JP2002374422A - 画像符号化装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像の内容如何かかわらず高速・高画質かつ
単純で高圧縮率な非可逆符号化を行う。 【解決手段】 画素値変更処理部２００は、入力画像３
００の着目画素値を、符号化処理部２２０が生成する符
号が小さくなるように修正し、変更画素値３１０を出力
する。予測符号化を用いる場合には、予測器が予測する
画素値と同一の画素値を出力し、算術符号化を用いる場
合には、算術符号化で優勢シンボルが得られるような画
素値を出力する。符号化処理部２２０は、変更画素値３
１０から符号３４０を生成する。画素値変更処理部２０
０は、着目画素値と変更画素値３１０の誤差値３２０を
生成し、誤差分配処理部２１０は、誤差値３２０から誤
差分配値３３０を生成し、入力画像３００の画素値にこ
れを加算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像の非可逆符号
化技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この分野の技術としては、ＤＣＴ
（離散コサイン変換）に基づいたＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ
Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏ
ｕｐ、ＩＴＵ−Ｔ Ｔ．８１）、予測符号化に基づいＪ
ＰＥＧ−ＬＳ（ＩＴＵ−Ｔ Ｔ．８７）、減色と算術符
号化による方法（特開平５−３２８１３６号公報）など
が存在する。

【０００３】画像の符号化は近傍画素値間の相関を利用
して行なわれる。一般にＣＧ、文字画像では近傍画素値
同士が厳密に一致する場合が多く、周辺画素から着目画
素の値を高い精度で予測することが可能であるので、可
逆予測符号化やランレングス符号化が広く用いられてい
る。

【０００４】一方、自然画像では近傍画素値が微妙に異
なる値を持ち、着目画素の画素値を厳密に予測すること
が困難であるため、従来技術のような非可逆符号化方式
が必要とされてきた。

【０００５】ＪＰＥＧやＪＰＥＧ−ＬＳは、自然画像に
おいては低周波成分が支配的であることを利用した符号
化方式であり、画素値がなめらかに変化するような画
像、すなわち自然画像において高い画質を保ちつつ高圧
縮率が得られる。

【０００６】ＪＰＥＧ−ＬＳは予測符号化の１方式であ
り、周辺画素の状況を基に予測値を立て、予測値と実際
の画素値との予測誤差を量子化して符号化する方式であ
る。ただし、周辺画素の傾きが一定値以内である平坦部
であればランレングス符号化を行なう。ランレングス符
号化および予測誤差を量子化する過程で画像に変化が生
じうるが、ＪＰＥＧ−ＬＳでは、この変化分は破棄され
る。ＪＰＥＧ−ＬＳの１画素処理フローは図９のとおり
である。すなわち、図９に示すように、まず、画素値
が、傾きが一定値以内の平坦部分のものかどうかが判断
され（５０１）、平坦部分に相当すればランレングス符
号化を行う（５０２）。画素値が平坦部分に相当しない
ものであれば、画素値予測を行い（５０３）、その予測
誤差を量子化し（５０４）、予測誤差符号化を行う（５
０５）。

【０００７】減色と算術符号化による方法は、減色によ
る画像データの減少に加えてエントロピー符号化をかけ
ることで更にデータを減少させる方法であり、主にファ
クシミリやプリンタ等の階調の限られる装置において利
用されている。

【０００８】しかしながら、前述のＪＰＥＧやＪＰＥＧ
−ＬＳなど自然画像の特性に基づいた方法は、ＣＧや文
字などエッジをもつ画像に対して適用すると、画像のエ
ッジ部分周辺に圧縮特有のノイズを生じるため画質を保
ちつつ圧縮率を向上させることができないという欠点が
あった。そのため自然画像とＣＧ、文字が混在する場合
に高画質・高圧縮率を達成するためには、領域分離を施
した上で、自然画像部分とＣＧ、文字画像部分に異なる
圧縮を施す必要があり、装置規模の増大や処理速度の低
下を招いていた。ＪＰＥＧ−ＬＳにおいては、画像変化
の結果生じる誤差が破棄されるため、画像全体の濃度が
保存されることを保証できないという欠点もある。

【０００９】また、減色と算術符号化による方法は、減
色によって画像全体に階調性の劣化が生じるという欠点
に加え、減色のために別途画像のヒストグラムをとるな
ど統計処理が必要であり、処理時間がかかるという欠点
があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の欠点を克服するためになされたもので、画像の
内容如何にかかわらず高速・高画質かつ単純で高圧縮率
な非可逆符号化方法を提供することが目的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、画像データの
着目画素値を変更すると共に生じた誤差を周辺画素に配
分し、変更後の画像を符号化する。着目画素値の変更は
符号量を減少させるように実施することで、前記課題を
解決する。

【００１２】本発明では、入力画像が自然画像であると
いう前提が不要で高周波成分を劣化させる処理を伴わな
いため自然画像とＣＧ、文字画像が混在する場合に領域
分離が不要となり、処理手続きの単純化および高速化が
実現可能となる。

【００１３】本発明の画素値変更処理は減色処理とは異
なり、符号化を増大させる要因である画素値のみを変更
するため画像の劣化が軽減される。また画素値の変更に
伴い生じた誤差を周辺画素に配分することで画素値の変
更を巨視的に目立たなくし高画質を実現する。また、減
色処理とは異なり事前の統計処理が不要であることから
入力画像に対する走査回数が減り、手続きが単純化され
る。

【００１４】さらに本発明を説明する。本発明の一側面
によれば、上述の目的を達成するために、画像符号化装
置に、画像データにおける着目画素の画素値を変更する
画素値変更手段と、前記画素値変更手段にて生じた誤差
値を周辺画素に分配する誤差分配手段と、前記画素値変
更手段により変更された画素値を符号化する画像符号化
手段とを設け、前記画素値変更手段が、前記画像符号化
手段における符号量を減少させるように画素値を変更す
るようにしている。

【００１５】この構成においては、符号量が小さくなる
ように画素値を変更し、その変更による差分は基本的に
忠実に周辺画素に分配して画像を保存することができ
る。したがって、画質をさほど劣化させることなく高圧
縮率かつ高速で画像圧縮を行える。

【００１６】本発明は装置またはシステムとして実装で
きるのみでなく方法としても実現可能であり、もちろ
ん、その一部をコンピュータプログラムとして実装でき
る。

【００１７】本発明の上述の側面および本発明の他の側
面は特許請求の範囲に記載され、以下実施例を参照して
詳細に説明される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。

【００１９】［実施例１］図１は、本発明の実施例１を
示す図である。この実施例の画像符号化装置１０００は
画素値変更処理部２００、誤差分配処理部２１０、符号
化処理部２２０から成る。この実施例の画像符号化装置
１０００で符号化された符号は画像復号装置２０００に
送られて復号される。

【００２０】符号化処理部２２０は、画素値変更処理部
２００にて生成される変更画素値３１０を入力とし、符
号３４０を生成する。画像符号化処理部２２０は、任意
の既存の画像符号化手法を実装したものである。符号化
手法は可逆符号化でも非可逆符号化でもよい。画像復号
装置２０００はこの符号化処理部２２０の出力符号を復
号するものであり、対応する復号手法を実装するもので
ある。

【００２１】画素値変更処理部２００は、入力画像３０
０の着目画素値を、符号化処理部２２０が生成する符号
を小さくすべく修正し、変更画素値３１０を出力する。
例えば符号化処理が予測符号化を用いる場合には、予測
符号化の予測器が予測する画素値と同一の画素値を出力
する。例えば符号化処理が算術符号化を用いる場合に
は、算術符号化で優勢シンボルが得られるような画素値
を出力する。また、画素値変更処理部２００は、着目画
素値と変更画素値３１０の誤差値３２０を生成する。

【００２２】誤差分配処理部２１０は、画素値変更処理
部２００が生成した誤差値３２０を入力として誤差分配
値３３０を生成し、入力画像３００の画素値にこれを加
算する。誤差分配値は、例えば図７の重み行列を用いた
誤差拡散法や平均誤差最小法に従って、誤差値３２０に
重み行列の値を掛け合わせて算出される。

【００２３】本実施例においては、画像に対する走査が
１度しか行なわれないので、処理が高速に行なわれる利
点がある。

【００２４】［実施例２］図２は、本発明の実施例２を
示す図である。図１と同様の部分には同一の符号を付し
て説明を省略する。この実施例においても、画像復号装
置は符号化処理部２２０に対応するものであり、図では
省略されている。

【００２５】図２において、画像変更処理部４００は画
像全体に対して画素値の変更を実施し、変更画像３１１
を出力する。画像変更処理部４００は画像全体の処理が
終了した後、変更画像３１１を画像符号化処理部４１０
に供給する。画像符号化処理部４１０は、変更画像３１
１を入力とし、符号３４０を生成する。

【００２６】本実施例においては、画像変更処理部４０
０と画像符号化処理部４１０とが基本的に個別の処理で
あるので、画素データごとに同期させて動作させる必要
がなく、この結果、画像符号化処理部４１０として既存
の画像符号化処理ルーチンもしくは画像符号化処理装置
をそのまま利用できる利点がある。

【００２７】［実施例３］図３は、本発明の実施例３を
示す図である。図１と同様の部分には同一の符号を付し
て説明を省略する。この実施例においても、画像復号装
置は符号化処理部２２０に対応するものであり、図では
省略されている。

【００２８】本実施例の符号化処理部２２０として、特
開平９−２２４２５３号公報の画像符号化装置が用いら
れる。ここでは、本実施例の符号化処理部２２０すなわ
ち特開平９−２２４２５３号公報により開示される画像
符号化装置の構成を簡単に説明しておく。

【００２９】図４は、本実施例の符号化処理部２２０す
なわち特開平９−２２４２５３号公報により開示される
画像符号化装置の構成を示すものであり、この図におい
て、１０は画像入力部、２０は第１予測部、２１は第２
予測部、３０は予測誤差算出部、４０は選択部、４２は
ラン計数部、５０は符号化部、６０は符号出力部、１０
０は画像データ、１１０は予測値データ、１１２はラン
データを含む予測値データ、１２０は予測誤差データ、
１３０は予測状況データ、１４０は符号データである。

【００３０】第１予測部２０、第２予測部２１はそれぞ
れ所定の手法で画像データ１００に基づいて注目画素の
画素値を予測し、予測値データ１１０として選択部４０
へ送出する。予測誤差算出部３０は所定の手法で画像デ
ータ１００に基づいて注目画素の画素値を予測し、その
予測値を注目画素の実際の画素値から減算し、予測誤差
データ１２０として選択部４０へ送出する。選択部４０
は画像データ１００と予測値データ１１０から注目画素
における予測の一致／不一致を検出する。その結果、予
測が的中した予測部があればその識別番号を、いずれも
的中しなかった場合は予測誤差データ１２０を、予測状
況データ１３０に変換して符号化部５０へ送出する。

【００３１】図３の説明に戻る。図３の第１予測部２０
および第２予測部は、図４の第１予測部および第２予測
部と同一の処理を行なうものである。

【００３２】画素値変更部２０１は予測値データ１１０
と入力画像３００を比較し、その差が既定値より小さい
場合には変更画素値３１０として予測値データ１１０を
出力するとともに誤差値３２０として予測値データ１１
０と入力画像３００の差分を出力し、その差が既定値以
上の場合には変更画素値として入力画像３００の着目画
素値をそのまま出力し、誤差値３２０として０を出力す
る。すなわち、画素値変更部２０１は既定値以上の誤差
値を出力しない。

【００３３】本実施例では既定値を用いた画素値変更部
２０１の制御によって、画素値の変更による画像の劣化
と符号３４０の大きさのトレードオフを実現可能であ
る。

【００３４】［実施例４］本実施例は、本発明をＪＰＥ
Ｇ−ＬＳの符号化に適用したものである。図８は本実施
例の一画素分の画像処理フローを示しており、図９の従
来のＪＰＥＧ−ＬＳの１画素分の処理フローと対応する
箇所には対応する符号を付した。本発明をＪＰＥＧ−Ｌ
Ｓによって符号化する際に適用することで、ＪＰＥＧ−
ＬＳによる画質の向上を図ることができる。

【００３５】図８において、画素値を予測した後（５０
３）、予測値と実際の画素値との差が規定値以内であれ
ば（５０３ａ）、予測誤差量子化５０４を行なう替わり
に、予測誤差を生じないよう画像を変更し（５０３
ｂ）、変更によって生じる誤差を周辺画素に分配し（５
０３ｃ）、予測誤差として０を予測誤差符号化５０５に
て符号化する。予測誤差が規定値を超える場合には、従
来どおり、予測誤差を生成し（５０３ｄ）、これを量子
化する（５０４）。

【００３６】また、ランレングス符号化５０２にて生じ
る画素値の誤差も周辺画素に分配する（５０２ａ）。

【００３７】本実施例では、誤差値を分配することで画
質を向上させることが可能になるが、ＪＰＥＧ−ＬＳで
は切り捨てていた情報を誤差値の分配によって一部分保
つこととなるので、ＪＰＥＧ−ＬＳに対しての圧縮率の
向上は見込めない。

【００３８】以上で説明したように、本発明の実施例に
よれば、画像の内容如何かかわらず高速・高画質かつ単
純で高圧縮率な非可逆符号化が可能となる。処理速度と
圧縮率に関して、本発明の実施例３とＪＰＥＧを比較し
た符号化実験の結果を図５および図６に示す。同図よ
り、本発明の実施例によって高速で高圧縮率である符号
化が可能となったことは明らかである。

【００３９】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明によって
画像の内容如何かかわらず高速・高画質かつ単純で高圧
縮率な非可逆符号化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の画像符号化復号装置を示
すブロック図である。

【図２】 本発明の実施例２の画像符号化装置を示すブ
ロック図である。

【図３】 本発明の実施例３の画像符号化装置を示すブ
ロック図である。

【図４】 実施例３の符号化処理部２２０の構成を説明
するブロック図である。

【図５】 本発明の実施例３とＪＰＥＧによる画像の符
号化時間の計測結果である。

【図６】 本発明の実施例３とＪＰＥＧによる圧縮率の
計測結果である。

【図７】 誤差拡散もしくは平均誤差最小法に用いられ
る重み行列である。

【図８】 本発明の実施例４の１画素処理フローを示す
図である。

【図９】 従来のＪＰＥＧ−ＬＳの１画素処理フローを
示す図である。

【符号の説明】

２０ 第１予測部 ２１ 第２予測部 １１０ 予測値データ ２００ 画素値変更処理部 ２０１ 画素値変更部 ２１０ 誤差分配処理部 ２２０ 符号化処理部 ３００ 入力画像 ３１０ 変更画素値 ３１１ 変更画像 ３２０ 誤差値 ３３０ 誤差分配値 ３４０ 符号 ４００ 画像変更処理部 ４１０ 画像符号化処理部 ５０１ 平坦かどうかの判断ステップ ５０２ ランレングス符号化ステップ ５０３ 画素値予測ステップ ５０４ 予測誤差量子化ステップ ５０５ 予測誤差符号化ステップ １０００ 画像符号化装置 ２０００ 画像復号装置

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C059 KK11 MA04 MA47 ME05 ME11 PP01 PP02 PP12 PP19 TA01 TA30 TB10 TC03 TC27 TD11 UA02 UA05 5C077 LL19 MP01 NN11 PQ12 PQ18 RR21 5C078 BA22 BA35 CA02 CA22 DB13 5J064 AA02 BA08 BA16 BB03 BC08 BC14 BC25 BD04

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像データにおける着目画素の画素値を
   変更する画素値変更手段と、 前記画素値変更手段にて生じた誤差値を周辺画素に分配
   する誤差分配手段と、 前記画素値変更手段により変更された画素値を符号化す
   る画像符号化手段とを備え、 前記画素値変更手段は、前記画像符号化手段における符
   号量を減少させるように画素値を変更することを特徴と
   する画像符号化装置。
2. 【請求項２】 前記画像符号化手段が可逆符号化である
   ことを特徴とする請求項１の画像符号化装置。
3. 【請求項３】 前記画像符号化手段が予測符号化である
   ことを特徴とする請求項１の画像符号化方法。
4. 【請求項４】 前記画素値変更手段は、前記画像符号化
   手段の予測が外れた場合にのみ画素値を変更することを
   特徴とする請求項３の画像符号化装置。
5. 【請求項５】 前記誤差分配手段が誤差拡散法により誤
   差を分配することを特徴とする請求項１乃至４の画像符
   号化装置。
6. 【請求項６】 前記誤差分配手段が平均誤差最小法によ
   り誤差を分配することを特徴とする請求項１乃至４の画
   像符号化装置。
7. 【請求項７】 前記画素値変更手段が、既定値以上の誤
   差を生じる変更を実施しないことを特徴とする請求項１
   乃至６の画像符号化装置。
8. 【請求項８】 前記画素値変更手段が、前記画像符号化
   手段の予測器と同一の予測を用いて着目画素の画素値を
   予測し、着目画素の画素値を予測された画素値に変更す
   ることを特徴とする請求項３乃至７の画像符号化装置。
9. 【請求項９】 前記画像符号化手段が、画像データ全体
   に対する画素値の変更が行なわれた後に符号化を実施す
   ることを特徴とする請求項１乃至８の画像符号化装置。
10. 【請求項１０】 前記画像符号化手段が、画像の一部に
    対する画素値の変更が行なわれるごとに符号化を実施す
    ることを特徴とする請求項１乃至８の画像符号化装置。
11. 【請求項１１】 前記画像符号化手段は、 画像を入力する画像入力手段と、 上記画像入力手段により入力した画像内の符号化対象で
    ある注目画素の画素値を、それぞれ異なる予測手法で予
    測する複数の画素値予測手段と、 上記画像入力手段により入力した画像内の注目画素の画
    素値と所定の予測手法で予測された予測値との誤差を算
    出する予測誤差算出手段と、 上記複数の画素値予測手段により予測した画素値と注目
    画素の画素値とが一致するか否かを判断する一致判断手
    段と、 上記一致判断手段の判断出力に基づいて、上記一致判断
    手段により一致すると判断された画素値予測手段を識別
    する識別情報と、上記予測誤差算出手段により算出され
    た誤差とを、択一的に出力する選択手段と、 上記選択手段により出力された識別情報及び誤差を符号
    化する誤差符号化手段と、 上記符号化手段により符号化された符号を出力する出力
    手段とを具備する請求項１の画像符号化装置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１の画像符号化装置と、
    上記画像符号化手段の符号を復号する画像復号装置とを
    有することを特徴とする画像符号化復号装置。
13. 【請求項１３】 画像データにおける着目画素の画素値
    を変更する画素値変更ステップと、 前記画素値変更ステップにて生じた誤差値を周辺画素に
    分配する誤差分配ステップと、 前記画素値変更ステップにより変更された画素値を符号
    化する画像符号化ステップとを備え、 前記画素値変更ステップは、前記画像符号化ステップに
    よる符号の符号量を減少させるように画素値を変更する
    ことを特徴とする画像符号化方法。