JP2014179709A - 画像処理装置、方法及びプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】圧縮処理に必要な基本的な構成部を利用して高精度な符号量制御を実現する。
【解決手段】画像処理装置1は、異なるクオリティ値毎に作成された複数の予備圧縮用量子化テーブルを保持するテーブル保持部5と、予備圧縮時において分割された入力画像の領域毎に異なる予備圧縮用量子化テーブルを適用して量子化部3に量子化を行わせるテーブル制御部6と、符号化部4が出力する符号量を検出する符号量検出部7と、予備圧縮時における予備圧縮用量子化テーブル毎の符号量と本圧縮時における目標符号量とに基づいて本圧縮時における符号量が目標符号量となるように本圧縮用量子化テーブルを決定するテーブル決定部8とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、画像処理装置における画像圧縮技術に関するものである。
各種の画像処理装置において、JPEG(Joint Photographic Experts Group)方式等の圧縮技術が利用されている。
特許文献1は、画像データを2次元直交変換して圧縮符号化する画像データ処理装置において、簡略な構成で符号量制御の高精度化及び高速化を図ることを目的として、画像データの圧縮符号化に先立って適切なビット配分を求めるための予備的な圧縮符号化を行う構成を開示している。
特許文献2は、画像データの圧縮処理機能を備えた画像処理装置において、圧縮効率及び圧縮データの編集性を向上させることを目的として、入力画像を複数の画素からなるブロック単位に周波数変換を行い複数の周波数変換係数を出力する手段と、複数の周波数変換係数に量子化を行い複数の量子化係数を出力する手段と、複数の量子化係数の値又は周波数変換係数の値の範囲を制限する手段とを備える構成を開示している。
JPEG圧縮方式は、入力画像の特徴に応じて符号量(符号化率)が一定にならないという特徴を有する。例えば、異なる2つの画像を同一のパラメータで圧縮しても符号量は同一とならない。そのため、符号量を所望の値に制御するために、本圧縮に先立って本圧縮時に使用されるパラメータを決定するための予備圧縮を行うことがある。
上記特許文献1は、当該予備圧縮を行う場合の一例である。しかしながら、当該従来技術における予備圧縮は、アクティビティ算出等を行うためのカメラ処理系の回路の存在が前提となっている。そのため、JPEG等の圧縮処理に必要な基本的な構成部のみでは十分な予備圧縮による予測制御を行うことができないという問題がある。
そこで、本発明は、圧縮処理に必要な基本的な構成部を利用して高精度な符号量制御を実現することを目的とする。
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明にかかる画像処理装置は、入力画像を複数の領域に分割する画像分割手段と、分割された前記入力画像を量子化テーブルに基づいて量子化する量子化手段と、量子化された前記入力画像を符号化する符号化手段と、異なるクオリティ値毎に作成された複数の予備圧縮用量子化テーブルを保持するテーブル保持手段と、予備圧縮時において前記領域毎に異なる前記予備圧縮用量子化テーブルを適用して前記量子化手段に前記入力画像の量子化を行わせるテーブル制御手段と、前記符号化手段が出力する符号量を検出する符号量検出手段と、前記予備圧縮時において検出された前記予備圧縮用量子化テーブル毎の符号量と本圧縮時における目標符号量とに基づいて、前記本圧縮時に前記符号化手段が出力する符号量が前記目標符号量となるように、前記本圧縮時において使用する前記量子化テーブルを決定するテーブル決定手段とを備えるものである。
本発明によれば、圧縮処理に必要な基本的な構成部を利用して高精度な符号量制御を実現することができる。
図1は、本実施の形態にかかる画像処理装置の要部の構成を示す図である。 図2は、本実施の形態にかかる画像処理装置の具体的な構成を例示する図である。 図3は、図2に示す前処理回路により分割された入力画像を例示する図である。 図4は、予備圧縮用量子化テーブルAを例示するものであって、クオリティ値が90の場合における輝度/色差量子化テーブルを示す図である。 図5は、予備圧縮用量子化テーブルBを例示するものであって、クオリティ値が100の場合における輝度/色差量子化テーブルを示す図である。 図6は、予備圧縮用量子化テーブルCを例示するものであって、クオリティ値が60の場合における輝度/色差量子化テーブルを示す図である。 図7は、予備圧縮用量子化テーブルDを例示するものであって、クオリティ値が80の場合における輝度/色差量子化テーブルを示す図である。 図8は、JPEGにおけるQ値と符号量との関係を示す特性線を例示する図である。 図9は、本実施の形態にかかる画像処理装置において本圧縮用量子化テーブルを決定する際の処理を示すフローチャートである。 図10は、図9に示す処理において目標符号量が予備圧縮用量子化テーブルAに対応する符号量以上テーブルBに対応する符号量以下である場合に実行される処理を示すフローチャートである。 図11は、図9に示す処理において目標符号量が予備圧縮用量子化テーブルCに対応する符号量以上テーブルDに対応する符号量以下である場合に実行される処理を示すフローチャートである。 図12は、図9に示す処理において目標符号量が予備圧縮用量子化テーブルDに対応する符号量より大きくテーブルAに対応する符号量より小さい場合に実行される処理を示すフローチャートである。
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態にかかる画像処理装置1の要部の構成を示している。画像処理装置1は、入力画像データをJPEG等の方式により圧縮すると共に、本圧縮に先立って予備圧縮を行う機能を有する。本実施の形態にかかる予備圧縮とは、本圧縮において出力される符号量が所定の目標符号量と一致するように量子化処理を最適化するために行われる処理である。
画像処理装置1は、画像分割部2、量子化部3、符号化部4、テーブル保持部5、テーブル制御部6、符号量検出部7及びテーブル決定部8を有する。
画像分割部2は、入力画像を複数の領域に分割する。量子化部3は、画像分割部2により分割された入力画像を量子化テーブルに基づいて量子化する。符号化部4は、量子化部3により量子化された入力画像を符号化(圧縮)する。
テーブル保持部5は、予備圧縮時に用いられるものであって異なるクオリティ値毎に作成された複数の予備圧縮用量子化テーブル(後に詳述する)を保持する。テーブル制御部6は、予備圧縮時において、入力画像の領域毎に異なる予備圧縮用量子化テーブルを適用して量子化部3に当該入力画像の量子化を行わせる。
符号量検出部7は、符号化部4により入力画像の符号化が行われたときに出力されるデータの符号量を検出する。テーブル決定部8は、符号量検出部7により検出された予備圧縮時における予備圧縮用量子化テーブル毎の符号量と本圧縮時における目標符号量とに基づいて、本圧縮時において符号化部4が出力する符号量が目標符号量となるように、本圧縮時において使用する量子化テーブルを決定する。
上記各構成部2〜8は、例えばCPU(Central Processing Unit)等の処理装置にプログラムを実行させること、即ちソフトウェアにより実現してもよいし、IC(Integrated Circuit)等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。
上記画像処理装置1によれば、外部から供給された入力画像データは、画像分割部2により入力画像が複数の領域に分割するように処理された後、量子化部3により所定の量子化テーブルに基づいて量子化される。このとき、量子化部3は、予備圧縮においては、入力画像の領域毎にテーブル保持部5が保持する異なる複数の予備圧縮用量子化テーブルを適用して量子化を行う。このようにして得られた予備圧縮における量子化された入力画像データは、符号化部4により符号化される。この予備圧縮において符号化部4から出力するデータの符号量は、符号量検出部7により検出され、テーブル決定部8に供給される。テーブル決定部8は、供給された予備圧縮時における符号量を予備圧縮用量子化テーブルの種類毎に分析し、予備圧縮用量子化テーブル毎の符号量と本圧縮時における目標符号量とを比較し、その比較結果に基づいて本圧縮における符号量を目標符号量に一致させる本圧縮用量子化テーブルを決定する。そして、テーブル制御部6は、テーブル決定部8において決定された本圧縮用量子化テーブルを本圧縮における量子化に適用する。
上記画像処理装置1によれば、通常の圧縮処理に必要な基本的な構成部のみによって本圧縮時に使用すべき最適な量子化テーブルを決定するための予備圧縮を行うことができる。これにより、圧縮処理に必要な基本的な構成部を利用して高精度な符号量制御を実現することができる。
図2は、本実施の形態にかかる画像処理装置1の具体的な構成を例示している。本例にかかる画像処理装置1は、JPEG方式を採用するものであり、前処理部11、前処理用メモリ12、DCT(Discrete Cosine Transform)部13、量子化部14、ハフマン符号化部15、符号出力制御部16、符号量カウンタ17、本圧縮用テーブル決定部18、本圧縮用テーブルデータベース(DB)19、目標符号量保持メモリ20、テーブル切替制御部21、予備圧縮用テーブルデータベース22及び本圧縮用テーブル保持メモリ23を有する。
前処理部11は、図1における画像分割部2の一形態であり、圧縮処理の対象となる入力画像データに対し、量子化及び符号化を行う前の処理を行う回路等である。当該前処理には、ラスタ/ブロック変換、上述した入力画像の分割処理等が含まれる。入力画像データは、前処理用メモリ12に一時的に保持される。前処理用メモリ12は、前処理部11のワークエリア等として機能する。DCT部13は、周知の離散コサイン変換を行う回路等である。
図3は、前処理部11により分割された入力画像25を例示している。入力画像25は、水平ピクセル及び垂直ラインの単位で分割されている。分割サイズは自由であるが、その最小値はJPEGの処理単位であるマクロブロック単位となる。例えば、4:4:4のサブサンプリングでは、8×8ピクセル単位が最小値となる。分割サイズを細かくするほど本圧縮における符号量制御の精度(予備圧縮における予測精度)が高くなるが、演算負荷が高くなる。分割サイズは、原則としてマクロブロック単位の倍数となる。本例にかかる入力画像25は、8×8=64の領域に分割されている。
量子化部14は、前処理部11により複数の領域に分割され、DCT部13により離散コサイン変換された入力画像データに対し、テーブル切替制御部21が出力する予備圧縮用量子化テーブルA,B,C,D又は本圧縮用量子化テーブルを用いて量子化を行う回路等である。
テーブル切替制御部21は、図1におけるテーブル制御部6の一形態であり、量子化部14に出力する量子化テーブルを切り替える回路等である。テーブル切替制御部21は、予備圧縮時には予備圧縮用テーブルデータベース22に保持された予備圧縮用量子化テーブルA,B,C,Dを出力し、図3に示す入力画像25の領域単位で予備圧縮用量子化テーブルA,B,C,Dを切り替える。また、テーブル切替制御部21は、本圧縮時には本圧縮用テーブル保持メモリ23が保持している本圧縮用量子化テーブルを出力する。
図4は、予備圧縮用量子化テーブルAを例示するものであって、クオリティ値(Q値)が90の場合における輝度/色差量子化テーブルを示している。図5は、予備圧縮用量子化テーブルBを例示するものであって、Q値が100の場合における輝度/色差量子化テーブルを示している。図6は、予備圧縮用量子化テーブルCを例示するものであって、Q値が60の場合における輝度/色差量子化テーブルを示している。図7は、予備圧縮用量子化テーブルDを例示するものであって、Q値が80の場合における輝度/色差量子化テーブルを示している。図4〜図7の各図において、左側の表は輝度、右側の表は色差に関するテーブルを表している。Q値が大きいほど圧縮率が小さく、画像の劣化が小さい。Q値が小さいほど圧縮率が大きく、画像の劣化が大きい。
図3において、入力画像25の各領域に「A領域」、「B領域」、「C領域」及び「D領域」とあるのは、各領域にそれぞれ予備圧縮用量子化テーブルA、予備圧縮用量子化テーブルB、予備圧縮用量子化テーブルC及び予備圧縮用量子化テーブルDが適用されて量子化が行われることを示している。
図8は、JPEGにおけるQ値と符号量との相関関係を示す特性線を例示している。このような特性の場合であって、例えばQ値を50以上で符号量を制御したい場合には、予備圧縮用量子化テーブルA−B(90≦Q値≦100)、予備圧縮用量子化テーブルC−D(60≦Q値≦80)又は予備圧縮用量子化テーブルD−A(80<Q値<90)の3領域に特性を分割することによって、予備圧縮による予測を良好に行うことができる。
尚、このような特性線は入力画像の種類等に応じて変化するため、例えば自然画用、人物用、書類(文字)用等の複数種の特性線及びこれに対応する予備圧縮用量子化テーブルを用意しておくことも可能である。また、このような入力画像の種類に応じた選択をユーザの操作、適宜の画像自動認識処理等に応じて行うことも可能である。
ハフマン符号化部15(図2参照)は、周知のハフマン符号化のアルゴリズムに基づいて、量子化部14により量子化された入力画像データを符号化する回路等である。符号出力制御部16は、ハフマン符号化された入力画像データの出力先を選択する回路等である。符号出力制御部16は、予備圧縮時には符号化されたデータを符号量カウンタ17に出力し、本圧縮時には符号化されたデータを最終的な圧縮データとして外部機器等所定のデバイスに出力する。
符号量カウンタ17は、符号出力制御部16が出力したデータの符号量を計上する回路等である。符号量カウンタ17は、予備圧縮用量子化テーブルA,B,C,D毎に符号量を計上する。本例においては、予備圧縮用量子化テーブルA,B,C,D毎に1つの入力画像25の符号量の1/4が計上される。即ち、計上された符号量の4倍の符号量が各予備圧縮用量子化テーブルA,B,C,Dの符号量となる。
本圧縮用テーブル決定部18は、符号量カウンタ17が出力する予備圧縮用量子化テーブルA,B,C,D毎の符号量と目標符号量保持メモリ20が保持する本圧縮における目標符号量とに基づいて、本圧縮において使用すべき本圧縮用量子化テーブルを決定する処理を行う回路等である。本圧縮用テーブル決定部18は、例えば各予備圧縮用量子化テーブルA,B,C,Dの符号量と目標符号量との比較結果に基づいて、本圧縮用量子化テーブルのQ値を算出し、当該Q値に対応する本圧縮用量子化テーブルを本圧縮用テーブルデータベース19から抽出する。当該抽出された本圧縮用量子化テーブルは、本圧縮用テーブル保持メモリ23に保持される。
そして、テーブル切替制御部21は、本圧縮時において本圧縮用テーブル保持メモリ23に保持されている本圧縮用量子化テーブルを量子化部14に出力する。これにより、目標符号量に応じた最適な本圧縮用量子化テーブルを用いて量子化を行うことができる。
尚、上記図2に示す各構成部11〜23は、例えばCPU(Central Processing Unit)等の処理装置にプログラムを実行させること、即ちソフトウェアにより実現してもよいし、IC(Integrated Circuit)等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。
上記ソフトウェアを用いる場合には、その制御プログラム等は、ROM(Read Only Memory)に予め組み込まれて提供されることが好ましい。また、当該制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。更に、当該制御プログラムをインターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。更にまた、当該制御プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供又は配布するように構成してもよい。
図9は、図2に示す画像処理装置1において本圧縮用量子化テーブルを決定する際の処理を例示している。予備圧縮処理が開始すると、テーブル切替制御部21が複数の領域に分割された入力画像25(図3参照)に適用する予備圧縮用量子化テーブル(以下、当該処理の説明においてテーブルと略記する)A,B,C,Dを切り替えながら、量子化部14及びハフマン符号化部15が量子化及び符号化処理を行う(S1)。符号量カウンタ17は、当該符号化処理により生じたテーブルA,B,C,D毎の符号量を計上する(S2)。本圧縮用テーブル決定部18は、各テーブルA,B,C,Dの符号量と目標符号量との関係を判定する(S3)。
ステップS3において、目標符号量がテーブルAに対応する符号量以上テーブルBに対応する符号量以下である場合には図10に示す処理を実行し、目標符号量がテーブルCに対応する符号量以上テーブルDに対応する符号量以下である場合には図11に示す処理を実行し、目標符号量がテーブルDに対応する符号量より大きくテーブルAに対応する符号量より小さい場合には図12に示す処理を実行する。
図10に示すステップS11において、下記値が求められる。
テーブルAの符号量とテーブルBの符号量との差:L
テーブルAのQ値(Qa)とテーブルBのQ値との差:M
1Q値あたりの符号量の増加量:N(=L/M)
テーブルAの符号量と目標符号量との差:R
差Rに対応するQ値の増加量:S(=R/N)
本圧縮用のQ値:Qr(=Qa+S)
その後、Qrに対応する本圧縮用量化テーブルが本圧縮用テーブルデータベース19から抽出され(S12)、本圧縮の量子化に用いられる。
上記図10のステップS11,S12の処理は、図11のステップS21,S22及び図12のステップS31,S32においても同様に行われる。
以下に、図9のステップS3以降の処理の具体例を示す。例えば、目標符号量が150KB、テーブルAに対応する符号量が250KB、テーブルBに対応する符号量が350KB、テーブルCに対応する符号量が100KB、テーブルDに対応する符号量が180KBである場合、目標符号量150KBは、テーブルC(100KB)とテーブルD(180KB)の間にあるため、ステップS3において「C≦目標符号量≦D」の関係に該当することとなる。
この場合、図11のステップS21において、下記の値が求められる。
テーブルCの符号量とテーブルDの符号量との差:L=180−100=80
テーブルCのQ値(60)とテーブルDのQ値(80)との差:M=80−60=20
1Q値あたりの符号量の増加量:N=80/20=4
テーブルCの符号量と目標符号量との差:R=150−100=50
差Rに対応するQ値の増加量:S=50/4=12.5
本圧縮用のQ値:Qr=60+12.5=72.5
このように求められた本圧縮用のQ値(Qr=72.5)に対応する本圧縮用量化テーブルが本圧縮用テーブルデータベース19から抽出され(S22)、本圧縮の量子化に用いられる。
尚、図2においては、本圧縮用量子化テーブルを本圧縮用テーブルデータベース19に予め用意しておく構成を示したが、上述のように求められた本圧縮用のQ値(Qr)に基づいて新たに本圧縮用量子化テーブルを作成する構成であってもよい。
上記画像処理装置1によれば、通常の圧縮処理に必要な基本的な構成部のみによって本圧縮時に使用すべき最適な量子化テーブルを決定するための予備圧縮を行うことができる。これにより、圧縮処理に必要な基本的な構成部を利用して高精度な符号量制御を実現することができる。
本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なものである。例えば、図2においては、JPEG方式を利用した形態を示したが、本発明はこれに限定されるべきものではなく、JPEGと同様に入力画像の特徴に応じて符号量が一定とならない他の圧縮方式等にも適用可能なものである。
1 画像処理装置
2 画像分割部
3 量子化部
4 符号化部
5 テーブル保持部
6 テーブル制御部
7 符号量検出部
8 テーブル決定部
11 前処理部
12 前処理用メモリ
13 DCT部
14 量子化部
15 ハフマン符号化部
16 符号出力制御部
17 符号量カウンタ
18 本圧縮用テーブル決定部
19 本圧縮用テーブルデータベース
20 目標符号量保持メモリ
21 テーブル切替制御部
22 予備圧縮用テーブルデータベース
23 本圧縮用テーブル保持メモリ
25 入力画像
特開平5−63994号公報 特開2004−112345号公報

Claims (7)

  1. 入力画像を複数の領域に分割する画像分割手段と、
    分割された前記入力画像を量子化テーブルに基づいて量子化する量子化手段と、
    量子化された前記入力画像を符号化する符号化手段と、
    異なるクオリティ値毎に作成された複数の予備圧縮用量子化テーブルを保持するテーブル保持手段と、
    予備圧縮時において前記領域毎に異なる前記予備圧縮用量子化テーブルを適用して前記量子化手段に前記入力画像の量子化を行わせるテーブル制御手段と、
    前記符号化手段が出力する符号量を検出する符号量検出手段と、
    前記予備圧縮時において検出された前記予備圧縮用量子化テーブル毎の符号量と本圧縮時における目標符号量とに基づいて、前記本圧縮時に前記符号化手段が出力する符号量が前記目標符号量となるように、前記本圧縮時において使用する前記量子化テーブルを決定するテーブル決定手段と、
    を備える画像処理装置。
  2. 前記テーブル保持手段は、異なるクオリティ値毎に作成された複数の本圧縮用量子化テーブルを更に保持し、
    前記テーブル決定手段は、前記算出されたクオリティ値に対応する前記本圧縮用量子化テーブルを前記テーブル保持手段から抽出する、
    請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 前記テーブル決定手段は、前記算出されたクオリティ値に基づいて前記本圧縮時において使用する前記量子化テーブルを作成する、
    請求項1に記載の画像処理装置。
  4. 前記予備圧縮用量子化テーブルは、前記符号化手段における符号化方式に対応するクオリティ値と符号量との相関関係に基づいて作成されている、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像処理装置。
  5. 前記符号化方式は、JPEGである、
    請求項4に記載の画像処理装置。
  6. 入力画像を複数の領域に分割する工程と、
    分割された前記入力画像を量子化テーブルに基づいて量子化する工程と、
    量子化された前記入力画像を符号化する工程と、
    予備圧縮時において前記領域毎に異なるクオリティ値毎に作成された複数の予備圧縮用量子化テーブルを適用して前記入力画像の量子化を行う工程と、
    前記符号化により出力される符号量を検出する工程と、
    前記予備圧縮時において検出された前記予備圧縮用量子化テーブル毎の符号量と本圧縮時における目標符号量とに基づいて、前記本圧縮時に前記符号化手段が出力する符号量が前記目標符号量となるように、前記本圧縮時において使用する前記量子化テーブルを決定する工程と、
    を含む画像処理方法。
  7. 画像処理装置を制御するコンピュータに、
    入力画像を複数の領域に分割する処理と、
    分割された前記入力画像を量子化テーブルに基づいて量子化する処理と、
    量子化された前記入力画像を符号化する処理と、
    予備圧縮時において前記領域毎に異なるクオリティ値毎に作成された複数の予備圧縮用量子化テーブルを適用して前記入力画像の量子化を行う処理と、
    前記符号化により出力される符号量を検出する処理と、
    前記予備圧縮時において検出された前記予備圧縮用量子化テーブル毎の符号量と本圧縮時における目標符号量とに基づいて、前記本圧縮時に前記符号化手段が出力する符号量が前記目標符号量となるように、前記本圧縮時において使用する前記量子化テーブルを決定する処理と、
    を実行させる画像処理プログラム。
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