JP3119373B2

JP3119373B2 - 画像符号化装置

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Publication number: JP3119373B2
Application number: JP03090747A
Authority: JP
Inventors: 正吉田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 2000-12-18
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: JPH04322562A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、写真等の多値画像及び
文字等の２値画像を効率良く符号化する画像符号化装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からカラー静止画像符号化方式に関
して様々な提案がなされている。また、対象となるカラ
ー静止画像を大別すると以下の２つになる。

【０００３】赤、緑、青、シアン、マゼンタ、黄、
白、黒の８色を２値で扱う２値カラー画像赤、緑、青を例えば各２５６階調により１６７０万色
を表示する多値カラー画像

【０００４】２値カラー画像符号化方式としては、現在
ファクシミリ等で用いられている可変長符号化方式であ
るモディファイドハフマン方式を各色ごとに用いる方式
が考えられている。

【０００５】またその他の方法として、周囲画素から符
号化画素を予測する予測符号化方式も提案されている。

【０００６】これらの方法は、可逆符号化の分類に入
り、符号化・復号化におけるデータ保存がなされてい
る。

【０００７】一方、多値カラー画像符号化方式として
は、ＲＧＢ各８ｂｉｔ信号を輝度・色差信号に変換した
後に、直交変換（離散コサイン変換）を行った係数値を
線形量子化し、この量子化値を可変長符号化する方式が
提案されている。この方式は基本的には画像の空間周波
数の低周波側を残し、高周波側をカットして、画像デー
タを削減する方式である。

【０００８】この方法は、非可逆符号化方式になり、圧
縮率と画質劣化がトレード・オフの関係にある。

【０００９】また、圧縮率と画質のトレードオフを利用
した多値カラー画像の階層的符号化が考えられている。

【００１０】この方法は多値画像をサブサンプリング等
により縮小した画像を量子化した後符号化し、低解像階
層画像とし、原画像と、低解像画像を復号したものとの
差分画像を量子化したのち符号化し、高解像階層画像と
する方法である。階層数はサブサンプリングのレベルに
応じて多くとることもある。この方法は、データ量の少
ない低解像画像を先に符号化するため画像の早期把握が
可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、上記従来
例によって、カラー文章中にカラー写真がはめ込まれて
いるようなカラー文書画像を符号化する場合。

【００１２】２値カラー方式では、カラー文章部は圧
縮率を上げて符号化できても、カラー写真部の諧調性あ
る画像を効率よく符号化できない。

【００１３】多値カラー方式では、圧縮率を上げてい
くと、画像の高周波成分が大きくカットされ文字等のエ
ッジ部の画質劣化が目立ってくるので、文章に対して
は、写真部ほどの高圧縮率は期待できない。などの問題
点がある。

【００１４】また多値カラー画像の階層的符号化を用い
て低解像画像部の圧縮率を上げることも考えられるが、
やはり、カラー文書、あるいはエッジ部を多く含んだ画
像については画質劣化が大きく、全体画像の早期把握に
問題が残る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術に
鑑みてなされたものであり、エッジ画像が混入する原画
像を符号化する際に、エッジ画像の画質を劣化させるこ
と無く、できるだけ高圧縮率で符号化することを主な目
的とする。

【００１６】特に、上記目的を達成するために上記エッ
ジ画像と他の差分画像とに分離して符号化する様にし、
その際に、この差分画像の性質を考慮した効率良い符号
化を行うことを目的とする。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【実施例】以下、本発明を好ましい実施例を用いて説明
する。

【００２０】図１は本発明を適用した符号部の実施例構
成である。

【００２１】画像メモリ２０には、図示しない例えばカ
ラースキャナ等のカラー静止画像入力手段から入力され
たフルカラー画像を表わす赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）各８ｂｉｔ多値のカラー画像信号が記憶されてい
る。

【００２２】画像メモリ２０から読出された各色の多値
カラー画像信号１００は、２値化回路２１で各色毎に２
値化処理を施されてＲ、Ｇ、Ｂ各１ｂｉｔの２値カラー
信号に変換される。

【００２３】また、多値カラー画像信号１００はブロッ
クエッジ判定部１９によりブロック毎にそのブロックが
エッジ部か否かを判定している。本実施例においては画
像８×８をブロック単位として、エッジ部か非エッジ部
かの判定を行っている。

【００２４】２値化回路２１で２値化された信号はブロ
ック毎にセレクタ部２８によりマスク信号１２１により
マスクされる。

【００２５】すなわち、ブロックエッジ判定部１９によ
りエッジ部と判定されたブロックはブロック判定信号１
１１により２値化信号１０１が選択される。また、非エ
ッージ部と判定されたブロックについてはマスク信号０
が選択される。したがって２値化画像のうちエッジ画像
のみが１０２を介し２値画像メモリ２２へ各色別に記憶
される。

【００２６】２値メモリ２２から読出された２値カラー
信号は、２値カラー信号符号化用の符号器Ａで符号化処
理され、符号語１０５を出力する。この符号器Ａにより
符号化処理が第１の符号化処理である。

【００２７】次に、画像メモリ２０から、前述の第１の
符号化処理がなされたと同じカラー画像信号を読出す。

【００２８】このカラー信号は第１の符号化により符号
化された２値エッジ画像以外の部分を符号化するための
ものである。

【００２９】２値エッジ画像はセレクタ部１０２からレ
ベル変換部２９へ入力される。ここで、２値信号は０．
１から０．２５５（８ビット）に変換される。

【００３０】レベル変換された２値画像１０４は差分器
２３により多値カラー信号１１２との差分がとられ、差
分多値Ｒ、Ｇ、Ｂ信号１０７となる。

【００３１】次に、色変換部２７によりＲＧＢ信号から
輝度・色差信号１０８に変換される。この変換には一般
的に以下の式が用いられている。

【００３２】Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１１４ＢＣｒ＝０．７１３（Ｒ−Ｙ）Ｃｂ＝０．５６４（Ｂ−Ｙ）ただし、ここで示したＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙ、Ｃｒ、Ｃｂは規
格化した値である。

【００３３】色変換された差分多値ＹＣｒＣｂ信号１０
８は差分多値メモリ２４に格納された後符号化される。

【００３４】本実施例では、この差分多値ＹＣｒＣｂ信
号を更に階層的に符号化する。まずローパスフィルタ２
８により差分多値ＹＣｒＣｂ信号が平滑化され、符号器
Ｂ２６により符号化される。

【００３５】ローパスフィルタ２８は、たとえば図２で
示されるフィルタ係数を用いる。実際のフィルタリング
では各係数は規格化されたものすなわち１／３６倍され
たもので行われる。

【００３６】符号化Ｂ２６による符号化処理が第２の符
号化処理であり符号語１０６を生成する。また階層符号
化処理のため第２の符号語１０６は符号器Ｂ２６と逆変
換である復号器Ｂ３０により復号され差分多値ＹＣｒＣ
ｂ信号１１４に復号される。

【００３７】次に逆色変換３６により、差分多値ＲＧＢ
信号を復元できる。この変換は前述の式１の逆変換を行
えばよい。

【００３８】逆変換された差分多値ＲＧＢ信号１２０は
逆差分器３１により差分多値ＲＧＢ信号１２０と２値カ
ラー信号１１５が合成された圧縮画像として復号され
る。この画像は第１の符号語１０５と第２の符号語１０
６を階層的ＲＧＢ画像に復元したものである。

【００３９】このＲＧＢ復元画像１１７は再び色変換３
３によりＹＣｒＣｂ復元画像１１８に変換される。この
変換は同様に式１である。

【００４０】また、一方画像メモリ２０に格納されてい
る原画像信号１００も同様に色変換３４によりＹＣｒＣ
ｂ原画像信号１１６に色変換される。

【００４１】ＹＣｒＣｂ原画像信号１１６とＹＣｒＣｂ
差分復元画像信号１１８は減算器３５により原画像から
差分復元画像を減算する計算が行われ、原画差分画像信
号１１９を生成し、符号器Ｂ３２により第３の符号化処
理が行われ、第３の符号語１１０を作成する。

【００４２】ここで符号器Ｂ３２と符号器Ｂ２６は同符
号化処理である。また第３の符号化処理は第１、第２の
符号化処理と原画像の差分であり第３階層符号化であ
る。

【００４３】ブロックエッジ判定部１９においては、本
実施例では以下の判定を用いている。図３（ａ）はその
一例を示したものである。

【００４４】ブロック毎に（本実施例では８×８画素を
１ブロックとするがブロックの単位はこれに限らない）
エッジの検出をＲＧＢそれぞれについて行う。このエッ
ジの検出法として、図３（ａ）では、ブロック中の最大
値ＭａｘＬと最小値ＭｉｎＳの差、Ｐ＝Ｌ−Ｓを求め、
Ｐがある一定値（Ｔ＝７０、但し全体レベルを２値とす
る）以上ならばエッジが存在するという方法である。

【００４５】また、図３（ｂ）のような方法を用いても
実現できる。

【００４６】図３（ｂ）では８×８ブロック毎にＤＣＴ
変換を行い、変換された係数のうちＤＣをのぞくＡＣ部
分の絶対値の和を求める。Ｓが一定値以上であればエッ
ジ部と判定する。

【００４７】この方法においてＡＣ係数の和は斜線部分
であるが、このうち一部の係数のみを用いても判定可能
である。

【００４８】図４は、画像メモリ２０から読出された多
値カラー画像信号Ｍと２値エッジ画像Ｂと差分多値画像
Ｓの関係を示したものである。

【００４９】本実施例では８×８画素ブロック単位にエ
ッジ判定を行っているが図４は８×８画素ブロックを一
次元的にみた場合の例である。エッジであると判定され
たブロックについては多値カラー画像信号Ｍはスレッシ
ョルドＴＨで２値化されレベル変換（０．２５５）され
たものが２値エッジ画像Ｂである。

【００５０】差分多値画像Ｓは、ＭとＢの差分の絶対値
をとったもの、すなわち、Ｓ＝｜Ｍ−Ｂ｜により得られ
る。

【００５１】本実施例においては差分絶対値をとった
が、これは負の差分をさけるためである。図４（ｃ）に
おいて、斜線部分がこの部分である。結果として高周波
成分を含んだ２値エッジ画像Ｂと低周波成分の差分多値
画像に分割でできる。

【００５２】尚、２値化のスレッショルドＴＨはＴＨ＞
１２８（８ビットの場合）が好ましい。小さいと差分多
値画像に高周波が残りやすいためである。

【００５３】本実施例の差分方式は図１の差分器２３に
適用されている。また、図１の逆差分器３１は差分絶対
値処理と逆の処理、すなわちＭ＝｜Ｓ−Ｂ｜を計算する
ことで、多値カラー画像信号を復元できる。

【００５４】図５は本発明を適用した復号部の実施例の
構成である。

【００５５】２値カラー画像の符号語１０５は復号器Ａ
４０で各色毎にドットイメージに復元され２値メモリ４
３に記憶される。このドットイメージは図１の２値メモ
リ２２に格納された２値信号を完全に対応する。

【００５６】復号されたデータは第１階層の２値画像１
５０を形成する。

【００５７】次に第２階層の差分多値カラー画像の符号
語１０６は復号器Ｂ４１でコンポーネント信号ＹＣｒＣ
ｂ信号に復元される。

【００５８】ＹＣｒＣｂ信号は１５４を介し逆色変換部
４４によりＲＧＢ差分信号に変換される。ＲＧＢ差分信
号１５５と２値メモリ４３に格納してある第１階層の２
値画像１５０は、逆差分器４６により減算されて第２階
層の多値復元画像１５１を形成する。

【００５９】さらに、第３階層の差分多値カラー画像の
符号語１１０も同様に復号器Ｂ４２によりＹＣｒＣｂ信
号に復号される。

【００６０】この差分信号１５７は、第２階層復号画像
１５１を色変換部４５によりコンポーネント信号ＹＣｒ
Ｃｂに変換された信号と加算器４８により合成され、第
３階層の復号画像ＹＣｒＣｂが形成される。このＹＣｒ
Ｃｂ信号は逆変換部４７によりＲＧＢ信号を形成し、第
３階層の復号画像１５２が得られる。

【００６１】本実施例では以下のような階層符号化が実
現できる。すなわち第１段階にデータ量は少ないが画像
の特徴（エッジ）を抽出した２値カラー画像を完全復元
型のエレトロピ符号化により符号化送信し、受信側で第
１段階のみを復号し、表示することによって受信した画
像の比較的画質の良い全体画像が早期に把握できる。

【００６２】次に第２段階において、原画像と２値カラ
ーの差分多値画像をスムージング処理等により低周波成
分のみの画像とし、低周波画像の符号化に効率の良いＤ
ＣＴハフマン符号化等を用い圧縮効率を上げている。

【００６３】更に第３段階で原画像と第２段階画像との
差分多値画像を同様にＤＣＴハフマン符号化等により所
望の圧縮率、画質の画像を符号化できる。

【００６４】本実施例の差分多値画像は、周知の種々の
ブロック符号化により符号化できる。本実施例では８×
８画素ブロック毎にＤＣＴ変換し、変換係数をハフマン
符号化する方式をとっている。

【００６５】図６（Ｂ）は本実施例における差分多値画
像の符号器の例を示している。

【００６６】図１の符号器Ｂ２６および３２に入力され
る画像信号は式（１）により色変換された信号ＹＣｒＣ
ｂである。この信号は図６（Ｂ）の符号器Ｂ１１０に入
力され直交変換部４５６に入力される。

【００６７】直交変換回路４５６では離散コサイン変換
により８×８画素ブロック毎に画像を周波数ごとの変換
係数（強度）に変換する。図７に示した変換係数は、や
はり８×８のブロックになっており、変換値に１から６
４の番号をつける。５００で示す係数番号１が直流成分
を示している。また、５０１、５０２で示す係数番号
２、３…は交流成分を示しており、番号が大きくなるに
従って低周波から高周波への交流成分を示すことにな
る。

【００６８】変換係数信号４０１は線形量子化器４５７
で例えば、８ビットに量子化される。この線形量子化器
４５７は、直流および低周波の量子化ステップは細か
く、高周波の量子化ステップは粗くとるように量子化ス
テップが決められている。

【００６９】ハフマン符号化部４６２においては、直流
成分（図７の係数番号１）と交流成分（係数番号２〜６
４）はそれぞれ別々に符号化される。また、これら符号
化はＹ，Ｃｒ，Ｃｂの順でそれぞれ直流成分、交流成分
がハフマン符号化される。

【００７０】直流成分については前ブロックの直流成分
との差分にハフマン符号を割りあてるＤＰＣＭハフマン
符号を用いている。

【００７１】また、交流成分についてはブロック毎に係
数番号２〜６４を図７のようにジグザグにスキャンし、
係数が０であるラインと次の係数値の統計によりハフマ
ン符号を割りあてる方法である。

【００７２】以上のようにして差分多値画像は符号化さ
れ出力１０６を得る。

【００７３】復号器Ｂ（図５の４１、４２）について
は、図６（Ｂ）の符号器Ｂの逆の変換を行うことにより
容易に復号できる。すなわち、直流成分、交流成分のハ
フマン符号を復号し、ＤＣＴ係数を８×８画素ブロック
毎に構成した後逆ＤＣＴ変換を行えば復号できる。

【００７４】図１の符号器Ａ２５の詳細を図６（Ａ）に
示す。本実施例では動的算術符号を実施しているが、算
術符号においては符号化、復号化とも同様な処理を行っ
ているため符号部の詳細のみを説明する。

【００７５】図１の２値メモリ２２から読出された符号
化する画像の２値データはＲ，Ｇ，Ｂ画素順に図６
（Ａ）の予測状態決定回路４５０に入る。

【００７６】予測状態決定回路４５０は、注目画素に関
して、その周囲符号化済画素から構成される予測状態信
号Ｓ２０６を出力する。また、Ｓ１１６と同期した符号
化画素データＸ２１７を出力し、両信号は動的算術符号
器４５３に入力され符号化される。

【００７７】図８は予測状態決定回路４５０のブロック
図であり、図９は状態予測のために参照される各色別の
画素位置を示す。

【００７８】即ち、図９（ａ）は符号化第１色目（本実
施例ではＲ）の参照画素を示しており、＊で示した符号
化画素の周囲の符号化済の７画素を参照することを表わ
している。

【００７９】また、図９（ｂ）は符号化第２色目（本実
施例ではＧ）の参照画素を示しており、（ａ）と同様の
７画素および第１色の同位置の画素のあわせて８画素を
参照することを表わしている。

【００８０】また、図９（ｃ）は第３色（本実施例では
Ｂ）の参照画素を示しており、（ａ）と同様の７画素お
よび第１色および第２色の同位置の各画素のあわせて９
画素を参照することを表わしている。

【００８１】図８の構成では、図９（ａ）〜（ｃ）に示
す各色毎の参照画素位置の複数画素を参照することによ
り、各色毎の状態を決定する。以下、図８の動作を説明
する。

【００８２】Ｒ，Ｇ，Ｂ各１ｂｉｔからなる３ｂｉｔ信
号である信号１０３は、ＲＧＢデータ２００〜２０２と
して、ラッチ群６７〜６９に入力されるとともに、ライ
ンメモリ６１、６２、６３にも入力され、ラインメモリ
６１〜６３により１ライン遅延したＲＧＢデータが保持
される。またラッチ６７ａ〜６７ｈ、ラッチ６８ａ〜６
８ｈ及びラッチ６９ａ〜６９ｈには、１画素クロック毎
に遅延されたデータが保持される。

【００８３】ラッチ群６７においてラインメモリ６１の
出力が入力されるラッチ６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６７
ｄおよびラインメモリ６１の出力により符号化ラインの
前ライン上の５画素のデータが参照できることになる。
また、ラッチ６７ｇ，６７ｈの出力により、符号化ライ
ン上の符号化済２画素が参照できることになる。これら
７画素のデータを合わせて符号化第１色であるＲの状態
決定用の参照画素信号２１０とする。また、ラッチ６７
ｆからは符号化画素のＲのデータ２１１が他色Ｇ，Ｂの
状態決定用に出力される。

【００８４】このラッチ群６７と同じ構成のラッチ群６
８，６９がデータＧ２０１及びＢ２０２に対して設けら
れており、これらラッチ群６８，６９からは夫々、ラッ
チ群６７と同様の７画素のデータが参照画素信号２１
２，２１４として出力される。

【００８５】また、ラッチ群６８中のラッチ６８ｆから
符号化画素のＧのデータ２１３がＢの状態決定用に出力
される。

【００８６】セレクタ６４においてはＲＧＢの各色デー
タの出力に対応した色を示す２ビットのカラー指示信号
２１９に応じて参照画素信号を切り換える。即ち、カラ
ー指示信号２１９がＲの時は、参照画素信号２１０と零
信号２ｂｉｔを選択する。また、Ｇの時は参照画素信号
２１２およびＲ信号２１２と零信号１ｂｉｔが選択され
る。また、Ｂの時は参照画素信号２１４およびＲ信号２
１１、Ｇ信号２１３が選択される。

【００８７】この９ｂｉｔの選択信号２１５と２ｂｉｔ
のカラー指示信号２１９はパッキング回路６５により、
１１ｂｉｔの信号にまとめられて状態信号Ｓ２０６にな
る。従って、状態信号Ｓ₁は符号化すべき画素の色と周
囲の状態を示し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対して２⁷，２⁸，２
⁹個の状態を示す。

【００８８】また、セレクタ６４からは周囲画素の状態
信号Ｓ２０６に同期して符号化すべき画素信号Ｘ２１７
が出力される。

【００８９】図１０は図６（Ａ）の動的符号器４５３の
ブロック図である。

【００９０】図１０の説明の前に、本実施例で用いた算
術符号について説明する。

【００９１】従来から知られている様に、算術符号は、
入力信号列を小数２進数で表わされる符号になるように
算術演算により符号形成がなされる方法である。この方
法はＬａｎｇｄｏｎおよびＲｉｓｓａｎｅｎらによる文
献“ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＢｌａｃｋ／Ｗｈｉ
ｔｅＩｍａｇｅｓＷｉｔｈＡｒｉｔｈｍｅｔｉｃ
Ｃｏｄｉｎｇ”，ＩＥＥＥＴｒａｎＣｏｍ．ＣＯ
Ｍ−２９、６、（１９８１．６）等に発表されている。
この文献によるとすでに符号化した入力信号列をＳ、劣
勢シンボル（ＬＰＳ）の出る確率をｑ、演算レジスタＡ
ｕｇｅｎｄをＡ（Ｓ）、符号レジスタをＣ（Ｓ）とした
時に、入力信号ごとに以下の算術演算を行なう。

【００９２】Ａ（Ｓ１）＝Ａ（Ｓ）×ｑ≒Ａ（Ｓ）×２^-Q…（１）Ａ（Ｓ０）＝〈Ａ（Ｓ）−Ａ（Ｓ１）〉_l…（２）〈〉_lは有効桁ｌｂｉｔで打ち切りを表すＣ（Ｓ０）＝Ｃ（Ｓ）…（３）Ｃ（Ｓ１）＝Ｃ（Ｓ）＋Ａ（Ｓ０）…（４）

【００９３】ここで、符号化データが優勢シンボル（Ｍ
ＰＳ：上の例では０）の場合はＡ（Ｓ０）、Ｃ（Ｓ０）
を次のデータの符号化に使う。また劣勢シンボル（ＬＰ
Ｓ：上の例では１）の場合は、Ａ（Ｓ１）、Ｃ（Ｓ１）
を次のデータの符号化に使う。

【００９４】新しいＡの値は２^s倍（Ｓは０以上の整
数）され、０．５＜Ａ＜１．０の範囲におさめられる。
この処理は、ハードウエアでは演算レジスタＡをＳ回シ
フトすることに相当する。符号レジスタＣに対しても同
じ回数のシフトが行なわれ、シフトアウトされた信号が
符号となる。以上の処理を繰り返し符号形成がなされ
る。

【００９５】また、（１）の式で示したようにＬＰＳの
出現確率ｑを２のべき乗（２^-Q：Ｑは正整数）で近似す
ることにより、乗算計算をシフト演算に置き換えてい
る。この近似をさらによくするためにｑを、例えば
（５）式の如くの２のべき乗の多項式で近似している。
この近似により効率最悪点の改善が行なわれている。

【００９６】ｑ≒２^-Q1＋２^-Q2…（５）

【００９７】また、算術符号は符号化データ毎にＱの値
を切換えることが可能なことから確率推定部を符号化と
分離することができる。

【００９８】本実施例では前述のように符号化を行ない
ながら確率を推定していく動的な方法をとっている。

【００９９】以上の算術符号を行なう図６（Ａ）の符号
器４５３のブロック図の説明を行なう。

【０１００】図６（Ａ）の予測状態決定回路４５０から
の状態信号Ｓ２０６は、図１０のカウンタメモリ７３、
符号化条件メモリ７４に入力される。

【０１０１】符号化条件メモリ７４には、状態信号Ｓ２
０６で表わされる各状態毎に、出現しやすいシンボルで
ある優勢シンボルＭＰＳ３０８と、後述する算術符号の
ＬＰＳの出現確率を含む符号化条件を示すインデックス
１３０７が記憶されている。

【０１０２】符号化条件メモリ７４から符号化すべき画
像の色および状態に応じて読み出されたＭＰＳ３０８は
予測変換回路７７に入力され、予測変換回路７７では図
６の予測状態決定回路４５０からのシリアル画素信号Ｘ
２１７がＭＰＳ３０８と一致した時に０となるＹＮ信号
３０１を作る。

【０１０３】ＹＮ信号３０１は更新回路７５に入力さ
れ、更新回路７５では、ＹＮ信号が０の時に、カウンタ
メモリ７３に記憶されているカウント値のうち対応する
状態のカウントをインクリメントする。そして、カウン
タメモリ７３に記憶されているカウント値Ｃ３０６がカ
ウントテーブルＲＯＭ７２からの設定値ＭＣ３０５に一
致したならば、インデックスＩ３０７が大きくなる方向
（ＬＰＳの出現確率ｑが小さくなる方向）に更新する
（ＭＰＳの反転は行なわない。）。

【０１０４】尚、カウントテーブルＲＯＭ７２は、ＬＰ
Ｓの出現確率ｑを表わすインデックスＩに対応して決め
られている第１表で示したＭＰＳの数ＭＣ３０５を更新
回路７５に供給する。

【０１０５】また、更新回路７５では、ＭＰＳ３０８と
画素信号Ｘ２１７が不一致の場合、即ち、予測変換回路
７７からのＹＮ信号が１の時はインデックスＩ３０７が
小さくなる方向（ＬＰＳの出現確率ｑが大きくなる方
向）に更新する。また、インデックスが１の時に値が０
のＹＮ信号が来ると、ＭＰＳを反転（０→１または１→
０）する処理を行なう。更新回路７５の出力Ｉ′３０
９、ＭＰＳ′３１０は更新後のインデックスの値であ
り、符号化条件メモリ７４に再記憶される。

【０１０６】符号化パラメータ決定回路７６では、イン
デックスＩ３０７の値に基づいて算術符号の符号化パラ
メータＱ３１１を算術符号器７８にセットする。この算
術符号器７８では、予測変換回路７７からのＹＮ信号３
０１をパラメータＱ３１１を用いて算術符号化し符号３
０２を得る。

【０１０７】尚、符号化条件メモリ７４に初期値を与え
ておき、Ｉ、ＭＰＳを更新しないようにすることによ
り、静的な符号化が容易に実現できる。

【０１０８】図１１は予測変換回路７７のブロック図で
ある。シリアル画素信号Ｘ２１７とＭＰＳ３０８がＥＸ
−ＯＲ回路７９に入力され、表２の論理式に従ってシリ
アル画素信号Ｘ２１７とＭＰＳ３０８が一致したときに
０、不一致のときに１となるＹＮ信号３０１が出力され
る。

【０１０９】図１２は、更新回路７５のブロック図であ
る。ＹＮ信号３０１が０の時、カウンタメモリ７３から
のカウント値Ｃ３０６が加算器８１で＋１インクリメン
トされ、信号Ｃ′３１２になる。この値は比較器８３で
カウントテーブルＲＯＭ７２からのＭＣ３０５と比較さ
れ、Ｃ′の値がＭＣの値に一致したならば、更新信号Ｕ
ＰＡ３１３を１にセットする。

【０１１０】またＹＮ信号３０１は更新信号ＵＰＢ３１
４となり、ＵＰＡ、ＵＰＢはインデックス変更回路８５
に入る。また、ＵＰＡとＵＰＢはＯＲ回路８７で論理Ｏ
Ｒがとられ、ＯＲ回路８７の出力信号３１５はセレクタ
８２の切換え信号となる。

【０１１１】セレクタ８２では信号３１５が１の時はカ
ウンタメモリ７３の値をリセットするため０信号３１９
を選び、それ以外は加算器８１の出力信号Ｃ′３１２を
選びカウンタ更新信号Ｃ″３１６として出力し、これを
カウンタメモリ７３に記憶させる。従って、シリアル画
素信号Ｘ１１５とＭＰＳ３０８が不一致の場合、および
一致状態が所定回連続した場合に、カウンタメモリ７３
のカウント値がリセットされる。

【０１１２】インデックス変更回路８５には、インデッ
クスの更新きざみを制御する信号ｄ３１７（標準的には
ｄ＝１）とＵＰＡ３１３、ＵＰＢ３１４および符号化条
件メモリ７４から現在のインデックスＩ３０７が入力さ
れている。

【０１１３】表３はインデックス変更回路８５における
インデックス更新方法を示すテーブルである（表３には
更新きざみがｄ＝１とｄ＝２の場合を示している。）。
このテーブルを現在のインデックスＩ、更新きざみ条件
ｄ、ＵＰＡ、ＵＰＢで参照することにより更新したイン
デックスＩ′を決定する。

【０１１４】また、Ｉ＝１でＵＰＢ＝１（シリアル画素
信号Ｘ１１５とＭＰＳ３０８が不一致の場合）の時はＥ
Ｘ信号３１８をセットする。ＥＸ信号３１８が１の時に
反転器８６では現在のＭＰＳ３０８のシンボルを反転さ
せ（０→１又は１→０）、更新ＭＰＳ′３１０を得る。
また、ＥＸ信号が０のときはＭＰＳ′は変化させない。

【０１１５】更新されたＩ′３０９およびＭＰＳ′３１
０は符号化条件メモリ７４に記憶され、次の処理用のイ
ンデックスＩおよびＭＰＳとして用いられる。尚、表３
に示した更新法は、ＲＯＭなどによりテーブルでも構成
できるし、加減算器を使ってロジックで構成することも
可能である。

【０１１６】以上の如く、２のべき乗の多項式で近似し
たＬＰＳの出現確率ｑを表わすインデックスＩの値に応
じて定められたＭＰＳの数分のＭＰＳが発生したときに
は、インデックスＩをｄ加算し、算術符号に用いるＬＰ
Ｓの出現確率ｑを小さくせしめ、一方、ＬＰＳが発生し
たときには、インデックスＩをｄ減算し、算術符号に用
いるＬＰＳの出現確率ｑを大きくせしめる。また、更に
ＬＰＳの出現確率ｑが０．５を表わす状態（インデック
スＩが１の状態）においてＬＰＳが発生した場合は、Ｍ
ＰＳを反転する。

【０１１７】この様に、入力画像に適応的にインデック
スＩおよびＭＰＳを更新することにより、符号化効率の
良い算術符号化が達成できる。

【０１１８】図１３は本実施例で用いる算術符号の符号
化効率曲線である。以下、インデックスＩの値を小文字
ｉで示す。この曲線はＬＰＳの出現確率をｑ、符号化時
での近似確率ｑ_eiとした時に式（６）で示される。そし
て、ＬＰＳの出現確率ｑの値の大きい方から小さい方
へ、順次インデックスＩを１、２、３、…と付与する。

【０１１９】

【数１】ここで、分子はエントロピであり、ｑ_eiは式（７）で示
される値である。

【０１２０】ｑ_ei＝ｑ₁＋ｑ₂…（７）ｑ₁、ｑ₂の値は２のべき乗の多項近似の値で第４表で与
えられている。例えば（８）〜（１０）で示される。

【０１２１】ｑ_ei′＝２^-1…（８）ｑ_e2′＝２^-1 −２^-4…（９）ｑ_e3′＝２^-2＋２^-3…（１０）となり、この確率において効率ηが１．０になるピーク
点となるｑ_eiを以降実効確率と呼ぶ。また効率曲線の交
点を境界確率ｑ_biと呼び、この確率を境に隣の実効確率
を使って符号化するほうが効率が向上することは明らか
である。

【０１２２】本実施例では、式（５）で示したように２
つの項で近似できる確率から第４表に示した実効確率ｑ
_eiを選んでいる。また、第４表のＱ₁、Ｑ₂、Ｑ₃は算術
符号器７８に送るパラメータＱ_c３１１である。即ち、
Ｑ₁、Ｑ₂はシフトレジスタへ与えるシフト量であり、こ
のシフト演算により２のべき乗計算を行なっている。ま
た、Ｑ₃は第２項めの係数を示し、＋、−の切換えを行
なう。

【０１２３】表１のＭＣの値は、以下のように決定して
いる。

【０１２４】即ち、ＬＰＳの数をＮ_L、ＭＰＳの数をＮ_M
とした時、ＬＰＳの発生確率は式（１１）で与えられ
る。

【０１２５】

【数２】この式をＮ_Mで解くと式（１２）になる。

【０１２６】Ｎ_M＝「Ｎ_L（１／ｑ−１）」…（１２）ただし「ｘ」は小数点以下の切り上げを表わす。式（１
２）におけるｑに図１３に示したｑ_biを与えることによ
り、そこでの優勢シンボル（ＭＰＳ）の数Ｎ_Miが計算さ
れる。従って、ＭＣ波式（１３）から計算される。

【０１２７】ＭＣｉ＝Ｎ_Mi+1−Ｎ_Mi…（１３）

【０１２８】表１のＭＣの値は式（１１）、（１２）、
（１３）からＮ_L＝２として計算したものである。

【０１２９】この様に、図１３の如くの各境界確率ｑ_bi
に基づいて各インデックスＩに対応した優勢シンボルＭ
ＰＳの数Ｎ_Miを求め、隣り合ったインデックス間の優勢
シンボルＮ_Mの差を各インデックスＩに対応するＭＣと
する。

【０１３０】そして、このＭＣの値と発生する優勢シン
ボルＭＰＳの数を前述の如く比較し、ＭＣの値と優勢シ
ンボルＭＰＳの数が一致したならば、その状態は隣のイ
ンデックスＩを用いた符号化が適した状態と判断して、
インデックスＩを変更する。これによって、優勢シンボ
ルＭＰＳの発生数を基にして良好なタイミングでインデ
ックスＩの変更がなされ、且つ、最適なインデックスＩ
を用いた符号化を適応的に達成できる。

【０１３１】図１４は算術符号器７８のブロック図であ
る。

【０１３２】符号パラメータ決定回路７６で決められた
コントロール信号Ｑ３１１（表４）のうちシフトレジス
タＡ９０にＱ₁を、シフトレジスタＢ９１にＱ₂、セレク
タ９２にＱ₃が入力される。Ｑ₁、Ｑ₂は夫々シフトレジ
スタＡ、Ｂに対してＡｕｇｅｎｄ信号であるＡ_S３２３
を何ｂｉｔ右にシフトするかを指示する。シフトされた
結果が出力信号３３０、３３１となる。

【０１３３】信号３３１は、反転器９６により補数がと
られ、セレクタ９２はコントロール信号Ｑ₃により信号
３３１又は反転器９６の出力信号を選択し、出力信号３
３２を得る。加算器９３ではシフトレジスタＡ９０から
の信号３２２とセレクタ９２からの信号３３２の加算が
行われ、Ａ_S1信号３２４が出力される。減算器９４で
は、Ａ_S信号３２３からＡ_S1信号３２４を減算し、Ａ_S0
信号３２５を得る。

【０１３４】セレクタ９５ではＡ_S0信号３２５とＡ_S1信
号３２４のいずれかをＹＮ信号３０１により選択する。
即ちＹＮ信号が１の時はＡ_S0信号が、また、ＹＮ信号が
０の時はＡ_S1信号がＡ′信号３２６になる。

【０１３５】シフト回路８９ではＡ′信号のＭＳＢが１
になるまで左へシフトする処理が行われ、このシフトに
よりＡ_S′信号３２７が得られる。このシフトの回数に
相当するシフト信号３３２は、コードレジスタ９９に入
り、コードレジスタ９９からはシフト回数に相当する数
のｂｉｔがＭＳＢから順番に出力され符号データ３３０
になる。

【０１３６】符号データ３３０は、図示しないｂｉｔ処
理方法にて、ｂｉｔ１の連続が有限個内になるように処
理され、復号器側に伝送されることになる。

【０１３７】また、コードレジスタ９９の内容ＣＲ３２
８は加算器で９７でＡ_S0信号３２５と加算され、セレク
ト９８に入る。また、Ａ_S0信号３２５にの加算されてい
ない信号ＣＲ３２８もセレクタ９８に入り、ＹＮ信号３
０１が１の時はＣＲ′＝ＣＲ、ＹＮ信号が０の時はＣ
Ｒ′＝ＣＲ＋Ａ_S0となるＣＲ′信号３２９として出力さ
れる。コードレジスタ９９に関して前述したシフト処理
はＣＲ′信号に対しても行う。

【０１３８】以上説明したように、多値カラー信号をブ
ロック毎にエッジ部であるか否かを判定しエッジ部であ
るブロックについて２値化後動的算術符号により情報保
存符号化を行い、文字、線画等のエッジ部の２値カラー
については劣化の少ないシャープな画像を高圧縮率で実
現できる。

【０１３９】さらに、カラー写真等エッジ部の少ない多
値カラーについては原画からエッジ部の２値画像をさし
引いた差分画像すなわち低周波画像を階層的にＤＣＴハ
フマン符号化することにより高圧縮率の符号化が可能と
なる。

【０１４０】また、２値カラー画像、多値カラー画像と
も画質劣化が少なく、かつ高圧縮率を実現すると同時
に、階層的符号化における早期伝送画像の特徴であるエ
ッジ等を保存することにより全体画像の早期把握を実現
するものである。

【０１４１】

【表１】

【０１４２】

【表２】

【０１４３】

【表３】

【０１４４】

【発明の効果】以上説明した様に本発明の画像符号化装
置によれば、原画像からエッジ画像を表す２値信号を生
成する第１生成手段と、前記２値信号を２値符号化する
第１段階符号化手段と、前記原画像と前記エッジ画像と
の差分を表す差分多値信号を生成する第２生成手段と、
前記差分多値信号に平滑化処理を施す平滑化手段と、前
記平滑化処理で得られた平滑化信号を多値符号化する第
２段階符号化手段と、前記平滑化信号及びエッジ画像に
基づいて復元される画像と、前記原画像との差分に基づ
く補間信号を生成する第３生成手段と、前記補間信号を
多値符号化する第３段階符号化手段とを備えるようにし
たので、エッジ画像が混入する原画像を符号化する際
に、エッジ画像の画質を劣化させること無く、できるだ
け高圧縮率で符号化することができる。また本発明によ
れば、上記エッジ画像と他の差分画像（差分多値信号）
とに分離して符号化する際に、上記他の差分画像にはエ
ッジが発生しやすいことを考慮し、この差分画像に一旦
平滑化処理して第２段階符号化を行う様にすると共に、
別の更なる補間信号を符号化出力する様にしたので、第
２段階の符号化効率が非常に良好になり、復号化側では
上記第２段階までの符号化データからなる画像の概略を
早期に知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】符号化部のブロック図である。

【図２】ローパスフィルタの例を示す図である。

【図３】ブロックエッジの判定例を示す図である。

【図４】差分器の動作例を示す図である。

【図５】復号化部のブロック図である。

【図６】符号器のブロック図である。

【図７】変換係数を示す図である。

【図８】状態予測決定回路のブロック図である。

【図９】参照画素位置を示すブロック図である。

【図１０】動的符号器のブロック図である。

【図１１】予測変換回路のブロック図である。

【図１２】更新回路のブロック図である。

【図１３】符号化効率曲線を示す図である。

【図１４】算術符号器のブロック図である。

【符号の説明】

２０画像メモリ２１２値化回路２５符号器Ａ２３差分器２６符号器Ｂ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原画像からエッジ画像を表す２値信号を
生成する第１生成手段と、前記２値信号を２値符号化する第１段階符号化手段と、前記原画像と前記エッジ画像との差分を表す差分多値信
号を生成する第２生成手段と、前記差分多値信号に平滑化処理を施す平滑化手段と、前記平滑化処理で得られた平滑化信号を多値符号化する
第２段階符号化手段と、前記平滑化信号及びエッジ画像に基づいて復元される画
像と、前記原画像との差分に基づく補間信号を生成する
第３生成手段と、前記補間信号を多値符号化する第３段階符号化手段とを
有することを特徴とする画像符号化装置。
【請求項２】前記第２段階符号化は、前記平滑化信号
を直交変換し、変換係数を量子化した後、符号化するこ
とを特徴とする請求項１に記載の画像符号化装置。
【請求項３】前記第３段階符号化は、前記補間信号を
直交変換し、変換係数を量子化した後、符号化すること
を特徴とする請求項１に記載の画像符号化装置。
【請求項４】前記第１段階符号化は、前記２値信号を
算術符号化することを特徴とする請求項１に記載の画像
符号化装置。