(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素からなる２値画像を符号化する方法であり、前記２値画像を記憶する画像記憶部を準備するステップと、符号化すべき着目画素の予測状態を既に符号化済みの複数の画素からなる第１参照画素系列に基づいて算出する予測状態算出ステップと、前記予測状態算出ステップにより算出された予測状態に基づいて着目画素のシンボル出現確率を推定するシンボル出現確率推定ステップと、前記シンボル出現確率推定ステップにより推定されたシンボル出現確率を符号化パラメータとして着目画素の算術符号を構成する算術符号構成ステップとを含む画像符号化方法であって、
前記画像記憶部より高速なデータアクセス速度を有する高速アクセス記憶部を準備するステップと、
順次に着目画素となる複数の画素からなる着目画素系列を設定する着目画素系列設定ステップと、
前記着目画素系列設定ステップにより設定された着目画素系列に対し、既に符号化済みの複数の画素を含む前記着目画素系列以前の複数の画素からなる第２参照画素系列を設定する第２参照画素系列設定ステップと、
前記着目画素系列設定ステップにより設定された着目画素系列及び前記第２参照画素系列設定ステップにより設定された第２参照画素系列を前記画像記憶部から一括して読み出し、前記高速アクセス記憶部に記憶する記憶制御ステップと、
前記高速アクセス記憶部に記憶された前記着目画素系列及び第２参照画素系列内において、前記着目画素系列内の各着目画素に対応するそれぞれの前記第１参照画素系列を、前記着目画素系列内の着目画素の移動に応じて相対位置を変化させて設定する第１参照画素系列設定ステップとを含み、
前記シンボル出現確率推定ステップは、前記第１参照系列設定ステップで設定された第１参照画像系列の状態毎に異なる確率推定論理を選択するステップを含むことを特徴とする画像符号化方法。
【請求項２】
算術符号化された２値画像データを復号化する方法であり、復号化された２値画像を記憶する復号画像記憶部を準備するステップと、復号化すべき着目画素の予測状態を既に復号化済みの複数の画素からなる第１参照画素系列に基づいて算出する予測状態算出ステップと、前記予測状態算出ステップにより算出された予測状態に基づいて着目画素のシンボル出現確率を推定するシンボル出現確率推定ステップと、前記シンボル出現確率推定ステップにより推定されたシンボル出現確率を復号化パラメータとして着目画素を復号化する算術符号復号化ステップとを含む画像復号化方法であって、
前記復号画像記憶部のデータアクセス速度より高速なデータアクセス速度を有し、前記復号画像記憶部に記憶された画像の一部および前記算術符号復号化ステップにより復号化された複数の画素を一時的に記憶する高速アクセス記憶部を準備するステップと、
順次に着目画素となる複数の画素からなる着目画素系列を設定する着目画素系列設定ステップと、
前記着目画素系列設定ステップにより設定された着目画素系列に対し、既に復号化済みの複数の画素からなる第２参照画素系列を設定する第２参照画素系列設定ステップと、
前記第２参照画素系列設定ステップにより設定された第２参照画素系列を前記復号画像記憶部から一括して読み出し、前記高速アクセス記憶部に記憶する記憶制御ステップと、
前記記憶制御ステップにより前記高速アクセス記憶部に記憶された第２参照画素系列および前記着目画素系列設定ステップにより設定された着目画素系列のうち前記算術符号復号化ステップにより復号化されて前記高速アクセス記憶部に記憶された画素を結合して第３参照画素系列を設定する第３参照画素系列設定ステップと、
前記第３参照画素系列設定ステップにより設定された第３参照画素系列内において、前記着目画素系列内の各着目画素に対応するそれぞれの前記第１参照画素系列を、前記着目画素系列内の着目画素の移動に応じて相対位置を変化させて設定する第１参照画素系列設定ステップとを含み、
前記シンボル出現確率推定ステップは、前記第１参照系列設定ステップで設定された第１参照画像系列の状態毎に異なる確率推定論理を選択するステップを含むことを特徴とする画像復号化方法。
【請求項３】
請求項１の画像符号化方法と請求項２の画像復号化方法とを組み合わせたことを特徴とする画像符号化復号化方法。
【請求項４】
複数の画素からなる２値画像を符号化する装置であり、前記２値画像を記憶する画像記憶部と、符号化すべき着目画素の予測状態を既に符号化済みの複数の画素からなる第１参照画素系列に基づいて算出する予測状態算出部と、前記予測状態算出部により算出された予測状態に基づいて着目画素のシンボル出現確率を推定するシンボル出現確率推定部と、前記シンボル出現確率推定部により推定されたシンボル出現確率を符号化パラメータとして着目画素の算術符号を構成する算術符号構成部とを備えた画像符号化装置において、
前記画像記憶部より高速なデータアクセス速度を有する高速アクセス記憶部と、
順次に着目画素となる複数の画素からなる着目画素系列を設定する着目画素系列設定部と、
前記着目画素系列設定部により設定された着目画素系列に対し、既に符号化済みの複数の画素を含む前記着目画素系列以前の複数の画素からなる第２参照画素系列を設定する第２参照画素系列設定部と、
前記着目画素系列設定部により設定された着目画素系列及び前記第２参照画素系列設定部により設定された第２参照画素系列を前記画像記憶部から一括して読み出し、前記高速アクセス記憶部に記憶する記憶制御部と、
前記高速アクセス記憶部に記憶された着目画素系列及び第２参照画素系列内において、前記着目画素系列内の各着目画素に対応するそれぞれの前記第１参照画素系列を、前記着目画素系列内の着目画素の移動に応じて相対位置を変化させて設定する第１参照画素系列設定部とを備え、
前記シンボル出現確率推定部は、前記第１参照系列設定部で設定された第１参照画像系列の状態毎に異なる確率推定論理を選択することを特徴とする画像符号化装置。
【請求項５】
前記着目画素系列内の着目画素の移動に応じて前記着目画素系列内に設定される前記第１参照画素系列の画素数と、前記第２参照画素系列に設定される前記第１参照画素系列の画素数とが変化することを特徴とする請求項４に記載の画像符号化装置。
【請求項６】
前記第１参照画像系列設定部は、移動前の着目画素に対応する前記第１参照画像系列に対し、少なくとも移動前の着目画素を結合して移動後の着目画素に対応する前記第１参照画素系列を設定することを特徴とする請求項４に記載の画像符号化装置。
【請求項７】
算術符号化された２値画像データを復号化する装置であり、復号化すべき着目画素の予測状態を既に復号化済みの複数の画素からなる第１参照画素系列に基づいて算出する予測状態算出部と、前記予測状態算出部により算出された予測状態に基づいて着目画素のシンボル出現確率を推定するシンボル出現確率推定部と、前記シンボル出現確率推定部により推定されたシンボル出現確率を復号化パラメータとして着目画素を復号化する算術符号復号化部と、算術符号復号化部により復号化された２値画像を記憶する復号画像記憶部とを備えた画像復号化装置において、
前記復号画像記憶部のデータアクセス速度より高速なデータアクセス速度を有し、前記復号画像記憶部に記憶された画像の一部および前記算術符号復号化部により復号化された複数の画素を一時的に記憶する高速アクセス記憶部と、
順次に着目画素となる複数の画素からなる着目画素系列を設定する着目画素系列設定部と、
前記着目画素系列設定部により設定された着目画素系列に対し、既に復号化済みの複数の画素からなる第２参照画素系列を設定する第２参照画素系列設定部と、
前記第２参照画素系列設定部により設定された第２参照画素系列を前記復号画像記憶部から一括して読み出し、前記高速アクセス記憶部に記憶する記憶制御部と、
前記記憶制御部により前記高速アクセス記憶部に記憶された第２参照画素系列および前記着目画素系列設定部により設定された着目画素系列のうち前記算術符号復号化部により復号化されて前記高速アクセス記憶部に記憶された画素を結合して第３参照画素系列を設定する第３参照画素系列設定部と、
前記第３参照画素系列設定部により設定された第３参照画素系列内において、前記着目画素系列内の各着目画素に対応するそれぞれの前記第１参照画素系列を、前記着目画素系列内の着目画素の移動に応じて相対位置を変化させて設定する第１参照画素系列設定部とを備え、
前記シンボル出現確率推定部は、前記第１参照系列設定部で設定された第１参照画像系列の状態毎に異なる確率推定論理を選択することを特徴とする画像復号化装置。
【請求項８】
請求項４〜６の何れかの画像符号化装置と請求項７の画像復号化装置とを組み合わせたことを特徴とする画像符号化復号化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２値画像を符号化する画像符号化方法及び装置並びに符号化された２値画像を復号化する画像復号化方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディアを実現する重要技術として情報圧縮技術が注目を浴びている。この情報圧縮技術は、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union −Telecommunication Standardization Sector；国際電気通信連合−電気通信標準化部門）およびＩＳＯ／ＩＥＣ（International Organization for Standardization／International Electrotechnical Commission ；国際標準化機構／国際電気標準会議）により国際標準化が行われている。
静止画像の国際標準はＩＴＵ−Ｔ勧告Ｔ．８１およびＴ．８３｜ＩＳＯ／ＩＥＣ標準１０９１８、いわゆるＪＰＥＧ（Joint Photographic Coding Experts Group ）により規定されているが、特に、２値画像の国際標準はＩＴＵ−Ｔ勧告Ｔ．８２｜ＩＳＯ／ＩＥＣ標準１１５４４、いわゆるＪＢＩＧ（Joint Bi-level Image Coding Experts Group ）により規定されている。
【０００３】
ＪＢＩＧでは、エントロピー符号化方式として算術符号化方式が採用されている。算術符号化は、符号化の対象とする２値データ系列をそのデータの出現確率に応じて分割された確率数直線上にマッピングし、その位置を２進小数で表現して符号系列とするものである。
２値シンボルを０、１とし、走査順に抽出された長さＮの２値データ系列を
ＳN ＝S1S2・・・・SN，(i＝1,2,・・・・,N)
と表すものとする。着目画素Siの符号化を行う場合、まず、符号化される着目画素Siより前に出現した複数の参照画素からなるテンプレートの状態から、着目画素Siがシンボル０である条件付き確率
Ｐ（Si＝０｜テンプレートの状態）
および着目画素Siがシンボル１である条件付き確率
Ｐ（Si＝１｜テンプレートの状態）
が推定される。テンプレートの画素数をＭとすると、テンプレートの状態は２M 個存在し、推定処理はこれら２M 個の状態毎に独立に行われる。
そして、求められた条件付き確率Ｐを符号化パラメータとして、対象となるシンボル系列ＳN に対する数直線の分割選択処理が行われ、算術符号が構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の算術符号化方式を採用した画像符号化技術および画像復号化技術にあっては、着目画素が参照するテンプレートの形状が固定的であり、着目画素が走査方向に移動すると、テンプレートも走査方向に移動する。このため、着目画素を移動する度に参照画素を画像メモリにアクセスする必要があり、頻繁なメモリアクセスを必要としていた。また、各着目画素毎にそれぞれのテンプレート内の画素パターンの予測状態を演算するので、演算量が膨大になってしまう。
さらに、画像メモリのアクセス量を削減するため、参照画素をバイト単位でアクセスすると、複数のバイト情報からビット単位の情報を切り出すマスク操作が必要となるため、処理が複雑になってしまう。
このように、従来の画像符号化技術および画像復号化技術は、メモリアクセス量および演算量が膨大であるため、符号化および復号化の処理時間がかかってしまい、リアルタイム処理の点から満足できるものではなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
複数の画素からなる２値画像を符号化する方法であり、上記２値画像を記憶する画像記憶部を準備するステップと、符号化すべき着目画素の予測状態を既に符号化済みの複数の画素からなる第１参照画素系列に基づいて算出する予測状態算出ステップと、上記予測状態算出ステップにより算出された予測状態に基づいて着目画素のシンボル出現確率を推定するシンボル出現確率推定ステップと、上記シンボル出現確率推定ステップにより推定されたシンボル出現確率を符号化パラメータとして着目画素の算術符号を構成する算術符号構成ステップとを含む画像符号化方法であって、上記画像記憶部より高速なデータアクセス速度を有する高速アクセス記憶部を準備するステップと、順次に着目画素となる複数の画素からなる着目画素系列を設定する着目画素系列設定ステップと、上記着目画素系列設定ステップにより設定された着目画素系列に対し、既に符号化済みの複数の画素を含む上記着目画素系列以前の複数の画素からなる第２参照画素系列を設定する第２参照画素系列設定ステップと、上記着目画素系列設定ステップにより設定された着目画素系列及び上記第２参照画素系列設定ステップにより設定された第２参照画素系列を上記画像記憶部から一括して読み出し、上記高速アクセス記憶部に記憶する記憶制御ステップと、上記高速アクセス記憶部に記憶された上記着目画素系列及び第２参照画素系列内において、上記着目画素系列内の各着目画素に対応するそれぞれの上記第１参照画素系列を、上記着目画素系列内の着目画素の移動に応じて相対位置を変化させて設定する第１参照画素系列設定ステップとを含み、上記シンボル出現確率推定ステップは、上記第１参照系列設定ステップで設定された第１参照画像系列の状態毎に異なる確率推定論理を選択するステップを含むことを特徴とする画像符号化方法。
【０００６】
〈構成２〉
算術符号化された２値画像データを復号化する方法であり、復号化された２値画像を記憶する復号画像記憶部を準備するステップと、復号化すべき着目画素の予測状態を既に復号化済みの複数の画素からなる第１参照画素系列に基づいて算出する予測状態算出ステップと、上記予測状態算出ステップにより算出された予測状態に基づいて着目画素のシンボル出現確率を推定するシンボル出現確率推定ステップと、上記シンボル出現確率推定ステップにより推定されたシンボル出現確率を復号化パラメータとして着目画素を復号化する算術符号復号化ステップとを含む画像復号化方法であって、上記復号画像記憶部のデータアクセス速度より高速なデータアクセス速度を有し、上記復号画像記憶部に記憶された画像の一部および上記算術符号復号化ステップにより復号化された複数の画素を一時的に記憶する高速アクセス記憶部を準備するステップと、順次に着目画素となる複数の画素からなる着目画素系列を設定する着目画素系列設定ステップと、上記着目画素系列設定ステップにより設定された着目画素系列に対し、既に復号化済みの複数の画素からなる第２参照画素系列を設定する第２参照画素系列設定ステップと、上記第２参照画素系列設定ステップにより設定された第２参照画素系列を上記復号画像記憶部から一括して読み出し、上記高速アクセス記憶部に記憶する記憶制御ステップと、上記記憶制御ステップにより上記高速アクセス記憶部に記憶された第２参照画素系列および上記着目画素系列設定ステップにより設定された着目画素系列のうち上記算術符号復号化ステップにより復号化されて上記高速アクセス記憶部に記憶された画素を結合して第３参照画素系列を設定する第３参照画素系列設定ステップと、上記第３参照画素系列設定ステップにより設定された第３参照画素系列内において、上記着目画素系列内の各着目画素に対応するそれぞれの上記第１参照画素系列を、上記着目画素系列内の着目画素の移動に応じて相対位置を変化させて設定する第１参照画素系列設定ステップとを含み、上記シンボル出現確率推定ステップは、上記第１参照系列設定ステップで設定された第１参照画像系列の状態毎に異なる確率推定論理を選択するステップを含むことを特徴とする画像復号化方法。
【０００７】
〈構成３〉
構成１の画像符号化方法と構成２の画像復号化方法とを組み合わせたことを特徴とする画像符号化復号化方法。
【０００８】
〈構成４〉
複数の画素からなる２値画像を符号化する装置であり、上記２値画像を記憶する画像記憶部と、符号化すべき着目画素の予測状態を既に符号化済みの複数の画素からなる第１参照画素系列に基づいて算出する予測状態算出部と、上記予測状態算出部により算出された予測状態に基づいて着目画素のシンボル出現確率を推定するシンボル出現確率推定部と、上記シンボル出現確率推定部により推定されたシンボル出現確率を符号化パラメータとして着目画素の算術符号を構成する算術符号構成部とを備えた画像符号化装置において、上記画像記憶部より高速なデータアクセス速度を有する高速アクセス記憶部と、順次に着目画素となる複数の画素からなる着目画素系列を設定する着目画素系列設定部と、上記着目画素系列設定部により設定された着目画素系列に対し、既に符号化済みの複数の画素を含む上記着目画素系列以前の複数の画素からなる第２参照画素系列を設定する第２参照画素系列設定部と、上記着目画素系列設定部により設定された着目画素系列及び上記第２参照画素系列設定部により設定された第２参照画素系列を上記画像記憶部から一括して読み出し、上記高速アクセス記憶部に記憶する記憶制御部と、上記高速アクセス記憶部に記憶された着目画素系列及び第２参照画素系列内において、上記着目画素系列内の各着目画素に対応するそれぞれの上記第１参照画素系列を、上記着目画素系列内の着目画素の移動に応じて相対位置を変化させて設定する第１参照画素系列設定部とを備え、上記シンボル出現確率推定部は、上記第１参照系列設定部で設定された第１参照画像系列の状態毎に異なる確率推定論理を選択することを特徴とする画像符号化装置。
【０００９】
〈構成５〉
構成４において、上記第２参照画素系列は、上記着目画素系列内の着目画素の移動に応じて上記着目画素系列内に設定される上記第１参照画素系列の画素数と、上記第２参照画素系列に設定される上記第１参照画素系列の画素数とが変化することを特徴とする画像符号化装置。
【００１０】
〈構成６〉
構成４において、上記第１参照画素系列設定部は、上記第１参照画像系列設定部は、移動前の着目画素に対応する上記第１参照画像系列に対し、少なくとも移動前の着目画素を結合して移動後の着目画素に対応する上記第１参照画素系列を設定することを特徴とする画像符号化装置。
【００１１】
〈構成７〉
算術符号化された２値画像データを復号化する装置であり、復号化すべき着目画素の予測状態を既に復号化済みの複数の画素からなる第１参照画素系列に基づいて算出する予測状態算出部と、上記予測状態算出部により算出された予測状態に基づいて着目画素のシンボル出現確率を推定するシンボル出現確率推定部と、上記シンボル出現確率推定部により推定されたシンボル出現確率を復号化パラメータとして着目画素を復号化する算術符号復号化部と、算術符号復号化部により復号化された２値画像を記憶する復号画像記憶部とを備えた画像復号化装置において、上記復号画像記憶部のデータアクセス速度より高速なデータアクセス速度を有し、上記復号画像記憶部に記憶された画像の一部および上記算術符号復号化部により復号化された複数の画素を一時的に記憶する高速アクセス記憶部と、順次に着目画素となる複数の画素からなる着目画素系列を設定する着目画素系列設定部と、上記着目画素系列設定部により設定された着目画素系列に対し、既に復号化済みの複数の画素からなる第２参照画素系列を設定する第２参照画素系列設定部と、上記第２参照画素系列設定部により設定された第２参照画素系列を上記復号画像記憶部から一括して読み出し、上記高速アクセス記憶部に記憶する記憶制御部と、上記記憶制御部により上記高速アクセス記憶部に記憶された第２参照画素系列および上記着目画素系列設定部により設定された着目画素系列のうち上記算術符号復号化部により復号化されて上記高速アクセス記憶部に記憶された画素を結合して第３参照画素系列を設定する第３参照画素系列設定部と、上記第３参照画素系列設定部により設定された第３参照画素系列内において、上記着目画素系列内の各着目画素に対応するそれぞれの上記第１参照画素系列を、上記着目画素系列内の着目画素の移動に応じて相対位置を変化させて設定する第１参照画素系列設定部とを備え、上記シンボル出現確率推定部は、上記第１参照系列設定部で設定された第１参照画像系列の状態毎に異なる確率推定論理を選択することを特徴とする画像復号化装置。
【００１２】
〈構成８〉
構成４〜６の何れかの画像符号化装置と構成７の画像復号化装置とを組み合わせたことを特徴とする画像符号化復号化装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
《具体例》
図１は本発明に係る一具体例の画像符号化方法の概略を説明する説明図である。
画像符号化方法は、２値画像をその走査線順に従った画素のシンボル系列とし、確率数直線を符号化すべき着目画素のシンボル出現確率に応じて分割し、シンボル系列に対応する部分区間を選択していくことで、２値画像を算術符号化するものである。着目画素のシンボル出現確率は、既に符号化済みの複数の画素からなる参照画素系列（テンプレート）の予測状態に基づいて推定される。
図１において、着目画素系列１は、２値画像内の任意のラインに含まれる画素Ｉ8 〜Ｉ15の８画素からなる画素系列である。着目画素系列１内の各画素は、走査線順に符号化すべき着目画素となる。
前ライン画素系列２は、着目画素系列１の直前のラインの同位置の画素Ｉ0 〜Ｉ7 の８画素からなる画素系列であり、着目画素系列１および前ライン画素系列２により符号化ブロック３を構成する。
【００１４】
画像符号化方法は、着目画素系列１内の各着目画素がその予測状態を算出する際に参照する参照画素系列（テンプレート）を、符号化ブロック３内の画素系列により設定するものであり、着目画素系列１内の画素の位置に応じて各画素が参照する参照画素系列の形状を変化させている。
着目画素Ｉ8 の参照画素系列Ｔ0 は、画素Ｉ0 〜Ｉ7 の８画素の画素系列である。着目画素Ｉ9 の参照画素系列Ｔ1 は、着目画素Ｉ8 の参照画素系列Ｔ0 に画素Ｉ8 を結合させた画素Ｉ0 〜Ｉ8 の９画素の画素系列である。着目画素Ｉ10の参照画素系列Ｔ2 は、着目画素Ｉ9 の参照画素系列Ｔ1 に画素Ｉ9 を結合させた画素Ｉ0 〜Ｉ9 の１０画素の画素系列である。
着目画素Ｉ11の参照画素系列Ｔ3 は、着目画素Ｉ10の参照画素系列Ｔ2 に画素Ｉ10を結合させた画素Ｉ0 〜Ｉ10の１１画素の画素系列である。以降の着目画素Ｉ12〜Ｉ15の参照画素系列Ｔ4 〜Ｔ7 は、着目画素が１画素分、主走査方向にシフトするのに伴い、前の着目画素の参照画素系列を１画素分、主走査方向にシフトした１１画素の画素系列である。
図１から理解されるように、着目画素Ｉ15を除く各着目画素は、後の着目画素の参照画素となる。着目画素Ｉ8 を除く各着目画素は、図中、左隣の直前の画素を参照することで、予測効率を向上させている。
【００１５】
このように、具体例の画像符号化方法によれば、着目画素系列１および前ライン画素系列２により符号化ブロック３を構成し、着目画素系列１内の各着目画素のそれぞれの参照画素系列を符号化ブロック３内に設定する。このため、２値画像を記憶する画像メモリから符号化ブロック３を一括して読み出し各着目画素の予測状態を算出することができる。従来の画像符号化方法のように、着目画素が主走査方向に移動する度に画像メモリから参照画素系列を構成する画素を読み出す必要がない。したがって、画像メモリへのメモリアクセス回数を低減することができるので、符号化処理を高速化することができる。
【００１６】
また、着目画素系列１および前ライン画素系列２により符号化ブロック３を構成している。このことは、着目画素系列１内の各画素が参照する参照画素を含む画素系列内に着目画素系列１を含むことを意味する。このため、着目画素系列１および着目画素系列１の各着目画素が参照するそれぞれの参照画素系列を含む画素系列を１クロックの命令で同時に読み出すことができる。
なお、着目画素系列１内の各着目画素は、必ずしも着目画素系列１内の画素を参照画素とせずともよい。着目画素系列１および着目画素系列１内の各着目画素が参照する複数の参照画素系列を含む画素系列をそれぞれ別々に読み出してもよい。この場合、２クロックの命令が必要となる。
また、着目画素系列１および前ライン画素系列２をそれぞれ走査方向に連続する８画素、すなわちバイト単位で構成しているので、容易に符号化ブロック３を読み出すことができる。情報処理装置のバス幅に適合し、効率の良い処理が可能となるからである。
【００１７】
さらに、着目画素系列１内の前後の着目画素に対し、前の着目画素の参照画素系列の後端の画素に、後続する画素を結合して後の参照画素系列を設定するように構成している。このため、前の着目画素の参照画素系列の一部を利用して次の着目画素の参照画素系列を構成することができるので、参照画素系列の予測状態の算出を簡素化することが可能となる。したがって、予測状態の演算量を低減することができるので、符号化処理を高速化することができる。
【００１８】
〈画像符号化装置〉
次に上記画像符号化方法を実施する画像符号化装置を説明する。
図２は本発明に係る一具体例の画像符号化装置の構成を示すブロック図である。
図２に示すように、画像符号化装置は、画像メモリ１１、高速メモリ１２、画像データアクセス制御部１３、予測状態算出部１４、シンボル出現確率推定部１５、算術符号構成部１６および符号メモリ１７を備えている。
【００１９】
画像メモリ１１は、例えばＤＲＡＭ（dynamic random access memory）やハードディスクからなり、符号化すべき２値画像を記憶する。
高速メモリ１２は、例えばＳＲＡＭ（static random access memory ）のような画像メモリ１１よりも高速なアクセス速度を有するメモリからなり、図１に示された符号化ブロック３を記憶し、２値画像を符号化する際の作業用メモリとなる。
画像データアクセス制御部１３は、画像メモリ１１および高速メモリ１２の動作を制御するものであり、符号化ブロック設定部１３ａを有する。
符号化ブロック設定部１３ａは、図１に示された符号化ブロック３を設定するものであり、画像メモリ１１に記憶された２値画像の各ライン毎に、８画素の着目画素系列１を設定し、設定された着目画素系列１に対し符号化ブロック３を設定する。画像データアクセス制御部１３は、符号化ブロック設定部１３ａにより設定された符号化ブロック３を、画像メモリ１１から１クロックで一括して読み出し、高速メモリ１２に記憶する。高速メモリ１２に記憶されている符号化済みの符号化ブロック３は、新たに転送された符号化ブロック３に順次に書き換えられる。
【００２０】
予測状態算出部１４は、画像データアクセス制御部１３により高速メモリ１２に記憶された着目画素系列１内の各着目画素の予測状態を算出するものであり、図１に示された着目画素Ｉ8 〜Ｉ15の参照画素系列Ｔ0 〜Ｔ7 を設定する参照画素系列設定部１４ａを有する。
参照画素系列設定部１４ａは、参照画素系列Ｔ0 〜Ｔ7 をそれぞれ数値０〜７の３ビットのインデックスで表す。
図１に示すように、Ｔ0 のインデックスは０００であり、Ｔ1 のインデックスは００１であり、Ｔ7 のインデックスは１１１で表される。
予測状態算出部１４は、着目画素Ｉ8 〜Ｉ15の予測状態
st(i) , (i=0,1,2,・・・,7)
を参照画素系列設定部１４ａにより設定された参照画素系列Ｔ0 〜Ｔ7 に基づいて算出する。
【００２１】
着目画素Ｉ８ の予測状態ｓｔ（０）は、画素Ｉ０ 〜Ｉ７ の８ビットの整数値
Ｉ７ Ｉ６ Ｉ５ Ｉ４ Ｉ３ Ｉ２ Ｉ１ Ｉ０
である。
着目画素Ｉ９ の予測状態ｓｔ（１）は、画素Ｉ０ 〜Ｉ８ の９ビットの整数値であり、
ｓｔ（１） = ｓｔ（０）＋ （Ｉ８ ＜＜８）
により求められる。ここで、＜＜ｎは、ｎビット左シフトする（値を２ｎ 倍する）ことを表す。すなわち、ｓｔ（１）は、ｓｔ（０）のＭＳＢ（ｍｏｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｂｉｔ）側に画素Ｉ８
を結合することで得られる。
着目画素Ｉ１０の予測状態ｓｔ（２）は、画素Ｉ０  〜Ｉ９  の１０ビットの整数値であり、
ｓｔ（２） = ｓｔ（１）＋ （Ｉ９ ＜＜９）
により得られ、
着目画素Ｉ１１の予測状態ｓｔ（３）は、画素Ｉ０  〜Ｉ１０  の１１ビットの整数値であり、
ｓｔ（３） = ｓｔ（３）＋ （Ｉ１０＜＜１０ ）
により得られる。
【００２２】
着目画素Ｉ１２の予測状態ｓｔ（４）は、画素Ｉ１  〜Ｉ１１  の１１ビットの整数値であり、
ｓｔ（４）＝（ｓｔ（３）＋（Ｉ１１＜＜１１））＞＞１
により得られる。ここで、＞＞ｎは、ｎビット右シフトする（値を２−ｎ倍する）ことを表し、小数部（下位１ビット）が無視される。
同様に、着目画素Ｉ１３〜Ｉ１５の予測状態ｓｔ（５）〜ｓｔ（７）は、それぞれ
ｓｔ（５） = （ｓｔ（４） ＋ （Ｉ１２＜＜１１））＞＞１
ｓｔ（６） = （ｓｔ（５） ＋ （Ｉ１３＜＜１１））＞＞１
ｓｔ（７） = （ｓｔ（６） ＋ （Ｉ１４＜＜１１））＞＞１
により求められる。
予測状態算出部１４は、求められた予測状態Ｓ（ｉ）のＭＳＢ側に参照画素系列のインデックスを結合し、最終的な予測状態をシンボル出現確率推定部１５に出力する。
【００２３】
シンボル出現確率推定部１５は、予測状態算出部１４により算出された着目画素の予測状態毎に、着目画素が０であるシンボル出現確率Ｐ（０｜予測状態）および着目画素がシンボル１であるシンボル出現確率Ｐ（１｜予測状態）を算出するものであり、確率推定テーブル１５ａを有する。
確率推定テーブル１５ａは、予測状態算出部１４により算出された予測状態毎に、既に符号化済みの画素の０および１のシンボル出現頻度を計数するものである。
シンボル出現確率推定部１５は、確率推定テーブル１５ａにより計数された各予測状態の着目画素のシンボル出現頻度に基づいて着目画素のシンボル出現確率を推定する。
算術符号構成部１６は、シンボル出現確率推定部１５により算出されたシンボル出現確率Ｐ（０｜予測状態）およびＰ（１｜予測状態）に従って確率数直線上の区間を分割し、分割された区間を選択して算術符号を構成する。
符号メモリ１７は、例えばＤＲＡＭやハードディスクからなり、算術符号構成部１６により符号化された算術符号を記憶する。また、符号メモリ１７は、データ通信の際には、送受信時のバッファメモリとなる。
【００２４】
図３は図２に示された画像符号化装置の動作を示すフローチャートである。
なお、着目画素系列１内の着目画素Ｉ8 〜Ｉ15が参照する参照画素系列Ｔ0 〜Ｔ7 は参照画素系列設定部１４ａにより予め設定されているものとする。
ステップＳ１において、算術符号構成部１６の符号化パラメータが初期化されるとともに、確率推定テーブル１５ａの各予測状態のそれぞれ出現頻度が初期化される。
ステップＳ２において、符号化ブロック設定部１３ａにより着目画素系列１が設定され、対応する符号化ブロック３が設定され、ステップＳ３において、画像データアクセス制御部１３により符号化ブロック３が画像メモリ１１から読み出され、高速メモリ１２に書き込まれる。
【００２５】
ステップＳ４において、予測状態算出部１４により着目画素系列１内の１画素が着目画素に設定され、着目画素の予測状態が算出される。ステップＳ５において、シンボル出現確率推定部１５により確率推定テーブル１５ａ内の予測状態に対応する出現頻度に基づいて着目画素のシンボル出現確率が推定される。
ステップＳ６において、算術符号構成部１６によりシンボル出現確率に基づいて算術符号化処理が行われる。ステップＳ７において、符号化された着目画素に基づいて確率推定テーブル１５ａの該当する予測状態の出現頻度が更新される。
【００２６】
ステップＳ８において、着目画素系列１内の次の着目画素が有る場合、ステップＳ４に戻る。一方、ステップＳ８において、着目画素系列１内の次の着目画素が無い場合、ステップＳ９に進み、次の着目画素系列１が有る場合、ステップＳ２に戻る。一方、ステップＳ９において、次の着目画素系列１が無い場合、符号化処理を終了する。
【００２７】
以上のように、具体例の画像符号化装置によれば、符号化ブロック設定部１３ａにより着目画素系列１およびその符号化ブロック３を設定し、画像データアクセス制御部１３により符号化ブロック３を画像メモリ１１から１クロックで一括して読み出し、高速メモリ１２に記憶する。次いで、予測状態算出部１４により符号化ブロック３内に着目画素系列１内の各着目画素のそれぞれの参照画素系列を設定し、予測状態を算出する。
したがって、従来の画像符号化装置のように、着目画素が主走査方向に移動する度に画像メモリから参照画素系列を構成する画素を読み出す必要がなく、画像メモリへのメモリアクセス回数を低減することができるので、符号化処理を高速化することができる。
【００２８】
また、参照画素系列設定部１４ａにより、前の着目画素の参照画素系列の後端の画素に、後続する画素を結合して後の参照画素系列を設定し、予測状態算出部１４により前の着目画素の予測状態をシフト演算することで後の着目画素の予測状態を算出する。
したがって、予測状態の演算処理を簡素化し、その演算量を低減することができるので、符号化処理を高速化することができる。
【００２９】
〈画像復号化装置〉
次に図２に示された画像符号化装置により符号化された算術符号を復号化する画像復号化装置を説明する。
図４は本発明に係る一具体例の画像復号化装置の構成を示すブロック図である。
図４に示すように、画像復号化装置は、符号メモリ２１、算術符号復号化部２２、高速メモリ２３、画像メモリ２４、画像データアクセス制御部２５、予測状態算出部２６およびシンボル出現確率推定部２７を備えている。
【００３０】
符号メモリ２１は、例えばＤＲＡＭやハードディスクからなり、算術符号化された２値画像データを記憶する。
算術符号復号化部２２は、符号メモリ２１に記憶された符号データを読み出し、算術符号化処理の逆演算を行って２値画像を復号化するものである。
予測状態算出部２６およびシンボル出現確率推定部２７は、図２に示された画像符号化装置の予測状態算出部１４およびシンボル出現確率推定部１５と同様の構成であり、復号化の際には、画像符号化装置の予測状態算出部１４およびシンボル出現確率推定部１５の符号化時の演算処理と同様の演算処理を実行する。
【００３１】
算術符号復号化部２２により復号化された２値画像は、高速メモリ２３を介して画像メモリ２４に記憶される。画像メモリ２４は、ＤＲＡＭやハードディスクからなる。高速メモリ２３は、例えばＳＲＡＭのような画像メモリ２４よりも高速なアクセス速度を有するメモリからなり、２値画像を復号化する際の作業用メモリとなる。
画像データアクセス制御部２５は、高速メモリ２３および画像メモリ２４の動作を制御するものであり、復号化ブロック設定部２５ａを有する。
復号化ブロック設定部２５ａは、復号化すべき２値画像の各ライン毎に、着目画素系列１を設定し、設定された着目画素系列１に対し符号化ブロック３を設定する。画像データアクセス制御部２５は、復号化ブロック設定部２５ａにより設定された符号化ブロック３に基づいて着目画素系列１に対応する既に復号化済みの前ライン画素系列２を画像メモリ２４から１クロックで一括して読み出し、高速メモリ２３に記憶する。
高速メモリ２３には、前ライン画素系列２とともに、算術符号復号化部２２により復号化された着目画素系列１の画素が順次に記憶され、着目画素系列１の全画素が復号化されたとき、一括して画像メモリ２４に転送されて記憶される。
【００３２】
図５は図４に示された画像復号化装置の動作を示すフローチャートである。
なお、着目画素系列１内の着目画素Ｉ8 〜Ｉ15が参照する参照画素系列Ｔ0 〜Ｔ7 は参照画素系列設定部２６ａにより予め設定されているものとする。
ステップＳ１１において、算術符号復号化部２２の復号化パラメータが初期化されるとともに、確率推定テーブル２７ａの各予測状態のそれぞれ出現頻度が初期化される。
ステップＳ１２において、復号化ブロック設定部２５ａにより着目画素系列１が設定され、対応する符号化ブロック３が設定され、ステップＳ１３において、画像データアクセス制御部１３により前ライン画素系列２が画像メモリ２４から読み出され、高速メモリ２３に書き込まれる。
【００３３】
ステップＳ１４において、予測状態算出部２６により着目画素系列１内の画素が着目画素に設定され、着目画素の予測状態が算出される。ステップＳ１５において、シンボル出現確率推定部２７により確率推定テーブル２７ａ内の予測状態に対応する出現頻度に基づいて着目画素のシンボル出現確率が推定される。
ステップＳ１６において、算術符号復号化部２２によりシンボル出現確率に基づいて算術復号化処理が行われる。ステップＳ１７において、復号化された画素が高速メモリ１２に書き込まれ、ステップＳ１８において、確率推定テーブル２７ａの該当する予測状態の出現頻度が更新される。
【００３４】
ステップＳ１９において、着目画素系列１内の次の着目画素が有る場合、ステップＳ１４に戻る。一方、ステップＳ１９において、着目画素系列１内の次の着目画素が無い場合、ステップＳ２０において、着目画素系列１が画像メモリ２４に転送されて記憶される。ステップＳ２１において、次の着目画素系列１が有る場合、ステップＳ１２に戻る。一方、ステップＳ２１において、次の着目画素系列１が無い場合、復号化処理を終了する。
【００３５】
以上のように、具体例の画像復号化装置によれば、復号化ブロック設定部２５ａにより着目画素系列１およびその符号化ブロック３を設定し、画像データアクセス制御部２５により前ライン画素系列２を画像メモリ２４から１クロックで一括して読み出し、高速メモリ２３に記憶する。次いで、予測状態算出部２６により復号化すべき着目画素系列１内の各着目画素のそれぞれの参照画素系列を設定し、予測状態を算出する。
したがって、従来の画像復号化装置のように、着目画素が主走査方向に移動する度に画像メモリから参照画素系列を構成する画素を読み出す必要がなく、画像メモリへのメモリアクセス回数を低減することができるので、復号化処理を高速化することができる。
【００３６】
また、参照画素系列設定部２６ａにより、前の着目画素の参照画素系列の後端の画素に、後続する画素を結合して後の参照画素系列を設定し、予測状態算出部２６により前の着目画素の予測状態をシフト演算することで後の着目画素の予測状態を算出する。
したがって、予測状態の演算処理を簡素化し、その演算量を低減することができるので、復号化処理を高速化することができる。
【００３７】
なお、上記具体例では、符号化ブロック３を１６画素の画素系列、すなわち２バイトにより構成しているが、符号化ブロック３のサイズはこれに限るものではなく、例えば３バイトでもよい。着目画素系列１内の各着目画素のそれぞれの参照画素系列の形状も限定されるものではない。参照画素系列の画素数は、データの圧縮率と処理速度とのバランスを考慮して決定するとよい。画素数を多くすると、データ圧縮率は向上するが、処理時間がかかり、両者はトレードオフの関係にあるからである。
また、上記具体例の画像符号化装置および画像復号化装置の動作を実行するプログラムをそれぞれ作成し、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録することができる。これらのプログラムをコンピュータにより実行すれば、画像符号化装置および画像復号化装置を安価に提供することができる。
【００３８】
図２に示された本発明の画像符号化装置とＪＰＥＧ、ＪＢＩＧに適用される従来のＱＭコーダとの符号化処理時間を実験により比較した。
図６はＱＭコーダの着目画素が参照するテンプレートを示す図である。
なお、本発明の画像符号化装置のシンボル出現確率推定部１５および算術符号構成部１６は、それぞれＱＭコーダの確率推定部および符号構成部により構成した。
実験条件
画像：ＣＣＩＴＴ（ＩＴＵ−Ｔ）Ｎｏ．１
コンピュータ：サンマイクロシステムズ製  Ｓｕｎ４
実験結果
従来の画像符号化装置の処理時間  ：７．３９ｓｅｃ
本発明の画像符号化装置の処理時間：４．１６ｓｅｃ
となり、処理時間が半分近くに短縮された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一具体例の画像符号化方法の概略を説明する説明図である。
【図２】本発明に係る一具体例の画像符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３に示された画像符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る一具体例の画像復号化装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示された画像復号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】従来のＱＭコーダの着目画素が参照するテンプレートを示す図である。
【符号の説明】
１  着目画素系列
２  前ライン画素系列
３  符号化ブロック
１１  画像メモリ
１２  高速メモリ
１３  画像データアクセス制御部
１３ａ  符号化ブロック設定部
１４  予測状態算出部
１４ａ  参照画素系列設定部
１５  シンボル出現確率推定部
１５ａ  確率推定テーブル
１６  算術符号構成部
１７  符号メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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