JPH0578230B2

JPH0578230B2 -

Info

Publication number: JPH0578230B2
Application number: JP63165361A
Authority: JP
Inventors: Masami Aragaki
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1993-10-28
Also published as: JPH0214672A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、階調を有する画像データを画素ブ
ロツクごとに圧縮して、画像情報のデータ量を削
減する画像データ圧縮方法に関する。

（従来の技術）一般に製版用スキヤナーなどの画像処理装置で
は、原画像を読取ることによつて一定の微小領域
である画素ごとに画像データが得られる。印刷分
野における画像データは、テレビジヨンの画像デ
ータに比べてデータ量が多く、１画像当たり数
MBから数10MBの情報量に達する。このような
大量のデータをそのままデータベースにして記憶
するには膨大なメモリが必要となり、またデータ
伝送のコストも大きなものとなる。

これに対処するため、画像の情報量を削減する
符号化技術、すなわち、画像データ圧縮技術が一
般に用いられている。

（発明が解決しようとする課題）画像データ圧縮技術としては、直交変換を用い
るものなど、種々のものが知られているが、その
多くはテレビジヨンなどのための粗い画像品質を
もつ画像を対象としていた。従つて、再現画像の
品質を高めると、圧縮率を大きくすることができ
ないという問題があつた。

（発明の目的）この発明は、従来技術における上記の課題を解
決するためになされたもので、画像品質を損なう
ことなく圧縮率を大きくすることのできる画像デ
ータ圧縮方法を提供することを目的とする。

（目的を達成するための手段）上記の目的を達成するため、この発明では、画
像を分割する複数の画素ブロツクごとに圧縮化画
像データを得るための画像データ圧縮方法におい
て、(a)画素ごとに予め求めた画像データを前記画
素ブロツクごとに直交変換することにより、当該
画素ブロツク内の画像データを表わす複数の変換
係数から構成される変換係数テーブルを求め、(b)
前記変換係数テーブルの変換係数の一部を有効と
指定するコードテーブルであつて互いに異なる複
数のコードテーブルを予め準備しておき、当該画
素ブロツクに対応する前記変換係数テーブルの各
係数値と各コードテーブルの値とを用いた演算の
結果に基いて、当該画素ブロツクの変換係数テー
ブルに適した一のコードテーブルを最適コードテ
ーブルとして選択するとともに、(c)前記最適コー
ドテーブルを参照しつつ前記変換係数の値を抽出
して圧縮化画像データを求める。

そして、上記の目的を達成するために、前記複
数のコードテーブルを複数のコードテーブル群に
分類するとともに、上記複数のコードテーブル
を、前記画素ブロツク内における画像データの分
布状態を表わす統計量の大きさに応じて、複数の
コードテーブル群の中から選択されるようにして
いる。

（作用）画素ブロツク内の画像データを表わす変換係数
のうちで、選択された最適コードテーブルで指定
される変換係数のみが抽出され、その他の変換係
数は無視される。従つて、圧縮化画像データを求
める基礎となる変換係数の数が減少する。

また、複数のコードテーブルをコードテーブル
群に分類し、画像データの統計量（標準偏差な
ど）によつて、最適コードテーブルの選択の基礎
となるコードテーブル群をいずれか一つに限定す
るようにし、前記統計量に応じた構成を有するコ
ードテーブル群を適宜選択できるようにしてい
る。

（実施例）Ａ基本的な考え方第７図は画像のブロツク化の例を示す概念図で
ある。画像１は（Ｘ×Ｙ）個の画素Ｐで構成され
ているとともに、複数の画素を有する画素ブロツ
クB_vhで（Ｖ×Ｈ）個に分割されている。第８図
は１つの画素ブロツクB_vhの構成を示した概念図
である。画素ブロツクB_vhは（Ｍ×Ｎ）個の画素
P_ijで構成されており、各画素ごとに画像データf_ij
が得られている。第８図の例では、画素ブロツク
B_vhは（８×８）画素で構成されているが、（４
×４）画素や（16×16）画素などで構成されたも
のでもよい。

データ圧縮に際しては、まず画像１内の画素ブ
ロツクB_vh毎に画像データの直交変換を行う。直
交変換としては、離散的フーリエ変換、アダマー
ル変換などの種々の方法を用いることもできる
が、ここでは次式で示される離散的コサイン変換
（以下、「DCT変換」と呼ぶ。）を用いる。

F_no＝４／Ｍ×ＮC_noM-1 〓ⁱ⁼⁰ _N-1 〓〓^j=0 f_ij×cos（2i＋１）mπ／2Mcos（2j＋１）nπ／2N…
…(1) 但し、C_no＝１／４：ｍ＝ｎ＝０１／２：ｍ・ｎ＝０（ｍ＝ｎ＝０の場合を除く）１：ｍ・ｎ≠０第９図は、１つの画素ブロツク内における画像
データf_ijと、(1)式で求められた変換係数F_noを示
す説明図である。以下では、変換係数F_noを示す
テーブルを「変換係数テーブルFT」と呼ぶ。変
換係数F₀₀は画像データf_ijの平均値（以下「直流
成分」という。）を示し、その他の変換係数F_no
（以下、「交流成分」という。）が画像データの分
布状態を示しており、それぞれ例えば８ビツトの
２進数で表わされる値である。但し、第９図では
便宜上10進数で示している。

第９図（ａ−１），（ｂ−１）の画像データf_ij
と、それぞれに対応する第９図（ａ−１），（ｂ−
１）の変換係数F_noを見るとわかるように、画像
データf_ijの分布の態様によつて変換係数F_noが０
でない値を持つ位置（ｍ，ｎ）、及びその値の大
きさがかなり異なる。ここで変換係数F_noは、そ
の絶対値が大きいものが、もとの画像データf_ijの
分布状態の特徴を良く表わす成分であり、絶対値
の大きな変換係数F_noの個数は画像データf_ijの空
間的変化が大きいほど増加する傾向にある。

この発明では、上記のような変換係数F_noの分
布の偏りに着目し、その交流成分の一部のみを有
効と指定するコードテーブルを用いる。第１０図
はコードテーブルの一例を示す説明図である。コ
ードテーブルCTの中で有効ビツト数I_noが与えら
れている座標（ｍ，ｎ）は、対応する位置（ｍ，
ｎ）の変換係数F_noを有効と指定することを表わ
す。また、各有効ビツト数I_noは変換係数F_noを表
わすときの最大ビツト数である。すなわち、最大
有効値F_nax（＝（２のI_no乗）−１）までの変換係数
F_noの値がそのまま有効とされる。図中「−」は
有効ビツト数が“０”であることを示す。この有
効ビツト数I_noは、すべて同じ値（例えば８ビツ
ト）としてもよいが、もとの変換係数F_noのビツ
ト数（８ビツト）よりも少なく、かつ各座標
（ｍ，ｎ）で異なる適度な値（例えば６ビツト、
３ビツトなど）を用いれば、後に圧縮化画像デー
タを求めたときに、圧縮率が高まるという利点が
ある。なお、変換係数F_noの値が最大有効値F_nax
よりも大きい場合には、その変換係数F_noは最大
有効値F_naxに等しいとされる。有効ビツト数I_no
はこのようなことがないように経験的に定められ
るものであり、仮りに変換係数F_noが最大有効値
F_naxに等しいとされた場合でもその影響は無視で
きる。

このようなコードテーブルCTであつて、その
有効ビツト数I_noの位置と値のパターンがそれぞ
れ異なる複数のコードテーブルCTが予め準備さ
れる。これらのコードテーブルCTの有効ビツト
数I_noのパターンは、より少ない変換係数で、よ
り品質の高い画像を再現できるように、経験的に
求められるものである。例えば、人物、風景、静
物等の一般的な絵柄の特長的なものの中から、上
記パターンとして出現頻度の高いものに基づいて
設定する。

次に、画素ブロツクB_vhごとに求められた変換
係数テーブルFTについて、複数のコードテーブ
ルCTの中から、最適なコードテーブルを選択す
る。この選択のために、有効変換係数の和（以
下、更に「有効和」と呼ぶ。）S_Fを次式で求める。

S_F＝_M-1 〓^m=0 _N-1 〓ⁿ⁼⁰ C_no｜F_no｜ ……(2) 但し、C_no＝１：I_no≠００：I_no＝０そして、各コードテーブルCTごとに有効和S_F
を求め、これが最も大きな値となるコードテーブ
ルCTが最適なコードテーブルとされる。

なお、各コードテーブルCTで有効とされる変
換係数F_noの個数（以下、「有効交流成分数」と
呼ぶ。）N_cを同じにすれば、上記の有効和S_Fによ
る最適コードテーブルの選択が、より信頼性の高
いものになる。

圧縮化画像データは、もとの画像データf_ijの平
均値と、選択された最適コードテーブルCTのテ
ーブル番号と、コードテーブルCTで有効と指定
される変換係数F_noの値とに基づいて作成され
る。有効交流成分数N_cは、もとの変換係数テー
ブル中の変換係数F_noの全個数（Ｍ×Ｎ）よりも
はるかに少なく、かつ、個々の変換係数F_noの値
が、より少ない有効ビツト数I_noで表わされるの
で、圧縮率はきわめて大きなものとなる。なお、
圧縮画像データは、周知のハフマン（Huffman）
符号などで符号化することにより、圧縮率を更に
高めることができる。

次に、画像の特性に応じて圧縮率をさらに高め
るために、コードテーブルCTを複数のグループ
に分ける方法を採用する。このために、まず画素
ブロツクB_vhごとに画像データf_ijの標準偏差σを
求める。そして標準偏差σの大きさに応じて、コ
ードテーブルを、以下のように複数のグループ
（コードテーブル群）に分ける。

グループ１： σ＜σ₁のときCT₁₁〜CT₁₁ グループ２： σ₁≦σ＜σ₂のときCT₂₁〜CT₂₁ グループ３： σ₂＝≦σ＜σ₃のときCT₃₁〜CT_3L グループ４： σ₃≦σ、のときCT₄₁〜CT_4L （但し、σ₁，σ₂，σ₃は所定の閾値）なお、各グループ１〜４のコードテーブルの数
Ｌは、それぞれ異なる値であつても良いことはい
うまでもない。

第１１図は、画像１の画素ブロツクB_vh毎に求
めた標準偏差σについて、画像１全体における出
現数Ａの分布Ｇを示す図である。図において、縦
軸の出現数Ａは対数目盛で示されている。

第１の閾値σ₁は、標準偏差σがこれより小さい
ときにはその画素ブロツク内での画像の変化がわ
ずかである値として定められる。このような画素
ブロツクの変換係数の交流成分の値は小さいの
で、小さな有効交流成分数N_cを有するコードテ
ーブルを用いても画質を損うことがない。また、
第１１図からもわかるように、一般に標準偏差σ
が極めて小さい画素ブロツクの出現率Ａが高いの
で、これらをまとめて小さな有効交流成分数N_c
のコードテーブルで表わせば、圧縮率が高まる効
果が大きい。

標準偏差σが、第１の閾値σ₁と第２の閾値σ₂と
の間にあるときは、その画素ブロツク内で画像が
ゆるやかに変化していることを示す。この場合
は、画質を良好に保つために、グループ１よりも
大きな有効交流成分数N_cを有するコードテーブ
ルを用いた方が良い。このグループ２も比較的出
現率Ａが高いので、圧縮率向上の効果も高い。

第２の閾値σ₂以上の標準偏差σに対しては、出
現率Ａが比較的低いが、これらをすべて大きな有
効交流成分数N_cのコードテーブルで処理すると
すれば、圧縮率を低下させる原因となる。そこで
中間的な値として第３の閾値σ₃を定めている。

各グループ１〜４のコードテーブルCT_1k〜
CT_4k（ｋ＝１〜Ｌ）の有効交流成分数N_c1〜N_c4に
は次のような関係がある。

０≦N_c1≦N_c2≦N_c3≦N_c4≦Ｍ×Ｎ−１ ……(3) なお、各グループ内ではコードテーブルの有効
交流成分数は一定である。また、N_c1＝０のと
き、グループ１に属するとされた画素ブロツク
B_vhの圧縮化画像データは、画素データf_ijの平均
値のみで表わされることになる。

以上のような閾値σ₁〜σ₃及びグループ分けされ
たコードテーブル群のCT_1h〜CT_4kを予め準備し
ておき、画素ブロツクB_vhの標準偏差σの値に基
づいて、対応するグループのコードテーブル群の
中から最適コードテーブルを選択するようにすれ
ば、圧縮率を大幅に高めことができる。

Ｂ装置の概略構成及び動作第１図は、本発明の実施例を適用して画像デー
タの圧縮を行なう画像データ圧縮装置を示す概略
構成図である。図において、画像データ圧縮装置
APは、画像メモリ５、画素ブロツク読み出し制
御器６、バツフア・メモリ７、２次元DCT変換
器８、線型量子化器９、符号化器１０、符号化デ
ータ記録制御器１１、標準偏差算出器１４、閾値
比較器１５、ROM１７、及び制御器１３から構
成される。以下、この画像データ圧縮装置APの
動作を第２図に示すフローチヤートに沿つて説明
する。

ステツプS1では、標準偏差の閾値σ₁〜σ₃が、パ
ラメータ入力端子１６から入力されて、閾値比較
器１５に与えられる。ステツプS2〜S4、及びS11
〜S13は、処理すべき画素ブロツクB_vhを順次選
択するステツプである。

ステツプS5では、１つの画素ブロツクB_vh内の
画像データf_ijが、画素ブロツク読み出し制御器６
によつて画像メモリ５から読み出され、バツフ
ア・メモリ７に格納される。ステツプS6では、
画像データf_ijがバツフア・メモリ７から標準偏差
算出器１４に与えられて標準偏差σが算出され、
同時に２次元DCT変換器８に伝送されてDCT変
換される（ステツプS7）。ステツプS8では変換係
数F_noが線型量子化される。線型量子化とは、一
般に知られているように、変換係数F_noを所定の
値α（これを「量子幅」という。）で除算し、か
つ、その値F_no／αが小数である場合にこれを整
数化することをいう。量子幅αの値は標準偏差σ
に基づいて適宜決定されるが、その詳細は省略す
る。ステツプS9では線型量子化された変換係数
F_no ^*を有する変換係数テーブルFT^*に対し、最
適コードテーブルが選択される。

第３図は最適コードテーブルの選択方法を示す
フローチヤートである。図の各記号の意味は次の
通りである。

max：有効和S_Fの最大値を求めるためのパラ
メータ Max：有効和S_Fの最大であるコードテーブル
の番号を示すパラメータｌ：コードテーブルの番号を示すパラメータＬ：コードテーブルの数ｃ：有効交流成分の番号を示すパラメータ N_c：有効交流成分数まず、ステツプS21では標準偏差σがグループ
１〜４のどれに対応するかが判定される。ステツ
プS22〜S30は、当該グループのＬ個のコードテ
ーブルのうち、有効和S_F（(2)式参照）が最大とな
るものを選択する手順である。

有効和S_Fを求めるステツプS23〜S26では、
ROM１７に記憶されている第４図に示すような
サブテーブルＴが用いられる。サブテーブルＴ
は、１つのグループｇ内のコードテーブルCT_gl
〜CT_gLのそれぞれについて、有効ビツト数I_noの
値が“０”でない座標位置の座標値（m_lc，n_lc）
のみを示している。ここで、ｌ＝０〜（Ｌ−１），
ｃ＝０〜（N_c−１）である。一つのコードテー
ブルCT_glについて、サブテーブルＴから座標
（m_lc，n_lc）を次々と呼出し、変換係数テーブル
FT^*の変換係数F_no ^*のうちで、上記座標にある
ものの絶対値のみがステツプS24で足し合わされ
る。

有効和S_Fが最大となつたコードテーブルは最適
コードテーブルとして選択される。ステツプS31
では、最適コードテーブルのテーブル番号Max、
最適コードテーブルで有効と指定される変換係数
F_no ^*がハフマン符号列に変換され、圧縮化画像
データが得られる（ステツプS31及びS10）。な
お、もとの画像データf_ijの平均値をこのとき同時
にハフマン符号化してもよいが、ステツプS31と
は別に、その平均値のみをいわゆる予測符号化な
どの手法によつて符号化してもよい。

こうして得られた圧縮化画像データ（符号化デ
ータ）は、符号化データ記録制御器１１に伝送さ
れ、さらに画像メモリ５又は、図示しない外部回
路への伝送路１２に出力される。この出力の選択
指令は、画像データの圧縮化に先立つてオペレー
タによりパラメータ入力端子１６に入力され、符
号化データ記録制御器１１に初期設定される。

第５図は、符号化された圧縮化画像データD_f
のフアイル構造を示す概念図である。第５図ａの
ヘツダー１８には閾値σ₁，σ₂，σ₃などが含まれて
おり、ヘツダー１８に続いて、順次各画素ブロツ
クの符号列が配列されている。また、第５図ｂは
各画素ブロツクの符号列１９の内部構造を示し、
最適コードテーブルのテーブル番号Maxと、変
換係数F_no ^*の符号列で構成されている。

第６図は、符号化した圧縮化画像データD_fを
復号化する画像データ復号化装置を示す概略構成
図である。画像データ復号化装置IAPは、画像メ
モリ２０、読み出し制御器２２、バツフア・メモ
リ２３、復号化器２４、ROM２５、逆量子化器
２６、２次元DCT逆変換器２７、及び記録制御
器２８から構成されている。圧縮化画像データ
D_fは画像メモリ２０、又は伝送器２１から読み
出し制御器２２によつて読み出され、バツフア・
メモリ２３に与えられ、さらに復号化器２４に伝
送される。ROM２５には、画像データの符号化
に用いられたと同じコードテーブル、ハフマン符
号列を解読するためのハフマン符号表などが記録
されている。圧縮化画像データD_fは復号化器２
４により変換係数F_no ^*に復号化される。変換係
数F_no ^*は逆量子化器２６で逆量子化される。す
なわち、量子幅αで線型量子化された変換係数
F_no ^*（＝F_no／α）に量子幅αが掛け合わされ
る。こうして得られた変換係数F_noは２次元DCT
逆変換器２７で逆変換され、画素ブロツク内の各
画素ごとの画像データf_ijが得られる。画像データ
f_ijは記録制御器２８により画像メモリ２０に記録
される。以上の復号化処理をすべての画素ブロツ
クについて行なえば、画像全体の画像データf_ijが
得られることになる。

Ｃ変形例上記実施例では画素ブロツク内の画像データの
標準偏差によつて、コードテーブルを複数のコー
ドテーブル群に分類したが、標準偏差に限らず、
画像データの分布状態を示す他の統計量を用いて
分類してもよい。

また、上記実施例では１つの画像についての画
像データを圧縮する方法について示したが、カラ
ー画像については色分解した各画像についてこの
発明を適用すれば良いことは言うまでもない。例
えば、YMCK印刷画像、RGB信号画像やY_s・
I_s・Q_s信号（クロマ信号）画像について、色分解
画像ごとに画像データの圧縮化をすることができ
る。この場合には、色分解画像ごとに、標準偏差
の閾値の個数およびそれらの値、各コードテーブ
ル群内のコードテーブルの数、コードテーブルの
有効交流成分数、コードテーブルの有効ビツト数
のパターンなどを変えることにより、各色分解画
像に適した圧縮化が可能である。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、画像
データを直交変換して得られた複数の変換係数の
うち、画像データの特徴を表わす一部の変換係数
のみを用いて圧縮化画像データを求めるので、画
像品質を損うことなく、かつ、圧縮率を高めるこ
とができるという効果がある。

また、特開昭62−216484号公報や特開昭63−
109663公報に開示されているように、直交変換後
によつて得られたすべての画素ブロツクについて
の変換係数を周波数成分ごと分類し、各周波数成
分ごとにデータの符号化規則を定める場合と異な
り、本願発明では画像ブロツクごとにデータ圧縮
規則を適切に選択することができる。このため、
原画の各部分について個別に最適かつ効率的なデ
ータ圧縮が可能になつている。

さらに、本願発明では、あらかじめ複数のコー
ドテーブルを準備してその中から適切なものを選
択使用するように構成されており、原画ごとに圧
縮規則を最初から構築する必要はない。

このため、本願発明では、データ圧縮の処理効
率が高いものとなつている。

さらに、特開昭63−103583号開示の技術のよう
に複数種類のテーブルを準備する必要がないた
め、テーブルを保持するメモリなどの必要容量は
小さくて済む。

また、実際に使用されるコードテーブルの候補
となる複数のテーブルを第１段階で特定し、第２
段階ではその候補となつたテーブルから実際に使
用するコードテーブルを選択するという２段階の
選択を行つているため、すべてのコードテーブル
と画素ブロツクの直交変換係数との演算を行なう
必要はなく、候補となつたテーブルと画素ブロツ
クの直交変換係数との演算を行うだけでよい。

このため、演算回数が少なく、選択処理の速度
が速いという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を適用する装置
の概略構成図、第２図及び第３図は、この発明の
一実施例を示すフローチヤート、第４図は、サブ
テーブルの例を示す概念図、第５図は、圧縮化画
像データの構成を示す概念図、第６図は、復号化
装置を示す概略構成図、第７図は、画像のブロツ
ク化を示す説明図、第８図は、画素ブロツク内の
画素配列を示す説明図、第９図は、画像データと
変換係数の例を示す説明図、第１０図は、コード
テーブルの例を示す概念図、第１１図は、画像デ
ータの標準偏差とその出現数の関係の例を示す説
明図である。 AP……画像データ圧縮装置、B_vh……画素ブ
ロツク、CT……コードテーブル、I_no……有効ビ
ツト数、F_no……変換係数、f_ij……画像データ、
D_f……圧縮化画像データ、Ｐ……画素、σ……
標準偏差。

Claims

【特許請求の範囲】１画像を分割する複数の画素ブロツクごとに圧
縮化画像データを得るための画像データ圧縮方法
であつて、 (a) 画素ごとに予め求めた画像データを前記画素
ブロツクごとに直交変換することにより、当該
画素ブロツク内の画像データを表わす複数の変
換係数から構成される変換係数テーブルを求め
る工程と、 (b) 前記変換係数テーブルの変換係数の一部を有
効と指定するコードテーブルであつて互いに異
なる複数のコードテーブルを予め準備してお
き、当該画素ブロツクに対応する前記変換係数
テーブルの各係数値と各コードテーブルの値と
を用いた演算の結果に基いて、当該画素ブロツ
クの変換係数テーブルに適した一のコードテー
ブルを最適コードテーブルとして選択する工程
と、 (c) 前記最適コードテーブルを参照しつつ前記変
換係数の値を抽出して圧縮化画像データを求め
る工程とを備え、前記(b)の工程においては、前記複数のコードテーブルが、当該画素ブロツ
ク内における画像データの分布状態を表わす統計
量の大きさに応じて、複数のコードテーブル群の
中から選択されることを特徴とする画像データ圧
縮方法。