DE68927082T2

DE68927082T2 - Verfahren und Vorrichtung für die Bilddatenkomprimierung

Info

Publication number: DE68927082T2
Application number: DE68927082T
Authority: DE
Inventors: Masami C O Dainippon S Aragaki
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2009-06-23
Also published as: EP0349847A3; US5187755A; EP0349847A2; DE68927082D1; EP0349847B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Komprimieren von Daten mit Graduation in Bezug auf jeden Pixelblock zur Reduzierung der Bildinformationsdatenmenge.

Beschreibung des Standes der Technik

Bei einem Bildprozessor, wie etwa einem Prozeß-Scanner, werden Daten für jedes Pixel, welches ein konstanter kleiner Bereich ist, durch Lesen einer Vorlage gewonnen. Die auf dem Gebiet des Druckens verwendeten Bilddaten sind üblicherweise in ihrer Menge größer als die beim Fernsehen verwendeten, und deren Informationsmenge erreicht mehrere zehn Megabyte für jedes Bild. Eine solch große Menge von Bilddaten würde enorme Speicherkapazität erfordern, wenn diese, so wie sie sind, in einer Datenbank gespeichert würden, so daß also die Datenübertragungskosten stark zunehmen würden.
Um mit diesem Problem fertig zu werden, wird auf den Bilddaten eine Datenkompression zur Verminderung der gesamten Informationsmenge durchgeführt. Es sind mehrere Datenkompressionsverfahren, wie etwa ein solches, das eine orthogonale Transformation und dergleichen verwendet, bekannt.
Die bekannten Datenkompressionsverfahren leiden jedoch unter einer Einbuße entweder an Kompressionsrate (oder Kompressierbarkeit) und Qualitat eines mit den komprimierten Bilddaten reproduzierten Bildes. Wenn die Kompressionsrate erhöht wird, sinkt die Qualität des Bildes. Andererseits wird die Kompressionsrate gesenkt, um die Qualität des Bildes zu heben. Für die beim Fernsehen verwendeten Bilddaten ist dies kein großes Thema, da die Qualität von Bildern des Fernsehens verglichen mit den auf dem Gebiet des Druckens verwendeten verhältnismäßig niedrig ist.
Ein weiteres Thema bei den bekannten Kompressionsverfahren betrifft die Datenkompressionswiederholung und die Datenwiederherstellung. Wenn die Datenkompression mit hoher Kompressionsrate durchgeführt wird, sinkt die Bildqualität eines durch Wiederherstellung der komprimierten Daten gewonnenen wiederhergestellten Bildes verglichen mit dem Originalbild. Wenn daher Datenkompression und Wiederherstellung mehrere Male wiederholt werden, sinkt die Bildqualität allmählich.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 4 ist aus SPIF, Bd. 594: "Image coding", 1985, Seiten 119-128, SPIE, Washington, US; G. KUMMERFELD et al.: "Coding television signals at 320 and 64 kbit/s" bekannt. Gemäß diesem Dokument wird die durch eine diskrete Kosinustransformation gewonnene Verteilung von Koeffizienten mit festen horizontalen, vertikalen und diagonalen Bereichen bestimmt, die gewohnlich zur Bestimmung der Verteilung sowohl in Pixelblöcken mit einer großen Anzahl von Wechselspannungskomponenten als auch in Pixelblöcken mit einer kleinen Anzahl von Wechselspannungskomponenten verwendet werden.
Ein auf einer diskreten Kosinustransformation beruhendes Bilddatenkompressionsverfahren ist auch aus CONFERENCE RECORD OF THE IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS '86, Toronto, 22. - 26. Juni 1986, Bd. 1, Seiten 381- 384, IEEE, New York, US; J. GUICHARD et al.: "Intra- and inter frame transform coding for moving pictures transmission" bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung gerichtet, wie sie in Anspruch 1 und 4 definiert sind.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kompressionsrate (bzw. Kompressibilität) ohne zu starke Verringerung der Bildqualität zu erhöhen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verschlechterung der Bildqualität zu unterdrücken, wenn Datenkompression und -wiederherstellung mehrere Male wiederholt werden.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Erläuterungsdiagramm, welches Pixelblökke in einem Bild zeigt;
Fig. 2 ist ein Erläuterungsdiagramm, welches ein Pixelfeld in einem Pixelblock zeigt;
Fig. 3 ist ein Erläuterungsdiagramm, welches Beispiele von Bilddaten und Transformationskoeffizienten zeigt;
Fig. 4 ist ein begriffliches Diagramm, welches ein Beispiel einer Codetabelle zeigt;
Fig. 5 ist ein Erläuterungsdiagramm, welches als Beispiel eine Beziehung zwischen Standardabweichung von Bilddaten und Anzahl von deren Auftreten zeigt;
Fig. 6 ist ein schematisches Blockschaltbild, welches eine Vorrichtung zeigt, auf welche eine Ausführungsform der Erfindung angewandt ist;
Fig. 7A, 7B und 8 sind Flußdiagramme zur Veranschaulichung der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 ist ein begriffliches Diagramm, welches als Beispiel eine Untertabelle zeigt;
Fig. 10A und 10B sind begriffliche Diagramme, welche die Struktur komprimierter Daten zeigen;
Fig. 11 ist ein schematisches Blockschaltbild, welches eine Wiederherstellungsvorrichtung zeigt;
Fig. 12 ist ein Flußdiagramm, welches den Vorgang eines Verfahrens zur Aufzeichnung von Gruppeninformation zeigt;
Fig. 13, 15 und 16 zeigen, wie die die Fig. 13A, 13B, 15A, 15B, 16A und 16B enthaltenden Blätter anzuordnen sind, damit sie in einer geeigneten Beziehung stehen;
Fig. 13A, 13B, 15A, 15B, 16A und 16B, wenn gemäß den Fig. 13, 15 und 16 angeordnet, sind Erläuterungsdiagramme, welche als Beispiele Kompressions- und Wiederherstellungszyklen zeigen; und
Fig. 14 veranschaulicht Störabstände bei wiederhergestellten Bildern.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird aufeinanderfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Punkte beschrieben:
A. Verfahren zur Herstellung von komprimierten Bilddaten;
B. Verfahren zur Herstellung wiederhergestellter Bilddaten;
C. Aufbau einer Vorrichtung und ihre Arbeitsweise;
D. Beispiel einer Datenkompression und -wiederherstellung; und
E. Modifikationen.
Fig. 1 ist ein begriffuches Diagramm, welches Pixelblöcke in einem Bild 1 zeigt. Das Bild 1 setzt sich aus XxY Pixel P zusammen und ist in VxH Pixeiblöcke Bvh, die jeweils eine Anzahl von Pixel aufweisen, unterteilt. Fig. 2 ist ein begriffliches Diagramm, welches die Struktur eines Pixelblocks Bvh zeigt. Der Pixelblock Bvh setzt sich aus MxN Pixel Pij zusammen, und es werden für jedes Pixel Bilddaten fij gewonnen. Der Pixelblock Bvh setzt sich in dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel aus 8x8 Pixeln zusammen, er kann aber auch aus 4x4 Pixeln oder 16x16 Pixeln zusammengesetzt sein.
Wenn eine Datenkompression ausgeführt wird, werden die Bilddaten zunächst einer orthogonalen Transformation in Bezug auf jeden Pixelblock Bvh in dem Bild 1 unterworfen. Es könenn mehrere Arten von orthogonalen Transformationen, wie etwa eine diskrete Fourier-Transformation, Hadamard-Transformation und dergleichen, verwendet werden. In dieser Ausführungsform wird eine diskrete Kosinustransformation (im folgenden als "DCT" bezeichnet) verwendet. Die folgende Gleichung drückt einen Koeffizienten Fmn, der einer speziellen Funktion aus einer Reihe von Transformationsfunktionen für DCT zugeordnet ist, aus. ausgenommen den Fall
m und n haben allgemein Werte in Bereichen von null bis (M - 1) bzw. null bis (N -1).
Fig. 3 ist ein Erläuterungsdiagramm, welches die Bilddaten fij innerhalb eines Pixelblocks und den durch den Ausdruck (1) gewonnenen Transformationskoeffizienten Fmn zeigt. Die Fig. 3(a-2) und Fig. 3(b-2) zeigen Tabellen FT, welche die Transformationskoeffizienten Fmn aufweisen. Ein Transformationskoeffizient F&sub0;&sub0; zeigt einen Mittelwert (im folgenden als "Gleichstromkomponente" bezeichnet) der Bilddaten und die verbleibenden Transformationskoeffizienten fmn (im folgenden als "Wechselstromkomponenten" bezeichnet) zeigen die Verteilung der Bilddaten fij. Jeder der Transformationskoeffizienten Fmn wird beispielsweise mittels Binärdaten von 8 Bit ausgedrückt. Aus Gründen der Bequemlichkeit der Veranschaulichung sind jedoch die Werte der Koeffizienten in Fig. 3 in Dezimaldarstellung gezeigt.
Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die Transformationskoeffizienten Fmn den folgenden Charakter zeigen. So wie die Lagen (mn), an denen die Transformationskoeffizienten Fmn nicht null sind, variieren die Werte der Koeffizienten Fmn ansprechend auf die Verteilung der Bilddaten fij erheblich. Diejenigen der Transformationskoeffizienten Fmn, die große Absolutwerte haben, stellen speziell die Verteilung der Originalbilddaten fij dar, wobei die Anzahl dieser Transformationskoeffizienten Fmn mit großen Absolutwerten ansprechend auf die räumliche Ungleichheit der Bilddaten fij erhöht wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ihr Augenmerk auf den Charakter der Transformationskoeffizienten Fmn gerichtet, um eine Codetabelle zu verwenden, die nur einen Teil der Wechselstromkomponenten aus einer Koeffiziententabelle FT freigibt. Fig. 4 ist ein Erläuterungsdiagramm, welches eine Codetabelle zeigt. Innerhalb dieser Codetabelle CT wird nur ein Teil der Koordinaten (m, n) mit einer effektiven Bitanzahl Imn versorgt. Die effektive Bitanzahl Imn gibt an, daß der Transformationskoeffizient Fmn an der Position (m, n) durch die Tabelle CT validiert bzw. freigegeben wird. Die effektive Bitanzahl Imn gibt ferner die maximale Bitanzahl zum Ausdrücken des Transformationskoeffizienten Fmn im Binärsystem an. Das heißt, der Wert des Transformationskoeffizienten Fmn, der nicht mehr als ein maximaler effektiver Wert Fmax (=(2Imn)-1) ist, wird, so wie er ist, validiert. Unter Bezug auf Fig. 4 gibt das Symbol "-" an, daß die effektive Bitanzahl null ist. Alle effektiven Bitanzahlen Imn können den gleichen Wert (8 Bits beispielsweise) haben. Die Kompressionsrate wird jedoch durch Verwendung geeigneter Werte (wie etwa 8 Bits oder 3 Bits beispielsweise), die kleiner als die Bitanzahl (8 Bits) des ursprünglichen Transformationskoeffizienten Fmn ist und die mit den Koordinaten (m, n) variieren, erhöht. Auch wenn ein Transformationskoeffizient fmn einen Wert hat, der größer als der maximale effektive Wert Fmax ist, wird der Wert durch die effektive Bitanzahl Imn auf den maximalen effektiven Wert Fmax begrenzt. Die effektiven Bitanzahlen Imn werden empirisch bestimmt, um eine solche Situation so weit wie möglich zu vermeiden, und auch wenn der Transformationskoeffizient Fmn auf den maximalen effektiven Wert Fmax begrenzt wird, kann der darauf zurückgehende Einfluß vernachlässigt werden.
Vor der Datenkompression wird eine Anzahl der Codetabellen CT erstellt. Die einzelnen Codetabellen CT haben voneinander verschiedene Muster und Werte der effektiven Bitanzahl Imn. Die Muster der effektiven Bitanzahlen Imn werden empirisch bestimmt, um ein Bild höherer Bildqualität mit einer kleineren Anzahl von Transformationskoeffizienten zu reproduzieren. Beispielsweise werden die Koeffiziententabellen FT, wie die in den Fig. 3 (a-2) und 3 (b-2), zuerst für typische Bilder, wie etwa eine menschliche Figur, eine Landschaft, ein Stilleben und dgl., erstellt. Dann werden durch Vergleich der Verteilung der Koeffizienten in diesen Koeffiziententabellen FT die Codetabellen so definiert, daß sie wesentliche Typen von Verteilungen der Koeffizienten darstellen, wie man sie häufig in diesen Koeffiziententabellen sieht.
Wenn die Transformationskoeffiziententabelle FT für jeden Pixelblock Bvh im Datenkompressionsvorgang gewonnen ist, wird eine optimale Codetabelle (oder eine relevante Codetabelle) für jede Koeffiziententabelle FT aus der Anzahl von Codetabellen CT ausgewählt. Für die Zwecke einer solchen Auswahl wird die Summe SF der effektiven Transformationskoeffizienten Fmn (nachfolgend einfach als "effektive Summe" bezeichnet) gemäß folgendem Ausdruck gewonnen:
Die effektive Summe SF wird für jede Codetabelle CT in Bezug auf eine Koeffiziententabelle FT gewonnen. Die Codetabelle CT mit der maximalen effektiven Summe wird als die optimale zur Koeffiziententabelle FT ausgewählt. Die Zuverlässigkeit der Auswahl der optimalen Codetabelle als Funktion der effektiven Summe SF wird weiter verbessert, wenn die gleiche Zahl Nc von Transformationskoeffizienten Fmn (im folgenden als "Effektivkomponentenanzahl" bezeichnet) durch irgendeine der betreffenden Codetabellen CT validiert wird. Die optimale Codetabelle wird durch eine Tabellennummer, die für jede Codetabelle CT definiert ist, identifiziert.
Komprimierte Bilddaten werden auf der Grundlage eines Mittelwerts der Originalbilddaten fij, der Tabellennummer, der optimalen Codetabelle CT und den Werten der Transformationskoeffizienten Fmn, die durch die optimale Codetabelle CT validiert werden, erzeugt. Die Effektivkomponentenanzahl NLC ist bei weitem kleiner als die Gesamtanzahl MxN der Transformationskoeffizienten innerhalb einer Koeffiziententabelle und der Wert eines jeden Transformationskoeffizienten Fmn wird durch eine kleinere effektive Bitanzahl Imn ausgedrückt, wodurch die Kompressionsrate deutlich erhöht wird. Die komprimierten Bilddaten können durch bekannte Huffman-Codes oder dgl. codiert werden, um die Kompressionsrate weiter zu erhöhen.
Bei dieser Ausführungsform werden die Codetabellen CT in eine Anzahl von Gruppen ansprechend auf Charakteristika des Bildes klassifiziert, um die Kompressionsrate weiter zu verbessern. Hierzu werden die Codetabellen CT in eine Anzahl von Kompressionsgruppen (Codetabellengruppen) ansprechend auf eine Standardabweichung der Bilddaten fij, die für jeden Pixelblock Bh gewonnen wird, folgendermaßen klassifiziert:
< &sub1;: Kompressionsgruppe g&sub1;, die Codetabellen CT&sub1;&sub1; bis CT1L enthält,
&sub1; ≤ < &sub2;: Kompressionsgruppe g&sub2;, die Codetabellen CT&sub2;&sub1; bis CT2L, enthält,
&sub2; ≤ < &sub3;: Kompressionsgruppe g&sub3;&sub1; die Codetabellen CT&sub3;&sub1; bis CT3L enthält,
&sub3; ≤ : Kompressionsgruppe g&sub4;, die Codetabellen CT&sub4;&sub1; bis CT4L enthält
(wobei &sub1;, &sub2; und &sub3; bestimmte Schwellenwerte darstellen). Die Zahl L der Codetabellen kann mit den Kompressionsgruppen g&sub1; bis g&sub4; variieren.
Fig. 5 veranschaulicht die Verteilung G der Häufigkeit A der Standardabweichung in einem Gesamtbild 1. In Fig. 5 ist die Häufigkeit A in logarithmischem Maßstab längs der vertikalen Achse gezeigt.
Der erste Schwellenwert &sub1; wird so bestimmt, daß das Bild im Pixelblock auch dann ziemlich gleichmäßig ist, wenn die Standardabweichung kleiner als derselbe ist. Weil die Wechsel stromkomponenten der Trans format ionskoeff i z ienten klein sind, ist in einem solchen Pixelblock die Bildqualität auch dann nicht so sehr abgesenkt, wenn eine Codetabelle mit einem kleinen Wert für die Effektivkomponentenzahl Nc für die Datenkompression verwendet wird. Da die Häufigkeit A eines Pixelblocks mit kleinerer Standardabweichung allgemein höher ist, wie sich aus Fig. 5 ergibt, wird die Kompressionsrate stark verbessert, indem alle solche Pixelbiöcke mit den Codetabellen, die eine kleine Effektivkomponentenzahl Nc haben, behandelt werden.
Wenn die Standardabweichung u zwischen dem ersten und zweiten Schwellenwert &sub1; und &sub2; liegt, gibt dies an, daß das Bild im Pixelblock lose verändert wird. In diesem Fall ist es besser, eine Codetabelle zu verwenden, die eine größere Effektivkomponentenzahl Nc als diejenige der Kompressionsgruppe g&sub1; hat, um die Bildqualität aufrechtzuerhalten. Da diese Kompressionsgruppe g&sub2; auch einem Bereich verhältnismäßig hoher Häufigkeit A entspricht, ist die Kompressionsrate, die man durch Verwendung der Codetabellen mit einem verhältnismäßig kleinen Wert der Effektivkomponentenzahl Nc aus der Kompressionsgruppe g&sub2; erhält, ebenfalls hoch.
Während die Häufigkeit A in Bezug auf einen Bereich der Standardabweichung von mehr als dem zweiten Schwellenwert &sub2; relativ niedrig wird, würde die Kompressionsrate gesenkt, wenn alle diese Pixelblöcke mit einer Codetabelle verarbeitet würden, die eine große Effektivkomponentenzahl Nc hat. Es wird also der dritte Schwellenwert &sub3; zur weiteren Klassifikation der Codetabellen verwendet.
Die einzelnen Effektivkomponentenzahlen Nc1 bis Nc4 der Codetabellen Ct1k bis CT4k (k= 1 bis L) der einzelnen Kompressionsgruppen g&sub1; bis g&sub4; stehen in der folgenden Beziehung:
0 ≤ Nc1 ≤ Nc2 ≤ Nc3 ≤ Nc4 ≤ MxN - 1 (3)
Die Effektivkomponentenzahlen der Codetabellen sind innerhalb der betreffenden Kompressionsgruppen konstant. Wenn Nc1 = 0, werden die komprimierten Bilddaten eines Pixelblocks Bvh, der zur Kompressionsgrupe g&sub1; gehört, nur durch den Mittelwert der Bilddaten fij, d.h., nur durch die Gleichstromkomponente F&sub0;&sub0; ausgedrückt.
Vor dem Datenkompressionsvorgang werden die Schwellenwerte &sub1; bis &sub3; und die Codetabellen CT1k bis CT4k, die in die Kompressionsgruppen g&sub1; bis g&sub4; klassifiziert sind, erstellt. Eine der Kompressionsgruppen g&sub1; bis g&sub4; wird ansprechend auf die Standardabweichung des Blocks Bvh ausgewählt, und die optimale Codetabelle wird aus in der ausgewählten Kompressionsgruppe enthaltenen Codetabellen ausgewählt.
Wiederhergestellte Bilddaten fij in einem Pixelblock werden durch Ausführen einer inversen diskreten Kosinustransformation (IDCT) auf den Transformationskoeffizienten Fmn der komprimierten Daten gewonnen.
IDCT wird folgendermaßen ausgedrückt:
Die wiederhergestellten Bilddaten werden so ausgebildet, daß angegeben wird, welche der Kompressionsgruppen g&sub1; bis g&sub4; zur Erstellung der komprimierten Bilddaten verwendet wird. Eine solche die Kompressionsgruppe angebende Information wird nachfolgend als "Gruppeninformation" bezeichnet.
Um die Gruppeninformation in den wiederhergestellten Bilddaten fij aufzuzeichnen, wird eine ähnliche Information auch in den komprimierten Bilddaten wiederhergestellt. In den komprimierten Bilddaten hat die Codetabellenzahl eine Funktion der Darstellung der Gruppeninformation, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
Die Gruppeninformation wird in die wiederhergestellten Bilddaten fij beispielsweise unter Verwendung der niedrigstwertigen Stellen der wiederhergestellten Bilddaten an bestimmten Pixelpositionen innerhalb eines Pixelblocks integriert.
Wenn die wiederhergestellten Bilddaten in einem Binärsystem ausgedrückt werden, unterscheiden zwei Werte ("0" und "1") eines niedrigstwertigen Bits zwei Kompressionsgruppen. Auf den Wert "0" eines niedrigstwertigen Bits wird nachfolgend einfach als "gerade" Bezug genommen, während auf den Wert "1" mit "ungerade" Bezug genommen wird.
Da vier Kompressionsgruppen bei dieser Ausführungsform verwendet werden, läßt sich die Gruppeninformation durch zwei Bits ausdrücken. Innerhalb des in Fig. 2 gezeigten Pixelblocks Bvh werden zwei Bilddaten f&sub1;&sub1; und f&sub3;&sub3; ausgewählt und ihre Werte zur Aufzeichnung der Gruppeninformation folgendermaßen eingestellt:
Kompressionsgruppe g&sub1;: sowohl f&sub1;&sub1; als auch f&sub3;&sub3; werden gerade gemacht
Kompressionsgruppe g&sub2;: f&sub1;&sub1; wird ungerade und f&sub3;&sub3; gerade gemacht
Kompressionsgruppe g&sub3;: f&sub1;&sub1; wird gerade und f&sub3;&sub3; ungerade gemacht
Kompressionsgruppe g&sub4;: sowohl f&sub1;&sub1; als auch f&sub3;&sub3; werden ungerade gemacht
Die Bilddaten f&sub1;&sub1; werden beispielsweise gemäß dem folgenden Ausdruck gerade gemacht:
f&sub1;&sub1; = ff&sub1;&sub1; & 254 ...(5)
wobei
ff&sub1;&sub1; : Bilddaten vor dem Gerademachen
f&sub1;&sub1; : Bilddaten nach dem Gerademachen
& : Bit-UND-Operator.
Der Bit-UND-Operator & drückt den Vorgang der Gewinnung des logischen Produkts für jedes Bit von Binärzahlen aus.
Der Ausdruck (5) wird als 8-Bit-Binärzahlen folgendermaßen ausgedrückt:
e&sub7; e&sub6; e&sub5; e&sub4; e&sub3; e&sub2; e&sub1; e&sub0; = a&sub7; a&sub6; a&sub5; a&sub4; a&sub3; a&sub2; a&sub1; a&sub0; & 1 1 1 1 1 1 1 0 ...(6)
wobei
ei (i = 0 bis 7) : jedes Bit von Bilddaten f&sub1;&sub1;
ai (i = 0 bis 7) : jedes Bit von Bilddaten ff&sub1;&sub1;
Durch die Funktion des Bit-UND-Operators & wird der Ausdruck (6) folgendermaßen umgeformt:
e&sub7; e&sub6; e&sub5; e&sub4; e&sub3; e&sub2; e&sub1; e&sub0; = a&sub7; a&sub6; a&sub5; a&sub4; a&sub3; a&sub2; a&sub1; a&sub0; ..(7)
Das heißt, welchen Wert auch immer die Bilddaten ff&sub1;&sub1; haben, ist das niedrigstwertigste Bit e&sub0; der Bilddaten f&sub1;&sub1; nach der Transformation mit dem Ausdruck (5) stets null. Ferner ist die Differenz zwischen den Bilddaten f&sub1;&sub1; und ff&sub1;&sub1; nicht mehr als 1, weshalb der Einfluß der Differenz auf die Bildqualität vernachlässigt werden kann.
Andererseits werden die Bilddaten über folgenden Ausdruck ungerade gemacht
f&sub1;&sub1; = (ff&sub1;&sub1; & 254) + 1 ...(8)
Da das niedrigstwertige Bit der Bilddaten f&sub1;&sub1; auf der linken Seite stets 1 ist, sind die Bilddaten f&sub1;&sub1; eine ungerade Zahl. Da ferner der Maximalwert des ersten Terms (ff&sub1;&sub1; & 254) auf der rechten Seite 254 ist, ist der Maximalwert der Bilddaten f&sub1;&sub1; 255. Der Maximalwert 255 der Bilddaten wird also durch die Operation des Ausdrucks (8) nicht überschritten. Ferner ist die Differenz zwischen den Bilddaten f&sub1;&sub1; und ff&sub1;&sub1; nicht mehr als 1, weshalb der Einfluß der Differenz auf die Bildqualität vernachlässigt werden kann.
Obige Beschreibung erfolgte zur Verarbeitung der Bilddaten f&sub1;&sub1;, das gleiche gilt aber auch für die Bilddaten f&sub3;&sub3;.
Als Funktion der niedrigstwertigen Bits e&sub1;&sub1;&sub0; und e&sub3;&sub3;&sub0; der Bilddaten f&sub1;&sub1; und f&sub3;&sub3; nach dem Gerade- oder Ungerademachen wird die Gruppeninformation Ng in der folgenden 2-Bit-Binärzahl ausgedrückt:
Ng = e&sub3;&sub3;&sub0; e&sub1;&sub1;&sub0;
Die Beziehung zwischen der Gruppeninformation Ng und den Kompressionsgruppen g&sub1; bis g&sub4; ist folgende:
Kompressionsgruppe g&sub1; : Ng = 00 ...(10a)
Kompressionsgruppe g&sub2; : Ng = 01 ...(10b)
Kompressionsgruppe g&sub3; : Ng = 10 ...(10c)
Kompressionsgruppe g&sub4; : Ng = 11 ...(10d)
Die einzelnen Bits, die die Gruppeninformation Ng bilden, sind nicht auf diejenigen der Bilddaten f&sub1;&sub1; und f&sub3;&sub3; beschränkt, es können vielmehr die niedrigstwertigen Bits an zwei beliebigen Pixelpositionen verwendet werden. Die Gruppeninformation Ng wird wegen vier Kompressionsgruppen in dieser Ausführungsform als 2-Bit-Binärzahl ausgedrückt, die Bitanzahl kann aber auch erhöht werden, wenn mehr Kompressionsgruppen verwendet werden.
Wie oben beschrieben, werden die wiederhergestellten Bilddaten so ausgebildet, daß sie die Gruppeninformation enthalten, wodurch die wiederhergestellten Bilddaten als in der gleichen Kompressionsgruppe seiend wie die vorherige, in welcher die Originalbilddaten vor Kompression enthalten waren, identifiziert werden können.
Fig. 6 ist ein schematisches Blockschaltbild, welches den Aufbau eines Bilddatenkompressors, der die vorliegende Erfindung verkörpert, zeigt. Unter Bezug auf Fig. 6 weist ein Bilddatenkompressor AP einen Bildspeicher 5, eine Blocklesesteuerung 6, einen Pufferspeicher 7, einen zweidimensionalen DCT-Transformierer 8, einen linearen Quantisierer 9, einen Codierer 10, eine Aufzeichnungssteuerung 11, eine Gruppeninformationslesesteuerung 12, einen Standardabweichungsberechner 14, eine Gruppeninformationssteuerung 15, einen ROM 17 und eine Steuerung 13 auf. Das Arbeiten des Bilddatenkompressors AP wird anhand der in den Fig. 7A und 7B gezeigten Flußdiagramme beschrieben.
In einem Schritt S1 werden die Schwellenwerte &sub1; bis &sub3; der Standardabweichung über einen Parametereingabeanschluß 16 eingegeben, der außerhalb des Datenkompressors AP vorgesehen ist, und in der Gruppeninformationssteuerung 15 eingestellt. Schritte S2 bis S4 und S11 bis S13 sind so eingerichtet, daß sie sequentiell zu verarbeitende Pixelblöcke Bvh auswählen.
In einem Schritt S5 liest die Blocklesesteuerung 6 Bilddaten f&sub1;&sub1; innerhalb eines Pixelblocks Bvh und speichert diese im Pufferspeicher 7.
Ein Schritt S6 ist so eingerichtet, daß er die Gruppeninformation Ng bestimmt. In einem Schritt S61 erfolgt eine Entscheidung dahingehend, ob die Bilddaten fij diejenigen eines gespeicherten Bildes sind oder nicht. Wenn die Bilddaten fij diejenigen eines gespeicherten Bildes sind, weisen die Bilddaten fij Daten, die angeben, daß wiederhergestellte Bilddaten vorhanden sind, beispielsweise im Kopfabschnitt einer Datei der Bilddaten fij auf. Die vorstehende Entscheidung erfolgt gemäß dem Vorhandensein/Fehlen solcher Daten.
Wenn die Bilddaten fij nicht diejenigen eines wiederhergestellten Bildes, sondern diejenigen eines Originals sind, werden die Schritte S62 und S63 ausgeführt. Im Schritt S62 werden die Bilddaten fij vom Pufferspeicher 7 an den Standardabweichungsberechner 14 geliefert, der seinerseits die Standardabweichung berechnet. Im Schritt S63 wird die Standardabweichung vom Berechner 14 der Gruppeninformationssteuerung 15 zugeführt, die seinerseits die Gruppeninformation Ng bestimmt. Das heißt, die Gruppeninformationssteuerung 15 vergleicht die Standardabweichung u mit den Schwellenwerten &sub1; bis &sub3;, um zu bestimmen, zu welcher der Kompressionsgruppen g&sub1; bis g&sub4; der Pixelblock gehört. Die Steuerung 15 bestimmt dann die Gruppeninformation Ng durch die Ausdrücke (10a) bis (10d).
Wenn andererseits die Bilddaten fij diejenigen eines wiederhergestellten Bildes sind, wird ein Schritt S64 ausgeführt. In diesem Schritt wird die Gruppeninformation Ng durch die betreffenden niedrigstwertigen Bits e&sub1;&sub1;&sub0; und e&sub3;&sub3;&sub0; von Bilddaten f&sub1;&sub1; und f&sub3;&sub3; an zwei Pixelpositionen, wie durch den Ausdruck (9) gezeigt, synthetisiert. Unter Bezug auf Fig. 6 werden die Bilddaten f&sub1;&sub1; und f&sub3;&sub3; aus dem Pufferspeicher 7 in die Gruppeninformationslesesteuerung 12 ausgelesen. Die Lesesteuerung 12 synthetisiert die Gruppeninformation Ng durch die Bilddaten f&sub1;&sub1; und f&sub3;&sub3; und liefert diese an die Gruppeninformationssteuerung 15. Wenn also die Gruppeninformation Ng von der Lesesteuerung 12 geliefert wird, hält die Steuerung 15 die Gruppeninformation Ng und führt keinen Vorgang der Bestimmung der Gruppeninformation Ng auf der Grundlage der Standardabweichung durch.
Wenn die Gruppeninformation Ng im Schritt S6 bestimmt ist, werden die Bilddaten fij vom Pufferspeicher 7 auf den zweidimensionalen DCT-Transformierer übertragen, um sie einer DCT in einem Schritt S7 zu unterwerfen.
In einem Schritt S8 werden die Transformationskoeffizienten Fmn linear quantisiert. Bekanntlich bedeutet "lineare Quantisierung" eine Teilung eines Transformationskoeffizienten mn durch einen bestimmten Wert α ("Quantenbreite") und ein Ganzzahligmachen des Werts Fmn/α, wenn die Werte Fmn/α einen Dezimalteil enthalten. Der Wert der Quantenbreite α kann fest sein oder mit der Standardabweichung variiert werden. Es kann auch sein, daß eine solche lineare Quantisierung nicht durchgeführt wird, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
In einem Schritt S9 wird eine optimale Codetabelle in Bezug auf eine Koeffiziententabelle FT*, die die linearquantisierten Transformationskoeffizienten Fmn* aufweist, ausgewählt.
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, welches den Vorgang eines Auswählens der optimalen Codetabelle, der vom Codierer 10 im Schritt S9 ausgeführt wird, zeigt. In Fig. 8 ist die Bedeutung der einzelnen Symbole die folgende:
max: Parameter zur Gewinnung des Maximalwerts der effektiven Summe SF
Max: Parameter, der eine Codetabellennummer einer Codetabelle, die die maximale effektive Summe SF aufweist, darstellt
l : Parameter, der eine Codetabellennummer darstellt
L : Zahl der Codetabellen
c : Parameter, der eine Folgenummer einer effektiven Wechselstromkomponente darstellt
Nc : Anzahl effektiver Wechselstromkomponenten
In einem Schritt S21 wird die Kompressionsgruppe des gerade verarbeiteten Pixelblocks als Funktion der Kompressionsgruppeninformation Ng identifiziert.
Schritte S22 bis S30 sind so eingerichtet, daß sie diejenige Codetabelle aus L Stücken von Codetabellen der Kompressionsgruppe auswählen, die die maximale effektive Summe Sf hat (siehe Ausdruck (2)).
In den Schritten S23 bis S26 zur Gewinnung der effektiven Summen Sf wird eine in Fig. 9 gezeigte Untertabelle T, die im ROM 17 gespeichert ist, verwendet. Die Untertabelle T spezifiziert Koordinatenwerte (mlc, nlc) der Koordinatenpositionen, an denen die effektiven Bitzahlen Imn nicht null sind. Die Untertabellen T werden für betreffende Codetabellen CTg1 bis CTgL innerhalb einer Kompressionsgruppe gi (i = 1 bis 4) erstellt. Dabei ist l = 0 bis (L - 1) und c = 0 bis (Nc - 1). Der Index g der Codetabellen CTg1 bis CTgL stellt die Kompressionsgruppe gi dar. Hinsichtlich einer Codetabelle CTg werden die Koordinaten (mlc, nlc) sequentiell aus der Untertabelle T aufgerufen, und Absolutwerte der Transformationskoeffizienten Fmn* der Transformationskoeffiziententabelle FT* an den Koordinaten (mlc, nlc) werden im Schritt S24 aufaddiert.
Die Codetabelle mit der maximalen effektiven Summe SF wird als optimale Codetabelle ausgewählt. Wenn die optimale Codetabelle so ausgewählt ist, werden die effektiven Transformationskoeffizienten Fmn* der Koeffiziententabelle FT* durch die optimale Codetabelle spezifiziert und in den effektiven Bitanzahlen Imn (sechs Bits beispielsweise) ausgedrückt, während die anderen Transformationskoeffizienten Fmn* vernachlässigt werden. In einem Schritt S31 werden die Tabellennummer Max der optimalen Codetabelle und die Transformationskoeffizienten Fmn*, die durch die optimale Codetabelle als effektiv spezifiziert sind, in einen Huffman-Codezug zur Ausbildung komprimierter Daten transformiert (Schritte S31 und S10). Der Mittelwert der Originalbilddaten fij kann dabei gleichzeitig Huffman-codiert werden, während nur der Mittelwert durch ein Verfahren, wie etwa eine sogenannte prädiktive Codierung, unabhängig vom Schritt S31 codiert werden könnte.
So gewonnene komprimierte Bilddaten (codierte Daten) Df werden vom Codierer 10 auf die Datenaufzeichnungssteuerung 11 übertragen und ferner auf den Bildspeicher 5 oder einen Übertragungsweg für eine externe Schaltung (nicht gezeigt) ausgegeben. Ein Auswahlbefehl für diese Ausgabe wird am Parametereingabeanschluß 16 durch einen Bediener vor der Kompression der Bilddaten eingegeben und in der Datenaufzeichnungs steuerung 11 initialisiert.
Die Fig. 10A und 10B sind begriffliche Diagramme, die den Dateiaufbau der codierten komprimierten Bilddaten Df zeigen. Ein Anfangsblock 18 der Fig. 10A enthält die Schwellenwerte &sub1;, &sub2; und &sub3; etc., und die Codezüge betreffender Pixelblöcke sind auf den Anfangsblock 18 folgend angeordnet. Fig. LOB ist der innere Aufbau in einem Codezug 19 eines jeden Pixelblocks, wobei dieser aus der Tabellennummer Max der optimalen Codetabelle und dem Codezug der Transformationskoeffizienten Fmn*, die durch die optimale Codetabelle als effektiv spezifiziert sind, ausgebildet ist.
Fig. 11 ist ein schematisches Blockschaltbild, welches eine Wiederherstellungsvorrichtung zum Wiederherstellen der codierten komprimierten Bilddaten Df zeigt. Diese Wiederherstellungsvorrichtung IAP umfaßt einen Bildspeicher 20, eine Lesesteuerung 22, einen Pufferspeicher 23, einen Decodierer 24, einen ROM 25, einen inversen Quantisierer 26, einen zweidimensionalen IDCT Transformierer 27, einen Gruppeninformationsaufzeichner 28 und eine Aufzeichnungssteuerung 29.
Die komprimierten Bilddaten Df werden aus dem Bildspeicher 23 oder einem Übertragungsweg 21 durch die Lesesteuerung 22 ausgelesen und dem Pufferspeicher 23 zugeführt und ferner auf den Codierer 24 übertragen. Der ROM 25 speichert eine Codetabelle, die identisch mit derjenigen ist, die für die Kompression der Bilddaten verwendet wird, eine Huffman- Codetabelle zum Decodieren des Huffman-Codezugs und dgl.. Die komprimierten Bilddaten Df werden durch den Decodierer 24 in die Transformationskoeffizienten Fmn* decodiert. Die Transformationskoeffizienten Fmn* werden durch den inversen Quantisierer 26 invers quantisiert. Das heißt, die mit der Quantenbreite α linear quantisierten Transformationskoeffizienten Fmn* (=Fmn/α) werden mit der Quantenbreite α multipliziert. Die so gewonnenen Transformationskoeffizienten Fmn werden durch den zweidimensionalen IDCT-Transformierer 27 invers umgewandelt, wodurch die Bilddaten ffij eines jeden Pixels innerhalb des Pixelblocks gewonnen werden.
Auf der Grundlage der so gewonnenen Bilddaten ffij zeichnet der Gruppeninformationsaufzeichner 28 die Gruppeninformation in den Bilddaten ffij auf. Fig. 12 ist ein Flußdiagramm, welches den Aufzeichnungsvorgang zeigt. In einem Schritt S31 liest der Gruppeninformationsaufzeichner 28 die Codetabellennummer Max innerhalb der komprimierten Daten Df aus dem Pufferspeicher 23 aus. In einem Schritt 32 wird die Gruppeninformation Ng anhand der Codetabellennummer Max bestimmt. Durch die Schritte 533a bis 533c und 534a bis 534d werden die Bilddaten ff&sub1;&sub1; (f&sub1;&sub1;) und ff&sub3;&sub3; (f&sub3;&sub3;) ungerade/gerade gemacht. Die Schritte 534a bis 534d werden über die Ausdrükke (5) und (8) ausgeführt.
Die Bilddaten fij, in welchen die Gruppeninformation Ng aufgezeichnet ist, werden durch die Aufzeichnungssteuerung 28 im Bildspeicher 20 gespeichert. Bilddaten fij für das Gesamtbild können durch Durchführen der Wiederherstellungsverarbeitung auf allen der Pixeiblöcke gewonnen werden.
Um einmal wiederhergestellte Bilddaten fij wieder zu komprimieren, wird die Gruppeninformation Ng anhand der niedrigstwertigen Bits von zwei Bilddaten f&sub1;&sub1; und f&sub3;&sub3; ausgelesen. Eine Datenkompression wird gemäß der Kompressionsgruppe durchgeführt, die durch die Gruppeninformation N&sub9; identifiziert wird. Zuerst wird ein Beispiel 1 beschrieben, in welchem die lineare Quantisierung von Fmn nicht durchgeführt wird.
Die Figuren 13A und 13B sind Erläuterungsdiagramme, welche Bilddaten fij und Transformationskoeffizienten Fmn in einem ersten Beispiel wiederholter Kompression und Wiederherstellung zeigen. Bilddaten fij(0) der Fig. 13A(a) stellen Bilddaten eines Originals und fij(k) (k= 1 bis 3) der Fig. 13A(d), Fig. 13B(f) und Fig. 13B(h) Bilddaten, die durch die k-te Wiederherstellung nach abwechselnder Datenkompression und -wiederherstellung gewonnen sind, dar. Fmn(k) (k = 1 bis 3) der Fig. 13A(c), Fig. 13B(e) und Fig. 13B(g) stellen Transformationskoeffizienten dar, die durch die k-te Kompression nach abwechselnder Datenkompression und -wiederherstellung gewonnen sind.
In diesem Beispiel werden die Transformationskoeffizienten Fmn keiner linearen Quantisierung unterworfen. Daher werden die Transformationskoeffizienten Fmn von Dezimalwerten, die durch DCT gewonnen sind, nicht zu ganzen Zahlen gemacht, sondern direkt als die komprimierten Bilddaten Dc aufbewahrt und aus diesen wiederhergestellt. In den Fig. 13A und 13B sind nur die ganzzahligen Teile der Transformationskoeffizienten Fmn aus Gründen der Bequemlichkeit der Darstellung gezeigt. Andererseits werden die Bilddaten fij(k) regelmäßig in ganzzahligen Werten aufbewahrt und wiederhergestellt.
Zuerst werden die Bilddaten fij(0) des Originals in die Transformationskoeffizienten Fmn&sup0;(1) der Fig. 13A(b) gleichstromtransformiert. Diese Transformationskoeffizienten Fmn&sup0; (1) werden nicht der Auswahl effektiver Wechselstromkomponenten durch eine Codetabelle unterworfen, sondern haben 19 Wechsel stromkomponenten.
Dann werden die Transformationskoeffizienten Fmn(1) der Fig. 13A(c) als Ergebnis der Auswahl der effektiven Wechselstromkomponenten durch die Codetabelle gewonnen. Diese Transformationskoeffizienten Fmn(1) enthalten sechs effektive Wechselstromkomponenten F&sub0;&sub1;, F&sub0;&sub2;, F&sub1;&sub0;, F&sub1;&sub1;, F&sub1;&sub3; und F&sub1;&sub4;.
Die wiederhergestellten Bilddaten Fij(1) der Fig. 13A(d) werden durch IDCT der Transformationskoeffizienten Fmn(1) gewonnen.
In dem in Fig. 14 gezeigten Beispiel werden der Schwellenwert &sub1; auf 4,0 und die Schwellenwerte &sub2; und &sub3; auf wenigstens 5,0 gesetzt. Da die Standardabweichung der Bilddaten fij(0) des Originals auf 4,862, wie in Fig. 13A(a) gezeigt, ist, gehören die Bilddaten fij(0) zur Kompressionsgruppe g&sub2;.
Andererseits würden, da die Standardabweichung der nach der ersten Datenkompression wiederhergestellten Bilddaten fij(1) 3,621 ist, die Bilddaten fij(1) zur Kompressionsgruppe g&sub1; gehören, wenn diese durch den Wert der Standardabweichung klassifiziert würden. Wie oben beschrieben, wird jedoch die Information, die angibt, daß die Bilddaten fij(0) des Originals zur Kompressionsgruppe g&sub2; gehören, daß heißt, die Gruppeninformation Ng = 01 (Binärdarstellung), durch gerade/ungerade der Daten f&sub1;&sub1;(1) und f&sub3;&sub3;(1) (unterstrichen in Fig. 13A(d)) der Bilddaten fij(1) aufgezeichnet. Konkreter ausgedrückt, werden, wie oben beschrieben, die Daten f&sub1;&sub1;(1) auf ungerade und g&sub3;&sub3;(1) auf gerade eingestellt. Dementsprechend werden anhand der zweiten Datenkompression die Bilddaten fij(1) zur Kompressionsgruppe g&sub2; gehörend spezifiziert.
Da in dem Beispiel die Transformationskoeffizienten Fmn(g) exakt als Dezimalwerte aufbewahrt werden, wird DCT reversibel ausgeführt. Die wiederhergestellten Bilddaten fij(2) und fij(3), die nach dem zweiten Zyklus der Datenkompression- und -wiederherstellung gewonnen werden, sind gleich den wiederhergestellten Bilddaten fij(1) nach dem ersten Zyklus der Datenkompression und -wiederherstellung.
Fig. 14 veranschaulicht den Bildqualitätsübergang der wiederhergestellten Bilder als Störabstände der Bilddaten fij(k). Störabstände RSN, die dem in den Fig. 13A und 13B gezeigten Fall entsprechen (Beispiel 1), sind mit weißen Kreisen dargestellt. Der Storabstand RSN ist folgendermaßen definiert:
RSN = 10 log&sub1;&sub0;(255²/r) ...(11a)
wobei Δfij eine Differenz zwischen Bilddaten eines Originals und denjenigen eines wiederhergestellten Bildes darstellt. Die Symbole X und Y im Ausdruck (11b) stellen Anzahlen von Pixelspalten und -zeilen, die im gesamten Bild existieren, dar (siehe Fig.1).
Wie sich aus Fig. 12 ergibt, wird der Störabstand RSN nach den wiederhergestellten Bilddaten fij(1) nicht geändert, das heißt, eine Verschlechterung der Bildqualität ist verhindert.
Fig. 14 zeigt auch ein Bezugsbeispiel, in welchem Datenkompression- und -wiederherstellung ohne Anwendung der Erfindung, beispielsweise, wiederholt werden. Gemäß dem Bezugsbeispiel, bei dem die Kompressionsgruppen durch den Wert der Standardabweichung identifiziert werden, werden die Bilddaten im zweiten Datenkompressionsvorgang als zur Kompressionsgruppe g&sub1; gehörend entschieden. Die Bildqualität eines wiederhergestellten Bildes nach der zweiten Datenkompression ist daher extrem verschlechtert und der Wert ihres Störabstands ebenfalls extrem verringert, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist.
Als nächstes werden Beispiele 2 und 3 beschrieben, bei welchen die Quantisierung von Fmn durchgeführt wird. Im Beispiel 1 werden die Transformationskoeffizienten Fmn keiner linearen Quantisierung unterworfen. Wenn jedoch die Transformationskoeffizienten Fmn linear quantisiert werden, läßt sich Speicherkapazität, die zur Aufbewahrung der Transformationskoeffizienten Fmn erforderlich ist, extrem vermindern und die Kompressionsrate weiter verbessern.
die Fig. 15A und 15B sind Erläuterungsdiagramme, die Bilddaten fij(k) und Transformationskoeffizienten Fmn*(k) mit linearer Quantisierung der Transformationskoeffizienten Fmn* zeigen. Die Indizes * werden an den Transformationskoeffizienten angebracht, um anzugeben, daß diese linear quantisiert sind.
Da der Wert der Quantenbreite α "1" ist, ist der Ausdruck "lineare Quantisierung", der hier verwendet wird, das gleiche wie das Runden auf die nächste ganze Zahl. Der Rundungsvorgang wird durchgeführt, indem Bruchteile über 1/2 als eins gezählt und der Rest vernachlässigt wird.
Der Störabstand RSN der Bilddaten fij(k) in dem in den Fig. 15A und 15B gezeigten Beispiel 2 ist mit schwarzen Quadraten in Fig. 14 dargestellt. Obwohl der Störabstand RSN des Beispiels 2, wo die Koeffizienten Fmn linear quantisiert werden, schneller abnimmt als der des Beispiels 1, wo eine lineare Quantisierung nicht durchgeführt wird, nimmt der Störabstand des Beispiels 2 langsamer ab als der des Bezugsbeispiels, und die Bildqualität wird ebenso langsamer gesenkt. Dies liegt daran, daß die durch den Rundungsvorgang bei der linearen Quantisierung der Transformationskoeffizienten Fmn verursachten Fehler akkumuliert werden, anders als im Fall des Beispiels 1.
Um den Fortschritt der Verschlechterung der Bildqualität weiter zu unterdrücken, kann folgendes Verfahren verwendet werden: vor einer Durchführung von IDCT auf den Transformationskoeffizienten Fij*(k) werden Werte der Transformationskoeffizienten Fmn*(k), welche effektive Wechselstromkomponenten sind, folgendermaßen modifiziert:
wenn Fmn* > 0, FFmn = Fmn* + 0,5 ...(12a)
wenn Fmn* < 0, FFmn = Fmn* - 0,5 ...(12b)
Die modifizierten Transformationskoeffizienten FFmn werden der IDCT unterworfen. Auf die Anwendung des Ausdrucks (12a) oder (12b) wird nachfolgend als "Modifikation der Transformationskoeffizienten Fmn*" Bezug genommen.
Die Fig. 16A und 16B zeigen Beispiele der Bilddaten fij (k) und der Transformationskoeffizienten Fmn* im Beispiel 3, wo die Modifikation der Transformationskoeffizienten durchgeführt wird. Der Störabstand RSN des Beispiels 3 ist in Fig. 14 mit weißen Quadraten gezeigt. Der Störabstand RSN des Beispiels 3 bleibt relativ groß und der Störabstand RSN wird nach dem zweiten Zyklus der Datenkompression und -wiederherstellung konstant gehalten.
Die Ausdrücke (12a) und (12b) werden auf der Grundlage folgender Idee eingeführt: wenn die Bilddaten fij(1) der Fig. 15A, welche ohne Modifikation der Transformationskoeffizienten Fmn* wiederhergestellt werden, mit den Bilddaten fij(0) verglichen werden, haben die wiederhergestellten Bilddaten fij(1) kleinere Differenzen der Datenwerte zwischen den Pixeln. Das heißt, die Bilddaten nach einem Zyklus der Datenkompression und -wiederherstellung werden im Pixelblock in gewissem Maße gemittelt. Andererseits bezeichnen die Absolutwerte Fmn* der Transformationskoeffizienten Fmn* Amplituden der betreffenden Frequenzkomponenten der Bilddaten fij, die als Funktion der Transformationskoeffizienten Fmn* wiederhergestellt sind, wie dies in dem Ausdruck (4) gezeigt ist. Wenn die Absolutwerte Fmn* erhöht werden, werden daher die Amplituden der betreffenden Frequenzkomponenten erhöht, so daß die wiederhergestellten Bilddaten fij mehr Welligkeit im Pixelblock darstellen. Die Ausdrücke (12a) und (12b) sind der Zunahme der Absolutwerte Fmn* äquivalent. Wenn die Transformationskoeffizienten Fmn* mit den Ausdrücken (12a) und (12b) zur Wiederherstellung der Bilddaten modifiziert werden, wird ein Mittelungseffekt der Bilddaten durch die Datenkompression durch die Modifikation durch diese Ausdrücke weggehoben.
Die Ausdrücke (12a) und (12b) werden allgemein folgendermaßen ausgedrückt:
wenn Fmn* > 0, FFmn = Fmn* + α ...(13a)
wenn Fmn* < 0, FFmn = Fmn* - β ...(13b)
wobei sowohl α als auch β positive Werte sind und vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 bis 0,5 liegen.
Wenn die Transformationskoeffizienten Fmn* auf diese Weise modifiziert und wiederhergestellt werden wie bei dem in Fig. 14 gezeigten Beispiel 3, ist der Störabstand RSN im wesentlichen gleich demjenigen des Beispiels 1, wo die lineare Quantisierung nicht durchgeführt und ein großer Effekt auf die Unterdrückung des Verschlechterungsfortschritts der Bildqualität erzielt wird. Da die Transformationskoeffizienten Fmn* linear quantisiert und aufbewahrt werden, können ferner die komprimierten Bilddaten Df zur Erzielung hoher Datenkompressibilität reduziert werden.
Die Codetabellen werden in eine Anzahl von Codetabellengruppen, abhängig von der Standardabweichung der Bilddaten bei obiger Ausführungsform klassifiziert, eine solche Klassifikation kann aber auch mittels der Varianz oder verschiedener, dieser ähnlicher statistischer Werte, die nicht die Standardabweichung sind, durchgeführt werden. Das heißt, es kann eine Klassifikation mittels irgendeines statistischen Werts durchgeführt werden, der statistisch den Verteilungszustand der Bilddaten darstellt.
Obige Ausführungsform wurde unter Bezugnahme auf ein Verfahren der Kompression der Bilddaten hinsichtlich eines einzigen Bildes beschrieben, die vorliegende Erfindung kann aber auch auf die einzelnen Farbauszugsbilder eines Farb bildes durchgeführt werden. Beispielsweise werden die einzelnen Farbauszugsbilder von YMCK-Druckbildern, RGB-Signalbildern oder Ys/Is/Qs-Signal-(Chroma-Signal-)Bildern komprimiert. In diesem Fall kann eine Datenkompression, die für jedes Farbauszugsbild geeignet ist, erzielt werden, indem die Anzahl von Schwellenwerten der Standardabweichung und von Werten derselben, die Anzahl von Codetabellen in jeder Codetabellengruppe, die Anzahlen von effektiven Wechselstrornkomponenten der Codetabellen und die Muster von effektiven Bitanzahlen der Codetabellen für jedes Farbauszugsbild verändert werden.
In einem solchen Fall wird bevorzugt, daß die Pixelpositionen (i, j) ((1, 1) und (3, 3) in obiger Ausführungsform) zur Aufzeichnung der Gruppeninformation in den Bilddaten fij in Bezug auf die einzelnen Farbauszugsbilder verschieden ist. Da Werte der niedrigstwertigen Stellen der Bilddaten fij in diesen Pixelpositionen bei der Aufzeichnung der Gruppeninformation eingestellt werden, bewirkt eine solche Einstellung eine kleine Änderung der Bildqualität Die Änderung der Bildqualität wird daher insgesamt vermindert, wenn die Pixelposition, dessen niedrigstwertigen Stellenwerte eingestellt werden, beim Übereinanderdrucken der einzelnen Farbauszugsbilder nicht zur Überlappung kommen. Ähnlich sind diese Pixelpositionen vorzugsweise nicht benachbart zu anderen Pixelpositionen in den betreffenden Farbauszugsbildern.
Bei obiger Ausführungsform wird die Gruppeninformation mittels der niedrigstwertigen Stellen der Bilddaten fij des wiederhergestellten Bildes ausgedrückt, die Gruppeninformation kann aber auch als andere Daten getrennt von den Bilddaten fij aufgezeichnet werden. In diesem Fall werden die Bilddaten als diejenigen definiert, die nicht nur die Daten fij (nachfolgend als "Bilddichtedaten" bezeichnet), die Dichtewerte der betreffenden Pixelpositionen darstellen, sondern auch die Gruppeninformation darstellende andere Daten enthalten.
Das Verfahren der Datenkompression und -wiederherstellung beschränkt sich nicht auf dasjenige der obigen Ausführungsform. Es können vielmehr verschiedene Verfahren, wie das in JP-A-55 109 086 beschriebene, angewandt werden. Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren des Gewinnens eines statistischen Wertes, der im wesentlichen die Standardabweichung von Bilddaten innerhalb von Pixelblöcken darstellt, und Auswählens einer der vorgegebenen Vorgänge der Datenkompression entsprechend dem statistischen Wert anwendbar. Bei der Ausführungsform entsprechen vier Vorgänge der Datenkompression, die eine der für die Kompressionsgruppen g&sub1; bis g&sub4; unterschiedlichen Codetabellengruppen verwenden, die "Anzahl von vorgegebenen Vorgängen" dar.
Wenn die Anzahl von vorgegebenen Vorgängen anders als bei obiger Ausführungsform nicht mittels der Kompressionsgruppen unterschieden werden, sind einige Identifikationsdaten zur Identifizierung des ausgewählten Vorgangs in den wiederhergestellten Bilddaten enthalten. In diesem Falle werden komprimierte Bilddaten auch mit solchen Identifikationsdaten aufbewahrt. Bei obiger Ausführungsform spielen die Bilddaten f&sub1;&sub1; und f&sub3;&sub3; in den wiederhergestellten Bilddaten fij und die Codetabellennummer Max in den komprimierten Bilddaten Df die Rolle der identifizierenden Daten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nur ein Teil der Transformationskoeffizienten zur Ausbildung der komprimierten Bilddaten verwendet, wodurch die Kompressionsrate ohne Verminderung der Bildqualität erhöht wird.
Ferner werden die Bilddaten so erzeugt, daß sie die Identifikationsdaten enthalten, so daß der gleiche Vorgang wie der, der bei der vorhergehenden Datenkompression verwendet wird, auf die Rekornpression der wiederhergestellten Bilddaten angewandt werden kann, wodurch der Fortschritt der Verschlechterung der Bildqualität auch dann unterdrückt wird, wenn Datenkornpression und -wiederherstellung oftmals wiederholt werden.
Da die Identifikationsdaten mittels der niedrigstwertigen Stellen von Bilddaten in vorgeschriebenen Pixelpositionen innerhalb eines Pixelblocks ausgedrückt werden, besteht keine Notwendigkeit, die Identifikationsdaten unabhängig auf zubewahren. Folglich läßt sich die Menge an wiederhergestellten Bilddaten vermindern, während die Verschlechterung der Bildqualität der wiederhergestellten Bilddaten minimiert ist.
Wenngleich die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und veranschaulicht worden ist, versteht sich von selbst, daß dies nur der Veranschaulichung und als Beispiel dienen soll und nicht einschränkend zu verstehen ist, wobei die vorliegende Erfindung nur durch den Inhalt der beigefügten Ansprüche beschränkt wird.

Claims

1. Verfahren zur Komprimierung von Bilddaten, welche ein Bild beschreiben, das in Blöcke (Bvh) unterteilt ist, wobei jeder Block eine Anzahl von Pixeln enthält, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte des

(a) Ausführens einer orthogonalen Transformation auf dem Block von Bilddaten, um so eine Koeffiziententabelle (FT) zu gewinnen, welche Koeffizienten einer Folge von orthogonalen Funktionen enthält, die die Bilddaten für jeden Block angeben, und

(b) Codierens der Koeffizienten der Koeffiziententabelle zur Gewinnung komprimierter Bilddaten aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Codierungsschritt die Schritte des (b-1) Erstellens einer Anzahl von Codetabellengruppen, wobei jede Gruppe aus einer Anzahl von Codetabellen (CT) besteht, wobei jede Codetabelle definiert ist zur Bestimmung, welche der Koeffizienten der Koeffiziententabelle für eine weitere Codierung auszuwählen sind, wobei die Anzahl der durch die Codetabellen ausgewählten Koeffizienten die gleiche in jeder Codetabellengruppe, aber zwischen den einzelnen Codetabellengruppen verschieden ist,

(b-2) Gewinnens eines statistischen Wertes (u), welcher eine Verteilung der Bilddaten in jedem Block darstellt,

(b-3) Vergleichens des statistischen Wertes mit Schwellenwerten ( &sub1;, &sub2;, &sub3;), die für die Codetabellengruppen festgelegt sind, um eine der Codetabellengruppen auszuwählen, die die Anzahl effektiver Codes hat, die dem statistischen Wert entspricht,

(b-4) Berechnens einer Summe betreffender Absolutwerte der Koeffizienten, die durch jede Codetabelle ausgewählt werden, die in der einen der Codetabellengruppen enthalten ist, um so eine Anzahl von Summen für betreffende Codetabellen, die in der einen der Codetabellengruppen enthalten sind, zu gewinnen,

(b-5) Vergleichens der Anzahl von Summen miteinander zur Bestimmung einer der Anzahl von Codetabellen, welche das Maximum der Anzahl von Summen liefert, um so eine am meisten relevante Codetabelle, die für die Codierung der Koeffizienten der Koeffiziententabelle am meisten relevant ist, in der einen von Codetabellengruppen auszuwählen, und

(b-6) Anwendens der am meisten relevanten Codetabelle auf die Koeffiziententabelle zur Codierung der Koeffizienten der Koeffiziententabelle, um so komprimierte Bilddaten (Df) zu gewinnen, aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei

die Koeffizienten der Koeffiziententabelle (FT) mittels digitaler Daten ausgedrückt werden und betreffende Codeelemente der Codetabelle (CT) ferner betreffende Anzahlen effektiver Stellen für die betreffenden gültigen Koeffizienten bezeichnen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (b-6) den Schritt des

Hinzufügens einer Gruppennummer der einen Codetabellengruppe zu den komprimierten Bilddaten aufweist.

4. Vorrichtung (AP) zum Komprimieren von Bilddaten, die ein Bild beschreiben, welches in Blöcke (Bvh) unterteilt ist, wobei jeder Block eine Anzahl von Pixeln enthält, wobei die Vorrichtung

(a) Mittel (8) zum Durchführen einer orthogonalen Transformation auf den Blöcken (Bvh) von Bilddaten, um so eine Koeffiziententabelle (FT) zu gewinnen, welche Koeffizienten einer Folge von orthogonalen Funktionen enthält, die die Bilddaten für jeden Block angeben, und

(b) Mittel zum Codieren der Koeffizienten der Koeffiziententabelle zur Gewinnung komprirnierter Bilddaten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiermittel

(b-1) Mittel zum Erstellen einer Anzahl von Codetabellengruppen, wobei jede Gruppe aus einer Anzahl von Codetabellen (CT) besteht, wobei jede Codetabelle definiert ist zur Bestimmung, welche der Koeffizienten der Koeffiziententabelle fur eine weitere Codierung auszuwählen sind, wobei die Anzahl der durch die Codetabellen ausgewählten Koeffizienten die gleiche in jeder Codetabellengruppe, aber verschieden zwischen den einzelnen Codetabellengruppen ist,

(b-2) Mittel (14) zur Gewinnung eines statistischen Wertes ((7), welcher eine Verteilung der Bilddaten in jedem Block darstellt,

(b-3) Mittel (15) zum Vergleichen des statistischen Werts mit Schwellenwerten ( &sub1;, &sub2;, &sub3;), welche für die Codetabellengruppen festgelegt sind, um eine der Codetabellengruppen mit der Anzahl effektiver Codes auszuwählen, die dem statistischen Wert entspricht,

(b-4) Mittel (10) zum Berechnen einer Summe betreffender Absolutwerte der Koeffizienten, die durch jede Codetabelle ausgewählt werden, die in der einen der Codetabellengruppen enthalten ist, um so eine Anzahl von Summen für die betreffenden Codetabellen, die in der einen der Codetabellengruppen enthalten sind, zu gewinnen,

(b-5) Mittel (10) zum Vergleichen der Anzahl von Summen miteinander zur Bestimmung einer der Anzahl von Codetabellen, welche das Maximum der Anzahl von Summen liefert, um so eine am meisten relevante Codetabelle, die für eine Codierung der Koeffizienten der Koeffiziententabelle am meisten relevant ist, in der einen von Codetabellengruppen auszuwählen, und

(b-6) Mittel (10) zum Anwenden der am meisten relevanten Codetabelle auf die Koeffiziententabelle zur Codierung der Koeffizienten der Koeffiziententabelle, um so komprimierte Bilddaten (Df) zu erhalten, aufweisen.