JP2008072254A - カラー画像の圧縮符号化方法、復号化方法、カラー画像の圧縮符号化装置および復号化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カラーの原画像1を色分解して、色差成分を輝度成分に埋め込むルールを記述したキーファイル3に従って、色差成分を電子透かし機能付JPEGエンコーダ2により輝度成分に電子透かしにより圧縮符号化する。得られた出力画像は、色差成分が隠されたモノクロJPEG画像4となり、これを電子透かし解除機能付JPEGデコーダ7に入力し、キーファイル3に特定されている電子透かし解除ルールに従って色差信号の電子透かしを解除すると、カラー画像8が復元される。
【選択図】 図1
Description
このような画像処理装置では、カラー画像の伝送や蓄積を行う場合に、情報量の膨大化を抑えるために、カラー画像を圧縮符号化する処理がなされる。従来、画像圧縮方式としては、JPEG(Joint Photographic Expert Group)方式に代表されるような、画像を複数画素毎のブロックに分割し、各ブロック単位で所定の変換を施したのち、量子化することにより圧縮する方式が一般的である。
たとえば、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色信号からなるカラー画像を輝度信号と色差信号に変換し、輝度信号を2値に変換して輝度2値信号を生成し、色差信号を3値に変換して色差3値信号を生成し、これらの輝度2値信号と色差3値化信号とをそれぞれ符号化することにより、カラー画像のR、G、Bの各色信号間の相関を除去してから符号化を行うカラー画像符号化方法(特許文献1参照)や、輝度信号と色差信号とを符号化する際に、色差信号の絶対値から画像信号の彩度を検出し、検出した彩度に応じて量子化ステップ幅を制御するようにしたカラー画像符号化装置(特許文献2参照)などが提案されている。
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載のカラー画像の圧縮符号化方法において、色差成分の低周波成分を、輝度成分における色差成分の低周波成分と重ならない周波数成分の位置に埋め込むことを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1または請求項2に記載のカラー画像の圧縮符号化方法において、色差成分の低周波成分を、輝度成分の高周波成分に埋め込むことを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項1または請求項2に記載のカラー画像の圧縮符号化方法において、色差成分の低周波成分を、輝度成分の中間周波成分に埋め込むことを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載のカラー画像の圧縮符号化方法において、色差成分の低周波成分を輝度成分に埋め込んだ後、色差成分ブロックのすべての成分をゼロで埋めることを特徴とする。
請求項6記載の本発明のカラー画像の復号化方法は、カラー画像を圧縮符号化した信号を復号するカラー画像の復号化方法であって、原画像の色差成分を所定のルールにより輝度成分に埋め込んで電子透かしにより圧縮符号化された信号を受信し、前記所定のルールに従って前記電子透かしを解除することを特徴とする。
請求項7記載の本発明のカラー画像の圧縮符号化装置は、カラー画像を圧縮符号化するカラー画像の圧縮符号化装置であって、輝度信号を離散コサイン変換する第1のDCTと、前記第1のDCTの出力を量子化する第1の量子化器と、色差信号を離散コサイン変換する第2のDCTと、前記第2のDCTの出力を量子化する第2の量子化器と、前記第2の量子化器から出力される色差信号を前記第1の量子化器から出力される輝度成分に埋め込むルールを記載したキーファイルと、前記キーファイルに記載されたルールに従って前記色差信号を前記輝度成分に電子透かし処理する電子透かし処理装置と、前記電子透かし処理装置の出力を符号化する符号化器とを有することを特徴とする。
請求項8記載の本発明のカラー画像の復号化装置は、カラー画像を圧縮符号化した信号を復号するカラー画像の復号化装置であって、
原画像の色差成分を電子透かしのルールにより輝度成分に埋め込んで圧縮符号化された信号を復号する復号化器と、前記電子透かしのルールを記載したキーファイルと、前記復号化器の出力を前記キーファイルに記載されたルールに従って前記電子透かしを解除する電子透かし解除装置と、前記電子透かし解除装置で解除された量子化されている輝度信号の量子化を解除する第1の逆量子化器と、前記第1の逆量子化器の出力を逆離散コサイン変換する第1の逆DCTと、前記電子透かし解除装置で解除された量子化されている色差信号の量子化を解除する第2の逆量子化器と、前記第2の逆量子化器の出力を逆離散コサイン変換する第2の逆DCTとを有することを特徴とする。
請求項9記載の本発明の記録媒体は、請求項1から請求項5のいずれかのカラー画像の圧縮符号化方法または請求項6のカラー画像の復号化方法におけるアルゴリズムを記録したことを特徴とする。
また、小型で記憶容量が小さいメモリ素子などに記録、蓄積させた場合でも極めて大量のカラー画像を蓄積することができる。
また、きわめて少ない情報量でカラー画像情報を伝送、表示することができる。
また、色差成分を視覚上劣化のわかりにくい輝度成分の位置に埋め込むことにより、画像劣化の小さいカラー画像圧縮を行うことができる。
また、色差成分を輝度成分に電子透かしにより埋め込んでいるので、色差成分を認証情報として使用することができる。
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態による圧縮符号化方法において、色差成分の低周波成分を、輝度成分における色差成分の低周波成分と重ならない周波数成分の位置に埋め込むものである。本実施の形態によれば、色差成分と輝度成分を確実に分離することができる。
本発明の第3の実施の形態は、第1または第2の実施の形態による圧縮符号化方法において、色差成分の低周波成分を、輝度成分の高周波成分に埋め込むものである。本実施の形態によれば、色差成分と輝度成分を確実に分離することができる。また、色差成分を視覚上劣化のわかりにくい輝度成分の高周波成分に埋め込んでいるので、画像劣化の小さいカラー画像圧縮を行うことができる。
本発明の第4の実施の形態は、第1または第2の実施の形態による圧縮符号化方法において、色差成分の低周波成分を、輝度成分の中間周波成分に埋め込むものである。本実施の形態によれば、色差成分と輝度成分を確実に分離することができる。また、色差成分を比較的視覚上劣化のわかりにくい輝度成分の中間周波成分に埋め込んでいるので、画像劣化の小さいカラー画像圧縮を行うことができる。
本発明の第5の実施の形態は、第1から第4の実施の形態による圧縮符号化方法において、色差成分の低周波成分を輝度成分に埋め込んだ後に、色差成分ブロックのすべての成分をゼロで埋めるものである。本実施の形態によれば、色差成分ブロックは不要となり、JPEGとして使用されるブロックが4ブロックとなるので、2ブロック分の情報量が削減される。
本発明の第6の実施の形態によるカラー画像の復号化方法は、原画像の色差成分を所定のルールにより輝度成分に埋め込んで電子透かしにより圧縮符号化された信号を受信し、所定のルールに従って電子透かしを解除するものである。本実施の形態によれば、色差成分が隠されたモノクロ画像から確実にカラー画像を復元することができる。
本発明の第7の実施の形態によるカラー画像の圧縮符号化装置は、輝度信号および色差信号を各々独立に離散コサイン変換および量子化し、色差信号を輝度成分に埋め込むルールを記載したキーファイルを使用して当該ルールに従って色差信号を輝度成分に電子透かし処理して符号化するものである。本実施の形態によれば、従来のJPEGエンコーダなどの画像圧縮装置を少し改善するだけで、色差信号を輝度成分に埋め込んで電子透かし処理することができる。
本発明の第8の実施の形態によるカラー画像の復号化装置は、原画像の色差成分を電子透かしにより輝度成分に埋め込んで圧縮符号化された信号を復号し、電子透かしのルールに従って電子透かしを解除して輝度信号および色差信号を分離し、これらの輝度信号および色差信号の各々の量子化を解除し、逆離散コサイン変換するものである。本実施の形態によれば、従来のJPEGデコーダなどの画像復号化装置を少し改善するだけで、色差信号を輝度成分に埋め込んで電子透かしした信号を復号することができる。
本発明の第9の実施の形態による記録媒体は、第1から第5のカラー画像の圧縮符号化方法または第6のカラー画像の復号化方法におけるアルゴリズムを記録したものである。本実施の形態によれば、カラー画像の圧縮符号化装置や復号化装置などのハードウェアを使用せずに、記録媒体を各種のカラー画像処理装置の部品として使用したり、パーソナルコンピュータの入出力部に使用することにより、本発明のカラー画像の圧縮符号化方法および復号化方法を実施することができる。
図1は、本発明の実施例におけるカラー画像の圧縮符号化方法および復号化方法の原理を説明する概念図、図2は図1におけるカラー画像の圧縮符号化方法の動作を説明するフローチャートである。
原画像1から読み取られたカラー信号であるR(赤)、G(緑)およびB(青)信号は画像色変換されて輝度信号Yと色差信号Cr(=R−Y)、Cb(=B−Y)に変換される(ステップ1)。変換された輝度信号Yと色差信号Cr、Cbは、電子透かし機能付JPEGエンコーダ2に供給される。電子透かし機能付JPEGエンコーダ2においては、輝度信号Yを離散コサイン変換(以下DCTと略記する)した後(ステップ2)、量子化される(ステップ3)。同様に、色差信号Cr、CbをDCTした後(ステップ4)、量子化される(ステップ5)。ステップ3で量子化された輝度信号Yおよびステップ5で量子化された色差信号Cr、Cbは、電子透かし機能付JPEGエンコーダ2における電子透かし装置に供給され、キーファイル3に予め特定されている所定のルールに従って、たとえば、輝度信号Yの高周波成分に色差信号Cr、Cbを電子透かしとして挿入する(ステップ6)。キーファイル3およびそれに特定されているルールの詳細は後述する。この結果、色差信号成分を輝度信号成分に電子透かし技法により埋め込んだ信号が得られ、この信号をエントロピー符号化して(ステップ7)、色差成分が隠されたモノクロJPEG画像4としてエンコードされる。こうして、電子透かし機能付JPEGエンコーダ2の出力からは、原画像1におけるカラー信号が隠されたモノクロ信号がJPEG方式により圧縮されたモノクロJPEG画像4として出力される(ステップ8)。
一般的なJPEGにおいては、DCTブロックが8×8サンプルとすると、図3(b)に示すように、16×16サンプルのY信号はY1、Y2、Y3、Y4の4つのY成分ブロックと、1つのCr成分ブロックおよび1つのCb成分ブロックに分解される。これらのそれぞれのブロックに対して図2で説明したDCTおよび量子化が行われる。
図3(b)における各サンプルの番号はDCT係数に対応する番号を示す。キーファイルの記述は、図3(a)のように、変換元番号と変換先番号を2列のCSV形式で記述する。すなわち、変換元番号の欄に埋め込みたいCr、Cb成分に対応する位置番号を、変換先番号の欄に埋め込み先のY成分に対応する位置番号を記述してルール化される。
なお、輝度成分の高周波成分は人間の視覚上劣化がわかりにくいので、この実施例によれば、画像劣化の小さいカラー画像圧縮を行うことができる。
また、色差成分を輝度成分に電子透かしにより埋め込んでいるので、色差成分を認証情報として使用することもできる。
本実施例においても、輝度成分の中間周波成分は人間の視覚上比較的劣化がわかりにくいので、画像劣化の比較的小さいカラー画像圧縮を行うことができる。
また、色差成分を輝度成分に電子透かしにより埋め込んでいるので、色差成分を認証情報として使用することもできる。
図6は、図1におけるカラー画像の復号化方法の動作を説明するフローチャートで、(a)は図2のステップ8で得られたモノクロJPEG画像4を通常のJPEGデコーダ5で復号する場合のフローチャート、(b)はモノクロJPEG画像4を電子透かし解除機能付JPEGデコーダ7で復号する場合のフローチャートである。
図6(a)において、モノクロJPEG画像4を通常使用されているJPEGデコーダ5に入力して(ステップ11)、JPEGデコーダ5で復号化される(ステップ12)。復号化された信号は逆量子化され(ステップ13)、さらに逆離散コサイン変換されて(ステップ14)、復元モノクロ画像6が復元される(ステップ15)。すなわち、ステップ12で復号化された信号は、電子透かしで埋め込まれている色差信号Cr、Cbの電子透かし解除を行わないので、色差信号成分が復元されず、輝度信号Yのみが復元される。
前述したように、電子透かしにおいて、Cr、Cb成分をY成分に埋め込んだとき、Cr、Cb成分が埋め込まれた位置のY成分はCr、Cb成分に置換されて当該位置の周波数成分は再生されないので、復元モノクロ画像6は輝度成分にノイズが含まれたグレースケールの画像となる。
前述したように、電子透かしにおいて、Cr、Cb成分をY成分に埋め込んだとき、CrブロックのCr成分およびCbブロックのCb成分はすべてゼロで埋める処理が行われて捨てられ、またCr、Cb成分が埋め込まれた位置のY成分はCr、Cb成分に置換されて当該位置の周波数成分は再生されないので、復元カラー画像8は原画像1と比較すると一部周波数成分が欠落したものとなる。しかし、欠落する周波数成分を視覚に影響の少ない成分に設定すれば、実用的にはなんら支障はない。
原画像1から読み取られたカラー信号であるR(赤)、G(緑)およびB(青)信号は色変換装置11により輝度信号Yと色差信号Cr(=R−Y)、Cb(=B−Y)に変換される。輝度信号Yは離散コサイン変換器(以下DCTと記す)12で離散コサイン変換が行われる。図4に示すように、DCTブロックが8×8サンプルとすると16×16サンプルのY信号はY1、Y2、Y3、Y4の4ブロックに分割される。一方、Cr信号およびCb信号は、それぞれ、8×8サンプルのCrおよびCbの2ブロックとなり、Y信号におけるY1、Y2、Y3、Y4の4ブロックに対して、Crの1ブロックとCbの1ブロックとが対応する。量子化などの信号処理はこの組み合わせの単位で行われる。DCT12で離散コサイン変換された係数は量子化器13に供給され量子化制御器(図示省略)から与えられるステップ幅で量子化されて、電子透かし処理装置14に供給される。
一方、Cr信号およびCb信号は、DCT15で離散コサイン変換が行われ、量子化器16で量子化される。量子化されたCr信号およびCb信号は、キーファイル3を参照してキーファイル3で特定されたルールに従って電子透かし処理装置14に供給される。
電子透かし処理装置14では、キーファイル3で特定されたルールに従ってY信号の所定のブロックにおけるサンプル位置にCr信号およびCb信号を埋め込む。この結果、色差信号は輝度信号に電子透かしとして埋め込まれ、電子透かし処理装置14からの出力は、暗号化された色差信号を含む4ブロックのY信号として出力される。電子透かし処理装置14からの出力は、符号化器18に供給され、エントロピー符号化などの符号化が行われて電子透かし付符号化信号を出力する。電子透かし付符号化信号は、色差信号に対応するCrの1ブロックとCbの1ブロック分の信号が圧縮されており、一見輝度信号のみの符号化信号として出力される。
図7のカラー画像の圧縮符号化装置における符号化器18から出力された電子透かし付符号化信号は、復号化器21に供給されて復号される。復号化された信号は電子透かし解除処理装置22に供給され、キーファイル3で特定されたルールに従ってY信号に埋め込まれているCr信号およびCb信号の電子透かしを解除して、輝度信号Yおよび色差信号Cr、Cbを復元する。電子透かしが復元された輝度信号Yは、逆量子化器24で逆量子化され、さらに、逆DCT25により逆離散コサイン変換されて逆色変換器26に供給される。同様に、電子透かしが復元された色差信号Cr、Cbは、逆量子化器27で逆量子化され、さらに、逆DCT28により逆離散コサイン変換されて逆色変換器26に供給される。逆色変換器26は、入力された輝度信号Yおよび色差信号Cr、CbをR、G、Bの3原色カラー画像信号に変換する。
また、色差成分を視覚上劣化のわかりにくい輝度成分の高周波、中間周波成分に埋め込むことにより、画像劣化の小さいカラー画像圧縮を行うことができる。
また、色差成分を輝度成分に電子透かしにより埋め込んでいるので、色差成分を認証情報として使用することができる。
なお、以上の説明においては、本発明をJPEG方式を例に説明したがMLPEG、MPEG、DVなどの各種の画像圧縮方式にも適用することができる。
また、携帯電話やノートパソコン、デジタルカメラなどのモバイル機器を利用してカラー画像を送受信する際のカラー画像圧縮に適用することにより、カラー画像情報の伝送、表示、蓄積等における情報量を大幅に低減させることができる。
2 電子透かし機能付JPEGエンコーダ
3 キーファイル
4 モノクロJPEG画像
5 JPEGデコーダ
6 復元モノクロ画像
7 電子透かし解除機能付JPEGデコーダ
8 復元カラー画像
11 色変換装置
12、15 DCT
13,16 量子化器
14 電子透かし処理装置
21 復号化器
22 電子透かし解除処理装置
24、27 逆量子化器
25、28 逆DCT
26 逆色変換器
Claims (9)
- カラー画像を圧縮符号化するカラー画像の圧縮符号化方法であって、原画像の色差成分を所定のルールに従って輝度成分に埋め込んで電子透かしにより圧縮符号化することを特徴とするカラー画像の圧縮符号化方法。
- 色差成分の低周波成分を、輝度成分における色差成分の低周波成分と重ならない周波数成分の位置に埋め込むことを特徴とする請求項1に記載のカラー画像の圧縮符号化方法。
- 色差成分の低周波成分を、輝度成分の高周波成分に埋め込むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のカラー画像の圧縮符号化方法。
- 色差成分の低周波成分を、輝度成分の中間周波成分に埋め込むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のカラー画像の圧縮符号化方法。
- 色差成分の低周波成分を輝度成分に埋め込んだ後、色差成分ブロックのすべての成分をゼロで埋めることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のカラー画像の圧縮符号化方法。
- カラー画像を圧縮符号化した信号を復号するカラー画像の復号化方法であって、原画像の色差成分を所定のルールにより輝度成分に埋め込んで電子透かしにより圧縮符号化された信号を受信し、前記所定のルールに従って前記電子透かしを解除することを特徴とするカラー画像の復号化方法。
- カラー画像を圧縮符号化するカラー画像の圧縮符号化装置であって、輝度信号を離散コサイン変換する第1のDCTと、前記第1のDCTの出力を量子化する第1の量子化器と、色差信号を離散コサイン変換する第2のDCTと、前記第2のDCTの出力を量子化する第2の量子化器と、前記第2の量子化器から出力される色差信号を前記第1の量子化器から出力される輝度成分に埋め込むルールを記載したキーファイルと、前記キーファイルに記載されたルールに従って前記色差信号を前記輝度成分に電子透かし処理する電子透かし処理装置と、前記電子透かし処理装置の出力を符号化する符号化器とを有することを特徴とするカラー画像の圧縮符号化装置。
- カラー画像を圧縮符号化した信号を復号するカラー画像の復号化装置であって、原画像の色差成分を電子透かしのルールにより輝度成分に埋め込んで圧縮符号化された信号を復号する復号化器と、前記電子透かしのルールを記載したキーファイルと、前記復号化器の出力を前記キーファイルに記載されたルールに従って前記電子透かしを解除する電子透かし解除装置と、前記電子透かし解除装置で解除された量子化されている輝度信号の量子化を解除する第1の逆量子化器と、前記第1の逆量子化器の出力を逆離散コサイン変換する第1の逆DCTと、前記電子透かし解除装置で解除された量子化されている色差信号の量子化を解除する第2の逆量子化器と、前記第2の逆量子化器の出力を逆離散コサイン変換する第2の逆DCTとを有することを特徴とするカラー画像の復号化装置。
- 請求項1から請求項5のいずれかのカラー画像の圧縮符号化方法または請求項6のカラー画像の復号化方法におけるアルゴリズムを記録したことを特徴とする記録媒体。
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