(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された二次元多値画像データを複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分割し、高周波係数と低周波係数からなる係数データに変換する変換手段と、
前記変換手段から出力される前記係数データに基づいて、ブロックがエッジ領域ブロックかイメージ領域ブロックかを判断する領域分離手段と、
前記変換手段から出力される前記係数データを量子化して量子化データを生成し、また、量子化データを逆量子化して係数データを生成する量子化手段と、
前記量子化手段から出力される量子化データを符号化して圧縮データを生成し、また、圧縮データを逆符号化して量子化データを生成する符号化手段と、
前記量子化手段から出力される係数データを逆変換して元画像データを生成する逆変換手段と、
を具備する画像処理装置において、
前記量子化手段は、前記領域分離手段による判断結果に基づいて、前記ブロックの前記高周波係数の量子化ビット数と前記低周波係数の量子化ビット数との合計が領域によらず一定で、且つ、前記エッジ領域ブロックの前記高周波係数の量子化ビット数と前記イメージ領域ブロックの前記低周波係数の量子化ビット数とが同一となるように、前記係数データを量子化し、
前記逆変換手段は、逆量子化された係数データのうち、前記エッジ領域ブロックは高周波係数のみ、前記イメージ領域ブロックは低周波係数のみを用いて逆変換することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像処理装置において、前記逆変換手段は、とびとびのブロックについて前記係数データを逆変換することを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
入力された二次元多値画像データを複数のブロックに分割するステップと、
前記分割されたブロック内の各画素を周波数分割し、高周波係数と低周波係数からなる係数データに変換するステップと、
前記係数データに基づいて、ブロックがエッジ領域ブロックかイメージ領域ブロックかを判断するステップと、
前記判断に基づいて、各ブロックの前記高周波係数の量子化ビット数と前記低周波係数の量子化ビット数との合計が領域によらず一定で、且つ、前記エッジ領域ブロックの前記高周波係数の量子化ビット数と前記イメージ領域ブロックの前記低周波係数の量子化ビット数とが同一となるように、前記係数データを量子化して量子化データを生成するステップと、
前記量子化データを符号化して圧縮データを生成するステップと、
入力された圧縮データを逆符号化して量子化データを生成するステップと、
前記生成された量子化データを逆量子化して高周波係数と低周波係数からなる係数データを生成するステップと、
前記逆量子化された係数データのうち、前記エッジ領域ブロックは高周波係数のみ、前記イメージ領域ブロックは低周波係数のみを用いて逆変換して元画像データを生成するステップと、
を有することを特徴とする画像処理方法。
【請求項４】
請求項３記載の画像処理方法において、前記周波数係数を逆変換して元画像データを生成するステップでは、とびとびのブロックについて逆変換することを特徴とする画像処理方法。
【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及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像データ圧縮技術は、画像データを保持するためのメモリ量を低減したり、画像データの送信時間を短縮したりする目的で、画像処理の分野で一般に用いられている。画像データ圧縮方式は、画像データの処理形態により様々であり、画像データを印字処理する場合においては、限られた容量のメモリ上で、画像データを回転して印字するなどの処理を高速に行うという必要性から固定長圧縮が要求される。また、解像度や階調性の異なった機器間で画像データをやりとりする場合は、出力機器に応じた画像品質の送信データが選択できる階層的なデータ構成の圧縮方式が望まれる。特に表示装置へ送信する場合は、画像品質は十分ではないが、特徴を捕え全体を想定できるようなオブジェクト（例えばアイコン）の画像データから先に転送するといったプログレッシブな転送方法が必要であるため、階層に応じたデータ圧縮が行われる。また画像印字装置において、トナーの消費をおさえつつ概略のレイアウトがわかる試し印字（ドラフトモード）を行う場合においては、画質は良くなくとも特徴を保持したデータ圧縮処理が必要となる。特開平１−１３５２６５号公報に記載の技術では、サブサンプリングした元画像をブロック化し、これを直交変換した画像データと、その他のデータとに分割し圧縮する方式を採用することで、画像ファイルにおける見出し画像を効率良く再生するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
画像データは、その特質から一般的に２種類の領域で構成されているといえる。すなわち、写真やグラフィックス画像等のようになだらかに階調の変化するイメージ領域と、文字や線画像などのように画像の縁（エッジ）部とその近傍とで急峻に階調が変化するエッジ領域である。人間の視覚上、イメージ領域では階調性が重要となり、エッジ領域では解像度が重要となる。前述の公報に記載の従来技術では、元画像をサブサンプリングし、これにＤＣＴ(Discrete  Cosine  Transform)を行い、変換係数を領域によらず１つの量子化テーブルを使用して一律に量子化している。この場合、１つの量子化テーブルを使用しているのでデータ長は固定長であるが、領域に応じ異なった量子化を行っていないため、データ量が多いわりには画像の特徴を表した画像データが得られないという欠点がある。また、画質のレベルが２種類しか選択できないといった欠点も有していた。本発明の課題は、データ量が少ないながらも、画像の特徴を十分残した画像データを生成することができる画像処理装置及び方法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、入力された二次元多値画像データを複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分割し、高周波係数と低周波係数からなる係数データに変換する変換手段と、前記変換手段から出力される前記係数データに基づいて、ブロックがエッジ領域ブロックかイメージ領域ブロックかを判断する領域分離手段と、前記変換手段から出力される前記係数データを量子化して量子化データを生成し、また、量子化データを逆量子化して係数データを生成する量子化手段と、前記量子化手段から出力される量子化データを符号化して圧縮データを生成し、また、圧縮データを逆符号化して量子化データを生成する符号化手段と、前記量子化手段から出力される係数データを逆変換して元画像データを生成する逆変換手段と、具備する画像処理装置において、前記量子化手段は、前記領域分離手段による判断結果に基づいて、前記ブロックの前記高周波係数の量子化ビット数と前記低周波数の量子化ビット数との合計が領域によらず一定で、且つ、前記エッジ領域ブロックの前記高周波係数の量子化ビット数と前記イメージ領域ブロックの前記低周波係数の量子化ビット数とが同一となるように、前記係数データを量子化し、前記逆変換手段は、逆量子化された係数データのうち、前記エッジ領域ブロックは高周波係数のみ、前記イメージ領域ブロックは低周波係数のみを用いて逆変換することを特徴とする。
請求項１記載の画像処理装置において、前記逆変換手段は、とびとびのブロックについて前記係数データを逆変換することを特徴とする。
【０００５】
また、請求項３に記載の発明は、入力された二次元多値画像データを複数のブロックに分割するステップと、前記分割されたブロック内の各画素を周波数分割し、高周波係数と低周波係数からなる係数データに変換するステップと、前記係数データに基づいて、ブロックがエッジ領域ブロックからイメージ領域ブロックかを判断するステップと、前記判断に基づいて、各ブロックの前記高周波係数の量子化ビット数と前記低周波係数の量子化ビット数との合計が領域によらず一定で、且つ、前記エッジ領域ブロックの前記高周波数の量子化ビット数と前記イメージ領域ブロックの前記周波数係数の量子化ビット数とが同一となるように、前記係数データを量子化して量子化データを生成するステップと、前記量子化データを符号化して圧縮データを生成するステップと、入力された圧縮データを逆符号化して量子化データを生成するステップと、前記生成された量子化データを逆量子化して高周波係数と低周波係数からなる係数データを生成するステップと、前記逆量子化された係数データのうち、前記エッジ領域ブロックは高周波係数のみ、前記イメージ領域ブロックは低周波係数のみを用いて逆変換して元画像データを生成するステップと、有することを特徴とする画像処理方法を提供する。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３記載の画像処理方法において、前記周波数係数を逆変換して元画像データを生成するステップでは、とびとびのブロックについて逆変換することを特徴とする。
【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、像域分離部１０５、量子化部１０６、符号化部１０７、及びウェーブレット逆変換部１０８からなる。本画像処理装置１００により、画像データは概ね次のようにして処理される。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１０２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１０３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で変換された係数データは、像域分離部１０５及び量子化部１０６に送られる。像域分離部１０５では、ウェーブレット変換部１０４からのデータに基づいて各ブロックがエッジ領域ブロックかイメージ領域ブロックかが判断される。そして、量子化部１０６では、像域分離部１０５の判断結果に基づいて、ウェーブレット変換部１０４からの係数データの量子化処理が行われ、量子化データが符号化部１０７へ転送される。符号化部１０７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１０７で逆符号化により量子化データに伸張され、量子化部１０６で逆量子化により係数データに戻され、ウェーブレット逆変換部１０８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】
次に、主要部の処理動作について詳細に説明する。
〈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）。
【０００８】
その際、元画像を縦２画素、横２画素のブロックに分割し、まず水平方向に下記の式（２）に基づいた変換（２、６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下記の式（１）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（高周波係数）、ＬＬは低周波成分を表す変換係数（低周波係数）となっている。
【０００９】
【数１】
0003642920.tif 000002
〈領域分離〉  像域分離部１０５は、ブロック内における空間的な階調変化に基づいて、各ブロックがエッジ領域ブロックかイメージ領域ブロックかの判断を行う。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。すなわち高周波係数の絶対値がある値以上であればエッジ領域、そうでなければイメージ領域と判断することができる。例えば次式（５）のような条件を満たすブロックをエッジ領域ブロックとし、それ以外をイメージ領域ブロックとする。
３１＜｜ＨＬ｜ｏｒ３１＜｜ＬＨ｜ｏｒ３１＜｜ＨＨ｜            式（５）
〈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１０６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。また、異なる係数間の相関を利用したベクトル量子化も行う。図４は同一ブロック内の係数ＨＬ、ＬＨによる２次元ベクトル量子化の例を示したものであり、（ａ）は７値（３ｂｉｔ）、（ｂ）は１５値（４ｂｉｔ）の量子化の例をそれぞれ示している。高周波係数ＨＨは、視覚上の重要性が低いため、ここではすべて破棄することとする。また、低周波係数ＬＬの確率密度関数は、画像によって変動し、一般性がないため、一様分布と見なし、線形量子化を行う。係数ＬＬが８ｂｉｔで３ｂｉｔの量子化であれば、最下位ビット（ＬＳＢ）側５ｂｉｔを切り捨て、４ｂｉｔの量子化であれば、最下位ビット側４ｂｉｔを切り捨てる。
【００１０】
〈ビット配分〉  量子化部１０６は、１ブロックに割当てられたビット数は固定でも、高周波係数と低周波係数に配分するビット数の比率を領域によって変える。エッジ領域では、高周波係数のビット数を多くとり、イメージ領域では逆にする。ただし、エッジ領域の高周波係数のビット数と、イメージ領域の低周波係数のビット数は同じにする。図５に各領域のビット配分の例を示す。この例では、１ブロックは常に８ｂｉｔで、エッジ領域では高周波係数に４ｂｉｔ、低周波係数に３ｂｉｔ、領域情報に１ｂｉｔ、イメージ領域では高周波係数に３ｂｉｔ、低周波係数に４ｂｉｔ、領域情報に１ｂｉｔがそれぞれ配分されている。
【００１１】
〈エントロピー符号化〉  符号化部１０７は、上述のように１ブロックあたり固定長の量子化係数で表現されたデータ（量子化データ）を補完し、より高画質の画像を作成するために、誤差分のデータを作成する。例えば、上述の固定長の量子化係数から式（３）、式（４）によって逆変換された復元画像と元画像との差をあらかじめ求めておき、これを誤差分のデータとする。そして、固定長の量子化係数及び誤差分データをエントロピー符号化する。上述の固定長の量子化係数及び誤差分データはＱＭ−ｃｏｄｅr のような可変長可逆符号化方式で圧縮（符号化）される。印字装置で画像データを回転印字する場合は、固定長のデータ構成が望ましいので、エントロピー符号化の前段階で回転処理を行なう。
〈画像復元〉  上述したように、ＨＤＤ３００から読み出された圧縮データを符号化部１０７で逆符号化（復号）し、それを量子化部１０６で逆量子化して係数に戻し、その係数をウェーブレット逆変換部１０８で逆変換することにより画像データが生成される。その際、量子化係数と誤差分データの両方を復号し、係数に戻し、逆変換すれば、元画像をほぼ完全に復元できる。また、上述の固定長に量子化された係数すなわち高周波係数と低周波係数の両方を逆変換すれば、ある程度画質の良い画像が生成される。また、上述の固定長に量子化された係数のうちエッジ領域については高周波係数のみ、イメージ領域については低周波係数のみを用いて逆変換すれば、かなり画質は劣化するが画像の特徴は十分残した画像が生成される。このような画質による画像形成は、ドラフト印字などの場合に利用される。また、画像の復元処理（ダウンサンプリング）を全てのブロックについては行わずに、例えば図６のようにとびとびのブロックについて行うようにすれば、画質及び解像度（画素数）は低下することになるが、特徴を把握できる程度の画像を生成できる（請求項４）。このような画質による画像形成は、表示装置においてアイコンの画像などを表示する場合に利用できる。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力画像データの各ブロックについて、高周波係数の量子化ビット数と低周波係数の量子化ビット数との合計を領域によらず一定とし、且つ、エッジ領域ブロックの高周波係数の量子化ビット数とイメージ領域ブロックの低周波係数の量子化ビット数とが同一になるようにしたことにより、各ブロックのデータ長がすべて固定長になり、且つ各ブロックのデータの中で画像の特徴を表現するのに必要な係数データもすべてのブロックで固定長になるので、各ブロックのデータへのアクセスを容易に行うことができ、しかも、エッジ領域ブロックは高周波係数の量子化出力のみを用いて画像生成を行い、イメージ領域ブロックは低周波係数の量子化出力のみを用いて画像生成を行うので、画質は劣化するが画像の特徴は十分残した画像データを生成できる。また、入力された画像データについて分割されたすべてのブロックについてではなく、とびとびのブロックについて画像生成を行うことにより、画質及び解像度は低下するが画像の特徴を把握できる程度の画像データを生成でき、且つ、データ量が削減されるため容易に縮小画像を生成できる。
【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】  （ａ）及び（ｂ）は２次元ベクトル量子化の例を示した説明図である。
【図５】  ビット配分の仕方の例を示した説明図である。
【図６】  画像の復元処理の仕方の一例を示した説明図である。
【符号の説明】
１００  画像処理装置
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
１０１  ＲＩＰ部
１０２  フレームメモリ
１０３  ブロック分割部（分割手段）
１０４  ウェーブレット変換部（変換手段）
１０５  像域分離部
１０６  量子化部（量子化手段）
１０７  符号化部（符号化手段）
１０８  ウェーブレット逆変換部
【図１】
0003642920.tif 000003
【図２】
0003642920.tif 000004
【図３】
0003642920.tif 000005
【図４】
0003642920.tif 000006
【図５】
0003642920.tif 000007
【図６】
0003642920.tif 000008