JP2004040429A - ディジタル画像符号化装置及びそれに用いるディジタル画像符号化方法並びにそのプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】ＪＰＥＧ２０００において画像品質を劣化させることなく、画像の圧縮率を向上可能なディジタル画像符号化装置を提供する。
【解決手段】入力された画像データはＤＣレベル変換部３１にてウェーブレット変換の効率を向上させるためのＤＣレベル変換が行われる。画像データがカラー画像の場合、色変換部３２は画像データに色変換処理を施す。色変換後の画像データはウェーブレット変換部３３にてウェーブレット変換処理が行われ、画像から係数に変換される。変換された係数は量子化部３４において量子化される。量子化後の係数はビットプレーン符号化のために、係数モデリング部３５で多値データから２値データへの係数モデリング処理が行われ、下位ビットプレーン置換部３６にて置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンが“０”に置き換えられ、算術符号化部３７でビットプレーン符号化される。
【選択図】 図２
【解決手段】入力された画像データはＤＣレベル変換部３１にてウェーブレット変換の効率を向上させるためのＤＣレベル変換が行われる。画像データがカラー画像の場合、色変換部３２は画像データに色変換処理を施す。色変換後の画像データはウェーブレット変換部３３にてウェーブレット変換処理が行われ、画像から係数に変換される。変換された係数は量子化部３４において量子化される。量子化後の係数はビットプレーン符号化のために、係数モデリング部３５で多値データから２値データへの係数モデリング処理が行われ、下位ビットプレーン置換部３６にて置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンが“０”に置き換えられ、算術符号化部３７でビットプレーン符号化される。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタル画像符号化装置及びそれに用いるディジタル画像符号化方法並びにそのプログラムに関し、特に静止画像入力機器等で取込まれた静止画像を圧縮するディジタル画像符号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の普及に伴って、情報処理装置に静止画像を取込むための機器、例えばイメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器も普及しててきている。
【０００３】
これらの普及によって、電子メールへの静止画像の添付やプレゼンテーション用文書やホームページへの静止画像の貼付等、上記の静止画像入力機器によって取込まれた静止画像の活用も図られている。
【０００４】
また、上記のイメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器では、取込んだ静止画像を保存するために、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）やそのＪＰＥＧを改良したＪＰＥＧ２０００等の静止画圧縮の方式がある。この場合、ＪＰＥＧ２０００では非可逆圧縮及び可逆圧縮の両方に対応している。
【０００５】
ＪＰＥＧ２０００では、画像全体を複数の周波数帯域に分解して変換することで、画像へのモザイク状ひずみの発生を防止し、見た目の画質を改善するウェーブレット（Ｗａｖｅｌｅｔ）変換が用いられている。また、画像を圧縮する方法としては二つの方法があり、一つは原画をそのままウェーブレット変換する方法で、もう一つは、まず画像をタイルと呼ばれる任意の中領域に分割し、タイル単位で独立にウェーブレット変換する方法である。
【０００６】
後者の方法（タイルかを行う方法）では、圧縮データを部分的に切り出しやすくしたり、圧縮時に用いるメモリ量の制限があったりした場合に用いられている。画像を周波数表現した係数は量子化及び帯域別に小ブロック化して、各係数の振幅方向のビット階層別に符号列として置き換えている。
【０００７】
ＪＰＥＧ２０００符号化処理を行うＪＰＥＧ２０００符号器の構成例を図９に示す。図９において、ＪＰＥＧ２０００符号器はＤＣレベル変換部３１と、色変換部３２と、ウェーブレット変換部３３と、量子化部３４と、係数モデリング部３５と、算術符号化部３７と、符号順序制御部３８とから構成されている。
【０００８】
ＪＰＥＧ２０００符号器において、まず入力された画像データはＤＣレベル変換部３１にてウェーブレット変換の効率を向上させるためのＤＣレベル変換が行われる。
【０００９】
画像データがカラー画像の場合、色変換部３２は画像データに色変換処理を施す。色変換後の画像データはウェーブレット変換部３３にてウェーブレット変換処理が行われ、画像から係数に変換される。変換された係数は量子化部３４において量子化される。尚、可逆符号化を行う場合には、量子化は行われない。
【００１０】
量子化後の係数はビットプレーン符号化のために、係数モデリング部３５で多値データから２値データへの係数モデリング処理が行われ、算術符号化部３７でビットプレーン符号化される。最後に、算術符号化部３７で算術符号化された符号が符号順序制御部３８にて最終的に必要とされる符号順序に並べ替えられて出力される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のイメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器では、イメージセンサ、アナログ回路、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）コンバータ等の周辺回路の性能によってノイズが発生する。
【００１２】
アナログ信号をＡ／Ｄコンバータでディジタル信号に変換した時、その変換信号の下位数ビットはノイズの影響を受ける。ノイズの影響を受けた画像信号をウェーブレット変換すると、変換後の係数にもノイズの影響が現れる。
【００１３】
ＪＰＥＧ２０００では係数をビットプレーンに分解して２値算術符号化を行うが、ノイズの影響を受けた画質にとって不必要な下位ビットプレーンも算術符号化するため、符号量が増大している。
【００１４】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、ＪＰＥＧ２０００において画像品質を劣化させることなく、画像の圧縮率を向上させることができるディジタル画像符号化装置及びそれに用いるディジタル画像符号化方法並びにそのプログラムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるディジタル画像符号化装置は、入力された画像データをウェーブレット変換処理にて画像から係数に変換し、変換された係数を量子化し、量子化後の係数をビットプレーン符号化のために多値データから２値データへの係数モデリング処理を行ってから算術符号化するディジタル画像符号化装置であって、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換える置換手段を備えている。
【００１６】
本発明によるディジタル画像符号化方法は、入力された画像データをウェーブレット変換処理にて画像から係数に変換し、変換された係数を量子化し、量子化後の係数をビットプレーン符号化のために多値データから２値データへの係数モデリング処理を行ってから算術符号化するディジタル画像符号化方法であって、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換えるステップを備えている。
【００１７】
本発明によるディジタル画像符号化方法のプログラムは、入力された画像データをウェーブレット変換処理にて画像から係数に変換し、変換された係数を量子化し、量子化後の係数をビットプレーン符号化のために多値データから２値データへの係数モデリング処理を行ってから算術符号化するディジタル画像符号化方法のプログラムであって、コンピュータに、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換える処理を実行させている。
【００１８】
すなわち、本発明のディジタル画像符号化装置は、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）２０００の符号化の係数モデリングに関し、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換えることによって、画像の品質劣化を招くことなく、圧縮率を向上させることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例によるディジタル画像符号化装置の構成を示すブロック図である。図１において、ディジタル画像符号化装置１は画像を取込む画像入力部２と、入力された画像のＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）２０００圧縮を行うＪＰＥＧ２０００符号器３と、圧縮されたデータを蓄積しておくデータ蓄積部４と、蓄積されているデータの復号を行うＪＰＥＧ２０００復号器５と、復号化された画像データを出力する画像出力部６と、蓄積されている符号データを出力する符号出力部７と、全体の制御を行う制御部８と、記録媒体９とから構成されている。記録媒体９はプログラムを記録しており、そのプログラムはディジタル画像符号化装置１の各処理をソフトウェアで実現する際に用いられるコンピュータ（図示せず）によって実行される。
【００２０】
画像入力部２にはイメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器、または画像データが蓄積されたメモリ等からディジタル画像データが入力される。この入力された画像はＪＰＥＧ２０００符号器３においてＪＰＥＧ２０００で圧縮される。
【００２１】
ＪＰＥＧ２０００符号器３はソフトウェア、ＬＳＩ（大規模集積回路）等のハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアとの組合せによって構成することができる。
【００２２】
図２は図１のＪＰＥＧ２０００符号器３の構成例を示すブロック図である。図２において、ＪＰＥＧ２０００符号器３はＤＣレベル変換部３１と、色変換部３２と、ウェーブレット変換部３３と、量子化部３４と、係数モデリング部３５と、下位ビットプレーン置換部３６と、算術符号化部３７と、符号順序制御部３８とから構成されている。
【００２３】
図３は図１のＪＰＥＧ２０００符号器３の動作を示すフローチャートである。これら図２及び図３を参照してＪＰＥＧ２０００符号器３の動作について説明する。尚、図３に示す処理は上記のコンピュータが記録媒体９のプログラムを実行することで実現される。
【００２４】
ＪＰＥＧ２０００符号器３において、まず入力された画像データはＤＣレベル変換部３１にてウェーブレット変換の効率を向上させるためのＤＣレベル変換が行われる（図３ステップＳ１，Ｓ２）。
【００２５】
画像データがカラー画像の場合（図３ステップＳ３）、色変換部３２は画像データに色変換処理を施す（図３ステップＳ４）。色変換後の画像データはウェーブレット変換部３３にてウェーブレット変換処理が行われ、画像から係数に変換される（図３ステップＳ５）。変換された係数は量子化部３４において量子化される（図３ステップＳ６，Ｓ７）。尚、可逆符号化を行う場合には（図３ステップＳ６）、量子化は行われない。
【００２６】
量子化後の係数はビットプレーン符号化のために、係数モデリング部３５で多値データから２値データへの係数モデリング処理が行われ（図３ステップＳ８）、下位ビットプレーン置換部３６にて外部からの置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンが“０”に置き換えられ（図３ステップＳ９）、算術符号化部３７でビットプレーン符号化される（図３ステップＳ１０）。最後に、算術符号化部３７で算術符号化された符号は符号順序制御部３８にて、最終的に必要とされる符号順序に並べ替えられて出力される（図３ステップＳ１１）。
【００２７】
図４（ａ）はｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「１」の場合のウェーブレット変換後の変換係数群を示す図であり、図４（ｂ）はｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「２」の場合のウェーブレット変換後の変換係数群を示す図である。
【００２８】
図５はコードブロックのサイズが４×４の時の係数例とビットプレーンに分解した結果とを示す図であり、図６（ａ）〜（ｅ）は均一な濃度の原稿を読取り（階調１９２）、σ＝３でばらつきがあった場合の画像信号の例とウェーブレット変換結果とを示す図である。これら図２と図４〜図６とを参照してＪＰＥＧ２０００の符号化について説明する
【００２９】
ＤＣレベル変換部３１は画像信号がＲＧＢ（Ｒｅｄ Ｇｒｅｅｎ Ｂｌｕｅ）信号値のような正の数（符号なし整数）である場合、各信号値から信号のダイナミックレンジの半分を減算する。次に、色変換部３２では画像信号がカラー画像の場合、カラー画像を効率良く圧縮するために色変換を行う。入力画像信号がＲＧＢ信号の場合、輝度色差空間であるＹＣｂ Ｃｒ 色空間、またはＹＵＶ色空間への変換を行う。
【００３０】
ウェーブレット変換部３３は入力された画像信号に対して２次元のウェーブレット変換を行い、変換係数を出力する。Ｘ（ｎ）を入力画像信号とすると、１次元のウェーブレット変換処理は、
Ｙ（２ｎ＋１）＝Ｘ（２ｎ＋１）−ｆｌｏｏｒ（（Ｘ（２ｎ）＋Ｘ（２ｎ＋２））／２） ・・・（１）
Ｙ（２ｎ）＝Ｘ（２ｎ）＋ｆｌｏｏｒ（（Ｙ（２ｎ−１）＋Ｙ（２ｎ＋１）＋２）／４） ・・・（２）
という式で表される。（１）式はハイパスフィルタ、（２）式はローパスフィルタである。また、ｆｌｏｏｒ（Ｘ）はＸを上回らない最大整数値を表す。
【００３１】
ウェーブレット変換部３３は上述した１次元のフィルタを垂直方向、水平方向の順に適用して、２次元ウェーブレット変換の変換係数を算出する。変換係数は（１）式及び（２）式に示されるハイパスフィルタ、ローパスフィルタの組合せによって４つの係数群に分割される［図４（ａ）参照］。
【００３２】
ＪＰＥＧ２０００のウェーブレット変換は低周波成分を再帰的に分割する変換を行う。図４（ａ）の「１ＬＬ」に２次元ウェーブレット変換を施した場合の変換係数群を図４（ｂ）に示す。ここで、「ＬＬ」、「ＨＬ」、「ＬＨ」、「ＨＨ」の各成分はサブバンドと呼ばれる。
【００３３】
図４（ａ）及び図４（ｂ）において、「ＬＬ」成分は画像のＤＣ成分を表し、「ＨＬ」、「ＬＨ」、「ＨＨ」成分はそれぞれ画像のＡＣ成分を表している。ウェーブレット変換が行われた回数はｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌと呼ばれ、図４（ａ）は「１」回、図４（ｂ）は「２」回である。
【００３４】
量子化部３４は効率の良い圧縮を行うために必要な処理で、係数のダイナミンクレンジを削減する。ＪＰＥＧ２０００の基本方式ではスカラ量子化とポスト量子化との２種類の量子化方法が定義されているが、その方法については公知であるので、その説明は省略する。
【００３５】
係数モデリング部３５に入力された係数は各サブバンド毎にコードブロックと呼ばれる矩形領域に分割され、符号化対象となる多値ウェーブレット係数から、算術符号化用の２値のビットモデルに変換される。
【００３６】
コードブロックのサイズが４×４の時、係数をビットプレーンに分解した例を図５に示す。図５では係数の最大値が「１２」であるため、ビットプレーンの数は「４」となっているが、その上位にはすべて“０”であるビットプレーンが存在する。
【００３７】
入力画像データを８ビットの画像データとした時、ウェーブレット変換後の係数は１０ビットのダイナミックレンジをもつため、図５に示す例の場合には上位６個のビットプレーンがすべて“０”のビットプレーンとなる。すべて“０”であるビットプレーンは符号化を行わないが、係数のダイナミックレンジを再現する上で必要な情報である。
【００３８】
０ビットプレーン数はパケットヘッダの中に埋めこまれて符号列に挿入される。図５に示されるすべてが“０”でないビットプレーンは、算術符号化部３７で２値算術符号化される。
【００３９】
イメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器では、イメージセンサ、アナログ回路、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）コンバータ等の周辺回路の性能によってノイズが発生する。アナログ信号をＡ／Ｄコンバータでディジタル信号に変換した時、下位数ビットはノイズの影響を受ける。
【００４０】
イメージスキャナの場合、均一な濃度の原稿を読取って出力のばらつきを計算することによって、システムのノイズ性能を定量化することができ、定量化の一つに標準偏差がある。均一な濃度の原稿を読取った時に、各位置ｉでの濃度をＤｉ、濃度の平均値をＤ、データ数をｎとすると、標準偏差σは、
σ＝（（Σ（Ｄｉ−Ｄ）２ ）／ｎ）１／２ ・・・（３）
という式で計算することができる。
【００４１】
例えば、標準偏差σが「３」の時、静止画像入力機器で読取った画像信号の下位３ビットはノイズの影響を受けた信号となる。一般に、高速イメージスキャナの場合、σは「３」程度である。
【００４２】
ノイズの影響を受けた画像信号をウェーブレット変換すると、変換後の係数にもノイズの影響が現れる。以後、図１の画像入力部２から入力される画像信号はグレースケール（モノクロ多値画像）の場合で説明するが、入力画像信号がカラー画像の場合には色変換部３２で色変換を行い、輝度、色差各成分毎にウェーブレット変換以降の処理を行えばよい。
【００４３】
図６（ａ）に均一な濃度の原稿を読取り（階調１９２）、σ＝３の画像信号の例を示す。入力画像信号の取り得る値は「１８９（＝１９２−３）」から「１９５（＝１９２＋３）」までの範囲である。図６（ｂ）〜（ｅ）は図６（ａ）の画像にウェーブレット変換を施した結果である。
【００４４】
σ＝３の時、ウェーブレット変換後のＡＣ成分（１ＨＬ、１ＬＨ、１ＨＨ）の係数の最大値（絶対値）は「１２」である。つまり、ビットプレーンに分解した時、下位４ビットはノイズの影響を受けることになる。同様に、σ＝２の場合にはビットプレーンの下位３ビット、σ＝１の場合にはビットプレーンの下位２ビットがノイズの影響を受ける。この下位ビットプレーンはノイズ成分の情報量であるため、本来データとして不要であり、さらに符号量を増大させる要因となっている。
【００４５】
本実施例では、係数モデリング部３５と算術符号化部３７との間に下位ビットプレーン置換部３６を設け、置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンを“０”に置き換えている。
【００４６】
置換量１０１は制御部８で制御可能でかつ可変可能な設定値である。置換量１０１で設定する値がノイズの影響を受けた下位ビットプレーン数以下であれば、ビットプレーンを“０”に置き換えても画質は劣化しない。ノイズの影響を受けた下位ビットプレーンの数は、σ＝３で「４」、σ＝２で「３」、σ＝１で「２」である。
【００４７】
下位ビットプレーンを“０”に置き換えた場合、下位ビットプレーンを算術符号化してもほとんど符号を生成しない。そのため、下位ビットプレーンが存在しないと考えることができ、σ＝３で下位４ビットのビットプレーンを“０”に置き換えた場合にはビットプレーン数が１０ビットから６ビットに減少するため、圧縮率は約４０％改善される。
【００４８】
σ＝２で下位３ビットのビットプレーンを“０”に置き換えた場合には、ビットプレーン数が１０ビットから７ビットに減少し、圧縮率は約３０％改善される。同様に、σ＝１で下位２ビットのビットプレーンを“０”に置き換えた場合には、圧縮率が約２０％改善される。
【００４９】
イメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器で読取った画像にノイズが含まれている場合には、予めノイズ成分を切り捨ててからＪＰＥＧ２０００で圧縮することも考えられる。
【００５０】
読取った画像が８ビットで、下位３ビットがノイズ成分である場合（σ＝３）、画像データの上位５ビットだけをウェーブレット変換すると、変換後の係数のダイナミックレンジは７ビットとなる。これは、本実施例によって下位ビットプレーンを“０”に置き換えた場合のダイナミックレンジ６ビットより大きくなってしまう。σ＝２，１の場合にも、本実施例の方がダイナミックレンジが小さくなり、圧縮率がよくなる。
【００５１】
ウェーブレット変換後の係数の下位ビットプレーンを、静止画像入力機器のノイズ性能に応じて“０”に置き換えた後、圧縮されたデータは最後に符号順序制御部３８において、符号データの順序を規定された方式に沿って任意に並び替えてＪＰＥＧ２０００符号器３から出力される。
【００５２】
ＪＰＥＧ２０００符号器３で圧縮された画像はメモリやハードディスク等のデータ蓄積部４に蓄積される。蓄積されたＪＰＥＧ２０００符号データは、ディジタル画像符号化装置１から画像として出力したい場合、ＪＰＥＧ２０００復号器５において復号され、画像データ出力部６からプリンタ、ディスプレイ等の機器に出力される。
【００５３】
また、インタネットやファクシミリ等の通信や、自身でＪＰＥＧ２０００復号器を持つような装置及びデバイスに対しては、符号出力部７から符号データが出力される。ここで、復号器では符号データを勧告書に沿って画像データの利用シーンに合わせて復号するだけであり、本実施例が復号器に特別な処理を要求することはなく、一般的なＪＰＥＧ２０００復号器で復号可能である。
【００５４】
本実施例ではディジタル画像符号化装置１について説明したが、ディジタル画像符号化アプリケーションや、アプリケーション内のディジタル画像圧縮機能としてソフトウェアで実現することも可能である。
【００５５】
このように、本実施例ではＪＰＥＧ２０００符号化の係数モデリングにおいて、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を“０”に置き換えることによって、画像を品質劣化させることなく、圧縮率を向上させることができる。
【００５６】
図７は本発明の他の実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器の構成を示すブロック図である。図７において、本発明の他の実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器はＤＬ指定値１０２で設定されたｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌのＡＣ成分に対して置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンを“０”に置き換える下位ビットプレーン置換部３９を下位ビットプレーン置換部３８の代わりに設けた以外は図２に示す本発明の一実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器３と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。また、同一構成要素の動作は本発明の一実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器３と同様である。
【００５７】
下位ビットプレーン置換部３９は係数モデリング部３５と算術符号化部３６との間に配置され、ＤＬ指定値１０２で設定されたｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌのＡＣ成分に対して、置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンを“０”に置き換える。置換量１０１及びＤＬ指定値１０２は制御部８によつて制御可能でかつ可変可能な設定値である。また、ＤＬ指定値１０２は複数のｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌを設定することができる。
【００５８】
低周波成分を再帰的に分割するウェーブレット変換を行う場合には、ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「１」以外のＡＣ成分の下位ビットプレーンも“０”に置き換えることによって、最大解像度のＡＣ成分の下位ビットプレーンのみを“０”に置き換える場合よりも、圧縮率を改善することが可能となる。
【００５９】
また、最大解像度（ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「１」）の下位ビットプレーンは“０”への置き換えを行わず、ＤＬ指定値１０２で設定した解像度（ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ）のＡＣ成分の下位ビットプレーンのみ“０”に置き換えることも可能となる。
【００６０】
図８は図７のＪＰＥＧ２０００符号器の動作を示すフローチャートである。これら図７及び図８を参照して本発明の他の実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器の動作について説明する。尚、図８に示す処理は上述した図１のディジタル画像符号化装置１のコンピュータが記録媒体９のプログラムを実行することで実現される。
【００６１】
ＪＰＥＧ２０００符号器において、まず入力された画像データはＤＣレベル変換部３１にてウェーブレット変換の効率を向上させるためのＤＣレベル変換が行われる （図８ステップＳ２１，Ｓ２２）。
【００６２】
画像データがカラー画像の場合（図８ステップＳ２３）、色変換部３２は画像データに色変換処理を施す（図８ステップＳ２４）。色変換後の画像データはウェーブレット変換部３３にてウェーブレット変換処理が行われ、画像から係数に変換される （図８ステップＳ２５）。変換された係数は量子化部３４において量子化される（図８ステップＳ２６，Ｓ２７）。尚、可逆符号化を行う場合には（図８ステップＳ２６）、量子化は行われない。
【００６３】
量子化後の係数はビットプレーン符号化のために、係数モデリング部３５で多値データから２値データへの係数モデリング処理が行われ（図８ステップＳ２８）、下位ビットプレーン置換部３９にて外部からのＤＬ指定値１０２で設定されたｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌのＡＣ成分に対して、外部からの置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンが“０”に置き換えられ（図８ステップＳ２９）、算術符号化部３７でビットプレーン符号化される（図８ステップＳ３０）。最後に、算術符号化部３７で算術符号化された符号は符号順序制御部３８にて、最終的に必要とされる符号順序に並べ替えられて出力される（図８ステップＳ３１）。
【００６４】
このように、本実施例ではＪＰＥＧ２０００符号化の係数モデリングにおいて、ＤＬ指定値１０２で設定されたｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌのＡＣ成分に対して、置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンの係数を“０”に置き換えることによって、画像を品質劣化させることなく、圧縮率を向上させることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、入力された画像データをウェーブレット変換処理にて画像から係数に変換し、変換された係数を量子化し、量子化後の係数をビットプレーン符号化のために多値データから２値データへの係数モデリング処理を行ってから算術符号化するディジタル画像符号化装置において、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換えることによって、ＪＰＥＧ２０００において画像品質を劣化させることなく、画像の圧縮率を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるディジタル画像符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＪＰＥＧ２０００符号器の構成例を示すブロック図である。
【図３】図１のＪＰＥＧ２０００符号器の動作を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）はｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「１」の場合のウェーブレット変換後の変換係数群を示す図、（ｂ）はｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「２」の場合のウェーブレット変換後の変換係数群を示す図である。
【図５】コードブロックのサイズが４×４の時の係数例とビットプレーンに分解した結果とを示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は均一な濃度の原稿を読取り（階調１９２）、σ＝３でばらつきがあった場合の画像信号の例とウェーブレット変換結果とを示す図である。
【図７】本発明の他の実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器の構成を示すブロック図である。
【図８】図７のＪＰＥＧ２０００符号器の動作を示すフローチャートである。
【図９】従来例によるＪＰＥＧ２０００符号器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ディジタル画像符号化装置
２ 画像入力部
３ ＪＰＥＧ２０００符号器
４ データ蓄積部
５ ＪＰＥＧ２０００復号器
６ 画像出力部
７ 符号出力部
８ 制御部
９ 記録媒体
３１ ＤＣレベル変換部
３２ 色変換部
３３ ウェーブレット変換部
３４ 量子化部
３５ 係数モデリング部
３６，３９ 下位ビットプレーン置換部
３７ 算術符号化部
３８ 符号順序制御部
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタル画像符号化装置及びそれに用いるディジタル画像符号化方法並びにそのプログラムに関し、特に静止画像入力機器等で取込まれた静止画像を圧縮するディジタル画像符号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の普及に伴って、情報処理装置に静止画像を取込むための機器、例えばイメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器も普及しててきている。
【０００３】
これらの普及によって、電子メールへの静止画像の添付やプレゼンテーション用文書やホームページへの静止画像の貼付等、上記の静止画像入力機器によって取込まれた静止画像の活用も図られている。
【０００４】
また、上記のイメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器では、取込んだ静止画像を保存するために、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）やそのＪＰＥＧを改良したＪＰＥＧ２０００等の静止画圧縮の方式がある。この場合、ＪＰＥＧ２０００では非可逆圧縮及び可逆圧縮の両方に対応している。
【０００５】
ＪＰＥＧ２０００では、画像全体を複数の周波数帯域に分解して変換することで、画像へのモザイク状ひずみの発生を防止し、見た目の画質を改善するウェーブレット（Ｗａｖｅｌｅｔ）変換が用いられている。また、画像を圧縮する方法としては二つの方法があり、一つは原画をそのままウェーブレット変換する方法で、もう一つは、まず画像をタイルと呼ばれる任意の中領域に分割し、タイル単位で独立にウェーブレット変換する方法である。
【０００６】
後者の方法（タイルかを行う方法）では、圧縮データを部分的に切り出しやすくしたり、圧縮時に用いるメモリ量の制限があったりした場合に用いられている。画像を周波数表現した係数は量子化及び帯域別に小ブロック化して、各係数の振幅方向のビット階層別に符号列として置き換えている。
【０００７】
ＪＰＥＧ２０００符号化処理を行うＪＰＥＧ２０００符号器の構成例を図９に示す。図９において、ＪＰＥＧ２０００符号器はＤＣレベル変換部３１と、色変換部３２と、ウェーブレット変換部３３と、量子化部３４と、係数モデリング部３５と、算術符号化部３７と、符号順序制御部３８とから構成されている。
【０００８】
ＪＰＥＧ２０００符号器において、まず入力された画像データはＤＣレベル変換部３１にてウェーブレット変換の効率を向上させるためのＤＣレベル変換が行われる。
【０００９】
画像データがカラー画像の場合、色変換部３２は画像データに色変換処理を施す。色変換後の画像データはウェーブレット変換部３３にてウェーブレット変換処理が行われ、画像から係数に変換される。変換された係数は量子化部３４において量子化される。尚、可逆符号化を行う場合には、量子化は行われない。
【００１０】
量子化後の係数はビットプレーン符号化のために、係数モデリング部３５で多値データから２値データへの係数モデリング処理が行われ、算術符号化部３７でビットプレーン符号化される。最後に、算術符号化部３７で算術符号化された符号が符号順序制御部３８にて最終的に必要とされる符号順序に並べ替えられて出力される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のイメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器では、イメージセンサ、アナログ回路、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）コンバータ等の周辺回路の性能によってノイズが発生する。
【００１２】
アナログ信号をＡ／Ｄコンバータでディジタル信号に変換した時、その変換信号の下位数ビットはノイズの影響を受ける。ノイズの影響を受けた画像信号をウェーブレット変換すると、変換後の係数にもノイズの影響が現れる。
【００１３】
ＪＰＥＧ２０００では係数をビットプレーンに分解して２値算術符号化を行うが、ノイズの影響を受けた画質にとって不必要な下位ビットプレーンも算術符号化するため、符号量が増大している。
【００１４】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、ＪＰＥＧ２０００において画像品質を劣化させることなく、画像の圧縮率を向上させることができるディジタル画像符号化装置及びそれに用いるディジタル画像符号化方法並びにそのプログラムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるディジタル画像符号化装置は、入力された画像データをウェーブレット変換処理にて画像から係数に変換し、変換された係数を量子化し、量子化後の係数をビットプレーン符号化のために多値データから２値データへの係数モデリング処理を行ってから算術符号化するディジタル画像符号化装置であって、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換える置換手段を備えている。
【００１６】
本発明によるディジタル画像符号化方法は、入力された画像データをウェーブレット変換処理にて画像から係数に変換し、変換された係数を量子化し、量子化後の係数をビットプレーン符号化のために多値データから２値データへの係数モデリング処理を行ってから算術符号化するディジタル画像符号化方法であって、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換えるステップを備えている。
【００１７】
本発明によるディジタル画像符号化方法のプログラムは、入力された画像データをウェーブレット変換処理にて画像から係数に変換し、変換された係数を量子化し、量子化後の係数をビットプレーン符号化のために多値データから２値データへの係数モデリング処理を行ってから算術符号化するディジタル画像符号化方法のプログラムであって、コンピュータに、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換える処理を実行させている。
【００１８】
すなわち、本発明のディジタル画像符号化装置は、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）２０００の符号化の係数モデリングに関し、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換えることによって、画像の品質劣化を招くことなく、圧縮率を向上させることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例によるディジタル画像符号化装置の構成を示すブロック図である。図１において、ディジタル画像符号化装置１は画像を取込む画像入力部２と、入力された画像のＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）２０００圧縮を行うＪＰＥＧ２０００符号器３と、圧縮されたデータを蓄積しておくデータ蓄積部４と、蓄積されているデータの復号を行うＪＰＥＧ２０００復号器５と、復号化された画像データを出力する画像出力部６と、蓄積されている符号データを出力する符号出力部７と、全体の制御を行う制御部８と、記録媒体９とから構成されている。記録媒体９はプログラムを記録しており、そのプログラムはディジタル画像符号化装置１の各処理をソフトウェアで実現する際に用いられるコンピュータ（図示せず）によって実行される。
【００２０】
画像入力部２にはイメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器、または画像データが蓄積されたメモリ等からディジタル画像データが入力される。この入力された画像はＪＰＥＧ２０００符号器３においてＪＰＥＧ２０００で圧縮される。
【００２１】
ＪＰＥＧ２０００符号器３はソフトウェア、ＬＳＩ（大規模集積回路）等のハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアとの組合せによって構成することができる。
【００２２】
図２は図１のＪＰＥＧ２０００符号器３の構成例を示すブロック図である。図２において、ＪＰＥＧ２０００符号器３はＤＣレベル変換部３１と、色変換部３２と、ウェーブレット変換部３３と、量子化部３４と、係数モデリング部３５と、下位ビットプレーン置換部３６と、算術符号化部３７と、符号順序制御部３８とから構成されている。
【００２３】
図３は図１のＪＰＥＧ２０００符号器３の動作を示すフローチャートである。これら図２及び図３を参照してＪＰＥＧ２０００符号器３の動作について説明する。尚、図３に示す処理は上記のコンピュータが記録媒体９のプログラムを実行することで実現される。
【００２４】
ＪＰＥＧ２０００符号器３において、まず入力された画像データはＤＣレベル変換部３１にてウェーブレット変換の効率を向上させるためのＤＣレベル変換が行われる（図３ステップＳ１，Ｓ２）。
【００２５】
画像データがカラー画像の場合（図３ステップＳ３）、色変換部３２は画像データに色変換処理を施す（図３ステップＳ４）。色変換後の画像データはウェーブレット変換部３３にてウェーブレット変換処理が行われ、画像から係数に変換される（図３ステップＳ５）。変換された係数は量子化部３４において量子化される（図３ステップＳ６，Ｓ７）。尚、可逆符号化を行う場合には（図３ステップＳ６）、量子化は行われない。
【００２６】
量子化後の係数はビットプレーン符号化のために、係数モデリング部３５で多値データから２値データへの係数モデリング処理が行われ（図３ステップＳ８）、下位ビットプレーン置換部３６にて外部からの置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンが“０”に置き換えられ（図３ステップＳ９）、算術符号化部３７でビットプレーン符号化される（図３ステップＳ１０）。最後に、算術符号化部３７で算術符号化された符号は符号順序制御部３８にて、最終的に必要とされる符号順序に並べ替えられて出力される（図３ステップＳ１１）。
【００２７】
図４（ａ）はｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「１」の場合のウェーブレット変換後の変換係数群を示す図であり、図４（ｂ）はｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「２」の場合のウェーブレット変換後の変換係数群を示す図である。
【００２８】
図５はコードブロックのサイズが４×４の時の係数例とビットプレーンに分解した結果とを示す図であり、図６（ａ）〜（ｅ）は均一な濃度の原稿を読取り（階調１９２）、σ＝３でばらつきがあった場合の画像信号の例とウェーブレット変換結果とを示す図である。これら図２と図４〜図６とを参照してＪＰＥＧ２０００の符号化について説明する
【００２９】
ＤＣレベル変換部３１は画像信号がＲＧＢ（Ｒｅｄ Ｇｒｅｅｎ Ｂｌｕｅ）信号値のような正の数（符号なし整数）である場合、各信号値から信号のダイナミックレンジの半分を減算する。次に、色変換部３２では画像信号がカラー画像の場合、カラー画像を効率良く圧縮するために色変換を行う。入力画像信号がＲＧＢ信号の場合、輝度色差空間であるＹＣｂ Ｃｒ 色空間、またはＹＵＶ色空間への変換を行う。
【００３０】
ウェーブレット変換部３３は入力された画像信号に対して２次元のウェーブレット変換を行い、変換係数を出力する。Ｘ（ｎ）を入力画像信号とすると、１次元のウェーブレット変換処理は、
Ｙ（２ｎ＋１）＝Ｘ（２ｎ＋１）−ｆｌｏｏｒ（（Ｘ（２ｎ）＋Ｘ（２ｎ＋２））／２） ・・・（１）
Ｙ（２ｎ）＝Ｘ（２ｎ）＋ｆｌｏｏｒ（（Ｙ（２ｎ−１）＋Ｙ（２ｎ＋１）＋２）／４） ・・・（２）
という式で表される。（１）式はハイパスフィルタ、（２）式はローパスフィルタである。また、ｆｌｏｏｒ（Ｘ）はＸを上回らない最大整数値を表す。
【００３１】
ウェーブレット変換部３３は上述した１次元のフィルタを垂直方向、水平方向の順に適用して、２次元ウェーブレット変換の変換係数を算出する。変換係数は（１）式及び（２）式に示されるハイパスフィルタ、ローパスフィルタの組合せによって４つの係数群に分割される［図４（ａ）参照］。
【００３２】
ＪＰＥＧ２０００のウェーブレット変換は低周波成分を再帰的に分割する変換を行う。図４（ａ）の「１ＬＬ」に２次元ウェーブレット変換を施した場合の変換係数群を図４（ｂ）に示す。ここで、「ＬＬ」、「ＨＬ」、「ＬＨ」、「ＨＨ」の各成分はサブバンドと呼ばれる。
【００３３】
図４（ａ）及び図４（ｂ）において、「ＬＬ」成分は画像のＤＣ成分を表し、「ＨＬ」、「ＬＨ」、「ＨＨ」成分はそれぞれ画像のＡＣ成分を表している。ウェーブレット変換が行われた回数はｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌと呼ばれ、図４（ａ）は「１」回、図４（ｂ）は「２」回である。
【００３４】
量子化部３４は効率の良い圧縮を行うために必要な処理で、係数のダイナミンクレンジを削減する。ＪＰＥＧ２０００の基本方式ではスカラ量子化とポスト量子化との２種類の量子化方法が定義されているが、その方法については公知であるので、その説明は省略する。
【００３５】
係数モデリング部３５に入力された係数は各サブバンド毎にコードブロックと呼ばれる矩形領域に分割され、符号化対象となる多値ウェーブレット係数から、算術符号化用の２値のビットモデルに変換される。
【００３６】
コードブロックのサイズが４×４の時、係数をビットプレーンに分解した例を図５に示す。図５では係数の最大値が「１２」であるため、ビットプレーンの数は「４」となっているが、その上位にはすべて“０”であるビットプレーンが存在する。
【００３７】
入力画像データを８ビットの画像データとした時、ウェーブレット変換後の係数は１０ビットのダイナミックレンジをもつため、図５に示す例の場合には上位６個のビットプレーンがすべて“０”のビットプレーンとなる。すべて“０”であるビットプレーンは符号化を行わないが、係数のダイナミックレンジを再現する上で必要な情報である。
【００３８】
０ビットプレーン数はパケットヘッダの中に埋めこまれて符号列に挿入される。図５に示されるすべてが“０”でないビットプレーンは、算術符号化部３７で２値算術符号化される。
【００３９】
イメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器では、イメージセンサ、アナログ回路、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）コンバータ等の周辺回路の性能によってノイズが発生する。アナログ信号をＡ／Ｄコンバータでディジタル信号に変換した時、下位数ビットはノイズの影響を受ける。
【００４０】
イメージスキャナの場合、均一な濃度の原稿を読取って出力のばらつきを計算することによって、システムのノイズ性能を定量化することができ、定量化の一つに標準偏差がある。均一な濃度の原稿を読取った時に、各位置ｉでの濃度をＤｉ、濃度の平均値をＤ、データ数をｎとすると、標準偏差σは、
σ＝（（Σ（Ｄｉ−Ｄ）２ ）／ｎ）１／２ ・・・（３）
という式で計算することができる。
【００４１】
例えば、標準偏差σが「３」の時、静止画像入力機器で読取った画像信号の下位３ビットはノイズの影響を受けた信号となる。一般に、高速イメージスキャナの場合、σは「３」程度である。
【００４２】
ノイズの影響を受けた画像信号をウェーブレット変換すると、変換後の係数にもノイズの影響が現れる。以後、図１の画像入力部２から入力される画像信号はグレースケール（モノクロ多値画像）の場合で説明するが、入力画像信号がカラー画像の場合には色変換部３２で色変換を行い、輝度、色差各成分毎にウェーブレット変換以降の処理を行えばよい。
【００４３】
図６（ａ）に均一な濃度の原稿を読取り（階調１９２）、σ＝３の画像信号の例を示す。入力画像信号の取り得る値は「１８９（＝１９２−３）」から「１９５（＝１９２＋３）」までの範囲である。図６（ｂ）〜（ｅ）は図６（ａ）の画像にウェーブレット変換を施した結果である。
【００４４】
σ＝３の時、ウェーブレット変換後のＡＣ成分（１ＨＬ、１ＬＨ、１ＨＨ）の係数の最大値（絶対値）は「１２」である。つまり、ビットプレーンに分解した時、下位４ビットはノイズの影響を受けることになる。同様に、σ＝２の場合にはビットプレーンの下位３ビット、σ＝１の場合にはビットプレーンの下位２ビットがノイズの影響を受ける。この下位ビットプレーンはノイズ成分の情報量であるため、本来データとして不要であり、さらに符号量を増大させる要因となっている。
【００４５】
本実施例では、係数モデリング部３５と算術符号化部３７との間に下位ビットプレーン置換部３６を設け、置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンを“０”に置き換えている。
【００４６】
置換量１０１は制御部８で制御可能でかつ可変可能な設定値である。置換量１０１で設定する値がノイズの影響を受けた下位ビットプレーン数以下であれば、ビットプレーンを“０”に置き換えても画質は劣化しない。ノイズの影響を受けた下位ビットプレーンの数は、σ＝３で「４」、σ＝２で「３」、σ＝１で「２」である。
【００４７】
下位ビットプレーンを“０”に置き換えた場合、下位ビットプレーンを算術符号化してもほとんど符号を生成しない。そのため、下位ビットプレーンが存在しないと考えることができ、σ＝３で下位４ビットのビットプレーンを“０”に置き換えた場合にはビットプレーン数が１０ビットから６ビットに減少するため、圧縮率は約４０％改善される。
【００４８】
σ＝２で下位３ビットのビットプレーンを“０”に置き換えた場合には、ビットプレーン数が１０ビットから７ビットに減少し、圧縮率は約３０％改善される。同様に、σ＝１で下位２ビットのビットプレーンを“０”に置き換えた場合には、圧縮率が約２０％改善される。
【００４９】
イメージスキャナやディジタルカメラ等の静止画像入力機器で読取った画像にノイズが含まれている場合には、予めノイズ成分を切り捨ててからＪＰＥＧ２０００で圧縮することも考えられる。
【００５０】
読取った画像が８ビットで、下位３ビットがノイズ成分である場合（σ＝３）、画像データの上位５ビットだけをウェーブレット変換すると、変換後の係数のダイナミックレンジは７ビットとなる。これは、本実施例によって下位ビットプレーンを“０”に置き換えた場合のダイナミックレンジ６ビットより大きくなってしまう。σ＝２，１の場合にも、本実施例の方がダイナミックレンジが小さくなり、圧縮率がよくなる。
【００５１】
ウェーブレット変換後の係数の下位ビットプレーンを、静止画像入力機器のノイズ性能に応じて“０”に置き換えた後、圧縮されたデータは最後に符号順序制御部３８において、符号データの順序を規定された方式に沿って任意に並び替えてＪＰＥＧ２０００符号器３から出力される。
【００５２】
ＪＰＥＧ２０００符号器３で圧縮された画像はメモリやハードディスク等のデータ蓄積部４に蓄積される。蓄積されたＪＰＥＧ２０００符号データは、ディジタル画像符号化装置１から画像として出力したい場合、ＪＰＥＧ２０００復号器５において復号され、画像データ出力部６からプリンタ、ディスプレイ等の機器に出力される。
【００５３】
また、インタネットやファクシミリ等の通信や、自身でＪＰＥＧ２０００復号器を持つような装置及びデバイスに対しては、符号出力部７から符号データが出力される。ここで、復号器では符号データを勧告書に沿って画像データの利用シーンに合わせて復号するだけであり、本実施例が復号器に特別な処理を要求することはなく、一般的なＪＰＥＧ２０００復号器で復号可能である。
【００５４】
本実施例ではディジタル画像符号化装置１について説明したが、ディジタル画像符号化アプリケーションや、アプリケーション内のディジタル画像圧縮機能としてソフトウェアで実現することも可能である。
【００５５】
このように、本実施例ではＪＰＥＧ２０００符号化の係数モデリングにおいて、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を“０”に置き換えることによって、画像を品質劣化させることなく、圧縮率を向上させることができる。
【００５６】
図７は本発明の他の実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器の構成を示すブロック図である。図７において、本発明の他の実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器はＤＬ指定値１０２で設定されたｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌのＡＣ成分に対して置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンを“０”に置き換える下位ビットプレーン置換部３９を下位ビットプレーン置換部３８の代わりに設けた以外は図２に示す本発明の一実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器３と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。また、同一構成要素の動作は本発明の一実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器３と同様である。
【００５７】
下位ビットプレーン置換部３９は係数モデリング部３５と算術符号化部３６との間に配置され、ＤＬ指定値１０２で設定されたｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌのＡＣ成分に対して、置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンを“０”に置き換える。置換量１０１及びＤＬ指定値１０２は制御部８によつて制御可能でかつ可変可能な設定値である。また、ＤＬ指定値１０２は複数のｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌを設定することができる。
【００５８】
低周波成分を再帰的に分割するウェーブレット変換を行う場合には、ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「１」以外のＡＣ成分の下位ビットプレーンも“０”に置き換えることによって、最大解像度のＡＣ成分の下位ビットプレーンのみを“０”に置き換える場合よりも、圧縮率を改善することが可能となる。
【００５９】
また、最大解像度（ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「１」）の下位ビットプレーンは“０”への置き換えを行わず、ＤＬ指定値１０２で設定した解像度（ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ）のＡＣ成分の下位ビットプレーンのみ“０”に置き換えることも可能となる。
【００６０】
図８は図７のＪＰＥＧ２０００符号器の動作を示すフローチャートである。これら図７及び図８を参照して本発明の他の実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器の動作について説明する。尚、図８に示す処理は上述した図１のディジタル画像符号化装置１のコンピュータが記録媒体９のプログラムを実行することで実現される。
【００６１】
ＪＰＥＧ２０００符号器において、まず入力された画像データはＤＣレベル変換部３１にてウェーブレット変換の効率を向上させるためのＤＣレベル変換が行われる （図８ステップＳ２１，Ｓ２２）。
【００６２】
画像データがカラー画像の場合（図８ステップＳ２３）、色変換部３２は画像データに色変換処理を施す（図８ステップＳ２４）。色変換後の画像データはウェーブレット変換部３３にてウェーブレット変換処理が行われ、画像から係数に変換される （図８ステップＳ２５）。変換された係数は量子化部３４において量子化される（図８ステップＳ２６，Ｓ２７）。尚、可逆符号化を行う場合には（図８ステップＳ２６）、量子化は行われない。
【００６３】
量子化後の係数はビットプレーン符号化のために、係数モデリング部３５で多値データから２値データへの係数モデリング処理が行われ（図８ステップＳ２８）、下位ビットプレーン置換部３９にて外部からのＤＬ指定値１０２で設定されたｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌのＡＣ成分に対して、外部からの置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンが“０”に置き換えられ（図８ステップＳ２９）、算術符号化部３７でビットプレーン符号化される（図８ステップＳ３０）。最後に、算術符号化部３７で算術符号化された符号は符号順序制御部３８にて、最終的に必要とされる符号順序に並べ替えられて出力される（図８ステップＳ３１）。
【００６４】
このように、本実施例ではＪＰＥＧ２０００符号化の係数モデリングにおいて、ＤＬ指定値１０２で設定されたｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌのＡＣ成分に対して、置換量１０１で設定された数だけ下位ビットプレーンの係数を“０”に置き換えることによって、画像を品質劣化させることなく、圧縮率を向上させることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、入力された画像データをウェーブレット変換処理にて画像から係数に変換し、変換された係数を量子化し、量子化後の係数をビットプレーン符号化のために多値データから２値データへの係数モデリング処理を行ってから算術符号化するディジタル画像符号化装置において、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換えることによって、ＪＰＥＧ２０００において画像品質を劣化させることなく、画像の圧縮率を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるディジタル画像符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＪＰＥＧ２０００符号器の構成例を示すブロック図である。
【図３】図１のＪＰＥＧ２０００符号器の動作を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）はｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「１」の場合のウェーブレット変換後の変換係数群を示す図、（ｂ）はｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌが「２」の場合のウェーブレット変換後の変換係数群を示す図である。
【図５】コードブロックのサイズが４×４の時の係数例とビットプレーンに分解した結果とを示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は均一な濃度の原稿を読取り（階調１９２）、σ＝３でばらつきがあった場合の画像信号の例とウェーブレット変換結果とを示す図である。
【図７】本発明の他の実施例によるＪＰＥＧ２０００符号器の構成を示すブロック図である。
【図８】図７のＪＰＥＧ２０００符号器の動作を示すフローチャートである。
【図９】従来例によるＪＰＥＧ２０００符号器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ディジタル画像符号化装置
２ 画像入力部
３ ＪＰＥＧ２０００符号器
４ データ蓄積部
５ ＪＰＥＧ２０００復号器
６ 画像出力部
７ 符号出力部
８ 制御部
９ 記録媒体
３１ ＤＣレベル変換部
３２ 色変換部
３３ ウェーブレット変換部
３４ 量子化部
３５ 係数モデリング部
３６，３９ 下位ビットプレーン置換部
３７ 算術符号化部
３８ 符号順序制御部
Claims (11)
- 入力された画像データをウェーブレット変換処理にて画像から係数に変換し、変換された係数を量子化し、量子化後の係数をビットプレーン符号化のために多値データから２値データへの係数モデリング処理を行ってから算術符号化するディジタル画像符号化装置であって、
画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換える置換手段を有することを特徴とするディジタル画像符号化装置。 - 前記置換手段は、前記係数モデリング処理が行われたデータにおいてノイズ成分の下位ビットプレーンの係数を０に置き換えることを特徴とするディジタル画像符号化装置。
- 前記ビットプレーンの係数を０に置き換える数を設定自在とし、
前記置換手段は、最大解像度のＡＣ成分において設定された数の下位ビットプレーンの係数を０に置き換えることを特徴とする請求項２記載のディジタル画像符号化装置。 - 前記ビットプレーンの係数を０に置き換える数と解像度とを設定自在とし、
前記置換手段は、設定された一つ及び複数のうちのいずれかの解像度のＡＣ成分において設定された数の下位ビットプレーンの係数を０に置き換えることを特徴とする請求項２記載のディジタル画像符号化装置。 - 前記係数モデリング処理は、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）２０００の符号化の係数モデリング処理であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか記載のディジタル画像符号化装置。
- 入力された画像データをウェーブレット変換処理にて画像から係数に変換し、変換された係数を量子化し、量子化後の係数をビットプレーン符号化のために多値データから２値データへの係数モデリング処理を行ってから算術符号化するディジタル画像符号化方法であって、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換えるステップを有することを特徴とするディジタル画像符号化方法。
- 前記下位ビットプレーンの係数を０に置き換えるステップは、前記係数モデリング処理が行われたデータにおいてノイズ成分の下位ビットプレーンの係数を０に置き換えることを特徴とするディジタル画像符号化方法。
- 前記ビットプレーンの係数を０に置き換える数を設定自在とし、
前記下位ビットプレーンの係数を０に置き換えるステップは、最大解像度のＡＣ成分において設定された数の下位ビットプレーンの係数を０に置き換えることを特徴とする請求項７記載のディジタル画像符号化方法。 - 前記ビットプレーンの係数を０に置き換える数と解像度とを設定自在とし、
前記下位ビットプレーンの係数を０に置き換えるステップは、設定された一つ及び複数のうちのいずれかの解像度のＡＣ成分において設定された数の下位ビットプレーンの係数を０に置き換えることを特徴とする請求項７記載のディジタル画像符号化方法。 - 前記係数モデリング処理は、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）２０００の符号化の係数モデリング処理であることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか記載のディジタル画像符号化方法。
- 入力された画像データをウェーブレット変換処理にて画像から係数に変換し、変換された係数を量子化し、量子化後の係数をビットプレーン符号化のために多値データから２値データへの係数モデリング処理を行ってから算術符号化するディジタル画像符号化方法のプログラムであって、コンピュータに、画像入力装置のノイズ性能に適応して下位ビットプレーンの係数を０に置き換える処理を実行させるためのプログラム。
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