JPH10336658A

JPH10336658A - 画像処理装置

Info

Publication number: JPH10336658A
Application number: JP15600797A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yagishita; 高弘柳下
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】画質向上のためのフィルタ処理とデータ圧縮
処理とを同時に行って処理のための所要時間を短縮で
き、且つ低コストで高性能の画像処理装置を提供する。【解決手段】入力された多値の二次元画像データをＮ
×Ｍ画素のブロックに分割するブロック分割部103 と、
ブロック分割部103 によって分割されたブロック内の各
画素を周波数変換し変換係数を生成するウェーブレット
変換部104 と、変換係数を量子化する量子化部105 と、
量子化部105 からの出力をエントロピー符号化する符号
化部106 とを有する画像処理装置において、ウェーブレ
ット変換部104 から出力される変換係数に基づいて、該
当ブロック内の濃度勾配（エッジ度数）を算出するエッ
ジ度数算出部108 と、その算出結果に基づき量子化部10
6 の利得を切り換える利得変更部109 とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像データ圧縮技
術に属し、特にサブバンド符号化方式を用いた画像処理
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コピー機やプリンタなどの画像形成装置
において、スキャナ部で取り込んだ画像データは、ガン
マ補正やフィルタ処理によって画質調整され、メモリに
保持された後、印字データとして印字出力部へ送られ
る。その際、画像データを保持するメモリの容量を低減
する目的で、通常データ圧縮の技術が用いられる。デー
タ圧縮の方式としては、ＤＣＴ (Discrete CosineTrans
form) などの直交変換によって、画像データを周波数
成分に変換し、量子化したものをエントロピー符号化す
る方式が一般的である。周波数変換係数は、画像のエッ
ジ度合いに応じ、高周波係数の分散が変化するので、領
域に応じ量子化方法を切り換えたほうが画像品質が向上
する。そこで、特開平７−０７４９５９号公報に示され
た技術では、ブロック単位に元画像を直交変換して得ら
れた変換係数に基づき、量子化テーブルを切り換えるこ
とにより、画像データの内容に合った画像品質を得ると
ともに、圧縮率の向上を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、コピー機な
どで画像を印字出力した場合、文字や線画像などは、そ
の輪郭部の濃度勾配を急峻にしたほうが視認性が高く、
一般に美しい画像と感じられる。一方、写真など濃度勾
配が緩やかな画像領域では、振幅の小さいランダムな濃
度変化はノイズとして感じられるため、出力画像の濃度
勾配は平坦にしたほうが好まれる。特に網点の写真画像
などでは、濃度勾配の高い部分まで平坦化したほうがよ
い画質となる。このため通常、文字や線画像などのエッ
ジ領域と、写真画像などの平坦領域や網点領域とを分離
し、前者には微分フィルタ処理、後者には平滑化フィル
タ処理をそれぞれ施している。また、画像データ圧縮に
際しては、上述のようにエッジ度合いに応じた領域の分
離を別に行っている。このように従来の技術では、同じ
画像データに対し２回の領域分離処理が行われ、フィル
タ処理と量子化処理も別々に行っているので、処理時間
の増大、あるいはハードコストの上昇を招くといった不
具合がある。さらに、前記公報に記載の技術では、領域
分離結果も圧縮データとして保持しなければならない
分、圧縮率が高くないという欠点も有していた。そこで
本発明の解決すべき課題は、上記従来の技術の欠点を解
消し、画質向上のためのフィルタ処理とデータ圧縮処理
とを同時に行って処理のための所要時間を短縮でき、且
つ低コストで高性能の画像処理装置を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、入力された多値の二次元
画像データをＮ×Ｍ画素（Ｎ、Ｍは自然数）のブロック
に分割する分割手段と、前記分割手段によって分割され
たブロック内の各画素を周波数変換し変換係数を生成す
る変換手段と、前記変換係数を量子化する量子化手段
と、前記量子化手段の出力をエントロピー符号化する符
号化手段とを有する画像処理装置において、前記変換手
段から出力される変換係数に基づいて、該当ブロック内
の濃度勾配（エッジ度数）を算出するエッジ度数算出手
段と、前記算出手段の結果に基づき前記量子化手段の利
得を変化させる利得変更手段とを備えたことを特徴とす
る。請求項１に記載の発明によれば、エッジ度数算出手
段により算出されたエッジ度数に応じて利得変更手段が
量子化手段の利得を変化させることで、画質調整のため
の領域分離処理及びフィルタ処理をデータ圧縮処理の過
程で同時に行えるようになるので、処理時間を短縮で
き、且つ装置のコストを低減することが可能となる。ま
た、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像処
理装置において、前記利得変更手段は、前記エッジ度数
算出手段の出力するエッジ度数が高いほど、前記量子化
手段の利得を大きくすることを特徴とする。請求項２に
記載の発明によれば、ブロック内の濃度勾配に応じて量
子化手段の利得が変更されるので、画像の特徴に適合し
た量子化、符号化を行うことができる。

【０００５】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載の画像処理装置において、前記量子化手段
は、入力された係数値が複数のしきい値で区切られた範
囲のどこに入るかを判定し、それぞれの範囲に対応して
固定された量子化代表値を出力し、前記利得変更手段
は、前記しきい値を変えることで前記量子化手段の利得
を変化させることを特徴する。請求項３に記載の発明に
よれば、量子化手段の利得が画像の領域に応じて切り替
わっても、量子化代表値は固定なので、符号化の際にど
のような量子化テーブルを使ったかを圧縮データとして
保存しておく必要がないので、その分圧縮率が向上す
る。また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれかに記載の画像処理装置において、前記エッジ度数
算出手段は、隣接する２つのブロックそれぞれに対して
算出されるエッジ度数の差が所定値を越える場合、小さ
いほうのエッジ度数をさらに小さい値に変更することを
特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、視覚上知
覚しづらい領域の画像情報が削減されるので、画質劣化
を知覚させることなく圧縮率を向上させることができ
る。また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれかに記載の画像処理装置において、前記変換係数
は、種類別に複数の成分に分類され、各成分には１個以
上の係数が属し、前記エッジ度数算出手段は、各成分に
属する係数の中でその絶対値の最大値をその成分の代表
値とし、各成分の代表値の中で、大きな方から１番目と
２番目の代表値の差を前記エッジ度数とすることを特徴
とする。請求項５に記載の発明によれば、濃度勾配を平
坦化しても視覚上問題にならない画像領域のエッジ度数
を小さい値に変更することができるので、画質劣化を知
覚させることなく圧縮率を向上させることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明が適用される画像処理装置
を含む画像処理システムの実施の形態の構成例を示すブ
ロック図であり、画像処理装置１００、パーソナルコン
ピュータなどホスト装置２００、大容量記憶装置として
のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）３００、及びプリ
ンタエンジン４００からなるプリンタシステムの構成を
示している。画像処理装置１００は、ＲＩＰ部１０１、
フレームメモリ１０２、ブロック分割部１０３、ウェー
ブレット変換部１０４、量子化部１０５、符号化部１０
６、ウェーブレット逆変換部１０７、エッジ度数算出部
１０８、及び利得変更部１０９からなる。上記画像処理
装置により画像データは概ね次のようにして処理され
る。次に、主要部の処理動作について詳細に説明する。
ホスト装置２００からの画像データはＲＩＰ部１０１に
よってビットマップデータに変換されフレームメモリ１
０２へ格納される。フレームメモリ１０２上に展開され
た１ページ分のビットマップデータはブロック分割部１
０３に送られ、ここで所定のサイズのブロックに分割さ
れてウェーブレット変換部１０４へ転送される。ウェー
ブレット変換部１０４で変換されたデータ（変換係数）
は、量子化部１０５及びエッジ度数算出部１０８に送ら
れる。エッジ度数算出部１０８は、ウェーブレット変換
部１０４からのデータに基づいて、該当ブロック内の濃
度勾配を算出し、その結果を利得変更部１０９へ出力す
る。利得変更部１０９は、エッジ度数算出部１０８で算
出された濃度勾配に基づき量子化部１０５の利得を変化
させる。量子化部１０５では、利得変更部１０９により
変更された利得で、ウェーブレット変換部１０４からの
データの量子化処理が行われ、符号化部１０６へ転送さ
れる。符号化部１０６内には少容量のバッファメモリが
設けられており、これを利用してＱＭ−Ｃｏｄｅｒ等の
データ圧縮（符号化）が行われる。圧縮されたデータは
順次ＨＤＤ３００に書き込まれる。そして、出力要求に
応じてＨＤＤ３００から圧縮されたデータが読み出さ
れ、これが符号化部１０６で逆符号化により伸張され、
量子化部１０５で逆量子化により係数に戻され、ウェー
ブレット逆変換部１０７で逆変換処理されることにより
画像データが生成され、プリンタエンジン４００を通し
て出力される。

【０００７】〈サブバンド符号化〉この実施の形態の画
像処理装置は、二次元画像データに対するサブバンド符
号化方式を採用している。そのために、ウェーブレット
変換部１０４では、まず、図２に示すように、ローパス
フィルタ１１及びハイパスフィルタ１２により元画像の
横方向（水平方向）の信号を低域と高域の信号に分解す
る。続いて縦方向（垂直方向）の信号にもローパスフィ
ルタ１３、１４及びハイパスフィルタ１５、１６により
同様の処理をそれぞれ施し、水平高域（ＨＬ）、垂直高
域ＬＨ、対角高域ＨＨ、低域ＬＬの４つの周波数帯域に
分割する変換を行う（図３参照）。その際、元画像を縦
２画素、横２画素のブロックに分割し、まず水平方向に
次式（１）に基づいた変換（２、２変換）を行ない、縦
２個、横１個のＬＰＦ出力ｓ（ｎ）、ＨＰＦ出力ｄ
（ｄ）を得る。続いてこの出力値それぞれに対し垂直方
向に同様の変換（２、２変換）を施すことにより、変換
係数を得る。元画像に対し、ＨＬは水平方向、ＬＨは垂
直方向、ＨＨは斜め方向の高周波成分を表す係数、ＬＬ
は低周波成分を表す変換係数となっている。また、図示
はしないが、例えば元画像を縦４画素、横４画素のブロ
ックに分割し、同様の変換を行うと、各種類の係数成分
（ＨＬ、ＬＨ、ＨＨ、ＬＬ）にはそれぞれ４個の係数が
属することになる。変換係数は、後述の量子化、エント
ロピー符号化、復号化、逆量子化の後、式（２）に基づ
いた変換（２、２逆変換）によって画素データに戻され
る。

【０００８】

【数１】〈量子化〉高周波係数の確率密度関数は、一般に平均値
０のラプラス分布で近似される。そこで、量子化部１０
５では、高周波係数に対しては、その平均量子化雑音電
力を最小にするような非線形量子化を行う。図４に量子
化特性の例を示す。実際の変換係数は正負の値をとる
が、正負は対称な関係にあるため、ここでは正数のみが
示されている。この例では、−２５５〜２５５の５１１
値の入力が、−２１９、−１２５、−７０、−３０、
０、３０、７０、１２５、２１９の９値の出力に量子化
されている。これらの量子化代表値は、ハフマン符号化
のようなエントロピー符号化によってデータ圧縮され
る。〈量子化部の利得〉量子化部１０５は、入力値が、複数
のしきい値で区切られた範囲のどこに入るかを判定し、
それぞれの範囲に対応した量子化代表値を出力とする。
量子化部１０５の利得が１の場合、量子化代表値はその
範囲を規定する２つのしきい値の間に存在する。例えば
図５（ｂ）の例において、量子化代表値７０は、そのし
きい値５０と９８の間の数である。ところが利得が１で
ない場合は、このようにはならない。利得が１より大き
い図５（ａ）の例では、量子化代表値７０が、しきい値
２５と４９の間の範囲より大きな値になっており、利得
が１より小さい図５（ｃ）の例では、しきい値１０１と
１９６の間の範囲より小さな値になっている。量子化部
１０５の利得が１より大きいと、その出力は入力より常
に大きくなり、１より小さいと逆になる。ブロック内の
階調変化の急峻さは、高周波係数の絶対値の大きさに比
例するので、高周波係数の量子化部利得を１以上とする
と、逆変換によって復元された画像の濃度勾配は、より
急峻化されることになり、１以下にすると逆に平滑化さ
れることになる。

【０００９】〈エッジ度数算出〉ブロック内の階調変化
が急峻であれば、高周波係数の絶対値は大きくなる。文
字や線画像のように階調が急激に変化する領域の高周波
係数は、例えば図６（ａ）のような大きな値をとるのに
対し、写真画像など階調変化が緩やかな領域では、図６
（ｂ）のように小さな値となる。そこで、エッジ度数算
出部１０８は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように３種類
の高周波係数成分（ＬＨ、ＨＬ、ＨＨ）の中で１番大き
な係数と２番目に大きな係数との差ｄを計算し、これを
エッジ度数とする。前述のように、元画像を縦４画素、
横４画素のブロックに分割した場合、高周波係数成分１
種類には、４つの係数が属しているので、まず４つの中
からその絶対値が最大のものを選び、これを該当係数成
分の代表値とし、続いて３種類の高周波係数成分代表値
の中で１番大きな係数と２番目に大きな係数との差ｄを
算出することとなる（請求項５）。

【００１０】〈量子化部利得切り換え〉前述のように、
文字や線画像などの領域では、その輪郭部の濃度勾配を
急峻にする微分フィルタ処理が行われ、写真画像など画
像の濃度勾配が緩やかな領域では平滑化フィルタ処理が
行われる。従来はこのような画質調整のためのフィルタ
処理と量子化処理とを別々に行っていたが、この実施の
形態では、エッジ度数算出部１０８により算出された前
記エッジ度数に応じて利得変更部１０９が量子化部１０
５の利得を切り換えることにより、フィルタ処理をデー
タ圧縮処理の過程で同時に行うようにしている（請求項
１、２）。これにより処理時間の短縮、装置の製造コス
トの削減が可能となる。量子化部１０５の利得は、その
しきい値を変えることにより切り換えられる。新たなし
きい値は、利得＝１におけるしきい値を目的の利得で割
ることにより求められる。したがって、（目的の利得）＝ｆ（エッジ度数）というように、「目的の利得」を「エッジ度数」の関数
として定式化しておけば、高周波係数→エッジ度数→利
得→新たなしきい値の順で新たなしきい値が求められ、
その新たなしきい値によって量子化部１０５の利得を目
的の利得に切り換えることができる。量子化部１０５の
利得が画像の領域に応じて切り換わっても、量子化代表
値は固定なので、符号化の際にどのような量子化テーブ
ルを使ったかを復号側に伝える必要はない。前記公報に
記載の技術では、画像の領域毎にどのような量子化テー
ブルを使ったか等のデータも画像データともに圧縮デー
タとして保存しておく必要があったが、この実施の形態
ではそのようなデータを必要としないので、その分圧縮
率が向上する（請求項３）。

【００１１】〈視覚特性を利用した圧縮率向上〉人間の
視覚特性上知覚しづらい部分で情報の削減を行えば、画
像品質を変えずに圧縮率を高めることができる。例えば
急峻な濃度勾配を持った領域の近傍の微少濃度変化は知
覚しづらいと言うマスク効果が知られている。マスク効
果によれば、隣接する２つのブロックそれぞれに対して
算出されるエッジ度数の差が所定値を越えていた場合、
小さいほうのエッジ度数のブロックの濃度変化は知覚し
づらいことになる。そこで、エッジ度数算出部１０８
は、隣接する２つのブロックそれぞれに対して算出され
るエッジ度数の差が所定値を越える場合、小さいほうの
エッジ度数をさらに小さい値に変更する（請求項４）。
その結果、利得変更部１０９により、量子化部１０５の
利得が小さく変更されるので、量子化出力値の分散が小
さくなり圧縮率が向上する。また、網点画像や線画像が
不規則に密集した領域では、平滑化を行っても視覚上特
性問題とならない場合が多い。このような領域の高周波
係数は、図６（ｃ）のように複数種の係数が大きな値を
とることが多い。そこで、このような場合、エッジ度数
算出部１０８は、１番大きな係数そのものをエッジ度数
とせず、１番目と２番目の係数の差ｄをエッジ度数とす
ることにより、エッジ度数を小さい値に変更する（請求
項５）。その結果、利得変更部１０９により、量子化部
１０５の利得が小さく変更されるので、量子化出力値の
分散が小さくなり圧縮率が向上する。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、画質調整のための領域分離処理及びフィ
ルタ処理をデータ圧縮処理の過程で同時に行えるように
なるので、処理時間を短縮でき、且つ領域分離処理部な
どを省いて装置コストを下げることが可能となる。ま
た、請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に
加え、ブロック内の濃度勾配に応じて量子化手段の利得
が変更されるので、画像の特徴に適合した量子化、符号
化を行うことができる。また、請求項３に記載の発明に
よれば、請求項１、２の効果に加え、量子化手段の利得
が画像の領域に応じて切り替わっても、量子化代表値は
固定なので、符号化の際にどのような量子化テーブルを
使ったかを圧縮データとして保存しておく必要がないの
で、その分圧縮率を高めることが可能となる。また、請
求項４に記載の発明によれば、請求項１、２、３の効果
に加え、視覚上知覚しづらい領域の画像情報が削減され
るので、画質劣化を知覚させることなく圧縮率を向上さ
せることができる。また、請求項５に記載の発明によれ
ば、請求項１、２、３の効果に加え、濃度勾配を平坦化
しても視覚上問題にならない画像領域のエッジ度数を小
さい値に変更することができるので、画質劣化を知覚さ
せることなく圧縮率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される画像処理装置を含む画像処
理システムの実施の形態の構成例を示すブロック図であ
る。

【図２】図１に示す画像処理装置のウェーブレット変換
部の内部構成を示した概略図である。

【図３】画素ブロックと周波数変換係数の説明図であ
る。

【図４】量子化特性の一例を示した説明図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は量子化しきい値の算出方法の
説明図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）はエッジ度数の算出方法の説明
図である。

【符号の説明】

１００画像処理装置、１０１ＲＩＰ部、１０２フ
レームメモリ、１０３ブロック分割部（分割手段）、１
０４ウェーブレット変換部（変換手段）、１０５量
子化部（量子化手段）、１０６符号化部（符号化手
段）、１０７ウェーブレット逆変換部、１０８エッジ
度数算出部（エッジ度数算手段）、１０９利得変更部
（利得変更手段）、２００ホスト装置、３００ハー
ドディスクドライブ、４００プリンタエンジン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力された多値の二次元画像データをＮ
×Ｍ画素（Ｎ、Ｍは自然数）のブロックに分割する分割
手段と、前記分割手段によって分割されたブロック内の各画素を
周波数変換し変換係数を生成する変換手段と、前記変換係数を量子化する量子化手段と、前記量子化手段の出力をエントロピー符号化する符号化
手段とを有する画像処理装置において、前記変換手段から出力される変換係数に基づいて、該当
ブロック内の濃度勾配を算出するエッジ度数算出手段
と、前記算出手段の結果に基づき前記量子化手段の利得を変
化させる利得変更手段とを備えたことを特徴とする画像
処理装置。
【請求項２】前記利得変更手段は、前記エッジ度数算
出手段の出力するエッジ度数が高いほど、前記量子化手
段の利得を大きくすることを特徴とする請求項１に記載
の画像処理装置。
【請求項３】前記量子化手段は、入力された係数値が
複数のしきい値で区切られた範囲のどこに入るかを判定
して、それぞれの範囲に対応して固定された量子化代表
値を出力し、前記利得変更手段は、前記しきい値を変えることで前記
量子化手段の利得を変化させることを特徴とする請求項
１又は２に記載の画像処理装置。
【請求項４】前記エッジ度数算出手段は、隣接する２
つのブロックそれぞれに対して算出されるエッジ度数の
差が所定値を越える場合、小さいほうのエッジ度数をさ
らに小さい値に変更することを特徴とする請求項１〜３
のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項５】前記変換係数は、種類別に複数の成分に
分類され、各成分には１個以上の係数が属し、前記エッジ度数算出手段は、各成分に属する係数の中で
その絶対値の最大値をその成分の代表値とし、各成分の
代表値の中で、大きな方から１番目と２番目の代表値の
差を前記エッジ度数とすることを特徴とする請求項１〜
３のいずれかに記載の画像処理装置。