JPH0137067B2 - - 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予測変換符合
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（DifferentialPulse 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 本発明は上記従来の欠点に鑑み、商用の写真電
送などのように多くの階調が必要な際に、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
を得ることができる予測変換符合化装置を提供す
るものである。 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して濃度差を求める濃度
差計算部、前記濃度差計算部が求めた濃度差とあ
らかじめ定めた閾値とを比較し、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
測変換符合化装置を有する画像伝送システムのブ
ロツク図を示すものである。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。２は量子化され
た画像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一
実施例であるが、受信装置４及び復号化装置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。 次に第２図を参照して、画像変換装置２につい
て詳細に説明する。 第２図は画像変換装置の構成を示すものであ
る。 第２図において、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。この画素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素原稿の反射
率に比例した値（以降、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
により一方の信号が選択される。すなわち選択器
２３は選択信号発生器３１からの選択信号２２６
により、信号２１１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。またＬは濃変換器への入力値、
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１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。 この濃度変換器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２
４を実現することができる。 一方本変換装置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は変換中の走査線を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。なお、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。 さて、第２図にもどり予測器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２１１，２１２を用いて、３種の予測値
x〓′（信号２１９）、 t〓′（信号２２０）、 x′ （信号２２１）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） （ｏp′＋（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) となる。 なお、上記第(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。 そして予測器２５から出力される信号２１９，
２２０，２２１は選択器２６により、いずれか１
つか選択され、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２
２７により制御されている。１画素の変換処理の
開示時には信号２１９が選択されるように選択信
号発生器３１は選択信号２２７を制御している。
濃度変換器２７は前記濃度変換器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、結果の絶体値が濃度差信
号２２４として出力される。濃度差信号２２４は
判定器２９で、定められた判定値Ｋと比較され、
Ｋ以下の場合には判定結果０が、Ｋ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。なお、この判定値Ｋは再現される画
像の画質と圧縮率に影響を与えるパラメータであ
る。Ｋの値を大きくすれば圧縮率は向上するが画
質劣化は大きくなり、Ｋの値を小さくすれば画質
劣化は少なくなるが圧縮率の向上は少ない。実施
例により再生画像を評価した結果、商用の写真電
送に用いる場合にはＫの値を0.01から0.03（濃度
変換器２４，２７が濃度ｄを100倍した値を出力
する場合には１から３）の範囲の１つの値と定め
ることにより十分な画質が得られる。 さて判定器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の動作を第４図に示した流れ図とともに、
以下説明する。なお第４図において端子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。 まず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２１
１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で判断される。判断
４０２で判定結果信号２２５が０、すなわち濃度
差が判定値Ｋ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の値とし符号化
装置３に出力する。一方判定結果信号２２５が
１、すなわち濃度差が判定値Ｋより大きい場合に
は処理４０４で選択信号２２６を選択器２３が変
換画素信号２１２を選択する値に、選択信号２２
７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に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、
すなわち濃度差が判定値Ｋ以下の場合には処理４
０６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
に出力する。一方判定結果信号２２５が１、すな
わち濃度差が判定値Ｋ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４０８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
が判定値Ｋ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３に出力する。判定結果信号２２５が
１、すなわち濃度差が判定値Ｋ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の値を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） （０Ｐ＋（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
Δxが差分信号５１５として出力される。 Δx＝ｘ−x′ ……(7) （ただし、ｘは予測される画素Ｘの値である。） ここで画像変換装置２と符号化装置３の関係に
ついて説明する。第(3)式、第(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。このように予測器
５２においては、入力画像信号が前記画像変換装
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)式、第(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Δxが０である出現確率が高くなる。 さて第５図にもどり差分信号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Δx＝０の出現確率が高いため、
差分値０に割り合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は符号送信装置４及び符号受信装置５を
経て復号化装置６に伝達される。復合化装置６は
符号を差分値に変換し、前記予測符号化装置３と
同一の予測方式によつて予測を行ない画像を復元
し、画像記録装置７によつて記録再生することが
できる。 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、および
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。なお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】 以上本実施例で説明した予測変換符号化装置に
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の判定値Ｋによつて
画質を制御することができる。 すなわち本実施例によれば、多階調画像を変換
し、変換後の画像を予測符号化する際に、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素の原画
素のそれぞれ濃度に変換し濃度差が一定の範囲内
ならば予測値を変換される画素の変換後の値と
し、濃度の差が一定の範囲外であれば原画素の値
を変換後の画素の値とするとともに、変換後の画
像を予測符号化するよう構成している。そのため
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つてしまう欠点に対して、
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素を予測符号化
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によれば、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もの
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
る等、その効果は大きい。

【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、２１
……２画素メモリ、２２……画像メモリ、２３，
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、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
   れぞれ濃度に変換して濃度差を求める濃度差計算
   部、前記濃度差計算部が求めた濃度差とあらかじ
   め定めた閾値とを比較し、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合化装置。 ２ 画像変換手段を構成する第１の予測部と、予
   測符合化手段を構成す第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、既に変換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項記載の予測符合化装置。 ３ 画像変換手段を構成する第１の予測部と、予
   測符合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項記載の予測符合化装置。