JPS63109663A - 画像デ−タ圧縮方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、画像データをブロック変換符号化して圧縮す
る方法に関し、特に、変換係数の直流成分を除く符号化
される成分の最大量子化誤差を、各成分の標準偏差の２
倍以下或いは低周波側で各成分の標準偏差の２以下とす
るようにした圧縮方法に関する。

〔発明の背景〕

デジタル化された階調画像データを圧縮するデータ圧縮
技術において、コサイン変換、アダマール変換等の離散
的２次元直交変換を用いた変換符号化が良く知られてい
る。

この変換符号化では、画像をｎＸｎ画素の小さな複数の
ブロックに分割し、そのブロック毎に離散的２次元直交
変換を施して、変換係数行列を求め、その行列の各成分
毎に量子化している。

この際、各成分における変換係数の分布がほぼ正規分布
となることから、最適量子化レベル（Ｍａｙの量子化レ
ベル）を用いて量子化を行ない、それを符号化しデータ
圧縮することが行われる。各成分の量子化レベル数は、
各成分毎に求めた統計量、例えば標準偏差値等をもとに
して決定される。

ところが、Ｍａｘの量子化レベルは、正規分布の中心付
近、即ち変換係数の発生確率の高い範囲をより細かく量
子化する量子化レベルとなっているため、分布の両側、
つまり変換係数の発生確率が低い範囲には出力レベルが
設定されないという欠点がある。以下では、出力レベル
が設定される分布の中心付近を「集中領域」、出力レベ
ルの設定されない両側を「例外領域Ｊと呼ぶ。

第２図は標準正規分布を８レベルで量子化する場合のＭ
ａｘの量子化レベ、ルの設定位置を示している。Ｚ０〜
Ｚ、は判定レベル（区間の境界）、（１１１／〜ｑ、は
出力レベル（区間内の代表値）である。

この場合、集中領域Ａが±３σ前後という非常に狭い範
囲であるのに対して、例外領域Ｂは無限の広がりをもつ
。例外領域Ｂ内には出力レベルが存在しないために、例
えばａという変換係数は集中領域Ａ内のｑｏという出力
レベルに量子化されてしまいその量子化誤差は膨大とな
る。

また、変換符号化においては、■ブロック境界が見えて
しまう、及び■濃度差の大きなエツジ部分において低濃
度側にちりめん状の擬似パターンが現れる、等の問題点
があることが、従来から指定されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、変換符号化を用いて画像データを圧縮
した際の復元画像において、ブロック境界及びちりめん
状の擬似パターンが見えに（く、良好な画像データ圧縮
が可能となるようにすることである。

〔発明の構成〕

このために本発明は、画像データをブロック変換符号化
により圧縮する画像データ圧縮方法において、 直交変換後の変換係数行列を量子化する際に、直流成分
以外で符号化される成分の最大量子化誤差を各々の成分
の標準偏差値の２倍以下及び／又は直流成分以外の適当
な成分の最大量子化誤差をその成分における標準偏差の
Ａ以下とするようにした。

〔実施例〕

本発明者等はデジタル画像を入力画像として、変換符号
化時の各成分の例外領域における量子化誤差幅と復元画
像におけるブロック境界の見え方及びちりめん状の擬似
パターンの現れ方を調べる実験を第１図に示すフローチ
ャートに従って行った。

（１）、サンプル画像 以下に示すΦ〜■の３種類のデジタル画像をサンプル画
像とした。

・画素数：　２０４８ｘ２０４８　（画素）・１画素当
たりの情報量＝８ビット ・画像の種類： ■、胸部Ｘ線画像（単純撮影、大角フィルム）・サンプ
リングピッチ１７５μｍ ・−従来の圧縮法では肋骨や腹膜のエツジ部分にブロッ
ク境界が現れる。

■、腹部ＸｖＡ画像（造影撮影、半切フィルム）・サン
プリングピッチ１７５μｍ ・−従来の圧縮法では造影剤により白く抜けた血管部分
のエツジ部にブロック 境界が現れる。

０１手の骨のＸ線画像（単純撮影、四ツ切りフィルム）
・サンプリングピッチ５０μｍ ・第４指中手骨に金属リングあり ・→従来の圧縮法では金属リング部のエツジや骨と肉と
の境界部にブロック境 界が現れる。特に金属リングのエツジ 部のブロックは非常に目立つ。また、 リングの円周に沿ってちりめん状の擬 似パターンが現れる。

（２）、ブロック化 入力画像データを１６Ｘ１６画素のブロックに分割する
。これにより、１２８　Ｘ１２８個のブロック画像が生
じる。

一震工２＆ｊい転（ｉ艮 各ブロックに１６Ｘ１６の離散的２次元コサイン変換を
施し、各々１６Ｘ１６のマトリクスを有する１２８　ｘ
１２Ｂ個の変換係数行列α（ＩＩＪ）　　（ｉ、ｊ＝１
．２．３．・・・、１６）を得る。

（４）１、準偏差の　出 １２８　Ｘ　１２８個の全ての変換係数行列の各成分（
ＩＩＪ）毎に、標準偏差σ（Ｌｊ）を求める。ただし、
標準偏差算出の際に、各成分の変換係数の平均値を０と
仮定した。

（５）、　　　　直Ｘの 次の式により、β（ｉ、ｊ）　、Ｋ（ＩＩＪ）を求める
。

β（Ｌｊ）　＝　Ｉｎｔ　（ｊ！ｏｇｚ　σ（Ｌｊ）　
／ｄ）・・・ｘｆ（ｉ＋ｊ）　　≠０，０ β（ｉ、Ｄ Ｋ　（ｉ、ｊ）　＝　２　　　　　＋　ｅ　　＝ｉｆ（
ｉ、Ｄ　＝０．０ここで、変数ｄはβ（ｉ　、　Ｈの値
を制御する変数であり、関数Ｉｎｔ（ｘ）はＸの少数点
以下を切り捨て、かつＸの値が負のときはＩｎｔ（ｘ）
＝Ｏとなる関数である。

定数Ｃは０又は−１のいずれかの値をとり、Ｋ（ｉ、ｊ
）の奇数、偶数を決定する。本実験では−１とした。ま
た、ｄの値は、画質と圧縮率を左右するパラメータであ
り、ここでは、 （ｉｔ　　＋ｊ２）　ｌ／ｌ　　≦１０となる範囲の中
でＫ（ｉ、ｊ）≧２を満足するｄの最大値とした。

次に、Ｋ（ｉ、ｊ）の値によって一義的に定まる正の定
数Ｘ　（Ｋ（ｉ、ｊ）　）を求める。

ここで、χ（Ｋ（ｉ、ｊ）　）とは、出力レベル数がＫ
　（ｉ、０個のときのＭａｘの量子化の出力レベルを（
ｑｍ　）　（ｋ　＝０．１．２，３　、・・・、Ｋ（ｉ
、ｊ）　　１　）、判定レベルを（Ｚｋ　）　　（ｋ＝
０．１．２，３　、・・・、Ｋ（ｔ、ｊ）−１）と表し
た際（但し、Ｚｏ＝−閃、ＺＫ山ｊ）＝＋■、Ｚｈ−＋
　＜　（ｂ−＋　＜　Ｚｍ　）に、ある定数γに対して
、 ２Ｚ＊−＋　−Ｚｋ−ｚ　≦Ｘｘｔ＊ｕ、ｊ）＞　　≦
ＣＴ　＋１）Ｚ　＊−ｔ　　　ｒ　ＺＫ−２を満たす定
数である。この定数γは、１≦γ≦３を満たす実数値で
あることが好ましい。

そして、変換係数を連続変数Ｚと見做したときに、Ｘ　
（Ｋ（ｉ、Ｄ　）を境界値として変換係数の存在範囲を
集中領域と例外領域に区分する。

集中領域： （Ｚ　ｌ　−Ｘ　（Ｋ（ｉ、ｊ）　）　≦ＺｓＸ　（Ｋ
（ｉ、Ｄ　）　）例外領域： （Ｚ　Ｉ　Ｚ＜　−Ｘ　（Ｋ（ｉ、ｊ）　）　、Ｚ＞Ｘ
　（Ｋ（ｉ、ｊ）　）（６）、試験エリアの　出し 従来方法により前記サンプル画像を圧縮し、復元したと
き、ブロック境界が特に目立つ部分を、ブロック境界に
沿って２５６　Ｘ　２５６画素（１６Ｘ　１６ブロツク
）のサイズで試験エリアとして指定し、その試験エリア
内のブロックに対応する変換係数行列１６Ｘ１６個を切
り出す。前述の３種類の画像について指定された試験エ
リアは、次の通りである。

・胸部Ｘ線画像：腹膜のエツジ及び肋骨のエツジを含む
エリア ・腹部Ｘ線画像：造影剤により白く抜けた血管部のエツ
ジを含むエリア ・手の骨のＸ線画像°：金属リング及び中手骨のエツジ
を含むエリア 一恵−正艮止 σ（ｉ、Ｄを用いて切り出された１６Ｘ１６個の変換係
数行列α（ｉ、ｊ）を正規化し、α’　（ｉ、ｊ）とす
る。

変換係数行列毎に各成分が集中領域に属するか或いは例
外領域に属するかの識別を行なう。もしも、 Ｉ　ａ　’　（ｉ、ｊ）　　ｌ　≦Ｘ　（Ｋ（ｉ、ｊ）
　）であるならば、 α’（ｉ＋ｊ）＝α’　（１１ｊ） とする。この場合は集中領域に属し、量子化を行わない
。

一方、 ｌ　（Ｘ　’　（ｉ、ｊ）　　ｌ　＞Ｘ　（Ｋ（ｉ、ｊ
）　）であるならば、 とする。この場合は、例外領域に属するとして、量子化
幅ω（β（ｉ、ｊ）　）の−様量子化を行なう。

ここで、関数Ｉｎｔ’（ｘ）はＸの少数点以下を切り捨
てる関数である。また、−様量量化幅ωは、β（ｉ、ｊ
）の値の関数とする。本実験では、ω（β（ＩＩＪ）の
値を０．５〜７まで８通りに変化させて実験を行った（
表１参照）。

（９）、正　ヒの解除 １６　Ｘ　１６個の変換係数行列α’　（ｔ、ｊ）に対
して正規化の解除を行なう。正規化の解除後の変換係数
行列をαｉ　（ｉ、ｊ）とすると、 αｌｌ　（ｉ、ｊ）　＝α“（ｉ、ｊ）　Ｘσ（ｉ＋ｊ
）００１、　２次−直方逆・換 正規化解除後の１６Ｘ１６個の変換係数行列αｌｌ　（
ｉ、ｊ）に対して、離散的２次元コサイン逆変換を施し
、ブロック画像を復元する。

一画−１３し弓わジ周合 各ブロックを結合して、ブロック化する以前の試験エリ
ア画像を復元する。

叩、′−頁−の評価　法 実験結果の復元画像（２５６Ｘ２５６）及び復元画像に
各種の階調処理、周波数処理を施した画像を、１倍、２
倍、３倍の拡大率でＣＲＴに表示し、ブロック境界の見
易さ、画像劣化の度合等を４段階で評価した。この評価
結果を表１、表２に示す。

１ε１は例外領域の最大量子化誤差幅を表している。１
ε１＝ε。ということは、例外領域における一様量子化
幅が２ε。であることを意味する。

Ｘは量子化誤差のテストを行ったβ（ｉ、ｊ）の値を示
す。ｘ＝ｘ６のときは、β（ｉＩＪ）　＝ｘｏとなる成
分についてのみ、−様量量化幅を変化させ、β（ｉ、Ｄ
　　≠ｘ０となる成分についてはω＝０．２５で一様量
子化を行った。

１　　　　　　　　↑ 以上により、標準偏差値の大きな低周波側の成分におい
て、量子化誤差が大きくなると、復元画像においてブロ
ック境界が見えてしまうという事実が明らかになった。

従って、低周波成分はど（標準偏差値の大きな成分はど
）量子化誤差幅を小さくしてやることが好ましい。

特に、直流成分を除く最も低周波の成分（若しくは標準
偏差の値が最大となる成分）における最大量子化誤差幅
は、その成分の標準偏差の２以下であることが好ましい
という結論に達した。

一方、標準偏差値の小さな高周波側の成分において、量
子化誤差が大きくなると、濃度差の大きな画像エツジ部
等においてちりめん状の擬似パターンが現れ、画質劣化
を起こすことが明らかとなった。また、本実験の評価結
果により、高周波側の成分における最大量子化誤差幅は
、各成分の標準偏差の２倍以下であることが好ましいと
いう結論に達した。

〔発明の効果〕

以上より本発明によれば、ブロック画像を直交変換して
得られる変換係数行列の直流成分を除く最も低周波成分
は、復元画像におけるブロック境界の見え方に最も形容
を及ぼす成分であるために、これらの成分における量子
化誤差幅をその成分の標準偏差値の２以下とすることに
より、復元画像におけるブロック境界の見え方を減少さ
せることができる。

また、高周波の成分は、濃度差の大きな画像エツジ部に
現れるちりめん状の擬似パターンの出現に最も影響を及
ぼすものであるため、直流成分を除くすべての成分にお
ける量子化誤差幅を、各成分の標準偏差値の２倍以下に
抑えることにより、そのちりめん状の擬似パターンの出
現を低減することができ、再生画質を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実験で使用したフローチャート、第２図は出
力レベル数が８レベルのＭａｘの量子化の説明図である
。 代理人　弁理士　長　尾　常　明 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、画像データをブロック変換符号化により圧縮す
   る画像データ圧縮方法において、 直交変換後の変換係数行列を量子化する際に、直流成分
   以外で符号化される成分の最大量子化誤差を各々の成分
   の標準偏差値の２倍以下及び／又は直流成分以外の適当
   な成分の最大量子化誤差をその成分における標準偏差の
   １／２以下とすることを特徴とする画像データ圧縮方法
   。
2. （２）、上記適当な成分が、直流成分以外の成分で変換
   係数の標準偏差が最大となる成分であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の画像データ圧縮方法。
3. （３）、上記適当な成分が、直流成分に最も近い成分で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像
   データ圧縮方法。