JPS6242558B2

JPS6242558B2 -

Info

Publication number: JPS6242558B2
Application number: JP54017073A
Authority: JP
Inventors: Eiji Mitsuya; Katsumi Mori; Shinichi Murakami; Tomio Kishimoto; Naohiko Kamae
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1987-09-09
Also published as: JPS55109085A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、画像信号の符号化処理方式、特に画
像をブロツクに分割して該ブロツク内の画像信号
を階調成分と分解能成分とに分離して符号化する
符号化処理方式において、画像信号の高い相関性
を利用し、階調成分のブロツク内およびブロツク
間にわたる冗長を抑圧する機能を持つ画像信号の
符号化処理方式に関するものである。

画像通信において伝送コストの低減をはかるた
めの各種の符号化方式が考案されている。その中
で画像を隣接する画素の集合であるブロツクに分
割しブロツク内の画像信号を分解能成分と階調成
分とに分離して符号化する符号化処理方式が考慮
されている（特願昭52―142389号，特開昭54―
74623号公報）。

この符号化処理方式では各ブロツクを単位とし
て符号化を行う。すなわち、各ブロツク内の画素
の輝度値の集合｛ｘ_ij｝（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜
ｎ）を次式の関係を満たす輝度値の集合｛ｙ_ij｝
（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｎ）として符号化する。

ｙ_ij＝a₀・_ij＋a₁・φ_ij ………(1) 但し、である。以後、φ_ijを分解能成分、a₀，a₁を階調
成分とよぶ。

このように符号化するとき、画像の輝度レベル
数を256（８ビツト）、ブロツクのサイズｎをｎ＝
４とすれば、１個のブロツクのデータ量は、原デ
ータでは４×４×８＝128ビツトであり、符号化
後は、分解能成分に４×４×１＝16ビツト、階調
成分（２個）に８×２＝16ビツトの計32ビツトと
なり、データ量は32／128＝１／４に圧縮され
る。

本明細書においてはこの符号化処理方式をして
本発明の前提となる方式とする。

しかし、一般の画像においては近接する画素間
の相関がきわめて高いにもかかわらず、上記方式
では各ブロツク毎に階調成分a₀，a₁を個々に与え
ているために近接するブロツクの階調成分a₀もし
くはa₁はきわめて似かよつた値を持つことにな
る。またブロツク内の階調成分a₀，a₁の値も類似
したものとなる。このため階調成分a₀，a₁を個々
に与える方式は、画素間の高相関を充分に利用し
たものではなく符号化効率を高める上で問題があ
つた。

本発明はこれらの欠点を解決するための階調成
分のブロツク間及びブロツク内における相関を利
用することにより冗長を除去する機能を持つ符号
化処理方式を提供することを目的とし、符号化効
率の向上をはかることを目的としている。以下図
面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明による符号化法の適用概念を説
明する説明図で、図中１００は対象画像であり、
前述したようにブロツクに分割された状態を示
す。１０１は１つのブロツクを示しＢ_kで表わす
ものに対応している。ブロツクＢ_kは第１図ｂに
示すように例えば４×４画素で構成されるものと
すると本符号化により各画素y₁₁〜y₄₄の輝度値は
階調成分a₀，a₁のいずれかの値をφ_ijの状態によ
り与えられることになる。

第２図は第１図の対象画像１００の１部を切り
出したものであり、ブロツク２０１〜２０３を
各々Ｂ_k-1，Ｂ_k，Ｂ_k+1とするとき、各ブロツクの
階調成分ａ_k-1,0ａ_k-1,1）〜（ａ_k+1,0，ａ_k+1
_，１）を次のように変換して、値ｍ，ｌを求め
る。

ｍ，ｌは一般的に近接画素の相関が高いことか
ら次のような性質になる。すなわち、ｌは振幅分
布として０近傍に集中した分布をもつことにな
り、またｍはブロツクの代表輝度値であり、例え
ば次のようなブロツク間差分△ｍを求めるとその
分布も画素間の高相関から振幅の小さい領域に集
中したものとなる。

△ｍ_k＝ｍ_k−ｍ_k-1 (3) そこで△ｍ，ｌの分布に適合するような非線形
量子化を行えば、階調成分の符号量を削減するこ
とが可能になる。

第３図は以上の原理に基づいた符号化回路の１
実施例を示す。図中３０１は本発明の前提とされ
た方式に用いる符号化器すなわち、ブロツクに区
切られた部分画像から階調成分a₀，a₁及び分解能
成分φ_ijを得るもので(1)式を実現する。３０２は
加算器、３０３は減算器、３０４，３０５は除算
器、３０６は減算器、３０７は変換器、３０８は
加算器、３０９は遅延器、３１０は変換器であ
る。

次にこの回路の動作を説明する。

符号器３０１で得られた階調成分a₀，a₁は、加
算器３０２、減算器３０３に入力され、さらにそ
れぞれ除算器３０４，３０５に入力される。これ
により階調成分a₀，a₁は(2)式で示したｍ，ｌに変
換されることになる。ここで除算器３０４，３０
５は入力された信号を単に1/2にするだけなの
で、通常のシフトレジスタを用いて容易に実現さ
れる。次にｍを減算器３０６の一方に入力する。
減算器３０６は(3)式を実現するもので、他方の入
力端子には、遅延器３０９によつて遅延された１
ブロツク前のｍを入力する。すなわち、遅延器３
０９は入力された信号を１ブロツクの処理に要す
る時間だけ遅延すればよく、シフトレジスタ等で
容易に実現できるものである。減算器３０６で得
られた信号△ｍは変換器３０７に入力される。

変換器３０７の機能は先にのべた△ｍの分布に
適合した非線形量子化を行うもので△ｍがアナロ
グ信号の場合には通常の非線形量子化器が流用可
能であるし、デイジタル信号の場合には入力値に
対して一定の出力値を得るようなテーブルを作成
すればよいから通常のメモリ等を利用することが
できる。即ち入力信号をメモリアドレスとし、参
照されたメモリの内容を出力信号とすれば容易に
任意の量子化特性を実現できる。変換器３０７に
よつて得られた出力△m′は、この符号化回路の
出力の１つとして利用され、また、加算器３０８
に入力して局部復号を行い、遅延器３０９と共に
次のブロツクにおけるｍの処理に必要な信号を作
成する。

ｌについては変換器３１０によりｌの振幅分布
に適合した非線形の量子化を行うことにより出力
l′を得て符号量の削減を行う。変換器３１０は変
換器３０７と同様のもので容易に実現可能であ
る。

また分解能成分φ_ijについては符号化器３０１
で得られたものをそのまま流用する。

以上述べたような動作により第３図の符号化回
路は△m′l′なる階調成分と分解能成分φ_ijとを出
力する。

次に第４図は本発明の原理を利用した復号回路
の一実施例であつて、４０１は加算器、４０２は
遅延器、４０３は加算器、４０４は減算器、４０
５は本発明の前提とされた方式に用いる復号器で
ある。

次のこの回路の動作を説明する。第３図の符号
化回路で得られた△m′は加算器４０１の入力端
子の一方に入力される。遅延器４０２は１ブロツ
クの処理時間分の信号遅延を実現するもので、符
号化回路で得られた△m′を順次加算し、ｍに相
当する信号を得る。これは式(3)を変形した(4)式を
実現していることにほかならない。

m′_k＝△ｍ_k′＋ｍ_k-1 ……(4) また加算器４０３、減算器４０４は復号された
ｍとｌとから本発明の前提とされた方式における
階調成分a₀，a₁を得るためのもので、式(2)の逆変
換を行うことになる。最後に以上の動作で求めら
れたa₀，a₁，φ_ijから復号器４０５を用いて画像
信号が得られることになる。

次に今述べた符号化回路、復号回路を用いた本
発明の一応用例として、画像フアイル装置への利
用方法を第５図を用いて説明する。図中、５０１
は画像入力部、５０２はＡ／Ｄ変換部、５０３は
最低１ブロツク分の画像情報を蓄えることのでき
るバツフアメモリ、５０４は第３図で示した符号
化回路、５０５は符号蓄積フアイル部であり、５
０６は第４図で示した復号回路、５０７はバツフ
アメモリ、５０８は画像出力部である。

画像入力部５０１から符号蓄積フアイル部５０
５までは画像の符号化装置を形成しており、符号
蓄積フアイル部５０５から画像出力部５０８まで
は復号装置に対応している。

次に第５図の動作について説明する。

まず画像入力部５０１によつて得られた画像信
号をＡ／Ｄ変換部５０２はアナログデイジタル変
換する。この時、画像入力部５０１もしくはＡ／
Ｄ変換部５０２はブロツクの形状に合わせてブロ
ツク単位で画像の切り出しができるような構成と
する。これらは既存の技術で容易に実現すること
ができる。Ａ／Ｄ変換部５０２で変換されたブロ
ツク単位の画像信号は、バツフアメモリ５０３へ
デイジタル輝度信号として書き込まれる。バツフ
アメモリに蓄えられたブロツク単位のデイジタル
輝度信号は符号化回路５０４で前述した処理をほ
どこされ、その出力は符号蓄積フアイル５０５に
蓄えられ符号化処理を実現する。

符号蓄積フアイル５０５に蓄えられた情報は、
その情報を必要とするとき、復号装置により画像
として提示できる。この動作は、符号蓄積フアイ
ル５０５にある情報を復号回路５０６に出力して
前述した処理をほどこし得られたデイジタル輝度
信号を一旦バツフアメモリ５０７に蓄える。蓄え
られた信号は画像出力部５０８により表示され
る。この時、バツフアメモリの大きさは表示方法
によつても異なるが最小の場合、１ブロツク分の
信号を蓄えることができればよい。

またブロツクの大きさが局所的に変化するよう
な方式が特願昭53―6390号として先に出願されて
いるが、これに本発明を利用する場合の１例を説
明する。第６図はブロツクの大きさが４×４画素
もしくは２×２画素に変化されるような場合の符
号化方式のブロツクの配列を示している。図中、
６０１は、例えば４×４画素のブロツクでかつ処
理が図中矢印の方向で行われる場合の各最左端ブ
ロツク、もしくは後で述べる２×２画素ブロツク
６０４の直後のブロツクを示し、これを初期化ブ
ロツクと呼ぶ。６０２は４×４画素のブロツクで
通常ブロツクと呼ぶ。６０３は４×４画素を４分
割した２×２画素ブロツクで処理を行う領域で精
細ブロツクと呼ぶ。一般に精細ブロツク６０３は
きわめて輝度変化の大きな領域において用いられ
る。このような領域では画素間相関も低く本発明
による効果はそれ程期待できない。そこで通常ブ
ロツク６０２に対して本発明を適用することとす
る。また初期化ブロツク６０１の場合には１ブロ
ツク前が精細ブロツク６０３もしくはブロツクが
ないためにｍについての差分を求めることは意味
がない。そこで初期化ブロツク６０１では、△
m′ではなく、ｍそのものを出力とすることにな
る。しかしｌについては通常ブロツク６０２と同
様本発明が適用される。

以上のように本発明を利用すれば、ブロツクの
大きさが変化するような符号化処理方式において
も符号量削減の効果は大きく、また初期化ブロツ
ク６０１、通常ブロツク６０２、精細ブロツク６
０３の判別は、ブロツクの大きさを判別するため
のブラグが共用でき、フラグによる符号量の増加
がないことは言うまでもない。

また本発明ではｍについて前ブロツクとの差分
△ｍの統計的性質を用いているが、この観点から
すれば前ブロツクに限らず符号化すべきブロツク
の周囲複数個のブロツクの情報を利用してもさし
つかえない。またｌについてその振幅が０もしく
は極端に小さい場合には、ｌを無視して階調成分
としてｍのみを利用することも可能であり、この
時は分解能成分φ_ijも不要となることは言うまで
もなく、さらに、ｍ，ｌについても(2)式に限られ
る訳ではなく、例えば次の(5)式を用いてもかまわ
ない。

要するに本発明では階調成分の和、差に関する
信号が得られればよい。

更に本文において、符号化・復号の動作機能を
明確にするために布線論理回路を想定して説明し
たが、マイクロコンピユータ等を利用して実現す
ることを排除するものではない。

なお上記説明において符号化した信号をフアイ
ルすることを示したが、符号化した信号を直接伝
送路を介して伝送する伝送システムに適用できる
ことは言うまでもない。

以上説明したように本発明によれば画像の相関
性を利用して階調成分に必要となる符号量を削減
することができ、符号化処理方式としてきわめて
高い符号化効率が得られる。そして画像通信シス
テムに利用すれば伝送時間を短縮でき、画像フア
イルシステムに用いればフアイル量を削減できる
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による符号化法の適用概念を説
明する説明図、第２図は第１図の一部を拡大した
説明図、第３図は、本発明の原理に基づく符号化
回路の一実施例、第４図は本発明の原理に基づく
復号化回路の一実施例、第５図は本発明を利用し
た１応用例を表わすブロツク図、第６図は本発明
をブロツクの大きさを可変にするような符号化方
式に利用した場合の概念的な説明図を示す。１００…対象画像、１０１…処理の単位となる
ブロツク、２０１〜２０３…処理の単位となるブ
ロツク、３０１…本発明の前提となる方式に用い
る符号化器、３０２…加算器、３０３…減算器、
３０４，３０５…除算器、３０６…減算器、３０
７…変換器、３０８…減算器、３０９…遅延器、
３１０…変換器、４０１…加算器、４０２…遅延
器、４０３…加算器、４０４…減算器、４０５…
本発明の前提とされた方式に用いる復号器、５０
１…画像入力部、５０２…Ａ／Ｄ変換部、５０３
…バツフアメモリ、５０４…第３図で示した符号
化回路、５０５…符号蓄積フアイル部、５０６…
第４図で示した復号回路、５０７…バツフアメモ
リ、５０８…画像出力部、６０１…初期化ブロツ
ク、６０２…通常ブロツク、６０３…精細ブロツ
ク。

Claims

【特許請求の範囲】

１濃淡画像を隣接しあう画素の集合である適当
な大きさのブロツクに分割し、このブロツク内の
画素の輝度分布にもとづいて閾値を設定するとと
もに前記閾値を用いて前記ブロツク内各画素を前
記閾値未満の輝度値を持つ画素の集合と前記閾値
以上の輝度値を持つ画素の集合とに分け、前記各
画素の集合の平均輝度レベルを求め、当該輝度レ
ベルに基づき２つの輝度レベルa₀，a₁（以下階調
成分と呼ぶ）を設定し、前記階調成分とブロツク
内各画素が前記画素の集合のいずれに属するかの
情報φij（以下分解能成分と呼ぶ）とによつて上
記画像を符号化する符号化処理方式において、該
ブロツクの前記階調成分a₀，a₁についてその和信
号及び差信号を求め、さらに前記和信号について
は符号化すべきブロツクの周囲ブロツクの同様の
和信号との差を求め、前記差信号はまたはそれに
対応する信号とともに前記階調成分a₀，a₁にかえ
て符号化して出力とすることを特徴とする画像信
号の符号化処理方式。