JPH10126778A - 画像圧縮方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像情報を符号化することにより画像情報の
圧縮を行う際に、圧縮することによる画質劣化をあまり
感じさせず、かつ全体としては高圧縮率で画像圧縮を行
う。 【解決手段】 画像の主要部からの距離が遠い部分ほど
画質劣化が気にならないという視覚特性を利用して、画
像を構成する各画像領域ごとにその画像領域の画像内の
位置を表す位置情報を求め、その画像領域に含まれる画
像情報をその位置情報に基づいて決定された圧縮率、例
えばその画像領域の画像の主要部からの距離が遠いほど
高い圧縮率で符号化することによって全体の圧縮率を高
める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像を表す画像情
報を符号化することにより圧縮する画像圧縮方法および
装置に関し、特に、写真画像等のカラー静止画像の圧縮
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像の圧縮技術として、直交変
換、量子化、エントロピ符号化等が知られている。直交
変換は、相関性の強い画像信号を周波数軸上で見た場合
に低周波領域に画像情報が集中しているということに着
目したものであり、情報が集中して分布する周波数成分
のみを符号化することにより全体としての情報量を削減
する圧縮技術である。また、量子化は画像情報をある数
値（量子化ステップ）で除算して、ある限られた離散的
なレベルで近似することにより画像情報を表すビット数
を少なくする圧縮技術である。また、エントロピ符号化
は画像情報に２進符号を割り当てる際に、発生頻度の高
い値には短い符号、発生頻度の低い値には長い符号を割
り当てることにより全体の符号量を削減する圧縮技術で
ある。

【０００３】カラー静止画像の符号化標準として広く知
られているＪＰＥＧは、上記圧縮技術を組み合わせるこ
とにより画像情報の符号化を行うものであり、基本的に
は、図４に示すように、画像を例えば８×８画素の画像
ブロックに分割し、各画像ブロックに対して直交変換の
１つである離散コサイン変換（ＤＣＴ）を施し、ＤＣＴ
により得られた変換係数に対して量子化を施し、さらに
量子化後の値をエントロピ符号化であるハフマン符号化
等を施すことにより画像情報の圧縮を行っている。さら
に画像を再生する際に、この逆の手順、すなわちエント
ロピ復号化、逆量子化、逆離散コサイン変換（ＩＤＣ
Ｔ）を行うことにより圧縮された画像情報を伸長するも
のである。

【０００４】ＪＰＥＧは、符号器、復号器ともにハード
ウェアとして、あるいはソフトウェアとして入手が比較
的容易であり、また、パラメータを調節して符号化によ
る画質劣化の程度を変えたり、復号化の速度を変えたり
することができるという利便性から、業界のみならず広
く一般家庭のパソコンなどにまで普及している技術であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような画像圧縮
技術では圧縮率を高くすれば画質が劣化するのはある程
度仕方がないことであり、圧縮率は画質劣化の許容範囲
によって自ずと決まってしまうものであると考えられて
いる。

【０００６】特に、上記ＪＰＥＧでは、圧縮率の調節は
圧縮する画像単位でしか行えず、このため、例えば写真
画像のように、高画質を維持したい主要被写体の部分
と、ある程度の画質劣化が許される背景画像とからなる
画像では、圧縮率は主要被写体に必要とされる画質に合
わせて決定するしかなかった。つまり、画像中に高い画
質を維持したい部分が少しでもあれば、画像全体の圧縮
率はその部分の画質劣化の許容範囲に応じて決まってし
まうため、全体としての圧縮率をあまり高くすることが
できなかった。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑みて、必要な部分
の画質を維持しつつ、かつ全体としての圧縮率をできる
限り高くすることができる画像圧縮方法および装置を提
供することを目的とするものである。具体的には、画像
を観察する際には人間の習性としてその画像の主要部に
注目するため、主要部に近い部分ほど画質劣化が気にな
り、反対に主要部から遠いほど画質が劣化していても気
にならないことが多く、本発明はこの人間の視覚特性を
利用して、全体としては高い圧縮率を確保しつつ、画像
中の主要部については比較的高い画質を維持できるよう
な画像圧縮方法および装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の画像圧縮方法お
よび装置は、画像を表す画像情報を符号化することによ
り画像情報の圧縮を行うものであり、前記画像を構成す
る複数の画像領域ごとに該画像領域の前記画像内の位
置、例えば画像の主要部からの距離を表す位置情報を求
め、各画像領域に含まれる画像情報を、その位置情報に
基づいて決定される圧縮率でそれぞれ符号化することを
特徴とするものである。

【０００９】ここで「画像の主要部」とは例えば画像の
中心部、あるいはその画像が表す対象（例えば写真画像
の被写体）等を意味する。また、「前記画像を構成する
複数の画像領域ごとに該画像領域の前記画像内の位置を
表す位置情報を求め」とは、例えば画像の中央に近い位
置か周辺部に近い位置か等の情報、具体的には画像の主
要部の中心点とその画像領域の中心点との距離を求める
ことなどである。この際、画像の主要部が画像中の所定
の位置（例えば中心部）である場合には、予めその座標
を求めておくことにより前記距離を求めることができ、
また画像の主要部が主要被写体などであれば、画像ごと
に主要被写体抽出処理を行うことにより、基準となる座
標を求めることができる。なお主要被写体の抽出は、例
えば写真画像の画像処理の分野において画像中の人間の
顔の部分を抽出する処理などが行われており、同様の処
理を適用すればよい。この際、主要部が２以上ある場合
には、最も近い主要部からの距離を位置情報とするのが
よい。

【００１０】また、「前記位置情報に基づいて決定され
た圧縮率で符号化する」とは、言い換えれば、位置情報
が画像の主要部に近い位置を示すほど圧縮率を小さくす
るということである。これは、画像を観察する際には人
間の習性としてその画像の中央もしくは主要部に注目す
るため、中央や主要部に近い部分ほど画質劣化が気にな
り、反対に画像の周辺部になるほど、あるいは主要部か
ら遠いほど画質が劣化していても気にならないことが多
いためである。つまり、本発明では、この視覚特性を利
用して、重要度の低い位置にある部分の圧縮率を高くす
ることにより全体の圧縮率を確保しようとするものであ
る。

【００１１】また、「前記位置情報に基づいて決定され
る圧縮率で符号化する」ための具体的な方法としては、
例えば前記符号化が画像情報の量子化を行うものであれ
ば、量子化の量子化ステップの値を位置情報に基づいて
定めることにより圧縮率を決定して符号化する方法など
がある。あるいは符号化の量子化以外の過程において、
位置情報を考慮した処理を行ってもよい。

【００１２】また、圧縮の過程において量子化を行う場
合の一般的な方法として、量子化の前に画像情報を複数
の画像ブロックに分割し、この画像情報に対して各画像
ブロックごとに直交変換を施し、直交変換により得られ
た変換係数に対して量子化を施す方法が知られており、
本発明においても、このように直交変換を行ってから上
記位置情報に基づく量子化を行うようにしてもよい。

【００１３】この場合、前述の位置情報をこの直交変換
の単位となる画像ブロックごとに求めるようにしてもよ
い。

【００１４】また、直交変換と同じく一般的に、量子化
された画像情報に対してエントロピ符号化を施す方法が
知られており、本発明においても、上記位置情報に基づ
く量子化を行った後に、さらにこのようなエントロピ符
号化を行ってもよい。

【００１５】また、前記量子化を、まず位置情報に基づ
いて決定された関数あるいはテーブルに基づいて圧縮率
を決定するための前処理を行った後、位置情報に依存し
ないいわゆる従来技術における量子化を行うようにし
て、従来技術に前処理を追加するという形で実現しても
よい。

【００１６】

【発明の効果】本発明の画像圧縮方法および装置によれ
ば、画像を観察する際には人間の習性としてその画像の
中央部もしくは主要部に注目するため、中心や主要部に
近い部分ほど画質劣化が気になり、反対に主要部から遠
いほど画質が劣化していても気にならないということに
着目し、画像を構成する各画像領域を、その画像領域の
画像内の位置に基づいて決定された圧縮率でそれぞれ符
号化するため、画質が気になる部分については画質を維
持し、一方で画質が気にならない部分の圧縮率を高める
ことにより全体としては圧縮率を高くすることができ
る。

【００１７】ここで、前記符号化として量子化を行っ
て、その量子化の量子化ステップの値を前記位置情報に
基づいて定めることにより圧縮率を決定するようにすれ
ば、例えば画像主要部からの距離に応じて少しずつ量子
化ステップ変えることができるので、位置情報に応じて
きめ細かに圧縮率を調整することができる。例えば位置
情報に基づいて圧縮方法を変えて圧縮率を変えるといっ
た方法では位置情報は予め限られた数（例えば圧縮方法
の数）のグループに分けなければならないため、このよ
うなきめ細かな圧縮率の調整はできず、量子化ステップ
の調整により細かく圧縮率を設定できることの効果は大
きい。

【００１８】また、例えばＪＰＥＧのように、ＤＣＴ等
の直交変換を行ってから量子化したり、あるいは量子化
の後にさらにエントロピ符号化を行えば、全体としての
圧縮率をさらに向上することができる。

【００１９】この場合、直交変換を行うためには画像の
ブロック化が必要となるので、上記画像領域をこのブロ
ックとし、ブロック単位で位置情報を求めれば、画像の
分割処理を１段階にまとめることができ、装置の構成上
より好ましい。

【００２０】また、ＪＰＥＧの量子化器はそのままで、
その前に位置情報に基づく変換処理を追加して２段階に
量子化を行うようにすれば、実装時の負担が軽減され
る。

【００２１】なお、一般に画像圧縮は画像の保管時のみ
ならず転送配布の際に行われることが多い。そのため、
画像圧縮技術が広く利用されるためには、転送先の利用
者が復号化の手段を有することが前提となる。したがっ
て、画像圧縮技術として上記ＪＰＥＧのような標準が確
立してしまっている状況においては、たとえ画質および
圧縮率の点でＪＰＥＧより優れた技術を開発したとして
も、特殊な復号化手段を必要とするような技術であると
一般利用者に受け入れられない可能性がある。あるい
は、その技術を標準化するために長い時間と労力を要す
ることとなる。

【００２２】これに対し、本発明の方法および装置のう
ち量子化の量子化ステップの値を位置情報に基づいて定
める方法および装置は、いわば量子化の細かさの調整を
行っただけであり符号化の手順は変わらない。したがっ
て、本発明の画像圧縮方法により圧縮された画像は、従
来と同じ復号化手順で再生することができ、新たな復号
化手段を必要としない。つまり、例えば写真画像等を提
供する側でＪＰＥＧ準拠の符号化手段を本発明のように
改良すれば、その画像を利用する一般利用者は従来と同
じ方法で画像再生を行うだけで画質向上あるいは圧縮率
向上の効果を得ることができる。

【００２３】すなわち、本発明は技術的効果を有するの
みならず、実際の業界の動向に即した利用性の高い発明
であるということができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の画像圧縮方法およ
び装置について図面を参照して説明する。以下の説明で
は業界標準であるＪＰＥＧを前提とし、それを改良する
ものとしての実施の形態を示すが、上述のように本発明
の特徴は、画像の主要部からの距離が遠い部分ほど画質
劣化が気にならないため、そのような部分の圧縮率を高
めることによって全体の圧縮率を高めるという点にあ
り、以下の例は本発明の技術的範囲を限定するものでは
ない。但し、画像圧縮の分野は標準化が進んでいるた
め、現実には本実施の形態のように、ＪＰＥＧやその他
の標準技術、あるいは今後標準化される技術に本発明の
特徴を取り入れる形で実施することが望ましい。

【００２５】図１は、本発明の一実施の形態の概要を表
すブロック図である。この図に示されるように、本実施
の形態は上述のＪＰＥＧ（図４）の符号化の過程におい
て量子化の前に所定の前処理１を追加したものであり、
復号化の過程については従来と何ら変わるところがな
い。逆量子化の際には量子化に使用されたテーブルが使
用され、これにより符号化のときの前処理後の画像が再
生される。

【００２６】ここで、前処理とは圧縮する画像の各領域
を、その領域の位置情報に基づいて決定された関数ある
いはテーブルに基づいて変換する処理である。図２に示
すように、ＪＰＥＧでは画像を８×８のブロックに分割
して各ブロックごとにＤＣＴを施すため、本実施の形態
ではこのブロックを位置情報を求める際の範囲として利
用している。

【００２７】位置情報は、各ブロックの例えば左上端の
画素の画像中心座標からの距離として求められる。但し
基準とする座標は必ずしも中心である必要はなく、主要
部と考えられる任意の位置の座標を基準として設定すれ
ばよい。あるいは、いわゆる被写体抽出処理などにより
主要部を画像ごとに抽出する場合には、抽出結果に基づ
いて基準とする座標を決定すればよい。２以上の主要部
がある場合には、まず各主要部との距離をそれぞれ求
め、その最小値を位置情報とする。

【００２８】さらに、求められた距離はそのまま位置情
報として保持してもよいし、例えば距離が０〜１０画素
の間であれば１、１１〜２０画素の間であれば２のよう
にレベルを設けて、各レベルを表す値を位置情報として
保持してもよい。

【００２９】このようにして求められ保持された位置情
報は、前処理１における関数あるいはテーブルの決定時
に参照される。本実施の形態の前処理１は、ＤＣＴの結
果得られる変換係数を図３に示すような形状の関数で変
換する処理であり、関数の量子化ステップを規定する値
Ｋが、いわゆる量子化器と同様ＤＣＴの係数位置（ＤＣ
Ｔの変換係数の周波数空間における位置）ごとに設定さ
れている。このような設定値の組は前処理テーブルとし
て複数個用意されており、処理されるブロックの位置情
報に応じてこの複数個のテーブルが随時切り替えられ
る。

【００３０】ここで、前処理１は広くはＪＰＥＧの量子
化器と同じく画像情報を量子化する処理であるが、量子
化自体ではなく圧縮率の調整が主な目的であるため、縦
軸の値は必ずしも連続する整数値（インデックス）では
ない。ここで、Ｋの値を大きくするほど前処理された画
像情報は限られた種類の値となるため、続いて行われる
量子化の効率も向上し、さらには画像情報のエントロピ
が小さくなるためエントロピ符号化の効率も向上する。
つまり、Ｋの値が大きいテーブルにより前処理されたブ
ロックは圧縮率が高くなり（画質劣化が大きく）、Ｋの
値が小さいテーブルにより前処理されたブロックは圧縮
率が低くなる（画質劣化が少ない）。

【００３１】したがって、本実施の形態では、画像主要
部（位置情報の距離が０の部分）については精度が最高
となるように前処理１のテーブルの全ての係数位置のＫ
の値を１とし、以下距離が離れるほどＫの値が大きいテ
ーブルへと切り替えている。

【００３２】この際、テーブル数を多くしてＫの値をよ
り細かく切り替えれば、圧縮率の違いによる画質の差が
あまり目立たず、高画質な画像を得ることができる。

【００３３】また、Ｋの値を可変とし、予め用意したテ
ーブルを切り替えるのではなく、位置情報に応じて適切
なＫの値をその都度求めて処理を行ってもよい。

【００３４】このようにして圧縮を行った場合、主要部
以外の部分は高い圧縮率で圧縮されるため画像全体の圧
縮率は十分に確保される。また、主要部は圧縮率が低め
に設定されているため精度よく再生され、その他の部分
の精度は落ちていても全体としては画質劣化はあまり感
じられないことになる。

【００３５】なお、一般の量子化テーブルと同じく前処
理テーブルのＫの値は必ずしも全ての係数位置で同じで
ある必要はない。例えば低周波成分については精度を保
ちたいが、高周波成分については特に高い精度は必要と
しないといった場合には、低周波成分に対応する係数位
置のＫの値を１とし、高周波成分に対応する係数位置の
Ｋの値を比較的大きな値としてもよい。

【００３６】また、以上の説明では本発明の特徴を明ら
かにすべく前処理と従来の量子化器の２段階の処理によ
り量子化を行っているが、１つのテーブルにより同時に
処理してもよいことはいうまでもない。

【００３７】さらに、標準技術に特に固執する必要がな
い場合には、上記直交変換やエントロピ符号化の方法と
してあらゆる方法を適用することができ、また他のあら
ゆる符号化方法に本発明の概念を取り入れることもでき
る。特に、量子化を含む符号化（圧縮）方法の場合に
は、量子化ステップの調整あるいは切替機能を追加する
だけで、主要部からの距離に応じてきめ細かく圧縮率を
調整できるようになり、限られた段階の圧縮率の切替し
かできない方法に比べ、その効果は非常に大きい。

【００３８】また、本発明は、位置情報に基づいて圧縮
率を変えるものであるが、この他、例えば色彩や彩度に
応じて圧縮率を変える方法や、画質劣化が起きやすい画
像のエッジ部で特に圧縮率を変える方法、あるいはそれ
らの基準の組み合わせにより圧縮率を変える方法などが
考えられる。組み合わせによる方法としては、例えば前
記基準に優先順位あるいは重みづけを設定し、例えばま
ず色相および彩度に基づいて肌色であれば圧縮率を低く
し、肌色でなければ画像の中心部か否かによって圧縮率
を決定するといった方法が考えられる。

【００３９】以上のように、本発明の画像圧縮方法およ
び装置により、人間の視覚特性を生かした高効率な画像
圧縮を行うことができる。また、本発明の画像圧縮方法
および装置は標準化技術との共存が可能であるため、画
像の利用者にとっても非常に使い勝手のよいものである
といえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の概要を表すブロック図

【図２】図１の実施の形態における前処理を表すブロッ
ク図

【図３】前処理テーブルの一例を示す図

【図４】従来の画像符号化／復号化の手順を示すブロッ
ク図

【符号の説明】

１ 前処理

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像を表す画像情報を符号化することに
   より該画像情報の圧縮を行う画像圧縮方法において、 前記画像を構成する複数の画像領域ごとに該画像領域の
   前記画像内の位置を表す位置情報を求め、 前記各画像領域に含まれる前記画像情報を、前記位置情
   報に基づいて決定された圧縮率でそれぞれ符号化するこ
   とを特徴とする画像圧縮方法。
2. 【請求項２】 前記符号化が前記画像情報の量子化を行
   うものであり、該量子化の量子化ステップの値を前記位
   置情報に基づいて定めることにより前記圧縮率を決定す
   ることを特徴とする請求項１記載の画像圧縮方法。
3. 【請求項３】 前記符号化が、前記画像情報を複数の画
   像ブロックに分割し、前記画像情報に対して前記各画像
   ブロックごとに直交変換を施し、該直交変換により得ら
   れた変換係数に対して前記量子化を施すものであること
   を特徴とする請求項２記載の画像圧縮方法。
4. 【請求項４】 前記位置情報を前記画像ブロックごとに
   求めることを特徴とする請求項３記載の画像圧縮方法。
5. 【請求項５】 前記符号化が、前記量子化された画像情
   報に対してエントロピ符号化を施すものであることを特
   徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の画像圧縮
   方法。
6. 【請求項６】 前記量子化が、前記位置情報に基づいて
   決定された関数あるいはテーブルに基づいて前記圧縮率
   を決定するための前処理を行った後、前記位置情報に依
   存しない所定の量子化を行うものであることを特徴とす
   る請求項２から５のいずれか１項記載の画像圧縮方法。
7. 【請求項７】 前記位置情報が前記画像の主要部からの
   距離を表すものであり、前記圧縮率を該距離が大きいほ
   ど高くすることを特徴とする請求項１から６のいずれか
   １項記載の画像圧縮方法。
8. 【請求項８】 前記画像が人間を被写体とした写真画像
   であり、該画像の前記主要部が前記被写体の顔に相当す
   る部分であることを特徴とする請求項７記載の画像圧縮
   方法。
9. 【請求項９】 画像を表す画像情報を符号化することに
   より該画像情報の圧縮を行う画像圧縮装置において、 前記画像を構成する複数の画像領域ごとに該画像領域の
   前記画像内の位置を表す位置情報を求める位置情報取得
   手段と、 前記各画像領域に含まれる前記画像情報を、前記位置情
   報に基づいて決定された圧縮率でそれぞれ符号化する符
   号化手段とを有することを特徴とする画像圧縮装置。
10. 【請求項１０】 前記符号化手段が、前記画像情報の量
    子化を行う量子化手段を有し、該量子化手段が、前記量
    子化の量子化ステップの値を前記位置情報取得手段によ
    り求められた位置情報に基づいて定めることにより前記
    圧縮率を決定する手段であることを特徴とする請求項９
    記載の画像圧縮装置。
11. 【請求項１１】 前記符号化手段が、前記画像情報を複
    数の画像ブロックに分割するブロック化手段と、 前記画像情報に対し前記各画像ブロックごとに直交変換
    を施す直交変換手段とを有し、 前記量子化手段が、前記直交変換により得られた変換係
    数に対して前記量子化を施す手段であることを特徴とす
    る請求項１０記載の画像圧縮装置。
12. 【請求項１２】 前記位置情報を前記画像ブロックごと
    に求めることを特徴とする請求項１１記載の画像圧縮装
    置。
13. 【請求項１３】 前記符号化手段が、前記量子化された
    画像情報に対してさらにエントロピ符号化を施すエント
    ロピ符号化手段を有することを特徴とする請求項１０か
    ら１２のいずれか１項記載の画像圧縮装置。
14. 【請求項１４】 前記量子化手段が、前記位置情報に基
    づいて決定された関数あるいはテーブルに基づいて前記
    圧縮率を決定するための前処理を行う前処理手段と、 前記前処理された画像情報に対して前記位置情報に依存
    しない所定の量子化を施す量子化器とからなることを特
    徴とする請求項１０から１３のいずれか１項記載の画像
    圧縮装置。
15. 【請求項１５】 前記位置情報が前記画像の主要部から
    の距離を表すものであり、前記符号化手段が前記距離が
    大きいほど前記圧縮率を高く設定する手段であることを
    特徴とする請求項９から１４のいずれか１項記載の画像
    圧縮装置。
16. 【請求項１６】 前記画像が人間を被写体とした写真画
    像であり、該画像の前記主要部が前記被写体の顔に相当
    する部分であることを特徴とする請求項１５記載の画像
    圧縮装置。