JP3796990B2

JP3796990B2 - 色変換処理方法及び装置

Info

Publication number: JP3796990B2
Application number: JP34642998A
Authority: JP
Inventors: 範顕関
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2018-12-07
Also published as: JP2000175061A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ある色空間の入力色を別の色空間の出力色に変換するカラー画像の色変換処理方法及び装置に係り、特に、圧縮された画像を伸長してフルカラー画像に変換するための色変換処理方法及び装置に関する。
【０００２】
更に詳しくは、本発明は、カラー画像の色空間を明るさ成分とクロミナンス成分とに分離し且つクロミナンス成分をダウンサンプリングして圧縮された画像を伸長してフルカラー画像に変換する色変換処理方法及び装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年の情報処理及び情報通信技術の発展に伴ない、キャラクタ・ベースのコンピュータ・データの他に、画像や音声などの各種データもコンピュータ・システム上で扱うようになってきた。
【０００４】
ところが、写真などをデジタル化したフルカラー画像はデータ量が大きいため、例えば画像データを記憶装置に蓄積する場合には大きな記憶容量を要してしまう。あるいは、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）などのネットワークを介して独立したコンピュータ・システム間で画像データを伝送するような場合には、ネットワーク負荷が高く、帯域幅を消費したり転送時間などが大きくなるなどの欠点がある。そこで、データ量を削減するために、最近では、ＪＰＥＧ（ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）などの非可逆形式の圧縮画像フォーマットが一般的に用いられている。
【０００５】
ＪＰＥＧについては、例えば、ＪａｍｅｓＤ．ＭｕｒｒａｙａｎｄＷｉｌｌｉａｍｖａｎＲｙｐｅｒ著”ＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａｏｆＧｒａｐｈｉｃｓＦｉｌｅＦｏｒｍａｔｓ”，Ｏ’Ｒｅｉｌｌｙ＆Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，１９９４，ｐ．１５９−１７１などに記載されている。
【０００６】
ここで、ＪＰＥＧフォーマットでの圧縮伸長処理について、図１を参照しながら説明する。
【０００７】
原画像データすなわち非圧縮のカラー画像に対して、まず色変換部５３において色変換が施される。色変換とは、ある特定の色空間（例えばＲＧＢ）の入力色を別の色空間の出力色（例えばＹＣｒＣｂ）に変換する処理のことを言う。
【０００８】
次いで、ダウンサンプリング部５４においてダウンサンプリングを行なう。ＪＰＥＧフォーマットなどでは、データ圧縮率を高めるために、カラー画像の色空間を、明るさ成分と明るさ以外のクロミナンス成分とに分離して、人間の視覚には劣化が目立ちにくいクロミナンス成分の画素数を一般的に４分の１あるいは２分の１にダウンサンプリングすることが行なわれている。ＹＣｒＣｂ形式の色空間の場合、明るさ成分はＹに該当し、明るさ以外のクロミナンス成分はＣｒとＣｂに該当する。図１において、破線で囲われた部分５０は、色変換処理装置を構成する。
【０００９】
次いで、ダウンサンプリングされた画像データは、ｎ×ｎ（例えば８×８）画素ブロックを１つの処理単位として、ＤＣＴ（ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ：離散コサイン変換）、量子化、及び符号化という手順に従って符号化圧縮される。ここで、ＤＣＴとは、画素ブロックに対してＤＣＴ関数を適用して、画像に関する情報を周波数成分に関する情報に変換する直交変換符号方式のことであり、ＤＣＴ部５５によって実行される。また、量子化とは、各ＤＣＴ係数をそれぞれに対応する量子化閾値で逐次除算して量子化する処理のことであり、高い符号化効率を得るために量子化部５６において行なわれる。また、符号化とは、所定の符号テーブルを用いて、量子化された各ＤＣＴ係数の系列に符号割当てを施す処理のことであり、符号化部５７において行なわれる。符号化の一例はハフマン符号化である。
【００１０】
符号化部５７が出力するＪＰＥＧ圧縮カラー画像は、ハード・ディスク装置などの大容量記憶装置に蓄積されたり、あるいは、ＬＡＮなどの伝送媒体を介して他の装置に転送される。
【００１１】
一方、ＪＰＥＧフォーマットで圧縮された画像を伸長してフルカラー画像に変換する場合には、上述の符号化時とはほぼ逆の手順により実現される。すなわち、復号化部５８において符号化圧縮画像を復号化して量子化されたＤＣＴ係数に戻し、これを逆量子化部５９において逆量子化し、さらに、ＩＤＣＴ部６０においてＩＤＣＴ（逆離散コサイン変換）を適用して、元のｎ×ｎ画素ブロックの画像データに復元する。
【００１２】
次いで、アップサンプリングを行なう。これは、ＪＰＥＧフォーマットで圧縮された画像はクロミナンス成分がダウンサンプリングされているからである（前述）。アップサンプリング部６１において、４倍あるいは２倍にアップサンプリングすることで、クロミナンス成分は明るさ成分と同じ画素数に戻される。
【００１３】
従来は、アップサンプリングには、画素をコピーするだけの単純な方式を用いるのが一般的であった。
【００１４】
アップサンプリングの後、下式（１）に示すような変換関数を用いて色空間変換を行なうことにより、ＹＣｒＣｂ色空間値をＲＧＢ色空間値に変換する（但し、ＹＣｒＣｂ、ＲＧＢの各色空間値は、ともに８ビットの符号なし整数で表されているものとする）。
【００１５】
【数１】

【００１６】
しかしながら、従来方式では４分の１にダウンサンプリング（サンプリング・ファクタＳＦ＝４）されている場合には、アップサンプリングして４画素分の色空間変換をするために、１組のクロミナンス成分を例えば３回ずつ計６回コピーしていたので、コピーするという無駄な処理があった。
【００１７】
また、上式（１）に記述した演算を遂行するためには、数多くの乗算を実行しなければならず、計算の負荷が高かった。演算量が多ければ、必然的に、演算時間が長くなる。また、色空間変換処理をＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）で実装した場合、乗算器はより多くのゲート数を要するため、回路規模が肥大化し、製造コストも高くなる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ある特定の色空間（例えばＲＧＢ）の入力色を別の色空間の出力色（例えばＹＣｒＣｂ）に変換するための、優れた色変換処理方法及び装置を提供することにある。
【００１９】
本発明の更なる目的は、圧縮された画像を伸長してフルカラー画像に変換するための、優れた色変換処理方法及び装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の更なる目的は、カラー画像の色空間を明るさ成分とクロミナンス成分とに分離し且つクロミナンス成分をダウンサンプリングして圧縮された画像を伸長してフルカラー画像に変換する、優れた色変換処理方法及び装置を提供することにある。
【００２１】
本発明の更なる目的は、ＪＰＥＧフォーマットで圧縮された画像を伸長した後、高速且つ低コストでフルカラー画像に変換することができる、色変換処理方法及び装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、ある特定の色空間の入力色を別の色空間の出力色に変換する色変換処理方法又は装置であって、入力カラー画像は明るさ成分Ｌとクロミナンス成分Ｃに分離され且つクロミナンス成分Ｃがダウンサンプリングされており、
（ａ）入力色空間値の明るさ成分Ｌを入力とし出力色空間値を出力とする色変換関数を、入力色空間値のうち明るさ成分Ｌ以外のクロミナンス成分Ｃを用いて求める色変換関数決定ステップ又は手段と、
（ｂ）サンプリング・ファクタＳＦ個の明るさ成分Ｌを前記色変換関数決定ステップにより求められた色変換関数に適用して色変換する色変換ステップ又は手段と、
を備えることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第１の側面に係る色変換処理方法又は装置は、入力カラー画像として例えばＪＰＥＧ（ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）フォーマットで圧縮された画像を扱うことができる。
【００２４】
また、本発明の第２の側面は、ある特定の色空間の入力色を別の色空間の出力色に変換する色変換処理方法又は装置であって、入力画像は第１の成分と第２の成分に分離され且つ第２の成分がダウンサンプリングされており、
（ａ）入力色空間値の第１の成分を入力とし出力色空間値を出力とする色変換関数を、入力色空間値の第２の成分を用いて求める色変換関数決定ステップ又は手段と、
（ｂ）サンプリング・ファクタＳＦ個の第１の成分を前記色変換関数決定ステップにより求められた色変換関数に適用して色変換する色変換ステップ又は手段と、
を備えることを特徴とするものである。
【００２５】
【作用】
本発明は、上式（１）を下式（２）に変換できる性質を利用したものである。
【００２６】
【数２】

【００２７】
上式（２）を、より一般的に、明るさ成分とクロミナンス成分とに分離された入力色空間から出力色空間への変換と考えると、下式（３）のように表される。
【００２８】
【数３】

【００２９】
本発明では、ＪＰＥＧなどのクロミナンス成分Ｃがダウンサンプリングされているカラー画像において、明るさ成分Ｌを入力とし出力色空間値を出力とする色変換関数を、伸長時に１組のクロミナンス成分Ｃから求める色変換関数決定ステップ（又は手段）が備えられている。そして、色変換ステップ（又は手段）において、サンプリング・ファクタＳＦ個の明るさ成分Ｌを、この色変換関数に適用することで、色空間変換が達成される。
【００３０】
本発明によれば、伸長時にアップサンプリングが不要となるため、高速且つ低コストなカラー画像処理が実現できる訳である。
【００３１】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳解する。
【００３３】
《実施例１》
まず、ＹＣｒＣｂ色空間において、クロミナンス成分Ｃｒ及びＣｂがそれぞれ明るさ成分Ｙに対して水平垂直両方向に２分の１ずつ計４分の１にダウンサンプリングされた（言い換えればサンプリング・ファクタＳＦが４）ＪＰＥＧフォーマットの圧縮画像をＲＧＢフルカラー画像に伸長する場合を例にして説明する。
【００３４】
本明細書中では、逆離散コサイン変換（ＩｎｖｅｒｓｅＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ：ＩＤＣＴ）して復元されたされた８×８画素ブロックを、最小符号化単位（ＭｉｎｉｍｕｍＣｏｄｅｄＵｎｉｔ：以下、”ＭＣＵ”と呼ぶ）と呼ぶことにする。
【００３５】
図２に示すように、圧縮前のカラー画像のＲＧＢ各成分は、それぞれ１６×１６画素ブロック、すなわち４個のＭＣＵで構成されている。これらＲＧＢ原画像の１６×１６画素ブロックに対して色空間変換を施した直後のＹＣｒＣｂ色空間は、４個のＭＣＵからなる明るさ成分Ｙと、４個のＭＣＵからなるクロミナンス成分とで構成される。さらに、ダウンサンプリングを施すことにより、クロミナンス成分ＣｒとＣｂは、それぞれ１個のＭＣＵにダウンサイズされる。
【００３６】
図３には、本発明の実施に供される色変換処理装置１００の構成を概略的に示している。色変換処理装置１００は、入力バッファ２と、出力バッファ３と、色変換関数決定手段１と、色変換手段２２とで構成される。以下、各部について説明する。
【００３７】
色変換処理装置１００は、クロミナンス成分Ｃがダウンサンプリングされたカラー画像を入力として持ち、入力色空間値は入力バッファ２に一時格納される。
【００３８】
色変換関数決定手段１は、明るさ成分Ｌ以外のクロミナンス成分Ｃを用いて、明るさ成分Ｌを入力とし出力色空間値を出力とする色変換関数を求めるようになっている。出力色空間がＲＧＢ形式であれば、求められた色変換関数は上式（２）のように記述される。また、色変換関数を、上式（３）に示したような一般式で表すこともできる。
【００３９】
色変換手段２２は、サンプリング・ファクタＳＦ個の明るさ成分Ｌに対して色変換関数決定手段１により求められた色変換関数を適用することで、入力画像を色変換するようになっている。
【００４０】
色変換後の出力色空間値は、出力バッファ３に一時格納されてから、装置１００の外に出力される。
【００４１】
図４には、色変換処理装置１００が実行する色変換処理手順をフローチャートの形式で示している。以下、各ステップについて説明する。
【００４２】
まず、ステップＳ１で初期化を行う。初期化処理には、入力バッファ２中に格納された各入力色空間値Ｙ、Ｃｒ、Ｃｂのアドレッシングなどが含まれる。
【００４３】
次いで、ステップＳ２では、入力された色空間値について全て色変換したかどうかをチェックする。色変換が完了していれば、分岐Ｙｅｓに進んで、図４に示す本処理手順を終了する。他方、完了していなければ、分岐Ｎｏに抜けて、次ステップＳ３に進む。
【００４４】
ステップＳ３では、色変換関数決定手段１が、入力バッファ２から、入力色空間値のうちクロミナンス成分Ｃｒ及びＣｂの各値を取り出して、それぞれのアドレスを１ずつ進める。
【００４５】
ステップＳ４では、色変換関数を決定する。本実施例では、色変換関数は上式（２）に基づいているので、クロミナンス成分ＣｒとＣｂに変換係数をそれぞれ掛け合わせて各定数ＣｏｎｓｔＲ，ＣｏｎｓｔＧ，ＣｏｎｓｔＢを求める必要がある。例えば、Ｃｒ＝５０、Ｃｂ＝２１２とした場合、ＣｏｎｓｔＲ＝−１０９．３５６、ＣｏｎｓｔＧ＝２６．７９６、ＣｏｎｓｔＢ＝１４８．８４８となる。上式（２）に示したような色変換関数によれば、入力色空間値のうちの明るさ成分Ｙのみを入力として、ＲＧＢ出力色空間を求めることができる。
【００４６】
次いで、ステップＳ５では、ステップＳ４で求めた定数を色変換手段２２にセットする。
【００４７】
次いで、ステップＳ６では、ループ・カウンタｉをゼロに初期化する。
【００４８】
次いで、ステップＳ７では、ループ・カウンタｉとサンプリングファクタＳＦ（この例ではＳＦ＝４）とを比較する。ループ・カウンタｉの方が小さければ、次ステップＳ８に進み、そうでなければステップＳ２に復帰して上記と同様の処理を繰り返す。
【００４９】
ステップＳ８では、色変換手段２２は入力バッファ２から明るさ成分Ｙの値を１個だけ取り出す。
【００５０】
次いで、ステップＳ９では、取り出した明るさ成分Ｙの値を用いて上式（２）に適用して、ＲＧＢ出力色空間値を求める。
【００５１】
ステップＳ１０では、ＲＧＢ出力色空間値を出力バッファ３にセットし、明るさ成分Ｙの格納位置を指すアドレスおよびループ・カウンタｉをそれぞれ１ずつ進めた後、ステップＳ７に復帰して上記と同様の処理を繰り返す。
【００５２】
次に、従来例に対する本実施例の改善効果について説明する。
【００５３】
図５は、４画素分のＲＧＢ出力色空間値を求めるために必要なオペレーションの主なものとその回数を、従来例と本実施例とで比較して示した表である。
【００５４】
従来例では、クロミナンス成分Ｃｒ及びＣｂをそれぞれ３回ずつ計６回だけコピーする必要があった。これに対し、本実施例では、コピー回数はゼロである。また、従来例では１６回の乗算が必要であったのに対して、本実施例では４回と大幅に削減できる。
【００５５】
《実施例２》
第１の実施例ではＹＣｒＣｂを成分とする色空間を入力とし、ＲＧＢを成分とする色空間を出力とした場合に特化して説明してきた。これに対し、第２の実施例では、明るさ成分Ｌとクロミナンス成分Ｃとが分離された任意の色空間（ＣＩＥＬ＊ａ＊ｂ＊などを含む）を入力とし、任意の色空間を出力としている。
【００５６】
これは、要言すれば、上式（３）に示された任意の色変換関数ｆ_Cを用いる場合である。
【００５７】
一般に、色変換関数ｆ_Cは、入力色空間値の明るさ成分Ｌに対して緩やかな変化をする傾向がある。この性質を利用して、本出願人に既に譲渡されている特願平１０−２８９１５３号明細書に記載の「色変換装置」に示した多項式近似によるものを、色変換手段２２として用いることができる。
【００５８】
［追補］
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、ある特定の色空間（例えばＲＧＢ）の入力色を別の色空間の出力色（例えばＹＣｒＣｂ）に変換するための、優れた色変換処理方法及び装置を提供することができる。
【００６０】
また、本発明によれば、圧縮された画像を伸長してフルカラー画像に変換するための、優れた色変換処理方法及び装置を提供することができる。
【００６１】
また、本発明によれば、カラー画像の色空間を明るさ成分とクロミナンス成分とに分離し且つクロミナンス成分をダウンサンプリングして圧縮された画像を伸長してフルカラー画像に変換する、優れた色変換処理方法及び装置を提供することができる。
【００６２】
また、本発明によれば、ＪＰＥＧフォーマットで圧縮された画像を伸長してフルカラー画像に変換する、高速且つ低コストな色変換処理方法及び装置を提供することができる。
【００６３】
本発明では、明るさ成分Ｌを入力とし出力色空間値を出力とする色変換関数を、明るさ成分Ｌ以外のクロミナンス成分Ｃから求めるようにしている。そして、サンプリング・ファクタＳＦ個の明るさ成分Ｌを色変換関数に適用して、色変換するようになっている。したがって、本発明に係る色変換処理方法及び装置によれば、伸長時にアップサンプリングが不要となるため、高速に色変換処理することができ、且つ、演算量が少ない低いコストの色変換処理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＪＰＥＧ圧縮の手順を示した図である。
【図２】クロミナンス成分のサンプリングを示した図である。
【図３】本発明の実施に供される色変換処理装置１００の概略的構成を示したブロック図である。
【図４】本実施例に係る色変換処理装置１００おける処理手順を示したフローチャートである。
【図５】第１の実施例における演算回数を示した図である。
【符号の説明】
１…色変換関数決定手段、２…入力バッファ、３…出力バッファ、
２２…色変換手段、１００…色変換処理装置。

Claims

ある特定の色空間の入力色を別の色空間の出力色に変換する色変換処理方法であって、入力カラー画像は明るさ成分Ｌとクロミナンス成分Ｃに分離され且つクロミナンス成分Ｃがダウンサンプリングされており、
（ａ）入力色空間値の明るさ成分Ｌを入力とし出力色空間値を出力とする色変換関数を、入力色空間値のうち明るさ成分Ｌ以外のクロミナンス成分Ｃを用いて求める色変換関数決定ステップと、
（ｂ）サンプリング・ファクタＳＦ個の明るさ成分Ｌを前記色変換関数決定ステップにより求められた色変換関数に適用して色変換する色変換ステップと、
を備えることを特徴とする色変換処理方法。
入力カラー画像はＪＰＥＧ（ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）フォーマットで圧縮された画像であることを特徴とする請求項１に記載の色変換処理方法。
ある特定の色空間の入力色を別の色空間の出力色に変換する色変換処理方法であって、入力カラー画像は第１の成分と第２の成分に分離され且つ第２の成分がダウンサンプリングされており、
（ａ）入力色空間値の第１の成分を入力とし出力色空間値を出力とする色変換関数を、入力色空間値の第２の成分を用いて求める色変換関数決定ステップと、
（ｂ）サンプリング・ファクタＳＦ個の第１の成分を前記色変換関数決定ステップにより求められた色変換関数に適用して色変換する色変換ステップと、
を備えることを特徴とする色変換処理方法。
ある特定の色空間の入力色を別の色空間の出力色に変換する色変換処理装置であって、入力カラー画像は明るさ成分Ｌとクロミナンス成分Ｃに分離され且つクロミナンス成分Ｃがダウンサンプリングされており、
（ａ）入力色空間値の明るさ成分Ｌを入力とし出力色空間値を出力とする色変換関数を、入力色空間値のうち明るさ成分Ｌ以外のクロミナンス成分Ｃを用いて求める色変換関数決定手段と、
（ｂ）サンプリング・ファクタＳＦ個の明るさ成分Ｌを前記色変換関数決定手段により求められた色変換関数に適用して色変換する色変換手段と、
を備えることを特徴とする色変換処理装置。
入力カラー画像はＪＰＥＧ（ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）フォーマットで圧縮された画像であることを特徴とする請求項４に記載の色変換処理装置。
ある特定の色空間の入力色を別の色空間の出力色に変換する色変換処理装置であって、入力カラー画像は第１の成分と第２の成分に分離され且つ第２の成分がダウンサンプリングされており、
（ａ）入力色空間値の第１の成分を入力とし出力色空間値を出力とする色変換関数を、入力色空間値の第２の成分を用いて求める色変換関数決定手段と、
（ｂ）サンプリング・ファクタＳＦ個の第１の成分を前記色変換関数決定ステップにより求められた色変換関数に適用して色変換する色変換手段と、
を備えることを特徴とする色変換処理装置。