JP2000151418A - 画像が圧縮されているかどうかを検出する方法 - Google Patents
画像が圧縮されているかどうかを検出する方法Info
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Abstract
かを識別する方法を提案する。 【解決手段】 画像が圧縮されているかどうかを検出す
るこの方法では、画像の所定数のピクセルに関して、画
像の水平に及び垂直に隣接した2つのピクセル間におけ
る差の絶対値を計算し(S1)、その結果を、ブロック
境界と交差する領域(I)に相当する第1の差と、ブロ
ック境界と交差しない領域(II)に相当する第2の差
とに分け(S2)、I及びIIにおけるサンプルからヒ
ストグラムを計算し(S3)、各ヒストグラムを正規化
し(S4)、この正規化された2つのヒストグラム間に
おける相違に基づいて、その画像が圧縮されているかど
うかを決定する(S5、S6)。
Description
像圧縮規格に従って圧縮された画像を検出する方法に関
し、特に、画像のブロッキングシグナチャ(blocking si
gnature)を検出して、JPEG圧縮画像を識別する方法
に関する。
には非常に多くのデータがあり、データ処理プロセスに
おいてデータの圧縮が必要とされる。一般的に圧縮は、
転送時間の長い又は帯域幅の限られた通信リンクに用い
られる。この他に圧縮はデータの記憶に用いられ、デー
タが記憶される媒体スペースの量を、記憶するデータを
圧縮することによって実質的に減少させることができ
る。これらのケースのいずれか又は両方が当てはまるデ
バイスはデジタルコピー機であり、中間記憶領域が照
合、再印刷、又はデジタルコピー機のあらゆる他の機能
に用いられる。さらに、デジタルコピー機は大抵、外部
から受信したデータを印刷することができる。概して、
走査された画像及び印刷マスタ、即ちハードコピー原稿
の電子表現は一般的に大きいので、圧縮対象として望ま
しい。
圧縮方法については、1992年にヴァン ノストラン
ド レインホールド(Van Nostrand Reinhold)により出
版された、W.ペンネベイカー(Pennebaker)及びJ.ミ
ッチェル(Mitchell)による“JPEG:Still Image Co
mpression Standard”に詳細に記載されている。ここで
は、離散コサイン変換に基づく減衰圧縮モードに関して
言及するが、本件においてはこれをJPEG圧縮と呼
ぶ。JPEG圧縮は、ピクセルとピクセルとの相関に基
づいてデータの冗長性を減少させる減衰システムであ
る。通常、ピクセル−ピクセルベースの画像において
は、画像はあまり変化しない。従って画像は、いわゆる
「自然空間相関」を有する。自然シーンにおいて、相関
は帰納されるが、正確ではない。ノイズにより各ピクセ
ルは、隣接したピクセルと多少異なる。
号化)システムが概略的に示されている。より完全な論
議は、エシュバッハ(Eschbach)による米国特許第5,3
21,522号、及びファン(Fan)による米国特許第
5,359,676号を参照することにより得ることが
できる。この米国特許第5,321,522号及び米国
特許第5,359,676号の内容全体は、参照により
本明細書中に援用される。
メモリ10が備えられている。タイルメモリに記憶され
た画像の部分から、離散コサイン変換(DCT)、つま
り変換器12は、その画像を空間周波数に変換して、D
CT係数の行列を得る。C−キューブ マイクロシステ
ムズ(C-Cube Microsystems) CL550A JPEG
画像圧縮プロセッサのような、提案されたJPEG規
格に従って圧縮或いは圧縮解除モードで作動するハード
ウェアへの導入は有益である。後述するように、本発明
は、ソフトウェア或いはハードウェアのいずれにも導入
することができる。
ーブルメモリ16に記憶されたQテーブル(量子化テー
ブル)と呼ばれる1セットの値から、異なるQテーブル
値(量子化単位)でDCT値(DCT係数)は割り算さ
れ、その値の整数部分が量子化DCT値として戻され
る。ハフマンコードを大抵用いる統計エンコーダ20に
より、この量子化DCT値はコード化され、記憶、転送
などのための出力である圧縮画像が生成される。
データの変換を行うためのハードウェアがある。これに
ついては例えば、ニイハラ(Niihara)による米国特許第
5,049,991号、ゴンザレス(Gonzales)等による
米国特許第5,001,559号、及びピュリ(Puri)に
よる米国特許第4,999,705号に記載されてい
る。
に示したように、前述したプロセスとは逆の一連の機能
又はステップを続けて行う。ハフマンコードは、デコー
ダ50で解除される。この時点では画像信号は量子化D
CT係数を表しており、この量子化DCT係数は、圧縮
プロセスとは逆のプロセスにおいて、信号乗算器52で
メモリ54のQテーブル値と掛け算される。逆変換器5
6で、離散コサイン変換の逆変換が行われ、空間定義域
における出力画像が画像バッファ58で記憶される。
1,522号及び米国特許第5,379,122号、並
びにファンによる米国特許第5,359,676号にお
いては、図1に示した標準プロセスとは異なる。オリジ
ナル画像が圧縮され、この圧縮表現が圧縮解除される。
この圧縮解除画像は、外観を向上させるためにさらにフ
ィルタリングされるが、このフィルタリングの際に、オ
リジナル画像から得ることのできる画像の範囲をはみ出
してしまうことがある。従って、このような画像を画像
の許容範囲内に納めるために、画像のDCT表現が変更
される。このプロセスは繰り返して行われてもよい。
ォーマットの中には、画像を劣化させてしまうものもあ
る。システムがこれらの圧縮画像のうちの1つを印刷し
ようとする際に、その入力画像にそのようなアーチファ
クトを取り除く特別な処理を施すことができる。しかし
まず、その画像が前に圧縮されたかどうかを決定しなけ
ればならない。
これまでに圧縮されたかどうかを識別する方法を提案す
る。さらに本発明は、その画像がこれまでにJPEG圧
縮されたかどうかを識別する方法を提案する。圧縮画像
の識別が可能になることによって、本発明により印刷シ
ステムは、圧縮画像をクリーニング画像処理行程へ進め
ることができるようになり、これにより印刷システム
は、その画像から望ましくないあらゆるアーチファクト
を取り除くことができるようになる。
にわかるわずかなブロッキング不連続部分の分析に基づ
いている。例えばJPEG圧縮画像の生成において、画
像は、実質的には個別に変換され且つ量子化されると共
に圧縮される複数のブロックに分けられる。従って、不
連続部分がブロック境界(ブロッキング効果)と交差す
ると、JPEG圧縮により生じる最も目立つ圧縮アーチ
ファクトとなる。圧縮比が高ければ高いほど、ブロッキ
ング効果も高い。本発明は、圧縮歴の指標としてのブロ
ッキング不連続部分の分析を行う。
画像が圧縮されているかどうかを検出する方法である。
この方法では、画像の所定数のピクセルに関して、画像
の水平に及び垂直に隣接した2つのピクセル間における
差の絶対値を計算し、その結果を、ブロック境界と交差
する領域(I)に相当する第1の差(第1の差はブロッ
ク境界との交差を表す)と、ブロック境界と交差しない
領域(II)に相当する第2の差(第2の差はブロック
境界との非交差を表す)とに分け、I及びIIにおける
サンプルからヒストグラムを計算し、各ヒストグラムを
正規化し、この正規化された2つのヒストグラム間にお
ける相違に基づいて、その画像が圧縮されているかどう
かを決定する。
いるかどうかを検出する方法である。この方法では、画
像内にブロック格子を決定し、この決定された格子から
ブロックを設定し、この設定されたブロックの内部にあ
るサンプル同志間における差を計算し、この設定された
ブロックと交差したサンプル同志間における差を計算
し、この計算された差の統計値から得られた特性に基づ
いて、その画像が圧縮されているかどうかを決定する。
いるかどうかを決定する方法である。この方法では、画
像内にブロック格子を決定し、この決定された格子から
ブロックを設定し、各ブロックに対して、ブロック内に
位置する4つの隣接したピクセルから第1のセットの差
を計算し、各ブロックに対して、各ピクセルが4つの隣
接したブロックの角に位置する4つの隣接したピクセル
から第2のセットの差を計算し、この第1のセットの差
に関するヒストグラムH(n)及びこの第2のセットの差
に関するヒストグラムH'(n)を計算し、これらのヒス
トグラムを正規化し、この正規化された2つのヒストグ
ラム間における相違に基づいて、その画像が圧縮されて
いるかどうかを決定する。
いるかどうかを決定する方法である。この方法では、画
像内にブロック格子を決定し、この決定された格子から
ブロックを設定し、各ブロックに対して、ブロック内に
位置する第1のセットの4つの隣接したピクセルから第
1のセットの差を計算し、各ブロックに対して、ブロッ
ク内に位置する第2のセットの4つの隣接したピクセル
から第2のセットの差を計算し、各ブロックに対して、
各ピクセルが4つの隣接したブロックの角に位置する第
3のセットの4つの隣接したピクセルから第3のセット
の差を計算し、この第1のセットの差に関するヒストグ
ラムH0(n)、この第2のセットの差に関するヒストグ
ラムH1(n)、及びこの第3のセットの差に関するヒス
トグラムH'(n)を計算し、これらのヒストグラムを正
規化し、この正規化された3つのヒストグラム間におけ
る相違に基づいて、その画像が圧縮されているかどうか
を決定する。
定する方法である。この方法では、所定数のピクセル分
離れたサンプルのみから成る水平方向における差の絶対
値の第1の合計を計算し、所定数のピクセル分離れたサ
ンプルのみから成る垂直方向における差の絶対値の第2
の合計を計算し、この第1の合計及び第2の合計と所定
の閾値との関係に基づいて、その画像が格子を含んでい
るかどうかを決定する。
を決定する方法である。画像内の位置(i,j)における
画像ピクセルの光強度をP(i,j)とする。この方法で
は、所定数のピクセルR分離れたサンプルのみから成る
水平方向における差の絶対値の第1の合計EHを次のよ
うに計算し、
方向における差の絶対値の第2の合計EVを次のように
計算し、
基づいて、その画像が格子を含んでいるかどうかを決定
し、Rピクセル分離間した格子に、起点から垂直方向に
DVピクセル分移動し起点から水平方向にDHピクセル分
移動した点として、境界を設定する。ここでDV及びDH
はそれぞれ、EV及びEHを最大値とする値である。
されているかどうかを検出する方法である。この方法で
は、画像の所定数のピクセルに関して、画像の水平に及
び垂直に隣接した2つのピクセル間における差の絶対値
を計算し、その結果を、ブロック境界と交差する領域
(I)に相当する第1の差と、ブロック境界と交差しな
い領域(II)に相当する第2の差とに分け、この第1
の差と第2の差とのシーケンスの統計値間における相違
に基づいて、その画像が圧縮されているかどうかを決定
する。
ているかどうかを検出する方法である。この方法では、
圧縮を示す画像におけるブロッキングアーチファクトを
検出し、このブロッキングアーチファクトの検出に基づ
いて、圧縮を示す出力をもたらす。
説明及び本発明のさまざまな特徴から明らかになるであ
ろう。
は、本明細書中に述べる方法を実行するプログラムに従
って作動する、60で概略的に示されたワークステーシ
ョン又はパーソナルコンピュータに、都合良く組み込む
ことができる、ということがわかるであろう。好都合な
ことに圧縮画像は、伝送路62からモデム64を介して
パーソナルコンピュータ60で受像される。受像され圧
縮解除された画像は、ワークステーション60と連結し
たディスプレイ66で再生することができる、又は、パ
ーソナルコンピュータと連結したメモリにおいてワーク
ステーションによりさらに処理して若しくは処理せずに
プリンタ68で再生することができる。或いは、非圧縮
画像として再転送するために再生することができる。
フォーマットの中には、画像を劣化させてしまうものも
ある。この劣化させるものの例としては、画像内の基本
格子のような、画像の構造組織が挙げられる。この格子
組織は、レンダリングされた画像を非常に乱すことがあ
る。さらに、テキスト及びグラフィックを含む画像にあ
るような鋭端もまた、JPEG圧縮により平滑化されゆ
がめられることがある。従って、圧縮入力画像を印刷す
る場合、画像はこれらのアーチファクトを取り除く特別
な処理を必要とする。例えばあるプリンタにおいては、
画像はシグマフィルタリング処理が施されて、圧縮アー
チファクトが取り除かれる。
圧縮画像が前に圧縮されたかどうかを決定しなければな
らない。本発明の好適な実施の形態は、わずかなブロッ
キング不連続部分の分析に基づいて、その画像がこれま
でにJPEG圧縮されたかどうかを識別する方法を提案
する。
に変換され且つ量子化されると共に圧縮される複数のブ
ロックに分けられる。従って、不連続部分がブロック境
界(ブロッキング効果)と交差すると、JPEG圧縮に
より生じる最も目立つ圧縮アーチファクトとなる。圧縮
比が高ければ高いほど、レンダリングされた画像におけ
るブロッキング効果の影響も大きい。
を取り除くために、印刷システムは、圧縮された又はブ
ロッキングされた画像を認識する効果的な方法を必要と
する。本発明は、圧縮歴の指標としてのブロッキング不
連続部分の分析を行う。前に圧縮された画像は、圧縮さ
れなかった画像よりも、不連続部分がより多く8×8ブ
ロックの境界と交差する、ということは注目される。
の形態は、図3に示すような方法を用いる。図3におい
て、ステップS1で、全てのピクセルに関して、水平に
及び垂直に隣接した2つのピクセル間における差の絶対
値が計算される。ステップS2で、本発明はその結果
を、ブロック境界と交差する領域(I)の差とブロック
境界と交差しない領域(II)の差とに分ける。ステッ
プS3で、本発明はI及びIIにおけるサンプルのヒス
トグラムを計算し、次にステップS4で、合計が1にな
るように各ヒストグラムを正規化する。ステップS5
で、本発明はこの正規化された2つのヒストグラム間に
おける相違を分析する。
交差した)領域I及び(ブロックの内部にある)領域I
Iに関する、正規化されたヒストグラムを示している。
図5は、標準JPEGにおいてQ75を用いて圧縮され
た同じ画像の(境界と交差した)領域I及び(ブロック
の内部にある)領域IIに関する、正規化されたヒスト
グラムを示している。このQ75であると、優れた画質
が維持され、本件においては5.6対1というあまり高
くない圧縮比がもたらされる。
大きな変化を示している。まず、ごくわずかにしか差が
増加していないことからわかるように、ブロック内部の
差は平坦である。これに対して、ブロック境界と交差し
た差は増加している。
ける相違を示しており、画像が圧縮された後の領域I及
びII間における差が大きく増加していることを示して
いる。
な実施の形態では、領域I及びIIの正規化されたヒス
トグラム間における差の絶対値の合計、即ちK=sum(ab
s(norm hist I(0:50)-norm hist II(0:50)))を求めるも
のである。ヒストグラムの最初の50エレメントのみが
含まれているが、これは、隣接したピクセル間の差は圧
縮後でさえもそれほど高くなるとは思われず、この点を
超えるとヒストグラム項目は実質的にゼロであるからで
ある。言い換えれば、残りのノイズを有するヒストグラ
ムサンプルは、識別に積極的には貢献しない。
定の閾値と比較することができる。このハード決定閾値
は、画像出力に影響を及ぼす特別な処理動作のON又は
OFF、つまりユーザの個人的好みに基づいた非常に主
観的な決定をもたらすにすぎないので、ユーザ選択の実
験を通して設定することができる。一方、得られた数値
Kは、ソフト決定に対する信頼数値にマッピングするこ
とができる。
方法は次のパラメータ又は閾値を用いる。 A.K≦0.05の場合、その画像は圧縮されなかった
と思われる。 B.0.05<K<0.15の場合、その画像は圧縮さ
れたと思われる。 C.K≧0.15の場合、その画像は圧縮されたと強く
思われる。
ロックの格子の適切な位置を見出すために(その画像が
前にもう1つ別の8×8ブロックで切り取られた場
合)、その格子がどこにあるのかをまず決定しなければ
ならない。
から成る一方向における差の絶対値の合計を計算し、ブ
ロッキングアーチファクトがより大きく現れているとこ
ろを探すことにより、格子の適切な位置を見出す。次
に、このプロセスはもう一方の方向に関して繰り返され
る。即ち、次のとおりである。
るような値として選択される。
ック格子は、起点からDV×DHピクセル分移動すると仮
定される。結果はエネルギー計算とヒストグラム計算と
の両方に用いることができるが、差の見積もりは一度だ
け行えばよい、ということに注意されたい。
て実行することができる、ということは当業者には明ら
かである。前記サブセットは、画像の一部分に、又は、
あらゆる適当な基準に従って画像から選択された多数組
の隣接していないピクセルに相当し得る。
トされた。10のモノクローム画像に対する結果が、表
1に示されている。ここでQXXはXXのQを示してお
り、模範(デフォルト)JPEG量子化器テーブル、及
び、インディペンデント JPEG グループ(Indepen
dent JPEG Group)のJPEG圧縮ソフトウェアにより実
行されるような倍率(Q)を用いている。Q100はほ
ぼ完全な画像(量子化最小)を表しているが、圧縮比が
非常に低く、この設定であるとJPEGがもたらすこと
のできる最高の質となるので、オリジナル画像と見分け
がつかない再構成画像が得られる。Q90には目に見え
ないアーチファクトがあるが、その質は全てのアプリケ
ーションに関して優れており、圧縮比は典型的には5:
1よりも低い。Q50以下は、あらゆるアーチファクト
除去処理が行われることとなる可能性がより高い。
用いることもできる。例えば、0.01〜0.6の範囲
のKを0〜100の倍率にマッピングして、その画像が
JPEGを用いて圧縮された可能性を示すことができ
る。
は、その画像が前に圧縮されたかどうかを検出するの
に、8×8ピクセルの1ブロックあたりさらに約6つの
ピクセルと、簡単なヒストグラム操作とを必要とする。
この方法による結果は上述した方法による結果と類似し
ているが、この方法の方が実施コストが安い。
は、ブロック境界と交差する隣接したサンプル間の差対
ブロック境界と交差しないサンプル間の差のヒストグラ
ムを分析する。前に圧縮された画像は、圧縮されなかっ
た画像よりも、不連続部分がより多く8×8ブロックの
境界と交差するので、本発明の第2の実施の形態におい
て、この方法でもやはり、圧縮歴の指標としてのブロッ
キング不連続部分の分析を行う。
図7に示されている。図7には、画像の8×8ブロック
が示されている。なお、このブロックは、前述したよう
に格子の位置が決定され、決定された格子から設定され
たものである。図7に関して、この第2の実施の形態は
5つのステップを用いる。第1のステップでは、各ブロ
ックに対して、Q=|A−B−C+D|及びQ'=|A'
−B'−C'+D'|が計算され、測度Q(i,j)及びQ'
(i,j)のシーケンス(1ブロックあたり1つのサンプ
ル)が実際に形成される。なお、ピクセルA、B、C、
Dが第1のセット、ピクセルA’、B’、C’、D’が
第2のセットに対応する。第2のステップでは、ヒスト
グラム、全てのQ(i,j)のH(n)及び全てのQ'(i,
j)のH'(n)が計算される。次に、これらのヒストグラ
ムは、各ヒストグラムの項目の合計が均一になるように
正規化される。ヒストグラム差の絶対値の合計は、次の
ように計算される。
又は客観的な指標値にマッピングされる。
かを実証するために、上の表1と同じ画像をこの第2の
実施の形態にも用いた。結果は下の表2に示されてい
る。
うになる。 E<0.3 圧縮されておらず非常に高い質で
ある。 0.3≦E≦0.5 圧縮されたと思われる。 E>0.5 圧縮されたと強く思われる。
により示されている。この実施の形態では、ブロック内
部における基準差を用いる。なお、このブロックも、前
述したように設定されたものである。図8に関して、こ
の方法ではまず、各ブロックに対して、Q0=|A−B
−C+D|、Q1=|W−X−Y+Z|、及びQ'=|
A'−B'−C'+D'|が計算され、測度Q0(i,j)、Q
1(i,j)、及びQ'(i,j)のシーケンス(1ブロックあ
たり1つのサンプル)が実際に形成される。なお、ピク
セルA、B、C、Dが第1のセット、ピクセルW、X、
Y、Zが第2のセット、ピクセルA’、B’、C’、
D’が第3のセットに対応する。次にこの方法では、ヒ
ストグラム、全てのQ0(i,j)のH0(n)、全てのQ
1(i,j) のH 1(n)、及び全てのQ'(i,j)のH'(n)
が計算される。これらのヒストグラムは、各ヒストグラ
ムの項目の合計が均一になるように正規化され、ヒスト
グラム差の絶対値の合計は、次のように計算される。
法で、主観的な又は客観的な指標値にマッピングされ
る。この実施の形態においては、閾値3又は4(例え
ば、E0/E1>3)が、圧縮画像を検出する確実な指標
である。少し多くの計算が必要であるが、この変化量の
方が第2の実施の形態よりも確実である。Eを解釈する
のに、他のマッピング方法を用いることもでき、例え
ば、Eを連続した信頼数値にマッピングするという方法
がある。Eは単に画像におけるブロッキングの指標にす
ぎないので、画像がどの程度圧縮されたのかを決定する
のにEを用いないように、非常に注意する必要がある、
ということは注目される。この結果、8×8ブロック格
子の位置を仮定或いは検出することができる。
て実行することができる、ということは当業者には明ら
かである。前記サブセットは、画像の一部分に、又は、
あらゆる適当な基準に従って画像から選択された多数組
の隣接していないピクセルに相当し得る。
易に導入することができる。或いはまた、ここに開示し
た方法は、標準論理回路を用いているハードウェア、即
ち具体的にはVLSIを用いているシングルチップに
も、部分的に又は完全に導入することができる。この方
法を導入するのにソフトウェアを用いるかハードウェア
を用いるかは、そのシステムに要求される速度や効率に
よって、また、用いられるそれぞれの機能、それぞれの
ソフトウェア又はハードウェアシステム、それぞれのマ
イクロプロセッサ又はマイクロコンピュータシステムに
よっても変わる。
説明してきたが、多数の代替、変更、及び変化が当業者
には明らかである、ということは明白である。従って、
上記特許請求の範囲(広い範囲)及びその趣旨に当ては
まるような、代替、変更、及び変化を全て含むことが意
図される。
面の簡単な説明である。これらの図面は、単に例示目的
で示したにすぎず、本発明の範囲を限定するものではな
い。
スを示す機能ブロック図である。
ョンを示す図である。
トである。
グラフである。
ラフである。
択を示す図である。
択を示す図である。
タ) 62 伝送路 66 ディスプレイ 68 プリンタ
Claims (3)
- 【請求項1】 画像が圧縮されているかどうかを検出す
る方法であって、 (a)画像の所定数のピクセルに関して、画像の水平に
及び垂直に隣接した2つのピクセル間における差の絶対
値を計算するステップと、 (b)前記ステップ(a)の結果を、ブロック境界と交
差する領域(I)に相当する第1の差と、ブロック境界
と交差しない領域(II)に相当する第2の差とに分け
るステップと、 (c)I及びIIにおけるサンプルからヒストグラムを
計算するステップと、 (d)各ヒストグラムを正規化するステップと、 (e)前記正規化された2つのヒストグラム間における
相違に基づいて、その画像が圧縮されているかどうかを
決定するステップと、 から成る上記方法。 - 【請求項2】 画像が圧縮されているかどうかを検出す
る方法であって、 (a)画像内にブロック格子を決定するステップと、 (b)前記決定された格子からブロックを設定するステ
ップと、 (c)前記設定されたブロックの内部にあるサンプル同
志間における差を計算するステップと、 (d)前記設定されたブロックと交差したサンプル同志
間における差を計算するステップと、 (e)前記計算された差の統計値から得られた特性に基
づいて、その画像が圧縮されているかどうかを決定する
ステップと、 から成る上記方法。 - 【請求項3】 画像が圧縮されているかどうかを検出す
る方法であって、 (a)画像の所定数のピクセルに関して、画像の水平に
及び垂直に隣接した2つのピクセル間における差の絶対
値を計算するステップと、 (b)前記ステップ(a)の結果を、ブロック境界と交
差する領域(I)に相当する第1の差と、ブロック境界
と交差しない領域(II)に相当する第2の差とに分け
るステップと、 (c)前記第1の差と第2の差とのシーケンスの統計値
間における相違に基づいて、その画像が圧縮されている
かどうかを決定するステップと、から成る上記方法。
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