JP2003521178A - 品質ベースのイメージ圧縮 - Google Patents

品質ベースのイメージ圧縮

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Abstract

(57)【要約】 ディスクリートな余弦変換係数データの適応した寸法にされたブロックおよびサブブロックと品質ベースの量子化スケール係数100 を使用する品質ベースのイメージ圧縮システムおよび方法について請求されている。エンコーダ素子104 のブロックサイズ割当素子120 は処理される画素データの入力ブロックのブロックまたはサブブロックを選択する。しきい値よりも大きい分散を有するブロックは細分割され、しきい値よりも小さい分散を有するブロックは細分割されない。変換素子は選択されたブロックの画素値を周波数ドメイン124 へ変換する。周波数ドメイン値はイメージの品質と相関するスケール係数を使用して、ブロック毎またはフレーム毎をベースにして量子化される132 、134 、136 、144 、148 。データはその後、送信のために152 で直列化され、コード化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイメージ処理に関し、特にコード化されたディスクリートな余弦変換
係数データの適応した寸法にされたブロックおよびサブブロックを使用するイメ
ージ信号の品質ベースの圧縮方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
“フィルム”または“映画”の投影に使用されるようなビデオ信号の送信およ
び受信の分野では、イメージ圧縮技術に対して種々の改良が行われている。多数
の現在の提案されたビデオシステムはデジタルコード化技術を使用する。デジタ
ルコード化は、それぞれ深刻にイメージ品質を劣化するマルチパスフェーディン
グおよびジャミングまたは信号干渉等の欠陥に対抗する通信リンクの堅牢性を与
える。さらに、デジタル技術は、信号暗号化技術の使用を容易にし、それらは政
府および多数の新たに開発された市場の放送応用で有効であることが発見され、
またはそこで必要とされている。
【０００３】 高解像度ビデオは改良されたイメージ圧縮技術から利点を得ている分野であ
る。最初に提案されたとき、高解像度ビデオの無線伝送（または有線または光フ
ァイバ送信）は過大な帯域幅が必要であるために実用的ではないと思われた。設
計されている典型的な無線または他の伝送システムは容易に十分な帯域幅を提供
しなかった。しかしながら、デジタルビデオ信号の圧縮は、合理的な帯域幅を使
用する伝送を可能にするレベルまで実現されることが認識されている。信号のデ
ジタル伝送に結合されたこのような信号圧縮レベルにより、ビデオシステムはさ
らに望ましい有効な帯域幅を占有しながら、低いパワーと、チャンネル欠陥に対
する大きな免疫性で伝送することが可能である。
【０００４】 利用可能な多数の圧縮技術は大きなレベルの圧縮を提供するが、ビデオ信号
の品質の劣化を招く。典型的に、圧縮された情報を転送する技術は圧縮された情
報が一定のビットレートで転送されることを必要とする。
【０００５】 大きな圧縮レベルを与えることができる１つの圧縮技術は、ビデオ信号の所
望レベルの品質を維持しながら、コード化されたディスクリートな余弦変換（Ｄ
ＣＴ）係数データの適応した寸法にされたブロックおよびサブブロックを使用す
る。この技術を以下、適応ブロックサイズディスクリート余弦変換（ＡＢＳＤＣ
Ｔ）方法と呼ぶ。この技術は米国特許第5,021,891 号明細書（発明の名称“Adap
tive Block Size Image Compression Method And System ”）に記載され、本出
願人に譲渡されここで参考文献とされる。ＤＣＴ技術はまた米国特許第5,107,34
5 号明細書（発明の名称“Adaptive Block Size Image Compression Method And
System ”）に記載され、本出願人に譲渡されここで参考文献とされる。さらに
、微分カッドツリー（differential quadtree ）変換技術と組合わせたＡＢＳＤ
ＣＴ技術の使用は米国特許第5,452,104 号明細書（発明の名称“Adaptive Block
Size Image Compression Method And System ”）に記載され、これも本出願人
に譲渡され、ここで参考文献とされる。これらの米国特許明細書に記載されたシ
ステムは“フレーム内”コード化と呼ばれる技術を使用し、ここではイメージデ
ータの各フレームは任意の他のフレームの内容と関係なくコード化される。ＡＢ
ＳＤＣＴ技術を使用して、実現可能なデータレートは識別できるイメージ品質の
劣化なしに毎秒約１５億ビットから毎秒約５０００万ビットまで減少される。
【０００６】 ＡＢＳＤＣＴ技術は黒色および白色またはカラーイメージまたはイメージを
表す信号を圧縮するために使用されることができる。カラー入力信号はＹＩＱフ
ォーマットであり、Ｙは輝度または明度、サンプルであり、ＩおよびＱは画素の
各４×４ブロックのクロミナンスまたはカラー、サンプルである。ＹＵＶ、ＹＣ b Ｃy またはＲＧＢフォーマットのような他の既知のフォーマットも使用されて
よい。目からカラーへの低い空間感度のために、水平および垂直方向の４つの要
素によるカラー成分のサブサンプルが合理的であることをほとんどの研究は示し
ている。したがって、ビデオ信号は４つの輝度成分と２つのクロミナンス成分に
より表されることができる。
【０００７】 ＡＢＳＤＣＴを使用して、ビデオ信号は処理のための画素ブロックに通常区
分される。各ブロックでは、輝度およびクロミナンス成分はブロックインターリ
ーバに送られる。例えば、１６×１６（画素）ブロックがブロックインターリー
バへ与えられてもよく、このブロックインターリーバはディスクリートな余弦変
換（ＤＣＴ）解析用のデータのブロックおよび複合サブブロックを生成するため
に各１６×１６ブロック内でイメージサンプルを順序付けまたは組織化する。Ｄ
ＣＴオペレータは時間および空間的にサンプルされた信号を同一の信号の周波数
表示に変換する１方法である。周波数表示への変換によって、量子化装置がイメ
ージの周波数分散特性を使用するように設計されることができるので、ＤＣＴ技
術は非常に高レベルの圧縮を可能にすることが示されている。好ましい実施形態
では、１つの１６×１６ＤＣＴは第１の順序に適用され、４つの８×８ＤＣＴは
第２の順序に適用され、１６の４×４ＤＣＴは第３の順序に適用され、６４の２
×２ＤＣＴは第４の順序に適用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＣＴ動作はビデオソースに固有の空間的冗長度を減少する。ＤＣＴが行われ
た後、ビデオ信号エネルギの大部分は幾つかのＤＣＴ係数に集中される傾向があ
る。付加的な変換である微分カッド（quad）ツリー変換（ＤＱＴ）はＤＣＴ係数
間の冗長度を減少するために使用されてもよい。
【０００９】 １６×１６ブロックおよび各サブブロックでは、ＤＣＴ係数値と（ＤＱＴが
使用されるならば）ＤＱＴ値はブロックまたはサブブロックをコード化するのに
必要なビット数を決定するために解析される。その後、最少数のコード化のため
のビットを必要とするブロックまたはサブブロックの組合わせがイメージセグメ
ントを表すために選択される。例えば２つの８×８サブブロックと、６つの４×
４サブブロックと、８つの２×２サブブロックはイメージセグメントを表すため
に選択されることができる。
【００１０】 選択されたブロックまたはサブブロックの組合わせは１６×１６ブロック中
に適切な順序で整列される。ＤＣＴ／ＤＱＴ係数値はその後、送信の準備のため
に周波数加重、量子化、（可変長コード化等の）コード化の処理を受ける。前述
のＡＢＳＤＣＴ技術は非常に良好に実行するが、計算上面倒である。したがって
技術のコンパクトなハードウェア実行は困難である。
【００１１】 ハードウェア実行をより効率的にする別の技術はある利点を与える。幾つか
のシステムはディスクリートな余弦変換（ＤＣＴ）係数データの適応した寸法に
されたブロックおよびサブブロックを使用する。ＤＣＴベースのシステムの部分
は圧縮パラメータとしての品質を使用するが、データの他の部分は品質ベースの
計量値の使用とは反対にコード化レートに基づいている。このようなコード化レ
ートベースのパラメータの１例はコントラストベースの適応ブロックサイズイメ
ージ圧縮アルゴリズムの量子化ステップ選択である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ディスクリートな余弦変換係数データの適応した寸法にされたブロ
ックおよびサブブロックと品質ベースの量子化スケール係数を使用する品質ベー
スのイメージ圧縮システムおよび方法である。画素データのブロックはエンコー
ダへ入力される。エンコーダは処理するため画素の入力ブロックを区分するブロ
ックサイズ割当（ＢＳＡ）素子を具備する。ブロックサイズ割当は入力ブロック
およびさらに細分割されたブロックの分散に基づいている。通常、ブロックとサ
ブブロック平均値が異なる予め定められた範囲に入るならば、大きい分散のある
区域はさらに小さいブロックに細分割され、小さい分散のある区域は細分割され
ない。したがって、最初にブロックの分散しきい値はその平均値に基づいてその
公称値から修正され、その後、ブロックの分散はしきい値と比較され、分散がし
きい値よりも大きいならば、ブロックは細分割される。
【００１３】 ブロックサイズ割当は変換素子に与えられ、変換素子は画素データを周波数
ドメインデータに変換する。この変換はブロックサイズ割当により選択されたブ
ロックとサブブロックでのみ実行される。その後、変換データは量子化および直
列化によってスケーリング処理をされる。変換データの量子化は、コントラスト
、係数カウント、レート歪み、ブロックサイズ割当の密度および／または過去の
スケール係数に関して調節するスケール係数のようなイメージ品質計量値に基づ
いて量子化される。ジグザグ走査もまたデータ流を生成するためにデータを直列
化するために使用されてもよい。データ流は送信を行うために可変長のコーダに
よりコード化されることができる。コード化されたデータは伝送チャンネルによ
ってデコーダへ送信され、ここで画素データが表示を行うために再構成される。
【００１４】 本発明の特徴および利点は、品質ベースのイメージ圧縮システムを提供する
ことである。
【００１５】 本発明の別の特徴および利点は、フレーム毎のベースでビットレートを管理
することによりフレキシブルなイメージ品質制御を可能にすることである。
【００１６】 本発明の別の特徴および利点は、ブロック毎のベースでビットレートを管理
することによりフレキシブルなイメージ品質制御を可能にすることである。
【００１７】 本発明の別の特徴および利点は、品質イメージ圧縮と、モーションのバース
トのようなアクティビティが付随するデータのビットレート制御を維持すること
である。
【００１８】 本発明の別の特徴および利点は、イメージ品質を測定するために信号対雑音
比パラメータを使用することである。
【００１９】 本発明の別の特徴および利点は、イメージのコントラストに関して調節する
量子化スケール係数を使用することである。
【００２０】 本発明の別の特徴および利点は、イメージを有するＤＣＴブロックのＡＣ係
数カウントに関して調節する量子化スケール係数を使用することである。
【００２１】 本発明の別の特徴および利点は、歪みおよびフレーム間のビットレートに関
して調節する量子化スケール係数を使用することである。
【００２２】 本発明の別の特徴および利点は、過去の量子化スケール係数に関して調節す
る量子化スケール係数を使用することである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴および利点は、図面を伴った以下の詳細な説明からさらに明白に
なるであろう。同じ参照符号は全体を通して対応している。 デジタル信号のデジタル伝送を容易にし、対応する利点を得るために、通常、
幾つかの形態の信号圧縮を使用する必要がある。結果的なイメージで高い圧縮を
実現するために、高品質イメージが維持されることも重要である。さらに、コン
ピュータ処理効率はコンパクトなハードウェア構造に対して所望され、これは多
くの応用で重要である。
【００２４】 本発明はイメージ品質と、イメージ圧縮の実行におけるコンピュータ処理の
効率との両者を考慮するイメージ圧縮の品質ベースシステムまたは装置および方
法を提供する。ターゲットビットレートを維持する目標に基づいた本当に価値の
あるレートシステムのビットレートを制御することは品質イメージを維持する目
的を妨害する。その代わりに、本発明は品質に基づいたレート制御方法を開発す
る。品質ベースのイメージ圧縮システムはブロックレベルまたはフレームレベル
である。ブロックレベルのシステムは通常、ブロックレベルのシステムが特定の
ブロックを識別するためにさらに多くのオーバーヘッドビットを使用するので、
フレームレベル制御よりも多数のフレーム当りのコード化されたビットを使用す
る。
【００２５】 本発明の１実施形態を詳細に説明する前に、本発明は以下の説明あるいは図
面で説明されているコンポーネントの構造および配置の詳細についてその応用で
限定されないことを理解すべきである。本発明は他の実施形態で可能であり、種
々の方法で実行される。またここで使用されている専門語および用語は説明のた
めのものであり、本発明を限定するものではない。
【００２６】 本発明のイメージ圧縮は、本出願人の出願であり、ここで参考文献とされて
いる米国特許第09/436,085号明細書（発明の名称“Contrast Sensitive Varianc
e Based Adaptive Block Size DCT Image Compression ”、1999年11月8 日）に
記載されているように、ディスクリートな余弦変換（ＤＣＴ）技術に基づいてい
る。通常、デジタルドメインで処理されるイメージは大きさがＮ×Ｎのオーバー
ラップしないブロックのアレイに分割される画素データからなる。二次元のＤＣ
Ｔは各ブロックで実行されてもよい。二次元のＤＣＴは以下の関係式により規定
される。
【数１】
【００２７】 ｘ（ｍ，ｎ）はＮ×Ｍブロック内の位置（ｍ，ｎ）の画素であり、 Ｘ（ｋ，ｌ）は対応するＤＣＴ係数である。
【００２８】 画素値は負ではないので、ＤＣＴ成分Ｘ（０，０）は常に正であり、通常最
高のエネルギを有する。実際に、典型的なイメージでは、ほとんどの変換エネル
ギはほぼ成分Ｘ（０，０）に集中する。このエネルギの圧縮特性はＤＣＴ技術を
このように魅力的な圧縮方法にするものである。
【００２９】 イメージ圧縮技術はさらにビットレートの減少を実現するためにコントラス
ト適合コード化を使用する。ほとんどの自然イメージは比較的ゆっくり変化する
平坦な領域と、オブジェクト境界等のビジー領域と高コントラストテクスチャか
らなることが観察されている。コントラスト適合コード化方式は多くのビットを
ビジー領域へ割当て、少数のビットをビジー程度の少ない領域に割当てることに
よりこのファクタの利点を使用する。
【００３０】 前述の米国特許第09/436,085号明細書で説明されているように、コントラス
ト適合コード化はまたブロック効果を減少するのにも有効である。ブロック効果
はイメージのビジー領域で知覚可能性が高い。しかしながら、さらに小さいサイ
ズのＤＣＴが使用されるとき、ブロック効果が減少されることが知られている。
ブロック効果は画素当りのビット性能を受けるが２×２ＤＣＴが使用されるとき
可視的に見えなくなる。
【００３１】 さらに、コントラスト適合方法はフレーム間コード化（時空的処理）の代わ
りにフレーム内コード化（空間的処理）を使用する。フレーム間コード化は本来
、さらに複雑な処理回路に加えて多数のフレームバッファを必要とする。多くの
応用では、複雑さの減少が実際の構造で必要とされる。フレーム内コード化はま
た時空的コード化方式が崩壊し、良好に機能しない状態で便利である。例えば機
械的シャッタによる積分時間は比較的短いから毎秒２４フレームの映画がこのカ
テゴリに入る。短い積分時間がさらに高い程度の時間的なエイリアスを可能にす
る。フレーム対フレームの相関についての仮定は、迅速な動きでは急な動作にな
るので崩壊する。フレーム内コード化は５０Ｈｚと６０Ｈｚの両者の電力線周波
数が含まれるとき標準化が容易でもある。現在テレビジョンは５０Ｈｚまたは６
０Ｈｚで信号を送信する。デジタル方法であるフレーム内方式の使用は、フレー
ムレート対空間解像度を妥協することによって、５０Ｈｚと６０Ｈｚの両者の動
作または毎秒２４フレームの映画に適用することができる。
【００３２】 イメージ処理の目的では、ＤＣＴ動作はオーバーラップしないブロックのア
レイに分割される画素データについて実行される。ブロックサイズはここでは大
きさがＮ×Ｍとして説明されているが、種々のブロックサイズが使用されてもよ
いことが想定されていることに注意する。例えばＮ×ＭブロックサイズはＮとＭ
の両者が整数であり、ＭはＮよりも大きいか小さいかいずれかが使用されること
ができる。別の重要な特徴は、Ｎ／ｉｘＮ／ｉ、Ｎ／ｉｘＮ／ｊ、Ｎ／ｉｘＭ／
ｊのように少なくとも１つのサブブロックのレベルに分割可能であり、ここでｉ
とｊは整数である。さらに例示的なブロックサイズはここで説明するように、Ｄ
ＣＴ係数の対応するブロックとサブブロックを有する１６×１６画素ブロックで
ある。例えば９×９のように偶数または奇数の両者の整数等の種々の他の整数が
使用されてもよいことがさらに想定される。
【００３３】 図１および図２は本発明の品質ベースの圧縮システムを含むイメージ処理シ
ステム100 を示している。イメージ処理システム100 は受信されたビデオ信号を
圧縮するエンコーダ104 を具備している。圧縮された信号は伝送チャンネル108
を使用して送信され、デコーダ112 によって受信される。デコーダ112 は受信さ
れた信号をイメージサンプルに復号し、これはその後、表示される。
【００３４】 通常、イメージは処理のために画素のブロックに分割される。カラー信号は
ＲＧＢからＹＣ1 Ｃ2 への変換器116 を使用して、ＲＧＢスペースからＹＣ1 Ｃ 2 スペースへ変換され、ここでＹは輝度または明度の成分であり、Ｃ1 とＣ2 は
クロミナンスまたはカラー成分である。カラーに対する眼の空間的感度が低いた
めに、多数のシステムは水平および垂直方向で４のファクタだけＣ1 とＣ2 成分
をサブサンプルする。しかしながらサブサンプルは必要ではない。４：４：４フ
ォーマットとして知られている十分な解像度イメージは“デジタルシネマ”のカ
バーリングで呼ばれている幾つかの応用で非常に便利であり、あるいは必要とさ
れている。２つの可能なＹＣ1 Ｃ2 表示はＹＩＱ表示とＹＵＶ表示であり、その
両者は共に技術でよく知られている。ＹＣｂＣｒとして知られているＹＵＶ表示
のバリエーションを使用することも可能である。
【００３５】 好ましい実施形態では、各Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒ成分はサブサンプルせずに処理さ
れる。したがって、画素の１６×１６ブロックの各成分の入力はエンコーダ104
へ与えられる。例示の目的で、Ｙ成分のエンコーダ104 が示されている。類似の
エンコーダはＣｂとＣｒ成分に対して使用される。エンコーダ104 はビデオ圧縮
を行うためブロックサイズ割当を実行するブロックサイズ割当素子120 を具備す
る。ブロックサイズ割当素子120 はブロックの知覚的なイメージ特性に基づいて
１６×１６ブロックのブロック分解を決定する。ブロックサイズ割当は各１６×
１６ブロックを１６×１６ブロック内のアクティビティに基づいてカッドツリー
方法でさらに小さいブロックに細分割する。ブロックサイズ割当素子120 はＰＱ
Ｒデータと呼ばれるカッドツリーデータを生成し、その長さは１と２１ビットの
間である。したがってブロックサイズ割当によって、１６×１６ブロックが分割
されるべきであることが決定されたならば、ＰＱＲデータのＲビットが設定され
、それに４つの分割された８×８ブロックに対応するＱデータの４つの付加的な
ビットが後続する。ブロックサイズ割当が任意の８×８ブロックが細分割される
ことを決定したならば、細分割された各８×８ブロックのＰデータの４つの付加
的なビットが付加される。
【００３６】 図３を参照すると、ブロックサイズ割当素子120 の動作の詳細を示したフロ
ー図が与えられている。ブロックの分散はブロックを細分割する決定における計
量値として使用される。ステップ202 で開始して、画素の１６×１６ブロックが
読み取られる。ステップ204 で、１６×１６ブロックの分散Ｖ１６が計算される
。分散は以下のように計算される。
【数２】
【００３７】 ここでＮ＝１６であり、ｘijはＮ×Ｎブロック内のｉ番目の行のｊ番目の列の画
素である。ステップ206 で、ブロックの平均値が２つの予め定められた値の間で
あるならば、最初に分散しきい値Ｔ１６は新しいしきい値Ｔ' １６を与えるよう
に変更され、その後ブロック分散はこの新しいしきい値Ｔ' １６に対して比較さ
れる。
【００３８】 分散Ｖ１６がしきい値Ｔ１６より大きくない場合には、ステップ208 で１６
×１６ブロックの開始アドレスは一時的な記憶装置へ書き込まれ、ＰＱＲデータ
のＲビットは１６×１６ブロックが細分割されないことを示すために０に設定さ
れる。その後、アルゴリズムは画素の次の１６×１６ブロックを読取る。分散Ｖ
１６がしきい値Ｔ１６よりも大きいならば、ステップ210 でＰＱＲデータのＲビ
ットは１６×１６ブロックが４つの８×８ブロックに細分割されることを示すた
めに１に設定される。
【００３９】 ４つの８×８ブロック、ｉ＝１：４はステップ212 で示されているようにさ
らに細分割されるように逐次的に考慮される。各８×８ブロックでは、分散Ｖ８ i がステップ214 で計算される。ステップ216 で、ブロックの平均値が２つの予
め定められた値の間であるならば、最初に分散しきい値Ｔ８は新しいしきい値Ｔ
' ８を与えるように変更され、その後ブロック分散は新しいしきい値Ｔ' ８に対
して比較される。
【００４０】 分散Ｖ８i がしきい値Ｔ８より大きくないならば、ステップ218 で８×８ブ
ロックの開始アドレスは一時的な記憶装置へ書き込まれ、対応するＱビット、Ｑ i は０に設定される。その後、次の８×８ブロックが処理される。分散Ｖ８i が
しきい値Ｔ８よりも大きいならば、ステップ220 で対応するＱビット、Ｑi は８
×８ブロックが４つの４×４ブロックに細分割されることを示すために１に設定
される。
【００４１】 ４つの４×４ブロック、ｊi ＝１：４はステップ222 で示されているように
さらに細分割されるように逐次的に考慮される。各４×４ブロックでは、分散Ｖ
４ijがステップ224 で計算される。ステップ226 で、ブロックの平均値が２つの
予め定められた値の間であるならば、最初に分散しきい値Ｔ４は新しいしきい値
Ｔ' ４を与えるように変更され、その後ブロック分散はこの新しいしきい値に比
較される。
【００４２】 分散Ｖ４ijがしきい値Ｔ４より大きくないならば、ステップ228 で４×４ブ
ロックのアドレスが書き込まれ、対応するＰビット、Ｐijは０に設定される。次
の４×４ブロックがその後、処理される。分散Ｖ４ijがしきい値Ｔ４よりも大き
いならば、ステップ230 で対応するＰビット、Ｐijは４×４ブロックが４つの２
×２ブロックに細分割されることを示すために１に設定される。さらに、４つの
２×２ブロックのアドレスは一時的な記憶装置に書き込まれる。
【００４３】 しきい値Ｔ１６、Ｔ８、Ｔ４は予め定められた定数である。これはハード決
定として知られている。その代わりに、適合またはソフト決定が実行されてもよ
い。例えばソフト決定は２Ｎ×２Ｎブロックの平均画素値に基づいて分散のしき
い値を変化し、ここでＮは８、４または２である。平均画素値の関数はしきい値
として使用されてもよい。
【００４４】 例示の目的で、以下の例を考慮する。１６×１６、８×８、４×４ブロック
に対するＹ成分の予め定められた分散しきい値をそれぞれ５０、１１００、８８
０とする。換言すると、Ｔ１６＝５０、Ｔ８＝１１００、Ｔ４＝８８０である。
平均値の範囲を８０および１００とする。１６×１６ブロックの計算された分散
が６０であると仮定する。６０はＴ１６よりも大きいので、平均値９０は８０と
１００の間であり、１６×１６ブロックは４つの８×８のサブブロックに細分割
される。８×８ブロックの計算された分散が１１８０、９３５、９８０、１２１
０であると仮定する。８×８ブロックの２つはＴ８を超える分散を有するので、
これらの２つのブロックは全部で８つの４×４サブブロックを生成するためにさ
らに細分割される。最後に、８つの４×４ブロックの分散が６２０、６３０、６
７０、５９０、５２５、９３０、６９０であり、対応する平均値が９０、１２０
、１１０、１１５であると仮定する。第１の４×４ブロックの平均値が範囲（８
０，１００）に入るので、そのしきい値は８８０よりも小さいＴ' ４＝２００ま
で下げられる。そこでこの４×４ブロックは７つの４×４ブロックと同様に細分
割される。結果的なブロックサイズ割当が図４のＡに示されている。対応するカ
ッドツリー分解は図４のＢに示されている。さらにこのブロックサイズ割当によ
り生成されたＰＱＲデータは図４のＣに示されている。
【００４５】 類似の処理手順はカラー成分Ｃ1 、Ｃ2 に対してブロックサイズを割り当て
るために使用されることに注意する。カラー成分は水平、垂直またはその両者で
デシメートされてもよい。
【００４６】 さらに、ブロックサイズ割当は最大のブロック（本発明の例では１６×１６
）が最初に評価されるトップダウン方法として説明されているが、ボトムアップ
方法が代わりに使用されてもよいことに注意する。ボトムアップ方法は最小のブ
ロック（本発明の例では２×２）を最初に評価する。
【００４７】 図１に戻ると、ＰＱＲデータは選択されたブロックのアドレスと共にＤＣＴ
素子124 へ与えられる。ＤＣＴ素子124 は選択されたブロックで適切なサイズの
ディスクリートな余弦変換を実行するためにＰＱＲデータを使用する。選択され
たブロックだけがＤＣＴ処理を受ける必要がある。
【００４８】 イメージ処理システム100 はＤＣＴのＤＣ係数中の冗長を減少するためにＤ
ＱＴ素子128 を随意的に含んでいる。ＤＣ係数は各ＤＣＴブロックの左上のコー
ナーで遭遇する。ＤＣ係数は通常主としてＡＣ係数と比較される。サイズの差異
は効率的な可変長コーダの設計を困難にする。したがって、ＤＣ係数中の冗長を
減少することは有効である。
【００４９】 ＤＱＴ素子128 は時間において２×２で取ったＤＣ係数で２−Ｄ ＤＣＴを
実行する。４×４ブロック内の２×２ブロックで開始すると、２−Ｄ ＤＣＴは
４つのＤＣ係数について実行される。この２×２ ＤＣＴは４つのＤＣ係数の微
分カッドツリー変換またはＤＱＴと呼ばれる。次にＤＱＴのＤＣ係数は、８×８
ブロック内の３つの近傍ＤＣ係数と共に次のレベルのＤＱＴを計算するために使
用される。最後に、１６×１６ブロック内の４つの８×８ブロックのＤＣ係数は
ＤＱＴを計算するために使用される。したがって、１６×１６ブロックでは、１
つの真のＤＣ係数が存在し、残りはＤＣＴとＤＱＴに対応するＡＣ係数である。
【００５０】 変換係数（ＤＣＴとＤＱＴの両者）は量子化するため量子化装置に与えられ
る。好ましい実施形態ではＤＣＴ係数は周波数加重されたマスク（ＦＷＭ）と量
子化スケール係数を使用して量子化される。ＦＷＭは入力ＤＣＴ係数のブロック
と同一ディメンションの周波数加重の表である。周波数加重は異なる加重を異な
るＤＣＴ係数へ提供する。加重は人間の視覚系または光学系がさらに敏感である
周波数内容を有する入力サンプルを強調し、視覚系または光学系の感度が低い周
波数内容を有するサンプルをデエンファシスするように設計されている。加重は
観察距離等の要因に基づいて設計されてもよい。
【００５１】 加重は実験的データに基づいて選択される。８×８ ＤＣＴ係数に対する加
重マスクを設計する方法は、ここで参考文献とされるＩＳＯ／ＩＥＣ ＪＴＣ１
ＣＤ １０９１８（“名称“Digital compression and encoding of continuo
us-tone still images−part 1 :Requirements and guidelines ”、Internatio
nal Standards Organization、1994年）に記載されている。通常、２つのＦＷＭ
が設計され、一方は輝度成分に対するものであり、一方はクロミナンス成分に対
するものである。ブロックサイズ２×２と４×４に対するＦＷＭ表はデシメーシ
ョンにより得られ、１６×１６は８×８ブロックの表の補間により得られる。ス
ケール係数は品質と量子化された係数のビットレートを制御する。
【００５２】 したがって、各ＤＣＴ係数は以下の関係式にしたがって量子化される。
【数３】
【００５３】 ここでＤＣＴ（ｉ，ｊ）は入力されたＤＣＴ係数であり、ｆｗｍ（ｉ，ｊ）は周
波数加重マスクであり、ｑはスケール係数であり、ＤＣＴｑ（ｉ，ｊ）は量子化
された係数である。ＤＣＴ係数の符号に基づいて、中括弧内の第１の項は端数を
切上げられるか切り捨てられることに注意する必要がある。ＤＱＴ係数も適切な
加重マスクを使用して量子化される。しかしながら、多数の表またはマスクが使
用され、各Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒ成分に適用されることができる。
【００５４】 画素データのブロックと周波数加重マスクはその後、量子化スケール係数エ
レメントによりスケールされる。好ましい実施形態では平均ビットレートに対応
して３２のスケール係数が存在する。ＭＰＥＧ２のような他の圧縮方法と異なっ
て、平均ビットレートはターゲットビットレートおよびバッファ状態の代わりに
、処理されたイメージ品質に基づいて制御される。好ましい実施形態では特定の
量子化スケールエレメントはセレクタ130 により予め選択される。本発明は量子
化スケールエレメントが予め選択されることを必要としないことに注意すべきで
ある。
【００５５】 １ブロックベースの実施形態では、量子化スケール係数はコントラスト（132
）に基づいている。人間の視覚系は低いコントラスト領域よりも高いコントラ
スト領域に対して感度があることが認められている。コントラストに基づいた量
子化スケール係数はビットレートと量子化スケール係数との予め定められた関係
を使用する。１実施形態では、ＢＳＡ関数はコントラストに基づいてＭ×Ｎブロ
ックをサブブロックに分割し、それによって細分割が高コントラストのブロック
で多く行われ、低コントラストのブロックで行われる細分割は少ない。本発明は
分散の平方根と平均強度の比率としてコントラストを定量化する。特に量子化ス
ケール係数は以下の関係式により与えられるようにＢＳＡにしたがって選択され
る。
【数４】
【００５６】 ここで、Ｒi はブロックのｉ番目のタイプのビット数であり、σ2 i はブロック
のｉ番目のタイプの分散であり、ｐi はブロックサイズ割当関数から得られたブ
ロックのｉ番目のタイプの割合である。量子化スケール係数はビットレートと量
子化スケール係数との予め定められた関係を使用して決定される。
【００５７】 ビットレートと量子化スケール係数との関係は図５に示されている。ビット
レートと量子化スケール係数との関係は、１画素を記述するのに必要な平均ビッ
ト数を決定するためにイメージのグループを評価することにより予め決定される
。示されているように、量子化スケール係数は画素当りの平均ビット数が減少す
ると増加する。したがって、特別なスケール係数Ｑは対応する値Ｒi で選択され
てもよい。
【００５８】 別のブロックベースの実施形態では、量子化装置のスケール係数はＤＣＴ（1
36 ）の係数カウントに基づいて選択される。典型的に、係数カウントシステム
および方法はオーバーヘッドのブロック当り１ビットを必要とする。量子化スケ
ール係数方法300 は図６に示されている。ブロックサイズ割当後、データのＮ×
Ｎブロックを構成するデータのスライスはステップ304 で選択される。好ましい
実施形態では、データのスライスは画素データの１６行×１６列のブロックを有
する。図３を参照して説明されているように、ＤＣＴは308 でデータのブロック
について行われ、さらにサブブロックが指定される。各データブロックのしきい
値は312 で決定される。しきい値はプロセスの任意の段階で決定されてもよい。
好ましい実施形態では、しきい値は実験的に予め決定される。その後、大きさに
おいて予め定められたしきい値を超えるＡＣ係数の数は316 により以下の関係式
により決定される。
【数５】
【００５９】 ここでＴはしきい値であり、Ｘ（ｋ，ｌ）はＮ×Ｎブロック内の位置（ｋ，ｌ）
におけるＤＣＴ係数を表しており、Ｍはしきい値を超えるＤＣＴのＮ×Ｎブロッ
ク内のＡＣ係数の数である。スケール係数はその後、しきい値Ｔを超えるＡＣ係
数の数にしたがって320 で割当てられる。
【００６０】 スライス内の第１のデータブロックが評価されてスケール係数を割当てられ
た後、スライス内の次のＮ×Ｎデータのブロックがステップ324 で選択される。
スケール係数はステップ328 でインクリメントとされ、別のＤＣＴがステップ33
2 で実行される。平均二乗誤差（ＭＳＥ）はステップ336 で古いＤＣＴと新しい
ＤＣＴとの間で決定される。スケール係数はその後ステップ340 でデクリメント
され、別のＤＣＴがステップ344 で実行される。平均二乗誤差（ＭＳＥ）は348
で再度古いＤＣＴと新しいＤＣＴとの間で決定される。２つの平均二乗誤差は比
較され、低い平均二乗誤差に関連する量子化ファクタはステップ352 でデータの
ブロックに割り当てられる。その後、サイクルはステップ356 でスライス内の各
データブロックで反復される。量子化装置がスライス内の各データブロックに対
して割り当てられた後、次のデータのスライスが選択され、ステップ360 でサイ
クルが継続する。
【００６１】 量子化スケール係数を決定する別のブロックベースの実施形態はレート歪み1
34 に基づいた量子化スケーラであり、図７、８で400 で示されている。一般的
に、レート歪み量子化装置は係数カウント量子化装置と類似の方法で動作するが
、スケール係数がいくつ吟味されるかに基づいてさらに多くのオーバーヘッドビ
ットを必要とする。ブロックサイズ割当後、Ｎ×Ｎのデータブロックを有するデ
ータスライスはステップ404 で選択される。好ましい実施形態では、データのス
ライスは１６行×１６列の画素データのブロックを有する。図３を参照にして説
明されたように、ＤＣＴはステップ408 でデータブロックについて実行され、さ
らにサブブロックが指示される。各データブロックに対するしきい値はステップ
412 で任意のプロセス段で再度決定される。平均歪みＤおよび画素レート当りの
平均ビットＲもステップ416 で決定される。その後、係数カウント方法に関して
説明するような関係を使用して、大きさにおいて予め定められたしきい値（Ｍ）
を超えるＡＣ係数の数がステップ420 で決定される。その後、しきい値Ｔを超え
るＡＣ係数にしたがってスケール係数が424 で割当てられる。
【００６２】 スライス内の第１のデータブロックが評価され、スケール係数を割当てられ
た後、スライス内の次のＮ×Ｎデータブロックがステップ428 で選択される。ス
ケール係数はステップ432 で先のブロックのスケール係数からインクリメントさ
れ、別のＤＣＴがステップ436 で実行される。ＭＳＥは440 で古いＤＣＴと新し
いＤＣＴの間で決定される（ステップ440 ）。ステップ440 のＭＳＥレートに関
連する量子化スケール係数に対応する平均歪みＤと画素当りの平均ビットレート
Ｒがステップ444 で決定される。
【００６３】 スケール係数はその後、ステップ448 で先のブロックのスケール係数からデ
クリメントされる。平均二乗誤差（ＭＳＥ）はステップ456 で古いＤＣＴと新し
いＤＣＴとの間で決定される。ステップ456 のＭＳＥレートに関連する量子化ス
ケール係数に対応する平均歪みＤと画素当たりの平均ビットレートＲがその後ス
テップ460 で決定される。２つの平均歪みレートＤの差と、画素当たりの２つの
ビットレートＲの差が464 で決定される。その後、２つのスケール係数は画素レ
ートの変化と、平均歪みレートの変化の比を次式によって取ることによりステッ
プ468 で決定される。 スケール係数＝｜ΔＲi ／ΔＤi ｜ 最大の絶対値で生じるスケール係数は現在のブロックに対してステップ472 で
選択される。その後、サイクルはステップ476 でスライス内の各データブロック
に対して反復する。量子化装置がスライス内の各データブロックに対して割当て
られた後、次のデータのスライスが選択され、サイクルはステップ480 のように
継続する。
【００６４】 量子化装置のスケール係数もフレーム毎を基礎として選択される。しかしな
がらフレームベースのレート制御は通常前述のブロックベースのレート制御より
も低い平均ビットレートで行われる。さらに、フレームベースのレート制御はビ
ット転送がブロック対ブロックベースとは反対にフレーム対フレームベースで生
じるので、さらにバッファの使用を必要とする。
【００６５】 フレーム毎の量子化装置の実施形態では、量子化スケール係数は種々のブロ
ックサイズの割当（ＢＳＡ）の密度に基づいてもよい（図１、ブロック144 ）。
イメージのフレーム全体に対する量子化スケール係数はイメージの視覚的品質に
関連する計量に基づいて決定される。視覚的品質は所定のフレームに対する１６
×１６ブロックの数と８×８ブロックの数を決定することによって推論される。
即ち、所定のフレームが１６×１６ブロックよりも多くの８×８ブロックを有す
るならば、イメージはさらに複雑であるように見える。したがって、より複雑な
イメージは品質を維持するためにさらに微細な量子化を通常必要とする。反対に
、所定のフレームが８×８ブロックよりも多くの１６×１６ブロックを有するな
らば、イメージは複雑でないように見える。したがって、低い量子スケール係数
が使用されても、視覚的品質を維持する。したがって、各フレームでは、ＢＳＡ
アルゴリズムが実行され、スケール係数は次式に基づいている。
【数６】
【００６６】 ここでｎ16は１フレーム中の１６×１６ブロックの数を表し、ｎ8 は１フレーム
中の８×８ブロックの数を表し、Ｌはしきい値を超える比を表している。好まし
い実施形態では、しきい値は実験的に予め定められる。スケール係数はその後、
値Ｌと所定のフレームに対する８×８ブロックの数に基づいて選択される。
【００６７】 その代わりに、フレームベースの量子化スケール係数は先のフレームの量子
化フレームファクタに基づいてもよい（148 ）。この実施形態では、現在のフレ
ームは先のフレームのスケール係数、即ち先のフレーム＋１のスケール係数イン
デックスに対応するスケール係数と、先のフレーム−１のスケール係数インデッ
クスに対応するスケール係数を使用して圧縮される。現在のフレームの圧縮中、
実際のスケール係数は前述のフレーム毎の視覚的品質方法に関して説明したよう
にＢＳＡ情報から決定される。現在のフレームの実際のスケール係数に最も近い
スケール係数に対応する圧縮された出力が決定され、その対応するスケール係数
と共に使用される。即ち、 ｑ（ｓn-1 −１）＝ｑn ならば、ｑ（ｓn-1 −１） ｑ（ｓn ）＝ そうでなければ、ｑ（ｓn-1 ＋１） ここで、ｑ（ｓn-1 ）は先のフレームのスケール係数のインデックスを表し、ｑ
（ｓn-1 ＋１）は先のフレームを１だけ超える候補インデックスのスケール係数
を表し、ｑ（ｓn-1 −１）は先のフレームより１だけ下の候補インデックスのス
ケール係数を表し、ｑn は現在のフレームの実際のスケール係数を表している。
【００６８】 図１および２に戻ると、量子化係数はジグザグ走査シリアライザ152 に与え
られている。シリアライザ152 は量子化された係数の直列化流を発生するために
ジグザグ方法で量子化係数のブロックを走査する。多数の異なるジグザグ走査パ
ターンおよび、ジグザグ以外のパターンも選択されてもよい。好ましい技術はジ
グザグ走査で８×８ブロックサイズを使用するが他のサイズが使用されてもよい
。
【００６９】 ジグザグ走査シリアライザ152 は量子化装置132 、136 、140 、144 または1
48 の前または後のいずれに置かれてもよいことに注意する。実質上の結果は通
常同一である。
【００７０】 いずれにせよ、量子化係数流は可変長コーダ156 へ与えられる。可変長コー
ダ156 はゼロのランレングスコード化を使用し、それにハフマンコード化が後続
する。この技術は前述の米国特許第5,021,891 号、第5,107,345 号、第5,452,10
4 号明細書に詳細に説明され、要約されている。ランレングスコーダは量子化係
数を取り、ゼロをゼロではない係数から分離する。ゼロ値はランレングス値と呼
ばれ、ハフマンコード化される。ゼロではない値は別々にハフマンコード化され
る。
【００７１】 量子化係数の修正されたハフマンコード化も可能であり、好ましい実施形態
で使用される。ここでジグザグ走査後、ランレングスコーダは各８×８ブロック
内のランレングス／サイズペアを決定する。これらのランレングス／サイズペア
はハフマンコード化される。
【００７２】 ハフマンコードはイメージの測定されたまたは論理的統計から設計される。
最も自然のイメージはフラットまたは比較的ゆっくりと変化する領域と、オブジ
ェクト境界および高コントラストテクスチャのようなビジー領域からなることが
観察されている。ＤＣＴ等の周波数ドメイン変換を有するハフマンコーダはビジ
ー領域に割当てるビットを多くし、フラット領域に割当てるビットを少なくする
ことによりこれらの特性を使用する。通常、ハフマンコーダはランレングスおよ
びゼロではない値をコード化するために検索表を使用する。多数の表が一般に使
用され、３つの表が本発明では好ましいが、１または２の表も所望ならば使用さ
れることができる。
【００７３】 エンコーダ104 により発生される圧縮されたイメージ信号はバッファ160 を
使用して一時的に記憶され、その後、伝送チャンネル108 を使用してデコーダ11
2 へ送信される。ブロックサイズ割当情報を含んでいるＰＱＲデータもまたデコ
ーダ112 へ与えられる。デコーダ112 はバッファ164 と、ランレングス値および
ゼロではない値をデコードする可変長デコーダ168 を具備している。
【００７４】 可変長デコーダ168 の出力は、使用される走査方式にしたがって係数を順序
付けする逆ジグザグ走査シリアライザ172 に与えられる。この逆ジグザグ走査シ
リアライザ172 は係数を複雑な係数ブロックに適切に順序付けすることを容易に
するためにＰＱＲデータを受信する。
【００７５】 複雑なブロックは、量子化スケール係数と周波数加重マスクを使用するので
、処理を戻すためにエンコーダ104 で使用される量子化装置に対応してセクレタ
174 を使用して逆量子化装置176 、178 、180 、182 または184 に与えられる。
【００７６】 係数ブロックはその後、微分カッドツリー変換が適用されたならば、ＩＤＱ
Ｔ素子186 に与えられ、それにＩＤＣＴ素子190 が後続する。そうでなければ、
係数ブロックは直接ＩＤＣＴ素子190 へ与えられる。ＩＤＱＴ素子186 とＩＤＣ
Ｔ素子190 は画素データのブロックを生成するために係数を逆変換する。画素デ
ータは補間され、ＲＧＢ形態に変換され、その後、将来表示するために記憶され
なければならない。
【００７７】 したがって、画素分散に基づいてブロックサイズ割当を実行するイメージ圧
縮のためのシステムおよび方法が提供される。分散ベースのブロックサイズ割当
は幾つかの利点を提供する。ディスクリートな余弦変換はブロックサイズの決定
後に実行されるので、効率のよい計算が実現される。計算上厄介な変換は選択さ
れたブロックだけで実行される必要がある。さらに、ブロック選択プロセスは画
素値の分散が数学的に計算が簡単であるので効率的である。さらに分散ベースの
ブロックサイズ割当の別の利点は知覚的ベースで行われることである。画素分散
はブロックのアクティビティの尺度であり、エッジ、テキスチャ等の存在の指示
を与える。これは画素値の平均等の尺度よりも非常に良好なブロックの詳細を捕
捉する傾向がある。したがって、本発明の分散ベースの方式はより小さいブロッ
クをより多くのエッジを有する領域に割当て、大きいブロックをよりフラットな
領域に割当てる。結果として、すぐれた品質が再構成されたイメージで実現され
る。
【００７８】 別の重要な利点は、ブロックサイズ割当がビットレートにかかわりなく幾つ
かの量子化スケール係数に関して行われ、イメージ品質の制御において正確さと
明瞭さを可能にする。品質ベースの量子化スケール係数を可能にすることにより
、イメージ圧縮は非常に価値のあるビットレートである。これはイメージ圧縮シ
ステムが丁度顕著な可視度のしきい値を超える全ての領域の詳細を維持すること
を可能にする。さらに分散ベースのイメージ圧縮はムービングピクチャエキスパ
ートグループ（ＭＰＥＧ）圧縮技術のような方法とは異なりイメージ品質の顕著
な劣化を与えない。これは特にデジタル映画の領域のような応用で重要である。
【００７９】 高い需要のデジタルビデオにより、著作権侵害は深刻な脅威である。デジタ
ル電子透かしは著作権の侵害と、収入の損失を防止するための重要な要求である
。電子透かしが知覚的に重要であるイメージの区域で行われるとき、分散ベース
のブロックサイズ割当は電子透かしで使用するのに自然な候補である。
【００８０】 好ましい実施形態の前述の説明は当業者が本発明を実行または使用すること
を可能にするために行われた。これらの実施形態に対する種々の変形は当業者に
容易に明白であり、ここで限定されている一般原理は発明力を使用せずに他の実
施形態に応用されてもよい。したがって、本発明はここで示されている実施形態
に限定されず、ここで説明された原理および優秀な特徴と一貫した最も広い技術
的範囲に従うことを意図する。
【００８１】 本発明の他の特徴および利点は特許請求の範囲で記載されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の分散ベースのブロックサイズ割当システムおよび方法を実行する品質
ベースのイメージ処理システムのエンコーダ部分のブロック図。
【図２】 本発明の分散ベースのブロックサイズ割当システムおよび方法を実行する品質
ベースのイメージ処理システムのデコーダ部分のブロック図。
【図３】 分散ベースのブロックサイズ割当に含まれる処理ステップを示したフロー図。
【図４】 例示的なブロックサイズ割当、対応するカッドツリー分解、対応するＰＱＲデ
ータを示した図。
【図５】 量子化装置のスケール係数対画素レート当りの平均ビットの関係を示したグラ
フ。
【図６】 ＤＣＴブロックのＡＣ係数カウントに基づいた量子化装置のスケール係数のフ
ローチャート。
【図７】 レート歪みに基づいた量子化装置のスケール係数のフローチャート。
【図８】 図７のレート歪みに基づいた量子化装置のスケール係数に続くフローチャート
。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１１月７日（２００２．１１．７）
【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
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【数１】 ここで、Ｒi はブロックのｉ番目に対するタイプのビット数であり、σ2 i はブ
ロックのｉ番目のタイプの分散であり、ｐi はブロックのｉ番目のタイプの割合
である請求項１記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 モーリー、スティーブン・エー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92025 エスコンディド、ロスト・オー ク・レーン 540 Ｆターム(参考） 5C059 KK01 LC09 MA23 MC12 MC32 MC34 MC38 ME02 PP04 PP16 RC12 SS03 SS06 TA12 TA45 TB08 TC02 TC04 TC10 TC18 TD03 TD04 TD05 TD06 TD12 TD16 TD17 UA02 5J064 AA02 BA09 BA16 BB13 BC01 BC08 BC09 BC16 BC25 BD02

Claims (73)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画素データを含むデジタルイメージの圧縮方法において、 画素データのブロックを読取り、 画素のブロックを画素データのサブブロックに分割するためにブロックサイズ
    割当を生成し、 画素データのサブブロックを対応する周波数ドメイン表示に変換し、 周波数ドメイン表示をデータ流にスケールする動作を含み、スケール動作はイ
    メージの品質に相関する品質計量値に基づいている圧縮方法。
  2. 【請求項２】 スケール動作は、周波数加重されたマスクを画素データの前
    記サブブロックに与える動作をさらに含み、それによって周波数加重されたマス
    クは人間の視覚系の感度が高いほうのイメージ部分へエンファシスを与え、人間
    の視覚系の感度が低いほうのイメージ部分へは少ないエンファシスを与える請求
    項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 スケール動作は、イメージの品質に基づいて画素データのサ
    ブブロックを量子化する動作をさらに含んでいる請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 品質計量は信号対雑音比である請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 変換動作はディスクリートな余弦変換を行う請求項１記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 変換動作はディスクリートな余弦変換とそれに後続する微分
    カッドツリー変換を行う請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 スケール動作は、ブロック単位をベースとして請求項５記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 スケール動作は、画素データのサブブロックのコントラスト
    に基づいている請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 スケール動作は、大きさにおいて予め定められたしきい値を
    超えるサブブロック内のＡＣ係数の数に基づいている請求項７記載の方法。
  10. 【請求項１０】 スケール動作は、サブブロックの平均二乗誤差に基づいて
    いる請求項７記載の方法。
  11. 【請求項１１】 スケール動作は、フレーム単位をベースとしている請求項
    ５記載の方法。
  12. 【請求項１２】 スケール動作は、フレーム当りのブロックサイズ割当の数
    およびサイズに基づいている請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 スケール動作は、先のフレームのスケール係数に基づいて
    いる請求項１１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 生成する動作は、 画素データの前記ブロックの画素値の分散を決定し、 前記分散をしきい値と比較し、 比較動作の結果に基づいて前記ブロックを細分割する決定を行い、 前記決定が前記ブロックを細分割することであるならば、予め定められた基準
    が満たされるまで、決定、比較、および各サブブロックを生成する動作を反復し
    、 ブロックサイズ割当として、さらに細分割されない各ブロックまたはサブブロ
    ックを指示する動作をさらに含んでいる請求項１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 決定を行うステップは、分散がしきい値よりも大きい場合
    には、ブロックの細分割を要求する請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 しきい値は予め決定されている請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 しきい値は評価されるブロックまたはサブブロックの画素
    値の平均の関数である請求項１５記載の方法。
  18. 【請求項１８】 しきい値は細分割の各レベルに対して変化する請求項１５
    記載の方法。
  19. 【請求項１９】 決定、比較、および生成のステップがもはや反復されない
    ように予め定められた基準が画素データの予め選択された最小ブロックサイズに
    基づいている請求項１４記載の方法。
  20. 【請求項２０】 係数データをデータ流にスケールする動作はさらに係数デ
    ータのジグザグ走査を含んでいる請求項１記載の方法。
  21. 【請求項２１】 ジグザグ走査の動作は８×８画素ブロックサイズを使用し
    て行われる請求項２０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 スケール動作は、送信を行うためにデータ流を直列化され
    たデータ流にコード化する動作をさらに含んでいる請求項１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 コード化動作は、ハフマンコード化を含んでいる請求項２
    ２記載の方法。
  24. 【請求項２４】 ハフマンコード化はランレングスおよびゼロではない値を
    コード化するために多数の検索表を使用する請求項２３記載の方法。
  25. 【請求項２５】 ３つの検索表が存在する請求項２４記載の方法。
  26. 【請求項２６】 生成動作はイメージの知覚特性に基づいている請求項１記
    載のシステム。
  27. 【請求項２７】 画素データを圧縮する品質ベースのイメージ圧縮システム
    において、 画素のブロックを画素データのサブブロックに分割するブロックサイズ割当手
    段と、 画素データのサブブロックを対応する周波数ドメイン表示に変換する変換手段
    と、 周波数ドメイン表示をデータ流にスケールするスケール手段とを具備し、スケ
    ール手段はイメージの品質に相関する品質計量に基づいているシステム。
  28. 【請求項２８】 スケール手段は、画素データの前記サブブロックへの周波
    数加重されたマスク手段をさらに具備し、それによって周波数加重されたマスク
    は人間の視覚系の感度がより高いイメージ部分に対してはエンファシスを与え、
    人間の視覚系の感度がより低いイメージ部分へは少ないエンファシスを与える請
    求項２７記載のシステム。
  29. 【請求項２９】 スケール手段は、イメージの品質に基づいて画素データの
    サブブロックを量子化する量子化装置をさらに具備している請求項２７記載のシ
    ステム。
  30. 【請求項３０】 品質計量は、信号対雑音比である請求項２７記載のシステ
    ム。
  31. 【請求項３１】 変換手段は、ディスクリートな余弦変換を行う請求項２７
    記載のシステム。
  32. 【請求項３２】 変換手段はディスクリートな余弦変換とそれに後続する微
    分カッドツリー変換を行う請求項２７記載のシステム。
  33. 【請求項３３】 スケール手段は、ブロック単位をベースとしてデータをス
    ケールする請求項３１記載のシステム。
  34. 【請求項３４】 スケール手段は、画素データのサブブロックのコントラス
    トに基づいている請求項３３記載のシステム。
  35. 【請求項３５】 スケール手段は、大きさにおいて予め定められたしきい値
    を超えるサブブロック内のＡＣ係数の数に基づいている請求項３３記載のシステ
    ム。
  36. 【請求項３６】 スケール手段は、サブブロックの平均二乗誤差に基づいて
    いる請求項３３記載のシステム。
  37. 【請求項３７】 スケール手段は、フレーム単位をベースとしている請求項
    ３１記載のシステム。
  38. 【請求項３８】 スケール手段は、フレーム当りのブロックサイズ割当の数
    およびサイズに基づいている請求項３７記載のシステム。
  39. 【請求項３９】 スケール手段は、先のフレームのスケール係数に基づいて
    いる請求項３７記載のシステム。
  40. 【請求項４０】 ブロックサイズ割当手段は、画素データのブロックに対す
    る画素値の分散を決定し、分散をしきい値と比較し、比較の結果に基づいてブロ
    ックを細分割するか否かの決定を行い、前記決定が前記ブロックを細分割するこ
    とであるならば、予め定められた基準が満たされるまで、分散の決定、しきい値
    との比較、細分割されたブロックのそれぞれに対する細分割を行うか否かの決定
    を反復し、ブロックサイズ割当として、さらに細分割されない各ブロックまたは
    サブブロックを指示する請求項２７記載のシステム。
  41. 【請求項４１】 細分割の決定は分散がしきい値よりも大きい場合には、ブ
    ロックが細分割されることを要求する請求項４０記載のシステム。
  42. 【請求項４２】 しきい値は、予め定められている請求項４１記載のシステ
    ム。
  43. 【請求項４３】 しきい値は評価されるブロックまたはサブブロックの画素
    値の平均の関数である請求項４１記載のシステム。
  44. 【請求項４４】 しきい値は細分割の各レベルに対して変化する請求項４１
    記載のシステム。
  45. 【請求項４５】 もはや細分割しないように予め定められた基準は、画素デ
    ータの予め選択された最小ブロックサイズに基づいている請求項４０記載のシス
    テム。
  46. 【請求項４６】 スケールは、さらに係数データのジグザグスキャナを含ん
    でいる請求項２７記載のシステム。
  47. 【請求項４７】 ジグザグスキャナはジグザグスキャナのための８×８画素
    ブロックサイズを使用する請求項４６記載のシステム。
  48. 【請求項４８】 スケール手段は、送信を行うためにデータ流を直列化され
    たデータ流にコード化するコーダをさらに具備している請求項４７記載のシステ
    ム。
  49. 【請求項４９】 コーダは、ハフマンコーダである請求項４８記載のシステ
    ム。
  50. 【請求項５０】 ハフマンコーダは、ランレングスおよびゼロではない値を
    コード化するために多数の検索表を使用する請求項４９記載のシステム。
  51. 【請求項５１】 ３つの検索表が存在する請求項５０記載のシステム。
  52. 【請求項５２】 生成手段はイメージの知覚特性に基づいている請求項２７
    記載のシステム。
  53. 【請求項５３】 画素データを含むデジタルイメージの圧縮方法において、 画素データのブロックを読取り、 画素のブロックを画素データのサブブロックに分割するためにブロックサイズ
    割当を生成し、 画素データのサブブロックを対応する周波数ドメイン表示に変換し、 周波数ドメイン表示をデータ流にスケールする動作を含み、スケール動作はイ
    メージの品質に相関する品質計量値に基づいており、スケール動作はさらに、周
    波数加重されたマスクを画素データの前記サブブロックに与える動作を含み、そ
    れによって周波数加重されたマスクは人間の視覚系の感度がより高いイメージ部
    分に対してエンファシスを与え、人間の視覚系の感度がより低いイメージ部分へ
    は少ないエンファシスを与え、スケール動作はイメージの品質に基づいて画素デ
    ータのサブブロックを量子化する動作をさらに含んでいる方法。
  54. 【請求項５４】 品質計量値は信号対雑音比である請求項５３記載の方法。
  55. 【請求項５５】 変換動作は、ディスクリートな余弦変換を行う請求項５３
    記載の方法。
  56. 【請求項５６】 変換動作は、ディスクリートな余弦変換とそれに後続する
    差カッドツリー変換を行う請求項５３記載の方法。
  57. 【請求項５７】 スケール動作は、ブロック単位をベースとしている請求項
    ５３記載の方法。
  58. 【請求項５８】 スケール動作は、画素データのサブブロックのコントラス
    トに基づいている請求項５７記載の方法。
  59. 【請求項５９】 スケール動作は、大きさにおいて予め定められたしきい値
    を超えるサブブロック内のＡＣ係数の数に基づいている請求項５７記載の方法。
  60. 【請求項６０】 スケール動作は、サブブロックの平均二乗誤差に基づいて
    いる請求項５７記載の方法。
  61. 【請求項６１】 スケール動作は、フレーム単位をベースとしている請求項
    ５５記載の方法。
  62. 【請求項６２】 スケール動作は、フレーム当りのブロックサイズ割当の数
    およびサイズに基づいている請求項６１記載の方法。
  63. 【請求項６３】 スケール動作は、先のフレームのスケール係数に基づいて
    いる請求項６１記載の方法。
  64. 【請求項６４】 画素データを圧縮する品質ベースのイメージ圧縮システム
    において、 画素のブロックを画素データのサブブロックに分割するブロックサイズ割当手
    段と、 画素データのサブブロックを対応する周波数ドメイン表示に変換する変換手段
    と、 周波数ドメイン表示をデータ流にスケールするスケール手段とを具備し、スケ
    ール手段はイメージの品質に相関する品質計量値に基づいており、スケール手段
    は、画素データの前記サブブロックへの周波数加重されたマスク手段をさらに具
    備し、それによって周波数加重されたマスクは人間の視覚系の感度がより高いイ
    メージ部分へエンファシスを与え、人間の視覚系の感度がより低いイメージ部分
    へは少ないエンファシスを与え、スケール手段はイメージの品質に基づいて画素
    データのサブブロックを量子化する量子化装置をさらに具備しているシステム。
  65. 【請求項６５】 品質計量値は、信号対雑音比である請求項６４記載のシス
    テム。
  66. 【請求項６６】 変換手段は、ディスクリートな余弦変換を行う請求項６４
    記載のシステム。
  67. 【請求項６７】 変換手段は、ディスクリートな余弦変換とそれに後続する
    差カッドツリー変換を行う請求項６４記載のシステム。
  68. 【請求項６８】 スケール手段は、ブロック単位をベースとしてデータをス
    ケールする請求項６７記載のシステム。
  69. 【請求項６９】 スケール手段は、画素データのサブブロックのコントラス
    トに基づいている請求項６７記載のシステム。
  70. 【請求項７０】 スケール手段は、大きさにおいて予め定められたしきい値
    を超えるサブブロック内のＡＣ係数の数に基づいている請求項６７記載のシステ
    ム。
  71. 【請求項７１】 スケール手段は、サブブロックの平均二乗誤差に基づいて
    いる請求項６７記載のシステム。
  72. 【請求項７２】 スケール手段は、フレーム単位をベースとしている請求項
    ６７記載のシステム。
  73. 【請求項７３】 スケール手段は、フレーム当りのブロックサイズ割当の数
    およびサイズに基づいている請求項７０記載のシステム。
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