(57)【要約】【課題】  ＪＰＥＧ２０００規格に従って入力画像を符号化する際に、要求される画質に応じた量子化処理を行う。【解決手段】  画像符号化装置１０において、通常の画質が要求される場合に選択される第１の量子化部１３ａは、ウェーブレット変換係数Ｄ１２を量子化ステップサイズΔｂで除算した後に小数部を切り捨てることで量子化を行う。一方、高画質が要求される場合に選択される第２の量子化部１３ｂは、ウェーブレット変換係数Ｄ１２を量子化ステップサイズΔｂで除算して０．５を加算した後に小数部を切り捨てることで量子化を行うため、第１の量子化部１３ａよりも０値に量子化する量子化区間であるデッドゾーンの幅が狭くなり、高画質化を実現することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像に対して階層的にフィルタリング処理を施して複数のサブバンドを生成するフィルタリング手段と、
上記フィルタリング処理後の各サブバンドの各係数を量子化する量子化手段と、
上記サブバンドを分割し、所定の大きさの符号ブロックを生成する符号ブロック生成手段と、
上記符号ブロック毎に最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンを生成するビットプレーン生成手段と、
上記ビットプレーン毎に生成された符号化パスを算術符号化する符号化手段と、
上記符号化手段によって生成された算術符号にヘッダを付加してフォーマット化し、符号化コードストリームを生成するフォーマット手段とを備え、
上記量子化手段は、要求される画質に応じて、０値に量子化する量子化区間であるデッドゾーンの幅を変更し、
上記フォーマット手段は、上記量子化に対応した逆量子化を行う際に用いられる所定のパラメータを上記ヘッダに含める
ことを特徴とする画像符号化装置。
【請求項２】
上記量子化手段は、上記デッドゾーンの幅が相対的に広い第１の量子化処理と上記デッドゾーンの幅が相対的に狭い第２の量子化処理とを上記要求される画質に応じて変更可能であり、
上記第１の量子化処理は、各サブバンドの各係数を当該サブバンドに割り当てられた量子化ステップサイズで除算した後、小数部を切り捨てるものであり、
上記第２の量子化処理は、各サブバンドの各係数を当該サブバンドに割り当てられた量子化ステップサイズで除算して０．５を加算した後、小数部を切り捨てるものである
ことを特徴とする請求項１記載の画像符号化装置。
【請求項３】
上記符号化手段によって生成された算術符号に基づいて、所定の目標符号量になるように一部のビットプレーン又は符号化パスを切り捨てる符号量制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の画像符号化装置。
【請求項４】
上記符号量制御手段は、上記量子化手段において上記第１の量子化処理が行われた場合にのみ、符号量制御を行うことを特徴とする請求項３記載の画像符号化装置。
【請求項５】
上記量子化手段において上記第２の量子化処理が行われた場合に上記符号化コードストリームの符号量を計算する符号量計算手段と、
上記符号量計算手段によって計算された符号量と上記目標符号量との差が閾値以上である場合に上記第２の量子化処理における量子化ステップサイズを変更する量子化ステップサイズ変更手段とをさらに備え、
上記量子化手段は、変更された量子化ステップサイズで各サブバンドの各係数を再度量子化する
ことを特徴とする請求項３記載の画像符号化装置。
【請求項６】
ＪＰＥＧ２０００方式に従って上記入力画像を符号化するものであって、
上記フォーマット手段は、上記所定のパラメータを、ＱＣＤマーカセグメントのＳｑｃｄパラメータ及び／又はＱＣＣマーカセグメントのＳｑｃｃパラメータに記述することを特徴とする請求項１記載の画像符号化装置。
【請求項７】
入力画像に対して階層的にフィルタリング処理を施して複数のサブバンドを生成するフィルタリング工程と、
上記フィルタリング処理後の各サブバンドの各係数を量子化する量子化工程と、
上記サブバンドを分割し、所定の大きさの符号ブロックを生成する符号ブロック生成工程と、
上記符号ブロック毎に最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンを生成するビットプレーン生成工程と、
上記ビットプレーン毎に生成された符号化パスを算術符号化する符号化工程と、
上記符号化工程にて生成された算術符号にヘッダを付加してフォーマット化し、符号化コードストリームを生成するフォーマット工程とを有し、
上記量子化工程では、要求される画質に応じて、０値に量子化する量子化区間であるデッドゾーンの幅を変更し、
上記フォーマット工程では、上記量子化に対応した逆量子化を行う際に用いられる所定のパラメータを上記ヘッダに含める
ことを特徴とする画像符号化方法。
【請求項８】
入力画像に対して階層的にフィルタリング処理を施して複数のサブバンドを生成し、要求される画質に応じて０値に量子化する量子化区間であるデッドゾーンの幅を変更して各サブバンドの各係数を量子化し、量子化後の各サブバンドを分割して所定の大きさの符号ブロックを生成し、この符号ブロック毎に最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンを生成し、ビットプレーン毎に生成された符号化パスを算術符号化し、生成された算術符号に量子化に対応した逆量子化を行う際に用いられる所定のパラメータを含むヘッダを付加してフォーマット化することで生成された符号化コードストリームを復号し、上記入力画像を復元する画像復号装置であって、
上記符号化コードストリームを少なくとも上記算術符号及び上記所定のパラメータに分解する逆フォーマット手段と、
上記算術符号を復号する復号手段と、
上記ビットプレーン毎に符号化パスを復号して上記最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンに復元する符号化パス復号手段と、
上記最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンに基づいて上記符号ブロックを復元する符号ブロック復元手段と、
上記符号ブロックを集めて上記サブバンドを生成するサブバンド生成手段と、
上記所定のパラメータを用いて上記サブバンド毎の量子化係数を逆量子化する逆量子化手段と、
上記サブバンドに対して階層的にフィルタリング処理を施して上記入力画像を復元するフィルタリング手段と
を備えることを特徴とする画像復号装置。
【請求項９】
上記逆量子化手段は、上記サブバンド毎の量子化係数に上記所定のパラメータを加算し、当該加算結果に量子化ステップサイズを乗算することで、上記サブバンド毎の量子化係数を逆量子化することを特徴とする請求項８記載の画像復号装置。
【請求項１０】
上記量子化は、上記デッドゾーンの幅が相対的に広い第１の量子化処理と上記デッドゾーンの幅が相対的に狭い第２の量子化処理とを上記要求される画質に応じて変更可能とされており、
上記第１の量子化処理は、各サブバンドの各係数を当該サブバンドに割り当てられた量子化ステップサイズで除算した後、小数部を切り捨てるものであり、
上記第２の量子化処理は、各サブバンドの各係数を当該サブバンドに割り当てられた量子化ステップサイズで除算して０．５を加算した後、小数部を切り捨てるものであり、
上記逆量子化手段は、上記第１の量子化処理が行われた場合に上記所定のパラメータとしてｒ（０≦ｒ＜１）を加算し、上記第２の量子化処理が行われた場合に上記所定のパラメータとして０を加算する
ことを特徴とする請求項９記載の画像復号装置。
【請求項１１】
上記逆量子化手段は、上記第１の量子化処理が行われた場合に上記所定のパラメータとして０．５を加算することを特徴とする請求項１０記載の画像復号装置。
【請求項１２】
ＪＰＥＧ２０００方式に従って上記符号化コードストリームを復号するものであって、
上記所定のパラメータは、ＱＣＤマーカセグメントのＳｑｃｄパラメータ及び／又はＱＣＣマーカセグメントのＳｑｃｃパラメータに記述されていることを特徴とする請求項８記載の画像復号装置。
【請求項１３】
入力画像に対して階層的にフィルタリング処理を施して複数のサブバンドを生成し、要求される画質に応じて０値に量子化する量子化区間であるデッドゾーンの幅を変更して各サブバンドの各係数を量子化し、量子化後の各サブバンドを分割して所定の大きさの符号ブロックを生成し、この符号ブロック毎に最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンを生成し、ビットプレーン毎に生成された符号化パスを算術符号化し、生成された算術符号に量子化に対応した逆量子化を行う際に用いられる所定のパラメータを含むヘッダを付加してフォーマット化することで生成された符号化コードストリームを復号し、上記入力画像を復元する画像復号方法であって、
上記符号化コードストリームを少なくとも上記算術符号及び上記所定のパラメータに分解する逆フォーマット工程と、
上記算術符号を復号する復号工程と、
上記ビットプレーン毎に符号化パスを復号して上記最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンに復元する符号化パス復号工程と、
上記最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンに基づいて上記符号ブロックを復元する符号ブロック復元工程と、
上記符号ブロックを集めて上記サブバンドを生成するサブバンド生成工程と、
上記所定のパラメータを用いて上記サブバンド毎の量子化係数を逆量子化する逆量子化工程と、
上記サブバンドに対して階層的にフィルタリング処理を施して上記入力画像を復元するフィルタリング工程と
を有することを特徴とする画像復号方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＪＰＥＧ２０００方式のように、ウェーブレット変換と量子化及びエントロピー符号化とにより入力画像を圧縮符号化して符号化コードストリームを生成する画像符号化装置及びその方法、並びに生成された符号化コードストリームを復号して入力画像を復元する画像復号装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の代表的な画像圧縮方式として、ＩＳＯ（International Standards Organization）によって標準化されたＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）方式がある。これは、離散コサイン変換（Descrete Cosine Transform；ＤＣＴ）を用い、比較的高いビットが割り当てられる場合には、良好な符号化画像及び復号画像を供することが知られている。しかし、ある程度以上に符号化ビット数を少なくすると、ＤＣＴ特有のブロック歪みが顕著になり、主観的に劣化が目立つようになる。
【０００３】
一方、近年では画像をフィルタバンクと呼ばれるハイパス・フィルタとローパス・フィルタとを組み合わせたフィルタによって複数の帯域に分割し、各帯域毎に符号化を行う方式の研究が盛んになっている。その中でも、ウェーブレット変換符号化は、ＤＣＴのように高圧縮でブロック歪みが顕著になるという欠点がないことから、ＤＣＴに代わる新たな技術として有力視されている。
【０００４】
２００１年１月に国際標準化が完了したＪＰＥＧ２０００方式は、このウェーブレット変換と、量子化及び高能率なエントロピー符号化（ビットプレーン単位のビットモデリングと算術符号化）とを組み合わせた方式を採用しており、ＪＰＥＧ方式に比べて符号化効率の大きな改善を実現している（特許文献１参照）。これらの国際規格ではデコーダ側の規格のみが定められており、エンコーダ側は自由に設計することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＪＰＥＧ２０００方式における量子化手段は、高い圧縮率を得ることに主眼が置かれており、低圧縮率でも高画質を必要とする場合には、必ずしも優れた性能を発揮することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、要求される画質に応じた量子化処理を行うことが可能な画像符号化装置及びその方法、並びに生成された符号化コードストリームを復号して入力画像を復元する画像復号装置及びその方法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】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明に係る画像符号化装置は、入力画像に対して階層的にフィルタリング処理を施して複数のサブバンドを生成するフィルタリング手段と、上記フィルタリング処理後の各サブバンドの各係数を量子化する量子化手段と、上記サブバンドを分割し、所定の大きさの符号ブロックを生成する符号ブロック生成手段と、上記符号ブロック毎に最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンを生成するビットプレーン生成手段と、上記ビットプレーン毎に生成された符号化パスを算術符号化する符号化手段と、上記符号化手段によって生成された算術符号にヘッダを付加してフォーマット化し、符号化コードストリームを生成するフォーマット手段とを備え、上記量子化手段は、要求される画質に応じて、０値に量子化する量子化区間であるデッドゾーンの幅を変更し、上記フォーマット手段は、上記量子化に対応した逆量子化を行う際に用いられる所定のパラメータを上記ヘッダに含めるものである。
【０００９】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る画像符号化方法は、入力画像に対して階層的にフィルタリング処理を施して複数のサブバンドを生成するフィルタリング工程と、上記フィルタリング処理後の各サブバンドの各係数を量子化する量子化工程と、上記サブバンドを分割し、所定の大きさの符号ブロックを生成する符号ブロック生成工程と、上記符号ブロック毎に最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンを生成するビットプレーン生成工程と、上記ビットプレーン毎に生成された符号化パスを算術符号化する符号化工程と、上記符号化工程にて生成された算術符号にヘッダを付加してフォーマット化し、符号化コードストリームを生成するフォーマット工程とを有し、上記量子化工程では、要求される画質に応じて、０値に量子化する量子化区間であるデッドゾーンの幅を変更し、上記フォーマット工程では、上記量子化に対応した逆量子化を行う際に用いられる所定のパラメータを上記ヘッダに含めるものである。
【００１０】
このような画像符号化装置及びその方法では、フィルタリング処理後の各サブバンドの各係数を量子化する際に、要求される画質に応じてデッドゾーンの幅を変更する。また、この量子化に対応した逆量子化を行う際に用いられる所定のパラメータを符号化コードストリームのヘッダに含める。
【００１１】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る画像復号装置は、上述した画像符号化処理によって生成された符号化コードストリームを復号して入力画像を復元するものであって、上記符号化コードストリームを少なくとも上記算術符号及び上記所定のパラメータに分解する逆フォーマット手段と、上記算術符号を復号する復号手段と、上記ビットプレーン毎に符号化パスを復号して上記最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンに復元する符号化パス復号手段と、上記最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンに基づいて上記符号ブロックを復元する符号ブロック復元手段と、上記符号ブロックを集めて上記サブバンドを生成するサブバンド生成手段と、上記所定のパラメータを用いて上記サブバンド毎の量子化係数を逆量子化する逆量子化手段と、上記サブバンドに対して階層的にフィルタリング処理を施して上記入力画像を復元するフィルタリング手段とを備えるものである。
【００１２】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る画像復号方法は、上述した画像符号化処理によって生成された符号化コードストリームを復号して入力画像を復元するものであって、上記符号化コードストリームを少なくとも上記算術符号及び上記所定のパラメータに分解する逆フォーマット工程と、上記算術符号を復号する復号工程と、上記ビットプレーン毎に符号化パスを復号して上記最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンに復元する符号化パス復号工程と、上記最上位ビットから最下位ビットに至るビットプレーンに基づいて上記符号ブロックを復元する符号ブロック復元工程と、上記符号ブロックを集めて上記サブバンドを生成するサブバンド生成工程と、上記所定のパラメータを用いて上記サブバンド毎の量子化係数を逆量子化する逆量子化工程と、上記サブバンドに対して階層的にフィルタリング処理を施して上記入力画像を復元するフィルタリング工程とを有するものである。
【００１３】
このような画像復号装置及びその方法では、符号化コードストリームに含まれている所定のパラメータを用いてサブバンド毎の量子化係数を逆量子化する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る画像符号化装置及びその方法、並びに画像復号装置及びその方法によれば、フィルタリング処理後の各サブバンドの各係数を量子化する際に、要求される画質に応じてデッドゾーンの幅を変更し、さらに、この量子化に対応した逆量子化を行う際に用いられる所定のパラメータを符号化コードストリームに含めるようにすることで、復号画像の画質を変更することができる。特に、高画質が要求される場合にはデッドゾーンの幅を狭くすることで、量子化に伴うディテイルの欠如を解消し、主観画質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、ＪＰＥＧ２０００方式により入力画像を圧縮符号化して符号化コードストリームを生成する画像符号化装置及びその方法、並びに生成された符号化コードストリームを復号して入力画像を復元する画像復号装置及びその方法に適用したものである。
【００１６】
（１）画像符号化装置の構成及び動作
先ず、本実施の形態における画像符号化装置の概略構成を図１に示す。図１に示すように、画像符号化装置１０は、ＤＣレベルシフト部１１と、ウェーブレット変換部１２と、量子化部１３と、符号ブロック化部１４と、ビットモデリング部１６と、算術符号化部１７と、レート制御部１８と、フォーマット部１９とから構成されている。ここで、量子化部１３は、通常の画質が要求される場合に選択される第１の量子化部１３ａと高画質が要求される場合に選択される第２の量子化部１３ｂとを有する。また、ビットモデリング部１６と算術符号化部１７とにより、ＥＢＣＯＴ（Embedded Coding with Optimized Truncation）部１５が構成される。
【００１７】
ＤＣレベルシフト部１１は、後段のウェーブレット変換部１２におけるウェーブレット変換を効率的に行い圧縮率を向上させるために、原信号のレベルシフトを行う。原理的には、ＲＧＢ信号は、正の値（符号なしの整数値）を持つため、原信号のダイナミックレンジを半分にするレベルシフトを行うことで、圧縮効率を向上させることができる。これに対して、ＹＣｂＣｒ信号におけるＣｂやＣｒといった色差信号は、正負両方の整数値を持つため、レベルシフトは行われない。
【００１８】
ウェーブレット変換部１２は、通常、低域フィルタと高域フィルタとから構成されるフィルタバンクによって実現される。なお、デジタルフィルタは、通常複数タップ長のインパルス応答（フィルタ係数）を持っているため、フィルタリングが行えるだけの入力画像を予めバッファリングしておく必要があるが、簡単のため、図１では図示を省略する。
【００１９】
ＤＣレベルシフト部１１は、フィルタリングに必要な最低限の画像信号Ｄ１０を入力し、上述のようにレベルシフトを行う。そして、ウェーブレット変換部１２は、ＤＣレベルシフト後の画像信号Ｄ１１に対してウェーブレット変換を行うフィルタリング処理を行い、ウェーブレット変換係数Ｄ１２を生成し、生成したウェーブレット変換係数Ｄ１２を量子化部１３に供給する。
【００２０】
このウェーブレット変換では、通常図２に示すように低域成分が繰り返し変換されるが、これは画像のエネルギの多くが低域成分に集中しているためである。このことは、図３（Ａ）に示す分割レベル＝１から図３（Ｂ）に示す分割レベル＝３のように、分割レベルを進めていくに従って、同図のようにサブバンドが形成されていくことからも分かる。ここで、図２におけるウェーブレット変換の分割レベルは３であり、この結果計１０個のサブバンドが形成されている。ここで、図２においてＬ，Ｈはそれぞれ低域，高域を表し、Ｌ，Ｈの後の数字は分割レベルを表す。すなわち、例えばＬＨ−１は、水平方向が低域で垂直方向が高域である分割レベル＝１のサブバンドを表す。
【００２１】
量子化部１３は、ウェーブレット変換部１２から供給されたウェーブレット変換係数Ｄ１２に対して非可逆圧縮を施し、量子化係数Ｄ１３を符号ブロック化部１４に供給する。量子化手段としては、ウェーブレット変換係数Ｄ１２を量子化ステップサイズで除算するスカラ量子化を用いることができる。
【００２２】
ここで、ＪＰＥＧ２０００方式の規格上、上述の非可逆圧縮を行う場合で、非可逆の９×７ウェーブレット変換フィルタを用いる場合には、自動的にスカラ量子化を併用することが決められている。一方、可逆の５×３ウェーブレット変換フィルタを用いる場合には、量子化が行われず、後述するレート制御部１８において符号量制御が行われる。したがって、図１の量子化部１３が動作するのは、実際には非可逆の９×７ウェーブレット変換フィルタを用いた場合であるが、可逆の５×３ウェーブレット変換フィルタを用いる場合にも量子化ステップサイズが１であるようなスカラ量子化が行われているものと解釈して説明を進める。なお、本実施の形態における量子化ステップサイズは、スカラ量子化の量子化ステップサイズと後述するビットプレーン又は符号化パスの切り捨て数との両方から定義される。
【００２３】
なお、上述したように、量子化部１３は、通常の画質が要求される場合に選択される第１の量子化部１３ａと高画質が要求される場合に選択される第２の量子化部１３ｂとを有し、それぞれに応じた量子化処理を行うが、この第１及び第２の量子化部１３ａ，１３ｂの動作についての詳細は後述する。
【００２４】
符号ブロック化部１４は、量子化部１３から供給された量子化係数Ｄ１３を、エントロピー符号化の処理単位である所定の大きさの符号ブロックに分割する。ここで、サブバンド中の符号ブロックの位置関係を図４に示す。通常、例えば６４×６４程度のサイズの符号ブロックが、分割後の全てのサブバンド中に生成される。したがって、サブバンドの大きさが６４０×３２０であった場合には、６４×６４の符号ブロックは、水平方向に１０個、垂直方向に５個、合計５０個存在することになる。符号ブロック化部１４は、符号ブロック毎の量子化係数Ｄ１４をＥＢＣＯＴ部１５に供給し、後段の符号化処理は、これらの符号ブロック毎に行われる。
【００２５】
ＥＢＣＯＴ部１５は、符号ブロック毎の量子化係数Ｄ１４をビットプレーンに展開し、ビットプレーン単位にビットモデリング及び算術符号化を行う。なお、このＥＢＣＯＴについては、例えば文献「IS0/IEC 15444-1, Information technology-JPEG 2000, Part 1:Core coding system」等に詳細に記載されている。
【００２６】
ＥＢＣＯＴについての説明の前に、ビットプレーンの概念について図５を用いて説明する。図５（Ａ）は、縦４個、横４個の計１６個の係数からなる量子化係数を仮定したものである。この１６個の量子化係数のうち絶対値が最大のものは「１３」であり、２進数表示では「１１０１」となる。したがって、係数の絶対値のビットプレーンは、図５（Ｂ）に示すような４つのビットプレーンから構成される。なお、各ビットプレーンにおける係数ビットは、全て「０」又は「１」の数をとる。一方、量子化係数の符号は、「−６」が唯一負の値であり、それ以外は「０」又は正の値である。したがって、符号のビットプレーンは、図５（Ｃ）に示すようになる。
【００２７】
ここで、ＥＢＣＯＴは、所定の大きさのブロック毎にそのブロック内の係数ビットの統計量を測定しながら符号化する手段であり、符号ブロック単位に量子化係数をエントロピー符号化する。符号ブロックは、最上位ビット（MSB）から最下位ビット（LSB）方向にビットプレーン毎に独立して符号化される。また、符号ブロックの縦横のサイズは、４から２５６までの２の冪乗で、通常は３２×３２、６４×６４、１２８×３２等の大きさが使用される。量子化係数は、ｎビットの符号付き２進数で表されており、ｂｉｔ０からｂｉｔ(ｎ−２)が最下位ビット（LSB）から最上位ビット（MSB）までのそれぞれのビットを表す。なお、残りの１ビットは符号である。符号ブロックの符号化は、最上位ビット（MSB）側のビットプレーンから順番に、以下の（ａ）〜（ｃ）に示す３種類の符号化パスによって行われる。
(a) Significance Propagation Pass
(b) Magnitude Refinement Pass
(c) Clean Up Pass
【００２８】
３つの符号化パスの用いられる順序を図６に示す。図６に示すように、先ずビットプレーン（ｎ−２）（MSB）がClean Up Pass（以下、適宜ＣＵパスという。）によって符号化される。続いて、順次最下位ビット（LSB）側に向かい、各ビットプレーンが、Significance Propagation Pass（以下、適宜ＳＰパスという。）、Magnitude Refinement Pass（以下、適宜ＭＲパスという。）、ＣＵパスの順序で用いられて符号化される。
【００２９】
但し、実際には最上位ビット（MSB）側から何個目のビットプレーンで初めて「１」が出てくるかをヘッダに書き、ゼロ係数のみから構成されるビットプレーン（ゼロビットプレーン）は符号化しない。ＥＢＣＯＴでは、この順序で３種類の符号化パスを繰返し用いて符号化する。
【００３０】
ここで、係数ビットの走査（スキャニング）について図７を用いて説明する。符号ブロックは、高さ４個の係数ビット毎にストライプ（stripe）に分けられる。ストライプの幅は、符号ブロックの幅に等しい。スキャン順とは１個の符号ブロック内の全ての係数ビットを辿る順番であり、符号ブロック中では上のストライプから下のストライプへの順序、各ストライプ中では左の列から右の列への順序、各列中では上から下への順序でスキャニングされる。なお、各符号化パスにおいて符号ブロック中の全ての係数ビットがこのスキャン順で処理される。
【００３１】
以下、上述した３つの符号化パスについて説明する。なお、この３つの符号化パスについては、何れも上述した文献「IS0/IEC 15444-1, Information technology-JPEG 2000, Part 1:Core coding system」に記載されている。
【００３２】
(a) Significance Propagation Pass
あるビットプレーンを符号化するＳＰパスでは、８近傍の少なくとも１つの係数ビットが有意（significant）であるような非有意（non-significant）な係数ビットが算術符号化される。その符号化した係数ビットの値が「１」である場合には、符号の正負が続けて算術符号化される。
【００３３】
ここで「significance」とは、各係数ビットに対して符号化器が持つ状態である。「significance」の初期値は非有意を表す「０」であり、係数ビットとして「１」が符号化されたときに有意を表す「１」へと変化し、以降常に「１」であり続ける。したがって「significance」とは、有効桁の情報を既に符号化したか否かを示すフラグともいえる。あるビットプレーンでＳＰパスが発生すれば、以降のビットプレーンではＳＰパスは発生しない。
【００３４】
(b) Magnitude Refinement Pass
ビットプレーンを符号化するＭＲパスでは、ビットプレーンを符号化するＳＰパスで符号化していない有意な係数ビットが算術符号化される。
【００３５】
(c) Clean Up Pass
ビットプレーンを符号化するＣＵパスでは、ビットプレーンを符号化するＳＰパスで符号化していない非有意な係数ビットが算術符号化される。その符号化した係数ビットの値が「１」である場合には、符号の正負が続けて算術符号化される。
【００３６】
なお、以上の３つの符号化パスでの算術符号化では、ケースに応じてＺＣ（Zero Coding）、ＲＬＣ（Run-Length Coding）、ＳＣ（Sign Coding）、ＭＲ（Magnitude Refinement）が使い分けられて係数のコンテキストが選択される。そして、ＭＱ符号化と呼ばれる算術符号によって、係数ビットのシンボルと選択されたコンテキストとが符号化される。このＭＱ符号化は、ＪＢＩＧ２で規定された学習型の２値算術符号である。ＭＱ符号化については、例えば、文献「ISO/IEC FDIS 14492, “Lossy/Lossless Coding of Bi-level Images”, March 2000」等に記載されている。ＪＰＥＧ２０００規格では、全ての符号化パスで合計１９種類のコンテキストがある。
【００３７】
以上のようにして、ビットモデリング部１６は、符号ブロック毎の量子化係数Ｄ１４をビットプレーンに展開し、ビットプレーン毎の係数ビットを３つの符号化パスで処理し、係数ビット毎のシンボル及びコンテキストＤ１５を生成する。そして、算術符号化部１７は、この係数ビット毎のシンボル及びコンテキストＤ１５に対して算術符号化を施し、得られた算術符号Ｄ１６をレート制御部１８に供給する。
【００３８】
レート制御部１８は、全体の符号量が目標符号量となり、且つ復号したときの画質が最適となるように最下位ビット（LSB）側からビットプレーン若しくは符号化パスを切り捨て、又は最上位ビット（MSB）側からビットプレーン若しくは符号化パスを選択し、結果的に不要なビットプレーン若しくは符号化パスを切り捨てることでレート制御を行い、レート制御後の算術符号列Ｄ１７をフォーマット部１９に供給する。
【００３９】
なお、このようなレート制御が行われるのは、量子化部１３において第１の量子化部１３ａが選択された場合のみである。つまり、量子化部１３において第２の量子化部１３ｂが選択された場合にはレート制御部１９は迂回され、算術符号Ｄ１６が直接にフォーマット部１９に供給されるが、この点については後述する。
【００４０】
フォーマット部１９は、レート制御部１８から供給された算術符号列Ｄ１７又は算術符号化部１７から供給された算術符号Ｄ１６に各種ヘッダを付加し、ＪＰＥＧ２０００規格に準拠するようにフォーマット化した後、符号化ストリームＤ１８として出力する。
【００４１】
このように、本実施の形態における画像符号化装置１０は、ウェーブレット変換や、量子化、エントロピー符号化を用いることで、入力画像を高効率に圧縮符号化し、符号化コードストリームとして出力することができる。
【００４２】
（２）画像符号化装置における適用部分
ところで、上述したように、量子化部１３は、通常の画質が要求される場合に選択される第１の量子化部１３ａと高画質が要求される場合に選択される第２の量子化部１３ｂとを有する。
【００４３】
第１の量子化部１３ａは、ウェーブレット変換部１２から供給されたウェーブレット変換係数Ｄ１２に対して、量子化ステップサイズΔに応じた量子化を行う。
【００４４】
ここで、量子化ステップサイズΔは、ＪＰＥＧ２０００規格の規格書のＥ．３式として、以下の式（１）のように与えられている。なお、この式（１）において、Δｂはサブバンドｂに割り当てられる量子化ステップサイズを示し、Ｒｂはサブバンドｂに割り当てられるダイナミックレンジを示す。また、εｂはサブバンドｂに割り当てられる量子化の指数（exponent）を示し、μｂはサブバンドｂに割り当てられる量子化の仮数（mantissa）を示す。
【００４５】
【数１】
2005236895.tif 000003
【００４６】
第１の量子化部１３ａは、上述の式（１）で求まった量子化ステップサイズΔｂを用いて、以下の式（２）に従って量子化係数ｑｂ（ｕ，ｖ）を算出する。なお、式（２）において、ｄｗｔｂ（ｕ，ｖ）は座標（ｕ，ｖ）の位置におけるウェーブレット変換係数を示す。また、sign（ｘ）はｘが正の場合にはｘ、負の場合には−ｘを示す。また、floor（ｘ）はｘの整数値への切り捨て処理を示し、例えばfloor（２．５）＝２である。
【００４７】
【数２】
2005236895.tif 000004
【００４８】
横軸をウェーブレット変換係数、縦軸を量子化係数として、第１の量子化部１３ａにおける量子化特性を図８に示す。図８から分かるように、ウェーブレット変換係数ｄｗｔｂ（ｕ，ｖ）が−Δから＋Δまでの範囲では、量子化係数ｑｂ（ｕ，ｖ）が０となっている。このように、量子化係数ｑｂ（ｕ，ｖ）が０となる量子化区間は、デッドゾーンと呼ばれる。ＪＰＥＧ２０００規格では、主に圧縮率を向上させるために、このようなデッドゾーンが設けられている。つまり、主に高圧縮時には量子化ステップサイズΔが大きくなるため、ウェーブレット変換係数ｄｗｔｂ（ｕ，ｖ）が図８のデッドゾーンに入る可能性が大きくなる。これにより量子化係数ｑｂ（ｕ，ｖ）が０になる割合が大きくなり、後段のエントロピー符号化での圧縮効率を向上させることができる。
【００４９】
このようにして第１の量子化部１３ａで量子化係数Ｄ１３が得られた後、符号ブロック化部１４、ビットモデリング部１６、及び算術符号化部１７において上述したような処理が施され、算術符号Ｄ１６が得られる。
【００５０】
その後、レート制御部１８は、上述したように、全体の符号量が目標符号量となり、且つ復号したときの画質が最適となるように最下位ビット（LSB）側からビットプレーン若しくは符号化パスを切り捨て、又は最上位ビット（MSB）側からビットプレーン若しくは符号化パスを選択し、結果的に不要なビットプレーン又は符号化パスを切り捨てることでレート制御を行う。ここで、レート制御部１８においてｎ個のビットプレーンを切り捨てることは、量子化係数を２のｎ乗で除算することと等価である。したがって、ある符号ブロックにおいてＴＢｃ個のビットプレーンが切り捨てられたとすると、レート制御の結果としての量子化ステップサイズΔｃは、以下の式（３）に示すようになる。
【００５１】
【数３】
2005236895.tif 000005
【００５２】
これにより、レート制御の結果としての量子化係数ｑｂ（ｕ，ｖ）は、以下の式（４）で得られることになる。
【００５３】
【数４】
2005236895.tif 000006
【００５４】
一方、第２の量子化部１３ｂは、上述の式（１）で求まった量子化ステップサイズΔｂを用いて、以下の式（５）に従って量子化係数ｑｂ（ｕ，ｖ）を算出する。
【００５５】
【数５】
2005236895.tif 000007
【００５６】
この式（５）に示すように、第２の量子化部１３ｂにおける量子化では、ウェーブレット変換係数ｄｗｔｂ（ｕ，ｖ）の絶対値を量子化ステップサイズΔｂで除算した後、０．５を加えている。この式で実現される量子化では丸め処理が施されるため、その量子化特性は図９に示すようになる。
【００５７】
図８と図９とを比較して分かるように、図９に示す第２の量子化部１３ｂにおける量子化では、図８に示す第１の量子化部１３ａにおける量子化と比較して、デッドゾーンの幅が狭くなっている。この結果、量子化係数ｑｂ（ｕ，ｖ）が０になる割合が小さくなり、高画質化を実現することができる。
【００５８】
このようにして第２の量子化部１３ｂで量子化係数Ｄ１３が得られた後、符号ブロック化部１４、ビットモデリング部１６、及び算術符号化部１７において上述したような処理が施され、算術符号Ｄ１６が得られる。
【００５９】
ここで、レート制御部１８でレート制御を行い、例えば最下位ビット（LSB）側のｎ個のビットプレーンを切り捨てた場合、量子化係数を２のｎ乗で除算することと等価な処理を行ったことになる。これは、図８に示したようなデッドゾーンの幅が広い量子化を行ったことに相当する。そこで、本実施の形態では、第２の量子化部１３ｂで量子化を行った場合、高画質を維持するために、レート制御部１８を迂回するものとする。このとき、全体の符号量が目標符号量に合わない可能性があるが、適切な量子化ステップサイズΔｂで量子化を行うことで、目標符号量に略々合わせることが可能である。
【００６０】
そして、フォーマット部１９は、レート制御部１８から供給された算術符号列Ｄ１７又は算術符号化部１７から供給された算術符号Ｄ１６に各種ヘッダを付加し、符号化ストリームＤ１８を生成するが、この際、フォーマット部１９は、上述した量子化ステップサイズ（Δｂ又はΔｃ）をヘッダに含める。
【００６１】
また、フォーマット部１９は、逆量子化の際に用いられるパラメータｒ（０≦ｒ＜１）を決定するための所定のパラメータをヘッダに含める。ここで、ＪＰＥＧ２０００規格では、ヘッダ内に用途に応じたマーカセグメントが複数種類用意されており、量子化に関してはＱＣＤマーカセグメント及びＱＣＣマーカセグメントが用意されている。ＱＣＤマーカセグメント及びＱＣＣマーカセグメントの中に存在するＳｑｃｄパラメータ及びＳｑｃｃパラメータに関する表を図１０に示す。なお、この表は、ＪＰＥＧ２０００規格の規格書においてＴａｂｌｅ  Ａ−２８として与えられている。図１０に示すように、未定義のものは将来のために確保されている。そこで、フォーマット部１９は、図１１に示すように、空き３ビットを用いて所定のパラメータとして０から７までの値を記述することにより、パラメータｒの値として、例えば０，１／８，２／８，・・・，７／８の８通りの値を表現する。なお、第２の量子化部１３ｂで量子化を行った場合には、パラメータｒを０とするために所定のパラメータの値として０のみを用いるが、この点については後述する。
【００６２】
以上のように、本実施の形態における量子化部１３では、デッドゾーンの広さを変更し、逆量子化に用いられる所定のパラメータを符号化コードストリームＤ１８に含めるようにすることで、復号画像の画質を変更することができる。特に、高画質が要求される場合にはデッドゾーンの幅を狭くすることで、量子化に伴うディテイルの欠如を解消し、主観画質を向上させることができる。
【００６３】
また、これはＪＰＥＧ２０００方式のＰａｒｔ−１規格に準拠しているため、この画像符号化装置１０に対応した画像復号装置ではなく従来の汎用の画像復号装置を用いた場合であっても、最低限の復号画像を得ることが可能である。
【００６４】
（２−２）変形例
上述したように、本実施の形態では、第２の量子化部１３ｂで量子化を行った場合、レート制御部１８を迂回して符号化コードストリームＤ１８を生成しているが、この場合、全体の符号量を目標符号量に合わせることが必ずしも容易でない。そこで、例えば図１２に示すように、符号量計算部２０及び量子化ステップサイズ決定部２１をさらに設け、数通りの量子化ステップサイズで符号化して、目標符号量に合う量子化ステップサイズを選択するようにしても構わない。
【００６５】
具体的に、符号量計算部２０は、フォーマット部１９から出力された符号化コードストリームＤ１８の符号量を求め、目標符号量との差が閾値以上である場合には、制御信号Ｄ１９を量子化ステップサイズ決定部２１に送信する。量子化ステップサイズ決定部２１は、この制御信号Ｄ１９に応じて量子化ステップサイズを更新し、新たな量子化ステップサイズＤ２０を第２の量子化部１３ｂに供給する。第２の量子化部１３ｂは、この量子化ステップサイズＤ２０を用いて量子化を行う。一方、符号化コードストリームＤ１８の符号量と目標符号量との差が閾値未満である場合、符号量計算部２０は、そのまま符号化コードストリームＤ２１として外部に出力する。
【００６６】
これにより、第２の量子化部１３ｂで量子化を行い、レート制御部１８を迂回した場合であっても、全体の符号量を目標符号量に合わせることが可能となる。
【００６７】
（３）画像復号装置の構成及び動作
本実施の形態における画像復号装置の概略構成を図１３に示す。図１３に示すように、画像復号装置３０は、逆フォーマット部３１と、算術復号部３３と、ビットデモデリング部３４と、符号ブロック合成部３５と、適応逆量子化部３６と、ウェーブレット逆変換部３７と、ＤＣレベル逆シフト部３８とから構成されている。ここで、算術復号部３３とビットデモデリング部３４とにより、ＥＢＣＯＴ復号部３２が構成される。
【００６８】
逆フォーマット部３１は、符号化コードストリームＤ３０を入力して各種符号化情報に分解し、符号ブロック毎の算術符号列Ｄ３１をＥＢＣＯＴ復号部３２を構成する算術復号部３３に供給する。また、逆フォーマット部３１は、ヘッダ中の量子化ステップサイズ（Δｂ又はΔｃ）Ｄ３５と、ヘッダ中のＱＣＤマーカセグメント及びＱＣＣマーカセグメントに記述されている所定のパラメータＤ３６とを適応逆量子化部３６に供給する。
【００６９】
算術復号部３３は、算術符号列Ｄ３１を算術復号して係数ビット毎のシンボル及びコンテキストＤ３２を生成し、ビットデモデリング部３４は、この係数ビット毎のシンボル及びコンテキストＤ３２からビットプレーン単位のバイナリデータを復元する。これは、実際には量子化係数Ｄ３３になっている。ビットデモデリング部３４は、この量子化係数Ｄ３３を符号ブロック合成部３５に供給する。
【００７０】
符号ブロック合成部３５は、符号ブロック毎の量子化係数Ｄ３３を合成してサブバンド毎の量子化係数Ｄ３４を生成し、このサブバンド毎の量子化係数Ｄ３４を適応逆量子化部３６に供給する。
【００７１】
適応逆量子化部３６は、符号ブロック合成部３５から供給されたサブバンド毎の量子化係数Ｄ３４を逆量子化してウェーブレット変換係数Ｄ３７に変換し、このウェーブレット変換係数Ｄ３７をウェーブレット逆変換部３７に供給する。
【００７２】
具体的に、上述した第１の量子化部１３ａに対応した逆量子化処理を行う場合、適応逆量子化部３６は、逆フォーマット部３１から供給された量子化ステップサイズＤ３５であるΔｃと、所定のパラメータＤ３６から求められたパラメータｒとを用いて、以下の式（６）に従って逆量子化後のウェーブレット変換係数Ｒｑ（ｕ，ｖ）を求める。
【００７３】
【数６】
2005236895.tif 000008
【００７４】
ここで、式（６）におけるΔｃは、上述したように、レート制御の結果としての最終的な量子化ステップサイズを示す。なお、通常はパラメータｒとして０．５が用いられる。
【００７５】
一方、上述した第２の量子化部１３ｂに対応した逆量子化処理を行う場合、適応逆量子化部３６は、逆フォーマット部３１から供給された量子化ステップサイズＤ３５であるΔｂと、所定のパラメータＤ３６から求められたパラメータｒとを用いて、以下の式（７）に従って逆量子化後のウェーブレット変換係数Ｒｑ（ｕ，ｖ）を求める。
【００７６】
【数７】
2005236895.tif 000009
【００７７】
ここで、第２の量子化部１３ｂに対応した逆量子化処理を行う場合、パラメータｒは０となっているため、適応逆量子化部３６は、実際には以下の式（８）に従って逆量子化後のウェーブレット変換係数Ｒｑ（ｕ，ｖ）を求める。
【００７８】
【数８】
2005236895.tif 000010
【００７９】
以上の処理を行う適応逆量子化部３６の概略構成を図１４に示す。図１４に示すように、適応逆量子化部３６は、ｒ値決定部４０と、加算器４１と、乗算器４２とから構成されている。ｒ値決定部４０は、逆フォーマット部３１から供給された所定のパラメータＤ３６に基づいてｒを示すパラメータＤ４０を決定し、このパラメータＤ４１を加算器４１に供給する。具体的にｒ値決定部４０は、所定のパラメータＤ３６がｘであった場合、パラメータｒとしてｘ／８を用いる。加算器４１は、符号ブロック合成部３５から供給されたフレーム毎の量子化係数Ｄ３４とパラメータＤ４０とを加算し、加算値Ｄ４１を乗算器４２に供給する。そして乗算器４２は、この加算値Ｄ４１に量子化ステップサイズＤ３５を乗算し、得られたウェーブレット変換係数Ｄ３７をウェーブレット逆変換部３７に供給する。
【００８０】
ウェーブレット逆変換部３７は、ウェーブレット変換係数Ｄ３７を逆変換して復号画像Ｄ３８を生成し、この復号画像Ｄ３８をＤＣレベル逆シフト部３８に供給する。
【００８１】
ＤＣレベル逆シフト部３８は、画像符号化装置１０においてＤＣレベルシフト処理が施されていた場合に復号画像Ｄ３８に対して逆シフト処理を行い、最終的な復号画像Ｄ３９を出力する。
【００８２】
以上のように、本実施の形態における画像復号装置３０によれば、符号化コードストリームＤ３０に含まれている所定のパラメータＤ３６を用いて逆量子化を行うことで、量子化の際のデッドゾーンの広さに応じた画質の復号画像を得ることができる。
【００８３】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００８４】
例えば、上述した実施の形態では、ヘッダ中のＱＣＤマーカセグメント及びＱＣＣマーカセグメントに記述されている所定のパラメータＤ３６がｘであった場合、パラメータｒとしてｘ／８を用いるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、ｒ値決定部４０にパラメータｒ用のテーブルを保持しておき、所定のパラメータＤ３６によりこのテーブルへのインデックスを表すようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本実施の形態における画像符号化装置の概略構成を説明する図である。
【図２】３回ウェーブレット変換した場合のサブバンドを説明する図である。
【図３】実際の画像をウェーブレット変換した場合のサブバンドを説明する図である。
【図４】符号ブロックとサブバンドとの関係を説明する図である。
【図５】ビットプレーンを説明する図であり、同図（Ａ）は、計１６個の係数から成る量子化係数を示し、同図（Ｂ）は、係数の絶対値のビットプレーンを示し、同図（Ｃ）は、符号のビットプレーンを示す。
【図６】符号ブロック内の符号化パスの処理手順を説明する図である。
【図７】符号ブロック内の係数のスキャン順序を説明する図である。
【図８】同画像符号化装置の第１の量子化部における量子化特性を示す図である。
【図９】同画像符号化装置の第２の量子化部における量子化特性を示す図である。
【図１０】Ｓｑｃｄパラメータ及びＳｑｃｃパラメータに関する表を示す図である。
【図１１】図１０の表にパラメータｒの値を含めた場合の表を示す図である。
【図１２】第２の量子化部１３ｂで量子化を行った場合に全体の符号量を目標符号量に合わせるための画像符号化装置の概略構成を示す図である。
【図１３】本実施の形態における画像復号装置の概略構成を説明する図である。
【図１４】同画像復号装置の適応逆量子化部の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０  画像符号化装置、１１  ＤＣレベルシフト部、１２  ウェーブレット変換部、１３  量子化部、１３ａ  第１の量子化部、１３ｂ  第２の量子化部、１４  符号ブロック化部、１５  ＥＢＣＯＴ部、１６  ビットモデリング部、１７  算術符号化部、１８  レート制御部、１９  フォーマット部、２０  符号量計算部、２１  量子化ステップサイズ決定部、３０  画像復号装置、３１  逆フォーマット部、３２  ＥＢＣＯＴ復号部、３３  算術復号部、３４  ビットデモデリング部、３５  符号ブロック合成部、３６  適応逆量子化部、３７  ウェーブレット逆変換部、３８  ＤＣレベル逆シフト部
【図１】
2005236895.tif 000011
【図２】
2005236895.tif 000012
【図３】
2005236895.tif 000013
【図４】
2005236895.tif 000014
【図５】
2005236895.tif 000015
【図６】
2005236895.tif 000016
【図７】
2005236895.tif 000017
【図８】
2005236895.tif 000018
【図９】
2005236895.tif 000019
【図１０】
2005236895.tif 000020
【図１１】
2005236895.tif 000021
【図１２】
2005236895.tif 000022
【図１３】
2005236895.tif 000023
【図１４】
2005236895.tif 000024