JPH01878A - 画像データの圧縮方法 - Google Patents

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】 ′（産業上の利用分野） 本発明は画像データの圧縮方法、特に詳細にはブロック
符号化とベクトル量子化とを併用して高いデータ圧縮率
が得られるようにした画像データの圧縮方法に関するも
のである。

（従来の技術） 例えばＴＶ信号等、中間調画像を担持する画像信号は膨
大な情報量を有しているので、その伝送には広帯域の伝
送路が必要である。そこで従来より、このような画像信
号は冗長性が大きいことに着目し、この冗長性を抑圧す
ることによって画像データを圧縮する試みが種々なされ
ている。また最近では、例えば光ディスクや磁気ディス
ク等に中間調画像を記録することが広く行なわれており
、この場合には記録媒体に効率良く画像信号を記録する
ことを目的として画像データ圧縮が広く適用されている
。

このような画像データ圧縮方法の一つとして、いわゆる
ブロック符号化を利用するものが知られている。このブ
ロック符号化による画像データの圧縮方法は、２次元画
像を担持する原画像データを複数の標本からなるブロッ
クに分割し、各ブロックにおいて各画素に関する原画像
データをｎ値化し（ｎは２以上の整数）、このｎ値化デ
ータか共通するブロック内各画素についての原画像デー
タの平均値ｍ１　、ｍｚ・・・・・・ｒｒＢｌを求め、
これらの平均値ｍｌ　、ｍｚ・・・・・・ｒＪと、上記
ｎ値化データとを符号化するようにしたものである。

この方法によれば、例えば１画素の濃度スケールが２５
６レベル（＝８ｂ　ｉ　ｔ）で、４Ｘ４−１８画素毎に
プロ、ツク分割を行ない、そして原画像データを２値化
するとすれば、１ブロック当りの画像データ量は１６Ｘ
１ｂｉｔに、平均値ｍ１　＋　ｍｚを示すデータ（とも
に８ｂｉｔ程度でよい）を加えたものとなり、圧縮前の
データｆｆ１（−１６Ｘ８ｂｉｔ）に比べて十分に圧縮
されるようになる。

通常、上記ブロック内の画像データは互いに高い相関性
を有しているので、ｎ値化データが互いに等しい画素に
上記の平均値を各々当てはめても、それは原画像データ
と低歪で対応する。したがって、画像の再構成に際して
は、各画素のｎ１ｉｉ化データに基づいてそれぞれに上
記の平均値を当てはめ、このデータに基づいて画像再生
すれば、原画像とさほど変わらない再構成画像が得られ
るようになる。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたブロック符号化による画像データの圧縮方法
は、画像の低周波成分が多い場合はさほどの画質劣化を
招かないので、特に低周波成分の多い放射線画像等に対
して好適に適用されうるが、データ圧縮率をさらに向上
させることか望まれている。

そこで本発明は、ブロック符号化を利用し、従来よりも
さらにデータ圧縮率を高めることができる画像データの
圧縮方法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段及び作用）本発明の画像デ
ータの圧縮方法は、ブロック符号化を利用する画像デー
タの圧縮方法において、前述した各ブロック毎の平均値
ｍｌ　、ｍｚ・・・・・・ｍｎおよび／またはｎ値化デ
ータをベクトル量子化することを特徴とするものである
。

上記ベクトル量子化は、一般には２次元画像を担持する
原画像データに対して適用されるものであり、その場合
は通常、２次元画像データを標本数ＰＸＱのブロックに
分割し、予めｐＸＱ個のベクトル要素を規定して作成し
た相異なる複数のベクトルから成るコードブックの中で
、上記ブロックの各々内の画像データの組と最小歪にて
対応するベクトルを選択し、この選択された上記コード
ブック内のベクトルを示す情報を各ブロックと対応させ
て符号化するようにしている。

上述のようなブロック内の画像データは互いに高い相関
性を有しているので、各ブロック内の画像データを、比
較的少数だけ用意したベクトルのうちの１つを用いてか
なり正確に示すことが可能となる。したがって、画像デ
ータの伝送あるいは記録は、実際のデータの代わりにこ
のベクトルを示す符号を伝送あるいは記録することによ
ってなし得るから、データ圧縮が実現されるのである。

例えば２５６レベル（＝８ｂ　ｉ　ｔ）の濃度スケール
の中間調画像における６４画素についての画像データ量
は、８Ｘ８４”５１２ｂ　ｉ　ｔとなるが、この６４、
画素を１ブロツクとして該ブロック内の各画像データを
６４要素からなるベクトルで表わし、このようなベクト
ルを２５８通り用意したコードブックを作成するものと
すれば、１ブロック当りのデータ量はベクトル識別のた
めのデータ量すなわち８ｂｉｔとなり、結局データ量を
１／６４に圧縮可能となる。

本発明方法では、上述のようなベクトル量子化を原画像
データに対して適用するのではなく、ブロック符号化に
よって得られた平均値ｍｌ　、　ＩＪ・・・・・・ｍＱ
、あるいはｎ値化データに対して適用している。このよ
うな平均値やｎ値化データは、ブロック符号化を経て得
られたものではあるが、それでも互いに相関性を有して
いる（つまり冗長性を有している）ので、これらのデー
タをさらにベクトル量子化することにより、データ圧縮
が達成される。

このように本発明方法においては、ブロック符号化とベ
クトル量子化の２つの手法を併せて用いているので、ブ
ロック符号化のみを行なう場合よりもさらにデータ圧縮
率が高められる。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の方法を実施する装置を概略的に示すも
のである。１枚の連続調画像を示す原画像データＳはま
ずブロック変換回路９に通され、ＰＸＱの画素からなる
矩形ブロック毎のデータＳｂに変換される。このブロッ
ク分けの様子を分かりやすく第２図に示す。この第２図
においてＦが原画像であり、Ｂが上記ブロックを示す。

なお説明を容易にするため、以下、各画素の濃度スケー
ルが２５６レベル（−８ｂｉｔ）、上記ブロックＢが６
Ｘ６画素についてのデータからなるものとして話を進め
る。

このブロックＢ毎の原画像データｓｂは、次にブロック
符号化回路１０Ｊこ入力されて、ブロック符号化される
。すなわちこのブロック符号化回路１０は、まず入力さ
れた１ブロック３６個の原画像データｓｂの平均値Ｓｏ
を求め、該平均値Ｓ。よりも大の原画像データｓｂは１
に、平均値Ｓｏ以下の原画像データｓｂはＯに変換して
２値化を行なう。

それによって得られる２値化データは、例えば第３図図
示のようなものとなる。次にブロック符号化回路１０は
、０値が与えられた画素に関する原画像データｓｂの平
均値ｍ１と、１値が与えられた画素に関する原画像デー
タｓｂの平均値ｍ２をそれぞれ求める。ブロック符号化
回路ｌＯは、こうして求めた平均値ｍ１　＋　ｍＺを示
すデータＭと、上記３６画素についての２値化データＸ
を出力する。

先に述べた通り、このような２値化データＸと平均値ｍ
１　＋　”Ｚは、少ない歪みで原画像を表わしうるちの
となっている。そして、３６画素についての原画像デー
タｓｂのデータ量は５ｅｘｓｂｉｔであるのに対し、上
記平均値ｍｌ　＋　ｍＺを８ｂｉｔで表わすものとすれ
ば、２値化データＸと平均値ｍ１　＋　ｍＺは、３６Ｘ
１ｂ　ｉ　ｔ＋２Ｘ８ｂ　ｉ　ｔのデータ量で表わすこ
とができる。つまり上記ブロック符号化を行なうことに
よりデータ量は、３６Ｘ１ｂ　ｉ　ｔ＋２Ｘ８ｂ　ｉ　
ｔ３６ｘ８ｂｉｔ ”！１１５．５に圧縮されることになる。

この２値化データＸと平均値データＭは、次にベクトル
量子化器１１に入力される。このベクトル量子化器１１
は、予めメモ１月２にコードブックとして記憶されてい
る複数のベクトルの中から、入力された各ブロック毎の
２値化データＸの組（３６個のデータからなる）と最小
歪にて対応するベクトルを選択する。すなわちメモ１月
２には、以下に示すようにそれぞれ３６のベクトル要素
（Ｘｌ　＋　　ＸＺ　＋・・・・・・Ｘ３６）　　［ｎ
−１，２，・・・・・・、１６］を規定した一例として
１６のベクトル７（１）、　Ｔ（２）、　　ｘ（３）・
・・・・・・・・Ｙ（１６）を各々示すコードブックが
記憶されている。

マ（１）”　（ｘ’ｔ’　＋　　ＸＺ　＋　　ｘ３・・
・・・・Ｘ３６）、（２）＝　（′ｘ＋、２）、父’ｚ
’　ｒ　”’　・・・・・・・”　Ｑ　１３”６）マ（
３）−（史７）　、　縛）　、　、、、　、、、　・、
、　、、、父゛六）マ（１Ｂ）　　＝　　（ｘｌ　、　
　ＸＺ　・・・・・・・・・・・・Ｘ３６）そしてベク
トル量子化器１１は２値化データＸの組（Ｘｉ　＊　　
ｘＺ　＋　　ｘ３・・・・・・・・・Ｘ、６）とベクト
ル要素（父１＋Ｑ２．父３・・・・・・・・・父、６）
が歪最小にて対応するベクトル量（１）を求め、このベ
クトル量＜１＞を規定したベクトルの識別番号ｔを示す
符号化データＤｔを出力する。上記の歪としては、例え
ば が用いられる（本例ではに−３６である）。このような
歪が最小となるベクトルｘ　（ｔ）を見つけるには、例
えばすべてのベクトルに関してこの歪を演算してから歪
最小となるベクトルｘ　（ｔ）を求めてもよいしくいわ
ゆる全探索形ベクトル量子化）、あるいは処理時間短縮
化のために（歪が完全に最小とならない場合があるが）
２進木探索形ベクトル量子化を実行してもよい。

なお各ベクトル要素（ｘ１＋　　ｘ２＋　’３・・・・
・・・・・９３６）を規定したベクトルから成る最適の
コードブックは、データ圧縮を行なう画像と同種のトレ
ーニング画像を予め用意して、このトレーニング画像に
基づいて公知の手法によって求めることができる。

ベクトル量子化器１１は、データＭが示す２つの平均値
ｍｌ　＋　ｍｚについても上記と同様のベクトル量子化
を行なう。そのためにメモリ１２には、前述のコードブ
ックの他に、下記のようにそれぞれ２つのベクトル要素
（ｍｌ　、　ｍｚ　）　　［ｎ−１，２゜・・・・・・
、６４コを規定した一例として６４のベクトル而（１）
、　ｍ（２）、　ｍ（３）−−−ｍ　（８４）　ヲ示ｔ
：＋　　）’フックが記憶されている。

イ（１）−篩；゛、畠゛；゛） 而（２−（品′ｌゝ、畠ν２） 賢（３）＝　（ｍ′１′’、吊′：Ｉ）冒（［ｉ４）　
−（ｍｘ　、　ｍｚ　）ベクトル量子化器１１は、平均
値の組（ｍｌ　１　ｍｚ　）とベクトル要素（ｍｔ　ｌ
　ｍｚ　）が歪最小にて対応するベクトル訃（ｕ）を求
め、このベクトル市（ｕ）を規定したベクトルの識別番
号Ｕを示す符号化データＤｕを出力する。上記の歪とし
ては例えば前述した平均２乗誤差等が用いられ・る。ま
たベクトルｍ（ｕ）の探索、最適コードブックの設定も
、前述の場合と同様にして行なわれうる。

ここで、上述のようなベクトル量子化を実施することに
よるデータ圧縮効果について詳しく説明する。２値化デ
ータＸを示すベクトルの識別データＤｔは、本例では１
６のベクトルが区別できるものであればよいから、４ｂ
ｉｔで表わせる。一方平均値ｍ１１　ｍｚを示すベクト
ルの識別データＤＵは、６４のベクトルが区別できるも
のであればよいから、６ｂｉｔで表わせる。それに対し
て、前述したようにこれら平均値”１　ｒ　ｍｚを直接
示すためには２Ｘ８ｂ　ｉ　ｔ、そして２値化データＸ
を直接示すためには３８Ｘ１ｂｉｔのデータが必要であ
るから、結局ベクトル量子化によるデータ圧縮率は、 ４ｂ　　ｉ　　ｔ＋６ｂ　　ｉ　　ｔ ２Ｘ８ｂ　ｉ　　ｔ＋３６Ｘ１ｂ　ｉ　　ｔ’！１１５
．２となる。またトータル（ブロック符号化とベクトル
量子化を合わせたもの）の圧縮率は（１１５，５）１５
．２−１／２８．６となる。

以上述べたコードブックの選択、コードブック識別デー
タＤｔ、Ｄｕの出力は、原画像データＳが示す１枚の画
像中のすべてのブロックＢについて行なわれる。本例に
おいては、これらのベクトル識別データＤｔ、Ｄｕが記
録再生装置１３において例えば光ディスクや磁気ディス
ク等の記録媒体（画像ファイル）に記録される。なお原
画像データＳ全体に対するブロック分けの順序が所定順
序で行なわれるようになっていれば、記録再生装置１３
に次々と送られる各識別データＤｔ、Ｄｕは、各ブロッ
クＢと対応をとって記録可能となる。また、このように
各識別データＤｔ、Ｄｕと各ブロックＢとの対応をとる
ために、識別データＤｔ。

Ｄｕにブロック識別データを付加して記録するようにし
てもよい。前述した通りこれらのベクトル識別データＤ
ｔ、Ｄｕは、原画像データＸよりも極めて少ないデータ
量で表現可能であるから、上記光ディスク等の記録媒体
には、大量の画像が記録されつるようになる。

画像再生に際して、画像データを間接的に示すベクトル
識別データＤｔ、Ｄｕは記録媒体から読み出され、復号
器１４において再構成データＸ°およびＭｏに変換され
る。すなわち復号器１４は、入力されたベクトル識別デ
ータＤｔが示すベクトルをメモ１月２に記憶されている
コードブックから読み出し、そのベクトルに規定されて
いるベクトル要素（＝、　ｌ　　ｘ。、　２３　””’
４３６）のそれぞれを、１つのブロックＢに関する再構
成２値化データＸ′として出力する。また復号器１４は
、入力されたベクトル識別データＤｕが示すベクトルを
メモリ１２から読み出し、そのベクトルに規定されてい
るベクトル要素（ｍｌ　＋　”２　）のそれぞれを、１
つのブロックＢに関する再構成平均値データＭ゛　とし
て出力する。

これらの再構成データｘ’　、　Ｍ’　は、逆変換回路
１５において、ブロック毎の画像データの再構成に供せ
られる。すなわちこの逆変換回路１５は、再構成データ
Ｘ′が示す０値を有する画素については平均値ｍ１を当
てはめ、一方１値を有する画素については平均値ｍ２を
当てはめて、１ブロツク分の再構成画像データＳｂ°を
形成する。前述した通り、このような再構成画像データ
Ｓｂ′は、原画像データｓｂと僅かだけの歪をもって対
応するものとなる。この再構成画像データＳｂ゛は次に
合成回路１Ｂに送られ、そこでブロック単位のデータか
ら１画像分のデータに変換される。この変換を受けた後
の画像データＳ°　は、原画像データＳに対しては僅か
な歪を有するだけで、はぼ等しいものとなっており、最
終的に画像再生装置１７に送られる。この画像再生装置
１７においては、上記画像データＳ°に基づいて、原画
像データＳが担持していた原画像とほぼ同等の画像が再
生される。

なお以上述べた実施例においては、各ブロックＢの原画
像データを２値化するようにしているが、該原画像デー
タを３値化以上にクラス分けするようにしてもよい。

また上記実施例においては、ブロック符号化で得られた
平均値ｍｌ　ｒ　ｍ２と、２値化データＸの双方をベク
トル量子化するようにしているが、ｎ値化データとｎ個
の平均値のいずれか一方のみをベクトル量子化するよう
にしてもよい。しかしデータ圧縮率を高める上では、ｎ
値化データとｎ個の平均値の双方をベクトル量子化する
のがより好ましい。

さらに、上記の実施例ではブロック符号化に際して２次
元画像データを、隣接するｐＸＱ画素からなる矩形範囲
についてのデータ毎にブロック分けしているが、このブ
ロック分けのために抽出する画素範囲の形状は矩形に限
らず、例えば第４．５および６図に示すような形状とし
てもよい。これらの図において、マス目１つが１画素を
示し、実線で囲まれた部分がブロック分けのために抽出
される画素範囲を示している。なお第６図の例では、互
いに離れた小ブロックＺ１、Ｚ２、Ｚ３およびｚ４をま
とめて１つのブロックとしている。

このように本発明においては、１ブロツクとして抽出さ
れる画素が必ずしも全部隣接していなくても、相近接し
ていればよいので、そのような分は方も本発明では「ブ
ロックに分割する」と称することとする。上記第４．５
および６図に示したように、ブロック分けの範囲が互い
に入り組むようにすると、矩形範囲の画素を抽出してブ
ロック分けする場合に比べて、再構成画像においてブロ
ック歪（ブロック境界部において濃度段差が生じること
）が目立ち難くなるという効果が得られる。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の画像データの圧縮方法
によれば、従来のブロック符号化による画像データ圧縮
方法に比べてより一層のデータ圧縮が達成されるので、
特に高階調の医用画像等を記録する場合には記録媒体に
記録できる画像量が大幅に高められ、また画像の伝送に
適用された場合には、データ伝送路の大幅な縮小や伝送
時間短縮の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する装置の概略構成を示すブ
ロック図、 第２図は本発明に係る画像データのブロック分けを説明
する説明図、 第３図は本発明に係るブロック符号化による２値化デー
タの例を示す概略図、 第４．５および６図はそれぞれ、本発明における画像デ
ータのブロック分けの別の例を示す説明図である。 ９・・・ブロック変換回路 ｌＯ・・・ブロック符号化回路 １１・・・ベクトル量子化器 １２・・・メモリ（コードブック）１３・・・記録再生
装置１４・・・復号器　　　　　　１５・・・逆変換回
路１Ｂ・・・合成回路　　　　　１７・・・画像再生装
置Ｄｉ、Ｄｕ・・・ベクトル識別データ Ｍ・・・平均値データ Ｍ′・・・再構成平均値データ ｓｂ・・・ブロック毎の原画像データ Ｓｂ°・・・ブロック毎の再構成データＸ・・・２値化
データ Ｘｏ・・・再構成２値化データ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２次元画像を担持する原画像データを複数の標本からな
   るブロックに分割し、 各ブロックにおいて各画素に関する原画像データをｎ値
   化し（ｎは２以上の整数）、 このｎ値化データが共通するブロック内各画素について
   の原画像データの平均値ｍ＿１、ｍ＿２・・・・・・ｍ
   ＿ｎを求め、 これらの平均値ｍ＿１、ｍ＿２・・・・・・ｍ＿ｎと、
   前記ｎ値化データとを符号化する画像データの圧縮方法
   において、 各ブロック毎の前記平均値ｍ＿１、ｍ＿２・・・・・・
   ｍ＿ｎおよび／またはｎ値化データをベクトル量子化す
   ることを特徴とする画像データの圧縮方法。