JP2002290744A

JP2002290744A - 画像圧縮方式

Info

Publication number: JP2002290744A
Application number: JP2001087375A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Esumi; 淳江角; Seiji Kozuki; 清司上月; Kazuhiro Nakaura; 一浩中浦
Original assignee: LSI Systems KK
Current assignee: LSI Systems KK
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2002-10-04

Abstract

(57)【要約】【課題】現在知られている画像圧縮方式の代表例とし
て、JPEG圧縮方式とGIF圧縮方式が挙げられる。携帯電
話等の限られた演算しか行うことができないような機器
への適用を考えたとき、JPEG圧縮方式は多くの実数乗算
を伴い、膨大な処理時間を要する。また、GIF圧縮方式
は自然画像を圧縮した際には画質が非常に劣化する、と
いう問題がある。従って、計算量が少なく、高品質な画
像が得られる圧縮方式は知られていない。【解決手段】画像圧縮時に誤り訂正符号の復号処理を行
って圧縮を行い、画像伸張時に誤り訂正符号の符号化処
理を行う。誤り訂正符号の復号、および符号化処理は、
通常のアルゴリズムを用いてもよいし、テーブルを保持
しておき必要に応じて参照する方式でもよい。テーブル
を参照する方式では、画素値としてみた場合に最適な誤
り訂正を行えるようにテーブルの対応関係を修正するこ
とも可能である。圧縮率を高めるために、エントロピー
符号化を併用することも可能である。更に圧縮率を高め
るために、画像圧縮時に画素値のビット単位で間引き処
理を行い、画像伸張時に補間処理を行うこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、静止画像の圧縮方
式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像（ここでは、静止画像）を構成する
最小単位を画素（pixel）といい、各画素は複数ビット
（但し、2値画像の場合は1ビット）で画素の明るさを示
している。この各画素の明るさを示す値を画素値とい
う。例えば、各画素に8ビットずつ割り当てられている
と各画素は256段階の明るさを表現することができる。

【０００３】1枚の画像を表現するためには、画像サイ
ズをaビット×bビット（以下では、このような画像をa
×b画素と表記する）、各画素値がcビットで表現されて
いるとすると、a×b×cビットの容量が必要となる。こ
れは、モノクロ画像の場合であって、カラー画像の場合
は、光の3原色であるR（red）、G（green）、およびB
（blue）の3色の明るさをもって表現する必要があるの
で、a×b×c×3ビットの容量が必要となる。従って、画
像の容量をCoビット（モノクロ画像の場合はCo＝a×b×
c、カラー画像の場合はCo＝a×b×c×3）とすると、こ
のような画像を伝送帯域 B[bps] のインターネット等の
通信路を介して伝送する際には、Co／B[sec]だけの伝送
時間が必要である。また、記録メディアに記録する際に
は、Co ビットの記録容量が必要となる。

【０００４】通常は、上述のようにCoビットの容量の情
報をそのまま伝送、あるいは記録するのではなく、より
短時間で伝送するために、あるいは限られた容量の記録
メディアにより多くの画像を記録するために、圧縮して
伝送、あるいは記録されることが多い。圧縮される前の
画像を原画像、圧縮された後の画像を圧縮画像、圧縮画
像を元の画像に復元する処理を伸張、伸張された後の画
像を再生画像という。

【０００５】画像の圧縮は、圧縮画像を伸張したとき
に、再生画像として原画像と全く同じ画像が再現できる
無歪圧縮と、原画像と全く同じ画像には再現できない有
歪圧縮に大別される。一般に無歪圧縮よりも有歪圧縮の
方が圧縮画像の容量（サイズ）は小さくなる。圧縮の結
果、Coビットの容量がCcビットになったとき、そのアル
ゴリズムはCc／Coの圧縮率であるといい、Cc／Coの値が
小さいほど圧縮率が高いという。

【０００６】ところで、画像の表現方法としては、上述
のR成分、G成分、およびB成分による表現（以下では、R
GB表現）の他、画像の輝度情報（Y成分）と色差情報（C
r成分、およびCb成分）で表現する方法（以下では、輝
度・色差表現）が知られている。RGB表現では、特にど
の色が重要であるということはなく、各成分の重要度は
全く同じであるが、輝度・色差表現の場合には、輝度情
報には人間の視覚的に重要な情報が多く含まれている
が、色差情報には重要な情報があまり含まれない、とい
う特徴がある。従って、輝度・色差表現には、画像圧縮
を行う場合に、色差情報の欠落は、再生画像の画質にさ
ほど影響を与えないことを利用して、色差情報を大幅に
圧縮できる、という利点がある。実際のテレビジョン放
送で使用されているYIQ表現も輝度情報（Y成分）と色差
情報（I成分、およびQ成分）で表現されており、輝度・
色差表現の一つである。

【０００７】現在知られている多くの圧縮方法は、隣接
する画素値には強い相関があることを利用して圧縮して
いる。現在、具体的な画像圧縮（有歪圧縮）方式として
は、JPEG（Joint Photographic coding Experts Grou
p）圧縮方式とGIF（Graphics Interchange Format）圧
縮方式が広く用いられている。以下に、これら2つの圧
縮方式について、簡単に説明する。

【０００８】（JPEG圧縮方式）まず、JPEG圧縮方式につ
いて説明する。JPEG圧縮方式に関しては、例えば “画
像圧縮技術（越智宏、黒田英夫著・日本実業出版
社）”に詳細に記述されている。

【０００９】JPEG圧縮方式では、最初に画像を8×8画素
のブロックに分割し、各ブロックに対してDCT（Discret
e Cosine Transform：離散コサイン変換）を実行して、
周波数領域の値に変換する。次に得られた周波数領域の
値を量子化するが、この量子化の際に、高周波成分に対
しては粗い量子化を行って大幅に情報を落とすが、低周
波成分は細かな量子化を行ってあまり情報を落とさない
ようにする。最後に量子化を行った各成分に対してエン
トロピー符号化を行って、JPEG圧縮系列を得る。

【００１０】JPEG圧縮方式は、人間の視覚が低周波成分
に対しては敏感だが、高周波成分に対しては鈍感である
ことを利用して、上述の量子化を行う際に量子化のレベ
ルを可変にして高周波成分を大幅に圧縮している。ま
た、本来画像には高周波成分よりも低周波成分の方が多
く含まれているため、高周波成分に対して粗い量子化を
行うとほとんどの成分が"0"あるいは"0"付近の値になる
ため、エントロピー符号化を行った際に大幅な圧縮を行
うことができる。

【００１１】JPEG圧縮方式は、高圧縮率の割には優れた
画質が得られる圧縮方式として知られている。また、圧
縮率・画質をある程度自由に設定でき、目的に応じた圧
縮率・画質を選択することもできる。一般には、圧縮率
は1/5から1/50程度で用いられることが多い。

【００１２】（GIF圧縮方式）次に、GIF圧縮方式につい
て説明する。GIF圧縮方式に関しては、例えば “Graphi
cs Interchange Format Version 89a (modified) Progr
amming Reference, CompuServe Incorporated"に記述さ
れている。

【００１３】GIF圧縮方式では、使用する色のテーブル
（カラーパレットともいう）を保持しており、このカラ
ーテーブルには、各8ビットでRGBを表現した合計24ビッ
トで表現される色（約1600万色）の中から任意の256色
を用いることができる。実際の圧縮処理は、まず、原画
像の画素値をカラーテーブル（256色）中の一つの色に
対応させる。次に、カラーテーブルへの指標の系列を無
歪圧縮方式の一つであるLZW（Lempel Ziv Welch）法を
用いて無歪圧縮を行う。

【００１４】GIF圧縮方式では、圧縮率は1/4から1/6程
度となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにJPEG圧縮
方式は、高圧縮率の割に高品質な画質が得られる方式と
して知られている。しかしながら、JPEG圧縮方式の問題
点として、計算量が多く、圧縮・伸張処理に時間を要す
る点が挙げられる。PC等の比較的高速・高機能な装置間
で通信を行う場合には計算量の問題はさほど重要ではな
いが、コンテンツプロバイダから画像表示可能な携帯電
話への画像配信サービス等を考えた場合には大きな問題
となる。このようなサービスにおいては、画像の圧縮は
プロバイダ側の処理になるため、計算量が多くなっても
問題とはならないが、画像の再生は携帯電話で行うた
め、再生処理は高速に行える必要がある。すなわち、携
帯電話では小型軽量化が重視されるため、必ずしも高性
能な処理装置を搭載できるとは限らないためである。

【００１６】また、GIF圧縮方式は、実数演算を伴わな
いので演算量は少なく、短い処理時間で圧縮・再生処理
を行え、携帯電話等でも十分に再生が可能であるが、GI
F圧縮方式の問題点として、再生画像がカラーテーブル
分の色、すなわち256色でしか表現されない点が挙げら
れる。バナーやアニメ画像等の人工的なグラフィックス
画像を圧縮する場合には、これらの画像は使用する色が
自然画像に比べて格段に少なく、また文字や直線を多く
含む、という特徴があるため、GIF圧縮方式が適した圧
縮方式といえる。しかし、人物写真、あるいは風景写真
等の自然画像を圧縮する際には、約1600万色で構成され
ている画像の色を256色だけで表現しなければならず、
この滅色処理により、例えば、グラデーションになって
いる部分に縞状の段差ができやすい。また、単なる滅色
処理ではなく、ディザ法と呼ばれる手法を用いることも
できるが、この方法では粒状感が目立った画像となって
しまう。これら縞状の段差や粒状感は、人間の視覚にも
敏感に反応し、画質を大きく劣化させる原因となる。

【００１７】本発明の目的は、GIF圧縮方式と同程度の
少ない演算量（計算時間）で、JPEG圧縮方式と同程度の
高品質な画像が得られる新しい圧縮方式を提案すること
である。本発明により、携帯電話等の限られた演算しか
行うことができないような機器でも高品質な画像を再生
することができるようになる。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、誤り訂正符号（Error Correcting C
odes：ECC）の概念を用いている。通常の誤り訂正符号
は、通信路上で通信を行う際に、kビットの情報系列に
送信側で一定の規則に従った冗長系列を付加してnビッ
トの符号語系列を作成し、受信側では付加された冗長分
を利用して通信途中に生じた誤りを検出、あるいは訂正
し、kビットの復号系列（推定情報系列）を得る、とい
う使用法で用いられる。このような情報系列がkビッ
ト、符号語系列がnビットである符号を、一般に(n,k)符
号という。

【００１９】本発明では、画像を圧縮する際に、各画素
値を受信側で受信された系列（情報系列＋冗長系列）と
考え、復号操作（ここでは、誤り検出・訂正＋冗長部分
の削除のことをいう）を行い、誤り訂正符号の情報系列
（kビット）のみを保持しておく。例えば、誤り訂正符
号として、(n,k)符号を用いれば、圧縮率はk／nとな
る。圧縮画像を伸張する際には、誤り訂正符号の符号化
操作を行う。すなわち、kビットの系列に誤り訂正符号
の冗長ビットを付加して、nビットの系列を得る。

【００２０】以上の処理を、画素値が7ビットで表現さ
れている画像に (7,4)ハミング符号を用いた例を、図3
を用いて説明する。図3は、原画像の画素値が "46" で
あった場合の処理を示している。7ビット系列 "010111
0" をあるハミング符号で誤り訂正を行うと、"0101100"
となる。この系列の情報系列は "0101"、冗長部分は "
100" であるので、保持しておく系列は "0101" のみで
あり、これが受信側に伝送される。受信側では、"0101"
を符号化し、再生画像の画素値 "0101100" を得る。

【００２１】ここで、t重誤り訂正符号を用いていると
すると、原画像の系列と再生画像の系列では最大でtビ
ットが異なっている。tビットの誤りは、系列を画素値
としてみたときにどの重みで生じるかを特定することは
できないが、隣接画素の画素値には強い相関がある、と
いう特徴を利用して修正を行うことができる。すなわ
ち、重みが大きい誤りが生じている場合には、隣接画素
の画素値と大きく異なり、誤りの大きさを推定すること
が可能となる。一方、誤りの重みが小さい場合には、再
生画像に与える影響が小さいので、修正を行う必要がな
い。

【００２２】ところで、画素値をcビットで表している
場合、cと誤り訂正符号の符号長のnが、n＝c の関係に
あるときはそのまま適用することができるが、nとcは必
ずしも一致している必要はない。n＞c の場合は、隣接
する複数の画素に対してまとめて復号・符号化を行うこ
とで対応できる。また、n＜cの場合は、画素のビットを
複数の符号語に分割して復号・符号化を行えばよい。

【００２３】また、より高品質な再生画像を得るため
に、本発明では、上述の誤り訂正符号をテーブルとして
保持し、原画像と再生画像の画素値の差分が最小になる
ように上述のテーブルを修正することもできる。誤り訂
正符号の符号化、および復号処理は、kビット情報系列
とnビット符号語系列の写像を実現すればよいので、そ
の一つの手段としてテーブルによる写像を行う。

【００２４】テーブルによって写像を実現することの利
点は、任意の対応関係の修正を行っても全く問題はな
い、という点である。例えば、(7,4)ハミング符号を例
にとって説明する。(7,4)ハミング符号は1重誤り訂正符
号であるので、最大1ビットの誤りが生じる可能性があ
る。すなわち、7ビットの系列を画素値としてみた場合
には重み64、32、16、8、4、2、1の誤りが生じている
か、あるいは誤りは生じていないか、のいずれかであ
る。このとき、1つの誤りで重み64の誤りが生じるより
も、2つの誤りで重み3の誤りが生じる方が、再生画像の
画質に与える影響ははるかに少ない。

【００２５】一般的には、t個の誤りが生じた場合より
もt＋1個以上の誤りがあったとしても画素値としての重
みが小さい写像を行う方が、再生画像の画質に与える影
響は少ない。従って、本発明では、上述のように原画像
と再生画像の画素値の差分が最小になるように上述のテ
ーブルを修正する。なお、このときは生じる誤りの重み
が小さくなるように修正しているので、上述のような隣
接画素の画素値から誤りの大きさを推定して修正する処
理は不要である。

【００２６】以上の処理を、画素値が7ビットで表現さ
れている画像に (7,4)ハミング符号のテーブルを用いた
例を、図4を用いて説明する。図4の上段左のテーブルは
通常のハミング符号の復号アルゴリズムを用いた場合の
圧縮側のテーブル、上段右のテーブルは通常のハミング
符号の符号化アルゴリズムを用いた場合の伸張側のテー
ブル、下段左のテーブルは修正後の圧縮側のテーブル、
下段右のテーブルは修正後の伸張側のテーブルを示して
いる。この例において、上段の通常のハミング符号テー
ブルでは重み64の1ビット誤りが生じているが、下段の
修正後のハミング符号テーブルでは、重み5の2ビット誤
りになっている。

【００２７】また、より高い圧縮率を得るために、本発
明では、上述の誤り訂正符号を適用する部分を画素値の
下位ビットに限定し、上位ビットには従来から用いられ
ているエントロピー符号化を適用する。これは、上位ビ
ットほど隣接画素間の相関が強く、エントロピー符号化
を行った際に高い圧縮率を得ることができるために、こ
の処理を行う。誤り訂正符号の適用を下位Lビットに限
定した場合、Lとnが必ずしも一致している必要はない。
これは、上述のnとcの関係と全く同じ理由からである。

【００２８】ここで、上位ビットには、そのままエント
ロピー符号化を用いず、隣の画素値との差分をとり、差
分値に対してエントロピー符号化を行ってもよい。上述
のように隣接画素間の画素値には強い相関があるた
め、"0"付近の値の出現確率が高くなり、エントロピー
符号化を行った際に高い圧縮率を達成することができ
る。

【００２９】また、上述のエントロピー符号化の圧縮効
果を高めるために、本発明では、画像を複数の小ブロッ
クに分割し、各ブロック内の画素値の最小値を検索し、
各ブロック内の画素値から検索した最小値を減じる。本
処理を行うことで、各ブロック内の本処理を行った後の
画素値は、"0" または "0" 付近の正の数になるため、
エントロピー符号化を行った際に大幅に圧縮することが
できるようになる。

【００３０】また、上述の目的を達成するために、本発
明では、圧縮時に画素の間引き処理を行い、伸張時に画
素の補間処理を行う。間引き・補間処理を行うことで圧
縮率を高めることができ、伝送すべき情報量が減少す
る。間引き処理を行うとき、色差成分は輝度成分に比べ
て情報が欠落しても再生画像に与える影響は少ないの
で、この特徴を利用して間引き処理を行う。

【００３１】具体的には、次の3パターンの間引きパタ
ーンを準備し、各画素値にいずれかの間引きパターンを
割り当てる。・パターン2 ・・・全ビット保持している・パターン1 ・・・上位Uビットのみ保持している・パターン0 ・・・全ビット保持していない上述のパターン0は、画素そのものを削除する、従来の
間引き方法である。一方、パターン1は、本発明による
新しい間引き方法で、画素単位ではなく、ビット単位
（下位ビット）の間引き方法である。

【００３２】間引きは、画像を複数の小ブロックに分割
し、一定の間引きパターンを繰り返す。以下では、この
小ブロックを間引きブロックと呼ぶことにする。各間引
きブロックには情報を削減しない画素、すなわち間引き
パターン2の画素が少なくとも1画素は含まれている必要
があり、以下では、間引きパターン2の画素の一つを間
引きブロック代表画素と呼ぶ。なお、間引きブロック
は、上述のエントロピー符号化の圧縮率を高めるために
使用した小ブロックとは、ブロックサイズやブロックの
区切り方に関して、何ら関係がない。

【００３３】上述の間引きパターンを用いて間引き処理
を行った画像に対する伸張時の補間処理は、次のように
行う。パターン2の画素は、全ビット保持しているた
め、補間の必要はなく、何ら処理は行わない。パターン
1の画素は、Uビットの情報からcビットの情報を復元す
る必要がある。保持している上位Uビットの値が間引き
ブロック代表画素の上位Uビットの値と一致している場
合には、ブロック代表画素の値をそのまま使用する。保
持している上位Uビットの値が間引きブロック代表画素
の上位Uビットの値と一致していない場合には、上位ビ
ットには保持しておいたUビットの情報をそのまま使用
し、下位ビットは、下位ビットの最上位ビットのみ "1"
とし、残りのビットはすべて"0" とする。すなわち、
下位ビットは "10・・・0" となる。なお、下位ビット
は必ずしも上記のように決定する必要はなく、任意に決
定してよい。パターン0の画素は、何も情報がないの
で、間引きブロック代表画素の値をそのまま使用する。

【００３４】ここで、パターン1のビット単位の間引き
処理を導入する効果について、図5、および図6を用いて
説明する。図5、図6は、2×2画素の間引きブロックを使
用した間引き・補間処理の一例であり、図5は、画素単
位の間引き（パターン0）を用いた場合の図であり、図6
は、ビット単位の間引き（パターン1）を用いた場合の
図である。いずれも画像の画素値が急激に変化している
エッジ部分の処理を示している。エッジは、例えば人物
画像の顔の輪郭、風景画像の建物の輪郭等、自然画像に
おいては極めて重要な部分で、エッジが明確に再現され
ないと画質が大きく劣化する原因となる。

【００３５】図5において左下のブロックに着目する
と、間引きブロック代表画素60は領域Aの白い部分であ
るが、同じ間引きブロックに所属している画素61乃至63
は、領域Bの灰色の部分である。しかし、間引き処理に
よって画素61乃至63の情報は完全に削除されてしまい、
再生時に間引きブロック代表画素60の情報がそのままコ
ピーされてしまうので、画素61乃至63はすべて領域Aの
画素として再現されてしまう。エッジ部分がある間引き
ブロックではすべて同様の現象が発生する。すなわち、
ブロック状の歪が生じた画像になり、エッジは不明確に
なってしまう。

【００３６】同じ左下のブロックについて、図6では次
のようになる。図5の場合と異なり、上位ビットを保持
しており、エッジのような画素値が大きく変化するよう
な部分では、上位ビットまで異なっている場合が多く、
このような画素では間引きブロック代表画素の画素値は
コピーされない。従って、画素61乃至63は画素60の値が
コピーされずに、保持しておいた上位ビットに、固定
値"10・・・0"が付加されることになる。ここで、下位
ビットは固定値となってしまうが、上位ビットまで異な
っているような急激に画素値が変化している部分では、
下位ビットの値はさほど重要ではなく、再生画像の画質
に与える影響は少ない。従って、図6のように本発明の
ビット単位の間引き（パターン1）を用いれば、再生画
像のエッジはほぼ元通りに再現することができる。

【００３７】パターンは画素毎に割り当てる、と記述し
たが、この割り当ては輝度成分、色差成分で同じ割り当
てを行う必要はない。従って、上述のように、色差成分
は、輝度成分に比べて再生画像の画質に与える影響が小
さいことを利用して、色差成分は大きな圧縮率を得るこ
とができるパターン0で画素単位で間引き、輝度成分は
高品質な画像を得るためにパターン1でビット単位で間
引く、というような間引きパターンを用いることもでき
る。

【００３８】また、上述の誤り訂正符号と間引き（パタ
ーン1）・補間処理を混在させる場合には、誤り訂正符
号を下位Lビットに適用し、上位H（＝c−L）ビットはエ
ントロピー符号化を用いて、間引きパターン1では上位U
ビットだけを保持しておくものとすると、このときのH
とUは、H≧Uとなっていることが望ましい。

【００３９】また、間引き処理を行った場合にも、より
高品質な再生画像を得るために、本発明では、上述の誤
り訂正符号を実現する写像テーブルを以下のように修正
する。すなわち、色差成分は輝度成分に比べて情報が欠
落しても再生画像の画質に与える影響は少ないという特
徴を利用して、nビット符号語系列として輝度成分、色
差成分を混在させ、誤りを色差成分の方に多く生じさせ
るような修正を行う。この修正を行うことで、主に画質
を決定している輝度成分の情報の欠落を減少することが
できる。

【００４０】また、本発明は、適用範囲を静止画像に限
定するものではなく、本発明を連続的に使用することで
動画像にも適用することができる。

【００４１】さらに、本発明には、本発明による画像圧
縮方式あるいは動画圧縮方式による圧縮あるいは伸張を
実現するソフトウェアを格納した媒体（記録媒体や通信
媒体など）も含まれる。

【００４２】また、本発明は、ソフトウェアとしてだけ
でなく、半導体などのハードウェアにより実現すること
も可能である。

【００４３】

【実施例】本発明の具体的な実施例について、図1を用
いて説明する（実施例1）。

【００４４】図1は、コンテンツプロバイダから画像表
示可能な携帯電話への画像配信サービスを考え、本発明
を適用した画像圧縮装置（コンテンツプロバイダ）1の
処理、および画像再生装置（携帯電話）2の処理を示し
ている。本システムの入力である原画像、および本シス
テムの出力である再生画像は、共にY成分、Cr成分、お
よびCb成分で表現（以下では、YC表現）されているもの
とする。また、画像サイズは120×120画素で、各画素は
8ビットで表現されているものとする。

【００４５】以下では、圧縮処理、および伸張処理の各
処理について、それぞれの処理の内容を詳細に記述す
る。なお、以下の説明で用いている処理ブロックとは、
図1に示した処理ブロックの符号を示している。

【００４６】（画像圧縮処理）（圧縮ステップ1）ブロック分割（処理ブロック11） YC表現されている原画像をn×n画素のブロックに分割す
る。本実施例では、4×4画素のブロックに分割する。従
って、原画像は900個のブロックに分割される。

【００４７】（圧縮ステップ2）ブロック内最小値の
検索（処理ブロック12）次に、各ブロックにある16（＝4×4）個の画素値の中か
ら、最小値を検索する。

【００４８】（圧縮ステップ3）ブロック内最小値の
減算（処理ブロック13）各画素値から、処理ブロック12で検索されたブロック内
最小値を減算する。この減算の結果、ブロック内の各画
素値は、少なくとも1画素が"0"、残りの画素は絶対値が
小さな正の値となる。

【００４９】（圧縮ステップ4）画素値の符号化（処
理ブロック14、および15）次に、処理ブロック13で得られた各画素値を上位Hビッ
トと下位Lビット（H＋L＝8）に分け、上位Hビットに対
しては、エントロピー符号化を行う（処理ブロック1
4）。本実施例では、上位1ビットと下位7ビットに分
け、エントロピー符号化には、ハフマン符号とランレン
グス符号を組み合わせて使用する。また、残りの下位7
ビットに対しては、誤り訂正符号の復号を行う（処理ブ
ロック15）。本実施例では、誤り訂正符号として(7,4)
ハミング符号を考え、一般的な復号アルゴリズムを用い
て、各画素の下位7ビット系列を4ビットの系列に圧縮す
る。

【００５０】以上の処理の結果、送信される情報は、処
理ブロック12で得られたブロック内の画素値の最小値30
（圧縮は行わず固定長系列）、処理ブロック14で得られ
た各画素の上位1ビットの圧縮系列31（可変長系列）、
および処理ブロック15で得られた(7,4)ハミング符号の
復号結果の情報系列に相当する系列32（圧縮は行わず固
定長系列）の3種類である。これらの情報は、通信路
（無線、または有線）3を介して画像再生装置2に送信さ
れる。

【００５１】（画像伸張処理）（伸張ステップ1）差分画像の再生（処理ブロック2
4、および25）画像再生装置2では、まず受信系列32を符号化して冗長
を付加することにより伸張する（処理ブロック25）。圧
縮時に(7,4)ハミング符号を使用したので、伸張時にも
同じ符号を用いる。受信系列32を4ビット毎に区切り、
一般的な符号化アルゴリズムを用いて7ビットのハミン
グ符号の符号語に符号化（冗長部分を付加）する。(7,
4)ハミング符号は1重誤り訂正符号であるので、符号化
時に最大で1ビットの誤りが生じている。この1ビットの
誤りを画素値としてみたとき、重みが64、32、16、8、
4、2、および1の誤りが生じている場合、および誤りが
生じていない場合の8通りが考えられる。このうち、例
えば重みの大きな誤りに関しては、隣接画素の画素値と
値が大きく離れることになるので、隣接画素との誤差を
とり、誤差の大きさがある閾値以上である場合には、重
みの大きな誤りを加える、あるいは減じることにより、
誤差が小さくなるように修正を行うことが可能である。
一方、重みの小さな誤りに関しては、絶対値が小さく再
生画像に与える影響は少ないので、修正する必要はな
い。次に、系列31に対して、圧縮の際行った規則と同じ
規則で逆エントロピー符号化を行う（処理ブロック2
4）。処理ブロック25で得られた7ビットの系列を下位ビ
ット、処理ブロック24で得られた1ビットの系列を上位
ビットとして連接して8ビットの系列とし、差分画像の
画素値とする。

【００５２】（伸張ステップ2）ブロック内最小値の
加算（処理ブロック23）差分画像の各画素値に対して、その画素が属する4×4ブ
ロックの最小値情報30を加算し、再生画像の画素値とす
る。

【００５３】上述の実施例1では、YC表現された画像を
原画像とした例を示したが、原画像がYIQ表現されてい
る場合でも、輝度情報、色差情報という意味では全く同
じであるのでそのまま適用することができる。また、例
えばRGB表現のように、輝度情報と色差情報に分離され
ていないフォーマットの画像を扱う場合には、圧縮ステ
ップ1（処理ブロック11）の前処理として、原画像フォ
ーマットからYC表現に変換し、伸張ステップ2（処理ブ
ロック23）の後処理として、YC表現から原画像フォーマ
ットに逆変換すればよい。

【００５４】また、上述の実施例1では、圧縮ステップ1
において4×4画素のブロックを用いたが、このブロック
のサイズは任意のサイズでよい。ブロックサイズが小さ
くなると最小値を減算した後の各画素の上位4ビットの
分散が小さくなるためエントロピー符号化の圧縮率を高
めることができ、系列31のビット数を減少させることが
できるが、ブロック数が多くなるために、系列30のビッ
ト数は増加する。逆に、ブロックサイズを大きくすると
ブロック数が少なくなるので系列30のビット数は減少す
るが、最小値を減算した後の各画素の上位4ビットの分
散が大きくなるためにエントロピー符号化の圧縮率が低
下し、系列31のビット数が増加する。

【００５５】また、上述の実施例1では、誤り訂正符号
として(7,4)ハミング符号を用いているが、他の誤り訂
正符号でもよい。例えば、エントロピー符号化を画素の
上位4ビットに対して適用し、隣接2画素分の下位4ビッ
ト、すなわち8ビットの系列を考え、ここに (8,4)拡大
ハミング符号を適用することもできる。

【００５６】また、上述の実施例1では、誤り訂正符号
の復号アルゴリズム、および符号化アルゴリズムを使用
しているが、写像を表現するデーブルを用いてもよい。
実施例1のハミング符号の場合、圧縮側では128個の7ビ
ット系列を16種類の4ビット系列に写像するテーブル
を、また伸張側では16個の4ビット系列を16種類の7ビッ
ト系列に写像するテーブルをそれぞれ保持しておく。こ
のとき、誤りのビット数が多くなっても画素値としての
誤りの重みが小さくなるように修正しておいてもよい。

【００５７】また、上述の実施例1では、輝度成分、色
差成分を間引くことなくそのまま使用している。また、
両成分を同じように扱っている。しかし、上述のよう
に、色差成分は輝度成分に比べて情報が欠落しても再生
画像に与える影響は少ない。この特徴を利用して圧縮率
を高めることができる。実施例を、図2を用いて説明す
る（実施例2）。

【００５８】図2は、図1と同じくコンテンツプロバイダ
から画像表示可能な携帯電話への画像配信サービスを考
え、本発明を適用した画像圧縮装置（コンテンツプロバ
イダ）1の処理、および画像再生装置（携帯電話）2の処
理を示している。図1との相違点は、ブロック分割前に
パターン0間引き処理41を、また処理ブロック13の後に
パターン1間引き処理を行い、処理ブロック23の後にパ
ターン0補間処理43を、また処理ブロック23の前にパタ
ーン1補間処理44を行っている点である。以下に、間引
き処理41、42、および補間処理43、44について説明す
る。なお、本実施例では、エントロピー符号化（処理ブ
ロック14）および誤り訂正復号（処理ブロック15）の前
に、各差分値を上位4ビットと下位4ビットに分けるもの
とする。原画像、および再生画像のサイズ等のその他の
諸条件は、実施例1と全く同じである。

【００５９】（間引き処理）間引き処理41、および42に
ついて、図7を用いて説明する。図7は、間引き処理を行
う際の各画素の間引きパターンを示しており、上側から
順に、Y成分、Cr成分、およびCb成分の間引きパターン
を示している。小さい四角が1画素を示しており、"2"と
記述している画素70、80、および90は全ビット保持して
おくパターン2の画素、"1"と記述している画素71乃至73
は上位4ビットだけ保持しておくパターン1の画素、"0"
と記述している画素81乃至83、91乃至93は、全ビットと
も保持せず削除するパターン0の画素である。また、図
中の太枠7乃至9が2×2画素の間引きブロックを示してお
り、画素70、80、および90がそれぞれ間引きブロック代
表画素である。

【００６０】まず、Y成分の圧縮について説明する。上
述のように、Y成分にはパターン0の画素がないので、パ
ターン0間引き処理41に関しては、何も行わない。ブロ
ック分割（処理ブロック11）からブロック内最小値の減
算（処理ブロック13）までは実施例1と全く同様に全ビ
ットに対して処理を行う。次に、パターン1間引き処理4
2において、パターン1である画素71乃至73に関しては、
下位4ビットを削除する。従って、このような画素に対
しては誤り訂正復号15の処理はない。パターン2であっ
た画素70に関しては、全ビット保持しておくので、実施
例1に示した処理を行う。

【００６１】次に、Cr成分、およびCb成分の圧縮につい
て説明する。上述のように、Cr成分、およびCb成分には
パターン0の画素81乃至83、91乃至93が含まれている。
パターン0間引き処理41において、パターン0の画素81乃
至83、91乃至93は、完全に削除される。従って、図7に
示した間引きパターンを適用していれば、120×120画素
であった画像サイズが、60×60画素となる。以下の処理
は、実施例1と全く同じである。ブロック分割（処理ブ
ロック11）を行う際のブロックサイズは元のサイズ4×4
画素のまま使用してもよいし、画像サイズが小さくなっ
ていることを考慮して2×2画素のブロックサイズを用い
てもよい。

【００６２】最終的に保持している情報を、図8および
図9の最左列に示している。図8の最左列は、図7の間引
きパターンで間引かれた各画素のY成分の差分値の一例
を示している。また、図9の最左列は、図7の間引きパタ
ーンで間引かれた各画素のCr成分およびCb成分の画素値
の一例を示している。画素値の網掛け部分は保持してい
ないビットである。

【００６３】（補間処理）パターン1補間処理44につい
て、図8を用いて説明する。図8は、Y成分の差分値に関
しての補間の様子を示している。画素70は、全ビット保
持していた画素であるので、補間処理は不要である。画
素71は、保持していた上位4ビットが間引きブロック代
表画素である画素70と同じであるので、画素70の値をそ
のまま代入する。画素72は、保持していた上位4ビット
が間引きブロック代表画素である画素70と異なっている
ので、上位4ビットは保持していた情報 "0010" をその
まま使用し、下位4ビットは "1000（固定値）" とす
る。画素73も同様に、保持していた上位4ビットが間引
きブロック代表画素である画素70と異なっているので、
上位4ビットは保持していた情報 "0001" をそのまま使
用し、下位4ビットは "1000（固定値）" とする。

【００６４】次に、パターン0補間処理43について、図9
を用いて説明する。図9は、Cr成分およびCb成分に関し
ての補間の様子を示している。画素80は、全ビット保持
している画素であるので、補間処理は不要である。画素
81乃至83に関しては、全く情報を保持していないので、
ブロック代表画素である画素80の値をそのまま代入す
る。Cb成分に関しても同様に、画素90は補間処理が不要
で、画素91乃至93は画素90の値をそのまま代入する。

【００６５】以上の処理は、図7に示した間引きパター
ンを使用した場合の補間処理の例であり、間引きパター
ンによっては、Y成分でも全ビット保持していないパタ
ーンや、Cr成分、あるいはCb成分でも上位4ビットを保
持しておくパターンも存在し得る。

【００６６】また、上述の実施例2では、間引きブロッ
クを2×2画素のブロックとして、図7に示した間引きパ
ターンを用いたが、間引きブロックのサイズ、および間
引きパターンはこの限りではない。

【００６７】さらに、上述の実施例2では、各画素の差
分値あるいは画素値を上位4ビット、下位4ビットに分け
るとしたが、差分値あるいは画素値の上位ビット、下位
ビットへの分け方はこの限りではない。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、GIF圧縮方式と同程度
の少ない演算量（計算時間）で、JPEG圧縮方式と同程度
の高品質な画像が得ることができる。従って、本発明を
用いれば、携帯電話等の限られた演算しか行うことがで
きないような機器でも高品質な画像を再生することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明を適用した画像圧縮装置および画像再
生装置の処理ブロック図（1）

【図2】本発明を適用した画像圧縮装置および画像再
生装置の処理ブロック図（2）

【図3】誤り訂正符号を用いた圧縮処理、および伸張
処理の一例を示した図

【図4】誤り訂正符号の写像をテーブルで実現し、対
応関係修正の一例を示した図

【図5】従来の画素単位の間引き処理を行った場合の
圧縮・伸張処理の例を示した図

【図6】本発明のビット単位の間引き処理を行った場
合の圧縮・伸張処理の例を示した図

【図7】間引きブロック、および間引きパターンの概
念図

【図8】補間処理の一例を示した図（1）

【図9】補間処理の一例を示した図（2）

【符号の説明】

1 画像圧縮装置（コンテンツプ
ロバイダ） 11〜15 画像圧縮処理ブロック 2 画像再生装置（携帯電話） 23〜25 画像再生処理ブロック 3 通信路（無線または有線） 30〜32 送信する情報 41、42 間引き処理ブロック 43、44 補間処理ブロック 60 間引きブロック代表画素 61〜63 間引きブロック代表画素以外の画
素 7〜9 間引きブロック 70、80、90 間引きブロック代表画素 71〜73、81〜83、91〜93 間引きブロック代表
画素以外の画素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C059 KK15 LB11 MA00 ME02 ME05 PP01 PP16 RF05 SS10 SS20 TA06 TA08 TB08 TC02 TD15 UA02 UA05 5C078 AA09 BA44 BA57 CA45 DA01 DA02 DA11 DA12 5J064 AA01 AA02 BA08 BA09 BB08 BC14 BC27 BC29 BD02 5J065 AA01 AB03 AC02 AD05 AE02 AF02 AH15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静止画像に対する画像圧縮方式において、
画像圧縮時に誤り訂正符号の復号処理を利用して圧縮を
行い、画像再生時に誤り訂正符号の符号化処理を利用し
て伸張を行うことを特徴とする画像圧縮方式。
【請求項２】請求項1記載の画像圧縮方式において、誤
り訂正符号の符号化処理を行って再生画像の画素値を得
た後に、隣接画素の画素値と大小関係を比較し、必要に
応じて誤り訂正符号で訂正し得る誤りパターンを加える
ことによって該画素の画素値と隣接画素の画素値との差
異が小さくなるように画素値を修正することを特徴とす
る画像圧縮方式。
【請求項３】請求項1記載の画像圧縮方式において、誤
り訂正符号の復号処理、および符号化処理に対応する写
像テーブルを保持しておき、該テーブルを参照すること
で誤り訂正符号の復号処理、および符号化処理を実現す
ることを特徴とする画像圧縮方式。
【請求項４】請求項3記載の画像圧縮方式において、原
画像の画素値と再生画像の画素値の差異が最小になるよ
うに、請求項3記載の写像テーブルの対応関係を修正す
ることを特徴とする画像圧縮方式。
【請求項５】請求項3記載の画像圧縮方式において、符
号語ビット系列に輝度成分と色差成分が混在し、原画像
の色差成分と再生画像の色差成分の差異よりも原画像の
輝度成分と再生画像の輝度成分の差異が小さくなるよう
に、請求項3記載の写像テーブルの対応関係を修正する
ことを特徴とする画像圧縮方式。
【請求項６】請求項1記載の画像圧縮方式において、誤
り訂正符号の復号処理、および符号化処理の適用部分を
各画素値の下位ビットに限定し、上位ビットにはエント
ロピー符号化を用いることを特徴とする画像圧縮方式。
【請求項７】請求項6記載の画像圧縮方式において、各
画素値と隣接する画素値の差分をとり、差分値に対して
請求項6記載のエントロピー符号化を用いることを特徴
とする画像圧縮方式。
【請求項８】請求項6記載の画像圧縮方式において、画
像を複数個の小ブロックに分割し、各ブロック内の画素
値の最小画素値を検索し、各画素値と画素が属するブロ
ックの最小画素値の差分をとり、差分値に対して請求項
6記載のエントロピー符号化を用いることを特徴とする
画像圧縮方式。
【請求項９】画像を構成する各画素の画素値を表現する
ために複数ビットからなるビット列を必要とする静止画
像に対する画像圧縮方式において、画像圧縮時に、各画
素の画素値を表現している複数ビットからなるビット列
の全ビットを保持しておくか、あるいは該ビット列の全
ビットではないいくつかのビットを保持しておくか、あ
るいは該ビット列の全ビットを保持しないかを、画素毎
に決定することを特徴とする画像圧縮方式。
【請求項１０】請求項9記載の画像圧縮方式において、
画像を複数個の小ブロックに分割し、画素値を表現して
いる複数ビットからなるビット列の全ビットを保持して
おくか、あるいは該ビット列の全ビットではないいくつ
かのビットを保持しておくか、あるいは該ビット列の全
ビットを保持しないかを各ブロックごとに一定のパター
ンで決定し、各ブロック内には該ビット列の全ビットを
保持しておく画素が少なくとも1画素は含まれているこ
とを特徴とする画像圧縮方式。
【請求項１１】請求項10記載の画像圧縮方式において、
画素値を表現している複数ビットからなるビット列の全
ビットではないいくつかのビットを保持しておいた画素
の補間処理に関して、補間後の画素値を該ビット列の全
ビットを保持しておいた画素の画素値と同じにするか，
保持しておいたいくつかのビットから決定するかを、ブ
ロック内に少なくとも1画素は含まれている該ビット列
の全ビットを保持しておいた画素との関係に応じて切り
替えることを特徴とする画像圧縮方式。
【請求項１２】請求項1記載の画像圧縮方式、および、
請求項9記載の画像圧縮方式を組み合わせた画像圧縮方
式。
【請求項１３】請求項1あるいは請求項9あるいは請求項
12記載の画像圧縮方式を連続的に用いた動画圧縮方式。
【請求項１４】請求項1あるいは請求項9あるいは請求項
12記載の画像圧縮方式による画像圧縮あるいは画像伸張
を実現するソフトウェアを格納した媒体。
【請求項１５】請求項13記載の動画圧縮方式による動画
圧縮あるいは動画伸張を実現するソフトウェアを格納し
た媒体。
【請求項１６】請求項1あるいは請求項9あるいは請求項
12記載の画像圧縮方式による画像圧縮あるいは画像伸張
を実現するハードウェア。
【請求項１７】請求項13記載の動画圧縮方式による動画
圧縮あるいは動画伸張を実現するハードウェア。