JP2008147880A - Image compression apparatus and method, and its program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to reproduce even detailed information of image data while achieving a high compression ratio in image compression. <P>SOLUTION: Even detailed information of the image data is made possible by non-linear approximation of the image data using a surface function which uses compression parameters for compression of the image data as coefficients, and at the same time, it is characterized to presume the compression parameters which make a remainder square sum with weight of image data divided in each sub-block and image data carried out nonlinear approximation of the image data by a surface function to the minimum by a nonlinear type least square method. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像圧縮技術に関し、特に、地上デジタルTV、デジタルカメラ、デジタルビデオ、DVDレコーダ、携帯電話などの情報家電の分野において画像伝送又は画像データの保存の際に利用可能な画像圧縮技術に関する。   The present invention relates to an image compression technique, and more particularly to an image compression technique that can be used for image transmission or image data storage in the field of information home appliances such as digital terrestrial TV, digital camera, digital video, DVD recorder, and mobile phone. .

従来、動画や静止画といった画像データを圧縮する際には、一定の基準により、画像をサブブロック領域ごとに分割し、必要最小限の情報にまで圧縮処理する。動画ではフレーム間の動きベクトル探索精度が圧縮効率に大きく影響を与える。静止画ではどのような基準で画像を分割するかによって圧縮効率が左右される。これまでは領域分割方法として、正方形のサブブロック領域ごとに平均化処理を行って画像を線形近似していた。細かいテクスチャや文字のようなものが混在しているような静止画の場合は、領域ごとに異なる大きさのサブブロックで分割して最適となる。   Conventionally, when compressing image data such as a moving image or a still image, the image is divided into sub-block areas according to a certain standard, and compression processing is performed to the minimum necessary information. In motion pictures, the motion vector search accuracy between frames greatly affects the compression efficiency. For still images, the compression efficiency depends on what criteria the image is divided into. In the past, as an area dividing method, an averaging process was performed for each square sub-block area to linearly approximate an image. In the case of a still image in which fine textures and characters are mixed, it is optimally divided by sub-blocks having different sizes for each region.

一方、最近では、3次元ビジョンなどの画像処理の分野においては、非線形な関数を用いて画像を近似する方法が知られている(例えば非特許文献1参照)。
徐剛、辻三郎著、「3次元ビジョン」、初版、共立出版、2001年3月10日
On the other hand, recently, in the field of image processing such as three-dimensional vision, a method of approximating an image using a nonlinear function is known (for example, see Non-Patent Document 1).
Xugang, Saburo Tsuji, “Three-dimensional vision”, first edition, Kyoritsu Shuppan, March 10, 2001

しかしながら、画像を線形近似する従来の画像圧縮方法では、個々のサブブロック内での平均化処理は変わらないので、細かい情報がつぶれてしまうという問題があった。これに対し、サブブロックの分割数を増やしていけば近似精度は上昇するが圧縮率は低下してしまうという問題がある。また、上記非線形関数を利用した方法を画像圧縮技術の分野に適用した例は今までになかった。   However, in the conventional image compression method for linearly approximating an image, the averaging process in each sub-block does not change, so that there is a problem that detailed information is crushed. On the other hand, if the number of sub-block divisions is increased, the approximation accuracy increases, but the compression ratio decreases. In addition, there has never been an example in which the method using the nonlinear function is applied to the field of image compression technology.

本発明は、上記問題点に鑑み、画像圧縮において、高い圧縮率を実現しつつ画像データの細かい情報まで再現可能とすることを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to make it possible to reproduce detailed information of image data while realizing a high compression rate in image compression.

第1の本発明に係る画像圧縮装置は、圧縮すべき画像データの入力を受け付けて、受け付けた画像データを記憶手段に記憶する画像データ受付手段と、画像データを所定の数のサブブロックに分割し、分割したサブブロック毎の画像データを記憶手段に記憶する領域分割手段と、画像データを圧縮するための圧縮パラメータを係数として用いる曲面関数に関する情報を予め記憶しておく曲面関数記憶手段と、非線形最小二乗法により、領域分割手段が分割したサブブロック毎の画像データとその画像データを曲面関数で非線形近似した画像データとの重み付き残差二乗和を最小にする圧縮パラメータをサブブロック毎に推定し、推定した圧縮パラメータをサブブロック毎に記憶手段に記憶する圧縮パラメータ推定手段と、を備えることを特徴とする。   An image compression apparatus according to a first aspect of the present invention receives an input of image data to be compressed, stores the received image data in a storage means, and divides the image data into a predetermined number of sub-blocks. Area dividing means for storing image data for each divided sub-block in the storage means, curved surface function storage means for preliminarily storing information relating to a curved surface function using a compression parameter for compressing the image data as a coefficient, A compression parameter that minimizes the weighted residual sum of squares between the image data for each sub-block divided by the region dividing means and the image data obtained by nonlinear approximation of the image data with a curved surface function by the non-linear least square method. A compression parameter estimation unit that estimates and stores the estimated compression parameter in the storage unit for each sub-block. To.

本発明にあっては、画像データを圧縮するための圧縮パラメータを係数として用いる曲面関数を用いて画像データを非線形近似することで画像データを細かい情報まで再現可能とすると共に、非線形最小二乗法により、サブブロック毎に分割した画像データとその画像データを曲面関数で非線形近似した画像データとの重み付き残差二乗和を最小にする圧縮パラメータを推定することで画像データを高い圧縮率で圧縮可能することができる。   In the present invention, it is possible to reproduce image data up to fine information by nonlinearly approximating the image data using a curved surface function using a compression parameter for compressing the image data as a coefficient, and by a nonlinear least square method. Image data can be compressed at a high compression rate by estimating the compression parameter that minimizes the weighted residual sum of squares of the image data divided for each sub-block and the image data nonlinearly approximated by a curved surface function. can do.

上記画像圧縮装置における圧縮パラメータ推定手段は、ロバスト統計学に基づいたロバスト推定法を用いて圧縮パラメータを推定することを特徴とする。   The compression parameter estimation means in the image compression apparatus estimates a compression parameter using a robust estimation method based on robust statistics.

本発明にあっては、ロバスト統計学に基づいたロバスト推定法を用いて圧縮パラメータを推定することで、最小二乗法固有の外れ値からの影響を緩和することができ、より細かい情報まで画像データの再現が可能な圧縮パラメータを推定可能となる。   In the present invention, by estimating the compression parameter using a robust estimation method based on robust statistics, the influence from the outlier specific to the least squares method can be reduced, and even more detailed information can be obtained from the image data. It is possible to estimate a compression parameter that can be reproduced.

第2の本発明に係る画像圧縮方法は、画像データ受付手段により、圧縮すべき画像データの入力を受け付けて、受け付けた画像データを記憶手段に記憶するステップと、領域分割手段により、画像データを所定の数のサブブロックに分割し、分割したサブブロック毎の画像データを記憶手段に記憶するステップと、曲面関数記憶手段により、画像データを圧縮するための圧縮パラメータを係数として用いる曲面関数に関する情報を予め記憶しておくステップと、圧縮パラメータ推定手段により、非線形最小二乗法により、領域分割手段が分割したサブブロック毎の画像データとその画像データを曲面関数で非線形近似した画像データとの重み付き残差二乗和を最小にする圧縮パラメータを推定し、推定した圧縮パラメータをサブブロック毎に記憶手段に記憶するステップと、を有することを特徴とする。   In the image compression method according to the second aspect of the present invention, the image data receiving means receives the input of the image data to be compressed, the received image data is stored in the storage means, and the area dividing means stores the image data. A step of storing the image data for each of the divided sub-blocks in a storage unit, and information on a curved surface function using a compression parameter for compressing the image data as a coefficient by the curved surface function storage unit; Is stored in advance, and the compression parameter estimation means weights the image data for each sub-block divided by the area dividing means by the nonlinear least square method and the image data obtained by nonlinearly approximating the image data with a curved surface function. Estimate the compression parameter that minimizes the residual sum of squares, and calculate the estimated compression parameter for each sub-block. And storing the 憶 means, characterized by having a.

第3の本発明に係る画像圧縮プログラムは、上記画像圧縮方法における各ステップをコンピュータシステムに実行させることを特徴とする。   An image compression program according to a third aspect of the present invention causes a computer system to execute each step in the image compression method.

本発明によれば、曲面関数を用いて画像データを非線形近似し、高い圧縮率を実現しつつ画像データの細かい情報まで再現可能となる。   According to the present invention, image data is nonlinearly approximated using a curved surface function, and fine information of the image data can be reproduced while realizing a high compression rate.

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1のブロック図に示すように、第1の実施の形態に係る画像圧縮装置100は、画像データ受付部101と、領域分割部102と、曲面関数に関する情報を記憶しておく曲面関数情報記憶部103と、圧縮パラメータ推定部104と、画像データ伸張部105と、メモリ110とを備える。
[First Embodiment]
As shown in the block diagram of FIG. 1, the image compression apparatus 100 according to the first embodiment includes an image data receiving unit 101, a region dividing unit 102, and a curved surface function information storage that stores information on curved surface functions. Unit 103, compression parameter estimation unit 104, image data decompression unit 105, and memory 110.

画像データ受付部101は、圧縮すべき画像データの入力を受け付けて、受け付けた画像データをメモリ110に記憶する。ここで画像データは、例えばインターネットなどのネットワーク上のウェブサイトに設置されたカメラやウェブサイト上の画像データ、さらにはスキャナやデジタルカメラから入力される。   The image data receiving unit 101 receives input of image data to be compressed, and stores the received image data in the memory 110. Here, the image data is input from, for example, a camera installed on a website on a network such as the Internet, image data on the website, or a scanner or a digital camera.

領域分割部102は、画像データを所定の数のサブブロックに分割し、分割したサブブロック毎の画像データをメモリ110に記憶する。   The area dividing unit 102 divides the image data into a predetermined number of sub-blocks, and stores the divided image data for each sub-block in the memory 110.

曲面関数情報記憶部103には、画像データを圧縮するための圧縮パラメータを係数として用いる曲面関数に関する情報を予め記憶しておく。   The curved surface function information storage unit 103 stores in advance information related to a curved surface function that uses a compression parameter for compressing image data as a coefficient.

圧縮パラメータ推定部104は、非線形最小二乗法により、領域分割部102が分割したサブブロック毎の画像データとその画像データを曲面関数で非線形近似した画像データとの重み付き残差二乗和を最小にする圧縮パラメータをサブブロック毎に推定し、推定した圧縮パラメータをサブブロック毎にメモリ110に記憶する。   The compression parameter estimation unit 104 minimizes the weighted residual sum of squares of the image data for each sub-block divided by the region dividing unit 102 and the image data obtained by nonlinear approximation of the image data with a curved surface function by the non-linear least square method. The compression parameter to be estimated is estimated for each sub-block, and the estimated compression parameter is stored in the memory 110 for each sub-block.

画像データ伸張部105は、サブブロック毎に推定した圧縮パラメータを曲面関数に代入して、全画像データを伸張する。   The image data expansion unit 105 expands all image data by substituting the compression parameters estimated for each sub-block into the curved surface function.

メモリ110には、受け付けた画像データがサブブロック毎に分割されて記憶されると共に、推定された圧縮パラメータがサブブロック毎に記憶される。ここでは例えば図2に示すように、300画素×300画素の画像データが、3画素×3画素のサブブロックごとに分割される。100個のサブブロックそれぞれに対応して圧縮パラメータが記憶される。   In the memory 110, received image data is divided and stored for each sub-block, and the estimated compression parameter is stored for each sub-block. Here, as shown in FIG. 2, for example, image data of 300 pixels × 300 pixels is divided into sub-blocks of 3 pixels × 3 pixels. A compression parameter is stored corresponding to each of the 100 sub-blocks.

次に、上記画像圧縮装置による画像圧縮手順について図3のフローチャートを用いて説明する。この処理手順は、本発明の画像圧縮方法に基づくものである。   Next, an image compression procedure by the image compression apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG. This processing procedure is based on the image compression method of the present invention.

まず、最初に、画像データを圧縮するための圧縮パラメータを係数として用いる曲面関数に関する情報を曲面関数情報記憶部103に予め記憶しておく。ここで記憶する曲面関数は二次曲面とする。   First, information regarding a curved surface function that uses a compression parameter for compressing image data as a coefficient is stored in advance in the curved surface function information storage unit 103. The curved surface function stored here is a quadric surface.

ステップ1:画像データ受付部101により、圧縮すべき画像データの入力を受け付けて、受け付けた画像データをメモリ110に記憶する。ここでは例えば300画素×300画素の画像データが入力される。   Step 1: The image data receiving unit 101 receives input of image data to be compressed, and stores the received image data in the memory 110. Here, for example, image data of 300 pixels × 300 pixels is input.

ステップ2:領域分割部102により、メモリ110に記憶された画像データを所定の数のサブブロックに分割して、分割したサブブロック毎の画像データをメモリ110に記憶する。ここでメモリ110には、図2に示すように、300画素×300画素の画像データIx、yが、3画素×3画素のサブブロックごとに分割されて記憶される。ここでIx、yの各画素の濃淡値は、例えばRGB3色のうちのいずれかの色に対応した8ビットの階調データに相当する。 Step 2: The area dividing unit 102 divides the image data stored in the memory 110 into a predetermined number of sub-blocks, and stores the divided image data for each sub-block in the memory 110. Here, as shown in FIG. 2, the image data I x, y of 300 pixels × 300 pixels is divided and stored in the memory 110 for each sub-block of 3 pixels × 3 pixels. Here, the gray value of each pixel of I x and y corresponds to, for example, 8-bit gradation data corresponding to any one of RGB three colors.

ステップ3:圧縮パラメータ推定部104により、非線形最小二乗法により、領域分割部102が分割したサブブロック毎の画像データとその画像データを曲面関数で非線形近似した画像データとの重み付き残差二乗和を最小にする圧縮パラメータを推定する。   Step 3: The weighted residual sum of squares of the image data for each sub-block divided by the region dividing unit 102 and the image data obtained by nonlinear approximation of the image data with a curved surface function by the compression parameter estimation unit 104 by the nonlinear least square method Estimate the compression parameter that minimizes.

具体的には、まず、メモリ110に記憶されたサブブロック毎の画像データIx、yを、曲面関数情報記憶部103に予め記憶された次式(1)で示すような2次の曲面関数で非線形近似する。
Specifically, first, image data I x, y for each sub-block stored in the memory 110 is converted into a quadratic curved surface function represented by the following expression (1) stored in the curved surface function information storage unit 103 in advance. Use nonlinear approximation.

ここでz(x,y)は、非線形近似した2次元の画像データを示し、x、yの2次元座標は画像の画素に対応する。6つ未知の係数a20、11、02、10、01、00は推定すべき圧縮パラメータである。 Here, z (x, y) represents two-dimensional image data that is nonlinearly approximated, and the two-dimensional coordinates of x and y correspond to the pixels of the image. 6 unknown coefficients a 20, a 11, a 02 , a 10, a 01, a 00 is the compression parameter to be estimated.

非線形最小二乗法により、サブブロック毎の画像データIx、yと、曲面関数で非線形近似した画像データz(x,y)との重み付き残差二乗和Eを次式(2)に示す。
A weighted residual sum of squares E 1 between the image data I x, y for each sub-block and the image data z (x, y) nonlinearly approximated by a curved surface function by the nonlinear least square method is expressed by the following equation (2). .

ここでRは、サブブロック内の領域を示す。 Here, R 2 indicates a region in the sub-block.

本実施の形態では最小二乗法固有の外れ値からの影響を緩和するために、ロバスト統計学に基づいたロバスト推定法を用いて圧縮パラメータa20、11、02、10、01、00を推定する。ロバスト関数を用いて次式(3)で示した重み付き残差二乗和Eを導入する。
In this embodiment, in order to mitigate the influence from the outlier inherent in the least squares method, the compression parameters a 20, a 11, a 02, a 10, a 01, a robust estimation method based on robust statistics are used . a 00 is estimated. A weighted residual sum of squares E 2 shown by the following equation (3) is introduced using a robust function.

ここでρはロバスト関数として用いるローレンツ関数である。ローレンツ関数内で定義されたσは、サブブロックにおける画像データの分散値である。以下に示すように、式(3)のEに対するそれぞれの係数についての偏微分を予め計算しておく。
Here, ρ is a Lorentz function used as a robust function. Σ defined in the Lorentz function is a variance value of image data in a sub-block. As shown below, the partial differential for each coefficient with respect to E 2 in Equation (3) is calculated in advance.

次に、式(3)を解くに際して、次式(4)で示される最急降下法による反復計算を行う。
Next, when solving the equation (3), iterative calculation is performed by the steepest descent method represented by the following equation (4).

ここで、μは学習率と呼ばれるパラメータであり、降下量を制御するために使用する。nは反復回数を示しており、例えば5回程度とする。初期値としてゼロを与えた。このとき、ローレンツ関数内の分散値σを段階的に小さくしながら反復計算を行う。例えばσ120から0.9倍していき、段階的に小さくしていく。これにより、パラメータ推定の収束性を向上させることができる。   Here, μ is a parameter called a learning rate, and is used to control the amount of descent. n indicates the number of iterations, for example, about 5 times. Zero was given as the initial value. At this time, the iterative calculation is performed while decreasing the variance value σ in the Lorentz function stepwise. For example, the value is increased by 0.9 from σ120 and gradually reduced. Thereby, the convergence of parameter estimation can be improved.

ステップ4:ステップ3において推定した圧縮パラメータa20、11、02、10、01、00を図2に示すようにサブブロック毎にメモリ110に記憶する。このように、曲面関数に関する情報と共に推定した圧縮パラメータをサブブロック毎に記憶しておくことで、例えばデータベースなどの情報保存システム又はCD−ROMなどの記録媒体において大量の画像データに関する情報を保存可能となる。 Step 4: The compression parameters a 20, a 11, a 02, a 10, a 01, a 00 estimated in step 3 are stored in the memory 110 for each sub-block as shown in FIG. Thus, by storing the compression parameters estimated together with the information about the curved surface function for each sub-block, it is possible to save information about a large amount of image data in an information storage system such as a database or a recording medium such as a CD-ROM. It becomes.

次に、画像圧縮と共に画像伸張について図4を用いて説明する。同図に示すように、画像圧縮に際しては、サブブロック画素の濃淡値が173〜201の範囲内である原画像のあるサブブロックについて圧縮パラメータを求めている。また、本発明者は3×3のサブブロックにより多くの画像パターンで一定水準以上の精度で近似可能であることを確認している。   Next, image compression and image expansion will be described with reference to FIG. As shown in the figure, at the time of image compression, compression parameters are obtained for a certain sub-block of an original image in which the gray value of the sub-block pixel is in the range of 173-201. Further, the present inventor has confirmed that a 3 × 3 sub-block can be approximated with a certain level of accuracy with many image patterns.

また、画像伸張に際しては、画像データ伸張部105により、サブブロック毎に推定した圧縮パラメータを曲面関数に代入して、全画像データを伸張する。ここでは、圧縮パラメータa20、11、02、10、01、00を式(1)に代入して、サブブロック内部のx、yの座標値に対応したzの値を求める。その結果、図4に示すような169〜198の濃淡値の復元画像を得ている。 In the image expansion, the image data expansion unit 105 substitutes the compression parameter estimated for each sub-block into the curved surface function to expand all the image data. Here, the compression parameters a 20, a 11, a 02 , a 10, a 01, a 00 into Equation (1), subblock inside the x, obtaining the value of z corresponding to the coordinate value of y . As a result, grayscale restored images 169 to 198 as shown in FIG. 4 are obtained.

図5は、上記画像圧縮・伸張処理をデジタルカメラの撮像画像に適用した例を示している。同図において左側の画像はデジタルカメラから画像圧縮装置100に入力された原画像を、右側の画像は画像圧縮装置100により圧縮・伸張した復元画像を示している。同図に示すように、衣服、線など、より細かい画像情報まで近似できていることがわかる。尚、両画像に表示された缶の中央部については評価の対象外とする。   FIG. 5 shows an example in which the image compression / decompression process is applied to a captured image of a digital camera. In the figure, the left image shows the original image input from the digital camera to the image compression apparatus 100, and the right image shows the restored image compressed and expanded by the image compression apparatus 100. As shown in the figure, it can be seen that finer image information such as clothes and lines can be approximated. The central part of the can displayed in both images is not subject to evaluation.

次に、上記画像圧縮方法による画像の圧縮率について説明する。原画像のデータサイズが300画素×300画素で1画素につき8ビットの情報量とすると、圧縮前の情報量は300×300×8となる。一方、3画素×3画素のサブブロック毎に6つの圧縮パラメータで代表される。ここでサブブロック数は10×10であるので圧縮後の情報量は10×10×6となる。よって、圧縮前の情報量/圧縮後の情報量=720000/600=1200となり、非常に高い圧縮率が実現できる。   Next, an image compression rate according to the image compression method will be described. If the data size of the original image is 300 pixels × 300 pixels and the information amount is 8 bits per pixel, the information amount before compression is 300 × 300 × 8. On the other hand, it is represented by six compression parameters for each sub-block of 3 pixels × 3 pixels. Here, since the number of sub-blocks is 10 × 10, the amount of information after compression is 10 × 10 × 6. Therefore, the amount of information before compression / the amount of information after compression = 720000/600 = 1200, and a very high compression rate can be realized.

したがって、本実施の形態によれば、画像データを圧縮するための圧縮パラメータを係数として用いる曲面関数を用いて画像データを非線形近似することで画像データを細かい情報まで再現可能とすると共に、非線形最小二乗法により、サブブロック毎に分割した画像データとその画像データを曲面関数で非線形近似した画像データとの重み付き残差二乗和を最小にする圧縮パラメータを推定することで画像データを高い圧縮率で圧縮可能することができる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reproduce the image data up to fine information by nonlinearly approximating the image data using a curved surface function that uses a compression parameter for compressing the image data as a coefficient, and the nonlinear minimum A high compression ratio is obtained by estimating the compression parameter that minimizes the weighted residual sum of squares of the image data divided for each sub-block and image data obtained by nonlinear approximation of the image data with a curved surface function by the square method. Can be compressed.

[比較例]
次に、本発明の理解を容易なものとするために、画像データの非線形近似と線形近似について両者を比較しながら説明する。
[Comparative example]
Next, in order to facilitate understanding of the present invention, non-linear approximation and linear approximation of image data will be described by comparing both.

図6に示すように、ここで入力された画像300は、テクスチャを背景にもち文字Aが中央に表示された画像を用いる。画像310は、画像300を4つのサブブロックに分割し、線形面で近似した場合の復元画像である。すなわちサブブロック毎に平均濃淡値を計算する。その結果、細かいテクスチャ、文字は近似できなくなっている。線形近似の場合は、サブブロックの分割数を細かくしていけば近似精度は上がるが、圧縮という観点から言えば10〜30%が限界である。   As shown in FIG. 6, the image 300 input here uses an image having a texture as a background and a character A displayed in the center. The image 310 is a restored image when the image 300 is divided into four sub-blocks and approximated by a linear surface. That is, an average gray value is calculated for each sub-block. As a result, fine textures and characters cannot be approximated. In the case of linear approximation, the accuracy of approximation increases as the number of sub-block divisions is made finer, but 10-30% is the limit from the viewpoint of compression.

一方、画像320は、画像300を4つのサブブロックに分割し、非線形面で近似した場合の復元画像である。ここでは式(1)の2次曲面関数を用いて非線形近似し、式(2)の重み付き残差二乗和Eに対して最小二乗法により、曲面関数の係数である圧縮パラメータを推定している。その結果、線形近似を用いた場合よりも多少文字の特徴が得られるようになるが、より細かい特徴量までは近似できない。 On the other hand, the image 320 is a restored image when the image 300 is divided into four sub-blocks and approximated by a non-linear surface. Here, nonlinear approximation is performed using the quadratic surface function of Equation (1), and the compression parameter that is the coefficient of the surface function is estimated by the least square method for the weighted residual sum of squares E 1 of Equation (2). ing. As a result, character features can be obtained somewhat more than when linear approximation is used, but finer feature amounts cannot be approximated.

そこで本実施の形態では、式(3)の重み付き残差二乗和Eに対して、ロバスト統計学に基づいたロバスト推定法により、圧縮パラメータを推定する。これにより、最小二乗法固有の外れ値からの影響を緩和することができ、より細かい情報まで画像データの再現が可能な圧縮パラメータを推定可能となる。 Therefore, in the present embodiment, the compression parameter is estimated by the robust estimation method based on the robust statistics with respect to the weighted residual sum of squares E 2 in Expression (3). As a result, the influence from the outlier inherent in the least squares method can be mitigated, and it is possible to estimate a compression parameter capable of reproducing image data up to finer information.

また、本実施の形態によれば、最急降下法により、ロバスト関数として用いるローレンツ関数内の分散値を段階的に小さくしつつ反復計算を行うことでパラメータ推定の収束性を向上させることができる。   Further, according to the present embodiment, the convergence of parameter estimation can be improved by performing the iterative calculation while decreasing the variance value in the Lorentz function used as a robust function stepwise by the steepest descent method.

更に、本実施の形態によれば、サブブロック毎に推定した圧縮パラメータを曲面関数に代入して、全画像データを伸張することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, it is possible to expand all image data by substituting the compression parameter estimated for each sub-block into the curved surface function.

[第2の実施の形態]
以下、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る画像圧縮装置の構成は、第1の実施の形態で説明したものと基本的な構成は同様である。以下では、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment will be described. The basic configuration of the image compression apparatus according to the present embodiment is the same as that described in the first embodiment. Below, it demonstrates centering on a different point from 1st Embodiment.

第1の実施の形態と異なる点は、図7の画像圧縮装置100aが、画像データを伝送する際には、曲面関数と同一な情報を保有する受信側に対して圧縮パラメータに関する情報を送信する圧縮パラメータ送信部106を更に備える点である。これにより、画像圧縮装置100aは、例えば画像伝送システムにおいて、受信側としての画像データ受信装置に圧縮パラメータを送信する。   The difference from the first embodiment is that when the image compression apparatus 100a in FIG. 7 transmits image data, the image compression apparatus 100a transmits information on the compression parameter to the receiving side having the same information as the curved surface function. The compression parameter transmission unit 106 is further provided. Thereby, the image compression apparatus 100a transmits a compression parameter to the image data receiving apparatus as the receiving side, for example, in an image transmission system.

図8のブロック図に示すように、画像データ受信装置200は、画像圧縮装置100aから送信された圧縮パラメータを受信する圧縮パラメータ受信部201と、圧縮パラメータ受信部201により受信した圧縮パラメータ情報を記憶しておくための記憶部202と、曲面関数情報を予め記憶しておくための記憶部203と、圧縮パラメータを曲面関数に代入して全画像データを伸張する画像データ伸張部204とを備える。尚、画像データ伸張部204による画像伸張方法については第1の実施の形態で説明した画像データ伸張部105による方法と同様であるのでここでは説明を省略する。   As shown in the block diagram of FIG. 8, the image data receiving device 200 stores a compression parameter receiving unit 201 that receives the compression parameters transmitted from the image compressing device 100a, and the compression parameter information received by the compression parameter receiving unit 201. A storage unit 202 for storing curved surface function information in advance, and an image data expansion unit 204 for expanding all image data by substituting compression parameters into the curved surface function. Note that the image decompression method by the image data decompression unit 204 is the same as the method by the image data decompression unit 105 described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted here.

このように送受信側の双方において同一の曲面方程式に関する情報を予め保有しておき、圧縮パラメータに代表される少ない情報のみをやり取りすることで、画像伝送システムにおける画像圧縮通信が可能となり大量の画像データの高速通信と共にシステムのコンパクト化を図ることができる。   In this way, information on the same curved surface equation is held in advance on both the transmitting and receiving sides, and only a small amount of information typified by compression parameters is exchanged, enabling image compression communication in the image transmission system and a large amount of image data. The system can be made compact with high-speed communication.

以上説明した上記各実施の形態に係る画像圧縮装置は、それを実現するための計算機プログラムを、パーソナルコンピュータなどの計算機に読み込ませ、そのプログラムを実行することによっても実現できる。これら画像圧縮装置を実現するためのプログラムは、CD−ROMなどの記録媒体によって、あるいはネットワークを介して計算機に読み込まれる。   The image compression apparatus according to each of the above-described embodiments described above can also be realized by causing a computer program such as a personal computer to read the computer program for realizing it and executing the program. Programs for realizing these image compression apparatuses are read into a computer by a recording medium such as a CD-ROM or via a network.

このような計算機は、一般に、CPU(中央処理装置)と、プログラムやデータを格納するためのハードディスク装置と、主メモリと、キーボードやマウスなどの入力装置と、CRTなどの表示装置と、CD−ROM等の記録媒体を読み取る読み取り装置と、ネットワークに接続するための通信インターフェースと、画像を読み取るための画像入力装置(スキャナ装置、デジタルカメラなど)から構成されている。ネットワークを介して、あるいは記録媒体から画像データを読み込む場合には、画像入力装置は必ずしも設けなくてもよい。ハードディスク装置、主メモリ、入力装置、表示装置、読み取り装置、通信インターフェース及び画像入力装置は、いずれもCPUに接続している。この計算機では、画像圧縮装置を実現するためのプログラムを格納した記録媒体を読み取り装置に装着して記録媒体からそのプログラムを読み出してハードディスク装置に格納し、あるいはネットワークを介してそのようなプログラムをダウンロードしてハードディスク装置に格納し、ハードディスク装置に格納されたプログラムをCPUが実行することにより、上述したような画像圧縮装置として機能することになる。   Such a computer generally includes a CPU (Central Processing Unit), a hard disk device for storing programs and data, a main memory, an input device such as a keyboard and a mouse, a display device such as a CRT, and a CD- It comprises a reading device that reads a recording medium such as a ROM, a communication interface for connecting to a network, and an image input device (scanner device, digital camera, etc.) for reading an image. When image data is read via a network or from a recording medium, an image input device is not necessarily provided. The hard disk device, main memory, input device, display device, reading device, communication interface, and image input device are all connected to the CPU. In this computer, a recording medium storing a program for realizing an image compression device is loaded into a reading device, the program is read from the recording medium and stored in a hard disk device, or such a program is downloaded via a network. When the CPU executes the program stored in the hard disk device and stored in the hard disk device, it functions as the above-described image compression device.

以上、説明した本発明に係る画像圧縮技術は、ブロードバンド時代における家庭用から業務用のデジタルカメラ、デジタルビデオ、デジタルビデオなどの国内外のデジタル産業における新しい画像変換技術の中核となる可能性を有している。   As described above, the image compression technology according to the present invention has the potential to be the core of new image conversion technologies in domestic and overseas digital industries such as digital cameras, digital video, and digital video for home use to business use in the broadband era. is doing.

第1の実施の形態に係る画像圧縮装置の概略的な構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of an image compression apparatus according to a first embodiment. 上記画像圧縮装置に記憶されるデータの一例を示すチャートである。It is a chart which shows an example of the data memorize | stored in the said image compression apparatus. 上記画像圧縮装置による画像データの圧縮処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the compression process of the image data by the said image compression apparatus. あるサブブロックにおける画像圧縮・伸張処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the image compression / expansion | extension process in a certain subblock. 上記画像圧縮・伸張処理をカメラの撮像画像に適用した例を示している。An example in which the image compression / decompression process is applied to a captured image of a camera is shown. 画像データの線形近似と非線形近似についての説明図。Explanatory drawing about the linear approximation and nonlinear approximation of image data. 第2の実施の形態に係る画像圧縮装置の概略的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the image compression apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 上記画像圧縮装置が送信した圧縮情報を受信する画像データ受信装置の概略的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the image data receiver which receives the compression information which the said image compression apparatus transmitted.

符号の説明Explanation of symbols

100、100a…画像圧縮装置
101…画像データ受付部
102…領域分割部
103…曲面関数情報記憶部
104…圧縮パラメータ推定部
105…画像データ伸張部
106…圧縮パラメータ送信部
110…メモリ
200…画像データ受信装置
201…圧縮パラメータ受信部
202…圧縮パラメータ情報記憶部
203…曲面関数情報記憶部
204…画像データ伸張部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 100a ... Image compression apparatus 101 ... Image data reception part 102 ... Area division part 103 ... Curved surface function information storage part 104 ... Compression parameter estimation part 105 ... Image data expansion | extension part 106 ... Compression parameter transmission part 110 ... Memory 200 ... Image data Receiving device 201 ... compression parameter receiving unit 202 ... compression parameter information storage unit 203 ... curved surface function information storage unit 204 ... image data decompression unit

Claims (10)

圧縮すべき画像データの入力を受け付けて、受け付けた画像データを記憶手段に記憶する画像データ受付手段と、
前記画像データを所定の数のサブブロックに分割し、分割したサブブロック毎の画像データを記憶手段に記憶する領域分割手段と、
前記画像データを圧縮するための圧縮パラメータを係数として用いる曲面関数に関する情報を予め記憶しておく曲面関数記憶手段と、
非線形最小二乗法により、前記領域分割手段が分割したサブブロック毎の画像データと当該画像データを前記曲面関数で非線形近似した画像データとの重み付き残差二乗和を最小にする圧縮パラメータをサブブロック毎に推定し、推定した圧縮パラメータをサブブロック毎に記憶手段に記憶する圧縮パラメータ推定手段と、
を備えることを特徴とする画像圧縮装置。
Image data receiving means for receiving input of image data to be compressed and storing the received image data in a storage means;
Area dividing means for dividing the image data into a predetermined number of sub-blocks and storing the image data for each divided sub-block in a storage means;
A curved surface function storage means for storing in advance information relating to a curved surface function using a compression parameter for compressing the image data as a coefficient;
A compression parameter that minimizes the weighted residual sum of squares of the image data for each sub-block divided by the region dividing unit and the image data obtained by nonlinear approximation of the image data by the curved surface function by a non-linear least square method A compression parameter estimation unit that estimates for each sub-block and stores the estimated compression parameter in a storage unit for each sub-block;
An image compression apparatus comprising:
前記圧縮パラメータ推定手段は、
ロバスト統計学に基づいたロバスト推定法を用いて圧縮パラメータを推定することを特徴とする請求項1に記載の画像圧縮装置。
The compression parameter estimation means includes
The image compression apparatus according to claim 1, wherein the compression parameter is estimated using a robust estimation method based on robust statistics.
前記圧縮パラメータ推定手段は、
最急降下法により、ロバスト関数として用いるローレンツ関数内の分散値を段階的に小さくしつつ反復計算を行うことを特徴とする請求項2に記載の画像圧縮装置。
The compression parameter estimation means includes
3. The image compression apparatus according to claim 2, wherein the iterative calculation is performed while the variance value in the Lorentz function used as the robust function is reduced stepwise by the steepest descent method.
前記サブブロック毎に推定した圧縮パラメータを前記曲面関数に代入して、全画像データを伸張する画像伸張手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像圧縮装置。   4. The image compression apparatus according to claim 1, further comprising an image expansion unit that expands all image data by substituting a compression parameter estimated for each sub-block into the curved surface function. 前記画像データを伝送する際には、前記曲面関数と同一な情報を保有する受信側に対して前記圧縮パラメータに関する情報を送信する圧縮パラメータ送信手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の画像圧縮装置。   5. The apparatus according to claim 1, further comprising compression parameter transmission means for transmitting information on the compression parameter to a receiving side having the same information as the curved surface function when transmitting the image data. The image compression apparatus according to any one of the above. 画像データ受付手段により、圧縮すべき画像データの入力を受け付けて、受け付けた画像データを記憶手段に記憶するステップと、
領域分割手段により、前記画像データを所定の数のサブブロックに分割し、分割したサブブロック毎の画像データを記憶手段に記憶するステップと、
曲面関数記憶手段により、前記画像データを圧縮するための圧縮パラメータを係数として用いる曲面関数に関する情報を予め記憶しておくステップと、
圧縮パラメータ推定手段により、非線形最小二乗法により、前記領域分割手段が分割したサブブロック毎の画像データと当該画像データを前記曲面関数で非線形近似した画像データとの重み付き残差二乗和を最小にする圧縮パラメータを推定し、推定した圧縮パラメータをサブブロック毎に記憶手段に記憶するステップと、
を有することを特徴とする画像圧縮方法。
Receiving input of image data to be compressed by the image data receiving means, and storing the received image data in the storage means;
Dividing the image data into a predetermined number of sub-blocks by an area dividing unit, and storing the image data for each divided sub-block in a storage unit;
Preliminarily storing information on a curved surface function using a compression parameter for compressing the image data as a coefficient by a curved surface function storage unit;
The compression parameter estimation unit minimizes the weighted residual sum of squares of the image data for each sub-block divided by the region dividing unit and the image data obtained by nonlinear approximation of the image data by the curved surface function by the nonlinear least square method. Estimating a compression parameter to be stored, and storing the estimated compression parameter in a storage unit for each sub-block;
An image compression method characterized by comprising:
圧縮パラメータ推定手段によるステップにおいて、
ロバスト統計学に基づいたロバスト推定法を用いて圧縮パラメータを推定することを特徴とする請求項6に記載の画像圧縮方法。
In the step by the compression parameter estimation means,
The image compression method according to claim 6, wherein the compression parameter is estimated using a robust estimation method based on robust statistics.
前記圧縮パラメータ推定手段によるステップにおいて、
最急降下法により、ロバスト関数として用いるローレンツ関数内の分散値を段階的に小さくしながら反復計算を行うことを特徴とする請求項7に記載の画像圧縮方法。
In the step by the compression parameter estimation means,
8. The image compression method according to claim 7, wherein the iterative calculation is performed while the variance value in the Lorentz function used as a robust function is reduced stepwise by the steepest descent method.
画像伸張手段により、前記サブブロック毎に推定した圧縮パラメータを前記曲面関数に代入して、全画像データを伸張するステップを更に有することを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の画像圧縮方法。   9. The image according to claim 6, further comprising a step of expanding all image data by substituting a compression parameter estimated for each sub-block into the curved surface function by an image expansion means. Compression method. 請求項6乃至9のいずれかに記載の画像圧縮方法における各ステップをコンピュータシステムに実行させることを特徴とする画像圧縮プログラム。   An image compression program causing a computer system to execute each step in the image compression method according to claim 6.
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