JPH09116899A - 画像データの圧縮方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像データの圧縮効率を向上させる。 【解決手段】 帯域分割部１によって画像データを複数
の空間周波数帯域成分ＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨに分割
し、水平、垂直方向の少なくとも一方向が高域成分であ
るＬＨ、ＨＬ、ＨＨ成分に対しては、その符号化部３〜
５に於て、０ラン長をモディファイドハフマン符号化す
る。またこの符号化時の走査方向を水平、垂直、斜め方
向に選び、符号化データがより短くなるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像データの圧縮方
法に係り、特に画像データを空間周波数帯域で分割し
て、その各帯域の情報を符号化して圧縮する画像データ
の圧縮方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】サブバント符号化やウェーブレット変換
符号化法を用いた画像データの圧縮技術では、画像デー
タをその空間周波数により高域、低域に分割し、それぞ
れの帯域成分を符号化して圧縮を行う。この場合、高域
成分は０近傍にその値が集中しやすいことや、エッジ等
の部分を除くと値０が連続しやすいという性質、即ちエ
ントロピが低いという性質があり、そのような性質を利
用した符号化による圧縮が効率的に行える。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術で
は、空間周波数で分割した各成分を、ＪＰＥＧ方式のよ
うに、たて８×よこ８個のデータのブロックに分割し、
その各ブロックに対して量子化及び可変長符号化を行っ
ている。しかし、高域成分についてみると、上記のブロ
ックサイズ８よりもずっと長い個数の０が続く場合で
も、これをわざわざブロックに細分して別々に符号化す
ることになるから、高域成分の持っている低エントロピ
という性質を十分生かした符号化が行えないという問題
があった。

【０００４】本発明の目的は、各周波数帯域成分ごとの
特徴に適した符号化を行うことにより、より効率よく圧
縮が行える画像データの圧縮方法を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、画像データを
複数の空間周波数帯域に分割してその各々を量子化した
成分を生成し、前記成分の少なくとも１つに対してその
構成要素を走査し、値０が連続した０ランの長さをモデ
ィファイドハフマン符号化法で符号化したことを特徴と
する画像データの圧縮方法を開示する。

【０００６】更に本発明は、前記空間周波数成分への分
割は、画面の水平方向及び垂直方向の双方が低周波成分
の第１成分、一方が低周波成分で他方が高周波成分の第
２及び第３成分、双方が高周波成分の第４成分の４成分
への分割であり、かつその分割方法はハール変換法を用
いたものであることを特徴とする請求項１記載の画像デ
ータの圧縮方法を開示する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて説明
する。図１は、本発明の圧縮方法の１つの実施の形態を
示す図で、帯域分割部１、ＬＬ成分符号化部２、ＨＬ成
分符号化部３、ＨＨ成分符号化部４、及び合成部５から
構成されている。ここで各部は、それぞれの処理を行う
プログラムで構成してもよいし、あるいは専用のハード
ウェアを用いて構成してもよい。また、入力される画像
データは、モノクロの多階調データ（２値も含む）また
はカラー画像の１プレーン分の画像データである。

【０００８】図２は、帯域分割部１に於る画像データの
帯域分割例を示すもので、空間周波数の帯域分割に用い
るフィルタは周知のハール基底を用いた帯域分割フィル
タとし、これによりＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、及びＨＨ成分の
４帯域に分割するものとしている。ここでＬは、低域成
分、Ｈは高域成分を表し、２文字の内の左側が画面水平
方向の成分、右側が垂直方向の成分を表している。例え
ばＬＨ成分は水平方向が低域成分で垂直方向が高域成分
である。この４成分を空間周波数平面でかくと図２とな
る。

【０００９】図３〜図５は、上記の帯域分割部１による
分割データの例を示すもので、画像データは簡単のため
４×４画素としている。図３は、同図（ａ）の画像デー
タＤ１に示したように水平方向のエッジを有する画面の
場合であり、これを空間周波数で帯域分割すると図２に
対応する各成分が同図（ｂ）となる。水平方向のエッジ
は垂直方向の変化成分（高域成分）を意味するから、Ｌ
Ｌ成分の他にはＬＨ成分のみが０でない値を示してお
り、他の方向の変化はないのでその他の各成分はすべて
０となっている。

【００１０】図４（ａ）の画像データＤ２は、今度は垂
直方向のみにエッジがある場合で、その帯域分割結果は
同図（ｂ）に示したように、ＬＬ成分と水平方向の変化
を示すＨＬ成分に０でない値が現れ、他の成分はすべて
０となっている。

【００１１】また図５（ａ）の画像データＤ３は、斜め
４５゜方向にエッジを有した画面の例で、その帯域分割
結果は同図（ｂ）に示したように、水平、垂直両方向の
高域成分を示すＨＨ成分がＬＬ成分とともに値をもち、
他の成分はすべて０となっている。以上のように、ハー
ル基底を用いた帯域分割では、４×４画素の画像データ
が４つの成分に分割され、その各成分は半分のサイズの
２×２データとなっているが、一般の場合も同様であ
る。即ちｎ×ｎ画素の画像データを上記のように帯域分
割すると各成分は（ｎ／２）×（ｎ／２）データとな
る。

【００１２】次に、本発明の特徴とする各成分の符号化
部２〜５に於る処理を説明する。まず、帯域分割部１に
より分割された各成分は、それぞれの成分対応に定めら
れた量子化係数で除算して量子化される。この量子化後
の処理方法は、水平、垂直両方向とも低域成分のＬＬ成
分と、少なくとも一方の成分が高域であるＬＨ成分、Ｈ
Ｌ成分、及びＨＨ成分とで異なってくる。

【００１３】ＬＬ成分は、特に０のラン長が長いといっ
た統計的な片よりは一般にないから、これは周知の一般
的な符号化方法、例えばＤＰＣＭ、ＪＰＥＧ等により符
号化する。量子化後のＬＨ成分、ＨＬ成分、及びＨＨ成
分の場合には、値０が連続した０のランに対しては０の
連続数をラン長とした可変長符号化を行う。また０以外
の値が連続した非０のランに対しては、ハフマン符号
化、算術符号化等のエントロピ符号化により符号化した
可変長符号化を行う。

【００１４】ここで０のラン長を可変長符号化するのに
は、例えばファクシミリで使われているＭＨ符号（Modi
fied Huffman Code）を用いるのが有効である。このＭ
Ｈ符号は、ラン長ｉを

【数１】ｉ＝６４Ｍ＋Ｔ の形、即ち６４進数で表し、この６４ＭとＴのそれぞれ
の値に対するコード（前者をMake up Codes、後者をTerm
inating Codesという）を図６、図７のように定めたも
のである。（数１）のように表すのは、画面１ラインの
画素数がＧ３方式のファクシミリで１７２８画素あるか
ら、この数だけのラン長の各々にすべて別のコードを割
り当てたのでは能率が悪く、装置の規模が大きくなって
しまうためである。また図６、７のコードは、上記６４
ＭとＴの各値に対する出現確率から、エントロピを小さ
くするように定められている。

【００１５】図６、７に示したように、ＭＨ符号化する
場合には白ラン長符号語と黒ラン長符号語とがある。従
って、この各々を用いて符号化を行い、全体の符号量が
少ない方の符号語を用いる。また図６、７に示されてい
るように、（数１）の６４Ｍ及びＴの最大値は２５６０
及び６３であるので、このＭＨ符号で表現可能な最大ラ
ン長は２６２３（＝２５６０＋６３）である。従って０
のラン長がこれをこえるときは、それを２６２３以下に
なるように分割し、その区切りに区切りであることを示
す符号ＥＯＬを挿入する。以上のようにして、ＬＨ成
分、ＨＬ成分、及びＨＨ成分の０のラン長を可変長符号
化するにあたり、画素の走査方向を各成分で考慮するこ
とで、以下に示すようにより効率的な符号化が可能にな
る。

【００１６】まずＬＨ成分は、図３で説明したように水
平方向のエッジを抽出した成分を表すので、この成分の
可変長符号化に際しては、図８のように水平方向に画素
を走査すると、より長いラン長の０が検出できる。但し
図８は１０×１０画素として走査方向を示しており、こ
れは以下でも同様である。また、図３（ａ）の画像デー
タＤ１のように水平方向に直線状エッジがあったとき
は、０以外の同一値がやはり水平方向に連続して存在し
ている可能性が大きく、こちらの方のエントロピ符号化
も効率よくなる。

【００１７】ＨＬ成分は、図４で説明したように、その
性質が図３のＬＨ成分と垂直、水平方向が入れ替わるだ
けである。従って、図９のように垂直方向に画素を走査
することによってより長い０のラン長が検出でき、かつ
０以外の部分のエントロピ符号化も効率よく行える。

【００１８】ＨＨ成分は、図５で説明したように、斜め
方向のエッジを抽出した成分を表すので、この成分の可
変長符号化に際しては図１０又は図１１のように、斜め
方向に画素を走査すると、より長いラン長の０が検出で
きる。但し図１０の場合は傾きを右上がりの４５゜とし
ているが、図１１のように右下がり４５゜の場合もあ
る。また４５゜以外の他の角度の場合も考えると、スキ
ャン方向を図８〜図１１の各方向に変えてみて、符号長
が最小となるスキャン方向を使うようにすれば効率がよ
い。

【００１９】以上では、特に０が連続した部分をＭＨ符
号により効率よく符号化する方法を述べたが、０以外の
値の部分についての符号化については次のように対策が
有効である。その１つは図１２に示したように、０以外
の値が走査方向に沿って連続したとき、その隣接画素値
の差をとってから符号化する方法である。即ち図１２
（ａ）に於て、走査方向を図８と同じ水平方向としたと
き、太線で囲う部分が０以外の値が連続して現れている
部分である。一般にこのような部分の隣接した値も急激
に変化することは少なく相関が強い。そこでこの太線枠
内で走査方向に沿って隣接値間の差分値を図１２（ｂ）
のように求め、これをエントロピ符号化すると圧縮率が
向上する。但し差分を求めるとき、先頭位置では０との
差分を求めるものとする。

【００２０】また、図１３（ａ）の太線で囲った画素の
ように、その上下左右の画素がすべて０であるような画
素はノイズのようなものである場合が多く、これを同図
（ｂ）のように特異点として０に置き換えることもでき
る。こうすると特異点の部分も０のランに含まれてしま
うので、符号化の効率が向上する。

【００２１】図１の４つの符号化部２〜５の処理は以上
に詳述したが、これらの処理で生成された符号化データ
は合成部６に於て合成される。この合成は、例えばＬＬ
成分、ＬＨ成分、ＨＬ成分、ＨＨ成分の順にそれぞれの
符号化データを１つの時系列データとしてまとめるもの
である。ここでＬＬ成分については、前述のようにＤＰ
ＣＭあるいはＪＰＥＧ等の方法を用いて生成した符号化
データである。一方、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨ成分の場合は、
前述のように０のラン、非０のランが交互に符号化され
ている。従って例えばＬＨ成分だけでみると、第１の０
のランの符号化データ、第１の非０のランの符号化デー
タ、第２の０のランの符号化データ、第２の非０のラン
の符号化データ、…という構成になる。図１４及び図１
５はその例を示したもので、図１４では、第１の０ラン
のラン長をＭＨ符号化したデータＣＯ（１）、第１の非
０ランを符号化したデータＣＮ（１）とその末尾を示す
ための符号ＥＯＤ、第２の０ランのラン長をＭＨ符号化
したデータＣＯ（２）、第２の非０ランを符号化したデ
ータＣＮ（２）とその末尾を示すための符号ＥＯＤ、…
という構成になっている。また図１５の場合は、非０ラ
ンの末尾を示す符号ＥＯＤに代わって、非０ランを符号
化したデータの長さを示す符号ＬＮ（１）、ＬＮ（２）
を用いたものである。但しこの符号ＬＮ（１）、ＬＮ
（２）…は、０ランのラン長と同様にＭＨ符号で符号化
されたものとする。

【００２２】以上のようにして、特に高域成分がその統
計的性質を利用して効率よく圧縮された画像データが生
成される。なお、ＬＬ成分だけは従来のＤＰＣＭやＪＰ
ＥＧ法によるものとしたが、このＬＬ成分のデータを１
つの画像データとみなしてさらに図２と同様な帯域分割
を行い、その各成分について同様な可変長符号化を行う
ことができる。このような帯域分割の細分化を再帰的に
繰り返せばさらに効率及び精度のよい圧縮が可能にな
る。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、従来の小さい符号化単
位の符号化方法に比べ、０のランを効率よく符号化でき
る効果があり、従来と同程度のデータ長を用いれば、よ
り画像歪みを抑えた精度のよい符号化が可能になる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧縮方法のフローを示す図である。

【図２】画像データの空間周波数帯域分割の説明図であ
る。

【図３】ハール変換の説明図である。

【図４】ハール変換の説明図である。

【図５】ハール変換の説明図である。

【図６】ＭＨ符号のMake up Codesを示す図である。

【図７】ＭＨ符号のTerminating Codesを示す図であ
る。

【図８】ＬＨ帯域のスキャン順序の例を示した図であ
る。

【図９】ＨＬ帯域のスキャン順序の例を示した図であ
る。

【図１０】ＨＨ帯域のスキャン順序の例を示した図であ
る。

【図１１】ＨＨ帯域のスキャン順序の別の例を示した図
である。

【図１２】０以外の値の差分符号化の例を示したもので
ある。

【図１３】０以外の値の特異点を削除する例を示したも
のである。

【図１４】符号化データの説明図である。

【図１５】符号化データの説明図である。

【符号の説明】

１ 帯域分割部 ２ ＬＬ成分符号化部 ３ ＬＨ成分符号化部 ４ ＨＬ成分符号化部 ５ ＨＨ成分符号化部 ６ 合成部

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像データを複数の空間周波数帯域に分
   割してその各々を量子化した成分を生成し、 前記成分の少なくとも１つに対してその構成要素を走査
   し、値０が連続した０ランの長さをモディファイドハフ
   マン符号化法で符号化したことを特徴とする画像データ
   の圧縮方法。
2. 【請求項２】 前記空間周波数成分への分割は、画面の
   水平方向及び垂直方向の双方が低周波成分の第１成分、
   一方が低周波成分で他方が高周波成分の第２及び第３成
   分、双方が高周波成分の第４成分の４成分への分割であ
   り、かつその分割方法はハール変換法を用いたものであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の画像データの圧縮
   方法。
3. 【請求項３】 前記第１の成分はＪＰＥＧ法又はＤＰＣ
   Ｍ法により符号化し、他の３つの成分に対して前記モデ
   ィファイドハフマン符号化により前記０ランの長さを符
   号化することを特徴とする請求項２に記載の画像データ
   の圧縮方法。
4. 【請求項４】 前記構成要素の走査の前に、前記構成要
   素をその隣接する要素間の差に置き換えることを特徴と
   する請求項１〜３のうちの１つに記載の画像データの圧
   縮方法。
5. 【請求項５】 前記構成要素の走査の前に、水平及び垂
   直の両方向に隣接した構成要素の値が０の要素値を強制
   的に０とすることを特徴とする請求項１〜３のうちの１
   つに記載の画像データの圧縮方法。
6. 【請求項６】 前記０ランの長さの符号化を、モディフ
   ァイドハフマン符号の白ラン長符号語と、黒ラン長符号
   語の各々で行い、生成された符号化データが短くなる方
   の符号語による符号化データを当該０ランの符号化デー
   タとすることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに
   記載の画像データの圧縮方法。
7. 【請求項７】 前記構成要素の走査方向を画面の水平方
   向としたことを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに
   記載の画像データの圧縮方法。
8. 【請求項８】 前記構成要素の走査方向を画面の垂直方
   向としたことを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに
   記載の画像データの圧縮方法。
9. 【請求項９】 前記構成要素の走査方向を画面の右上が
   り４５゜又は右下がり４５゜方向としたことを特徴とす
   る請求項１〜３のうちの１つに記載の画像データの圧縮
   方法。
10. 【請求項１０】 前記構成要素の走査方向を画面の水
    平、垂直、右上がり４５゜、及び右下がり４５゜方向の
    各々について符号化データを生成し、該生成した符号化
    データの内最も短いものを当該成分の符号化データとす
    ることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載の
    画像データの圧縮方法。
11. 【請求項１１】 前記０ランの長さをモディファイドハ
    フマン符号化法で符号化する成分の、非０値が連続した
    非０ランの各々を、ハフマン符号化法あるいは算術符号
    化法により符号化したことを特徴とする請求項１〜５の
    うちの１つに記載の画像データの圧縮方法。
12. 【請求項１２】 前記非０ランの符号化データの末尾
    を、データ区切りを示すための区切り符号で示すことを
    特徴とする請求項１１に記載の画像データの圧縮方法。
13. 【請求項１３】 前記非０ランの符号化データの長さ
    を、該長さを示す符号で表して前記非０ランの符号化デ
    ータの先頭に付加したことを特徴とする請求項１１に記
    載の画像データの圧縮方法。
14. 【請求項１４】 前記非０ランの長さを示す符号を、モ
    ディファイドハフマン符号としたことを特徴とする請求
    項１３に記載の画像データの圧縮方法。
15. 【請求項１５】 前記空間周波数成分への分割を、 まず画面の水平方向及び垂直方向の双方が低周波数成分
    の第１成分、一方が低周波数成分で他方が高周波数成分
    の第２成分及び第３成分、双方が高周波数成分の第４成
    分に分割し、 さらに前記第１成分を画像データとみなしてその画面の
    水平方向及び垂直方向の双方が低周波数成分の第５成
    分、一方が低周波数成分で他方が高周波数成分の第６成
    分及び第７成分、双方が高周波数成分の第８成分に分割
    し、 かかる分割を繰り返すことにより、双方が低周波数成分
    の成分を複数回分割するとともに、その分割はハール変
    換を用いることを特徴とする請求項１に記載の画像デー
    タの圧縮方法。