(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化され、復号化された復元画像の劣化度を評価するために用いられる試験画像を生成する試験画像生成装置において、
自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数分布を有する試験画像を生成する試験画像生成手段を備え、
前記試験画像は、
画像の略中心からの距離ｒの点における輝度Ｐ（ｒ）が、前記略中心からの最大距離ｒmax、最高周波数成分の振幅Ａhigh、最低周波数成分の振幅Ａlow、輝度の平均値Ｐave、定数α、β、ｋを用いて、
【数１】
0004494554.tif 000004
で表される
ことを特徴とする試験画像生成装置。
【請求項２】
符号化され、復号化された復元画像の劣化度を評価するために用いられる試験画像を生成する試験画像生成方法において、
自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数分布を有する試験画像を生成する試験画像生成工程を備え、
前記試験画像は、
画像の略中心からの距離ｒの点における輝度Ｐ（ｒ）が、前記略中心からの最大距離ｒmax、最高周波数成分の振幅Ａhigh、最低周波数成分の振幅Ａlow、輝度の平均値Ｐave、定数α、β、ｋを用いて、
【数２】
0004494554.tif 000005
で表される
ことを特徴とする試験画像生成方法。
【請求項３】
試験画像を符号化、復号化した復元画像の劣化度の評価に基づいて画像符号化及び画像復号化のパラメタを決定するパラメタ決定方法において、
前記試験画像は、自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数分布を有し、画像の略中心からの距離ｒの点における輝度Ｐ（ｒ）が、前記略中心からの最大距離ｒmax、最高周波数成分の振幅Ａhigh、最低周波数成分の振幅Ａlow、輝度の平均値Ｐave、定数α、β、ｋを用いて、
【数４】
0004494554.tif 000006
で表される
ことを特徴とするパラメタ決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号化され、復号化された復元画像の劣化度を評価するために用いられる試験画像を生成する試験画像生成装置、当該試験画像を生成する試験画像生成方法、及び、当該試験画像を用いて上記パラメタを決定するパラメタ決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報化社会の発達の中で、画像符号化・復号化技術の重要性はますます増大しており、かかる画像符号化・復号化技術として、ＪＰＥＧ、ＭＰＥＧなどが広く知られている。ＪＰＥＧ、ＭＰＥＧなどの画像符号化・復号化技術を用いた画像符号化・復号化装置においては、あらかじめ決定された種々のパラメタに基づいて、画像の符号化あるいは復号化が行われる。例えばＭＰＥＧを例にとって説明すると、上記パラメタとして、ＤＣＴ係数を量子化するための量子化マトリクス、Ｉピクチャの出現間隔、Ｉ，Ｐピクチャ間に挿入されるＢピクチャの数、フレームレート、ビットレート、動きベクトルの探索範囲等が挙げられる。かかるパラメタの決定は、試験画像を画像符号化・復号化装置に入力して、符号化・復号化されて出力された試験画像の劣化度の評価に基づいて行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記試験画像として、自然画像（主として画像符号化・復号化を行う風景画像等）を用いる場合は、符号化・復号化された試験画像の劣化が目に見えにくい。従って、劣化度の評価に基づいて上記パラメタを決定するためには、劣化の強調処理、人の視覚特性を考慮した補正処理を行う必要があり、パラメタの決定が煩雑となるという問題点を有する。一方、試験画像が、電力スペクトル分布、ＤＣＴ係数の振幅分布等において自然画像と極端に異なる場合は、試験画像を用いて決定された最適なパラメタが自然画像については最適、あるいは、好適なパラメタではなくなってしまうという問題点を有する。
【０００４】
そこで本発明は、上記問題点を解決し、復元された画像の劣化度を視覚的に評価することができる試験画像を生成する試験画像生成装置、当該試験画像を生成する試験画像生成方法、及び、当該試験画像を用いて上記パラメタを決定するパラメタ決定方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の画像生成装置は、符号化され、復号化された復元画像の劣化度を評価するために用いられる試験画像を生成する試験画像生成装置であって、自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数分布を有する試験画像を生成する試験画像生成手段を備え、前記試験画像は、画像の略中心からの距離ｒの点における輝度Ｐ（ｒ）が、前記略中心からの最大距離ｒmax、最高周波数成分の振幅Ａhigh、最低周波数成分の振幅Ａlow、輝度の平均値Ｐave、定数α、β、ｋを用いて、
【数５】
0004494554.tif 000002
で表されることを特徴としている。
【０００６】
試験画像が自然画像そのものではないため、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強調されるように試験画像を設計することができる。また、試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する空間周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像を用いて自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを決定することができる。そして、上記式（１）及び式（２）に基づいて試験画像を生成することで、試験画像を容易に生成することができる。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明の試験画像発生方法は、符号化され、復号化された復元画像の劣化度を評価するために用いられる試験画像を生成する試験画像生成方法であって、自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数分布を有する試験画像を生成する試験画像生成工程を備え、前記試験画像は、画像の略中心からの距離ｒの点における輝度Ｐ（ｒ）が、上記式（１）及び式（２）で表されることを特徴としている。
【００１１】
試験画像が自然画像そのものではないため、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強調されるように試験画像を設計することができる。また、試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する空間周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像を用いて、自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを決定することができる。そして、上記式（１）及び式（２）に基づいて試験画像を生成することで、試験画像を容易に生成することができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明のパラメタ決定方法は、試験画像を符号化、復号化した復元画像の劣化度の評価に基づいて画像符号化及び画像復号化のパラメタを決定するパラメタ決定方法であって、前記試験画像は、自然画像が有する空間周波数分布と略等しい空間周波数分布を有し、画像の略中心からの距離ｒの点における輝度Ｐ（ｒ）が、上記式（１）及び式（２）で表されることを特徴としている。

【００１９】
試験画像が自然画像そのものではないため、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強調されるように試験画像を設計することができる。また、試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する空間周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像を用いて自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを決定することができる。そして、試験画像が上記式（１）及び式（２）に基づいて形成されることで、当該試験画像を容易に生成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る試験画像生成装置について図面を参照して説明し、併せて本発明の実施形態にかかる試験画像生成方法及びパラメタ調整方法について説明する。まず、本実施形態に係る試験画像生成装置の構成について説明する。図１は本実施形態に係る試験画像生成装置及び当該試験画像生成装置によって生成する試験画像の符号化及び復号化を行う符号化・復号化装置の構成図である。
【００２３】
試験画像生成装置１０は、試験画像を生成する試験画像生成部１２を備えて構成される。試験画像生成部１２は、画像符号化・復号化装置２０によって主として画像符号化・復号化が行われる自然画像が有する空間周波数分布とほぼ等しい空間周波数分布を有する試験画像を生成する。ここで自然画像とは、実在の風景、人物等の写真または映像をいう。
【００２４】
試験画像生成部１２は、試験画像として、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差（振幅）が大きくなるように正弦波状に濃淡を繰り返す同心円状のパタンを生成する。より具体的には、試験画像生成部１２は、画像の中心からの距離ｒの点における輝度Ｐ（ｒ）が、上記中心からの最大距離ｒmax、最高周波数成分の振幅Ａhigh、最低周波数成分の振幅Ａlow、輝度の平均値Ｐave、定数α、β、ｋを用いて、
【００２５】
【数６】
0004494554.tif 000003
で表されるような試験画像を生成する。
【００２６】
ここで、試験画像の大きさを５１２×５１２画素とし、各画素の階調を２５６階調とし、距離ｒを画像の中心からの画素数で表し、中心からの最大距離ｒmaxを３６２、最高周波数成分の振幅Ａhighを２０、最低周波数成分の振幅Ａlowを１０８、輝度の平均値Ｐaveを１２８、定数αを５、βを１、ｋを１０５とした場合の試験画像を図２に示す。また、中心からいずれかの角に向かう直線に沿った輝度分布Ｐ（ｒ）を図３に示す。ここで、中心からの最大距離ｒmaxは、矩形である試験画像の対角線の長さの１／２として与えられ、輝度の平均値Ｐaveは、各画素がとりうる輝度範囲（２５６階調）の１／２として与えられる。
【００２７】
試験画像生成装置１０は、試験画像生成部１２によって生成された試験画像を外部に対して出力する。
【００２８】
画像符号化・復号化装置２０は、図１に示すように、試験画像生成装置１０から出力された上記試験画像を入力し、当該試験画像を用いて画像符号化及び画像復号化した復元画像を出力する。より具体的には、画像符号化・復号化装置２０は、入力された試験画像を符号化するエンコーダ２２と、エンコーダ２２によって符号化された上記試験画像を復号化するデコーダ２４とを備えている。また、エンコーダ２２によって符号化され、デコーダ２４によって復号化された復元画像と、復元画像と原試験画像との差分をとった画像（以下、差分画像という）とは、切替スイッチ２８によって選択的に出力され、モニタ３０に表示される。また、画像符号化・復号化装置２０はエンコーダ２２のパラメタを調整するパラメタ調整部２６を備えており、上記復元画像の劣化度の評価に基づいて画像符号化及び画像復号化のパラメタを調整（決定）することが可能となっている。
【００２９】
続いて、本実施形態にかかる試験画像生成装置の作用及び効果について説明する。本実施形態にかかる試験画像生成装置１０によって生成する試験画像は、試験画像が自然画像そのものではないため、符号化・復号化された試験画像の劣化度が視覚的に強調されるように試験画像を設計することができる。また、試験画像の空間周波数分布を自然画像が有する空間周波数分布と略等しくすることで、かかる試験画像を用いて自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを決定することができる。その結果、自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを容易に決定することが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態にかかる試験画像生成装置１０は、上記式（１）及び式（２）に基づいて試験画像を生成することで、試験画像を容易に生成することが可能となる。
【００３１】
以下、パラメタを決定する際に、試験画像として自然画像を用いる場合と比較して、本実施形態にかかる試験画像生成装置１０によって生成される試験画像を用いる場合の効果についてより具体的に説明する。
【００３２】
比較対象となる試験画像（以下、比較試験画像という）として、図４に示すような自然画像を例に挙げる。かかる比較試験画像は、静止画の評価によく用いられる船の光景を表した自然画像である。一方、本実施形態にかかる試験画像生成装置１０によって生成される試験画像（以下、本試験画像という）は、上記式（１）及び式（２）に基づいて生成された試験画像、すなわち、図２に示す人工画像である。
【００３３】
ここで、比較試験画像の電力スペクトル分布、本試験画像の電力スペクトル分布をそれぞれ図５（ａ）、図５（ｂ）に示す。図５（ａ）、図５（ｂ）から分かるように、本試験画像の電力スペクトル分布は、自然画像である比較試験画像の電力スペクトル分布と極めて類似しており、本試験画像の空間周波数分布は自然画像が有する空間周波数分布とほぼ等しくなっていることが分かる。ＤＣＴ変換による圧縮においては、画像を周波数成分に分割し、各周波数成分毎に量子化を行っており、その際、高周波成分が低周波成分よりも小さいことを利用して各周波数成分に対して量子化のためのビットの振り分けを行っている。従って、試験画像の電力スペクトル分布を自然画像の電力スペクトル分布と類似させることで、各周波数成分に対して適切なビットの振り分けが可能となる。
【００３４】
続いて、本試験画像と比較試験画像とのそれぞれの復元画像及び差分画像を図６〜図１３に示す。図６は、低周波成分を粗く量子化した状態における本試験画像の復元画像である。ここで、本試験画像のエントロピーは０．４３２ｂｉｔ／ｐｅｌ、復元画像のＳＮ比は３２．８ｄＢとなる。また、この場合の差分画像は図７に示すようになる。
【００３５】
図８は、高周波成分を粗く量子化した状態における本試験画像の復元画像である。ここで、本試験画像のエントロピーは０．４３２ｂｉｔ／ｐｅｌ、復元画像のＳＮ比は３４．９ｄＢとなる。また、この場合の差分画像は図９に示すようになる。
【００３６】
図１０は、低周波成分を粗く量子化した状態における比較試験画像の復元画像である。ここで、比較試験画像のエントロピーは０．７２０ｂｉｔ／ｐｅｌ、復元画像のＳＮ比は３１．９ｄＢとなる。また、この場合の差分画像は図１１に示すようになる。
【００３７】
図１２は、高周波成分を粗く量子化した状態における比較試験画像の復元画像である。ここで、比較試験画像のエントロピーは０．４４２ｂｉｔ／ｐｅｌ、復元画像のＳＮ比は３２．５ｄＢとなる。また、この場合の差分画像は図１３に示すようになる。
【００３８】
本試験画像の復元画像と比較試験画像の復元画像とはＳＮ比がほぼ等しいにも関わらず、比較試験画像の復元画像においては、図１０，図１２に示すように、復元画像の劣化の状態を当該復元画像から視覚的にとらえることは困難である。一方、本試験画像の復元画像は、図６、図８に示すように、復元画像の劣化の状態を当該復元画像から視覚的にとらえることが可能となる。すなわち、低周波成分を粗く量子化した状態における本試験画像の復元画像（図６）においては、試験画像の中央部が精度よく復元され、周辺部の劣化が顕著となる。一方、高周波成分を粗く量子化した状態における本試験画像の復元画像（図８）においては、試験画像の周辺部が精度よく復元され、中央部の劣化が顕著となる。従って、本試験画像を用いることにより、劣化の生じる周波数成分を特定することも可能となり、差分画像を作成することなく復元画像のみからパラメタの調整を行うことが可能となる。
【００３９】
また、比較試験画像を用いた場合は、復元画像の劣化を差分画像によってとらえる場合であっても、図１１、図１３に示すように、どの周波数成分で劣化が生じているか等を視覚的にとらえることは容易ではなく、劣化の強調処理、人の視覚特性を考慮した補正処理を施すことが必要となる。これに対して、本試験画像を用いた場合は、図７，図９に示すように、低周波成分を粗く量子化した場合と高周波成分を粗く量子化した場合との差分画像のパターンが明瞭に異なっている。従って、差分画像をとることにより復元画像の劣化度の評価（どの周波数成分で劣化が生じているか）をさらに容易に行うことが可能となる。その結果、劣化の強調処理、人の視覚特性を考慮した補正処理等を施すことなく、極めて容易にパラメタの調整を行うことが可能となる。
【００４０】
上記実施形態にかかる試験画像生成装置１０によって生成される試験画像は、図２に示したように、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差（振幅）が大きくなるように正弦波状に濃淡を繰り返す同心円状のパタンであったが、これは、試験画像の空間周波数分布を自然画像の空間周波数分布と略等しくするという条件の下に、種々の変形が考えられる。
【００４１】
例えば、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差が大きくなるように正弦波状に濃淡を繰り返す同心楕円状のパタンであってもよく、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差が大きくなるように正弦波状に濃淡を繰り返す同心矩形状のパタンであってもよい。
【００４２】
また、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差が大きくなるように三角波状に濃淡を繰り返す同心円状等のパタンであってもよく、中心からの距離が大きくなるに従って繰り返し周期が長く、輝度差が大きくなるように矩形波状に濃淡を繰り返す同心円状等のパタンであってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の試験画像生成装置、試験画像生成方法によって生成する試験画像、及び、本発明のパラメタ調整方法において用いる試験画像は、自然画像そのものではないため、符号化・復号化された試験画像の劣化が視覚的に強調されるように試験画像を設計することができる。その結果、復元された画像の劣化度を視覚的に評価することが可能となる。
【００４４】
また、試験画像の空間周波数分布が自然画像が有する空間周波数分布と略等しくなっていることから、かかる試験画像を用いて自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを決定することができる。その結果、自然画像の符号化・復号化に用いる好適なパラメタを容易に決定することが可能となる。
【００４５】
また、本発明の試験画像生成装置においては、上記式（１）、式（２）に基づいて、試験画像を生成することで、当該試験画像を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験画像生成装置及び画像符号化・復号化装置の構成図である。
【図２】試験画像を表す図である。
【図３】試験画像を説明する図である。
【図４】試験画像を表す図である。
【図５】試験画像の電力スペクトル分布を示す図である。
【図６】復元画像を示す図である。
【図７】差分画像を示す図である。
【図８】復元画像を示す図である。
【図９】差分画像を示す図である。
【図１０】復元画像を示す図である。
【図１１】差分画像を示す図である。
【図１２】復元画像を示す図である。
【図１３】差分画像を示す図である。
【符号の説明】
１０…試験画像生成装置、１２…試験画像生成部、２０…画像符号化・復号化装置、２２…エンコーダ、２４…デコーダ、２６…パラメタ調整部、２８…切替スイッチ、３０…モニタ
【図１】
0004494554.tif 000007
【図２】
0004494554.tif 000008
【図３】
0004494554.tif 000009
【図４】
0004494554.tif 000010
【図５】
0004494554.tif 000011
【図６】
0004494554.tif 000012
【図７】
0004494554.tif 000013
【図８】
0004494554.tif 000014
【図９】
0004494554.tif 000015
【図１０】
0004494554.tif 000016
【図１１】
0004494554.tif 000017
【図１２】
0004494554.tif 000018
【図１３】
0004494554.tif 000019