JPH082083B2

JPH082083B2 - 多値画像のブロック符号化装置

Info

Publication number: JPH082083B2
Application number: JP62142501A
Authority: JP
Inventors: 茂吉田; 忠松田; 文隆安部; 宏越智; 誠小林; 久茨木; 敏南; 納中村
Original assignee: Fujitsu Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Fujitsu Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-06-08
Filing date: 1987-06-08
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPS63305672A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕本発明は、多値画像を複数画素で構成されるブロック
に分割し、該ブロック内の最大階調値と最小階調値の差
分を閾値と比較して、ブロック内の代表階調値を求めて
多値画像をブロック毎に符号化する符号化方式におい
て、前記閾値を前記ブロック内の階調値の空間分布に応
じて設定することで、ノイズの符号化量を低減しつつ階
調差の小さいエッジ部分の復元を可能にした。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、多値画像のブロック符号化方式に係り、特
に、ノイズの符号化量を低減しつつ階調差の小さいエッ
ジ部分の復元を可能にできる多値画像のブロック符号化
方式に関する。

数値データに比べて情報量が桁違いに大きい画像デー
タ、特に、中間調画像やカラーの画像のデータを蓄積
し、あるいは、高速、高品質で伝送するためには、画素
毎の階調値を高能率に符号化する必要がある。

〔従来の技術〕

従来、上記の課題を解決するための手段として、既に
ブロック符号化方式が以下に示す通り提案されている。

（１）電子情報通信学会論文誌 1987年１月号,Vol.J70−B,No.1 「濃淡画像の差分適応ブロック符号化」（２）画像電子学会研究予稿 86-02-05 「濃淡画像の多階調型ブロック符号化」（３）電子情報通信学会昭和62年総合全国大会予稿 1359 「カラー画像の可変ブロックサイズ符号化方式」これらの方式は、多値画像を、隣接する所定の複数画
素からなるブロックに分割し、このブロック内の画情報
を、そのブロックを代表する少数の階調（階調成分）
と、そのブロック内において上記の代表階調がどのよう
に配置されているかを示す情報（分解能成分）によって
表し、符号化する方式である。上記（１），（２），
（３）の方式は、ブロックを表現する代表階調数の与え
方と、代表階調値の求め方が異なる。

以下では、画像信号が256階調（8bit/画素）で、４×
４画素にブロックをとった場合について説明する。

（１）の方式この方式は、画像をｍ×ｍ画素の大きさのブロックに
分割してブロック内の最大階調値と最小階調値の間を2ⁿ
レベルに線形量子化し、これをビットプレーン形式で伝
送するものである。

画像情報を基準レベル、差分値、分解能成分（ビット
プレーン情報）の３成分に分けることを特徴とする。

ｍ＝4,n＝２の場合について説明すると、各ブロック
の階調値の最大値L_maxと最小値L_minの間を第６図に示す
ように等分割する。

L_A，L_D，P_i，Q_jは次式で与えられる。

基準レベル：L_A＝（L_max＋L_min）/2 … 差分値：L_D＝（L_max−L_min/2 … 濃淡画像では、階調変化の小さいブロック程、少ない
階調数で近似表現し得る。

そこで、第７図に示すように、L_Dを閾値T₁，T₂と比較
し、ブロック内の階調変化の大きさに応じて、1,2、４
階調で近似表現する。

最大４階調（階調成分）を用いるため、ブロック内で
階調を指定するには、画素毎に最大2bitの情報（分解能
成分）が必要である。2bitの分解能成分Φ₁，Φ₂はそれ
ぞれビットプレーン形式で符号化される。

（２）の方式この方式は、画像をｍ×ｍ画素のブロックに分割した
後、ブロック内の最大値と最小値の大きさに応じて1,2,
3・・・と階調数を与え、非線形量子化し、これをビッ
トプレーン形式で伝送するものである。

ブロック内の表示階調数を閾値T₁，T₂・・・と比較し
て決定するのは同様であるが、代表階調とその代表階調
の配置を、例えば、Ｋ平均アルゴリズムを用いて決定
し、代表階調を非等間隔にとることを特徴とする。

第８図に４階調Q₁，Q₂，Q₃，Q₄を表す場合の例を示
す。

（３）の方式この方法は、画像をｍ×ｍ画素のブロックに分割した
後、ブロック内の階調X_ijを次式により３つのモードに
分けて代表階調を求め近似表現している。

１階調表現:MAX｛X_ij｝−MIN｛X_ij｝≦T₁ １≦i,j≦ｍ … 多階調表現：上記以外か、且つ，又は以外の条件
のときただし、MAX｛・｝,MIN｛・｝は最大値，最小値を表
わし、はそれぞれ平均値より大きい階調と、平均値より小さい
階調を表す。

代表階調として、１階調表現の時は平均値、２階調表
現の時はの平均値、多階調表現の時は1/2サブサンプリングした
後、予測誤差信号を３ビット非線形量子化（DPCM）を適
用する。

T₁，T₂は閾値であり、この方式では、T₁として第９図
に示すように、ブロック平均値により可変の閾値T₁を用
いることと、同一階調数のブロックが隣接するとき、そ
れらのブロックの領域が所定の形状に含まれる場合に限
り、領域統合し、複数個のブロックを接続した領域を、
少数の階調で近似表現することを特徴とする。

また、上記の方式とは別に、雑音が乗った画像のよう
な特性を持つ網点写真をブロック符号化するとき、圧縮
率を向上させるため、前処理法が次の文献で提案されて
いる。

・電子情報通信学会論文誌 1987年２月号 Vol.No.J70−B,No.2 「網点写真の識別処理方法」この方法では、短い周期で白黒が変化する網点領域の
識別を次の手順で行なっている。

第10図に識別処理のフローを示す。

（１）画像信号をＮ×Ｎ画像からなるブロックに分割
する。

（２）ブロック内画信号の最大レベルMAXLと最小レベ
ルMINLを求める。

（３）予め定められた基準値Ｐと比較して、以下の判
定を行なう。

MAXL−MINL＜Ｐであれば、非網点ブロックと判定す
る。

MAXL−MINL≧Ｐであれば、（４）以下の処理を行な
う。

（４）ブロック内画信号の平均値で、各画素を２値化
する。

（５）ブロック内の主走査方向に連続する画素間で発
生する0/1変化の回数K_Hを求める。

また、同様に副走査方向についても0/1変化の回数K_V
を求める。

（６）予め定められた基準値Ｔと比較して、以下の判
定を行なう。

K_H≧ＴかつK_V≧Ｔであれば、網点ブロックと判定す
る。

K_H＜ＴまたはK_V＜Ｔであれば、非網点ブロックと判
定する。

そして、網点領域と判定されたブロックには、網点構
造を除去するため、３×３画素のマスクの平滑化フィル
タをかけていた。

そして、平滑化処理がされたブロックに対して符号化
処理していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術のブロック符号化方法においては、ブロック
に割り当てる代表階調数を、単にブロック内の階調レベ
ル差に応じて与えていたため、雑音とエッジの区別がで
きず、雑音を含む画像では、階調差の小さいエッジまで
再現しようとすると、符号量が増大するという問題があ
った。

更に、上記（１），（２）の符号化方式では、代表階
調を固定閾値T₁，T₂と比較して決定するため、階調変化
の小さなエッジや模様を低い符号量で再現することが難
しかった。

これに対して上記（３）の符号化方式では、可変閾値
を用いるため、中間のレベルの平均階調を持つブロック
では、階調差の小さいエッジも再現することができた。
しかし、雑音を含む画像では、符号量が増大するという
問題があった。

また、従来の網点写真の識別処理方法におていは、網
点画像を符号化するとき圧縮率を高めるのに有効であっ
た。しかし、通常の自然画像では、雑音のある領域が網
点ブロック、エッジのあるブロック非網点ブロックに対
応させても、網点ブロックを平滑化するだけでなく、分
解能成分が劣化し、良好な画像が得られなかった。

本発明の目的は、前述した従来の問題に鑑み、ノイズ
の符号化量を低減しつつ階調差の小さいエッジ部分の復
元を可能にできる多値画像のブロック符号化方式を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そして、この目的は、複数の画素からなるブロックに
分割された多値画像の該ブロック内の最大階調値と最小
階調値とを求める手段と、該ブロック内の最大階調値と
最小階調値との差分と、予め定められた閾値とを比較し
て、該ブロック内の代表階調数を求める手段と、該代表
階調数に基づいて、前記最大階調値と最小階調値との範
囲内を量子化して代表階調値を求める手段と、該ブロッ
ク内の代表階調値の分布範囲を示す差分値と、該分布範
囲内に設定される基準値と、該ブロック内の各画素の階
調値が前記代表階調値のうちいずれの値であるかを示す
分解能成分とを算出する手段とを備え、前記算出した基
準値と、差分値と、分解能成分とをそれぞれ符号化し、
更に該ブロック内の階調値が、該ブロック内の画素の階
調値の平均値を横切る回数を算出する算出手段と、前記
算出手段の算出結果に応じて前記閾値を異なる値に設定
する閾値設定手段とを設け、該閾値に基づいて前記代表
階調値を求めて前記差分値及び分解能成分を算出するこ
とを特徴とする多値画像のブロック符号化装置により達
成される。

〔作用〕

すなわち、本発明にあっては、ブロック内の多値画像
の階調値の分布状態を識別することで、ブロック内の多
値画像がランダム雑音を有するものであるのか、または
構造的なエッジが存在するのかを判定し、そして、この
判定結果に応じて、代表階調値を定める閾値を可変して
いるので、意味のあるエッジを再現することが可能とな
り、且つ雑音の符号化を抑制することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る多値画像のブロック符号化方式
の実施例のブロック図である。

図において、端子１から入力された多値画像データ
は、バッファメモリ２に１ブロックライン分蓄積され、
そして、このバッファメモリ２より１ブロックずつ多値
画像データX_ijが読出される。

すなわち、第２図（ｂ）に示されるように原画像を４
×４画素で構成されるブロックに分割し、このうちの１
ブロック（第２図（ａ）に示す）の多値画像データX_ij
が順々に読出される。

階調値変化量検出部３は入力された多値画像データX
_ijから最大階調値L_maxと最小階調値L_minを検出して出力
する。

次に、空間分布測定部20を構成する中間値計算部４は
最大階調値及び最小階調値L_max，L_minに基づいて、中間
値（L_max＋L_min）/2を計算して出力する。例えば、ブロ
ック内の多値画像の階調値が第２図（ａ）に示すような
場合には、L_maxが「63」，L_minが「51」であるため、中
間値は、「57」となる。そして、２値化部５は、階調値
変化量検出部３からの多値画像データX_ijと中間値「5
7」とを比較してこの多値画像データX_ijを２値化する。
この２値化された結果を第３図に示す。２値化データ格
納部６は、この２値化されたデータλ_ijを１ブロック分
蓄積する。そして、変化回数計数部７は２値化データ格
納部６から２値化データλ_ijを水平方向と垂直方向に夫
々順々に読出して、夫々の“1",“0"の変化回数R₁及びR
₂を計数する。第３図に示す例では、水平方向の変化回
数R₁は「４」，垂直方向の変化回数R₂は「２」である。

このようにして、１ブロック内の空間分布を、ブロッ
ク内の“1",“0"の変化回数R₁とR₂を計数することで測
定する。

そして、閾値選択部８では、変化回数計数部７からの
計数結果R₁とR₂が入力され、この計数結果R₁とR₂が入力
され、この計数結果R₁とR₂を予め与えられた閾値Ｓと比
較することにより、R₁≧ＳかつR₂≧Ｓならば、代表階調
数判定の閾値T₁について、大きい値T_1Hを選択するよう
に階調数決定部９に指示する。

一方、R₁＜ＳまたはR₂＜Ｓならば、代表階調数判定の
閾値T₁について、小さい値T_1Lを選択するように階調数
決定部９に指示する。

つまり、両方向の変化回数がともに、所定の閾値Ｓよ
り大きい場合、そのブロックはランダム雑音を持つもの
と判定し、閾値T₁の値を大きくして、１階調量子化の発
生確率を高くする。逆にいずれか１方向でも回数が少な
い場合は、構造的なエッジがブロック内に存在するもの
と判定し、閾値T₁の値を小さくして、２階調量子化の発
生確率を高くするものである。

この方法は、下記のように定式化される。

λ_ij＝０ X_ij≧（L_max＋L_min）/2 λ_ij＝１ X_ij＜（L_max＋L_min）/2 thenT₁＝T_1H elseT₂＝T_1L（T_1H＞T_1L）次に、階調数決定部９では、階調変化量検出部３から
のブロック内最大階調値L_maxと最小階調値L_minに基づい
て、差分値L_max−L_minを求める。

そして、閾値選択部８よりの指示に基づいて選択した
代表階調数判定の閾値T₁と差分値とを比較し、代表階調
数を１にするか、または２以上をとるかを決定する。更
に、代表階調数が２以上と判定したときは、求めた差分
値を、予め与えられた第２の閾値T₂と比較し、代表階調
数が２か、あるいは４以上かを決定する。

続いて、代表階調値決定部10は、得られた代表階調数
に応じて、ブロック内の階調を線形量子化、または、非
線形量子化により求める。

つまり、代表階調数が「１」の場合には、第４図
（ａ）に示すように、ブロック内の平均値を求めてこの
値を代表階調値O₁とすると共に、基準値L_Aとする。そし
て、分解能成分Φ₁，Φ₂として第５図（ａ）に示すよう
に、夫々全画素に固定値「０」を割り当てる。

また、代表階調数が「２」の場合には、第４図（ｂ）
に示すように、まず、（最大階調L_max＋最小階調L_min）
÷２＝L_Mを中間値として求めると共に、次いで、中間値
L_M〜最大階調値L_maxの範囲内の階調値を有する各画素の
階調値の平均値と、同様に、中間値L_M〜最小階調値L_min
の範囲の平均値とを求め、夫々の平均値を、それぞれの
代表階調値P₁，P₂とすると共に、上記平均値間の差分値
L_Dを求める。基準値L_AはP₁，P₂の平均値（P₁＋P₂）/2と
して求める。

分解能成分は、第５図（ｂ）に示すように、Φ₂が全
画素にはおいて「０」となり、また、代表階調がP₁なら
ば、Φ₁＝0,代表階調がP₂ならば、Φ₁＝１となる。

更に、代表階調数が「４」の場合には、第４図（ｃ）
に示すように、まず、最大階調値L_maxと最小階調値L_min
の間を４等分し、最大階調値L_maxから1/4の範囲内の階
調値を有する画素の階調値の平均値と、同様にして、最
小階調値L_minから1/4の範囲内の階調値を有する画素の
階調値の平均値とを求める。そして、基準L_Aを両平均値
の平均値として求める。また、両平均値間の差分値L_Dを
求めると共に、両平均値間を３等分する。

このようにして求めた両平均値と平均値間に存在する
２つの等分値とを代表階調値とする。

代表階調値Q₁，Q₂，Q₃，Q₄は、第４図（ｃ）に示すよ
うに割り当てる。

一方、分解能成分は、第５図（ｃ）に示すように、代
表階調値がQ₁の場合、Φ₁＝0,Φ₂＝０、代表階調値がQ₂
の場合、Φ=₁，Φ₂＝０、代表階調値がQ₃の場合、Φ₁＝
1,Φ₂＝０、代表階調値がQ₄の場合、Φ₁＝1,Φ₂＝１と
なる。

以上の処理を行なうことで、ブロック内の代表階調
値、基準値、及び差分値を算出する。

そして、階調値格納部12は、このようにして求めた対
象ブロックの代表階調値を格納する。

比較部13は、対象ブロックの多値画像データX_ijを１
画素ずつ再度読出して階調値格納部12に格納された代表
階調値と比較し、最も誤差の小さい代表階調値に対応す
る分解能成分Φ₁，Φ₂を出力する。

この分解能成分Φ₁，Φ₂は夫々分解能成分格納バッフ
ァ14a,14bに格納される。

そして、このバッファ14a,14bの内容が符号化部15a,1
5bによって読出され、それぞれ公知のMMR符号化処理が
行なわれて冗長度を抑圧した後、分解能成分格納部16a,
16bに格納される。

一方、代表階調決定部10で得られた基準値L_A，差分値
L_Dは、符号発生部11a,11bによって可変長符号化されて
夫々バッファメモリ17a,17bに格納される。

そして、１画面の処理が終了すると、L_A，L_D，Φ₁，
Φ₂の符号化信号は夫々マルチプレクサ18を介して順次
選択して読出されて、上記の順で受信側へ送出される。

尚、本実施例においては、最大階調値L_maxと最小階調
値L_minの差分値をT₁と比較したが、比較する値は、差分
値である必要はなく、ブロック内の階調値の変化量を表
すものであればよく、例えば、線形量子化した２階調表
現の代表階調の差分値P₁−P₂を閾値T₂と比較するように
してもよい。

さらに、空間分布測定部においては、２値化の閾値と
して、最大階調値と最小階調値の平均値を用いたが、２
値化の閾値としては、これ以外にブロック内の全画素の
階調値の平均値を使用するようにしてもよい。

さらにまた、１階調量子化と２階調量子化を区別する
代表階調数判定の閾値T₁を空間分布測定結果に応じて変
化させるようにしているが、同様にT₂，T₃，・・・を変
化させることができる他、前記ブロック内の平均値によ
り閾値T₁を変化させるなど、他の判定と組合せてもよ
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ブロック毎に
階調値の空間分布を測定してブロック内の画素の階調値
の状態を判定することで、ブロック内の画素がランダム
雑音を有するのか、意味のあるエッジが存在するのかを
判定して、代表階調数に関する閾値を変化させているた
め、エッシの再現性が向上すると共に、雑音の符号化を
抑制することが可能となり、良好な画像を低い符号量で
伝送することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多値画像のブロック符号化方式の
実施例のブロック図、第２図は多値画像のブロック分割
の説明図、第３図は空間分布測定の説明図、第４図は代
表階調値の算出方法の説明図、第５図は分解能成分の説
明図、第６図は画信号の階調範囲の線形量子化の説明
図、第７図はブロック階調数と符号化情報の説明図、第
８図は画信号の階調範囲の非線形量子化の説明図、第９
図は可変閾値の説明図、第10図は網点ブロック識別方式
の処理フロー図である。図において、２はバッファメモリ、３は階調値変化量検
出部、８は閾値選択部、９は階調数決定部、10は代表階
調決定部、11は符号発生部、12は階調値格納部、13は比
較部、14は分解能成分格納バッファ、15は分解能成分符
号化部、16は分解能成分格納部、17はバッファメモリ、
18はマルチプレクサ、20は空間分布測定部である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安部文隆神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者越智宏神奈川県横須賀市武１丁目2356番地日本電信電話株式会社複合通信研究所内 (72)発明者小林誠神奈川県横須賀市武１丁目2356番地日本電信電話株式会社複合通信研究所内 (72)発明者茨木久神奈川県横須賀市武１丁目2356番地日本電信電話株式会社複合通信研究所内 (72)発明者南敏東京都東大和市清水３丁目861番地13 (72)発明者中村納東京都杉並区善福寺２丁目２番４号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素からなるブロックに分割された
多値画像の該ブロック内の最大階調値と最小階調値とを
求める手段と、該ブロック内の最大階調値と最小階調値との差分と、予
め定められた閾値とを比較して、該ブロック内の代表階
調数を求める手段と、該代表階調数に基づいて、前記最大階調値と最小階調値
との範囲内を量子化して代表階調値を求める手段と、該ブロック内の代表階調値の分布範囲を示す差分値と、
該分布範囲内に設定される基準値と、該ブロック内の各
画素の階調値が前記代表階調値のうちいずれの値である
かを示す分解能成分とを算出する手段と、を備え、前記算出した基準値と、差分値と、分解能成分とをそれ
ぞれ符号化する多値画像のブロック符号化装置であっ
て、更に、該ブロック内の階調値が、該ブロック内の画素の階調値
の平均値を横切る回数を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果に応じて前記閾値を異なる値に
設定する閾値設定手段と、を設け、該閾値に基づいて前記代表階調値を求めて前記
差分値及び分解能成分を算出することを特徴とする多値
画像のブロック符号化装置。
【請求項２】前記ブロック内の画素の階調値の平均値
は、該ブロック内の最大階調値と最小階調値との平均値
であることを特徴とする、特許請求の範囲（１）記載の
多値画像のブロック符号化装置。
【請求項３】前記ブロック内の画素の階調値の平均値
は、該ブロック内の全画素の階調値の平均値であること
を特徴とする、特許請求の範囲（１）記載の多値画像ブ
ロック符号化装置。