JP4034317B2

JP4034317B2 - 画像符号化装置

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Publication number: JP4034317B2
Application number: JP2005095110A
Authority: JP
Inventors: 憲一郎酒井; 嗣男野田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP2006279491A; EP1708510A2; US20060222245A1; EP1708510A3; US7646926B2

Description

本発明は、画像を直行変換および量子化して得た量子化直行変換係数を所定の大きさごとにグループ化し、該グループ化された量子化直行変換係数を符号化する画像符号化装置に関する。

従来より、画像を直行変換および量子化して得た量子化直行変換係数を所定の大きさごとにグループ化し、該グループ化された量子化直行変換係数を符号化する画像符号化装置が知られている。

近年では、デジタルカメラなどの画像入力機器の多画素化に伴い、圧縮後のＪＰＥＧデータサイズも大きくなってきており、データ格納容量を少なくするあるいは同じ格納容量で多くのデータを格納するために、ＪＰＥＧデータサイズを削減する必要性が高まっている。

ＪＰＥＧでの符号サイズの削減は、通常、量子化閾値を変更することでおこなう。具体的には、量子化閾値を大きくすると無効係数が増加し、符号化する有効係数の個数が減少して符号サイズが小さくなる。

ところが、量子化係数は、一つの画像に対して一種類のみの係数を使用するため、量子化閾値を変更すると変更した量子化係数と同じ周波数成分の全ての係数の値が変わって画質への影響が大きくなってしまう。

このため、特許文献１および２では、画質への影響を抑えて符号サイズを小さくするための方法として、有効係数の一部を削除する方法が考案されている。具体的には、量子化ＤＣＴ係数の中の一部の有効係数の値を「０」に置き換えることで有効係数の個数を減らし、符号サイズを削減するものである。

特開平６−７０１７４号公報特開平１０−２００８９２号公報

しかしながら、上記した従来技術（特許文献１および２）では、量子化閾値を変更するよりも画質劣化を抑えることができるが、有効係数の値を「０」に置き換えるものであるため、画質への影響がある程度生じてしまうという問題点があった。

また、上記した従来技術は、画質への影響を抑えるために絶対値が小さい有効係数だけにしか適用できないため、適用可能な有効係数の個数が限定され、符号サイズの削減効果を得るには、自ずから限界があるという問題点もある。

そこで、本発明は、上述した従来技術による課題（問題点）を解消するためになされたものであり、画質劣化を抑制しつつ、符号サイズ削減効果を向上させることができる画像符号化装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る画像符号化装置は、画像を直行変換および量子化して得た量子化直行変換係数を所定の大きさごとにグループ化し、該グループ化された量子化直行変換係数を符号化する画像符号化装置であって、各グループにグループ化された量子化直行変換係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値から所定範囲内に存在する量子化直行変換係数を抽出する抽出処理手段と、前記抽出処理手段によって抽出された量子化直行変換係数の値を当該量子化直行変換係数が属するグループよりも下位のグループに属する量子化直行変換係数の値に置換する置換処理手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る画像符号化装置は、前記抽出処理手段は、各グループにグループ化された量子化直行変換係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値からグループごとに設定された範囲内に存在する量子化直行変換係数を抽出することを特徴とする。

また、本発明に係る画像符号化装置は、前記抽出処理手段は、所定の周波数成分の量子化直行変換係数のみを前記置換処理手段の処理対象として抽出することを特徴とする。

また、本発明に係る画像符号化装置は、前記抽出処理手段は、量子化直行変換係数の値を置換して符号化した場合の復元画像と、量子化直行変換係数の値を置換せずに符号化した場合の復元画像との間に生じる復元誤差が許容範囲であるならば、当該量子化直行変換係数を前記置換処理手段の処理対象として抽出することを特徴とする。

また、本発明に係る画像符号化装置は、前記置換処理手段は、前記抽出処理手段によって抽出された量子化直行変換係数の値を置換対象となるグループに隣接する上位グループとの境界値に置換することを特徴とする。

本発明によれば、各グループにグループ化された量子化直行変換係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値から所定範囲内に存在する量子化直行変換係数を抽出し、抽出された量子化直行変換係数の値を当該量子化直行変換係数が属するグループよりも下位のグループに属する量子化直行変換係数の値に置換することとしたので、短い符号語の割り当てを受け、さらにグループ内での係数の値を特定するための付加情報のビット長をも短くすることができ、画質劣化を抑制しつつ、符号サイズ削減効果を向上させることが可能になる。

また、本発明によれば、各グループにグループ化された量子化直行変換係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値からグループごとに設定された範囲内に存在する量子化直行変換係数を抽出することとしたので、一定の画質レベルを確保しつつ、符号サイズをより効果的に削減することが可能になる。

また、本発明によれば、所定の周波数成分の量子化直行変換係数のみを置換処理対象として抽出することとしたので、画質への影響が大きい量子化直行変換係数に対する係数値の置換を回避することができ、復元画像に生じる画質の劣化を抑制することが可能になる。

また、本発明によれば、量子化直行変換係数の値を置換して符号化した場合の復元画像と、量子化直行変換係数の値を置換せずに符号化した場合の復元画像との間に生じる復元誤差が許容範囲であるならば、当該量子化直行変換係数を置換処理対象として抽出することとしたので、画質への影響が大きい量子化直行変換係数に対する係数値の置換を確実に回避することができ、復元画像に生じる画質の劣化を適確に抑制することが可能になる。

また、本発明によれば、抽出された量子化直行変換係数の値を置換対象となるグループに隣接する上位グループとの境界値に置換することとしたので、元の量子化直行変換係数の値に可及的に近い係数値を置換対象とすることができ、復元画像に生じる劣化を効果的に抑制することが可能になる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る画像符号化装置（画像符号化方法）の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下では、本発明に係る画像符号化装置の概要および特徴を説明した後に、実施例１および２に係る画像符号化装置を説明し、最後に、他の実施例として種々の変形例（実施例３）を説明することとする。

なお、本実施例では、「直行変換」として、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform：離散コサイン変換）を使用するＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）の有効係数（量子化ＤＣＴ係数の内のＡＣ係数のうち値が「０」以外の係数）に対して、本発明を適用した場合の実施例を説明する。

（概要および特徴）
まず最初に、本発明に係る画像符号化装置の概要および特徴を説明する。図１は、本発明に係る画像符号化装置の概要および特徴を説明するための説明図である。同図に示すように、この画像符号化装置１０は、画像を直行変換および量子化して得た量子化ＤＣＴ係数を所定の大きさごとにグループ化し、該グループ化された量子化ＤＣＴ係数を符号化するものである。

ここで、本発明に係る画像符号化装置１０は、各グループにグループ化された量子化ＤＣＴ係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値から所定範囲内に存在する量子化ＤＣＴ係数を抽出し、抽出した量子化ＤＣＴ係数の値を当該量子化直行変換係数が属するグループよりも下位のグループに属する量子化ＤＣＴ係数の値に置換する「量子化ＤＣＴ係数置換処理」に主たる特徴があり、かかる「量子化ＤＣＴ係数置換処理」によって、画質劣化を抑制しつつ、符号サイズ削減効果を向上させることができるようにしている。

この主たる特徴を具体的に説明すると、この画像符号化装置１０は、各グループにグループ化された量子化ＤＣＴ係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値から所定範囲内に存在する量子化ＤＣＴ係数を抽出することで、画質への影響が少ない有効係数のみを係数値の置換対象とすることができるようにしている。

すなわち、ＪＰＥＧ圧縮方式では、有効係数を２のべき乗の大きさで区切ってグループ化しており、グループＫにグループ化される有効係数の範囲は、図１に示すように、２^k-1以上２^k−１以下および−２^k＋１以上−２^k-1以下、すなわち絶対値が２^k-1以上２^k−１以下となる。

このとき、画像符号化装置１０は、グループＫにグループ化された有効係数「２^k-1＋ｎ」について、この「ｎ」が画質への影響が考慮された閾値「ｎ_k」以下である有効係数のみを有効係数値の置換対象として抽出する。さらに、有効係数が小さければ閾値を引き下げ、有効係数が大きければ閾値を引き上げるというように、かかる閾値「ｎ_k」をグループごとに設定することで、一定の画質レベルを確保しつつ、符号サイズをより効果的に削減することができる。

そして、この画像符号化装置１０は、このようにして抽出した量子化ＤＣＴ係数の値を当該量子化ＤＣＴ係数が属するグループよりも下位のグループに属する量子化ＤＣＴ係数の値に置換することで、短い符号語の割り当てを受け、さらにグループ内での係数の値を特定するための付加情報のビット長をも短くすることができるようにしている。

すなわち、画像の一般的な性質から絶対値が小さい有効係数ほど出現頻度が高い傾向があり、絶対値の小さい有効係数がグループ化される下位のグループほど、グループ分けされた係数の個数が多くなる。このため、有効係数を下位グループの値に置換することで、より短い符号語の割り当てを受けることができる（図２参照）。

また、下位のグループほどグループ内の有効係数の値の範囲が狭いので、グループ内での係数の値を特定するための付加情報のビット長も短くて済むこととなる。このため、有効係数を下位グループの値に置換することで、付加情報のビット長を短くすることができる（図２参照）。

したがって、上記した従来技術の例で言えば、量子化ＤＣＴ係数の中の一部の有効係数の値を「０」に置き換えることで、画質劣化を生じさせ、さらに適用可能な有効係数の個数を限定するのではなく、有効係数全体から画質への影響が少ない有効係数を係数値の置換対象として抽出し、該抽出した有効係数を下位グループの有効係数の値に段階的に置換することで、短い符号語の割り当てを受け、さらにグループ内での係数の値を特定するための付加情報のビット長をも短くすることができ、画質劣化を抑制しつつ、符号サイズ削減効果を向上させることが可能になる。

次に、本実施例１に係る画像符号化装置を説明する。なお、ここでは、本実施例１に係る画像符号化装置の構成を説明した後に、この画像符号化装置の各種処理の手順を説明することとする。

（画像符号化装置の構成）
図３は、本実施例１に係る画像符号化装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、この画像符号化装置１０は、ＤＣＴ部１１と、量子化部１２と、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３と、量子化ＤＣＴ係数置換部１４と、前値差分算出部１５と、差分値グループ化部１６と、スキャン部１７と、有効係数グループ化部１８と、エントロピー符号化部１９とを備える。

このうち、ＤＣＴ部１１は、入力画像に直行変換であるＤＣＴ（Discrete Cosine Transform：離散コサイン変換）を適用する処理部である。具体的には、入力画像データ（画素値を持つデータ）をブロック（８×８画素）ごとに分割し、各ブロックに二次元ＤＣＴ演算を適用して周波数成分に変換する。

また、量子化部１２は、量子化テーブル１２ａを参照して、ＤＣＴ部１１によって周波数成分に変換された画像（１ブロック）を量子化する処理部であり、量子化した量子化ＤＣＴ係数を量子化ＤＣＴ係数抽出部１３に出力する。なお、この量子化テーブル１２ａは、ユーザが所望する圧縮率に応じた量子化閾値を記憶している。

量子化ＤＣＴ係数抽出部１３は、各グループにグループ化された量子化ＤＣＴ係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値から所定範囲内に存在する量子化ＤＣＴ係数を抽出する処理部である。例えば、図１の例で言えば、グループＫにグループ化された有効係数「２^k-1＋ｎ」について、この「ｎ」が画質への影響が考慮された閾値「ｎ_k」以下である有効係数のみを有効係数値の置換対象として抽出する。

さらに、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３は、有効係数が小さければ閾値を引き下げ、有効係数が大きければ閾値を引き上げるというように、かかる閾値「ｎ_k」をグループごとに設定することで、一定の画質レベルを確保しつつ、符号サイズをより効果的に削減することができるようにしている。

また、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３は、所定の周波数成分の量子化ＤＣＴ係数のみを量子化ＤＣＴ係数置換部１４の処理対象として抽出する。具体的には、一般的に周波数が低いほど値を変更した場合の画質への影響が大きくなることから、周波数がある程度以上大きい有効係数に対してのみ選択的に値を変更するように制御する。

より詳細には、最低次数のＤＣ係数は、値を変更した場合にブロック全体の平均レベルが変動するため隣接するブロックとの連続性が損なわれる可能性があり、また、周波数の低いＡＣ係数は、ブロック内の画素値への寄与が大きく、視覚的な画質の劣化を生じる可能性がある（図４参照）。このような場合に、ＤＣ成分や周波数の低いＡＣ係数を除外した量子化ＤＣＴ係数を係数値の置換対象にすることで、画質への影響が大きい量子化ＤＣＴ係数に対する係数値の置換を回避することができ、復元画像に生じる画質の劣化を抑制できるようにしている。

また、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３は、量子化ＤＣＴ係数の値を置換して符号化した場合の復元画像と、量子化ＤＣＴ係数の値を置換せずに符号化した場合の復元画像との間に生じる復元誤差が許容範囲であるならば、当該量子化ＤＣＴ係数を量子化ＤＣＴ係数置換部１４の処理対象として抽出する。

ここで、復元誤差の許容可否を判定する方法の一例を示す。量子化ＤＣＴ係数の値を下位グループに置換するためにＤだけ置換した場合のブロック内の各画素に生じる復元誤差の絶対値の最大Ｅは、ＤＣＴ演算と量子化演算から導出した次式により計算できる。
Ｅ＝｛Ｄ×ｑ（ｕ，ｖ）×ｃｏｓ（π／１６）²｝／４ ≒ Ｄ×ｑ（ｕ，ｖ）／４
ｑ（ｕ，ｖ）：水平周波数ｕ、垂直周波数ｖのＤＣＴ係数に対する量子化閾値

この上式から量子化ＤＣＴ係数を変更した際の最大誤差Ｅを計算し、所定の許容誤差を超えるか否かで該変数の値の許容可否を判定できる。

このように、量子化ＤＣＴ係数の値を置換して符号化した場合の復元画像と、量子化ＤＣＴ係数の値を置換せずに符号化した場合の復元画像との間に生じる復元誤差が許容範囲であるならば、当該量子化ＤＣＴ係数を量子化ＤＣＴ係数置換部１４の処理対象として抽出することで、画質への影響が大きい量子化ＤＣＴ係数に対する係数値の置換を確実に回避することができ、復元画像に生じる画質の劣化を適確に抑制することが可能になる。

量子化ＤＣＴ係数置換部１４は、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３によって抽出された量子化ＤＣＴ係数の値を当該量子化ＤＣＴ係数が属するグループよりも下位のグループに属する量子化ＤＣＴ係数の値に置換する処理部である。具体的には、図５に示すように、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３によって抽出された量子化ＤＣＴ係数の値を当該量子化ＤＣＴ係数が属するグループに隣接する下位グループにおける上位グループ側の境界値に置換する。

このように、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３によって抽出された量子化ＤＣＴ係数の値を置換対象となるグループに隣接する上位グループとの境界値に置換することで、元の量子化ＤＣＴ係数の値に可及的に近い係数値を置換対象とすることができ、復元画像に生じる劣化を効果的に抑制することが可能になる。

また、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３によって抽出された量子化ＤＣＴ係数の値を当該量子化ＤＣＴ係数が属するグループに隣接する下位グループの量子化ＤＣＴ係数の値に置換することとしたので、元の量子化ＤＣＴ係数のグループに近い係数値を置換対象とすることができ、復元画像に生じる劣化をより効果的に抑制することが可能になる。

前値差分算出部１５は、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３によって出力されたＤＣ係数と直前ブロックのＤＣ係数との差分値（前置差分）を算出する処理部である。また、差分値グループ化部１６は、前値差分算出部１５によって算出された差分値（前置差分）をグループ化する処理部である。

スキャン部１７は、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３または量子化ＤＣＴ係数置換部１４によって出力されたＡＣ係数をスキャンする処理部であり、具体的には、図４に示すように、ＡＣ係数の低い周波数からジグザグスキャン順序に走査して、係数値が「０」である無効係数の連続長（ゼロラン）と、係数値が非「０」の有効係数を検出する。また、有効係数グループ化部１８は、スキャン部１７によって検出された有効係数に先行するゼロランおよび有効係数をグループ化する処理部である。なおグループ０はＤＣ係数の場合にのみ存在し、係数値が「０」の係数をゼロランとして処理するＡＣ係数には、グループ０は存在しない。

エントロピー符号化部１９は、符号化テーブル１９ａに基づいて、ＤＣ係数およびＡＣ係数をエントロピー符号化する処理部である。具体的には、差分値グループ化部１６によって差分値（前置差分）がグループ化されたグループ番号をエントロピー符号化し、その符号の直後に該差分値をグループ内で特定するための付加情報を付加する。

また、エントロピー符号化部１９は、有効係数グループ化部１８によって有効係数に先行するゼロランおよび有効係数がグループ化されたグループ番号の組合せをエントロピー符号化し、その符号の直後に該有効係数の値をグループ内で特定するための付加情報を付加する。

より詳細には、図２に示すように、ＤＣ係数の前置差分のグループ番号Ｋに対応する符号語（１〜１６ビット）と、Ｋビットの付加情報とから構成されるＤＣ係数の符号データ、並びにゼロラン＋有効係数のグループ番号Ｋに対応する符号語（１〜１６ビット）と、Ｋビットの付加情報とから構成されるＡＣ係数の符号データを生成する。

この付加情報は、グループ番号と同じ値のビット数で表す。例えば。グループ３には８種類の係数が含まれており、グループ番号と同じ３ビットでグループ３の中の全ての係数を一意に特定できる。なお、ＤＣ係数の前置差分が「０」の場合には付加情報を付加しない。なお、１ブロックの符号データは、１個のＤＣ係数と複数個のＡＣ係数により構成され（これ以外にもゼロランが１６個連続することを示す符号語ＺＲＬとブロックの終了を示す符号語ＥＯＢがある）、画像全体の符号データは、全ブロックの符号データをあわせたものとなる。

（各種処理の手順）
次に、本実施例１に係る画像符号化装置の各種処理の手順を説明する。図６は、本実施例１に係る画像符号化装置の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、ＤＣＴ部１１および量子化部１２は、入力画像から８×８画素の１ブロック分の画像を読み出し（ステップＳ６０１）、読み出した１ブロック分の画像にＤＣＴと量子化を適用し、量子化ＤＣＴ係数を生成する（ステップＳ６０２）。

そして、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３および量子化ＤＣＴ置換部１４は、ＤＣＴおよび量子化がおこなわれた量子化ＤＣＴ係数に「量子化ＤＣＴ係数置換処理」をおこなう（ステップＳ６０３）。

ここで、かかる「量子化ＤＣＴ係数置換処理」を具体的に説明する。図７は、量子化ＤＣＴ係数置換処理の手順を示すフローチャートである。なお、図７は、１ブロック分の量子化ＤＣＴ係数について、符号サイズを削減するために係数の値を変更する処理を示したものである。

同図に示すように、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３は、ブロック内の量子化ＤＣＴ係数の番号を表す変数ｉに０をセットし、最初の量子化ＤＣＴ係数を指し示すようにする（ステップＳ７０１）。なお、ＪＰＥＧでは、１ブロック内には８×８個の合計６４個の量子化ＤＣＴ係数が含まれ、これらの係数を図４のように周波数の低いほうから周波数の高いほうに向かってジグザグスキャン順序で走査しながら係数が符号化されることとなる。

そして、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３は、ｉ番目の量子化ＤＣＴ係数が所定の周波数であるか否かを判定し（ステップＳ７０２）、所定の周波数であれば（ステップＳ７０２肯定）、ステップＳ７０３に処理を進め、所定の周波数でなければ処理をステップＳ７０６に移す。

続いて、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３は、ｉ番目の量子化ＤＣＴ係数の値が所定の範囲内の値であるか否かを判定し（ステップＳ７０３）、所定範囲内の値であれば（ステップＳ７０３肯定）、処理をステップＳ７０４に進め、所定範囲外の値であれば（ステップＳ７０３否定）、処理をステップＳ７０６に移す。

例えば、量子化ＤＣＴ係数の値の置換範囲を「ｎ_k」とした場合に、グループＫに属する量子化ＤＣＴ係数の中で絶対値が２^k-1以上２^k-1＋ｎ以下（ｎは、０以上の整数）の範囲の係数を選択する。

その後、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３は、ｉ番目の量子化ＤＣＴ係数の値を下位グループの値に置換した際に、該量子化ＤＣＴ係数を含むブロックの復元画像の画素値の変化量が許容範囲内であるか否かを判定し（ステップＳ７０４）、復元誤差が許容範囲内であれば（ステップＳ７０４肯定）、処理をＳ７０５に進め、復元誤差が許容範囲を超える場合（ステップＳ７０４否定）には、処理をＳ７０６に移す。

ここで、量子化ＤＣＴ係数置換部１４は、ｉ番目の量子化ＤＣＴ係数の値を下位グループに属する値になるように置換する（ステップＳ７０５）。例えば、図５に示すように、グループ４の場合には、値が「−８」であれば、量子化ＤＣＴ係数を「−７」に置換し、値が「８」であれば、量子化ＤＣＴ係数を「７」に変更することで、両者をグループ３の係数に置換することができる。なお、他のグループの係数を置換する場合であっても、同様に変更することができる。

そして、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３は、量子化ＤＣＴ係数の番号を示す変数ｉに１を加えて、次の量子化ＤＣＴ係数を指し示すようにする（ステップＳ７０６）。

その後、ｉが「６４」と一致するか否か、すなわちブロック内の全ての量子化ＤＣＴ係数に対して処理を適用したか否かを判定し（ステップＳ７０７）、ｉが「６４」であれば（ステップＳ７０７肯定）、ブロック内の全量子化ＤＣＴ係数に対して処理を適用したと判定して処理を終了し、ｉが「６４」未満であれば（ステップＳ７０７否定）、処理を適用していない量子化ＤＣＴ係数が残っていると判定して、上記のステップＳ７０２〜Ｓ７０６までの処理をおこなう。

このように、上記のステップＳ７０２からＳ７０７の処理を繰り返しおこなうことで、１ブロック分の量子化ＤＣＴ係数に対する符号サイズ削減のための値を置換する処理がおこなわれる。

図６の説明に戻り、前値差分算出部１５、差分値グループ化部、スキャン部１７、有効係数グループ化部１８およびエントロピー符号化部１９は、「量子化ＤＣＴ係数置換処理」がおこなわれた量子化ＤＣＴ係数を従来の符号化手順に基づいて符号化する（ステップＳ６０４）。

その後、入力画像内の全てのブロックについて符号化処理が完了したか否かを判別し（ステップＳ６０５）、全てのブロックについて符号化処理を適用していれば（ステップＳ６０５肯定）、処理を終了する。

また、符号化処理を適用していないブロックが残っている場合（ステップＳ６０５否定）には、入力画像から次の１ブロック分の画像を読み出し（ステップＳ６０６）、入力画像内の全てのブロックについて符号化処理が完了するまで（ステップＳ６０５肯定）、上記のステップＳ６０２〜Ｓ６０５の処理を再帰的におこなう。

ここで、従来技術と本発明の効果を比較して説明する。図８は、従来技術および本発明の復元画質の比較結果の一例を示す図である。同図の例では、絶対値が１の有効係数を削除する従来の方法を適用した場合と、本発明を従来と同程度の符号サイズになるように有効係数の変更範囲を決めて適用した場合の符号サイズの削減効果と画質を表すＰＳＮＲをプロットしたグラフである。

図８に示すように、同じ削減効果であっても本発明の方が従来よりＰＳＮＲが高く、画質が良いことが分かる。従って、従来と同程度の画質劣化を許容すると、従来方法よりもより符号サイズを削減することができる。

このため、直交変換、量子化、量子化直行変換係数のグループ化、グループ化された量子化直行変換係数のエントロピー符号化をおこなう符号化装置によって符号化された符号データのデータ量を従来に比べて少ない画質劣化でより多く削減することができ、符号データの格納容量を効果的に削減可能であると言うことができる。

上述してきたように、本実施例１に係る画像符号化装置１０によれば、有効係数全体から画質への影響が少ない有効係数を係数値の置換対象として抽出し、該抽出した有効係数を下位グループの有効係数の値に段階的に置換することで、短い符号語の割り当てを受け、さらにグループ内での係数の値を特定するための付加情報のビット長をも短くすることができ、画質劣化を抑制しつつ、符号サイズ削減効果を向上させることが可能になる。

次に、本実施例２に係る画像符号化装置を説明する。本実施例２では、既に符号化された符号データを量子化ＤＣＴ係数に復元し、該復元した量子化ＤＣＴ係数の値を当該量子化直行変換係数が属するグループよりも下位のグループに属する量子化ＤＣＴ係数の値に置換する画像符号化装置について説明する。なお、本実施例２では、実施例１に比較して機能的に差異がある部分についてのみ説明することとする。

図９は、本実施例２に係る画像符号化装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施例２に係る画像符号化装置２０は、実施例１に係る画像符号化装置１０に比較して、既に符号化された符号データを量子化ＤＣＴ係数に復元するエントロピー復号部２１をさらに備えた点について相違する。

このように、エントロピー復号部２１を新に設けた理由は、既存の符号データをエントロピー復号して、直交変換および量子化を適用した後の係数に一旦復元し、該復元した係数内の有効係数に対して「量子化ＤＣＴ係数置換処理」を適用し、適用後の係数を再びエントロピー符号化することで、圧縮済の符号データであっても符号サイズを削減できるようにするためである。

次に、本実施例２に係る画像符号化装置の処理手順を説明する。図１０は、本実施例２に係る画像符号化装置の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、まず、エントロピー復号部２１は、符号データから１ブロック分の量子化ＤＣＴ係数を復元する（ステップＳ１００１）。

そして、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３および量子化ＤＣＴ置換部１４は、ＤＣＴおよび量子化がおこなわれた量子化ＤＣＴ係数に「量子化ＤＣＴ係数置換処理」をおこなう（ステップＳ１００２）。なお、この「量子化ＤＣＴ係数置換処理」は、実施例１と同様の処理をおこなうため、説明を省略する。

続いて、前値差分算出部１５、差分値グループ化部、スキャン部１７、有効係数グループ化部１８およびエントロピー符号化部１９は、「量子化ＤＣＴ係数置換処理」がおこなわれた量子化ＤＣＴ係数を従来の符号化手順に基づいて符号化する（ステップＳ１００３）。

その後、符号データ内の全てのブロックについて「量子化ＤＣＴ係数置換処理」が完了したか否かを判別し（ステップＳ１００４）、全てのブロックについて「量子化ＤＣＴ係数置換処理」を適用していれば（ステップＳ１００４肯定）、処理を終了する。

また、「量子化ＤＣＴ係数置換処理」を適用していないブロックが残っている場合（ステップＳ１００４否定）には、符号データから次の１ブロック分の画像を復元し（ステップＳ１００５）、符号データ内の全てのブロックについて「量子化ＤＣＴ係数置換処理」が完了するまで（ステップＳ１００４肯定）、上記のステップＳ１００２〜Ｓ１００３の処理を再帰的におこなう。

上述してきたように、本実施例２に係る画像符号化装置２０によれば、既に符号化された符号データを量子化ＤＣＴ係数に復元し、該復元した量子化ＤＣＴ係数の値を当該量子化直行変換係数が属するグループよりも下位のグループに属する量子化ＤＣＴ係数の値に置換するよう構成したので、実施例１と同様に、画質劣化を抑制しつつ、符号サイズ削減効果を向上させることが可能になる。

なお、本実施例ではＤＣ係数の値は変更しないため、ＤＣ係数に対してはエントロピー復号部２１によりＤＣ係数の符号データを量子化ＤＣＴ係数に復号せずに符号データを抽出するのみとし、該ＤＣ係数の符号データをそのままエントロピー符号化部１９で用いることでエントロピー符号化処理を省略し、前置差分算出部１５、差分値グループ化部１６を使用しない構成とすることも可能である。

さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、上記特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施例にて実施されてもよいものである。

例えば、実施例１および２では、本発明をＪＰＥＧ圧縮方式に適用した場合の実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＭＰＥＧ圧縮方式などの他の画像圧縮方式にも同様に適用することができる。

また、実施例１および２では、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３での抽出基準、すなわち量子化ＤＣＴ係数のグループ内の位置、周波数成分および復元誤差を全て組合せた実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、いずれか一つの抽出基準を用いた場合或いは二つの抽出基準を組合せて用いた場合にも、同様に適用することができる。

また、実施例１および２では、「量子化ＤＣＴ係数置換処理」の置換先を隣接する下位グループ側の境界値とする実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、置換先を任意の階層を越えた下位グループにした場合でも同様に適用することができる。

例えば、量子化ＤＣＴ係数の値を置換して符号化した場合の復元画像と、量子化ＤＣＴ係数の値を置換せずに符号化した場合の復元画像との間に生じる復元誤差に応じて、量子化ＤＣＴ係数抽出部１３によって抽出された量子化ＤＣＴ係数の値を、当該量子化ＤＣＴ係数が属するグループに隣接する下位グループを越えたグループに属する量子化ＤＣＴ係数の値に置換するようにしても良い。すなわち、これによって、許容誤差を超えない範囲内で最も大きく量子化ＤＣＴ係数の値を置換でき、符号データをより効果的に削減することが可能になる。

また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータ（例えば、閾値「ｎ_k」や復元誤差の許容範囲など）を含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

（付記１）画像を直行変換および量子化して得た量子化直行変換係数を所定の大きさごとにグループ化し、該グループ化された量子化直行変換係数を符号化する画像符号化装置であって、
各グループにグループ化された量子化直行変換係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値から所定範囲内に存在する量子化直行変換係数を抽出する抽出処理手段と、
前記抽出処理手段によって抽出された量子化直行変換係数の値を当該量子化直行変換係数が属するグループよりも下位のグループに属する量子化直行変換係数の値に置換する置換処理手段と、
を備えたことを特徴とする画像符号化装置。

（付記２）前記抽出処理手段は、各グループにグループ化された量子化直行変換係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値からグループごとに設定された範囲内に存在する量子化直行変換係数を抽出することを特徴とする付記１に記載の画像符号化装置。

（付記３）前記抽出処理手段は、所定の周波数成分の量子化直行変換係数のみを前記置換処理手段の処理対象として抽出することを特徴とする付記１または２に記載の画像符号化装置。

（付記４）前記抽出処理手段は、量子化直行変換係数の値を置換して符号化した場合の復元画像と、量子化直行変換係数の値を置換せずに符号化した場合の復元画像との間に生じる復元誤差が許容範囲であるならば、当該量子化直行変換係数を前記置換処理手段の処理対象として抽出することを特徴とする付記１に記載の画像符号化装置。

（付記５）前記置換処理手段は、前記抽出処理手段によって抽出された量子化直行変換係数の値を置換対象となるグループに隣接する下位グループとの境界値に置換することを特徴とする付記１に記載の画像符号化装置。

（付記６）前記置換処理手段は、前記抽出処理手段によって抽出された量子化直行変換係数の値を当該量子化直行変換係数が属するグループに隣接する下位グループの量子化直行変換係数の値に置換することを特徴とする付記１に記載の画像符号化装置。

（付記７）前記置換処理手段は、量子化直行変換係数の値を置換して符号化した場合の復元画像と、量子化直行変換係数の値を置換せずに符号化した場合の復元画像との間に生じる復元誤差に応じて、前記抽出処理手段によって抽出された量子化直行変換係数の値を、当該量子化直行変換係数が属するグループに隣接する下位グループを越えたグループに属する量子化直行変換係数の値に置換することを特徴とする付記１に記載の画像符号化装置。

（付記８）前記置換処理手段は、既に符号化された符号データを量子化直行変換係数に復元し、該復元した量子化直行変換係数の値を当該量子化直行変換係数が属するグループよりも下位のグループに属する量子化直行変換係数の値に置換することを特徴とする付記１に記載の画像符号化装置。

（付記９）画像を直行変換および量子化して得た量子化直行変換係数を所定の大きさごとにグループ化し、該グループ化された量子化直行変換係数を符号化する画像符号化方法であって、
各グループにグループ化された量子化直行変換係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値から所定範囲内に存在する量子化直行変換係数を抽出する抽出処理工程と、
前記抽出処理工程によって抽出された量子化直行変換係数の値を当該量子化直行変換係数が属するグループよりも下位のグループに属する量子化直行変換係数の値に置換する置換処理工程と、
を含んだことを特徴とする画像符号化方法。

（付記１０）前記抽出処理工程は、各グループにグループ化された量子化直行変換係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値からグループごとに設定された範囲内に存在する量子化直行変換係数を抽出することを特徴とする付記９に記載の画像符号化方法。

（付記１１）前記抽出処理工程は、所定の周波数成分の量子化直行変換係数のみを前記置換処理工程の処理対象として抽出することを特徴とする付記９に記載の画像符号化方法。

（付記１２）前記抽出処理手段は、量子化直行変換係数の値を置換して符号化した場合の復元画像と、量子化直行変換係数の値を置換せずに符号化した場合の復元画像との間に生じる復元誤差が許容範囲であるならば、当該量子化直行変換係数を前記置換処理手段の処理対象として抽出することを特徴とする付記９に記載の画像符号化方法。

以上のように、本発明に係る画像符号化装置は、画像を直行変換および量子化して得た量子化直行変換係数を所定の大きさごとにグループ化し、該グループ化された量子化直行変換係数を符号化する画像符号化装置に有用であり、特に、画質劣化を抑制しつつ、符号サイズ削減効果を向上させることができる画像符号化装置に適している。

本発明に係る画像符号化装置の概要および特徴を説明するための説明図である。量子化ＤＣＴ係数の符号構成の一例を示す図である。本実施例１に係る画像符号化装置の構成を示すブロック図である。量子化ＤＣＴ係数とスキャン順序の関係を示す図である。量子化ＤＣＴ係数の置換を説明するための説明図である。本実施例１に係る画像符号化装置の処理手順を示すフローチャートである。量子化ＤＣＴ係数置換処理の手順を示すフローチャートである。従来技術および本発明の復元画質の比較結果の一例を示す図である。本実施例２に係る画像符号化装置の構成を示すブロック図である。本実施例２に係る画像符号化装置の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０，２０画像符号化装置
１１ＤＣＴ部
１２量子化部
１２ａ量子化テーブル
１３量子化ＤＣＴ係数抽出部
１４量子化ＤＣＴ係数置換部
１５前値差分算出部
１６差分値グループ化部
１７スキャン部
１８有効係数グループ化部
１９エントロピー符号化部
１９ａ符号化テーブル

Claims

画像を直行変換および量子化して得た量子化直行変換係数を所定の大きさごとにグループ化し、該グループ化された量子化直行変換係数を符号化する画像符号化装置であって、
各グループにグループ化された量子化直行変換係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値から所定範囲内に存在する量子化直行変換係数を抽出する抽出処理手段と、
前記抽出処理手段によって抽出された量子化直行変換係数の値を当該量子化直行変換係数が属するグループよりも下位のグループに属する量子化直行変換係数の値に置換する置換処理手段と、
を備えたことを特徴とする画像符号化装置。
前記抽出処理手段は、各グループにグループ化された量子化直行変換係数のうち、当該グループに隣接する下位グループとの境界値からグループごとに設定された範囲内に存在する量子化直行変換係数を抽出することを特徴とする請求項１に記載の画像符号化装置。
前記抽出処理手段は、所定の周波数成分の量子化直行変換係数のみを前記置換処理手段の処理対象として抽出することを特徴とする請求項１または２に記載の画像符号化装置。
前記抽出処理手段は、量子化直行変換係数の値を置換して符号化した場合の復元画像と、量子化直行変換係数の値を置換せずに符号化した場合の復元画像との間に生じる復元誤差が許容範囲であるならば、当該量子化直行変換係数を前記置換処理手段の処理対象として抽出することを特徴とする請求項１、２または３に記載の画像符号化装置。
前記置換処理手段は、前記抽出処理手段によって抽出された量子化直行変換計数の値を置換対象となるグループに隣接する上位グループとの境界値に置換することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の画像符号化装置。