画像の統計から算出したもので、これに最
適化した符号体系の例が符号例２の欄である。符
号例１は他の特性の画像を平均的に扱う場合の例
である。

以上、本発明による画像情報符号化方法にあつ
ては、画像を画素単位毎にサンプリング・量子化
して得た多値画像データ符号化して画像データを
圧縮する方法において、前記多値画像データの濃
度レベルが走査ステツプ毎に変化する区間と、同
一濃度レベルが連続する区間とを判別し、濃度レ
ベルが走査ステツプ毎に変化する区間には画像濃
度の濃度遷移形態に応じて所定のコードを付与す
る濃度遷移形態符号化法を、同一濃度レベルが連
続する区間にはランレングス符号化法を用いるこ
とにより、または同一濃度レベルが連続する区間
の中で白レベルとそれ以外のレベルとではそれぞ
れ異なる符号体系からなるランレングス符号化を
用いることにより、多値画像データを圧縮するよ
うにしたもので、データ圧縮率の良いしかも中間
調の表現が充分になされた符号化を行なわせるこ
とができ、特に手書文書などの濃度変化の激しい
画像や朱肉による印鑑などの中間調画像の場合に
最適な符号化をなし、復号時に原画像を忠実に再
生させることができるという優れた利点を有して
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図はビツトプレーンコードの一例を示す図
表、第２図はワイルコードを示す図表、第３図は
ミツクスコードを示す図表、第４図は８階調の濃
度遷移形態の経路を示す特性図、第５図はその経
路数のカウント状態を示す図、第６図は８階調の
濃度遷移形態符号の一例を物分的に示す図表、第
７図は８階調の濃度レベルで読取られた画像情報
を本発明によつて符号化した一例を示す図、第８
図は本発明による画像情報符号化方法を具体的に
実施するための一構成例を示すブロツク図、第９
図は12階調へ拡張する場合の濃度遷移形態の経路
を示す特性図、第１０図は12階調へ拡張したとき
の符号化例を示す図、第１１図は５階調の濃度レ
ベルで読取られた画像情報の符号化例を示す図、
第１２図は５階調の濃度遷移形態の経路を示す特
性図、第１３図は５階調の濃度遷移形態符号の一
例を示す図表である。２……Ａ・Ｄコンバータ、３……クロツク発振
器、４……シフトレジスタ群、５……TFCエン
コーダ、６……比較器、７……カウンタ、８……
CPU、９……伝送装置またはメモリ。

Claims

【特許請求の範囲】１画像を画素単位毎にサンプリング・量子化し
て得た多値画像データを符号化して画像データを
圧縮する方法において、前記多値画像データの濃
度レベルが走査ステツプ毎に変化する区間と、同
一濃度レベルが連続する区間とを判別し、濃度レ
ベルが走査ステツプ毎に変化する区間には画像濃
度の濃度遷移形態に応じて所定のコードを付与す
る濃度遷移形態符号化法を、同一濃度レベルが連
続する区間にはランレングス符号化法を用いるこ
とにより、多値画像データを圧縮することを特徴
とする画像情報符号化方法。２濃度遷移形態符号の復号時に濃度遷移が上昇
か下降かの判別がつかなくなる場合のみ、その濃
度遷移形態符号の後に上昇・下降判別符号を付す
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画
像情報符号化方法。３濃度レベルが走査ステツプ毎に変化する区間
には、低濃度レベル変化に対応した濃度遷移形態
符号体系内の符号の組合せを用いることにより、
全濃度レベル変化の符号化を行なうことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の画像情報符号化
方法。４濃度遷移形態符号化法として上昇及び下降を
含めた濃度遷移形態を符号化する濃度遷移形態符
号体系を用いることにより符号化を行なうことに
より多値画像データを圧縮することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の画像情報符号化方
法。５画像を画素単位毎にサンプリング・量子化し
て得た多値画像データを符号化して画像データを
圧縮する方法において、前記多値画像データの濃
度レベルが走査ステツプ毎に変化する区間と、同
一濃度レベルが連続する区間とを判別し、濃度レ
ベルが走査ステツプ毎に変化する区間には画像濃
度の濃度遷移形態に応じて所定のコードを付与す
る濃度遷移形態符号化法を、同一濃度レベルが連
続する区間の中で白レベルとそれ以外のレベルと
ではそれぞれ異なる符号体系からなるランレング
ス符号化法を用いることにより、多値画像データ
を圧縮することを特徴とする画像情報符号化方
法。