(57)【要約】【課題】画像に関するデータをビットプレーンに分割したデータに基づいて符号化する画像処理装置において、細かく調節した圧縮率の符号データを生成し得る画像処理装置を提供する。【解決手段】本発明の画像処理装置は、画像に関するデータを、ブロック単位でビットプレーンに分解したデータに基づいて符号化を行う符号化部を備える画像処理装置において、上記符号化部の前段に、圧縮率を高めようとするブロックの画像に関するデータの値を減らす量子化部を備えることを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像に関するデータを、ブロック単位でビットプレーンに分解したデータに基づいて符号化を行う符号化部を備える画像処理装置において、
上記符号化部の前段に、圧縮率を高めようとするブロックの画像に関するデータの値を減らす量子化部を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像処理装置において、
上記量子化部は、最上位から下位にかけて、データの全てが“０”のビットプレーンが増えるように、圧縮率を高めようとするブロックの画像に関するデータを減らし、
上記符号化部は、ビットプレーンの内、最上位のビットプレーンから下位のビットプレーンにかけて、データの全てが“０”のビットプレーンを符号化処理の対象外とする画像処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の画像処理装置において、
上記量子化部は、画像データを離散ウェーブレット変換して得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、高周波成分のブロックのウェーブレット係数を減らす画像処理装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の画像処理装置において、
上記量子化部は、画像データを離散ウェーブレット変換して得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、低周波成分のブロックから高周波成分のブロックへとウェーブレット係数を順に多く減らす画像処理装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の画像処理装置は、ＪＰＥＧ２０００形式の符号化処理を行う画像処理装置であって、
画像データを可逆変換フィルタを用いて離散ウェーブレット変換する離散ウェーブレット変換部を備え、
上記量子化部は、上記離散ウェーブレット変換部により得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、低周波成分のブロックから高周波成分のブロックへとウェーブレット係数を順に高い割合で割り引いて減らし、
上記符号化部は、上記量子化後のウェーブレット係数に対してＪＰＥＧ２０００形式に準拠するエントロピー符号化を行う画像処理装置。
【請求項６】
画像に関するデータを、ブロック単位でビットプレーンに分解したデータに基づいて符号化を行う符号化処理を含む画像処理方法において、
上記符号化処理の前に、圧縮率を高めようとするブロックの画像に関するデータの値を減らす量子化処理を行うことを特徴とする画像処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載の画像処理方法において、
上記量子化処理は、最上位から下位にかけて、データの全てが“０”のビットプレーンが増えるように、圧縮率を高めようとするブロックの画像に関するデータを減らし、
上記符号化処理は、ビットプレーンの内、最上位のビットプレーンから下位のビットプレーンにかけて、データの全てが“０”のビットプレーンを符号化処理の対象外とする画像処理方法。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の画像処理方法において、
上記量子化処理は、画像データを離散ウェーブレット変換して得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、高周波成分のブロックのウェーブレット係数を減らす画像処理方法。
【請求項９】
請求項６又は請求項７に記載の画像処理方法において、
上記量子化処理は、画像データを離散ウェーブレット変換して得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、低周波成分のブロックから高周波成分のブロックへとウェーブレット係数を順に多く減らす画像処理方法。
【請求項１０】
請求項６又は請求項７に記載の画像処理方法は、ＪＰＥＧ２０００形式の符号化処理を行う画像処理方法であって、
画像データを可逆変換フィルタを用いて離散ウェーブレット変換する離散ウェーブレット変換処理を行い、
上記量子化処理は、上記離散ウェーブレット変換処理により得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、低周波成分のブロックから高周波成分のブロックへとウェーブレット係数を順に高い割合で割り引いて減らし、
上記符号化処理は、上記量子化後のウェーブレット係数に対してＪＰＥＧ２０００形式に準拠するエントロピー符号化を行う画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像に関するデータをビットプレーンに分割したデータに基づいて符号化処理を行う画像処理装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、量子化後の画像に関するデータをビットプレーンに分割したデータに基づいて符号化処理を行う画像処理装置が知られている。例えば、ＪＰＥＧ２０００形式の画像処理装置がこれに相当する。図６は、ＪＰＥＧ２０００形式の画像処理装置Ｂの構成を示す図である。画像処理装置Ｂでは、まず、色変換部１において画像データをＹ（輝度）、Ｃｒ（色差）、Ｃｂ（色差）の３つの信号に変換する。離散ウェーブレット変換部２では、上記３つの信号を別々に不可逆変換フィルタ（ＪＰＥＧ２０００形式においてＩＲ９：７フィルタと呼んでいる。）を用いてレベル３の離散ウェーブレット変換を実行する。当該離散ウェーブレット変換部２において求められるウェーブレット係数は、量子化部３においてスカラー量子化される。
【０００３】
次の係数モデリング部４では、ウェーブレット係数を各サブバンド内で所定サイズのブロックに分割し、ブロック単位で、上記スカラー量子化されたデータを上位ビットから順にビットプレーンに分解する。
【０００４】
図７は、あるブロックの８ビットのウェーブレット係数を８枚のビットプレーンに分解した状態を示す図である。係数モデリング部４では、上記ビットプレーンに分解された各ウェーブレット係数を３通りの符号化パスに分けて係数符号化する。当該係数符号化では、ビットプレーン内に“０”のデータが多い程圧縮率を向上することができる。また、当該係数符号化は、全てが“０”のビットプレーンについては行わず、最初に“１”の有意データを有するビットプレーンが出てきてから実行される。このため、図示する状態では、上位２ビット分のビットプレーンに付いては係数符号化の対象外とされ、下位６ビット分のビットプレーンについてだけが係数符号化の対象となる。
【０００５】
ＭＱ符号化部５は、上記係数モデリング部４において係数符号化された画像データに対して２値算術符号化処理を行い、得られる符号データを符号形成部６に出力する。
【０００６】
符号形成部６は、上記ＭＱ符号化部５において求められる符号データの所定の箇所に、符号化に関する情報等のデータを付加してコードストリームと呼ばれる一連の符号データを形成し、これを出力する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＪＰＥＧ２０００形式の符号化処理では、圧縮率を高めるために係数モデリング部４において実行される係数符号化処理の対象となるウェーブレット係数の下位のビットプレーンのデータを破棄することが行われる。ところが、この方式では、データの値を２ｎ単位でしか変更できず、圧縮率の粗い調節しかできない。
【０００８】
本発明は、画像に関するデータをビットプレーンに分割したデータに基づいて符号化する画像処理装置、例えば、ＪＰＥＧ２０００形式の画像処理装置において、簡単な構成で、かつ、より細かく調節された圧縮率の符号データを生成し得る画像処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の画像処理装置は、画像に関するデータを、ブロック単位でビットプレーンに分解したデータに基づいて符号化を行う符号化部を備える画像処理装置において、上記符号化部の前段に、圧縮率を高めようとするブロックの画像に関するデータ値を減らす量子化部を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の画像処理装置は、上記第１の画像処理装置において、上記量子化部は、最上位から下位にかけて、データの全てが“０”のビットプレーンが増えるように、圧縮率を高めようとするブロックの画像に関するデータを減らし、上記符号化部は、ビットプレーンの内、最上位のビットプレーンから下位のビットプレーンにかけて、データの全てが“０”のビットプレーンを符号化処理の対象外とすることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の画像処理装置は、上記何れかの画像処理装置において、上記量子化部は、画像データを離散ウェーブレット変換して得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、高周波成分のブロックのウェーブレット係数を減らすことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の画像処理装置は、上記第１又は第２の画像処理装置において、上記量子化部は、画像データを離散ウェーブレット変換して得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、低周波成分のブロックから高周波成分のブロックへとウェーブレット係数を順に多く減らすことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第５の画像処理装置は、上記第１又は第２の画像処理装置は、ＪＰＥＧ２０００形式の符号化処理を行う画像処理装置であって、画像データを可逆変換フィルタを用いて離散ウェーブレット変換する離散ウェーブレット変換部を備え、上記量子化部は、上記離散ウェーブレット変換部により得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、低周波成分のブロックから高周波成分のブロックへとウェーブレット係数を順に高い割合で割り引いて減らし、上記符号化部は、上記量子化後のウェーブレット係数に対してＪＰＥＧ２０００形式に準拠するエントロピー符号化を行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１の画像処理方法は、画像に関するデータを、ブロック単位でビットプレーンに分解したデータに基づいて符号化を行う符号化処理を含む画像処理方法において、上記符号化処理の前に、圧縮率を高めようとするブロックの画像に関するデータの値を減らす量子化処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第２の画像処理方法は、上記第１の画像処理方法において、上記量子化処理は、最上位から下位にかけて、データの全てが“０”のビットプレーンが増えるように、圧縮率を高めようとするブロックの画像に関するデータを減らし、上記符号化処理は、ビットプレーンの内、最上位のビットプレーンから下位のビットプレーンにかけて、データの全てが“０”のビットプレーンを符号化処理の対象外とすることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第３の画像処理方法は、上記第１又は第２の画像処理方法であって、上記量子化処理は、画像データを離散ウェーブレット変換して得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、高周波成分のブロックのウェーブレット係数を減らすことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第４の画像処理方法は、上記第１又は第２の画像処理方法において、上記量子化処理は、画像データを離散ウェーブレット変換して得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、低周波成分のブロックから高周波成分のブロックへとウェーブレット係数を順に多く減らすことを特徴とする。
【００１８】
本発明の第５の画像処理方法は、上記第１又は第２の画像処理方法は、ＪＰＥＧ２０００形式の符号化処理を行う画像処理方法であって、画像データを可逆変換フィルタを用いて離散ウェーブレット変換する離散ウェーブレット変換処理を行い、上記量子化処理は、上記離散ウェーブレット変換処理により得られる各サブバンドのウェーブレット係数の内、低周波成分のブロックから高周波成分のブロックへとウェーブレット係数を順に高い割合で割り引いて減らし、上記符号化処理は、上記量子化後のウェーブレット係数に対してＪＰＥＧ２０００形式に準拠するエントロピー符号化を行うことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（１）全体構成
以下、添付の図面を用いて実施の形態に係る画像処理装置Ａについて説明する。図１は、ＪＰＥＧ２０００形式の画像処理装置Ａの構成を示す図である。上記従来技術の欄で説明した画像処理装置Ｂと同じ構成物には同じ参照番号を付して示す。
【００２０】
画像処理装置Ａでは、まず、色変換部１において、画像データをＹ（輝度）、Ｃｒ（色差）、Ｃｂ（色差）の３つの信号に変換する。離散ウェーブレット変換部７では、上記３つの信号を別々に可逆変換フィルタ（ＪＰＥＧ２０００形式においてＲ５：３フィルタと呼んでいる。）を用いてレベル３の離散ウェーブレット変換を実行する。
【００２１】
図２は、可逆変換フィルタ（Ｒ５：３フィルタ）を用いた離散ウェーブレット変換部７において実行するレベル３の離散ウェーブレット変換により生成されるウェーブレット係数を示す図である。ウェーブレット係数の内、３ＬＬ，３ＬＨ，３ＨＬ及び３ＨＨ等の低周波成分の各ブロックのウェーブレット係数は、再生画像の大まかな輪郭に関与し、１ＨＨ，１ＬＨ及び１ＨＬ等の高周波成分の各ブロックのウェーブレット係数は、再生画像の解像度に関与することが知られている。
【００２２】
再び図１に戻る。上記離散ウェーブレット変換部７の用いる可逆変換フィルタは、不可逆変換フィルタ（ＪＰＥＧ２０００形式においてＩＲ９：７フィルタと呼んでいる）に比べて構成が簡単で小型化できるため、画像処理装置Ａの小型化を図ることができる。しかし、可逆変換フィルタを用いた場合、圧縮率が低い。そこで、本画像処理装置Ａでは、以下に説明する量子化部８において再生画像の画質に余り影響しない高周波成分のブロックのウェーブレット係数の値を減らして圧縮率を高める。
【００２３】
後に詳しく説明するが、量子化部８では、低周波成分のブロックから高周波成分のブロックになるにつれて高い割合で、特に、２ｎ以外のより細かな割合（量子化ステップ）でウェーブレット係数の値を割り引いて減らす。当該処理により桁落ちするウェーブレット係数が生じ、ビットプレーン内に存在する“０”のデータが増え、これにより後段の係数モデリング部４において実行する係数符号化処理による圧縮率が向上する。
【００２４】
上記量子化部８において高周波成分のブロックのウェーブレット係数の値を減らすのは、高周波成分のブロックのウェーブレット係数の値が減らされても再生画像の画質に大きな影響を与えないという周知の特性を利用するものである。当該量子化部８を設けたことにより、再生画像の画質の劣化を抑えつつ、後段の係数モデリング部４で実行する係数符号化時の圧縮率を向上することができる。また、下位のビットプレーンのデータを破棄する場合に比べてより細かな圧縮率の調節を可能にする。
【００２５】
係数モデリング部４では、ウェーブレット係数を各サブバンド内で１６×１６画素マトリクスのブロックに分割し、ブロック単位で量子化されたデータを上位ビットから順にビットプレーンに分解する。係数モデリング部４では、上記ビットプレーンに分解された各画像データは、３通りの符号化パスに分けて係数符号化される。当該係数符号化では、ビットプレーン内に“０”のデータが多い程、圧縮率を向上することができる。また、当該係数符号化は、全てが“０”のビットプレーンについては行われず、最初に“１”の有意データを有するビットプレーンが出てきてから実行される。即ち、係数符号化処理においては、全てが“０”のビットプレーンが多い程、単純に圧縮率が向上することになる。
【００２６】
ＭＱ符号化部５は、上記係数符号化された画像データに対して２値算術符号化処理を行い、得られる符号データを符号形成部６に出力する。
【００２７】
符号形成部６は、上記ＭＱ符号化部５において求められる符号データの所定の箇所に、符号化に関する情報等のデータを付加してコードストリームと呼ばれる一連の符号データを形成し、これを出力する。
【００２８】
（２）量子化部の構成
図３は、量子化部８の構成を示す図である。量子化部８では、量子化部８では、低周波成分のブロック（３ＬＬ，３ＬＨ，３ＨＬ，３ＨＨ）から高周波成分のブロック（１ＬＨ，１ＨＬ，１ＨＨ）にかけて順に高い割合でウェーブレット係数の値を割り引いて減らす。量子化部８に入力されるウェーブレット係数は、カウンタ１０に入力されると共に、乗算部１４に入力される。
【００２９】
カウンタ部１０のカウント値は比較器１１及び１２に入力される。比較器１１の残りの端子には、３ＬＬ，３ＬＨ，３ＨＬ及び３ＨＨのブロックのウェーブレット係数の数、即ち画素数（１６×１６×４＝１０２４個）に対応するｒｅｆ１に設定されている。比較器１２の残りの端子には、更に、２ＬＨ，２ＨＬ及び２ＨＨのブロックのウェーブレット係数の数、即ち画素数（１０２４＋３２×３２×３＝４０９６個）に対応するｒｅｆ２に設定されている。
【００３０】
カウンタ１０のカウント値がｒｅｆ１に達した場合、比較器１１から出力される信号はＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換る。カウンタ１０のカウント値がｒｅｆ２に達した場合、比較器１２から出力される信号がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り換る。比較器１１及び１２の出力信号は、それぞれセレクタ１３に、２ビットの選択信号の下位ビット及び上位ビットの信号として入力される。セレクタ１３は、入力される２ビットの選択信号が“００”の場合、１．０の乗数を乗算器１４に出力し、“０１”の場合、０．９の乗数を乗算器１４に出力し、“１１”の場合、０．６の乗数を乗算器１４に出力する。
【００３１】
上記構成の量子化部８は、低周波領域のブロック（３ＬＬ，３ＬＨ，３ＨＬ，３ＨＨ）のウェーブレット係数は、そのまま係数モデリング部４へ出力し、中間周波領域のブロック（２ＬＨ，２ＨＬ，２ＨＨ）のウェーブレット係数は、０．９倍して係数モデリング部４へ出力し、高周波領域のブロック（１ＬＨ，１ＨＬ，１ＨＨ）のウェーブレット係数は、０．６倍して係数モデリング部４へ出力する。
【００３２】
なお、上記乗算器１４に出力する値は、係数モデリング部４における処理が、全てが“０”のビットプレーンについては係数符号化は行われず、最初に“１”の有意データを有するビットプレーンが出てきてから実行されることを考慮すれば、高周波領域のブロック（１ＬＨ，１ＨＬ，１ＨＨ）のウェーブレット係数は、最上位から下位にかけて、全てが“０”のビットプレーンを増加させるように、例えば、０．５以下の値を乗算して全てのデータの桁を１つ以上落とすようにしても良い。これにより、高周波成分のブロックについての係数符号化の効率を一層高めることができる。
【００３３】
図４は、１６×１６画素マトリクスで成る３ＬＬのブロックの量子化後のウェーブレット係数を最上位ビット（ＭＳＢ）からビットプレーンに分割する様子を示す図である。図示するように、８ビットのウェーブレット係数の場合、８枚のビットプレーンに分割される。
【００３４】
図５は、１ＬＬのブロックのあるウェーブレット係数を量子化部８において０．６倍することで桁落ちが生じることを表す図である。本例の場合、“１０１１１００１”×０．６＝“０１１１００００”となり、最上位ビットの値が“１”から“０”に成り、桁落ちが生じる。上述したように、係数モデリング部４では、上記ビットプレーンに分解された各画像データを３通りの符号化パスに分けて係数符号化するが、この際、ビットプレーン内に“０”のデータが多い程圧縮率を向上することができる。また、全てが“０”のビットプレーンについては係数符号化は行われず、最初に“１”の有意データを有するビットプレーンが出てきてから実行される。即ち、特に高周波成分のブロックのウェーブレット係数を高い割合で割り引くことで、全てが“０”のビットプレーンが多くなり、圧縮率が向上する。
【００３５】
以上に説明するように、画像処理装置Ａでは、構成が簡単で小型化を図ることのできる可逆変換フィルタを用いる離散ウェーブレット変換部７を用いながらも、量子化部８において再生画像の画質に余り影響しない高周波成分のブロックのウェーブレット係数の値を減らすことで、符号データの圧縮率を高めると共に、ウェーブレット係数の下位ビットのデータを破棄することにより圧縮率を調節する場合に比べてより細かな圧縮率の調節を可能にする。
【００３６】
なお、上記画像処理装置Ａは、デジタルスチルカメラ、デジタルコピアの記録部分、監視カメラ、デジタルビデオストレージ、デジタルカメラ（動画）に適用することが考えられる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の第１の画像処理装置及び画像処理方法では、符号化処理前の画像に関するデータの内、圧縮率を高めようとするブロックのデータの値を減らすことで、当該データの下位ビットのデータを破棄する場合に比べてより細かな圧縮率の調節が可能になる。
【００３８】
本発明の第２の画像処理装置及び画像処理方法では、上記第１の画像処理装置及び画像処理方法において、最上位から下位にかけて全てが“０”のビットプレーンを増加させるように、圧縮率を高めようとするブロックの画像に関するデータの値を減らすことで、一層の圧縮率の向上を図ることができる。
【００３９】
本発明の第３の画像処理装置及び画像処理方法は、上記何れかの画像処理装置及び画像処理方法では、圧縮率を高めるブロックとして、高周波成分のブロックのウェーブレット係数の値を減らすことで、再生画像に影響を与えることなく良好な圧縮率の符号化を行うことができる。
【００４０】
本発明の第４の画像処理装置及び画像処理方法は、上記第１又は第２の画像処理装置及び画像処理方法において、低周波成分のブロックから高周波成分のブロックにかけて順にウェーブレット係数の値を多く減らすことで、再生画像に影響を与えることなく良好な圧縮率の符号化を行うことができる。
【００４１】
本発明の第５の画像処理装置及び画像処理方法は、上記第１又は第２の画像処理装置及び画像処理方法において、可逆変換フィルタを用いた離散ウェーブレット変換部を用いるにもかかわらず、量子化部において、高周波成分のブロックのウェーブレット係数の値を減らせることで、良好な圧縮率を実現し、かつ、不可逆変換フィルタを用いるウェーブレット変換部を備えるＪＰＥＧ２００形式の画像処理装置に比べて、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るＪＰＥＧ２００形式の画像処理装置の構成を示す図である。
【図２】離散ウェーブレット変換により得られるウェーブレット係数を示す図である。
【図３】量子化部の構成を示す図である。
【図４】あるブロックのウェーブレット係数のビットプレーンへの変換を示す図である。
【図５】ウェーブレット係数を割り引くことで生じる桁落ちを示す図である。
【図６】従来のＪＰＥＧ２０００形式の画像処理装置の構成を示す図である。
【図７】あるブロックのウェーブレット係数のビットプレーンへの変換を示す図である。
【符号の説明】
１　色変換部、２　不可逆変換フィルタを用いる離散ウェーブレット変換部、３　量子化部、４　係数モデリング部、５　ＭＱ符号化器、６　符号形成部、７　可逆変換フィルタを用いる離散ウェーブレット変換部、８量子化部、Ｃ　符号化部。
【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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【図７】
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