JP2001036926A - 試験画像生成装置、試験画像生成方法、試験画像及びパラメタ決定方法。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 復元された画像の劣化度を視覚的に評価でき
る試験画像を生成する試験画像生成装置を提供する。 【解決手段】 試験画像生成装置１０は、試験画像を生
成する試験画像生成部１２を備えて構成される。試験画
像生成部１２は、画像符号化・復号化装置２０によって
主として画像符号化・復号化が行われる自然画像（例え
ば風景画像）が有する空間周波数分布とほぼ等しい空間
周波数分布を有する試験画像を生成する。ここで、当該
試験画像は、中心からの距離が大きくなるに従って繰り
返し周期が長く、輝度差（振幅）が大きくなるように正
弦波状に濃淡を繰り返す同心円状のパタンとなってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、符号化され、復号
化された復元画像の劣化度を評価するために用いられる
試験画像、当該試験画像を生成する試験画像生成装置、
当該試験画像を生成する試験画像生成方法、及び、当該
試験画像を用いて上記パラメタを決定するパラメタ決定
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報化社会の発達の中で、画像符
号化・復号化技術の重要性はますます増大しており、か
かる画像符号化・復号化技術として、ＪＰＥＧ、ＭＰＥ
Ｇなどが広く知られている。ＪＰＥＧ、ＭＰＥＧなどの
画像符号化・復号化技術を用いた画像符号化・復号化装
置においては、あらかじめ決定された種々のパラメタに
基づいて、画像の符号化あるいは復号化が行われる。例
えばＭＰＥＧを例にとって説明すると、上記パラメタと
して、ＤＣＴ係数を量子化するための量子化マトリク
ス、Ｉピクチャの出現間隔、Ｉ，Ｐピクチャ間に挿入さ
れるＢピクチャの数、フレームレート、ビットレート、
動きベクトルの探索範囲等が挙げられる。かかるパラメ
タの決定は、試験画像を画像符号化・復号化装置に入力
して、符号化・復号化されて出力された試験画像の劣化
度の評価に基づいて行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記試験画像
として、自然画像（主として画像符号化・復号化を行う
風景画像等）を用いる場合は、符号化・復号化された試
験画像の劣化が目に見えにくい。従って、劣化度の評価
に基づいて上記パラメタを決定するためには、劣化の強
調処理、人の視覚特性を考慮した補正処理を行う必要が
あり、パラメタの決定が煩雑となるという問題点を有す
る。一方、試験画像が、電力スペクトル分布、ＤＣＴ係
数の振幅分布等において自然画像と極端に異なる場合
は、試験画像を用いて決定された最適なパラメタが自然
画像については最適、あるいは、好適なパラメタではな
くなってしまうという問題点を有する。

【０００４】そこで本発明は、上記問題点を解決し、復
元された画像の劣化度を視覚的に評価することができる
試験画像、当該試験画像を生成する試験画像生成装置、
当該試験画像を生成する試験画像生成方法、及び、当該
試験画像を用いて上記パラメタを決定するパラメタ決定
方法を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の画像生成装置は、符号化され、復号化され
た復元画像の劣化度を評価するために用いられる試験画
像を生成する試験画像生成装置であって、自然画像が有
する空間周波数分布と略等しい空間周波数分布を有する
試験画像を生成する試験画像生成手段を備えたことを特
徴としている。

【０００６】試験画像が自然画像そのものではないた
め、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強
調されるように試験画像を設計することができる。ま
た、試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する空間
周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像を用
いて自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタ
を決定することができる。

【０００７】また、本発明の試験画像生成装置において
は、前記試験画像は、画像の略中心からの距離ｒの点に
おける輝度Ｐ（ｒ）が、前記略中心からの最大距離ｒ
_max、最高周波数成分の振幅Ａ_high、最低周波数成分の
振幅Ａ_low、輝度の平均値Ｐ_ave、定数α、β、ｋを用い
て、

【０００８】

【数５】 で表されることを特徴としてもよい。

【０００９】上記式（１）及び式（２）に基づいて試験
画像を生成することで、試験画像を容易に生成すること
ができる。

【００１０】また、上記課題を解決するために、本発明
の試験画像発生方法は、符号化され、復号化された復元
画像の劣化度を評価するために用いられる試験画像を生
成する試験画像生成方法であって、自然画像が有する空
間周波数分布と略等しい空間周波数分布を有する試験画
像を生成する試験画像生成工程を備えたことを特徴とし
ている。

【００１１】試験画像が自然画像そのものではないた
め、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強
調されるように試験画像を設計することができる。ま
た、試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する空間
周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像を用
いて、自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメ
タを決定することができる。

【００１２】また、本発明の試験画像生成方法において
は、前記試験画像は、画像の略中心からの距離ｒの点に
おける輝度Ｐ（ｒ）が、上記式（１）及び式（２）で表
されることを特徴としてもよい。

【００１３】上記式（１）及び式（２）に基づいて試験
画像を生成することで、試験画像を容易に生成すること
ができる。

【００１４】また、上記課題を解決するために、本発明
の試験画像は、符号化され、復号化された復元画像の劣
化度を評価するために用いられる試験画像であって、自
然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数分
布を有することを特徴としている。

【００１５】試験画像が自然画像そのものではないた
め、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強
調されるように試験画像を設計することができる。ま
た、当該試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する
空間周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像
を用いて自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラ
メタを決定することができる。

【００１６】また、本発明の試験画像においては、画像
の略中心からの距離ｒの点における輝度Ｐ（ｒ）が、上
記式（１）及び式（２）で表されることを特徴としても
よい。

【００１７】試験画像が上記式（１）及び式（２）に基
づいて形成されることで、当該試験画像を容易に生成す
ることができる。

【００１８】また、上記課題を解決するために、本発明
のパラメタ決定方法は、試験画像を符号化、復号化した
復元画像の劣化度の評価に基づいて画像符号化及び画像
復号化のパラメタを決定するパラメタ決定方法であっ
て、前記試験画像は、自然画像が有する空間周波数分布
と略等しい空間周波数分布を有することを特徴としてい
る。

【００１９】試験画像が自然画像そのものではないた
め、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強
調されるように試験画像を設計することができる。ま
た、試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する空間
周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像を用
いて自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタ
を決定することができる。

【００２０】また、本発明のパラメタ決定方法において
は、前記試験画像は、画像の略中心からの距離ｒの点に
おける輝度Ｐ（ｒ）が、上記式（１）及び式（２）で表
されることを特徴としてもよい。

【００２１】試験画像が上記式（１）及び式（２）に基
づいて形成されることで、当該試験画像を容易に生成す
ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る試験画像
生成装置について図面を参照して説明し、併せて本発明
の実施形態にかかる試験画像生成方法、試験画像、パラ
メタ調整方法について説明する。まず、本実施形態に係
る試験画像生成装置の構成について説明する。図１は本
実施形態に係る試験画像生成装置及び当該試験画像生成
装置によって生成する試験画像の符号化及び復号化を行
う符号化・復号化装置の構成図である。

【００２３】試験画像生成装置１０は、試験画像を生成
する試験画像生成部１２を備えて構成される。試験画像
生成部１２は、画像符号化・復号化装置２０によって主
として画像符号化・復号化が行われる自然画像が有する
空間周波数分布とほぼ等しい空間周波数分布を有する試
験画像を生成する。ここで自然画像とは、実在の風景、
人物等の写真または映像をいう。

【００２４】試験画像生成部１２は、試験画像として、
中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長
く、輝度差（振幅）が大きくなるように正弦波状に濃淡
を繰り返す同心円状のパタンを生成する。より具体的に
は、試験画像生成部１２は、画像の中心からの距離ｒの
点における輝度Ｐ（ｒ）が、上記中心からの最大距離ｒ
_max、最高周波数成分の振幅Ａ_high、最低周波数成分の
振幅Ａ_low、輝度の平均値Ｐ_ave、定数α、β、ｋを用い
て、

【００２５】

【数６】 で表されるような試験画像を生成する。

【００２６】ここで、試験画像の大きさを５１２×５１
２画素とし、各画素の階調を２５６階調とし、距離ｒを
画像の中心からの画素数で表し、中心からの最大距離ｒ
_maxを３６２、最高周波数成分の振幅Ａ_highを２０、最
低周波数成分の振幅Ａ_lowを１０８、輝度の平均値Ｐ_ave
を１２８、定数αを５、βを１、ｋを１０５とした場合
の試験画像を図２に示す。また、中心からいずれかの角
に向かう直線に沿った輝度分布Ｐ（ｒ）を図３に示す。
ここで、中心からの最大距離ｒ_maxは、矩形である試験
画像の対角線の長さの１／２として与えられ、輝度の平
均値Ｐ_aveは、各画素がとりうる輝度範囲（２５６階
調）の１／２として与えられる。

【００２７】試験画像生成装置１０は、試験画像生成部
１２によって生成された試験画像を外部に対して出力す
る。

【００２８】画像符号化・復号化装置２０は、図１に示
すように、試験画像生成装置１０から出力された上記試
験画像を入力し、当該試験画像を用いて画像符号化及び
画像復号化した復元画像を出力する。より具体的には、
画像符号化・復号化装置２０は、入力された試験画像を
符号化するエンコーダ２２と、エンコーダ２２によって
符号化された上記試験画像を復号化するデコーダ２４と
を備えている。また、エンコーダ２２によって符号化さ
れ、デコーダ２４によって復号化された復元画像と、復
元画像と原試験画像との差分をとった画像（以下、差分
画像という）とは、切替スイッチ２８によって選択的に
出力され、モニタ３０に表示される。また、画像符号化
・復号化装置２０はエンコーダ２２のパラメタを調整す
るパラメタ調整部２６を備えており、上記復元画像の劣
化度の評価に基づいて画像符号化及び画像復号化のパラ
メタを調整（決定）することが可能となっている。

【００２９】続いて、本実施形態にかかる試験画像生成
装置の作用及び効果について説明する。本実施形態にか
かる試験画像生成装置１０によって生成する試験画像
は、試験画像が自然画像そのものではないため、符号化
・復号化された試験画像の劣化度が視覚的に強調される
ように試験画像を設計することができる。また、試験画
像の空間周波数分布を自然画像が有する空間周波数分布
と略等しくすることで、かかる試験画像を用いて自然画
像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを決定する
ことができる。その結果、自然画像の符号化・復号化に
用いる好適なパラメタを容易に決定することが可能とな
る。

【００３０】また、本実施形態にかかる試験画像生成装
置１０は、上記式（１）及び式（２）に基づいて試験画
像を生成することで、試験画像を容易に生成することが
可能となる。

【００３１】以下、パラメタを決定する際に、試験画像
として自然画像を用いる場合と比較して、本実施形態に
かかる試験画像生成装置１０によって生成される試験画
像を用いる場合の効果についてより具体的に説明する。

【００３２】比較対象となる試験画像（以下、比較試験
画像という）として、図４に示すような自然画像を例に
挙げる。かかる比較試験画像は、静止画の評価によく用
いられる船の光景を表した自然画像である。一方、本実
施形態にかかる試験画像生成装置１０によって生成され
る試験画像（以下、本試験画像という）は、上記式
（１）及び式（２）に基づいて生成された試験画像、す
なわち、図２に示す人工画像である。

【００３３】ここで、比較試験画像の電力スペクトル分
布、本試験画像の電力スペクトル分布をそれぞれ図５
（ａ）、図５（ｂ）に示す。図５（ａ）、図５（ｂ）か
ら分かるように、本試験画像の電力スペクトル分布は、
自然画像である比較試験画像の電力スペクトル分布と極
めて類似しており、本試験画像の空間周波数分布は自然
画像が有する空間周波数分布とほぼ等しくなっているこ
とが分かる。ＤＣＴ変換による圧縮においては、画像を
周波数成分に分割し、各周波数成分毎に量子化を行って
おり、その際、高周波成分が低周波成分よりも小さいこ
とを利用して各周波数成分に対して量子化のためのビッ
トの振り分けを行っている。従って、試験画像の電力ス
ペクトル分布を自然画像の電力スペクトル分布と類似さ
せることで、各周波数成分に対して適切なビットの振り
分けが可能となる。

【００３４】続いて、本試験画像と比較試験画像とのそ
れぞれの復元画像及び差分画像を図６〜図１３に示す。
図６は、低周波成分を粗く量子化した状態における本試
験画像の復元画像である。ここで、本試験画像のエント
ロピーは０．４３２ｂｉｔ／ｐｅｌ、復元画像のＳＮ比
は３２．８ｄＢとなる。また、この場合の差分画像は図
７に示すようになる。

【００３５】図８は、高周波成分を粗く量子化した状態
における本試験画像の復元画像である。ここで、本試験
画像のエントロピーは０．４３２ｂｉｔ／ｐｅｌ、復元
画像のＳＮ比は３４．９ｄＢとなる。また、この場合の
差分画像は図９に示すようになる。

【００３６】図１０は、低周波成分を粗く量子化した状
態における比較試験画像の復元画像である。ここで、比
較試験画像のエントロピーは０．７２０ｂｉｔ／ｐｅ
ｌ、復元画像のＳＮ比は３１．９ｄＢとなる。また、こ
の場合の差分画像は図１１に示すようになる。

【００３７】図１２は、高周波成分を粗く量子化した状
態における比較試験画像の復元画像である。ここで、比
較試験画像のエントロピーは０．４４２ｂｉｔ／ｐｅ
ｌ、復元画像のＳＮ比は３２．５ｄＢとなる。また、こ
の場合の差分画像は図１３に示すようになる。

【００３８】本試験画像の復元画像と比較試験画像の復
元画像とはＳＮ比がほぼ等しいにも関わらず、比較試験
画像の復元画像においては、図１０，図１２に示すよう
に、復元画像の劣化の状態を当該復元画像から視覚的に
とらえることは困難である。一方、本試験画像の復元画
像は、図６、図８に示すように、復元画像の劣化の状態
を当該復元画像から視覚的にとらえることが可能とな
る。すなわち、低周波成分を粗く量子化した状態におけ
る本試験画像の復元画像（図６）においては、試験画像
の中央部が精度よく復元され、周辺部の劣化が顕著とな
る。一方、高周波成分を粗く量子化した状態における本
試験画像の復元画像（図８）においては、試験画像の周
辺部が精度よく復元され、中央部の劣化が顕著となる。
従って、本試験画像を用いることにより、劣化の生じる
周波数成分を特定することも可能となり、差分画像を作
成することなく復元画像のみからパラメタの調整を行う
ことが可能となる。

【００３９】また、比較試験画像を用いた場合は、復元
画像の劣化を差分画像によってとらえる場合であって
も、図１１、図１３に示すように、どの周波数成分で劣
化が生じているか等を視覚的にとらえることは容易では
なく、劣化の強調処理、人の視覚特性を考慮した補正処
理を施すことが必要となる。これに対して、本試験画像
を用いた場合は、図７，図９に示すように、低周波成分
を粗く量子化した場合と高周波成分を粗く量子化した場
合との差分画像のパターンが明瞭に異なっている。従っ
て、差分画像をとることにより復元画像の劣化度の評価
（どの周波数成分で劣化が生じているか）をさらに容易
に行うことが可能となる。その結果、劣化の強調処理、
人の視覚特性を考慮した補正処理等を施すことなく、極
めて容易にパラメタの調整を行うことが可能となる。

【００４０】上記実施形態にかかる試験画像生成装置１
０によって生成される試験画像は、図２に示したよう
に、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期
が長く、輝度差（振幅）が大きくなるように正弦波状に
濃淡を繰り返す同心円状のパタンであったが、これは、
試験画像の空間周波数分布を自然画像の空間周波数分布
と略等しくするという条件の下に、種々の変形が考えら
れる。

【００４１】例えば、中心からの距離が大きくなるに従
って繰り返し周期が長く、輝度差が大きくなるように正
弦波状に濃淡を繰り返す同心楕円状のパタンであっても
よく、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周
期が長く、輝度差が大きくなるように正弦波状に濃淡を
繰り返す同心矩形状のパタンであってもよい。

【００４２】また、中心からの距離が大きくなるに従っ
て繰り返し周期が長く、輝度差が大きくなるように三角
波状に濃淡を繰り返す同心円状等のパタンであってもよ
く、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期
が長く、輝度差が大きくなるように矩形波状に濃淡を繰
り返す同心円状等のパタンであってもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明の試験画像、本発明の試験画像生
成装置、試験画像生成方法によって生成する試験画像、
及び、本発明のパラメタ調整方法において用いる試験画
像は、自然画像そのものではないため、符号化・復号化
された試験画像の劣化が視覚的に強調されるように試験
画像を設計することができる。その結果、復元された画
像の劣化度を視覚的に評価することが可能となる。

【００４４】また、試験画像の空間周波数分布が自然画
像が有する空間周波数分布と略等しくなっていることか
ら、かかる試験画像を用いて自然画像の符号化・復号化
に用いる好適なパラメタを決定することができる。その
結果、自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメ
タを容易に決定することが可能となる。

【００４５】また、本発明の試験画像生成装置において
は、上記式（１）、式（２）に基づいて、試験画像を生
成することで、当該試験画像を容易に生成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験画像生成装置及び画像符号化・復号化装置
の構成図である。

【図２】試験画像を表す図である。

【図３】試験画像を説明する図である。

【図４】試験画像を表す図である。

【図５】試験画像の電力スペクトル分布を示す図であ
る。

【図６】復元画像を示す図である。

【図７】差分画像を示す図である。

【図８】復元画像を示す図である。

【図９】差分画像を示す図である。

【図１０】復元画像を示す図である。

【図１１】差分画像を示す図である。

【図１２】復元画像を示す図である。

【図１３】差分画像を示す図である。

【符号の説明】

１０…試験画像生成装置、１２…試験画像生成部、２０
…画像符号化・復号化装置、２２…エンコーダ、２４…
デコーダ、２６…パラメタ調整部、２８…切替スイッ
チ、３０…モニタ

フロントページの続き (72)発明者 柳平 英孝 埼玉県所沢市小手指町２−17−15 Ｆターム(参考） 5C059 KK47 MA00 MA23 MC11 NN03 PP01 PP04 SS00 UA02 UA05 5C061 BB02 BB07 CC01 5C078 AA04 BA21 CA00 DA00 DA01 DA02 EA00 9A001 EE04 EE05 HZ23 HZ27

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 符号化され、復号化された復元画像の劣
   化度を評価するために用いられる試験画像を生成する試
   験画像生成装置において、 自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数
   分布を有する試験画像を生成する試験画像生成手段を備
   えたことを特徴とする試験画像生成装置。
2. 【請求項２】 前記試験画像は、画像の略中心からの距
   離ｒの点における輝度Ｐ（ｒ）が、前記略中心からの最
   大距離ｒ_max、最高周波数成分の振幅Ａ_high、最低周波
   数成分の振幅Ａ_low、輝度の平均値Ｐ_ave、定数α、β、
   ｋを用いて、 【数１】 で表されることを特徴とする請求項１に記載の試験画像
   生成装置。
3. 【請求項３】 符号化され、復号化された復元画像の劣
   化度を評価するために用いられる試験画像を生成する試
   験画像生成方法において、 自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数
   分布を有する試験画像を生成する試験画像生成工程を備
   えたことを特徴とする試験画像生成方法。
4. 【請求項４】 前記試験画像は、 画像の略中心からの距離ｒの点における輝度Ｐ（ｒ）
   が、前記略中心からの最大距離ｒ_max、最高周波数成分
   の振幅Ａ_high、最低周波数成分の振幅Ａ_low、輝度の平
   均値Ｐ_ave、定数α、β、ｋを用いて、 【数２】 で表されることを特徴とする請求項３に記載の試験画像
   生成方法。
5. 【請求項５】 符号化され、復号化された復元画像の劣
   化度を評価するために用いられる試験画像において、 自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数
   分布を有することを特徴とする試験画像。
6. 【請求項６】 画像の略中心からの距離ｒの点における
   輝度Ｐ（ｒ）が、前記略中心からの最大距離ｒ_max、最
   高周波数成分の振幅Ａ_high、最低周波数成分の振幅Ａ
   _low、輝度の平均値Ｐ_ave、定数α、β、ｋを用いて、 【数３】 で表されることを特徴とする請求項５に記載の試験画
   像。
7. 【請求項７】 試験画像を符号化、復号化した復元画像
   の劣化度の評価に基づいて画像符号化及び画像復号化の
   パラメタを決定するパラメタ決定方法において、 前記試験画像は、自然画像が有する空間周波数分布と略
   等しい空間周波数分布を有することを特徴とするパラメ
   タ決定方法。
8. 【請求項８】 前記試験画像は、 画像の略中心からの距離ｒの点における輝度Ｐ（ｒ）
   が、前記略中心からの最大距離ｒ_max、最高周波数成分
   の振幅Ａ_high、最低周波数成分の振幅Ａ_low、輝度の平
   均値Ｐ_ave、定数α、β、ｋを用いて、 【数４】 で表されることを特徴とする請求項７に記載のパラメタ
   決定方法。