JP2002204357A - 画像復号化装置、画像符号化装置、および記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像復号化装置において、高圧縮画像のツル
ツルした不自然な印象を改善する。 【解決手段】 非可逆圧縮された符号化データを伸張し
て、復号化画像データを生成する伸張手段と、復号化画
像データにノイズを疑似信号として含めることにより、
非可逆圧縮の過程で喪失した信号成分を代替する信号代
替手段とを備えて、画像復号化装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、符号化データを復
号化して、画像データを得る画像復号化装置に関する。
本発明は、画像データを符号化して、符号化データを得
る画像符号化装置に関する。本発明は、画像復号化プロ
グラムを記録した記録媒体に関する。本発明は、画像符
号化プログラムを記録した記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】１９９９年１２月、ＪＰＥＧ２０００の
符号化アルゴリズムの委員会案（ＣＤ：Committee Draf
t）が作成され、核となる主要な技術内容が凍結され
た。以下、このＪＰＥＧ２０００の符号化処理について
概略説明する。

【０００３】色座標変換 入力画像は、必要に応じて色座標変換が施される。

【０００４】ウェーブレット変換 画像は、縦横２方向に離散ウェーブレット変換が施さ
れ、複数のサブバンド（ＬＬ，ＬＨ，ＨＬ，ＨＨ）に帯
域分割される。この内、最低周波数域のＬＬバンドに
は、再帰的に離散ウェーブレット変換が繰り返し施され
る。

【０００５】量子化 ウェーブレット変換係数は、サブバンドごとに量子化さ
れる。なお、ロッシー／ロスレスの統一処理において
は、量子化ステップがとりあえず「１」に設定される。
この場合、ロッシー圧縮では、後工程において下位Ｎビ
ットプレーンの廃棄が行われる。この廃棄処理は、量子
化ステップ「２のＮ乗」と等価な処理となる。

【０００６】ビットモデリング 量子化後のウェーブレット変換係数を各サブバンド内で
固定サイズ（例えば６４×６４）の符号化ブロックに分
割する。各符号ブロック内の変換係数は、サインビット
と絶対値に分けられた後、絶対値は、自然２進数のビッ
トプレーンに振り分けられる。このように構築されたビ
ットプレーンは、上位ビットプレーンから順に、３通り
の符号化パス（Significance pass，Refinement pass，
Cleanuppass）を通して符号化される。なお、サインビ
ットについては、対応する絶対値の最上位ビットがビッ
トプレーンに現れた直後に符号化が行われる。

【０００７】ＲＯＩ（Region Of Interest）符号化 画像上の選択領域に優先的に情報量を割り当て、選択領
域の復号化画質を高める機能である。具体的には、選択
領域に位置する量子化後の変換係数をＳビットシフトア
ップした上で、上述したビットモデリングを実施する。
その結果、選択領域は、上位ビットプレーンにシフトさ
れ、非選択領域のどのビットよりも優先的に符号化がな
される。なお、マックスシフト法では、ビットシフト数
Ｓを非選択領域の最上位ビットの桁数よりも大きく設定
する。そのため、選択領域の非ゼロの変換係数は、必ず
「２のＳ乗」以上の値をとる。そこで、復号化時は、
「２のＳ乗」以上の量子化値を選択的にシフトダウンす
ることにより、選択領域の変換係数を容易に再現する。

【０００８】算術符号化

【０００９】ビットストリーム形成 各符号化ブロックのデータを４つの軸（ビットプレーン
の重要度、空間解像度、ブロック位置、色成分）の組み
合わせに従って並べることで、ＳＮＲプログレッシブ、
空間解像度プログレッシブなどを実現する。例えば、Ｓ
ＮＲプログレッシブの場合には、各符号化ブロックを符
号化パスごとに分割し、分割データをＳＮＲ向上の寄与
度の高い順に分類して、複数のレイヤーを構築する。こ
れらのレイヤーを上位から順に並べることにより、ＳＮ
Ｒプログレッシブのビットストリームが形成される。こ
のビットストリームを、適当なファイルサイズで打ち切
ることにより、固定長圧縮が実現する。

【００１０】以上のような符号化手順により、ＪＰＥＧ
２０００の圧縮画像ファイルが生成される。なお、最新
のＪＰＥＧ２０００については、ＪＰＥＧ委員会によっ
てインターネット公開された最終委員会案（http://ww
w.jpeg.org/fcd15444-1.zip）を参照することによっ
て、より正確に知ることができる。さらに、２００１年
３月に予定される国際規格の承認後においては、ＩＳＯ
やＩＴＵ−Ｔその他の規格組織を通して、より詳細かつ
正確な国際規格を知ることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＪ
ＰＥＧ２０００において、圧縮率を極端に高めると、画
像中から細かな微小信号成分が消失する。そのため、画
像中から人物の肌や木の葉などの微細な画像構造が失わ
れ、ツルツルした印象の不自然な画像になる。このよう
な現象は、ＪＰＥＧ２０００に限らず、その他の非可逆
符号化方式においても見られる。そこで、本発明の目的
は、符号化時の信号喪失による画質低下を、復号化時に
改善することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、各請求項の発明を、下記のように構成する。

【００１３】《請求項１》請求項１に記載の画像復号化
装置は、非可逆圧縮された符号化データを伸張して、復
号化画像データを生成する伸張手段と、復号化画像デー
タにノイズを疑似信号として含めることにより、非可逆
圧縮の過程で喪失した信号成分を代替する信号代替手段
とを備える。

【００１４】《請求項２》請求項２に記載の画像復号化
装置は、請求項１に記載の画像復号化装置において、符
号化データは、サブバンド分解および符号化を経て非可
逆圧縮されたデータであり、伸張手段は、符号化データ
を復号化して、復号化変換係数を得る復号化手段と、復
号化変換係数をサブバンド成分として合成し、復号化画
像データに戻す逆変換手段とを有し、信号代替手段は、
少なくとも１つのサブバンド域において、符号化時の量
子化ステップ幅よりも小さな最大振幅レベルのノイズを
復号化変換係数に加算することを特徴とする。

【００１５】《請求項３》請求項３に記載の画像復号化
装置は、請求項１または請求項２に記載の画像復号化装
置において、信号代替手段は、復号化画像データのエッ
ジ部および平坦領域の少なくとも一方には、ノイズを含
めないことを特徴とする。

【００１６】《請求項４》請求項４に記載の画像復号化
装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載
の画像復号化装置において、信号代替手段は、復号化画
像データに基づいて、復号化画像データに含めるノイズ
を可変することを特徴とする。

【００１７】《請求項５》請求項５に記載の画像復号化
装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載
の画像復号化装置において、符号化データには、非可逆
圧縮時に喪失した信号成分の特徴を示すパラメータが挿
入されており、信号代替手段は、パラメータに基づい
て、復号化画像データに含めるノイズを可変することを
特徴とする。

【００１８】《請求項６》請求項６に記載の画像復号化
装置は、請求項５に記載の画像復号化装置において、パ
ラメータは、非可逆圧縮時に喪失した信号成分の空間周
波数分布を示すデータであり、信号代替手段は、パラメ
ータに基づいて、復号化画像データに含めるノイズの空
間周波数分布を可変することを特徴とする。

【００１９】《請求項７》請求項７に記載の画像復号化
装置は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載
の画像復号化装置において、ノイズは、ランダムノイズ
であることを特徴とする。

【００２０】《請求項８》請求項８に記載の画像復号化
装置は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載
の画像復号化装置において、ノイズは、テキスチャーパ
ターンであることを特徴とする。

【００２１】《請求項９》請求項９に記載の画像復号化
装置は、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載
の画像復号化装置において、信号代替手段は、符号化画
像データの圧縮率を所定の閾値と比較して高圧縮か低圧
縮かを判定し、高圧縮の場合には前記復号化画像データ
に前記ノイズを含め、低圧縮の場合には前記復号化画像
データに前記ノイズを含めないことを特徴とする。

【００２２】《請求項１０》請求項１０に記載の画像符
号化装置は、画像データを非可逆圧縮する圧縮手段と、
非可逆圧縮の過程で喪失する信号成分を分析して信号成
分の特徴を示すパラメータを求め、そのパラメータを符
号化データに挿入するパラメータ処理手段とを備える。

【００２３】《請求項１１》請求項１１に記載の画像符
号化装置は、請求項１０に記載の画像符号化装置におい
て、圧縮手段は、画像データをサブバンド分解して変換
係数に変換する変換手段と、変換係数を符号化して符号
化データを生成する符号化手段とを有し、パラメータ処
理手段は、符号化時の量子化過程で喪失する信号成分を
分析し、信号成分の特徴を示すパラメータを求めること
を特徴とする。

【００２４】《請求項１２》請求項１２に記載の記録媒
体には、コンピュータを、請求項１ないし請求項９のい
ずれか１項に記載の伸張手段および信号代替手段として
機能させるための画像復号化プログラムが記録される。

【００２５】《請求項１３》請求項１３に記載の記録媒
体には、コンピュータを、請求項１０ないし請求項１１
のいずれか１項に記載の圧縮手段およびパラメータ処理
手段として機能させるための画像符号化プログラムが記
録される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明にか
かる実施形態を説明する。

【００２７】《第１の実施形態》第１の実施形態は、請
求項１，２，３，５〜９に対応する画像復号化装置、お
よび請求項１０，１１に対応する画像符号化装置であ
る。なお、これらの装置は、ＪＰＥＧ２０００に準拠し
て画像データを圧縮伸張する装置である。

【００２８】図１は、画像符号化装置１１のブロック図
である。図１において、画像符号化装置１１に入力され
た画像データは、色変換部１２、ウェーブレット変換部
１３、量子化部１４、ビットモデリング部１５、算術符
号化部１６、ビットストリーム生成部１７、およびパラ
メータ処理部１８を順に介して、符号化データ（具体的
には圧縮画像ファイル）に変換される。なお、ビットモ
デリング部１５は、ＲＯＩ処理部１５ａから選択領域の
情報を受け取り、選択領域に対するビットシフト処理な
どを実行する。

【００２９】図２は、画像復号化装置２１のブロック図
である。図２において、画像復号化装置２１に入力され
た符号化データは、算術復号化部２２、ビットモデリン
グ復号化部２３、逆量子化部２４、信号代替部２５、お
よび逆ウェーブレット変換部２６を順に介して、復号化
画像データに変換される。

【００３０】［本発明との対応関係について］以下、本
発明との対応関係について説明する。なお、ここでの対
応関係は、参考のために一解釈を述べるものであり、本
発明を徒らに限定するものではない。

【００３１】請求項１，３，５〜９の記載事項と第１の
実施形態との対応関係については、伸張手段は算術復号
化部２２，ビットモデリング復号化部２３，逆量子化部
２４および逆ウェーブレット変換部２６に対応し、信号
代替手段は信号代替部２５に対応する。

【００３２】請求項２の記載事項と第１の実施形態との
対応関係については、復号化手段は算術復号化部２２，
ビットモデリング復号化部２３および逆量子化部２４に
対応し、逆変換手段は逆ウェーブレット変換部２６に対
応する。

【００３３】請求項１０の記載事項と第１の実施形態と
の対応関係については、圧縮手段は色変換部１２，ウェ
ーブレット変換部１３，量子化部１４，ビットモデリン
グ部１５，算術符号化部１６，ビットストリーム生成部
１７およびＲＯＩ処理部１５ａに対応し、パラメータ処
理手段はパラメータ処理部１８に対応する。

【００３４】請求項１１の記載事項と第１の実施形態と
の対応関係については、変換手段はウェーブレット変換
部１３に対応し、符号化手段は量子化部１４，ビットモ
デリング部１５，算術符号化部１６およびビットストリ
ーム生成部１７に対応する。

【００３５】［画像符号化装置１１の動作説明］図３
は、画像符号化装置１１の動作を説明する流れ図であ
る。以下、図３に示すステップ番号に沿って、画像符号
化装置１１の動作を説明する。

【００３６】ステップＳ１： 色変換部１２は、与えら
れた画像データに対して、必要に応じて色座標変換を施
し、ＹＣｂＣｒなどの色成分に変換する。

【００３７】ステップＳ２： ウェーブレット変換部１
３は、色変換部１２から出力される画像データに対し
て、ウェーブレット変換によるサブバンド分解を施し、
サブバンド毎の変換係数に変換する。

【００３８】ステップＳ３： 量子化部１４は、必要に
応じて、変換係数を量子化する。

【００３９】ステップＳ４： ビットモデリング部１５
は、変換係数を、サインビットと絶対値に分けた後、絶
対値を自然２進数のビットプレーンに振り分ける。ここ
で、ビットモデリング部１５は、ＲＯＩ処理部１５ａか
ら選択領域のマスク画像を取得する。ビットモデリング
部１５は、このマスク画像を参照して変換係数を区分
し、選択領域に位置する変換係数をビットシフトする。
ビットモデリング部１５は、このように構築されたビッ
トプレーンを、上位ビットプレーンから順に、３通りの
符号化パス（Significance pass，Refinement pass，Cl
eanup pass）を通して符号化する。なお、サインビット
については、対応する絶対値の最上位ビットがビットプ
レーンに現れた直後に符号化が行われる。

【００４０】ステップＳ５： 算術符号化部１６は、上
述したビットプレーンを単位としたエントロピー符号化
（ＥＢＣＯＴ）を終えたデータを取り込み、算術符号化
を施す。

【００４１】ステップＳ６： ビットストリーム生成部
１７は、算術符号化後のデータを４つの軸（ビットプレ
ーンの重要度、空間解像度、ブロック位置、色成分）に
従って並べ替え、ＳＮＲプログレッシブ、空間解像度プ
ログレッシブなどを実現する。例えば、ＳＮＲプログレ
ッシブの場合、ビットストリーム生成部１７は、データ
をＳＮＲ向上の寄与度の高い順に分類して、複数のレイ
ヤーを構築する。ビットストリーム生成部１７は、これ
らのレイヤーを上位から順に並べ替えることにより、Ｓ
ＮＲプログレッシブのビットストリームを形成する。ビ
ットストリーム生成部１７は、このビットストリームを
適当なファイルサイズで打ち切ることにより、固定長圧
縮された符号化データが完成する。

【００４２】ステップＳ７： 上述したような符号化過
程では、量子化部１４およびビットストリーム生成部１
７において、変換係数の量子化がそれぞれ行われる。パ
ラメータ処理部１８は、これら量子化により変換係数か
ら喪失する信号成分を、量子化部１４およびビットスト
リーム生成部１７から取得して生成する。パラメータ処
理部１８は、このように生成された信号成分の特徴（空
間周波数分布、信号レベルなど）を分析する。

【００４３】ステップＳ８： パラメータ処理部１８
は、信号成分の特徴を数値化して、信号成分の特徴を示
すパラメータを生成する。例えば、信号成分の空間周波
数分布については、パラメータ処理部１８が、予め定め
た周波数分布パターンに類型化し、その周波数分布パタ
ーンを特定する数値をパラメータとする。また、信号成
分の信号レベルについては、パラメータ処理部１８が、
信号成分の平均振幅レベルや最大振幅レベルなどの数値
を求めて、パラメータとする。さらに、このような信号
成分の特徴が既知のテキスチャーパターンに略一致して
いる場合、パラメータ処理部１８は、そのテキスチャー
パターンを意味する数値をパラメータとする。パラメー
タ処理部１８は、このようなパラメータの生成を各サブ
バンド毎に行い、各パラメータを、符号化データのヘッ
ダ部やアプリケーションセグメント領域などに格納す
る。

【００４４】上述したような一連の動作により、符号化
時に喪失する信号成分の特徴をパラメータとして保有し
た符号化データが、完成する。

【００４５】［画像復号化装置２１の動作説明］図４
は、第１の実施形態における画像復号化装置２１の動作
を説明する流れ図である。以下、図４に示すステップ番
号に沿って、画像復号化装置２１の動作を説明する。

【００４６】ステップＳ１１： 算術復号化部２２は、
与えられた符号化データに対して算術復号化を施す。

【００４７】ステップＳ１２： ビットモデリング復号
化部２３は、算術復号化された符号化データに対してビ
ットプレーンを単位としたエントロピー復号化を施し、
復号化変換係数を求める。このとき、マックスシフト法
を用いる場合、ビットモデリング復号化部２３は、符号
化時のビットシフト量Ｓよりも上位プレーンの係数につ
いては、ＲＯＩ符号化の選択領域であると判断してシフ
トダウンを行う。なお、信号代替部２５は、この選択領
域をマスク画像として記憶しておく。

【００４８】ステップＳ１３： 逆量子化部２４は、符
号化時の量子化ステップサイズを復号化変換係数に乗じ
て、逆量子化処理を行う。なお、符号化時の量子化ステ
ップサイズが『１』の場合、逆量子化部２４は、この逆
量子化処理を省く。

【００４９】ステップＳ１４： 信号代替部２５は、逆
量子化部２４から出力される復号化変換係数を取得す
る。なお、以下では、ＬＬ１，ＬＨ１〜３，ＨＬ１〜
３，ＨＨ１〜３からなる１０個のサブバンド域（図５参
照）について、復号化変換係数を取得した場合を仮定し
て説明を行う。

【００５０】ステップＳ１５： ここで、信号代替部２
５は、符号化データの圧縮率が、所定の閾値（例えば１
／２０）未満か否かを判定する。もしも、閾値以上の低
圧縮の場合、信号代替部２５は、ノイズ加算を行わずに
ステップＳ２５に動作を移行する。一方、閾値未満の高
圧縮の場合、信号代替部２５はステップＳ１６に動作を
移行する。

【００５１】ステップＳ１６： 信号代替部２５は、符
号化データ中からパラメータを取得する。このパラメー
タが特定のテキスチャーパターンを指定するものであっ
た場合、信号代替部２５は、その特定のテキスチャーパ
ターンをノイズ画像とする。一方、パラメータが特定の
テキスチャーパターンを指定していない場合、信号代替
部２５は、ランダムノイズを発生してノイズ画像を生成
する。また、パラメータが周波数分布を示すものであっ
た場合、信号代替部２５は、パラメータに対応した空間
周波数フィルタをノイズ画像にかけて、ノイズ画像の周
波数調整を行う。また、このパラメータが信号レベルを
示すものであった場合、信号代替部２５は、このパラメ
ータに従って、ノイズ画像の平均振幅レベルや最大振幅
レベルを調整する。次に、信号代替部２５は、『ビット
ストリームの打ち切り位置』および『量子化ステップサ
イズ』に基づいて、符号化時における実質的な量子化ス
テップ幅を求める。信号代替部２５は、この量子化ステ
ップ幅を超えないように、ノイズ画像の最大振幅レベル
を制限する。

【００５２】ステップＳ１７： 信号代替部２５は、Ｌ
Ｈ３，ＨＬ３，ＨＨ３の画像空間上に処理位置を初期設
定する。

【００５３】ステップＳ１８： 信号代替部２５は、ス
テップＳ１２で記憶しておいたマスク画像に基づいて、
処理位置がＲＯＩ符号化の選択領域に該当するか否かを
判定する。ここで選択領域の場合、信号代替部２５は、
ノイズ加算を行わずに、ステップＳ２３に動作を移行す
る。一方、選択領域でない場合、信号代替部２５は、ス
テップＳ１９に動作を移行する。

【００５４】ステップＳ１９： 信号代替部２５は、処
理位置および周辺（例えば５×５画素分）のＬＨ３成
分，ＨＬ３成分，ＨＨ３成分を判定する。これらの成分
が一つでもゼロ以外の値をとる場合、信号代替部２５
は、有意な画像情報が存在すると判断してステップＳ２
３に動作を移行する。一方、これらの成分が全てゼロの
場合、信号代替部２５は、信号成分が喪失していると推
測してステップＳ２０に動作を移行する。

【００５５】ステップＳ２０： 信号代替部２５は、処
理位置および周囲（例えば３×３画素分）のＬＨ２成
分，ＨＬ２成分，ＨＨ２成分を判定する。これらの成分
が全てゼロの場合、信号代替部２５は、処理位置が真の
平坦領域であると判断して、ステップＳ２３に動作を移
行する。また、これらの成分の少なくとも一つが所定の
閾値以上の場合、信号代替部２５は、処理位置がエッジ
部に位置すると判断して、ステップＳ２３に動作を移行
する。それ以外の場合、信号代替部２５は、ステップＳ
２１に動作を移行する。

【００５６】ステップＳ２１： 信号代替部２５は、処
理位置のＬＨ１成分，ＨＬ１成分，ＨＨ１成分を判定す
る。これらの成分が全てゼロの場合、信号代替部２５
は、処理位置が真の平坦領域であると判断して、ステッ
プＳ２３に動作を移行する。また、これらの成分の少な
くとも一つが所定の閾値以上の場合、信号代替部２５
は、処理位置が太いエッジ部に位置すると判断して、ス
テップＳ２３に動作を移行する。それ以外の場合、信号
代替部２５は、ステップＳ２２に動作を移行する。

【００５７】ステップＳ２２： 処理位置のＬＨ３成
分，ＨＬ３成分，ＨＨ３成分に対して、ノイズ画像の画
素値をそれぞれ加算する。

【００５８】ステップＳ２３： 信号代替部２５は、画
像全体について処理を完了したか否かを判定する。未完
了の場合、信号代替部２５は、ステップＳ２４に動作を
移行する。一方、完了の場合、信号代替部２５は、ステ
ップＳ２５に動作を移行する。

【００５９】ステップＳ２４： 信号代替部２５は、画
像空間上の走査方向に沿って、処理位置を１画素分だけ
ずらし、ステップＳ１８に動作を戻す。

【００６０】ステップＳ２５： 逆ウェーブレット変換
部２６は、信号代替部２５で処理された復号化変換係数
を取得する。逆ウェーブレット変換部２６は、この復号
化変換係数を逆ウェーブレット変換（サブバンド合成）
して、復号化画像データに変換する。

【００６１】上述したような一連の動作により、喪失し
た信号成分をノイズで代替した復号化画像データが完成
する。

【００６２】［第１の実施形態の効果など］以上の動作
により、第１の実施形態では、ノイズにより画像中の質
感が補われ、高圧縮画像のツルツルとした不自然な印象
を防ぐことができる。さらに、第１の実施形態では、ノ
イズの最大振幅が、符号化時の量子化ステップ幅に制限
される。したがって、復号化画像データの持つ本来の情
報を破壊するおそれが少ない。

【００６３】また、第１の実施形態では、複数のサブバ
ンド域に対してノイズ加算を行う。したがって、復号化
画像データには複雑な疑似パターンが重畳し、画像中の
質感をより自然に補うことができる。さらに、第１の実
施形態では、エッジ部および平坦領域に対してノイズ加
算を禁止する。したがって、エッジ部や平坦領域に疑似
信号がまとわりつかず、良好な復号化画像データを得る
ことができる。

【００６４】また、第１の実施形態では、符号化データ
に挿入されたパラメータに従って、ノイズを可変する。
したがって、復号化画像データに含めるノイズが、喪失
した信号成分に一段と類似したものになり、画像中の質
感をより自然に補うことができる。さらに、第１の実施
形態では、低圧縮の符号化データの場合、ノイズ加算を
禁止する。したがって、低圧縮画像に余計なノイズが重
畳してしまうことがない。また、第１の実施形態では、
ＲＯＩ符号化の選択領域において、ノイズ加算を禁止す
る。したがって、高画質な選択領域に余計なノイズが重
畳してしまうことがない。次に、別の実施形態について
説明する。

【００６５】《第２の実施形態》第２の実施形態は、請
求項１〜４，７〜９に対応した画像復号化装置の実施形
態である。なお、第２の実施形態の構成は、第１の実施
形態（図２）と同様である。そのため、ここでは構成に
関する説明を省略し、図２の参照符号をそのまま使用す
る。

【００６６】図６は、第２の実施形態における画像復号
化装置２１の動作を説明する流れ図である。以下、図６
に示すステップ番号に沿って、動作を説明する。

【００６７】ステップＳ１１〜Ｓ１４： 第１の実施形
態と同じため、説明を省略する。

【００６８】ステップＳ５１： 信号代替部２５は、符
号化データの圧縮率が、所定の閾値（例えば１／２０）
未満か否かを判定する。もしも、閾値以上の低圧縮の場
合、信号代替部２５は、ノイズ加算を行わずにステップ
Ｓ５９に動作を移行する。一方、閾値未満の高圧縮の場
合、信号代替部２５はステップＳ５２に動作を移行す
る。

【００６９】ステップＳ５２： 信号代替部２５は、各
サブバンド域ごとに復号化変換係数（サインビットを含
む）を局所的に抽出し、図７に示すように再配列してサ
ブブロックを作成する。このサブブロックは、画像の局
所的な空間周波数分布を示すものである。

【００７０】ステップＳ５３： 信号代替部２５は、サ
ブブロックとノイズ画像との対応関係を定めたテーブル
データを内部メモリから読み出す。このテーブルデータ
は、サブブロックの変換係数を類型化したアドレス値に
対し、そのサブブロックに加算するノイズ画像を対応付
けたデータである。このようなテーブルデータは、複数
の画像データについて非可逆圧縮を予め試行し、サブブ
ロックと、そのサブブロックから喪失する信号成分との
相関関係を統計的に求めることによって作成されてい
る。なお、人間の視覚特性を加味して、このテーブルデ
ータを調整してもよい。例えば、澄んだ青空やアニメ画
などに見られる平坦領域では、サブブロック内の交流成
分がほぼゼロとなる。このような真の平坦領域は、視覚
的にツルツルした印象になることが好ましい。そこで、
テーブルデータ内において、サブブロック内の交流成分
が全てゼロとなる場合、そのサブブロックに加算するノ
イズ画像を実質ゼロに設定しておく。また例えば、エッ
ジ部では、サブブロック内の交流成分（特に高周波成
分）に大きな値が現れる。このようなエッジ部では急峻
な輝度変化を生じるため、微細な信号成分が存在しても
視覚的には目立たない。逆に、エッジ部の近傍に余計な
信号がまとわりつくことによって、画像全体の鮮明な印
象を弱めてしまう。そこで、テーブルデータ内におい
て、サブブロック内の交流成分が極めて大きな値となる
場合、そのサブブロックに加算するノイズ画像を実質ゼ
ロに設定しておく。また、サブブロック内の直流成分の
色成分比を判定することにより、サブブロックの色を判
断することもできる。そこで、テーブルデータ内におい
て、肌色を示すサブブロックに加算するノイズ画像とし
て、肌のテキスチャーパターンを設定しておく。また、
土色を示すサブブロックにサブブロックに加算するノイ
ズ画像として、地面のテキスチャーパターンを設定して
おく。なお、ここでのノイズ画像は、サブブロック単位
の周期性が目立たないように、ランダムノイズ化してお
くことが好ましい。

【００７１】ステップＳ５４： 信号代替部２５は、サ
ブブロックの復号化変換係数をサブバンド域単位に重み
付けして加算し、サブブロックを類型化したアドレスを
生成する。

【００７２】ステップＳ５５： 信号代替部２５は、生
成したアドレスに従って、ステップＳ５３で読み出され
たテーブルデータを参照し、サブブロックに加算するノ
イズ画像を得る。

【００７３】ステップＳ５６： このノイズ画像は、サ
ブブロックと同じ形式で数値表現されており、サブブロ
ックに直に加算できる。信号代替部２５は、このノイズ
画像を、復号化変換係数の量子化ステップ幅で制限した
上で、サブブロックの復号化変換係数に加算する。な
お、ＲＯＩ符号化の選択領域については、信号代替部２
５は、ノイズ画像の加算を禁止する。

【００７４】ステップＳ５７： 信号代替部２５は、画
像全体について処理を完了したか否かを判定する。未完
了の場合、信号代替部２５は、ステップＳ５８に動作を
移行する。一方、完了の場合、信号代替部２５は、ステ
ップＳ５９に動作を移行する。

【００７５】ステップＳ５８： 信号代替部２５は、画
像空間上の走査方向に沿って、処理対象のサブブロック
を１つ分ずらし、ステップＳ５４に動作を戻す。

【００７６】ステップＳ５９： 逆ウェーブレット変換
部２６は、信号代替部２５で処理された復号化変換係数
を取得する。逆ウェーブレット変換部２６は、この復号
化変換係数を逆ウェーブレット変換（サブバンド合成）
して、復号化画像データに変換する。

【００７７】上述したような一連の動作により、喪失し
た信号成分をノイズで代替した復号化画像データが完成
する。

【００７８】［第２の実施形態の効果など］第２の実施
形態においても、第１の実施形態と同様に、高圧縮画像
のツルツルとした不自然な印象を防ぐことができる。特
に、第２の実施形態に特有な効果としては、サブブロッ
クの復号化変換係数に応じてノイズ画像が多様に変化す
る点である。したがって、復号化画像データに重畳され
る疑似パターンが多様なパターンとなり、画像の微細構
造をより自然に補うことが可能になる。

【００７９】［実施形態の補足事項］なお、第１および
第２の実施形態では、復号化変換係数にノイズを加算し
ている。そのため、サブバンド域ごとにノイズが加算さ
れ、より複雑な疑似パターンが復号化画像データに重畳
するという利点がある。しかしながら、本発明は、これ
に限定されるものではない。例えば、復号化画像データ
に対して直にノイズを加算してもよい。

【００８０】さらに、第１および第２の実施形態では、
ＪＰＥＧ２０００に準拠した圧縮伸張を取り上げて説明
した。しかしながら、本発明は、これに限定されるもの
ではない。本発明は、非可逆な画像圧縮全般に利用可能
な技術である。

【００８１】また、第１および第２の実施形態では、画
像符号化装置１１および画像復号化装置２１を複数の処
理部によりブロック構成する場合について説明した。し
かしながら、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、コンピュータに、上述した各処理部の動作を実
行させるための画像符号化プログラムや画像復号化プロ
グラムを作成してもよい。これらのプログラムを記録媒
体に記録することにより、請求項１２および請求項１３
の記録媒体を得ることができる。

【００８２】なお、上述した実施形態により、プログラ
ムやその記録媒体に関する発明の実施行為が限定される
ものではない。例えば、通信回線を介してプログラムを
配送し、相手先のコンピュータのシステムメモリやハー
ドディスクなどにプログラムを記録してもよい。このよ
うなプログラム配送によって、プログラムの配送元は、
プログラムやその記録媒体を、相手先の地に製造するこ
とができる。また、このようなプログラム配送により、
配送元はプログラムやその記録媒体を相手先に譲渡する
ことができる。さらに、プログラムが配送可能であるこ
とを通信回線を介して公表したり、プログラム格納場所
の情報を提供するサービスを行うこともできる。

【００８３】

【発明の効果】《請求項１》一般に、非可逆圧縮の過程
では、小さい信号成分が切り捨てられる。このとき喪失
する信号成分は、人物の肌や木の葉などの微細な画像構
造を再現するために重要である。しかし、このような信
号成分は、エッジ部のように画像内容を大きく左右する
ものではない。そのため、この信号成分は、信号の忠実
度をさほど求められない。そこで、請求項１の画像復号
化装置では、復号化画像データにノイズを疑似信号とし
て含めることにより、喪失する信号成分に代替する。こ
のようなノイズ加算により、画像の微細構造が擬似的に
再現される。その結果、画像中の質感が補われ、高圧縮
画像のツルツルとした不自然な印象を防ぐことができ
る。

【００８４】《請求項２》請求項２の画像復号化装置で
は、少なくとも１つのサブバンド域において、信号成分
の代替として、ノイズを復号化変換係数に加算する。こ
のように復号化変換係数に加算されたノイズは、サブバ
ンド成分の合成過程を経て、該当するサブバンド域の疑
似信号になる。この疑似信号は、画像空間上に、サブバ
ンド域特有のパターン（変換基底の大きさの粒模様な
ど）となって現れる。さらに、このとき加算されるノイ
ズは、該当サブバンド域で喪失した信号成分と大きさを
揃えるため、符号化時の量子化ステップ幅よりも小さな
最大振幅レベルで制限されている。したがって、このノ
イズは、復号化変換係数がもつ有意な情報（量子化ステ
ップ幅よりも大きな信号）を破壊するおそれが少ない。
したがって、画像空間上に現れる疑似信号の信号レベル
は、画像本来の情報を破壊しない程度に適正化されてい
る。この処理により、該当するサブバンド域において画
像の微細構造が適正に再現される。その結果、画像中の
質感が適正に補われ、高圧縮画像のツルツルとした不自
然な印象を防ぐことができる。なお、上記の処理では、
複数のサブバンド域において、ノイズ加算を行うことが
好ましい。この場合、複数のサブバンド域の疑似信号
が、画像空間上に重畳して現れることにより、画像の微
細構造をより複雑に再現することができる。その結果、
画像中の質感がより自然に補われ、高圧縮画像のツルツ
ルした不自然な印象を一段と良好に防ぐことができる。

【００８５】《請求項３》ＪＰＥＧ２０００その他の非
可逆圧縮では、レベル変化の大きなエッジ部を優先的に
符号化する。そのため、高能率圧縮においてもエッジ部
の再現性は高い。このような場合、復号化画像データの
エッジ部にノイズを含めないようにすることにより、エ
ッジ部の良好な再現性を損なわない。さらに、エッジ部
の近傍に疑似信号がまとわりつかず、画像中のエッジ部
を鮮明に保つことができる。また、画像データとして
は、自然画に限らず、イラストやロゴやアニメーション
のような人工的な画像も想定される。このような人工的
な画像中には、完全に平坦な領域が高頻度に存在する。
このような平坦領域に疑似信号を含めた場合、不自然に
ザラザラした印象を生じる。このような場合、平坦領域
にノイズを含めないようにすることにより、人工的な平
坦領域の再現性を損なわないようにすることができる。
さらに、平坦領域に疑似信号が重畳せず、画像中の平坦
領域を鮮明に保つことができる。

【００８６】《請求項４》一般に、非可逆圧縮時に喪失
した微小な信号成分と復号化画像データとの間に、特定
の関係を有する場合が想定される。例えば、フラクタル
性の強い自然画であれば、復号化画像データのパターン
をランダムに縮小・回転することにより、喪失した信号
成分に類似したノイズパターンを生成することが可能と
なる。また、復号化画像データの空間周波数分布から、
喪失した信号成分の空間周波数分布を類推できる場合も
ある。そこで、請求項４の発明では、復号化画像データ
に基づいて、ノイズを可変する。その結果、ノイズが、
復号化画像データに応じて多様に変化し、画像の微細構
造をより自然に補うことが可能になる。

【００８７】《請求項５》請求項５の画像復号化装置
は、符号化データに挿入されたパラメータを取得する。
このパラメータは、非可逆圧縮時に喪失した信号成分の
特徴を示すものである。本装置は、このパラメータに基
づいて、ノイズを可変する。したがって、復号化画像デ
ータに含めるノイズを信号成分に一段と近づけることが
可能になり、画像中の質感をより自然に補うことができ
る。

【００８８】《請求項６》請求項６の画像復号化装置
は、符号化データに挿入されたパラメータを取得する。
このパラメータは、非可逆圧縮時に喪失した信号成分の
周波数分布を示すものである。本装置は、このパラメー
タに基づいて、ノイズを可変する。したがって、復号化
画像データに含めるノイズを信号成分に一段と近づける
ことが可能になり、画像中の質感をより自然に補うこと
ができる。

【００８９】《請求項７》請求項７の画像復号化装置
は、信号成分の代替として、ランダムノイズを復号化画
像データに含める。したがって、復号化画像データに重
畳される疑似信号に周期性などが目立たず、画像中の質
感をより自然に補うことができる。

【００９０】《請求項８》請求項８の画像復号化装置
は、信号成分の代替として、テキスチャーパターンを復
号化画像データに含める。このテキスチャーパターンと
しては、人間の肌、木肌、大理石、煉瓦壁その他の自然
なパターンが各種使用できる。したがって、画像の微細
構造として複雑かつ自然なもの（例えば１／ｆノイズを
含むパターン）を含めることが可能になり、画像中の質
感をより自然に補うことができる。また、線画などの人
工的な画像に対しては、ハッチングやドットなどの人工
的なテキスチャーパターンを含めることにより、人工的
な画像中の質感を的確に補うことができる。

【００９１】《請求項９》請求項９の画像復号化装置
は、符号化画像データが高圧縮と判断した場合に、復号
化画像データにノイズを含める。したがって、高圧縮画
像のツルツルした不自然な印象を防ぐことができる。ま
た、本装置は、符号化画像データが低圧縮と判断した場
合、復号化画像データにノイズを含めない。したがっ
て、低圧縮画像に余計な疑似パターンが重畳することが
なく、高画質を保つことができる。

【００９２】《請求項１０》請求項１０の画像符号化装
置は、非可逆圧縮の過程で喪失する信号成分を分析し、
その信号成分の特徴を示すパラメータを、符号化データ
に挿入する。この場合、挿入されるのは、信号成分その
ものではなく、その特徴を示すパラメータである。した
がって、符号化データのデータ量はさほど増えない。ま
た一方、画像復号化時には、このパラメータに基づい
て、復号化画像データに含めるノイズを可変することが
可能になる。その結果、復号化時に使用するノイズが信
号成分に一段と類似したものになり、復号化画像データ
の質感をより自然に補うことが可能になる。

【００９３】《請求項１１》請求項１１の画像符号化装
置は、符号化時の量子化過程で喪失する信号成分を分析
し、信号成分の特徴を示すパラメータを符号化データに
挿入する。一方、画像復号化時には、このパラメータに
基づいて、復号化変換係数に加算するノイズを可変する
ことが可能になる。この場合、復号化時に加算するノイ
ズが、符号化時に喪失した信号成分に一段と類似したも
のになり、復号化画像データの質感をより自然に補うこ
とが可能になる。

【００９４】《請求項１２》請求項１２の記録媒体に記
録される画像復号化プログラムをコンピュータで実行す
ることにより、請求項１ないし請求項９のいずれか１項
に記載の画像復号化装置を実現することが可能になる。

【００９５】《請求項１３》請求項１３の記録媒体に記
録される画像符号化プログラムをコンピュータで実行す
ることにより、請求項１０ないし請求項１１のいずれか
１項に記載の画像符号化装置を実現することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像符号化装置１１のブロック図である。

【図２】画像復号化装置２１のブロック図である。

【図３】画像符号化装置１１の動作を説明する流れ図で
ある。

【図４】第１の実施形態における画像復号化装置２１の
動作を説明する流れ図である。

【図５】画像のサブバンド表現を説明する図である。

【図６】第２の実施形態における画像復号化装置２１の
動作を説明する流れ図である。

【図７】サブブロックを示す図である。

【符号の説明】

１１ 画像符号化装置 １２ 色変換部 １３ ウェーブレット変換部 １４ 量子化部 １５ ビットモデリング部 １５ａ ＲＯＩ処理部 １６ 算術符号化部 １７ ビットストリーム生成部 １８ パラメータ処理部 ２１ 画像復号化装置 ２２ 算術復号化部 ２３ ビットモデリング復号化部 ２４ 逆量子化部 ２５ 信号代替部 ２６ 逆ウェーブレット変換部

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非可逆圧縮された符号化データを伸張し
   て、復号化画像データを生成する伸張手段と、 前記復号化画像データにノイズを疑似信号として含める
   ことにより、前記非可逆圧縮の過程で喪失した信号成分
   を代替する信号代替手段とを備えたことを特徴とする画
   像復号化装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の画像復号化装置におい
   て、 前記符号化データは、サブバンド分解および符号化を経
   て非可逆圧縮されたデータであり、 前記伸張手段は、 前記符号化データを復号化して、復号化変換係数を得る
   復号化手段と、 前記復号化変換係数をサブバンド成分として合成し、前
   記復号化画像データに戻す逆変換手段とを有し、 前記信号代替手段は、少なくとも１つのサブバンド域に
   おいて、前記符号化時の量子化ステップ幅よりも小さな
   最大振幅レベルのノイズを、前記復号化変換係数に加算
   することを特徴とする画像復号化装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の画像復
   号化装置において、 前記信号代替手段は、前記復号化画像データのエッジ部
   および平坦領域の少なくとも一方には、前記ノイズを含
   めないことを特徴とする画像復号化装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載の画像復号化装置において、 前記信号代替手段は、前記復号化画像データに基づい
   て、前記復号化画像データに含める前記ノイズを可変す
   ることを特徴とする画像復号化装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載の画像復号化装置において、 前記符号化データには、前記非可逆圧縮時に喪失した前
   記信号成分の特徴を示すパラメータが挿入されており、 前記信号代替手段は、前記パラメータに基づいて、前記
   復号化画像データに含める前記ノイズを可変することを
   特徴とする画像復号化装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の画像復号化装置におい
   て、 前記パラメータは、前記非可逆圧縮時に喪失した信号成
   分の空間周波数分布を示すデータであり、 前記信号代替手段は、前記パラメータに基づいて、前記
   復号化画像データに含める前記ノイズの空間周波数分布
   を可変することを特徴とする画像復号化装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれか１項
   に記載の画像復号化装置において、 前記ノイズは、ランダムノイズであることを特徴とする
   画像復号化装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし請求項６のいずれか１項
   に記載の画像復号化装置において、 前記ノイズは、テキスチャーパターンであることを特徴
   とする画像復号化装置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれか１項
   に記載の画像復号化装置において、 前記信号代替手段は、前記符号化画像データの圧縮率を
   所定の閾値と比較して高圧縮か低圧縮かを判定し、前記
   高圧縮の場合には前記復号化画像データに前記ノイズを
   含め、前記低圧縮の場合には前記復号化画像データに前
   記ノイズを含めないことを特徴とする画像復号化装置。
10. 【請求項１０】 画像データを非可逆圧縮する圧縮手段
    と、 前記非可逆圧縮の過程で喪失する信号成分を分析して前
    記信号成分の特徴を示すパラメータを求め、前記パラメ
    ータを前記符号化データに挿入するパラメータ処理手段
    とを備えたことを特徴とする画像符号化装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の画像符号化装置に
    おいて、 前記圧縮手段は、 画像データをサブバンド分解して変換係数に変換する変
    換手段と、 前記変換係数を符号化し、符号化データを生成する符号
    化手段とを有し、 前記パラメータ処理手段は、前記符号化時の量子化過程
    で喪失する信号成分を分析し、前記信号成分の特徴を示
    す前記パラメータを求めることを特徴とする画像符号化
    装置。
12. 【請求項１２】 コンピュータを、請求項１ないし請求
    項９のいずれか１項に記載の前記伸張手段および前記信
    号代替手段として機能させるための画像復号化プログラ
    ムを記録したことを特徴とする記録媒体。
13. 【請求項１３】 コンピュータを、請求項１０ないし請
    求項１１のいずれか１項に記載の前記圧縮手段および前
    記パラメータ処理手段として機能させるための画像符号
    化プログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。