JPH1118089A - 画像データ圧縮装置 - Google Patents
画像データ圧縮装置Info
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- JPH1118089A JPH1118089A JP16905497A JP16905497A JPH1118089A JP H1118089 A JPH1118089 A JP H1118089A JP 16905497 A JP16905497 A JP 16905497A JP 16905497 A JP16905497 A JP 16905497A JP H1118089 A JPH1118089 A JP H1118089A
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Abstract
に発生する偽色信号を最小限に抑制する画像データ圧縮
装置を提供する。 【解決手段】 画像圧縮のモードが低圧縮モードの場合
には(ステップ91でYES)、あらかじめ算出された
JPEG圧縮のQファクタqに基づき、画像データの色
データに関するQファクタqF _uvの値をqより小さい
値に設定し、画像データの輝度データに関するQファク
タqF _y の値をqより大きい値に設定する(ステップ
92)。
Description
置に関し、特に、画像圧縮・伸長動作を実行した際画像
データに発生する偽色信号を最小限に抑制する画像デー
タ圧縮装置に関する。
より得られた撮像信号を画像データとしてデジタル化し
た上で画像圧縮し、フラッシュメモリに記録する装置が
近年商用されている。
は、図2に示すようにR(赤)、G(緑)、B(青)の
三原色の色フィルタがモザイク状に配置された原色フィ
ルタ30が装着されたCCD(Charge Coupled Device
)イメージャである。CCDイメージャを通じて得ら
れた画像データは、DRAM(Dynamic Random AccessM
emory)に1画面分が格納される。したがってDRAM
に格納された画像データは、R、G、Bのいずれかの色
フィルタが装着された画素については、色フィルタの色
の画像データのみが格納され、他の2色の画像データは
欠落した状態となる。このため、他の2色の画像データ
は周辺の画素の画像データを用いて補間することにより
求める。
施された後、フラッシュメモリ等に記憶される。
板式のカラーデジタルスチルカメラでは、R、G、Bの
各々は異なったフィルタ特性を持つ。このため、画像デ
ータ内の本来均一色であるはずの部分に、その部分とは
異なる色信号(以下、「偽色信号」という。)が発生す
る。また、画像データ内のエッジ部においても同様の問
題が発生する。また、3板式のカラーデジタルスチルカ
メラにおいても、R、G、Bの各々は異なったフィルタ
特性を持つ。このため同様な偽色信号が発生する。
ァイルとして格納する場合、データハンドリングの観点
から固定サイズのファイルとして取扱われることが多
い。このため、メモリ領域を有効に利用するために、適
切な圧縮率でデータを圧縮することが行なわれる。
縮・伸長処理を施した場合には、高周波成分を除去する
ような効果が得られるため、画像データ細部の情報は失
われるが、偽色信号が発生しにくい。一方、低圧縮率で
画像圧縮・伸長処理を施した場合には、画像データ細部
の情報は失われにくいが、偽色信号が発生しやすい。し
かし、低圧縮率で画像圧縮を行なった場合、一般には高
画質が期待されるので偽色信号の発生は大きな問題とな
る。
めになされたもので、請求項1から2に記載の発明の目
的は、画像圧縮・伸長処理を行なった際の画像データの
偽色信号の発生を最小限に抑える画像データ圧縮装置を
提供することである。
に記載の発明の目的に加えて、低圧縮率で画像圧縮・伸
長処理を行なった際の画像データの偽色信号の発生を最
小限に抑える画像データ圧縮装置を提供することであ
る。
係る画像データ圧縮装置は、画面の特定の位置に設定さ
れたサンプリング領域での画像データを画像圧縮し、プ
リ圧縮画像データを得るためのプリ画像圧縮手段と、そ
のプリ画像圧縮手段に接続され、プリ圧縮画像データの
データ長よりデータサイズ評価値を算出するためのデー
タサイズ評価値算出手段と、そのデータサイズ評価値算
出手段に接続され、画面全体の画像データの画像圧縮動
作を実行した際の圧縮画像のデータサイズが所定の目標
データサイズとなるように、かつ画像データのうちの色
データに対する圧縮率が画像データのうちの輝度データ
に対する圧縮率以上となるように、色データに対する圧
縮率および輝度データに対する圧縮率をデータサイズ評
価値に基づいて決定するための圧縮率決定手段と、その
圧縮率決定手段に接続され、色データに対する圧縮率お
よび輝度データに対する圧縮率に基づいて画面全体の画
像データの画像圧縮動作を実行するための画像圧縮手段
とを含む。
定手段は、色データに対する圧縮率を輝度データに対す
る圧縮率よりも高く設定する。このため、画像圧縮・伸
長処理を行なった際、色データに対する高周波成分は除
去され、画像データの偽色信号の発生を抑制できる。
縮装置は、請求項1に記載の発明の構成に加えて、上記
圧縮率決定手段は、上記データサイズ評価値算出手段に
接続され、データサイズ評価値に応じて、画面全体の画
像データの画像圧縮動作を実行した際の圧縮画像のデー
タサイズが所定の目標データサイズとなるような圧縮率
を予測するための圧縮率予測手段と、その圧縮率予測手
段に接続され、圧縮率をその圧縮率以上に増加させた値
を色データに対する圧縮率とし、圧縮率をその圧縮率以
下に減少させた値を輝度データに対する圧縮率とするた
めの圧縮率補正手段とを含む。
の発明の作用、効果に加えて、圧縮率補正手段は、色デ
ータに対する圧縮率を輝度データに対する圧縮率よりも
高く設定する。このため、画像圧縮・伸長処理を行なっ
た際、色データに対する高周波成分は除去され、画像デ
ータの偽色信号の発生を抑制できる。
縮装置は、請求項2に記載の発明の構成に加えて、所定
の目標データサイズに応じた画像圧縮モードを設定する
ための画像圧縮モード設定手段をさらに含み、上記圧縮
率補正手段は、その画像圧縮モード設定手段に接続さ
れ、目標データサイズが大きいほど、色データに対する
圧縮率を算出する際の増加加減を高くする。
の発明の作用、効果に加えて、目標データサイズが大き
いほど、圧縮率予測手段で求められる圧縮率は低くな
る。圧縮率補正手段は、圧縮率予測手段で求められる圧
縮率が低いほど、その値を高い増加加減で増加させ、色
データに対する圧縮率とする。よって、色データに対す
る圧縮率は、常に高い値に設定することができる。この
ため、画像圧縮・伸長処理を行なった際、色データに対
する高周波成分は除去され、画像データの偽色信号の発
生を抑制できる。
の実施の形態の装置の1例であるデジタルスチルカメラ
について説明する。
メラは、画素数が縦×横=480×640画素で、R、
G、Bの三原色の色フィルタがモザイク状に配置された
原色フィルタ30が装着されたCCDイメージャ1と、
CCDイメージャ1から出力されたR、G、Bの画像信
号を画像データにデジタル化するためのA/D(Analog
- to- Digital )変換器2と、R、G、Bの画像データ
に周知のガンマ補正および白バランス補正を施すための
信号処理回路3と、ガンマ補正および白バランス調整を
施された画像データを記憶するためのDRAM4と、最
適な画像圧縮率を求め、その圧縮率に基づいて、DRA
M4に記憶された画像データを圧縮して、フラッシュメ
モリ6に書込むためのCPU(Central Processing Uni
t )5とを含む。
R、G、Bのいずれかの色フィルタが装着された画素に
ついては、その色フィルタの色の画像データのみが格納
され、他の2色の画像データは欠落した状態となる。
リ6との間でデータのやり取りを行なう。CPU5は、
DRAM4に格納されたR、G、Bの画像データを用い
て、画素ごとに欠落している2色の画像データを周辺の
画像データにより補間して三原色の画像データを全画素
にわたって作成する色分離作業を行なう。さらに特定の
演算式に基づいて、画素ごとのR、G、Bの画像データ
を輝度信号Y、色差信号B−Y(=U)、R−Y(=
V)のY、U、Vの画像データに変換する作業を行な
う。得られたY、U、Vの画像データをJPEG(Join
t Photographic coding Experts Group )の規格に沿っ
て信号を圧縮する作業を行なう。また、1画面分全体の
画像データを圧縮するとどの程度の大きさのデータサイ
ズになるかを予め予測する予測作業を行なう。また、フ
ラッシュメモリ6内に1画面用に固定のデータサイズと
して設定された領域に画像データを格納するためには、
信号圧縮時の圧縮率、言い換えると圧縮率を支配するQ
ファクタをどの程度に設定すればよいかを算出する算出
作業を行なう。これらの作業をソフトウェア的に実行す
る。
メラの動作を説明する。図3を参照して、撮影者がレリ
ーズボタン(図示せず)を押圧すると(ステップ5
0)、この押圧直後にCCDイメージャ1が露光する
(ステップ51)。得られたR、G、Bの画像信号が、
A/D変換器2および信号処理回路3を経てDRAM4
にR、G、Bの画像データとして格納される(ステップ
52)。この1画面分のR、G、Bの画像データのDR
AM4への格納が完了すると、画像データを圧縮した画
像データのサイズが所定のサイズとなるようにQファク
タqの算出を行なう(ステップ53)。ステップ53で
得られたQファクタqをもとに、偽色信号が発生しない
ように画像データの色データに対するQファクタqF _
uvおよび輝度データに対するQファクタqF _y を算出
する(ステップ54)。CPU5はDRAM4から各画
素の画像データR、G、Bを読出してY、U、Vの画像
データに変換する(ステップ55)。ステップ54で求
めた色データに対するQファクタqF _uvおよび輝度デ
ータに対するQファクタqF _y ならびにステップ55
で求めたY、U、Vの画像データをもとに、画像データ
にJPEG圧縮を施す(ステップ56)。CPU5は、
JPEG圧縮を施した画像データをフラッシュメモリ6
へ格納する(ステップ57)。
けるQファクタqの算出処理について詳述する。図5に
示されるように、CCDイメージャ1の全画素中に縦方
向×横方向=9×9の81画素からなるブロックをB1
1からB710と70個作成し、これらのブロックの各
画素の画像データを順次サンプリングする(ステップ7
1)。図5を参照して、ブロックB11からB710
は、縦方向×横方向=7×10と画面全体にほぼ均等に
配置される。ここで、これらのブロック内の画素と各色
フィルタとは、図6に示すような関係になる。
とのR、G、Bの色フィルタが配置された4画素の画像
データをもとに輝度データを作成する(ステップ7
2)。この輝度データの作成方法について以下に詳述す
る。1ブロック内では画素と色フィルタとが図6のよう
な関係にある。図6(A)の斜線で示すように左上の縦
方向×横方向=2×2の4画素をエリアA11とする。
このエリア内のR、Bの色フィルタに対応する画素の画
像データr、bを取出し、さらに2個あるGの色フィル
タに対応する画素の画像データのうちの上側のラインに
位置する画素の画像データをg1、下側のラインの画像
データをg2として取出す。y=3×r+3×(g1+
g2)+bの演算式に基づいて輝度データyをY11と
して算出する。
(B)の斜線で示すようにエリアA12を設定する。エ
リアA11と同様にこのエリア内の4画素の画像データ
より輝度データY12を算出する。以下、同様にエリア
を水平方向に1画素ずつシフトして設定することによ
り、水平方向にY11からY18の8個の輝度データが
算出される。こうして水平方向に8個の輝度データの作
成が完了すると、先に設定された8個のエリアをそれぞ
れ垂直方向に1画素分シフトして新たな8個のエリアを
設定することでY21からY28の8個の輝度データの
作成が完了する。以下、同様の処理をブロック全体に施
すことで、最終的に1ブロックから縦方向×横方向=8
×8の64個の輝度データが作成されることになる。
みを用いて、JPEGの規格に沿った信号圧縮、すなわ
ちDCT(離散コサイン変換)処理、量子化、およびハ
フマン符号化の一連の処理を実行する。なお、このJP
EGの信号圧縮は、文献「インタフェース」(CQ出版
社発行、1991年12月号)のP164〜P167に
も記載されるごとく周知の技術である。
述する。ブロック内の64個の輝度データに周知の2次
元のDCT処理を実行する。DCT処理により各輝度デ
ータに対応して8×8の64個のDCT係数Sij
(i、j=1〜8の整数)が算出される(ステップ7
4)。
際に使用するハフマンテーブルを初期化する(ステップ
75)。さらにこの輝度データのみの信号圧縮の圧縮率
に関連するQファクタqをq=95に設定する(ステッ
プ76)。
77)。この量子化では、量子化テーブルQij(i、
j=1〜8の整数)を用いて8×8の係数位置ごとに異
なるステップ・サイズで線形量子化を行なう。具体的に
は、DCT係数SijをQijで割算して、量子化され
た係数rij(i、j=1〜8の整数)を求める。すなわ
ち、rij=round(Sij/Qij)となる。な
お、roundとは、最も近い整数への整数化を意味す
る。
させることで圧縮率をコントロールでき、その結果画質
と符号化情報量とをコントロールすることができる。す
なわち、Qijの値を大きい値に設定すると、符号化情
報量は比較的大きく、画質よく画像を符号化することが
できる。逆にQijの値を小さくすると、量子化された
係数が小さくなり符号化情報量は減少するが、画質は劣
化する。このように量子化テーブルQijを変更するこ
とで、画質と符号化情報量とを自由にコントロールする
ことができる。
る値fを予め用意されている基本の量子化テーブルQ′
ijに掛算するようにすれば、Qファクタqにて圧縮に
よる画質と符号化情報量とを制御できることになる。具
体的には、Qファクタqは1〜100の値であり、実際
に量子化テーブルに掛算する値fは、q<50ではf=
5000/q、q≧50ではf=200−q×2として
決定される。たとえばq=10の場合にはf=500と
なり、量子化に使用される量子化テーブルQijは基本
の量子化テーブルQ′ij×500となる。最終的にr
ij=round{Sij/(Q′ij×500)}とな
る。一方q=90の場合にはf=20となり、量子化テ
ーブルQij=Q′ij×20となり、最終的にrij=
round{Sij/(Q′ij×20)}となる。
るほど、量子化テーブルには大きな値が掛算されて大き
くなり、これに伴って係数rijは小さくなり、画質は劣
化する。しかし、符号化情報量は少なくなり、圧縮率は
大きく設定されることになる。また逆にQファクタが1
00に近い値であれば、量子化テーブルには小さな値が
掛算されて前述の場合より小さくなるので、逆に係数r
ijは大きくなり、画質は向上するが符号化情報量が大き
くなるので実質的に圧縮率は小さく設定されることにな
る。
合には、ステップ76にてQファクタqを95に設定し
ているので、量子化テーブルQijには10という比較
的小さな値が掛算される。このため符号化情報量がかな
り多くなるように量子化されることになる。
数rijに対して周知のハフマン符号化がなされ、2値の
符号化データが出力される(ステップ78)。ここで、
符号化データのビット数が長いほど情報量が多いことに
なる。
の処理が、70個のすべてのブロックに対して実行さ
れ、ブロックごとに符号化データが得られると、ステッ
プ79を経由してステップ80に移行する。
の符号化データのビット数を全ブロックについて加算し
て、70ブロックの総和を4で割算してバイト数に換算
してデータサイズ評価値Hとして出力する。換言する
と、全ブロックの符号化データの集合体である画像デー
タのデータ長を評価値Hとして出力する。
十分に多くの符号化情報量が得られる状況において、大
きな評価値Hが得られた場合には、画面中のサンプリン
グされた70ブロックから判断して、撮像画面中の被写
体が複雑な模様を有して輝度のエッジが多く存在し、画
面全体を信号圧縮した際に得られる画像データのデータ
サイズは大きくなることが予想される。逆に小さな評価
値が得られる場合には、被写体は比較的簡単な模様であ
り、画面全体を信号圧縮した際の画像データのデータサ
イズは小さくなることが予想される。
画面全体の画像データの圧縮で得られる画像データを所
望の目標データサイズに設定するために最適なQファク
タの算出を行なう(ステップ81)。具体的には、q=
M×H−Nの算出式により算出される。ここで、Mおよ
びNは所定の係数であり、信号処理の方法(アパーチャ
の強さ等)により変化するため、目標データサイズごと
に実験にて予め決定されている。特に傾きに該当する係
数Mは評価値Hが大きくなると大きくなる傾向がある。
このため、本実施の形態では係数Mを評価値Hに応じて
M1とM2との2段階に切換えており、評価値Hが予め
設定されたしきい値Hを下回れば図8の表のM2の係数
が用いられ、上回れば図8の表のM1の係数が用いられ
る。
納される1枚の静止画の画像データのデータサイズを目
標データサイズとしてどの程度の大きさにするかによっ
て、係数MおよびNをどの値に選ぶべきかを実験値によ
り設定したパラメータ値を示す。たとえば、目標データ
サイズとして80Kバイトに設定したい場合には、評価
値Hがしきい値hを上回る場合には、q=0.264×
H−115.10の演算式にステップ80にて算出され
た評価値Hを代入することでQファクタが求まる。
ングされた輝度データにJPEGの圧縮を施し、得られ
る画像データのデータ長から画面評価を行ない、画面全
体をJPEG圧縮した際のデータサイズを予測して評価
値として定量化する。この評価値より画面全体の画像デ
ータを目標データサイズにして格納するためには圧縮率
に関連するQファクタをどのような値にすれば良いかが
演算式より算出されることになる。
に際してのQファクタが決定されると、データサイズ予
測ルーチン53が完了し、最適Qファクタ算出ルーチン
54に移行する。なお、予測ルーチン53で実行される
JPEGの圧縮は、70個のブロックのみをサンプリン
グして実行しているにすぎないので、画面全体を圧縮す
る際に要する時間に比べてはるかに短い時間で処理され
る。
チン54について詳述する。データサイズ予測ルーチン
53で求められたQファクタqを用いてJPEG圧縮・
伸長処理を行なう場合を考える。Qファクタqが比較的
大きい、すなわち圧縮率が比較的小さい場合には、偽色
信号が発生する可能性が高い。このため、Qファクタq
が十分小さい場合には偽色信号が発生しないように、画
像データの色データに対するQファクタqF _uvを十分
小さく、すなわち色データに対する圧縮率を十分大きく
設定する必要がある。Qファクタqが比較的大きくなる
状況は目標データサイズが比較的大きい場合に発生しや
すい。このため、目標データサイズが比較的大きい場
合、すなわち低圧縮(最高画質)モードであれば(ステ
ップ91でYES)、画像データの色データに対するQ
ファクタqF _uvの値をqF _uv=q−15より求め
る。このqF _uvの値を用いて、JPEG圧縮した際の
画像データサイズは目標データサイズよりも小さくな
る。このため、画像データの輝度データに対するQファ
クタqF _y の値をqF _y =q+2とすることによ
り、JPEG圧縮した際の画像データサイズが目標デー
タサイズとなるように調整する(ステップ92)。一
方、低圧縮(最高画質)モードでない場合は、すなわち
高圧縮(標準画質)モードの場合は、Qファクタqの値
が比較的小さいため、q F _uvおよびqF _u の値とし
て、それぞれqを代入する(ステップ93)。
_y を求める際のqへの加減値(15および2)は実験
的に求められた値であり、この値以外の値であってもよ
い。また、目標データサイズ、すなわち圧縮モードが数
種類ある場合には、圧縮率が低くなるようなモードほ
ど、qF _uvを求める際にqから減じる値を大きくする
ように、またqF _y を求める際にqに加える値を大き
くするようにしてもよい。
RAM4から各画素の画像データを読出して色分離動作
をまず行なう。この色分離動作では、各画素の欠落して
いるR、G、Bの2色の画像データを、周辺の同色の画
像データの平均値にて補間することですべての画像デー
タについてR、G、Bの三原色の画像データを持たせる
ことになる。
て、CPU5は各画素について演算式(1)によりR、
G、Bの画像データを輝度信号データYおよび色差信号
データB−Y(=U)、色差信号データR−Y(=V)
のY、U、Vの画像データに変換する。
に1/2に間引かれる。これは人間の目が輝度の変化に
は敏感であるが、色の変化には比較的鈍感であるという
特性を利用したものである。
データは、DRAM4に一旦画素ごとに格納される。
Vの画像データを読出して、Y、U、VごとにDCT処
理、量子化およびハフマン符号化の一連の処理からなる
JPEGの画像圧縮を順次施す(ステップ56)。すな
わち、CPU5が縦方向×横方向=8×8画素の画素ブ
ロック単位でDCT処理を行なう。得られたDCT係数
を量子化テーブルにて割算し量子化する。そして量子化
データをハフマン符号化し、符号化データとする。同一
の処理を画面全体にわたって繰返し、最終的に得た符号
化データの集合体が画像データとなる。
での量子化に際しては、最適Qファクタ算出ルーチン5
4で決定された輝度信号に対するQファクタqF _y お
よび色信号に対するQファクタqF _uvから前述と同様
の手法により算出されたfを基本テーブルに掛算して求
まる量子化テーブルが使用される。すなわち、Yの画像
データに対する量子化には、QファクタqF _y より得
られる量子化テーブルが使用される。U、Vの画像デー
タに対する量子化には、QファクタqF _uvより得られ
る量子化テーブルが使用される。
すると、目標データサイズになった画像データがフラッ
シュメモリ6に格納される。
ン54では、70ブロックのサンプリング結果による予
測に基づいて、画面全体の画像データの圧縮時のQファ
クタを決定している。実際にここで決定されたQファク
タを用いた圧縮により得られる画像データは、目標デー
タサイズとは若干の誤差を生じることは免れ得ない。そ
こで、この誤差分だけ目標データサイズを若干大きく設
定してもよいことは言うまでもない。
イズが、目標データサイズを越えている場合には、Qフ
ァクタqの値を所定値(たとえば1)減算して、ステッ
プ54以降の処理を繰返してもよい。
像圧縮・伸長を行なった際に生じる偽色信号の発生を抑
えることができる。また、圧縮により得られる画像デー
タのデータサイズを目標データサイズとすることができ
る。
ラのブロック図である。
明する図である。
説明するフローチャートである。
ある。
る。
領域を説明する図である。
を説明する図である。
ータを示す表である。
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 画面の特定の位置に設定されたサンプリ
ング領域での画像データを画像圧縮し、プリ圧縮画像デ
ータを得るためのプリ画像圧縮手段と、 前記プリ画像圧縮手段に接続され、前記プリ圧縮画像デ
ータのデータ長よりデータサイズ評価値を算出するため
のデータサイズ評価値算出手段と、 前記データサイズ評価値算出手段に接続され、画面全体
の前記画像データの画像圧縮動作を実行した際の圧縮画
像のデータサイズが所定の目標データサイズとなるよう
に、かつ前記画像データのうちの色データに対する圧縮
率が前記画像データのうちの輝度データに対する圧縮率
以上となるように、前記色データに対する圧縮率および
前記輝度データに対する圧縮率を前記データサイズ評価
値に基づいて決定するための圧縮率決定手段と、 前記圧縮率決定手段に接続され、前記色データに対する
圧縮率および前記輝度データに対する圧縮率に基づいて
画面全体の前記画像データの画像圧縮動作を実行するた
めの画像圧縮手段とを含む、画像データ圧縮装置。 - 【請求項2】 前記圧縮率決定手段は、前記データサイ
ズ評価値算出手段に接続され、前記データサイズ評価値
に応じて、画面全体の前記画像データの画像圧縮動作を
実行した際の圧縮画像のデータサイズが所定の目標デー
タサイズとなるような圧縮率を予測するための圧縮率予
測手段と、 前記圧縮率予測手段に接続され、前記圧縮率を前記圧縮
率以上に増加させた値を前記色データに対する圧縮率と
し、前記圧縮率を前記圧縮率以下に減少させた値を前記
輝度データに対する圧縮率とするための圧縮率補正手段
とを含む、請求項1に記載の画像データ圧縮装置。 - 【請求項3】 前記所定の目標データサイズに応じた画
像圧縮モードを設定するための画像圧縮モード設定手段
をさらに含み、 前記圧縮率補正手段は、前記画像圧縮モード設定手段に
接続され、前記目標データサイズが大きいほど、前記色
データに対する圧縮率を算出する際の増加加減を高くす
る、請求項2に記載の画像データ圧縮装置。
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