JP3579544B2 - 画像圧縮伸張装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカラー静止画像をＪＰＥＧアルゴリズムに準拠して記録媒体に記録する画像圧縮装置、およびこの記録媒体から再生する装置等に設けられる画像伸張装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像データは情報量が多いため、直接処理すると、莫大なメモリ容量を必要としたり、またデータ通信に要する時間が長くなる。そこで従来、画像データは符号化によって圧縮された後、処理されている。
【０００３】
このような画像データ圧縮のアルゴリズムのひとつとして、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ ）によって勧告されているものがある。このＪＰＥＧから勧告されているアルゴリズム（ＪＰＥＧアルゴリズム）は、ベースライン・プロセス等の複数のプロセスから構成されており、ベースライン・プロセスは、８ビット精度の原画像を２次元離散コサイン変換（２次元ＤＣＴ）およびハフマン符号化を用いて符号化し、画像情報を送信、受信および再生することができる基本的な機能である。
【０００４】
ベースライン・プロセスでは、１画面を構成する各ブロックの画素データが２次元ＤＣＴされてＤＣＴ係数が求められ、このＤＣＴ係数に対し、量子化テーブルによって量子化が施される。すなわちＤＣＴ係数は、量子化テーブルを構成する各量子化係数によって割算されることにより量子化される。この量子化されたＤＣＴ係数はハフマン符号化され、圧縮画像データとして例えば記録媒体に記録される。
【０００５】
このようなデータ圧縮が施されると、原画像の情報の一部が消失するため、再生画像の画質が原画像よりも劣ることは否めない。そこで量子化テーブルの各量子化係数の値を小さくすると、量子化されたＤＣＴ係数の値が大きくなるため、再生画像の画質は向上するが、圧縮データの量が増加するという問題が生じる。一方、再生画像の画質を評価して、充分な画質が得られるように量子化係数の値を設定しなおし、再度データ圧縮を行うことも可能であるが、このような方法をとると、画像データの処理時間がかかり、作業効率がよくない。
【０００６】
そこで、このような問題点を解決するために発明者は、特開平７−１３５５６８号公報において、量子化ＤＣＴ係数を逆量子化して得られる逆量子化ＤＣＴ係数とＤＣＴ係数との誤差、すなわち量子化誤差が最小値になるような第２の量子化係数を求め、この第２の量子化係数から成る最適量子化テーブルを生成して、圧縮画像データとともに記録媒体に記録する画像圧縮装置を提案した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような最適量子化テーブルは、１つの画像を全体的に見ると量子化誤差が最小であるが、１つの画像を構成する個々のブロックでは必ずしも最適ではない。したがって上述した最適量子化テーブルを用いた伸張処理では、再現される画像の画質の向上には限界があり、従来、この画質をさらに向上させることが望まれていた。
【０００８】
本発明は、最適量子化テーブルをさらに効果的に利用することによって、より高画質の画像を再生することを可能にする画像圧縮装置を提供し、また、この画像圧縮装置によって得られた圧縮画像データを伸張することができる画像伸張装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の画像圧縮装置は、複数の第１の量子化係数から成る第１の量子化テーブルを用いて、１つの画像に関する画像処理データを量子化することにより量子化画像処理係数を求める量子化手段と、複数の第２の量子化係数から成る第２の量子化テーブルを用いて量子化画像処理係数を逆量子化することにより得られる逆量子化画像処理係数が、１つの画像の全体に関して、画像処理データに近づくように第２の量子化テーブルを生成する量子化テーブル生成手段と、量子化画像処理係数に対し圧縮処理を施して圧縮画像データを求め、この圧縮画像データを記録媒体に格納する圧縮処理手段と、第１および第２の量子化テーブルを記録媒体に格納する量子化テーブル格納手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
画像処理データは例えば、原画像の画素データに対して２次元ＤＣＴを施して求められたＤＣＴ係数である。
【００１１】
画像圧縮装置は、好ましくは、第１および第２の量子化テーブルが記録媒体に格納されていることを示すモード情報を記録媒体に格納する情報格納手段を備える。
【００１２】
量子化テーブル生成手段は、例えば、逆量子化画像処理係数と画像処理データとの誤差の自乗和が最小になるようにして第２の量子化テーブルを求める。
【００１３】
本発明に係る第１の画像伸張装置は、第１の画像圧縮装置によって得られた圧縮画像データを伸張する装置であって、圧縮画像データを記録媒体から読み出して伸張処理を施し、量子化画像処理係数を復元する伸張処理手段と、量子化画像処理係数が境界値よりも小さいとき第２の量子化係数を選択し、量子化画像処理係数が境界値よりも大きいとき第１の量子化係数を選択し、選択された量子化係数を用いて量子化画像処理係数を逆量子化して逆画像処理係数を求める逆量子化手段とを備え、境界値は、第１の量子化係数Ｑ ｕｖ が偶数の場合（Ｑ ｕｖ／２＋１ ）であり、第１の量子化係数Ｑ ｕｖ が奇数の場合（ （ Ｑ ｕｖ−１）／２＋１ ）であることを特徴としている。
【００１５】
本発明に係る第２の画像圧縮装置は、１つの画像に対応した入力データを複数のブロックに分割して圧縮処理する画像圧縮装置であって、入力データに２次元ＤＣＴを施してＤＣＴ係数を求める変換手段と、複数の第１の量子化係数から成る第１の量子化テーブルを用いてＤＣＴ係数を量子化することにより量子化ＤＣＴ係数を求める量子化手段と、複数の第２の量子化係数から成る第２の量子化テーブルを用いて量子化ＤＣＴ係数を逆量子化することにより得られる逆量子化ＤＣＴ係数が、１つの画像に含まれる全ブロックに関して、ＤＣＴ係数に近づくように第２の量子化テーブルを生成する量子化テーブル生成手段と、量子化ＤＣＴ係数に対し圧縮処理を施して圧縮画像データを求め、この圧縮画像データを記録媒体に格納する圧縮処理手段と、第１および第２の量子化テーブルを記録媒体に格納する量子化テーブル格納手段とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
画像圧縮装置は、好ましくは、第１および第２の量子化テーブルが記録媒体に格納されていることを示すモード情報を記録媒体に格納する情報格納手段を備える。
【００１７】
量子化テーブル生成手段は、例えば、逆量子化ＤＣＴ係数とＤＣＴ係数との誤差の全ブロックにおける自乗和が最小になるようにして第２の量子化テーブルを求める。
【００１８】
量子化テーブル生成手段は、例えば、１つの画像を構成する各ブロックに関して、量子化ＤＣＴ係数が境界値よりも小さい場合にのみ第２の量子化係数を求め、
境界値は、第１の量子化係数Ｑ ｕｖ が偶数の場合（Ｑ ｕｖ／２＋１ ）であり、第１の量子化係数Ｑ ｕｖ が奇数の場合（ （ Ｑ ｕｖ−１）／２＋１ ）である。
【００１９】
本発明に係る画像伸張装置は、第２の画像圧縮装置によって得られた圧縮画像データを伸張する装置であって、圧縮画像データを記録媒体から読み出して伸張処理を施し、量子化ＤＣＴ係数を復元する伸張処理手段と、量子化ＤＣＴ係数が境界値よりも小さいとき第２の量子化係数を選択し、量子化ＤＣＴ係数が境界値よりも大きいとき第１の量子化係数を選択し、選択された量子化係数を用いて量子化ＤＣＴ係数を逆量子化して逆量子化ＤＣＴ係数を求める逆量子化手段とを備え、境界値は、第１の量子化係数Ｑ ｕｖ が偶数の場合（Ｑ ｕｖ／２＋１ ）であり、第１の量子化係数Ｑ ｕｖ が奇数の場合（ （ Ｑ ｕｖ−１）／２＋１ ）であることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態である画像圧縮装置を備えたスチルビデオカメラを示すブロック図である。
【００２２】
被写体Ｓから到来した光は撮影レンズ１１によって集光され、被写体像が固体撮像素子（ＣＣＤ）１２の受光面上に結像される。ＣＣＤ１２の受光面には多数の光電変換素子が配設され、また光電変換素子の上面には、例えばＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタ要素が所定の方式で配列されて成るカラーフィルタが設けられており、各光電変換素子はひとつの画素データに対応している。被写体像は、各光電変換素子によって所定の色に対応した電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器１３に入力される。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換器１３においてデジタル変換された信号は、図示しない信号処理回路によって輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ、Ｃｒとに変換され、画像メモリ１４に入力される。画像メモリ１４は、各輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒをそれぞれ格納するために、相互に独立したメモリ領域に分割されており、各メモリ領域は１画面分の記憶容量を有している。画像メモリ１４に一旦格納された輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、データ圧縮処理のため、まず画像圧縮装置２０のＤＣＴ処理部２１に入力される。なお、図１ではＤＣＴ処理部２１が１つの処理部として示されているが、実際には輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒ毎に独立したＤＣＴ処理部が設けられている。
【００２４】
画像圧縮装置２０では、輝度信号Ｙ等の画像データは１画面に関して所定数のブロックに分割され、ブロック単位で処理される。図２に示すように、各画素ブロックＲ１は８×８個の画素データＰｘｙから構成されており、この画素データは、例えば輝度信号Ｙを示している。
【００２５】
ＤＣＴ処理部２１では、原画像の画素データがブロックＲ１毎に２次元ＤＣＴを施され、これにより、１つのブロックについて８×８個のＤＣＴ係数Ｒ２（画像処理データ）が求められる。ＤＣＴ係数Ｒ２のマトリクスにおいて、左隅のＤＣＴ係数データ（−１２１）はＤＣ（直流）成分を、また、それ以外のＤＣＴ係数データはＡＣ（交流）成分を示している。またこのマトリクスにおいて、右側ほど画像の水平方向の空間周波数が高い成分を示し、下側ほど画像の垂直方向の空間周波数が高い成分を示している。
【００２６】
ＤＣＴ処理部２１から出力されるＤＣＴ係数Ｒ２は、量子化処理部２２において、デフォルトの量子化テーブル（Ｑｙ，Ｑｃ）Ｒ３により量子化される。量子化テーブルＲ３は輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒ毎に設けられ、それぞれ８×８個の量子化係数により構成されており、ＤＣＴ係数Ｒ２の各成分は、対応する量子化係数によって割算され、量子化される。すなわちＤＣＴ係数Ｒ２の成分の数は量子化係数と同数である。量子化ＤＣＴ係数Ｒ４の各成分は四捨五入されて整数化され、したがって量子化ＤＣＴ係数Ｒ４において、画像情報の一部は消失している。
【００２７】
量子化処理回路２２から出力される量子化ＤＣＴ係数Ｒ４は、圧縮処理部２３に入力され、所定のアルゴリズムによりハフマン符号化される。このハフマン符号化により得られた圧縮画像データは、記録媒体Ｍの圧縮画像データ記録領域Ｍ１に格納される。一方、デフォルトの量子化テーブルＱｙ 、Ｑｃ は記録媒体Ｍの第１のテーブル記録領域Ｍ２に格納される。なおハフマン符号化は従来公知であるので、その説明は省略する。
【００２８】
量子化ＤＣＴ係数Ｒ４は、ハフマン符号化処理部２３に入力される一方、ＤＣＴ処理部２１から出力されるＤＣＴ係数Ｒ２とともに、最適量子化係数計算部２６に入力される。最適量子化係数演算部２６では、次に述べるように、量子化誤差が最小になるような最適量子化テーブルが演算される。
【００２９】
量子化テーブルＲ３のマトリクスをＱ_ｕｖとし、またｉ番目のブロックにおいて、ＤＣＴ係数Ｒ２のマトリクスをＳ_ｉｕｖ 、量子化ＤＣＴ係数Ｒ４のマトリクスをｒ_ｉｕｖ とする。また、量子化ＤＣＴ係数に量子化テーブルを乗じることによって得られる逆量子化ＤＣＴ係数のマトリクスをＳ’_ｉｕｖ とする。量子化誤差の自乗 和Ｅ_ｕｖを１画面について求めると、

となる。ただし、Σは１画面を構成する全てのブロックについての総和を示している。
【００３０】
（１）式をＱ_ｕｖについて微分すると、
ｄＥ_ｕｖ／ｄＱ_ｕｖ＝２Σｒ_ｉｕｖ （ｒ_ｉｕｖ ×Ｑ_ｕｖ−Ｓ_ｉｕｖ ） （２）
となる。ここで、自乗和Ｅ_ｕｖが極小値をとるときのＱ_ｕｖをＱ’_ｕｖとすると、これ は（２）式を０とおいて、式を変形することにより求められる。すなわち、
Ｑ’_ｕｖ＝ｒｏｕｎｄ（Σｒ_ｉｕｖ ・Ｓ_ｉｕｖ ／Σｒ_ｉｕｖ ^２） （３）
ただし、ｒｏｕｎｄ は四捨五入して整数化することを意味する。
【００３１】
（３）式に従って最適量子化テーブルのマトリクスの各成分が演算される。最適量子化テーブル生成部２７では、この演算結果に基づいて輝度信号Ｙに関する最適量子化テーブルＱｓｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂに関する最適量子化テーブルＱｓｃとが生成される。これらの最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃは、量子化テーブル記録処理部２８において所定のフォーマットに従ったデータに変換され、記録媒体Ｍの第２のテーブル記録領域Ｍ３に記録される。
【００３２】
デフォルトの量子化テーブルＱｙ 、Ｑｃ と最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃが記録媒体Ｍに格納されていることを示すモード情報ＭＩが、情報記述処理部２９において所定のフォーマットに従ったデータに変換され、記録媒体Ｍの情報記録部Ｍ４に格納される。
【００３３】
図３は第１の実施形態である画像伸張装置の概略構成を示す図である。
記録媒体Ｍの圧縮画像データ記録領域Ｍ１から読み出された輝度データＹと色差データＣｂ、Ｃｒの圧縮画像データは、伸張処理部３１において復号され、それぞれ量子化ＤＣＴ係数に復元される。この復号は、ハフマン符号化とは逆の作用であり、従来公知である。復号によって得られた量子化ＤＣＴ係数は、輝度データ用の逆量子化処理部３２または色差データ用の逆量子化処理部３３において、それぞれデフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃ（または最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃ）を用いて逆量子化され、逆量子化ＤＣＴ係数に変換される。これらの逆量子化ＤＣＴ係数は、ＩＤＣＴ処理部３４において２次元ＤＣＴの逆変換（すなわち２次元ＩＤＣＴ）を施され、それぞれ輝度データＹ、色差データＣｂ、Ｃｒに変換される。
【００３４】
記録媒体Ｍの第１および第２のテーブル記録領域Ｍ２、Ｍ３には、デフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃと最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃがそれぞれ格納されている。逆量子化処理部３２、３３ではスイッチ３５、３６の作用により、デフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃまたは最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃが用いられる。
【００３５】
輝度データ用の量子化テーブルＱｙ、Ｑｓｙは、スイッチ３５を介して逆量子化処理部３２に入力され、色差データ用の量子化テーブルＱｃ、Ｑｓｃは、スイッチ３６を介して逆量子化処理部３３に入力される。スイッチ３５、３６はモード切替装置３７から出力される切替指令信号に応じて切り替えられる。モード切替装置３７には、表示装置３８と選択ボタン３９が接続されている。記録媒体Ｍの情報記録領域Ｍ４から読み出されたモード情報ＭＩに基づいて、表示装置３８のディスプレイ画面上にはデフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃと最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃを選択可能である旨が表示される。この表示に従って、オペレータが選択ボタン３９を操作することにより、スイッチ３５、３６が切り替えられる。
【００３６】
スイッチ３５、３６がデフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃ側（図３の破線により示す状態）に切り替えられたとき、逆量子化処理部３２、３３では、これらの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃを用いて逆量子化が行われる。これに対してスイッチ３５、３６が最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃ側（図３の実線により示す状態）に切り替えられたとき、逆量子化処理部３２、３３では量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃを用いて逆量子化が行われる。
【００３７】
図４は、伸張処理部３１において得られる量子化ＤＣＴ係数Ｒ５と、逆量子化処理部３２において得られる逆量子化ＤＣＴ係数Ｒ６と、ＩＤＣＴ処理部３４において得られるＩＤＣＴ係数Ｒ７とを例示している。この例は量子化ＤＣＴ係数Ｒ５をデフォルトの量子化テーブルＲ３を用いて逆量子化した場合を示している。
【００３８】
すなわち量子化ＤＣＴ係数Ｒ５は、デフォルトの量子化テーブルＲ３に含まれる対応した量子化係数Ｑ ｕｖを乗じることによって逆量子化され、逆量子化ＤＣＴ係数Ｒ６に変換される。この逆量子化ＤＣＴ係数Ｒ６は、図２のＤＣＴ係数Ｒ２に対応しており、ＩＤＣＴ処理部３４においてＩＤＣＴを施され、ＩＤＣＴ係数Ｒ７に変換される。このＩＤＣＴ係数Ｒ７は、図２の画素ブロックＲ１に対応する。
【００３９】
図５は、伸張処理部３１から出力された量子化ＤＣＴ係数Ｒ５を、最適量子化テーブルＲ１３を用いて逆量子化した場合を示している。図２、４および５を比較することから理解されるように、最適量子化テーブルＲ１３を用いた場合の逆量子化ＤＣＴ係数Ｒ１６は、デフォルトの量子化テーブルＲ３を用いた場合の逆量子化ＤＣＴ係数Ｒ６よりも、量子化前のＤＣＴ係数Ｒ２に近い値を有している。また同様に、最適量子化テーブルＲ１３を用いた場合のＩＤＣＴ係数Ｒ１７は、デフォルトの量子化テーブルＲ３を用いた場合のＩＤＣＴ係数Ｒ７よりも、原画像の画素ブロックＲ１の画素データＰｘｙに近い値を有している。
【００４０】
図６は記録媒体Ｍの第１のテーブル記録領域Ｍ２、第２のテーブル記録領域Ｍ３およびパラメータ格納領域Ｍ５の構成を示す図である。
【００４１】
パラメータ格納領域Ｍ５は、第１グループＧ１と第２グループＧ２と第３グループＧ３とから成る。コンポーネント識別情報Ｃ_１ は、第１グループＧ１に、輝度データＹに関するパラメータが格納されていることを示している。Ｈ_１ は水平サンプリング・ファクタを示し、Ｖ_１ は垂直サンプリング・ファクタを示している。Ｔｑ_１は量子化テーブルの選択情報、すなわち輝度データＹに関する量子化テーブルが格納された第１のテーブル記録領域Ｍ２の量子化テーブル番号の値を示している。
【００４２】
同様に、コンポーネント識別情報Ｃ_２ は、第２グループＧ２に色差データＣｂに関するパラメータが格納されていることを示している。Ｈ_２ 、Ｖ_２ は水平サンプリング・ファクタおよび垂直サンプリング・ファクタを示している。Ｔｑ_２は、色差データＣｂに関する量子化テーブルの選択情報である。またコンポーネント識別情報Ｃ_３ は、第３グループＧ３に色差データＣｒに関するパラメータが格納されていることを示している。Ｈ_３ 、Ｖ_３ は水平サンプリング・ファクタおよび垂直サンプリング・ファクタを示している。Ｔｑ_３は、色差データＣｒに関する量子化テーブルの選択情報である。
【００４３】
第１のテーブル記録領域Ｍ２は、上述したようにデフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃを記録するための領域である。第１の量子化テーブル番号のアドレスには「０」（符号Ａ０）が格納され、この量子化テーブル番号に続いて、輝度データＹの量子化に用いられる量子化テーブルＱｙを構成する６４個の量子化係数Ｑ_０，Ｑ_１，．．． Ｑ_６３が格納されている。また第２の量子化テーブル番号のアドレスには「１」（符号Ａ１）が格納され、これに続いて、色差データＣｂ、Ｃｒの量子化に用いられる量子化テーブルＱｃを構成する６４個の量子化係数Ｑ_０，Ｑ_１，．．． Ｑ_６３が格納されている。
【００４４】
一方、第２のテーブル記録領域Ｍ３は最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃを記録するための領域である。第３の量子化テーブル番号のアドレスには「２」（符号Ａ２）が格納され、これに続いて、輝度データＹの量子化に用いられる量子化テーブルＱｓｙを構成する６４個の量子化係数Ｑ_０，Ｑ_１，．．． Ｑ_６３が格納されている。また第４の量子化テーブル番号のアドレスには「３」（符号Ａ３）が格納され、これに続いて、色差データＣｂ、Ｃｒの量子化に用いられる量子化テーブルＱｓｃを構成する６４個の量子化係数Ｑ_０，Ｑ_１，．．． Ｑ_６３が格納されている。
【００４５】
したがって、量子化テーブルの選択情報Ｔｑ_１、Ｔｑ_２、Ｔｑ_３に０〜３のいずれかの数値をセットすることにより、所定の量子化テーブルＱｙ、Ｑｃ、Ｑｓｙ、Ｑｓｃが選択される。この量子化テーブルの選択情報Ｔｑ_１、Ｔｑ_２、Ｔｑ_３に対する数値のセットは、図３におけるスイッチ３５、３６を切り替えに対応している。
【００４６】
図７は画像伸張処理の動作を示すフローチャートである。
ステップ１０１では、記録媒体Ｍの情報記録領域Ｍ４に格納されたデータが読み出される。ステップ１０２では、このデータに基づいて、モード情報ＭＩが格納されているか否かが判別される。モード情報ＭＩが格納されている場合、ステップ１０３が実行され、表示装置３８のディスプレイ画面上に「デフォルトの量子化テーブルを用いるか、あるいは最適量子化テーブルを用いるか」を示すメッセージが表示される。
【００４７】
ステップ１０４では、選択ボタン３９が操作され、画像伸張処理のモードが選択される。この選択ボタン３９によって最適量子化テーブルを用いるモード（すなわち高画質のモード）が選択されたとき、ステップ１０７において、最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃを用いて伸張処理が実行され、この画像伸張処理の動作は終了する。一方、選択ボタン３９によって高画質のモードが選択されないとき、またステップ１０２においてモード情報ＭＩが格納されていないと判定されたとき、ステップ１０６において、デフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃを用いて伸張処理が実行される。
【００４８】
以上のように本実施形態によれば、画像伸張処理においてデフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃを用いると、通常の画質の原画像を復元可能であり、したがって記録媒体Ｍに格納された画像データに対し、従来の伸張装置を用いて伸張処理を施しても、通常の伸張処理を実行することができる。また、選択ボタン３９とスイッチ３５、３６を備えた画像伸張装置によって伸張処理を行う場合には、最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃを用いることができるため、より原画像に近い画像を再生することができる。
【００４９】
上述した第１の実施形態では、伸張処理において、デフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃと最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃの一方のみを用いていたが、このような構成によると、次に述べるように、再生画像の画質には一定の限界が生じる。
【００５０】
図８は、量子化テーブルに含まれる量子化係数Ｑ_ｕｖが１２である場合と１１である場合における、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖとＤＣＴ係数Ｓ_ｕｖの関係を示している。例えば、量子化係数Ｑ_ｕｖが１２であるとき、ＤＣＴ係数Ｓ_ｕｖが３０〜４１であれば量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖは３となり、量子化係数Ｑ_ｕｖが１１であるとき、ＤＣＴ係数Ｓ_ｕｖが２８〜３８であれば量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖは３となる。
【００５１】
ここで、ある８×８の画素ブロックにおいて、デフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃに含まれる量子化係数Ｑ_ｕｖ＝１２が、（３）式に従って求められた最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃでは量子化係数Ｑ’_ｕｖ＝１１に変更されたと仮定する 。画像圧縮装置２０のＤＣＴ処理部２１（図１参照）から出力されたＤＣＴ係数Ｓ_ｕｖが７８〜８９であった場合、これは量子化処理部２２において量子化係数Ｑ_ｕｖ＝１２によって量子化され、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖ＝７となる。この量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖ＝７は、画像伸張装置の逆量子化処理部３２（図３参照）において最適量子化テーブルの量子化係数Ｑ’_ｕｖ＝１１によって逆量子化されると、Ｓ’ _ｕｖ＝７×１１＝７７となり、元のＤＣＴ係数Ｓ_ｕｖの７８〜８９の範囲から外れている。
【００５２】
このように逆量子化ＤＣＴ係数Ｓ’_ｕｖが元のＤＣＴ係数Ｓ_ｕｖがとるべき値の範 囲から外れることは、量子化誤差となり、伸張処理によって復元された画像の画質を低下させる原因となる。すなわち、このような場合はむしろデフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃを用いた方が量子化誤差が小さくなり、画質の低下を防止できる。
【００５３】
図９は、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖと、この量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖを量子化係数Ｑ_ｕｖ＝１１によって逆量子化したことにより得られる逆量子化ＤＣＴ係数Ｓ’_ｕｖと の関係を示している。図９と図８の対比から理解されるように、逆量子化ＤＣＴ係数Ｓ’_ｕｖが元のＤＣＴ係数Ｓ_ｕｖから外れる現象は、最適量子化テーブルの量子 化係数Ｑ’_ｕｖ＝１１の場合、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖ≧７において生じ、他の量子 化係数Ｑ’_ｕｖの場合においても量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖが大きい場合に発生しやす い。逆量子化ＤＣＴ係数が元のＤＣＴ係数Ｓ_ｕｖから外れるか否かの境界となる量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖは、量子化係数Ｑ_ｕｖが偶数の場合、（Ｑ_ｕｖ／２＋１）であり、量子化係数Ｑ_ｕｖが奇数の場合、（（Ｑ_ｕｖ−１）／２＋１）である。
【００５４】
以下に述べる第２の実施形態では、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖの大きさに応じて、デフォルトの量子化テーブルＱｙ、Ｑｃに含まれる第１の量子化係数と最適量子化テーブルＱｓｙ、Ｑｓｃに含まれる第２の量子化係数とから一方を選択し、量子化誤差を最小限に抑えている。
【００５５】
図１０は、第２の実施形態である画像伸張装置による伸張処理において実行される、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ を逆量子化するプログラムのフローチャートを示している。
【００５６】
ステップ１０１では、１つの画像を構成するブロックの番号を示すパラメータｉが０に定められる。ステップ１０２では、８×８のマトリクスの縦方向の位置を示すパラメータｖが０に定められ、ステップ１０３では、８×８のマトリクスの横方向の位置を示すパラメータｕが０に定められる。
【００５７】
ステップ１０４では、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ を逆量子化するための量子化係数Ｑ_ｕｖの値が偶数であるか否かが判定される。量子化係数Ｑ_ｕｖの値が偶数であるとき、ステップ１０５が実行され、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第１の境界値（Ｑ_ｕｖ／２＋１）以上であるか否かが判定される。量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第１の境界値以上であるとき、ステップ１０７が実行され、
Ｓ’_ｉｕｖ ＝ｒ_ｉｕｖ ×Ｑ_ｕｖ
に従って逆量子化ＤＣＴ係数Ｓ’_ｉｕｖ が求められる。すなわちデフォルトの量子 化テーブルの量子化係数Ｑ_ｕｖを用いて逆量子化が行われる。ステップ１０５において量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第１の境界値よりも小さいと判断されたとき、ステップ１０８において、最適量子化テーブルの量子化係数Ｑ’_ｕｖを用い て、
Ｓ’_ｉｕｖ ＝ｒ_ｉｕｖ ×Ｑ’_ｕｖ
に従って逆量子化ＤＣＴ係数Ｓ’_ｉｕｖ が求められる。
【００５８】
これに対し、ステップ１０４において量子化係数Ｑ_ｕｖの値が奇数であると判定されたとき、ステップ１０６が実行される。ステップ１０６では、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第２の境界値（（Ｑ_ｕｖ−１）／２＋１）以上であるか否かが判定され、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第２の境界値以上であればステップ１０７において、デフォルトの量子化テーブルの量子化係数Ｑ_ｕｖを用いて逆量子化が行われる。ステップ１０６において量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第２の境界値よりも小さいと判断された場合、ステップ１０８において、最適量子化テーブルの量子化係数Ｑ’_ｕｖを用いて逆量子化が行われる。
【００５９】
ステップ１１１では、パラメータｕが１だけインクリメントされる。ステップ１１２ではパラメータｕが８以上であるか否かが判定され、パラメータｕが８に達していないとき、ステップ１０４へ戻り、次のパラメータｕに関してステップ１０４〜１１１が実行される。
【００６０】
ステップ１１２においてパラメータｕが８以上であると判定されたとき、ステップ１１３において、パラメータｖが１だけインクリメントされる。ステップ１１４ではパラメータｖが８以上であるか否かが判定され、パラメータｖが８に達していないとき、ステップ１０３へ戻り、次のパラメータｖに関してステップ１０３〜１１３が実行される。
【００６１】
ステップ１１４においてパラメータｖが８以上であると判定されたとき、ステップ１１５において、パラメータｉが１だけインクリメントされる。ステップ１１６では、パラメータｉが全ブロック数以上であるか否かが判定され、パラメータｉが全ブロック数に達していないとき、すなわち全ブロックに関して逆量子化が完了していないとき、ステップ１０２へ戻り、次のブロックに関してステップ１０２〜１１５が実行される。
【００６２】
ステップ１１６においてパラメータｉが全ブロック数以上であると判定されたとき、全ブロックに関して逆量子化が完了しているので、このプログラムは終了する。
【００６３】
図１１は、図１０のプログラムにより実行される逆量子化の例を示している。この図において、選択量子化テーブルＲ２３は、図１０のプログラムのステップ１０５、１０６における判定の結果、選択された量子化係数Ｑ_ｕｖ、Ｑ’_ｕｖから成 る量子化テーブルである。すなわち選択量子化テーブルＲ２３は図１０のプログラムにおいて、１つのブロックについてステップ１０２〜１１４のループの実行が完了することによって得られる。なお、選択量子化テーブルＲ２３において括弧で括った数字（例えばＱ”_３０ ＝（８））はデフォルトの量子化テーブルＲ３（図４参照）に含まれる量子化係数であり、括弧で括らない数字（例えばＱ” _２０ ＝５）は最適量子化テーブルＲ１３（図５参照）に含まれる量子化係数である。
【００６４】
図１１において、量子化ＤＣＴ係数Ｒ５は、選択量子化テーブルＲ２３によって逆量子化され、これにより逆量子化ＤＣＴ係数Ｒ２６が得られる。逆量子化ＤＣＴ係数Ｒ２６はＩＤＣＴを施され、ＩＤＣＴ係数Ｒ２７に変換される。図２、５および１１を比較することから理解されるように、選択量子化テーブルＲ２３を用いた場合の逆量子化ＤＣＴ係数Ｒ２６は、最適量子化テーブルＲ１３を用いた場合の逆量子化ＤＣＴ係数Ｒ１６よりも、量子化前のＤＣＴ係数Ｒ２に近い値を有している。また同様に、選択量子化テーブルＲ２３を用いた場合のＩＤＣＴ係数Ｒ２７は、最適量子化テーブルＲ１３を用いた場合のＩＤＣＴ係数Ｒ１７よりも、原画像の画素ブロックＲ１の画素データＰｘｙに近い値を有している。
【００６５】
以上のように第２の実施形態では、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ が境界値よりも小さいとき最適量子化テーブルの量子化係数Ｑ’_ｕｖを選択し、量子化ＤＣＴ係数ｒ _ｉｕｖ が境界値以上であるときデフォルトの量子化テーブルの量子化係数Ｑ_ｕｖを選択している。したがって、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ が大きい場合に量子化誤差が大きくなりやすい現象を極力防止することができ、これにより伸張処理においてより原画像に近い画像を再生することが可能となり、再生画像の画質を向上させることができる。
【００６６】
上述した第２の実施形態では、伸張処理において、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の大きさに応じて、最適量子化テーブルの量子化係数Ｑ’_ｕｖと、デフォルトの量子 化テーブルの量子化係数Ｑ_ｕｖとの一方を選択している。このような構成の場合、最適量子化テーブルのマトリクスの各成分を求める（３）式の演算は、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ が境界値以上のときは、デフォルトの量子化テーブルを用いるため考慮する必要がない。すなわち次に述べる第３の実施形態では、圧縮処理において最適量子化テーブルを生成する際、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ が境界値よりも小さい場合のみを考慮し、これにより、さらに改良された最適量子化テーブルを生成することができる。
【００６７】
図１２および図１３は、第３の実施形態である画像圧縮装置による圧縮処理において実行される、最適量子化テーブルを生成するプログラムのフローチャートを示している。
【００６８】
ステップ２０１では、１つの画像を構成するブロックの番号を示すパラメータｉが０に定められるとともに、（３）式の分子と分母の、ステップ２０８における加算前の値Ｅ_１ｕｖ 、Ｅ_２ｕｖ がそれぞれ０に定められる。ステップ２０２では、８×８のマトリクスの縦方向の位置を示すパラメータｖが０に定められ、ステップ２０３では、８×８のマトリクスの横方向の位置を示すパラメータｕが０に定められる。
【００６９】
ステップ２０４では、
ｒ_ｉｕｖ ＝ｒｏｕｎｄ （Ｓ_ｉｕｖ ／Ｑ_ｕｖ）
に従って、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ が求められる。なお、ｒｏｕｎｄ は四捨五入して整数化することを意味する。
【００７０】
ステップ２０５では、量子化係数Ｑ_ｕｖの値が偶数であるか否かが判定される。量子化係数Ｑ_ｕｖの値が偶数であるとき、ステップ２０６が実行され、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第１の境界値（Ｑ_ｕｖ／２＋１）以上であるか否かが判定される。量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第１の境界値未満であるとき、ステップ２０８が実行され、
Ｅ_１ｕｖ ＝Ｅ_１ｕｖ ＋ｒ_ｉｕｖ ×Ｓ_ｉｕｖ
Ｅ_２ｕｖ ＝Ｅ_２ｕｖ ＋ｒ_ｉｕｖ ×ｒ_ｉｕｖ
に従って（３）式の分子と分母の値が演算される。一方、ステップ２０６において量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第１の境界値以上であると判断されたとき、ステップ２０８はスキップされる。
【００７１】
これに対し、ステップ２０５において量子化係数Ｑ_ｕｖの値が奇数であると判定されたとき、ステップ２０７において、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第２の境界値（（Ｑ_ｕｖ−１）／２＋１）以上であるか否かが判定される。量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第２の境界値未満であればステップ２０８が実行され、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ の絶対値が第２の境界値以上であればステップ２０８はスキップされる。
【００７２】
ステップ２１１では、パラメータｕが１だけインクリメントされる。ステップ２１２ではパラメータｕが８以上であるか否かが判定され、パラメータｕが８に達していないとき、ステップ２０４へ戻り、次のパラメータｕに関してステップ２０４〜２１１が実行される。
【００７３】
ステップ２１２においてパラメータｕが８以上であると判定されると、ステップ２１３においてパラメータｖが１だけインクリメントされる。ステップ２１４ではパラメータｖが８以上であるか否かが判定され、パラメータｖが８に達していないとき、ステップ２０３へ戻り、次のパラメータｖに関してステップ２０３〜２１３が実行される。
【００７４】
ステップ２１４においてパラメータｖが８以上であると判定されたとき、ステップ２１５において、パラメータｉが１だけインクリメントされる。ステップ２１６では、パラメータｉが全ブロック数以上であるか否かが判定され、パラメータｉが全ブロック数に達していないとき、すなわち全ブロックに関して逆量子化が完了していないとき、ステップ２０２へ戻り、次のブロックに関してステップ２０２〜２１５が実行される。
【００７５】
ステップ２１６においてパラメータｉが全ブロック数以上であると判定されたとき、パラメータｕ、ｖの全てについてＥ_１ｕｖ 、Ｅ_２ｕｖ が求められたので、ステップ２１７〜２２３において最適量子化テーブルが生成される。
【００７６】
ステップ２１７ではパラメータｖが０に定められ、ステップ２１８ではパラメータｕが０に定められる。ステップ２１９では、
Ｑ’_ｕｖ＝ｒｏｕｎｄ （Ｅ_ｉｕｖ ／Ｅ_２ｕｖ ）
に従って、量子化係数Ｑ’_ｕｖが求められる。
【００７７】
ステップ２２０では、パラメータｕが１だけインクリメントされる。ステップ２２１ではパラメータｕが８以上であるか否かが判定され、パラメータｕが８に達していないとき、ステップ２１９へ戻り、次のパラメータｕに関して量子化係数Ｑ’_ｕｖが求められる。ステップ２２１においてパラメータｕが８以上であると 判定されると、ステップ２２２においてパラメータｖが１だけインクリメントされる。ステップ２２３ではパラメータｖが８以上であるか否かが判定され、パラメータｖが８に達していないとき、ステップ２１８へ戻り、次のパラメータｖに関して量子化係数Ｑ’_ｕｖが求められる。ステップ２２３においてパラメータｖが ８以上であると判定されると、パラメータｕ、ｖの全てについて量子化係数Ｑ’ _ｕｖが求められて最適量子化テーブルが完成したため、このプログラムは終了する。
【００７８】
以上のように第３の実施形態によれば、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｉｕｖ が境界値よりも小さい場合、すなわち伸張処理において最適量子化テーブルが用いられる場合のみを考慮して最適量子化テーブルを生成しているため、第２の実施形態よりもさらに原画像に近い画像を再生することができる最適量子化テーブルが得られる。
【００７９】
なお、上記実施例は画像信号をＪＰＥＧアルゴリズムに従って圧縮する装置に本発明を適用したものであったが、本発明は他のアルゴリズムに従ってデータを圧縮する装置にも適用できる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、デフォルトの量子化テーブルと最適量子化テーブルを使い分けることにより、原画像により近い画像を再生することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である画像圧縮装置を備えたスチルビデオカメラを示すブロック図である。
【図２】デフォルトの量子化テーブルによる画像圧縮処理の例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態である画像伸張装置を示すブロック図である。
【図４】デフォルトの量子化テーブルによる画像伸張処理の例を示す図である。
【図５】最適量子化テーブルによる画像伸張処理の例を示す図である。
【図６】記録媒体の第１のテーブル記録領域、第２のテーブル記録領域およびパラメータ格納領域の構成を示す図である。
【図７】画像伸張処理の動作を示すフローチャートである。
【図８】量子化テーブルに含まれる量子化係数Ｑ_ｕｖが１２である場合と１１である場合における、量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖとＤＣＴ係数Ｓ_ｕｖの関係を示す図てある。
【図９】量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖと、この量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖを量子化係数Ｑ_ｕｖ＝１１によって逆量子化したことにより得られる逆量子化ＤＣＴ係数Ｓ’_ｕｖとの関係を 示す図である。
【図１０】第２の実施形態の伸張処理において量子化ＤＣＴ係数ｒ_ｕｖを逆量子化するプログラムを示すフローチャートである。
【図１１】図１０のプログラムにより実行される逆量子化の例を示す図である。
【図１２】第３の実施形態である画像圧縮装置による圧縮処理において実行される、最適量子化テーブルを生成するプログラムの前半部分を示すフローチャートである。
【図１３】図１２に示すプログラムの後半部分を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０ 画像圧縮装置
Ｒ３ 第１の量子化テーブル
Ｒ１３ 第２の量子化テーブル
Ｍ 記録媒体

Claims (6)

1. 複数の第１の量子化係数から成る第１の量子化テーブルを用いて、１つの画像に関する画像処理データを量子化することにより量子化画像処理係数を求める量子化手段と、
   複数の第２の量子化係数から成る第２の量子化テーブルを用いて前記量子化画像処理係数を逆量子化することにより得られる逆量子化画像処理係数が、前記１つの画像の全体に関して、前記画像処理データに近づくように、かつ前記逆量子化画像処理係数と前記画像処理データとの誤差の自乗和が最小になるように前記第２の量子化テーブルを生成する量子化テーブル生成手段と、
   前記量子化画像処理係数に対し圧縮処理を施して圧縮画像データを求め、この圧縮画像データを記録媒体に格納する圧縮処理手段と、
   前記第１および第２の量子化テーブルを前記記録媒体に格納する量子化テーブル格納手段と、
   前記圧縮画像データを前記記録媒体から読み出して伸張処理を施し、量子化画像処理係数を復元する伸張処理手段と、
   前記量子化画像処理係数が境界値よりも小さいとき前記第２の量子化係数を選択し、前記量子化画像処理係数が前記境界値よりも大きいとき前記第１の量子化係数を選択し、選択された量子化係数を用いて前記量子化画像処理係数を逆量子化して逆画像処理係数を求める逆量子化手段とを備え、
   前記境界値は、前記第１の量子化係数Ｑ uv が偶数の場合（Ｑ uv/2+1 ）であり、前記第１の量子化係数Ｑ uv が奇数の場合（ ( Ｑ uv-1)/2+1 ）であることを特徴とする画像圧縮伸張装置。
2. 前記画像処理データが、原画像の画素データに対して２次元離散コサイン変換して求められたＤＣＴ係数であることを特徴とする請求項１に記載の画像圧縮伸張装置。
3. 前記第１および第２の量子化テーブルが前記記録媒体に格納されていることを示すモード情報を前記記録媒体に格納する情報格納手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像圧縮伸張装置。
4. １つの画像に対応した入力データを複数のブロックに分割して圧縮、および伸張処理する画像圧縮伸張装置であって、
   前記入力データに２次元離散コサイン変換（２次元ＤＣＴ）を施してＤＣＴ係数を求める変換手段と、
   複数の第１の量子化係数から成る第１の量子化テーブルを用いて前記ＤＣＴ係数を量子化することにより量子化ＤＣＴ係数を求める量子化手段と、
   複数の第２の量子化係数から成る第２の量子化テーブルを用いて前記量子化ＤＣＴ係数を逆量子化することにより得られる逆量子化ＤＣＴ係数が、前記１つの画像に含まれる全ブロックに関して、前記ＤＣＴ係数に近づくように、かつ前記逆量子化ＤＣＴ係数と前記ＤＣＴ係数との誤差の前記全ブロックにおける自乗和が最小になるように前記第２の量子化テーブルを生成する量子化テーブル生成手段と、
   前記量子化ＤＣＴ係数に対し圧縮処理を施して圧縮画像データを求め、この圧縮画像データを記録媒体に格納する圧縮処理手段と、
   前記第１および第２の量子化テーブルを前記記録媒体に格納する量子化テーブル格納手段と、
   前記圧縮画像データを前記記録媒体から読み出して伸張処理を施し、量子化ＤＣＴ係数を復元する伸張処理手段と、
   前記量子化ＤＣＴ係数が境界値よりも小さいとき前記第２の量子化係数を選択し、前記量子化ＤＣＴ係数が前記境界値よりも大きいとき前記第１の量子化係数を選択し、選択された量子化係数を用いて前記量子化ＤＣＴ係数を逆量子化して逆量子化ＤＣＴ係数を求める逆量子化手段とを備え、
   前記境界値は、前記第１の量子化係数Ｑ uv が偶数の場合（Ｑ uv/2+1 ）であり、前記第１ の量子化係数Ｑ uv が奇数の場合（ ( Ｑ uv-1)/2+1 ）であることを特徴とする画像圧縮伸張装置。
5. 前記第１および第２の量子化テーブルが前記記録媒体に格納されていることを示すモード情報を前記記録媒体に格納する情報格納手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の画像圧縮伸張装置。
6. 前記量子化テーブル生成手段が、前記１つの画像を構成する各ブロックに関して、前記量子化ＤＣＴ係数が境界値よりも小さい場合にのみ前記第２の量子化係数を求めることを特徴とする請求項４に記載の画像圧縮伸張装置。

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