JP3637993B2

JP3637993B2 - Image encoding apparatus and image decoding apparatus

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Publication number: JP3637993B2
Application number: JP16364696A
Authority: JP
Inventors: 雅岳大森
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2016-06-05
Also published as: JPH09327018A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像符号化装置及び画像復号化装置に関し、特に、ウェーブレット変換を用いる画像符号化装置及び画像復号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常用いられるファクシミリ装置や画像蓄積装置などで扱われる画像データは、白黒２値の画像データであるが、近年、１画素当り複数の階調で記録できるような電子写真記録方式の技術等が実用化されてきたため、蓄積時や伝送時に多値画像データを用いることが考慮されるようになってきた。
【０００３】
多値画像データは、そのままでは情報量が多すぎて、記憶領域や通信容量を多く必要とするため、符号化圧縮して蓄積したり伝送したりする必要が有り、そのための様々な方法が考えられている。
【０００４】
多値画像データの圧縮を行う際に用いられる符号化方式の１つとして、サブバンド符号化あるいはウェーブレット符号化と呼ばれる方式のものが知られている。サブバンド符号化は入力信号を複数の周波数帯域に分割し、帯域毎の情報量の偏りを利用して符号化効率を向上させるようにしたものである。
【０００５】
また、ウェーブレット符号化はサブバンド符号化において低域側の帯域を再帰的に２分割し、階層化されたサブバンド分割を行い、サブバンド符号化と同様に帯域毎の情報量の偏りを利用して符号化効率を向上させるようにしたものである。
【０００６】
特にウェーブレット符号化は、多階層にわたる縮小画像が復号時に自然に生成されるため、画像データがピラミッド構造を成し、そのためプログレッシブ（段階的に画質が向上していく）な再生表示が可能である特徴がある。
【０００７】
ウェーブレット符号化を行う場合、最終的な符号量を削減するために、ウェーブレット変換後のデータにエントロピ符号化を適用する方法がある。このエントロピ符号化を行う際の一手法として、各ウェーブレット係数データをビットプレーンに展開し、ビットプレーン毎にエントロピ符号化を行う方法がある。
【０００８】
その際のエントロピ符号化には様々なものが適用可能であるが、ビットプレーンデータは下位ビットになるほどランダム性が大きくなり、ファクシミリで通常用いられているようなＭＨ、ＭＲ、ＭＭＲ方式等では能率よく圧縮できないばかりか符号化後のデータがかえって原データ量を上回ってしまうことがある。
【０００９】
そのため、ランダムデータを符号化した場合でも符号化後のデータ量がさほど大きくならないような符号化方式が必要となる。それには、たとえば２値画像用符号化方式の国際標準の１つであるＪＢＩＧ（ＪｏｉｎｔＢｉ−ｌｅｖｅｌＩｍａｇｅｅｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）におけるＱＭ−Ｃｏｄｅｒ等の算術符号化が適しているが、このような２値符号化用のエントロピ符号器を用いる際には注目しているデータを符号化する際にある形状のテンプレートを用いて、周辺のデータを参照して注目しているデータの値を予測し、その予測結果を符号化することで圧縮率を上げる方法を用いている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＪＢＩＧで採用されているようなテンプレート形状は２値画像用に最適化されたものであるため、ウェーブレット係数の符号化には向かず、たとえ使用しても符号化効率が低下してしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、高い符号化効率で画像データをウェーブレット変換符号化できる画像符号化装置及びその画像符号化装置で符号化された符号データを復号できる画像復号化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の画像符号化装置は、入力された多値画像データを低域通過フィルタと高域通過フィルタを用いて複数の帯域データに分割する帯域分割手段と、各帯域データをグレイコードに変換するグレイコード変換手段と、グレイコードに変換されたデータをビットプレーンに展開するビットプレーン展開手段と、そのビットプレーン展開手段により展開された各ビットプレーンについての符号化において、符号化しようとする注目データが属するビットプレーンに応じて当該注目データと同一ビットプレーン上のデータのみを参照データとして選択するか、あるいは、さらに複数のビットプレーン上のデータを参照データとして選択するデータ参照手段と、そのデータ参照手段によって選択された参照データを使用して前記注目データの圧縮符号化を行うエントロピ符号化手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の画像符号化装置は、入力された多値画像データを低域通過フィルタと高域通過フィルタを用いて複数の帯域データに分割する帯域分割手段と、各帯域データをグレイコードに変換するグレイコード変換手段と、グレイコードに変換されたデータをビットプレーンに展開するビットプレーン展開手段と、そのビットプレーン展開手段により展開された各ビットプレーンについての符号化において、符号化しようとする注目データが属する帯域データの種類に適応した種類のテンプレートのデータを参照データとして選択するデータ参照手段と、そのデータ参照手段によって選択された参照データを使用して前記注目データの圧縮符号化を行うエントロピ符号化手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の画像復号化装置は、請求項１に記載の画像符号化装置により符号化され入力された符号データの各ビットプレーンについての復号化において、復号化しようとする注目データが属するビットプレーンに応じて当該注目データと同一のビットプレーンのデータのみを参照データとして選択するか、あるいは、さらに複数のビットプレーン上のデータを参照データとして選択するデータ参照手段と、そのデータ参照手段によって選択された参照データを使用して前記注目データを復号伸長するエントロピ復号化手段と、復号化後の各ビットプレーンデ−夕を元のグレイコードデータに変換するデータ変換手段と、そのデータ変換手段により変換されたグレイコードデータを自然２進データに変換する自然２進変換手段と、自然２進データに変換された複数の帯域データを、低減通過フィルタと高域通過フィルタの逆フィルタを用いて元の多値画像データに再生する画像再生手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の画像復号化装置は、請求項２に記載の画像符号化装置により符号化され入力された符号データの各ビットプレーンについての復号化において、復号化しようとする注目データが属する帯域データの種類に適応した種類のテンプレートのデータを参照データとして選択するデータ参照手段と、そのデータ参照手段によって選択された参照データを使用して前記注目データを復号伸長するエントロピ復号化手段と、復号化後の各ビットプレーンデ−夕を元のグレイコードデータに変換するデータ変換手段と、そのデータ変換手段により変換されたグレイコードデータを自然２進データに変換する自然２進変換手段と、自然２進データに変換された複数の帯域データを、低減通過フィルタと高域通過フィルタの逆フィルタを用いて元の多値画像データに再生する画像再生手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては本発明の実施の形態を第１ないし第８実施形態に分けて説明する。
【００１９】
先ず、図１にビットプレーンの概念図を示す。同図に示すように、例えば８ビット／画素の多値画像データの場合、１画素分のデータを表す８ビットの２進数の同位のビットを集めた２値の画像８面（第０から第７ビットプレーン）に分解することができる。それぞれをビットプレーンと呼び、通常のビットプレーン符号化はそれぞれの面に対して２値用の符号化を行う。
【００２０】
図２は、ビットプレーンデータのプレーン単位の符号化時の符号化順序について示している。図３は、ビットプレーンデータのライン単位符号化時の符号化順序について示している。図４は、ビットプレーンデータの画素単位符号化時の符号化順序について示している。なお、ここでは特に図示していないが、複数ライン単位に処理をする場合もある。
【００２１】
それぞれの処理方法により、符号化時に必要なメモリ量は異なる。すなわち、プレーン単位の処理がもっとも多くメモリを必要とし、ドット単位の処理がもっとも少ないメモリで処理でき、ライン単位の処理では、その中間である。
【００２２】
次に本発明の第１、第２、第３、第７及び第８実施形態に係る画像符号化装置の構成について図５を参照して説明する。
【００２３】
同図において、入力された多値画像データは帯域分割手段５０１により帯域分割される。ここで、その帯域分割手段５０１における帯域分割方法の一例を図６を参照して説明する。同図において、主走査方向及び副走査両方向の双方にＨＰＦ（高域通過フィルタ）を用いた帯域データをＨＨ、主走査方向にＨＰＦ、副走査方向にＬＰＦ（低域通過フィルタ）を用いた帯域データをＨＬ、主走査方向にＬＰＦ、副走査方向にＨＰＦを用いた帯域データをＬＨ、主走査方向及び副走査方向の双方にＬＰＦを用いた帯域データをＬＬと表す。またフィルタリングの段階に応じて最初のフィルタリングによる帯域データを１××、２段目のフィルタリングによるデータを２××（×は、ＬまたはＨを表わす）という規則性で表示している。
【００２４】
入力信号はまず主走査方向に関して高域通過フィルタ（以下ＨＰＦ）と低域通過フィルタ（以下ＬＰＦ）によりフィルタリングされ、フィルタリングされたそれぞれのデータは、フィルタリングされた方向である主走査方向に２分の１サブサンプリングされる。主走査方向にフィルタリングされたそれらのデータは、次に副走査方向にＨＰＦ及びＬＰＦによりフィルタリングされて、さらに副走査方向に２分の１サプサンブリングされる。ＬＬデータに関しては再度同じ操作を行い、再帰的にフィルタリングを行っていく。その結果、第７図に示すように２次元に再帰的に分割された帯域データを得ることができる。
【００２５】
そのようにして帯域分割手段５０１により得られた、再帰的に分割された帯域データはそれぞれグレイコード変換手段５０２によってグレイコード化された後、ビットプレーン展開手段５０３によりビットプレーンメモリ５０３ａないし５０３ｄに展開される。このビットプレーンメモリ５０３ａないし５０３ｄは、入力された多値画像データの構成ビット数分だけのビットプレーンメモリを表わしている。データ参照手段５０４は所定の手順によりビットプレーンメモリに展開されたデータから、情報として参照データと注目データを順次取りだし、エントロビ符号化手段５０５に入力する。エントロピ符号化手段５０５は前記参照データの情報を使用しながら、前記注目データを符号化し、符号データを出力する。なお、ビットプレーンメモリの必要量に関しては、必ずしも入力される帯域データすべての分のサイズを持つ必要はない。つまり、ある帯域データ、たとえば１ＨＨを処理する場合に、データが３分割されて入力される場合はメモリ量は１ＨＨのサイズの３分の１でよい。
【００２６】
また、この場合のエントロピ符号化手段５０５としてのエントロピ符号器の一つとしてはたとえばＪＢＩＧにおけるＱＭ−Ｃｏｄｅｒのような算術符号器を適用できるが、注目データの予測確率を利用する、いわゆる予測符号化を行う符号器に関しては一般に本発明におけるデータ参照法を使用することができるため、エントロピ符号化手段５０５におけるエントロピ符号器は算術符号器に限ったものではない。
【００２７】
次に、図５に示した画像符号化装置において、エントロピ符号化手段５０５としてのエントロピ符号器として算術符号器を使用した場合の、データ参照手段５０４及びエントロピ符号化手段５０５の詳細動作について、図８を用いて説明する。
【００２８】
同図において、入力データはデータ参照手段５０４により参照データと注目データとしてエントロピ符号化手段５０５に入力される。データ参照手段５０４においては、テンプレート５０４ａにより入力されたデータのうち注目データに対して相対的に所定の位置にある参照データの状態を取り出す。取り出された状態が参照データとしてエントロピ符号化手段５０５中の確率評価器５０５ａに入力される。確率評価器５０５ａは参照データに応じて注目データの発生確率（０か１かの確率）を算出し、算術符号器５０５ｂに対して符号化パラメータである確率を入力する。算術符号器５０５ｂは確立評価器５０５ａからの確率に応じて注目データを符号化する。算術符号器５０５ｂは、内部状態に応じて確率評価器５０５ａに対して適応化情報を渡し、確率評価器５０５ａはその適応化情報に応じて、注目データの予測確率値を変更する。このとき、確率評価器５０５ａに対して入力される参照データがより適切なものであるほど（言い換えればデータの特徴を的確に抽出したものであるほど）、注目データの予測確率が正確に算出されることになり、その結果算術符号器５０５ｂにおける符号化効率が向上し圧縮率が向上する。すなわち、圧縮率向上のためにはデータ参照手段５０４のテンプレート５０４ａにおいて、どのような（どの位置の）周辺データの参照を行うかが重要となる。
【００２９】
比較参考のために、図９にＪＢＩＧにおける３ラインテンプレートの形状を示す。正方形の枠内に×が記入されたものが注目画素を示し、周囲の正方形の各枠（合計１０個）が参照データである。ＪＢＩＧにおいてシーケンシャルな符号化を行う場合には、図９に示すようなテンプレートを用いて、周辺画素を参照し、参照位置における画素状態（ここでは１画素当り１か０の２状態を持ち、その２状態の参照データ数（１０個）について組み合わせは、２＾１０＝１０２４状態）を分離し、符号器に対し現在注目している画素の周囲画素の配列状態を通知する。
【００３０】
２値の自然画像においては、上記のような形状のテンプレートが平均的に有効であが、ディザ処理が施された画像等に関しては、ディザ処理が施された画像の特徴をとらえた別の形状のテンプレートを用いる方が圧縮率を高くすることができる。同様に、本発明が対象とするウェーブレット変換後のデータをさらにグレイコード化したデータでは、必ずしも図９に示すようなテンプレート形状は有効ではない。
【００３１】
そこで、本発明の第１実施形態に係る画像符号化装置においては、上記のようなウェーブレット変換後のデータをさらにグレイコード化したデータをエントロピ符号化する場合に、ビットプレーンによって最適なデータ参照方法が異なる点に着目し、必要に応じて注目データの存在するビットプレーンと同一のビットプレーンのデータのみを参照するか、複数のビットプレーンにわたってデータを参照するかを選択できるようする。また、複数のビットプレーンにわたってデータを参照してもさほど効果の上がらないビットプレーンに関しては、注目データの存在するビットプレーンと同一のビットプレーンのみを参照することにより処理を単純化して処理速度を向上させる。
【００３２】
また、本発明の第２実施形態に係る画像符号化装置においては、帯域データの種類に応じて参照するデータの位置を変更するようにする。つまり、前記のように帯域データは、ＨＨ、ＨＬ、ＬＨ、ＬＬの４種類があり、フィルタの適用の仕方に応じた異なる性質を示し、ＨＨは、斜め方向の相関が、ＨＬは縦方向（副走査方向）の相関が、ＬＨは横方向（主走査方向）の相関が高くなる。ＬＬに関しては原画像自身の縮小画像となるため、フィルタリングの方式に応じた性質は特に示さない。以上のことから、ＨＨ、ＨＬ、ＬＨに関しては、それぞれ、斜め方向、縦方向、横方向の参照データを多く見るようなテンプレートを用いることで、同じテンプレートをすべての帯域データに適用する場合に比べて圧縮率を向上させる。
【００３３】
また、本発明の第３実施形態に係る画像符号化装置においては、帯域データのサイズに応じて、参照データ数の異なるデータ参照用テンプレートを選択するようにする。つまり、ＱＭ−Ｃｏｄｅｒのような算術符号器にはテンプレートによる参照情報に応じて注目データの予測確率を適宜変更していく学習機能があるが、入力データサイズに対してテンプレートサイズが大きすぎると、テンプレートにおける各状態毎のデータ系列の発生数が少なくなり、学習に十分なだけの入力を得られない場合がある。例えば、テンプレートが１０周辺画素から構成されているとすると、状態数は２＾１０＝１０２４状態である。一般に符号器内の確率評価器（前述の図８における５０５ａに相当する）においては各状態毎に、現在までの入力データによって学習した確率値（あるいは確率値を記述したテーブルに対するインデックス）を記憶している。テンプレートにおける各状態が起こる回数は入力データの性質によって異なり、すべての状態に対して均一の数の入力が得られるわけではない。そのため入力データ数が少ない場合は、各状態毎の最適な予測確率を得る以前に入力が終了してしまう場合がある。そこで、テンプレートのサイズを小さくし状態数を少なくすることで、ある１状態の発生回数は相対的に大きくし、学習効果を改善する。
【００３４】
次に、前述の本発明の第１、第２及び第３実施形態に係る画像符号化装置で符号化された符号化データを、それぞれ復号する、本発明の第４、第５及び第６実施形態に係る画像復号化装置の構成について、図１０を参照して説明する。
【００３５】
同図において、符号データがエントロピ復号化手段１００１に入力されると復号化されたデータはデータ変換手段１００２へ入力され、入力されたデータは所定のビットプレーンメモリ１００２ａないし１００２ｄに書き込まれる。データ変換手段１００２は入力されたデータを図５に示した画像符号化装置側で行ったビットプレーン展開の方式と同じやり方で、多値の原データに逆変換する。データ参照手段１００３はそれぞれのビットプレーンメモリから注目データに対して相対的に所定の位置にあるデータを取り出しエントロピ復号化手段１０１に参照データとして入力する。ここで再生された多値データはグレイコードデータであるため、自然２進変換手段１００４によって自然２進表現に変換する。自然２進表現に変換後の多値データは、符号化時と逆のフィルタリングを行う画像再生手段１００５によって原画像に再生される。
【００３６】
図１１は、図１０に示した画像復号化装置における画像再生手段１００５における画像再生処理の詳細を示したものである。ここでは、図６に示した帯域分割処理により、符号化時に行ったフィルタリングと全く逆の操作を行い、画像を復元している。図中ＨＰＦ^−１、及び、ＬＰＦ^−１はそれぞれ高域通過フィルタの逆フィルタ、低域通過フィルタの逆フィルタを示している。また２倍アップサンプリングは、データのサイズを２倍にする際に、０を補間する事によって行うものである。
【００３７】
図１２に図１０に示した画像復号化装置におけるデータ参照手段１００３及びエントロピ復号化手段１００１の動作を示す。ここでは一例として、エントロピ符号化手段において算術符号器（ＱＭ−Ｃｏｄｅｒ）を使用した場合を示している。エントロピ復号化手段１００１は符号データが入力されると算術復号器１００１ｂによって復号化を行い、注目データを再生して出力する。
【００３８】
データ参照手段１００３は再生された注目データからテンプレート１００３ａを用いて所定位置のデータを参照情報として取り出し参照データを出力する。出力された参照データはエントロピ復号化手段１００１中の確率評価器１００１ａに入力され、確率評価器１００１ａはそのデータを使用して注目データの発生確率を算出し、算術復号器１００１ｂに対して復号化パラメータである確率を入力する。算術復号器１００１ｂは、確率評価器１００１ａからの確率に応じて注目データを復号化する。算術復号器１００１ｂは、その内部状態に応じて、適応化情報を確率評価器１００１ａに出力する。
【００３９】
復号器における復号化時には符号器側で設定したものと同じデータ参照を行うようにする。一般的には符号器側と復号器側のデータ参照の方式は自明なものとして構成しなければならないが、符号器側において画像の性質に合わせて特殊な参照法を用いた場合などには、符号列中に参照法に関する情報を記述するか、符号自体で明示しない場合は通信時のプロトコル等で復号器側に通知することで復号器側のデータ参照法を特定し復号化を行わせることができ、そのことは、本発明に係る画像復号化装置と画像符号化装置に対しても適用できる。つまり、第４実施形態に係る画像復号化装置は、第１実施形態に係る画像符号化装置に対応した画像復号化装置であり、第５実施形態に係る画像復号化装置は、第２実施形態に係る画像符号化装置に対応した画像復号化装置であり、第６実施形態に係る画像復号化装置は、第３実施形態に係る画像符号化装置に対応した画像復号化装置である。
【００４０】
次に本発明の第７及び第８実施の形態に係る画像符号化装置について詳細に説明する。
【００４１】
先ず、図１３、図１４、及び、図１５に本発明の第１及び第２実施形態に係る画像符号化装置を組み合わせた、第７の実施形態に係る画像符号化装置におけるデータ参照用テンプレート５０４ａの形状（データ参照位置）を示す。なお、ここで示すテンプレートは１画素データあたりのビット数が１６ビット以下の多値画像データに対して適用することができる。
【００４２】
図１３は、帯域データＨＨに対するテンプレート形状を示している。図中、×印が注目データの位置を示しており、ハッチングの部分がテンプレートを構成する参照データ位置である。また、図１９に、図１３ないし図１８に示すテンプレート形状における各画素の座標を特定するための座標関係の凡例を示す。
【００４３】
また、図１３ないし図１８の各図において、５×５画素範囲中の中央の×印の位置が注目画素を示し、図１９における座標（ｘ，ｙ）に相当する。ここでは、１６ビット／画素の多値画像データの最上位ビット（ＭＳＢ）を第１５ビットプレーンとし、最下位ビット（ＬＳＢ）を第０ビットプレーンとする。
【００４４】
さて、図１３に示す各テンプレートは、帯域データＨＨの符号化時には常に用いられるものである。つまり、第７図に示した１ＨＨ、２ＨＨ、３ＨＨ、４ＨＨの符号化時に用いるものである。
【００４５】
同図において、テンプレート１３０１は、注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−２，ｙ−１）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ＋２，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−２）、（ｘ，ｙ−２）、及び、（ｘ−１，ｙ−２）の計１０ビットの参照データから構成されいる。このテンプレート１３０１は第１５ビットプレーン及び第１４ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００４６】
テンプレート１３０２ａ及び１３０２ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１３０２ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ，ｙ）の１つの参照データを含み、テンプレート１３０２ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−２，ｙ−１）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ＋２，ｙ−１）、（ｘ＋２，ｙ−２）、及び、（ｘ＋１，ｙ−２）の９つの参照データを含んでいる。このテンプレート１３０２ａ及び１３０２ｂで構成されるテンプレートは、第１３ビットプレーンから第６ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００４７】
これは、テンプレート１３０２ｂにおける×印の注目データが第１３ビットプレーン内のものであるとすると、テンプレート１３０２ａは第１４ビットプレーンにおいてハッチングの位置（注目データの真上）のデータを参照することを示している。すなわち、注目データの存在するビットプレーン内における周囲データと注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおけるデータとを同時に参照しながら符号化を行うのである。
【００４８】
同様にテンプレート１３０３ａ及び１３０３ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１３０３ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ，ｙ）、及び、（ｘ，ｙ＋１）の３つの参照データを含み、テンプレート１３０３ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ＋２，ｙ−１）、及び、（ｘ，ｙ−２）の７つの参照データを含んでいる。このテンプレート１３０３ａ及び１３０３ｂで構成されるテンプレートは、第５ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。つまり、第５ビットプレーン中の注目データを符号化する場合には、第５ビットプレーンと第６ビットプレーンとを同時に参照している。
【００４９】
同様にテンプレート１３０４ａ及び１３０４ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１３０４ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ，ｙ）、（ｘ＋１，ｙ）、（ｘ，ｙ−１）、及び、（ｘ，ｙ＋１）の５つの参照データを含み、テンプレート１３０４ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、及び、（ｘ＋１，ｙ−１）の５つの参照データを含んでいる。このテンプレート１３０４ａ及び１３０４ｂで構成されるテンプレートは、第４ビットプレーンから第０ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００５０】
図１４に示す各テンプレートは、帯域データＨＬの符号化時には常に用いられるものである。つまり、第７図に示した１ＨＬ、２ＨＬ、３ＨＬ、４ＨＬの符号化時に用いるものである。
【００５１】
同図において、テンプレート１４０１は、注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−２，ｙ−１）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ＋２，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−２）、（ｘ，ｙ−２）、及び、（ｘ−１，ｙ−２）の計１０ビットの参照データから構成されいる。このテンプレート１４０１は第１５ビットプレーン及び第１４ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００５２】
テンプレート１４０２ａ及び１４０２ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１４０２ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ，ｙ）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−２）、（ｘ，ｙ＋１）、及び、（ｘ，ｙ＋２）の５つの参照データを含み、テンプレート１４０２ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、及び、（ｘ，ｙ−２）の５つの参照データを含んでいる。このテンプレート１４０２ａ及び１４０２ｂで構成されるテンプレートは、第１３ビットプレーンから第６ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００５３】
同様にテンプレート１４０３ａ及び１４０３ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１４０３ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ，ｙ）、（ｘ，ｙ−１）、及び、（ｘ，ｙ＋１）の３つの参照データを含み、テンプレート１４０３ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−２）、（ｘ，ｙ−２）、及び、（ｘ−１，ｙ−２）の７つの参照データを含んでいる。このテンプレート１４０３ａ及び１４０３ｂで構成されるテンプレートは、第５ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。つまり、第５ビットプレーン中の注目データを符号化する場合には、第５ビットプレーンと第６ビットプレーンとを同時に参照している。
【００５４】
同様にテンプレート１４０４ａ及び１４０４ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１４０４ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ，ｙ）、（ｘ＋１，ｙ）、（ｘ，ｙ−１）、及び、（ｘ，ｙ＋１）の５つの参照データを含み、テンプレート１４０４ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、及び、（ｘ，ｙ−２）の５つの参照データを含んでいる。このテンプレート１４０４ａ及び１４０４ｂで構成されるテンプレートは、第４ビットプレーンから第０ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００５５】
図１５に示す各テンプレートは、帯域データＬＨの符号化時には常に用いられるものである。つまり、第７図に示した１ＬＨ、２ＬＨ、３ＬＨ、４ＬＨの符号化時に用いるものである。
【００５６】
同図において、テンプレート１５０１は、注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−２，ｙ−１）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ＋２，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−２）、（ｘ，ｙ−２）、及び、（ｘ−１，ｙ−２）の計１０ビットの参照データから構成されいる。このテンプレート１５０１は第１５ビットプレーン及び第１４ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００５７】
テンプレート１５０２ａ及び１５０２ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１５０２ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ，ｙ）、（ｘ＋１，ｙ）、（ｘ＋２，ｙ）、（ｘ−１，ｙ）、及び、（ｘ−２，ｙ）の５つの参照データを含み、テンプレート１５０２ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、及び、（ｘ＋２，ｙ−１）の５つの参照データを含んでいる。このテンプレート１５０２ａ及び１５０２ｂで構成されるテンプレートは、第１３ビットプレーンから第６ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００５８】
同様にテンプレート１５０３ａ及び１５０３ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１５０３ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ，ｙ）、（ｘ＋１，ｙ）、（ｘ−１，ｙ）、及び、（ｘ−２，ｙ）の４つの参照データを含み、テンプレート１５０３ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、及び、（ｘ＋２，ｙ−１）の６つの参照データを含んでいる。このテンプレート１５０３ａ及び１５０３ｂで構成されるテンプレートは、第５ビットプレーン及び第４ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００５９】
同様にテンプレート１５０４ａ及び１５０４ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１５０４ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ，ｙ）、（ｘ＋１，ｙ）、（ｘ，ｙ−１）、及び、（ｘ，ｙ＋１）の５つの参照データを含み、テンプレート１５０４ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、及び、（ｘ＋１，ｙ−１）の５つの参照データを含んでいる。このテンプレート１５０４ａ及び１５０４ｂで構成されるテンプレートは、第３ビットプレーンから第０ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００６０】
帯域データＬＬ（第７図においては、４ＬＬ）の符号化時には上記のＨＨ、ＨＬ、または、ＬＨのどの帯域データに対するテンプレートを適用してもさほど圧縮率には影響しない。それは、通常の画像データのサイズを考えると、帯域データＬＬのサイズは相対的に小さく、テンプレート形状による圧縮率の差が全体の符号量に与える影響が小さいためである。
【００６１】
以上説明したような各テンプレートを各帯域データの特性に応じて適用することで、ウェーブレット変換データをグレイコード化した後、符号化しようとする注目データが存在するビットプレーンに応じて、注目データの存在するビットプレーンのみを参照するか、その１つ上のビットプレーンまで参照するかを選択しており、また同時に、符号化しようとする注目画素が存在する帯域データの種類に応じてそれぞれの帯域データに適応したテンプレート形状を選択するようにしているため、注目データの予測をより適切に行うことができ、ウェーブレット変換符号化時の圧縮率を向上することができる。
【００６２】
次に、図１６、図１７、及び、図１８に本発明の第１、第２及び第３実施形態に係る画像符号化装置を組み合わせた、本発明の第８の実施形態に係る画像符号化装置におけるデータ参照用テンプレート５０４ａの形状（データ参照位置）を示す。なお、ここで示すテンプレートは１画素データあたりのビット数が１６ビット以下の多値画像データに対して適用することができる。
【００６３】
図１６、図１７、及び、図１８のテンプレート形状が適用されるのは、符号化対象とする帯域データのデータサイズが所定量より小さい場合である。符号化対象とする帯域データのデータサイズが所定量より大きい場合は、図１３、図１４、及び図１５に示したテンプレートが、各帯域データ及び各ビットプレーンの注目データに対して適用される。
【００６４】
前述のように、符号器／復号器に対して入力されるデータ数が、符号器の学習機能が有効に機能するのに十分でない場合は、圧縮率の低下を招く。そのため、ここでは、符号化対象とする帯域データのデータサイズが所定量より小さい場合には、比較的サイズの小さなテンプレートを使用することで、テンプレートにおける１状態あたりのシンボルの発生量を増やし、学習機能を有効にしている。なお、符号化対象とする帯域データのデータサイズが所定量より小さい場合に、比較的サイズの小さなテンプレートを使用するという場合の「所定量」は、実験的に求めた数値としては主走査方向３００画素×副走査方向３００程度のサイズに相当する。
【００６５】
図１６に示す各テンプレートは、帯域データＨＨの符号化時において、符号化対象とする帯域データのデータサイズが所定量より小さい場合に用いられるものである。
【００６６】
同図において、テンプレート１６０１は、注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−２）の計６ビットの参照データから構成されいる。このテンプレート１６０１は第１５ビットプレーン及び第１４ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００６７】
テンプレート１６０２ａ及び１６０２ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１６０２ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ，ｙ）の１つの参照データを含み、テンプレート１６０２ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）の５つの参照データを含んでいる。このテンプレート１６０２ａ及び１６０２ｂで構成されるテンプレートは、第１３ビットプレーンから第５ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００６８】
同様にテンプレート１６０３ａ及び１６０３ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１６０３ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ，ｙ）の２つの参照データを含み、テンプレート１６０３ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）の４つの参照データを含んでいる。このテンプレート１６０３ａ及び１６０３ｂで構成されるテンプレートは、第４ビットプレーンから第０ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００６９】
図１７に示す各テンプレートは、帯域データＨＬの符号化時において、符号化対象とする帯域データのデータサイズが所定量より小さい場合に用いられるものある。
【００７０】
同図において、テンプレート１７０１は、注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−２）の計６ビットの参照データから構成されいる。このテンプレート１７０１は第１５ビットプレーン及び第１４ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００７１】
テンプレート１７０２ａ及び１７０２ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１７０２ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ，ｙ）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ，ｙ＋１）の３つの参照データを含み、テンプレート１７０２ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−２）の３つの参照データを含んでいる。このテンプレート１７０２ａ及び１７０２ｂで構成されるテンプレートは、第１３ビットプレーンから第０ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００７２】
図１８に示す各テンプレートは、帯域データＬＨの符号化時において、符号化対象とする帯域データのデータサイズが所定量より小さい場合に用いられるものである。
【００７３】
同図において、テンプレート１８０１は、注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−２）の計６ビットの参照データから構成されいる。このテンプレート１８０１は第１５ビットプレーン及び第１４ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００７４】
テンプレート１８０２ａ及び１８０２ｂは両方で１つのテンプレートであり、テンプレート１８０２ａは、注目データの存在するビットプレーンの１つ上のビットプレーンにおける（ｘ，ｙ）、（ｘ＋１，ｙ）、（ｘ−１，ｙ）の３つの参照データを含み、テンプレート１８０２ｂは注目データの存在するビットプレーンにおける（ｘ−１，ｙ）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ，ｙ−１）の３つの参照データを含んでいる。このテンプレート１８０２ａ及び１８０２ｂで構成されるテンプレートは、第１３ビットプレーンから第０ビットプレーン中の注目データを符号化する場合に適用される。
【００７５】
以上説明したような各テンプレートを各帯域データの特性に応じて適用することで、ウェーブレット変換データをグレイコード化した後、符号化しようとするウェーブレット変換データのデータサイズが比較的小さい場合には、比較的参照データ数の少ないテンプレートを使用し、テンプレートにおける１状態毎のデータ系列が長くなるようにしているため、符号器の学習効果を向上でき、符号化しようとするウェーブレット変換データのデータサイズが大きい場合には、比較的参照データの多いテンプレートを使用しているため、注目データの予測をより適切に行うことができ、同時にそれぞれの場合で、符号化しようとする注目データが存在するビットプレーンに応じて、注目データの存在するビットプレーンのみを参照するか、その１つ上のビットプレーンまで参照するかを選択しており、さらに符号化しようとする注目データが存在する帯域データの種類に応じてそれぞれの帯域データに適応したテンプレート形状を選択するようにしているため、注目データの予測をより適切に行うことができ、結果としてウェーブレット変換符号化時の圧縮率をいっそう向上させることができる。
【００７６】
図２０に本発明の第８実施形態に係る画像符号化装置において、符号化対象とする注目データの属する帯域データの種別、帯域データのデータサイズ、ビットプレーンに応じて、図１３ないし図１８に示すテンプレートを用いた場合と、前述の図９に示したＪＢＩＧ３ラインテンプレートを用いた場合の圧縮性能の比較を示す。いずれの符号化処理も、ウェーブレット変換及びグレイコード変換の部分までは共通の処理を行っており、異なるのはテンプレート形状だけである。
【００７７】
同図において、実験に使用した画像データＮｏ．１ないしＮｏ．２２にはカラー画像も白黒画像（グレースケール画像）も含まれ、カラー画像の場合は成分表示の方法や成分毎のビット数も様々なものを用いている。また白黒画像もビット数は様々なものを用いている。図Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６がカラー画像であり、Ｎｏ．１７〜Ｎｏ．２２が白黒画像である。カラー画像の成分表示は、Ｎｏ．１及びＮｏ．２がＹＵＶ、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６がＣＭＹＫ、Ｎｏ．７及びＮｏ．８がＬ^＊ａ^＊ｂ^＊、Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１６がＲＧＢである。カラー画像については各成分単位にウェーブレット変換を施し、白黒画像についてはそのままウェーブレット変換を施して、作成されたデータをグレイコード化した後、ＪＢＩＧ３ラインテンプレートを用いたＱＭ・Ｃｏｄｅｒ及び本発明の第８実施形態に係る画像符号化装置で用いられるテンプレートを用いたＣｏｄｅｒでビットプレーン符号化している。
【００７８】
各Ｎｏの画像について、白抜きのバーは、ＪＢＩＧ３ラインテンプレートを用いて符号化された場合の、１画素当りの符号化データのｂｉｔ数を示し、ハッチングが施されたバーは、本発明の第８実施形態に係る画像符号化装置で用いられるテンプレートを用いて符号化された場合の、１画素当りの符号化データのｂｉｔ数を示している。
【００７９】
同図を見て明らかなように、いずれの画像においても本発明によるテンプレートを用いる方が、符号化効率が高く、本発明の有効性は明らかである。
【００８０】
ここで、もし、ウェーブレット変換のみでグレイコード変換を行わずにＪＢＩＧ３ラインテンプレートを用いて符号化すると、図２０に示したＪＢＩＧ３ラインテンプレートを用いて符号化データの約２倍のデータ量になってしまう。
【００８１】
なお、図１３ないし図１８に示すテンプレートを参照して注目データを復号化することで、第７及び第８実施形態に係る画像符号化装置にそれぞれ対応する画像復号化装置が実現できるのはいうまでもない。
【００８２】
また、以上説明した本発明に係る画像符号化装置におけるビットプレーン符号化時のデータのスキャン方法は、プレーン単位、ライン単位（複数ライン単位も含む）、ドット単位のいずれも可能であるが、もっとも圧縮率を上げることができるのはプレーン単位の処理である。
【００８３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、ウェーブレット変換データをグレイコード化した後、符号化しようとする注目データの属するビットプレーンに応じて参照するビットプレーンを選択しながら２値画像用符号化を行うため、注目データの予測をより適切に行うことができ、ＪＢＩＧで示されているようなテンプレートを用いてビットプレーン毎に符号化を行う場合に比較して圧縮率を向上することができる。
【００８４】
請求項２に係る発明によれば、ウェーブレット変換データをグレイコード化した後、符号化しようとする注目データの属する帯域データの種類に適応した種類のテンプレートを選択しながら２値画像用符号化を行うため、注目データの予測をより適切に行うことができ、ＪＢＩＧで示されているようなテンプレートを用いてビットプレーン毎に符号化を行う場合に比較して圧縮率を向上することができる。
【００８６】
請求項３に係る発明によれば、請求項１に係る画像符号化装置による符号データを正しく再生することができる。
【００８７】
請求項４に係る発明によれば、請求項２に係る画像符号化装置による符号データを正しく再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ビットプレーンの概念図である。
【図２】ビットプレーンデータのプレーン単位の符号化時の符号化順序について示す図である。
【図３】ビットプレーンデータのライン単位符号化時の符号化順序について示す図である。
【図４】ビットプレーンデータの画素単位符号化時の符号化順序について示す図である。
【図５】本発明の第１、第２、第３、第７及び第８実施形態に係る画像符号化装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示した画像符号化装置の帯域分割手段における帯域分割方法の一例を示す図である。
【図７】２次元に再帰的に分割された帯域データ示す模式図である。
【図８】図５に示した画像符号化装置のデータ参照手段及びエントロピ符号化手段の詳細動作について説明するための図である。
【図９】ＪＢＩＧにおける３ラインテンプレートの形状を示す図である。
【図１０】本発明の第４、第５及び第６実施形態に係る画像復号化装置の構成を示す図である。
【図１１】図１０に示した画像復号化装置の画像再生手段における画像再生処理の詳細を示した図である。
【図１２】図１０に示した画像復号化装置のデータ参照手段及びエントロピ復号化手段手段の詳細動作について説明するための図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態に係る画像符号化装置における、帯域データＨＨに対するテンプレート形状を示す図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態に係る画像符号化装置における、帯域データＨＬに対するテンプレート形状を示す図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態に係る画像符号化装置における、帯域データＬＨに対するテンプレート形状を示す図である。
【図１６】本発明の第８の実施形態に係る画像符号化装置における、帯域データＨＨの符号化時において、符号化対象とする帯域データのデータサイズが所定量より小さい場合に用いられるテンプレート形状を示す図である。
【図１７】本発明の第８の実施形態に係る画像符号化装置における、帯域データＨＬの符号化時において、符号化対象とする帯域データのデータサイズが所定量より小さい場合に用いられるテンプレート形状を示す図である。
【図１８】本発明の第８の実施形態に係る画像符号化装置における、帯域データＬＨの符号化時において、符号化対象とする帯域データのデータサイズが所定量より小さい場合に用いられるテンプレート形状を示す図である。
【図１９】図１３ないし図１８に示すテンプレート形状における各画素の座標を特定するための座標関係の凡例を示す図である。
【図２０】本発明の第８実施形態に係る画像符号化装置において、符号化対象とする注目データの属する帯域データの種別、帯域データのデータサイズ、ビットプレーンに応じて、図１３ないし図１８に示すテンプレートを用いた場合と、図９に示したＪＢＩＧ３ラインテンプレートを用いた場合の圧縮性能の比較を示す図である。
【符号の説明】
５０１帯域分割手段
５０２グレイコード変換手段
５０３ビットプレーン展開手段
５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃ、５０３ｄビットプレーンメモリ
５０４データ参照手段
５０４ａテンプレート
５０５エントロピ符号化手段
５０５ａ確率評価器
５０５ｂ算術符号器
１００１エントロピ復号化手段
１００１ａ確率評価器
１００１ｂ算術復号器
１００２ａ、１００２ｂ、１００２ｃ、１００２ｄビットプレーンメモリ
１００３データ参照手段
１００３ａテンプレート
１００４自然２進変換手段
１００５画像再生手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image encoding device and an image decoding device, and more particularly to an image encoding device and an image decoding device that use wavelet transform.
[0002]
[Prior art]
Image data handled by commonly used facsimile devices and image storage devices is black and white binary image data, but in recent years, an electrophotographic recording technique that can record with multiple gradations per pixel is practical. Therefore, it has been considered to use multi-value image data at the time of storage and transmission.
[0003]
Multi-level image data is too much information as it is, and requires a large storage area and communication capacity. Therefore, it is necessary to store and transmit data after encoding and compression. Various methods for this are considered. It has been.
[0004]
As one of encoding methods used when compressing multilevel image data, a method called subband encoding or wavelet encoding is known. In subband coding, an input signal is divided into a plurality of frequency bands, and the coding efficiency is improved by utilizing the bias of the information amount for each band.
[0005]
Also, wavelet coding recursively divides the low-frequency band into two in subband coding, performs hierarchical subband division, and uses the bias in the amount of information for each band as in subband coding Thus, the encoding efficiency is improved.
[0006]
In particular, in wavelet coding, reduced images over multiple layers are naturally generated at the time of decoding, so that the image data has a pyramid structure, and therefore, progressive display (in which the image quality is improved in stages) is possible. There are features.
[0007]
When performing wavelet encoding, there is a method of applying entropy encoding to data after wavelet transform in order to reduce the final code amount. As a method for performing this entropy encoding, there is a method in which each wavelet coefficient data is developed on a bit plane and entropy encoding is performed for each bit plane.
[0008]
Various types of entropy encoding can be applied at this time, but the bit plane data becomes more random as the lower bits are used, and the MH, MR, and MMR methods that are normally used in facsimiles are efficient. In addition to being unable to compress well, the encoded data may sometimes exceed the amount of original data.
[0009]
Therefore, an encoding method is required so that the amount of data after encoding is not so large even when random data is encoded. For example, arithmetic coding such as QM-Coder in JBIG (Joint Bi-level Image experts Group), which is one of international standards for binary image coding, is suitable. When using an entropy encoder for encoding, use a template of a certain shape when encoding the data of interest, and predict the value of the data of interest by referring to surrounding data A method of increasing the compression rate by encoding the result is used.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the template shape adopted in JBIG is optimized for binary images, it is not suitable for encoding wavelet coefficients, and even if used, the encoding efficiency is reduced. There was a problem.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an image encoding apparatus capable of wavelet transform encoding image data with high encoding efficiency, and an image decoding capable of decoding code data encoded by the image encoding apparatus. An object is to provide an apparatus.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the image encoding device according to claim 1, band dividing means for dividing input multi-value image data into a plurality of band data using a low-pass filter and a high-pass filter, Gray code conversion means for converting each band data into Gray code; Bit plane expansion means for expanding the data converted into Gray code into a bit plane; Deployed by the bit plane deployment means In encoding for each bit plane, only data on the same bit plane as the target data is selected as reference data according to the bit plane to which the target data to be encoded belongs, or on a plurality of bit planes. Data reference means for selecting the data as reference data, and entropy encoding means for performing compression encoding of the data of interest using the reference data selected by the data reference means.
[0013]
The image coding apparatus according to claim 2, a band dividing unit that divides input multi-level image data into a plurality of band data using a low-pass filter and a high-pass filter, and converts each band data into a gray code. Gray code conversion means for converting, bit plane expansion means for expanding the data converted to Gray code into a bit plane, Deployed by the bit plane deployment means In encoding for each bit plane, data reference means for selecting, as reference data, template data of a type adapted to the type of band data to which the target data to be encoded belongs, and a reference selected by the data reference means And entropy encoding means for compressing and encoding the data of interest using data.
[0015]
Claim 3 The image decoding device described is Encoded by the image encoding device according to claim 1. In decoding for each bit plane of input code data, depending on the bit plane to which the target data to be decoded belongs, select only the data of the same bit plane as the target data, or Furthermore, data reference means for selecting data on a plurality of bit planes as reference data, entropy decoding means for decoding and decompressing the data of interest using the reference data selected by the data reference means, and after decoding Data conversion means for converting each bit plane data into original gray code data, natural binary conversion means for converting the gray code data converted by the data conversion means into natural binary data, and natural binary data The multiple band data converted into Characterized by comprising an image reproducing means for reproducing the original multi-valued image data using a filter.
[0016]
Claim 4 The image decoding device described is It is encoded by the image encoding device according to claim 2. Data decoding means for selecting, as reference data, template data of a type adapted to the type of band data to which the target data to be decoded belongs in decoding of each bit plane of the input code data, and the data reference Entropy decoding means for decoding and decompressing the data of interest using the reference data selected by the means, data conversion means for converting each decoded bit plane data to original gray code data, and the data A natural binary conversion means for converting the gray code data converted by the conversion means into natural binary data; and a plurality of band data converted into the natural binary data are converted into a reduction filter and an inverse filter of a high-pass filter. And an image reproducing means for reproducing the original multi-valued image data.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the embodiment of the present invention will be described by dividing it into first to eighth embodiments.
[0019]
First, FIG. 1 shows a conceptual diagram of a bit plane. As shown in the figure, for example, in the case of multi-valued image data of 8 bits / pixel, 8 binary images (the 0th to the 0th images) in which 8-bit binary equivalent bits representing the data for one pixel are collected. 7-bit plane). Each is called a bit plane, and normal bit plane encoding performs binary encoding on each plane.
[0020]
FIG. 2 shows an encoding order when encoding bit plane data in units of planes. FIG. 3 shows an encoding order at the time of line unit encoding of bit plane data. FIG. 4 shows an encoding order at the time of pixel unit encoding of bit plane data. Although not particularly shown here, there are cases where processing is performed in units of a plurality of lines.
[0021]
The amount of memory required at the time of encoding differs depending on each processing method. That is, the processing in units of planes requires the most memory, the processing in units of dots can be performed with the least amount of memory, and the processing in units of lines is in the middle.
[0022]
Next, the configuration of the image coding apparatus according to the first, second, third, seventh, and eighth embodiments of the present invention will be described with reference to FIG.
[0023]
In the figure, input multi-valued image data is band-divided by a band dividing unit 501. Here, an example of the band dividing method in the band dividing means 501 will be described with reference to FIG. In the figure, band data using HPF (high pass filter) in both the main scanning direction and the sub scanning direction is HH, HPF in the main scanning direction, and band using LPF (low pass filter) in the sub scanning direction. Data is represented as HL, LPF in the main scanning direction, band data using HPF in the sub-scanning direction as LH, and band data using LPF in both the main scanning direction and the sub-scanning direction as LL. Further, the band data obtained by the first filtering is displayed with the regularity of 1xx, and the data obtained by the second-stage filtering is represented by 2xx (x represents L or H) according to the filtering stage.
[0024]
The input signal is first filtered by a high-pass filter (hereinafter HPF) and a low-pass filter (hereinafter LPF) in the main scanning direction, and each filtered data is divided into two in the main scanning direction, which is the filtered direction. 1 sub-sampled. Those data filtered in the main scanning direction are then filtered by the HPF and LPF in the sub scanning direction, and further half-sampled in the sub scanning direction. The same operation is performed again on the LL data, and filtering is performed recursively. As a result, it is possible to obtain band data recursively divided in two dimensions as shown in FIG.
[0025]
The recursively divided band data obtained by the band dividing unit 501 in this way is converted into gray codes by the gray code converting unit 502 and then developed into the bit plane memories 503a to 503d by the bit plane developing unit 503. Is done. The bit plane memories 503a to 503d represent bit plane memories corresponding to the number of constituent bits of the input multi-value image data. The data reference unit 504 sequentially extracts reference data and attention data as information from the data developed in the bit plane memory by a predetermined procedure, and inputs it to the entropy encoding unit 505. The entropy encoding means 505 encodes the data of interest while using the information of the reference data, and outputs code data. Note that the necessary amount of bit plane memory does not necessarily have to be the size of all the input band data. That is, when processing certain band data, for example, 1HH, when the data is divided into three and input, the memory amount may be one third of the size of 1HH.
[0026]
Further, as one of the entropy encoders as the entropy encoding means 505 in this case, for example, an arithmetic encoder such as QM-Coder in JBIG can be applied, but so-called predictive encoding using the prediction probability of the data of interest. Since the data reference method in the present invention can be generally used for the encoder that performs the above, the entropy encoder in the entropy encoding means 505 is not limited to the arithmetic encoder.
[0027]
Next, detailed operations of the data reference unit 504 and the entropy encoding unit 505 when an arithmetic encoder is used as the entropy encoder as the entropy encoding unit 505 in the image encoding apparatus shown in FIG. 8 will be used for explanation.
[0028]
In the figure, input data is input to the entropy encoding unit 505 as reference data and attention data by the data reference unit 504. In the data reference means 504, the state of the reference data at a predetermined position relative to the data of interest is extracted from the data input from the template 504a. The extracted state is input to the probability evaluator 505a in the entropy encoding unit 505 as reference data. The probability evaluator 505a calculates the occurrence probability (probability of 0 or 1) of the data of interest according to the reference data, and inputs the probability as an encoding parameter to the arithmetic encoder 505b. The arithmetic encoder 505b encodes the data of interest according to the probability from the probability evaluator 505a. The arithmetic encoder 505b passes the adaptation information to the probability evaluator 505a according to the internal state, and the probability evaluator 505a changes the prediction probability value of the data of interest according to the adaptation information. At this time, the more appropriate the reference data input to the probability evaluator 505a (in other words, the more accurately the feature of the data is extracted), the more accurately the predicted probability of the attention data is calculated. As a result, the encoding efficiency in the arithmetic encoder 505b is improved and the compression rate is improved. That is, in order to improve the compression rate, what kind of (at which position) peripheral data is referred to in the template 504a of the data reference means 504 is important.
[0029]
For comparison, FIG. 9 shows the shape of a 3-line template in JBIG. A pixel marked with “x” in a square frame indicates a pixel of interest, and each surrounding square frame (a total of 10) is reference data. When sequential encoding is performed in JBIG, a template as shown in FIG. 9 is used to refer to surrounding pixels and have a pixel state at the reference position (here, two states of 1 or 0 per pixel, For the number of reference data in two states (10), the combination is 2 ^ 10 = 1024 states), and the arrangement state of surrounding pixels of the pixel of interest is notified to the encoder.
[0030]
For binary natural images, a template with the above shape is effective on average, but for dithered images, etc., other shapes that capture the characteristics of the dithered image The compression rate can be increased by using the template. Similarly, the template shape as shown in FIG. 9 is not necessarily effective in the data obtained by further gray-coding the data after wavelet transform which is the subject of the present invention.
[0031]
Therefore, in the image coding apparatus according to the first embodiment of the present invention, when entropy coding is performed on data obtained by further gray-coding data after wavelet transform as described above, an optimal data reference method using a bit plane Focusing on the different points, it is possible to select whether to refer only to data of the same bit plane as the bit plane in which the data of interest exists or to refer to data over a plurality of bit planes as necessary. In addition, for bit planes that do not improve much when data is referenced across multiple bit planes, the processing speed is simplified by referring only to the same bit plane as the bit plane in which the data of interest exists. Let
[0032]
In the image encoding device according to the second embodiment of the present invention, the position of the data to be referred to is changed according to the type of band data. That is, as described above, there are four types of band data, HH, HL, LH, and LL, which show different properties depending on how the filter is applied. HH is a correlation in an oblique direction, and HL is a vertical direction ( The correlation in the sub-scanning direction) is high, and the correlation in LH is high in the horizontal direction (main scanning direction). Since LL is a reduced image of the original image itself, the properties according to the filtering method are not particularly shown. From the above, with respect to HH, HL, and LH, using a template that sees a lot of reference data in the oblique direction, vertical direction, and horizontal direction, respectively, compared to the case where the same template is applied to all band data. To improve the compression ratio.
[0033]
In the image encoding device according to the third embodiment of the present invention, data reference templates having different numbers of reference data are selected according to the size of the band data. That is, an arithmetic encoder such as QM-Coder has a learning function for appropriately changing the prediction probability of the data of interest according to the reference information by the template, but if the template size is too large relative to the input data size, In some cases, the number of data series generated for each state in the template is reduced, and sufficient input for learning may not be obtained. For example, if the template is composed of 10 peripheral pixels, the number of states is 2 ^ 10 = 1024 states. In general, a probability evaluator in the encoder (corresponding to 505a in FIG. 8 described above) stores, for each state, a probability value (or an index to a table describing the probability value) learned from input data up to now. ing. The number of times each state in the template occurs depends on the nature of the input data and does not result in a uniform number of inputs for all states. Therefore, when the number of input data is small, the input may be completed before obtaining the optimum prediction probability for each state. Therefore, by reducing the size of the template and reducing the number of states, the number of occurrences of a certain state is relatively increased, and the learning effect is improved.
[0034]
Next, the fourth, fifth, and sixth embodiments of the present invention, in which the encoded data encoded by the image encoding devices according to the first, second, and third embodiments of the present invention described above are respectively decoded. The configuration of the image decoding apparatus according to the embodiment will be described with reference to FIG.
[0035]
In the figure, when code data is input to entropy decoding means 1001, the decoded data is input to data conversion means 1002, and the input data is written to predetermined bit plane memories 1002a to 1002d. The data conversion unit 1002 converts the input data back to multi-valued original data in the same manner as the bit plane expansion method performed on the image encoding apparatus side shown in FIG. The data reference means 1003 takes out data at a predetermined position relative to the data of interest from each bit plane memory and inputs it as reference data to the entropy decoding means 101. Since the multivalued data reproduced here is gray code data, it is converted into a natural binary expression by the natural binary conversion means 1004. The multi-value data converted into the natural binary representation is reproduced as an original image by the image reproducing means 1005 that performs the reverse filtering to that at the time of encoding.
[0036]
FIG. 11 shows details of the image reproduction processing in the image reproduction means 1005 in the image decoding apparatus shown in FIG. Here, by the band division process shown in FIG. 6, an operation completely opposite to the filtering performed at the time of encoding is performed to restore the image. HPF in the figure ^-1 And LPF ^-1 Are respectively a high-pass filter inverse filter and a low-pass filter inverse filter. The double upsampling is performed by interpolating 0 when the data size is doubled.
[0037]
FIG. 12 shows operations of the data reference unit 1003 and the entropy decoding unit 1001 in the image decoding apparatus shown in FIG. Here, as an example, a case where an arithmetic encoder (QM-Coder) is used in the entropy encoding means is shown. When the entropy decoding means 1001 receives code data, the entropy decoding means 1001 performs decoding by the arithmetic decoder 1001b to reproduce and output the data of interest.
[0038]
The data reference unit 1003 takes out data at a predetermined position as reference information from the reproduced attention data using the template 1003a, and outputs the reference data. The output reference data is input to the probability evaluator 1001a in the entropy decoding means 1001, and the probability evaluator 1001a uses the data to calculate the occurrence probability of the data of interest and decodes it to the arithmetic decoder 1001b. Enter the probability that is a parameter. The arithmetic decoder 1001b decodes the data of interest according to the probability from the probability evaluator 1001a. The arithmetic decoder 1001b outputs adaptation information to the probability evaluator 1001a according to the internal state.
[0039]
When decoding in the decoder, the same data reference as that set on the encoder side is performed. In general, the data reference method on the encoder side and the decoder side must be configured as self-explanatory, but when using a special reference method according to the nature of the image on the encoder side, Describe the data reference method on the decoder side by specifying the information on the reference method in the code string or notifying the decoder by the communication protocol etc. This can be applied to the image decoding apparatus and the image encoding apparatus according to the present invention. That is, the image decoding apparatus according to the fourth embodiment is an image decoding apparatus corresponding to the image encoding apparatus according to the first embodiment, and the image decoding apparatus according to the fifth embodiment is the second embodiment. The image decoding apparatus according to the sixth embodiment is an image decoding apparatus corresponding to the image encoding apparatus according to the third embodiment.
[0040]
Next, image coding apparatuses according to the seventh and eighth embodiments of the present invention will be described in detail.
[0041]
First, the data reference template 504a in the image coding apparatus according to the seventh embodiment, in which the image coding apparatuses according to the first and second embodiments of the present invention are combined with FIG. 13, FIG. 14, and FIG. The shape (data reference position) is shown. The template shown here can be applied to multi-value image data having 16 bits or less per one pixel data.
[0042]
FIG. 13 shows a template shape for the band data HH. In the figure, the x mark indicates the position of the data of interest, and the hatched portion is the reference data position constituting the template. FIG. 19 shows a legend of coordinate relationships for specifying the coordinates of each pixel in the template shape shown in FIGS.
[0043]
Further, in each of FIGS. 13 to 18, the position of the center X in the 5 × 5 pixel range indicates the target pixel, and corresponds to the coordinate (x, y) in FIG. 19. Here, the most significant bit (MSB) of the 16-bit / pixel multi-valued image data is the 15th bit plane, and the least significant bit (LSB) is the 0th bit plane.
[0044]
Each template shown in FIG. 13 is always used when the band data HH is encoded. That is, it is used at the time of encoding 1HH, 2HH, 3HH, and 4HH shown in FIG.
[0045]
In the figure, a template 1301 is (x-1, y), (x-2, y), (x-2, y-1), (x-1, y-1) in a bit plane in which the data of interest exists. ), (X, y-1), (x + 1, y-1), (x + 2, y-1), (x + 1, y-2), (x, y-2), and (x-1, y -2) and a total of 10-bit reference data. This template 1301 is applied when encoding data of interest in the 15th and 14th bit planes.
[0046]
Templates 1302a and 1302b are both one template, and template 1302a includes one reference data of (x, y) in a bit plane that is one bit above the bit plane in which the data of interest exists, and template 1302b is of data of interest. (X-1, y), (x-2, y), (x-2, y-1), (x-1, y-1), (x, y-1), It includes nine reference data (x + 1, y-1), (x + 2, y-1), (x + 2, y-2), and (x + 1, y-2). The template composed of the templates 1302a and 1302b is applied when encoding attention data in the 13th to 6th bit planes.
[0047]
This indicates that the template 1302a refers to the hatched position data (directly above the target data) in the fourteenth bit plane, assuming that the target data indicated by a cross in the template 1302b is in the thirteenth bit plane. ing. That is, encoding is performed while simultaneously referring to surrounding data in a bit plane in which the data of interest exists and data in a bit plane immediately above the bit plane in which the data of interest exists.
[0048]
Similarly, the templates 1303a and 1303b are both one template, and the template 1303a is (x-1, y), (x, y), and (x, y) in the bit plane that is one bit above the bit plane in which the data of interest exists. The template 1303b includes three reference data (x, y + 1), and the template 1303b includes (x-1, y), (x-2, y), (x-1, y-1) in the bit plane where the data of interest exists. Seven reference data (x, y-1), (x + 1, y-1), (x + 2, y-1), and (x, y-2) are included. The template composed of the templates 1303a and 1303b is applied when encoding the data of interest in the fifth bit plane. That is, when the data of interest in the fifth bit plane is encoded, the fifth bit plane and the sixth bit plane are referred to simultaneously.
[0049]
Similarly, the templates 1304a and 1304b are both one template, and the template 1304a is (x-1, y), (x, y), (x + 1) in the bit plane that is one bit above the bit plane in which the data of interest exists. , Y), (x, y−1), and (x, y + 1), and the template 1304b includes (x−1, y), (x−2) in the bit plane in which the data of interest exists. , Y), (x-1, y-1), (x, y-1), and (x + 1, y-1). The template composed of the templates 1304a and 1304b is applied when encoding the data of interest in the fourth bit plane to the zeroth bit plane.
[0050]
Each template shown in FIG. 14 is always used when the band data HL is encoded. That is, it is used at the time of encoding 1HL, 2HL, 3HL, and 4HL shown in FIG.
[0051]
In the figure, a template 1401 includes (x-1, y), (x-2, y), (x-2, y-1), (x-1, y-1) in a bit plane in which attention data exists. ), (X, y-1), (x + 1, y-1), (x + 2, y-1), (x + 1, y-2), (x, y-2), and (x-1, y -2) and a total of 10-bit reference data. This template 1401 is applied when encoding data of interest in the 15th and 14th bit planes.
[0052]
Templates 1402a and 1402b are both one template, and template 1402a is (x, y), (x, y-1), (x, y) in the bit plane one bit plane above which the target data exists. -2), (x, y + 1), and (x, y + 2), and the template 1402b includes (x-1, y), (x-2, y) in the bit plane in which the data of interest exists. ), (X, y-1), (x + 1, y-1), and (x, y-2). The template composed of the templates 1402a and 1402b is applied when encoding the data of interest in the 13th to 6th bit planes.
[0053]
Similarly, the templates 1403a and 1403b are both one template, and the template 1403a includes (x, y), (x, y-1), and (x, y-1) in the bit plane that is one bit plane where the data of interest exists. The template 1403b includes three reference data (x, y + 1), and the template 1403b is (x-1, y), (x-1, y-1), (x, y-1), Seven reference data (x + 1, y-1), (x + 1, y-2), (x, y-2), and (x-1, y-2) are included. The template composed of the templates 1403a and 1403b is applied when encoding the data of interest in the fifth bit plane. That is, when the data of interest in the fifth bit plane is encoded, the fifth bit plane and the sixth bit plane are referred to simultaneously.
[0054]
Similarly, the templates 1404a and 1404b are both one template, and the template 1404a is (x-1, y), (x, y), (x + 1) in the bit plane that is one bit above the bit plane in which the data of interest exists. , Y), (x, y-1) and (x, y + 1), and the template 1404b includes (x-1, y), (x-1) in the bit plane in which the data of interest exists. , Y−1), (x, y−1), (x + 1, y−1), and (x, y−2). The template composed of the templates 1404a and 1404b is applied when encoding data of interest in the fourth bit plane to the zeroth bit plane.
[0055]
Each template shown in FIG. 15 is always used when the band data LH is encoded. That is, it is used at the time of 1LH, 2LH, 3LH, and 4LH encoding shown in FIG.
[0056]
In the figure, a template 1501 is (x-1, y), (x-2, y), (x-2, y-1), (x-1, y-1) in a bit plane in which the data of interest exists. ), (X, y-1), (x + 1, y-1), (x + 2, y-1), (x + 1, y-2), (x, y-2), and (x-1, y -2) and a total of 10-bit reference data. This template 1501 is applied when encoding data of interest in the 15th and 14th bit planes.
[0057]
The templates 1502a and 1502b are both one template, and the template 1502a includes (x, y), (x + 1, y), (x + 2, y) in a bit plane that is one above the bit plane in which the data of interest exists. The template 1502b includes five reference data (x-1, y) and (x-2, y), and the template 1502b is (x-1, y), (x-2, y) in the bit plane where the data of interest exists. ), (X, y−1), (x + 1, y−1), and (x + 2, y−1). The template composed of the templates 1502a and 1502b is applied when encoding the data of interest in the 13th to 6th bit planes.
[0058]
Similarly, both the templates 1503a and 1503b are one template, and the template 1503a is (x, y), (x + 1, y), (x−1) in the bit plane that is one bit above the bit plane in which the data of interest exists. , Y) and (x-2, y), and the template 1503b is (x-1, y), (x-2, y), (x −1, y−1), (x, y−1), (x + 1, y−1), and (x + 2, y−1). The template composed of the templates 1503a and 1503b is applied when encoding data of interest in the fifth bit plane and the fourth bit plane.
[0059]
Similarly, the templates 1504a and 1504b are both one template, and the template 1504a is (x-1, y), (x, y), (x + 1) in the bit plane that is one bit above the bit plane in which the data of interest exists. , Y), (x, y-1), and (x, y + 1), and the template 1504b includes (x-1, y), (x-2) in the bit plane in which the data of interest exists. , Y), (x-1, y-1), (x, y-1), and (x + 1, y-1). The template composed of the templates 1504a and 1504b is applied when encoding the data of interest in the third bit plane to the zeroth bit plane.
[0060]
When the band data LL (4LL in FIG. 7) is encoded, the compression rate is not greatly affected even if the template for any band data of HH, HL, or LH is applied. This is because, considering the size of normal image data, the size of the band data LL is relatively small, and the influence of the difference in compression rate due to the template shape on the overall code amount is small.
[0061]
By applying each template as described above according to the characteristics of each band data, the wavelet transform data is converted into a gray code, and then, according to the bit plane in which the target data to be encoded exists, It is selected whether to refer only to the existing bit plane or to the bit plane one level above, and at the same time, depending on the type of band data in which the target pixel to be encoded exists, Since the template shape adapted to the data is selected, the data of interest can be predicted more appropriately, and the compression rate at the time of wavelet transform encoding can be improved.
[0062]
Next, the image coding according to the eighth embodiment of the present invention, in which the image coding devices according to the first, second and third embodiments of the present invention are combined with FIG. 16, FIG. 17, and FIG. The shape (data reference position) of the data reference template 504a in the apparatus is shown. The template shown here can be applied to multi-value image data having 16 bits or less per one pixel data.
[0063]
The template shapes of FIGS. 16, 17 and 18 are applied when the data size of the band data to be encoded is smaller than a predetermined amount. When the data size of the band data to be encoded is larger than a predetermined amount, the templates shown in FIGS. 13, 14, and 15 are applied to the attention data of each band data and each bit plane.
[0064]
As described above, when the number of data input to the encoder / decoder is not sufficient for the learning function of the encoder to function effectively, the compression rate is reduced. Therefore, here, when the data size of the band data to be encoded is smaller than a predetermined amount, the amount of symbols generated per state in the template is increased by using a relatively small template, and learning is performed. The function is enabled. When the data size of the band data to be encoded is smaller than a predetermined amount, the “predetermined amount” when using a relatively small template is an experimentally obtained numerical value of 300 in the main scanning direction. This corresponds to a size of about 300 pixels × sub-scanning direction.
[0065]
Each template shown in FIG. 16 is used when the data size of the band data to be encoded is smaller than a predetermined amount at the time of encoding the band data HH.
[0066]
In the figure, a template 1601 includes (x-1, y), (x-2, y), (x-1, y-1), (x, y-1), It consists of a total of 6-bit reference data (x + 1, y-1) and (x, y-2). This template 1601 is applied when encoding data of interest in the 15th and 14th bit planes.
[0067]
Both the templates 1602a and 1602b are one template, and the template 1602a includes one reference data of (x, y) in a bit plane that is one bit above the bit plane in which the target data exists, and the template 1602b includes the target data. (X-1, y), (x-2, y), (x-1, y-1), (x, y-1), (x + 1, y-1) Contains reference data. The template composed of the templates 1602a and 1602b is applied when encoding the data of interest in the 13th bit plane to the 5th bit plane.
[0068]
Similarly, the templates 1603a and 1603b are both one template, and the template 1603a includes two (x-1, y) and (x, y) in the bit plane that is one bit above the bit plane in which the target data exists. The template 1603b includes reference data, and (x−1, y), (x−1, y−1), (x, y−1), and (x + 1, y−1) in the bit plane where the target data exists. Contains 4 reference data. The template composed of the templates 1603a and 1603b is applied when encoding data of interest in the fourth bit plane to the zeroth bit plane.
[0069]
Each template shown in FIG. 17 is used when the data size of the band data to be encoded is smaller than a predetermined amount at the time of encoding the band data HL.
[0070]
In the figure, a template 1701 includes (x-1, y), (x-2, y), (x-1, y-1), (x, y-1), (x, y-1), It consists of a total of 6-bit reference data (x + 1, y-1) and (x, y-2). This template 1701 is applied when encoding data of interest in the 15th and 14th bit planes.
[0071]
Templates 1702a and 1702b are both one template, and template 1702a is (x, y), (x, y-1), (x, y + 1) in a bit plane that is one above the bit plane in which the data of interest exists. ), And the template 1702b includes three reference data (x-1, y), (x, y-1), and (x, y-2) in the bit plane in which the data of interest exists. It is out. The template composed of the templates 1702a and 1702b is applied when encoding data of interest in the 13th bit plane to the 0th bit plane.
[0072]
Each template shown in FIG. 18 is used when the data size of the band data to be encoded is smaller than a predetermined amount at the time of encoding the band data LH.
[0073]
In the figure, a template 1801 includes (x-1, y), (x-2, y), (x-1, y-1), (x, y-1), It consists of a total of 6-bit reference data (x + 1, y-1) and (x, y-2). This template 1801 is applied when encoding data of interest in the 15th and 14th bit planes.
[0074]
Templates 1802a and 1802b are both one template, and template 1802a is (x, y), (x + 1, y), (x-1, y) in the bit plane one bit plane above which the target data exists. ), And the template 1802b includes three reference data (x-1, y), (x-2, y), and (x, y-1) in the bit plane in which the data of interest exists. It is out. The template composed of the templates 1802a and 1802b is applied when encoding the data of interest in the 13th bit plane to the 0th bit plane.
[0075]
By applying each template as described above according to the characteristics of each band data, after converting the wavelet transform data to gray code, if the data size of the wavelet transform data to be encoded is relatively small, Since a template with a relatively small number of reference data is used and the data series for each state in the template is long, the learning effect of the encoder can be improved, and the data size of the wavelet transform data to be encoded is If it is large, a template with a relatively large amount of reference data is used, so that the target data can be predicted more appropriately. At the same time, in each case, the bit plane in which the target data to be encoded exists. Depending on the bit plane in which the data of interest exists, or 1 Since it is selected whether to refer to the upper bit plane, and the template shape adapted to each band data is selected according to the type of band data in which the target data to be encoded exists, The attention data can be predicted more appropriately, and as a result, the compression rate at the time of wavelet transform encoding can be further improved.
[0076]
In the image coding apparatus according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 20, according to the type of band data to which the target data to be encoded belongs, the data size of the band data, and the bit plane, FIG. The comparison of the compression performance when the template shown is used and when the JBIG3 line template shown in FIG. 9 is used is shown. In any of the encoding processes, a common process is performed up to the wavelet transform and the gray code transform, and only the template shape is different.
[0077]
In the figure, the image data No. used in the experiment is shown. 1 to No. 22 includes both color images and black and white images (grayscale images), and in the case of a color image, a component display method and various bit numbers for each component are used. Black and white images also have various bit numbers. FIG. 1-No. 16 is a color image. 17-No. Reference numeral 22 denotes a black and white image. The component display of the color image is No. 1 and no. 2 is YUV, No. 2 3-No. 6 is CMYK, no. 7 and no. 8 is L ^* a ^* b ^* , No. 9-No. 16 is RGB. The color image is subjected to wavelet transformation for each component unit, and the black and white image is subjected to wavelet transformation as it is, and the generated data is converted into a gray code, and then the QM coder using the JBIG3 line template and the eighth of the present invention Bit plane coding is performed by a Coder using a template used in the image coding apparatus according to the embodiment.
[0078]
For each No image, the white bar indicates the number of bits of encoded data per pixel when encoded using the JBIG3 line template, and the hatched bar indicates the number of bits in the present invention. The number of bits of encoded data per pixel in the case of encoding using a template used in the image encoding device according to the eighth embodiment is shown.
[0079]
As is apparent from the figure, the encoding efficiency is higher when the template according to the present invention is used in any image, and the effectiveness of the present invention is clear.
[0080]
Here, if the JBIG3 line template is used to encode only the wavelet transform and not the Gray code conversion, the amount of data is about twice that of the encoded data using the JBIG3 line template shown in FIG. End up.
[0081]
Note that it is possible to realize image decoding apparatuses corresponding to the image encoding apparatuses according to the seventh and eighth embodiments, respectively, by decoding the data of interest with reference to the templates shown in FIGS. Not too long.
[0082]
Further, the data scanning method at the time of bit plane encoding in the image encoding apparatus according to the present invention described above can be any of a plane unit, a line unit (including a plurality of line units), and a dot unit. It is processing in units of planes that can increase the compression rate.
[0083]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, after the wavelet transform data is converted into the gray code, the binary image encoding is performed while selecting the bit plane to be referenced according to the bit plane to which the target data to be encoded belongs. Therefore, prediction data can be predicted more appropriately, and the compression rate can be improved as compared with the case where encoding is performed for each bit plane using a template as shown in JBIG.
[0084]
According to the second aspect of the present invention, after wavelet transform data is converted into gray code, binary image encoding is performed while selecting a template of a type adapted to the type of band data to which the target data to be encoded belongs. Therefore, the target data can be predicted more appropriately, and the compression rate can be improved as compared with the case where encoding is performed for each bit plane using a template as shown in JBIG.
[0086]
Claim 3 According to the invention concerning, the code data by the image coding apparatus according to claim 1 can be correctly reproduced.
[0087]
Claim 4 According to the invention, the code data by the image encoding device according to claim 2 can be correctly reproduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a bit plane.
[Fig. 2] Fig. 2 is a diagram illustrating an encoding order when encoding bit plane data in units of planes.
FIG. 3 is a diagram illustrating an encoding order when line-unit encoding bit plane data.
[Fig. 4] Fig. 4 is a diagram illustrating an encoding order at the time of pixel unit encoding of bit plane data.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an image encoding device according to first, second, third, seventh, and eighth embodiments of the present invention.
6 is a diagram showing an example of a band dividing method in a band dividing unit of the image encoding device shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram showing band data recursively divided into two dimensions.
8 is a diagram for explaining detailed operations of a data reference unit and an entropy encoding unit of the image encoding device shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing the shape of a three-line template in JBIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an image decoding apparatus according to fourth, fifth, and sixth embodiments of the present invention.
11 is a diagram showing details of image reproduction processing in image reproduction means of the image decoding apparatus shown in FIG.
12 is a diagram for explaining detailed operations of data reference means and entropy decoding means of the image decoding apparatus shown in FIG. 10;
FIG. 13 is a diagram showing a template shape for band data HH in an image encoding device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a template shape for band data HL in an image encoding device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a template shape for band data LH in an image encoding device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a template shape used when the data size of band data to be encoded is smaller than a predetermined amount when encoding band data HH in the image encoding device according to the eighth embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 17 is a template shape used when the data size of the band data to be encoded is smaller than a predetermined amount when encoding the band data HL in the image encoding device according to the eighth embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 18 is a template shape used when the data size of band data to be encoded is smaller than a predetermined amount when encoding band data LH in the image encoding device according to the eighth embodiment of the present invention; FIG.
19 is a diagram showing a legend of coordinate relationships for specifying the coordinates of each pixel in the template shape shown in FIGS. 13 to 18; FIG.
FIG. 20 is a diagram illustrating an image encoding apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. It is a figure which shows the comparison of the compression performance at the time of using the template shown in FIG. 9, and the case where the JBIG3 line template shown in FIG. 9 is used.
[Explanation of symbols]
501 Band division means
502 Gray code conversion means
503 bit plane expansion means
503a, 503b, 503c, 503d bit plane memory
504 Data reference means
504a template
505 Entropy encoding means
505a Probability evaluator
505b arithmetic encoder
1001 Entropy decoding means
1001a Probability evaluator
1001b Arithmetic decoder
1002a, 1002b, 1002c, 1002d bit plane memory
1003 Data reference means
1003a template
1004 Natural binary conversion means
1005 Image reproduction means

Claims

Band dividing means for dividing the input multi-value image data into a plurality of band data using a low-pass filter and a high-pass filter;
Gray code conversion means for converting each band data into Gray code;
Bit plane expansion means for expanding the data converted into the Gray code into a bit plane;
In encoding for each bit plane developed by the bit plane development means, whether only data on the same bit plane as the target data is selected as reference data according to the bit plane to which the target data to be encoded belongs Or, further, data reference means for selecting data on a plurality of bit planes as reference data,
An image encoding apparatus comprising: entropy encoding means for compressing and encoding the data of interest using reference data selected by the data reference means.

Band dividing means for dividing the input multi-value image data into a plurality of band data using a low-pass filter and a high-pass filter;
Gray code conversion means for converting each band data into Gray code;
Bit plane expansion means for expanding the data converted into the Gray code into a bit plane;
In encoding for each bit plane expanded by the bit plane expansion means, data reference means for selecting, as reference data, template data of a type adapted to the type of band data to which the data of interest to be encoded belongs,
An image encoding apparatus comprising: entropy encoding means for compressing and encoding the data of interest using reference data selected by the data reference means.

In decoding for each bit plane of code data encoded and input by the image encoding device according to claim 1 ,
Data that selects only data of the same bit plane as the target data according to the bit plane to which the target data to be decoded belongs, or further selects data on a plurality of bit planes as reference data Reference means;
Entropy decoding means for decoding and decompressing the data of interest using the reference data selected by the data reference means;
Data conversion means for converting each decoded bit plane data into original gray code data;
Natural binary conversion means for converting gray code data converted by the data conversion means into natural binary data;
Image reproduction means for reproducing a plurality of band data converted into natural binary data into original multi-valued image data using an inverse filter of a reduction pass filter and a high pass filter Decryption device.

In decoding for each bit plane of code data encoded and input by the image encoding device according to claim 2 ,
A data reference means for selecting, as reference data, template data of a type adapted to the type of band data to which the target data to be decoded belongs;
Entropy decoding means for decoding and decompressing the data of interest using the reference data selected by the data reference means;
Data conversion means for converting each decoded bit plane data into original gray code data;
Natural binary conversion means for converting gray code data converted by the data conversion means into natural binary data;
Image reproduction means for reproducing a plurality of band data converted into natural binary data into original multi-valued image data using an inverse filter of a reduction pass filter and a high pass filter Decryption device.