JPS63120559A - 多値画像符号化装置 - 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、中間調を含む画像を多値レベルでサンプリン
グして、読み取った画像データに対して圧縮符号化する
多値画像符号化装置に関するものである。

従来の技術 従来、ファクシミリなどでは、白及び黒レベルのみから
なる文章などの２値画像データを対象とした画像符号化
方法が中心に考えられ、連続する同一の画素数をシンレ
ングス符号化（例えば、Ｍｏｄｉ　ｆ　ｉｅｄ　Ｈｕｆ
　ｆｍａｎ法）するのが一般的である。

写真等の中間調を多く含む画像の符号化においては、デ
ィザ法などでは、人間の目の視覚特性を利用して、多値
のデータを白と黒の２値のデータの分布に置き換え、擬
似的の中間調を表現し、その２値のデータをランレング
ス符号しており、寸だ、複数のコード化されたビット情
報で構成する多値画像データの各ビット毎の１画像分の
データ（以下ビットプレーンと呼ぶ）を２値画像として
扱い、３／、−。

ランレングス符号を用いる方法もあり、また多値画像デ
ータの符号化として差分符号化、例えば、ＤＰＣＭ符号
化は、連続する画像データを符号化するものであり、す
でに符号化した画素の値から現在の値を予測して、それ
との誤差を符号化していくものがある（画像のディジタ
ル信号処理　吹抜敬彦著　日刊工業新聞社）。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら以上の従来例では、例えば、擬似的な中間
調を表現するディザ法では、写真あるいは、医用画像の
Ｘ線フィルム等の画像では、復号化してもとの画像を再
現した場合には、十分な画質は再生されない。また、複
数のコード化されたビット情報で構成する多値画像デー
タの各ビットプレーン毎に、ランレングス符号を用いる
方法では、画像データの上位のビットプレーンに関して
は、符号化した効果はあるが、下位のビットプレーンで
はそれ程効果がない。第９図に、各ビットプレーンに対
してランレングス符号（第９図では、２ライン一括符号
化方式によるものである）を施した結果を示す。第９図
においで、用いた符号化方式は２ライン一括ランレング
ス符号化方式であり、横軸にビットプレーンの番号（画
像データの上位ビットからの昇順）をとり、縦軸に圧縮
の割合を示している。この図より、下位のビットプレー
ンではそれ程効果がなめことが明らかである。

また、差分符号化、例えば、ＤＰＣＭ符号化では、すで
に符号化した画素の値から現在の値を予測して、それと
の誤差を符号化するものであり、誤差、即ち前後の画像
データ値の変化が小さいものであれば、効率よく符号化
できるが、誤差が大きいものについては、効率よく符号
出来ないという問題点を有していた。

問題点を解決するだめの手段 本発明においては、従来の上記のような問題点を考慮し
、画像データがとりうる画素値範囲に、所定の画素値幅
を有するレンジを複数設定し、そのレンジ間の移動情報
とそのレンジ内の画素値情報に前記画像データ値を変換
し、その変換された画像データ値に対して、１つ以上の
最適な符号化５ベ−ノ 手段を施して多値画像を符号化する。

作　　用 画像データがとりうる画素値範囲に、所定の画素値幅を
有するレンジを複数設定し、そのレンジ間の移動情報と
そのレンジ内の画素値情報に前記画像データ値を変換す
る事により、前記のレベル間の移動情報への変換におい
ては、その設定するレンジのＩＤを示すデータより、そ
の移動情報を少なくする事が可能（例えば、レンジ数を
１６とすれば、そのＩＤを示すには最低４ビツトの情報
を必要とするが、移動情報はレベルの上、下、あるいは
そのままのレベルのレンジの何れかであり、それを表現
するには２ピントで十分である。）であり、そのデータ
は、前記したビットプレーンの上位のプレーンのラン長
の変化に似ており、ランレングス符号化すれば、さらに
圧縮でき、また、レンジ内の画素値情報に変換する事に
より、その画素値情報は、前後の画素値との誤差が最高
でもそのレンジ幅という情報であシ、前後の画素値の相
関を利用した差分符号化に、適しておシ、不発明による
画像の変換とその変換された画像データへ適切な符号化
を施す事で、圧縮率の高い符号化装置を実現できる。

実施例 以下、本発明の一実施例の多値画像符号化装置について
説明する。

第１図に本実施例のブロック図、第２図に原画像から変
換画像への変換を実現するブロック図、第３図に本発明
による、実際の画像データ変換例を示した状態図、第４
図に画素値の分布を示す画像データの濃度の分布図、第
５図、第６図にレンジ内の画素値への変換図、第７図は
本発明によって設定したレンジ間の移動情報の符号化状
態図、第８図に画像データの変換図、第９図に多値画像
のビットプレーン単位にランレングス符号化を施した場
合の圧縮効果を示した特性図をそれぞれ示す。

第１図において、１は各ブロック間の調停、制御、及び
メモリ内の画像データを操作可能な主制御部、２は画像
をＡ／Ｄ変換、ディジタル化し、７／　−１・ 得られた多値画像データを格納する原画像メモリ部、３
は原画像メモリ部２内のデータに画像データ変換を施す
画像データ変換部、４は画像データ変換部３により、変
換された画像データを格納する変換画像メモリ部、５゜
６は変換画像メモリ部４内のデータに対して符号化を行
なう第１．第２符号・復号化部であり、それぞれ異なる
符号・復号化方式を採用している。７は外部からの画像
データを受は取るデータ入力部、８は外部へ画像データ
を送り出すデータ出力部、９は各ブロック間のコマンド
通信２画像データ通信等を行なうデータバス、１０は外
部からのデータ入力線、１１は外部へのデータ出力線で
あり、通信装置あるいは記憶装置などが接続される。

第２図において、２０は変換しようとする画像データ、
２１は画像データを変換するだめの変換テーブルを持つ
データ変換テーブルメモリ、２２は変換されたデータの
レンジ情報をラッチするデータラッチ、２３は変換され
たデータのレンジ情報とデータラッチされていたレンジ
情報により、移動情報を生成する移動情報生成部、２４
は移動情報とレンジ内の画素値情報に変換された変換画
像データ、２６は画像データ２０からの画像データ、２
６はデータ変換テーブルメモリ２１からのレンジ内の画
素値情報、２７はデータ変換テーブルメモリ２１からの
レンジ情報、２８はデータラッチ２２からのレンジ情報
、２９は移動情報生成部２３からのレンジ間の移動情報
である。

第３図において、（ａ）は多値画像をＡ／Ｄ変換して、
得られた原画像データであシ、横軸に画像の走査方向、
縦軸に得られた画素のレベルを示す。

即ち、スキャナ入力装置等の１主走査より、得られる画
像データを示したものであり、右端のレンジ■〜■は入
力された画像データ値の範囲内に設定した、所定のレン
ジ幅を持った、ここではＷとし、とのレンジも同じレベ
ル幅とする。図中のＢ〜Ｆはレンジを切り替える点であ
わ、ＡとＧはそれぞれ１走査の始点と終点を示す。（ト
））は原画像を設定したレンジ間の移動情報を示したも
のであり、図中の１は初期値、ｘ、ｙ、ｚは移動情報を
示しｘ−、ｙ−、ｚ−、ｘへの変化は大きい画素値を含
むし９　ｇ−； ンジへの移動を示し、ｚ−、ｙ−、ｘ−、ｚへの変化は
小さい画素値を含むレンジへの移動を示す。（Ｃ）はレ
ンジ内の画素値情報を示している。図中のＡ〜Ｇは第１
図と同様な意味を示す。

第４図は、画素値の分布、即ち画像データの濃度分布を
示しており、（ａ）、Φ）それぞれ異なる画像である。

図中の■〜■は設定したレンジであり、（ｂ）の画素数
Ｔはレンジの境界を設定する場合に用いる閾値レベルを
示している。第５図、第６図において、土の図は画像デ
ータの濃度分布を示し、下の図は変換テーブルメモリ内
に格納するレンジ内の画素値情報を示す。第５図、第６
図のＴは第４図と同様のものであシ、■〜■は設定しよ
うとするレンジの濃度幅を、Ａ、Ｂはそれに該当しない
濃度部分を、（１）〜（６）は実際に変換する画素値の
範囲をそれぞれ示す。

第７図はレンジ間の移動情報を符号化した例を示し、図
中のＲｏ、Ｒ１は移動情報であシ、それぞれ１ビツトで
あり、移動情報は２ビツトで示し、白部分は”○″、斜
線部分は“１″を示し、その０Ａ−７ 下方のＲ（ｎ）　、　Ｒ（４）　、　Ｒ（８）はランレ
ングス符号であ左の数字の状態から右の数字の状態への
変化を示してお如、例えば５（０１）はＲｏとＲ１で構
成される２ビツトのデータ値が○（＝００）から１（−
０１）へ変化する事を示す。

第８図には、（−）は変換しようとする元の画像データ
を示し、［有］）は変換した後、さらに逆変換した画像
データを示す。図において、縦軸に画素値を示し、ａ、
ｂ、ｃはそれぞれ画素の走査位置を示す。

第９図において、用いた符号化方式は２ライン一括ラン
レングス符号化方式であシ、横軸にビットプレーンの番
号（画像データの上位ビットからの昇順）をとり、縦軸
に圧縮の割合（符号化データ／原データ）を示している
。以下これらの図を用いて説明する。

画像入力装置により、Ａ／Ｄ変換されたディジタル化さ
れた画像データはデータ入力部７．デー１１、−、−： タバス９を経由して、原画像メモリ部２に格納される。

格納された画像データの濃度分布をとるために、主制御
部１では原画像メモリ部２をアクセスして、各画素の濃
度を集計する。得られた濃度分布は例えば第４図の（ａ
）のような濃度分布であれば、画像データの範囲内にレ
ンジを設定する場合、それほど少ない画素数のレベルが
存在しないので画素値の範囲をすべてカバーできるよう
な設定にする。（ａ）ではレンジを■〜■まで設定し、
それぞれのレベル幅はＷとしている。寸だ、Φ）は濃度
分布に偏りがあり、極端に画素数の少ないレベルも存在
する場合は、ある画素数以下の濃度レベルはレンジを設
定する場合に、そのレンジ内には入れないようにする。

即ち、閾値数Ｔより少ない数の濃度レベルを、設定した
レンジ■〜■の中には入れない。このようにする事によ
り、全ての画像データを表現するための情報量を減らす
事ができる。

レンジの設定について、さらに詳しく説明すると、濃度
分布が第４図（−）の場合は、第５図で示すレンジの設
定、及びレンジ内の画素値情報への変換を行なう。第５
図では、レンジ設定の目安となるＴを下回る所がないの
で、濃度分布でとくに省略できる濃度レベルがないとし
て、画像データの画素値範囲全てを６等分したレベルを
レンジ幅とし、すべての画像データを含むように６つの
レンジを設定する。そして、そのレンジに該当した画像
データはそのレンジの最小値分だけ画素値から引かれて
、その値をレンジ内の画素値情報とする。

即ち、第５図の下方に示すように、ある濃度をもつ画像
データは（図の入方向に対応）、図に示す対応を経て、
設定したレンジ情報とレンジ内の画素値情報（図のＢ方
向に対応）を得るのである。

また、濃度分布が第４図Φ）の場合は、第６図で示すレ
ンジの設定、及びレンジ内の画素値情報への変換を行な
う。第６図では、Ｔを下回る濃度レンジが存在するので
、考慮する。第６図において、濃度分布でＴを下回る部
分を除くと、濃度的に２つの部分に分割できる。ここで
は、さらにその２つの部分を３つに分割して、６つのレ
ンジを設定する。レンジのレベル幅はあ１り大きすぎる
と、１３、。

そのレンジ内の画素値情報が分散しすぎて符号化しにく
くなり、また、小さくしすぎるとレンジの数が多くなり
、レンズ間の移動情報が符号化しにくくなるので、それ
らを考慮したレベル幅を設定するのが好捷しい。目安と
しては、レンジ数は６〜３２程度、レンジ幅は２進数表
現で４ビット以上程度を考慮した値である。

この実施例では、６つのレンジを設定し、その幅は、レ
ンジ毎はぼ同様と考える。このように設定したレンジは
第６図の上方の濃度分布の■〜■である。このレンジに
含まれなかった濃度をもつ画像は図のＡとＢの領域に存
在する。その領域の画像データについても変換する必要
があるので、その領域のデータは、より近い値のレンジ
内のデータにおきかえる。

領域Ａのデータは値の小さい方半分は、どのレンジにも
遠いので値を○″とみなし、大きい方半分はレンジ■属
し、そのレンジ内の画素値情報は”○″とする。同様に
領域Ｂに関しては、小さい方半分はレンジ■に属し、そ
のレンジ内の最大１４　Ａ　＞ 値として、大きい方半分はレンジ■に属し、レンジ内の
画素値情報は”ｏ　”とする。即ち、第６図の下方に示
すように、ある濃度をもつ画像データは（図の入方向に
対応）、図に示す対応、この場合は変換する画像データ
の１つレンジに対する濃度範囲は、最初含１れ々かった
濃度外の補正により、最初設定したものより広い濃度範
囲となり（１）〜（６）のようになり、この変換を経て
、設定したレンジ情報とレンジ情報とレンジ内の画素値
情報（図のＢ方向に対応）を得るのである。前述のよう
に設定した変換データを第２図のデータ変換テーブルメ
モリ２１内に設定し、画像データメモリ２０からのデー
タをレンジ情報２７とレンジ内画素値情報に変換する。

レンジ情報２７はその情報が変化する毎にデータラッチ
２２にラッチされる。

そして、移動情報生成部２３では、レンジ情報２７とそ
れ以前にデータラッチに保持されていたレンジ情報２８
とを比較して、データラッチからのレンジ情報２８がな
ければ、レンジ情報２７をそのまま、データラッチから
のレンジ情報があり、そ１５７、− の情報がレンジ情報２７より、大きければ、減少の情報
を示し、小さければ、増加の情報を移動情報とする。

即ち第３図に示すような実施例では、移動情報をＸ、Ｙ
、Ｚとすルト、増加情報１ｄ、　Ｘ　−＊　Ｙ　−）　
Ｚ　−＋Ｘへの変化の情報であり、減少情報はＺ　−＋
　Ｙ→Ｘ→Ｚへの変化の情報である。このように変換さ
れた画像データは変換画像データメモリ２４に格納され
る。第１図において、前述のような変換は画像データ変
換部３で行われる。ある画像データについて、その変換
の説明をする。第３図にその例を示す。

第３図において、濃度分布は第４図の（、）と同様であ
るとする。即ち画像データの変換も第５図のようになる
とする。第３図の（ａ）の原画像データから前述した変
換を成され、［有］）のレンジ間の移動情報と（Ｃ）の
レンジ内の画素値情報に変換される。原画像データの始
点ＡからＢ点までの走査点を変換すると、まずレンジ間
の移動情報は第２図のデータラッチ２２にレンジ情報が
々いことから、最初のレンジ情報Ｉを初期値とし、その
次の走査点は同じレンジ内のデータであるから移動情報
の初期値としてＸを設定する。レンジ内の画素値情報は
その走査点のレベルからそのレンジの最小値、この場合
は、２Ｗを引いた値である。次にＢ点から０点までの走
査点を変換すると、レンジ間の移動情報は前のレンジよ
り大きい画素値を含むレンジデータであり、前の移動情
報がＸである事から移動情報はＹとなり、レンジ内の画
素値情報はその走査点のレベルからそのレンジの最小値
、とこでは３Ｗを引いた値となる。前述した操作を０点
からＤ点の間、Ｄ点からＥ点の間、Ｅ点からＦ点の間、
Ｆ点からＧ点の間で行なうと、［有］）と（ｃ）の結果
となる。また、第８図（ａ）のようにａの画素データを
変換した後、ｂの画素データを変換する際は、変換しよ
うとする画素データを含むレンジ、ここではレンジ■が
今、変換した画素データのレンジ、この図ではレンジ■
とは異なり、さらに隣接していない場合は、レンジ間の
移動情報は、変換しようとする画像データを含むレンジ
の画素値方向の１７２、−７ 隣接するレンジ、この図では、レンジ■への移動情報と
し、そのレンジ内の画素値情報は、そのレンジ内で、変
換しようとする画素データを含むレンジに最も近い値を
とる。即ち、第８図（−）のｂの画素値Ｂを前述の操作
により、変換して、さらに逆変換すると、第８図（ｂ）
のように、ｂの値はもとの値はレンジ■に含まれるもの
であるが、変換の操作によって、レンジ■内の最大値と
なる。このように変換する事により、周波数成分の高い
所の画像は劣化の可能性があるが、レンジ間の移動情報
は常に隣接するレンジへの移動情報とする事が可能であ
り、その情報量は少なくなる。これらの変換データに対
して符号化を行なうのである。ここで、レンジ間の移動
情報のラン長はその画像データの上位プレーンと同じよ
うなものとなり得る。

つまり、画像データの上位数プレーンで区別できる単位
をレンジとすれば、そのラン長はその上位数プレーンの
内の最下位のプレーンと似ている。

この事を利用し、レンジ間の移動情報にはランレングス
符号化を適用する。第３図（ｂ）のように、し１８べ−
７ フジ間の移動情報をＸ、　　Ｙ、　　Ｚとし、レンジの
移動が含むレンジが大きいレンジへの移動をＸ　−＋　
Ｙ→Ｚ　−＋　Ｘへの変化とし、小さいレンジへの移動
はＺ−＋Ｙ−＋ｘ−＋Ｚへの変化とし、Ｘ＝ＯＯ（２進
）。

Ｙ：０１（２進）、Ｚ＝１０（２進）とすれば、第７図
のようになり、そのデータを２ビツトの移動情報を２本
の画像データとみなし、２ライン一括ランレングス符号
を施した結果が図の符号の部分である。ランレングス符
号は多値画像データの上位ビットプレーンに有効である
事はすでに第８図に示しである通りであり、それと似て
いる性質を有するこの移動情報に対しても有効であるの
は明らかである。さらに、この移動情報は２ピツト以下
で表現でき、設定するレンジの数を例えば８にセットす
れば、その情報量は３ピツト、１６にセットすれば４ビ
ツト、３２にセットすれば８ピツトとなり、レンジを設
定した時点でそれぞれ、１ビツト、２ピツト、３ビツト
圧縮された事になり、効率のよい圧縮がなされた事と等
価になる。

またレンジ内の画素値情報については、画素値毎１９Ａ
　。

の誤差は大きくても、最大レンジ幅の値をこえる事、Ｉ
ｄ−１イ事から、このレンジ内の画素値情報に対しては
、多値画像データの符号化の１つである差分符号化、即
ち前画素との誤差分だけを符号する方法が有効である。

このように原画像の画素値範囲内に所定のレベル幅を持
つレベルを設定し、そのレンジ間の移動情報とそのレン
ジ内の画素値情報とに元の画像データを変換して、その
データに適した圧縮の符号化を施す事により、より効率
のよい符号化を行なう事ができる。１だ、第４図（ｂ）
に示したように、画像データの濃度分布をとり、その画
像データの性質を杷握し、画像データの有するレベルで
画素数の少ないものを設定するレンジに含めず、その近
くのレンジ内のデータとする。

即ち第４図の）のＡ点のレベルの画素値をＢ点のレベル
の画素値と置き換えて変換する事により、元の画像を忠
実には再現できず、画質は多少落ちるが、その劣化を最
小限に抑えて符号化が可能である。さらに、画質は多少
落ちても符号化効率をよくしたければ、第４図のレベル
Ｔの値を高めることで、１つレンジが占める画素数が増
え、その事によりレンジ間の移動がヘリ、さらにレンジ
内の画素値数がへり、画素間の差分を示すデータ量がへ
る可能性があり、さらに効率良い圧縮が可能データであ
る。

発明の効果 以上のように本発明によれば、以下のすぐれた効果を奏
するものである。

（１）複数レンジの設定とその移動情報とレンジ内画素
値情報への変換により、そのデータに合った効率良い符
号化を行なう事ができる。

（２）レンジの設定の際に画像の濃度分布より、所定の
画素値数以下の設定したレンジ内に含まれ々かった画素
値について、レンジにふくまれる画素値に置き換える事
で、画質の劣化を最小限に抑えた効率良い圧縮をおとな
える。

（３）レンジの設定の際に用いる闇値画素数を変えるこ
とで、柔軟な圧縮を行なう事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における多値画像符２１　／
、−７ 骨化装置のブロック図、第２図に原画像から変換画像へ
の変換を実現するブロック図、第３図は画像データ変換
例を示した状態図、第４図は画素値の分布図、第５図、
第６図はレンジ内の画素値への変換図、第７図はレンジ
間の移動情報の符号化状態図、第８図に画像データの変
換図、第９図に多値画像のピットプレーン単位にランレ
ングス符号化の圧縮効果を示した特性図である。 １・・・・・・主制御部、２・・・・・・原画像メモリ
部、３・・・・・・画像データ変換部、４・・・・・・
変換画像メモリ部、５．６・・・・・第１．第２符号・
復号化部、７・・・・・・データ入力部、８・・・・・
・データ出力部、９・・・・・・データバス、１０・・
・・・・データ入力線、１１・・・・・・データ出力線
、２ｏ・・・・・・画像データメモリ、２１・・・・・
・データ変換テーブルメモリ、２２・・・・・・データ
ラッチ、２３・・・・・・移動情報生成部、２４・・・
・・・変換画像データメモリ、２５・・・・・・画像デ
ータ、２６・・・・・・レンジ内の画素値情報、２７・
・・・・・レンジ情報、２８・・・・・・レンジ情報、
２９・・・・・・レンジ間の移動情報。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 第３図 西□方伺 ＩｏＸ−ＸＹＹ−Ｙ　ＸＸ−・・−Ｘ、Ｘ　Ｙ−・・−
Ｙ７−・・−ＺＸＸ・Ｘ心　　　　　　　　画イ用珀 第４図 しソラ 導〜度 製産 第　５　図 第６図 ハ ＠　７　図 Ｄ　　　　Ｅ　　　　Ｆ　　　　　　　　Ｃｒ第　８　
図 第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像データがとりうる画素値範囲に、所定の画素
   値幅を有するレンジを複数設定し、そのレンジ間の移動
   情報とそのレンジ内の画素値情報に前記画像データ値を
   変換する手段と、その変換された画像データ値に対して
   、１つ以上の符号化手段を有する事を特徴とする多値画
   像符号化装置。
2. （２）レンジ間の移動情報とそのレンジ内の画素値情報
   に前記画像データ値を変換する際、変換しようとする画
   像データ値がどのレンジにも属さない場合は、その画像
   データ値に近いレンジ内の画像データに変換する事を特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の多値画像符号化装
   置。
3. （３）レンジ間の移動情報が、変換しようとする画素の
   データを含むレンジの画素値方向に隣接するレンジへの
   移動情報である事を特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の多値画像符号化装置。