JP4494554B2 - 試験画像生成装置、試験画像生成方法及びパラメタ決定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号化され、復号化された復元画像の劣化度を評価するために用いられる試験画像を生成する試験画像生成装置、当該試験画像を生成する試験画像生成方法、及び、当該試験画像を用いて上記パラメタを決定するパラメタ決定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の情報化社会の発達の中で、画像符号化・復号化技術の重要性はますます増大しており、かかる画像符号化・復号化技術として、JPEG、MPEGなどが広く知られている。JPEG、MPEGなどの画像符号化・復号化技術を用いた画像符号化・復号化装置においては、あらかじめ決定された種々のパラメタに基づいて、画像の符号化あるいは復号化が行われる。例えばMPEGを例にとって説明すると、上記パラメタとして、DCT係数を量子化するための量子化マトリクス、Iピクチャの出現間隔、I,Pピクチャ間に挿入されるBピクチャの数、フレームレート、ビットレート、動きベクトルの探索範囲等が挙げられる。かかるパラメタの決定は、試験画像を画像符号化・復号化装置に入力して、符号化・復号化されて出力された試験画像の劣化度の評価に基づいて行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記試験画像として、自然画像(主として画像符号化・復号化を行う風景画像等)を用いる場合は、符号化・復号化された試験画像の劣化が目に見えにくい。従って、劣化度の評価に基づいて上記パラメタを決定するためには、劣化の強調処理、人の視覚特性を考慮した補正処理を行う必要があり、パラメタの決定が煩雑となるという問題点を有する。一方、試験画像が、電力スペクトル分布、DCT係数の振幅分布等において自然画像と極端に異なる場合は、試験画像を用いて決定された最適なパラメタが自然画像については最適、あるいは、好適なパラメタではなくなってしまうという問題点を有する。
【0004】
そこで本発明は、上記問題点を解決し、復元された画像の劣化度を視覚的に評価することができる試験画像を生成する試験画像生成装置、当該試験画像を生成する試験画像生成方法、及び、当該試験画像を用いて上記パラメタを決定するパラメタ決定方法を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の画像生成装置は、符号化され、復号化された復元画像の劣化度を評価するために用いられる試験画像を生成する試験画像生成装置であって、自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数分布を有する試験画像を生成する試験画像生成手段を備え、前記試験画像は、画像の略中心からの距離rの点における輝度P(r)が、前記略中心からの最大距離r max 、最高周波数成分の振幅A high 、最低周波数成分の振幅A low 、輝度の平均値P ave 、定数α、β、kを用いて、
【数5】
で表されることを特徴としている。
【0006】
試験画像が自然画像そのものではないため、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強調されるように試験画像を設計することができる。また、試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する空間周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像を用いて自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを決定することができる。そして、上記式(1)及び式(2)に基づいて試験画像を生成することで、試験画像を容易に生成することができる。
【0010】
また、上記課題を解決するために、本発明の試験画像発生方法は、符号化され、復号化された復元画像の劣化度を評価するために用いられる試験画像を生成する試験画像生成方法であって、自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数分布を有する試験画像を生成する試験画像生成工程を備え、前記試験画像は、画像の略中心からの距離rの点における輝度P(r)が、上記式(1)及び式(2)で表されることを特徴としている。
【0011】
試験画像が自然画像そのものではないため、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強調されるように試験画像を設計することができる。また、試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する空間周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像を用いて、自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを決定することができる。そして、上記式(1)及び式(2)に基づいて試験画像を生成することで、試験画像を容易に生成することができる。
【0018】
また、上記課題を解決するために、本発明のパラメタ決定方法は、試験画像を符号化、復号化した復元画像の劣化度の評価に基づいて画像符号化及び画像復号化のパラメタを決定するパラメタ決定方法であって、前記試験画像は、自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数分布を有し、画像の略中心からの距離rの点における輝度P(r)が、上記式(1)及び式(2)で表されることを特徴としている。
【0019】
試験画像が自然画像そのものではないため、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強調されるように試験画像を設計することができる。また、試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する空間周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像を用いて自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを決定することができる。そして、試験画像が上記式(1)及び式(2)に基づいて形成されることで、当該試験画像を容易に生成することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る試験画像生成装置について図面を参照して説明し、併せて本発明の実施形態にかかる試験画像生成方法及びパラメタ調整方法について説明する。まず、本実施形態に係る試験画像生成装置の構成について説明する。図1は本実施形態に係る試験画像生成装置及び当該試験画像生成装置によって生成する試験画像の符号化及び復号化を行う符号化・復号化装置の構成図である。
【0023】
試験画像生成装置10は、試験画像を生成する試験画像生成部12を備えて構成される。試験画像生成部12は、画像符号化・復号化装置20によって主として画像符号化・復号化が行われる自然画像が有する空間周波数分布とほぼ等しい空間周波数分布を有する試験画像を生成する。ここで自然画像とは、実在の風景、人物等の写真または映像をいう。
【0024】
試験画像生成部12は、試験画像として、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差(振幅)が大きくなるように正弦波状に濃淡を繰り返す同心円状のパタンを生成する。より具体的には、試験画像生成部12は、画像の中心からの距離rの点における輝度P(r)が、上記中心からの最大距離rmax、最高周波数成分の振幅Ahigh、最低周波数成分の振幅Alow、輝度の平均値Pave、定数α、β、kを用いて、
【0025】
【数6】
で表されるような試験画像を生成する。
【0026】
ここで、試験画像の大きさを512×512画素とし、各画素の階調を256階調とし、距離rを画像の中心からの画素数で表し、中心からの最大距離rmaxを362、最高周波数成分の振幅Ahighを20、最低周波数成分の振幅Alowを108、輝度の平均値Paveを128、定数αを5、βを1、kを105とした場合の試験画像を図2に示す。また、中心からいずれかの角に向かう直線に沿った輝度分布P(r)を図3に示す。ここで、中心からの最大距離rmaxは、矩形である試験画像の対角線の長さの1/2として与えられ、輝度の平均値Paveは、各画素がとりうる輝度範囲(256階調)の1/2として与えられる。
【0027】
試験画像生成装置10は、試験画像生成部12によって生成された試験画像を外部に対して出力する。
【0028】
画像符号化・復号化装置20は、図1に示すように、試験画像生成装置10から出力された上記試験画像を入力し、当該試験画像を用いて画像符号化及び画像復号化した復元画像を出力する。より具体的には、画像符号化・復号化装置20は、入力された試験画像を符号化するエンコーダ22と、エンコーダ22によって符号化された上記試験画像を復号化するデコーダ24とを備えている。また、エンコーダ22によって符号化され、デコーダ24によって復号化された復元画像と、復元画像と原試験画像との差分をとった画像(以下、差分画像という)とは、切替スイッチ28によって選択的に出力され、モニタ30に表示される。また、画像符号化・復号化装置20はエンコーダ22のパラメタを調整するパラメタ調整部26を備えており、上記復元画像の劣化度の評価に基づいて画像符号化及び画像復号化のパラメタを調整(決定)することが可能となっている。
【0029】
続いて、本実施形態にかかる試験画像生成装置の作用及び効果について説明する。本実施形態にかかる試験画像生成装置10によって生成する試験画像は、試験画像が自然画像そのものではないため、符号化・復号化された試験画像の劣化度が視覚的に強調されるように試験画像を設計することができる。また、試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する空間周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像を用いて自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを決定することができる。その結果、自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを容易に決定することが可能となる。
【0030】
また、本実施形態にかかる試験画像生成装置10は、上記式(1)及び式(2)に基づいて試験画像を生成することで、試験画像を容易に生成することが可能となる。
【0031】
以下、パラメタを決定する際に、試験画像として自然画像を用いる場合と比較して、本実施形態にかかる試験画像生成装置10によって生成される試験画像を用いる場合の効果についてより具体的に説明する。
【0032】
比較対象となる試験画像(以下、比較試験画像という)として、図4に示すような自然画像を例に挙げる。かかる比較試験画像は、静止画の評価によく用いられる船の光景を表した自然画像である。一方、本実施形態にかかる試験画像生成装置10によって生成される試験画像(以下、本試験画像という)は、上記式(1)及び式(2)に基づいて生成された試験画像、すなわち、図2に示す人工画像である。
【0033】
ここで、比較試験画像の電力スペクトル分布、本試験画像の電力スペクトル分布をそれぞれ図5(a)、図5(b)に示す。図5(a)、図5(b)から分かるように、本試験画像の電力スペクトル分布は、自然画像である比較試験画像の電力スペクトル分布と極めて類似しており、本試験画像の空間周波数分布は自然画像が有する空間周波数分布とほぼ等しくなっていることが分かる。DCT変換による圧縮においては、画像を周波数成分に分割し、各周波数成分毎に量子化を行っており、その際、高周波成分が低周波成分よりも小さいことを利用して各周波数成分に対して量子化のためのビットの振り分けを行っている。従って、試験画像の電力スペクトル分布を自然画像の電力スペクトル分布と類似させることで、各周波数成分に対して適切なビットの振り分けが可能となる。
【0034】
続いて、本試験画像と比較試験画像とのそれぞれの復元画像及び差分画像を図6〜図13に示す。図6は、低周波成分を粗く量子化した状態における本試験画像の復元画像である。ここで、本試験画像のエントロピーは0.432bit/pel、復元画像のSN比は32.8dBとなる。また、この場合の差分画像は図7に示すようになる。
【0035】
図8は、高周波成分を粗く量子化した状態における本試験画像の復元画像である。ここで、本試験画像のエントロピーは0.432bit/pel、復元画像のSN比は34.9dBとなる。また、この場合の差分画像は図9に示すようになる。
【0036】
図10は、低周波成分を粗く量子化した状態における比較試験画像の復元画像である。ここで、比較試験画像のエントロピーは0.720bit/pel、復元画像のSN比は31.9dBとなる。また、この場合の差分画像は図11に示すようになる。
【0037】
図12は、高周波成分を粗く量子化した状態における比較試験画像の復元画像である。ここで、比較試験画像のエントロピーは0.442bit/pel、復元画像のSN比は32.5dBとなる。また、この場合の差分画像は図13に示すようになる。
【0038】
本試験画像の復元画像と比較試験画像の復元画像とはSN比がほぼ等しいにも関わらず、比較試験画像の復元画像においては、図10,図12に示すように、復元画像の劣化の状態を当該復元画像から視覚的にとらえることは困難である。一方、本試験画像の復元画像は、図6、図8に示すように、復元画像の劣化の状態を当該復元画像から視覚的にとらえることが可能となる。すなわち、低周波成分を粗く量子化した状態における本試験画像の復元画像(図6)においては、試験画像の中央部が精度よく復元され、周辺部の劣化が顕著となる。一方、高周波成分を粗く量子化した状態における本試験画像の復元画像(図8)においては、試験画像の周辺部が精度よく復元され、中央部の劣化が顕著となる。従って、本試験画像を用いることにより、劣化の生じる周波数成分を特定することも可能となり、差分画像を作成することなく復元画像のみからパラメタの調整を行うことが可能となる。
【0039】
また、比較試験画像を用いた場合は、復元画像の劣化を差分画像によってとらえる場合であっても、図11、図13に示すように、どの周波数成分で劣化が生じているか等を視覚的にとらえることは容易ではなく、劣化の強調処理、人の視覚特性を考慮した補正処理を施すことが必要となる。これに対して、本試験画像を用いた場合は、図7,図9に示すように、低周波成分を粗く量子化した場合と高周波成分を粗く量子化した場合との差分画像のパターンが明瞭に異なっている。従って、差分画像をとることにより復元画像の劣化度の評価(どの周波数成分で劣化が生じているか)をさらに容易に行うことが可能となる。その結果、劣化の強調処理、人の視覚特性を考慮した補正処理等を施すことなく、極めて容易にパラメタの調整を行うことが可能となる。
【0040】
上記実施形態にかかる試験画像生成装置10によって生成される試験画像は、図2に示したように、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差(振幅)が大きくなるように正弦波状に濃淡を繰り返す同心円状のパタンであったが、これは、試験画像の空間周波数分布を自然画像の空間周波数分布と略等しくするという条件の下に、種々の変形が考えられる。
【0041】
例えば、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差が大きくなるように正弦波状に濃淡を繰り返す同心楕円状のパタンであってもよく、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差が大きくなるように正弦波状に濃淡を繰り返す同心矩形状のパタンであってもよい。
【0042】
また、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差が大きくなるように三角波状に濃淡を繰り返す同心円状等のパタンであってもよく、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差が大きくなるように矩形波状に濃淡を繰り返す同心円状等のパタンであってもよい。
【0043】
【発明の効果】
本発明の試験画像生成装置、試験画像生成方法によって生成する試験画像、及び、本発明のパラメタ調整方法において用いる試験画像は、自然画像そのものではないため、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強調されるように試験画像を設計することができる。その結果、復元された画像の劣化度を視覚的に評価することが可能となる。
【0044】
また、試験画像の空間周波数分布が自然画像が有する空間周波数分布と略等しくなっていることから、かかる試験画像を用いて自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを決定することができる。その結果、自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを容易に決定することが可能となる。
【0045】
また、本発明の試験画像生成装置においては、上記式(1)、式(2)に基づいて、試験画像を生成することで、当該試験画像を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】試験画像生成装置及び画像符号化・復号化装置の構成図である。
【図2】試験画像を表す図である。
【図3】試験画像を説明する図である。
【図4】試験画像を表す図である。
【図5】試験画像の電力スペクトル分布を示す図である。
【図6】復元画像を示す図である。
【図7】差分画像を示す図である。
【図8】復元画像を示す図である。
【図9】差分画像を示す図である。
【図10】復元画像を示す図である。
【図11】差分画像を示す図である。
【図12】復元画像を示す図である。
【図13】差分画像を示す図である。
【符号の説明】
10…試験画像生成装置、12…試験画像生成部、20…画像符号化・復号化装置、22…エンコーダ、24…デコーダ、26…パラメタ調整部、28…切替スイッチ、30…モニタ
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