JPH08317403A

JPH08317403A - 画像処理装置及び方法

Info

Publication number: JPH08317403A
Application number: JP11720195A
Authority: JP
Inventors: Koji Hirabayashi; 康二平林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】画像の性質に依存しない効率的な符号化を行
うことを目的とする。【構成】符号化対象画素を中心として複数の方向を設
定し、設定された複数の方向に対応した参照画素値を発
生し、発生した参照画素値を用いて前記複数の方向に対
応する勾配を出力し、出力された勾配に基づいて第１の
方向を選択し、選択された第１の方向に応じて第２の方
向を選択し、選択された第２の方向に対応する参照画素
値を用いて符号化を行うことを特徴とする画像処理方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、符号化もしくは復号
化を行う画像処理装置及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、多値画像の可逆符号化方式として
ＤＰＣＭ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｕｌｓｅＣｏ
ｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が広く知られている。一
般的なＤＰＣＭによる符号化は、符号化対象画素の周囲
にある符号化済の画素、すなわち左画素（これをａとす
る）、上画素（同様にｂ）、左斜め画素（同様にｃ）を
用いて符号化対象画素の予測値（平面予測）を例えば式
（ａ＋ｂ−ｃ）を用いて算出し、これと符号化対象画素
値との差分を符号化するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとしている課題】一般に、画像の部
分の多くは単調な輝度勾配によって形成されるため、前
述の符号化対象画素の予測によって符号化対象画素のか
なりの部分は精度良く予測され、符号化される。

【０００４】しかし、画素内における高周波部分、すな
わちエッジ部、細線部では、当然のことながら大きな予
測誤差を発生することになる。このような部分では平面
予測ではなく、エッジの方向や線の延長方向への一次元
予測の方が適する。

【０００５】このように、画像内の性質により最適な予
測の方法は異なってくる。最適予測方向は、画素毎に異
るものであるが、実際にその様な符号化を行おうとした
場合には、どの予測方法を用いたかを示す付加情報が加
わるため符号化効率が悪くなってしまう。

【０００６】以上の様に、従来画素値が滑らかな勾配を
有する部分に対しても、エッジ部や細線部に対しても共
通に効率良く符号化する予測方法が無いという問題があ
った。

【０００７】また、複数の予測方法を選択的に用いて予
測符号化する際には、どの予測方法を選択したかを示す
ための付加情報が必要であり、符号化効率が悪いという
問題があった。

【０００８】よって本願発明は、上記の問題を解決する
ために、画像の性質に依存しない効率的な符号化を行う
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の課題を解
決するために、本願発明の請求項１における画像処理装
置は、符号化対象画素を中心として複数の方向を設定す
る設定手段と、前記設定手段により設定された複数の方
向に対応した参照画素値を発生させる発生手段と、前記
発生手段により発生された参照画素値を用いて前記複数
の方向に対応した勾配を出力する出力手段と、前記出力
手段により出力された勾配に基づいて第１の方向を選択
する第１の選択手段と、前記第１の選択手段により選択
された第１の方向に応じて第２の方向を選択する第２の
選択手段と、前記第２の選択手段により選択された第２
の方向に対応する参照画素値を用いて符号化を行う符号
化手段を有することを特徴とする。

【００１０】

【実施例】本実施例では、画像中の滑らかな曲面に対し
ても、エッジや細線に対しても、輝度曲面上の等高線に
沿った画素値予測が最も効率的であることに着目し、符
号化対象画素を含む等高線を見出し、等高線に沿って予
測符号化を行う。

【００１１】これを達成するために、まず符号化対象画
素から最も輝度勾配の大きい方向を探す。

【００１２】等高線は最も急な輝度勾配と直交するの
で、これを探すことにより等高線の方向を特定すること
が出来る。

【００１３】直接等高線方向を探さない理由を以下に述
べる。等高線に近い方向では何れも輝度勾配が小さくな
っており、画像上のノイズ成分によって、真の等高線の
方向が隠されてしまう。これに対し、最も急な勾配を求
める方法では、大きな勾配のもつ低周波のパワーが、ノ
イズのパワーに比して大きいため、比較的容易に、また
精度よく最も急な勾配方向を知ることが出来るという利
点がある。

【００１４】また、こうして得られた等高線方向に予測
値を求めることを特徴とし、等高線方向の複数画素の平
均値をもって符号化対象画素の予測値とするので、ノイ
ズの分散が小さくなり、予測誤差のエントロピーが低下
し、符号化効率を向上させることができる。以下に実施
例を詳細に説明する。

【００１５】本願発明の一実施例である多値画像の可逆
符号化装置の全体ブロック図を図１に示す。

【００１６】図１において１はラインバッファであり、
符号化対象画素を含む１ラインと、それに先行する４ラ
インを格納するものであり、符号化対象画素の周囲画素
を参照する際に用いられる。

【００１７】２は画素補間器であり、符号化対象画素と
符号化画素の周囲画素との間に画素があると仮定し、そ
の値を求めるものである。

【００１８】ここで補間された画素の値、及び符号化対
象画素の周囲画素の値はメモリ３に記録される。

【００１９】４は最大勾配判定器であり、符号化対象画
素から放射状に外部に向う方向（本実施例では１２方
向）に対し、輝度勾配が最大になるものを選択すること
ができる。

【００２０】５はインデクス変換器であり、最大勾配判
定器４により判定された最大勾配方向を示すインデクス
に対し、この方向と直交する方向のインデクスを発生さ
せるものである。

【００２１】６は予測器であり、符号化画素を含む等高
線方向の画素もしくは補間された画素を用いて予測値を
発生させる。

【００２２】７は差分器であり、符号化対象画素値から
予測値を減じた差分値を発生させる。８はハフマン符号
器であり、差分値に対してハフマン符号を与えるもので
ある。

【００２３】次に全体の動作について図１を用いて説明
する。

【００２４】１０１から入力された画素データはライン
バッファ１に格納される。本実施例では符号化しようと
する走査線、及び先行する符号化済の走査線４本が格納
されているものとする。

【００２５】画素補間器２は、ラインバッファ１から、
図３に示すＲ₀ 〜Ｒ₁₁、Ａ〜Ｔの周囲画素の値を読み出
す。これらの画素の値を用いて図４に示す１２方向に対
応する４２画素ｒ₀ （ｊ）〜ｒ₁₁（ｊ）／（ｊ）は０〜
３もしくは０〜２の値を以下の式により求める。即ち各
値は、・ｒｉ（０）＝Ｒｉ（端点）・ｒ₀ （１）＝Ｑ、ｒ₀ （２）＝Ｓ、ｒ₀ （３）＝Ｔ・ｒ₃ （１）＝Ｄ、ｒ₃ （２）＝Ｋ・ｒ₆ （１）＝Ｂ、ｒ₆ （２）＝Ｆ、ｒ₆ （３）＝Ｌ・ｒ₉ （１）＝Ｈ、ｒ₉ （２）＝Ｍ・ｒ₁ （１）＝（３Ｉ＋Ｑ）／４、ｒ₁ （２）＝（Ｊ＋
Ｓ）／２、ｒ₁ （３）＝（Ｋ＋３Ｔ）／４・ｒ₅ （１）＝（３Ａ＋Ｂ）／４、ｒ₅ （２）＝（Ｅ＋
Ｆ）／２、ｒ₅ （３）＝（Ｋ＋３Ｌ）／４・ｒ₇ （１）＝（３Ｃ＋Ｂ）／４、ｒ₇ （２）＝（Ｆ＋
Ｇ）／２、ｒ₇ （３）＝（Ｍ＋３Ｌ）／４・ｒ₂ （１）＝（２Ｊ＋Ｄ）／３、ｒ₂ （２）＝（２Ｋ
＋Ｔ）／３・ｒ₄ （１）＝（２Ｅ＋Ｄ）／３、ｒ₄ （２）＝（２Ｋ
＋Ｌ）／３・ｒ₈ （１）＝（２Ｇ＋Ｈ）／３、ｒ₈ （２）＝（２Ｍ
＋Ｌ）／３・ｒ₁₀（１）＝（２Ｎ＋Ｈ）／３、ｒ₁₀（２）＝Ｍ・ｒ₁₁（１）＝Ｐ、ｒ₁₁（２）＝Ｎ、ｒ₁₁（３）＝Ｍに従って求める。

【００２６】ここで図５の（ａ）〜（ｄ）の様に端点の
一部が参照できない符号化対象画素位置の場合には、参
照可能なＲｉの方向に対してのみ後述する最大勾配判定
の際に用いる方向の対象にし、他の方向については考慮
しない。

【００２７】画素補間器２は、上述の式に従って補間等
の処理を行い、上記の４２個の画素値は、バス１０２を
通じてメモリ３に記憶される。

【００２８】最大勾配判定器４は、メモリ３に記憶され
た４２個の補間画素値（参照画素値）を参照し、次に後
述する方法により勾配を計算する。

【００２９】Ｒｉの方向を“方向ｉ”としたとき、ｉ方
向の勾配の値をＧｉとする。また、ｉ方向の補間画素数
をＮｉとし、

【００３０】

【外１】によりＧｉを定義する。また本実施例ではＨｉ＝１とす
る。

【００３１】最大勾配判定器４は、ｉ＝０〜１１につい
てＧｉを求め、最大のＧｉを与えるｉの値をインデクス
変換器５に出力する。

【００３２】インデクス変換器５への入力をＤｉｎ、イ
ンデクス変換器からの出力をＤｏｕｔとすると、Ｄｏｕ
ｔ＝（Ｄｉｎ＋６）％１２（％は剰余演算とする）とな
る。これにより最大勾配方向のインデクスは、等高線方
向のインデクスに変換され、符号化予測方法が決定され
る。

【００３３】予測器６は、インデクス変換器５から出力
されるインデクス方向に従い、この方向に存在する補間
画素値をメモリ３から読み出し、Ｎｉｎｄｅｘ個（ｉｎ
ｄｅｘは等高線方向のインデクス）の画素値の平均値を
予測値として算出し、差分器７に出力する。

【００３４】差分器７は、ラインバッファ１に記憶され
ている符号化対象画素の値から、この符号化対象画素の
予測値を減じ、この差分値をハフマン符号器８に出力す
る。

【００３５】ハフマン符号器８は差分器７から入力され
た差分値に対し、ハフマン符号化を行い、符号化された
データを１１２を通じて復号化側へ出力する。

【００３６】図２に復号化側のブロック図の一例を示
す。ハフマン符号器８から出力された符号化データは、
ハフマン復号器９で復号化され、差分値データとして加
算器１０に出力される。また、ラインバッファ１１から
予測器１６までの系に関しては符号化側と同様の処理を
行う。ここでラインバッファ１１には復号化対象画素の
１ラインと、それに先行する４ラインの復号化済画素が
格納される。以下最終的に予測器１６から予測器６の出
力値と同じ値が復号化対象画素の予測値として加算器１
０に出力される。

【００３７】加算器１０では、ハフマン復号器から入力
される差分値データを予測器１６から入力される予測値
に加算し復号化対象画素の画素値として再生出力する。
この再生出力された画素値は１１５を通じて出力部１７
に入力されると共に、１１６を通じてラインバッファ１
１に復号化済画素値として格納される。

【００３８】以上の実施例で用いた符号化方法における
符号化予測方法の決定は、符号化対象画素を用いること
なく符号化済の周辺画素を用いて行うので、符号化側に
も復号化側にも共通して認識することができるので、付
加情報を必要としない。

【００３９】なお、実施例による差分値のハフマン符号
化は、他の符号化方法を代用しても良い。

【００４０】また、図５（ｄ）の位置（ラインの最初の
画素）については、差分値ではなく、実際の画素値を符
号化して送り、復号化側で実際の画素値として復号化す
る様に制御することも可能である。

【００４１】また、画像の最初の４ラインについては、
予測器６によって定められるインデクスを設定すること
によりあらかじめ設定した方向との差分値を送る様に制
御することも可能である。

【００４２】更に、上述の実施例では最大勾配方向を検
出し、この方向と直交する方向の画素を用いて予測値を
決定しているが、所定以上の勾配を有する方向の中心の
方向を検出する等適宜その方法は選択できる。

【００４３】

【発明の効果】本願発明によれば、画像の性質に依存し
ない効率的な符号化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の画像符号化装置の全体ブロック図。

【図２】実施例の画像復号化装置の全体ブロック図。

【図３】実施例の画像予測において参照する周囲画素を
説明する図。

【図４】図１の画素補間器２の作用を説明する図。

【図５】参照不可能な周囲画素がある場合を説明する
図。

【符号の説明】

１ラインバッファ２画素補間器３メモリ４最大勾配判定器５インデクス変換器６予測器７差分器８符号器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】符号化対象画素を中心として複数の方向
を設定する設定手段と、前記設定手段により設定された複数の方向に対応した参
照画素値を発生させる発生手段と、前記発生手段により発生された参照画素値を用いて前記
複数の方向に対応する勾配を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された勾配に基づいて第１の方
向を選択する第１の選択手段と、前記第１の選択手段により選択された第１の方向に応じ
て第２の方向を選択する第２の選択手段と、前記第２の選択手段により選択された第２の方向に対応
する参照画素値を用いて符号化を行う符号化手段を有す
ることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】前記出力手段による勾配の出力には、符
号化対象画素を用いないことを特徴とする請求項１記載
の画像処理装置。
【請求項３】前記参照画素値は輝度値であることを特
徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項４】前記第１の方向と前記第２の方向とが直
交していることを特徴とする請求項１に記載の画像処理
装置。
【請求項５】前記参照画素値には、架空の画素値が含
まれることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装
置。
【請求項６】前記符号化手段による符号化にはハフマ
ン符号化を用いることを特徴とする請求項１に記載の符
号化装置。
【請求項７】前記符号化手段による符号化は１画素毎
に行うことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装
置。
【請求項８】符号化対象画素を中心として複数の方向
を設定し、設定された複数の方向に対応した参照画素値を発生し、発生した参照画素値を用いて前記複数の方向に対応する
勾配を出力し、出力された勾配に基づいて第１の方向を選択し、選択された第１の方向に応じて第２の方向を選択し、選択された第２の方向に対応する参照画素値を用いて符
号化を行うことを特徴とする画像処理方法。
【請求項９】符号化対象画素を中心とする複数の方向
に対し、画素値の勾配を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された勾配のうち、所望の勾配
を有する方向に直交する方向に基づいて予測符号化を行
う符号化手段とを有することを特徴とする画像処理装
置。
【請求項１０】前記所望の勾配は、前記算出手段によ
り算出された勾配の最大値をとることを特徴とする請求
項９に記載の画像処理装置。
【請求項１１】前記算出手段には、符号化対象画素値
を用いずに、符号化対象画素の周囲画素値を用いること
を特徴とする請求項９に記載の画像処理装置。
【請求項１２】符号化対象画素を中心とする複数の方
向に対し、画素値の勾配を算出し、算出された勾配のうち、所望の勾配を有する方向に直交
する方向に基づいて予測符号化を行う画像処理方法。
【請求項１３】復号化対象画素を中心として複数の方
向を設定する設定手段と、前記設定手段により設定された複数の方向に対応した参
照画素値を発生させる発生手段と、前記発生手段により発生された参照画素値を用いて前記
複数の方向に対応する勾配を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された勾配に基づいて第１の方
向を選択する第１の選択手段と、前記第１の選択手段により選択された第１の方向に応じ
て第２の方向を選択する第２の選択手段と、前記第２の選択手段により選択された第２の方向に対応
する参照画素値を用いて復号化を行う復号化手段を有す
ることを特徴とする画像処理装置。
【請求項１４】復号化対象画素を中心として複数の方
向を設定し、設定された複数の方向に対応した参照画素値を発生し、発生した参照画素値を用いて前記複数の方向に対応する
勾配を出力し、出力された勾配に基づいて第１の方向を選択し、選択された第１の方向に応じて第２の方向を選択し、選択された第２の方向に対応する参照画素値を用いて復
号化を行うことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１５】復号化対象画素を中心とする複数の方
向に対し、画素値の勾配を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された勾配のうち、所望の勾配
を有する方向に直交する方向の画素値に基づいて復号化
を行う復号化手段とを有することを特徴とする画像処理
装置。
【請求項１６】復号化対象画素を中心とする複数の方
向に対し、画素値の勾配を算出し、算出された勾配のうち、所望の勾配を有する方向に直交
する方向の画素値に基づいて復号化を行う画像処理方
法。