JP2002252759A - 画像量子化方法と装置、およびそれらを利用可能な画像符号化装置 - Google Patents
画像量子化方法と装置、およびそれらを利用可能な画像符号化装置Info
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Abstract
リトライすることは無駄であった。 【解決手段】 監視ユニット26は、ウェーブレット変
換器14の出力であるウェーブレット変換係数を監視し
ている。たとえば、量子化の指針として「HHサブバン
ドの係数をすべてゼロにする」という条件が与えられた
とき、監視ユニット26はそのサブバンドの係数の最大
値Nを検出し、量子化のためのしきい値を(N+1)と
定め、これを量子化器18へ通知する。
Description
る技術に関する。この発明はとくに、画像量子化方法と
装置、およびそれらを利用可能な画像符号化装置に関す
る。
を代表とする各種情報機器の普及、デジタルカメラやカ
ラープリンタなどの大衆化、インターネット人口の爆発
的な増加などにより、一般人の日常生活にデジタル画像
の文化が深く浸透した。こうした状況下、静止画像、動
画像については、それぞれJPEG(Joint Photograph
ic Expert Group)、MPEG(Motion Picture Expert
Group)などの符号化圧縮技術が標準化され、CD−R
OMなどの記録媒体や、ネットワークまたは放送波など
の伝送媒体を通じた画像の配信および再生の利便性が改
善されてきた。JPEGの系列において、その進化版と
もいうべきJPEG2000が発表され、またMPEG
についても中長期に及ぶ目標が策定されており、今後も
画像処理技術が機器の機能向上へ寄与することに疑いは
ない。
メラひとつをとってみても、最近ではメガピクセル機が
主流になり、画質追求に対する要求はまさに天井知らず
の感がある。しかしながら、それだけ大きな画像データ
を処理するには、当然処理時間や消費電力が大きくな
る。この状況下、本発明者は以下の課題を認識するに至
った。
て画像を保存する場合、JPEGその他の圧縮符号化技
術が利用される。その符号化の最初の段階で、画像に対
し、主に空間周波数を低域から高域へ分解するための変
換処理が行われ、しかる後、量子化が行われる。しか
し、量子化のためのしきい値はある程度固定的に運用さ
れるため、所望の圧縮率が達成できない場合、しきい値
を調整して再度量子化が行われる。この繰り返し処理が
処理時間の短縮および低電力化の阻害要因となり、これ
が場合により商品価値にまで影響する。
ものであり、その目的は、画像量子化における処理の効
率化およびその量子化技術を利用した画像符号化技術を
提供することにある。
像量子化方法に関する。この方法は、原画像に対して所
定の処理、例えば空間周波数に注目した変換処理を施す
工程と、その処理後のデータに量子化を施す量子化工程
とを含み、前記データを参照することにより適応的に量
子化のしきい値を定め、しかる後、量子化工程を行う。
Gで利用されるDCT(Discrete Cosine Transform)
やJPEG2000で利用されるウェーブレットなどの
変換がある。ただし、これらに限る必要はなく、任意の
符号化、スケーリング、すなわち画像サイズまたは解像
度の拡大または縮小、回転、トリミング、エッジ強調ま
たはハイパスフィルタリング、平滑化またはノイズ低減
またはローパスフィルタリング、色変換、その他画像を
単に入力することも含め、いろいろな処理であってよ
い。
定されているのではなく、変換処理の結果に応じて適宜
定められる。そのため、量子化以降の状況、たとえば符
号化をする場合にあっては、その符号化の最終段階を想
定してしきい値を定めることができ、前述の量子化の繰
り返しをなくし、または軽減することができる。
される範囲において量子化以降の段階におけるデータの
量が最少になるようしきい値を定めてもよい。「実質的
に同一の画質」は主観画質でよく、一般には、低周波成
分の再現の度合いが等しければ同一の画質の範囲に入る
傾向が強い。「量子化以降の段階」は、量子化の終わっ
た段階でもよいし、その後に符号化がなされればそのと
きでもよいし、符号化の後ビットストリームが形成され
ればそのときでもよい。
ェーブレット変換を行い、しきい値は、そのウェーブレ
ット変換の結果生じる4個のサブバンドの少なくともひ
とつに着目して定められてもよい。たとえば、LLサブ
バンド以外のウェーブレット変換係数がすべてゼロにな
ったり、HHサブバンドのウェーブレット変換だけがす
べてゼロになるようしきい値を定めることができる。以
下、「LLサブバンドのウェーブレット変換係数」など
を単に「LLサブバンド」または「LLサブバンドの成
分」などとも略記する。
する。この装置は、原画像に対して空間周波数に注目し
た変換処理を施す変換器と、変換処理後のデータを参照
することにより、所定の条件にしたがって適応的に量子
化のしきい値を定める監視ユニットと、定められたしき
い値を用いて前記変換処理後のデータを量子化する量子
化器とを含む。
ゼロになるよう前記しきい値を定めることを指示するも
の 2.量子化後のデータを表現するためのビット数が所定
数以下に収まるよう前記しきい値を定めることを指示す
るもの などであり、監視ユニットは、変換処理後のデータの分
布を検出してしきい値を定めてもよい。
に関する。この装置は、上記画像量子化装置に加え、量
子化されたデータをエントロピー符号化する符号化部を
含む。本発明のさらに別の態様も画像符号化装置に関す
る。この装置は、撮像ブロックと、それを機構面で制御
する機構制御ブロックと、撮像によって得られたデジタ
ル画像を処理する処理ブロックとを含み、前記処理ブロ
ックは、撮像された画像に対して空間周波数に注目した
変換処理を施す変換器と、変換処理後のデータを参照す
ることにより、所定の条件にしたがって適応的に量子化
のしきい値を定める監視ユニットと、定められたしきい
値を用いて前記変換処理後のデータを量子化する量子化
器とを含む。この構成により、撮像された画像を効率的
に量子化および符号化することができる。
G2000に準拠してウェーブレット変換を行い、監視
ユニットは、ウェーブレット変換の結果生じる4個のサ
ブバンドの少なくともひとつに関するウェーブレット変
換係数に着目してしきい値を定めてもよい。
発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプロ
グラム、データ構造、記録媒体などの間で変換したもの
もまた、本発明の態様として有効である。
を説明する。実施の形態では、画像処理としてJPEG
2000を利用した符号化を考える。 実施の形態1 図1は、実施の形態1に係る画像符号化装置10の構
成、図2は符号化の一段階であるウェーブレット変換に
よって画像を階層化する手順をそれぞれ示す。図1の構
成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCP
U、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア
的にはメモリのロードされた符号化機能のあるプログラ
ムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携に
よって実現される機能ブロックを描いている。したがっ
て、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフト
ウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな
形で実現できることは、当業者には理解されるところで
ある。以下、まずJPEG2000による符号化の手順
全般を説明し、しかる後、本実施の形態に特徴的な量子
化のためのしきい値(以下単に「しきい値」ともいう)
の適応的な決定を説明する。
ユニット12と監視ユニット26である。符号化ユニッ
ト12は、JPEG2000の仕様に基づく符号化処理
を担当し、ウェーブレット変換器14、フレームバッフ
ァ16、量子化器18、ビットプレーン符号化器20、
エントロピー符号化器の一種である算術符号化器22、
およびストリーム生成器24を含む。この中で、少なく
とも監視ユニット26と量子化器18が画像量子化装置
を構成するといってよい。
(Original Image)がフレームバッファ16に読み込ま
れる。フレームバッファ16に読み込まれた原画像OI
は、ウェーブレット変換器14により階層化される。J
PEG2000におけるウェーブレット変換器14は、
Daubechiesフィルタを利用する。このフィルタは画像の
x、yそれぞれの方向において同時にローパスフィルタ
およびハイパスフィルタとして作用し、ひとつの画像を
4つの周波数サブバンドへ分割する。これらのサブバン
ドは、x、yの両方向において低周波成分を有するLL
サブバンドと、x、yのいずれかひとつの方向において
低周波成分を有し、かつもう一方の方向において高周波
成分を有するHLおよびLHサブバンドと、x、yの両
方向において高周波成分を有するHHサブバンドであ
る。各サブバンドの縦横の画素数は処理前の画像のそれ
ぞれ1/2であり、一回のフィルタリングで解像度、す
なわち画像サイズが1/4のサブバンド画像が得られ
る。
られたサブバンドのうち、LLサブバンドに対して再度
フィルタリング処理を行い、これをさらにLL、HL、
LH、HHの4つのサブバンドに分割する。フィルタリ
ングは所定の回数行われ、最後のフィルタリングで生じ
たLLサブバンドが原画像OIにおいて最もDC成分に
近い画像として取得される。同一階層の各サブバンド、
すなわち同じ回数フィルタリングを施して得られた4つ
のサブバンドはLL、HLおよびLH、HHの順に次第
に高周波成分を含み、これらのサブバンドよりもさらに
高周波成分を含む画像が、ひとつ前のフィルタリング処
理で得られた4つのサブバンドとしてつづく。以下、図
2の例でいえば、左上から順に右下へいくほど高周波成
分を含む画像として階層化画像が得られる。図2では、
フィルタリングが合計3回行われ、第1階層の画像WI
1から第2階層の画像WI2を経て第3階層の画像WI
3が生成されている。それらの画像において生成される
サブバンドは、それぞれLL1〜HH1、LL2〜HH
2、LL3〜HH3と表記されている。
ブレット変換後のデータ100、すなわちウェーブレッ
ト変換係数100の構成を模式的に示す。同図では、あ
る階層の画像に関する4つのサブバンドLL、HL、L
H、HHが示されている。以下、説明の便宜のため、階
層は問題にせず、サブバンドのみを考える。ウェーブレ
ット変換係数100は、複数のビットプレーンBM、B
M−1、・・・B1、B0を積層した形で表され、これ
らはそれぞれ4つのサブバンドのいずれかのウェーブレ
ット変換係数100のMSB(Most Significant Bit)
からLSB(Least Significant Bit)へ至る桁のひと
つに対応する。すなわち、同図では4つのサブバンドの
各画素、すなわち各ウェーブレット変換係数のMSBが
ビットプレーンBMに集合し、LSBがビットプレーン
B0に集合している。したがって、たとえばLHサブバ
ンド内のある画素Pに関するウェーブレット変換係数1
02は、図4のごとく(m+1)ビットで表現される。
ウェーブレット変換係数100は、各階層のサブバンド
ごとに、より低周波に近い成分から順に量子化器18、
ビットプレーン符号化器20、算術符号化器22、スト
リーム生成器24による処理を経て最終的な符号化画像
データCI(Coded Image)として出力される。
的な監視ユニット26の機能の大略は、画像が復号され
た際、実質的に同一の画質が維持される範囲において最
終的な符号量が最少またはその付近になるようしきい値
を適応的に定めることにある。監視ユニット26は、そ
の機能を果たすために、ウェーブレット変換器14の出
力、すなわちウェーブレット変換係数100を常時参照
している。
す。監視ユニット26は、予め準備された条件を保持す
る条件保持部152と、そこからユーザの指示にしたが
って所定のしきい値決定条件(以下単に条件という)を
選択して指示する条件選択部150と、条件保持部15
2にはない新たな条件をユーザから受け付ける条件設定
部158と、条件保持部152から読み出され、または
条件設定部158に入力された条件にしたがい、しきい
値を計算するしきい値算出部154と、しきい値の計算
のためにウェーブレット変換係数の分布を必要な範囲で
検出する分布検出部156を含む。条件選択部150お
よび条件設定部158は、本装置の動作モード設定のた
めのドライバ等が提供する入力画面からユーザの指示を
取得する。
がデフォルトで記憶されている。 条件A:「HHサブバンドのウェーブレット変換係数を
すべてゼロにする最小のしきい値を求める」 条件B:「HLサブバンドのウェーブレット変換係数を
すべて3ビット以下にする最小のしきい値を求める」 条件C:「LHサブバンドのウェーブレット変換係数を
すべて3ビット以下にするが、その3ビットの最上位ビ
ットが「1」になる係数が10個以上存在する場合は、
すべての係数を2ビットに縮退させる最小のしきい値を
求める」
「条件A」の選択を指示したとする。条件Aはしきい値
算出部154と分布検出部156へ通知される。分布検
出部156はHHサブバンドのウェーブレット変換係数
を監視し、その最大値Nを特定する。特定された最大値
Nはしきい値算出部154へ通知される。しきい値算出
部154にも条件Aが伝えられているため、ここでは単
純にHHサブバンドのためのしきい値Qthが(N+
1)と定められ、これが量子化器18へ通知される。量
子化器18はそのHHサブバンドの量子化の際、このし
きい値Qthを利用し、HHサブバンドのウェーブレッ
ト変換係数の量子化値をすべてゼロとする。なお、この
場合、量子化器18はHHサブバンドの量子化計算をス
キップし、単にすべてゼロを出力してもよい。
て「条件B」の選択を指示したとする。今回は、分布検
出部156はHLサブバンドのウェーブレット変換係数
を監視し、その最大値Nを特定する。特定された最大値
Nはしきい値算出部154へ通知される。しきい値算出
部154にも条件Bが伝えられているため、ここでしき
い値Qthが、 N/Qth<8 を満たす最小整数として定められる。このしきい値Qt
hは量子化器18へ通知され、この値を用いた量子化が
行われる。
C」の選択を指示した場合、分布検出部156はLHサ
ブバンドのウェーブレット変換係数を監視し、その最大
値Nと10番目に大きな係数N10を特定する。それら
の値はしきい値算出部154へ通知される。しきい値算
出部154にも条件Cが伝えられているため、ここでし
きい値Qthが以下の要領で定まる。「N/Qth<8
となるQthの最小整数を求め、このQthがN10/
Qth<4を満たせばこのQthをしきい値とする。満
たさなければ、N10/Qth<4となる最小整数をQ
thとする。」 以上が条件保持部152に予め存在する条件を用いた量
子化である。存在しない条件を使うために、ユーザは条
件設定部158を利用できる。条件設定部158は、た
とえば以下のような論理演算による条件設定を受け付け
てもよい。「条件1 and 条件2」 ただし、 条件1:LLサブバンドのウェーブレット変換係数をす
べてsビット以下にする最小のしきい値を求める 条件2:HHサブバンドのウェーブレット変換係数をす
べてtビット以下にする最小のしきい値を求める ここで、s、tはユーザが設定可能とする。こうしたユー
ザからの設定があった場合も、分布検出部156としき
い値算出部154は必要な監視と計算をなせばよい。
ット変換の際に予め量子化のためのしきい値に見当をつ
けることができるので、量子化の計算のリトライ回数を
減らし、またはなくすことができる。たとえば、従来の
量子化によってHHサブバンドにゼロでないウェーブレ
ット変換係数がわずかに残ってしまう場合、HHサブバ
ンドのウェーブレット変換係数をすべてゼロにする本実
施の形態と比較し、復号画像の画質は一般にほぼ同一と
いえる。人の目は画像の高周波成分に比較的鈍感なため
である。従来の量子化の場合、そのように同一の画質で
ありながら、HHサブバンドのウェーブレット変換係数
についても符号量の割当およびビットストリームにおけ
るデータ領域の確保が必要になり、圧縮効率を大きく低
下させることがあった。本実施の形態ではそうした無駄
を省くことができる。
を示す。デジタルカメラ200は、撮像ブロック20
2、機構制御ブロック204、処理ブロック206、L
CDモニタ208、および操作ボタン群210を含む。
ズ、絞り、光学LPF(ローパスフィルタ)、CCD、
信号処理部等を含む。CCDの受光面上に結像した被写
体像の光量に応じてCCDに電荷が蓄積され、電圧信号
として読み出される。電圧信号は信号処理部でR、G、
B成分に分解され、ホワイトバランス調整、ガンマ補正
が行われる。その後、R、G、B信号はA/D変換さ
れ、デジタル画像データとなって処理ブロック206へ
出力される。
202の光学系の制御、すなわちズーム、フォーカス、
絞りなどの駆動を制御する。処理ブロック206は、デ
ジタルカメラ200全体の制御に利用されるCPU22
0とメモリ222のほか、YC処理部226、カード制
御部228、通信部224を有する。これらのうち、C
PU220の機能の一部と、メモリ222にロードされ
た画像量子化および符号化プログラムと、図示しないそ
の他の回路が実施の形態1の画像符号化装置10に相当
する。実施の形態1のフレームバッファ16はメモリ2
22の一部を利用して実現することができる。
から輝度信号Yと色差(クロマ)信号B−Y、R−Yを
生成する。輝度信号と色差信号は、それぞれ原画像OI
として独立に順次符号化される。符号化画像データCI
は、通信部224を介して外部へ出力され、またはカー
ド制御部228を介してメモリカード230へ書き込ま
れる。
たプロトコル変換等の制御を行い、この他に、例えばプ
リンタ、ゲーム機等の外部機器との間で個別のインタフ
ェイスによるデータ授受を行う。
か、撮影/再生モード、ズーム倍率、日時などを表示す
る。操作ボタン群210は、ユーザが撮影を行い、また
は各種動作モードを設定するためのパワースイッチ、レ
リーズスイッチ等を含む。
に内蔵された画像符号化装置10により、たとえば以下
の動作が実現する。 1.静止画像をスナップショットとして撮影し、これを
圧縮符号化してメモリカード230へ記録する。このと
き、所望の画質を維持しつつ、量子化におけるリトライ
を最小限にとどめることができる。画質を「非常に精細
/精細/ふつう/データ量重視/インデックス用」など
から選択できるようにしておき、それらの段階のそれぞ
れと前述の条件を関連づけて準備してもよい。
イズで動画像を撮影し、これを同様に圧縮符号化してメ
モリカード230へ記録する際にも、当然所望の画質を
維持しながら量子化を効率化できる。もちろん、メモリ
カード230へ記録せず、直接プリンタへ出力し、また
は通信部224およびインターネットを介して自分のホ
ームページへ直接アップロードするような場合でも、当
然圧縮符号化の段階の効率化は有用である。
とに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それ
らの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな
変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範
囲にあることは当業者に理解されるところである。そう
した変形例をいくつか説明する。
ェーブレット変換を考えた。しかし、それ以外の処理で
あってもよく、例えばMPEGやJPEGにおけるDC
T変換であってもよい。その場合、得られたDCT係数
の量子化の際に本発明の考え方が適用できる。
み込み、または撮影、受信などの方法で入力する処理で
あってもよい。画像の符号化や圧縮は、量子化から処理
が始まり、また量子化のみで処理が終わる場合もある。
本発明はそうした場合でも適用できる。
明したが、これは当然他の電子機器であってもよい。た
とえばデジタルカメラ同様、撮像ブロックおよび処理ブ
ロックをもつファクシミリ装置、コピー機、スキャナ等
の機器に本発明を適用することができる。
または符号化の効率改善を図ることができる。
である。
画像の階層化手順を示す図である。
示す図である。
構成を示す図である。
を示す図である。
である。
4 ウェーブレット変換器、 16 フレームバッフ
ァ、 18 量子化器、 20 ビットプレーン符号化
器、 22 算術符号化器、 26 監視ユニット、
154 しきい値算出部、 156 分布検出部、 2
00 デジタルカメラ、 202 撮像ブロック、 2
04 機構制御ブロック、 206 処理ブロック。
Claims (10)
- 【請求項1】 原画像に対して所定の処理を施す工程
と、その処理後のデータに量子化を施す量子化工程とを
含み、 前記データを参照することにより適応的に量子化のしき
い値を定めた後、前記量子化工程を行うことを特徴とす
る画像量子化方法。 - 【請求項2】 原画像に対して空間周波数に注目した変
換処理を施す変換工程と、その変換後のデータに量子化
を施す量子化工程とを含み、 前記データを参照することにより適応的に量子化のしき
い値を定めた後、前記量子化工程を行うことを特徴とす
る画像量子化方法。 - 【請求項3】 実質的に同一の画質が維持される範囲に
おいて量子化以降の段階におけるデータの量が最少にな
るよう前記しきい値が定められることを特徴とする請求
項2に記載の画像量子化方法。 - 【請求項4】 前記変換工程はJPEG2000に準拠
してウェーブレット変換を行い、前記しきい値は、その
ウェーブレット変換の結果生じる4個のサブバンドの少
なくともひとつに着目して定められることを特徴とする
請求項2、3のいずれかに記載の画像量子化方法。 - 【請求項5】 原画像に対して空間周波数に注目した変
換処理を施す変換器と、 変換処理後のデータを参照することにより、所定の条件
にしたがって適応的に量子化のしきい値を定める監視ユ
ニットと、 定められたしきい値を用いて前記変換処理後のデータを
量子化する量子化器と、 を含むことを特徴とする画像量子化装置。 - 【請求項6】 前記所定の条件は、量子化後のデータが
所定の空間周波数領域についてゼロになるよう前記しき
い値を定めることを指示するものであり、前記監視ユニ
ットは、前記変換処理後のデータの分布を検出して前記
しきい値を定めることを特徴とする請求項5に記載の画
像量子化装置。 - 【請求項7】 前記所定の条件は、量子化後のデータを
表現するためのビット数が所定数以下に収まるよう前記
しきい値を定めることを指示するものであり、前記監視
ユニットは、前記変換処理後のデータの分布を検出して
前記しきい値を定めることを特徴とする請求項5に記載
の画像量子化装置。 - 【請求項8】 原画像に対して空間周波数に注目した変
換処理を施す変換器と、 変換処理後のデータを参照することにより、所定の条件
にしたがって適応的に量子化のしきい値を定める監視ユ
ニットと、 定められたしきい値を用いて前記変換処理後のデータを
量子化する量子化器と、 量子化されたデータをエントロピー符号化する符号化部
と、 を含むことを特徴とする画像符号化装置。 - 【請求項9】 撮像ブロックと、それを機構面で制御す
る機構制御ブロックと、撮像によって得られたデジタル
画像を処理する処理ブロックとを含み、 前記処理ブロックは、 撮像された画像に対して空間周波数に注目した変換処理
を施す変換器と、 変換処理後のデータを参照することにより、所定の条件
にしたがって適応的に量子化のしきい値を定める監視ユ
ニットと、 定められたしきい値を用いて前記変換処理後のデータを
量子化する量子化器と、 を含むことを特徴とする画像符号化装置。 - 【請求項10】 前記変換器はJPEG2000に準拠
してウェーブレット変換を行い、前記監視ユニットは、
ウェーブレット変換の結果生じる4個のサブバンドの少
なくともひとつに関するウェーブレット変換係数に着目
して前記しきい値を定めることを特徴とする請求項8、
9のいずれかに記載の画像符号化装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001051075A JP2002252759A (ja) | 2001-02-26 | 2001-02-26 | 画像量子化方法と装置、およびそれらを利用可能な画像符号化装置 |
TW91100644A TW548979B (en) | 2001-02-26 | 2002-01-17 | Method and apparatus for quantitizing an image, and an image encoding device that can use such method and apparatus |
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