JP2007214680A

JP2007214680A - データ固定長化方法

Info

Publication number: JP2007214680A
Application number: JP2006029986A
Authority: JP
Inventors: Masami Hagio; 正己萩尾
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Oki Networks Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Oki Networks Co Ltd
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】従来技術をそのまま画像圧縮に利用したのでは、決められた量子化Ｑテーブルを用いて圧縮したデータは、そのＱテーブルの持つ圧縮率により圧縮されたデータが得られるが、圧縮データのデータ量は固定的には定まらない。入力される画像データに依存して、圧縮データのデータ量は変化する。使途によっては、固定長のデータが望ましい場合があるが、従来技術では対応できていない。
【解決手段】離散コサイン変換係数をＱテーブルにより量子化する量子化部と、目標とするデータ長に応じたエントロピー符号化する数を決定する目標データ制御部とその決定された数までで符号化値を制限する、エントロピー符号化制限部を備えた、静止画圧縮のエントロピー符号化出力を固定長データとして出力する方法である。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像圧縮、静止画圧縮のエントロピー符号化出力の固定長データを出力する方法に関する。

従来、静止画圧縮演算の流れは、図１に示すようになっている。
離散コサイン変換（Discrete Cosine Transformation,DCT）で直行変換したデータをしかるべく圧縮した出力を得る為に量子化し、量子化後データを更にデータ圧縮を図る為にエントロピー符号化（例えばＪＰＥＧの場合にはハフマン符号化が代表的である）している。
原理は、直行変換により、画像のピクセルデータを、周波数変換する。通常人間の視覚特性により、画像成分のＤＣ（直流）から低周波成分に高感度を示し高周波成分に対しては感度が落ちる。よって、この高周波成分を減らすないしは削除しても、元の画像の視感を落とさずデータの削減（圧縮）が可能な原理に基づいている。
直行変換されたデータ（周波数分割されたスペクトル（スカラー値））は、その高周波成分をスレッシュホルド値（ここではＱテーブルと呼ぶ）によりマスクし削除（有意な数値をゼロ）することで、有意データの数を削減し圧縮している。有意なデータがより少なくなる＝データ量削減（圧縮）になる。
画像圧縮ではにこの操作を量子化と呼んでいる。量子化ステップの目を荒くしてデータ量を削減（圧縮）しているわけである。
更に、この一般的な画像においては、隣接する画像間には相関関係があり、大きな値変化が無い事を利用し、ハフマンテーブルを左様に用意しそれを適用して、有意データを表すデータ長を短くするような仕組みである。
なお、本技術に関連する技術としては、例えば、特許文献１に記載されているものがある。
特開平５−２０７２８９号公報

しかしながら、従来技術をそのまま画像圧縮に利用したのでは、決められた量子化Ｑテーブルを用いて圧縮したデータは、そのＱテーブルの持つ圧縮率により圧縮されたデータが得られるが、圧縮データのデータ量は固定的には定まらない。入力される画像データに依存して、圧縮データのデータ量は変化する。使途によっては、固定長のデータが望ましい場合があるが、従来技術では対応できていない。

一旦、画像データを圧縮しその結果に応じ、Ｑテーブルを設定しなおして再度、圧縮を試み所望のデータ量になるようフィードバック（帰還）制御を試みる方法もあるが、この方法では、所望のデータ量になるよう少なくとも１回以上の、圧縮作業を実施する必要があり、処理用が増大する。そもそも画像圧縮は処理が多いものであり、その回数が増えることは、大きな損失であり、使途によっては致命的にことでもあった。また、１画面ごとに異なるＱテーブルを使用することはＪＰＥＧでは規格により許容されているのではあるが、複数画面に対しても同じＱテーブルで扱えれば望ましい場合もある。

この発明の目的は、圧縮データの固定長化を合理的、具体的には帰還ループを持たず１画面は１回のみの圧縮処理で行う、圧縮データの固定長化にある。

本発明は、上記課題を克服するために考え出されたものである。本願において開示される発明のうち、代表的なデータ固定長化方法の概要は以下の通りである。
すなわち、離散コサイン変換係数をＱテーブルにより量子化する量子化部と、目標とするデータ長に応じたエントロピー符号化する数を決定する目標データ制御部とその決定された数までで符号化値を制限する、エントロピー符号化制限部を備えた、静止画圧縮のエントロピー符号化出力を固定長データとして出力する方法。

本発明のデータ固定長化方法方式によれば、固定長の圧縮デーが得られると同時に、フィードバックループを持たない１画面に１回の圧縮操作で完結、複数画像時においても同じＱテーブルの使用、が実現できるものである。

まず一般的な画像圧縮、ここではＪＰＥＧを例にとり、説明を進める。

図１にＪＰＥＧのエンコード部（圧縮）過程を示す。一般的には、Ｙ，Ｃｂ,Ｃｒ（輝度、色差）成分に分解後、夫々のデータを処理するのであるが、その原理・処理方法は全て同じなので、ここでは代表としてひとつのみで説明を記述する。まずは、任意の原画から８ｘ８の画素を切り出し、このブロック単位に処理をする。切り取られた８ｘ８ブロックの画像はＤＣＴ演算で直行変換（周波数分解）が行われ、周波数成分の大きさがＤＣＴ係数として得られる（図２のようになる）。

図２はＤＣＴ演算後のＤＣＴ係数が入るレジスタを表している。

数字は、いわゆるＪＰＥＧ圧縮における、ハフマン符号化する順序、ジグザグスキャンを示している。特に”０”はＤＣ（直流）成分で特別な意味を持つが本発明においては他のデータと同様に考えて差し支えないので、他同様に考える。

ＤＣＴで直行変換した後のデータ（ＤＣＴ係数）は、この図で０〜６３の６４個のデータ（値）を持つが、数が大きくなるに従い高周波成分であり、画像としてみた場合、その画像を構成する画像品質に対し影響度が少ない。これは、人間の目の特性から、画像に含まれる高周波成分が周波数が高くなるに従い感度が落ちることによる。
ＪＰＥＧでは（他の画像圧縮でも同じだが）高周波成分の情報をカットしてデータ量を削減する原理に基づいている。

次のステップの量子化では、得られたＤＣＴ係数に、希望する圧縮の度合いに応じたＱテーブル（代表的なものを図４に示す）が予め用意され、このＱテーブルを用いて演算が行われる。演算結果は、例えば図１に示すようなかたちになる。その値が”０”か有意な数値であるかに意味があるので、この図では”０”は”０”、有意な数値は＊で示している。

その次のステップエントロピー符号化（ＪＰＥＧではハフマン符号化が代表的である）では、そのハフマン符号化では、図２に示したジグザグスキャン則に従った順にデータをサーチし、有意なデータを、予め用意されたハフマン符号を用いて符号化する。このとき、有意なデータ図３の”＊”ではない部分は、その有意なデータ”＊”に到達するまでの”０”の数が数えられ、有意なデータの有るところで、ハフマン符号化するのにしようされる。ＪＰＥＧのハフマン符号化では、”０”が連続して１５個続いた場合や、以降最後まで有意なデータの無い場合の、ハフマン符号の割り当てがあるが、これについてはここで議論しようとしているデータ長に対し僅かな影響しかないので、説明からは省く。

ここで本発明の構成図を図５に示す。
本発明においては、このエントロピー符号化（ハフマン符号化）を行うにあたって、通常の手順、ジグザクスキャン則に従いハフマン符号化していくのでは有るが、目標とするデータ量に応じハフマン符号化するデータの数を制限する。

以下詳細に、ハフマン符号化自身、１データの符号化結果は可変長である。実際には２〜１６ビットの長さを持つ。しかしながら、自然景観（人工的な全画面黒や白等を除く）を符号化した場合、符号化長が２〜１６範囲でランダムになる訳では無い特徴を持っている。より長さの短い符号長に固まる傾向を持っている（一般的なハフマン符号化の特徴を参照）。

符号化するデータが無い場合は、符号長は”０”となるので、符号化するデータの数イコール最終的な符号長とすることができる。Σ符号化（符号化する数）＝符号長である。目標となる符号長に対しては、”符号化する数”を決定すれば、目的の符号長が得られることになる。符号化する数とは、図３の”＊”の数の事である。

よって、目標の固定化したい符号長を与える符号化する数を決定し、その決定に従い、図２のジグザクスキャン則の順に図３の有意なデータ”＊”を符号化していき、決定した数で符号化を中止することで固定されたデータ長に符号化されることになる。先に説明したように、ジグザクスキャンの数字が大きくなるに従い、画像に品質に与える影響が少ないことは既知のことであり、より影響の少ない部分を切り捨てる本発明では、画像に与える影響を最小限意にすることができる。

この操作を、図５の”目標データ制御部”で目標とするデータ長に応じたエントロピー符号化する数を決定し、その決定された数まで、”エントロピー符号化制限部”で制限する。量子化部のＱテーブルの決め方であるが、本発明を用いない場合、目標とするデータ長に対するＱの値が経験的に存在する。

本発明でも、経験上のＱテーブルを用い、目標とするデータ長を超える数の図３の有意なデータ”＊”を切り捨てることで、符号長がプラス側になることを制限できる。

しかしながら、データ長のマイナス側も制限（目標値に近づける）することを考えると、少し多めに有意のデータが得られるようなＱの値を用い、ここで、制限を越えた有意なデータを切り捨てる方が、よりデータ長を固定化できる。

参考だが、データ長を固定するする主な目的は、限られた蓄積量の蓄積装置、伝送容量に制限がある伝送路に、圧縮したデータを蓄積したり伝送したりすることである。よって、データ容量がプラス側に膨らむことは、蓄積容量オーバーでデータ溢れが発生する、伝送容量オーバーで伝送漏れが生じるなど大きな致命的な問題を引き起こすことになる。しかしながら、マイナス側に少なくなる事が、致命的な事態を生じさせるケースは殆ど考えられない。

以上この発明の主旨は、ＤＣＴ演算後のデータに対しての為、この発明を通常の画像圧縮で行われる、Ｒ，Ｇ，Ｂ（レッド、グリーン、ブルー）データをＹ，Ｃｂ，Ｃｒ（輝度、色差）信号へ変換後、および変換前であっても、その、どれに対しても同じように適用できることは説明するまでも無いことである。

従来の静止画圧縮演算の流れを示すブロック図である。ＤＣＴ演算後のＤＣＴ係数が入るレジスタを示す図である。ＤＣＴ演算後のＤＣＴ係数が入るレジスタを示す図である。Ｑテーブルを示す図である。本発明の構成例を示すブロック図である。

Claims

離散コサイン変換係数をＱテーブルにより量子化する量子化部と、
目標とするデータ長に応じたエントロピー符号化する数を決定する目標データ制御部と、
その決定された数までで符号化値を制限する、エントロピー符号化制限部を備えた、静止画圧縮のエントロピー符号化出力を固定長データとして出力するデータ固定長化方法。