JP4795161B2 - 画像処理装置及びその制御方法、並びに、コンピュータプログラム及びコンピュータ可読記憶媒体 - Google Patents

画像処理装置及びその制御方法、並びに、コンピュータプログラム及びコンピュータ可読記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、本発明は、サブサンプリングなどにより画質劣化の目立つ特定画像領域を検出し、検出された領域への最適な符号化方式を選択して符号化するような画像処理装置及び方法に関するものである。
画像のデータ量圧縮を目的として用いられる符号化技術は、圧縮・伸張による情報の損失のない可逆符号化と、圧縮・伸張により画質の劣化を伴う非可逆符号化の2種類に大きく分類される。一般に非可逆符号化は可逆符号化に比べて高い圧縮率を得ることができ、また、画質劣化の程度を変化させることによって発生する符号量を調整することが可能である。
従来より、ある目標とする符号量に圧縮する符号化方式として、可逆符号化と非可逆符号化を備え、可逆符号化で目標達成ができる場合には可逆で、目標符号量を超える場合には非可逆符号化を適用する方法がある。例えば、所定の符号化単位ごとに、可逆符号化による圧縮率を見て、目標符号量をオーバーする場合には解像度を半分に落とすなど、符号化対象のデータ量自体を少なくした後、可逆、または非可逆の符号化を適用する方法が知られている(特許文献1)。
特開平10−207645号公報
しかしながら、画像を複数のブロックに分割し、各ブロックを単位として従来技術を適用した場合、発生符号量の制御を細かい単位で実施できる反面、可逆で符号化されたブロックと、非可逆で符号化されたブロックが隣接する場合にその境界が目に付きやすいといいう問題が発生する。
本発明者は、特に数画素毎に同じ色の画素値が繰り返されるなど、周期性を持つパターン画像の場合に、符号化の種類が切り換わる際の境界ノイズが発生することを見出した。
そこで、本発明は、可逆、非可逆符号化データの混在の許容しつつも、上記の如き特定画像の性質を持つ画像領域中では、異なる符号化データが混在することを抑制し、且つ、非可逆符号化データについては解像度変換した後に画像に対して行なうことで、高い圧縮率を得ることが可能な技術を提供する。
この課題を解決するため例えば本発明の画像処理装置は以下の構成を備える。すなわち、
画像データを符号化する画像処理装置であって、
符号化対象の画像データから、複数画素で構成される画像ブロックデータを単位に入力する入力手段と、
該入力手段により入力された前記画像ブロックデータを可逆符号化し、可逆符号化データを生成する可逆符号化手段と、
前記入力手段より入力された前記画像ブロックデータを、当該画像ブロックデータの持つ解像度よりも低い解像度に変換し、低解像度画像ブロックデータとして出力する解像度変換手段と、
該解像度変換手段で得られた、注目画像ブロックに対する注目低解像度画像ブロックデータを非可逆符号化し、非可逆符号化データを生成する非可逆符号化手段と、
前記入力手段で入力した注目画像ブロックデータに基づき、当該注目画像ブロックデータの画像が特定画像に属する特性を持つか否かを判定する判定手段と、
該判定手段が前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持たないと判定した場合、前記可逆符号化手段、前記非可逆符号化手段で生成されたそれぞれの符号化データのうち、符号量の少ない方を選択し、出力する第1の選択手段と、
前記判定手段が、前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持つと判定した場合、前記可逆符号化手段、前記非可逆符号化手段で生成されたそれぞれの符号化データのうち、予め設定された種類の符号化データを選択し、出力する第2の選択手段とを備え
前記判定手段は、前記画像ブロックデータを前記解像度変換手段によって変換した際に発生する解像度変換誤差を算出する解像度変換誤差算出手段を備え、当該解像度変換誤差算出手段で算出された前記解像度変換誤差が第1の閾値以上の場合、前記画像ブロックデータの画像が前記特定画像の性質を持つと判定することを特徴とする
本発明によれば、可逆、非可逆符号化データの混在の許容しつつも、特定画像の性質を持つ画像領域においては異なる符号化データが混在することが抑制され、且つ、非可逆符号化データについては解像度変換した後に画像に対して行なうことで、高い圧縮率を得ることが可能になる。
以下、図面に従って本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本実施形態における画像処理装置のブロック構成図である。以下、同図の各部を簡単に説明する。
実施形態における画像処理装置は、ページ記述言語をレンダリングするレンダラで生成した画像データを、ラスタスキャン順に入力し、所定のブロック単位に出力する入力部101を備えている。なお、入力部101が入力する画像は、レンダリング画像に限らず、イメージスキャナ等の画像入力デバイスからの入力でも良いし、記憶媒体に格納された画像ファイルを読み込むことで実現してもよく、場合によっては、ネットワークより受信するようにしても良い。つまり、画像発生源は問わない。また、実施形態では、ブロックのサイズは、16×16画素とする(以下、このブロックを画像ブロックという)。このため、入力部101は、内部に16ライン分のバッファメモリを備えるものとする。
制御部150は、不図示の操作パネルより、ユーザから可逆/非可逆のいずれを優先するのかを指示情報を入力し、その結果を符号化データ選択部107に設定する(詳細後述)。
解像度変換部102は、入力しした画像ブロックを水平、垂直とも1/2の解像度に変換する。実施形態では、画像ブロックのサイズが16×16画素としているわけであるから、この画像ブロックから8×8画素の画像データを生成することになる。解像度変換部102は、解像度変換後の画像データ(8×8画素のデータ)を第1の符号化部103に供給する。なお、実施形態における解像度変換は、例えば、水平2画素、垂直2画素の4画素の平均値を出力画素の値として決定するものとする。ただし、水平2画素、垂直2画素の4画素から1画素を抜き出すニアレストネイバー法でも良いし、それ以外の既知の解像度変換法を使ってもかまわない。
第1の符号化部103は、与えられた画像データを非可逆符号化する。実施形態では非可逆符号化として公知の多値画像符号化技術の1つであるJPEG符号化方式を用いた。すなわち、8×8画素単位に相当する画像データを直交変換、量子化ステップを用いた量子化、ハフマン符号化処理を行うものである。また、第1の符号化部103は、1つの画像ブロックに対する符号化データを符号化データ選択部107に出力する際、その符号化データのヘッダに非可逆符号化データであることを示す1ビットの識別情報を付加する。
一方、第2の符号化部104は、入力された画像ブロックに対して可逆符号化を行い、可逆符号化データを生成する。そして、第2の符号化部104は、生成した可逆符号化データを符号化データ選択部107に出力する。本実施形態では、この第2の符号化部104に、公知の多値画像に対する可逆符号化方式であるJPEG−LSを採用した。ただし、これに限らず、可逆符号化であれば、PNG、JPEG2000を用いて符号化処理を行うものでも構わない。また、第2の符号化部104は、符号化データを生成する際、そのヘッダに可逆符号化データであることを示す1ビットの識別情報を付加する。
差分算出部105は、入力した画像ブロックの画像データ(16×16画素データ)と、解像度変換部102で変換した画像データ(8×8画素データ)との差分を演算する。要するに、この差分算出部105は、解像度変換後の画像が、変換前の画像からどれだけ変化したかを算出する。この差分算出部105の演算内容の詳細についても後述する。
特定画像判定部106は、差分算出部105からの差分情報と、第2の符号化部からの情報を入力し、着目画像ブロックが特定の画像の性質を持つか否かを判定する(詳細後述)。そして、その判定結果の信号を符号化データ選択部107に出力する。
符号化データ選択部107は、第1の符号化部103、第2の符号化部104からの符号化データのいずれか一方を、特定画像判定部106、及び、制御部150からの制御信号に基づいて選択し、メモリ108に出力することになる。具体的には、次の通りである。
1.注目画像ブロックが特定画像の性質を有さないことを示す信号を特定画像判定部106から入力した場合、第1の符号化部103からの符号化データと第2の符号化部104からの符号化データのデータ量(符号長)を比較し、少ない方をメモリ108に出力する。
2.注目画像ブロックが特定画像の性質を有することを示す信号を特定画像判定部106から入力した場合、制御部150により指定された種類の符号化データを選択し、メモリ108に出力する。つまり、第1の符号化部103と第2の符号化部104それぞれかの符号がデータ量の比較はしない。
上記のようにして、符号化データ選択部107は、選択した符号化データをメモリ108に出力されていく。なお、メモリ108ではなく、記憶装置にファイルとして記憶するようにしても良いし、ネットワーク上に出力するようにしても構わない。
図2は、メモリ108に格納する画像データのフォーマットの例を示している。
ヘッダには、符号化対象の画像データの水平、垂直の画素数、各色成分の数と、色成分のビット数等、その画像データを復号する際に必要な情報が格納される。このヘッダに後続して、各画像ブロックの符号化データが連続する。
各画像ブロックの符号化データは、図示のように、先頭に可逆/非可逆符号化の識別ビットが付加される。なお、各画像ブロック毎に識別情報を付加するのではなく、ヘッダに、各画像ブロック毎の識別情報を格納するようにしても構わない。要は、復号する際に、矛盾なく復号できる情報が有ればよい。
次に実施形態における復号処理について説明する。図3は実施形態における復号装置のブロック構成図である。
符号化データ入力部301は、先に説明した符号化処理で得られた画像ブロックの符号化データを単位に入力し、出力する。判定部302は、符号化データの先頭の識別情報を判定し、その判定結果を出力する。具体的には、判定部302は、符号化データの先頭ビットが可逆/非可逆のいずれを示すか判定する。
スイッチ303は、判定部302からの判定結果の信号が「非可逆」であることを示す場合には、符号化データを第1の復号部304に出力する。また、判定部302からの判定結果の信号が「可逆」であることを示す場合には、符号化データを第2の復号部305に出力する。第1の復号部304は、非可逆符号化データを復号するものであり、実施形態ではJPEG復号方式を採用することになる。また、第2の復号部305は、可逆復号方式(例えば、JPEG−LS、PNG、JPEG2000を用いた復号方式)を採用することになる。
解像度変換部306は、第1の復号部304から出力された8×8画素の画像データを16×16画素のサイズに変換する。この解像度変換306は例えば線形補間技術を用いればよいであろう。
スイッチ307は、判定部302からの判定結果の信号が「可逆」を示している場合、第2の復号部305から出力された復号結果を選択し、出力部308に出力する。また、スイッチ307は、判定部302からの判定結果の信号が「非可逆」を示す場合、解像度変換部306からの画像データを選択し、出力部308に出力する。
出力部308は、スイッチ307から16×16画素単位の画像データを入力することになる。それ故、この出力部308は、16ライン分のバッファメモリを内蔵する。そして、16ライン分の1ストライプ分の復号した画像データが揃った段階で、出力メモリ309に出力する。なお、ここでは、出力対象がメモリ309としているが、ハードディスク等の記憶装置の場合には、ファイルとして格納しても良い。
以上実施形態における画像の符号化、及び、復号について説明した。次に、実施形態における符号化する装置側の特定画像判定部106について説明する。
画像特定判定部106は、差分算出部105、及び、第2符号化部104からの情報に基づき、注目画像ブロックが特定画像の性質を持つか否かを判定し、その判定結果を符号化画像データ選択部107に出力する。
そこで、まず、差分算出部105からの情報を説明する。先に説明したように、解像度変換部102は16×16画素データを8×8画素画素データに変換する。このとき、図4に示すように、解像度変換部102は、入力した16×16画素の画像ブロック中の2×2画素の平均値を算出して、解像度変換後の1画素の値を求めるとする。従って、変換前の16×16画素の各画素値をV()、変換後の8×8画素の各画素値をVave()と表わすと、変換後のVave()は次式(1)のように表わすことができる。
Vave(x,y)={V(2x,2y)+V(2x+1,2y)+V(2x,2y+1)+V(2x+1,2y+1)}/4 …(1)
ここでxは水平座標、yは垂直座標を示し、共にi,j=0、2、…7の値を持つ。
従って、変換後の画像と変換前の画像の差分(解像度変換後さ)Dは次式(2)で求めることができる。
D=Σ|Vave(x,y)-V(2x,2y)|+|Vave(x,y)-V(2x+1,2y)|+|Vave(x,y)-V(2x,2y+1)|+|Vave(x,y)-V(2x+1,2y+1)| …(2)
ここでΣはx,y=0,1,…7の合算関数である。なお、画像データの各色成分について求めることになるので、実際には、式(2)を各色成分毎に求め、その色成分毎の差分の合計値Dtを求める。カラー画像がRGBの場合、各色成分の誤差をDr、Db、Dgと表現するなら、色成分を加味した変換前と変換後の誤差Dtは、Dt=Dr+Db+Dgとなる。差分算出部105は、この誤差Dtを特定画像判定部106に出力することになる。
ここで、合計値Dtの意味について考察する。風景等の自然画の場合、隣接する各画素の色(すなわち、隣接する各画素の各色成分の値)は同じか、近似する可能性が高いので式(1)の値Dは小さな値になる。必然、式(2)で算出される値Dtも小さな値になる。一方、文字線画等、高周波成分を多く含む画像の場合には、値Dは大きくなるので、Dtも大きな値になる。つまり、値Dtは、解像度変換後の画像が、オリジナルである画像ブロックに対してどれだけ差があるかを示す指標を示すことになる。それ故、これ以降、値Dtを解像度変換誤差と呼ぶことにする。
次に、特定画像判定部106が第2の符号化部104から受信する情報について説明する。
実施形態における第2の符号化部104は可逆符号化であるJPEG−LSを例にしている。JPEG−LSでは、図5に示すウインドウを用いて、着目画素xの周囲4画素(既に符号化済みの画素位置)のa,b,c,dを参照し、周囲4画素a,b,c,dが全て同じ色の場合にはランレングス符号化を開始し、それ以外の場合には予測符号化を行なう。周囲4画素が同色となって、ランレングス符号化を行なっている最中での、ランレングス符号化の終了の判定は、直前の画素(図6では画素a)と注目画素xの色が異なるか、着目画素が1ラインの終端に達した場合のいずれかとなる。
上記の如く、第2の符号化部104は、注目画像ブロックの符号化中、注目画素xの位置を順次更新しながら、その周囲4画素a,b,c,dの画素の値を参照することで、ランレングス符号化、予測符号化を行なう。
そこで、本実施形態の特定画像判定部106は、第2の符号化部104が符号化処理中に参照する注目画素xの周囲4画素の値と、ランレングス符号化中であるか、予測符号化処理中であるかを示す情報を受信し、ラン率Rr、2色率Crを求める。
ラン率Rrは、注目画像ブロックの全画素数(実施形態での画像ブロックは16×16画素であるので、256画素)に対する、ランレングス符号化の対象となった画素数の比である。ランレングス符号化対象となった画素数が50個である場合、ラン率Rr={50/256}×100=19.53≒20%となる。
2色率Crは、次のようにして算出する。
図5に示すウインドウにおいて、着目画素xの周辺画素a,b,c,dを参照し、周辺画素間の差分値Dab,Dac,Dad,Dbc,Dcdを次式(3)で求める。
Dab=a−b
Dac=a−c
Dad=a−d
Dbc=b−c
Dbd=b−d
Dcd=c−d …(3)
そして、差分値Dab,Dac,Dad,Dbc,Dbd,Dcdのうち、0(2つの画素が同じ色)となる数Fをカウントする。従って、差分値は6つあるので、値Fは0乃至6の値を取り得る。ここで、F=0の場合、周辺画素a,b,c,dが全て違う色を意味するのは明らかで、色数は4であることを示す。また、F=1の場合、周辺4画素中2画素が同じ色となるので、周辺画素a,b,c,dに含まれる色数は3となる。同様に、F=2又はF=3の場合には色数が2であることを示す。そして、F=4以上(実際は、4、5となることはなく、F=6となる)の場合には周辺画素a、b、c、dがすべて同じ色(1色)であること示す。
着目画素xは図4に示すように、入力した16×16画素の左上位置からラスタースキャンするので、全部で16×16=256回、式(3)を演算する。そして、その256回の演算によってF=2(周辺画素に含まれる色数が2)となった数をカウントする。このカウントした値をCとするとき、2色率Crは次の通りである。
Cr={C/256}×100
なお、着目画素xが16×16の画像ブロックの境界に位置するとき、周辺画素の幾つかがその境界外となる。境界外の画素の各色成分は“0”と見なして、カウントする。
ここで、2色率Crが大きな値を示すのは、着目画像ブロックが2つの色で表わされる画像である可能性が高いことを意味する。典型的には、通常の文章を記述した文書のように、白地(背景)に黒文字が存在するような画像である。
さて、特定画像判定部106は、上記のようにして算出された解像度変換誤差Dt、ラン率Rr、2色率Crに基づき、次のような条件を満たすか否かを判定する。
判定条件:Dt≧Th1、且つ、Rr≦Th2、且つ、Cr≧Th3
上記判定条件を満たす場合、特定画像判定部106は、着目画像ブロックの画像が特定画像に属すると判定し、その判定結果を符号化データ選択部107に出力する。また、条件を満たさない場合には、特定画像に属しない旨の信号を符号化データ選択部107に出力する。
ここで上記の条件を満たす画像について考察する。上記条件が満たされるのは、着目画像ブロックの解像度変換前と後ではその差(解像度変換誤差)が大きく、且つ、ほぼ2色でありながらも、連続して同じ色が発生しない画像を意味する。
図6は、上記判定条件を満たす典型的な特定画像の例を示している。例えば、図6に示す画像は、差分算出部103で算出される差分値Dtが大きな値を持つ。なぜなら、黒い画素はR=G=B=0、白い画素はR=G=B=255の値を持つと考えると、2×2画素から求めた解像度変換後の画素の値は「128」という値を持ち、先に示した(2)式の誤差Dは「500」を超えるからである。また、図6の画像では、隣り合った画素の色は異なるので、ラン率Rrは“0”であり、2色率Crは大きな値を持つ。
以上説明したように本実施形態によれば、画像ブロック(実施形態では16×16画素)を可逆符号化すると共に、画像ブロックを解像度変換した後に非可逆符号化し、符号量を少ない方を選択して出力することにより、高い圧縮率が期待できる。また、特定画像(網点画像等)に属する画像領域では、可逆/非可逆の符号化データの混在しないので、画像ブロックの境界におけるノイズ発生を抑制することができる。
なお、実施形態では、特定画像判定部106は、
判定条件:Dt≧Th1、且つ、Rr≦Th2、且つ、Cr≧Th3
を満たすか否かで、着目画像ブロックが特定画像であるか否かを判断する例を説明した。しかしながら、この3つの判定要件中、1つでも満足する場合に特定画像であると判定するようにしても良い。特に、判定要件「Dt≧Th1」は解像度変換誤差そのものを指標する値であるので、この要件のみで判定することでも上記作用効果に近い効果が期待できる。また、閾値Th1、Th2、Th3は不図示の操作部で適宜ユーザが設定するようにしても構わない。
<第1の実施形態の変形例>
上記第1の実施形態は、図1、図3の構成に基づいて説明したが、これと等価の処理をソフトウェアでもって実現することが可能である。以下にその例を説明する。
図7はパーソナルコンピュータ等の情報処理装置のブロック構成図である。図中、1は装置全体の制御を司るCPU、2はBIOSやブートプログラムを記憶しているROM、3はCPU1のワークエリアとして使用するRAMである。4はハードディスク装置(HDD)であり、OS(オペレーティングシステム)、及び、画像符号化・復号処理に係るアプリケーションが格納されている。5はキーボード、6はマウス等のポインティングデバイスである。7は表示制御部であって、内部には、表示する画像を描画するためのビデオメモリ、及び、CPU1の制御下でビデオメモリへの描画したり、ビデオメモリから画像を読出しビデオ信号として表示装置8に出力するビデオコントローラを備えている。表示装置8はCRTや液晶表示装置である。9はイメージスキャナ11を接続するためのスキャナインタフェースであり、代表的なものとしてはSCSIインタフェース、USBインタフェースである。10はネットワークインタフェースである。
上記構成において、本装置の電源がONになると、CPU1はROM2のブートプログラムに従って、HDD4よりOSをRAM3にロードする。この結果、本装置は、ユーザからキーボード5やマウス6からの入力、及び、表示制御部7に対するGUIを描画する処理を行ない、インタラクティブは装置として機能する。また、ユーザがアプリケーションの起動を指示すると、HDD4からアプリケーションプログラムはRAM3にロードされ、CPU1により実行されることで、本装置が画像符号化装置(或いは、画像復号装置)として機能することになる。
画像の符号化と復号の処理は、互いに表裏の関係にある。ここではアプリケーションが実行され、そのアプリケーション上でユーザが画像の符号化の指示を入力した場合のCPU1の処理手順を図8、図9のフローチャートに従って説明することとする。復号処理は、第1の実施形態の記載内容、並びに、以下の説明から容易に理解できるであろうから、その説明は省略する。
なお、以下の説明に先立ち、RAM3には、イメージスキャナ11より読取った画像データを一時的に記憶するバッファメモリが確保されているものとする。
まず、ステップS1では、可逆/非可逆符号化のいずれを優先するかを選択するメニューを表示し、ユーザにいずれかを選択させる。また、このとき、原稿のサイズ、読込む際の読取り解像度についても設定する。原稿サイズ、及び、読み取り解像度を設定することで、画像ブロックの個数が一義的に決定される。
次いで、ステップS2では、RAM3のバッファメモリより、イメージスキャナで読取った画像中の1画像ブロック分の画像データ(実施形態では、16×16画素の画像データ)を入力する。次いで、ステップS3では、解像度変換を行なう。つまり、16×16画像のデータから8×8画素の画像データに変換する。ステップS4では、解像度変換後の画像データを非可逆符号化(実施形態では、JPEG符号化)し、非可逆符号化データを生成する。
また、ステップS5では、解像度変換後の画像データ(8×8画素)と、解像度変換前の画像ブロックの画像データ(16×16画素)に基づき、解像度変換誤差Dtを算出する。なお、このステップS4、S5は逆でも構わない。
ステップS6では、入力した画像ブロックについて可逆符号化処理(実施形態ではJPEG−LS)を行なう。ステップS7では、可逆符号化処理中に参照している、注目画素の周辺画素のデータ、予測符号化中であるか/ランレングス符号化中であるかを示す情報を抽出し、先に説明した2色率Cr、及び、ラン率Rrを求めるための予備処理を行なう。
ステップS8では、1画像ブロックの可逆符号化が終了したか否か(可逆符号化対象の画素が、1ブロックの右下隅位置になったか否か)を判断し、否の場合にはステップS6以降の処理を繰り返す。
さて、1ブロック分の可逆符号化が終了すると、処理はステップS9に進み、ラン率Rr,2色率Crを算出し、ステップS10に進む。
ステップS10では、上記のようにして求めた解像度変換誤差Dt、ラン率Rr、2色率Crが、先に示した判定条件を満足するか否かを判定する。すなわち、注目画像ブロックが特定画像の性質を持つか否かを判定する。
このステップS10で、注目画像ブロックが特定画像の性質を持つと判定された場合、処理はステップS11に進み、優先指定された種類の符号化データを出力し、ステップS15に進む。
また、ステップS10で注目画像ブロックが特定画像の性質を持たない判定された場合、処理はステップS12に進み、可逆符号化データと非可逆符号化データそれぞれの符号量(符号長)を比較する。そして、ステップS13、或いは、S14のいずれかに進み、少ない方の符号化データを出力し、ステップS15に進む。
ステップS15では、全画像ブロックについて符号化処理が完了したか否かを判断する。否の場合には、ステップS2以降の処理を繰り返すことになる。また、全画像ブロックの符号化が完了した場合には、上記の一連の符号化処理を終了する。
以上説明したように、コンピュータプログラムによっても第1の実施形態と等価の処理を行なうことが可能となる。
なお、図8、図9のフローチャートは、イメージスキャナから符号化対象の画像データを入力するものとしたが、符号化対象画像データはファイルでも良い。
また、通常、コンピュータプログラムはCD−ROM等のコンピュータ可読記憶媒体に格納されていて、それをコンピュータが有するリーダ(CD−ROMドライブ等)にセットし、システムにコピーもしくはインストールすることで実行可能になる。したがって、本発明はかかるコンピュータ可読記憶媒体をもその範疇とすることも明らかである。
以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、符号化単位の画像ブロックのサイズを16×16画素サイズとした。これは、実施形態における非可逆符号化を行なう第1の符号化部がJPEG(通常、JPEGでは8×8画素サイズ毎にDCT変換する)を採用したことに起因するものであるが、8n×8mのサイズに拡張できる(n,mは1以上の整数)。
また、非可逆符号化、可逆符号化の種類も、上記実施形態に限らず、如何なる方式を採用しても構わない。また、解像度の高低を判定するための閾値も、ユーザが適宜設定するようにしても構わない。
<第2の実施形態>
図10は第2の実施形態における画像処理装置のブロック構成図である。同図において、図1と同じ機能を有する要素については同一符号を付している。メモリ108’は1ページ分の符号化データを格納するための十分な容量を有するものとする。また、入力部101’は、制御部150’からの指示に信号があった場合、現在、1ページの途中の符号化処理中であっても、1ページの先頭から再入力を行なう。
なお、本第2の実施形態での入力部101’は、印刷データや文書ファイルの記述に従って出力画像を生成するレンダラから画像データを入力するものとして説明する。
また、符号化データ選択部107’は、メモリ108’に画像ブロックに対する符号化データを出力する際、その符号量を示す情報を制御部150’に通知する。
第1の符号化部103’は制御部150’により与えられた符号化パラメータに従って非可逆符号化を行なう。この第1の符号化部103’は、第1の実施形態と同様、JPEG符号化である。ただし、本第2の実施形態における第1の符号化部103’は、制御部150から指示された量子化ステップ値に従って、DCT変換係数を量子化し、エントロピー符号化する。当業者には周知の通り、量子化ステップ値を大きな値に設定すると、量子化後のデータが小さくなり、圧縮率が高くなる。従って、制御部150’が設定する量子化ステップ値は、非可逆符号化データの圧縮率を決める符号化パラメータであるとも言える。
更に、特定画像判定部106’は、制御部150’からの要求に従って、特定画像であるか否かを判定条件を変更する。
上記の構成において、本第2の実施形態では、最終的にメモリ108’に出力される1ページ分の符号化データ量を予め設定した閾値Mmax以下となるようにする。この閾値Mmaxは、ユーザが操作部(不図示)から適宜設定するものとする。
本第2の実施形態における画像処理装置の制御部150’は以下のように動作する。
制御部150’は、符号化を開始する際、第1の符号化部103’に初期値の量子化ステップ値Q0を設定する。そして、入力部101’に対して、画像データの入力を指示し、本装置の符号化処理を開始する。量子化ステップ値には、Q0、Q1、Q2…が予め容易されており、量子化ステップ値の大小関係は、Q0<Q1<Q2…の関係にある。
制御部150’は、符号化処理中のメモリ108に格納された符号量を記憶するためのレジスタMcを有する。制御部150’は、1ページの符号化を開始する際に、このレジスタMcゼロクリアする。そして、制御部150は、符号化データ選択部107から1つの画像ブロックに対する符号量を示す値を入力する度に、レジスタMcにその符号量を加算する。これによって、制御部150’は、メモリ108に格納された符号量を監視する。1ページの符号化が完了しても、Mc≦Mmaxであった場合には、メモリ108に格納された符号化データを外部(例えば、ハードディスク)に出力する。つまり、この場合には、第1の実施形態と同様となる。
一方、制御部150’は、1ページの符号化処理中に「Mc>Mmax」となったことを検出する毎に、次の処理を行なう。
1.メモリ108’に格納された符号化データを破棄する(符号化データを格納するアドレスを初期位置に戻しても良い)。また、制御部150が保持する符号量Mcをゼロクリアする。
2.符号化データ選択部107’に対して、優先する符号化データとして「非可逆符号化データ」を強制的に設定する。
3.第1の符号化部103’に現在設定されている量子化ステップ値Qiが設定されている場合、量子化ステップQi+1に更新する。つまり、第1の符号化部103’に対して圧縮率を上げる設定を行なう。
4.特定画像判定部106の特定画像の判定条件を変更、或いは、各閾値を調整する。
5.入力部101’に対して、符号化対象の画像データの先頭の画像ブロックから入力するよう指示する。
以上の結果、2回め以降の符号化では、注目画像ブロックが特定画像の性質を持つと判定された場合、非可逆符号化データが強制的に選択されることになる。また、注目画像ブロックが特定画像の性質を持たないと判定された場合、非可逆符号化データと可逆符号化データのうち、符号量の少ない方が選択される。いずれの場合であっても、非可逆符号化データは、前回の符号化時に使用した量子化ステップ値より大きな量子化ステップ値を用いて符号化されていることになるので、最終的には、1ページの符号量が閾値Mmax以下とすることが可能になる。
図11は、本第2の実施形態における制御部150’の処理手順を示すフローチャートである。以下、同図に従って説明する。
まず、ステップS501で、符号化パラメータの初期設定を行なう。ここでは、ユーザが可逆/非可逆符号のいずれを優先するを符号化データ選択107’への設定、第1の符号化部103’への初期量子化ステップ値Q0の設定、特定画像判定部106’への特定画像の判定条件の初期閾値の設定を行なう。また、符号量の上限値Mmaxも設定する。レジスタMcもゼロクリアする。
ステップS502では、可逆、非可逆それぞれの符号化を行なう。そして、ステップS503において、特定画像であるか否かに応じて、いずれか一方の符号化データを選択し、メモリ108’に出力する。
ステップS504では、符号化データ選択部107’からの符号量をレジスタMcに足し込み、Mc≦Mmaxであるか否かを判定する。Mc≦Mmaxであると判定した場合には、ステップS508に進んで、最後の画像ブロックについて符号化処理が完了したか否かを判断し、否の場合にはステップS502以降の処理を繰り返す。
1ページの符号化処理中に、ステップS504にて、Mc>Mmaxとなったと判定した場合、制御部150’はステップS505に進み、メモリ108’のデータを破棄する。そして、ステップS506にて、第1の符号化部103’に設定していた量子化ステップ値より1段階大きな量子化ステップ値を設定する。そして、ステップS507にて、優先する符号化データを強制的に非可逆符号化データにすると共に、特定画像判定部106’に対して特定画像の判定条件を変更する。なお、このとき、レジスタMcもゼロクリアする。
そして、ステップS502に戻る。なお、このとき、入力部101’に対して、1ページの先頭の画像ブロックから再度入力を開始するように設定する。
なお、ステップS507における特定画像判定部106’における特定画像の判定条件の変更方法について説明する。
一部のアプリケーション(例えば、米国マイクロソフト社のアプリケーションPowerPint(登録商標))で作成される文書ファイルには、背景と前景となる画像について透明率を記述している。このような画像を、指定された通りにレンダリングすると、サブサンプリングや解像度変換を行っても色の変化は小さい。また、可逆符号化データと非可逆符号化データが混在していても、それらのブロックの境界では、比較的劣化は発生しにくい。色の変化が小さいということは、差分算出部105で算出される差分値が非常に小さい値であると言える。従って、2色率Crやラン率Rrに関わらず、差分値Dtが、上記実施形態で示した閾値Th1よりも十分に小さい閾値Th4以下であれば特定画像領域であると判定しないようにする。例えば、通常であれば特定画像領域であると判定される2色率Crが100%、ラン率Rrが0%である図6に示すような1画素ごとに画素値を持つ画像においても、2色率、ラン率は参照せず、差分値DがTh4以下であれば、色の変化が目立たないため特定画像ではないと判定しても構わない。ステップS507での判定条件の変更は、このように特定画像ではないと判定する確率を高め、符号量の比較によって選択される確率を高めることにある。
<第3の実施形態>
本第3の実施形態では、第2の実施形態と同様に、圧縮後の画像データ量の上限値が決められているとする。そして符号量が上限値を上回ってしまった場合に、特定画像領域判定の条件を変更して符号量制御を行うことを特徴とした画像処理装置について説明する。
例えば、在る種のアプリケーション(代表的には、米国マイクロソフト社のOffce2003のPowerPoint(登録商標)では、半透明処理を施す場合に透過率を選択できる。透過率が高いということは、ある画像の上に網点パターンをオーバーレイしても、背景となる画像がはっきりと分かる状態である。一方、透過率が低い場合は、網点パターンをオーバーレイすることで背景画像部分があまり強調されないため、JPEG符号化の前にサブサンプリングや解像度変換を行っても大きな画像の変化がなく、網点パターン部分で符号化方式が混在しても画質劣化が目立ちにくい。透過率の低い場合にはラン率が非常に小さく、限りなく0%に近い値となる。また、透過率が高くなるとラン率が大きくなるという特徴がある。そのため、2色率Crや差分値Dtが特定画像であると判定するような値であっても、ラン率Rrの閾値を制御することにより、透過率の低い画像を特定画像として検出せず、JPEG−LS符号化方式が適用される領域を少なくすることで符号量を制御することが可能である。
具体的に図12を用いて説明する。図12(a)は、オリジナル画像であり、図12(b)は図12(a)の画像に透過率50%の網点パターンをオーバーレイした画像であり、図12(c)は図12(a)の画像に透過率20%の網点パターンをオーバーレイした画像である。このとき、図12(b)の画像はラン率0%であるが、図12(c)のラン率は20%である。仮に透過率20%以下のときに画質劣化が目立ちにくいと判断し、特定画像判定を行うとすると、ラン率の閾値を20%とし、20%以上の場合には特定画像領域であると判定しない。
以上の操作により、通常の特定画像の判定条件の1つ以上のパラメータの閾値を変更するだけの簡単な方法で、画質の劣化を抑制しつつも符号量制御が可能となる。
第1の実施形態における画像処理装置のブロック構成図である。 第1の実施形態における符号化データのフォーマットの一例の図である。 第1の実施形態における復号処理装置のブロック構成図である。 実施形態における解像度変換部102の動作を説明するための図である。 第2の符号化部104の符号化処理における着目画素xとその周辺画素a,b,c,dの位置を示す図である。 特定画像の一例を示す図である。 第1の実施形態の変形例であるコンピュータのブロック構成図である。 コンピュータの処理手順を示すフローチャートである。 コンピュータの処理手順を示すフローチャートである。 第2の実施形態における画像処理装置のブロック構成図である。 第2の実施形態における処理手順を示すフローチャートである。 第3の実施形態での符号化処理の効果を説明するための画像例を示す図である。

Claims (10)

  1. 画像データを符号化する画像処理装置であって、
    符号化対象の画像データから、複数画素で構成される画像ブロックデータを単位に入力する入力手段と、
    該入力手段により入力された前記画像ブロックデータを可逆符号化し、可逆符号化データを生成する可逆符号化手段と、
    前記入力手段より入力された前記画像ブロックデータを、当該画像ブロックデータの持つ解像度よりも低い解像度に変換し、低解像度画像ブロックデータとして出力する解像度変換手段と、
    該解像度変換手段で得られた、注目画像ブロックに対する注目低解像度画像ブロックデータを非可逆符号化し、非可逆符号化データを生成する非可逆符号化手段と、
    前記入力手段で入力した注目画像ブロックデータに基づき、当該注目画像ブロックデータの画像が特定画像に属する特性を持つか否かを判定する判定手段と、
    該判定手段が前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持たないと判定した場合、前記可逆符号化手段、前記非可逆符号化手段で生成されたそれぞれの符号化データのうち、符号量の少ない方を選択し、出力する第1の選択手段と、
    前記判定手段が、前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持つと判定した場合、前記可逆符号化手段、前記非可逆符号化手段で生成されたそれぞれの符号化データのうち、予め設定された種類の符号化データを選択し、出力する第2の選択手段とを備え
    前記判定手段は、前記画像ブロックデータを前記解像度変換手段によって変換した際に発生する解像度変換誤差を算出する解像度変換誤差算出手段を備え、当該解像度変換誤差算出手段で算出された前記解像度変換誤差が第1の閾値以上の場合、前記画像ブロックデータの画像が前記特定画像の性質を持つと判定することを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記判定手段は、更に、
    前記注目画像ブロックデータをスキャンし、当該スキャン中に、注目画素の周囲に存在する複数の周囲画素が持つ色数が2となる回数をカウントする2色カウント手段と、
    前記スキャン中に前記注目画素と同じ色を持つ画素のランをカウントするランカウント手段とを備え、
    前記2色カウント手段で得られた2色数が第2の閾値以上であり、前記ランカウント手段で得られた連続数が第3の閾値以下であることを更なる条件として、注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像の性質を持つと判断することを特徴とする請求項に記載の画像処理装置。
  3. 出力される各画像ブロックデータに対応する符号化データの先頭に、当該符号化データが可逆符号化データであるのか非可逆符号化データであるのかを識別するビットを付加する手段を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理装置。
  4. 画像データを符号化する画像処理装置であって、
    符号化対象の画像データから、複数画素で構成される画像ブロックデータを単位に入力する入力手段と、
    該入力手段により入力された前記画像ブロックデータを可逆符号化し、可逆符号化データを生成する可逆符号化手段と、
    前記入力手段より入力された前記画像ブロックデータを、当該画像ブロックデータの持つ解像度よりも低い解像度に変換し、低解像度画像ブロックデータとして出力する解像度変換手段と、
    該解像度変換手段で得られた、注目画像ブロックに対する注目低解像度画像ブロックデータを非可逆符号化し、非可逆符号化データを生成する非可逆符号化手段と、
    前記入力手段で入力した注目画像ブロックデータに基づき、当該注目画像ブロックデータの画像が特定画像に属する特性を持つか否かを判定する判定手段と、
    該判定手段が前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持たないと判定した場合、前記可逆符号化手段、前記非可逆符号化手段で生成されたそれぞれの符号化データのうち、符号量の少ない方を選択し、出力する第1の選択手段と、
    前記判定手段が、前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持つと判定した場合、前記可逆符号化手段、前記非可逆符号化手段で生成されたそれぞれの符号化データのうち、予め設定された種類の符号化データを選択し、出力する第2の選択手段とを備え、
    更に、前記第1、第2の選択手段で選択出力される符号化データの総データ量を監視すると共に、1ページの符号化中に総データ量が予め設定された上限符号量を超えたか否かを判定する監視手段と、
    該監視手段が前記総データ量が前記上限符号量を超えたと判定した場合、(a)前記非可逆符号化手段に対して、従前よりも圧縮率を高くするパラメータを設定し、(b)前記第2の選択手段が非可逆符号化データを選択するように設定し、(c)前記入力手段に対して符号化対象の画像データの先頭から再入力するように設定する設定手段と
    を備えることを特徴とする像処理装置。
  5. 前記監視手段が前記総データ量が前記上限符号量を超えたと判定した場合、前記設定手段は、更に、前記判定手段の判定条件を変更することを特徴とする請求項に記載の画像処理装置。
  6. 画像データを符号化する画像処理装置の制御方法であって、
    符号化対象の画像データから、複数画素で構成される画像ブロックデータを単位に入力する入力工程と、
    該入力工程により入力された前記画像ブロックデータを可逆符号化し、可逆符号化データを生成する可逆符号化工程と、
    前記入力工程より入力された前記画像ブロックデータを、当該画像ブロックデータの持つ解像度よりも低い解像度に変換し、低解像度画像ブロックデータとして出力する解像度変換工程と、
    該解像度変換工程で得られた、注目画像ブロックに対する注目低解像度画像ブロックデータを非可逆符号化し、非可逆符号化データを生成する非可逆符号化工程と、
    前記入力工程で入力した注目画像ブロックデータに基づき、当該注目画像ブロックデータの画像が特定画像に属する特性を持つか否かを判定する判定工程と、
    該判定工程により、前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持たないと判定された場合、前記可逆符号化工程、前記非可逆符号化工程で生成されたそれぞれの符号化データのうち、符号量の少ない方を選択し、出力する第1の選択工程と、
    前記判定工程により、前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持つと判定された場合、前記可逆符号化工程、前記非可逆符号化工程で生成されたそれぞれの符号化データのうち、予め設定された種類の符号化データを選択し、出力する第2の選択工程とを有し、
    前記判定工程は、前記画像ブロックデータを前記解像度変換工程によって変換した際に発生する解像度変換誤差を算出する解像度変換誤差算出工程を備え、当該解像度変換誤差算出工程で算出された前記解像度変換誤差が第1の閾値以上の場合、前記画像ブロックデータの画像が前記特定画像の性質を持つと判定することを特徴とする画像処理装置の制御方法。
  7. 画像データを符号化する画像処理装置の制御方法であって、
    符号化対象の画像データから、複数画素で構成される画像ブロックデータを単位に入力する入力工程と、
    該入力工程により入力された前記画像ブロックデータを可逆符号化し、可逆符号化データを生成する可逆符号化工程と、
    前記入力工程より入力された前記画像ブロックデータを、当該画像ブロックデータの持つ解像度よりも低い解像度に変換し、低解像度画像ブロックデータとして出力する解像度変換工程と、
    該解像度変換工程で得られた、注目画像ブロックに対する注目低解像度画像ブロックデータを非可逆符号化し、非可逆符号化データを生成する非可逆符号化工程と、
    前記入力工程で入力した注目画像ブロックデータに基づき、当該注目画像ブロックデータの画像が特定画像に属する特性を持つか否かを判定する判定工程と、
    該判定工程により、前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持たないと判定された場合、前記可逆符号化工程、前記非可逆符号化工程で生成されたそれぞれの符号化データのうち、符号量の少ない方を選択し、出力する第1の選択工程と、
    前記判定工程により、前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持つと判定された場合、前記可逆符号化工程、前記非可逆符号化工程で生成されたそれぞれの符号化データのうち、予め設定された種類の符号化データを選択し、出力する第2の選択工程とを有し、
    更に、前記第1、第2の選択工程で選択出力される符号化データの総データ量を監視すると共に、1ページの符号化中に総データ量が予め設定された上限符号量を超えたか否かを判定する監視工程と、
    該監視工程が前記総データ量が前記上限符号量を超えたと判定した場合、(a)前記非可逆符号化工程に対して、従前よりも圧縮率を高くするパラメータを設定し、(b)前記第2の選択工程が非可逆符号化データを選択するように設定し、(c)前記入力工程に対して符号化対象の画像データの先頭から再入力するように設定する設定工程と
    を有することを特徴とする画像処理装置の制御方法。
  8. コンピュータに読み込ませ実行させることで、前記コンピュータを、画像データを符号化する画像処理装置として機能させるコンピュータプログラムであって、
    符号化対象の画像データから、複数画素で構成される画像ブロックデータを単位に入力する入力手段と、
    該入力手段により入力された前記画像ブロックデータを可逆符号化し、可逆符号化データを生成する可逆符号化手段と、
    前記入力手段より入力された前記画像ブロックデータを、当該画像ブロックデータの持つ解像度よりも低い解像度に変換し、低解像度画像ブロックデータとして出力する解像度変換手段と、
    該解像度変換手段で得られた、注目画像ブロックに対する注目低解像度画像ブロックデータを非可逆符号化し、非可逆符号化データを生成する非可逆符号化手段と、
    前記入力手段で入力した注目画像ブロックデータに基づき、当該注目画像ブロックデータの画像が特定画像に属する特性を持つか否かを判定する判定手段と、
    該判定手段が前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持たないと判定した場合、前記可逆符号化手段、前記非可逆符号化手段で生成されたそれぞれの符号化データのうち、符号量の少ない方を選択し、出力する第1の選択手段と、
    前記判定手段が、前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持つと判定した場合、前記可逆符号化手段、前記非可逆符号化手段で生成されたそれぞれの符号化データのうち、予め設定された種類の符号化データを選択し、出力する第2の選択手段として機能させ
    前記判定手段は、前記画像ブロックデータを前記解像度変換手段によって変換した際に発生する解像度変換誤差を算出する解像度変換誤差算出手段を備え、当該解像度変換誤差算出手段で算出された前記解像度変換誤差が第1の閾値以上の場合、前記画像ブロックデータの画像が前記特定画像の性質を持つと判定することを特徴とするコンピュータプログラム。
  9. コンピュータに読み込ませ実行させることで、前記コンピュータを、画像データを符号化する画像処理装置として機能させるコンピュータプログラムであって、
    符号化対象の画像データから、複数画素で構成される画像ブロックデータを単位に入力する入力手段と、
    該入力手段により入力された前記画像ブロックデータを可逆符号化し、可逆符号化データを生成する可逆符号化手段と、
    前記入力手段より入力された前記画像ブロックデータを、当該画像ブロックデータの持つ解像度よりも低い解像度に変換し、低解像度画像ブロックデータとして出力する解像度変換手段と、
    該解像度変換手段で得られた、注目画像ブロックに対する注目低解像度画像ブロックデータを非可逆符号化し、非可逆符号化データを生成する非可逆符号化手段と、
    前記入力手段で入力した注目画像ブロックデータに基づき、当該注目画像ブロックデータの画像が特定画像に属する特性を持つか否かを判定する判定手段と、
    該判定手段が前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持たないと判定した場合、前記可逆符号化手段、前記非可逆符号化手段で生成されたそれぞれの符号化データのうち、符号量の少ない方を選択し、出力する第1の選択手段と、
    前記判定手段が、前記注目画像ブロックデータの画像が前記特定画像に属する特性を持つと判定した場合、前記可逆符号化手段、前記非可逆符号化手段で生成されたそれぞれの符号化データのうち、予め設定された種類の符号化データを選択し、出力する第2の選択手段として機能させ、
    更に、前記第1、第2の選択手段で選択出力される符号化データの総データ量を監視すると共に、1ページの符号化中に総データ量が予め設定された上限符号量を超えたか否かを判定する監視手段と、
    該監視手段が前記総データ量が前記上限符号量を超えたと判定した場合、(a)前記非可逆符号化手段に対して、従前よりも圧縮率を高くするパラメータを設定し、(b)前記第2の選択手段が非可逆符号化データを選択するように設定し、(c)前記入力手段に対して符号化対象の画像データの先頭から再入力するように設定する設定手段
    として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
  10. 請求項8又は9に記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体。
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