JP2003299120A

JP2003299120A - カラー画像圧縮方法

Info

Publication number: JP2003299120A
Application number: JP2002100553A
Authority: JP
Inventors: Koji Ishida; 幸司石田
Original assignee: NEC Viewtechnology Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2003-10-17
Anticipated expiration: 2022-04-02
Also published as: JP3709381B2

Abstract

(57)【要約】【課題】グラデーション系の画像を、差分方式を応用
して可変長符号化することにより、圧縮率を改善すると
ともに画質品質を劣化させないカラー画像圧縮方法の提
供を目的とする。【解決手段】グラデーション系のカラー画像をＲＧＢ
の各プレーンに分割し、各プレーンにおける要素のデー
タに対する一次差分を算出し、さらに、一次差分に対す
る二次差分を算出して、各プレーンを可変長符号化する
カラー画像圧縮方法であって、二次差分が零でないとき
に、当該二次差分を用いて、各プレーンを可変長符号化
し、さらに、前記二次差分が連続して零となるときに、
当該零の連続数を用いて、各プレーンを可変長符号化す
る方法としてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー画像圧縮方
法に関し、特に、グラデーション（図形）系の画像を、
差分方式を応用して可変長符号化するカラー画像圧縮方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、通信回線等を介して画像を高速か
つ効率良く伝送するために、画像データを圧縮する様々
な画像圧縮方法が開発されてきた。たとえば、ラングレ
ンス圧縮方式は、同一のデータ要素が連続して出現する
場合が多いとき、そのデータ要素と出現回数の組み合わ
せに注目して符号化する方式である。このラングレンス
圧縮方式は、文字系の画像を効率良く圧縮することがで
きる。また、ＪＰＥＧ（ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａ
ｐｈｉｃＥｘｅｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）方式は、カラ
ー静止画を伝送する際に用いられる方式である。

【０００３】ところで、画像は、一般的に文字系、自然
画系、グラデーション系に分類される。これら各系の画
像データはそれぞれ特徴があり、たとえば、文字系画像
は、ラングレンス圧縮方式によって圧縮され、また、自
然画系画像は、ＪＰＥＧ方式によって圧縮される。

【０００４】また、特開昭６３−２８４９７４号公報に
おいて、一つの画像を複数のブロックに分割して、各ブ
ロック単位に画像情報の確率分布の集中度を表す統計
量、又は量子化符号の確率分布の集中度を表す統計量を
求め、これら統計量とある設定値との大小比較により可
変長符号化のコードブック、又は固定長符号を選択する
画像圧縮方式の技術が開示されている。この技術は、各
ブロックの画像特性に応じて、圧縮方式を変えることが
できるので、効率良く画像を圧縮することができる。

【０００５】さらに、上記公報には、二次差分ＤＰＣＭ
（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｕｌｓｅＣｏｄｅ
Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）又は二次差分可変標本密度符号
化における二次差分を求め、この二次差分を確率分布の
集中度を表す統計量として用い、この統計量とある設定
値との大小比較により可変長符号化のコードブック、又
は固定長符号を選択する画像圧縮方式の技術が開示され
ている。この技術は、各ブロックの二次差分に応じて、
圧縮方式を変えることができるので、効率良く画像を圧
縮することができる。

【０００６】しかし、エリア毎に圧縮方式を選択する画
像適応型圧縮方式を採用した場合であっても、プレゼン
テーション用に使用されることが多いグラデーション系
のエリアに対しては、文字系の圧縮方式に用いられるラ
ンレングス圧縮方式等の可逆圧縮方式を用いても圧縮率
が向上せず、また、カラー静止画で用いられるＪＰＥＧ
等の非可逆圧縮方式を用いても、画質劣化が顕著に現れ
てしまう。

【０００７】このため、グラデーション系画像を圧縮す
る場合には、グラデーション系画像の圧縮方法が採用さ
れていた。図４は、従来例にかかるグラデーション系画
像の圧縮方法を説明するための概略フローチャート図を
示している。同図に示す方法においては、まず、グラデ
ーション系画像をＲ，Ｇ，Ｂの各プレーンに分割し（ス
テップＡ１）、続いて、各プレーンの要素のデータを取
得する（ステップＡ２）。

【０００８】次に、取得したデータが１番目に取得した
バイト、すなわち、１バイト目か否かを判断し（ステッ
プＡ３）、１バイト目のとき、このデータを圧縮する
（ステップＡ４）。続いて、このデータが最後のデータ
か否かを判断し（ステップＡ７）、最後のデータでない
ときは、再びデータを取得する（ステップＡ２）。

【０００９】一方、取得したデータが１バイト目でない
ときには、前回のデータとの一次差分を算出し（ステッ
プＡ５）、かつ、この一次差分値を圧縮する（ステップ
Ａ６）。続いて、データが最後のデータか否かを判断し
（ステップＡ７）、最後のデータでないときは、再びデ
ータを取得し（ステップＡ２）、最後のデータであると
きは、処理を終了する。

【００１０】ところで、グラデーション系のカラー画像
は、Ｒ，Ｇ，Ｂの要素に分けた場合、通常、各要素で徐
々にデータの値が増減する。このため、グラデーション
系のカラー画像における各要素のデータは、ほぼ必ず、
三つの増減パターンを有する。

【００１１】図５は、グラデーション系のカラー画像の
各要素におけるデータの三つの増減パターンを説明する
ためのデータ表を図示してある。同図において、第一の
パターンは、データが１ずつ増減していくパターンであ
り、第二のパターンは、データが、たとえば、４ずつ増
減していくパターンであり、第三のパターンは、データ
が、４と５ずつ交互に増減していくパターンである。

【００１２】上述したように、従来例の画像圧縮方法に
よれば、グラデーション系のカラー画像に対して、１バ
イト目のデータと各一次差分値を圧縮することで、徐々
に増減するデータを効果的に圧縮することができる。

【００１３】なお、従来例の画像圧縮方法としては、上
記方法だけではなく、たとえば、Ｎ（自然数）＋１番目
に処理した一次差分からＮ番目に処理した一次差分を引
いて得られる二次差分を求め、二次差分が零のときは、
この二次差分すなわち零を圧縮し、さらに、二次差分が
零でないときは、データそのものを圧縮する画像圧縮方
法などもある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
のグラデーション系画像の圧縮方法は、一次差分値を圧
縮したり、二次差分が零でない場合に、原画像のデータ
そのものを圧縮したりしているため、圧縮率を改善する
ことができないといった問題があった。

【００１５】本発明は、上記問題を解決すべくなされた
ものであり、グラデーション系の画像を、差分方式を応
用して可変長符号化することにより、圧縮率を改善する
とともに画質品質を劣化させないカラー画像圧縮方法の
提供を目的とする。

【００１６】なお、特開昭６３−１５８９７１号公報、
特開昭６３−１５８９７２号公報及び特開昭６３−１５
８９７３号公報において、原画像に対して粗画像があ
り、その間のフレーム間の差分とその差分を使用して圧
縮を行い、粗画像からデータを伸張する際に、一次差分
と二次差分とを使用して、予測点の補完を行う画像圧縮
方式の技術が開示されている。この技術は、効果的に予
測点の補完を行うことができるものの、伝送後の予測点
を完全に補完できず、すなわち、非可逆圧縮方式である
ため、画像品質が低下する。

【００１７】また、特開昭６３−２７２２７２号公報、
特開昭６３−２７２２７３号公報及び特開昭６３−２７
２２７４号公報において、原画像に対して粗画像があ
り、その間のフレーム間の一次差分とその一次差分から
二次差分を求め、二次差分が零でないとき、原画像又は
一次差分のデータを圧縮する画像圧縮方式の技術が開示
されている。この技術は、二次差分が零のとき、効果的
に画像を圧縮することができるものの、二次差分が零で
ないときは、原画像又は一次差分のデータを圧縮するた
め、圧縮率が低下する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のカラー画像圧縮方法は、グラデーション系
のカラー画像をＲＧＢの各プレーンに分割し、前記各プ
レーンにおける要素のデータに対する一次差分を算出
し、さらに、前記一次差分に対する二次差分を算出し
て、前記各プレーンを可変長符号化するカラー画像圧縮
方法であって、前記二次差分が零でないときに、当該二
次差分を用いて、前記各プレーンを可変長符号化する方
法としてある。このようにすると、グラデーション系の
カラー画像の二次差分、すなわち、零，−１，１を圧縮
すればよいので、圧縮する値がほぼ零となるので、合計
ビット数が小さくなり、圧縮率を改善することができ
る。

【００１９】また、本発明のカラー画像圧縮方法は、前
記二次差分が連続して零となるときに、当該零の連続数
を用いて、前記各プレーンを可変長符号化する方法とし
てある。このようにすると、二次差分の連続数をカウン
トしそのカウント数を圧縮すればよいので、圧縮率を大
幅に向上させることができる。

【００２０】また、本発明のカラー画像圧縮方法は、前
記各プレーンから最初に取得するデータを、コードブッ
クにおけるデータ値の範囲にもとづいて圧縮する方法と
してある。このようにすることにより、複雑な処理を行
わなくても、データを容易に圧縮することができる。

【００２１】また、本発明のカラー画像圧縮方法は、前
記コードブックにもとづいて、前記二次差分を圧縮する
方法としてある。このようにすることにより、グラデー
ション系のカラー画像の二次差分、すなわち、零，−
１，１を容易に圧縮することができる。

【００２２】また、本発明のカラー画像圧縮方法は、前
記二次差分が零のとき、ランレングスカウントを加算す
ることによって、前記零の連続数をカウントし、前記二
次差分が零でないときは、前記ランレングスカウントを
圧縮することを特徴とする方法としてある。このように
することにより、二次差分として零が連続する場合に、
たとえば、二次差分ごとに圧縮を行う場合に比べて、大
幅に圧縮率を改善することができる。

【００２３】また、本発明のカラー画像圧縮方法は、前
記各プレーンを可逆的に可変長符号化する方法としてあ
る。このようにすることにより、画像品質が低下してし
まうといった不具合を回避することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。

【００２５】［カラー画像圧縮方法］図１は、本発明に
かかるカラー画像圧縮方法を説明するための概略フロー
チャート図を示している。同図において、まず、グラデ
ーション系のカラー画像をＲＧＢプレーンに分割する
（ステップＳ１）。次に、分割したプレーンから画像の
データを取得する（ステップＳ２）。このデータの取得
では、画像の要素のなかから任意の１バイトを取得す
る。

【００２６】次に、取得した画像データが、最初のバイ
ト、すなわち、１バイト目か否かの判断を行う（ステッ
プＳ３）。ここで、取得した画像データが１バイト目で
あるときは、この画像データに対しデータ圧縮を行う
（ステップＳ４）。

【００２７】このデータ圧縮は、図２(ａ）に示すデー
タ圧縮のコードブックにもとづいて行われる。同図にお
いて、データ圧縮のコードブックは、合計ビット数，識
別コード，コードの長さ及びデータ値の範囲とからなっ
ており、データ値の範囲の各区分けに対応して、合計ビ
ット数，識別コード及びコードの長さがそれぞれ設定さ
れている。

【００２８】合計ビット数は、識別コードとデータ値の
合計ビット数を示しており、圧縮するデータ値が零に近
ければ近いほど小さなサイズに圧縮することができる。
また、コードの長さは、データ値を圧縮する際のデータ
ビット数であり、識別コードは、そのコードの長さを示
すデータに付加するビットデータである。

【００２９】データ値の範囲は、データ値（−２５５か
ら２５５までの整数）に応じて、（０），（−１，
１），（−３、−２，２，３），（−７〜−４，４〜
７），（−１５〜−８，８〜１５），（−３１〜−１
６，１６〜３１），（−６３〜−３２，３２〜−６
３），（−１２７〜−６４，６４〜１２７）及び（−２
５５〜−１２８，１２８〜２５５）の８つに区分けされ
ている。

【００３０】データ圧縮は、１バイト目の画像データの
値に応じた“データ値の範囲”の識別コードと、コード
の長さ分のビット数で表示した１バイト目のデータとを
組み合わせて圧縮を行う。

【００３１】たとえば、１バイト目のデータが「５」の
場合、“データ値の範囲”から、識別コードは２進数で
表すと「１１１１０」となる。また、コードの長さは
「３」であるため、１バイト目のデータ「５」は２進数
で表すと「１０１」となる。この「１１１１０」と「１
０１」を組み合わせて「１１１１０１０１」という形で
出力する。

【００３２】次に、最後のデータかどうかを判断し（ス
テップＳ１６）、データが続いているときは、上記ステ
ップＳ２に戻り、次のデータを取得する。そして、再び
ステップＳ３において、取得したデータが１バイト目か
否かの判断を行う。このデータは、２バイト目であるた
めステップＳ５へ進み、２バイト目か否かの判断を行う
（ステップＳ５）。

【００３３】ここで、取得したデータは２バイト目であ
るため、ステップＳ６へ進み、１バイト目と２バイト目
の一次差分を算出し、（ステップＳ６）、続いて、算出
した一次差分値を圧縮する（ステップＳ７）。なお、一
次差分値の圧縮方法は、ステップＳ４のデータ圧縮と同
様に行う。

【００３４】次に、最後のデータかどうかを判断し（ス
テップＳ１６）、データが続いているときは、上記ステ
ップＳ２に戻り、次のデータを取得する。そして、３バ
イト目以降は、データ取得（ステップＳ２）後、ステッ
プＳ３及びステップＳ５を経由して、ステップＳ８へ進
む。

【００３５】そして、前回取得したデータと今回取得し
たデータとの一次差分を求め（ステップＳ８）、続い
て、前回取得した一次差分と今回取得した一次差分との
二次差分を求める（ステップＳ９）。

【００３６】次に、ステップＳ９で求めた二次差分が零
か否かを判断し（ステップＳ１０）、二次差分が零のと
き、ランレングスカウントを１つ加算して（ステップＳ
１１）、ステップＳ１６へ進む。これに対し、二次差分
が零以外のとき、ランレングスカウントが零か否かを判
断（ステップＳ１２）する。

【００３７】そして、ステップＳ１２において、ランレ
ングスカウントが零のとき、ステップＳ１５に進み、次
に、ステップＳ９で求めた二次差分値を圧縮し（ステッ
プＳ１５）、続いて、最後のデータかどうかを判断し
（ステップＳ１６）、データが続いているときは、上記
ステップＳ２に戻り、次のデータを取得する。なお、こ
の二次差分値の圧縮方法は、ステップＳ４のデータ圧縮
と同様の方法で行う。

【００３８】これに対し、ステップＳ１２において、ラ
ンレングスカウントが零でないとき、ランレングスカウ
ントの圧縮（ステップＳ１３）を行う。

【００３９】このランレングスカウントの圧縮は、図２
（ｂ）に示すランレングス圧縮のコードブックにもとづ
いて行う。同図（ｂ）において、ランレングス圧縮のコ
ードブックは、合計ビット数，識別コード，コードの長
さ及びデータ値の範囲とからなっており、データ値の範
囲の各区分けに対応して、合計ビット数，識別コード及
びコードの長さがそれぞれ設定されている。なお、合計
ビット数及びコードの長さは、上記合計ビット数及びコ
ードの長さと同様としてある。

【００４０】データ値の範囲は、データ値（１から２５
５までの整数）に応じて、（１），（２，３），（４〜
７），（８〜１５），（１６〜３１），（３２〜−６
３），（６４〜１２７）及び（１２８〜２５５）の８つ
に区分けされている。

【００４１】ランレングス圧縮は、１バイト目のランレ
ングスカウントの値に応じた“データ値の範囲”の識別
コードと、コードの長さ分のビット数で表示したランレ
ングスカウントのデータとを組み合わせて圧縮を行う。

【００４２】たとえば、ランレングスカウントが「５」
の場合は、“データ値の範囲”から、認識コードは、２
進数で表すと「０１１１０」となる。

【００４３】ランレングスカウントが「５」の場合は、
２進数で表すと「１０１」になるが、通常の値とは異な
り、ランレングスカウントの値には負の値が無いため、
最上位ビットには必ず１が立つことになるため、解凍側
で最上位ビットの１を付加する仕様とし、最上位ビット
の１を省略し、「０１」と表す。したがって、コードの
長さは、「２」としてあり、１ビット分データを削減し
てある。この「０１１１０」と「０１」を組み合わせて
「０１１１００１」という形で出力する。

【００４４】次に、ランレングスカウントを零に初期化
（ステップＳ１４）し、ステップ１５に進み、ステップ
Ｓ９で求めた二次差分値を圧縮し（ステップＳ１５）、
続いて、最後のデータか否かを判断し（ステップＳ１
６）、データが続いているときは、上記ステップＳ２に
戻り、次のデータを取得する。

【００４５】ステップＳ１６において、最後のデータか
否かをチェックし、最後のデータになるまでステップＳ
２に戻り、上記処理を繰り返す。そして、最後のデータ
となったとき、ステップＳ１７に進み、ステップＳ１２
と同様にラングレンスカウントが零か否かを判断し（ス
テップＳ１７）、ラングレンスカウントが零のとき、処
理を終了する。

【００４６】これに対し、ステップＳ１７において、ラ
ングレンスカウントが零でないとき、ステップＳ１３と
同様にラングレンスカウントの圧縮を行い（ステップＳ
１８）、続いて、ステップＳ１４と同様にラングレンス
カウントを零に初期化し（ステップＳ１９）、処理を終
了する。

【００４７】次に、上記カラー画像圧縮方法を行う、画
像圧縮装置について、図面を参照して説明する。図３
は、本発明にかかるカラー画像圧縮方法を実施する画像
圧縮装置の構成を説明するための、概略ブロック図を示
している。同図において、画像圧縮装置１は、対象画像
を入力するための入力装置１０と、入力画像、出力圧縮
データを記憶しておく記憶装置４０と、プログラム制御
により動作するデータ処理装置３０とからなっている。

【００４８】記憶装置４０は、入力画像データバッファ
領域４１と出力データバッファ領域４２とを備えてお
り、入力及び出力データを一時的に記憶する。また、デ
ータ処理装置３０は、差分手段３１と、ラングレンス加
算手段３２と、データ圧縮手段３３とを備えており、入
力された画像の圧縮処理を行い出力装置２０に出力す
る。

【００４９】以上説明したように、本実施形態のカラー
画像圧縮方法によれば、グラデーション系のカラー画像
の特徴、すなわち、画像のデータの二次差分値が、ほぼ
必ず零、１、−１であることを利用して、二次差分値と
して零が連続するとき、零の連続数自体をカウントしそ
のカウント数を圧縮しているので、圧縮率を大幅に向上
させることができる。また、零の連続数をラングレンス
カウントにより圧縮しているので、零が多く連続するほ
ど圧縮効率を向上させることができる。

【００５０】また、画像の二次差分値が零以外の場合で
あっても、二次差分値を圧縮し原画像のデータを圧縮し
ないので、ほぼ必ず１又は−１を圧縮すればすむ。つま
り、圧縮する値が零に近いほど合計ビット数を低減する
ことができ、画像の圧縮効率を改善することができる。
たとえば、図５に示す第三のパターンを圧縮するには、
一次差分を圧縮すると７４ビット必要なのに対し、二次
差分を圧縮すると４２ビットあればよいことから、圧縮
率を大幅に改善することができる。

【００５１】また、各プレーンから最初に取得するデー
タを、データ値の範囲に区分けしたデータ圧縮のコード
ブックにもとづいて圧縮する方法としてあり、このよう
にすることにより、複雑な処理を行わなくても、データ
を容易に圧縮することができる。さらに、上記コードブ
ックにもとづいて、二次差分を圧縮する方法としてあ
り、このようにすることにより、グラデーション系のカ
ラー画像の二次差分、すなわち、零，−１，１を容易に
かつ効率良く圧縮することができる。

【００５２】また、画像の二次差分が零でない場合であ
っても、二次差分値を圧縮し、この二次差分値から原画
像のデータを再現するとよく、このようにすることによ
り、各プレーンを可逆的に可変長符号化することがで
き、画像品質が低下してしまうといった不具合を回避す
ることができる。

【００５３】なお、本発明のカラー画像圧縮方法は、グ
ラデーション系のカラー画像に限定するものではなく、
画像のデータが連続的に増減する画像、すなわち、二次
差分が零に近い値となる画像であれば、上述したような
圧縮効果を得ることができることは勿論である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明におけるカ
ラー画像圧縮方法によれば、グラデーション画像におい
て、二次差分の値を直接圧縮することにより、圧縮の合
計ビット数を減らすことができ、画像の圧縮効率を大幅
に改善することができる。また、可逆的に再生できるよ
うに画像を圧縮することもできるので、圧縮による画像
の劣化が無く、画像品質の低下を防止することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかるカラー画像圧縮方法を
説明するための概略フローチャート図を示している。

【図２】図２は、本実施形態で用いられるコードブック
であり、（ａ）はデータ圧縮のコードブックを、（ｂ）
はランレングス圧縮のコードブックを示している。

【図３】図３は、本発明にかかるカラー画像圧縮方法を
実施する画像圧縮装置の構成を説明するための、概略ブ
ロック図を示している。

【図４】図４は、従来例にかかるグラデーション系画像
の圧縮方法を説明するための概略フローチャート図を示
している。

【図５】図５は、グラデーション系のカラー画像の各要
素におけるデータの三つの増減パターンを説明するため
のデータ表を図示してある。

【符号の説明】

１画像圧縮装置１０入力装置２０出力装置３０データ処理装置３１差分手段３２ラングレンス加算手段３３データ圧縮手段４０記憶装置４１入力画像データバッファ領域４２出力データバッファ領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C057 AA11 EA01 EA12 ED08 EM13 FB03 GJ07 5C059 MA01 MA45 MD07 ME01 ME05 PP01 PP15 UA02 5C078 AA09 BA22 BA32 CA01 DA01 DA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】グラデーション系のカラー画像をＲＧＢ
の各プレーンに分割し、前記各プレーンにおける要素の
データに対する一次差分を算出し、さらに、前記一次差
分に対する二次差分を算出して、前記各プレーンを可変
長符号化するカラー画像圧縮方法であって、前記二次差分が零でないときに、当該二次差分を用い
て、前記各プレーンを可変長符号化することを特徴とす
るカラー画像圧縮方法。
【請求項２】前記二次差分が連続して零となるとき
に、当該零の連続数を用いて、前記各プレーンを可変長
符号化することを特徴とする請求項１記載のカラー画像
圧縮方法。
【請求項３】前記各プレーンから最初に取得するデー
タを、コードブックにおけるデータ値の範囲にもとづい
て圧縮することを特徴とする請求項１又は２記載のカラ
ー画像圧縮方法。
【請求項４】前記コードブックにもとづいて、前記二
次差分を圧縮することを特徴とする請求項３記載のカラ
ー画像圧縮方法。
【請求項５】前記二次差分が零のとき、ランレングス
カウントを加算することによって、前記零の連続数をカ
ウントし、前記二次差分が零でないときは、前記ランレ
ングスカウントを圧縮することを特徴とする請求項１〜
４のいずれかに記載のカラー画像圧縮方法。
【請求項６】前記各プレーンを可逆的に可変長符号化
することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の
カラー画像圧縮方法。