CN1922859A - 图像压缩方法、图像压缩装置、图像传输系统、数据压缩预处理装置及计算机程序 - Google Patents

图像压缩方法、图像压缩装置、图像传输系统、数据压缩预处理装置及计算机程序 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够在图像中产生不同的图像质量进行压缩的图像压缩方法。在马赛克处理部16，利用区域分割单元130将输入图像数据分割为多个滤波区域，利用滤波部131对至少一部分滤波区域按每个上述各滤波区域执行一元化处理。另一方面，在JPEG编码部17中，将马赛克处理后的图像数据分割为由矩形构成的多个区块区域，按每个上述区块区域实施DCT处理及量化处理。此时，上述滤波区域由上述区块区域2n(n是自然数)等分后的大于等于2像素的矩形区域的1个或大于等于2个的相邻集合体构成。

Description

图像压缩方法、图像压缩装置、图像传输系统、 数据压缩预处理装置及计算机程序
技术领域
本发明涉及图像压缩方法、图像压缩装置、图像传输系统、数据压缩预处理装置及计算机程序，进一步详细地说，涉及将图像数据分割为区块区域后按每个区块区域进行正交变换及量化处理的JPEG等数据压缩方法的改进。
背景技术
作为由静止图像构成的图像数据的压缩扩张方法，公知的有由CCITT(International Telegraph and Telephone ConsultativeCommittee：国际电报电话咨询委员会)和ISO(International StandardsOrganization：国际标准化组织)所标准化的JPEG(Joint PhotographicExpert Group：联合图像专家组)标准。在该JPEG标准中，规定了通过8×8像素作为1个区块，将1帧图像分割为多个区块，并将空间座标变换为频率座标来实现的图像数据的压缩处理方法及其扩张处理方法。
遵循JPEG标准的数据压缩器(以下称为JPEG压缩器)中，输入的图像数据被分割为多个区块，针对各个区决执行DCT(DiscreteCosine Transform：离散余弦变换)处理及量化处理。在该量化处理中，使用量化表将针对各个DCT系数规定的数据乘以量化因子Q，将所得的值用作量化步幅。使用该量化步幅将DCT处理中所求得的DCT系数进行量化，由此实现数据量的不可逆式削减。其后执行熵编码处理生成压缩数据，该熵编码处理中使用了行程处理、差分处理以及哈夫曼编码处理等。该编码处理执行的是可逆式数据量削减处理。
另一方面，遵循JPEG标准的数据扩张器(以下称为JPEG扩张器)中执行与上述JPEG压缩器相反的处理，将图像数据复原。即，对输入的压缩图像数据进行解码，使用相同的量化表和量化因子Q执行逆量化。其后，在逆DCT处理部执行逆DCT变换，合成各个区块，由此复原图像数据。
在上述JPEG压缩器中，如果试图提高数据压缩率，就必须改变量化表或量化因子Q，增大量化步幅。但是，在本身是不可逆处理的量化处理中如果削减了过多数据量，复原后的图像数据的质量就会显著下降。而且，所存在的问题是，这种质量下降发生在整个画面，即使图像中存在重要区域和非重要区域，这两种区域中的图像质量会同样地下降。
解决这类问题的一个方案是本申请人先前提出的专利申请(专利申请2003-43367号、专利申请2004-040643号、专利申请2004-041212号)。在这些先前提出的申请中公开了一种技术，其只在非重要区域中降低质量以削减JPEG压缩处理后的数据量，为此，作为JPEG压缩处理的预处理，将图像数据分割为多个区域，对一部分区域进行缩减取样处理。这种缩减取样处理在通过缩减取样来缩小上述区域中的图像数据的同时，对该区域中的剩余部分执行插入填充比特的处理。
另外，作为解决上述课题的现有技术，在例如专利文献1中提出了一种在图像中的不同区域产生不同的复原质量的压缩处理方法。专利文献1中公开的图像压缩装置具备掩码电路，用来对量化处理前的DCT系数进行掩码。在该图像压缩装置中，掩码电路中使用的掩码随区域不同而不同，由此，在重要区域中以高画质编码，在非重要区域中则以低画质编码。
专利文献1：特开平06-054310号公报
发明内容
本发明试图解决的课题
但是，利用上述先前提出的申请中公开的图像压缩装置生成的压缩数据在试图复原时，首先要执行JPEG扩张处理，然后，必须进一步针对被缩减取样的区域执行差补处理，以恢复原来的图像大小。因此，所存在的问题是，除了图像压缩装置之外，图像扩张装置也必须使用专用的装置。
另外，在上述专利文献1中公开的图像压缩装置中，数据压缩时的一系列处理——DCT处理及量化处理的过程中，需要执行掩码处理。因此，所存在的问题是，无法使用JPEG芯片组这样的通用的数据压缩处理器，使数据压缩器的价格昂贵。另外，在DCT处理之后执行掩码处理，因此，在将图像数据分割为重要区域和非重要区域之后也必须保存各个区域的属性，根据该属性，考虑DCT处理时间，对掩码变更的时机进行控制。进一步，上述掩码处理是区块中的处理，因此，其能够削减的数据量有限。
本发明借鉴了上述问题点，目的在于提供一种在压缩时能够在图像中不同的小区域产生不同的图像质量、不使用专用的图像扩张装置就能够执行扩张处理的图像压缩方法、图像压缩装置。另外一个目的在于提供一种能够与通用的数据压缩装置同时使用、在图像中不同的小区域产生不同的图像质量、提高该数据压缩器的压缩率的数据压缩预处理装置。进一步，目的在于提供包含上述数据压缩预处理装置的图像传输系统。
课题解决办法
本发明的第1个方面的图像压缩方法包括：预处理步骤，用来对输入图像数据进行预处理；数据压缩步骤，用来对经过预处理后的图像数据进行数据压缩处理。上述预处理步骤具备：滤波区域分割步骤，将上述输入图像数据分割为多个滤波区域；滤波步骤，对至少一部分滤波区域，按每个滤波区域使高频分量衰减。另外，上述数据压缩步骤具备：区块区域分割步骤，将经过预处理后的图像数据分割为由矩形构成的多个区块区域；正交变换步骤，按每个上述区块区域进行正交变换处理；量化步骤，按每个上述区块区域对正交变换处理后的图像数据进行量化处理。此外，上述滤波区域由上述区块区域2n等分后的大于等于2像素的矩形区域的1个或大于等于2个的相邻集合体构成，其中n是自然数。
借助于这种结构，就能够在预处理步骤中降低图像的一部分的画质，提高数据压缩步骤中的压缩率。因此，能够使图像中重要区域和非重要区域的图像质量不同，使重要区域保持高画质，同时又能够削减压缩后的数据量。另外，在压缩步骤之前的处理即预处理步骤中实现了提高数据压缩步骤中的压缩率的处理。因此，不需要使用特别的数据压缩步骤就能够提高压缩效率。
本发明的第2个方面的图像压缩装置具备：预处理单元，用来对输入图像数据进行预处理；数据压缩单元，用来对经过预处理后的图像数据进行数据压缩处理，上述预处理单元具备：滤波区域分割单元，用来将上述输入图像数据分割为多个滤波区域；滤波单元，对至少一部分滤波区域，按每个上述滤波区域使高频分量衰减，上述数据压缩单元具备：区块区域分割单元，将经过预处理后的图像数据分割为由矩形构成的多个区块区域；正交变换单元，按每个上述区块区域进行正交变换处理；量化单元，按每个上述区块区域对正交变换处理后的图像数据进行量化处理，上述滤波区域由上述区块区域2n等分后的大于等于2像素的矩形区域的1个或大于等于2个的相邻集合体构成，其中n是自然数。
本发明的第3个方面的图像压缩装置在上述结构的基础上，其结构为，上述滤波单元执行使上述滤波区域中的像素数据一致起来的一元化处理。利用这种结构，能够有效地降低执行了滤波处理的区域在正交变换后的AC系数，进一步提高数据压缩单元的压缩率。
本发明的第4个方面的图像压缩装置在上述结构的基础上，其结构为，上述滤波区域分割单元分割出与上述区块区域大小一致的上述滤波区域。利用这种结构，能够有效地降低执行了滤波处理的区域在正交变换后的AC系数。
本发明的第5个方面的图像压缩装置在上述结构的基础上，其结构为，上述数据压缩单元具备：编码单元，用来将量化处理后的DC系数根据相邻区块区域的DC系数进行熵编码，上述滤波区域分割单元分割出由大于等于2个的相邻的上述区块区域构成的滤波区域。利用这种结构，能够缩短DC系数的熵编码长度，进一步提高数据压缩单元的压缩率。
本发明的第6个方面的图像压缩装置在上述结构的基础上，其结构为，上述滤波区域分割单元分割出比上述区块区域更小的滤波区域。利用这种结构，能够抑制滤波区域的画质下降，同时降低正交变换后的AC系数。
本发明的第7个方面的图像压缩装置在上述结构的基础上，其结构为，上述滤波区域分割单元分割出大于等于2种的大小不同的滤波区域。利用这种结构，能够逐步地降低图像区域中的画质。
本发明的第8个方面的图像压缩装置在上述结构的基础上，其结构为，具备图像数据输出端子，用来输出经过预处理后的图像数据。利用这种结构，不需要使用数据扩张单元就能够实现复原后图像数据的监视和保存。
本发明的第9个方面的图像传输系统，是预处理装置经由第1通信线路连接到数据压缩装置，上述数据压缩装置经由第2通信线路连接到数据扩张装置的图像传输系统，上述预处理装置具备：滤波区域分割单元，用来将上述输入图像数据分割为多个滤波区域；滤波单元，对至少一部分滤波区域执行滤波处理，使高频分量产生衰减；数据发送单元，用来将经过滤波处理后的图像数据发送到第1通信线路，上述数据压缩装置具备：区块区域分割单元，将经过预处理后的图像数据分割为由矩形构成的多个区块区域；正交变换单元，按每个上述区块区域进行正交变换处理；量化单元，按每个上述区块区域对经过正交变换处理后的图像数据进行量化处理；数据发送单元，用来将经过编码处理后的图像数据经由第2通信线路发送到数据扩张装置，上述滤波区域由上述区块区域2n等分后的大于等于2像素的矩形区域的1个或大于等于2个的相邻集合体构成，其中n是自然数。
本发明的第10个方面的图像传输系统在上述结构的基础上，其结构为，具备连接到上述第1通信线路，用来显示经过预处理后的图像数据的图像显示装置。利用这种结构，例如在与第1通信线路的带宽相比第2通信线路的带宽较窄的情况下，经由第1通信线路显示出经过预处理后的图像数据的图像显示装置不需要使用数据扩张单元。
本发明的第11个方面的数据压缩预处理装置，是图像数据被分割为由矩形构成的多个区块区域，并针对发送到按每个区块区域执行正交变换和量化处理的数据压缩装置的输入图像数据进行预处理的数据压缩预处理装置，具备：滤波区域分割单元，用来将上述输入图像数据分割为多个滤波区域；滤波单元，对至少一部分滤波区域，按每个滤波区域使高频分量产生衰减，上述滤波区域由上述区块区域2n等分后的大于等于2像素的矩形区域的1个或大于等于2个的相邻集合体构成，其中n是自然数。
本发明的第12个方面的计算机程序，是执行图像数据被分割为由矩形构成的多个区块区域，并针对发送到按每个区块区域执行正交变换和量化处理的数据压缩装置的输入图像数据进行预处理的计算机程序，由执行下述步骤的层次构成，即：滤波区域分割步骤，将上述输入图像数据分割为多个滤波区域；滤波步骤，对至少一部分滤波区域，按每个滤波区域使高频分量产生衰减，上述滤波区域由上述区块区域2n等分后的大于等于2像素的矩形区域的1个或大于等于2个的相邻集合体构成，其中n是自然数。
发明的效果
本发明能够提供一种在压缩时能够在图像中不同的小区域产生不同的图像质量、不使用专用的图像扩张装置就能够执行扩张处理的图像压缩方法、图像压缩装置。另外，能够提供一种可以与通用的数据压缩装置同时使用、在图像中不同的小区域产生不同的图像质量、提高该数据压缩器的压缩率的数据压缩预处理装置。进一步，能够提供包含上述数据压缩预处理装置的图像传输系统。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式中图像压缩扩张系统的一个结构实例的框图。
图2是表示图1的发送端单元Ut的一个结构实例的框图。
图3是表示图1的接收端单元Ur的一个结构实例的框图。
图4是表示图2的图像压缩部11的一个结构实例的框图。
图5是表示马赛克处理的一个实例的图。
图6是表示量化表T1的一个实例的图。
图7是表示编码处理部143的一个结构实例的图。
图8是表示AC系数数列编码中使用的2维哈夫曼编码表的一个实例的图。
图9是表示AC系数的编码处理的一个实例的图。
图10是表示图3的图像扩张部21的一个结构实例的框图。
图11是用来对第1实施方式的马赛克处理的效果进行比较评价的图。
图12是用来对第1实施方式的马赛克处理的效果进行比较评价的图。
图13是表示滤波区域及JPEG区块的关系的一个实例的图。
图14是表示本发明的第3实施方式中图像传输系统的一个实例的框图。
图15是表示本发明的第4实施方式中图像传输系统的主要部分的一个实例的框图。
图16是表示来自监视摄像头101的图像数据的图。
图17是表示本发明的第4实施方式中图像传输系统的主要部分的另一个结构实例的框图。
图18是表示合成图像的一个实例的图。
符号说明
11图像压缩部
12数据发送部
13区域指定部
15图像输出端子
16马赛克处理部
17JPEG编码部
21图像扩张部
100，110，111通信线路
101图像输入装置(监视摄像头)
102，103图像输出装置
104传感器
130滤波区域分割部
131滤波部
132低通滤波器
133输出选择部
140区块分割部
141DCT处理部
142量化处理部
143编码部
T1量化表
T2编码表
Ur接收端单元
Ut发送端单元
具体实施方式
第1实施方式
<图像传输系统>
图1是表示本发明的第1实施方式中的图像压缩扩张系统的一个结构实例的框图，表示了图像传输系统的实例。该图像传输系统由借助于通信线路100连接起来的发送端单元Ut及接收端单元Ur构成，将图像数据压缩后能够从发送端单元Ut传输到接收端单元Ur。这里，连接到发送端单元Ut的图像输入装置101的图像数据被传输到连接到接收端单元Ur的图像输出装置103。另外，在连接到发送端单元Ut的图像输出装置102中，可以对所发送的图像数据进行监视。
通信线路100由传输数字式数据所需的有线或无线通信线路构成，必要时包含交换机或中继器等。例如，可以使用Ethernet(登录商标)、因特网、ATM(Asynchronous Transfer Mode：异步传输模式)等分组通信网或其他数字线路。
图像输入装置101是用来提供图像数据的装置，例如，由摄像机等摄像装置、扫描仪等图像读取装置、HDD(Hard Disc Drive：硬盘驱动器)等数据存储装置构成。本实施方式中，假定图像输入装置101生成由RGB格式构成的静止图片的图像数据并输出到发送端单元Ut。此外，本说明书中所说的静止图片指的是由2维方向上扩展配置的多个像素构成的图像，也包含构成动画的各帧图像或帧间差分图像等。
图像输出装置102、103是对从发送端单元Ut、接收端单元Ur输出的图像数据加以利用的装置，例如，由LCD等显示装置、打印机等成像装置、HDD(Hard Disc Drive：硬盘驱动器)等数据存储装置等构成。本实施方式中，假定图像输出装置102、103中输入由RGB格式构成的静止图片的图像数据。
<发送端单元>
图2是表示图1的发送端单元Ut的一个结构实例的框图。该发送端单元Ut由YUV变换部10、图像压缩部11、数据发送部12、区域指定部13、RGB变换部14及图像输出端子15构成。在图像输入装置101中生成的图像数据首先在YUV变换部10变换为YUV格式的图像数据，然后，在图像压缩部11进行马赛克处理及数据压缩处理，变为数据量削减的压缩数据。该压缩数据通过数据发送部12发送到通信线路100。另外，经马赛克处理后的图像数据由RGB变换部14变换为RGB格式后，经由图像输出端子15输出到图像输出装置102。
YUV变换部10是用来将RGB格式的图像数据变换为YUV格式(例如YUV410、411、420、422、444)的图像数据的格式变换装置。此外，当从图像输入装置101输入了YUV格式的图像数据时，或者在图像压缩部11对RGB格式的图像数据进行压缩处理时，YUV变换部10被省略。
图像压缩部11由马赛克处理部16及JPEG编码部17构成。马赛克处理部16将输入图像分割为多个小区域，使至少一部分小区域的高频分量衰减后变得平坦，使图像数据产生马赛克效果。经马赛克处理后的图像数据在JPEG编码部17按照JPEG标准进行压缩处理，变为数据量削减的压缩数据。即，上述马赛克处理是先于图像数据的压缩处理而执行的预处理(数据压缩预处理)，通过执行这种预处理来提高JPEG编码部17的压缩率。
在马赛克处理中成为被平坦化对象的小区域由各个小区域所要求的图像质量决定。如果输入图像中存在图像质量要求高的重要区域和要求不高的非重要区域，则只针对由非重要区域构成的小区域进行平坦化。例如，对于包含重要区域的小区域，输入图像数据(原始数据)被马赛克处理部16原样输出；对于不包含重要区域的小区域，则输出其高频分量衰减后的平坦化数据。
区域指定部13用来指定作为马赛克处理对象的非重要区域。图像数据被区域指定部13区分为重要区域和非重要区域，上述马赛克处理部16根据该区域指定部13的指示确定马赛克处理的对象。此外，输入图像中重要区域及非重要区域的区分可以预先确定，或者由操作人员指定。另外，既可以根据未图示的传感器输出信号判断，也可以根据图像数据自动判断。例如，可以根据动态图像的帧间的比较结果，将有变化的区域断定为重要区域。另外，也可以将变化较少的平坦的图像区域断定为非重要区域。
RGB变换部14将图像压缩部11中经过马赛克处理的YUV格式的图像数据变换为RGB格式，输出到图像输出端子15。此外，当向图像输出装置102输出YUV格式的图像数据时，或者在图像压缩部11对RGB格式的图像数据进行压缩处理时，省略RGB变换部13。另外，在不监视经马赛克处理后的图像数据的情况下，省略RGB变换部14及图像输出端子15。
<接收端单元>
图3是表示图1的接收端单元Ur的一个结构实例的框图。该接收端单元Ur由数据接收部20、图像扩张部21及RGB变换部22构成。从发送端单元Ut发送到通信线路100的压缩数据被数据接收部20接收。接收到的压缩数据在图像扩张部21进行扩张处理，复原出YUV格式的图像数据。该图像数据在RGB变换部22变换为RGB格式后，输出到图像输出装置103。
图像扩张部21由JPEG解码器构成。来自数据接收部20的压缩数据在该JPEG解码器按照JPEG标准进行扩张处理，复原出JPEG压缩前的图像数据。即，使用通常的JPEG解码器复原出在发送端单元Ut进行马赛克处理后的图像数据。
RGB变换部22将图像扩张部21输出的YUV格式的图像数据变换为RGB格式后，输出到图像输出装置103。此外，当图像输出装置103中输入了YUV格式的图像数据时，或者直接对RGB格式的图像数据进行JPEG压缩时，省略RGB变换部22。
<图像压缩部>
图4是表示图2的图像压缩部11的一个结构实例的框图，详细表示了马赛克处理部16及JPEG编码部17的结构实例。马赛克处理部16由滤波区域分割部130及滤波部131构成。
[滤波区域分割部]
滤波区域分割部130将YUV变换后的图像数据分割为多个滤波区域。在本实施方式中，针对将各滤波区域统一成后述的JPEG区块的情形进行说明。即，以整个图像区域的左上为基准位置、以8×8像素为单位分割出来的各个区域就是滤波区域，按每个滤波区域，将构成该滤波区域的像素数据输出到滤波部131。
[滤波部]
滤波部131由低通滤波器132及输出选择部133构成。低通滤波器(LPF)132按滤波区域分割部130分割出来的各滤波区域使高频分量衰减，生成将各滤波区域内平坦化后的平坦化数据。
在使高频分量衰减的处理中包括移动平均处理、高斯滤波处理、一元化处理等。移动平均处理中，求取以对象像素为中心的一定区域(例如3×3像素)内的平均值，作为上述对象像素的数据；其针对滤波区域内的全部像素执行。高斯滤波处理是将一次高斯滤波器应用于图像数据的水平方向，针对其结果所得的数据，进一步在垂直方向应用同一滤波器，由此使高频分量衰减。一元化处理是使滤波区域中的全部像素数据一致起来的处理，例如，将滤波区域中的全部像素数据变换为该滤波区域中的平均值。在滤波部131中执行了这种一元化处理的情况下，各滤波区域分别变为单色。
输出选择部133选择由低通滤波器132生成的平坦化数据或由滤波区域分割部130输入的原始数据之一，作为马赛克处理部16的输出。即，对于由重要区域构成的滤波区域不执行滤波处理，而是直接输出原始数据；对于非重要区域构成的滤波区域则输出经过滤波处理后的平坦化数据。这样生成的马赛克数据被输出到JPEG编码部17及RGB变换部14。
图5是表示马赛克处理的一个实例的图。图中的(a)中表示了马赛克处理前的图像数据，图中的(b)表示了经马赛克处理后的图像数据。(b)的图像数据由区域指定部13将位于图像区域的大致中央的女性的面部附近指定为重要区域，进行了马赛克处理。因此，作为重要区域的女性的面部很鲜明，而其余的非重要区域则以8×8像素的滤波区域为单位加以平坦化，只能辨别出概况。
(a)及(b)的图像数据在像素数量上相等，因此，马赛克处理没有削减数据量，马赛克处理结束时两者的数据量相等。但是，与(a)的图像相比，(b)的图像数据在JPEG压缩处理中能够获得高压缩率。特别地，通过使滤波区域与JPEG区块一致地进行马赛克处理，能够有效地提高压缩率。
<JPEG编码部>
JPEG编码部17由区块分割部140、DCT处理部141、量化处理部142、编码部143、量化表T1及编码表T2构成(参照图4)。从马赛克处理部16输出的图像数据在区块分割部140被分割为以图像区域的左上为基准位置、由8×8像素的矩形构成的多个区块。DCT处理部141按分割出来的各个区块执行离散余弦变换，求取DCT系数。这样求得的各DCT系数由量化处理部142使用量化表T1进行量化。
图6是表示量化表T1的一个实例的图，用于规定量化步幅的数据被按照水平方向和垂直方向的频率分量表示为矩阵状。该量化表T1由随着频率增大而扩大量化步幅的数据构成。量化处理部142在对DCT系数进行量化处理时，从量化表T1中读取与该DCT系数相应的数据，将读出的数据进一步乘以量化因子(量化系数)Q后，将结果所得的值用作量化步幅。该量化因子Q是用来调整压缩率及图像质量的任意值，是预先提供的。如果加大该量化因子Q，量化步幅就会增大，虽然能够提高数据压缩率，但同时会产生区块偏差，降低图像质量。
编码部143对量化处理后的DCT系数使用熵编码进行编码处理。所谓的熵编码是指具备与出现概率相对应的编码长度的编码体系，公知有哈夫曼编码。编码表T2中保存了哈夫曼编码的编码表，编码部143使用该编码表T2执行上述编码处理。另外，在编码部143中针对DC系数及AC系数执行不同的编码处理。
图7是表示编码部143的一个结构实例的图。该编码部143由差分处理部30、哈夫曼编码部31、Z字形扫描部32、2维哈夫曼编码部33构成。量化后的DC系数借助于差分处理部30求取相邻区块间的差分，该差分值由哈夫曼编码部31进行编码。哈夫曼编码部31使用差分值越小编码长度越短的编码表，当差分值为0时编码长度最短。
另一方面，量化后的AC系数被Z字形扫描部32从低频端向高频端按顺序扫描，变换为AC系数数列。该AC系数数列由2维哈夫曼编码部33进行编码。在2维哈夫曼编码部33，根据连续的零系数长度——零行程(RRRR)和紧随其后的非零系数组(SSSS)的组合分配零长度编码。该零长度编码中进一步增加在上述组内用来识别上述非零系数的附加比特。
图8是表示AC系数数列编码中使用的2维哈夫曼编码表的一个实例的图，纵向表示零行程(RRRR)，横向表示非零系数组(SSSS)。在2维哈夫曼编码部33，基于该编码表从开头开始依次对AC系数数列进行编码。此时，省略掉AC系数数列的末尾开始的连续的零系数而附加EOB(End Of Block：区块末尾)。EOB是表示AC系数数列的末尾的代码。另外，该2维哈夫曼编码表中没有规定超过15的零行程，如果存在大于等于16的零行程，则以16的零行程为单位使用ZRL。
图9是表示AC系数的编码处理的一个实例的图。图中的(a)及(b)中表示了分别由1个DC系数及AC系数构成的JPEG区块的哈夫曼编码。对(a)的JPEG区块进行Z字形扫描所得的AC系数数列是38个系数0后面跟着系数1。因此，其哈夫曼编码就是由2个ZRL、零长度、附加比特及EOB构成的38比特。另一方面，(b)的区块的AC系数数列中，系数1位于开头，因此，其哈夫曼编码是9比特，与(a)相比大幅度缩短。
即，即使AC系数数列中非零系数的个数少，如果包含高频非零系数，在编码处理中也不能有效地削减数据量。特别是当存在比最长的零行程编码还要长的零行程的情况下必须使用ZRL，编码长度就会变长。因此，在滤波部131将高频分量衰减后的JPEG区块在2维哈夫曼编码部33中能够有效地削减数据量。特别地，经过一元化处理后的区块其AC系数在编码后变为仅有EoB，编码长度变得最短。
<图像扩张部>
图10是表示图3的图像扩张部21的一个结构实例的框图。该图像扩张部21是由解码部230、逆量化处理部231、逆DCT处理部232、量化表T1及编码表T2构成的JPEG解码器。在该图像扩张部21中执行与JPEG编码部17相反的处理，将压缩数据扩张后复原出JPEG压缩前的图像数据。此外，必须使用与JPEG编码部17相同的数据表作为量化表T1及编码表T2，必要时也可以附加到压缩数据中，从发送端单元Ut传输到接收端单元Ur。
<比较评价>
图11是用来对第1实施方式的马赛克处理的效果进行比较评价的图。图中的(a)是实施了本实施方式中的马赛克处理的图像数据，压缩后其大小变为3.47KB。该图像数据在未实施马赛克处理的情况下，压缩后的大小为12.3KB，由此可知，在(a)中，重要区域(面部附近)的画质没有恶化的情况下压缩后的大小降到小于等于1/3。
图中的(b)表示将图像整体以4×4像素为单位进行马赛克处理之后的图像数据。这种情况下，尽管图像整体模糊了，压缩后的大小为9.00KB，其数据量仍然大于等于(a)的2倍。图中的(c)表示将图像整体以8×8像素为单位进行马赛克处理之后的图像数据。这种情况下，压缩后的大小为2.54kB，虽然比(a)小了，但图像整体模糊明显，其内容变得不可辨认。
另外，图12是用来对第1实施方式的马赛克处理的效果进行比较评价的图。图中的(a)是实施了本实施方式中的马赛克处理的图像数据，将滤波区域统一为JPEG区块(8×8像素)，实施了一元化处理。另一方面，图中的(b)是将滤波区域作为从JPEG区块偏移4像素后的8×8像素实施了与(a)相同的一元化处理的图像数据。这种情况下，压缩后的大小为11.0KB，与(a)相比，图像质量基本不变，而压缩后的数据大小则接近于未实施马赛克处理的情形。
借助于本实施方式，在发送端单元Ut的马赛克处理部16，将图像区域整体分割为滤波区域，仅针对由区域指定部13指定为非重要区域的滤波区域执行平坦化处理。因此，在同一图像中，重要区域和非重要区域形成不同的图像质量，能够削减JPEG压缩后的数据量。即，能够不降低重要区域的图像质量而削减数据量。
另外，马赛克处理部16将滤波区域统一成JPEG区块，因此，在滤波处理中按每个滤波区域对像素数据实施平坦化就能够有效地提高JPEG压缩中的压缩率。
另外，在图像压缩部11，执行马赛克处理作为JPEG压缩处理的预处理，与仅执行JPEG压缩处理的情形相比，提高了压缩率。换句话说，在由JPEG编码部17所执行的一系列处理中不增加特殊处理，只要向JPEG编码部中输入与现有格式相同的数据，就能够提高JPEG编码部17中的压缩率。因此，JPEG编码部17可以原样使用通用的JPEG压缩器，例如JPEG芯片或PC使用的扩充板等，能够以低廉的价格实现。
另外，在接收端单元Ur复原图像数据时，只要执行JPEG扩张处理即可，不需要其他的特殊处理。进一步，在发送端单元Ut，不执行JPEG扩张处理即可对发送到接收端单元Ur的图像数据即马赛克处理后的图像数据进行监视。
第2实施方式
在第1实施方式中是以将滤波区域统一成JPEG区块的情形为例进行说明的。与此不同，在本实施方式中，以滤波区域大小及形状不同于JPEG区块的情形为例进行说明。
图13的(a)～(e)是表示下面说明的滤波区域及JPEG区块的关系的一个实例的图。图中的FA是滤波区域，BL是JPEG区块。
首先说明滤波区域大于JPEG区块的情形。将相邻的大于等于2个的JPEG区块的集合体作为滤波区域，在对该滤波区域实施了一元化处理的情况下，由JPEG编码部17中的DCT处理所求得的上述各JPEG区块的DC系数相同。因此，这些JPEG区块如果在JPEG编码部17内的处理方向上相邻，在编码部143内的差分处理部30所求得的DC系数的差分就是0，编码后的DC系数的编码长度就能够变成最短。
一般说来，JPEG编码部17内部的处理从图像数据的左上方开始，沿水平方向从左至右依次推移。然后，到达图像数据的右端时处理结束后，向下方切换处理对象，针对位于已经处理完毕的区域正下方的区域重复同样的处理。因此，如图中(a)所示，将水平方向邻接的大于等于2个的JPEG区块所构成的区域作为滤波区域，由此，在编码部143生成的DC系数的编码长度进一步缩短，能够进一步提高数据压缩率。
此外，如图中(b)所示，将垂直方向邻接的大于等于2个的JPEG区块所构成的区域作为滤波区域实施一元化处理时，JPEG压缩时的压缩率与将滤波区域统一成JPEG区块时相同。即，即使沿垂直方向扩展滤波区域也无法进一步提高压缩率。
接着说明滤波区域小于JPEG区块的情形。如图中(c)所示，在以JPEG区块沿垂直方向2k(k为自然数)等分后的各个区域作为滤波区域、针对各个滤波区域执行一元化处理的情况下，在JPEG编码部17内部，通过上述JPEG区块的DCT处理所得的垂直方向的AC系数变成最大的k个，垂直方向的AC系数能够控制在小于等于k个。
另外，在水平方向上也完全相同。即，如图中(d)所示，在以JPEG区块沿水平方向2m(m为自然数)等分后的各个区域作为滤波区域、针对各个滤波区域执行一元化处理的情况下，在JPEG编码部17内部，通过上述JPEG区块的DCT处理所得的水平方向的AC系数变成最大m个，水平方向的AC系数能够控制在小于等于m个。
进一步，如图中(e)所示，在以JPEG区块沿垂直方向2k等分、沿水平方向2m等分后的区域作为滤波区域、针对各个滤波区域执行一元化处理的情况下，在JPEG编码部17内部，通过上述JPEG区块的DCT处理所得的AC系数变成最大k×m个，AC系数能够控制在小于等于k×m个。
JPEG区块是矩形形状构成的，因此，如果要等分为2n个矩形区域，就要沿水平方向或垂直方向分割。因此，图中的(c)～(e)滤波区域统一起来，就相当于将JPEG区块等分为2n(n为自然数)后的矩形形状所构成的滤波区域。然而，当滤波区域不足2像素的情况下，一元化处理本身就失去意义，因此，不言而喻，滤波区域至少要大于等于2个像素。
接着说明在将JPEG区块2n等分之后的矩形区域相邻接的大于等于2个的集合体作为滤波区域的情形。该滤波区域相当于将JPEG区块2(n-1)等分后的矩形区域的情况是无需说明的。除此以外的任意集合体的情况下，如果针对该滤波区域执行了一元化处理，则JPEG压缩时的压缩率虽然不会随着滤波区域的扩展而进一步提高，但至少能够获得与JPEG区块2n等分后的矩形区域相同的压缩率。这既与集合体是否是矩形形状无关，也与比JPEG区块大还是小无关。
总结以上说明，如果滤波区域是将JPEG区块2n(n为自然数)等分后的大于等于2个像素所构成的矩形区域相邻接的1个或大于等于2个的集合体，则能够提高JPEG压缩处理时的压缩率。此外，滤波区域并不限于矩形形状，既可以大于也可以小于JPEG区块。
此外，在上述实施方式中所说明的是将图像区域分割为相同大小并且形状相同的滤波区域的情形，在同一图像区域内也可以混合存在大于等于2种的不同大小形状构成的滤波区域。这种情况下，通过区域指定部13指定各个滤波区域的形状和大小，滤波区域分割部130及滤波部131根据上述指定将滤波区域分割后执行滤波处理。
第3实施方式
图14是表示本发明的第3实施方式中图像传输系统的一个实例的框图。该图像传输系统由通过第1通信线路110相连的马赛克化单元Um、监视器单元Ud及数据压缩单元Uc和通过第2通信线路111连接到数据压缩单元Uc的接收端单元Ur构成。
马赛克化单元Um上连接有图像输入装置101，来自图像输入装置101的图像数据被马赛克处理后不经过数据压缩处理而发送到第1通信线路110。监视器单元Ud上连接有图像输出装置102，在从马赛克化单元Um接收到马赛克处理后的图像数据之后，将其变换为RGB格式显示到图像输出装置102中进行监视。
数据压缩单元Uc对通过第1通信线路110接收到的来自马赛克化单元Um的压缩数据实施JPEG压缩处理后发送到第2通信线路111。接收端单元Ur上连接有图像输出装置103，通过第2通信线路111接收到的来自数据压缩单元Uc的压缩数据经过JPEG扩张处理后变换为RGB格式输出到图像输出装置103。
这种图像传输系统适合于第2通信线路111的传输带宽比第1通信线路110小的场合，在监视器单元Ud能够不实施JPEG扩张处理而对经过压缩处理后通过第2通信线路111传输的图像数据进行监视或保存。
第4实施方式
在本实施方式中说明区域指定部13对重要区域和非重要区域进行自动判定时的实例。
图15是表示本发明的第4实施方式中图像传输系统的主要部分的一个实例的框图，其中表示了连接了监视摄像头101和传感器104的发送端单元Ut。
监视摄像头101拍摄静止图像，将拍摄下来的图像数据输出到发送端单元Ut。发送端单元Ut的结构与图2的情形相同，为方便起见省略了RGB变换部14和图像输出端子15。传感器104中使用了利用超声波或红外线的测距传感器、麦克风等声音传感器、用来检测门的开关动作等的开关检测传感器、或者其他传感器，主要对监视摄像头101的拍摄范围或其周围的人体或车辆等的活动体进行检测。来自传感器104的检测信号被输入到发送端单元Ut的区域指定部13，在区域指定部13根据该检测信号进行重要区域的判断。
图16是表示来自监视摄像头101的图像数据的图。该图像区域内的区域A1、A2是预先确定的。这里，将包含持续监视对象(例如金库)的图像区域作为A1，将只在门的开关时进行监视的门附近的图像区域作为A2。此外，传感器104假定为门的开关传感器。
区域指定部13在传感器104没有输出检测信号的情况下只将区域A1指定为重要区域。这种情况下，在马赛克处理部16对区域A1以外的区域——即包含区域A2的非重要区域实施滤波处理，使其马赛克化。另一方面，在传感器104输出了检测信号的情况下，只将区域A2指定为重要区域。即，根据传感器的输出将2个不同区域A1、A2中的某一个指定为重要区域。
另外，其他的动作实例是，在传感器104输出了检测信号的情况下，区域指定部13也可以将区域A1和A2方都指定为重要区域。这种情况下，区域A1一直被指定为重要区域，区域A1及A2以外的区域一直被指定为非重要区域；只针对区域A2来根据传感器104的检测信号判断是否是重要区域。
另外，另一个动作实例是，不使用区域A1和A2，在传感器104没有输出检测信号的情况下，将图像区域整体指定为非重要区域；在传感器104输出了检测信号的情况下，将图像区域整体指定为重要区域。
图17是表示本发明的第4实施方式中图像传输系统的主要部分的另一个结构实例的框图，表示了连接了多个监视摄像头101和多个传感器104，同时具备图像合成部105的发送端单元Ut。该图像合成部105将多个监视摄像头101所输出的图像数据合成后生成新的图像数据，输出到YUV变换部10。
图18是表示合成图像的一个实例的图。图像区域被分割为4个显示区域B1～B4，为各个显示区域分配监视摄像头101，能够同时显示出4个监视摄像头的拍摄图像。各监视摄像头101与传感器104一一对应，各传感器104对与其对应的监视摄像头101的拍摄范围及周围的活动体进行检测。从各传感器104输出的检测信号被输入到区域指定部13，区域指定部13根据这些传感器104的检测信号指定重要区域。
即，通常情况下将全部显示区域作为非重要区域，如果从某个传感器104有检测信号输出，则只将与该传感器104相对应的显示区域B1～B4指定为重要区域。另外，其他的动作实例是，一直只将某一个显示区域B1～B4指定为重要区域，并只将与最后有检测信号输出的传感器104相对应的监视摄像头101的显示区域B1～B4指定为重要区域。

Claims (12)

1.一种图像压缩方法，其特征在于，
具备：预处理步骤，用来对输入图像数据进行预处理；数据压缩步骤，用来对经过预处理后的图像数据进行数据压缩处理，
上述预处理步骤具备：滤波区域分割步骤，将上述输入图像数据分割为多个滤波区域；滤波步骤，对至少一部分滤波区域，按每个滤波区域使高频分量衰减，
上述数据压缩步骤具备：区块区域分割步骤，将经过预处理后的图像数据分割为由矩形构成的多个区块区域；正交变换步骤，按每个上述区块区域进行正交变换处理；量化步骤，按每个上述区块区域对正交变换处理后的图像数据进行量化处理，
上述滤波区域由上述区块区域2n等分后的大于等于2像素的矩形区域的1个或大于等于2个的相邻集合体构成，其中n是自然数。
2.一种图像压缩装置，其特征在于，
具备：预处理单元，用来对输入图像数据进行预处理；数据压缩单元，用来对经过预处理后的图像数据进行数据压缩处理，
上述预处理单元具备：滤波区域分割单元，用来将上述输入图像数据分割为多个滤波区域；滤波单元，对至少一部分滤波区域，按每个上述滤波区域使高频分量衰减，
上述数据压缩单元具备：区块区域分割单元，将经过预处理后的图像数据分割为由矩形构成的多个区块区域；正交变换单元，按每个上述区块区域进行正交变换处理；量化单元，按每个上述区块区域对正交变换处理后的图像数据进行量化处理，
上述滤波区域由上述区块区域2n等分后的大于等于2像素的矩形区域的1个或大于等于2个的相邻集合体构成，其中n是自然数。
3.如权利要求2所述的图像压缩装置，其特征在于，
上述滤波单元执行使上述滤波区域中的像素数据一致起来的一元化处理。
4.如权利要求2所述的图像压缩装置，其特征在于，
上述滤波区域分割单元分割出与上述区块区域大小一致的上述滤波区域。
5.如权利要求2所述的图像压缩装置，其特征在于，
上述数据压缩单元具备：编码单元，用来将量化处理后的DC系数根据相邻区块区域的DC系数进行熵编码，
上述滤波区域分割单元分割出由大于等于2个的相邻的上述区块区域构成的滤波区域。
6.如权利要求2所述的图像压缩装置，其特征在于，
上述滤波区域分割单元分割出比上述区块区域更小的滤波区域。
7.如权利要求2所述的图像压缩装置，其特征在于，
上述滤波区域分割单元分割出大于等于2种的大小不同的滤波区域。
8.如权利要求2所述的图像压缩装置，其特征在于，
具备图像数据输出端子，用来输出经过预处理后的图像数据。
9.一种图像传输系统，其特征在于，
是预处理装置经由第1通信线路连接到数据压缩装置，上述数据压缩装置经由第2通信线路连接到数据扩张装置的图像传输系统，
上述预处理装置具备：滤波区域分割单元，用来将上述输入图像数据分割为多个滤波区域；滤波单元，对至少一部分滤波区域执行滤波处理，使高频分量产生衰减；数据发送单元，用来将经过滤波处理后的图像数据发送到第1通信线路，
上述数据压缩装置具备：区块区域分割单元，将经过预处理后的图像数据分割为由矩形构成的多个区块区域；正交变换单元，按每个上述区块区域进行正交变换处理；量化单元，按每个上述区块区域对经过正交变换处理后的图像数据进行量化处理；数据发送单元，用来将经过编码处理后的图像数据经由第2通信线路发送到数据扩张装置，
上述滤波区域由上述区块区域2n等分后的大于等于2像素的矩形区域的1个或大于等于2个的相邻集合体构成，其中n是自然数。
10.如权利要求9所述的图像传输系统，其特征在于，具备连接到上述第1通信线路，用来显示经过预处理后的图像数据的图像显示装置。
11.一种数据压缩预处理装置，其特征在于，
是图像数据被分割为由矩形构成的多个区块区域，并针对发送到按每个区块区域执行正交变换和量化处理的数据压缩装置的输入图像数据进行预处理的数据压缩预处理装置，
具备：
滤波区域分割单元，用来将上述输入图像数据分割为多个滤波区域；
滤波单元，对至少一部分滤波区域，按每个滤波区域使高频分量产生衰减，
上述滤波区域由上述区块区域2n等分后的大于等于2像素的矩形区域的1个或大于等于2个的相邻集合体构成，其中n是自然数。
12.一种计算机程序，其特征在于，
是执行图像数据被分割为由矩形构成的多个区块区域，并针对发送到按每个区块区域执行正交变换和量化处理的数据压缩装置的输入图像数据进行预处理的计算机程序，
由执行下述步骤的层次构成，即：
滤波区域分割步骤，将上述输入图像数据分割为多个滤波区域；
滤波步骤，对至少一部分滤波区域，按每个滤波区域使高频分量产生衰减，
上述滤波区域由上述区块区域2n等分后的大于等于2像素的矩形区域的1个或大于等于2个的相邻集合体构成，其中n是自然数。
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