(57)【要約】【課題】画質の劣化を抑制しつつ、圧縮率を向上することが可能な画像圧縮装置を提供すること。【解決手段】入力部１においては、入力された画像データが、隣接するブロック間で重複部を有するように複数のブロックに分割される。直交変換部２では、入力部１によって分割された各ブロックが直交変換される。量子化部３では、ブロック毎の周波数データのそれぞれに対して量子化係数設定部４によって設定された量子化係数を用いて、ブロック毎の周波数データに対する量子化が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された画像データを、隣接するブロック間で重複部を有するように複数のブロックに分割する画像分割部と、
前記各ブロックを直交変換してブロック毎の周波数データを得る直交変換部と、
前記ブロック毎の周波数データを、隣接するブロック毎に異なる量子化係数で量子化する量子化部と、
を具備することを特徴とする画像圧縮装置。
【請求項２】
前記直交変換部は、前記直交変換として重複直交変換又は重複双直交変換を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像圧縮装置。
【請求項３】
前記画像分割部は、前記入力された画像データを最小符号化単位毎の複数のブロックに分割す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。
【請求項４】
前記量子化部は、前記入力された画像データの水平方向及び垂直方向の少なくとも何れか一方向に沿ったブロック毎の周波数データに対し、複数の量子化係数を交互に切り替えながら前記量子化を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の画像圧縮装置。
【請求項５】
前記量子化係数は、
低周波域から高周波域にかけて値が順次大きくなる特性を有する第１の量子化係数と、
中周波域の係数が低周波域の値よりも小さく、高周波域の値よりも大きい特性を有する第２の量子化係数と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の画像圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像データの圧縮を行う画像圧縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像データを圧縮（符号化）するための一般的な方式の１つとして、例えば特許文献１において開示されているようなＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）方式が知られている。一般的なＪＰＥＧ方式における画像データの符号化の手順は次のようなものである。まず、入力画像データを複数のブロック（一般には８×８画素）に分割する。ブロック分割の後、各ブロックに離散コサイン変換（Discrete Cosine Transform：ＤＣＴ）処理を施し、各ブロックの画像データを周波数データに変換する。ＤＣＴ処理の後、各周波数データを、各周波数データに対応したサイズ（８×８画素）を有する量子化係数（量子化テーブル）で除算することによって量子化する。この際の量子化係数は、人間の目の視覚特性に基づいて、より高周波のデータを削減する特性とする、即ち高周波成分に対応した量子化計数の値を大きくしておくのが一般的である。量子化の後、各量子化後の周波数データを０データが連続するように並び替える。最後に、並び替えた量子化後の周波数データに対してゼロランレングス符号化や、ハフマン符号化等のエントロピー符号化といった符号化を施す。これによって符号化データが生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−７４９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、ＪＰＥＧ方式では、量子化によって、主に高周波成分の情報を削減することで圧縮率を高くしている。したがって、圧縮率と画質（画像の高周波部分の量子化誤差）とはトレードオフの関係となる。即ち、ＪＰＥＧ方式では、画質を向上させようとすると高周波成分を残す必要があるため圧縮率を落とさざるを得ない。したがって、ＪＰＥＧ方式では、圧縮率と画質とを高い次元で両立させることは難しい。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、画質の劣化を抑制しつつ、圧縮率を向上することが可能な画像圧縮装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様の画像圧縮装置は、入力された画像データを、隣接するブロック間で重複部を有するように複数のブロックに分割する画像分割部と、前記各ブロックを直交変換してブロック毎の周波数データを得る直交変換部と、前記ブロック毎の周波数データを、隣接するブロック毎に異なる量子化係数で量子化する量子化部と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、画質の劣化を抑制しつつ、圧縮率を向上することが可能な画像圧縮装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像圧縮装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ブロック分割時のブロックの重複について説明するための図である。
【図３】ＬＯＴ係数マトリクスの例を示す図である。
【図４】重複直交変換の演算の概念を示す図である。
【図５】重複直交変換後に得られる周波数データの例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態における量子化係数について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
図１は、本発明の一実施形態に係る画像圧縮装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の画像圧縮装置１００は、入力部１と、直交変換部２と、量子化部３と、量子化係数設定部４と、並び替え部５と、符号化部６とを有している。
【００１０】
画像分割部としての機能を有する入力部１は、外部から入力された画像データを重複させながら取り込むことで複数のブロックに分割する。直交変換部２は、入力部１において分割されたブロックに対して直交変換処理を施してブロック毎の画像データをブロック毎の周波数データに変換する。量子化部３は、直交変換部２において得られたブロック毎の周波数データを量子化する。量子化係数設定部４は、量子化部３における量子化の際に使用する量子化係数を設定する。並び替え部５は、量子化部３において量子化されたデータの並び替えを行う。符号化部６は、並び替え部６において並び替えられた量子化後のデータを圧縮（符号化）する。
【００１１】
次に、図１で示した画像圧縮装置１００の動作を説明する。まず、入力部１は、図示しない画像メモリから１フレーム分の画像データを読み込んで最小符号化単位（ＭＣＵ）毎のブロックに分割する。このとき、入力部１は、図２に示すように、互いに隣接するブロック間がブロックサイズの半分だけのデータの重複部を有するように画像データを分割する。このために、例えば、入力部１は、画像メモリに記憶されている画像データを、ブロックサイズの半分に相当する分だけ重複させたブロック単位で読み込む。ここで、本実施形態では、１ＭＣＵが例えば１６×１６画素であるとする。したがって、例えば図２の実線で示す左上端のブロックＡと、このブロックＡに対して水平方向に隣接している図２の破線で示すブロックＢとの重複部は、図２のＣで示す８×１６画素の部分となる。
【００１２】
入力部１による画像データの分割の後、直交変換部２は、左上端のブロックから順番に直交変換処理を行う。ここでの直交変換処理としては、重複直交変換（Lapped Orthogonal Transform：ＬＯＴ）方式や重複双直交変換（Lapped Biorthogonal Transform：ＬＢＴ）方式と呼ばれる、ブロックを重複させて直交変換する方式を用いる。これらの直交変換方式は、ブロックを重複させることにより、ＪＰＥＧ方式で通常用いられるＤＣＴ（離散コサイン変換）に比べてブロック歪を軽減できるという特徴を持っている。ここで、例として、重複直交変換の演算について簡単に説明する。重複直交変換は、入力部１によって分割された１６×１６画素のブロックに対して、図３に例として示した１６×８画素のＬＯＴ係数マトリクスを２回行列演算することにより行う。この際、まず、図４に示すようにして、１６×８画素のＬＯＴ係数マトリクスに１６×１６画素のブロックに含まれる各画素のデータを右から乗算して１６×８画素の周波数データ（１次元出力）を得る。その後、この１６×８画素の１次元出力を転置させて８×１６画素の周波数データを得る。そして、１６×８画素のＬＯＴ係数マトリクスに８×１６画素の周波数データを右から乗算して８×８画素の周波数データを得る。最後に、この８×８画素の周波数データを転置して最終的な８×８画素の周波数データ（２次元出力）を得る。このようにして、１６×１６画素のブロックを重複直交変換した後に得られる周波数データは、図５に示したような、左上端の位置を直流（ＤＣ）成分とし、縦横それぞれが周波数順に並んだ８×８画素のデータとなる。
【００１３】
直交変換部２による直交変換の後、量子化部３は、直交変換部２により得られた８×８画素の周波数データに対して量子化を行う。量子化部３は、８×８画素の周波数データを、量子化係数設定部４によって設定された８×８画素の量子化係数で除算することで量子化を行う。この際、小数点以下の値は切り捨てるものとする。量子化係数設定部４は、量子化部３に対して、ブロック毎の周波数データのそれぞれに対応して量子化係数を順次設定する。
【００１４】
ここで、量子化係数設定部４で設定する量子化係数について図６を参照して説明する。図６は、量子化係数をマトリクス状に表した量子化マトリクスを示す図である。ここで、図６の各量子化係数の位置は、図５の周波数データの位置に対応している。また、図６のハッチングの濃さが、量子化係数の大きさを表している。ただし、ハッチングの濃さは、マトリクス内の大きなエリア毎の係数の大小関係を表しているだけで、同じ濃さのエリア内の量子化係数が全て同じ値であるという訳ではない。なお、以後の説明においては、ハッチングの濃さが最も薄い領域を低周波域、ハッチングの濃さが最も濃い領域を高周波域、その間の領域を中周波域と称する。
【００１５】
図６（ａ）に示す特性の量子化係数は、一般的な画像データの符号化手法の１つであるＪＰＥＧ方式に用いられる量子化係数である。図６（ａ）に示す特性の量子化係数は、横方向（水平方向）及び縦方向（垂直方向）ともに、低周波域、中周波域、高周波域の順で量子化係数の値が大きくなる特性を有している。なお、上述したように、同じハッチングの濃さのエリアであっても係数の値は異なっており、図６（ａ）の場合には、同一エリア内であっても、高周波になるに従って徐々に値が大きくなる特性を有している。図６（ａ）に示すような量子化係数で量子化を行った場合、高周波成分（右下位置）ほど、量子化後の値が小さくなる、若しくは０になる確率が高い。したがって、量子化によって高周波成分の情報が削減され、画像データの圧縮率を高めることが可能である。この反面、符号化（圧縮）後の画像データの復号（伸張）時には、画像中の高周波成分が再現されないので、例えば画像中の細かな模様が再現されない等の画質劣化につながるおそれがある。
【００１６】
これに対し、本実施形態では、量子化係数を複数、例えば図６（ｂ）に示す第１の量子化係数及び図６（ｃ）に示す第２の量子化係数の２種を用いる。図６（ｂ）に示す第１の量子化係数は、例えば図６（ａ）に示すものとほぼ同じ特性を有している。したがって、量子化後には、高周波成分ほど、量子化後の値が小さくなる、若しくは０になる確率が高い。一方、図６（ｃ）に示す第２の量子化係数は、高周波域の量子化係数の値を小さくし、中周波域の量子化係数の値を大きくした特性を有している。したがって、量子化後には、中周波成分において、量子化後の値が小さくなる、若しくは０になる確率が高い。
【００１７】
量子化係数設定部４は、横方向及び縦方向の少なくとも何れか一方向に沿ったブロック毎の周波数データに対し、このような２種の特性の量子化係数を交互に設定する。例えば、横方向に沿ったブロック毎の周波数データに対して量子化係数を設定する場合を考えると、図２のブロックＡには第１の量子化係数を設定し、ブロックＡに対して横方向に隣接するブロックＢには第２の量子化係数を設定すれば良い。また、図２には示していないが、ブロックＢに対して横方向に隣接するブロックには第１の量子化係数を設定する。このようにして、各ブロックに対して量子化係数を設定して量子化を行った場合、第１の量子化係数で量子化されたブロック（例えばブロックＡ）は、低周波域及び中周波域の画質劣化（量子化による誤差）が少なく、第２の量子化係数で量子化されたブロック（例えばブロックＢ）は低周波域と高周波域の画質劣化（量子化による誤差）が少なくなる。さらに、２つのブロックの重複部については、第１の量子化係数と第２の量子化係数の両方で量子化される。この場合、後の復号時において、重複部については第１の量子化係数で量子化されたデータの復号結果と第２の量子化係数で量子化されたデータの復号結果の２つが統合（平均化）されることになるので、結果として、高周波域の画質を向上させることが可能となる。
【００１８】
量子化部３による量子化の後、並び替え部５は、量子化後のデータを並び替える。この並び替えは、量子化後の０のデータができるだけ連続するように並び替える。本実施形態の手法では、量子化係数の特性がブロック毎に変わるため、０になる確率が高い周波数位置もブロックによって変わる。したがって、量子化係数の特性に応じた並び替え順序にすることが望ましい。なお、図６（ｂ）及び図６（ｃ）で示す特性の量子化係数を用いて量子化を行った場合の並び替えの手法としては、ＪＰＥＧ方式等で一般的に用いられているジグザグスキャン方式を用いることが可能である。この場合、例えば図６（ｂ）で示す量子化係数を用いて量子化が行われたブロックについては、ジグザグスキャン後の周波数データの末尾に０が連続することになる。これに対し、図６（ｃ）で示す量子化係数を用いて量子化が行われたブロックについては、ジグザグスキャン後の周波数データの中間部分に０が連続することになる。
【００１９】
並び替え部５による並び替えの後、符号化部６は、並び替え部５によって並び替えられた周波数データに対して、ゼロランレングス符号化や、ハフマン符号化等のエントロピー符号化を施す。そして、符号化部６は、符号化後の画像データを外部に出力する。ここで、ランレングス符号化は、ある同じ値が連続するデータを、その値を示すデータとその繰り返し回数とによって表す符号化方式である。したがって、並び替え部５による並び替えにより、多くの同じ値（０データ）が連続すれば、高い圧縮率が期待できる。また、ハフマン符号化等のエントロピー符号化は、発生確率の高いデータに短い符号を割り当て、逆に発生確率の低いデータには長い符号を割り当て、全体として符号量を減らすという符号化方式である。したがって、符号化前のデータの発生確率に偏りがあればあるほど、高い圧縮率が期待できる。
【００２０】
ところで、図６（ｂ）に示した第１の量子化係数及び図６（ｃ）に示した第２の量子化係数は何れも、値の大きい量子化係数の数を、図６（ａ）に示す従来の量子化係数に比べて減らしているわけではない。したがって、第１の量子化係数による量子化と第２の量子化係数による量子化との違いは、第１の量子化係数で量子化した結果は高周波域の値が小さくなって０になる確率が高くなるのに対し、第２の量子化係数で量子化した結果は中周波域の値が小さくなって０になる確率が高くなるという点のみである。この場合、第１の量子化係数で量子化した結果は高周波域でデータの発生確率に偏り（０データの連続）が生じ、第２の量子化係数で量子化した結果は中周波域でデータの発生確率に偏り（０データの連続）が生じる。このように、これら２つの量子化係数で量子化した後の周波数データは、図６（ａ）に示す従来の量子化係数で量子化した周波数データと同等のデータの偏りが存在する。したがって、エントロピー符号化によって従来と同等の圧縮率を得ることが可能である。
【００２１】
一方、図６（ａ）に示す従来の量子化係数を単独で用いて本実施形態と同等の画質を得ようとすると、高周波域の量子化係数を小さな値にする必要が生じる。この場合、量子化後のデータの発生確率に偏りが生じず、圧縮率が上がらないということになる。
以上説明したように、本実施形態では、隣接するブロック間に重複部を有するように画像データを複数のブロックに分割してブロック毎の直交変換を行い、その後にブロック毎に異なる量子化係数を用いて量子化を行うようにしている。これにより、重複部に含まれる画素については複数の量子化の結果を反映させることが可能である。したがって、単一の量子化係数を用いて符号化を行う場合よりも、画質の劣化を抑制しつつ、圧縮率を向上することが可能である。また、本実施形態では、各ブロックのサイズをＭＣＵのサイズと一致させている。画像データを重複部を有するＭＣＵ毎のブロックに分割して直交変換を行うことで、ブロック毎に量子化係数を変化させることによる画質の不連続性を軽減することができる。さらに、本実施形態では、量子化係数の特性を横（水平）及び縦（垂直）の少なくとも何れかに沿ったブロックに対して交互に切り替えるようにしている。これにより、量子化係数の特性を切り替えるために、切り替え位置の情報を持たせる必要がない。したがって、ブロック毎に異なる量子化係数を用いての量子化を簡単な構成で実現することができる。また、横方向及び縦方向のそれぞれで量子化係数の特性の切り替えることにすれば、選択できる周波数の種類が増えてさらなる高画質化につながる。
【００２２】
ここで、上述した実施形態においては、横方向に沿ったブロック毎の周波数データに対して量子化係数を交互に設定する例を示している。これに対し、縦方向に沿ったブロック毎の周波数データに対して量子化係数を交互に設定するようにしても良いし、横方向及び縦方向のそれぞれに対して量子化係数を交互に設定するようにしても良い。なお、横方向及び縦方向のそれぞれに対して量子化係数を設定する場合には、３種類の量子化係数を使うことになる。
【００２３】
さらに、上述した例は、画像データに含まれる全てのブロックについて量子化係数を設定する例を説明している。これに対し、例えば画像データ中の画質を劣化させたくない部分のみ、量子化係数を他と別のものとするようにしても構わない。
また、第１の量子化係数と第２の量子化係数とは、それぞれ高周波域と中周波域の量子化係数を大きくするような特性としているが、これに限るものではない。例えば、第１の量子化係数については横方向についてのみ周波数の増加に伴って量子化係数の値を大きくし、第２の量子化係数については縦方向についてのみ周波数の増加に伴って量子化係数の値を大きくする等、互いを補完できる特性であれば良い。
【００２４】
また、図６（ｂ）に示した第１の量子化係数は、低周波域、中周波域、高周波域の量子化係数が低周波域、中周波域、高周波域の順で大きくなるような関係であれば、各周波数領域内で量子化係数が異なっていても第１の量子化係数と見なすことができる。同様に、図６（ｃ）に示した第２の量子化係数は、低周波域、高周波域、中周波域の順で大きくなるような関係であれば、各周波数領域内で量子化係数が異なっていても第２の量子化係数と見なすことができる。
【００２５】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００２６】
１…入力部、２…直交変換部、３…量子化部、４…量子化係数設定部、５…並び替え部、６…符号化部、１００…画像圧縮装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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