JPS6268369A - 画像符号化方式 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は画像情報の高能率圧縮符号化方式に係り、特に
？値画像と多階調画像とが混在した画急に適した画像符
号化方式に関する。

〔発明の技術的背蹟とその問題点〕

ファクシミリ等で使用される画像情報の高能率圧縮符号
化方式のなかで、ブロック符号化方式は文言のような２
値画像と写真のような多階調画像の両者に対応できる優
れた画像符号化方式として注目されている。

ブロック符号化方式の原理を第２Ｆを用いて説明する。

第２図（ａ）に示すように、原画像情報を例えば３Ｘ３
画素のブロックに分割し、そのブロック内の画素の平均
的な階調である閾値ｘＴを定める。この閾値Ｘ７と各画
素の階調（輝度レベル）　Ｘ　＋　　（ｉ−１，２，−
，９）とを比較して、ｘＴよりＸｌの方が大きい（Ｘ＋
≧ＸＴ）時φｉ−１゜×１の方が小さい時φｉ　−ｏと
定める。そして、階調が閾値Ｘ７より小の画素の平均階
調をとし、閾値Ｘ丁より大の画素の平均階調をと定める
。ａ、ｂをブロック代表諧調といい、ブロック内の各画
素の階調Ｘｉ　はこれらのブロック・代表階調ａ、ｂに
置換えられ、Ｘｉ’　となる。また、φＨ（ｉ＝１．２
．・・・、９）を分解能情報という。

これら代表階調情報ａ、ｂと分解能情報φ１とが適当な
符号化方式により伝送される。第２図（ａ）を具体的な
数値例で表わしたものが、第２図（ｂ）である。なお、
第２図（ｂ）の例では閾値×Ｔとしてブロック内の画素
の平均階調を用いている。

しかしながら、このブロック符号化方式は非多階調画像
の領域、つまり文書のような２値画像や写真の背景部分
等の領域においては、階調の連続的な変化はないにもか
かわらず、ブロック単位で代表階調情報を変えて符号化
するため、符号化効率が低下するという問題がある。ま
た、ブロックサイズを大きくすれば符号化効率は改善さ
れるが、ブロックとブロックの境界で階調が大きく変化
するためブロック間の画像の不連続性、すなわちブロッ
ク構造が現われやすく、画像品質が低下する。

このような通常のブロック符号化方式の問題を解決する
ため、電子通信学会研究会資料ｒ　Ｅ　８１−５゜１９
８１、９．３３〜４０等に記載されているように、大小
２つのブロック代表階調ａ、ｂの差が小さい時あるいは
各代表階調に対応する画素数Ｎａ、Ｎｂが一定故以上大
きい時は、代表階調情報を１つに統合して、分解能情報
φ１をＭＨ（モディファイド・ハフマン符号）、ＭＲ（
モディファイドＲＥＡＤ符号）等で符号化し、代表階調
はワイル符号等によりその継続長（ラン・レングス）を
符号化する差分ブロック符号化方式が提案されている。

この差分ブロック符号化方式によれば、符号化効率は改
善されるものの、依然として非多階調画像の領域におい
ては代表階調情報が１種類で済むにもがかわらず、ブロ
ック毎に階調情報が変化するという無駄が存在している
。また、代表階調情報をラン・レングス符号化するため
、隣接するブロック間で１階調でも変化すると、ランが
途切れて符号化効率の低下を生じる。さらに、復号・再
生された画像においてブロック構造は平均的に減少する
が、写真の背慎部分のような階調変化の緩やかなところ
でブロック構造が目立ち易い。

〔発明の目的〕

本発明は上述した従来の問題点を解決するためになされ
たもので、符号化効率が高く、また再生画像の劣化要因
となるブロック構造の発生を抑圧できる画像符号化方式
を提供することを目的とする。

（発明の概要） 本発明はこの目的を達成するため、入力画像情報を槽数
の画素でそれぞれ構成される複数のブロックに分割して
、各ブロック毎にそのブロック内の画素のｌＪ調を代表
する大小２つのブロック代表階調ａｎ　、　ｂｎ　　（
ｎ＝１．２．−）を求めるとともに、連続する２個以上
のブロックを１単位とするグループに対してそのグルー
プ内の画素の階調を代表する大小２つのグループ代表階
調Ａ、Ｂ（Ａ＜Ｂ）を定め、これらブロック代表階調ａ
ｒＬ。

ｂｎおよびグループ代表階調Ａ、Ｂを用いて入力画像情
報が非多階調画像情報かどうかを判定し、非多階調画像
情報であると判定された入力画像情報は階調情報および
分解能情報をグループ単位で符号化し、そうでない時、
つまり多階調画像情報は従来のブロック符号化方式と同
様にブロック単位で符号化することを特徴とする。

すなわち、本発明は従来のブロック符号化あるいは差分
ブロック符号化方式のように、常にブロック単位で符号
化を行なうのでなく、入力画像情報が文書画像のような
２値画像や、写真の背景部分のような階調変化がほとん
どない画像の情報（これを非多階調画像情報という）に
ついては、その非多階調画像情報とみなされた２個以上
のブロックを１つのグループとして、グループ単位で階
調情報および分解能情報の符号化を行なうのである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、非多階調画像情報についてはブロック
より大きいグループ単位で符号化を行なうことにより、
符号化効率が向上する。

また、このような非多階調画像の領域では領域全体にわ
たり一定の階調情報が伝送されるため、再生画像におい
てブロック間での階調の変化によるブロック構造の発生
という現象がなくなり、Ｓ／Ｎの良好な高品質の画像を
得ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。第１図は本発明の一実施例に係る画像符号化方式の概
要を説明するための機能ブロック図である。入力画像情
報は閾Ｉｌ！！設定手段１に入力され、ブロック内の画
素の平均的階調である閾値ＸＴｎ　　（ｎ＝１．２．・
・・）が設定される。この閾１１Ｘｒｎはブロック内の
画素の平均階調マー上’２ｗ　ｘｒ　　　　　　　　　
　・旧・・（３）ｒす ｊフ１ によって定めることができる。また、反復演算を用いて
平均２乗誤差 が最小となるように閾ｌＩＸ　Ｔ　ｎを設定してもよい
。

こうして設定された閾値ｘＴｎは、入力画像情報ととも
にブロック代表階調算出手段２に与えられる。ブロック
代表階調算出手段２では、閾値ＸＴｎと各ブロック内の
画素の階調（Ｉｒ１１度レベル）Ｘｉ　とを比較して、
前記（１）、（２）式より大小２つのブロック代表階調
ａＡ、ｂｎを算出し、また同時に分解能情報φｉを出力
する。

ブロック代表階ｍａｎ、ｂｎはグループ代表階調決定手
段３に与えられる。グループ代表階調決足手段３は連続
する２個以上のブロックを最小単位とするグループを定
め、そのグループ内の画素の階調を代表する大小２つの
グループ代表階調Ａ。

Ｂを決定する。このグループ代表階調Ａ、Ｂとしては、
例えばグループ内のブロック代表ＭｉｌａｒＬ。

ｂｎの最初のもの（ｎ−１のもの）、あるいは最小のも
のを採用することができる。

ブロック代表階調ａｎ、ｂ１１とグループ代表階調Ａ、
８が判定手段４に与えられ、入力画像情報が非多階調画
像情報かどうかが判定される。この判定は例えば次の３
つの条件■〜■ ■　Ｂ≦ａｆｉ　＜Ｂ＋ｖｙ、且つＢ≦ｂｎ＜Ｂ＋ｗ■
　Ａ≦ａｆｉ　＜Ａ＋ｗ、且つＡ≦ｂｒＬ＜Ａ＋ｗ■　
Ａ≦ａｎ＜Ａ＋ｗ、且つＢ≦ｌ）Ａ　＜Ｂ＋ｗ（但し、
Ｗは微小階調レベル差） を定め、これらのうら少なくとも１つの条件が成立した
とき、非多階調画像情報との判定を行なうものである（
第３図参照）。ここで、非多階調画像情報とは前述した
ように、写真画像のような多階調画像以外の画像、すな
わち文書のような２１１！画像あるいは写真の背景部分
のようなほとんど単階調の画像の情報をいう。

上記３つの条件■〜■のうち、条件■はグループ内のブ
ロック代表階調ａｒＬ、ｂｎが両方とも第３図の上側の
階調レベル領域３１に入る場合、条件■はブロック代表
階調ａ、、ｂｎが両方とも第３図の下側の階調レベル領
域３２に入る場合、条件■はレベルの低い方のブロック
代表階調ａｎが第３図の下側の階調レベル領域３２に入
り、レベルの高い方のブロック代表階ｙ４ｂｒＬが第３
図の上側の階調レベル領１ｉｉ！３１に入る場合にそれ
ぞれ相当する。

この判定手段４の判定結果は、符号化手段５に与えられ
る。符号化手段５はブロック代表階調ａｎ、ｂ、１およ
び分解能情報φｉを入力とし、判定手段４の判定結果が
非多階調画像情報の場合は、グループ単位で代表階調情
報および分解能情報を符号化し、非多階調画像情報でな
い場合は、従来のブロック符号化方式と同様にブロック
単位で代表階調情報および分解能情報を符号化する。こ
の符号化の形式としては、例えば代表階調情報について
は第４図（ａ）に示すように代表階調ａｒＬ。

ｂｒＬのレベルを表わす情報と、その継続長（ラン・レ
ングス）を符号化し、また分解能情報φ１は同図（ｂ）
に示すように画素の階調が大小２つの代表階調ａｎ、ｂ
ｎのどちらに属するかを示す１ビツトの情報に続けて、
そのラン・レングスを符号化すればよい。

また、上記条件■〜■のうち条件■のみ、または条件■
のみが成立する場合は、従来の差分ブロック符号化方式
と同様に、代表階調情報の符号化に際して大小２つの代
表階調情報ａｎ、ｂｎを１つに統合して符号化してもよ
い。すなわち、従来の差分符号化方式と、本発明に基く
グループ単位での符号化とを併用する。このようにする
ことで、符号化効率の一層の向上を図ることができる。

上述した本発明に係る画像符号化方式は、マイクロプロ
セッサを用いてソフトウェア処理により実行することも
可能である。その実施例を第５図に示すフローチャート
を参照して説明する。第５図において、ステップ１１で
入力画像情報を１ブロック分取込むと同時にｎ＝１とし
、ステップ１２で閾値Ｘ丁ルを設定する。次に、ステッ
プ１３で閾値×丁ｎを用いてブロック代表階調ａｎ。

ｂｎを算出し、引続きステップ１４でグループ代表階５
１Ａ、Ｂを設定する。

次に、ステップ１５においてｎ＝ｎ＋１とし、同時にス
テップ１６でライン終了、つまり各主走査の終わりに達
したかどうかが判定される。ライン終了と判定されると
、ステップ１７でライン更新、つまり次の主走査への移
行がなされ、ステップ１１に戻る。ステップ１６の判定
結果がライン終了でない場合は、ステップ１７において
入力画像情報の次の１ブロック分が取込まれ、以下ステ
ップ１９．２０においてステップ１２．１３と全く同様
にして閾値ＸＴＡが設定され、さらにブロック代表階調
ａｎ、ｋｇが算出される。

ステップ２０が終了すると、次のステップ２１において
それまでに得られたブロック階調ミル。

ｂＡとグループ代表階調Ａ、Ｂに基いて前記３つの条件
■〜■の有無が調べられ、非多ｒＰ３調画像情報かどう
かの判定が行なわれる。この結果、非多階調画像情報と
の判定がなされると、ステップ１５に戻る。また、非多
階調画像情報でないとの判定がなされると次のステップ
２２に移り、（ｎ−１）ブロックの画像情報についての
代表階調情報および分解能情報が符号化される。このス
テップ２２における符号化は、ｎ＝２の場合は１ブロッ
ク分の画像情報についての代表階調情報および分解能情
報を符号化するので、通常のブロック符号化方式（また
は差分ブロック符号化方式）と同様である。一方、ｎ＝
３またはそれ以上の場合は、ステップ２２では２個以上
のブロックを１つのグループとしてそのグループ内の代
表階調情報および分解能情報を符号化する。すなわち、
本発明に基く符号化が行なわれることになる。

こうしてステップ２２における符号化処理が終了すると
、ステップ２３でｎ−１に戻り、次いでステップ２４に
おいてグループ代表階調Ａ、Ｂが更新された後、ステッ
プ１５に戻ってｎが再び１つインクリメントされ、ステ
ップ１６以降の処理が繰返される。

このように本発明によれば、非多階調画像情報と判定さ
れた領域の画像情報ついては、その領域に対応する連続
した複数のブロックからなるグループ単位で代表階調情
報および分解能情報を符号化することによって、符号化
効率を向上させ、且つ画像品質を高めることができる。

すなわち、本発明においては第３図に示した代表階調の
分布に見られるように、２値画像の領域においては黒。

白の変化点を含むような期間であってもブロック毎に代
表階調情報を符号化する必要はなく、その期間中同じ代
表階調情報を使用するので、従来のブロック符号化方式
や差分ブロック符号化方式のような効率の低下が生じな
い。

また、ブロックサイズを大きくすることなく符号化効率
の向上が達成されることと、２値画像の部分のみならず
、写真の背景部分のような階調変化の緩やかな部分の画
像情報についてもグループ単位での符号化がなされるこ
とにより、復号化され再生された画像中のブロック構造
の発生を抑制できる。

この効果は、第６図および第７図に示す実験結果からも
明らかである。第６図は文書画像および写真画像を従来
の差分ブロック符号化方式および本発明に基くブロック
連結符号化方式で符号化した場合のそれぞれについて、
符号化出力の１画素当りのビット数（符号化ビット数）
と、再生画像のＳ　ＤＤ／　Ｎ　ｒｆｆｉｓ　　（信号
のピーク・ピークと雑音の実効値との比）との関係を実
測した結果を示したものである。なお、写真画像として
は画像処理の評価で一般に使用されるガール・イメージ
と称される標準画像を用いた。この結果から、再生画像
のＳ　Ｄｐ／　Ｎ　ｒｎ＋ｓは同じ符号化ビット数に対
して大きく改善されており、特に２値画像である文書部
分での改善効果が顕著である。写真画像においてもかな
りの向上が見られているのは、特に背蹟部分のＳ　Ｉ）
Ｄ／　Ｎ　ｒ＋ｎｓの向上による効果である。また、第
７図は文書画像および写真画像が混在した画像の場合に
ついて同様の測定を行なった結果を示したものであり、
この図からも本発明に基くブロック連結符号化方式が差
分ブロック符号化方式より浸れていることがわかる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば実Ｍ　ＩＮではブロックを３×３画素の正方形に
とったが、長方形にとってもよく、ブロックサイズをざ
らに大きくとることもできる。

また、実施例においてはブロックを横方向（主走査方向
）に連結してグループ化した例を説明したが、縦方向（
復走査方向）に連結してグループ化してもよい。さらに
、実ｍ例においては１つのグループを構成するブロック
数が可変となっているが、適当な値に固定してもよい。

さらに、本発明はファクシミリ以外のビデオテックス、
ファイリング等の静止画像の符号化にも適用でき、テレ
ビジョン信号伝送、記録等における動画像の符号化にも
適用することができる。その他、本発明は要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る画像符号化方式を説明
するための機能ブロック図、第２図は従来のブロック符
号化方式を説明するための図、第３図は本発明に係る画
像符号化方式において非多階調画像情報について行なわ
れるブロック連結符号化を説明するための図、第４図は
本発明の画像符号化方式により得られる符号化出力のフ
ォーマットを示す図、第５図は本発明に係る画像符号化
方式をソフトウェア処理により実行する場合の実施例を
説明するためのフローチャート、第６図および第７図は
差分ブロック符号化方式および本発明に基くブロック連
結符号化方式により符号化した場合の符号化ビット数と
再生画像の・Ｓ　ｐＭ　Ｎ　ｒｉｂｓとの関係を示す図
である。 １・・・Ｉ１ｍ設定手段、２・・・ブロック代表階調算
出手段、３・・・グループ代表階調決定手段、４・・・
非多階調画像の判定手段、５・・・符号化手段。 出願人代理人　弁１’ｌ　　　鈴江武彦第３図 第４図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力画像情報を複数の画素の階調を代表する代表
   階調情報と、各画素がどの代表階調情報に対応するかを
   示す分解能情報とに分けて符号化する画像符号化方式に
   おいて、前記入力画像情報を複数の画素でそれぞれ構成
   される複数のブロックに分割して、各ブロック毎にその
   ブロック内の画素の階調を代表する大小２つのブロック
   代表階調ａ＿ｎ、ｂ＿ｎ（ｎ＝１、２、・・・）を求め
   、さらに連続する２個以上のブロックを最小単位とする
   グループに対してそのグループ内の画素の階調を代表す
   る大小２つのグループ代表階調Ａ、Ｂ（Ａ＜Ｂ）を定め
   た後、これらブロック代表階調ａ＿ｎ、ｂ＿ｎおよびグ
   ループ代表階調Ａ、Ｂを用いて前記入力画像情報が非多
   階調画像情報かどうかを判定し、非多階調画像情報と判
   定された入力画像情報は代表階調情報および分解能情報
   をグループ単位で符号化し、それ以外の入力画像情報は
   代表階調情報および分解能情報をブロック単位で符号化
   することを特徴とする画像符号化方式。
2. （２）前記ブロック代表階調ａ＿ｎ、ｂ＿ｎは、各ブロ
   ック内の画素の平均階調を閾値として、階調が該閾値よ
   り大である画素の平均階調および階調が該閾値より小で
   ある画素の平均階調であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の画像符号化方式。
3. （３）前記ブロック代表階調ａ＿ｎ、ｂ＿ｎは、該ブロ
   ック代表階調ａ＿ｎ、ｂ＿ｎと各ブロック内の画素の階
   調との平均２乗誤差が最小となるものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の画像符号化方式。
4. （４）前記入力画像情報が非多階調画像情報かどうかを
   判定するために、前記ブロック代表階調ａ＿ｎ、ｂ＿ｎ
   および前記グループ代表階調Ａ、Ｂを用いて、次の３つ
   の条件［１］〜［３］ ［１］Ｂ≦ａ＿ｎ＜Ｂ＋ｗ、且つＢ≦ｂ＿ｎ＜Ｂ＋ｗ［
   ２］Ａ≦ａ＿ｎ＜Ａ＋ｗ、且つＡ≦ｂ＿ｎ＜Ａ＋ｗ［３
   ］Ａ≦ａ＿ｎ＜Ａ＋ｗ、且つＢ≦ｂ＿ｎ＜Ｂ＋ｗ（但し
   、ｗは微小階調レベル差） を定め、これらのうち少なくとも１つの条件が成立した
   とき非多階調画像情報と判定することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の画像符号化方式。
5. （５）前記入力画像情報が非多階調画像情報かどうかを
   判定するために、前記ブロック代表階調ａ＿ｎ、ｂ＿ｎ
   および前記グループ代表階調Ａ、Ｂを用いて、次の３つ
   の条件［１］〜［３］ ［１］Ｂ≦ａ＿ｎ＜Ｂ＋ｗ、且つＢ≦ｂ＿ｎ＜Ｂ＋ｗ［
   ２］Ａ≦ａ＿ｎ＜Ａ＋ｗ、且つＡ≦ｂ＿ｎ＜Ａ＋ｗ［３
   ］Ａ≦ａ＿ｎ＜Ａ＋ｗ、且つＢ≦ｂ＿ｎ＜Ｂ＋ｗ（但し
   、ｗは微小階調レベル差） を定め、これらのうち少なくとも１つの条件が成立した
   とき非多階調画像情報と判定し、さらに条件［１］のみ
   、または［２］のみが成立する時は前記階調情報の符号
   化に際して大小２つの代表階調情報を１つに統合して符
   号化することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   画像符号化方式。
6. （６）前記入力画像情報が非多階調画像情報かどうかの
   判定をブロック代表階調ａ＿ｎ、ｂ＿ｎが新たに与えら
   れる毎に行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の画像符号化方式。
7. （７）前記入力画像情報が非多階調画像情報かどうかの
   判定をブロック代表階調ａ＿ｎ、ｂ＿ｎが所定数個与え
   られる毎に行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の画像符号化方式。