JPH0135541B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は写真のように階調をもつた画像を伝送
するためのフアクシミリ装置や、蓄積するための
画像蓄積装置等における画像情報の符号化を行な
う予測変換符号化装置に関するものである。 従来例の構成とその問題点 量子化された多階調画像の符号化方式として、
従来よりDPCM（Differential Pulse Code
Moduration）方式が知られている。この方式は
周辺の画素を用いて符号化する画素の値を予測
し、原画素の値と予測値との差分を符号化する方
法であるが、原画に忠実な符号化を行なうために
は、差分信号を表現するための符号数が増加し、
高い圧縮率を得ることが困難である。特に、商用
の写真電送のように１画素が８ビツト（256階調）
で表現される多階調画像を原画に忠実に伝送する
場合には、高い圧縮率を得ることが困難である。
一方高い圧縮率を得るためには差分を少ないビツ
ト数で量子化し符号数を低減する方法が用いられ
ているが、この方法では再生した画像の画質劣化
が大きくなるという問題点がある。 発明の目的 本発明は従来の欠点に鑑み、商用の写真電送な
どの際多くの階調を得ることができ、また再生さ
れた画像の画質の変化が少なく、しかも高い圧縮
率を得ることのできる予測変換符号装置を提供す
るのである。 発明の構成 本発明は多値量子化された多階調画像の予測原
画素の画素値を、その周辺の複数の画素値により
予測する第１の予測部、前記予測原画素の画素値
と前記第１の予測部が求めた予測原画素の予測値
とをそれぞれ濃度に変換する画素濃度変換部、前
記画素濃度変換部が求めた前記予測原画素の濃度
と、前記予測値の濃度との差を求める濃度差計算
部、前記多値量子化された多階調画像の各画素が
とりうる濃度範囲を複数の濃度域に分割するとと
に、各前記濃度域毎に濃度差定数をあらかじめ定
めておき、前記画素濃度変換部が変換した前記予
測原画素の濃度が属する濃度域に対応する前記濃
度差定数を出力する濃度差定数出力部、前記濃度
差計算部が求めた濃度差と前記濃度差定数出力部
が出力する濃度差定数とを比較し、その比較結果
に応じて前記予測原画素の画素値、又は前記予測
原画素の予測値の一つを選択して、当該予測原画
素の変換画素値として出力する判定選択部とを具
備した画像変換手段と、 前記画像変換手段を構成する判定選択部から出
力される変換画素値を、その周辺の複数の画素値
により予測する第２の予測部、前記第２の予測部
が求めた予測値の誤差を符号化する符号化部とを
具備した予測符号化手段とを設けることにより、
上記目的を達するものである。 実施例の説明 以下に図面を用いて本発明の一実施例について
説明する。第１図は本発明の一実施例における予
測変換符号化装置を有する画像システムのブロツ
ク構成を示すものである。第１図において、１は
画像読取装置で、写真原稿のような多階調画像を
走査し、標本化及び量子化する装置である。２は
量子化された画素信号を変換する画像変換装置、
３は画像変換装置２からの出力画像を符号化する
符号化装置、４は符号を伝送する送信装置、５は
伝送された符号を受信する受信装置、６は符号か
ら画像を復元する復号化装置、７は復元された画
像を記録する画像記録装置である。 なお第１図のシステムは画像伝送システムの例
であるが、送信装置４及び受信装置５を蓄積装置
及び蓄積装置からの読出し装置としてもよい。 以下、第２図を用い、予測変換符号化装置の要
部となる画像変換装置２の構成を詳細に説明す
る。 まず画像変換装置２において、画像読取装置１
によつて走査され、量子化された画像信号２１０
は２画素メモリ２１に記憶される。２画素メモリ
２１は変換処理される原画素（以後、変換画素と
いう。）及び変換画素の次の原画素（以後、次変
換画素という）を記憶する。この画像信号は画像
読取装置１が原稿からの反射光を読取る場合には
画像原稿の反射率に比例した値（一般に、輝度信
号値とよぶ。）をもつ信号である。 ２画素メモリ２１からは変換画素信号２１１及
び次変換画素信号２１２が出力され、選択器２３
により一方が選択される。選択器２３は選択信号
発生器３１からの選択信号２２６により、信号２
１１か信号２１２を選択する。１画素の変換処理
の開始時には変換画素信号２１１が選択されるよ
うに、選択信号発生器３１は選択信号２２６を制
御してている。 選択器２３からの出力信号２１３は濃度変換器
２４に入力される。濃度変換器２４は次式に従つ
て入力値を濃度に変換する。 ｄ＝−log₁₀（１−Ｌ／LMAX） ……(1) ここで、LMAXは読取画像信号の最大値であ
る。例えば１画素を８ビツトで量子化する場合に
は、255となる。Ｌは濃度変換器２４への入力値
である。ｄは濃度である。なお、第(1)式は原稿と
読取値との関係は原稿の暗部では大きな値、明部
では小さな値となる画像読取装置の場合に適用さ
れ、暗部では小さな値、明部では大きな値となる
画像読取装置１では次式となる。 ｄ＝−log₁₀（Ｌ／LMAX） ……(2) また、第(1)式又は第(2)式においてカツコ内が０
となる場合は、ｄは十分大きな有限の値と定め
る。 なお、濃度変換器２４は対数演算器、減算器、
除算器を用いて実現することができるが、ROM
（読出し専用メモリ）を用いて簡単に実現するこ
とができる。１画素が８ビツトで表現される画像
の場合は輝度信号値は256種類となり、従つて濃
度値ｄも256種類である。256種の輝度信号値に対
してあらかじめ濃度値を計算し、その値をROM
に記憶しておき、輝度信号値をROMのアドレス
入力とすることにより濃度値ｄがこのメモリから
の出力データとして得られる。この場合ROMの
必要な記憶容量は256語である。語長は濃度ｄの
有効桁によつて定まり、例えば濃度ｄの有効桁を
小数第２位までとし、濃度ｄを100倍にした整数
値を記憶することと定め、また第(1)式においてカ
ツコ内が０のときのｄの値を2.55又は5.11と定め
ればROMの語長は８ビツト又は９ビツトとな
り、小容量のROMで極めて簡単に濃度変換器を
実現することができる。 次に画像変換装置２における予測方式について
説明する。本変換装置２によつて変換された画素
信号２２９は符号化装置３に出力されるとともに
画像メモリ２２に入力され蓄積される。画像メモ
リ２２は変換中の走査線と１走査前に変換された
走査線の２走査線を記憶する。画像メモリ２２か
らは４つの参照画素信号が出力される。また、変
換される画素Ｘとこれら参照画素の関係を第３図
に示す。第３図において、３１は現走査線、３２
は現走査線よりも１走査過去に走査された走査線
である。画素Ｘが変換される画素、P′，Q′，R′，
S′がそれぞれ参照画素で画像メモリ２２からの出
力信号２１５，２１６，２１７，２１８にそれぞ
れ対応する。画素T′は画素Ｘの次に変換される
画素である。予測器２５は前記４つの参照画素信
号と、２画素メモリ２１からの２つの画素信号２
１１，２１２を用いて、３種の予測値Ｘ〜′信号２
１９、ｔ〜′信号２２０、X′信号２１１を出力す
る。これらの信号の値は次式で示される。 信号２１９の値Ｘ〜′は Ｘ′＝ p′ p′＋（r′−q′） p′ （p′＋（r′−q′）＜０のとき） （０p′＋（r′−q′）255のとき） （p′＋（r′−q′）＞255のとき） …(3) 信号２２０の値ｔ〜′は ｔ〜′＝ Ｘ Ｘ＋（s′−r′） Ｘ （ｘ＋（s′−r′）＜０のとき） （０ｘ＋（s′−r′）255のとき） （ｘ＋（s′−r′）＞255のとき） …(4) 信号２２１の値X′は Ｘ＝ ｔ ｔ−（s′−r′） ｔ （ｔ−（s′−r′）＜０のとき） （０ｔ−（s′−r′）255のとき） （ｔ−（s′−r′）＞255のとき） …(5) なお、(3)、(4)、(5)式において、p′、q′、r′、
s′はそれぞれ参照画素P′，Q′，R′，S′の値、ｘは
２画素メモリ２１からの出力である変換画素Ｘの
値、ｔは２画素メモリ２１からの出力である次変
換画素Ｔの値である。信号２１９，２２０，２２
１は選択器２６により、いずれか１つが選択さ
れ、濃度変換器２７に出力される。選択器２６は
選択信号発生器３１からの選択信号２２７により
制御されている。１画素の交換処理の開始時には
信号２１９が選択されるように選択信号発生器３
１は選択信号２２７を制御している。濃度変換器
２７は濃度変換器２６と同様にROMで実現され
ている。 濃度変換器２４の出力濃度信号２１４と濃度変
換器２７の出力濃度信号２２３は減算器２８に入
力され減算が行なわれ、結果の絶対値が濃度差信
号２２４として出力される。一方、原画素の濃度
信号２１４は濃度差定数出力器３２にも入力され
ている。濃度差定数出力器３２は分割された濃度
域とそれぞれの濃度域に濃度差定数があらかじめ
定められており、濃度信号２１４が属する濃度域
に対応した濃度差定数を求め濃度差定数信号２３
０として出力する。濃度域の分割の１例を第１表
に示す。なお、第１表は４分割の場合の例であ
る。

【表】 例えば原画素の濃度信号２１４の値が1.00であ
るときは、濃度差定数信号２３０として値0.10を
出力する。濃度差定数出力器３２は比較器を用い
て構成することもできるが、ROMを用いて簡単
に実現することができる。例えば濃度ｄの有効桁
を小数第２位とし、濃度ｄを100倍した値を
ROMのアドレス入力とし、各アドレス（すなわ
ち濃度）に濃度差定数を100倍した値を記憶して
おくことにより、直ちに濃度差定数を得ることが
できる。ROMの容量は原画像が８ビツト／画素
の場合は256語で十分である。例えば第１表の場
合０番地から29番地までは２、30番地から94番地
までが５、95番地から129番地までが10、130番地
から255番地までは20が記憶される。このように
ROMを用いることにより、濃度域の分割数を増
加しても濃度差定数出力器３２は複雑にはならな
い。 濃度差信号２２４は判定器２９で、濃度差定数
信号２３０と比較され、濃度差定数以外の場合に
は判定結果０が、濃度差定数より大きい場合には
判定結果１が判定器出力信号２２５として出力さ
れる。 変換後の画像の画質は濃度域の分割数、分割の
境界値及び濃度差定数によつて影響される。本実
施例における画像を評価した結果、第１表に示し
た各定数で十分な画質が得られる。 判定器２９からの判定器出力信号２２５は選択
信号発生器３１に入力される。 選択信号発生器３１の動作の流れ図を第４図に
示し、以下にその動作を説明する。 端子４５０は１画素の変換処理の開始を、端子
４５１は１画素の変換処理の終了をそれぞれ示
す。１画素の変換処理の開始後、処理４０１で選
択信号２２６を選択器２３が変換画素信号２１１
を選択する値に、選択信号２２７を選択器２６が
値Ｘ〜′信号２１９を選択する値に設定する。この
結果、減算器２８で変換画素Ｘの値と、値Ｘ〜′の
それぞれの濃度の差が計算され、判定器２９によ
る判定結果が判断４０２で判断さる。判断４０２
で判定結果信号２２５が０、すなわち濃度差が濃
度差定数以下の場合には、処理４０３で選択信号
２２８を選択器３０が信号２１９を選択する値に
設定し１画素の変換処理を終了する。この場合、
選択器３０は値Ｘ〜′を変換画素Ｘの変換後の値と
し符号化装置に出力する。一方、判定結果信号２
２５が１すなわち濃度差が濃度差定数より大きい
場合には処理４０４で選択信号２２６を選択器２
３が次変換画素信号２１２を選択する値に、選択
信号２２７を選択器２６が値ｔ〜′信号２２０を選
択する値に設定する。この結果、減算器２８で次
変換画素Ｔの値と、値ｔ〜′のそれぞれの濃度の差
が計算され判定器２９よる判定結果が判断４０５
で判断される。判断４０５で判定結果信号２２５
が０、すなわち濃度差が濃度差定数以下の場合に
は処理４０６で選択信号２２８を選択器３０が変
換画素信号２１１を選択する値に設定し、１画素
の変換処理を終了する。この場合、選択器３０は
変換画素Ｘの値ｘを変換画素Ｘの変換後の値と
し、符号化装置を出力する。判定結果信号２２５
が１、すなわち濃度差が濃度差定数よりも大きい
場合には、処理４０７で選択信号２２６を選択器
２３が変換画素信号２１１を選択する値に、選択
信号２２７を選択器２６が値 Ｘ′（信号２２１）
を選択する値に設定する。この結果、減算器２８
で変換画素Ｘの値と、値ｘ′のそれぞれの濃度の
差が計算され判定器２９による判定結果が判断４
０８で判断される。判断４０８で判定結果信号が
０、すなわち濃度差が濃度差定数以下の場合に
は、処理４０９で選択信号２２８を選択器３０が
信号２２１を選択する値に設定し、１画素の変換
処理を終了する。この場合選択器３０は値ｘ′を
変換画素Ｘの変換後の値とし符号化装置に出力す
る。判定結果信号２２５が１すなわち濃度差が濃
度差定数より大きい場合には処理４１０で選択信
号２２８を選択器３０が変換画素信号２１１を選
択する値に設定し、１画素の変換処理を終了す
る。この場合選択器３０は変換画素Ｘの値ｘを変
換画素Ｘの変換後の値とし符号化装置３に出力す
る。 符号化装置３に出力される出力画像信号２２９
は前述の画像メモリ２２にも入力され、変換後に
出力された値が順次記憶される。 画像変換装置２から出力される画像信号は符号
化装置３によつて符号化される。 次に符号化装置３のの構成および動作を第５図
とともに説明する。 第５図に示すように、画像変換装置２からの出
力画像信号２２９は画像メモリ５１に記憶され
る。画像メモリ５１は予測符号化を行なう場合に
参照画素が過去に走査された走査線に含まれてい
る場合には予測に必要な走査線も記憶している。 画像メモリ５１からは符号化処理される画素の
値を予測するための参照画素信号５１０，５１
１，５１２が予測器５２に出力される。 予測器５２の予測方式の一実施例を第６図を用
いて以下に説明する。第６図は予測のための参照
画素と予測符号化される画素の関係を示した図で
ある。６１は現走査線、６２は現走査線よりも１
走査過去に走査された走査線である。画素Ｘが予
測符号化される画素で、Ｐ，Ｑ，Ｒが過去に走査
された画素で参照画素とよぶ。画素Ｔは画素Ｘの
次に予測符号化される画素で、画素Ｓは画素Ｔの
予測に用いる参照画素である。予測器５２は参照
画素Ｐ，Ｑ，Ｒを用いて次式に示す値ｘを画素
X′の予測信号５１３として出力する。 Ｘ＝ ｐ ｐ（ｒ−ｑ） ｐ （ｐ＋（ｒ−ｑ）＜０のとき） （ｏ＜ｐ＋（ｒ−ｑ）255のとき） （ｐ＋（ｒ−ｑ）＜255のとき） …(6) （ただし、ｐ、ｑ、ｒはそれぞれ参照画素Ｐ，
Ｑ，Ｒの値である。） 予測信号５１３は予測される画素の信号５１４
と減算器５３で減算され、その結果が差分信号５
１５として出力される。すなわち、次式で示す値
△Ｘが差分信号５１５として出力される。 △Ｘ＝Ｘ−X′ ……(7) （但し、ｘは予測される画素Ｘの値である。） ここで画像変換装置と符号化装置の関係につい
て説明する。第(3)、(4)式はそれぞれ第(6)式と同形
であり、第４図の処理４０３で変換画素Ｘの値と
して第(3)式の値ｘ〜′が画像変換装置２から出力さ
れる場合には第(6)式において予測値ｘと画素Ｘの
値ｘとは一致する。また、第(4)式により第４図の
処理４０６で変換画素Ｘの値として原画素の値が
画像変換装置２から出力される場合、第３図にお
いて画素Ｔの変換のときに変換後の画素の値は第
(3)式で示される値となり、第６図の画素Ｘの次の
画素Ｔの予測符号化で第(6)式において予測値と一
致する。第４図の処理４０９で変換画素Ｘの値と
して第(5)式による値ｘが画像変換装置から出力さ
れる場合、第３図において画素Ｔの変換のときに
変換後の画素の値は第(3)式で示される値となり、
第６図の画素Ｘの次の画素Ｔの予測符号化で第(6)
式の予測値と一致する。このように、本予測器に
おいては、入力画像信号が画像変換装置２からの
変換画像信号であり、画像変換処理が予測符号化
時と同一の予測式によつて行なわれるために第
(6)、(7)式において、ｘ＝ｐ、ｒ＝ｑである画素Ｘ
の出現確率は原画に比べて高く、従つて差分値△
Ｘが０である出現確率が高くなる。 差分信号５１５は符号化器５４で符号化され符
号５１６が出力される。減算器５３からの出力で
ある差分信号は511種の値をとり、それぞれの値
に例えばハフマン符号を割りあてることにより符
号化される。このとき、前述の如く、差分値△Ｘ
＝０の出現確率が高いため、差分値０に割り当て
る符号を短くすることにより、符号化された画像
の総符号数を少なく、すなわち圧縮率を高めるこ
とができる。出力された符号５１６は送信装置４
及び受信装置５を経て復号化装置６に伝達され
る。復号化装置６は符号を差分値に変換し、前記
予測符号化装置と同一の予測方式によつて予測を
行ない、予測値に差分値を加算することにより画
像を復元し、画像記録装置７によつて記録再生さ
れる。 なお、下表は本実施例による画像変換を行ない
予測符号化を行つた場合の１画素当りの符号長の
画像変換を行なわずに同一の予測符号化を行つた
場合の１画素当りの符号長に対する向上率、画像
変換後の画像の原画像に対するＳ／Ｎ比を示した
ものである。下表のデータにおける画像は１画素
が８ビツトで表現された256階調画像である。ま
たＳ／Ｎ比は原画像と変換後の画像の平均２乗誤
差から算出された値である。

【表】 以上、本実施例によれば、符号化装置３及び復
号化装置６での画質劣化は無く、画像変換装置２
の濃度域分割数、分割の境界値及び各濃度域に定
められた濃度差定数によつて画質を制御するため
写真のような多階調画像を符号化し伝送又は蓄積
する場合に画質劣化が少なく、しかも画像変換を
行なわない方式に比べ少ない符号数で伝送又は蓄
積でき、伝送時間の短縮及び蓄積容量の低減化を
図ることができる。 すなわち、本実施例では多階調画像を変換し、
変換後の画像を予測符号化するために、原画像を
複数個の濃度域に分割し、それぞれの濃度域に濃
度差定数を割り当て、予測符号化を行なうための
予測と同一の予測を変換後の画像の複数個の参照
画素を用いて変換される画素に対して行ない、予
測値と変換される画像の原画素の値をそれぞれ濃
度に変換し濃度差が、原画素の濃度値が属する濃
度域に割り当てられた濃度差定数の範囲内であれ
ば予測値を変換後の画素の値とし、割り当てられ
た濃度差定数の範囲外であるならば原画素の値を
変換後の値とする画像変換器と、この画像変換器
から出力される変換後の画像を予測符号化する符
号化器と、符号化器と同一の予測方式によつて予
測し、この予測値と伝送された誤差信号から画像
を再生する復号化装置とを設けている。 そこで多階調画像を画素間の読取つた値の差分
値によつて変換する場合は、読取られた画素の値
は原稿の輝度に比例した値であり、画像の暗部の
画素間の読取つた値（輝度信号値）の差分値と、
明部の画素間の読取つた値（輝度信号値）の差分
値とが同一の値であつても暗部の画素間の濃度差
は明部の画素間の濃度差とは大きく異なり、視覚
的には同一ではなく、このような読取つた値（輝
度信号値）を基本とする画像変換は暗部の画質劣
化が明部の画質劣化に比べて大きくなり、視覚的
に画質劣化の大きな画像となる。本実施例による
画像変換の方法は画像を読取つた値（輝度信号
値）を濃度に変換した後の濃度差を用い、更に、
暗部における濃度差と明部における濃度差の視覚
が異なることを利用して原画像を複数個の濃度域
に分割し、各濃度域に濃度差定数を割り当てるた
めに暗部・明部ともに画質の劣化が少ないという
作用があり、予測符号化時と同一の予測方式によ
る画像変換であるため、変換後の画像の予測一致
率は原画像を予測符号化する場合に比べ向上する
ために圧縮率を大きく改善することができる。 発明の効果 以上のように本発明は商用の写真電送などの際
多くの階調を得ることができ、しかも再生された
画像の画質の変化が少なく、しかも高い圧縮率を
得ることができ、その効果も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における予測変換符
号化装置を有する画像伝送システムのブロツク
図、第２図は同装置の要部である画像変換装置の
ブロツク図、第３図は画像変換のための変換され
る画素と参照画素の関係を示した概念図、第４図
は第２図における画像変換装置の要部である選択
信号発生器の動作の流れ図、第５図は符号化装置
のブロツク図、第６図は予測符号化される画素と
参照画素の関係を示した図である。 ２……画像変換装置、３……符号化装置、２
３，２６，３０……選択器、２４，２７……濃度
変換器、２５……予測器、２８……減算器、２９
……判定器、３１……選択信号発生器、３２……
濃度差定数出力器、５１……画像メモリ、５２…
…予測器、５３……減算器、５４……符号化器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多値量子化された多階調画像の予測原画素の
   画素値を、その周辺の複数の画素値により予測す
   る第１の予測部、前記予測原画素の画素値と前記
   第１の予測部が求めた予測原画素の予測値とをそ
   れぞれ濃度に変換する画素濃度変換部、前記画素
   濃度変換部が変換した前記予測原画素の濃度と、
   前記予測値の濃度との差を求める濃度差計算部、
   前記多値量子化された多階調画像の各画素がとり
   うる濃度範囲を複数の濃度域に分割するととも
   に、各前記濃度域毎に濃度差定数をあらかじめ定
   めておき、前記画素濃度変換部が変換した前記予
   測原画素の濃度が属する濃度域に対応する前記濃
   度差定数を出力する濃度差定数出力部、前記濃度
   差計算部が求めた濃度差と前記濃度差定数出力部
   が出力する濃度差定数とを比較し、その比較結果
   に応じて前記予測原画素の画素値、又は前記予測
   原画素の予測値の一つを選択して、当該予測原画
   素の変換画素値として出力する判定選択部とを具
   備した画像変換手段と、 前記画像変換手段を構成する判定選択部から出
   力される変換画素値を、その周辺の複数の画素値
   により予測する第２の予測部、前記第２の予測部
   が求めた予測値の誤差を符号化する符号化部とを
   具備した予測符号化手段と を有する予測変換符号化装置。 ２ 画像変換手段を構成する第１の予測部と、予
   測符号化手段を構成する第２の予測部とは、予測
   原画素の画素値を求めるその周辺の複数の画素値
   として、既に変動がなされた複数個の変換画素値
   と、前記予測原画素の予測の後に変換を実施する
   原画素の画素値を用いることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の予測符号化装置。 ３ 画像変換手段を構成する第１の予測部と、予
   測符号化手段を構成する第２の予測部とは、同一
   の予測式により予測を行うことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の予測符号化装置。