JPS62154875A - 階調画像圧縮方法 - Google Patents

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】 一産業上の利用分野一 本発明は中間調画像データを圧１ｉｔする階調画像圧縮
方式に関する。

一発明の背景− フィルム画像など中間調を持つ画像データの圧縮方式と
して、予測符号化方式が知られている。この方式では過
去に出現した画素値から現在点の画素値を予測し、その
予測値と現在点の画素値との差分である予測誤差を符号
化することにより圧縮を行う。予測誤差の符号化には予
測誤差の分布がラプラス分布になることを考慮して１発
生順度の高い予測誤差には短い符号化を、頻度の低い予
測誤差には長い符号を割当てることによって高能率の符
号化を行うことが知られている。

この予測符号化による圧縮は、巾独で用いる限り原画像
を完全に復元できる回連圧縮となり、圧縮によってｒｌ
Ｔｌ両生が低下することはない。しかし、種々の画像に
ついての統計では予ΔＩＩＩ誤差のエントロピーは８ビ
ット画像の場合４ビット程度であり、最適の符号化を行
うも局程度にしか圧縮できない。この圧縮率は予測方法
を工夫しても殆ど改ηされず、予Δ＋＋＋符号化方法の
限界値と考えられる。

−・方、符す化の他の方式として、人間の視覚特性と、
隣接する画素との間の高い相関性を利用したブロック符
号化がある。このブロック符号化方式の最も簡単なもの
としては、画素数ｎＸｎのブロック別にその平均値をブ
ロック情報とする。また、もう少しこったものとして、
ｎＸｎブロックの画素濃度の平均値Ｘ　ａ　ｂをとり、
当該ブロック内の各画Ｊｃ度が平均値Ｘ　ａ　ｂよりＬ
か下かを１ビツトデータとしてとり、平均値ｘａｂより
も上の画素グループの平均値Ｘ、ｌＩＩ＋　　と下の画
素グループの平均値ＸＡＢＯをとり、これら平均値Ｘｄ
ｂｌ　　とＸａｂｏによって圧縮を行う符号化方式があ
る。

この場合、必要ビット数は８ビット画像では８ｎ２→ｎ
？　＋ＩＢとなり、ｎ＝４では３２／　１２８＝１／４
まで圧縮できる。

しかし、このブロック符号化方式では、ブロックサイズ
が一定であるため、濃度変化の小さい領域においては圧
縮効果が不十分であるし、逆に濃度変化の大きい領域で
は符号化誤差によりブロック間に境界が現われて画質の
低下が起きる。この点について、ブロックサイズが大き
くなるほど前者が改善され、後者が悪化し、小さくなる
ほど後者が改善され前者が悪化するという相反する傾向
にあり。

双方のバランスでブロックサイズを決定すると圧縮率９
画質共に満足するものが得られなくなる。

一発明の目的一 本発明の目的は、任意の濃度領域、濃度変化を持つ画像
データを高品質にしながら高圧縮率にすることができ、
しかも予測符号化における予測誤差の分布が中央に集ま
るようにして符号化効率を向上できる圧縮方式を提供す
るにある。

一発明の構成一 本発明は、中間調を持つ画像データの各画素データを複
数個まとめてブロックとし、該ブロックをブロック内画
素データ間の差分の大きさに応じて複数のモードに分類
し、該モードによって特定されるパラメータに従って各
ブロック内画素データに対し階調情報低減処理及び画素
密度低減処理を行うものであるー実施例− 図は本発明の一実施例を示すブロック図である０画像メ
モリ１は、フィルム等の画像（原画）から読取った各画
素の多値の階調で表われる中間調画像データが格納され
る。１ブロツクメモリ２は画像メモリ１の画像データか
ら切取られた１ブロック分のデータＤが記憶される。ブ
ロック代表値メモリ３は１プロ、クメモリ２に転送され
た１ブロック分データＤの代表値Ｄａｌが記憶される。

差分計算回路４は１ブロツクメモリ２に記憶するブロッ
クデータＤから順次読出された１画素づつのデータＤｂ
について隣接画素との差分Ｓ、を求める。モード決定回
路５は差分針９凹路４で求める差分Ｓａの最大値からモ
ーＦＭを決定する０階調情報低減回路６は、モードＭに
従って１ブロツクメモリ２のブロックデータＤｈの階調
を変更し、この変更したプロンクデータＤｃ　を再び１
ブロツクメモリ２に：す込む。差分計算回路４はｌブロ
ックメモリ２に＋ｒｆ書込されたブロックデータＤｈに
ついて再度隣接画素との差分Ｓａを求める０間引き回路
７は差分計算回路４からの差分Ｓａ　をモード決定回路
５のモードＭの度合いに応じて間引く、符号化器８は間
引かれた差分データＳ０を可変長符号化する。

予測符号化回路９はブロック代表値メモリ３に蓄えられ
た代表値データＤ、２を予ｌ１１１１符号化する。この
予測符号化回路９に得る符号−化ブロック代表値データ
Ｃ３と、符号化器８に得る符号化差分データＣＯ及びモ
ード決定回路５に得るモードＭとは組合わせされて圧縮
画像データ１０として取出される。

こうした構成における実際の画像データについての処理
動作を以ドに詳細に説明する。

画像メモリ１に収集された画像データは１ブロツクメモ
リ２に分割されてその１ブロック分が転送される。ここ
で、ブロンク分１１．１］　ｆｉについて説明する。画
像をＮＸＮの微小ブロックに分割するときに、Ｎが小さ
すぎても、また大きすぎてもそのブロックの性質を的確
に掴むことができない。しかし、Ｎの大きさを正確に決
定することはそれが対象画像の個々の性質に大きく依存
しているため大変難づかしい。そこで、本実施例では区
切りの良い数、そしてハード化し易い数としてＮ＝８を
用いる。これはＮ＝８としておくと、当該ブロックデー
タをさらに４Ｘ４．２Ｘ２のブロックに分割でき、より
細かい処理に移行し易くする利点がある。

さて、Ｎ＝８と設定されて１ブロツクメモリ２には６４
個の画素データが転送される。また、同時に、ブロック
代表値メモリ３には１つの画素データが代表値として記
憶される。

この代表値は６４個の画素データのいずれでも良いが、
本実施例ではブロックデータ（８Ｘ８）の左玉隅の画素
データをブロック代表値とし、当該画素データをブロッ
ク代表値メモリ３に格納する。この代表値の集合は１つ
のファイルとしてメモリ３に保存され、このファイルの
大きさは原画像データと比べて１／６４になっている。

また、このファイルは可逆圧縮によってさらに小さくす
ることができ、最終的には１％以下にもすることができ
る。

ｌブロックメモリ２に転送された６４個の画素データか
らなるブロックデータＤｈについて、各画素に下記のよ
うな名前を付けたときＸｌｌ　　　Ｘ１２　　Ｘ１３−
−−ＸＩＮＸ２１　　　Ｘ２２　　　・ ＸＮＩ　　ＸＮ２　−−−−ＸＮＮ 差分計算回路４は、隣接画素間の差分Ｓａ　を次のルー
ルに従って求める。

（ａ）Ｘｌｌに対する差分ｄＸ１１は無視する。

（ｂ）　ｄＸｉ　１＝Ｘｉ　ｌ　−Ｘ　（ｉ−１）　ｌ
トする。但し、２＜＝ｉ＜＝８ （ｃ）　ｄＸｉ　ｊ＝Ｘｉ　ｊ−Ｘｉ　（Ｊ−１）とす
る。但し、ｊ＜〉１ こうして求めた差分ｄＸの集合Ｓａを取込むモード決定
回路５は、そのＳａの絶対が最大であるものを選び出し
、予め設定される３つのしきい値と比較し当該ブロック
データを４つのモードに分類記憶する。このしきい値と
モードＭの対応は例えば次のように設定する。

第１表 このモード分類にはＯ〜３の分類番ｔ）も各ブロック毎
にファイルしておき、このファイルを以後モード選択フ
ァイルと呼ぶ。このモード選択ファイルは、各ブロック
に２ピント必要とすることから、ファイルの大きさとし
ては （１／６４）　Ｘ　（２／８）　＝　１／２５Ｂとなり
、代表値ファイルと合わせて画像データのおよそ１．５
％になる。

次に、階調情報低減回路６では、前述のようにモード決
定回路５からのモードＭのモードデータＭＯ−Ｍ３に従
って当該モードＭになるブロックデータＤＩｌの階調低
減を行う。

この階調低減で気をつけることは疑似輪郭を出さないよ
うにしなければならない。疑似輪郭は濃度変化のなだら
かな部分で発生し易い。そこで、本実施例ではモード選
択ファイルのモードデータＭＯ−Ｍ３を参照しながらブ
ロック毎に階調低減の度合いを変える。すなわち、モー
ドデータの数値Ｏ〜３の小さいブロックについては濃度
変化のなだらかな部分と判定してプロアクデータＤ　ｂ
の階調低減量を少なくし、数値Ｏ〜３の大きいプロアク
については濃度変化の徴しい部分と閂定してブロックデ
ータＤｂの階調低減量を多くすることで疑似輪郭の発生
を抑えながら圧ｆｉ率を高める。

階調情報低減回路６による階調の低減処理は具体的には
、処理後のデータＤＣとして隣接画素との差分がモード
データＭＯ−Ｍ３数値０〜３（階調低減変数）の倍数に
なるようにし、その後隣接画素との差分値を数値０〜３
で割った値を階調低減したデータＤｃ　として１ブロツ
クメモリ２に格納する。

例えば、４零４のブロックデータＤｂの数値が下記のよ
うな配列にあるとする。

このデータＤｂについて左上隅のブロック代表値からの
差分は となる。ここで階調低減変数３（Ｍ３）とすると、この
差分は と変更される。従って、画像データは となる、これからモード選択ファイルを作成したときと
同様の手順で差分を計算すると、左上間はＯとして となり、これを階調低減変数３で割るとｏｏｉ というデータが得られる。このデータからも明らかなよ
うに、予測誤差（隣接画素との差分）の分布は中央（０
）に集まって以後の符号化効率を高め、また大きな圧縮
率を得ることができる。

次に、階調低減及び差分計算されたデータＳｄについて
、間引き回路７によるデータの間引きすなわち画素密度
の低減によって圧縮率を一層向上させる。このデータの
間引きは、単純に１画素おきに間引くなどの安易な方法
では再生画像がぼけてしまい、疑似輪郭はどではないが
画質が低下してしまう。本実施例では１画像の特性を考
慮した間引ζ！を行い、間引き回路７はモード決定回路
５からのモードデータＭＯ〜Ｍ３に従って間引きの度合
いを変えた間引き処理を行う。すなわち１画素を間引い
たときその影響が最も大きく表われるのは画像が細かく
変化している部分であり、この場合には当該ブロック内
における画素間のデータ差分が大きくなっていると考え
られることから、モード選択ファイルから得るモードデ
ータＭＯ−Ｍ３の数値が大きいときには間引きを少なく
し、小さいときには間引きを多くすることでボケの発生
を小さくしかつ圧縮率を向上させる。

なお、間引さ処理には処理対象ブロックを２Ｘ２．４Ｘ
４の小ブロックに分け、その左上隅等の画素データ代表
値としたモードデータから行うことで間引き効果を一層
確更にする。また１間引き処理で間引かれた画素は圧縮
画像データからの再生時に補間される。

以下、８Ｘ８のブロックから４×４のブロックによる間
引き処理と補間方法を具体的に説明する。

まず、８×８のブロックデータが次のような座標配列と
するとき４ Ｘｌｌ　　　Ｘ１２　　Ｘ１３　　Ｘ１４　　　Ｘ１５
−　−　−ＸＩ５Ｘ２１−−−−−−−−−−Ｘ２５−
−−Ｘ２８Ｘ３１・・自・＠１１６６＋１参に３５Ｘ４
１−・・・番＠＠＠１１６Ｘ４ｊ５Ｘ５１・　φ　・　
・　φ　・　命　・　会　・Ｘ５！１Ｘ８１−−−−−
−−−−−Ｘ８５−−−Ｘ８Ｂこのブロックにおいて、
４つの４×４ブロツクに４等分してその左上隅の画素Ｘ
ｌｌ　、　Ｘ５１、Ｘ１５．Ｘ５５の値を代表値として
、また各ブロックのモードデータから間引き処理を行う
次に１間引き処理された圧縮画像データからの補間方法
を説明する。上記８×８のブロックの代表値が夫々Ｙｌ
ｌ、Ｙ２１．Ｙ１２．Ｙ２２として圧縮画像データとし
て取り出されたとき、 以下余白 Ｙｌｌ−−−−Ｙ１２−　−　　・ ・　φ　ＡＩＪ　　・　・　・　ｅ　・　・Ｙ２１−　
−　−　−　　Ｙ２２−　−　−間引かれている画素Ａ
ＩＪを補間するには、代表値Ｙｌｌ、　Ｙ１２．　Ｙ２
＋、　Ｙ２２の重みを画素ＡＩＪからの距離の逆数とし
、その距離は画素ＡＩＪと各代表値との横軸上の差と縦
軸上の差との和とする。すなわち、代表値Ｙｌｌの座標
を（Ｎｌ、Ｎ２）とし、画素ＡＩＪの座標を（Ｎ２、Ｎ
２）とすれば１両者の距＠ＤｌｌはＤ１１＝　（Ｎ　１
−Ｎ２）　＋　（Ｍ−Ｎ２）となり、画素ＡＩＪに対す
る代表値Ｙｌｌの重みは１／Ｄｌｌとなる。同様にして
代表値Ｙ１２゜Ｙ２１．　Ｙ２２（７）距＃Ｄ１２．　
Ｄ２１．　Ｄ２２ヲ求／）、これら全部の距＠ＤＩＪを
用いて画素ＡＩＪの補間値は （Ｙｌｌ／ＤＩ　１．Ｙ１２１０１２＋Ｙ２１１０２１
＋Ｙ２２／Ｄ２２）ＡＩＪ＝□ （１１０１１，１／Ｄ１２＋１／Ｄ２１＋１１０２２）
として求められる。

なお、２×２のブロックについての補則も同様に行われ
るが、４×４のブロックが隣接していた場合には参照デ
ータが存在しない。

これを防ぐため、まず４×４のブロックの補間を行った
後、２×２のブロックの補間を行うようにする。

次に、符号化器８は間引き回路７で間引かれたデータＳ
ｂについて、符号化パターンに従って可変長符号化する
。このときの符号化パターンは階調低減処理された後の
代表値との差分値で間引きされたデータＳｂに対する可
変長符号ビットを下記表に例示する。

以下余白 第２表 この表中、Ｆ（Ｎ−２）の部分はＮ−２を次の範囲に分
けて符号化する。

第３表 このようにして符号化されたデータＣｂは圧縮データフ
ァイルとされ、また予Ａｌｌ符号化回路９からのデータ
ｃｄは代表値ニアアイルとされ、モード決定回路５から
のモー　ドデータＭはモード選択ファイルとされ、これ
らは３つの独立したファイル又は１つの合成されたファ
イルとして圧縮画像データ１０になる。この圧縮画像デ
ータ１０は、例えば前述の４木４の差分データＳｂが ｏｏｔ で、モードＭが１であった場合１次のようなデータグル
ープになる。

第４表 次頁に続く 以上までに述べた実施例に基づいて、テスト画像の圧縮
及び再生画像の評価を行った。

なお１間引されたブロックにおいては抽出データのみに
着目し、夫々２×２又は４Ｘ４のブロックであると見做
して階調情報低減回路６と同様の階調低減処理を行い、
その結果書られる符号化された隣接画素との差分を圧縮
データとした。このとき、ブロック代表値に対応する差
分は未定義であり、またこの値は代表値ファイルから再
生できるので圧縮データファイルから除いた。そして、
再生を行い易いように、差分値はモード選択ファイルを
作成するときと同じ順序で圧縮画像データファイルに書
込む。

このような階調低減を行う間引きの状態は次の表のよう
になっている。

第５表 この例での圧縮率は例１では１４％１例２では２０％に
なった。

一発明の効果− 以上のとおり、本発明によれば、ブロック化した画素デ
ータ間の差分の大きさに応じて決めるモードデータから
各画素データの階調情報低減処理及び画素密度低減（間
引き）処理を行って圧縮データを得るため、任意画像に
ついて再生画像品質を落すことを少なくしながら効率の
良い圧縮を行うことができ、また符号化効率も高めるこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すブロック図である。 １・・・画像メモリ、２・・・ｌブロックメモリ、３・
・・ブロック代表値メモリ、４・・・差分計算回路、５
・・・モード決定回路、６・・・階調情報低減回路、７
・・・間引き回路、８・・・符号化器、９・・・予測符
号化回路、１０・・・圧縮画像データ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）中間調を持つ画像データの各画素データを複数個ま
   とめてブロックとし、該ブロックをブロック内画素デー
   タ間の差分の大きさに応じて複数のモードに分類し、該
   モードによって特定されるパラメータに従って各ブロッ
   ク内画素データに対し階調情報低減処理及び画素密度低
   減処理を行うことを特徴とする階調画像圧縮方式。