JPH0265372A

JPH0265372A - 画像の符号化方法及び装置

Info

Publication number: JPH0265372A
Application number: JP63217217A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kato; 茂夫加藤; Yasuhiko Yasuda; 安田　靖彦; Hideshi Osawa; 大沢　秀史
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-08-30
Filing date: 1988-08-30
Publication date: 1990-03-06
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JP2651209B2

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〕本発明は画像を符号化する画像の符号化装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来の静止画像通信装置の代表的な例であるファクシミ
リ装置においては、画像をシーケンシャルに走査し、Ｍ
Ｈ，ＭＲ符号化等を用い画像を符号化し伝送していく方
式がとられている。

この方式では、画像の全体像を把握するには、画像デー
タのすべてを伝送する必要があるため、伝送時間が長く
かかり、画像データベースサービスビデオテックス等の
迅速に画像を判断することが必要とされる画像通信サー
ビスへの適用は困難であった。

そこで、このサービスにも適用可能な符号化方式として
、例えば、算術符号化等の如く符号化すべき注目画素の
近傍の複数の周辺画素から注目画素を予測し、その予測
画素と実際の注目画素との一致不一致に基づいて画像を
符号化することが提案されている。

これによると、従来のＭＨ，ＭＲ符号化等の構成より簡
単で且つ効率良い符号化を達成することができる。

〔発明が解決しようとしている問題点〕しかしながら、
この様な符号化において周辺画素に基づいて注目画素を
予測するに必要なパラメータは標準画像を用いてあらか
じめ決められており、標準画像と特徴の異なる画像に対
しては予測的中率が悪（、符号化効率が悪くなり、時に
は、原データよりも符号化データの方が長くなってしま
う如くの不都合を生じることもある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、符号化すべ
き注目画素の近傍の複数画素を参照して注目画素を予測
し、その予測画素と注目画素との一致不一致に基づいて
符号化を行なう画像の符号化方式であって、予測画素と
注目画素との一致不一致の割合に基づいて画素予測のた
めのノくラメータを変更する画像の符号化方式を提供す
るものである。

〔実施例〕

第１図は本発明を適用した符号器の実施例である。

まず、原画の各画素の白／黒を示す２値化データである
原画データ■１は第１フレームメモリｌＯ１こ記憶され
る。次に第１０−、（スフイルタ１１で平滑化処理がな
され、第１比較器１２では再び２値化さ器１２にはしき
い値Ｔ１が入力され、これらの値は必要とされる画質、
および符号化効率に基づＬ）てコントロール器９により
決定される。次に第１サブサンプリング１３により縦、
横４に間引かれた画像を表す信号１０１が生成される。

この信号１０１１′！第２フレームメモリ１４に蓄えら
れる。

一方、信号１０１は同じように第２０−ノ々スフイルタ
１５、第２比較器１６、第２サブサンプリング１７によ
りＡの画像を表す信号１０２が生成される。この信号１
０２は第３フレームメモリ１８に蓄えられる。

また、前述と同様に信号１０２は第３０−ノくスフイル
タ１９、第３比較器２０、第３サブサンプリング２１に
より１／８のサイズの画像を表す信号１０３が得られる
。この信号１０３は第４フレームメモリ２２に蓄えられ
る。尚、第２．第３０−パスフイルタには夫々パラメー
タＣ２，Ｃ３が、第２．第３比較器には夫々しきい値Ｔ
２．Ｔ３がコントロール器９により入力される。

また、信号１０３は第１符号器２３により符号化され第
１段階の信号１０４として伝送される。

第２符号器２４では第４フレームメモリ２２と第３フレ
ームメモリ１８のデータを参照しながら符号化を行い、
第２段階の信号１０５を伝送する。

同様に第３符号器２５では第３フレームメモリ１８およ
び第２フレームメモリ１４のデータを参照しながら符号
化を行い、第３段階の信号１０６を伝送する。同じく第
４符号器２６では、第２フレームメモリ１４および第１
フレームメモリ１０のデータを参照しながら符号化を行
ない第４段階の信号１０７を伝送する。以上の様に、第
１〜第４符号器は互いに解像度の異なる画像データを符
号化する。

このように第１段階から第４段階までの画像データを解
像の低い画像データから順に符号化伝送することにより
、受信側では解像度の高い画像データの伝送前に画像の
全体像をいち早く識別し、もしそのデータが不要の場合
には、以降の高解像の画像データの伝送を停止させるこ
とが可能となる。

これにより、不要データの通信時間の削減がなされ、効
率の良い画像通信サービスが可能となる。

第２図は、本発明を適用した復号器の実施例である。

符号器で１／８とされている第１段階信号１０４は、第
１復号器２７により復号され、第５フレームメモリ３１
に記憶される。この信号は、第１補間器３５により８倍
の補間処理により高解像度データに変換された後、セレ
クタ３８をコントローラ４２が切りかえてビデオメモリ
３９に記憶される。ビデオメモリ３９は、並行して入出
力可能な２ポートメモリで構成されている。したがって
、受信側で復号された画像は随時モニタ４０に表示され
る。

また、復号器でＩ／４及び１／８の画像を基に符号化さ
れている第２段階信号１０５は、第５フレームメモリ３
１のデータを参照しながら第２復号器２８より復号処理
され、第６フレームメモリ３２に記憶される。またこの
データは第２補間器３６により４倍の補間処理がなされ
、セレクタ３８を切り換えてビデオメモリ３９に記憶さ
れる。

同様に符号器で％及び〃の画像を基に符号化されている
第３段階の信号１０６及び元の画像とＡの画像を基に符
号化されている第４段階の信号滋１０７が夫々第３．第
４復号器２９．　３０並びに第７．第８フレームメモリ
３３．３４と第３補間器３７によって復号処理された後
ビデオメモリ３９に記憶され、モニタ４０に表示される
。

一方、第４段階の復号画像信号である第８フレームメモ
リ３４の信号は、プリンタ４１に出力されハードコピー
が得られる。

第３図は、第１図示の符号器に用いた第１．第２゜第３
０−バスフイルタとして用いた３×３画素サイズのロー
パスフィルタのフィルタ係数を示しており、中心画素の
重み係数をＣとし、中心画素に最も近い４画素に２、次
に近い画素に１の重み係数を与えている。

これにより、中心画素の値をＤ　ｉｊ　（１＝　１〜Ｍ
。

ｊ＝ｌ−Ｎ：Ｍ、Ｎは横方向、縦方向の画素サイズ）と
すると、平均濃度Ｗは、Ｗ　＝　（Ｄ＋−１，Ｈ−＋　＋　２Ｄ；１−＋　＋　
Ｄｉ＋＋１−＋　＋　２Ｄ＋−＋１　＋　ＣＤＩ＋　＋
　２Ｄ＋＋＋１＋　Ｄ　＋−＋ｇ＋＋　＋２　Ｄ　＋１
＋＋　＋Ｄ　；＋＋、Ｈ）となる。

第１．第２．第３比較器ではこの値Ｗをしきい値のよう
な対応関係がつけられている。

第４図は前述の演算を行なうローパスフィルタ及び比較
器のブロック図である。入力信号は、ラッチ４４ａ、　
ｂ、　ｃにそれぞれ１画素クロックの遅延で保持される
。また、ラインメモリ４３−ａ、ｂにはそれぞれ１ライ
ン遅延された入力信号が保持され、ラッチ４４ｄ、　ｅ
、　ｆ、また、ラッチ４３ｇ、　ｈ、　ｉにおいて、ラ
ッチａ、　　ｂ、　　ｃと画素位置が対応した信号が得
られる。これにより、第３図に示したつ画素のデータが
得られることになる。ラッチ４４ａ。

ｃ、　ｇ、　　ｉからの出力信号は、加算器４５ａで総
和がとられ、乗算器４６ａで定数倍（×１）の演算が行
われる。

また、ラッチ４４ｂ、　ｄ、　ｆ、　ｈからの出力信号
は、加算器４５ｂで総和がとられ、乗算器４６ｂで定数
倍（×２）される。また、中央値であるラッチ４４ｅか
らの出力信号は、乗算器４６ｃにより定数倍（×Ｃ）さ
れる。このＣの値は、外部のコントロール器９より設定
が可能であるが、標準値はＣ＝４とする。

乗算器４６ａ、　　ｂ、　ｃの出力信号は加算器４７で
総和がとられた後、比較器４８でしきい値Ｔと比較され
、総和がしきい値Ｔより大きい時はｌ、小さい時はＯの
信号を得る。このしきい値Ｔも外部のコントロール器９
から設定可能であるが、前述の如（標準値としてＴ＝　
（１２＋ｃ）／２の値をとる。

第５図は第１図示の符号器に用いたサブサンプリングの
動作説明図である。主走査、副走査方向にそれぞれ１つ
おきのタイミングで図の斜線で示した画素データを取り
出すことにより、Ａサイズ（面積で２）のサブサンプリ
ング画像が形成される。これは画像データのラッチタイ
ミングの調整で容易に実現可能である。

次に第１図示の符号器２３〜２６による符号化について
説明する。本実施例では算術符号を用いて符号化を行な
い、周辺画素から注目画素の値を予測し、予測が一致し
た時のシンボルを優勢シンボル（１）、はずれた時のシ
ンボルを劣勢シンボル（０）、また劣勢シンボルの発生
確立をｐとし、この情報に信号処理」日刊工業を参照さ
れたい。

即ち、符号系列Ｓに対する２進算術符号をＣ（Ｓ）、補
助量をＡ　（Ｓ）とすると、ただし　Ａ　（ｎｕ　ｌ　Ｉ！　）　＝ｏ、ｌｔ・ｔの
算術演算により符号化を進めていくものである。

尚、ｐ（Ｓ）＝２″。′ｓ）と近似することにより、乗
算を２進数のシフトのみで済ませている。Ｑはスキュー
バリューと呼ばれるものであり、このパラメータを変化
させることにより、算術符号を動的に使用することが可
能となる。

復号は２値信号列ＳをＳ’ｘＳ’とし、Ｓ′まで復元さ
れた時にＣ（Ｓ）とＣ（Ｓ’　）　＋Ａ（Ｓ’　Ｏ）を
比較し、Ｃ（Ｓ）＞Ｃ（Ｓ”）＋Ａ（Ｓ’Ｏ）の時はｘ
＝１．そうでなければＸ＝Ｏとして復号する。

本実施例では、上述したスキューバリューＱと優勢シン
ボルｍ（または劣勢シンボルＩりを過去に符号化したデ
ータを基に動的に決定していくことにより、動的な符号
化を実現している。この方法に対する符号化として、Ｑ
、　　ｍの値をあらかじめ標準画像から決定しておく静
的な符号化があり、両者はその特性が異なるものである
。

以上の符号化を達成するための構成を以下に説明する。

第６図は、第１図示の第２．第３．第４符号器において
注目画素を予測する回路部分のブロック図である。

フレームメモリＡ５１は、符号化する画像データが少な
くとも一画面分記憶されているメモリである。またフレ
ームメモリＢ５２は、１段階前に送られる画像であるフ
レームメモリＡ５１の画像に対して％にサブサンプリン
グされた画像データが少なくとも一画面分記憶されてい
る。それぞれのメモリは２次元メモリで構成される。Ｘ
アドレスのクロックをφ１とし、Ｘアドレスのクロック
をφ２とすると、フレームメモリＡ５１にはφ１．φ２
、また、フレームメモリＢ５２には各周波数の％φｌ＋
　Ｖ２φ２が与えられ、これによりフレームメモリＢ５
２の１画素に対し、フレームメモリＡ５１の画素は２×
２の４画素に対応する。

それぞれのデータはラインメモリ５３ａ、　　ｂ及び５
４ａ、ｂにおいてｌラインずつ遅延されたデータとなり
、ラッチ５５．５６に入力される。このラッチにおいて
は１画素ずつ遅延したデータが保持されることになる。

各ラッチの出力を第７図の画素位置と対応をとると、注
目画素（＊）はラッチ５５」のなり、以下同様にＮｏ、
３はラッチ５５ｈＳＮｏ、４はラッチ５５ｆ、　Ｎｏ、
５はラッチ５５ｅ、　Ｎｏ、６はラッチ５５ｂ、Ｎｏ、
７はラッチ５５ｄの出力となる。

また、第８図の画素位置はＮｏ、８はラッチ５６ｅ１Ｎ
ｏ、９はラッチ５６ｆ、　Ｎｏ、ＩＯはラッチ５６ｄ、
Ｎｏ。

１１はラッチ５６ｃ、　Ｎｏ、Ｉ２はラッチ５６ｈ、Ｎ
ｏ、１３はラッチ５６ｇ、Ｎｏ、１４はラッチ５６ｉの
出力となる。

なお、第８図のＮ０９８の画素は、注目画素を含む画素
であり、注目画素がＮｏ、８のいずれの位置か（左上、
右上、左下、右下の４状態）を識別する２ビツトの画素
位置信号５９をカウンタ６０によりクロックφ１．φ２
に基づいて生成する。

画素位置信号５９およびラッチ５５、ラッチ５６からの
画素信号をＬＵＴ　（ルックアップテーブル）５７に入
力し、各状態（パターン）のグループ番号を示すグルー
プ信号Ｇ３００を出力する。

このグループ分けは次の３つの方針で行う。

（１）予測一致率の近いパターンをまとめる。

（２）パターン形状の近いパターンをまとめる。

（３）特徴的な画像パターンをまとめる。

まず、前記方式（１）に沿って各状態（パターン）ごと
の予測一致率ｋを標準画像により求めて、ｋの値により
Ｎグループに分割する。その中で予測画素（ｍｐｓ）が
白のものを０、黒のものを１としてＮＸ２グループに分
ける。

次に、前記方針（２）に沿って第１２図（ａ）に示した
ように予測パターンのうち○印で示した画素がすべて同
じ値のパターン（その他の画素の状態は考慮しない）を
抽出し、Ａグループとする。

次に同図（ｂ）で示した画素がすべて同じ値のパターン
でＡグループ以外のものをＢグループとする。

また、前記方針（３）に沿ってデイザ画像などで特徴的
に出現しやすい同図（Ｃ）のようなパターン（○印の画
素が同じ値で・印はそれと反対の値の画素）でＡ、　　
Ｂグループ以外のものをＣグループとする。また、Ａ、
　Ｂ、　Ｃ以外のパターンをＤグルーブとする。このよ
うなグループ分けを示したものを第１１図に示す。Ｇ、
、Ｇ２．・・・、　Ｇ８Ｎが各パターンのグループ番号
になる。また、ｋ＋　（ｉ＝ｌ−ｎ）は、分割点での確
率である。グループ数やここで示した類似パターン形状
は、本実施例で限られるものではないことはもちろんの
ことである。

このように予測一致確率のみでなく、パターンの類似性
や特徴的なパターンの分離などによりグループ分けする
ことにより、標準画像以外の画像に関しても適応的に符
号化することが可能となる。

尚、第１図示の第１符号器２３における予測回路は第６
図示の構成においてフレームメモリＢ５２の出力を処理
するラインメモリ５４ａ、ｂ及びラッチ５６　ａ　−ｉ
及びカウンタ６０を除去したものとなる。

第１３図は、符号器において、動的にスキューバリュー
Ｑおよび劣勢シンボルを変化させるための動的適応回路
のブロック図である。第６図示の予測回路部から出力さ
れたグループ信号Ｇ３００および注目画素信号Ｄ３０１
は、それぞれグループの発生頻度カウンタ９０および劣
勢シンボルカウンタ９１に入力されている。これらのカ
ウンタにはグループ別にカウント動作する様にグループ
の数だけ内部カウンタが容易されており、グループ信号
Ｇにより切りかえられる。

発生頻度カウンタは９０、そのグループの状態が何回発
生したかをグループ別にカウントするもので、各グルー
プのカウント値が設定値５３０２を越えると更新信号３
０３を出力する。先の更新信号が発生されてから次の更
新信号が発生される迄の間に発生した劣勢シンボルの数
がカウンタ９１でグループ別にカウントされ、カウント
値１　ｃ３０４として出力される。つまり、カウンタ９
１の出力に基づいて、あるグループの状態がＳ個発生し
たうちのｌｃ個が劣勢シンボルということが示される。

以降の説明では、５＝１６の状態を代表して説明する。

ＬＵＴ９２の中には、ｌｃ個の劣勢シンボルの発生に対
し、次の符号化パラメータであるＱＧ３０５およびそれ
までのｍｐｓ　（優勢シンボル）値の反転を指示する反
転信号３０６およびゼロカウント（ＣＴ）　３０７と称
するデータがあらかじめ記憶されている。

ゼロカウントとは、劣勢シンボルＩ！ｃが３個中に発生
しないＯの状態が過去何回あったかを表わす値であり、
これにより優勢シンボルの連続した発生回数が表される
。すなわち、原理的には初期をＣＴ＝０にしておくと、
Ｓ細巾ｌｃが０の状態が生じると、ＣＴ＝１に更新され
、その後２回、３回続くとＣＴ＝２．ＣＴ＝３と更新さ
れてい（ものである。

第１４図は、ＬＵＴ９２の中の一例を示している。

初期状態はＣＴ＝Ｏに設定されていて、それぞれｌｃの
値により、新しいＱｒ、、次のＣＴの値が求まる。例え
ば、ＣＴ＝ＯでＩ！ｃ＝ｏの時はＱｃ＝４．ＣＴ＝１と
なる。次に更新信号３０３が来る時は、ＣＴ＝１でｊ！
ｃ＝の時はＱｑ＝５．ＣＴ＝２となる。

また、ＣＴ＝ＯでＡｃ＝１の時は、Ｑａ＝４、ＣＴ＝１
に更新される。

このテーブルを作る演算式はｌｃＱｃ　ｓ　−１ｏｇ２３ｘ（。Ｔ＋１）２” ＣＴ＃（２）式は８個の状態が（ＣＴ＋１）個続いた時に発生
する劣勢シンボルの発生確率を２のべき状で近似した時
の指数部をＱｃとしている。

また、（３）式でＣＴは、劣勢シンボルの発生を１７２
°′と仮定した時、８個の１ｃ＝ｏの組の数を再計算し
ているものである。２”−０が優勢シンボルの数となる
のでこれをＳで割った値がＣＴとなる。

また、ＣＴ＝Ｏでｊ！　ｃ　＞　−＋　１の場合は特殊
なケースとして扱い、ｍｐｓ反転信号を出力し、従来の
劣勢シンボルとしていた値を反転（つまり０＃１とする
操作を行う。それ以降の状態がＣＴ＝Ｏ。

Ｒｃシン−１以外の時は、劣勢シンボルを変化すること
なく、通常に符号化処理を行う。

第１３図において、ラッチ９３は従来のＱＧ３０５、ｍ
ｐｓ反転信号３０６、Ｃｒ２Ｏ２を保持しておく所で、
発生頻度カウンタ９０からの更新信号３０３により、Ｌ
ＵＴ９２の出力をラッチし、新しい状態に更新される。

ＬＵＴ９２の入力には劣勢シンボルのカウント信号ＺＣ
と以前の優勢シンボルの数を示すＣＴＴａ２０５入力さ
れ、第１４図のテーブルに従って更新されたＱ　Ｇ　％
　ＣＴ及び必要に応じてｍ　ｐ　ｓ反転信号が出力され
る。ｍｐｓ保持器９５には現在迄の符号化に使われてい
る優勢シンボル（０又はｌ）が保持されており、この状
態はｍ　ｐ　ｓ反転信号により反転される。

保持器９５の出力であるｍｐｓ／ｉ’ｐｓ信号は、劣勢
シンボルカウンタ９１に送られ、劣勢シンボルカウンタ
９１はこのｍｐｓ／ｌｐｓ信号に表わされる劣勢シンボ
ルに対応した画素データＤを劣勢シンボルとしてカウン
トする。

ここで決定されたＱｃおよびｍｐｓ／Ｔｐｓにより符号
化が行われることになる。

第９図は、算術符号器のブロック図である。第１３図示
のラッチ９３からのＱｃ３０５をスキューバリューとす
ると、ＱＧ３０５およびＭＰＳ／目１３０８を与えるこ
とにより、注目画素データＤ３０１に対して式（１）で
示した算術演算が符号器１９０で行われ符号化データ１
９２が得られる。

この様に、符号化パラメータであるスキューバリューＱ
及び優勢シンボルを過去に符号化したデータを基に動的
に決定し、符号化動作することにより、標準画像とは特
徴の異なる種々の画像に対しても効率良い符号化を達成
できる。

第１０図は第２図示の第１．第２．第３．第４復号器２
７．２８．２９．３０のブロック図である。復号器にも
符号器と同様な第６図示及び第１３図示のからの劣勢シ
ンボルＬＰＳｄ１９７および受信データ１９５により復
号器１９１では復号演算がなされ、復号データ１９６を
得る。

向、第１３図示のｆ、ＵＴ９２の内容を決定する別の方
法として、Ｓ画素中の劣勢シンボルｌｃの数よりｌｃ／
Ｓを求めて、第１５図に示す関係から新しいＱｃを決定
する方式もある。初期値はＱｃ＝１とし、ｌｃ／Ｓの値
によりＱｃを更新していく。２回目以降は更新されたＱ
ｃおよびｊ！　ｃ　／　Ｓを使い順次Ｑｃを決定してい
く。更新時の値ＱＧ′　　は、などの計算式により演算
し、テーブルに格納しておく。また、Ｑ＝１、ｐｃ／ｓ
＞’／ｚの時５００は、優勢、劣勢シンボルを反転させ
る。

第１６図はこのＬＵＴを用いた場合の動的適応回路の実
施例でＱｃ信号３０５をＬＵＴ９２に入力し、更新する
Ｑｃを決定してい（。

また、本実施例では符号化方式として動的な算術符号に
ついて説明したが、他の符号化方式においても動的なパ
ラメータを使用する方式に本方式を適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によると、注目画素近傍の
複数画素に基づいて注目画素を予測するためのパラメー
タを、予測画素と注目画素の一致不一致の割合により動
的に変更することにより、種々の画像に対して効率良い
符号化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は符号器の実施例のブロック図、第２図は復号器
の実施例のブロック図、第３図はローパスフィルタの係
数を示す図、第４図はローパスフィルタの実施例のブロ
ック図、第５図はサブサンプリングの説明図、第６図は予測回路のブロック図、第７図は符号面上の参照画素の説明図、第８ｒＩ！Ｊは
一段階前の画像の参照画素の説明図、第９図は算術符号
の符号器のブロック図、第１０図は算術符号の復号器の
ブロック図、第１１図はグループ分けのためのテーブル
の一例を示す図、第１２図は特徴的なパターンの一例を示す図、第１３図
は動的に符号化パラメータＱおよびｌを決定する回路の
ブロック図、第１４図はパラメータ決定のためのテーブルの一例を示
す図、第１５図は第２実施例で使用するテーブルの一例を示す
図、第１６図は第２実施例を示す図であり、５１はフレーム
メモリＡ；　５２はフレームメモリＢ１５７はＬＵＴ、
９０は発生頻度カウンタ、９１は劣勢シンボルカウンタ
、９２はＬＵＴである。

Claims

【特許請求の範囲】

符号化すべき注目画素の近傍の複数画素を参照して注目
画素を予測し、その予測画素と注目画素との一致不一致
に基づいて符号化を行なう画像の符号化方式であって、
予測画素と注目画素との一致不一致の割合に基づいて画
素予測のためのパラメータを変更することを特徴とする
画像の符号化方式。