JP3617253B2 - Image coding apparatus and method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像符号化装置よび方法に関し、とくに符号化の過程で発生するブロックノイズを復号する前に検出できるようにするものである。
【0002】
【従来の技術】
連続調の画像を高能率に符号化する方式として、直交変換符号化方式が広く利用されている。とりわけ、直交変換に離散コサイン変換(Discrete Cosine Transform,以下DCTと記す)を用いたアルゴリズムは、静止画像符号化の国際標準であるJPEG(Joint Photographic ExpertGroup)にも採用されている。
【0003】
図16は、JPEGベースラインシステムと呼ばれるJPEGの基本アルゴリズムの構成を説明するブロック図である。
【0004】
図において、100は画像が入力される入力端子、200は入力された画像を8×8画素の矩形領域である画素ブロックに分割するブロック分割部、300は画素ブロック単位にDCTを施し、変換係数を出力するDCT変換部、400は変換係数をそれぞれの周波数ごとに設定された量子化ステップ幅を用いて線形量子化して量子化係数を出力する量子化部、500は量子化係数を所定の手順で可変長符号化して符号データを出力する可変長符号化部、600は符号データを出力する出力端子である。
【0005】
図17は、可変長符号化部500の構成を説明するブロック図である。図17において、101は量子化係数が入力される入力端子、501は量子化係数を図10に示す順序に並べ換え(ジグザグスキャン)、DC(直流)成分とAC(交流)成分を個別に出力するスキャン変換部、502はDC成分を1画素ブロックの処理時間の間遅延するブロック遅延部、503はDC成分より1つ前のブロックのDC成分を減算してDC成分の差分を出力する減算器、504は入力されるDC成分の差分を図6に示すような絶対値によるグループ分けをしてグループ番号SSSSと差分がグループ内のどの数値かを示す付加ビットを出力するグループ化部、505は図8(a)に示すような1次元のハフマン符号表を用いてDC成分のグループ番号SSSSを可変長符号してDCハフマン符号を出力する1次元ハフマン符号化部である。
【0006】
一方、507は入力されるAC成分が零であるか非零であるかを判定してAC成分の出力先を切り替える零判定部、508は零係数の連続する長さを係数してランレングスNNNNを出力するランレングスカウンタ、509は、DC成分の場合と同様に非零の交流係数の大きさを図7の表にしたがってグループ判定し、グループ番号SSSSと交流係数がグループ内のどの数値かを示す付加ビットを出力するグループ化部、510はランレングスNNNNとグループ番号SSSSの組合せを図8(b)の2次元ハフマン符号表を用いて符号化し、ACハフマン符号を出力する2次元ハフマン符号化部、506は、DCハフマン符号と、ACハフマン符号とDC成分とAC成分のそれぞれの付加ビットを多重化して符号データを出力する多重化部、600は符号データが出力される出力端子である。
【0007】
以下、図16にしたがってJPEGベースラインシステムの動作を説明する。図16において、入力端子100から入力された画像は、ブロック分割部200によって8×8画素の矩形領域である画素ブロックに分割される。図5(a)に画素ブロックの1例を示す。画素ブロックは、DCT変換部300においてDCTが施され、8×8のマトリクスとして変換係数が得られる。変換係数は、画素ブロック内に含まれる2次元周波数成分の電力に相当する情報である。
【0008】
図4は、変換係数の各要素と周波数との対応を示す図である。マトリクス内の最も左上にある要素がDC成分と呼ばれ、画素ブロック内の平均値に相当する。他の要素はAC成分と呼ばれ、右のものほど水平方向の、また、下のものほど垂直方向の高い周波数に対応している。図5(b)は、図5(a)の画素ブロックにDCTを施して得られる変換行列である。
【0009】
続いて量子化部400では、変換係数が各要素ごとに定められた量子化特性で線形に量子化される。
【0010】
図13は、線形量子化を説明する図であり、入力を量子化幅Qで量子化し、間隔Qで配置された離散的な出力が得られることを示している。JPEGでの量子化特性は、例えば図5(c)に示すマトリクスとして与えられ、これらの値で対応する位置の変換係数を除算して丸めることで量子化する。図5(d)は、図5(b)の変換係数を図5(c)の量子化マトリクスで量子化して得られた量子化後の係数である。
【0011】
可変長符号化部500では、図5(d)の量子化係数が可変長符号化され、出力端子600に符号データが出力される。
【0012】
以下、図17にしたがって可変長符号化部500の動作について説明する。
【0013】
スキャン変換部501は、入力される量子化係数の交流係数を、図10に示す順序で1次元化して出力する。DC成分は、何も処理されずにそのまま出力される。
【0014】
ブロック遅延部502は、1画素ブロックが符号化される期間、DC成分を記憶する。
【0015】
減算器503では、現在の画素ブロックのDC成分と、ブロック遅延部502に記憶された1つ前のDC成分との差分が計算される。
【0016】
グループ化部504では、図6のようにDC成分の差分を絶対値の大きさでグループ分けし、グループ番号と差分がグループ内のどの数値かを示す付加ビットを出力する。
【0017】
1次元ハフマン符号化部505は、図8(a)の1次元ハフマン符号表によってグループ番号に対応するDCハフマン符号を出力する。DCハフマン符号は付加ビットとともに多重化部506に入力される。
【0018】
一方、スキャン変換部501から出力されたAC成分は、零判定部507において零であるか非零であるかによって出力先が切り替えられる。
【0019】
零と判定されたAC成分は、ランレングスカウンタ508において、非零のAC成分が現れるまで零のAC成分の連続する長さが計数され、ランレングスが出力される。
【0020】
グループ化部509では、DC成分と同様に図7のように非零のAC成分のグループが決定され、グループ番号とAC成分がグループ内のどの数値かを示す付加ビットが出力される。
【0021】
2次元ハフマン符号化部510は、図9に示されるように、ランレングスとグループ番号の組合せで構成される2次元のハフマン符号表で符号化される。表の各要素には、図8(b)のようなACハフマン符号が割当てられている。ランレングスとグループ番号の組合せに対応するACハフマン符号が出力され、グループ化部509の出力する付加ビットとともに多重化部506に出力される。
【0022】
図11(a)は、図4(d)の量子化係数のDC成分ハフマン符号と付加ビットを表している。同様に図11(b)は、AC成分ハフマン符号と付加ビットを表し、図11(c)は、多重化部506より得られる符号データを表している。
【0023】
以上の手順で、JPEGベースラインシステムによる画像の符号化が完了する。
【0024】
一般に、変換符号化方式では、復号された画像が元の画像と同じにならない非可逆符号化である。これは、量子化の過程で情報が失われるためであり、圧縮率を高くしていくとブロックノイズなどのノイズが発生することが知られている。
【0025】
図12は、ブロックノイズを説明する図である。ブロックノイズの発生は以下のように説明することができる。変換符号化方式では、画素ブロックごとに符号化されるので、粗い量子化ですべてのAC成分が零に量子化されると、平均値だけのブロックが復号されることになる。これが周囲の画素ブロックの平均値と段差をもって接続されるためにブロック境界が目立つようになるためである。
【0026】
ブロックノイズは、画素の振幅変化の激しい領域ではそれほど目立たないが、階調変化の緩やかな領域では、矩形の階段上の階調変化となるため、大きな画質劣化の原因となることが知られている。
【0027】
こうしたブロックノイズの改善手法についてはこれまでに様々な検討がなされている。
【0028】
符号化側の改善手法としては、例えば、特開平4−220083号公報の手法は、DC成分のみのブロックをブロックノイズとして検出する手段を備え、検出した場合は1ビットのフラグを付加し、復号の際にこのブロックに平滑化処理を施すものである。
【0029】
また、特開平5−328329号公報では、符号化の際に、画素ブロックの平坦度とAC成分に対応して量子化特性を切り替える。
【0030】
特開平7−50758号公報では、単一色の原稿を読み込む場合に読取誤差による濃度変動で発生するブロック歪を検出し、周辺ブロックとの段差を平滑化する。さらにAC係数の絶対値が全て所定値以下の場合、AC係数を全て零にして符号化するものである。
【0031】
復号側の改善手法としては、特開平5−63997号公報では、復号の際にブロックごとの変換係数の分布によってノイズ除去フィルタの特性を決定するものである。DC成分のみのブロックが連続する場合、ブロックのDC成分の差が量子化ステップ以下の時だけノイズを除去するというものである。
【0032】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術における、ブロックノイズの検出フラグや可変量子化を用いた手法は、これらの機能を備えた特定の端末間でのみ実現可能であり、JPEGベースラインアルゴリズムを使用した画像伝送、例えば、カラーファクシミリなどの不特定多数の受信端末を想定するアプリケーションには適用できないという問題があった。
【0033】
また、従来の技術における、送信時の画像の補正処理や復号後の適応フィルタを用いた手法では、復号画像の画質改善を目的としたものであり、必ずしも原画像に忠実な画像が再現されるとは限らなかった。
【0034】
このため、原稿や用途によっては、送信側で符号化された画像を一旦復号して操作者が画質を確認し、ブロックノイズが発生している場合はより高画質なパラメータで再符号化して伝送することが最も確実な方法として考えられるが、人手を要することが問題となる。
【0035】
これらの問題は、そもそも符号化アルゴリズムにブロックノイズの発生を検出する機能を持たないことに起因すると考えられる。
【0036】
このため、本発明では、ブロック歪みの発生しない符号化を実現するために、ブロックノイズを検出機能を有する画像の符号化装置及び方法を提供することを目的としている。
【0037】
また、従来技術では、ブロックノイズの検出には、
(1)画素ブロック内の変換係数が量子化されてDC成分のみとなり、平均値のみが復号される画素ブロックを検出すること。
(2)画素ブロックの平均値が、周辺の画素ブロックの平均値と段差をもって隣接していること。
の二つの条件のいずれか、または両方を利用したものが多いが、これらを検出するための新たな回路を必要としたり、演算量が増加するという問題があった。
【0038】
本発明においては、JPEGベースラインシステムに代表される変換符号化の過程で得られる情報を用いてブロックノイズを検出することを第2の目的としている。
【0039】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の画像の符号化装置は、画像を分割してN×M(N,Mは正整数)画素の矩形領域である画素ブロックを得る分割手段と、前記画素ブロックに直交変換を施して変換係数を得る変換手段と、前記変換係数を所定の量子化特性で量子化して量子化係数を得る量子化手段と、前記量子化係数のDC(直流)成分を直前の画素ブロックのDC成分との間の差分により可変長符号化し、前記量子化係数のAC(交流)成分を、零となるAC係数の連続する長さと、これに続く非零のAC係数の大きさの組合せにより可変長符号化する2次元可変長符号化手段とを備えており、特に、前記差分の値が+1または−1であることを検出して第1の検出信号を出力する第1の検出手段と、前記AC係数の連続する長さの値がN×M−1であることを検出して第2の検出信号を出力する第2の検出手段と、前記第1の検出信号と前記第2の検出信号の論理積をブロックごとの検出結果として出力する判定手段とを備え、前記ブロックごとの検出結果に基づいて、粗い量子化特性が設定されている場合には細かな量子化特性となるように、また細かな量子化特性が設定されている場合には粗い量子化特性となるように、前記量子化特性を変更した再符号化を実行することを特徴とする。
【0040】
この構成においては、従前の符号化の過程で生成される情報に基づいてブロックノイズを検出することができる。
【0041】
また、本発明の請求項2に記載の画像の符号化装置は、請求項1に記載の画像の符号化装置において、直前の画素ブロックでの前記第2の検出信号を記憶する記憶手段を備え、前記第1の検出信号と前記第2の検出信号と前記記憶手段に記憶された内容の論理積をブロックごとの検出結果として出力する判定手段と、を備え、前記ブロックごとの検出結果に基づいて、前記量子化特性を変更した再符号化の実行を決定することを特徴とする。
【0044】
また、本発明の請求項3に記載の画像の符号化装置は、請求項1または2に記載の画像の符号化装置において、前記判定手段がAND素子であることを特徴とする。
【0045】
また、本発明の請求項4に記載の画像の符号化装置は、請求項1または2に記載の画像の符号化装置において、前記直交変換が離散コサイン変換であることを特徴とする。
【0046】
また、本発明の請求項5に記載の画像の符号化装置は、請求項1または2に記載の画像の符号化装置において、前記画素ブロックが8×8画素で構成されることを特徴とする。
【0047】
また、本発明の請求項6に記載の画像の符号化装置は、請求項1または2に記載の画像の符号化装置において、前記第2の検出手段が前記AC係数の連続する長さの値がN×M−1であることを検出する代わりに、前記2次元可変長符号化手段が1の画素ブロックについてEOB(End Of Block)符号のみ出力することを検出して第2の検出信号を出力することを特徴とする。
【0048】
また、本発明の請求項7に記載の画像の符号化装置は、請求項1または2に記載の画像の符号化装置において、前記ブロックごとの検出結果を計数する計数手段を備え、前記画像の符号化動作が完了した時に、前記計数手段の計数結果の、前記画像の全画素数、もしくは、前記画像に含まれるすべての画素ブロックの数に対する比率を求め、前記計数結果が所定の比率以上となる場合に前記量子化特性を変更した再符号化を実行することを特徴とする。
【0049】
また、本発明の請求項8に記載の画像の符号化装置は、請求項1または2に記載の画像の符号化装置において、前記量子化手段におけるDC成分の量子化閾値が所定の値よりも小さい場合には、前記量子化特性を変更した再符号化を実行しないことを特徴とする。
【0050】
また、本発明の請求項9に記載の画像の符号化装置は、請求項8に記載の画像の符号化装置において、前記所定の値が、復号された画像を出力する出力手段の階調再現特性に応じて決定されることを特徴とする。
【0051】
また、本発明の請求項10に記載の画像符号化方法は、画像を分割してN×M(N,Mは正整数)画素の矩形領域である画素ブロックを得、前記画素ブロックに直交変換を施して変換係数を求め、前記変換係数を所定の量子化特性で量子化して量子化係数を得、前記量子化係数のDC(直流)成分を直前の画素ブロックのDC成分との間の差分により可変長符号化し、前記量子化係数のAC(交流)成分を、零となるAC係数の連続する長さと、これに続く非零のAC係数の大きさの組合せにより可変長符号化するものであり、とくに、前記差分の値が+1または−1であることを検出して第1のフラグをセットし、前記AC係数の連続する長さの値がN×M−1であることを検出して第2のフラグをセットし、前記第1のフラグと前記第2のフラグとの論理積からブロックごとの検出結果を求め、前記ブロックごとの検出結果に基づいて、粗い量子化特性が設定されている場合には細かな量子化特性となるように、また細かな量子化特性が設定されている場合には粗い量子化特性となるように、前記量子化特性を変更した再符号化を実行することを特徴とする。
【0052】
この構成においても、従前の符号化の過程で生成される情報に基づいてブロックノイズを検出することができる。
【0053】
また、請求項11に記載の画像符号化方法は、請求項10に記載の画像符号化方法において、直前の画素ブロックでの前記第2のフラグの値を第3のフラグにセットし、前記第1のフラグと前記第2のフラグと前記3のフラグとの論理積からブロックごとの検出結果を求め、前記ブロックごとの検出結果に基づいて、前記量子化特性を変更した再符号化を実行することを特徴とする。
【0054】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【0055】
本発明のブロックノイズの検出機能を有する画像の符号化装置及び方法では、符号化の過程で得られる情報に基づいてブロックノイズを検出するものであり、より詳細には、この符号化過程の情報により、(1)平均値だけの画素ブロックの検出、(2)周辺ブロックとの段差の検出を行うものである。
【0056】
以下、それぞれの検出方法について説明する。
【0057】
平均値だけの画素ブロックは、全てのAC成分が零であるかどうかで判定する。図17に示される従来技術の可変長符号化部500においては、ランレングスカウンタ508で零のAC成分のランレングスを計数しているので、ランレングスカウンタ508から出力されるランレングスが63であれば全てのAC成分が零であることがわかる。
【0058】
一方、周辺画素ブロックとの段差は、DC成分の差分のグループ番号から判定することができる。
【0059】
ブロックノイズが問題となる緩やかな階調変化を持つ画像領域では、連続する画素ブロックにDCTを施し、量子化して得られるDC成分は、同一のレベルか隣合うレベルに量子化される。隣合うレベルに量子化された場合には、レベル間の差、すなわち量子化のステップ幅が量子化誤差となり、復号された画素ブロックの境界に段差が発生する。
【0060】
もともとの画素ブロックの境界にエッジが重なっていた場合には、エッジをはさむ画素ブロックのDC成分は、必ずしも隣り合うレベルに量子化されるとは限らない。
【0061】
このため、連続する画素ブロック間のDC成分の差が+1または−1の場合をブロックノイズ発生の条件とみなすことができる。これは、図6によれば、グループ番号が1となることを検出することにほかならない。
【0062】
図17に示される従来技術の可変長符号化部500においては、グループ化部504から出力されるグループ番号が1である場合、現在の画素ブロックを復号した時に、左隣の画素ブロックとの境界に段差が発生する可能性があるとみなすことができる。
【0063】
以上述べてきたように、本発明ではこれらの2つのブロックノイズ検出方法を併用することで原稿中の緩やかな階調変化を持つ画像領域に発生するブロックノイズを検出するものである。
【0064】
以下、本発明の実施例について説明する。
[第1の実施例]
図1は、本発明の第1の実施例を全体として示すものであり、この図において、図16に対応する個所には対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図1においては、可変長符号化部500によりブロックノイズの検出を行い、この検出結果を量子化部400にフィードバックし量子化特性を適合化するようにしている。
【0065】
つぎに、可変長符号化部500によるブロックノイズの検出について説明する。図2はこの実施例の可変長符号化部500を示すものであり、この図において図11と対応する個所には対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【0066】
図において、511はグループ化部504の出力するグループ番号SSSSから特定のグループ番号を検出して検出信号を出力するグループ番号検出部、512はランレングスカウンタ508の出力するランレングスNNNNから特定のランレングスを検出して検出信号を出力するランレングス検出部、513はグループ番号検出部511とランレングス検出部512の出力するそれぞれの検出信号の論理積をブロックノイズ検出信号として出力するAND、601はブロックノイズ検出信号が出力される出力端子である。
【0067】
グループ番号検出部511は、直前のブロックとのDC成分の差分が+1または−1となる場合、すなわちグループ化部504の出力するグループ番号が1となる場合を検出し、1ビットの検出信号をAND513に出力する。
【0068】
また、ランレングス検出部512は、ランレングスカウンタ508の出力するランレングスが63の場合を検出し、検出を示す1ビットの検出信号をAND513に出力する。
【0069】
AND513は、グループ番号検出部511とランレングス検出部512の検出信号の論理積をブロックノイズ検出情報として出力端子601に出力する。
【0070】
本発明の第1の実施例においてブロックノイズが出力端子601より検出された場合は、量子化部400の量子化特性を変更して再符号化する。量子化特性の変更については、あらかじめ粗い量子化特性が設定されている場合は細かな量子化特性となるように、または、あらかじめ細かな量子化特性が設定されている場合は粗い量子化特性になるよう変更していく。
【0071】
再符号化の実行の決定は、ただ1度のブロックノイズの検出によって行ってもよいし、ブロックノイズ検出信号を図示されない計数手段によって計数し、計数結果を画像の総画素数、または総画素ブロック数と比較し、ブロックノイズが予め定められた比率以上発生していることでを決定してもよい。
【0072】
以上の構成、および動作により、本発明の第1の実施例の画像の符号化装置によって画像の符号化中に発生するブロックノイズを検出することができる。
【0073】
[第2の実施例]
つぎに本発明の第2の実施例について説明する。先に説明した第1の実施例では、直前の画素ブロックが平均値のみのブロックであるかどうかについては考慮されていなかった。このため、ブロックノイズの比較的目立たないエッジ領域と緩やかな階調の境界、例えばエッジの含まれる画素ブロックに平坦な画素ブロックが続くような場合についてもブロックノイズが検出されていた。
【0074】
一方、検出範囲を緩やかな階調領域に制限する場合には、直前の画素ブロックも平均値のみの画素ブロックである条件を追加すればよい。
【0075】
つまり、平均値のみとなる画素ブロックが連続し、その境界にDC成分の量子化幅に相当する段差が発生する場合のみをブロックノイズとして検出する。
【0076】
以下、図3にもとづいて、本発明の第2の実施例の構成について説明する。なお、図11に示す従来技術、または、図2に示される本発明の第1の実施例と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
【0077】
図において、514は1つ前の画素ブロックについて特定のランレングスが検出されたことを示す検出情報を記憶する記憶部であり、515はグループ番号検出部511とランレングス検出部512の出力する検出信号と、記憶部514に記憶された検出情報の論理積をブロックノイズ検出信号として出力するANDである。
【0078】
ランレングス検出部512の出力する検出信号は、AND515に出力されるとともに、記憶部514で1画素ブロックの符号化に要する期間遅延される。この検出情報は、次のブロックにおけるグループ番号検出部511とランレングス検出部512の出力する検出信号とともにAND515に入力され、これらの論理積がブロックノイズ検出信号として出力される。
【0079】
以上の構成、および動作により、本発明の第2の実施例の画像の符号化装置によって画像の符号化中に発生するブロックノイズを検出することができる。
【0080】
なお、JPEGの仕様では、ランレングスが63の場合は、2次元ハフマン符号化部510は、EOB(End of Block:ブロック終端)符号を出力ことになっている。このため、上記実施例において、2次元ハフマン符号化部510が1つの画素ブロックにつきEOB符号だけを出力する場合を検出して、全てのAC成分が零となると判断するよう構成してもよい。
【0081】
また、上記実施例では、JPEGと同様に8×8画素の画素ブロックを前提としているので全AC係数が零の場合のランレングスとして63を検出しているが、この値に限定するものではない。例えば、N×M(N,Mは正整数)の画素ブロックを使用する場合は、変換係数の数(N×M)からDC成分を除いた(N×M−1)のランレングスを検出すればよい。
【0082】
また、画像の最も左端に位置する画素ブロックについては、直前のブロックは1つ上のブロックラインの最も右に位置するブロックであるので、ブロックノイズの検出処理から除外するものとする。
【0083】
また、DC成分の量子化幅が比較的小さく、ブロックノイズが発生しても視覚上の問題とならない場合もあるので、DC成分の量子化幅が所定の値よりも小さい場合は、ブロックノイズ検出機能を停止する、あるいはブロックノイズ検出信号を無効化するようにしてもよい。また、この所定の値とは、ディスプレイやプリンタ等の復号画像が出力される出力機器の再現特性に応じて決定される。
【0084】
次に本発明の第1の符号化方法について説明する。図14は、符号化方法の手順について示すフローチャートである。
[S1] 入力画像から8×8画素ブロックを切り出す。
[S2] 画素ブロックにDCTを施して変換係数を求める。
[S3] 変換係数を量子化して量子化係数を求める。
[S4] 量子化係数をジグザグスキャン順に1次元化する。
[S5] 量子化係数がDC成分の場合はステップS6、AC成分の場合はステップS11に分岐する。
[S6] 1つ前のブロックのDC成分との差分を計算する。
[S7] 差分を図6にしたがってグループ化してグループ番号と付加ビットを求める。
[S8] グループ番号が1の場合はステップS9に分岐する。
[S9] グループ番号1の検出を示すフラグ1をセットする。
[S10] グループ番号をハフマン符号化してDCハフマン符号を求める。
[S11] AC成分が零であるかを判定し、零の場合はステップS12、非零の場合はステップS14に分岐する。
[S12] 零のAC成分のランレングスをカウントする。
[S13] ランレングスが63の場合はステップS15に分岐する。
[S14] AC成分を図7にしたがってグループ化してグループ番号と付加ビットを求める。
[S15] ランレングス63の検出を示すフラグ2をセットする。
[S16] ランレングスとグループ番号の組合せを2次元ハフマン符号を求める。
[S17] DCハフマン符号,ACハフマン符号,双方の付加ビットを多重化して符号データを出力する。
[S18] フラグ1とフラグ2がセットされている場合はステップS19に分岐する。
[S19] ブロックノイズ検出フラグをセットする。
【0085】
次に本発明の第2の符号化方法について説明する。図15は、符号化方法の手順について示すフローチャートである。ステップS1からS17までは第1の符号化方法の手順と同じであるので同一番号を付して説明を省略する。以下、ステップS18以降を説明する。
[S18] フラグ1とフラグ2とフラグ3がセットされている場合はステップS19に分岐する。
[S19] ブロックノイズ検出フラグをセットする。
[S20] フラグ2がセットされている場合はステップS21に分岐する。
[S21] フラグ3をセットする。
【0086】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明では、ブロックノイズを検出は、DC成分の差分や、零となるAC成分のランレングスといった従来技術の符号化動作の過程で求められる情報に基づくため、従来の画像の符号化装置に対して、グループ番号検出部510、ラン検出部511、およびAND513の追加することで実現できる。このため、回路規模の制限されるLSIや、ノイズ検出処理の追加で性能が低下しやすいソフトウエアなどへの実装に適している。
【0087】
また、JPEGでは、符号量が原稿の内容によって変動するために、符号量を一定値に制御するための手法が種々考案されている。例えば、量子化マトリクスに一定値a(a>0の実数)を乗じて量子化特性を変更し、発生する符号量とaの関係から目標符号量となるaをニュートン・ラプソン法などの収束演算により決定する手法がある。この場合、画質は考慮されていないために、目標符号量にはなるもののブロックノイズを多く含む画像が復号されることがある。このような場合に本発明を適用することにより、ブロックノイズを回避しながら符号量を制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の全体的な構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施例の要部構成図である。
【図3】本発明の第2の実施例の構成図である。
【図4】変換係数を説明する図である。
【図5】符号化の例を説明する図である。
【図6】DC成分のグループ化を説明する図である。
【図7】AC成分のグループ化を説明する図である。
【図8】ハフマン符号表を説明する図である。
【図9】AC成分の2次元ハフマン符号表を説明する図である。
【図10】ジグザグスキャンによる1次元化を説明するである。
【図11】可変長符号化の例を説明する図である。
【図12】ブロックノイズの説明図である。
【図13】線形量子化の説明図である。
【図14】本発明の第1の符号化方法の手順について説明するフローチャート
【図15】本発明の第2の符号化方法の手順について説明するフローチャート
【図16】従来技術の概略の構成図である。
【図17】従来技術における可変長符号化回路の構成図である。
【符号の説明】
100,101 入力端子
200 ブロック分割部
300 DCT変換部
400 量子化部
500 可変長符号化部
600 出力端子
601 ブロックノイズ検出信号出力端子
501 スキャン変換部
502 ブロック遅延部
503 減算器
504 グループ化部
505 1次元ハフマン符号化部
506 多重化部
507 零判定部
508 ランレングスカウンタ
509 グループ化部
510 2次元ハフマン符号化部
511 グループ番号検出部
512 ラン検出部
513 AND
514 記憶部
515 AND[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image encoding apparatus and method, and more particularly, to enable detection of block noise generated in an encoding process before decoding.
[0002]
[Prior art]
As a method for encoding continuous tone images with high efficiency, an orthogonal transform coding method is widely used. In particular, an algorithm using a discrete cosine transform (hereinafter referred to as DCT) for orthogonal transform is also adopted in JPEG (Joint Photographic Expert Group), which is an international standard for still image coding.
[0003]
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of a basic algorithm of JPEG called a JPEG baseline system.
[0004]
In the figure, 100 is an input terminal to which an image is input, 200 is a block dividing unit that divides the input image into pixel blocks that are rectangular areas of 8 × 8 pixels, 300 is subjected to DCT for each pixel block, and conversion coefficients
[0005]
FIG. 17 is a block diagram illustrating the configuration of the variable
[0006]
On the other hand, 507 is a zero determination unit that determines whether the input AC component is zero or non-zero and switches the output destination of the AC component. 508 is a run length NNNN that is obtained by multiplying the continuous length of zero coefficients. The
[0007]
The operation of the JPEG baseline system will be described below with reference to FIG. In FIG. 16, an image input from the
[0008]
FIG. 4 is a diagram showing the correspondence between each element of the transform coefficient and the frequency. The element at the upper left in the matrix is called a DC component and corresponds to the average value in the pixel block. The other element is called an AC component, and the right component corresponds to a higher frequency in the horizontal direction and the lower component corresponds to a higher frequency in the vertical direction. FIG. 5B is a transformation matrix obtained by applying DCT to the pixel block of FIG.
[0009]
Subsequently, in the
[0010]
FIG. 13 is a diagram for explaining linear quantization, and shows that the input is quantized with the quantization width Q, and discrete outputs arranged at the interval Q are obtained. The quantization characteristics in JPEG are given, for example, as a matrix shown in FIG. 5C, and quantization is performed by dividing and rounding the conversion coefficient at the corresponding position by these values. FIG. 5D is a quantized coefficient obtained by quantizing the transform coefficient of FIG. 5B with the quantization matrix of FIG.
[0011]
In the variable
[0012]
Hereinafter, the operation of the variable
[0013]
The
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
As shown in FIG. 6, the
[0017]
The one-dimensional Huffman
[0018]
On the other hand, the output destination of the AC component output from the
[0019]
For the AC component determined to be zero, the
[0020]
The
[0021]
As shown in FIG. 9, the two-dimensional
[0022]
FIG. 11A shows a DC component Huffman code and additional bits of the quantization coefficient of FIG. Similarly, FIG. 11B shows an AC component Huffman code and additional bits, and FIG. 11C shows code data obtained from the
[0023]
With the above procedure, image encoding by the JPEG baseline system is completed.
[0024]
In general, transform coding is lossy coding in which a decoded image does not become the same as the original image. This is because information is lost in the process of quantization, and it is known that noise such as block noise occurs when the compression rate is increased.
[0025]
FIG. 12 is a diagram for explaining block noise. Generation of block noise can be explained as follows. In the transform coding method, since coding is performed for each pixel block, if all AC components are quantized to zero by rough quantization, a block having only an average value is decoded. This is because block boundaries become conspicuous because they are connected with an average value of the surrounding pixel blocks and a step.
[0026]
Block noise is not so noticeable in areas where the pixel amplitude changes drastically, but in areas where the gradation changes slowly, the gradation changes on a rectangular staircase, which is known to cause significant image quality degradation. Yes.
[0027]
Various studies have so far been made on such block noise improvement techniques.
[0028]
As an improvement method on the encoding side, for example, the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-220083 includes means for detecting a block having only a DC component as block noise, and if detected, a 1-bit flag is added and decoded. In this case, the block is subjected to a smoothing process.
[0029]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-328329 switches the quantization characteristic in accordance with the flatness of the pixel block and the AC component at the time of encoding.
[0030]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-50758, when a single color document is read, block distortion caused by density fluctuation due to reading error is detected, and a step with a peripheral block is smoothed. Furthermore, when the absolute values of the AC coefficients are all equal to or less than a predetermined value, encoding is performed with all AC coefficients set to zero.
[0031]
As an improvement method on the decoding side, Japanese Patent Laid-Open No. 5-63997 determines the characteristics of the noise removal filter based on the distribution of transform coefficients for each block at the time of decoding. When blocks having only DC components are continuous, noise is removed only when the difference between the DC components of the blocks is equal to or smaller than the quantization step.
[0032]
[Problems to be solved by the invention]
The technique using the block noise detection flag and variable quantization in the prior art can be realized only between specific terminals having these functions, and image transmission using the JPEG baseline algorithm, for example, color There is a problem that it cannot be applied to an application that assumes an unspecified number of receiving terminals such as a facsimile.
[0033]
Further, the conventional technique using the image correction processing at the time of transmission and the adaptive filter after decoding is intended to improve the image quality of the decoded image, and an image faithful to the original image is not necessarily reproduced. Not always.
[0034]
For this reason, depending on the document and application, the image encoded on the transmission side is once decoded and the operator confirms the image quality. If block noise occurs, the image is re-encoded and transmitted with higher image quality parameters. Although it is considered as the most reliable method, human labor is a problem.
[0035]
These problems can be attributed to the fact that the encoding algorithm does not have a function of detecting the occurrence of block noise.
[0036]
Therefore, an object of the present invention is to provide an image encoding apparatus and method having a block noise detection function in order to realize encoding that does not cause block distortion.
[0037]
In addition, in the prior art, for block noise detection,
(1) Detecting a pixel block in which the transform coefficient in the pixel block is quantized to have only a DC component and only the average value is decoded.
(2) The average value of the pixel block is adjacent to the average value of the surrounding pixel blocks with a step.
In many cases, one or both of the above two conditions are used, but there is a problem that a new circuit is required to detect them or the amount of calculation increases.
[0038]
A second object of the present invention is to detect block noise using information obtained in the process of transform coding represented by the JPEG baseline system.
[0039]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an image encoding apparatus according to
[0040]
In this configuration, block noise can be detected based on information generated in a conventional encoding process.
[0041]
An image encoding apparatus according to
[0044]
Further, the claims of the
[0045]
Further, the claims of the
[0046]
Further, the claims of the
[0047]
Further, the claims of the
[0048]
Further, the claims of the
[0049]
Further, the claims of the
[0050]
Further, the claims of the present invention 9 An image encoding device according to
[0051]
Further, the claims of the
[0052]
Even in this configuration, it is possible to detect block noise based on information generated in a conventional encoding process.
[0053]
[0054]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0055]
In the image coding apparatus and method having the block noise detection function of the present invention, block noise is detected based on information obtained in the coding process, and more specifically, information on this coding process. Thus, (1) detection of a pixel block having only an average value and (2) detection of a step with respect to surrounding blocks are performed.
[0056]
Hereinafter, each detection method will be described.
[0057]
A pixel block having only an average value is determined based on whether or not all AC components are zero. In the conventional variable
[0058]
On the other hand, the level difference with the surrounding pixel block can be determined from the group number of the difference of the DC component.
[0059]
In an image region having a gradual gradation change in which block noise is a problem, DC components obtained by applying DCT to a continuous pixel block and quantizing are quantized to the same level or adjacent levels. When quantization is performed on adjacent levels, a difference between levels, that is, a quantization step width becomes a quantization error, and a step is generated at the boundary between decoded pixel blocks.
[0060]
In the case where an edge overlaps the boundary of the original pixel block, the DC component of the pixel block sandwiching the edge is not necessarily quantized to adjacent levels.
[0061]
For this reason, a case where the difference in DC component between consecutive pixel blocks is +1 or −1 can be regarded as a condition for generating block noise. According to FIG. 6, this is nothing but detecting that the group number is 1.
[0062]
In the conventional variable
[0063]
As described above, according to the present invention, block noise generated in an image area having a gradual gradation change in a document is detected by using these two block noise detection methods in combination.
[0064]
Examples of the present invention will be described below.
[First embodiment]
FIG. 1 shows the first embodiment of the present invention as a whole. In this figure, portions corresponding to those in FIG. In FIG. 1, block noise is detected by a variable
[0065]
Next, detection of block noise by the variable
[0066]
In the figure,
[0067]
The group
[0068]
The run
[0069]
The AND 513 outputs the logical product of the detection signals of the group
[0070]
In the first embodiment of the present invention, when block noise is detected from the
[0071]
The decision to execute the re-encoding may be performed by detecting the block noise only once, or the block noise detection signal is counted by a counting unit (not shown), and the counting result is the total number of pixels of the image or the total pixel block. In comparison with the number, it may be determined that the block noise is generated in a predetermined ratio or more.
[0072]
With the above configuration and operation, block noise generated during image coding can be detected by the image coding apparatus according to the first embodiment of the present invention.
[0073]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, it has not been considered whether the immediately preceding pixel block is a block having only an average value. For this reason, block noise is detected even in the case where a flat pixel block continues to a boundary between an edge region where block noise is relatively inconspicuous and a gentle gradation, for example, a pixel block including an edge.
[0074]
On the other hand, when the detection range is limited to a gradual gradation region, a condition may be added in which the immediately preceding pixel block is a pixel block having only an average value.
[0075]
That is, only when the pixel blocks having only the average value are continuous and a step corresponding to the quantization width of the DC component occurs at the boundary, the block noise is detected.
[0076]
The configuration of the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In addition, about the same structure as the prior art shown in FIG. 11, or the 1st Example of this invention shown in FIG. 2, the same number is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
[0077]
In the figure,
[0078]
The detection signal output from the run
[0079]
With the configuration and operation described above, block noise generated during image encoding can be detected by the image encoding apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0080]
In the JPEG specification, when the run length is 63, the two-dimensional
[0081]
In the above embodiment, since a pixel block of 8 × 8 pixels is assumed as in the case of JPEG, 63 is detected as a run length when all AC coefficients are zero. However, the present invention is not limited to this value. . For example, when N × M (N and M are positive integers) pixel blocks are used, a run length of (N × M−1) obtained by removing the DC component from the number of transform coefficients (N × M) is detected. That's fine.
[0082]
In addition, the pixel block located at the leftmost end of the image is excluded from the block noise detection process because the immediately preceding block is the block located at the rightmost position in the block line one level above.
[0083]
In addition, since the quantization width of the DC component is relatively small and even if block noise occurs, it may not cause a visual problem. Therefore, if the quantization width of the DC component is smaller than a predetermined value, block noise detection is performed. The function may be stopped or the block noise detection signal may be invalidated. The predetermined value is determined according to reproduction characteristics of an output device such as a display or a printer that outputs a decoded image.
[0084]
Next, the first encoding method of the present invention will be described. FIG. 14 is a flowchart showing the procedure of the encoding method.
[S1] An 8 × 8 pixel block is cut out from the input image.
[S2] DCT is applied to the pixel block to obtain a conversion coefficient.
[S3] The transform coefficient is quantized to obtain a quantized coefficient.
[S4] One-dimensionalize the quantized coefficients in zigzag scan order.
[S5] If the quantization coefficient is a DC component, the process branches to step S6, and if it is an AC component, the process branches to step S11.
[S6] The difference from the DC component of the previous block is calculated.
[S7] The differences are grouped according to FIG. 6 to obtain a group number and additional bits.
[S8] If the group number is 1, the process branches to step S9.
[S9] A
[S10] The group number is Huffman coded to obtain a DC Huffman code.
[S11] It is determined whether the AC component is zero. If it is zero, the process branches to step S12.
[S12] The run length of zero AC component is counted.
[S13] If the run length is 63, the process branches to step S15.
[S14] AC components are grouped according to FIG. 7 to obtain a group number and additional bits.
[S15] The
[S16] A two-dimensional Huffman code is obtained for the combination of run length and group number.
[S17] The DC Huffman code, the AC Huffman code, and additional bits of both are multiplexed to output code data.
[S18] If
[S19] A block noise detection flag is set.
[0085]
Next, the second encoding method of the present invention will be described. FIG. 15 is a flowchart showing the procedure of the encoding method. Steps S1 to S17 are the same as the procedure of the first encoding method, so the same numbers are assigned and description thereof is omitted. Hereinafter, step S18 and subsequent steps will be described.
[S18] If
[S19] A block noise detection flag is set.
[S20] If
[S21]
[0086]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, block noise detection is based on information obtained in the process of the conventional encoding operation such as the difference between DC components and the run length of AC components that become zero. This can be realized by adding a group
[0087]
In JPEG, since the code amount varies depending on the contents of the document, various methods for controlling the code amount to a constant value have been devised. For example, the quantization characteristic is changed by multiplying the quantization matrix by a constant value a (a> 0 real number), and a target code amount is converted from the relationship between the generated code amount and a to a convergence operation such as Newton-Raphson method. There is a method to decide by. In this case, since the image quality is not taken into consideration, an image including a large amount of block noise may be decoded although it is the target code amount. By applying the present invention in such a case, it is possible to control the code amount while avoiding block noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the main part of a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating conversion coefficients.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of encoding.
FIG. 6 is a diagram illustrating grouping of DC components.
FIG. 7 is a diagram illustrating grouping of AC components.
FIG. 8 is a diagram illustrating a Huffman code table.
FIG. 9 is a diagram illustrating a two-dimensional Huffman code table for AC components.
FIG. 10 illustrates one-dimensionalization by zigzag scanning.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of variable length coding.
FIG. 12 is an explanatory diagram of block noise.
FIG. 13 is an explanatory diagram of linear quantization.
FIG. 14 is a flowchart for explaining the procedure of the first encoding method of the present invention.
FIG. 15 is a flowchart for explaining the procedure of the second encoding method of the present invention.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of the prior art.
FIG. 17 is a configuration diagram of a variable length coding circuit in the prior art.
[Explanation of symbols]
100, 101 input terminals
200 block division
300 DCT converter
400 Quantizer
500 Variable length coding unit
600 output terminals
601 Block noise detection signal output terminal
501 Scan converter
502 Block delay unit
503 subtractor
504 Grouping Department
505 One-dimensional Huffman encoding unit
506 Multiplexer
507 Zero judgment unit
508 Run length counter
509 Grouping Department
510 Two-dimensional Huffman encoder
511 Group number detector
512 run detector
513 AND
514 storage unit
515 AND
Claims (11)
前記差分の値が+1または−1であることを検出して第1の検出信号を出力する第1の検出手段と、
前記AC係数の連続する長さの値がN×M−1であることを検出して第2の検出信号を出力する第2の検出手段と、
前記第1の検出信号と前記第2の検出信号との論理積をブロックごとの検出結果として出力する判定手段とを有し、
前記ブロックごとの検出結果に基づいて、粗い量子化特性が設定されている場合には細かな量子化特性となるように、また細かな量子化特性が設定されている場合には粗い量子化特性となるように、前記量子化特性を変更した再符号化を実行することを特徴とする画像符号化装置。Dividing means for dividing an image to obtain a pixel block that is a rectangular area of N × M (N and M are positive integers) pixels, transforming means for performing orthogonal transformation on the pixel block to obtain transform coefficients, and the transform coefficients Quantizing means that obtains a quantized coefficient by quantizing with a predetermined quantization characteristic, and variable length coding the DC (direct current) component of the quantized coefficient by the difference between the DC component of the immediately preceding pixel block, A two-dimensional variable length encoding means for performing variable length encoding as a combination of a continuous length of an AC coefficient in which an AC (alternating current) component of a quantized coefficient is zero and a subsequent nonzero AC coefficient size; In an image encoding apparatus,
First detection means for detecting that the value of the difference is +1 or -1 and outputting a first detection signal;
Second detection means for detecting that the continuous length value of the AC coefficient is N × M−1 and outputting a second detection signal;
Determining means for outputting a logical product of the first detection signal and the second detection signal as a detection result for each block;
Based on the detection result for each block, the coarse quantization characteristic is set when the coarse quantization characteristic is set , and the coarse quantization characteristic is set when the fine quantization characteristic is set. and so as, in the image coding apparatus and executes the re-encoded for changing the quantization characteristics.
前記差分の値が+1または−1であることを検出して第1のフラグをセットし、前記AC係数の連続する長さの値がN×M−1であることを検出して第2のフラグをセットし、前記第1のフラグと前記第2のフラグとの論理積からブロックごとの検出結果を求め、前記ブロックごとの検出結果に基づいて、粗い量子化特性が設定されている場合には細かな量子化特性となるように、また細かな量子化特性が設定されている場合には粗い量子化特性となるように、前記量子化特性を変更した再符号化を実行することを特徴とする画像符号化方法。The image is divided to obtain a pixel block that is a rectangular area of N × M (N and M are positive integers) pixels, orthogonal transformation is performed on the pixel block to obtain a transform coefficient, and the transform coefficient is determined with a predetermined quantization characteristic. The quantized coefficient is obtained by quantization with a variable length coding of a DC (direct current) component of the quantized coefficient by a difference between the DC component of the immediately preceding pixel block, and an AC (alternating current) component of the quantized coefficient is obtained. In the image encoding method for performing variable length encoding by a combination of the continuous length of the AC coefficient that becomes zero and the size of the subsequent non-zero AC coefficient,
The first flag is set by detecting that the difference value is +1 or −1, and the second value is detected by detecting that the continuous length value of the AC coefficient is N × M−1 . When a flag is set, a detection result for each block is obtained from a logical product of the first flag and the second flag, and a rough quantization characteristic is set based on the detection result for each block Re-encoding is performed to change the quantization characteristic so that the quantization characteristic is fine, and if the fine quantization characteristic is set, the quantization characteristic is coarse. An image encoding method.
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