JP4372327B2 - 画像符号化装置および画像符号化方法並びに復号化装置および復号化方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル画像データの圧縮伸長技術に関し、特にウェーブレット(wavelet)変換を用いた圧縮伸長技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
画像データの高能率符号化方式には、画像データの原信号を複数の周波数帯域に分割して符号化するサブバンド符号化法およびDCT(離散コサイン変換;Discrete Cosine Transform)が採用され、例えばISO(国際標準化機構:International Organization for Standardization)によって設立されたJPEG(Joint Photographic Coding Experts Group)方式で採用されている。
【0003】
しかしながら、DCTには、その変換基底の両端が収束しないため復号化画像にブロック状の雑音が生じるというブロック歪みの問題や、高帯域成分の量子化に起因し、復号化画像の主に輪郭部分に雑音が生ずるというモスキート雑音の問題が知られており、これら問題を解決する離散ウェーブレット変換を用いた圧縮符号化方法が注目されている。離散ウェーブレット変換は、画像データの周波数帯域を2つに分割する高域および低域の帯域通過フィルタ(サブバンド)をツリー状に組み上げ、低域側のサブバンドを再帰的に分割する方法で構築することができる。
【0004】
図18に、このようなウェーブレット変換を組み入れた画像圧縮伸長処理の流れの一例を示す。同図において、左方から右方へは圧縮符号化処理(順変換)の流れを示し、その逆方向は、圧縮データの復号化処理(逆変換)の流れを示している。圧縮符号化処理では、同図に示すように、先ず画像データはウェーブレット符号化された後、複数の帯域成分のブロック画像に分割される。次いで、ブロック画像は、2値化および量子化処理を施された後に2値算術符号化されて圧縮データに変換される。他方、圧縮データの復号化処理では、圧縮データが2値算術復号化処理により2値化データに変換され、この2値化データが多値化および逆量子化され、逆ウェーブレット変換を実行することで復号化される。
【0005】
また前記2値化および量子化処理はビットプレーン符号化を伴うものである。ビットプレーン符号化方法は、例えば、SPIHT(Set Partitioning In Hierarchical Trees)、DLWIC(Distortion Limited Wavelet Image Codec)およびEBCOT(Embedded Block Coding with Optimized Truncation)などで利用されており、EBCOTは前述のJPEGの次世代静止画標準方式となるJPEG2000で採用されている符号化法である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述のウェーブレット変換を利用した符号化方式は、JPEGの後継方式となるJPEG2000やMPEG(Moving Picture Experts Group)の後継方式で採用されることから、電子スチルカメラなどの電子機器で撮像した画像データや映像データの圧縮伸長手段として期待されており、その符号化効率の一層の向上が望まれているのが現状である。
【0007】
JPEG2000では、ウェーブレット変換を実現するフィルタ・バンクとしてローパス(低域通過)フィルタ係数の総和が1のものが採用されている。このため原信号のnビットのデータがウェーブレット変換されてもnビット相当の変換係数が生成される。しかしながら、後述するように、従来のウェーブレット変換では、順変換のローパスフィルタ係数の総和は計算誤差を除いて21/2であるため、nビットデータをウェーブレット変換すると、その変換係数のビット数は低域側に行くに従いnビットを超えて大きくなる性質がある。
【0008】
上記SPIHT法やDLWIC法はこの性質を利用したものである。上記SPIHT法は、変換係数のビット数の大小関係に従ってウェーブレット変換係数を並べ替えることにより、上記ビットプレーン符号化順序を定めるものであったが、順変換のローパスフィルタ係数を1とするJPEG2000方式では、その変換係数のビット数はウェーブレット変換前のそれと変わらないため、SPIHT法などを利用できないという問題がある。また、その変換係数のビット数は低域側に行くに従い過大となるため、上記SPIHT法やDLWIC法では、低域側の変換係数が効率的に量子化され難いという問題もある。
【0009】
さらに、前述の従来のウェーブレット変換では、後述するように、高域成分のウェーブレット変換係数のビット数が減ってしまい、量子化処理の際にその変換係数のデータが消えることがある。このため可逆性を保った圧縮符号化を実現できないという問題もあった。
【0010】
このような問題に鑑みて本発明が解決しようとするところは、上述のビットプレーン符号化の優先順位を効率的に定めて符号化効率を向上せしめ、可逆性を保ったウェーブレット変換を実現し得る画像符号化装置および画像符号化方法を提供する点にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、入力画像信号を所定の階層数に再帰的に帯域分割して各帯域毎のブロック画像を生成することでウェーブレット変換を実現するバンドパスフィルタ群を備えたウェーブレット変換部と、該ウェーブレット変換部から出力されたウェーブレット変換係数のビットプレーン符号化の優先順位を決定する優先順位決定手段と、該ウェーブレット変換部から出力されたウェーブレット変換係数を量子化し且つビットプレーン符号化する量子化部と、前記量子化部から出力された量子化係数をエントロピー符号化してビット列を生成出力するエントロピー符号化部と、を備え、前記バンドパスフィルタ群において画像信号を低域側に帯域分割するローパスフィルタ係数の総和を1とし、前記優先順位決定手段は、前記入力画像信号を帯域分割する毎に、前記ブロック画像の低域側の優先順位を1ステップ上げて設定するとともに、他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割する場合は、帯域分割するブロック画像の優先順位を1ステップ下げて設定するものである。
【0013】
また請求項2に係る発明は、請求項1記載の画像符号化装置であって、前記優先順位に相当する度数だけ前記ウェーブレット変換係数が拡大方向にビットシフトされるものである。
【0014】
次に、請求項3に係る発明は、入力画像信号をウェーブレット変換する画像符号化方法であって、(a)バンドパスフィルタ群を用いて、入力画像信号を所定の階層数に再帰的に帯域分割して各帯域毎のブロック画像を生成し、前記ブロック画像のウェーブレット変換係数を算出するステップと、(b)前記ウェーブレット変換係数のビットプレーン符号化の優先順位を決定するステップと、(c)前記ウェーブレット変換係数を量子化し且つビットプレーン符号化するステップと、(d)前記ステップ(c)で生成された量子化値をエントロピー符号化してビット列を生成するステップと、を備え、前記バンドパスフィルタ群において画像信号を低域側に帯域分割するローパスフィルタ係数の総和を1とし、前記ステップ(b)では、前記入力画像信号を帯域分割する毎に、前記ブロック画像の低域側の優先順位を1ステップ上げるとともに、他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割する場合は、帯域分割するブロック画像の優先順位を1ステップ下げるものである。
【0016】
また請求項4に係る発明は、請求項3記載の画像符号化方法であって、前記ステップ(b)において、前記優先順位に相当する度数だけ前記ウェーブレット変換係数が拡大方向にビットシフトするものである。
【0017】
次に請求項5に係る発明は、請求項1記載の画像符号化装置で入力画像信号を圧縮した圧縮信号を復号化する復号化装置であって、前記圧縮信号のビット列をエントロピー復号化して前記量子化係数を出力するエントロピー復号化部と、前記量子化係数を請求項1記載の前記優先順位決定手段によって決定された優先順位に基づいてビットプレーン復号化し且つ逆量子化して前記ウェーブレット変換係数を出力する逆量子化部と、請求項1記載のウェーブレット変換の逆変換を実行する合成フィルタ群を備え前記ウェーブレット変換係数を逆変換して復号化画像信号を出力する逆ウェーブレット変換部と、を備え、前記逆量子化部から出力されたウェーブレット変換係数の前記優先順位を元に戻した後に前記逆変換が実行されることを特徴とするものである。
【0019】
また請求項6に係る発明は、請求項5記載の復号化装置であって、請求項2記載の画像符号化装置により拡大方向にビットシフトされた前記ウェーブレット変換係数は、前記拡大方向と逆方向にビットシフトされて元に戻されるものである。
【0020】
次に請求項7に係る発明は、請求項3記載の画像符号化方法で入力画像信号を圧縮した圧縮信号を復号化する復号化方法であって、(e)前記圧縮信号のビット列をエントロピー復号化して前記量子化係数を出力するステップと、(f)前記量子化係数を請求項3記載のステップ(b)で決定された優先順位に基づいてビットプレーン復号化し且つ逆量子化して前記ウェーブレット変換係数を出力するステップと、(g)前記ウェーブレット変換係数の前記優先順位を元に戻すステップと、(h)請求項3記載のウェーブレット変換の逆変換を実行して復号化画像信号を出力するステップと、を備えることを特徴とするものである。
【0022】
そして請求項8に係る発明は、請求項7記載の復号化方法であって、前記ステップ(g)において、請求項4記載の画像符号化方法により拡大方向にビットシフトされた前記ウェーブレット変換係数を前記拡大方向と逆方向にビットシフトして元に戻すものである。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の形態に係る画像符号化装置1および復号化装置50の概略構成を示す符号化および復号化ブロック図、図2は、本実施の形態に係る画像符号化処理および復号化処理の流れを示すブロック図である。図1に示すように、本実施の形態に係る画像符号化装置1は、前処理部2、ウェーブレット変換部3、量子化部5、算術符号化部(エントロピー符号化部)6および多重化部7の符号化ブロックを備えており、各符号化ブロック同士を接続する矢印に従って入力する原信号(画像信号)が順次処理され圧縮符号化信号が出力される。
【0024】
先ず、画像信号が入力する前処理部2では、原信号がカラー画像信号の場合には、原信号のR(赤),G(緑)およびB(青)の3色成分が他の色成分の座標系へと変換される。色成分変換には、NTSC(National Television System Commitee)方式などで採用されているYUV座標系、YIQ座標系、YCbCr座標系などを使用すればよい。例えば、色成分変換にYCbCr座標系を使用した場合、そのRGB成分は輝度信号Yと2つの色差信号Cb,CrとからなるYCbCr成分の座標系へと変換される。YCbCr成分はRGB成分よりも各成分間の相関が小さいため、画像サイズを圧縮することが可能となる。また、特にJPEG2000で採用される色成分変換として、後述の可逆ウェーブレット変換を実現する5タップ×3タップのフィルター(図7)と共に使用されるRCT(Reversible Component Transformation)や、後述の9タップ×7タップのドビシス・フィルタと共に使用されるICT(Irreversible Component Transformation)を適用してもよい。RCTやICTについては、例えば「JPEG 2000 FINAL COMMITTEE DRAFT VERSION 1.0,16 MARCH 2000」(発行元:ISO/IEC JTC1/SC29 WG1)に記載されている。但し、原信号がカラー画像信号で無い場合は、このような変換は不要である。
【0025】
次に、ウェーブレット変換部3において前記前処理部2で変換された画像信号がウェーブレット変換される。本実施の形態では、離散化したウェーブレット関数族を変換基底とした離散ウェーブレット変換を用いる。離散ウェーブレット変換は、画像信号の周波数帯域を高域側と低域側とに再帰的に帯域分割することで実現されることができ、具体的には、図3(a)に示すような2分割フィルタ群を1単位(1階層)としてツリー状に組み立てて構成される。この2分割フィルタ群は、画像信号の周波数帯域を水平方向に2帯域に分割するローパス(低域通過)フィルタ10Lおよびハイパス(高域通過)フィルタ10Hと、これらフィルタ10L,10Hからそれぞれ出力された画像信号の周波数帯域をさらに垂直方向に2帯域に分割するローパスフィルタ11L,11Lおよびハイパスフィルタ11H,11Hとからなり、入力画像信号は、各バンドパスフィルタで帯域分割され、サンプリング・レート1/2のダウン・サンプラ12で間引きされることで4つのブロック画像LhLv,LhHv,HhLv,HhHvに分割される。図3(b)は、ブロック画像LhLv,LhHv,HhLv,HhHvを、水平方向の周波数成分が右方へ行くほど高域に且つ左方へ行くほど低域になり、垂直方向の周波数成分が上方へ行くほど低域に且つ下方へ行くほど高域になる規則で配列した図である。以下、ウェーブレット変換で分割したブロック画像はこの規則で配列されるものとする。
【0026】
このような2分割フィルタ群をツリー状に配列してフィルタ・バンクを構成する方法には各種あり、図4に示すマラット(mallat)型配列、図5に示すスパクル(spacle)型配列、図6に示すパケット型(packet)配列などがある。図4(a),図5(a)および図6(a)は1次元ウェーブレット変換を実現するフィルタ・バンクを示す模式図である。各図(a)のツリーの各階層に付した「L」は低域成分を、「H」は高域成分を示している。ここで、マラット型配列は、原信号の低域成分のみを再帰的に分割するものであり、スパクル型配列は、原信号の高域成分を1階層再帰的に分割し、その低域成分を再帰的に分割するものであり、パケット型配列は、原信号の高域成分と低域成分の双方を再帰的に分割するものである。尚、本実施の形態では、原信号の低域成分を有限の階層数で再帰的に分割しているが、これに限らず、任意の階層数で再帰的に分割しても構わない。
【0027】
また、図4(b),図5(b)および図6(b)は、2次元ウェーブレット変換により帯域分割したブロック画像を上記規則に従って周波数帯域毎に配列した図である。2次元ウェーブレット変換は、図3の2分割フィルタ群を用いて、図4(a),図5(a)および図6(a)のツリー構造を2次元(画像の水平方向と垂直方向)に適用することで構成される。
【0028】
ウェーブレット変換部3は、このようなマラット型配列、スパクル型配列およびパケット型配列の中から選択した配列を用いて入力画像信号を離散ウェーブレット変換し、各ブロック画像のウェーブレット変換係数を算出する。この離散ウェーブレット変換は、入力されるライン単位のデータをフィルタ処理に必要なライン数バッファリングして垂直方向のフィルタ処理を行い、その結果得られたデータ列に対して水平方向のフィルタ処理を施すというラインベースで実行されてもよいし、この代わりに、入力画像信号をタイリングにより所定の大きさに分割し、この分割画像(タイル)を一単位として変換処理を実行するというブロックベースで実行されてもよい。低ビットレートの条件下でブロックベースで変換する場合、互いに隣接するタイルの境界付近のデータをオーバーラップしたうえで順変換することで、復号化画像のタイル境界における歪みを防止するのが望ましい。もしくは、その歪みを防止するには、タイル境界での連続性を保持しつつ前記分割画像を拡張する対称周期拡張法を採用するのが望ましい。
【0029】
離散ウェーブレット変換に用いるフィルタ・バンクには、可逆性または非可逆性のものを使用できる。非可逆変換を実現するフィルタには、ドビシス(Daubechies)基底を用いたフィルタ(ドビシス・フィルタ)(I. Daubechies: "A Theory for Multiresolution Signal Decomposition", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol.11, no.7, pp.674-693, July 1989を参照)を採用でき、具体的には、順変換のローパスフィルタを9タップ、ハイパスフィルタを7タップとして構成すればよい(M. Antonini, M. Barlaud, P. Mathieu and I. Daubechies: "Image Coding Using the Wavelet Transform", IEEE Trans. Image Proc., pp.205-220 April 1992を参照)。JPEG2000方式で採用されるドビシス・フィルタでは、アナリシス(順変換)・フィルタ係数の総和が1、シンセシス(逆変換)・フィルタ係数の総和が0(零)である。
【0030】
他方、可逆変換を実現するフィルタとしては、図7に示すようなフィルタ係数を有するものが好ましい。図7(a),(b)に示す通り、アナリシス・フィルタ係数は、ローパスフィルタを5タップ、ハイパスフィルタを3タップとして構成されており、シンセシス・フィルタ係数は、ローパスフィルタのタップ数を3、ハイパスフィルタのタップ数を5として構成されている。またアナリシス・フィルタのローパスフィルタ係数の総和は1、そのハイパスフィルタ係数の総和は0(零)であり、可逆性を保ったウェーブレット順変換を実行することが可能である。
【0031】
次に、上記優先順位設定手段4において各ブロック画像(各周波数帯域)の変換係数のビットプレーン符号化優先順位が決定される。具体的には、その優先度は以下の2つの規則(1),(2)に基づいて設定される。(1)ローパスフィルタで帯域分割されたブロック画像の低域側の優先順位を1ステップ上げる。(2)他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割する場合は、当該ブロック画像の優先順位を1ステップ下げる。
【0032】
これら規則(1),(2)に基づいた優先度設定処理手順を図10のフローチャートを参照して説明する。図3に示した1階層分の2分割フィルタ群を例にして説明すると、先ず、原信号である画像信号13が画像符号化装置1に入力すると(ST1)、入力画像に対して優先度(初期値)として「0(零)」が設定される。次に、ステップST2において、入力画像13はローパスフィルタ10Lとハイパスフィルタ10Hとで2分割される。次いで、ステップST3において、前記ステップST2で分割したブロック画像が前階層の他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割されたか否かが条件判定されるが、現段階では前階層のブロック画像は生成されていないのでステップST4に処理が移行する。ステップST4では、ローパスフィルタ10Lを通過した画像データLhの優先度は1ステップ上がり「1」に設定されるが、ハイパスフィルタ10Hを通過した画像Hhの優先度は「0」のままである。さらにウェーブレット変換を続行してステップST2に戻り、画像Lhは垂直方向にローパスフィルタ11Lとハイパスフィルタ11Hとで帯域分割され、次のステップST4で、ローパスフィルタ11Lを通過したブロック画像LhLvの優先度は1ステップ上がり「2」に設定されるが、ハイパスフィルタ11Hを通過したブロック画像LhHvの優先度は「1」のままである。
【0033】
他方、ステップST2で、ハイパスフィルタ10Hを通過した画像Hhは、ローパスフィルタ11Lとハイパスフィルタ11Hで帯域分割される。次いで、ステップST4で、ローパスフィルタ11Lを通過したブロック画像HhLvの優先度は1ステップ上がり「1」となるが、ハイパスフィルタ11Hを通過したブロック画像HhHvの優先度は「0」のままである。
【0034】
このように規則(1)に従い、図8に示す通り、ブロック画像LhLv,HhLv,LhHv,HhHvの優先度はそれぞれ2,1,1,0に設定される。
【0035】
続けて、ブロック画像HhLv(優先度:1),LhHv(優先度:1),HhHv(優先度:0)よりも深い階層でブロック画像LhLv(優先度:2)のみをさらに水平・垂直方向に帯域分割する場合、上記規則(1)および(2)が適用される。図10のフローチャートによれば、ステップST2において、このブロック画像20(LhLv)が前階層の他のブロック画像よりも深い階層でさらに水平方向の2帯域に分割されると、次のステップST3でその旨が判定されるから、次にステップST6に処理が移行し、ブロック画像20の優先順位が1ステップ下げられた後に、ステップST4において、前記ステップST2で低域に分割したブロック画像の優先順位が1ステップ上がる。この段階で、水平方向の2帯域に分割した各ブロック画像(図示せず)の優先順位は、高域側で「−1」、低域側で「0」だけ増減する。
【0036】
続けてステップST5を介してステップST2に処理が移行し、各ブロック画像を同じ階層でさらに垂直方向に2帯域分割すると、図9に示すようにブロック画像20は4帯域のブロック画像20a〜20dに分割される。次いで、ステップST3を介してステップST4に処理が移行し、前記ステップST2で垂直方向の低域に分割した各ブロック画像20a,20cの優先順位が1ステップ上げられる。この結果、図9の各ブロック画像20a〜20dに付した度数だけ各ブロック画像の優先順位が増減することとなる。
【0037】
以上に示した規則(1),(2)に従い、優先度を付されたブロック画像を図11〜図13に示す。図11は、図4(b)のマラット型配列で分割したブロック画像、図12は、図5(b)のスパクル型配列で分割したブロック画像、図13は、図6(b)のパケット型配列で分割したブロック画像にそれぞれ優先度を付した図である。
【0038】
図11のマラット型配列では、第1階層で水平・垂直方向に4帯域分割した4個のブロック画像については規則(1)のみが適用されており、第2階層以後で水平・垂直方向に帯域分割した左上のブロック画像については、第1階層で帯域分割した他のブロック画像よりも深い階層で分割されるため、規則(1)および(2)が適用されている。
【0039】
また図12のスパクル型配列では、第1および第2階層で水平・垂直方向に帯域分割した16個のブロック画像については規則(1)のみが適用されており、第3階層以後で水平・垂直方向に帯域分割した左上のブロック画像については、第1および第2階層で帯域分割した他のブロック画像よりも深い階層で分割されるため、規則(1)および(2)が適用されている。
【0040】
また図13のパケット型配列では、第1〜第3階層で水平・垂直方向に帯域分割した64個のブロック画像は全て同じ階層で分割されるから、規則(1)のみが適用されている。
【0041】
上記優先度は、各ブロック画像(各周波数帯域)のウェーブレット変換係数に対応付けされたうえで優先順位変換テーブル(図示せず)に格納され、また後処理でビットプレーン符号化処理を実行する際に参照される。このように本実施の形態による優先順位設定処理により、ビットプレーン符号化の優先順位を効率的に定めることが可能となる。
【0042】
さらに、上記ウェーブレット変換係数に優先度を対応付けする手段として、上記変換係数を、当該優先度に応じて拡大方向にビットシフトさせることが望ましい。具体的には、図8(a)に示したブロック画像LhLvのウェーブレット変換係数を15(LhLv)のように表記する場合、同図(b)に示すようにウェーブレット変換係数15(LhLv),15(LhHv),15(HhLv),15(HhHv)のnビットはそれぞれ、同図(a)に示した優先度(2ビット、1ビット、1ビット、0ビット)だけ左シフトされ、それぞれn+2ビット、n+1ビット、n+1ビット、nビットのデータとなる。これによりウェーブレット変換係数に優先順位を効率的に付与することが可能となる。
【0043】
また、前記優先度に応じてウェーブレット変換係数を実際にビットシフトさせる代わりに、各ウェーブレット変換係数に対応する優先度の情報をメモリに蓄積しておき、ビットプレーン符号化処理の際にそれを参照する形態を採用してもよい。
【0044】
尚、従来のウェーブレット変換を実現するフィルタ・バンクは、一般的にローパスフィルタ係数の総和が21/2、ハイパスフィルタ係数の総和が0(零)となるバンドパスフィルタを使っていた。またこの種の従来のフィルタ・バンクでは、ローパスフィルタを通過した画像のウェーブレット変換係数には21/2が、ハイパスフィルタを通過した画像のウェーブレット変換係数には2-1/2が乗算される。この結果、図3(a)に示したような2分割フィルタ群を用いた場合、図14に示すように、入力画像30を水平・垂直方向に共に低域に分割したブロック画像LhLvのウェーブレット変換係数には21/2×21/2=2が乗算され、水平方向に低域に分割し垂直方向に高域に分割したブロック画像LhHvのウェーブレット変換係数には21/2×2-1/2=1が乗算され、水平方向に高域に分割し垂直方向に低域に分割したブロック画像HhLvのウェーブレット変換係数には2-1/2×21/2=1が乗算され、水平・垂直方向に共に高域に分割したブロック画像HhHvのウェーブレット変換係数には2-1/2×2-1/2=2-1の係数が乗算される。よって、ブロック画像HhHvのウェーブレット変換係数は2-1の係数が乗算されて1ビット右シフトするので、可逆性を保った圧縮を行うことができない。
【0045】
このような従来のウェーブレット変換で帯域分割したブロック画像を図15〜図17に示す。各ブロック画像には上述のウェーブレット変換係数に乗算する係数を付した。図15は、図4(b)のマラット型配列で分割したブロック画像を、図16は、図5(b)のスパクル型配列で分割したブロック画像を、図17は、図6(b)のパケット型配列で分割したブロック画像を示す図である。
【0046】
このように各種型配列のウェーブレット変換で帯域分割したブロック画像には、2-1,2-2,2-3のような、ウェーブレット変換係数を除算させる乗算係数が出現し、また、図16のマラット型配列に例示されるように、乗算係数は低域側になる程大きいため、ウェーブレット変換係数のレンジは低域側になる程に過大になり易いことが分かる。
【0047】
本実施の形態による離散ウェーブレット変換のように順変換のローパスフィルタ係数の総和を1とするフィルタを用いれば、前述のウェーブレット変換係数を除算させる乗算係数は出現しないため、その変換係数のビット数は減少せず、そのデータは量子化処理の際に消えないため、可逆性の高いウェーブレット変換を実現することが可能であり、また、ウェーブレット変換係数のレンジが低域側になる程過大にならないため、ウェーブレット変換係数の量子化処理を効率的に行うことが可能となる。また本実施の形態では、上記優先順位設定手段4により、ウェーブレット変換係数のビットプレーン符号化優先順位を効率的に設定できるから、符号化効率を高めることが可能となる。
【0048】
以上のように原信号をウェーブレット変換した後は、量子化部5において、各ウェーブレット変換係数が量子化されビットプレーン符号化される。その後、算術符号化部6は、各ビットプレーン符号化値を2値算術符号化(エントロピー符号化)する。2値算術符号化にはMQコーダーやQMコーダーなどを使用すればよい。またエントロピー符号化の際にはハフマン符号化を実行してもよい。
【0049】
そして、多重化部7は、算術符号化部6から出力された圧縮データに対し、原画像の画像サイズ、量子化ビット数などの画像情報や、離散ウェーブレット変換の型、優先順位変換テーブル、色成分変換テーブル、ハフマン符号化する際に用いたハフマン・テーブルなどの圧縮情報を付加することで圧縮符号化信号を生成出力する。
【0050】
また、上記圧縮符号化信号の復号化処理は、以下の通りである。図1の復号化装置50に示す通り、上記圧縮符号化信号は復号化装置50の分離部51に入力すると、上記圧縮データ、画像情報および圧縮情報に分離された後に、算術復号化部(エントロピー復号化部)52においてその圧縮データは2値算術復号化(エントロピー復号化)される。尚、上記算術符号化部6で2値算術符号化の代わりにハフマン符号化を実行した場合は、圧縮データをエントロピー復号化する際に前記ハフマン・テーブルなどが参照される。
【0051】
次に、逆量子化部53は、前記画像情報を参照して、算術符号化部6から出力された復号化データを逆量子化し且つビットプレーン復号化して上記ウェーブレット変換係数を生成出力する。優先順位復元手段55は、上記優先順位変換テーブルを参照して前記ウェーブレット変換係数と対応付けした優先順位を復元させる。例えば、上述したようにウェーブレット変換係数を優先度に応じて拡大方向にビットシフトした場合、ウェーブレット変換係数は、その拡大方向とは逆方向にビットシフトされて元にビット位置に戻される。
【0052】
このようなウェーブレット変換係数は、逆ウェーブレット変換部54において上記ウェーブレット変換の型に対応するように逆ウェーブレット変換される。すなわち、各ウェーブレット変換係数にアップ・サンプラで零挿入した後に、零挿入されたウェーブレット変換係数を例えば図7(b)のシンセシス・フィルタ係数をもつフィルタに通過させ、加算器で合成することにより画像信号が生成される。この画像信号は画像符号化装置1の前処理部2で色成分が変換されているから、後処理部56は上記色成分変換テーブルを参照し、その画像信号を元のRGB成分に逆変換することにより復号化信号が生成出力される。
【0053】
尚、上記実施の形態では、静止画像の圧縮伸長処理について示したが、本発明に係る画像符号化装置および方法は動画像圧縮処理に適用してもよい。動画像は複数枚の静止画像(フレーム)で構成されるので、各フレーム内の空間的な相関関係による圧縮に本発明を適用し、フレーム間の時間的な相関関係による圧縮には既知の動き補償予測符号化などを適用すればよい。
【0054】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の請求項1に係る画像符号化装置および請求項3に係る画像符号化方法によれば、ローパスフィルタ係数の総和を1としているから、従来のウェーブレット変換のようにウェーブレット変換係数のレンジが低域側になるほど過大になることが無いためウェーブレット変換係数の量子化を効率的に実行でき、またビットプレーン符号化の優先順位を効率的に定め得るので、符号化効率を高めることが可能となる。
【0056】
また請求項2および請求項4によれば、ウェーブレット変換係数に優先順位を効率良く付与することが可能となる。
【0057】
また請求項5に係る復号化装置および請求項7に係る復号化方法によれば、請求項1記載の画像符号化装置および請求項3記載の画像符号化方法で圧縮した圧縮信号を復号化することができる。
【0059】
そして請求項6および請求項8によれば、請求項2および請求項4でビットシフトされたウェーブレット変換係数を元のビット位置に戻して圧縮信号を復号化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る画像符号化装置および復号化装置の概略構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る画像符号化装置および復号化装置の処理の流れを示す図である。
【図3】(a)は、離散ウェーブレット変換を実現する2分割フィルタ群の一単位を示す図、(b)は、(a)に示した2分割フィルタ群で帯域分割されたブロック画像を配列した図である。
【図4】(a)は、マラット(mallat)型配列のフィルタ・バンクを示す概略図、(b)は、(a)のフィルタ・バンクで帯域分割されたブロック画像を配列した図である。
【図5】(a)は、スパクル(spacle)型配列のフィルタ・バンクを示す概略図、(b)は、(a)のフィルタ・バンクで帯域分割されたブロック画像を配列した図である。
【図6】(a)は、パケット(packet)型配列のフィルタ・バンクを示す概略図、(b)は、(a)のフィルタ・バンクで帯域分割されたブロック画像を配列した図である。
【図7】(a)は、アナリシス・フィルタ係数の表を示す図、(b)は、シンセシス・フィルタ係数の表を示す図である。
【図8】ビットプレーン符号化の優先順位を付されたブロック画像の例を示す図である。
【図9】ビットプレーン符号化の優先順位の増減の値を付されたブロック画像の例を示す図である。
【図10】優先順位設定処理を示すフローチャートである。
【図11】マラット型配列によるブロック画像に優先度を付した例を示す図である。
【図12】スパクル型配列によるブロック画像に優先度を付した例を示す図である。
【図13】パケット型配列によるブロック画像に優先度を付した例を示す図である。
【図14】ウェーブレット変換した各ブロック画像とフィルタ係数との関係を示す説明図である。
【図15】ウェーブレット変換した各ブロック画像とフィルタ係数との関係を示す説明図である。
【図16】ウェーブレット変換した各ブロック画像とフィルタ係数との関係を示す説明図である。
【図17】ウェーブレット変換した各ブロック画像とフィルタ係数との関係を示す説明図である。
【図18】従来の画像圧縮伸長処理の流れを示すブロック図である。
【符号の説明】
1 画像符号化装置
2 前処理部
3 ウェーブレット変換部
4 優先順位設定手段
5 量子化部
6 算術符号化部(エントロピー符号化部)
7 多重化部
10L ローパスフィルタ
10H ハイパスフィルタ
11L ローパスフィルタ
11H ハイパスフィルタ
12 ダウン・サンプラ
13 入力画像
15 ウェーブレット変換係数
20 ブロック画像
Claims (8)
- 入力画像信号を所定の階層数に再帰的に帯域分割して各帯域毎のブロック画像を生成することでウェーブレット変換を実現するバンドパスフィルタ群を備えたウェーブレット変換部と、
該ウェーブレット変換部から出力されたウェーブレット変換係数のビットプレーン符号化の優先順位を決定する優先順位決定手段と、
該ウェーブレット変換部から出力されたウェーブレット変換係数を量子化し且つビットプレーン符号化する量子化部と、
前記量子化部から出力された量子化係数をエントロピー符号化してビット列を生成出力するエントロピー符号化部と、
を備え、
前記バンドパスフィルタ群において画像信号を低域側に帯域分割するローパスフィルタ係数の総和を1とし、
前記優先順位決定手段は、前記入力画像信号を帯域分割する毎に、前記ブロック画像の低域側の優先順位を1ステップ上げて設定するとともに、他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割する場合は、帯域分割するブロック画像の優先順位を1ステップ下げて設定する画像符号化装置。 - 請求項1記載の画像符号化装置であって、前記優先順位に相当する度数に対応して前記ウェーブレット変換係数が拡大方向にビットシフトされる画像符号化装置。
- 入力画像信号をウェーブレット変換する画像符号化方法であって、
(a)バンドパスフィルタ群を用いて、入力画像信号を所定の階層数に再帰的に帯域分割して各帯域毎のブロック画像を生成し、前記ブロック画像のウェーブレット変換係数を算出するステップと、
(b)前記ウェーブレット変換係数のビットプレーン符号化の優先順位を決定するステップと、
(c)前記ウェーブレット変換係数を量子化し且つビットプレーン符号化するステップと、
(d)前記ステップ(c)で生成された量子化係数をエントロピー符号化してビット列を生成するステップと、
を備え、
前記バンドパスフィルタ群において画像信号を低域側に帯域分割するローパスフィルタ係数の総和を1とし、
前記ステップ(b)では、前記入力画像信号を帯域分割する毎に、前記ブロック画像の低域側の優先順位を1ステップ上げるとともに、他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割する場合は、帯域分割するブロック画像の優先順位を1ステップ下げる画像符号化方法。 - 請求項3記載の画像符号化方法であって、前記ステップ(b)において、前記優先順位に相当する度数に対応して前記ウェーブレット変換係数を拡大方向にビットシフトする画像符号化方法。
- 請求項1記載の画像符号化装置で入力画像信号を圧縮した圧縮信号を復号化する復号化装置であって、
前記圧縮信号のビット列をエントロピー復号化して前記量子化係数を出力するエントロピー復号化部と、
前記量子化係数を請求項1記載の前記優先順位決定手段によって決定された優先順位に基づいてビットプレーン復号化し且つ逆量子化して前記ウェーブレット変換係数を出力する逆量子化部と、
請求項1記載のウェーブレット変換の逆変換を実行する合成フィルタ群を備え、前記ウェーブレット変換係数を逆変換して復号化画像信号を出力する逆ウェーブレット変換部と、を備え、
前記逆量子化部から出力されたウェーブレット変換係数の前記優先順位を元に戻した後に前記逆変換が実行される復号化装置。 - 請求項5記載の復号化装置であって、請求項2記載の画像符号化装置により拡大方向にビットシフトされた前記ウェーブレット変換係数は、前記拡大方向と逆方向にビットシフトされて元に戻される復号化装置。
- 請求項3記載の画像符号化方法で入力画像信号を圧縮した圧縮信号を復号化する復号化方法であって、
(e)前記圧縮信号のビット列をエントロピー復号化して前記量子化係数を出力するステップと、
(f)前記量子化係数を請求項3記載のステップ(b)で決定された優先順位に基づいてビットプレーン復号化し且つ逆量子化して前記ウェーブレット変換係数を出力するステップと、
(g)前記ウェーブレット変換係数の前記優先順位を元に戻すステップと、
(h)請求項3記載のウェーブレット変換の逆変換を実行して復号化画像信号を出力するステップと、
を備えることを特徴とする復号化方法。 - 請求項7記載の復号化方法であって、前記ステップ(g)において、請求項4記載の画像符号化方法により拡大方向にビットシフトされた前記ウェーブレット変換係数を前記拡大方向と逆方向にビットシフトして元に戻す復号化方法。
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