JPH09321991A - 算術符号化・復号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 算術符号化、復号化装置に用いる画像メモリ
を小容量化する。 【解決手段】 カラー画像読み取り部１６から色ごとに
１ラインづつカラー画像を入力し、算術符号器１７で各
色ごとに１ラインづつ符号化する。１ライン符号化する
ごとに使用された符号化情報を符号化パラメータメモリ
１８に格納し、次の同じ色のラインの符号化時に算術符
号器１７へ読み出す。符号データは符号メモリ１９に各
色ごとに格納され各色ごとに所定ラインとなると、メモ
リ制御部１９Ｂにより各色ごとに所定数ラインづつ読み
出される。

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符号化
・復号化を行う算術符号化・復号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】適応型算術符号器の一種であるＱＭ−Ｃ
ｏｄｅｒはＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）とＩＳＯの
標準化されたＪＢＩＧアルゴリズム（勧告Ｔ．８２）に
採用されたエントロピ符号器である。ＱＭ−Ｃｏｄｅｒ
をＧ３／Ｇ４ファクシミリ、カラーファクシミリに適用
するための標準化作業が行われている。

【０００３】ＪＢＩＧの算術符号化の符号化器について
図５を参照して説明する。算術符号器は図５に示すよう
にコンテクスト生成部１、コンテクストテーブル２、確
率推定テーブル３、および算術演算器４によって構成さ
れている。

【０００４】コンテクスト生成部１における参照画素の
配置を図６に示す。符号化画素は図中の「？」、Ｉ，Ｊ
は符号化ライン（Ｙライン）の参照画素、Ｈ，Ｇ，Ｆ，
Ｅ，Ｄが前ライン（Ｙ−１ライン）の参照画素、Ｃ，
Ｂ，Ａが前々ライン（Ｙ−２ライン）の参照画素であ
る。

【０００５】コンテクスト生成部１では、参照画素を適
当な順番に並べて、状態識別信号（以下コンテクスト）
Ｓｎ５を次のように生成し出力する。 Ｓｎ＝（Ｊ，Ｉ，Ｈ，Ｇ，Ｆ，Ｓ，Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ａ） ｎ＝０〜（２¹⁰−１） ここでＪをＭＳＤ（最上位桁）、ＡをＬＳＤ（最下位
桁）とする。また、コンテクストは１０ビット（全部で
２¹⁰個）で表現される。

【０００６】コンテクスト生成部１と図５には記載され
ていないラインメモリによる回路構成を図７に示す。ラ
インメモリ１３は符号化を行うラインと過去の２ライン
のラインメモリである。「？」で示す符号化画素に対し
て、その周辺の１０画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，
Ｈ，Ｉ，Ｊがフリップフロップ１４を通してコンテクス
トレジスタ１５にロードされる。

【０００７】算術符号化においては、コンテクストから
符号化画素が１であるか０であるかを確率的に予測する
が、直接１または０を予測するのではない。発生する確
率が高いシンボル（０と１のどちらか）を優勢確率シン
ボル（ＭＰＳ）と呼び、発生確率の低いシンボルを劣性
確率シンボル（ＬＰＳ）と呼び、画像の符号化の過程で
コンテクスト毎に学習しながら符号化画素がＬＰＳにな
る確率（確率推定値（Ｑｅ）、ＬＳＺとも表す）を予測
していく。同時にＭＰＳが１であるか０であるかもコン
テクスト毎に学習し、予測をしていく。この予測データ
をＭＰＳ予測値と呼ぶ。

【０００８】コンテクストテーブル（ＲＡＭ）２はコン
テクストＳｎ（図中５）をアドレスとするデータ＊Ｓｎ
を格納する。格納するデータの１つは現在のコンテクス
トにおける前述のＭＰＳ予測値６で、もう１つは前述の
確率推定値Ｑｅを格納した確率推定テーブル上のアドレ
ス（状態番号）である。状態番号は０〜１１２までの１
１３個存在する。

【０００９】確率推定テーブル３はＩＴＵ−Ｔ勧告Ｔ．
８２の表２４に対応したテーブルである。テーブルには
状態番号ＳＴ毎に４つのデータがあり、１番目が前述の
確率推定値ＬＳＺ８、２番目がＬＰＳが発生し、所定の
条件が満たされた場合２値化コンテクストテーブルが書
き換える次の状態番号（ＮＬＰＳ）９、３番目がＭＰＳ
が発生し、所定の条件が満たされた場合にコンテクスト
テーブルが書き換える次の状態番号（ＮＭＰＳ）１０。
４番目が所定の条件が満たされた場合にコンテクストテ
ーブルのＭＰＳ予測値６の値をその反転値に書き換える
動作が有効かどうかを示すデータ（ＳＷＴＣＨ）１１で
ある。

【００１０】符号化アルゴリズムの定める、ある条件が
満たされた場合は、前述のコンテクストテーブル２に格
納された状態番号ＳＴは確率推定テーブル３の該当状態
番号に格納された次の状態番号（ＮＬＰＳまたはＮＭＰ
Ｓ）に書き換えられる。

【００１１】算術演算器４は画像データとＭＰＳ予測値
６と、確率推定テーブル３に格納された確率推定値（Ｑ
ｅ）８を入力し再帰的に確率区分空間を分割する算術演
算処理を行って算術符号Ｃ_i を出力する。算術演算器４
の内部の構成としては、ｉ番目の画素までに再帰分割さ
れた確率区分空間の幅を示すオージェントレジスタＡ _i
と、ｉ番目の画素までに再帰分割された確率区分空間の
下端の座標を示すコードレジスタＣ_i と、符号化した画
素をカウントするビットカウンタと、１バイト単位で符
号データを一時的に格納するバッファと、バイト単位で
の出力される符号データがＯｘｆｆ（１６進数表示）の
場合の、Ｏｘｆｆの繰り返し回数をカウントするスタッ
クカウンタとを備えている。

【００１２】コードレジスタＣ_i とオージェントＡｉは
それぞれ次式によって決定され、Ｃ _i が算術符号であ
る。 Ｃ_i ＝Ｃ_i-1 ＋ｆ（ＭＰＳ，Ｑｅ） …（１） Ａ_i ＝Ａ_i ＋ｇ（ＭＰＳ，Ｑｅ） …（２） ｆ，ｇはＩＴＵのＴ．８２の定めるフローチャートに準
ずる。

【００１３】以上の説明は符号化の動作に関するもので
あったが、復号化の場合は上述の算術演算器の動作が異
なるだけで、他の動作は同様である。

【００１４】現在、勧告作成作業中のＩＴＵ−Ｔ勧告草
案において、カラー画像のＪＢＩＧ符号化は、所定の複
数ライン（デフォルトは１２８ライン）を１ストライプ
として、ストライプ単位で色成分を切り替えて、ＪＢＩ
Ｇ符号化を行うものとされている。

【００１５】ストライプの終端では、オージェントレジ
スタ、コードレジスタ、ビットカウンタ、スタックカウ
ンタはリセットされる。すなわち、カラー画像の符号化
は１つの色成分のストライプ毎に処理が完結している。

【００１６】従来、この種のカラー画像のＪＢＩＧ符号
化装置としては、図８に示すようにカラー画像読み取り
部２４とカラー画像メモリ２５とメモリ制御部２５Ｂと
ＪＢＩＧ算術符号器２６と色成分別コンテクストメモリ
２５Ｃとから構成されていた。

【００１７】カラー画像読み取り部２４から線順次で出
力されたカラー画信号はカラー画像メモリ２５に書き込
まれ、メモリ制御部２５Ｂにより、所定の複数ライン
（ストライプ）順次に並び変えられ、算術符号器２６に
入力される。算術符号器２６はストライプ毎にＪＢＩＧ
算術符号化の符号化処理とフラッシュ処理（終了処理）
を行い、符号データを出力する。１つのストライプ（同
一色成分）が符号化終了後、処理の終わった色成分（例
えばＲ）のコンテクストテーブルの内容を色成分別コン
テクストメモリ２５Ｃに格納する。格納したコンテクス
トテーブルの内容は該当する色成分（例えばＲ）の次の
ストライプの符号化の際に算術符号化器２６へロードさ
れる。

【００１８】また従来、この種のカラー画像のＪＢＩＧ
復号化装置としては、図９に示すようにＪＢＩＧ算術復
号器２７と色成分別コンテクストメモリ２８とカラー画
像メモリ２９とカラー画像記録部３０とメモリ制御部３
１とから構成されていた。

【００１９】カラー画像の符号化データはストライプ順
次で入力されてＪＢＩＧ算術復号器２７で復号される。
１つのストライプ（同一色成分）が復号化終了後、処理
の終わった色成分（例えばＲ）のコンテクストテーブル
の内容を色成分別コンテクストメモリ２８に格納する。
格納したコンテクストテーブルの内容は該当する色成分
（例えばＲ）の次のストライプの復号化の際に算術復号
器２７へロードされる。復号されたカラー画像はカラー
画像メモリ２９に書き込まれる。すべての色成分のスト
ライプの書込の終了後、メモリ制御部３１は線順次で各
色成分毎にカラー画像を読み出してカラー画像記録部３
０へ出力する。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述のような構成にお
いては符号化の構成も復号化の構成も大容量（例えば３
色×１２８ライン分）のカラー画像メモリが必要になっ
ていた。

【００２１】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、小容量の画像メモリを用いたカラー画像の算術符
号化装置、復号化装置を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の算術符号化装置
においては、１ライン毎に色成分を変えて符号化を行
い、各色ごとの符号化情報を符号化パラメータ格納手段
にその色の処理が終了する毎に格納し、次に同じ色の処
理をするときに読み出して符号化処理を行う。この本発
明によればカラー画像読み取り部から各色ごとに１ライ
ンずつ順次に入力される画像データをそのまま符号化で
きるので符号化前の画像データを各色毎に複数ラインず
つ格納する大容量の画像メモリが不要となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】請求項１の発明では、カラー画信
号を線順次で入力する入力手段と、入力した画信号を１
ライン毎に色成分を変えて算術符号化するＩＴＵ−Ｔの
定めるＪＢＩＧ符号化手段と、このＪＢＩＧ符号化手段
が各色の１ラインを符号化したときの符号化情報であっ
て、次に同じ色の１ラインを符号化する場合に使用され
る符号化情報を格納する符号化パラメータ格納手段と、
前記ＪＢＩＧ符号化手段が符号化したデータを格納する
符号データ格納手段と、この符号データ格納手段より色
成分毎に符号データを所定ラインずつまとめて出力する
メモリ制御手段とを備える。

【００２４】ＪＢＩＧの符号化手段は１ラインの色成分
の符号化を行うと符号化したときの算術符号化装置を構
成する各レジスタやカウンタなどに記憶された符号化情
報を符号化パラメータ格納手段に格納し、次に同じ色の
１ラインを符号化するときに読み出して使用する。符号
化したデータは符号データ格納手段に格納してゆき、メ
モリ制御手段で、各色成分毎に複数ラインずつまとめて
出力する。従来は符号化前の画像データを各色ごとに複
数ラインずつ格納するため大きな容量の画像メモリを必
要としたが、本発明では符号化した後の各色ごとの複数
ラインの画像データを格納する画像メモリでよいため、
符号化によって縮小した分小さな容量の画像メモリでよ
い。

【００２５】請求項２の発明では、各色ごとに所定ライ
ンずつ入力される符号データを格納する符号データ格納
手段と、この符号データ格納手段から各色ごとに１ライ
ンずつ読み出すメモリ制御手段と、この読み出された符
号データの算術復号化を行うＩＴＵ−Ｔの定めるＪＩＢ
Ｇ復号化手段と、このＪＢＩＧ復号化手段が各色の１ラ
インを復号化したときの復号化情報であって、次の同じ
色の１ラインを復号化する場合に使用される復号化情報
を格納する復号化パラメータ格納手段とを備える。

【００２６】符号データは毎色ごとに複数ラインずつま
とめて送られてくるため、全ての色の符号データを複数
ラインずつ格納する符号データ格納手段を設け、これに
より各色ごとに１ラインずつ交互に読み出し復号化を行
う。ＪＢＩＧ復号化手段は各色の復号データ１ラインず
つ復号化し出力する。各色の１ラインの復号化が終了し
たとき復号化したときの算術復号化装置を構成する各レ
ジスタやカウンタなどに記憶された復号化情報を復号化
パラメータ格納手段に格納し、同じ色の次のラインを復
号化するとき復号化手段へ読み出して使用する。これに
より各色毎に１ラインずつ順次復号化できるようにな
る。従来は同じ色を連続して複数ライン復号化し、全色
の複数ライン分の復号化が終了した後、各色ごとに１ラ
インずつ順次記録部へ出力するため、復号化した各色の
複数ライン分ずつを格納する大容量の画像メモリが必要
であったが、本発明では符号化したデータの各色ごとの
複数ラインずつを格納する符号データの画像メモリでよ
く、これは小さな容量でよい。

【００２７】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照して説明する。図１は第１実施の形態の算術符号化
装置の構成を示す図である。カラー画像読み取り部１６
はカラー画像を読み取り、Ｒ，Ｇ，Ｂの画信号を１ライ
ンづつ順々に出力する。算術符号器１７は図５で説明し
た構成を有し、各色Ｒ，Ｇ，Ｂを順々に１ラインづつ符
号化する。符号化パラメータメモリ１８は算術符号器１
７内のコードレジスタ、オージェントレジスタ、ビット
カウンタ（ＣＴ）、スタックカウンタ（ＳＣ）、コンテ
クストテーブルの内容を各色ごとに格納する。符号化メ
モリ１９は符号化されたデータを各色成分毎にライン単
位で格納する。メモリ制御部１９Ｂは符号メモリ１９に
所定量の符号データが格納されるとその読み出しを行
う。

【００２８】次に動作について説明する。カラー画像読
み取り部１６では図２に示すようにカラー画像のＲ，
Ｇ，Ｂ各色成分が線順次入力される。すなわち先頭がＲ
の１ライン目、次がＧの１ライン目、Ｂの１ライン目、
その次がＲの２ライン目、Ｇの２ライン目という順序で
ある。読み取られた画像はその順序のまま、算術符号器
１７で符号化される。１つの色成分（例えばＲ）の１ラ
イン分の符号化が終了すると、算術符号化の過程で更新
されるコードレジスタ、オージェントレジスタ、ビット
カウンタ（ＣＴ）、スタックカウンタ（ＳＣ）、コンテ
クストテーブルの内容が符号化パラメータメモリ１８に
格納される。他の２つの色成分（例えばＧ，Ｂ）の１ラ
イン符号化も同様である。

【００２９】色成分Ｒの、２ライン目以降の符号化開始
時には符号化パラメータメモリ１８から前述のパラメー
タデータをコードレジスタ、オージェントレジスタ、ビ
ットカウンタ（ＣＴ）、スタックカウンタ（ＳＣ）、コ
ンテクストテーブルにロードしてから符号化を行う。算
術符号器１７で生成された符号データは図２に示すよう
に符号メモリ１９に色成分毎にライン単位で格納され
る。Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの色成分が１２８ライン分、符
号メモリに格納されたら、図３に示すようにメモリ制御
部１９Ｂにより各色成分が１２８ライン単位で繰り返し
読み出され出力される。

【００３０】従来は各色ごとに１ストライプ（例えば１
２８ライン）単位で符号化するために、各色ごとに１ラ
インづつ順次読み取られた画像データを各色ごとに１ス
トライプ（つまり３色で３×１２８ライン）の読み取り
画像データを格納するカラー画像メモリ２５が図８に示
すように必要であったが、符号化パラメータメモリ１８
を設けることにより、各色ごとに１ラインづつ順次符号
化を実施できるので、算術符号器１７の前にカラー画像
メモリ２５を設置する必要はない。但し符号データを図
３で示すように各色ごとに１２８ラインづつ、順次送出
するため１ラインづつ符号化されたデータを格納する符
号化メモリ１９が必要になる。しかし符号データはＩＴ
Ｕの標準画像の１つでは、原画像（読み取り画像）の１
／３０以下になるため、符号メモリ１９の容量はカラー
画像メモリ２５に比べ極めて小さくてよい。また、色成
分毎に符号化パラメータを格納する構成を備えているの
で、算術符号器を色成分毎に複数備える必要もない。こ
の２つにより、符号化全体として、従来よりも回路の規
模の小さい符号化装置が実現できる。

【００３１】次に第２実施の形態の算術復号化装置につ
いて説明する。図４は本実施の形態の算術復号化装置の
構成図である。符号メモリ２０は図３に示すように各色
ごとに１ストライプ（１２８ライン）単位で送られてく
る符号データを３色分（３×１２８ライン）格納する。
メモリ制御部２０Ｂは各色ごとに１ラインづつ符号デー
タを読み出す。算術復号器２１は各色ごとに１ラインづ
つ符号データを復号化する。復号化パラメータメモリ２
２は算術復号器２１内のコードレジスタ、オージェント
レジスタ、ビットカウンタ（ＣＴ）、スタックカウンタ
（ＳＣ）、コンテクストテーブルの内容を各色ごとに格
納する。カラー画像記録部２３は各色ごとに１ラインづ
つ順次出力される復号データを印刷する。

【００３２】次に動作について説明する。符号メモリ２
０には図３に示すように伝送路より受信したカラー画像
の各色成分の符号データが１２８ライン分単位で書き込
まれる。書き込まれた符号データはメモリ制御部２０Ｂ
によって図２に示すように各色１ライン分単位で読み出
される。読み出された符号データは算術復号器２１で復
号化される。第１実施の形態と同様に１つの色成分の１
ライン目の復号化が終了すると、符号化と同様にコード
レジスタ、オージェントレジスタ、ビットカウンタ（Ｃ
Ｔ）、スタックカウンタ（ＳＣ）、コンテクストテーブ
ルなどに記憶された復号化パラメータデータは復号化パ
ラメータメモリ２２に格納される。引き続き、他の色成
分も同様に復号化を行う。２ライン目の復号化開始時に
は復号化パラメータメモリ２２からパラメータデータを
ロードして復号化を行う。算術復号器２１から復号され
たカラー画像がライン単位で出力される。出力された画
像はカラー画像記録部２３でカラー記録される。

【００３３】従来は図９に示すように、算術復号器２１
が各色ごとに１２８ラインづつ送られてくる符号データ
を同じ単位で復号化してゆくため、本実施の形態のよう
な符号メモリ２０は不要であったが、１２８ライン単位
で復号した復号データを各色ごとに１ラインづつ順次カ
ラー画像記録部３０へ送出するためにカラー画像メモリ
２９が必要であった。これに対し、本実施の形態では、
符号メモリ２０を必要とするが、算術復号器２１からは
各色ごとに１ラインづつ出力するためカラー画像メモリ
２９は不要である。算術符号化の符号データはＩＴＵの
標準画像の１つでは原画像の１／３０となるため、符号
メモリ２０の容量はカラー画像メモリ２９の容量に比べ
極めて小さくてよい。また、色成分毎に復号化パラメー
タを格納する構成を備えているので、算術復号器を色成
分毎に複数備える必要もない。この２つにより、復号化
全体として、従来よりも回路の規模の小さい復号化装置
が実現できる。

【００３４】第１および第２実施の形態において、カラ
ー画像読み取り部から出力される、あるいはカラー画像
記録部へ入力される、カラー画像の色成分の切り替え単
位はライン単位であったが、それぞれのデバイスに応じ
て画素単位などの単位であってもかまわない。

【００３５】また、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色の３ビットプレーン
からなるカラー画像を対象として説明をしたが、Ｒ，
Ｇ，Ｂそれぞれ２５６階調の２４ビットプレーンのフル
カラー画像や任意の色をビットに割り付けたパレットカ
ラー画像などでもかまわない。また、第２実施の形態で
はカラー画像記録部２３を備える構成としたが、カラー
画像表示部に置き換えてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、符号化パラメータメモリを設けることにより各色ご
とに１ラインづつ符号化し、符号化したデータを格納す
る符号メモリを設ける。また、各色ごとに複数ライン単
位で送出されてくる符号データを格納し、復号化パラメ
ータを格納するメモリを設け、各色ごとに１ラインづつ
符号データを復号化する。これにより符号化、復号化に
おいて必要となるメモリは符号データのみを格納すれば
よいので、従来のように原画像データまたは復号データ
を格納するメモリに比べ極めて小さな容量のメモリでよ
い。これらの構成により、従来と比較して回路規模の小
さいカラー画像のＪＢＩＧ符号化、復号化装置を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施の形態の算術符号化装置の構成図

【図２】算術符号化、復号化の際の符号データの構成を
示す図

【図３】伝送路における符号伝送の構成を示す図

【図４】第２実施の形態の算術復号化装置の構成図

【図５】算術符号器の構成図

【図６】参照画素の配置を示す図

【図７】コンテクスト生成部の構成図

【図８】従来の算術符号化装置の構成図

【図９】従来の算術復号化装置の構成図

【符号の説明】

１６ カラー画像読み取り部 １７ 算術符号器 １８ 符号化パラメータメモリ １９ 符号メモリ １９Ｂ メモリ制御部 ２０ 符号メモリ ２０Ｂ メモリ制御部 ２１ 算術復号器 ２２ 復号化パラメータメモリ ２３ カラー画像記録部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラー画信号を線順次で入力する入力手
   段と、入力した画信号を１ライン毎に色成分を変えて算
   術符号化するＩＴＵ−Ｔの定めるＪＢＩＧ符号化手段
   と、このＪＢＩＧ符号化手段が各色の１ラインを符号化
   したときの符号化情報であって、次に同じ色の１ライン
   を符号化する場合に使用される符号化情報を格納する符
   号化パラメータ格納手段と、前記ＪＢＩＧ符号化手段が
   符号化したデータを格納する符号データ格納手段と、こ
   の符号データ格納手段より色成分毎に符号データを所定
   ラインずつまとめて出力するメモリ制御手段とを備えた
   算術符号化装置。
2. 【請求項２】 各色ごとに所定ラインずつ入力される符
   号データを格納する符号データ格納手段と、この符号デ
   ータ格納手段から各色ごとに１ラインずつ読み出すメモ
   リ制御手段と、この読み出された符号データの算術復号
   化を行うＩＴＵ−Ｔの定めるＪＩＢＧ復号化手段と、こ
   のＪＢＩＧ復号化手段が各色の１ラインを復号化したと
   きの復号化情報であって、次の同じ色の１ラインを復号
   化する場合に使用される復号化情報を格納する復号化パ
   ラメータ格納手段とを備えた算術復号化装置。