JP2001298366A - 画像データ圧縮方法、及びデータ量子化方法及び装置 - Google Patents

画像データ圧縮方法、及びデータ量子化方法及び装置

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レイ シャウミン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像圧縮のための歪み適応周波数の重み付け
方法を利用した画像データ圧縮方法を提供する。 【解決手段】 画像内コントラストを検知する視覚シス
テムの能力は、画像の歪みとコントラストパターン周波
数の関数である。視覚システムは低周波のコントラスト
パターンに対しより鋭敏である。画像がかなり歪んでい
る場合、視覚システムは、高周波よりも低周波に対し鋭
敏である。画像符号化器２６は、歪んだ再構築画像を形
成する損失の多いデータ圧縮プロセスを採用する。量子
化ステップの大きさを画像の歪みの関数として変化させ
るステップを含む画像データの量子化方法が画像の量子
化を視覚的に最適にするために開示される。もう１つの
方法は、歪み適応重み付けを用いて埋め込みビットスト
リームの符号化時に符号ブロックの切捨て限界値を変化
させ、高い周波数での圧縮における相対的な損失度を増
大させることにより画像データの圧縮を視覚的に最適化
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像データ圧縮方
法及びデータ量子化方法及び装置に関し、より詳細に
は、歪み適応周波数の重み付け方法を利用した画像デー
タ圧縮方法及びデータ量子化方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】通信システムは、ソースで生成された情
報を情報シンクで使用するために任意目的地に伝送する
ために用いられる。ソース符号化、すなわちデータ圧縮
は、ソースの出力を、通信システムが伝送又は蓄積すべ
きデータ量を削減するフォーマットに符号化するプロセ
スである。データの圧縮は、無損失方法又は損失方法又
は両方を組み合わせた方法で達成できる。損失圧縮の目
的は、ソースから得られた情報中の余分及び無関係なデ
ータを除去することである。
【０００３】動画は動画シーケンスの相連続する画像間
の類似部分に時間的に余分なデータを含んでおり、動画
シーケンスの個別画像内の画素パターンと画素間の類似
部分に空間的に余分なデータを含んでいる。時間的に余
分なデータは、相連続する画像間の類似を特定し、これ
らの類似と先行画像を用いて後続画像を予測することに
より削減できる。空間的に余分なデータは、画像の平面
領域における画素の類似又は画像パターン領域内の主周
波数の存在を特徴としている。空間的に余分なデータの
削減は、画像データの変換、量子化及びエントロピー符
号化のステップにより通常達成される。変換により、原
画像信号を複数の変換係数に変換し、続く量子化及びエ
ントロピー符号化の段階のための画像を効率よく表現す
る。変換後、変換係数は制限された数の可能なデータ値
にマッピング、すなわち量子化される。量子化データ
は、より頻繁に発生するデータシンボル又はシンボル列
を記述するためにより短い符号を用いる無損失エントロ
ピー符号化によりさらに圧縮される。
【０００４】量子化は損失の大きいプロセスであり、動
画データの全圧縮の大部分は、量子化期間におけるデー
タの破棄により達成される。この損失圧縮は、データの
一部は本質的でなく破棄しても、再構築される画像の知
覚される画質に不当な影響を与えることがないと云う仮
定に基づいている。事実、人間視覚システム（ＨＶＳ）
の特性により、画像情報を表現するデータの大部分は視
覚システムとは無関係であり、人間の視知覚の閾値を超
えることなく破棄することができる。圧縮プロセスの損
失度が増加するに従って、より多くのデータが破棄さ
れ、伝送又は蓄積されるデータが減少するが、原画像と
圧縮後画像間の差、又は画像の歪みと、その歪みが視覚
的に知覚され不快感を与えるようになる尤度とが増大す
る。
【０００５】人間の視知覚の１つの測度は、低コントラ
ストパターンの可視限界を表現するコントラスト感度で
ある。コントラストは、画像パターンの２点間の強度差
である。コントラストに対する視感度は、視距離、照度
レベルに影響され、目における受光部の数が限られてい
るために、コントラストパターンの空間周波数に影響さ
れる。コントラスト感度は、コントラストが特定目視条
件下で人間が信号を検出できる“丁度それとわかる差
異：just noticeable difference（ＪＮＤ）”に到達す
るまでテスト周波数の基底関数を増大することにより確
定する。図６は、ＪＮＤを作図したもので、人間のコン
トラスト感度を特定目視条件に対する視覚刺激空間周波
数の関数として表現するコントラスト感度関数（ＣＳ
Ｆ）１０を示す。人間の目は高周波パターンに対する感
度が低いので、画像の高周波成分は低周波数成分よりも
粗く量子化できる。すなわち、画像の高周波成分は破棄
しても、画像の人の知覚への影響は少ない。
【０００６】周波数の重み付けは、コントラスト感度関
数（ＣＳＦ）の特長を生かすために離散余弦変換（ＤＣ
Ｔ）及びウェーブレットベースの画像圧縮システムの両
方に共通に使用するデータ圧縮を視覚的に最適化する技
法である。ＣＳＦ周波数の重み付けは、線形量子化を実
施する前に変換によって生成した係数をスケーリングす
るために用いられてきた。他方で、ＣＳＦ周波数の重み
付けは、画像を構成する種々の周波数帯域に用いられる
可変サイズの量子化ステップを生み出すために適用でき
る。第３の技法において、ＣＳＦ周波数の重み付けは、
異なる周波数帯域に由来するサブビットストリームを最
終埋め込みビットストリームに組み込む順番を制御する
ために用いることができる。ＣＳＦは、特定の目視条件
に対して一意に定められると考えられてきた。
【０００７】しかしながら、ＣＳＦは視覚的にほぼ無損
失の条件下で決定され、観察結果によれば、人間視覚シ
ステムのコントラスト感度は画像の歪みの影響を受け、
画像の歪みはデータ圧縮効率によって逆に影響される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のごとき
実状に鑑みてなされたものであり、高い効率のデータ圧
縮を採用するシステムにおいて低いデータレートで有効
な画像データソース符号化を視覚的に最適化するため
の、歪み適応周波数の重み付け方法を利用した画像デー
タ圧縮方法及びデータ量子化方法及び装置を提供するこ
とをその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の技術手段は、量子
化ステップの大きさを画像の歪みの関数として変化させ
るステップを含んでなる画像データ圧縮方法であって、
該ステップは、前記歪みのピークから平均への振幅が少
なくとも基底関数の周波数検出閾値に等しい場合に、第
１量子化ステップに含まれているより低い周波数の変換
係数値の範囲を、第２量子化ステップに含まれているよ
り高い周波数の変換係数値の範囲に対して相対的に減少
させるステップを含んでなることを特徴としたものであ
る。
【００１０】第２の技術手段は、（ａ）１つの画像デー
タを１つのデータ変換係数に変換するステップと、
（ｂ）画像の歪みを測定するステップと、（ｃ）前記画
像の前記歪みの関数として、量子化ステップの低周波数
限界と高周波数限界の間に含まれる複数の変換係数の範
囲を変化させるステップと、（ｄ）前記１つのデータ変
換係数を含む変換係数の範囲を含んでなる量子化ステッ
プを特定するステップと、（ｅ）前記１つのデータ変換
係数を、前記量子化ステップに含まれる前記範囲の前記
変換係数を表わす量子化器インデックスで代替するステ
ップとを含んでなることを特徴としたものである。
【００１１】第３の技術手段は、第２の技術手段におい
て、前記変換係数の範囲を前記画像データの歪みの関数
として変化させる前記ステップは、前記歪みのピークか
ら平均への振幅が少なくとも基底関数の周波数検出閾値
に等しい場合に、第１量子化ステップに含まれているよ
り低い周波数の変換係数値の範囲を、第２量子化ステッ
プに含まれているより高い周波数の変換係数値の範囲に
対して相対的に減少させるステップを含んでなることを
特徴としたものである。
【００１２】第４の技術手段は、（ａ）画像を表わすデ
ータを複数の画像データ周波数サブバンドに分割するス
テップと、（ｂ）前記データを複数の変換係数に変換す
るステップと、（ｃ）前記変換係数を、各々最上位ディ
ジットから最下位ディジットまで配列した複数のディジ
ットを含んでなる複数の量子化器インデックスにマッピ
ングするステップと、（ｄ）画像データ周波数サブバン
ドを表わす前記量子化器インデックスの前記最上位ディ
ジットをビットストリームに追加するステップと、
（ｅ）前記量子化器インデックスのより下位のディジッ
トに対して、前記画像データ周波数サブバンドに対する
切捨て制限値で規定された上位ディジットの数に達する
までステップ（ｄ）を反復するステップと、（ｆ）少な
くとも２つの前記画像データ周波数サブバンドに対する
前記切捨て制限値を前記画像の歪みの関数として変化さ
せるステップとを含んでなることを特徴としたものであ
る。
【００１３】第５の技術手段は、第４の技術手段におい
て、前記切捨て制限値を前記画像データ周波数サブバン
ドで表わされた前記画像データの周波数の関数として変
化させるステップをさらに含んでなることを特徴とした
ものである。
【００１４】第６の技術手段は、第４の技術手段におい
て、少なくとも２つの前記画像データ周波数サブバンド
に対する前記切捨て制限値を前記画像の歪みの関数とし
て変化させる前記ステップは、前記画像の歪みの増大に
応じて、より低い周波数の画像サブバンドに対する前記
ビットストリームに加えた上位ディジットの数を、より
高い周波数の画像サブバンドに対する前記ビットストリ
ームに加えた上位ディジットの数に対して相対的に増大
させるために、前記切捨て制限値を変化させることを含
んでなることを特徴としたものである。
【００１５】第７の技術手段は、第６の技術手段におい
て、前記切捨て制限値を前記画像データ周波数サブバン
ドで表わされた前記画像データの周波数の関数として変
化させるステップをさらに含んでなることを特徴とした
ものである。
【００１６】第８の技術手段は、画像ソース符号化装置
のためのデータ量子化装置であって、（ａ）変換係数
を、量子化器ステップを拘束する制限値と比較する比較
手段（比較器）と、（ｂ）前記画像データのより低い周
波成分を表わす変換係数に適用する前記量子化器ステッ
プの前記制限値の分割を、前記画像データのより高い周
波成分を表わす変換係数に適用する前記量子化器ステッ
プの前記制限値の分割に対して相対的に減少させる重み
付け手段（重み付け素子）とを含んでなることを特徴と
したものである。
【００１７】第９の技術手段は、第８の技術手段におい
て、前記画像データのより低い周波数成分を表わす変換
係数に適用する前記量子化器ステップの前記制限値の分
割は、前記画像データのより高い周波数成分を表わす変
換係数に適用する前記量子化器ステップの前記制限値の
分割よりも相対的に小さいことを特徴としたものであ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は画像通信システムのブロッ
ク図で、図中、２０は通信システムを示す。通信システ
ム２０において、ソース２２で発生した情報は使用目的
値であるシンク２４に伝送される。伝送又は蓄積される
データ量を削減し、通信システム２０の所要データ伝送
時間を低減するために、ソース２２により出力されたデ
ータは最初にソース符号化器２６により圧縮される。ソ
ース符号化器はソース２２から得たデータ量を削減する
ために、通常、無損失プロセス（ロスレスプロセス）と
損失プロセス（ロス型プロセス）を適用する。例えば、
ソース２２の出力がほぼ同一のフレームより成る動画シ
ーケンスであれば、伝送データ量とデータ伝送時間は、
基準フレーム及び基準フレームと後続フレーム間の差分
を伝送することにより削減できる。ソース符号化器２６
の出力はチャネル符号化器２８に入力され、チャネル符
号化器２８は冗長度をデータストリームに追加して、伝
送３０により発生するデータの誤りを検出し又は目的地
のチャネル復号器３２において誤りを訂正できるように
する。ソース復号器３４は、ソース符号化プロセスを逆
にし、例えば、エントロピー復号器３３におけるエント
ロピー復号、逆量子化器３５における逆量子化及び逆変
換復号器３７における逆変換を行い、シンク２４で使用
するためにソース２２より出力された原情報を再構築す
る。ソース符号化が損失圧縮プロセスを含んでいる場
合、ソース２２より出力された原情報の一部がソース符
号化時に破棄され、ソース復号器３４の出力は原情報が
近似されたものになる。ソース２２から得られた情報が
画像であった場合、再構築された画像は原画像の歪みバ
ージョンとなる。
【００１９】画像をディジタルに表現するために必要な
データ量は多大であり、ディジタル画像及びディジタル
動画は損失データ圧縮をしなければ多くの用途に適用不
能である。ディジタル動画ソース符号化器２６の目的
は、動画シーケンスの順次画像間の時間的に余分な情報
と動画シーケンスの個別画像内の空間的に余分な情報を
削減することである。ソース符号化器２６内で、動画シ
ーケンスの変換符号化３６，量子化３８及びエントロピ
ー符号化４０の処理を行う。変換モジュール（変換符号
化器）３６において、可逆変換を用いて、画像を記述す
る空間ドメイン信号を複数の変換係数に変換する。得ら
れた変換係数アレイは、画像データを構成する構成周波
数の大きさを表わしている。離散余弦変換（ＤＣＴ）と
ウェーブレット変換は、個別画像の空間データを符号化
するために共通に用いられ、イントラフレーム符号化又
はイントラ符号化と呼ばれる。順次画像間の差もソース
符号化器２６において分離し、これらの差分又は残差デ
ータを表わすデータに変換を適用する。変換は無損失プ
ロセスである。同様に、ソース符号化器２６中のエント
ロピー符号化器４０におけるエントロピー符号化も無損
失プロセスである。エントロピー符号化は、量子化デー
タを圧縮するためのランレングス符号化、可変長符号化
及び算術符号化を含んでいる。エントロピー符号化でデ
ータ量が削減されるが、画像及び動画の多くの用途に用
いるには圧縮はまだ不十分である。
【００２０】大部分のデータ圧縮は、量子化時に画像デ
ータを破棄、又は、変換画像データを制限された数の可
能なデータ値に量子化器３８内でマッピングした結果で
ある。変換３６によって生成された変換係数４２は量子
化器３８に入力され、量子化インデックス４４が出力さ
れエントロピー符号化器４０に送られる。図２は画像量
子化器の量子化ステップと変換関数例の量子化を示す図
である。例えば、変換係数６０が、線形量子化ステップ
サイズ６４（ｗＱ）（ｗは量子化ステップの大きさを調
節するために使用できる重み付け因数である）を有す
る、例えば量子化器３８に入力される。例えば、量子化
ステップのサイズは、コントラスト感度関数（ＣＳＦ）
の有利さを生かすために、入力変換係数６０により表現
される画像信号成分周波数の関数として調節することが
できる。重み付け因数は、量子化テーブル４６に蓄積で
きる。図２に示す中点一様の閾値をもつ量子化器に加
え、例えば、非線形なステップサイズ、デッドゾーン及
びステップの中心に出力インデックスを含む量子化器等
を動画符号化に使用することができる。
【００２１】量子化器３８において、変換係数６０の値
を種々の量子化ステップの制限又は境界値範囲内の値と
比較し、中点一様閾値の量子化器の場合、入力変換係数
６０を包括する境界を有する量子化ステップ範囲の中点
値を該当する量子化器インデックス６２として出力す
る。量子化は損失プロセスであり、変換係数を正確に記
述するデータを破棄して該当する量子化インデックス４
４を生成する。量子化期間に破棄されたデータ量は、レ
ベル数に依存する。従って、最小及び最大変換係数間の
入力を記述するために量子化器３８において可能なステ
ップサイズ６４に依存する。ステップ６４（ｗＱ）の大
きさが大きいほど、多数のデータが破棄され、圧縮効率
が増大してデータレートが低減するが、再構築画像は原
画像より粗い近似画像又はより歪んだ複写像となる。
【００２２】量子化器３８のさらなる機能は、符号化器
に対するレート制御である。大抵の通信システムは、相
対的に一定なデータレートを要求する。他方、動画ソー
ス符号化は、フレーム間及びフレーム内符号化画像毎の
符号化データ量の差による固有の可変データレートを有
している。データレートを制御し、システムの失敗を避
けるために、量子化器３８の出力をバッファ４８に一時
的に蓄積することができる。バッファ４８内のデータ量
はフィードバック回路５０で量子化器３８に送られる。
バッファ４８が充満又は空になるにつれて、量子化ステ
ップの大きさが各々増大又は減少し、破棄されるデータ
が各々増大又は減少する。その結果、量子化器３８の出
力におけるデータレートは、バッファ４８のオーバフロ
ー又はアンダーフローが生じてデータの損失が生じない
ように変化させる。
【００２３】図３は、ウェーブレット変換用の基底歪み
関数の一例を示す図、図４は重み付け関数の一例を示す
図、図５はウェーブレット圧縮と埋め込みビットストリ
ーム編成の概略図、図６はコントラスト感度関数の一例
を示す図である。図５を参照すると、ウェーブレットベ
ースの圧縮の場合、データの削減は、種々の周波数サブ
バンドにおいて発生するサブビットストリームを最終埋
め込みビットストリームに編成する順番を制御すること
によっても達成できる。ウェーブレット圧縮プロセスに
おいて、画像１００をフィルタ処理して複数解像度レベ
ルの各レベル毎に複数の周波数サブバンド１０２にサブ
サンプリングすることにより、分解する。変換後、得ら
れたウェーブレット係数を量子化又は複数の量子化ステ
ップ内に含まれる係数範囲を表わす量子化器のインデッ
クスにマッピングする。
【００２４】種々の形式の量子化器を用いることができ
る。例えば、規格ＪＰＥＧ２０００では、原画像に関し
固定デットバンドを有する一様スカラー量子化器を規定
している。この量子化器での量子化は、量子化ステップ
の大きさで各ウェーブレット係数を分割し切り捨てて丸
めることにより達成する。その結果は、各符号ブロック
１０４に対する多重のディジット量子化インデックスで
あり、エントロピー符号化用のサブバンドの基本空間分
割である。各サブバンドは、ビットプレーンとして知ら
れている、各量子化インデックスからの１つのディジッ
ト、すなわちビット１０５より成る二値アレイのシーケ
ンスであると考えることができる。第１ビットプレーン
１０６は、サブバンドの符号ブロックに対する全量子化
インデックスの最上位ビット（最も有意なビット：ＭＳ
Ｂ）のアレイより成る。第２ビットプレーン１０８は、
次に有意なビットアレイより成り、以下、最終ビットプ
レーン１１０はインデックスの最下位ビット（最も有意
でない：ＬＳＢ）より成る。順次ビットプレーンを構成
するビット値を走査してビットストリームを符号化す
る。各ビットプレーンを走査するに従い、さらなる情報
（各符号ブロックの次に最上位の（有意な）ビット）が
符号ブロックに対し符号化される。これに反し、符号化
器は何時でも符号化を中止し、符号化しなかった有意度
の低いビットプレーンで表現される情報を破棄すること
ができる。画質レイヤは、種々のビットプレーンのデー
タに適用する切捨て制限値を変えることにより埋め込み
ビットストリーム中で符号化することができる。
【００２５】データの破棄により圧縮効率は向上する
が、原画像と再構築画素間の差が大きくなり又は誤りが
増え画像を歪ませる。他方、人間視覚システム（ＨＶ
Ｓ）の限界により、一部のデータは知覚される画質に影
響が少ないか全く影響なく破棄することができる。さら
に、ＨＶＳの特性によれば、或る特定の画像データを破
棄することにより生じる知覚画質への影響は、他の画像
データを破棄することにより生じる影響より重要とな
る。
【００２６】ソース符号化プロセスの画像最適化は、視
覚システムの知覚特性を利用して、圧縮により生じるデ
ータレートの低減に対し知覚される画質のバランスをと
る。図６は、コントラスト感度と空間周波数との関係を
表わす相対コントラスト感度関数を示している。コント
ラスト感度は、低コントラストパターンに対する視感度
の限界を示すもので、視距離、照度レベル及びコントラ
ストパターンの空間周波数の関数である。このコントラ
スト感度関数は、異なる周波数の正弦波基底関数の振幅
を、各基底関数の最大振幅と最小振幅間のコントラスト
が特定条件下で目視する際の人間の視感度の丁度それと
わかる差異（ＪＮＤ）に達するまで、増大させることに
より確定する。人間の目は高い周波数信号に対する感度
が低いので、画像の高周波数成分は粗く量子化又は破棄
しても画像の人間の知覚に対する影響が少ない。
【００２７】人間視覚システムのコントラスト感度を利
用する１つの技法は、量子化器３８の量子化ステップサ
イズの周波数重み付けである。量子化器のステップサイ
ズは、適当な量子化器のステップ６４に対する重み係数
（ｗ）を変えることにより重み付けする。量子化ステッ
プサイズは、量子化ステップ６４の重み（ｗ）i（ここ
でｗ＝１／ｗi）を変えることにより、コントラスト感
度関数（ＣＳＦ）の作用に対して重み付けることができ
る。尚、ｗiは下式に等しい。 ｗi＝ｋ／Ｔi、 ここで、ｗiはＣＳＦ重み付け係数で、Ｔiはｉ番の周波
数に対するコントラスト検出閾値で、ｋは定数正規化係
数である。
【００２８】コントラスト感度の重み付けは、量子化器
に入力された変換係数４２に重み付けすることによって
も達成できる。同様に、周波数の重み付けは、画像の種
々の周波数成分を表現するサブバンドの符号ブロックに
対し符号化されたビット数を変更する重み付け係数を用
いて実現してもよい。
【００２９】しかしながら、動画システムの出力を観察
した結果、本発明者は、空間周波数、視距離及び照度の
他に、人間視覚システムのコントラスト感度は、画像の
歪みにも鋭敏であるとの結論に達した。システムの低い
ビット転送速度と関係する大きな歪み条件下において、
人間視覚システムは、高周波エラーに対し相対的に感度
が低く、低周波画像成分におけるエラーに対しては、コ
ントラスト感度関数が確定されるほぼ視覚的に無損失の
条件における場合よりも、感度が高い。従って、データ
レートが減少し歪みが増大するに従い、低周波数におけ
る損失と比較して高周波数における圧縮の損失度を上げ
ることにより、知覚される画像の画質を改善できる。
【００３０】ＣＳＦは、歪み信号が小さい視覚的に無損
失に近い条件下で、全ての周波数に対する検出閾値のオ
ーダで、ある大きさをもって確定する。しかしながら、
低いシステムデータレートの場合、量子化器３８で画像
データのかなりの部分が破棄される結果、歪み信号は通
常大きい。その結果、システムのデータレートが減少す
るに従い、歪み信号は目立つようになる。
【００３１】図３は、ウェーブレットベースの圧縮プロ
セスの場合の有効な基底歪み関数８０の例を示してい
る。有効な基底歪み関数８０は、ｉ番目のサブバンドに
対する単位ピーク対平均振幅値とｉ番目のサブバンド周
波数における基底関数用検出閾値（Ｔi）に関し正規化
した歪み（ｄi）との基底関数ｆi（ｘ）の積である。有
効な基本歪み関数は次式で定義される。 ｇ（ｘ；ｄ）＝ｄiｆi（ｘ）、 ここで｜ｄiｆi（ｘ）｜＞１であり、さもなくば０に等
しい。
【００３２】正規化視感度検出閾値（１／ｄ）８２を超
える有効基底歪み関数８０の部分は、可視である。歪み
が増大し、歪みと基底関数８６の積の絶対値が検出レベ
ル８２を超えると当初基底関数のサイドローブ８４が可
視になる。サイドローブ８４は基底関数の周波数が低減
するに従い可視度が増大する。
【００３３】低周波数と低ビットレートにおける基底関
数のサイドローブ８４の増大した可視度を補償するため
に、コントラスト感度関数の重みを下記のように調節す
る。 Ｗi′＝Ｗiλi、 ここで、Ｗi′は調節したコントラスト感度の重み、Ｗi
はコントラスト感度の重み、λiは低ビットレートの補
償回数、ｉはｉ番目の周波数サブバンドである。
【００３４】
【式１】
【００３５】ｄi＞１であれば、０＜ｐ＜∞であり、ｄi
＜１であれば、λ（ｄi）＝１である。
【００３６】図４に示すように、歪み、即ち各基底関数
の歪みのピークから平均への振幅値が周波数検出閾値
（Ｔi）より小さい（即ち、ｄiが１より小さい）場合
は、基底関数のサイドローブの潜在的知覚度に対して補
償９０は行わない。これに反し、基底関数の歪みのピー
ク対平均振幅値が周波数検出閾値（Ｔi）より大きい場
合、周波数検出閾値（Ｔi）より大きい周波数を持つ基
底関数部分は、可視の歪みを生じるので補償を行う。そ
の結果として、補償関数９０による補償は歪み閾値９４
（ｄi＝１）より低い全ての周波数に対し共通して一定
値９２（６０）である。閾値９４以上の歪みの場合、補
償は最大値９６（ｂ1）に収束する補償値をもって行
う。
【００３７】歪み適応画像周波数の重み付けにより、歪
み信号の瞬時正規化ピーク対平均値振幅に基づいてコン
トラスト感度関数に対する周波数の重みを調節すること
ができる。歪み適応画像周波数の重み付けは、画像の高
周波及び低周波成分を表わす変換係数に適用する量子化
器ステップの相対的サイズを変化させるために用いるこ
とができる。画像の歪みが増大するに従い、量子化器ス
テップの上限と下限の間の変換係数範囲を、より高い周
波数をマッピングさせた量子化ステップに含まれる変換
係数範囲に比較し、より低い周波数に対して減少させ
る。別の方法では、量子化器ステップの相対サイズを、
歪みが閾値の歪みを超える場合に変更することができ
る。歪みはデータレートが減少するに従い増大するの
で、歪み適応周波数の重み付けは、データレート又はレ
ート変化を超えるデータレートの変化に対して応じるこ
とができる。同様に、量子化前の変換係数値を歪みに応
じて調節することができる。第３の技法において、歪み
適応画像周波数の重み付けを、埋め込み符号化プロセス
時に適用し、例えば、画質レイヤに対するビットストリ
ームの順序を制御することや、非常に低いビットレート
での符号化時に最大量の調節又は最も積極的な重み付け
を実施することができる。歪み適応画像周波数の重み付
けは、非常に低いビットレートでの埋め込みではない符
号化にも適用できる。補償因数を保持する重み付けテー
ブルは、目標となる視覚的に正規化された歪みを生成す
るように確定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像通信システムの一例を示すブロック図であ
る。
【図２】画像量子化器の量子化ステップと変換関数の量
子化の一例を示す図である。
【図３】ウェーブレット変換用の基底歪関数を示す図で
ある。
【図４】重み付け関数の一例を示す図である。
【図５】ウェーブレット圧縮と埋め込みビットストリー
ム編成の概略図である。
【図６】コントラスト感度関数（ＣＳＦ）の一例を示す
図である。
【符号の説明】
２０…通信システム、２２…ソース、２４…シンク、２
６…ソース符号化器、２８…チャネル符号化器、３２…
チャネル復号器、３３…エントロピー復号器、３４…ソ
ース復号器、３５…逆量子化器、３６…変換符号化器、
３７…変換復号器、３８…量子化器、４０…エントロピ
ー符号化器、４２，６０…変換係数、４４，６２…量子
化インデックス、４６…量子化テーブル、４８…バッフ
ァ、５０…バッファ、５０…フィードバック回路、６４
…線形量子化ステップサイズ、８０…基底歪み関数、８
２…検出閾値、８４…基底関数のサイドローブ、８６…
基底関数、９０…補償関数、９２…最小値、９４…歪み
閾値、９６…最大値、１００…画像、１０２…周波数サ
ブバンド、１０４…符号ブロック、１０５…ディジッ
ト、１０６…第１ビットプレーン、１０８…第２ビット
プレーン、１１０…最終ビットプレーン。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年６月６日（２００１．６．６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１６ 】 前記切捨て制限値を前記画像データ周
波数サブバンドで表わされた前記画像データの周波数の
関数として変化させるステップをさらに含んでなること
を特徴とする請求項１５に記載の画像圧縮方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の技術手段は、量子
化ステップの大きさを画像の歪みの関数として変化させ
るステップを含んでなることを特徴としたものである。
第２の技術手段は、第１の技術手段において、量子化ス
テップの大きさを画像の歪みの関数として変化させる前
記ステップは、前記画像の前記歪みの増大に応じて、第
１量子化ステップに含まれているより低い周波数の変換
係数値の範囲を、第２量子化ステップに含まれているよ
り高い周波数の変換係数値の範囲に対して相対的に減少
させるステップを含んでなることを特徴としたものであ
る。第３の技術手段は、量子化ステップの大きさを画像
の歪みの関数として変化させる前記ステップは、前記画
像の前記歪みが閾値歪みを超える時に、第１量子化ステ
ップに含まれているより低い周波数の変換係数値の範囲
を、第２量子化ステップに含まれているより高い周波数
の変換係数値の範囲に対して相対的に減少させるステッ
プを含んでなることを特徴としたものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】第４の技術手段は、第１の技術手段におい
て、量子化ステップの大きさを画像の歪みの関数として
変化させる前記ステップは、データレートの減少に応じ
て、第１量子化ステップに含まれているより低い周波数
の変換係数値の範囲を、第２量子化ステップに含まれて
いるより高い周波数の変換係数値の範囲に対して相対的
に減少させるステップを含んでなることを特徴としたも
のである。第５の技術手段は、第１の技術手段におい
て、量子化ステップの大きさを画像の歪みの関数として
変化させる前記ステップは、データレートの減少が閾値
の減少を超える時に、第１量子化ステップに含まれてい
るより低い周波数の変換係数値の範囲を、第２量子化ス
テップに含まれているより高い周波数の変換係数値の範
囲に対して相対的に減少させるステップを含んでなるこ
とを特徴としたものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】第６の技術手段は、第１の技術手段におい
て、量子化ステップの大きさを画像の歪みの関数として
変化させる前記ステップは、前記歪みのピークから平均
への振幅が少なくとも基底関数の周波数検出閾値に等し
い場合に、第１量子化ステップに含まれているより低い
周波数の変換係数値の範囲を、第２量子化ステップに含
まれているより高い周波数の変換係数値の範囲に対して
相対的に減少させるステップを含んでなることを特徴と
したものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】第７の技術手段は、（ａ）１つの画像デー
タを１つのデータ変換係数に変換するステップと、
（ｂ）画像の歪みを測定するステップと、（ｃ）前記画
像の前記歪みの関数として、量子化ステップの低周波数
限界と高周波数限界の間に含まれる複数の変換係数の範
囲を変化させるステップと、（ｄ）前記１つのデータ変
換係数を含む変換係数の範囲を含んでなる量子化ステッ
プを特定するステップと、（ｅ）前記１つのデータ変換
係数を、前記量子化ステップに含まれる前記範囲の前記
変換係数を表わす量子化器インデックスで代替するステ
ップとを含んでなることを特徴としたものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】第８の技術手段は、第７の技術手段におい
て、前記変換係数の範囲を前記画像データの歪みの関数
として変化させる前記ステップは、前記画像データの前
記歪みの増大に応じて、第１量子化ステップに含まれて
いるより低い周波数の変換係数値の範囲を、第２量子化
ステップに含まれているより高い周波数の変換係数値の
範囲に対して相対的に減少させるステップを含んでなる
ことを特徴としたものである。第９の技術手段は、第７
の技術手段において、前記変換係数の範囲を前記画像デ
ータの歪みの関数として変化させる前記ステップは、前
記画像の前記歪みが閾値歪みを超える時に、第１量子化
ステップに含まれているより低い周波数の変換係数値の
範囲を、第２量子化ステップに含まれているより高い周
波数の変換係数値の範囲に対して相対的に減少させるス
テップを含んでなることを特徴としたものである。第１
０の技術手段は、第７の技術手段において、前記変換係
数の範囲を前記画像データの歪みの関数として変化させ
る前記ステップは、前記歪みのピークから平均への振幅
が少なくとも基底関数の周波数検出閾値に等しい場合
に、第１量子化ステップに含まれているより低い周波数
の変換係数値の範囲を、第２量子化ステップに含まれて
いるより高い周波数の変換係数値の範囲に対して相対的
に減少させるステップを含んでなることを特徴としたも
のである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】第１１の技術手段は、第７の技術手段にお
いて、前記変換係数の範囲を前記画像データの歪みの関
数として変化させる前記ステップは、データレートの減
少に応じて、第１量子化ステップに含まれているより低
い周波数の変換係数値の範囲を、第２量子化ステップに
含まれている高い周波数の変換係数値の範囲に対して相
対的に減少させるステップを含んでなることを特徴とし
たものである。第１２の技術手段は、第７の技術手段に
おいて、前記変換係数の範囲を前記画像データの歪みの
関数として変化させる前記ステップは、データレートの
減少が閾値の減少を超える時に、第１量子化ステップに
含まれているより低い周波数の変換係数値の範囲を、第
２量子化ステップに含まれているより高い周波数の変換
係数値の範囲に対して相対的に減少させるステップを含
んでなることを特徴としたものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】第１３の技術手段は、（ａ）画像を表わす
データを複数の画像データ周波数サブバンドに分割する
ステップと、（ｂ）前記データを複数の変換係数に変換
するステップと、（ｃ）前記変換係数を、各々最上位デ
ィジットから最下位ディジットまで配列した複数のディ
ジットを含んでなる複数の量子化器インデックスにマッ
ピングするステップと、（ｄ）画像データ周波数サブバ
ンドを表わす前記量子化器インデックスの前記最上位デ
ィジットをビットストリームに追加するステップと、
（ｅ）前記量子化器インデックスのより下位のディジッ
トに対して、前記画像データ周波数サブバンドに対する
切捨て制限値で規定された上位ディジットの数に達する
までステップ（ｄ）を反復するステップと、（ｆ）少な
くとも２つの前記画像データ周波数サブバンドに対する
前記切捨て制限値を前記画像の歪みの関数として変化さ
せるステップとを含んでなることを特徴としたものであ
る。第１４の技術手段は、第１３の技術手段において、
前記切捨て制限値を前記画像データ周波数サブバンドで
表わされた前記画像データの周波数の関数として変化さ
せるステップをさらに含んでなることを特徴としたもの
である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】第１５の技術手段は、第１３の技術手段に
おいて、少なくとも２つの前記画像データ周波数サブバ
ンドに対する前記切捨て制限値を前記画像の歪みの関数
として変化させる前記ステップは、前記画像の歪みの増
大に応じて、より低い周波数の画像サブバンドに対する
前記ビットストリームに加えた上位ディジットの数を、
より高い周波数の画像サブバンドに対する前記ビットス
トリームに加えた上位ディジットの数に対して相対的に
増大させるために、前記切捨て制限値を変化させること
を含んでなることを特徴としたものである。第１６の技
術手段は、第１５の技術手段において、前記切捨て制限
値を前記画像データ周波数サブバンドで表わされた前記
画像データの周波数の関数として変化させるステップを
さらに含んでなることを特徴としたものである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】第１７の技術手段は、画像ソース符号化装
置のためのデータ量子化装置であって、（ａ）変換係数
を、量子化器ステップを拘束する制限値と比較する比較
手段と、（ｂ）前記画像データのより低い周波成分を表
わす変換係数に適用する前記量子化器ステップの前記制
限値の分割を、前記画像データのより高い周波数成分を
表わす変換係数に適用する前記量子化器ステップの前記
制限値の分割に対して相対的に減少させる重み付け手段
とを含んでなることを特徴としたものである。第１８の
技術手段は、第１７の技術手段において、前記画像デー
タのより低い周波数成分を表わす変換係数に適用する前
記量子化器ステップの前記制限値の分割は、前記画像デ
ータのより高い周波数成分を表わす変換係数に適用する
前記量子化器ステップの前記制限値の分割よりも相対的
に小さいことを特徴としたものである。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 量子化ステップの大きさを画像の歪みの
    関数として変化させるステップを含んでなる画像データ
    圧縮方法であって、該ステップは、前記歪みのピークか
    ら平均への振幅が少なくとも基底関数の周波数検出閾値
    に等しい場合に、第１量子化ステップに含まれているよ
    り低い周波数の変換係数値の範囲を、第２量子化ステッ
    プに含まれているより高い周波数の変換係数値の範囲に
    対して相対的に減少させるステップを含んでなることを
    特徴とする画像データ圧縮方法。
  2. 【請求項２】 （ａ）１つの画像データを１つのデータ
    変換係数に変換するステップと、（ｂ）画像の歪みを測
    定するステップと、（ｃ）前記画像の前記歪みの関数と
    して、量子化ステップの低周波数限界と高周波数限界の
    間に含まれる複数の変換係数の範囲を変化させるステッ
    プと、（ｄ）前記１つのデータ変換係数を含む変換係数
    の範囲を含んでなる量子化ステップを特定するステップ
    と、（ｅ）前記１つのデータ変換係数を、前記量子化ス
    テップに含まれる前記範囲の前記変換係数を表わす量子
    化器インデックスで代替するステップとを含んでなるこ
    とを特徴とする画像データ量子化方法。
  3. 【請求項３】 前記変換係数の範囲を前記画像データの
    歪みの関数として変化させる前記ステップは、前記歪み
    のピークから平均への振幅が少なくとも基底関数の周波
    数検出閾値に等しい場合に、第１量子化ステップに含ま
    れているより低い周波数の変換係数値の範囲を、第２量
    子化ステップに含まれているより高い周波数の変換係数
    値の範囲に対して相対的に減少させるステップを含んで
    なることを特徴とする請求項２に記載の画像データ量子
    化方法。
  4. 【請求項４】 （ａ）画像を表わすデータを複数の画像
    データ周波数サブバンドに分割するステップと、（ｂ）
    前記データを複数の変換係数に変換するステップと、
    （ｃ）前記変換係数を、各々最上位ディジットから最下
    位ディジットまで配列した複数のディジットを含んでな
    る複数の量子化器インデックスにマッピングするステッ
    プと、（ｄ）画像データ周波数サブバンドを表わす前記
    量子化器インデックスの前記最上位ディジットをビット
    ストリームに追加するステップと、（ｅ）前記量子化器
    インデックスのより下位のディジットに対して、前記画
    像データ周波数サブバンドに対する切捨て制限値で規定
    された上位ディジットの数に達するまでステップ（ｄ）
    を反復するステップと、（ｆ）少なくとも２つの前記画
    像データ周波数サブバンドに対する前記切捨て制限値を
    前記画像の歪みの関数として変化させるステップとを含
    んでなることを特徴とする画像圧縮方法。
  5. 【請求項５】 前記切捨て制限値を前記画像データ周波
    数サブバンドで表わされた前記画像データの周波数の関
    数として変化させるステップをさらに含んでなることを
    特徴とする請求項４に記載の画像圧縮方法。
  6. 【請求項６】 少なくとも２つの前記画像データ周波数
    サブバンドに対する前記切捨て制限値を前記画像の歪み
    の関数として変化させる前記ステップは、前記画像の歪
    みの増大に応じて、より低い周波数の画像サブバンドに
    対する前記ビットストリームに加えた上位ディジットの
    数を、より高い周波数の画像サブバンドに対する前記ビ
    ットストリームに加えた上位ディジットの数に対して相
    対的に増大させるために、前記切捨て制限値を変化させ
    ることを含んでなることを特徴とする請求項４に記載の
    画像圧縮方法。
  7. 【請求項７】 前記切捨て制限値を前記画像データ周波
    数サブバンドで表わされた前記画像データの周波数の関
    数として変化させるステップをさらに含んでなることを
    特徴とする請求項６に記載の画像圧縮方法。
  8. 【請求項８】 画像ソース符号化装置のためのデータ量
    子化装置であって、（ａ）変換係数を、量子化器ステッ
    プを拘束する制限値と比較する比較手段と、（ｂ）前記
    画像データのより低い周波成分を表わす変換係数に適用
    する前記量子化器ステップの前記制限値の分割を、前記
    画像データのより高い周波成分を表わす変換係数に適用
    する前記量子化器ステップの前記制限値の分割に対して
    相対的に減少させる重み付け手段とを含んでなることを
    特徴とするデータ量子化装置。
  9. 【請求項９】 前記画像データのより低い周波数成分を
    表わす変換係数に適用する前記量子化器ステップの前記
    制限値の分割は、前記画像データのより高い周波数成分
    を表わす変換係数に適用する前記量子化器ステップの前
    記制限値の分割よりも相対的に小さいことを特徴とする
    請求項８に記載のデータ量子化装置。
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