JP2006049994A - 画情報の算術符号化装置及び画情報の算術復号化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 入力する画像の水平方向と垂直方向の比を変更する縦横比変更手段と、周囲画素情報毎に注目画素の予測画素を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素を出力する予測画素記憶手段と、周囲画素情報毎に予測画素の出現確率を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素の出現確率を出力する予測確率記憶手段と、予測画素、注目画素、予測画素の出現確率を元に算術符号化を行う算術符号化手段とを少なくとも有し、入力される画像の特性を利用して、入力画像の縦横比を変更し、変更後の画像に対して注目画素の周囲画素情報から注目画素の予測画素を予測画素記憶手段から、同時にその出現確率を予測確率記憶手段から決定し、該予測画素の出現確率を元に注目画素の算術符号化を行い、必要であれば記憶している予測画素及び予測確率を変更する画情報の算術符号化装置。
【選択図】 図3
Description
またデータ圧縮方式として有名なものには、従来からファクシミリで使われているMH、MR、MMR符号化方式がある。これらはいずれもテキスト画像においては高い圧縮率で符号化が可能であるが、写真画像のような中間調処理した画像においてはほとんど圧縮できないという問題がある。
これに対し、どんな画像に対しても効率良く圧縮できる符号化方式として、算術符号化方式に代表されるエントロピー符号化方式がある。算術符号化方式の代表例としてはファクシミリの通信規格を決定しているITU−T及び国際標準化機構であるISOで標準化されたJBIG方式があり、ほぼ理論的に圧縮できる限界値に近い圧縮率で符号化が可能である。
JBIGで採用されている算術符号化方式はQM−Coderと呼ばれるもので、代表的な減算型算術符号化方式である。算術符号化方式は注目画素を予測して符号化するものであり、予測的中率が高いと圧縮率も向上する。しかし、その反面、予測的中率が悪いと圧縮率は低下する。
予測的中率を左右するのは算術符号化方式においてはテンプレートと呼ばれる予測器であり、通常、論理的なものをベースとして実験で最適化していく。テンプレートは対象となる画像の性質を反映して決定するので、対象画像の性質が変わった場合には、変更する必要があり、それを行わないと、圧縮率が低下するという問題が発生する。
JBIG方式に採用されているQM−Coderに代表される算術符号化方式は、画素が優勢シンボルまたは劣性シンボルであるかを判定して符号化を行う。その際、注目シンボル(シンボル:画像の場合には画素と同等)を予測し、予測したシンボルの出現確率を利用する。これらは符号化を行いながら統計的な情報を元に適応的に変化(更新)させ、より正確な予測シンボル、出現確率に近似させる(いわば学習しているようなもの)。
算術符号に関した従来技術として例えば以下の特許文献1がある。
例えば、300dpi画像に対して作成されたテンプレートを600dpi画像に適用すると、相対的に参照できる画素間の距離が変わるために、期待したとおりの性能を出せなくなってしまう問題がある。特に高解像度画像において顕著となる。これを解決するためにはテンプレートの形状を変更して周囲画素の参照位置を変更することが考えられるが、参照画素数が多い場合には非常に複雑になってしまうという問題につながる。
本発明は、上記問題を解決するもので、入力される画像の特性を利用して、入力画像の縦横比を変更し、どちらか一方向の参照画素間距離をテンプレートの想定画素間距離(設計値)と同じにすることとし、テンプレートの参照画素位置を変更することなく、同じ符号化方式を適用できる画情報の算術符号化装置を提供することを第1の目的とする。
また、上記の画情報の算術符号化装置で符号化された符号列から正確に元の画像を再現することが可能な画情報の算術復号化装置を提供することを第2の目的とする。
請求項2記載の発明は、入力する画像の水平方向と垂直方向の比を変更する縦横比変更手段と、該縦横比変更手段で変更された画像における注目画素の周囲画素状態を抽出する周囲画素情報決定手段と、該周囲画素情報決定手段で決定された周囲画素情報毎に注目画素の予測画素を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素を出力する予測画素記憶手段と、前記周囲画素情報決定手段で決定された周囲画素情報毎に予測画素の出現確率を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素の出現確率を出力する予測確率記憶手段と、該予測画素記憶手段で決定された予測画素と注目画素との結果を元に予測画素記憶手段で記憶されている予測画素を変更制御する予測画素制御手段と、前記予測画素記憶手段で決定された予測画素と注目画素との結果を元に予測確率記憶手段により記憶されている予測確率を変更制御する予測確率制御手段と、前記予測画素記憶手段で決定された予測画素と注目画素、前記予測確率記憶手段で決定された予測画素の出現確率とを元に算術符号化を行う算術符号化手段とを有し、入力される画像の特性を利用して、前記縦横比変更手段により入力画像の縦横比を変更し、前記予測画素記憶手段により変更後の画像に対して注目画素の周囲画素情報から注目画素の予測画素を決定し、前記予測確率記憶手段により同時に予測画素の出現確率を決定し、前記算術符号化手段により前記予測画素の出現確率を元に注目画素の算術符号化を行い、必要であれば記憶している予測画素及び予測確率を変更することを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1、2の画情報の算術符号化装置において、前記縦横比変更手段は、水平方向サンプル数を大きく、垂直方向サンプル数を少なくすることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項3の画情報の算術符号化装置において、前記縦横比変更手段は、前記周囲画素情報決定手段で想定した解像度m(参照画素間距離)と、実際に入力される解像度nとの比(n/m)に最も近い整数kを求め、水平方向サンプル数を元のサイズのk倍に、垂直方向サンプル数を(1/k)倍にすることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかの画情報の算術符号化装置において、作成される符号には、縦横比に関する情報が挿入されている画情報の算術符号化装置を主要な特徴とする。
また、水平方向サンプル数を多く、垂直方向サンプル数を少なくすることで縦横比を変えるので、データ並べ替え等の複雑な処理を必要なく、垂直方向の参照画素間距離をテンプレートの想定画素間距離(設計値)と同じにすることができ、簡単で高効率な符号化が可能となる。
また、テンプレートの想定した解像度と実際に入力される画像の解像度から縦横比を変え、その際、水平方向サンプル数を元のサンプル数の整数倍とするので、複雑な処理が必要なく、垂直方向の参照画素間距離をテンプレートの想定画素間距離(設計値)と同じにすることができ、簡単で高効率な符号化が可能となる。
また、作成される符号中に縦横比に関する情報(例えば、元の解像度情報と変更後の解像度情報、もしくは元の縦横比と変更後の縦横比、等)を挿入することで、復号側で誤り無く画像の再生が可能になる。
また、本発明の符号化装置で符号化された符号列から正確に元の画像を再現することが可能となる。
図1は本発明に係る画情報の算術符号化装置及び画情報の算術復号化装置を適用したファクシミリのブロック図である。
送信(符号化)側において、画像読取部101でCCDイメージセンサ等を用いて原稿を読み取り、続く画像処理部102で送信データを適切なデータにするために処理を行い、最後に符号化部103において符号化を行って生成された符号を伝送路へ送出する。
一方、受信(復号)側で画像を再生するときは、符号化データを復号部104により復号し、画像処理部105で出力装置に適した画像処理を行い、プロッター等の画像出力部106に出力することでハードコピーを得る。なお、画像処理部102、105で行われる処理の例としては、2値画像においては解像度変換、サイズ変換等があり、カラーを含めた多値画像においては色(色成分)変換、解像度変換、サイズ変換等が挙げられる。
符号化部103、復号部104で使われる符号化方式の例として、2値画像を対象とするものではファクシミリで使われているMH、MR、MMR方式や算術符号を用いたJBIG方式があり、多値画像を対象とするものでは適応離散コサイン変換を用いたJPEG方式、Wavelet変換を用いたJPEG2000方式がある。
図2は算術符号化方式の1つであるQM−Coderの基本ブロック図である。なお、QM−CoderはJBIG方式で採用されている算術符号化方式である。
QM−Coderはまずテンプレート201で符号化対象となる画素の周囲画素情報を作成し、その後テンプレート201で作成された周囲画素情報から注目画素の予測確率を確率評価器202で決定し、決定された予測確率を元に算術符号器203で算術符号化を行う。なお、確率評価器202では予測確率をより正確なものにするために算術符号器203からの情報を元に確率を更新する処理を行う。
また、本画情報の算術符号化装置は、周囲画素情報決定手段302で決定された周囲画素情報毎に予測画素の出現確率を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素の出現確率を出力する予測確率記憶手段304、予測画素記憶手段303で決定された予測画素と注目画素、予測確率記憶手段304で決定された予測画素の出現確率を元に算術符号化を行う算術符号化手段305を備える。
また、本画情報の算術符号化装置は、予測画素記憶手段303で決定された予測画素と注目画素との結果を元に予測画素記憶手段303で記憶されている予測画素を変更制御する予測画素制御手段306、予測画素記憶手段303で決定された予測画素と注目画素との結果を元に予測確率記憶手段304で記憶されている予測確率を変更制御する予測確率制御手段307を備える。
変更された画像(変更されない場合もある)に対して、注目画素が周囲画素情報決定手段302に入力され、すでに記憶している周囲画素情報と注目画素との位置関係から、注目画素の周囲画素情報が決定される。周囲画素情報の作成例としては図4に示すように、‘×’で表される注目画素に対して‘○’で表される周囲画素の状態を情報とする方法が挙げられる。
周囲画素情報が作成されると、続いてその周囲画素情報に対応した注目画素の予測画素値及び予測登場確率が各々予測画素記憶手段303、予測確率記憶手段304から導き出される。予測画素値、予測登場確率、注目画素値が決定すると、それらは算術符号化手段305に入力され、算術符号化を行って符号が作成、出力される。注目画素の符号化が完了すると、予測画素制御手段306、予測確率制御手段307によって、必要であれば予測画素及び予測確率の変更を行う。
予測画素の変更方法の一例としては、予測画素と注目画素が一定回数以上、不一致が起こった際に予測画素を変更する方法が挙げられる。同様に、予測登場確率の変更方法の一例としては、予測画素と注目画素が不一致の場合には、予測登場確率を低く、そうでない場合には高くする方法が挙げられる。
シンボル系列‘0100’を例に、図5を使って算術符号化の概念を説明する。まず第1シンボルの符号化時には全区間が‘0’と‘1’のシンボル生起確率の比に従ってA(0)とA(1)に分割され、‘0’の発生により区間A(0)が選択される。
次に、第2シンボルの符号化の際にはその状態における両シンボルの生起確率比によってA(0)がさらに分割され、発生シンボル系列に対応する区間としてA(01)が選択される。このような分割と選択の処理の繰り返しにより符号化が進んでいくものである。一方、復号では符号化と全く逆の処理を行い、符号が示す2進小数を元にシンボルを再生するものである。
ここで重要なのは、シンボルの符号化を行う際の数直線の幅であり、この数直線の幅が符号化開始時と復号化開始時とで一致しないとシンボルを正確に再現できなくなってしまうということである。普通はこの数直線の幅を符号化側と復号側で1としている。
縦横比の変更の仕方であるが、入力画像がライン順次の画素並びになっている場合においては、請求項3に示す発明のように、水平方向サンプル数を大きく、垂直方向サンプル数を少なくする変更であれば、データを並べ替えのための作業領域を必要とすることなく、簡単に縦横比の変更が可能になる(図6参照)。
また、請求項4に示す発明のように、周囲画素情報決定手段で想定した解像度m(参照画素間距離)と、実際に入力される解像度nとの比(n/m)に最も近い整数kを求め、水平方向サンプル数を元のサイズのk倍に、垂直方向サンプル数を(1/k)倍にすることで、テンプレートの想定した解像度と実際に入力される画像の解像度から縦横比を変える際に、水平方向サンプル数を元のサンプル数の整数倍とするので、複雑な処理が必要なく、垂直方向の参照画素間距離をテンプレートの想定画素間距離(設計値)と同じにすることができる。テンプレートは周囲画素の相関を利用したものであるため、特に解像度の影響を受けやすい。
図7に示すように、例えば、300dpi画像におけるa、bの位置の画素は、600dpi画像では(a+b)/2、(c+d)/2の位置の画素に相当する。よって、本来のテンプレートが持っているb位置の意味がなくなってしまう。しかし、請求項4の発明を適用すれば、この問題も解決できる。
請求項に示す発明における符号化装置が出力する符号の一例について図8のブロック図を用いて説明する。本発明の符号化装置で出力する符号には、縦横比を変更した識別情報を、画像の属性を表す領域に挿入する。これにより、復号側で変更された縦横比を認識することができるため、正確な画像再生を保証できる。なお、例では画像の属性情報中に識別符号を挿入してあるが、符号情報中であっても構わない。
また、本画情報の算術復号化装置は、周囲画素情報決定手段901で決定された周囲画素情報毎に予測画素の出現確率を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素の出現確率を出力する予測確率記憶手段903、予測画素の出現確率と予測画素値を元に算術復号を行う算術復号手段904を備える。
また、本画情報の算術復号化装置は、予測画素記憶手段902で決定された予測画素と復号された注目画素との結果を元に予測画素記憶手段902で記憶されている予測画素を変更制御する予測画素制御手段905、予測画素記憶手段902で決定された予測画素と復号された注目画素との結果を元に予測確率記憶手段903で記憶されている予測確率を変更制御する予測確率制御手段906、入力される画像の水平方向と垂直方向の比を変更して画像を出力する縦横比変更手段907を備える。
次にその動作について説明する。まず復号される注目画素位置の情報が周囲画素情報決定手段901に入力され、注目画素位置の周囲画素情報が作成される。周囲画素情報が作成されると、続いてその周囲画素情報に対応した注目画素の予測画素値及び予測登場確率が各々予測画素記憶手段902、予測確率記憶手段903から導き出される。決定された予測画素値と予測出現確率、入力される符号情報を利用して、算術復号手段904で復号を行い、画情報を再生する。
画情報の復号後、必要であれば予測画素制御手段905及び予測確率制御手段906により、各々、予測画素値及び予測登場確率の変更が行われる。変更方法は符号化時と同様である必要があり、その例としては、請求項1、2の発明で説明した通りである。復号後の画像は縦横比変更手段907によって、符号中に挿入された縦横比に関する情報を元に、元の画像を再現する。
本発明によれば、符号化側で任意に縦横比を変更しても、符号中からそれを判断して復号後の画像の縦横比を変更できるので、誤り無く画像の再生が可能となる。
302 周囲画素情報決定手段
303 予測画素記憶手段
304 予測確率記憶手段
305 算術符号化手段
306 予測画素制御手段
307 予測確率制御手段
Claims (6)
- 入力する画像の水平方向と垂直方向の比を変更する縦横比変更手段と、周囲画素情報毎に注目画素の予測画素を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素を出力する予測画素記憶手段と、周囲画素情報毎に予測画素の出現確率を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素の出現確率を出力する予測確率記憶手段と、予測画素、注目画素、予測画素の出現確率を元に算術符号化を行う算術符号化手段とを少なくとも有し、
入力される画像の特性を利用して、前記縦横比変更手段により入力画像の縦横比を変更し、前記予測画素記憶手段により変更後の画像に対して注目画素の周囲画素情報から注目画素の予測画素を決定し、予測確率記憶手段により同時に予測画素の出現確率を決定し、前記算術符号化手段により前記予測画素の出現確率を元に注目画素の算術符号化を行い、必要であれば記憶している予測画素及び予測確率を変更することを特徴とする画情報の算術符号化装置。 - 入力する画像の水平方向と垂直方向の比を変更する縦横比変更手段と、該縦横比変更手段で変更された画像における注目画素の周囲画素状態を抽出する周囲画素情報決定手段と、該周囲画素情報決定手段で決定された周囲画素情報毎に注目画素の予測画素を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素を出力する予測画素記憶手段と、前記周囲画素情報決定手段で決定された周囲画素情報毎に予測画素の出現確率を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素の出現確率を出力する予測確率記憶手段と、該予測画素記憶手段で決定された予測画素と注目画素との結果を元に予測画素記憶手段で記憶されている予測画素を変更制御する予測画素制御手段と、前記予測画素記憶手段で決定された予測画素と注目画素との結果を元に予測確率記憶手段により記憶されている予測確率を変更制御する予測確率制御手段と、前記予測画素記憶手段で決定された予測画素と注目画素、前記予測確率記憶手段で決定された予測画素の出現確率とを元に算術符号化を行う算術符号化手段とを有し、
入力される画像の特性を利用して、前記縦横比変更手段により入力画像の縦横比を変更し、前記予測画素記憶手段により変更後の画像に対して注目画素の周囲画素情報から注目画素の予測画素を決定し、前記予測確率記憶手段により同時に予測画素の出現確率を決定し、前記算術符号化手段により前記予測画素の出現確率を元に注目画素の算術符号化を行い、必要であれば記憶している予測画素及び予測確率を変更することを特徴とする画情報の算術符号化装置。 - 請求項1、2の画情報の算術符号化装置において、前記縦横比変更手段は、水平方向サンプル数を大きく、垂直方向サンプル数を少なくすることを特徴とする画情報の算術符号化装置。
- 請求項3の画情報の算術符号化装置において、前記縦横比変更手段は、前記周囲画素情報決定手段で想定した解像度m(参照画素間距離)と、実際に入力される解像度nとの比(n/m)に最も近い整数kを求め、水平方向サンプル数を元のサイズのk倍に、垂直方向サンプル数を(1/k)倍にすることを特徴とする画情報の算術符号化装置。
- 請求項1ないし4のいずれかの画情報の算術符号化装置において、作成される符号には、縦横比に関する情報が挿入されていることを特徴とする画情報の算術符号化装置。
- 請求項1、2に記載の画情報の算術符号化装置で作成される符号を復号して画像を再生する画情報の算術復号化装置において、復号対象画素の周囲画素状態を抽出する周囲画素情報決定手段と、該周囲画素情報決定手段で決定された周囲画素情報毎に注目画素の予測画素を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素を出力する予測画素記憶手段と、前記周囲画素情報決定手段で決定された周囲画素情報毎に予測画素の出現確率を記憶し、周囲画素情報に対応する予測画素の出現確率を出力する予測確率記憶手段と、前記予測画素の出現確率と予測画素を元に算術復号を行う算術復号手段と、前記予測画素記憶手段で決定された予測画素と復号された注目画素との結果を元に予測画素記憶手段で記憶されている予測画素を変更制御する予測画素制御手段と、前記予測画素決定手段で決定された予測画素と復号された注目画素との結果を元に予測確率記憶手段で記憶されている予測確率を変更制御する予測確率制御手段と、入力される画像の水平方向と垂直方向の比を変更して画像を出力する縦横比変更手段とを有し、
復号対象画素の周囲画素情報から対象画素の予測画素を予測するのと同時にその出現確率を求め、与えられた符号から縦横比が変更されている場合には出力する画像の縦横比を変更して画像を再生することを特徴とする画情報の算術復号化装置。
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