JP5215165B2 - 画像圧縮装置、および画像圧縮方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＣＤ等の固体撮像素子から入力された画像データを非可逆圧縮する、画像圧縮装置、および画像圧縮方法に関する。

画像の圧縮方式としてはＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）方式が一般的に知られている。

図１７は、ＪＰＥＧ方式の画像圧縮装置１Ａの構成を示す図である。ＪＰＥＧでは、まず、画像データメモリ１２に保存されたフレーム画像を、ブロック化部１５Ａにより、８×８（横８画素×縦８ライン）等の所定のブロックサイズの画像入力データとして読み出しブロック化する。

図１８は、画像データのブロック化の例を示す図である。図に示す様に、画像入力データの、最初の８ライン（ライン０〜ライン７）の開始８画素（画素０〜画素７）をブロック０として処理し、次に画素８から画素１５のブロックをブロック１として処理を行う。ここで、この例では１ラインがｎ×８画素（ｎは整数）から構成されているとする。このとき、次の８ライン（ライン８〜ライン１５）の開始８画素をブロックｎとして処理する。

次にブロック化されたデータを、図１７に示す二次元直交変換部２０Ｂにより空間周波数データに変換する。二次元直交変換方式としてはＪＰＥＧでは二次元ＤＣＴ（Discrete Cosine Transfer）を使用する。この二次元ＤＣＴについては、従来技術の画像符号化復元システム等に開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

上記特許文献１で開示された画像符号化復元システムでは、直交変換に二次元ＤＣＴを使用しており、この二次元ＤＣＴでは、順変換、および逆変換において、以下の式の値を係数とするフィルタから構成される。

なお、ｉ，ｊはブロック内の対象画素の座標であり、ｕ，ｖは解析をする空間周波数を示すパラメータである。さらにこの空間周波数データを図１７の量子化部４０Ａにより所望の量子化パラメータで除算を行い有効数字を削減する。

次に、量子化部４０Ａで削減した量子化結果に対し、エントロピー符号化部５０Ａでは発生頻度の高いデータを短い符号長に割り当てる変換を行っている。以上の処理によりＪＰＥＧでは、画像入力データの非可逆圧縮を行っている。

この圧縮処理において、前述の量子化パラメータを変更し、除算量を多くすることにより、より有効数字を削減し、高い圧縮率を実現することができる。しかし、ＪＰＥＧでは圧縮率を高くする場合、伸張時にブロック間の画像の差異が大きくなるブロック歪みが発生する。この様な課題に対し、従来技術の符号化データ処理装置に示されるように、二次元直交変換部２０Ｂに重複直交変換を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

重複直交変換を用いた圧縮方式においても、装置の基本構成はＪＰＥＧの場合と同様に図１７に示す構成となる。重複直交変換方式では、隣接するブロックがそれぞれ重複した領域を持つ様にブロック化し圧縮を行う。

図１９に重複直交変換を行う場合のブロック化例を示す。図１９（Ａ）が水平方向に重複する例である。この場合、ブロック０では最初の１６ラインの１６画素（画素０〜画素１５）のデータがブロック化される。次に隣接するブロック１では８画素分ずらし画素８から画素２３のデータがブロック化される。すなわち、８画素分が重複している。同様にブロック１と隣接するブロック２についても８画素ずつ重複する。

次に、図１９（Ｂ）は、垂直方向に重複する例を示している。この場合、ブロック０に隣接するブロックｎは８ライン分ずらしたライン８からライン２３のデータがブロック化される。水平方向と同様に、８ライン分（ライン８〜ライン１５）が重複する。

次に、図２０に、水平方向および垂直方向の重複直交変換処理の例を示す。図２０（Ａ）に水平方向の重複直交変換処理の例を示す。前述の様にブロック０とブロック１は重複して処理が行われる。これらのそれぞれのブロックに対し直交変換処理を行う。この時、１６×１６（１６画素×１６ライン）に対し水平方向直交変換を行った結果は１６×８のブロックとなる。

図２０（Ｂ）に垂直方向の重複直交変換の処理を示す。水平方向と同様にブロック０とブロックｎは重複して処理が行われる。それぞれのブロックの１６×８の画素データに対し直交変換処理を行い、８×８サイズの結果データが得られる。なお、伸張時にはそれぞれのブロックが１６×１６画素の画像となり、重複部分を重畳することによりブロックノイズの無い画像を出力することができる。
特開平５−３３３３９８号公報 特開平４−２２７１６３号公報

前述のように従来技術においては、画像データの直交変換処理を行うにあたり、前述の式（１）に示す固定の係数を使用している。例えば、空間周波数のパラメータｕのみに着目して考えると、「０，π／８，２×π／８，・・・・，７×π／８」の周期に対応する周波数で解析を行っている。この周波数は一般的に撮影される画像を基に定められたものである。このため、例えば、内視鏡により内臓を撮影する場合等の画像自体に高周波成分があまり含まれず、画像のほとんどが低周波数成分から構成される場合に、前述の式（１）で示される周波数で解析を行うと、圧縮−伸張の量子化によるノイズが大きくなってしまい、画質が低下する等の弊害が現れる。

前述した従来技術の装置では、この様に撮影対象に含まれる周波数成分に合わせて直交変換処理の周波数特性を最適化するという観点については開示されておらず、撮像する対象に応じて、最適な直交変換処理を行うことができる画像圧縮装置の提供が望まれていた。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、内視鏡のような特殊な画像を撮影する場合においても、撮像する対象に応じて最適な直交変換処理を行うことができる、画像圧縮装置、および画像圧縮方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の画像圧縮装置は、画像入力データに対して二次元直交変換を行うために、前記画像入力データを所定のブロック単位の画像データに分割するブロック化部と、前記ブロック単位の画像データに対して周波数解析を行うｍ個の周波数解析フィルタと、前記ｍ個の周波数解析フィルタの出力信号について隣接周波数成分のレベルとの差分を比較演算する比較演算部と、前記比較演算部から出力される隣接周波数成分のレベルとの差分が大きいほど大きい重み付けに基づく順位付けにより前記ｍ個の周波数解析フィルタの周波数解析結果からｎ個（ｎ＜ｍ）の周波数解析結果を選択する周波数解析結果選択部とを有する二次元直交変換部と、前記二次元直交変換部において解析に使用される周波数特性を変更設定する周波数特性変更設定部と、を有することを特徴とする。

また、本発明の画像圧縮装置は、前記周波数解析結果選択部において、前記隣接周波数成分のレベルとの差分が大きいほど大きい重み付けと、前記ｍ個の周波数解析フィルタの出力信号についての周波数成分のレベルが大きいほど大きい重み付けと、による順位付けにより前記ｎ個の周波数解析結果を選択することを特徴とする。

また、本発明の画像圧縮装置は、ｎは、前記ブロックの水平方向又は垂直方向の画素数であることを特徴とする。

また、本発明の画像圧縮方法は、画像入力データに対して二次元直交変換を行うために、前記画像入力データを所定のブロック単位の画像データに分割するブロック化手順と、前記ブロック単位の画像データに対してｍ種の周波数解析を行う周波数解析手順と、前記ｍ個の周波数解析結果について隣接周波数成分のレベルとの差分を比較演算する比較演算手順と、前記比較演算手順により出力される隣接周波数成分のレベルとの差分が大きいほど大きい重み付けに基づく順位付けにより前記ｍ種の周波数解析結果からｎ個（ｎ＜ｍ）の周波数解析結果を選択する周波数解析結果選択手順とを有する二次元直交変換手順と、前記二次元直交変換手順において解析に使用される周波数特性を変更設定する周波数特変更設定手順と、が画像圧縮装置内の制御部により行われることを特徴とする。

本発明の画像圧縮装置においては、二次元直交変換部で使用する周波数特性（例えば、フィルタ係数）を変更設定できるように構成されており、周波数特性変更設定部により、撮像する対象に応じて、二次元直交変換部で解析に使用する周波数特性を変更設定する。
これにより、内視鏡のような特殊な画像を撮影する場合においても、撮像する対象に応じて最適な直交変換処理を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像圧縮装置の構成を示す図である。
図１に示す画像圧縮装置１は、ラスタースキャンにより得られた画像データを以後のブロック単位の処理を行うために、一旦、ブロックラインメモリ１０に蓄えており、このブロックラインメモリ１０に蓄えられた画像データに対して処理を行う。

図１に示す画像圧縮装置１は、基本的な構成は前述の図１７に示した従来技術の重複直交変換を用いた圧縮方式と同様である。この画像圧縮装置１は、画像入力データをブロック化するブロック化部１５、ブロック単位のブロック化画像データの周波数特性の解析を行い周波数領域のデータに変換する二次元直交変換部２０、直交変換の結果を所定の量子化パラメータにより有効数字を削減する量子化部４０、量子化した結果に対し、発生頻度の高いデータに短い符号長を割り当てるエントロピー符号化部５０から構成される。

ブロック化部１５までの処理動作は、図１７に示す従来技術の画像圧縮装置１Ａの場合と同様であるため、重複する説明は省略する。なお、本実施の形態の画像圧縮装置１は、通常のＤＣＴと重複直交変換（ＬＯＴ）のどちらにも適用可能であり、本実施の形態の動作の説明おいては特に限定していない。

図２は、図１に示す画像圧縮装置１内の二次元直交変換部２０の構成を示す図である。図２に示す二次元直交変換部２０は、垂直方向と水平方向の二段階で周波数解析を行う例である。

図２に示すように、二次元直交変換部２０は、周波数特性変更設定部２１と周波数解析フィルタ部３０とで構成される。そして、周波数特性変更設定部２１は、水平周波数特性変更部２２と垂直周波数特性変更部２３とで構成され、周波数解析フィルタ部３０は、水平周波数解析フィルタ部３１と垂直周波数解析フィルタ部３２とで構成される。

そして、水平周波数特性変更部２２では、外部から設定する周波数特性設定信号Ａを基に、水平方向のフィルタ係数を切り替えて、周波数解析フィルタ部３０内の水平周波数解析フィルタ部３１に出力する。また、垂直周波数特性変更部２３では、外部から設定する周波数特性設定信号Ａを基に、垂直方向のフィルタ係数を切り替えて、周波数解析フィルタ部３０内の垂直周波数解析フィルタ部３２に出力する。

これは、例えば、内視鏡の場合観察したい部位毎にフィルタ係数を切り替えるためである。なお、ユーザーインターフェースによる設定または図示しない外部のセンサ等からの入力により周波数特性設定信号Ａを生成している。

周波数解析フィルタ部３０内の水平周波数解析フィルタ部３１は、水平周波数特性変更部２２から入力されるフィルタ係数により水平方向の周波数成分特性を演算して、垂直周波数解析フィルタ部３２に出力する。同様にして、垂直周波数解析フィルタ部３２は、垂直周波数特性変更部２３から入力されるフィルタ係数により垂直方向の周波数成分を演算し、二次元直交変換の結果を得る。

図３は、周波数特性変更設定部２１内の水平周波数特性変更部２２の構成を示す図である。図に示す様に水平周波数特性変更部２２は、複数の係数テーブル０，１，・・・，７と、それらを選択し、それぞれの係数を出力するフィルタ係数選択部２４Ａから構成される。例えば、内視鏡で各部位毎に二次元直交変換部２０の周波数特性を変更する場合には、それぞれの部位に対応した水平フィルタ係数をテーブル０，テーブル１等各テーブルに格納しておく。フィルタ係数選択部２４Ａは周波数特性設定信号Ａにより示されるテーブルを選択し、水平フィルタ係数を出力するものである。

また、図４は、周波数特性変更設定部２１内の垂直周波数特性変更部２３の構成を示す図である。図に示す様に垂直周波数特性変更部２３は、複数の係数テーブル０，１，・・・，７と、それらを選択し、それぞれの係数を出力するフィルタ係数選択部２４Ｂから構成される。例えば、各部位毎に二次元直交変換部２０の周波数特性を変更する場合には、それぞれの部位に対応した垂直フィルタ係数をテーブル０，テーブル１等各テーブルに格納しておく。フィルタ係数選択部２４Ｂは周波数特性設定信号Ａにより示されるテーブルを選択し、垂直フィルタ係数を出力するものである。

図５は、二次元直交変換部内の水平周波数解析フィルタ部の構成を示す図である。図５（Ａ）に示すように、水平周波数解析フィルタ部３１は、複数の水平フィルタ０，１，２，３，・・・，７を有しており、水平方向の８画素がこの水平フィルタ０，１，２，３，・・・，７に順次入力されると、各フィルタの周波数特性に従い、周波数解析が行われ、それぞれの周波数解析結果として出力される。本実施の形態の画像圧縮装置１では、ＤＣ成分と併せて８種類の周波数成分を水平フィルタ０〜７より出力する。

図５（Ｂ）に水平フィルタ０の構成例を示す。この様に入力する画素とフィルタ係数との積和演算が行われ、周波数解析結果として周波数データが得られる。このフィルタでは外部から係数０〜７を与えることにより周波数特性を可変させている。なお、この積和演算は、前述の式（１）を基にして行われるものである。

図６は、二次元直交変換部内の垂直周波数解析フィルタ部の構成を示す図である。図６（Ａ）に示すように、垂直周波数解析フィルタ部３２は、複数の垂直フィルタ０，１，２，３，・・・，７を有しており、垂直方向の８画素がこの垂直フィルタ０，１，２，３，・・・，７に順次入力されると、各フィルタの周波数特性に従い、周波数解析が行われ、それぞれの周波数解析結果として出力される。本実施の形態の画像圧縮装置１では、ＤＣ成分と併せて８種類の周波数成分を垂直フィルタ０〜７より出力する。

図６（Ｂ）に垂直フィルタ０の構成例を示す。この様に入力する画素とフィルタ係数との積和演算が行われ、周波数解析結果として周波数データが得られる。このフィルタでは外部から係数０〜７を与えることにより周波数特性を可変させている。なお、この積和演算は、前述の式（１）を基にして行われるものである。

図７は、図５の水平周波数解析フィルタ部３１および図６の垂直周波数解析フィルタ部３２で使用されるフィルタの係数の例を示す図である。図７（Ａ）が小腸画像撮影時に使用する直交変換フィルタであり、図７（Ｂ）が胃画像撮影時に使用する直交変換フィルタである。内視鏡の場合、胃画像は絨毛等が多くある小腸等を撮影する画像よりも高周波成分が少ない。このため、胃画像撮影時には小腸画像撮影時よりも低周波成分の解析を多く行い、高周波数成分の解析を少なくする構成としている。

再び図１に戻る。前述の様に二次元直交変換部２０で演算された直交変換結果は量子化部４０に入力される。以後、量子化部４０により量子化処理が行われ、エントロピー符号化部５０によりエントロピー符号化処理が行われる。

この場合に、周波数特性設定信号Ａにより、二次元直交変換部２０の周波数特性が変更されるため、量子化部４０およびエントロピー符号化部５０も同様にそれぞれの周波数特性に合わせた量子化および符号化を行うことができる。

例えば、量子化部４０では、図３に示す係数テーブルに類似する量子化テーブルを備えており、撮像対象に応じて、所望の量子化特性を選択するように構成されている。図２１に量子化係数と1次元の空間周波数との関係を示す。量子化係数は前述のように所定の係数で除算を行うことにより有効数字を減らすものである。一般に周波数の高い成分は視覚的に劣化が目立ちにくいため削減量を大きくする。図２１に示すように周波数の高い成分ほど係数を大きく、すなわち除算量を大きくする。本実施の形態では直交変換部にて解析する周波数特性を可変させるが、これに合わせて量子化の係数も変更している。例えば、周波数１に対して量子化係数１が対応するが、この様に周波数特性を周波数２または３に変更した場合は量子化係数も量子化係数２または３に変更させることにより周波数特性に適した量子化特性を選択できる。同様に、エントロピー符号化部５０においても、図３に示す係数テーブルに類似するエントロピー符号化テーブルを備えており、撮像対象に応じて、所望のエントロピー符号化特性を選択するように構成されている。

なお、量子化部４０における量子化特性、およびエントロピー符号化部５０におけるエントロピー符号化特性は、周波数特性設定信号Ａに応じて変化させることなく、固定の特性とすることもできる。

また、図２に示す二次元直交変換部２０では、周波数特性変更設定部２１と周波数解析フィルタ部３０の両方を含むように構成されているが、周波数特性変更設定部２１を二次元直交変換部２０の外部に設けるようにしてもよい。

また、図２に示す二次元直交変換部２０では、水平周波数解析フィルタ部３１と、垂直周波数解析フィルタ部３２とを個別に設け、それぞれに対してフィルタ係数を切り替える構成例を示したが、これに限定されない。例えば、水平周波数解析フィルタ部３１と、垂直周波数解析フィルタ部３２とで同じフィルタ係数を使用する構成にすることもできる。さらには、水平周波数解析フィルタ部３１と、垂直周波数解析フィルタ部３２とを共通にして、１つの周波数解析フィルタ部で構成するようにもできる。

以上、第１の実施の形態の画像圧縮装置１について説明したが、この第１の実施の形態の画像圧縮装置１によれば、内視鏡等の特殊な画像を撮影する機器において特殊画像撮影時にその特性に合わせた二次元直交変換による圧縮を行うことが可能となる。なお、第１の実施の形態では胃／小腸の２種類の切り替えの例を示したが、更にテーブルを増やし、例えば、食道、十二指腸等の観察したい内臓の部位毎に係数を切り替えて使用することも可能である。

なお、第１の実施の形態において、前述の二次元直交変換部は、図１に示す二次元直交変換部２０が相当し、主には図２に示す二次元直交変換部２０内の周波数解析フィルタ部３０が相当する。また、前述の周波数特性変更設定部は、図２に示す二次元直交変換部２０内の周波数特性変更設定部２１が相当する。また、前述のフィルタ係数選択部は、図３に示す水平周波数特性変更部２２内のフィルタ係数選択部２４Ａと、図４に示す垂直周波数特性変更部２３内のフィルタ係数選択部２４Ｂとが相当する。また、前述の複数の周波数解析フィルタは、図５に示す水平周波数解析フィルタ部３１内の水平フィルタ０〜７と、図６に示す垂直周波数解析フィルタ部３２内の垂直フィルタ０〜７とが相当する。

上記構成により、二次元直交変換部２０において、周波数特性変更設定部２１は、周波数特性設定信号を基に、フィルタ係数を選択して周波数解析フィルタ部３０に出力する。これにより、撮像対象に応じて、二次元直交変換部２０で解析に使用する周波数特性を最適に変更設定することができる。

［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る画像圧縮装置の構成を示す図である。
図８に示す第２の実施の形態の画像圧縮装置２が、図１に示す第１の実施の形態の画像圧縮装置１と構成上異なるのは、図１に示す画像圧縮装置１のブロックラインメモリ１０を、1画面分を記憶するためのフレームメモリ１１に置き換え、また、画像特性解析部６０および周波数特性判定部７０を追加した点であり、他の構成は図１に示す画像圧縮装置１と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

この第２の実施の形態の画像圧縮装置２では、画像入力データを一旦フレームメモリ１１に蓄えている。また、第１の実施の形態の画像圧縮装置１では、外部から周波数特性設定信号を入力していたが、第２の実施の形態の画像圧縮装置２では、画像特性解析部６０および周波数特性判定部７０より周波数特性設定信号Ａ１を生成する。

図９は、画像特性解析部６０の構成を示す図である。画像特性解析部６０では、画像データの周波数特性に関する画像解析を行う。画像特性解析部６０は、画像データに対し垂直方向と水平方向のそれぞれについて、高周波成分、低周波成分のそれぞれの画像特性解析を行うフィルタを有している。

図９に示す画像特性解析部６０において、垂直高周波数画像特性解析フィルタ６１は、画像データの垂直方向の高周波数成分を抽出するためのフィルタであり、垂直低周波数画像特性解析フィルタ６２は、垂直方向の低周波数成分を抽出するためのフィルタである。また、水平高周波数画像特性解析フィルタ６３は、画像データの水平方向の高周波数成分を抽出するためのフィルタであり、水平低周波数画像特性解析フィルタ６４は、水平方向の低周波数成分を抽出するためのフィルタである。

なお、各フィルタ６１，６２，６３，６４の基本構成は、図５で示した二次元直交変換部内の水平周波数解析フィルタ部３１、および図６で示した垂直周波数解析フィルタ部３２と同様の構成であり、積和回路により構成される。各フィルタ６１，６２，６３，６４により、画像データの垂直および水平周波数の特性を解析し、解析結果を出力する。

図８に戻り、画像特性解析部６０で得られた画像特性の解析結果は、周波数特性判定部７０に入力される。

図１０は、周波数特性判定部７０の構成を示す図である。図に示すように、周波数特性判定部７０は、垂直画像特性比較部７１と、水平画像特性比較部７２と、周波数特性設定信号生成部７３とで構成される。

垂直画像特性比較部７１は、垂直方向の高周波数成分である垂直高周波数画像特性データと、垂直方向の低周波数成分である垂直低周波数画像特性データとを比較し、その比較結果を周波数特性設定信号生成部７３に出力する。水平画像特性比較部７２は、水平方向の高周波数成分である水平高周波数画像特性データと、水平方向の低周波数成分である水平低周波数画像特性データとを比較し、その比較結果を周波数特性設定信号生成部７３に出力する。

周波数特性設定信号生成部７３では、前段の各比較部７１，７２による比較結果を基にして垂直および水平方向の両方で低周波数成分の方が所定のレベル以上に大きい場合に低周波数成分が多い部位の画像と判定し、その部位に対応した周波数特性設定信号を生成し、それ以外では高周波数成分が多い部位の画像と判定し、それぞれに対応した周波数特性設定信号Ａ１を出力する。

周波数特性設定信号Ａ１は、図８に示す二次元直交変換部２０に入力され、二次元直交変換部２０では周波数特性が変更される。また、同様に量子化部４０およびエントロピー符号化部５０にも周波数特性設定信号Ａ１が入力され、それぞれの周波数特性に合わせた量子化および符号化が行われる。

なお、前述のように、量子化部４０にける量子化特性、およびエントロピー符号化部５０におけるエントロピー符号化特性は、固定とすることもできる。

以上、本発明の第２の実施の形態について説明したが、この第２の実施の形態の画像圧縮装置２によれば、外部からの設定や特殊なセンサを使うことなしに、画像データから撮影した画像の特性に合わせた二次元直交変換による圧縮を行うことが可能となる。

なお、第２の実施の形態において、前述の二次元直交変換部は、二次元直交変換部２０が相当する。また、前述の画像特性解析部は、図８および図９に示す画像特性解析部６０が相当する。また、周波数特性判定部は、図９に示す周波数特性判定部７０が相当する。この構成により、画像特性解析部６０は入力された画像データの周波数特性を解析し、周波数特性判定部７０はその結果より入力された画像に適した周波数特性設定信号Ａ１を出力する。

また、前述の画像特性解析部が有する複数の周波数解析フィルタは、図９に示す垂直高周波数画像特性解析フィルタ６１と、垂直低周波数画像特性解析フィルタ６２と、水平高周波数画像特性解析フィルタ６３と、水平低周波数画像特性解析フィルタ６４とが相当する。また、前述の画像特性比較部は、図１０に示す垂直画像特性比較部７１と水平画像特性比較部７２とが相当し、また、前述の周波数特性設定信号生成部は周波数特性設定信号生成部７３が相当する。

上記構成により、周波数解析フィルタ（垂直高周波数画像特性解析フィルタ６１、垂直低周波数画像特性解析フィルタ６２、水平高周波数画像特性解析フィルタ６３、水平低周波数画像特性解析フィルタ６４）は、画像に含まれる高周波成分および低周波数成分の検出を行う。画像特性比較部（垂直画像特性比較部７１、水平画像特性比較部７２）では、周波数解析フィルタの出力結果より水平方向および垂直方向のそれぞれの方向における高周波数成分と低周波数成分とを比較する。この比較結果を基にして、周波数特性設定信号生成部７３により、画像に含まれる周波数成分に応じた周波数特性設定信号Ａ１が生成される。これにより、二次元直交変換部に対して、各画像に適した周波数特性を設定することができる。

［第３の実施の形態］
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る画像圧縮装置の構成を示す図である。図１１に示す第３の実施の形態の画像圧縮装置３が、図８に示す第２の実施の形態の画像圧縮装置２と構成上異なるのは、第３の実施の形態の画像圧縮装置３では周波数特性設定信号Ａ２を二次元直交変換部２０Ａから出力する構成としている点である。

他の構成は図８に示す画像圧縮装置２と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付している。

図１１に示すように、第３の実施の形態に係る画像圧縮装置３は、画像入力データを格納するフレームメモリ１１、ブロック化部１５、二次元直交変換部２０Ａ、量子化部４０、およびエントロピー符号化部５０から構成される。

図１２は、第３の実施の形態の画像圧縮装置３における二次元直交変換部２０Ａの構成を示す図である。この二次元直交変換部２０Ａは、第１および第２の実施の形態の画像圧縮装置２，３と同様に、垂直方向と水平方向の二段階で直交変換を行う例である。

図１２に示す二次元直交変換部２０Ａおいて、垂直周波数解析フィルタ部３２Ａおよび水平周波数解析フィルタ部３１Ａは、直交変換処理で必要となる本来の周波数解析フィルタよりも多い数の周波数特性の解析を行う。例えば、本実施の形態の画像圧縮装置３では最終的に８種の周波数解析結果を得るが、垂直周波数解析フィルタ部３２Ａおよび水平周波数解析フィルタ部３１Ａでは、１６種の周波数特性について解析を行う。

なお、垂直周波数解析フィルタ部３２Ａは、図６に示す第１の実施の形態における水平周波数解析フィルタ部３１と同様の構成のものであり、積和回路により構成される。ただし、垂直周波数解析フィルタ部３２Ａは、１６種類の垂直周波数解析フィルタ３２Ｂにより、１６種の周波数特性について解析を行う点が異なる。

また、水平周波数解析フィルタ部３１Ａの基本的な構成は、図５に示す第１の実施の形態における水平周波数解析フィルタ部３１と同様の構成のものであり、積和回路により構成される。ただし、水平周波数解析フィルタ部３１Ａは、１６種類の水平周波数解析フィルタ３１Ｂにより、１６種の周波数特性について解析を行う点が異なる。

図１２に示す垂直比較演算部３３および水平比較演算部３４では、これらの１６種の周波数解析結果の比較演算を行い、重要となる周波数解析結果を選択し、それぞれ垂直周波数特性設定信号Ａｙおよび水平周波数特性設定信号Ａｘとして出力する。垂直周波数解析結果選択部３５は、垂直周波数特性設定信号Ａｙに基づき、垂直周波数解析フィルタ部３２Ａから出力される１６種類の周波数解析結果の中から、８種の周波数解析結果を選択して出力する。同様にして、水平周波数解析結果選択部３６では、水平周波数特性設定信号Ａｘに基づき、水平周波数解析フィルタ部３１Ａから出力される１６種類の周波数解析結果の中から、８種の周波数解析結果を選択して出力する。

図１３は、１６種類の周波数解析特性の例を示す図である。従来のＤＣＴでは８種の周波数解析を行っていたが、この例では解析周波数をより細かくし、１６種類の周波数で解析を行う。

また、図１４は、垂直比較演算部３３の構成を示す図である。図に示す様に、垂直比較演算部３３では、垂直周波数解析フィルタ部３２Ａの垂直周波数解析結果である１６種類の周波数データ０〜１５を基にして、周波数特性の判定処理を行う。

図に示すように、差分算出部１０１は、差分算出部−１〜差分算出部−１６から構成されており、各周波数解析結果の周波数データ０〜１５について、隣接周波数成分との差分値を算出し、その算出結果を差分値比較部１１１に出力する。差分値比較部１１１では、差分算出部−１〜差分算出部−１６で算出された差分値を比較し、その比較結果を判定信号生成部１１２に出力する。また、レベル値比較部１０２は、それぞれの周波数成分のレベル値の比較を行い、その比較結果を判定信号生成部１１２に出力する。

判定信号生成部１１２では、隣接との差分が大きい、すなわち隣接周波数との相関性が低い場合にはその周波数解析結果の重み付けを大きくし、また、レベル（絶対値）が大きい場合にはその周波数成分が大きいので周波数解析結果の重み付けを大きくしこの両方の結果より順位付けを行い、使用する８種の周波数解析結果を選択するための垂直周波数特性設定信号Ａｙを出力する。

図１２に示す垂直周波数解析結果選択部３５は、この垂直周波数特性設定信号Ａｙに基づき、８種の周波数解析結果を選択し、出力する。

また、図１５は、水平比較演算部３４の構成を示しており、図１４に示す垂直比較演算部３３と同様の構成のものである。水平比較演算部３４では、差分算出部１０１Ａは、差分算出部−１〜差分算出部−１６から構成されており、各周波数解析結果の周波数データ０〜１５について、隣接周波数成分との差分値を算出し、その算出結果を差分値比較部１１１Ａに出力する。差分値比較部１１１Ａでは、差分算出部−１〜差分算出部−１６で算出された差分値を比較し、その比較結果を判定信号生成部１１２Ａに出力する。また、レベル値比較部１０２Ａは、それぞれの周波数成分のレベル値の比較を行い、その比較結果を判定信号生成部１１２Ａに出力する。判定信号生成部１１２Ａでは、周波数特性設定信号Ａｘを出力する。

図１２に示す水平周波数解析結果選択部３６は、この水平周波数特性設定信号Ａｘに基づき、８種の周波数解析結果を選択し、出力する。

また、周波数特性設定信号生成部３７では、垂直周波数特性設定信号Ａｙと水平周波数特性設定信号Ａｘに基づき、周波数特性設定信号Ａ２を生成し、この周波数特性設定信号Ａ２を量子化部４０およびエントロピー符号化部５０に出力する。

なお、図１４および図１５に示す例では、差分値比較部１１１，１１１Ａの比較結果と、レベル値比較部１０２，１０２Ａの比較結果の両方を用いて、周波数特性設定信号Ａｘ，Ａｙを生成する例について示したが、これに限定されない。例えば、差分値比較部１１１，１１１Ａか、またはレベル値比較部１０２，１０２Ａのいずれか一方だけを使用する構成とすることもできる。例えば、レベル値比較部１０２，１０２Ａにおける比較結果の方が重要視される場合は、差分値比較部１１１，１１１Ａを省略し、レベル値比較部１０２，１０２Ａのみを使用するようにもできる。

以上説明したように、本発明の第３の実施の形態によれば、直交変換の周波数解析結果のみを用い、画像データから撮影した画像の特性に合わせた二次元直交変換による圧縮を行うことが可能となる。

以上本発明の第３の実施の形態について説明したが、この第３の実施の形態において、前述の二次元直交変換部は、図１２の二次元直交変換部２０Ａが相当する。また、前述のｍ個の周波数解析フィルタは、図１２に示す垂直周波数解析フィルタ部３２Ａ内の１６種類の垂直周波数解析フィルタ３２Ｂと、水平周波数解析フィルタ部３１Ａ内の１６種類の水平周波数解析フィルタ３１Ｂとが相当する。また、前述のｎ個の解析結果を選択する周波数解析結果選択部は、１６種類のフィルタによる解析結果の中から８個のフィルタの解析結果を選択する垂直周波数解析結果選択部３５および水平周波数解析結果選択部３６が相当する。また、前述の比較演算部は、垂直比較演算部３３と水平比較演算部３４とが相当する。

この構成により、周波数解析結果選択部（垂直周波数解析結果選択部３５と水平周波数解析結果選択部３６）は、比較演算部（垂直比較演算部３３と水平比較演算部３４）から出力される周波数特性判定結果の信号（周波数特性設定信号Ａｙ，Ａｘ）を基に、垂直周波数解析フィルタ部３２Ａおよび水平周波数解析フィルタ部３１Ａから出力される１６種種類（ｍ個）の周波数解析結果から、８種類（ｎ個）の周波数解析結果を選択する。

なお、上述した各実施の形態においては、直交変換演算には言及していないが、従来から使用されているＤＣＴやＬＯＴ（重複直交変換）を適用することが可能である。

例えば、ＬＯＴの一種である重複双直交変換（ＬＢＴ）に適用する場合には水平周波数解析フィルタおよび垂直周波数解析フィルタに、例えば図１６に示す様な周波解析特性を持たせることで、所望の直交変換を実現することが可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述の画像圧縮装置１、２、３は内部にコンピュータシステムを有している。そして、画像圧縮装置１、２、３を構成する各処理部は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、各処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の画像圧縮装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の第１の実施の形態に係る画像圧縮装置の構成を示す図である。 図１に示す画像圧縮装置内の二次元直交変換部の構成を示す図である。 周波数特性変更設定部内の水平周波数特性変更部の構成を示す図である。 周波数特性変更設定部内の垂直周波数特性変更部の構成を示す図である。 二次元直交変換部内の水平周波数解析フィルタ部の構成を示す図である。 二次元直交変換部内の垂直周波数解析フィルタ部の構成を示す図である。 通常画像および内視鏡画像で使われるフィルタの係数の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る画像圧縮装置の構成を示す図である。 図８に示す画像特性解析部の構成を示す図である。 図８に示す周波数特性判定部の構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る画像圧縮装置の構成を示す図である。 図１１に示す画像圧縮装置内の二次元直交変換部の構成を示す図である １６種類の周波数解析特性の例を示す図である。 垂直比較演算部の構成を示す図である。 水平比較演算部の構成を示す図である。 重複双直交変換（ＬＢＴ）に適用する場合の周波数解析フィルタの特性の例を示す図である。 ＪＰＥＧ方式の画像圧縮装置の構成を示す図である。 画像データのブロック化の例を示す図である 重複直交変換を行う場合のブロック化の例を示す図である 水平方向および垂直方向の重複直交変換処理の例を示す図である。 量子化係数と1次元の空間周波数との関係を示す図である。

符号の説明

１，２，３・・・画像圧縮装置、１０・・・ブロックラインメモリ、１１・・・フレームメモリ、１２・・・画像データメモリ、１５，１５Ａ・・・ブロック化部、２０，２０Ａ，２０Ｂ・・・二次元直交変換部、２１・・・周波数特性変更設定部、２２・・・水平周波数特性変更設定部、２３・・・垂直周波数特性変更部、２４Ａ，２４Ｂ・・・・フィルタ係数選択部、３０・・・周波数解析フィルタ部、３１，３１Ａ・・・水平周波数解析フィルタ部、３１Ｂ・・・１６種類の水平周波数解析フィルタ、３２，３２Ａ・・・垂直周波数解析フィルタ部、３２Ｂ・・・１６種類の垂直周波数解析フィルタ、３３・・・垂直比較演算部、３４・・・水平比較演算部、３５・・・垂直周波数解析結果選択部、３６・・・水平周波数解析結果選択部、３７・・・周波数特性設定信号生成部、４０，４０Ａ・・・量子化部、５０，５０Ａ・・・エントロピー符号化部、６０・・・画像特性解析部、６１・・・垂直高周波数画像特性解析フィルタ、６２・・・垂直低周波数画像特性解析フィルタ、６３・・・水平高周波数画像特性解析フィルタ、６４・・・水平低周波数画像特性解析フィルタ、７０・・・周波数特性判定部、７１・・・垂直画像特性比較部、７２・・・水平画像特性比較部、７３・・・周波数特性設定信号生成部、１０１，１０１Ａ・・・差分算出部、１０２，１０２Ａ・・・レベル値比較部、１１１，１１１Ａ・・・差分値比較部、１１２，１１２Ａ・・・判定信号生成部

Claims (4)

1. 画像入力データに対して二次元直交変換を行うために、前記画像入力データを所定のブロック単位の画像データに分割するブロック化部と、
   前記ブロック単位の画像データに対して周波数解析を行うｍ個の周波数解析フィルタと、前記ｍ個の周波数解析フィルタの出力信号について隣接周波数成分のレベルとの差分を比較演算する比較演算部と、前記比較演算部から出力される隣接周波数成分のレベルとの差分が大きいほど大きい重み付けに基づく順位付けにより前記ｍ個の周波数解析フィルタの周波数解析結果からｎ個（ｎ＜ｍ）の周波数解析結果を選択する周波数解析結果選択部とを有する二次元直交変換部と、
   前記二次元直交変換部において解析に使用される周波数特性を変更設定する周波数特性変更設定部と、
   を有することを特徴とする画像圧縮装置。
2. 前記周波数解析結果選択部は、前記隣接周波数成分のレベルとの差分が大きいほど大きい重み付けと、前記ｍ個の周波数解析フィルタの出力信号についての周波数成分のレベルが大きいほど大きい重み付けと、による順位付けにより前記ｎ個の周波数解析結果を選択することを特徴とする請求項１に記載の画像圧縮装置。
3. ｎは、前記ブロックの水平方向又は垂直方向の画素数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像圧縮装置。
4. 画像入力データに対して二次元直交変換を行うために、前記画像入力データを所定のブロック単位の画像データに分割するブロック化手順と、
   前記ブロック単位の画像データに対してｍ種の周波数解析を行う周波数解析手順と、前記ｍ個の周波数解析結果について隣接周波数成分のレベルとの差分を比較演算する比較演算手順と、前記比較演算手順により出力される隣接周波数成分のレベルとの差分が大きいほど大きい重み付けに基づく順位付けにより前記ｍ種の周波数解析結果からｎ個（ｎ＜ｍ）の周波数解析結果を選択する周波数解析結果選択手順とを有する二次元直交変換手順と、
   前記二次元直交変換手順において解析に使用される周波数特性を変更設定する周波数特変更設定手順と、
   が画像圧縮装置内の制御部により行われることを特徴とする画像圧縮方法。

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