JPH08274998A - カラー画像を伝送する装置 - Google Patents

カラー画像を伝送する装置

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JPH08274998A
JPH08274998A JP8087081A JP8708196A JPH08274998A JP H08274998 A JPH08274998 A JP H08274998A JP 8087081 A JP8087081 A JP 8087081A JP 8708196 A JP8708196 A JP 8708196A JP H08274998 A JPH08274998 A JP H08274998A
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image data
color
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JP8087081A
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Giordano Beretta
グロルダーノ・ベレッタ
Vasudev Bhaskaran
バスデブ・バスカレン
Konstantinos Konstantinides
コンスタンチノス・コンスタンチニデス
Balas K Natarajan
バラス・ケー・ナタラジャン
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Original Assignee
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラー画像の圧縮において、視覚的品質を
維持しながら圧縮率を増大させる。 【解決手段】「超閾値」タームを使った量子化テーブル
を形成して、カラーの原画像データを圧縮する。テキス
トのような１つまたは複数の画像要素をもつ一組の対象
画像を選択し、これらの画像要素を解析し、視覚的品質
にとってより重要なものを識別する。その後、「超閾
値」タームを選択し、重要な画像要素に対応する量子化
テーブル要素に大きい重みを、それほど重要でない画像
要素に対応するテーブル要素に小さい重みを与える。こ
うして、各々の離散的コサイン変換(DCT)の基礎ベクト
ルの特性に選択的に重みを与える。画像要素の垂直属性
および画像要素の水平属性に対応するテーブル要素に大
きい重みを、そして画像要素の斜めの属性に対応するテ
ーブル要素に小さい重みを与えることによって、テキス
トを含む画像の視覚的品質を維持し、一方で圧縮率を大
幅に増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、グレイスケールと
カラーの両方の連続階調の静止画像のためにJPEGの圧縮
標準を使用するデータ圧縮に関連する。
【０００２】
【従来の技術】「JPEG（Joint Photographic Experts G
roupを表す)」として知られる委員会が、グレイスケー
ルとカラーの両方の連続階調の静止画像を圧縮するため
の標準を確立している。この標準は、再生可能な画像品
質と圧縮率の間の妥協を表す。非圧縮イメージの圧縮イ
メージに対する比率を言う良好な圧縮率を達成するため
に、JPEG標準は損失のある圧縮技法を採択した。カラー
画像を表現するのに必要な、1インチ当たり200ドット(D
PI)の21.59mm x 27.94mmの画像につき10メガバイトのオ
ーダーの膨大なデータ量が与えられる、損失のある圧縮
技法(lossy compression technique)が必要であった。
しかし、慎重にJPEG標準を実行することによって、画像
の中の損失は画像のごくわずかな領域に限定することが
でき、知覚的に損失のない非圧縮イメージを生成するこ
とができる。この技法を用いた実現可能な圧縮率は10：
1から50：1の範囲である。
【０００３】図1は、典型的な実施例のJPEG圧縮標準の
ブロック図を示す。ブロック図は、圧縮エンジンとして
参照される。圧縮エンジン10は、CIELABのような所与の
色空間における原画像を表す原画像データに作用する。
原画像データは、画像が如何に取り込まれたかによって
決定されるある解像度をもつ。原画像データの各々の個
別のデータは、画像の画素を表す。画素はさらに、画像
の画素を表すために使用されるビット数によって決定さ
れる解像度をもつ。
【０００４】原画像データは、典型的には、データのラ
スター・ストリーム(raster stream)としてフォーマッ
トされる。しかし圧縮技法は、ブロックで表されるデー
タを必要とする。これらのブロックは、原画像データの
２次元の部分を表す。JPEG標準は、8x8のブロックのデ
ータを使用する。したがって、ラスター−ブロック変換
ユニット12は、ラスターの原画像データを8x8のブロッ
クの原画像データに変換する。原画像データは、符号な
し整数から符号付き整数にシフトされ、圧縮プロセスの
次の工程のために適当なフォーマットに入れられる。そ
して、これらの8x8のブロックは、バス14を通して離散
的コサイン変換器16に転送される。
【０００５】離散的コサイン変換器16は、離散的コサイ
ン変換（DCT）を用いて原画像データを、変換された画
像データに変換する。画像処理の技術において知られる
DCTは、8x8のブロックの原画像データを、各々が各DCT
基礎ベクトルに対応する64のDCT要素または係数に分解
する。これらの基礎ベクトルは、DCT空間の基本単位で
あるユニークな2次元(2D)の「空間波形(spatial wavefo
rms)」である。これらの基礎ベクトルは、直感的にユニ
ークな画像を表すものと考えることができ、すべての原
画像は、これらのユニークな画像の加重された合計に分
解することができる。離散コサイン変換器は、いわゆる
前進的な離散的コサイン（DCT）関数を使用する。
【０００６】
【数１】 変換器16の出力は、DCT基礎ベクトルに対応する8x8のブ
ロックのDCT要素または係数である。その後、この変換
された画像データのブロックは、バス18によって量子化
器20に伝送される。量子化器20は、圧縮エンジン10への
入力として指定されるべき64の要素の量子化テーブル24
を使用して、64のDCT要素を量子化する。量子化テーブ
ルのそれぞれの要素は1から255までの整数値であり、対
応するDCT係数のために量子化器のステッププサイズを
指定する。量子化の目的は、所望の画像品質を達成する
のに必要とされる以上に大きくない精度で、DCT係数を
表すことによって、最大の圧縮量を達成することであ
る。量子化は、多数から１へのマッピングであり、した
がって基本的に損失がある。上述したように、再生され
た画像が知覚的に原画像と異ならないように、損失を画
像のごくわずかな面に制限する量子化テーブルが設計さ
れる。
【０００７】量子化器20は、各々のDCT係数と対応する
量子化テーブル要素の間の単純な除法処理を実行する。
損失は、量子化器20が分数の余りを軽視するために生じ
る。こうして、量子化関数は以下の数式２で示すように
表すことができる。
【０００８】
【数２】 ここで、Y(k,l)は(k,l)番目のDCT要素を表し、Q(k,l)は
対応する量子化テーブル要素を表す。
【０００９】原画像を復元するために、量子化テーブル
要素に、対応する量子化されたDCT係数を掛けて、この
ステップを反転させるが、そのとき分数部分は復元され
ない。したがって、この情報は永久に消失する。量子化
ステップの画像品質への潜在的な影響のため、量子化テ
ーブルの設計には相当な努力が払われた。これらの努力
は、さらにJPEG圧縮技法における最終のステップの議論
に従って後述される。
【００１０】JPEG標準の最終ステップはエントロピー符
号化であり、エントロピー・エンコーダー28によって実
行される。エントロピー・エンコーダー28は、バス22を
介して量子化器20に連結され、そこから画像データを受
け取る。エントロピー・エンコーダーは、それらの統計
的性質に基づき、量子化されたDCT係数をより圧縮して
符号化することによって、さらに損失のない圧縮を達成
する。JPEG標準は、ハフマン符号化と算術符号化の2つ
のエントロピー符号化方法を特定する。図1の圧縮エン
ジンが、ハフマン符号化を使用すると仮定する。ハフマ
ン符号化は、従来知られるように、１つまたは複数セッ
トのハフマン符号テーブル30を使用する。これらのテー
ブルは、具体的にある所与の画像についてあらかじめ定
義または計算されていてもよい。ハフマン符号化は、損
失のない高レベルの圧縮を起こす、よく知られた符号化
技法である。従って、エントロピー・エンコーダー28の
操作をこれ以上記述しない。
【００１１】図2を参照すると、典型的なJPEG圧縮され
たファイルが、34に概略的に示される。圧縮されたファ
イルは、JPEGヘッダ36と、圧縮プロセスで使用される量
子化(Q)テーブル38およびハフマン(H)・テーブル40と、
圧縮された画像データ42それ自体を含む。適当なQテー
ブルが使用されるとき、この圧縮されたファイル34か
ら、原稿の原画像の知覚的に見分けのつかない解釈を抽
出することができる。この抽出プロセスは、図３を参照
して後述される。
【００１２】JPEG伸張エンジン43が図3に示される。伸
張エンジンは、本質的に圧縮エンジン10と逆に働く。伸
張エンジンは、ヘッダ抽出ユニット44で、圧縮された画
像データを受け取り、ヘッダに含まれる情報に従ってH
テーブル、Qテーブルおよび圧縮された画像データを抽
出する。そしてHテーブルはHテーブル46に格納され、一
方、QテーブルはQテーブル48に格納される。それから、
圧縮された画像データは、バス52によってエントロピー
・デコーダー50まで送られる。エントロピー・デコーダ
ーは、Hテーブル46を使用して、ハフマン符号化された
圧縮された画像データを復号する。エントロピー・デコ
ーダー50の出力は、量子化されたDCT要素である。
【００１３】その後、量子化されたDCT要素はバス56に
よって逆量子化器54に伝えられる。逆量子化器は、量子
化されたDCT要素に、Qテーブル48で見つけられる対応す
る量子化テーブル要素を掛ける。上述したように、量子
化のステップで、圧縮された画像データの伝送の前に分
数の余りを切り捨てまたは無効にしたので、この逆量子
化ステップでは、原稿の原画像データはもたらされな
い。
【００１４】その後、逆量子化されたDCT要素はバス59
を通って逆離散的コサイン変換器(IDCT)57に渡され、逆
離散的コサイン変換を使ってデータを時間領域に変換し
戻す。それから、逆変換されたデータが、バス60によっ
てブロック−ラスター変換器58へ伝送され、そこでDCT
要素のブロックは伸張された原画像データのラスター・
ストリングに変換される。伸張された原画像データか
ら、原稿の原画像の複写を復元することができる。しか
し、復元された原画像は、原稿の原画像の正確な複写で
はない。上述したように、量子化ステップでは、データ
を圧縮する過程でいくらかの損失が生じる。しかし先行
技術の方法は、慎重に量子化テーブルを設計することに
よって、視覚的にごくわずかな画像の部分にだけ損失を
強制する。これらの方法およびそれらの短所が後述され
る。
【００１５】JPEG標準は、量子化テーブルの２つの例を
含み、１つは輝度チャネルのためであり、１つは色光度
チャネルのためである。標準化のための国際組織「Info
rmation technology-digital compression encoding of
continuous-tones still images-part1: Requirements
and Guidlines」(ISO/IEC IS10918-1 October 20,199
2)を参照する。これらのテーブルは、それぞれK.1およ
びK.2テーブルとして知られる。これらのテーブルは、Y
UV色空間で表されるカラー画像の知覚的に損失のない圧
縮に基づいて設計されている。
【００１６】これらのテーブルは視覚的に満足な画像を
生じさせるが、ある応用のためにかなり低い圧縮率を与
える。圧縮率は、いわゆるＱ係数または変倍係数を設定
することによって変えることができ、本質的に量子化テ
ーブルの各要素に割り当てられる均一な乗法のパラメー
ターである。Ｑ係数が大きくなるほど、実現可能な圧縮
率も大きくなる。しかし、たとえ原稿のテーブルが知覚
的に損失のないように慎重に設計されるとしても、大き
いＱ係数は復元される画像に、一定のカラーの領域にお
けるブロック輪郭(blockiness)またはテキスト・スケー
ルの文字におけるリンギング(ringing)のようなひずみ
を取り込む。これらのひずみのいくつかは、階調の再現
の歪曲修正段階を通過させるか、または画像を区分化
し、テキストを個別に処理することによる復元される画
像の後処理によって、効果的に取り消すことができる。
しかし、このような方法は新しいひずみを簡単に取り込
む。したがって、これらの方法は理想的ではない。
【００１７】Ｑ係数の方法が適当でない結果として、JP
EGの離散的量子化テーブルについて付加的な設計方法が
提案された。これらの方法はいずれも知覚的のものとし
て分類することができ、これは人間の視覚システム（HV
S）に基づくこと、または情報理論基準に基づくことを
意味する。またこれらの方法は、それぞれ主観的または
統計的な冗長の除去に基づくものとして示される。
【００１８】これらの方法は、2つの別々のタームからQ
テーブルを形成する。選ばれた特定の方法に基づいて選
択される閾値のタームと、所望の圧縮率に基づいて選択
されるビット伝送速度のタームである。これは、図表を
用いて図4に示される。
【００１９】図4のフローチャートは、先行技術の方法
に従ってQテーブルを形成する基本の３ステップのプロ
セスを示す。最初に、いわゆる閾値タームがステップ64
で選択される。そのタームは、それより下では量子化は
知覚的に損失がないHVS閾値に関連するので、「閾値」
と呼ばれる。第２に、ビット伝送速度タームがステップ
66で選択される。これは、本質的には上述したＱ係数で
ある。ビット伝送速度タームは、圧縮された画像のビッ
ト伝送速度の制御を与える正規化係数として考えること
ができる。この係数は、限定された帯域幅（例えばFA
X）、または限定された記憶スペース（例えばデジタル
・カメラ）をもつ応用に関して重要である。最後に、Q
テーブルはこれらのタームの両方を使用してステップ68
で形成される。典型的に、このステップはただ、閾値タ
ームを対応するビット伝送速度タームで割ることを含
む。これらのステップの各々は、さらに後述される。
【００２０】ここで図5を参照すると、閾値タームを決
定する２つの方法、統計的および主観的な方法を示すフ
ローチャートが示されている。どちらの方法も、ステッ
プ70で一組の典型的な画像を選ぶことから始まる。この
組は所望の画像の特性を表すように選ばれ、Qテーブル
がこれらの画像に対して最適化される。次に、個別の方
法が選ばれる。統計的または情報理論的な方法が選ばれ
ると、ステップ74および76が実行され、一方、知覚的ま
たは主観的な方法が要求されると、ステップ78および80
が代わりに実行される。
【００２１】統計的または情報理論的な方法では、閾値
タームは、8x8ブロックのDCT変換された画像データ内の
エネルギーに基づいて選択される。エネルギーは、典型
的には、全体の画像にわたるDCT要素の分散によって表
される。それから、量子化レベルが、より大きい分散を
もつ多数のDCT基礎ベクトルに割り当てられる。逆に言
えば、より小さい分散を持つそれらの量子化レベルは、
より少ない量子化レベルを有する。これらの方法に関す
る問題は、それらがHVSを考慮に入れず、その結果、発
生する解決法がひどい視覚的品質の復元された画像を生
成するかもしれないということである。統計的な方法を
複数レベルの誤差拡散と組み合わせることによってこの
結果を減らそうと試みられた。この精巧な方法では、量
子化において生じる誤差は隣接するDCT要素に拡散され
る。しかし、これらの精巧な方法は、より計算に集約し
たもので、画像の視覚的品質を充分に復元しない。
【００２２】主観的または知覚的な方法では、圧縮と非
圧縮の画像の間の誤差または差を、人間の視覚システム
（HVS）の検出可能性の閾値に合うように調節する。こ
れは、図5に示された2つのステップ78および80で達成さ
れる。最初のステップ78において、原稿と圧縮された画
像の間の差が計算される。この差は、ステップ80におい
て帯域幅を割り当てるために使用され、差の画像は検出
閾値より下になる。検出閾値は、心理物理学の実験を使
用して確定される。心理物理学の実験を使用して閾値を
確定するプロセスは、さらに2つのステップを含む。第
１のステップにおいて、心理物理学の実験を実行するこ
とによって特定の特徴の分類のための検出モデルを開発
するために、知覚的な色空間が使用される。第２のステ
ップにおいて、このモデルは量子化誤差のための可視性
の閾値を予測するために適用される。そして、誤差がち
ょうど閾値の下にあるように閾値タームが選択される。
【００２３】この主観的または知覚的な方法は、ロバー
ト.J.サフラネック(Robert J. Safranek)によって提案
された「コントラスト・マスキング」方法（「JPEG com
pliant encoder utilizing perceptually based quanti
zation」Human Vision, Visual Processing, and Digit
al Display V1913, 117-126, SPIE, 1993)その他と同様
に、知覚的に損失のない圧縮の仕事を扱う。例えばカラ
ー・ファクシミリのような多くの応用に関して、生成さ
れた解決策は、実現可能な圧縮率が非常に低いという点
で非常に保守的である。カラー・ファクシミリの応用に
ついて、この低い圧縮率は許容できない転送時間を生じ
させる。さらに、HVSを特徴づける心理物理学の実験に
おいて使用される画像は、正弦波の格子である。これら
の正弦波格子は絵入りのイメージを表すにはよいが、無
差別に対象に使用されると、テキストについての知覚を
あまりよく表さない。したがって、これらの知覚的な方
法は、文字の周辺のリンギングようなテキストのひずみ
を効果的に制御しない。
【００２４】上述のこれらの統計的および主観的な方法
の、両方の方法の最善をとろうとする複合型の形式が提
案されている。周波数成分は高い分散を持ち得るが、そ
れはHVSに情報を与えることに関してあまり重要ではな
い。従って、所与の画像に関して、知覚できない情報を
減らしつつ、知覚的に重要な情報に伝送帯域幅を再度割
り当てることによって画像品質を改善することができ
る。代替として、所与の知覚的品質に関して、画素を符
号化するために必要とされるビット数を減らすことがで
きる。
【００２５】このような複合型の方法の例が、デビッ
ド.L.マクラーレン(David.L.McLaren)およびD.ソン.グ
エン(D.Thong Nguyen)の「Removal of Subjective Redu
ndancyfrom DCT-coded Images」(IEE Proceedings-I, 1
38, 5, 345-350, 1991)において見られる。マクラーレ
ンおよびグエンの方法は、均一なＱ係数を使用する代わ
りに、量子化段階から係数の閾値処理を分離する。係数
のエネルギー分配と、HVSのコントラスト感度の曲線を
考慮することによって、方法は、DCT係数を厳しく閾値
処理し、知覚的に画像の品質を落すことなく本質的によ
りよいビット伝送速度を得る。しかしこの方法はビデオ
画像を使用して設計された。ビデオ画像の一つの特性
は、画像を「平滑化する(smoothen)」、変換器における
基本的なクロストークである。たとえば、ビデオ画像の
中のテキストは典型的に大きく、この問題を減少させる
ことができる。カラー・ファクシミリ通信では、堅いエ
ッジが望まれるでクロストークが非常に少ない。さら
に、カラー・スキャナは典型的にセンサーの調整不良の
問題を有し、画像はしばしば半階調を与えられ、混信パ
ターンを引き起こす。カラー・ファクシミリに典型的な
これらのひずみは、マクラーレンおよびグエンの教示の
ように係数エネルギーの統計解析に悪いバイアスを与え
る。
【００２６】K.R.ラオ(K.R.Rao)と彼の仲間によって提
案された別の複合型の方法では（例えば、ボウォンクー
ン・チトプラサート(Bowonkoon Chitprasert)およびK.
R.ラオの「Human Visual Weighted Progressive Image
Transmission」(IEEE Transactions on Communication
s,COM-38,7,1040-1044,1990）を参照）、知覚的なモデ
ルが、伝送階層を確立するためのデータの分類に使用さ
れる。第１のステップでは、Qテーブルは8x8の各ブロッ
クにおけるエネルギーの推定に基づいて生成される。第
２のステップでは、変調変換関数（MTF）がHVSのために
経験的に決定され、対応する周波数においてMTFにDCT係
数を掛ける。進歩的な伝送のために、結果として生ずる
加重係数の下位のブロックは、それらのACエネルギーに
従って等級に分類される。しかしマクラーレンおよびグ
エンの方法と同様ラオ等の研究は、テレビおよび低い解
像度のコンピュータ・ビデオ・ディスプレイのいずれに
関しても、低い解像度の絵入りのイメージに関心が集中
している。カラー・ファクシミリ通信は、より高い解像
度で行われ、ほとんどの場合、テキストを含む。従って
これらの方法は、カラー・ファクシミリのデータには特
にあまり適していない。
【００２７】シーゲル(Siegel)によって、サフラネック
(Safranek)の方法と多少の類似点をもつ第３の複合型の
方法が提案された。米国特許第5,063,608号、シェパー
ド.L.シーガル(Shepard L.Siegal)「Adaptive Zonal Co
der」を参照。シーゲルの方法では、エントロピー・エ
ンコーダーの直前に各々のブロックが走査され、実行中
の平方または絶対値の和のような実行中のブロックの動
作測定が計算される。十分な低周波タームがある場合、
シーゲルによれば周波数タームは高いほど重要性が少な
く、人間の視覚的な応答の性質により、知覚される画像
を劣化させずに省略することができる。しかしこの方法
は計算に集約しており、それゆえハードウェアの具体化
を実現できなくさせうる。さらに、シーゲルの方法は、
テキストとグラフィックスの組合せを典型的に含む典型
的なカラー・ファクシミリ・データにはあまり適さな
い。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】従ってカラー・ファク
シミリの応用に特に適したJPEG量子化テーブルを選択す
る方法に対する必要性が残る。
【００２９】
【課題を解決するための手段】本発明は、カラー・ファ
クシミリの応用に特に良く適した量子化テーブルを形成
する方法を提供する。その方法は、画像の知覚的に損失
のない量子化を生じさせる閾値のタームを選択する第１
のステップを含む。第２のステップでは、圧縮された画
像の期待値が所定のサイズと等しくなるように、ビット
伝送速度のタームを選択する。第３のステップでは、知
覚的に損失のある圧縮を生じさせるが、その損失は画像
の視覚的品質には影響しない「超閾値(supra-threshol
d)」のタームを選択する。画像の視覚的品質は、画像の
視覚的な鋭さまたは視覚解像力、および観察者のコント
ラスト感度に関連して測定される。最後にこれらの3つ
のタームは結合され、対応する量子化テーブル要素を形
成する。「超閾値」タームの付加は、画像の視覚的品質
を維持しながら改善された圧縮率を与える。
【００３０】「超閾値」タームを選択するステップは、
一組の対象画像を選ぶステップを含み、それぞれの対象
画像はテキストのような１つまたは複数の画像要素を含
む。そしてこれらの画像要素は解析され、視覚的品質に
とって重要な画像要素が識別される。その後、重要な画
像要素に対応するテーブル要素により大きい重みを、そ
して重要な画像要素に対応しないテーブル要素により小
さい重みを与えるために、「超閾値」タームが選択され
る。この最後のステップは、各々のDCT基礎係数の特性
を理解することによって実行される。重要な要素は、主
に垂直方向および水平方向であり、斜め方向はほんの小
さい程度であると仮定する。画像の「上下性(up-downne
ss)」、すなわち画像要素の垂直属性、および画像の
「左右性(left-rightness)」、すなわち画像要素の水平
属性に対応するテーブル要素に大きい重みを、そして、
画像の「交差性(criss-crossedness)」、すなわち画像
要素の斜めの属性に対応するテーブル要素に小さい重み
を与えることによって、画像の視覚的品質を維持すると
同時に圧縮率を大幅に増やすことができる。
【００３１】本発明の上述またはその他の目的、特徴お
よび利点は、添付の図面を参照しながら、本発明の好ま
しい実施例の以下の詳細な記述から容易により明白にな
るであろう。好ましいJPEG標準システムを参照して以下
に記述されるが、他の撮像システム、例えばMPEGまたは
非標準システムが本発明を用いてもよい。
【００３２】
【発明の実施の形態】カラー・ファクシミリ製品に関し
ては、伝送時間および価格という2つの要素が重要であ
る。これらの重要な要素は両方とも、カラー・ファクシ
ミリ通信について採択された標準である、JPEG圧縮標準
の具体化による影響を受ける。典型的な２進のテキスト
・ページは、およそ20Kバイトの圧縮データを含む。標
準の9600ボーのラインによって、このテキスト画像を約
20秒で伝送することができる。対照的に、インチ当たり
200ドット(dpi)の解像度のAサイズのカラー画像は、お
よそ11メガバイトの非圧縮の画像記憶域を必要とする。
90秒（2進テキスト・ページに必要とされる4と1/2倍）
以内でこの画像を伝送するにしても、1：100より大きな
比率で画像を圧縮しなければならない。一方で、典型的
なJPEGの具体化のカラー画像テスト・チャートCP01を用
いて実現できる圧縮率はたった1:36である。JPEG標準に
準拠するように、圧縮性能を改善するために変更できる
パラメータは、離散的な量子化テーブル（Qテーブル）
とハフマン・テーブル（Hテーブル）だけである。損失
のないハフマンのエントロピー符号化を使用して実現で
きる圧縮率には有限の限界がある。従って、所望の圧縮
率を実現するためにはQテーブル上に負荷を与えなけれ
ばならない。しかし上述のように、量子化プロセスは損
失のある画像の圧縮を生じさせる。
【００３３】後述の本発明に従ったQテーブルを設計す
る方法は、知覚的に損失のあるデータ圧縮を生じさせる
が、画像の視覚的品質は維持される。言い換えると、そ
の方法は物理的なひずみを避ける代わりに、これらのひ
ずみを視覚的に重要でない画像要素に限定する。現在の
ところ、カラー・ファクシミリ文書の視覚的品質につい
ての測定基準はない。本発明による方法は、経験に基づ
く見地から、視覚的品質を損なわせないようにする考慮
に関心を集中させる。
【００３４】本発明の方法は、カラー・ファクシミリ画
像の内容を、テキスト、絵入りのイメージおよびグラフ
ィック・アートワークの3種類に分類する。DCT基礎要素
の特性である「上下性」および「左右性」を活用する個
々のQテーブル要素は、これらの異なった種類の中の特
定の画像要素への相対的な影響に従って加重される。特
に、ラテン文字の重要な部分を識別し、量子化プロセス
を通してそれらの特徴を維持することによって、この方
法はテキストの特徴を強調する。これは、隣接する3つ
のDCT基礎ベクトルにわたるウィンドウ内で、離散的コ
サイン変換(DCT)における係数エネルギーは位相角に依
存しないという認識によって可能である。
【００３５】また、本発明による方法はJPEG標準を実施
するコストを増加させない。これは、カラー・ファクシ
ミリ機のような消費者用電子機器の市場にターゲットを
置く製品について重要な考慮である。Qテーブルはあら
かじめ決められ、定数としてシステム・メモリに格納さ
れるので、方法はコストに影響を与えない。これは、Q
テーブルを形成するために急いで画像を処理する、また
は画像を後処理するという動的方法とは対照的である。
【００３６】ここで図6を参照して、本発明に従って量
子化テーブルを形成する方法82は4つの基本ステップを
含む。第１のステップ82では、閾値タームが選択され
る。上述のように、先行技術の知覚的または情報理論に
基づく方法をこのステップで使用することができる。第
２のステップ86では、圧縮された画像のサイズの期待値
が所定のサイズと等しくなるように、ビット伝送速度タ
ームが選択される。このステップもまた先行技術の方法
によって実行することができる。さらに、それは図7を
参照して後述される。
【００３７】第３のステップ88では、発明に従って「超
閾値」タームが選択される。そのタームは、コントラス
ト感度の曲線から外れて位置し、従って先行技術に見ら
れる方法によって選択することができないという理由
で、「超閾値」と呼ばれる。最後にステップ90におい
て、3つのタームが結合され、Qテーブルを形成する。こ
れは単純な乗法のステップであり、したがって数式とし
て表すことができる。
【００３８】ここで図7を参照すると、ビット伝送速度
ターム86を選択する方法が示されている。第１のステッ
プ92は、画像の全てのブロック(B)にわたるDCT要素（Yi
[k,l])の平均を計算する。それぞれのDCT要素の平均(My
[k,l])は、以下の式によって表すことができる。
【００３９】
【数３】 平均が計算されると、その後、各々のDCT基礎係数の分
散（Vy[k,l]）が以下の式に従ってステップ94で計算さ
れる。
【００４０】
【数４】 次に、画素あたりのビット伝送速度（BPP）が、ステッ
プ96において選択される。BPPは、実験的に得られ、圧
縮された画像の全体にわたる画素あたりのビット伝送速
度を表す。この速度は、実際のビット伝送速度を表して
いない。実際には、様々な値で実験し、視覚的品質が良
好な値を選択しなければならない。例えばカラー・ファ
クシミリの画像において、4BPPは知覚的に損失のない画
像を生じる。しかし2.5より低い画素あたりビット伝送
速度は、結果の画像に所望しないひずみを生じうる。
【００４１】最後に、量子化テーブルのビット伝送速度
タームがステップ98において計算される。このビット伝
送速度タームは、所与のDCT基礎係数（k,l）に関して割
り当てられたビット（Nk,l）の関数である。割り当てら
れたビット数Nk,lは、次のように表すことができる。
【００４２】
【数５】 ここでDは、以下の方程式を解くことによって定義され
る。
【００４３】
【数６】 最後に、Qテーブルの予備的な量子化テーブル要素Q[k,
l]が定義される。
【００４４】
【数７】 ここで、2,048は、離散的コサイン変換の出力がもつ最
大のレンジ、すなわち[-1,024、1,024]を表す。
【００４５】ビット伝送速度ターム86を選択する方法
は、許容できる視覚的品質で、良好な圧縮率をもたらす
離散的な量子化テーブルを生じる。しかし、カラー・フ
ァクシミリの応用のためには圧縮率が不充分である。し
たがって、画像の視覚的品質を維持する付加的な圧縮レ
ベルを提供するために、「超閾値」を選択するステップ
が加えられる。
【００４６】「超閾値」を選択するステップ88は、画像
の視覚的品質に関して重要でない情報の粗い量子化を可
能にする。ここで使われる「重要でない」とは、それが
読みやすさまたは画像の美的な品質のいずれにも影響を
与えないことを意味する。この技法は知覚的に損失があ
り、つまり超閾値レベルと呼ばれる。直観的に、このタ
ームは読みやすさまたは画像の美的な品質に関係する画
像の、ある重要な要素を維持しようとする。ファクシミ
リの応用に特に重要であるが、先行技術においては大部
分無視されたていたテキストに関して、このカテゴリに
入り込むある特徴がある。
【００４７】書体は長年にわたって発展し、特定の応用
のために幅広く再設計された。印刷上の設計技術におい
て、セリフ(serif)の入ったフォントのテキスト・セッ
トの大部分は、サンセリフ・フォントの同じテキストよ
りも、たとえ書体が同じときでも読みやすいことは経験
的に知られている。「超閾値」タームを選択するステッ
プはこのことを利用し、HVSで使用可能なデータによっ
て数量化されるような読み取り性能を損なわないJPEG量
子化テーブルを設計する基準を引き出す。
【００４８】テキストの読み取り効率に関して重要な文
字の部分や要素は数多くある。よって本発明による方法
は、画像圧縮プロセスにおいてこれらの重要な特徴の部
分を維持するのに役立つ。これらの重要な要素の例は、
図9に示される。これらの要素はこれには限定されない
が、、セリフ(serif)108、棒110、軸112、終端114、耳1
16およびストレス(stress)118を含む。これらの要素が
読みやすさまたは画像の視覚的品質に与える影響のた
め、「超閾値」タームを選択するステップは、テキスト
の他の要素との妥協を考慮に入れながらこれらの要素を
維持しようとする。
【００４９】これらの特徴を維持するために、このステ
ップは、離散的コサイン変換(DCT)の直観的または概念
的な特性を利用する。64ポイントのDCTマトリックス
を、図10に示すように概念的に表すことがができ、これ
はR.J.クラーク(R.J.Clarke)の「Spectral Response of
the Discrete Cosine in Walsh Hadamard Transform
s」(IEEE,Proc,130,part F,309-313,1983)から得られ
る。図10から、DCT基礎ベクトルの第１の列は、一般に1
20で示されるように、画像の垂直すなわち「上下性」の
特性を直感的に表すことがわかる。同様に、第１の行
は、一般に122で示されるが、画像の水平すなわち「左
右性」を表し、マトリックスの斜めは画像の「交差性」
を表す。
【００５０】図10に関する別の重要な観察は、各要素が
ある空間周波数を表すということである。例えば基礎ベ
クトル124は、DCTの基本周波数において明と暗の棒のは
っきりした交互のパターン有し、それは画像データの解
像度、すなわち画素サイズに対応する。したがってDCT
基礎ベクトル124は、画像の水平すなわち「左右性」だ
けでなく、1画素の幅だけを持つ水平の特徴も表す。同
様にして、DCT基礎ベクトル126は、現れている強い2本
の棒の幅の交互のパターンによって2画素の幅の水平の
特徴を表すと考えることができる。同様の直観的な推論
を、DCTマトリックスの要素のすべてに適用することが
できる。例えば基礎ベクトル128および130は、それぞれ
基礎ベクトル124および126の垂直に等しいものである。
【００５１】本発明に従ってQテーブルを生成する方法
は、クラークの上記引用の論文からの２つの結果を利用
する。クラークの論文は係数エネルギーの観点から、16
ポイントのDCTが適用されるとき、画像データの所与の
空間周波数の細部は、位相角にかかわりなく変換領域の
3つの係数の範囲内にほぼ完全に属する。本発明による
方法は、これらの２つの結果を利用して、例えばセリフ
のような画像の重要な要素または特徴を維持するため
に、あるDCT要素に加重する。
【００５２】再び図8を参照すると、「超閾値」ターム
を選択する方法88が示される。「超閾値」タームは、Q
テーブルの各要素のための加重係数（w[k,l]）と考える
ことができる。そして、上記のビット割当て（Nk,l）の
方程式は、この加重係数を取り入れるために次のように
修正することができる。
【００５３】
【数８】 修正されたビット割当て方程式（N'k,l）から、「超閾
値」タームが大きくなるほど、特定のDCT基礎係数のた
めに割り当てられるビットが平均して多くなることが明
らかである。一方「超閾値」タームが小さくなるほど、
対応するDCT基礎係数に割り当てられるビットは平均し
て少なくなる。「超閾値」タームは、好ましい状況にお
いて、ゼロから１の範囲内である。
【００５４】図8に示すように、超閾値タームの選択88
の第１のステップ100は、所与の応用のために一組の典
型的な画像を選ぶことである。カラー・ファクシミリの
応用のために、例えば一組の画像は、カタログからのペ
ージ、本からのページ、印刷の地図および不動産のチラ
シを含むことができる。これらは、経済的なカラー・フ
ァクシミリが利用可能であるならば、一般的にファクシ
ミリによって送信される画像である。その他の応用のた
めに、別の典型的な一組の画像をこのステップで選ぶこ
ともできる。
【００５５】次のステップ102は、それらの意味(semant
ic)の内容によって画像を分類することである。このス
テップにおいて画像は、テキスト、グラフィックスおよ
び絵入りのイメージの3つの基本分類に分離される。し
かし、応用に基づいて他の意味の区別が実施されてもよ
い。最も典型的な画像はこれらの3つの分類の１つまた
は複数を含むので、これらの3つの分類がカラー・ファ
クシミリの応用について選択された。
【００５６】画像が分類されたのち、各分類における重
要な要素が、ステップ104において識別される。これ
は、視覚的な画像品質にとって重要な画像の中の要素を
識別する発見的なステップである。たとえば、上述した
ように、テキストの視覚的品質または読みやすさに重要
なあるテキスト要素がある。したがって上のテキストの
分類についてラテンのセリフの書体を仮定すると、ステ
ップ104は読み取り効率に関して重要な耳、棒、軸、ス
トレスおよびセリフを識別する。同様に、他のラテンの
書体（例えば、スクリプト、グロテスク体、装飾体、デ
ィスプレイまたはブラック・レター）またはラテンでな
い書体（例えば、ニルナヤ・サガラ(Nirnaya Sagara)、
デバナーガリー(Devanagari)、ナスカ(Naskh)・アラビ
ア文字、漢字および平仮名）のような他の書体が使われ
るならば、それらの書体の視覚的品質に重要な要素は、
ステップ104において識別される。このステップは、一
般に記号およびバー・コードのようなシンボルに拡張さ
れてもよい。
【００５７】最後のステップ、重要な要素を維持するDC
T基礎ベクトルにより大きい重みを、重要でないものに
低い重みを与えるために、ステップ106において適当な
重みを決定する。このステップは、さらに2つのステッ
プを含む。第１のステップでは、ステップ104において
識別された重要な要素が、それらのサイズを決定するた
めに測定される。第２のステップでは、これらの重要な
要素のサイズを、対応するDCT基礎ベクトルとマッチン
グする。このマッチング・ステップは、DCT基礎ベクト
ル要素の直観的な属性を認知することによって行われ
る。上述のように、図10に図で表されるDCT基礎ベクト
ルは、原画像の解像度の関数である一種の物理的な次元
をもつ。たとえば、図10においてDCT基礎ベクトル124
が、１画素の幅の水平属性に対応し、DCT基礎ベクトル1
26が2画素の幅の水平属性に対応する。したがってこの
最後のステップにおいて、重要な画像要素がおよそ2画
素の幅であるならば、大きい加重係数はDCT基礎ベクト
ル126と関連する。同様に、重要な画像要素が軸112のよ
うな、およそ4画素の高さであれば、大きい加重係数
は、それらの属性のタイプを直感的に表すDCT基礎ベク
トル132と関連する。
【００５８】加重係数を割り当てるのこのプロセスは、
さらに一連のステップに分解することができる。第１
に、上述のように、重要な画像要素に直接対応するそれ
らの基礎ベクトルに最も大きい重みを割り当てる。次に
第２に、より小さい重みが、最も大きい重みをもつもの
に隣接するDCT基礎ベクトル、すなわち重要な要素に対
応するものに割り当てられる。第１と第２の重みの間の
第３の重みが、第１の重みに隣接する2つまたはそれ以
上の要素を持つDCT基礎ベクトルに割り当てられる。次
に第４の重みが、第２の重みをもつものに隣接するまた
は近くにあるDCT基礎ベクトルに割り当てられる。最後
に、全ての残っている要素に、すべての重みの中で最も
小さい第５の重みを割り当てる。
【００５９】好ましい実施例において、第１の重みは１
であり、第２の重みは1/2であり、第３は3/4であり、第
４は1/4であり、そして第５は1/8である。3OOdpiのテキ
スト・イメージについて最適化されたサンプル・テーブ
ルを、以下に示す。
【００６０】
【表１】 300 dpiのテキスト・イメージのためのサンプル加重マ
トリックス
【００６１】上の表は、テキストにとって重要な画像要
素に対応する1、2または4画素の垂直または水平の行列
に対応するDCT基礎ベクトルに、重み1を割り当てること
によって構成された。これらの要素は、11ポイントのタ
イムズ・ローマン(Times Roman)・フォントの測定値に
基づいて選ばれた。このフォントについて、軸とストレ
スはおよそ0.3mm、耳と棒の厚さはおよそ0.12mm、およ
び耳と終端の長さはおよそ0.3mmである。したがって軸
とストレスは、耳と終端の長さと同様に4画素のシーケ
ンスに対応し、一方、耳と棒の厚さは300dpiで2画素の
シーケンスに対応する。またこれらの特徴は、DCTマト
リックスの第１の垂直の行および第１の水平の列にそれ
ぞれ対応してそれぞれ水平および垂直である。また、本
発明の好ましい実施例は、最高のコントラスト感度に対
応するDCT要素に最も大きい重みを割り当てる。
【００６２】異なった画像のタイプについても、同様の
表をつくることができる。例えば下の表2は、上述のも
のと同じ方法を使って、グラフィック・イメージについ
てさらに最適化したものである。テキスト・イメージの
視覚的品質に重要な画像要素を維持するDCT基礎ベクト
ルに最も重く加重することに加えて、例えば、グラフィ
ックスにとって重要な画像要素を維持する要素に、第１
の重み、例えば大きいハーフ・トーンのドット・サイズ
が割り当てられる。グラフィック・イメージは、テキス
ト・イメージの場合と同様に、DCTマトリックスの第１
列および第１行に沿って多くの重要な要素をもつことが
わかる。理由は、グラフィック・イメージが卓越した水
平および垂直の属性を持つということである。しかし選
ばれた画像の集合について、表1の異なった位置の最も
大きい重みによって分かるように、これらの重要な要素
のサイズは異なっている。
【００６３】これらの表において、分数の代わりに10進
の重みを使ってもよく、また相対的な加重を精製するた
めに示された実際の重みから変えてもよい。
【００６４】
【表２】 300 dpiのグラフィック・イメージのためのサンプル加
重マトリックス
【００６５】本発明に従ってJPEGエンジンを使用したカ
ラー・ファクシミリ（ファックス）機134を図11に示
す。カラー・ファクシミリ機134は、本発明のJPEG互換
圧縮エンジンの応用のほんの一例である。JPEG圧縮を必
要とするあらゆる状況と同様に、JPEG準拠ではないが同
じような原則に従って機能する機械においても、上述の
方法によって形成される量子化テーブルを使用すること
ができる。これらの応用は、典型的に、限定されたまた
は限度のある帯域幅の可能性をもつものである。このよ
うな限られた帯域幅の他の応用は、パーソナル・コンピ
ューターまたはワーク・ステーションである。これらの
応用において、カラー画像はスクリーン上に表示され、
ポストスクリプトのような色々な異なるフォーマットで
表すことができる。JPEG圧縮は、これらのカラー画像を
圧縮するために使用することができ、限られた帯域幅チ
ャネルによる圧縮された画像のより効率的な伝送を可能
にする。
【００６６】カラー・ファクシミリ機134は、関連して
いるが独立している２つの構成装置、送出し装置と受取
り装置を含む。送出し装置は、物理的なイメージ文書を
受け取り、その物理的な画像をカラーの原画像データに
移行または変換する、ヒューレット・パッカード社製の
スキャンジェット IIc（商標）に見られるようなカラー
・スキャナ136を含む。その後、カラーの原画像データ
は、修正および変換エンジン138に渡され、スキャナで
のある変則を修正し、カラーの原画像データを適切にフ
ォーマットすることができる。この変換は、例えばRGB
のようなある色空間から、例えばCIELABのような別の色
空間に、カラー原画像データを変換することを含んでも
よい。
【００６７】そして、修正および変換されたカラーの原
画像データは、ここで記述された本発明に従って形成さ
れる量子化テーブルを含むJPEG圧縮エンジン140に渡さ
れる。JPEG圧縮エンジンは、上述の方法で原画像データ
は圧縮された画像データに圧縮され、それからG3/G4カ
プセル化エンジン142へ渡される。カプセル化エンジン1
42は、修正されたT.30のグループ3のファクシミリ標準
またはグループ4のファクシミリ標準（G4）に従って、
圧縮された画像データをカプセル化するステップを実行
する。それから、カプセル化されたデータは、限られた
帯域幅チャネルで伝送手段144を介して伝送される。好
ましい実施例において、この伝送手段はモデム（変調
器）を含むが、直接的なデジタル伝送回路を含んでもよ
い。
【００６８】受取りの最後に、カラー・ファックス134
は受信手段146を含み、好ましい実施例では伝送手段144
のモデム（復調器）を使用する。それから、受け取られ
た圧縮された画像データは、G3/G4復号エンジン148によ
って復号される。エンジン148は、適用可能なグループ3
またはグループ4のファクシミリ標準に従って、圧縮さ
れた画像を復号または非カプセル化する。その後、復号
された圧縮された画像データはJPEG伸張エンジン150で
伸張される。この伸張エンジンは図3に示されるが、本
発明に従って形成される量子化テーブルをそこで使用
し、そのテーブルは図2で示されたように圧縮された画
像データの中に含まれる。
【００６９】そして、伸張された原画像データは修正お
よび変換エンジン152に渡され、カラー・ファックス134
に含まれるカラー・プリンタ154が必要とする色空間
に、原画像データを変換する。カラー・プリンタ154
は、電子写真、インクジェットまたはインパクトのよう
な印刷技術を使用することができ、画像を再生する。再
生されたカラー画像は、発明に従って形成されたQテー
ブルを使用することによって原稿の原画像の視覚的品質
を維持し、限られた帯域幅チャネルで適当な時間内に圧
縮されたデータを伝送させる。伝送時間を大幅に短縮
し、同時に原稿の視覚的品質を維持することによって、
本発明は、商業上成功したカラー・ファクシミリ製品に
必要な目的を実現する。
【００７０】カラー・ファックス134を参照して、ここ
で記述された圧縮および伸張エンジンは、これらの特定
の具体例に限定されるものではない。
【００７１】カラー・ファクシミリ機134は、JPEG圧縮
および伸張のエンジンの応用の一例にすぎない。連続階
調の画像の圧縮を必要とするあらゆる状況において、上
述の方法によって形成される量子化テーブルを使用する
ことができる。これらの応用は、典型的に帯域幅の能力
を制限したものである。このような限られた帯域幅の応
用の別の例は、パーソナル・コンピューターまたはワー
ク・ステーションである。これらの応用において、カラ
ー画像はスクリーン上に表示され、ポストスクリプトの
ような様々な異なったフォーマットで表すことができ
る。JPEG圧縮は、カラー画像を圧縮するために使用する
ことができ、限られた帯域幅チャネルでの圧縮された画
像のより効率的な伝送を可能にする。
【００７２】本発明の利点は、任意のJPEG準拠の伸張エ
ンジンと互換性を持つということである。したがって本
発明は、対応する変更を伸張エンジンに必要とせずに圧
縮エンジンにおいて実行することができる。それゆえ、
本発明に従って形成される量子化テーブルを備えた圧縮
エンジンを使用して圧縮された画像は、受信され、先行
技術の伸張エンジンによって伸張することができる。
【００７３】好ましい実施例においてこの発明の原則を
図示および解説したが、発明をそのような原則から外れ
ることなく配置および詳細において修正することができ
ることは、当業者であれば容易に明らかであろう。たと
えば、本発明はJPEG圧縮標準に関して記述されたが、そ
の方法を、MPEG、H.261または他の圧縮標準にも同様に
適用できる。さらに、上述のエントロピー符号化はハフ
マン符号化に限定されることなく、従来技術において知
られる他の損失のない符号化方法でもよい。
【００７４】本発明は例として次の実施態様を含む。 （１）カラー画像を、カラー画像を表現するカラーの原
画像データに、移行する手段と、上記原画像データを、
圧縮された画像データに圧縮する圧縮エンジンであっ
て、上記原画像データを、１つまたは複数のデータ(Y)
のブロックを含み、それぞれのブロックがそれぞれの変
換基礎ベクトルに対応する複数のデータ要素(Y[k,l])を
含む変換された画像データに、所定の変換関数を使用し
て変換する手段と、それぞれの量子化テーブル要素(Q
[k,l])がそれぞれの変換基礎ベクトルに対応し、画像の
視覚的品質を維持しながらも知覚的に損失のある量子化
を通して原画像データの実現可能な圧縮を最適化するよ
うに選択される、複数要素の量子化テーブルを格納する
手段と、上記量子化テーブル要素に従って、上記変換さ
れた画像データを量子化された画像データ(YQ)に変換す
る量子化器と、量子化された画像データを圧縮された画
像データに変換するエントロピー・エンコーダーとを含
む、上記圧縮エンジンと、圧縮された画像データを伝送
する手段と、を備えた、カラー画像を伝送する装置。
【００７５】（２）各々の量子化テーブル要素（Q[k,
l]）が、より多くのビットを画像の視覚的品質を維持す
るデータ要素に、より少ないビットを視覚的品質に重大
な影響を及ぼさないデータ要素に割り当てる、対応する
加重係数（w[k,l]）を含む、上記（１）の装置。 （３）w[k,l]の値が、画像の「上下性」表す変換基礎ベ
クトルに対応する量子化要素の所定の値に等しい、上記
（２）の装置。 （４）w[k,l]の値が、画像の「左右性」を表す変換基礎
ベクトルに対応する量子化要素の所定の値に等しい、上
記（２）の装置。 （５）w[k,l]の値が、所定の値をもつ量子化要素に隣接
する量子化要素の第２の所定の値に等しい、上記（４）
の装置。 （６）w[k,l]の値が、所定の値をもつ２つ量子化要素に
隣接する量子化要素の第３の所定の値に等しい、上記
（５）の装置。 （７）w[k,l]の値が、第２の所定の値をもつ要素に隣接
する任意の量子化要素の第４の所定の値に等しく、また
w[k,l]の値が、第２、第３または第４の所定の値を割り
当てられていない任意の量子化要素の第５の所定の値に
等しい、上記（６）の装置。 （８）所定の値がに等しく、第2の所定の値が1/2に等し
く、第3の所定の値が3/4に等しく、そして第4の所定の
値が1/4に等しく、第5の所定の値が1/8に等しい上記
（７）の装置。
【００７６】（９）複数の要素の量子化テーブルを格納
する上記手段が、そこに格納される複数の要素をもつ記
憶ストレージ装置を含む、上記（１）の装置。 （１０）圧縮された画像データを伝送する上記手段が、
所定のフォーマットに従って上記圧縮された画像データ
をパケットにする(packetize)手段と、所定の電気的な
インターフェースによって上記圧縮された画像データを
伝送する手段を含む、上記（１）の装置。 （１１）カラー画像を表現するカラーの原画像データに
カラー画像を移行する上記手段が、物理的画像を表現す
るカラー原画像データに物理的画像を変換するカラー・
スキャナを含む、上記（１）の装置。 （１２）カラー画像を表現するカラーの原画像データに
カラー画像を移行する上記手段が、カラー原画像データ
に、コンピュータ表示できる画像を変換するようにプロ
グラムされたデジタル・コンピュータを含む、上記
（１）の装置。 （１３）それぞれの量子化テーブル要素(Q[k,i])がそれ
ぞれの変換基礎ベクトルy[k,l]に対応し、以下の式で表
される、上記（１）の装置。
【数９】 ここでNk,lは対応するデータ要素(Y[k,l])に割り当てら
れる期待されるビット数を表し、Mはデータ要素の最大
範囲を表す。 （１４）Nk,lの値が以下の式で表される、上記(13)の装
置。
【数１０】 ここで、w[k,l]は、画像の視覚的品質を維持するデータ
要素により多くのビットを、視覚的品質に重大な影響を
及ぼさないデータ要素により少ないビットを割り当てる
加重係数であり、Vy[k,l]は画像のY[k,l]番目のデータ
要素の分散であり、Dは所定の変倍係数である。 （１５）所定の変換を用いる所定の圧縮標準に従って原
画像データを量子化された画像データに量子化する圧縮
エンジンに関連して使用される量子化器であって、原画
像データを受け取る手段と、それぞれのテーブル要素
が、それぞれの変換基礎ベクトルに対応し、MxMマトリ
ックスとして構成される、複数の量子化テーブルを格納
する手段と、原画像データを対応する量子化テーブル要
素で割って、整数および分数の剰余を生成する手段と、
量子化された画像データとして整数部を提供する手段
と、量子化された画像データを出力する手段と、を備
え、それぞれの量子化テーブル要素（Q[k,l]）が、知覚
的に損失のない画像の量子化を生じさせる閾値ターム
と、所定のサイズに等しい圧縮された画像のサイズの期
待値に起因するビット伝送速度と、損失が画像の視覚的
品質に影響を与えることなく知覚的に損失のある圧縮を
生じさせる超閾値タームと、を含む、上記量子化器。
【００７７】（１６） それぞれの超閾値タームが、所
定の重要な画像要素を維持するように選択される、上記
(15)の量子化器。 （１７）それぞれの超閾値タームが、所定の物理的な次
元をもつ重要なテキスト要素を維持するために選択され
る、上記(16)の量子化器。 （１８）それぞれの超閾値タームが、所定の幅をもつ水
平の画像要素を維持するために選択される、上記(15)の
量子化器。 （１９）それぞれの超閾値タームが、マトリックスの第
１の行に属する量子化要素をさらに重く加重することに
よって、所定の幅をもつ垂直の画像要素を維持するよう
に選択される、上記(18)の量子化器。 （２０）それぞれの超閾値タームが、所定の高さをもつ
垂直の画像要素を維持するように選択される、上記(15)
の量子化器。 （２１）それぞれの超閾値タームが、マトリックスの第
１の列に属する量子化要素をさらに重く加重することに
よって、所定の高さをもつ垂直の画像要素を維持するよ
うに選択される、上記(20)の量子化器。
【００７８】（２２）原画像を表す原画像データを受け
取るステップと、画像の知覚的に損失のない量子化に起
因する閾値タームを選択するステップと、圧縮された画
像のサイズの期待値が所定のサイズに等しくなるように
ビット伝送速度タームを選択するステップと、損失が画
像の視覚的品質に影響を与えない、知覚的に損失のある
圧縮を生じさせる超閾値タームを選ぶステップと、上記
閾値ターム、上記ビット伝送速度タームおよび上記超閾
値タームを結合して、対応する量子化テーブル要素を形
成するステップと、各々の原画像データをそれぞれの量
子化テーブル要素で割って、量子化された画像データを
形成するステップと、を含む、原画像データを量子化す
る方法。
【００７９】（２３）上記超閾値タームを選択するステ
ップが、１つまたは複数の画像要素をもつ一組の対象画
像を選択するステップと、視覚的品質にとって重要な画
像要素を識別するステップと、重要な画像要素に対応す
るテーブル要素により大きな重みを、重要な画像要素に
対応しないテーブル要素により小さい重みを与える超閾
値タームを選択するステップと、を含む、上記(22)の原
画像データを量子化する方法。 （２４）上記超閾値タームを選択するステップが、画像
の「上下性」に対応するテーブル要素により大きい重み
を与えることを含む、上記(23)の原画像データを量子化
する方法。 （２５）上記超閾値タームを選択するステップが、量子
化テーブルの第１の列に沿ったテーブル要素により大き
い重みを与えることを含む、上記(23)の原画像データを
量子化する方法。 （２６）上記超閾値タームを選択するステップが、画像
の「左右性」に対応するテーブル要素により大きい重み
を与えることを含む、上記(23)の原画像データを量子化
する方法。 （２７）上記超閾値タームを選択するステップが、量子
化テーブルの第１の行に沿ったテーブル要素により大き
い重みを与えることを含む、上記(23)の原画像データを
量子化する方法。 （２８）上記超閾値タームを選択するステップが、画像
の「交差性」に対応するテーブル要素により小さい重み
を与えることを含む、上記(23)の原画像データを量子化
する方法。
【００８０】（２９）さらに、画像をそれらの意味の内
容によって分類するステップを含む、上記(23)の原画像
データを量子化する方法。 （３０）上記視覚的品質にとって重要な画像要素を識別
するステップが、それぞれの分類に関して重要な画像要
素を識別するステップを含む、上記(29)の原画像データ
を量子化する方法。 （３１）画像をそれらの意味の内容によって分類する上
記ステップが、画像をテキスト、絵入りのイメージ、ビ
ジネス・グラフィックスとして分類することを含む、上
記(29)の原画像データを量子化する方法。
【００８１】（３２）視覚的品質にとって重要な画像要
素を識別する上記ステップが、テキストの重要な部分を
識別するステップを含む、上記(23)の原画像データを量
子化する方法。 （３３）テキストの重要な部分を識別する上記ステップ
が、耳、棒、軸、ストレスおよびセリフを識別すること
を含む、上記(32)の原画像データを量子化する方法。
【００８２】
【発明の効果】カラー画像の圧縮において、視覚的品質
を維持しながら圧縮率を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術のJPEG圧縮エンジンのブロック図であ
る。
【図２】JPEG圧縮されたファイルの典型的なフォーマッ
トの図である。
【図３】JPEG伸張エンジンのブロック図である。
【図４】画像をJPEG標準に従って圧縮するために量子化
テーブルを形成する先行技術の方法のフローチャートで
ある。
【図５】図4の方法においてQテーブルを作成するために
使用される、いわゆる「閾値」タームを選択する2つの
先行技術の方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明に従って、画像の圧縮の際に使用する量
子化テーブルを形成する方法を示すフローチャートであ
る。
【図７】図4または6に示される方法のいずれにおいて
も、量子化テーブルを形成するときに使用するビット伝
送速度タームを選択するステップを示すフローチャート
である
【図８】図6の方法に従ってQテーブルを形成するときに
使用する「超閾値」タームを、本発明に従って選択する
ステップを示すフローチャートである。
【図９】図8の方法によって識別される重要な画像を示
す図面である。
【図１０】DCT基礎ベクトルの概念的空間表現を示す図
面に代わる写真である。
【図１１】本発明に従って形成される量子化テーブルを
使用するカラー・ファックスのブロック図である。
フロントページの続き (72)発明者 コンスタンチノス・コンスタンチニデス アメリカ合衆国95118カリフォルニア州サ ン・ノゼ、ジェイコブ・アベニュー 1508 (72)発明者 バラス・ケー・ナタラジャン アメリカ合衆国95030カリフォルニア州ロ ス・ガトス、リード・クノル・ロード 18079

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】カラー画像を、カラー画像を表現するカラ
    ーの原画像データに、移行する手段と、 上記原画像データを、圧縮された画像データに圧縮する
    圧縮エンジンであって、 上記原画像データを、１つまたは複数のデータ(Y)のブ
    ロックを含み、それぞれのブロックがそれぞれの変換基
    礎ベクトルに対応する複数のデータ要素(Y[k,l])を含む
    変換された画像データに、所定の変換関数を使用して変
    換する手段と、 それぞれの量子化テーブル要素(Q[k,l])がそれぞれの変
    換基礎ベクトルに対応し、画像の視覚的品質を維持しな
    がらも知覚的に損失のある量子化を通して原画像データ
    の実現可能な圧縮を最適化するように選択される、複数
    要素の量子化テーブルを格納する手段と、 上記量子化テーブル要素に従って、上記変換された画像
    データを量子化された画像データ(YQ)に変換する量子化
    器と、 量子化された画像データを圧縮された画像データに変換
    するエントロピー・エンコーダーとを含む、上記圧縮エ
    ンジンと、 圧縮された画像データを伝送する手段と、を備えた、カ
    ラー画像を伝送する装置。
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