JP4510702B2 - 高速画像縮小装置および方法 - Google Patents
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Description
本発明は、符号化された画像データを復号化し、表示等使用される際に適当な解像度に縮小する処理を、高速に行う装置および方法に関する。
近年、メガピクセルサイズの画像をデジタルカメラなどで容易に撮影することができるようになり、そういった画像の画像データがインターネット上にも多く流通している。そのため、上述のような大きなサイズの画像データを表示・生成・配信等する際に、その処理に大幅に時間がかかっていたため、より高速に処理をする方法・装置が提案されている。
例えば特許文献１では、携帯電話などの通信機器有するカメラが撮影した画像をメールに添付して送信する場合に、受信先の通信機器が有するカメラのスペックに合わせて前記画像の解像度等を調整する処理を行う中継基地を開示しており、当該中継機器による画像処理によって、送信元と受信先のカメラの性能の違いに起因する画質のばらつきを抑えることが提案されている。
画像データの標準的なフォーマットとして、静止画ではＪＰＥＧ、動画ではＭＰＥＧフォーマットがよく用いられている。これらＪＰＥＧやＭＰＥＧでは、画像は、離散コサイン変換（ＤＣＴ）などの直交変換によってデータ圧縮されている。画像データを復号化（デコード）するときに、逆ＤＣＴなどの直交変換の逆変換を行い、それに伴い、縮小処理の一部を行うことで、「復号化」から「縮小」という一連の画像処理の高速化を図ることができる。
例えば特許文献２では、ＪＰＥＧ圧縮画像データを、指定された縮小率に従って周波数領域においてデータ選択をした後に、逆ＤＣＴ変換することが提案されている。
特開２００４−５６６６２号
特開２００３−３２４８２号
しかし上述の方法では、直交変換の際に縮小処理におけるフィルタリングを兼ねることでＮ／８（Ｎ＝１，２，・・・，７）の縮小が可能であった。そうすると、処理速度は速まっても、縮小画像の精度が落ちていたり、あるいは、十分な処理速度を得られないという問題があった。
本発明は、上述の問題点を解決し、画像データの複合化・縮小処理においてさらに高速処理を実現したまま、高速化のために特に精度を落とすということなく、任意の縮小率による縮小処理を行えるようにすることを課題とする。
本発明の画像処理方法は、直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データを、可変長復号化および直交逆変換を用いて復号化し、且つ、予め設定した目標解像度に解像度変換する画像処理方法であって、前記画像データを可変長復号化により復号し、前記画像データの解像度を取得し、前記取得した解像度と前記目標解像度とを比較して、当該比較結果に応じて直交逆変換において用いる低周波成分を決定し、前記比較結果に応じて、直交逆変換のみによる縮小方法か、直交逆変換および他の縮小アルゴリズムを用いる縮小方法か、前記他の縮小アルゴリズムのみを用いる縮小方法か、いずれの縮小方法を採用するか決定し、決定した縮小方法に応じて前記復号化された画像データを縮小することを特徴とするものである。
ここで、「直交変換」とは、画像の輝度データを周波数領域へ変換する処理であって、例えば、ＤＣＴ（離散コサイン変換）これに当たる。特に、「画像データ」がＪＰＥＧ形式の場合は、直交変換ではこのＤＣＴが用いられている。また、「直交逆変換」としては、例えば、逆ＤＣＴ（逆離散コサイン変換）がこれに当たる。
またここで、前記設定した解像度と前記取得した解像度との比較結果に応じて、直交逆変換に用いる変換行列を零要素が多い行列式に適宜変形したものを用いるものとする。具体的な行列式は、後述する。
また、本発明の画像処理装置は、直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データを、可変長復号化および直交逆変換を用いて復号化し、且つ、予め設定した目標解像度に解像度変換する画像処理を行う画像処理装置であって、前記画像データを受信する受信手段と、前記画像データを復号化し且つ縮小する画像処理手段と、前記画像処理手段によって得られた画像データを表示する表示手段とからなり、前記画像処理手段は、前記画像データを復号化する復号化手段と、前記画像データの元画像の解像度を取得する解像度取得手段と、前記取得した解像度と、予め設定されている目標解像度とを比較し、直交逆変換において用いる低周波成分を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段が決定した低周波成分のみを用いて、前記復号化された画像データを、直交逆変換する逆変換手段と、逆変換された画像データを縮小アルゴリズムにより縮小する縮小処理手段と、前記取得した解像度と前記目標解像度から、最適な縮小方法を決定する縮小方法決定手段とを備えることを特徴とするものである。
ここで、前記縮小方法決定手段は、決定した低周波成分のみを用いて直交逆変換をすることによる縮小方法か、決定した周波数成分のみを用いて直交逆変換をしてさらに一般的な縮小アルゴリズムを用いて縮小する縮小方法か、すべての周波数成分を用いて直交逆変換をしたものを一般的な縮小アルゴリズムを用いて縮小する縮小方法（すなわち、縮小処理は縮小処理手段のみが行う縮小方法）の、いずれかのうち、演算量や得られる縮小画像の精度の点で、最も効率のよい方法を決定するものである。
上記の方法によって、画像データの解像度と予め設定した解像度に応じで、効率よく復号化処理と縮小処理を実施することができ、処理の高速化を図ることができる。また、処理の高速化のために、得られる縮小画像の精度を悪くすることもない。
本発明は、直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データに対して、画像処理を施すものである。ここで、「直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データ」とは、画像の輝度データを、直交変換によって周波数領域に変換し、さらに周波数領域での係数を可変符号化を用いて表すことで、圧縮されたものを指す。本発明は、具体的には、上記のような状態で画像データを受信する携帯電話などの端末に対して、適用するものである。すなわち、画像添付メールを受信して、添付画像の表示を最適に行う場合等に適用することができる。
また、画像データは、一般的なＪＰＥＧやＭＰＥＧなどの圧縮方式により符号化されているものとする。ここでは、８×８のＤＣＴ変換を用いて直交変換を行っているＪＰＥＧによって圧縮された画像データを扱う場合を例にとって説明する。
具体的な手順は、図１に示すとおりである。
まず、直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データが入力されると、それを可変長復号化する（Ｓｔ．１０１）。その一方で、入力された画像データの解像度を取得する（Ｓｔ．１０２）。このとき、入力された画像データの解像度は、例えば、そのヘッダ部などから読み取るようにすればよい。続いて、入力された画像データの解像度を取得すると、予め設定された解像度（以下、目標解像度と呼ぶ）と取得した解像度とを比較した上で、直交逆変換に用いる低周波成分を決定する（Ｓｔ．１０３）。ここで、目標解像度は、取得された解像度と同じかあるいは低い値をとるものとする。
直交逆変換に用いる低周波成分の決定について、以下に述べる。
入力された画像データのフォーマットが、例えば、ＪＰＥＧの場合は、８×８画素のＤＣＴ変換を用いて直交変換がされているため、直交逆変換の際には、ＤＣＴ係数の一部を用いて逆変換をすることで、元の画像（入力された画像データの元の画像）の１／８，２／８，３／８・・・７／８の大きさに縮小することが可能である。
もしも目標解像度が、取得された解像度のＮ／８（Ｎ＝１，２，３，・・・７）の場合は、Ｎ×Ｎの低周波成分を用いて直交逆変換をすればよい。
もしも目標解像度が、取得された解像度に対して上記以外の値をとる場合は、上記のＮ／８（Ｎ＝１，２，３，・・・７）のうち最も近くなる値を求め、そのときのＮの値から、直交逆変換に用いるＮ×Ｎの低周波成分を決定する。例えば、７／１６に縮小する場合は、それに最も近い値は４／８であるからＮ＝４となり、直交逆変換に用いるのは４×４の低周波成分と決定される。
続いて、目標解像度と取得した解像度の比に応じて、演算量・得られる縮小画像の精度・効率の面から、最も適した縮小処理の方法を決定する（Ｓｔ．１０４）。
縮小処理の方法としては、まず第１に、前記決定した低周波成分を用いて直交逆変換を実施するのみで、画像データを目標解像度へ縮小するものである（Ｓｔ．１０５）。これは、目標解像度が取得された解像度のＮ／８（Ｎ＝１，２，３，・・・７）の場合に、選択する。
第２に、直交逆変換と双三次補完などの一般的な縮小アルゴリズムの両方を用いて、目標解像度へ縮小するものである（Ｓｔ．１０６，Ｓｔ．１０７）。これは、目標解像度が取得された解像度のＮ／８（Ｎ＝１，２，３，・・・７）以外の値をとる場合に選択する。例えば、目標解像度が、取得した解像度に対してＮ／８以外の値をとった場合は、目標解像度に最も近い値を用いて決定された低周波成分によって直交逆変換が為される。これによって、目標解像度に近い解像度まで画像が縮小されていることになるが、目標とする解像度への縮小処理は完了していない状態である。例えば、７／１６へ縮小する場合は、一端、４×４の低周波成分を用いて４／８への縮小が為されているものの、目標とする解像度への縮小処理は完了していない。この４／８へ縮小された画像データに対して、別の縮小アルゴリズムを適用することによって、目標とする値（この場合は、７／１６）へ縮小する。このときの「縮小アルゴリズム」としては、例えば、双三次補完などの一般的な縮小アルゴリズムが挙げられる。
尚、目標解像度の値によっては、低周波成分を選択した上で直交逆変換をして、さらに縮小アルゴリズムを用いて縮小処理を完了するよりも、すべての周波数成分を用いて高速逆ＤＣＴによって直交逆変換を行い（Ｓｔ．１０８）、縮小アルゴリズムを用いて縮小処理を実施するほうが（Ｓｔ．１０９）、得られる画像の精度や演算量の点で効率がよい場合もある。その場合は、縮小処理については一般的な縮小アルゴリズムのみを用いて、目標解像度への縮小処理を実施すればよい（Ｓｔ．１０９）。例えば、１３／１６に縮小する場合は、上述した手順に沿った場合は、それに最も近い値は７／８であるからＮ＝７となり、直交逆変換に用いるのは７×７の低周波成分と決定され、その低周波成分を用いて直交逆変換を実施した後に、１３／１６への縮小処理を実施することになる。しかし、このような手順によって縮小処理を実施するよりも、可変復号化された画像データのすべての周波数成分を用いて高速逆ＤＣＴにより直交逆変換をした後に双三次補完による１３／１６への縮小処理を実施したほうが、得られる画像の精度がよく、あるいは、より高速に処理をすることが可能である。
上記のいずれかの方法によって縮小された画像データが、表示手段等へ出力される。
次に、直交逆変換を実施する際の具体的な方法について説明する。これは、逆ＤＣＴ変換を行う場合の行列式を、零要素が多い行列へ分解することによって高速化を実現するものである。以下に、Ｎの値に応じた、高速逆ＤＣＴアルゴリズムを示す。
Ｎ＝３の場合
一般的に、１次元逆ＤＣＴの式は、以下のようなものである。
一般的に、１次元逆ＤＣＴの式は、以下のようなものである。
ここで、f(x)は１次元サンプル値、F(u)は、１次元ＤＣＴ係数を示すものである。また、Ｎは縮小率Ｎ／８におけるＮと同じ値である。
Ｎ＝３の場合、以下のような行列式で書き表すことができる。
ここで、
とする。
このときの行列式は、以下のように変形することが可能である。
あるいは、以下のような変形も可能である。
（数２）を用いた時の、演算処理は、乗算が７回で加減算が５回となるが、（数４）あるいは（数５）の行列式を用いた場合の演算処理は、乗算が４回で加減算が４回となり、大幅に演算処理の高速化を図ることができる。
Ｎ＝５の場合
同様に、Ｎ＝５、すなわち５／８へ縮小する場合の行列式は、以下のようなものである。
このときの行列式は、以下のように変形することが可能である。
そうすると、（数６）の行列式を用いた場合は、その演算量は、乗算が２５回で加減算が２０回であるのに対し、（数７）の行列式を用いた場合は、乗算が１１回で加減算が１２回となり、大幅に演算処理の高速化を図ることができる。
Ｎ＝６の場合
同様に、Ｎ＝６、すなわち６／８へ縮小する場合の行列式は、以下のようなものである。
このときの行列式は、以下のように変形することが可能である。
そうるすと、（数８）の行列式を用いた場合は、その演算量は、乗算が３６回で加減算が３０回であるのに対して、（数９）の行列式を用いた場合は、乗算が１６回で加減算が１７回となり、大幅に演算処理の高速化を図ることができる。
Ｎ＝７の場合
同様に、Ｎ＝７、すなわち７／８へ縮小する場合の行列式は、以下のようなものである。
このときの行列式は、以下のように変形することが可能である。
そうすると、（数１０）の行列式を用いた場合は、その演算量は、乗算が４９回で加減算が４２回であるのに大して、（数１１）の行列式を用いた場合は、乗算が２２回で加減算が２４回となり、大幅に演算処理の高速化を図ることができる。
以上説明した、Ｎ＝３，５，６，７における変形された行列式を用いた直交逆変換によれば、高速にＤＣＴ逆変換を実施することができる。尚、Ｎ＝１，２，４の場合については、一般的な高速逆ＤＣＴアルゴリズムを採用すればよい。
以上、本発明の画像処理方法について説明したが、以下では、本発明の画像処理方法を実施する形態の一つとして画像処理装置の構成について詳細に説明する。画像処理装置としては、具体的に、画像添付メールを送受信して表示可能な携帯電話端末や、パーソナルコンピュータ、あるいは、表示手段を備えるプリンタなどがある。
本発明の画像処理装置１は、少なくとも、図２に示すように「直交変換およぎ可変長符号化を用いて符号化された画像データ」を受信する受信手段１０と、受信した画像データを復号化し且つ縮小する画像処理手段２０、画像処理された画像データを表示する表示手段３０を備えるものとする。
ここで、受信手段１０は、ＪＰＥＧやＭＰＥＧなどのフォーマットに圧縮された画像を入力あるいは受信することで受け付ける手段である。
画像処理手段２０は、受信した画像データを可変長復号化する復号化手段２０１と、受信した画像データのヘッダ部分等から、その元画像の画素数、すなわち元画像の解像度を取得する取得手段２０２と、取得した元画像の解像度と表示手段３０の表示可能な画素数によって予め設定されている目標解像度とを比較して直交逆変換で用いる低周波成分を決定する周波数決定手段２０３と、前記目標解像度と前記取得した解像度に応じて最適な縮小方法を決定する縮小方法決定手段２０４と、決定された低周波成分を用いて直交逆変換を実施する逆変換手段２０５と、一般的な縮小アルゴリズムを用いて縮小処理を実施する縮小処理手段２０６を備えるものである。
ここで、受信した画像データのフォーマットが、例えば、ＪＰＥＧの場合は、８×８画素のＤＣＴ変換を用いて直交変換がされているため、直交逆変換の際には、ＤＣＴ係数の一部を用いて逆変換をすることで、元の画像（入力された画像データの元の画像）の１／８，２／８，３／８・・・７／８の大きさに縮小することが可能である。
従って、周波数決定手段２０３においては、例えば、目標解像度が、取得された解像度のＮ／８（Ｎ＝１，２，３，・・・７）の場合は、直交逆変換ではＮ×Ｎの低周波成分を用いるように設定する。あるいは、目標解像度が、取得された解像度に対して上記以外の値をとる場合は、上記のうち最も近くなる値を求め、そのときのＮの値から、直交逆変換に用いるＮ×Ｎの低周波成分を決定する。例えば、７／１６に縮小する場合は、それに最も近い値は４／８であるからＮ＝４となり、直交逆変換に用いるのは４×４の低周波成分と決定する。
続いて、縮小方法決定手段２０４は、取得された解像度と目標解像度から、演算量・縮小画像の精度・効率等を考慮して、最適な縮小方法を決定する。
具体的には、目標解像度が取得された解像度に対してＮ／８の値である場合には、周波数決定手段２０３で決定された低周波成分を用いて、逆変換手段２０５において直交逆変換を行うのみとする。
あるいは、目標解像度が取得された解像度に対してＮ／８以外の値である場合には、周波数決定手段２０３で決定された低周波成分を用いて、逆変換手段２０５において直交逆変換を行うことで目標解像度に近い解像度まで縮小し、さらに、縮小処理手段２０６において、目標解像度まで縮小する。例えば、目標解像度が取得した解像度に対して７／１６である場合は、それに最も近い値は４／８であるからＮ＝４となり、４×４の低周波成分を用いて直交逆変換が為される。これによって、４／８まで縮小されたので、さらに、双三次補完等の一般的な縮小アルゴリズムによって、目標とする７／１６まで縮小すればよい。
またあるいは、縮小処理手段２０６のみで縮小処理を実施したほうが、演算量・得られる縮小画像の精度などの点で効率がよい場合は、逆変換手段２０５においては全ての周波数成分を用いて高速逆ＤＣＴアルゴリズムによる直交逆変換を行い、縮小処理については縮小処理手段２０６のみを用いてもよい。例えば、目標解像度が取得した解像度の１３／１６である場合は、Ｎ＝７として７×７の低周波成分を用いて直交逆変換をした後に、一般的な縮小アルゴリズムを用いて縮小処理を完了するよりも、すべての周波数成分を用いて高速に直交逆変換を行った上で縮小処理手段２０６を用いて縮小処理を実施したほうが、演算量や得られる縮小画像の精度の点で効率がよい。
縮小方法決定手段２０４は、上記のいずれかの方法を、適宜決定し、復号化手段２０１によって復号化された画像データを振り分ける。
逆変換手段２０５は、上述したように、周波数決定手段２０３によって決定された低周波成分を用いて、可変長復号化された画像データを直交逆変換する。この時点で、目標解像度と同じか、あるいはそれに最も近い解像度への縮小処理が為されることになる。このとき、逆変換手段２０５においては、Ｎの値、すなわち、決定された低周波成分に応じて以下のような行列式を用いて、復号化された画像データを逆変換する。
すなわち、Ｎ＝３の場合は、（数４）あるいは（数５）で表すような行列式を用いて直交逆変換を実施し、Ｎ＝５の場合は、（数７）で表すような行列式を用いて直交逆変換を実施し、Ｎ＝６の場合は、（数９）で表すような行列式を用いて直交逆変換を実施し、Ｎ＝７の場合は、（数１１）で表すような行列式を用いて直交逆変換を実施する。また、Ｎ＝１，２，４の場合は、一般の高速逆ＤＣＴアルゴリズムを用いて直交逆変換を実施するものである。
次に、縮小処理手段２０６は、双三次元補完などの一般的な縮小処理アルゴリズムを実施するものである。逆変換手段２０５によって目標解像度に最も近い解像度への縮小処理がなされた画像データを、さらに目標解像度まで縮小したり、あるいは、元画像の解像度のまま高速に直交逆変換された画像データを、目標解像度まで縮小する手段である。例えば、７／１６に縮小する場合は、それに最も近い値は４／８であるからＮ＝４となり、直交逆変換に用いるのは４×４の低周波成分と決定されており、決定された低周波成分のみを用いて逆変換手段２０４によって、直交逆変換が実施されることで４／８まで縮小処理がされる。これをさらに、縮小処理手段２０６が、一般的な縮小処理アルゴリズムによって、７／１６となるように縮小処理を実施する。あるいは、目標解像度の値によっては、逆変換手段２０５による縮小処理を経ずに（すなわち、逆変換手段２０５においては全ての周波数成分を用いて直交逆変換をして）、縮小処理手段２０６によってのみ縮小処理を実施するものでもよい。既に述べたように、例えば、１３／１６に縮小する場合は、可変長復号化された画像データをすべての周波数成分を用いて高速に直交逆変換して、縮小処理手段２０６によって縮小処理を施すほうが、逆変換手段２０５においても縮小処理を経るよりも、得られる画像の精度がよく、且つ、演算量が少なくて済み、効率がよい。
以上の画像処理方法並びに画像処理端末によって、任意の画像データを任意の縮小率へ高速に、且つ、高速化に伴い縮小画像の精度を落とすことなく、縮小処理を実施することができる。
また、画像処理を施す画像データのフォーマットは、ＪＰＥＧに限らず、ＭＰＥＧ等の他の圧縮方法によるものでもよい。その場合は、画像データのフォーマットに応じた、逆直交変換の方法を採用すればよい。
また、画像処理を実施する端末として携帯電話を挙げたが、他にもパーソナルコンピューター、画像表示手段を備えるプリンタや、デジタルカメラにおいて、本発明の画像処理を実施するようにしてもよい。
尚、上記において詳細に説明した本発明の各実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲のみによって定められるべきものであることは言うまでもない。
１ 画像処理端末
１０ 受信手段
２０ 画像処理手段
３０ 表示手段
２０１ 復号化手段
２０２ 解像度取得手段
２０３ 周波数決定手段
２０４ 縮小方法決定手段
２０５ 逆変換手段
２０６ 縮小処理手段
１０ 受信手段
２０ 画像処理手段
３０ 表示手段
２０１ 復号化手段
２０２ 解像度取得手段
２０３ 周波数決定手段
２０４ 縮小方法決定手段
２０５ 逆変換手段
２０６ 縮小処理手段
Claims (9)
- 直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データを、可変長復号化および直交逆変換を用いて復号化し、且つ、予め設定した目標解像度に解像度変換する画像処理方法であって、
前記画像データを可変長復号化により復号し、
前記画像データの解像度を取得し、
前記取得した解像度と前記目標解像度とを比較して、当該比較結果に応じて直交逆変換において用いる低周波成分を決定し、
前記比較結果に応じて、直交逆変換のみによる縮小方法か、直交逆変換および他の縮小アルゴリズムを用いる縮小方法か、前記他の縮小アルゴリズムのみを用いる縮小方法か、いずれの縮小方法を採用するかを決定し、
決定した縮小方法に応じて前記復号化された画像データを縮小することを特徴とする画像処理方法。 - 請求項１に記載の画像処理方法であって、
前記直交逆変換においては、決定された低周波成分のみを用い、且つ、前記目標解像度と前記取得した解像度との比に応じて決定される行列式を用いることを特徴とする、画像処理方法。 - 請求項２に記載の画像処理方法であって、前記画像データが８×８画素のＤＣＴ変換によって直交変換され、可変長符号化を用いて符号化された画像データであり、前記目標解像度が前記取得した解像度のＮ／８である場合、
直交逆変換において用いる低周波成分は、Ｎ×Ｎの低周波成分と決定し、
前記行列式は前記Ｎの値に応じて決定される
ことを特徴とする画像処理方法。 - 請求項３に記載の画像処理方法であって、Ｎ＝３の場合の行列式をＢ３とし、
- 請求項３に記載の画像処理方法であって、Ｎ＝５の場合の行列式をＢ５とし、
- 請求項３に記載の画像処理方法であって、Ｎ＝６の場合の行列式をＢ６とし、
- 請求項３に記載の画像処理方法であって、Ｎ＝７の場合の行列式をＢ７とし、
- 直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データを、可変長復号化および直交逆変換を用いて復号化し、且つ、予め設定した目標解像度に解像度変換する画像処理を行う画像処理装置であって、
前記画像データを受信する受信手段と、前記画像データを復号化し且つ縮小する画像処理手段と、前記画像処理手段によって得られた画像データを表示する表示手段とからなり、
前記画像処理手段は、
前記画像データを復号化する復号化手段と、
前記画像データの元画像の解像度を取得する解像度取得手段と、
前記取得した解像度と、前記目標解像度とを比較し、直交逆変換において用いる低周波成分を決定する周波数決定手段と、
前記周波数決定手段が決定した低周波成分のみ、あるいは全ての周波数成分を用いて、前記復号化手段によって復号化された画像データを直交逆変換する逆変換手段と、
前記逆変換された画像データを、さらに縮小する縮小処理手段と、
前記取得した解像度と前記目標解像度に基づき、前記逆変換手段のみを用いる縮小方法か、前記逆変換手段および縮小処理手段を用いる縮小方法か、前記縮小処理手段のみを用いる縮小方法から、最適な縮小方法を決定する縮小方法決定手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 請求項８に記載の画像処理装置であって、
前記逆変換手段は、前記目標解像度と前記取得した解像度との比に応じて決定される行列式によって、直交逆変換を行うことを特徴とする画像処理装置。
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