JP3645689B2 - 画像圧縮装置および量子化テーブル作成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー静止画像をＪＰＥＧアルゴリズムに準拠して情報圧縮する画像圧縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高解像度画像を符号化（圧縮）して、情報の授受を通信伝送路を介して行なう標準化アルゴリズムがＪＰＥＧ（Joint Photographic Expert Group ）から勧告されている。このＪＰＥＧアルゴリズムのプロセスでは、原画像データを２次元離散コサイン変換（以下、２次元ＤＣＴという）によって空間周波数軸上の成分に分解し、この空間周波数軸上で表された各データを量子化し、量子化した各データを符号化することにより、大幅な情報圧縮を行なっている。また、圧縮された画像データを復号化、逆量子化することにより伸張している。
【０００３】
ＪＰＥＧでは、量子化あるいは逆量子化のために、所定の量子化テーブルを推奨している。このＤＣＴと量子化による画像圧縮は、広範な被写体において効率の良い画像圧縮であるが、原画像データと伸張された再生画像データとの間に誤差を伴う非可逆方式である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
画像圧縮の量子化あるいは逆量子化において、被写体の多様性にも関わらず、単一の量子化テーブルを使用するため、被写体によっては再生画像データの劣化が大きくなることが問題である。
【０００５】
本発明は、この様な問題点に鑑み、量子化誤差を予測し、量子化と逆量子化による画像劣化が少ない画像圧縮を容易にする画像圧縮装置を提供することが目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像圧縮装置は、撮影光学系から得られた複数枚の原画像データに対応した直交変換係数を量子化テーブルを用いて量子化し、量子化直交変換係数を求める量子化手段と、
量子化直交変換係数を量子化テーブルを用いて逆量子化して求められる逆量子化直交変換係数と、直交変換係数との誤差を、直交変換係数に基づいて予測する量子化誤差予測手段と、
量子化誤差予測手段から得られた予測誤差値に基づいて量子化テーブルを作成する量子化テーブル作成手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
画像圧縮装置において、好ましくは、予測誤差値が直交変換係数に対応してそれぞれ求められ、対応する各直交変換係数と各逆量子化直交変換係数とが取り得る係数値誤差の二乗平均の平方根（ｒｍｓ値）で表わされる。
【０００８】
画像圧縮装置において、好ましくは、量子化テーブル作成手段によって作成される量子化テーブルが直交変換係数に対応する量子化係数から成り、各量子化係数が、対応するｒｍｓ値によって各量子化係数の初期値が補正されることにより求められる。
【０００９】
画像圧縮装置において、好ましくは、量子化誤差予測手段が、直交変換係数の直流成分に対応するｒｍｓ値から予測誤差合計値を求め、直流成分の予測誤差合計値に基づいて、交流成分に対応したｒｍｓ値をそれぞれ求める。
【００１０】
画像圧縮装置において、好ましくは、直流成分において、予測誤差合計値が、量子化係数の初期値から予測される係数値誤差のｒｍｓ値と、絶対値が２よりも大きい直交変換係数の数との乗算により求められる。
さらに好ましくは、交流成分に対応する係数値誤差のｒｍｓ値が、予測誤差合計値を、絶対値が２よりも大きい各空間周波数成分における直交変換係数の数で除算することにより求められ、算出されたｒｍｓ値によって、各交流成分に対応する各量子化係数初期値が補正されることにより、各量子化係数がそれぞれ求められる。
【００１１】
また、本発明による量子化テーブル作成装置は、撮影光学系から得られた複数枚の原画像データに対応した直交変換係数と、この直交変換係数に量子化テーブルを用いて量子化と逆量子化とを施すことにより求められる逆量子化直交変換係数との誤差を、直交変換係数に基づいて予測する量子化誤差予測手段と、
量子化誤差予測手段から得られた予測誤差値に基づいて、量子化テールを作成する量子化テーブル作成手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
量子化テーブル作成装置において、好ましくは、予測誤差値が直交変換係数に対応してそれぞれ求められ、対応する各直交変換係数と各逆量子化直交変換係数とが取り得る係数値誤差の二乗平均の平方根（ｒｍｓ値）で表わされる。
【００１３】
量子化テーブル作成装置において、好ましくは、量子化テーブル作成手段によって作成される量子化テーブルが直交変換係数に対応する量子化係数から成り、各量子化係数が対応するｒｍｓ値によって各量子化係数の初期値が補正されることにより求められる。
【００１４】
量子化テーブル作成装置において、好ましくは、量子化誤差予測手段が、直交変換係数の直流成分に対応するｒｍｓ値から予測誤差合計値を求め、直流成分の予測誤差合計値に基づいて、交流成分に対応したｒｍｓ値をそれぞれ求める。
【００１５】
量子化テーブル作成装置において、好ましくは、直流成分において、予測誤差合計値が、量子化係数初期値から予測される係数値誤差のｒｍｓ値と、絶対値が２よりも大きい直交変換係数の数との乗算により求められる。
さらに好ましくは、交流成分に対応する係数値誤差のｒｍｓ値が、予測誤差合計値を、絶対値が２よりも大きい各空間周波数成分における直交変換係数の数で除算することにより求められ、算出されたｒｍｓ値によって、各交流成分に対応する各量子化係数初期値が補正されることにより、各量子化係数がそれぞれ求められる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による画像圧縮装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１７】
図１には実施形態である画像圧縮装置の概略構成が示される。
被写体Ｓの撮影光学系１１を介して得られる被写体像（静止画）は、色分解光学系１３によってレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ）の画像に分解され、例えばＣＣＤから成る３枚の撮像素子１５上に結像される。即ち、各撮像素子にはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの画像が形成される。これらＲ、Ｇ、Ｂの画像信号は信号処理回路１７において所定の処理を施され、輝度データＹ、色差データＣｂ、Ｃｒに変換されて、画像メモリ１９に入力される。画像メモリ１９は輝度データＹおよび色差データ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画像分の記憶容量を有している。輝度データＹ、色差データＣｂ、Ｃｒは、画像圧縮装置１０に対する入力データ（原画像データ）である。
【００１８】
輝度データＹ、あるいは色差データＣｂ、Ｃｒは、ＤＣＴ処理回路１２において２次元ＤＣＴを施され、空間周波数毎にＤＣＴ係数に変換される。輝度データＹのＤＣＴ係数は量子化処理回路１４において、量子化テーブルＱｙを用いて量子化され、量子化ＤＣＴ係数に変換される。同様に、色差データＣｂ、ＣｒのＤＣＴ係数は量子化処理回路１４において、量子化テーブルＱｃを用いて量子化され、量子化ＤＣＴ係数に変換される。輝度データＹ、あるいは色差データＣｂ、Ｃｒの量子化ＤＣＴ係数は符号化処理回路１６において、ＪＰＥＧアルゴリズムに従って符号化（圧縮）され、圧縮画像データとして記録媒体Ｍの圧縮画像データ記録領域Ｍ１に記録される。量子化処理回路１４において用いられた量子化テーブルＱｙ、Ｑｃは、記録媒体Ｍのテーブル記録領域Ｍ２に記録される。
【００１９】
図２は、ＪＰＥＧの推奨する従来の量子化テーブルを示す。図２（ａ）は輝度値Ｙ用の量子化テーブルＱｙであり、図２（ｂ）は色差Ｃｂ、Ｃｒ用の量子化テーブルＱｃである。
【００２０】
図３を参照して、量子化と逆量子化について説明する。図３には、一例として、８×８画素の原画像データ、すなわち輝度データＹのＤＣＴ係数Ｆvuと、量子化ＤＣＴ係数Ｒvuと、逆量子化ＤＣＴ係数Ｆ’vu、および量子化テーブルＱｙが示される。添字ｖ，ｕは、６４個のＤＣＴ係数を８×８のマトリクスの形式で表示したときの縦および横方向の位置をそれぞれ示し、添字ｖは上から０，１，２，．．．７であり、添字ｕは左から０，１，２，．．．７である。
【００２１】
原画像データは、ＤＣＴ処理回路１２における２次元ＤＣＴによって、８×８＝６４個のＤＣＴ係数Ｆvuに変換される。２次元ＤＣＴは公知であるため、ここでは詳述しない。
【００２２】
６４個のＤＣＴ係数のうち、位置（０，０）にあるＤＣＴ係数Ｆ00はＤＣ（直流）成分であり、残り６３個のＤＣＴ係数ＦvuはＡＣ（交流）成分である。ＡＣ成分は、係数Ｆ01もしくは係数Ｆ10から係数Ｆ77に向かって、より高い空間周波数成分が８×８画素ブロックの原画像データ中にどのくらいあるかを示している。ＤＣ成分は８×８画素のブロック全体の画素値の平均値（直流成分）を表している。すなわち、各ＤＣＴ係数Ｆvuはそれぞれ所定の空間周波数に対応している。
【００２３】
量子化テーブルＱｙを用いてＤＣＴ係数Ｆvuを量子化する式は（１）式により定義される。この式におけるround は、最も近い整数への近似を意味する。すなわち、ＤＣＴ係数Ｆvuおよび量子化テーブルＱｙの各要素同士の割算と、四捨五入とによって、量子化ＤＣＴ係数Ｒvuが求められる。
【００２４】
【００２５】
このように、量子化処理回路１４において求められた量子化ＤＣＴ係数Ｒvuは、例えばＪＰＥＧに準拠したハフマン符号化を用いて、符号化処理回路１６においてＤＣ成分、ＡＣ成分毎に符号化され、記録媒体Ｍに記録される。ハフマン符号化については、従来公知のため詳細な説明は省略する。
【００２６】
符号化された圧縮画像信号を伸張して、画面に表示するためには、復号化、逆量子化、２次元ＤＣＴの逆変換（以下、２次元ＩＤＣＴという）の処理が必要である。この復号化は、ハフマン符号化とは逆の作用であり、従来公知であるため詳述しない。復号化によって得られた量子化ＤＣＴ係数は、量子化に用いた量子化テーブルＱｙ、Ｑｃを用いてそれぞれ逆量子化され、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２次元ＤＣＴの逆変換である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。２次元ＩＤＣＴについても公知であるのでここでは詳述しない。
【００２７】
例えば、図３に示すＤＣＴ係数Ｆ00（＝２６１）を、量子化係数ｑ00（＝１６）を用いて（１）式により求めると、量子化係数Ｒ00は１６になり、この量子化係数Ｒ00（＝１６）にｑ00（＝１６）を掛け合わせると、逆量子化係数Ｆ’00（=16 ×16=256）が求められる。なお、ＤＣＴ係数Ｆ00（＝２６１）と、逆量子化係数Ｆ’00（＝２５６）との差分値ｉ00（256-261=-5）を係数値誤差とする。このように量子化では除算の余りを丸めるため、圧縮画像データの伸張（逆量子化) において係数値誤差ｉを生じる。これが量子化誤差の原因である。
【００２８】
図４は、ＤＣＴ係数Ｆvuと、量子化および逆量子化した後の逆量子化ＤＣＴ係数Ｆ’vuとの各係数毎の係数値誤差ｉvuを示す図である。本実施形態は、このように量子化、あるいは逆量子化によって生じる係数値誤差ｉvuを予測し、各量子化係数ｑvuを算出して量子化テーブルＱｙ、Ｑｃを作成することにより、量子化誤差を小さくする構成を備えている。
【００２９】
図５は画像圧縮装置１０を詳細に示すブロック図である。
画像圧縮装置１０には、ＤＣＴ処理回路１２、量子化処理回路１４、符号化処理回路１６と、さらに量子化テーブル作成装置２５とメモリ２６とが設けられる。量子化テーブル作成装置２５には、量子化誤差予測部２２と、量子化テーブル作成部２４とが設けられる。例えば１枚当たりｍブロック数であるｎ枚の画像データが画像１から順に画像単位毎に入力されると、まず輝度データＹと色差データＣｂ、Ｃｒに変換され、画像メモリ１９に１画像分が記録される。画像メモリ１９から読み出された１枚分の画像データは、ＤＣＴ処理回路１２においてＤＣＴが施され、ＤＣＴ係数に変換される。画像単位で処理された画像データのＤＣＴ係数の統計量は、量子化誤差予測部２２に一時的に全画像（ｎ枚）分が記憶され、全ブロック（ｍ×ｎブロック数）のＤＣＴ係数の統計量から量子化誤差予測が行なわれる。その後、量子化誤差予測部２２による量子化誤差予測結果に基づいて、量子化テーブル作成部２４において量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａが算出され、メモリ２６に記録される。量子化処理回路１４はメモリ２６から量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａを読み取り、これらを量子化テーブルＱｙ、Ｑｃとして用い、量子化を行う。
【００３０】
量子化誤差予測部２２における量子化誤差予測について詳述する。
量子化テーブルＱｙにおける量子化係数をｑvuとすると、ＤＣＴ係数Ｆvuと逆量子化ＤＣＴ係数Ｆ’vuとの係数値誤差ｉvuの範囲は、次の（２）式により表される。
【００３１】
−ｑvu／２≦ｉvu≦ｑvu／２ ・・・（２）
【００３２】
例えば量子化係数ｑvu＝６であれば、係数値誤差ｉvuは−３、−２、−１、０、１、２、３の何れかに相当する。係数値誤差ｉvuの範囲は、量子化係数ｑvuが大きくなるにつれ拡大する。
【００３３】
次にｍ×ｎブロックの係数値誤差ｉvuが、（２）式に示した範囲内で平均的に分布すると予測し、（３）式によって係数値誤差ｉvuの予測値ｒｍｓvuを求める。なお（３）式において、ｉは係数値誤差ｉvu、ｑは量子化係数ｑvu、ｒｍｓは各空間周波数における係数値誤差ｉvuの二乗平均値の平方根、即ちｒｍｓ値を示す。例えばｑ＝６であれば、ｒｍｓ＝約１．７７９５である。
【００３４】
【数１】
【００３５】
図６に、量子化係数ｑとｒｍｓ値との対応表を示す。
本実施形態では、輝度データＹは８ビット（２５６段階）で表され、量子化係数ｑは１から２５５まで変化することとする。この表によく示されるように、量子化係数ｑが大きくなると、係数値誤差ｉの範囲も大きくなるため、ｒｍｓ値は拡大する。
【００３６】
本実施形態では、ｍ×ｎ個の全ブロックにおいて所定の条件を満たす、例えば各空間周波数におけるＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２より大きいＤＣＴ係数の数を、標本数Ｅvuとする（０≦Ｅvu≦ｍ×ｎ）。本実施形態ではＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２より大きい場合、量子化係数ｑvuの値が大きくなるにつれ係数値誤差ｉvuが大きくなる、また標本数Ｅvuが多くなるにつれ、画像全体の量子化誤差が拡大することに注目して、予測誤差合計値Ｇvuを次の（４）式で表している。
【００３７】
Ｇvu＝ｒｍｓvu×Ｅvu ・・・（４）
【００３８】
予測誤差合計値Ｇvuが各空間周波数について均一であれば、画像全体の量子化誤差は減少し、画像伸張時において復元性の高い再生画像データが得られる。従って本実施形態では、空間周波数の低い方、特にＤＣ成分に画像情報が集中する性質を利用して、まずＤＣ成分であるＤＣＴ係数Ｆ00の予測誤差合計値Ｇ00が、所定の量子化係数ｑ00から（３）式および（４）式により求められる。他のＤＣＴ係数Ｆvu（ｖ，ｕ≠０）、即ち６３個のＡＣ成分の予測誤差合計値Ｇvuは、ＤＣ成分の予測誤差合計値Ｇ00と同じ値として、（５）式により対応する予測誤差ｒｍｓ’vuが算出され、量子化テーブル作成部２４に出力される。
【００３９】
【００４０】
次に、量子化テーブル作成部２４における、量子化テーブル作成処理を説明する。前述の量子化誤差予測により得られた予測誤差ｒｍｓ’vuは、（６）式に代入され、（６）式を満たすｑ’に最も近い整数である予測量子化係数ｑ’vu（ｖ，ｕ≠０）が求められる。
【００４１】
【数２】
【００４２】
例えば、480 ×720 画素の画像を２枚処理する場合、１枚の画像データ当たりのブロック数ｍは５４００なので、総ブロック数ｍ×ｎは5400×2=10800 である。このときのＤＣ成分に対応する量子化係数ｑ00を６とし、ＤＣＴ係数Ｆ00の絶対値が２より大きい標本数Ｅ00を１０７８８とすると、（３）式および（４）式により予測誤差合計値Ｇ00＝１．７７９５×１０７８８＝１９１９７．２４６が求められる。ＡＣ成分、例えばＤＣＴ係数Ｆ77の絶対値が２より大きい標本数Ｅ77を６３０４とすると、（５）式により予測量子化係数ｒｍｓ’77＝１９１９７．２４６÷６３０４＝約３．０４５２が求められ、（６）式を満たす予測量子化係数ｑ’77＝１１が求められる。
【００４３】
以上のように求められた各予測量子化係数ｑ’vuは、所定の圧縮比に応じてスケーリングされ、８×８のマトリクスＱｙａの形で量子化処理回路１４に出力される。画像圧縮では、量子化係数ｑを大きくすると高圧縮ができるが、画質は劣化する。逆に量子化係数ｑを小さくすると画質は向上するが、圧縮後のデータ量が大きくなる。画質は、量子化係数ｑに所定の圧縮比をかけることによりコントロールされる。
【００４４】
図７は作成された量子化テーブルを示す。図７（ａ）は輝度値Ｙ用の量子化テーブルＱｙａであり、図７（ｂ）は色差Ｃｂ、Ｃｒ用の量子化テーブルＱｃａである。図２と比較すると、特にＡＣ成分に対応する量子化係数に違いが見られる。
【００４５】
図８、図９のフローチャートを参照して、量子化テーブル作成処理を説明する。図８および図９において、ＢＬＯＣＫＳはブロック数を示す変数であり、ＢＡは処理する総ブロック数（ｍ×ｎ）である。ＦvuはＤＣＴ係数を示し、添字ｖ、ｕは、それぞれ０から７まで変化する。Ｅvuは標本数を示す変数である。
【００４６】
まず図８を参照する。ステップＳ１０２では、変数ＢＬＯＣＫＳと変数Ｅvuとの初期値がそれぞれ０に設定される。ステップＳ１０４では変数ｖの初期値が０、ステップＳ１０６では変数ｕの初期値が０に設定される。ステップＳ１０８ではＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２よりも大きいか否かが判定される。ＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２よりも大きければ、ステップＳ１１０において標本数Ｅvuが１インクリメントされステップＳ１１２に進む。ＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２より大きくなければ、ステップＳ１１２に進み、変数ｕが１インクリメントされる。
【００４７】
ステップＳ１１４では変数ｕが８であるか否かが判定され、ｕが８でない、即ち７以下であれば、ステップＳ１０８から再実行される。ｕ＝８であればステップＳ１１６に進み、変数ｖが１インクリメントされる。同様に、ステップＳ１１８では変数ｖが８であるか否かが判定され、ｖが８でない、即ち７以下であれば、ステップＳ１０６から再実行される。ｖ＝８であればステップＳ１２０に進む。
【００４８】
ステップＳ１２０では、変数ＢＬＯＣＫＳが１インクリメントされ、ステップＳ１２２において変数ＢＬＯＣＫＳが総ブロック数ＢＡであるか否かが判定される。ＢＬＯＣＫＳがＢＡでなければ、ステップＳ１０４から再実行され、ＢＬＯＣＫＳ＝ＢＡであればステップＳ１２４に進む。
【００４９】
このように、８×８のＤＣＴ係数のマトリクスＦvuにおいて、まず一番上の横一列の標本数Ｅvuが左から順にカウントされ、順に次の横一列の標本数Ｅvuがカウントされる。即ち図８の処理では、６４個の各周波数成分において、ＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２より大きい標本数Ｅvuがそれぞれカウントされる。
【００５０】
次に図９を参照する。ステップＳ１２４では変数ｖの初期値が０、ステップＳ１２６では変数ｕの初期値が０に設定される。ステップＳ１２８では変数ｖ、ｕが共に０であるか否かが判定される。変数ｖ、ｕが共に０であればステップＳ１３０に進み、変数ｖ、ｕが共に０でなければ、ステップＳ１３２に進む。
【００５１】
ステップＳ１３０では、所定の量子化係数ｑ00に基づいて、（３）式を用いてｑ00のｒｍｓ値、即ちｒｍｓ00が求められる。このｒｍｓ00と標本数Ｅ00との乗算により、予測誤差合計値Ｇ00が求められ、ステップＳ１３４に進む。
【００５２】
ステップＳ１３２では、予測誤差合計値Ｇ00と標本数Ｅvuを（５）式に代入して、ｒｍｓ値であるｒｍｓ’vuが求められる。その後、ｒｍｓ’vuを（６）式に代入することにより予測量子化係数ｑ’vuが求められ、ステップＳ１３４に進む。
【００５３】
ステップＳ１３４では、変数ｕが１インクリメントされ、ステップＳ１３６では変数ｕが８であるか否かが判定される。ｕが８でない、即ち７以下であれば、ステップＳ１２８から再実行される。ｕ＝８であればステップＳ１３８に進み、変数ｖが１インクリメントされる。同様に、ステップＳ１４０では変数ｖが８であるか否かが判定され、ｖが８でない、即ち７以下であれば、ステップＳ１２６から再実行される。ｖ＝８であれば処理は終了する。
【００５４】
このように、まず量子化係数ｑ00によりＤＣ成分の予測誤差合計値Ｇ00を求め、ＤＣ成分のｒｍｓ00を決定する（ステップＳ１３０）。そして、ＡＣ成分の各ｒｍｓ値ｒｍｓ’vuを、各標本数Ｅvuと予測誤差合計値Ｇ00とから求め、予測量子化係数ｑ’vu（ｖ，ｕ≠０）を算出する（ステップＳ１３２）。即ち図９の処理では、ＤＣ成分の予測誤差合計値Ｇ00を基に、ＡＣ成分の各周波数成分に対応した６３個の予測量子化係数ｑ’vuが決定される。
【００５５】
再び図５を参照する。量子化テーブル作成部２４では、前述のように６４個の予測量子化係数ｑ’vuが決定され、量子化テーブルＱｙａとして出力される。また輝度Ｙ用の量子化テーブルＱｙａと同様に、色差Ｃｒ、Ｃｂ用量子化テーブルＱｃａが作成され、出力される。このように量子化テーブル作成装置２５における量子化テーブル作成処理が終了する。
【００５６】
量子化テーブル作成部２４から出力された量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａは、メモリ２６に記録される。量子化処理回路１４はこのメモリ２６から量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａを読み出して、量子化テーブルＱｙ、Ｑｃとして量子化を行う（図１参照）。なお、メモリ２６は複数組の量子化テーブルＱｙ、Ｑｃが記録可能であり、図示しないスイッチにより、何れかの量子化テーブルが選択される。
【００５７】
図１０は画像と量子化テーブルとの関係を示すブロック図である。
例えば風景画像ａ、ｂ、ｃ、．．を入力すれば、この風景画像に適した風景用量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａが作成される。同様に、風景画像ａ、ｂ、ｃ、．．と異なる画像、即ち人物画像１、２、３、．．を入力画像とすると、この人物画像に最適な人物用量子化テーブルＱｙｂ、Ｑｃｂが作成される。また、同様にスポーツ画像イ、ロ、ハ、．．に適したスポーツ用量子化テーブルＱｙｃ、Ｑｃｃを作成することができる。
【００５８】
これら３組の量子化テーブル（Ｑｙａ，Ｑｃａ）、（Ｑｙｂ，Ｑｃｂ）、（Ｑｙｃ，Ｑｃｃ）は、メモリ２６に記録され、例えば人物画像を被写体とする場合は量子化テーブルＱｙｂ、Ｑｃｂが量子化処理回路１４により読み出される。このように画風に対応した量子化テーブルＱｙ、Ｑｃをスイッチを切り替えて選択することにより、量子化誤差のより少ない画像圧縮が可能になる。なお本実施形態では、画像の種類を風景、人物、スポーツの３種類に定めているが、特に種類や数に限定されず、例えば撮影者毎に量子化テーブルを変えるように構成してもよい。
【００５９】
本実施形態では、入力された総ブロックのＤＣＴ係数から量子化誤差を予測する量子化誤差予測部を設けているので、入力された全ての画像に最適な単一の量子化テーブルを作成できる。従って広範な画像ファイルに対して、同じ圧縮画像データ量で量子化誤差の少ない再生画像データを得ることができる。また、本実施形態では、量子化誤差をＤＣＴ係数から予測処理することにより求めているので、一度逆量子化した値から量子化誤差を求める従来の方法に比べ、量子化テーブル作成処理が迅速に行われる。さらに、複数組の量子化テーブルをメモリに記録させることにより、複数の画風に適した再生画像データが得られる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によると、量子化誤差を予測し、量子化と逆量子化による画像劣化が少ない画像圧縮を容易にする画像圧縮装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像圧縮装置の実施形態を、カメラとともに示すブロック図である。
【図２】従来の量子化テーブルを示す図である。
【図３】輝度データＹのＤＣＴ係数Ｆvuと、量子化ＤＣＴ係数Ｒvuと、逆量子化ＤＣＴ係数Ｆ’vu、および量子化テーブルＱｙを示す図である。
【図４】ＤＣＴ係数Ｆvuと、逆量子化ＤＣＴ係数Ｆ’vuとの各係数毎の係数値誤差ｉvuを示す図である。
【図５】画像圧縮装置の構成を示すブロック図である。
【図６】量子化係数ｑとｒｍｓ値との対応を示す表である。
【図７】作成された量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａを示す図である。
【図８】量子化テーブル作成処理のフローチャートの前半部分を示す図である。
【図９】量子化テーブル作成処理のフローチャートの後半部分を示す図である。
【図１０】画像と量子化テーブルの関係を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 画像圧縮装置
１１ 撮影光学系
１３ 色分解光学系
１５ 撮像素子
１７ 信号処理回路
１９ 画像メモリ
１２ ＤＣＴ処理回路
１４ 量子化処理回路
１６ 符号化処理回路
２２ 量子化誤差予測部
２４ 量子化テーブル作成部
２５ 量子化テーブル作成装置
２６ メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー静止画像をＪＰＥＧアルゴリズムに準拠して情報圧縮する画像圧縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高解像度画像を符号化（圧縮）して、情報の授受を通信伝送路を介して行なう標準化アルゴリズムがＪＰＥＧ（Joint Photographic Expert Group ）から勧告されている。このＪＰＥＧアルゴリズムのプロセスでは、原画像データを２次元離散コサイン変換（以下、２次元ＤＣＴという）によって空間周波数軸上の成分に分解し、この空間周波数軸上で表された各データを量子化し、量子化した各データを符号化することにより、大幅な情報圧縮を行なっている。また、圧縮された画像データを復号化、逆量子化することにより伸張している。
【０００３】
ＪＰＥＧでは、量子化あるいは逆量子化のために、所定の量子化テーブルを推奨している。このＤＣＴと量子化による画像圧縮は、広範な被写体において効率の良い画像圧縮であるが、原画像データと伸張された再生画像データとの間に誤差を伴う非可逆方式である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
画像圧縮の量子化あるいは逆量子化において、被写体の多様性にも関わらず、単一の量子化テーブルを使用するため、被写体によっては再生画像データの劣化が大きくなることが問題である。
【０００５】
本発明は、この様な問題点に鑑み、量子化誤差を予測し、量子化と逆量子化による画像劣化が少ない画像圧縮を容易にする画像圧縮装置を提供することが目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像圧縮装置は、撮影光学系から得られた複数枚の原画像データに対応した直交変換係数を量子化テーブルを用いて量子化し、量子化直交変換係数を求める量子化手段と、
量子化直交変換係数を量子化テーブルを用いて逆量子化して求められる逆量子化直交変換係数と、直交変換係数との誤差を、直交変換係数に基づいて予測する量子化誤差予測手段と、
量子化誤差予測手段から得られた予測誤差値に基づいて量子化テーブルを作成する量子化テーブル作成手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
画像圧縮装置において、好ましくは、予測誤差値が直交変換係数に対応してそれぞれ求められ、対応する各直交変換係数と各逆量子化直交変換係数とが取り得る係数値誤差の二乗平均の平方根（ｒｍｓ値）で表わされる。
【０００８】
画像圧縮装置において、好ましくは、量子化テーブル作成手段によって作成される量子化テーブルが直交変換係数に対応する量子化係数から成り、各量子化係数が、対応するｒｍｓ値によって各量子化係数の初期値が補正されることにより求められる。
【０００９】
画像圧縮装置において、好ましくは、量子化誤差予測手段が、直交変換係数の直流成分に対応するｒｍｓ値から予測誤差合計値を求め、直流成分の予測誤差合計値に基づいて、交流成分に対応したｒｍｓ値をそれぞれ求める。
【００１０】
画像圧縮装置において、好ましくは、直流成分において、予測誤差合計値が、量子化係数の初期値から予測される係数値誤差のｒｍｓ値と、絶対値が２よりも大きい直交変換係数の数との乗算により求められる。
さらに好ましくは、交流成分に対応する係数値誤差のｒｍｓ値が、予測誤差合計値を、絶対値が２よりも大きい各空間周波数成分における直交変換係数の数で除算することにより求められ、算出されたｒｍｓ値によって、各交流成分に対応する各量子化係数初期値が補正されることにより、各量子化係数がそれぞれ求められる。
【００１１】
また、本発明による量子化テーブル作成装置は、撮影光学系から得られた複数枚の原画像データに対応した直交変換係数と、この直交変換係数に量子化テーブルを用いて量子化と逆量子化とを施すことにより求められる逆量子化直交変換係数との誤差を、直交変換係数に基づいて予測する量子化誤差予測手段と、
量子化誤差予測手段から得られた予測誤差値に基づいて、量子化テールを作成する量子化テーブル作成手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
量子化テーブル作成装置において、好ましくは、予測誤差値が直交変換係数に対応してそれぞれ求められ、対応する各直交変換係数と各逆量子化直交変換係数とが取り得る係数値誤差の二乗平均の平方根（ｒｍｓ値）で表わされる。
【００１３】
量子化テーブル作成装置において、好ましくは、量子化テーブル作成手段によって作成される量子化テーブルが直交変換係数に対応する量子化係数から成り、各量子化係数が対応するｒｍｓ値によって各量子化係数の初期値が補正されることにより求められる。
【００１４】
量子化テーブル作成装置において、好ましくは、量子化誤差予測手段が、直交変換係数の直流成分に対応するｒｍｓ値から予測誤差合計値を求め、直流成分の予測誤差合計値に基づいて、交流成分に対応したｒｍｓ値をそれぞれ求める。
【００１５】
量子化テーブル作成装置において、好ましくは、直流成分において、予測誤差合計値が、量子化係数初期値から予測される係数値誤差のｒｍｓ値と、絶対値が２よりも大きい直交変換係数の数との乗算により求められる。
さらに好ましくは、交流成分に対応する係数値誤差のｒｍｓ値が、予測誤差合計値を、絶対値が２よりも大きい各空間周波数成分における直交変換係数の数で除算することにより求められ、算出されたｒｍｓ値によって、各交流成分に対応する各量子化係数初期値が補正されることにより、各量子化係数がそれぞれ求められる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による画像圧縮装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１７】
図１には実施形態である画像圧縮装置の概略構成が示される。
被写体Ｓの撮影光学系１１を介して得られる被写体像（静止画）は、色分解光学系１３によってレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）およびブルー（Ｂ）の画像に分解され、例えばＣＣＤから成る３枚の撮像素子１５上に結像される。即ち、各撮像素子にはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの画像が形成される。これらＲ、Ｇ、Ｂの画像信号は信号処理回路１７において所定の処理を施され、輝度データＹ、色差データＣｂ、Ｃｒに変換されて、画像メモリ１９に入力される。画像メモリ１９は輝度データＹおよび色差データ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画像分の記憶容量を有している。輝度データＹ、色差データＣｂ、Ｃｒは、画像圧縮装置１０に対する入力データ（原画像データ）である。
【００１８】
輝度データＹ、あるいは色差データＣｂ、Ｃｒは、ＤＣＴ処理回路１２において２次元ＤＣＴを施され、空間周波数毎にＤＣＴ係数に変換される。輝度データＹのＤＣＴ係数は量子化処理回路１４において、量子化テーブルＱｙを用いて量子化され、量子化ＤＣＴ係数に変換される。同様に、色差データＣｂ、ＣｒのＤＣＴ係数は量子化処理回路１４において、量子化テーブルＱｃを用いて量子化され、量子化ＤＣＴ係数に変換される。輝度データＹ、あるいは色差データＣｂ、Ｃｒの量子化ＤＣＴ係数は符号化処理回路１６において、ＪＰＥＧアルゴリズムに従って符号化（圧縮）され、圧縮画像データとして記録媒体Ｍの圧縮画像データ記録領域Ｍ１に記録される。量子化処理回路１４において用いられた量子化テーブルＱｙ、Ｑｃは、記録媒体Ｍのテーブル記録領域Ｍ２に記録される。
【００１９】
図２は、ＪＰＥＧの推奨する従来の量子化テーブルを示す。図２（ａ）は輝度値Ｙ用の量子化テーブルＱｙであり、図２（ｂ）は色差Ｃｂ、Ｃｒ用の量子化テーブルＱｃである。
【００２０】
図３を参照して、量子化と逆量子化について説明する。図３には、一例として、８×８画素の原画像データ、すなわち輝度データＹのＤＣＴ係数Ｆvuと、量子化ＤＣＴ係数Ｒvuと、逆量子化ＤＣＴ係数Ｆ’vu、および量子化テーブルＱｙが示される。添字ｖ，ｕは、６４個のＤＣＴ係数を８×８のマトリクスの形式で表示したときの縦および横方向の位置をそれぞれ示し、添字ｖは上から０，１，２，．．．７であり、添字ｕは左から０，１，２，．．．７である。
【００２１】
原画像データは、ＤＣＴ処理回路１２における２次元ＤＣＴによって、８×８＝６４個のＤＣＴ係数Ｆvuに変換される。２次元ＤＣＴは公知であるため、ここでは詳述しない。
【００２２】
６４個のＤＣＴ係数のうち、位置（０，０）にあるＤＣＴ係数Ｆ00はＤＣ（直流）成分であり、残り６３個のＤＣＴ係数ＦvuはＡＣ（交流）成分である。ＡＣ成分は、係数Ｆ01もしくは係数Ｆ10から係数Ｆ77に向かって、より高い空間周波数成分が８×８画素ブロックの原画像データ中にどのくらいあるかを示している。ＤＣ成分は８×８画素のブロック全体の画素値の平均値（直流成分）を表している。すなわち、各ＤＣＴ係数Ｆvuはそれぞれ所定の空間周波数に対応している。
【００２３】
量子化テーブルＱｙを用いてＤＣＴ係数Ｆvuを量子化する式は（１）式により定義される。この式におけるround は、最も近い整数への近似を意味する。すなわち、ＤＣＴ係数Ｆvuおよび量子化テーブルＱｙの各要素同士の割算と、四捨五入とによって、量子化ＤＣＴ係数Ｒvuが求められる。
【００２４】
このように、量子化処理回路１４において求められた量子化ＤＣＴ係数Ｒvuは、例えばＪＰＥＧに準拠したハフマン符号化を用いて、符号化処理回路１６においてＤＣ成分、ＡＣ成分毎に符号化され、記録媒体Ｍに記録される。ハフマン符号化については、従来公知のため詳細な説明は省略する。
【００２６】
符号化された圧縮画像信号を伸張して、画面に表示するためには、復号化、逆量子化、２次元ＤＣＴの逆変換（以下、２次元ＩＤＣＴという）の処理が必要である。この復号化は、ハフマン符号化とは逆の作用であり、従来公知であるため詳述しない。復号化によって得られた量子化ＤＣＴ係数は、量子化に用いた量子化テーブルＱｙ、Ｑｃを用いてそれぞれ逆量子化され、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２次元ＤＣＴの逆変換である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。２次元ＩＤＣＴについても公知であるのでここでは詳述しない。
【００２７】
例えば、図３に示すＤＣＴ係数Ｆ00（＝２６１）を、量子化係数ｑ00（＝１６）を用いて（１）式により求めると、量子化係数Ｒ00は１６になり、この量子化係数Ｒ00（＝１６）にｑ00（＝１６）を掛け合わせると、逆量子化係数Ｆ’00（=16 ×16=256）が求められる。なお、ＤＣＴ係数Ｆ00（＝２６１）と、逆量子化係数Ｆ’00（＝２５６）との差分値ｉ00（256-261=-5）を係数値誤差とする。このように量子化では除算の余りを丸めるため、圧縮画像データの伸張（逆量子化) において係数値誤差ｉを生じる。これが量子化誤差の原因である。
【００２８】
図４は、ＤＣＴ係数Ｆvuと、量子化および逆量子化した後の逆量子化ＤＣＴ係数Ｆ’vuとの各係数毎の係数値誤差ｉvuを示す図である。本実施形態は、このように量子化、あるいは逆量子化によって生じる係数値誤差ｉvuを予測し、各量子化係数ｑvuを算出して量子化テーブルＱｙ、Ｑｃを作成することにより、量子化誤差を小さくする構成を備えている。
【００２９】
図５は画像圧縮装置１０を詳細に示すブロック図である。
画像圧縮装置１０には、ＤＣＴ処理回路１２、量子化処理回路１４、符号化処理回路１６と、さらに量子化テーブル作成装置２５とメモリ２６とが設けられる。量子化テーブル作成装置２５には、量子化誤差予測部２２と、量子化テーブル作成部２４とが設けられる。例えば１枚当たりｍブロック数であるｎ枚の画像データが画像１から順に画像単位毎に入力されると、まず輝度データＹと色差データＣｂ、Ｃｒに変換され、画像メモリ１９に１画像分が記録される。画像メモリ１９から読み出された１枚分の画像データは、ＤＣＴ処理回路１２においてＤＣＴが施され、ＤＣＴ係数に変換される。画像単位で処理された画像データのＤＣＴ係数の統計量は、量子化誤差予測部２２に一時的に全画像（ｎ枚）分が記憶され、全ブロック（ｍ×ｎブロック数）のＤＣＴ係数の統計量から量子化誤差予測が行なわれる。その後、量子化誤差予測部２２による量子化誤差予測結果に基づいて、量子化テーブル作成部２４において量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａが算出され、メモリ２６に記録される。量子化処理回路１４はメモリ２６から量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａを読み取り、これらを量子化テーブルＱｙ、Ｑｃとして用い、量子化を行う。
【００３０】
量子化誤差予測部２２における量子化誤差予測について詳述する。
量子化テーブルＱｙにおける量子化係数をｑvuとすると、ＤＣＴ係数Ｆvuと逆量子化ＤＣＴ係数Ｆ’vuとの係数値誤差ｉvuの範囲は、次の（２）式により表される。
【００３１】
−ｑvu／２≦ｉvu≦ｑvu／２ ・・・（２）
【００３２】
例えば量子化係数ｑvu＝６であれば、係数値誤差ｉvuは−３、−２、−１、０、１、２、３の何れかに相当する。係数値誤差ｉvuの範囲は、量子化係数ｑvuが大きくなるにつれ拡大する。
【００３３】
次にｍ×ｎブロックの係数値誤差ｉvuが、（２）式に示した範囲内で平均的に分布すると予測し、（３）式によって係数値誤差ｉvuの予測値ｒｍｓvuを求める。なお（３）式において、ｉは係数値誤差ｉvu、ｑは量子化係数ｑvu、ｒｍｓは各空間周波数における係数値誤差ｉvuの二乗平均値の平方根、即ちｒｍｓ値を示す。例えばｑ＝６であれば、ｒｍｓ＝約１．７７９５である。
【００３４】
【数１】
図６に、量子化係数ｑとｒｍｓ値との対応表を示す。
本実施形態では、輝度データＹは８ビット（２５６段階）で表され、量子化係数ｑは１から２５５まで変化することとする。この表によく示されるように、量子化係数ｑが大きくなると、係数値誤差ｉの範囲も大きくなるため、ｒｍｓ値は拡大する。
【００３６】
本実施形態では、ｍ×ｎ個の全ブロックにおいて所定の条件を満たす、例えば各空間周波数におけるＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２より大きいＤＣＴ係数の数を、標本数Ｅvuとする（０≦Ｅvu≦ｍ×ｎ）。本実施形態ではＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２より大きい場合、量子化係数ｑvuの値が大きくなるにつれ係数値誤差ｉvuが大きくなる、また標本数Ｅvuが多くなるにつれ、画像全体の量子化誤差が拡大することに注目して、予測誤差合計値Ｇvuを次の（４）式で表している。
【００３７】
Ｇvu＝ｒｍｓvu×Ｅvu ・・・（４）
【００３８】
予測誤差合計値Ｇvuが各空間周波数について均一であれば、画像全体の量子化誤差は減少し、画像伸張時において復元性の高い再生画像データが得られる。従って本実施形態では、空間周波数の低い方、特にＤＣ成分に画像情報が集中する性質を利用して、まずＤＣ成分であるＤＣＴ係数Ｆ00の予測誤差合計値Ｇ00が、所定の量子化係数ｑ00から（３）式および（４）式により求められる。他のＤＣＴ係数Ｆvu（ｖ，ｕ≠０）、即ち６３個のＡＣ成分の予測誤差合計値Ｇvuは、ＤＣ成分の予測誤差合計値Ｇ00と同じ値として、（５）式により対応する予測誤差ｒｍｓ’vuが算出され、量子化テーブル作成部２４に出力される。
【００３９】
次に、量子化テーブル作成部２４における、量子化テーブル作成処理を説明する。前述の量子化誤差予測により得られた予測誤差ｒｍｓ’vuは、（６）式に代入され、（６）式を満たすｑ’に最も近い整数である予測量子化係数ｑ’vu（ｖ，ｕ≠０）が求められる。
【００４１】
【数２】
例えば、480 ×720 画素の画像を２枚処理する場合、１枚の画像データ当たりのブロック数ｍは５４００なので、総ブロック数ｍ×ｎは5400×2=10800 である。このときのＤＣ成分に対応する量子化係数ｑ00を６とし、ＤＣＴ係数Ｆ00の絶対値が２より大きい標本数Ｅ00を１０７８８とすると、（３）式および（４）式により予測誤差合計値Ｇ00＝１．７７９５×１０７８８＝１９１９７．２４６が求められる。ＡＣ成分、例えばＤＣＴ係数Ｆ77の絶対値が２より大きい標本数Ｅ77を６３０４とすると、（５）式により予測量子化係数ｒｍｓ’77＝１９１９７．２４６÷６３０４＝約３．０４５２が求められ、（６）式を満たす予測量子化係数ｑ’77＝１１が求められる。
【００４３】
以上のように求められた各予測量子化係数ｑ’vuは、所定の圧縮比に応じてスケーリングされ、８×８のマトリクスＱｙａの形で量子化処理回路１４に出力される。画像圧縮では、量子化係数ｑを大きくすると高圧縮ができるが、画質は劣化する。逆に量子化係数ｑを小さくすると画質は向上するが、圧縮後のデータ量が大きくなる。画質は、量子化係数ｑに所定の圧縮比をかけることによりコントロールされる。
【００４４】
図７は作成された量子化テーブルを示す。図７（ａ）は輝度値Ｙ用の量子化テーブルＱｙａであり、図７（ｂ）は色差Ｃｂ、Ｃｒ用の量子化テーブルＱｃａである。図２と比較すると、特にＡＣ成分に対応する量子化係数に違いが見られる。
【００４５】
図８、図９のフローチャートを参照して、量子化テーブル作成処理を説明する。図８および図９において、ＢＬＯＣＫＳはブロック数を示す変数であり、ＢＡは処理する総ブロック数（ｍ×ｎ）である。ＦvuはＤＣＴ係数を示し、添字ｖ、ｕは、それぞれ０から７まで変化する。Ｅvuは標本数を示す変数である。
【００４６】
まず図８を参照する。ステップＳ１０２では、変数ＢＬＯＣＫＳと変数Ｅvuとの初期値がそれぞれ０に設定される。ステップＳ１０４では変数ｖの初期値が０、ステップＳ１０６では変数ｕの初期値が０に設定される。ステップＳ１０８ではＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２よりも大きいか否かが判定される。ＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２よりも大きければ、ステップＳ１１０において標本数Ｅvuが１インクリメントされステップＳ１１２に進む。ＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２より大きくなければ、ステップＳ１１２に進み、変数ｕが１インクリメントされる。
【００４７】
ステップＳ１１４では変数ｕが８であるか否かが判定され、ｕが８でない、即ち７以下であれば、ステップＳ１０８から再実行される。ｕ＝８であればステップＳ１１６に進み、変数ｖが１インクリメントされる。同様に、ステップＳ１１８では変数ｖが８であるか否かが判定され、ｖが８でない、即ち７以下であれば、ステップＳ１０６から再実行される。ｖ＝８であればステップＳ１２０に進む。
【００４８】
ステップＳ１２０では、変数ＢＬＯＣＫＳが１インクリメントされ、ステップＳ１２２において変数ＢＬＯＣＫＳが総ブロック数ＢＡであるか否かが判定される。ＢＬＯＣＫＳがＢＡでなければ、ステップＳ１０４から再実行され、ＢＬＯＣＫＳ＝ＢＡであればステップＳ１２４に進む。
【００４９】
このように、８×８のＤＣＴ係数のマトリクスＦvuにおいて、まず一番上の横一列の標本数Ｅvuが左から順にカウントされ、順に次の横一列の標本数Ｅvuがカウントされる。即ち図８の処理では、６４個の各周波数成分において、ＤＣＴ係数Ｆvuの絶対値が２より大きい標本数Ｅvuがそれぞれカウントされる。
【００５０】
次に図９を参照する。ステップＳ１２４では変数ｖの初期値が０、ステップＳ１２６では変数ｕの初期値が０に設定される。ステップＳ１２８では変数ｖ、ｕが共に０であるか否かが判定される。変数ｖ、ｕが共に０であればステップＳ１３０に進み、変数ｖ、ｕが共に０でなければ、ステップＳ１３２に進む。
【００５１】
ステップＳ１３０では、所定の量子化係数ｑ00に基づいて、（３）式を用いてｑ00のｒｍｓ値、即ちｒｍｓ00が求められる。このｒｍｓ00と標本数Ｅ00との乗算により、予測誤差合計値Ｇ00が求められ、ステップＳ１３４に進む。
【００５２】
ステップＳ１３２では、予測誤差合計値Ｇ00と標本数Ｅvuを（５）式に代入して、ｒｍｓ値であるｒｍｓ’vuが求められる。その後、ｒｍｓ’vuを（６）式に代入することにより予測量子化係数ｑ’vuが求められ、ステップＳ１３４に進む。
【００５３】
ステップＳ１３４では、変数ｕが１インクリメントされ、ステップＳ１３６では変数ｕが８であるか否かが判定される。ｕが８でない、即ち７以下であれば、ステップＳ１２８から再実行される。ｕ＝８であればステップＳ１３８に進み、変数ｖが１インクリメントされる。同様に、ステップＳ１４０では変数ｖが８であるか否かが判定され、ｖが８でない、即ち７以下であれば、ステップＳ１２６から再実行される。ｖ＝８であれば処理は終了する。
【００５４】
このように、まず量子化係数ｑ00によりＤＣ成分の予測誤差合計値Ｇ00を求め、ＤＣ成分のｒｍｓ00を決定する（ステップＳ１３０）。そして、ＡＣ成分の各ｒｍｓ値ｒｍｓ’vuを、各標本数Ｅvuと予測誤差合計値Ｇ00とから求め、予測量子化係数ｑ’vu（ｖ，ｕ≠０）を算出する（ステップＳ１３２）。即ち図９の処理では、ＤＣ成分の予測誤差合計値Ｇ00を基に、ＡＣ成分の各周波数成分に対応した６３個の予測量子化係数ｑ’vuが決定される。
【００５５】
再び図５を参照する。量子化テーブル作成部２４では、前述のように６４個の予測量子化係数ｑ’vuが決定され、量子化テーブルＱｙａとして出力される。また輝度Ｙ用の量子化テーブルＱｙａと同様に、色差Ｃｒ、Ｃｂ用量子化テーブルＱｃａが作成され、出力される。このように量子化テーブル作成装置２５における量子化テーブル作成処理が終了する。
【００５６】
量子化テーブル作成部２４から出力された量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａは、メモリ２６に記録される。量子化処理回路１４はこのメモリ２６から量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａを読み出して、量子化テーブルＱｙ、Ｑｃとして量子化を行う（図１参照）。なお、メモリ２６は複数組の量子化テーブルＱｙ、Ｑｃが記録可能であり、図示しないスイッチにより、何れかの量子化テーブルが選択される。
【００５７】
図１０は画像と量子化テーブルとの関係を示すブロック図である。
例えば風景画像ａ、ｂ、ｃ、．．を入力すれば、この風景画像に適した風景用量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａが作成される。同様に、風景画像ａ、ｂ、ｃ、．．と異なる画像、即ち人物画像１、２、３、．．を入力画像とすると、この人物画像に最適な人物用量子化テーブルＱｙｂ、Ｑｃｂが作成される。また、同様にスポーツ画像イ、ロ、ハ、．．に適したスポーツ用量子化テーブルＱｙｃ、Ｑｃｃを作成することができる。
【００５８】
これら３組の量子化テーブル（Ｑｙａ，Ｑｃａ）、（Ｑｙｂ，Ｑｃｂ）、（Ｑｙｃ，Ｑｃｃ）は、メモリ２６に記録され、例えば人物画像を被写体とする場合は量子化テーブルＱｙｂ、Ｑｃｂが量子化処理回路１４により読み出される。このように画風に対応した量子化テーブルＱｙ、Ｑｃをスイッチを切り替えて選択することにより、量子化誤差のより少ない画像圧縮が可能になる。なお本実施形態では、画像の種類を風景、人物、スポーツの３種類に定めているが、特に種類や数に限定されず、例えば撮影者毎に量子化テーブルを変えるように構成してもよい。
【００５９】
本実施形態では、入力された総ブロックのＤＣＴ係数から量子化誤差を予測する量子化誤差予測部を設けているので、入力された全ての画像に最適な単一の量子化テーブルを作成できる。従って広範な画像ファイルに対して、同じ圧縮画像データ量で量子化誤差の少ない再生画像データを得ることができる。また、本実施形態では、量子化誤差をＤＣＴ係数から予測処理することにより求めているので、一度逆量子化した値から量子化誤差を求める従来の方法に比べ、量子化テーブル作成処理が迅速に行われる。さらに、複数組の量子化テーブルをメモリに記録させることにより、複数の画風に適した再生画像データが得られる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によると、量子化誤差を予測し、量子化と逆量子化による画像劣化が少ない画像圧縮を容易にする画像圧縮装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像圧縮装置の実施形態を、カメラとともに示すブロック図である。
【図２】従来の量子化テーブルを示す図である。
【図３】輝度データＹのＤＣＴ係数Ｆvuと、量子化ＤＣＴ係数Ｒvuと、逆量子化ＤＣＴ係数Ｆ’vu、および量子化テーブルＱｙを示す図である。
【図４】ＤＣＴ係数Ｆvuと、逆量子化ＤＣＴ係数Ｆ’vuとの各係数毎の係数値誤差ｉvuを示す図である。
【図５】画像圧縮装置の構成を示すブロック図である。
【図６】量子化係数ｑとｒｍｓ値との対応を示す表である。
【図７】作成された量子化テーブルＱｙａ、Ｑｃａを示す図である。
【図８】量子化テーブル作成処理のフローチャートの前半部分を示す図である。
【図９】量子化テーブル作成処理のフローチャートの後半部分を示す図である。
【図１０】画像と量子化テーブルの関係を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 画像圧縮装置
１１ 撮影光学系
１３ 色分解光学系
１５ 撮像素子
１７ 信号処理回路
１９ 画像メモリ
１２ ＤＣＴ処理回路
１４ 量子化処理回路
１６ 符号化処理回路
２２ 量子化誤差予測部
２４ 量子化テーブル作成部
２５ 量子化テーブル作成装置
２６ メモリ
Claims (6)
- 撮影光学系から得られた複数枚の原画像データに対応した直交変換係数を量子化テーブルを用いて量子化し、量子化直交変換係数を求める量子化手段と、
前記量子化直交変換係数を、前記量子化テーブルを用いて逆量子化して求められる逆量子化直交変換係数と、前記直交変換係数との誤差である画像全体の量子化誤差を、所定の条件を満たす第１の前記直交変換係数と対応する逆量子化直交変換係数とが取り得る係数値誤差の二乗平均の平方根（ｒｍｓ値）を算出し、前記ｒｍｓ値と前記第１の直交変換係数の標本数との乗算により予測誤差合計値を求め、前記予測誤差合計値を前記所定の条件を満たす第２の直交変換係数の標本数で除算して、前記第２の直交変換係数に対応したｒｍｓ値として表わされる予測誤差値を算出することにより、予測する量子化誤差予測手段と、
前記直交変換係数に対応する量子化係数のうち、前記量子化誤差予測手段から得られた前記予測誤差値が前記係数値誤差の二乗平均の平方根となる場合の前記量子化係数を、前記画像全体の量子化誤差を小さくする予測量子化係数として算出し、前記予測量子化係数に基づいて前記量子化テーブルを作成する量子化テーブル作成手段とを備えることを特徴とする画像圧縮装置。 - 前記量子化誤差予測手段が、前記第１の直交変換係数に対応する前記ｒｍｓ値と、絶対値が所定の値よりも大きい前記第１の直交変換係数の標本数との乗算により予測誤差合計値を求めることを特徴とする請求項１に記載の画像圧縮装置。
- 前記第２の直交変換係数に対応する前記係数値誤差のｒｍｓ値が、前記予測誤差合計値を、絶対値が前記所定の値よりも大きい前記第２の直交変換係数の標本数で除算することにより求められ、
算出された前記ｒｍｓ値によって、前記各予測量子化係数がそれぞれ求められることを特徴とする請求項２に記載の画像圧縮装置。 - 撮影光学系から得られた複数枚の原画像データに対応した直交変換係数と、この直交変換係数に量子化テーブルを用いて量子化と逆量子化とを施すことにより求められる逆量子化直交変換係数との誤差である画像全体の量子化誤差を、所定の条件を満たす第１の前記直交変換係数と対応する逆量子化直交変換係数とが取り得る係数値誤差の二乗平均の平方根（ｒｍｓ値）を算出し、前記ｒｍｓ値と前記第１の直交変換係数の標本数との乗算により予測誤差合計値を求め、前記予測誤差合計値を前記所定の条件を満たす第２の直交変換係数の標本数で除算して、前記第２の直交変換係数に対応したｒｍｓ値として表わされる予測誤差値を算出することにより、予測する量子化誤差予測手段と、
前記直交変換係数に対応する量子化係数のうち、前記量子化誤差予測手段から得られた前記予測誤差値が前記係数値誤差の二乗平均の平方根となる場合の前記量子化係数を、前記画像全体の量子化誤差を小さくする予測量子化係数として算出し、前記予測量子化係数に基づいて前記量子化テーブルを作成する量子化テーブル作成手段とを備えることを特徴とする量子化テーブル作成装置。 - 前記量子化誤差予測手段が、前記第１の直交変換係数に対応する前記ｒｍｓ値と、絶対値が所定の値よりも大きい前記第１の直交変換係数の標本数との乗算により予測誤差合計値を求めることを特徴とする請求項４に記載の量子化テーブル作成装置。
- 前記第２の直交変換係数に対応する前記係数値誤差のｒｍｓ値が、前記予測誤差合計値を、絶対値が前記所定の値よりも大きい前記第２の直交変換係数の標本数で除算することにより求められ、
算出された前記ｒｍｓ値によって、前記各予測量子化係数がそれぞれ求められることを特徴とする請求項５に記載の量子化テーブル作成装置。
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