(57)【要約】【課題】画像全体の符号化効率を向上させる。【解決手段】符号化対象画像を、当該画像の各画素の画素値に応じて、少なくとも第一の画像と、第二の画像とに分離する第１手順と、分離された第一の画像の符号化コストを計算する第２手順と、分離された第二の画像の符号化コストを計算する第３手順と、第１手順、第２手順及び第３手順を、第１手順における分離方法を変更して繰り返し、分離方法毎に計算された第一の画像の符号化コスト及び第二の画像の符号化コストに基づき、使用すべき分離方法を決定する第４手順と、使用すべき分離方法に基づいて分離された第一の画像を符号化する第５手順と、使用すべき分離方法に基づいて分離された第二の画像を符号化する第６手順と、符号化された第一の画像と、符号化された第二の画像と、使用すべき分離方法の情報とに基づいて、符号化ストリームを生成する第７手順とを含む。【選択図】図３
2012054875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化対象画像を符号化する画像符号化方法であって、
前記符号化対象画像を、当該符号化対象画像の各画素の画素値に応じて、少なくとも第一の画像と、第二の画像とに分離する第１手順と、
分離された前記第一の画像の符号化コストを計算する第２手順と、
分離された前記第二の画像の符号化コストを計算する第３手順と、
前記第１手順、前記第２手順及び前記３手順を、前記第１手順における分離方法を変更して繰り返し、分離方法毎に計算された前記第一の画像の符号化コスト及び前記第二の画像の符号化コストに基づき、使用すべき前記分離方法を決定する第４手順と、
前記使用すべき分離方法に基づき分離された前記第一の画像を符号化する第５手順と、
前記使用すべき分離方法に基づき分離された前記第二の画像を符号化する第６手順と、
符号化された前記第一の画像と、符号化された前記第二の画像と、前記使用すべき分離方法の情報とに基づき、符号化ストリームを生成する第７手順と、
を含むことを特徴とする画像符号化方法。
【請求項２】
前記第５手順では、画素値予測手法を用いたロスレス符号化方式によって、前記第一の画像を符号化し、
前記第６手順では、辞書法を用いたロスレス符号化方式によって、前記第二の画像を符号化することを特徴とする請求項１に記載の画像符号化方法。
【請求項３】
前記第４手順では、計算された前記第一の画像の符号化コストと、前記第二の画像の符号化コストとの和が最小となる分離方法を、前記使用すべき分離方法として決定することを特徴とする請求項１に記載の画像符号化方法。
【請求項４】
符号化対象画像を符号化する画像符号化方法であって、
前記符号化対象画像を、当該符号化対象画像の各画素の画素値に応じて、第一の画像と、第二の画像とに分離する第１手順と、
分離された前記第一の画像を、ロッシー符号化方式によって符号化した場合の当該第一の画像の符号化コストを計算する第２手順と、
分離された前記第一の画像を、前記ロッシー符号化方式に対応する復号方式によって復号する第３手順と、
前記符号化対象画像と、復号された前記第一の画像との差分に基づき、修正された前記第二の画像を生成する第４手順と、
修正された前記第二の画像を、ロスレス符号化方式によって符号化した場合の当該第二の画像の符号化コストを計算する第５手順と、
前記第１手順、前記第２手順、前記第３手順、前記第４手順及び前記第５手順を、前記第１手順における分離方法を変更して繰り返し、分離方法毎に計算された前記第一の画像の符号化コスト及び前記第二の画像の符号化コストに基づき、使用すべき前記分離方法を決定する第６手順と、
前記使用すべき分離方法に基づいて分離された前記第一の画像を、前記ロッシー符号化方式によって符号化する第７手順と、
前記符号化対象画像と、前記第７手順において符号化される第一の画像との差分に基づき生成される第二の画像を、前記ロスレス符号化方式によって符号化する第８手順と、
符号化された前記第一の画像と、符号化された前記第二の画像と、前記使用すべき分離方法の情報とに基づき、符号化ストリームを生成する第９手順と、
を含むことを特徴とする画像符号化方法。
【請求項５】
前記第６手順では、計算された前記第一の画像の符号化コストと、前記第二の画像の符号化コストとの和が最小となる分離方法を、前記使用すべき分離方法として決定することを特徴とする請求項４に記載の画像符号化方法。
【請求項６】
符号化ストリームを復号する画像復号方法であって、
前記符号化ストリームは、所定の画像を、当該画像の各画素の画素値に応じて、少なくとも第一の画像と第二の画像とに分離した場合の、前記第一の画像の符号化ストリームと、前記第二の画像の符号化ストリームと、当該分離において用いられた分離方法の情報を含むヘッダとを含み、
前記方法は、
前記符号化ストリームを、前記第一の画像の符号化ストリームと、前記第二の画像の符号化ストリームと、前記ヘッダとに分離する手順と、
分離された前記ヘッダに基づき、前記分離方法の情報を取得する手順と、
分離された前記第一の画像の符号化データを復号する手順と、
分離された前記第二の画像の符号化データを復号する手順と、
復号された前記第一の画像と、復号された前記第二の画像とを、取得された前記分離方法の情報に基づき合成する手順と、
を含むことを特徴とする画像復号方法。
【請求項７】
符号化対象画像を符号化する画像符号化装置であって、
前記符号化対象画像を、当該符号化対象画像の各画素の画素値に応じて、少なくとも第一の画像と、第二の画像と、に分離する画素値分離部と、
分離された前記第一の画像の符号化コストを計算する第一の符号化コスト計算部と、
分離された前記第二の画像の符号化コストを計算する第二の符号化コスト計算部と、
前記画素値分離部、前記第一の符号化コスト計算部及び前記第二の符号化コスト計算部の処理を、前記画素値分離部が用いる分離方法を変更して繰り返し、分離方法毎に計算された前記第一の画像の符号化コスト及び前記第二の画像の符号化コストに基づき、使用すべき分離方法を決定する最適値調整部と、
前記使用すべき分離方法に基づき分離された前記第一の画像を、符号化する第一の画像符号化部と、
前記使用すべき分離方法に基づき分離された前記第二の画像を、符号化する第二の画像符号化部と、
符号化された前記第一の画像と、符号化された前記第二の画像と、前記使用すべき分離方法の情報とに基づき、符号化データを生成するストリーム結合部と、
を備えたことを特徴とする画像符号化装置。
【請求項８】
前記第一の画像符号化部は、画素値予測手法を用いたロスレス符号化方式によって、前記第一の画像を符号化し、
前記第二の画像符号化部は、辞書法を用いたロスレス符号化方式によって、前記第二の画像を符号化することを特徴とする請求項７に記載の画像符号化装置。
【請求項９】
前記最適値調整部は、前記第一の画像の符号化コストと、前記第二の画像の符号化コストとの和が最小となる分離方法を、前記使用すべき分離方法として決定することを特徴とする請求項７に記載の画像符号化装置。
【請求項１０】
符号化対象画像を符号化する画像符号化装置であって、
前記符号化対象画像を、当該符号化対象画像の各画素の画素値に応じて、第一の画像と、第二の画像とに分離する画素値分離部と、
分離された前記第一の画像を、ロッシー符号化方式によって符号化した場合の当該第一の画像の符号化コストを計算するロッシー符号化コスト計算部と、
分離された前記第一の画像を、前記ロッシー符号化方式に対応する復号方式によって復号するロッシー復号部と、
前記符号化対象画像と、復号された前記第一の画像との差分に基づき、修正された前記第二の画像を生成する画素値修正部と、
修正された前記第二の画像を、ロスレス符号化方式によって符号化した場合の当該第二の画像の符号化コストを計算するロスレス符号化コスト計算部と、
前記画素値分離部、前記ロッシー符号化コスト計算部、前記ロッシー復号部、前記画素値修正部及び前記ロスレス符号化コスト計算部の処理を、前記画素値分離部が用いる分離方法を変更して繰り返し、分離方法毎に計算された前記第一の画像の符号化コスト及び前記第二の画像の符号化コストに基づき、使用すべき分離方法を決定する最適値調整部と、
前記使用すべき分離方法に基づいて分離された前記第一の画像を、前記ロッシー符号化方式によって符号化するロッシー符号化部と、
前記符号化対象画像と、前記ロッシー符号化部において符号化される第一の画像との差分に基づき生成される第二の画像を、前記ロスレス符号化方式によって符号化するロスレス符号化部と、
符号化された前記第一の画像と、符号化された前記第二の画像と、前記使用すべき分離方法の情報とに基づき、符号化ストリームを生成するストリーム結合部と、
を備えたことを特徴とする画像符号化装置。
【請求項１１】
前記最適値調整部は、前記第一の画像の符号化コストと、前記第二の画像の符号化コストとの和が最小となる分離方法を、前記使用すべき分離方法として決定することを特徴とする請求項１０に記載の画像符号化装置。
【請求項１２】
符号化ストリームを復号する画像復号装置であって、
前記符号化ストリームは、所定の画像を、当該画像の各画素の画素値に応じて、少なくとも第一の画像と第二の画像とに分離した場合の、前記第一の画像の符号化ストリームと、前記第二の画像の符号化ストリームと、当該分離において用いられた分離方法の情報を含むヘッダとを含み、
当該画像復号装置は、
前記符号化ストリームを、前記第一の画像の符号化ストリームと、前記第二の画像の符号化ストリームと、前記ヘッダとに分離するデータ分離部と、
分離された前記ヘッダに基づき、前記分離方法の情報を取得するヘッダ解析部と、
分離された前記第一の画像の符号化データを復号する第一の画像復号部と、
分離された前記第二の画像の符号化データを復号する第二の画像復号部と、
復号された前記第一の画像と、復号された前記第二の画像とを、取得された前記分離方法の情報に基づき合成する画像合成部と、
を備えたことを特徴とする画像復号装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像符号化方法、画像復号方法に関し、特に、医療用画像診断装置、画像記録装置、CT（Computed Tomography）、MRI（Magnetic Resonance Imaging）等の画像撮影装置に用いられる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用の画像診断装置において、CTやMRI等の技術が利用されている。CTはX線等の放射線を用いて、MRIは核磁気共鳴現象を用いて、人体等の断層を撮影する技術である。撮影された画像は、DICOM（Digital Imaging and COmmunication in Medicine）と呼ばれる規格方式に従ってデジタルデータ化して記録される。特に医療用の画像の場合、画像のオリジナルデータを保存する必要があるため、可逆なロスレス圧縮方式であるJPEG-LS規格（ISO-14495-1 / ITU-T T.87）等の圧縮方式によって圧縮される。なお、このような画像はダイナミックレンジが広いため、16bit程度の広いビット幅で記録されることが多い。
【０００３】
このように広いビット幅で記録される画像をロスレス圧縮する場合、ノイズの影響が非常に大きい。一般にJPEG-LS等の圧縮方式では、隣接する近傍画素の画素値を用いて注目画素の画素値を予測することによって、圧縮率を高めている。そのため、圧縮対象の画像が多くのノイズを含む場合、圧縮率が低下してしまう問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、画像を複数のビットプレーン集合に分離（分割）し、分離されたそれぞれのビットプレーン集合を別々に符号化する方法が開示されている（特許文献１、２参照）。特許文献１、２に開示された方法では、指定された固定値の切断レベル、又は上位ビット側の符号化条件のみによって決定される切断レベルに基づいて、画像を上位ビット側のビットプレーン集合と下位ビット側のビットプレーン集合とに分離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−３２２０５０号公報
【特許文献２】特開２０００−２４４９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に開示された符号化方法では、分離された上位ビット側のビットプレーン集合と下位ビット側のビットプレーン集合とを別々に符号化しても、好ましい分離方法が画像によって異なるため、画像によっては画像全体の符号化効率が低下してしまう問題があった。また、効率よく符号化するための分離方法について検討されていなかった。
【０００７】
本発明は、上述した課題を考慮したものであって、画像全体の符号化効率を向上させる画像符号化方法、画像復号方法、画像符号化装置及び画像復号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】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【０００９】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、符号化対象画像を符号化する画像符号化方法であって、符号化対象画像を、当該符号化対象画像の各画素の画素値に応じて、少なくとも第一の画像と、第二の画像とに分離する第１手順と、分離された前記第一の画像の符号化コストを計算する第２手順と、分離された前記第二の画像の符号化コストを計算する第３手順と、前記第１手順、前記第２手順及び前記３手順を、前記第１手順における分離方法を変更して繰り返し、分離方法毎に計算された前記第一の画像の符号化コスト及び前記第二の画像の符号化コストに基づき、使用すべき前記分離方法を決定する第４手順と、前記使用すべき分離方法に基づき分離された前記第一の画像を符号化する第５手順と、前記使用すべき分離方法に基づき分離された前記第二の画像を符号化する第６手順と、符号化された前記第一の画像と、符号化された前記第二の画像と、前記使用すべき分離方法の情報とに基づき、符号化ストリームを生成する第７手順と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施の形態によれば、画像全体の符号化効率を向上させることができる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一の実施形態の画像符号化装置の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第一の実施形態の画像復号装置の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第一の実施形態の画像符号化方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第一の実施形態の画像復号方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第二の実施形態の画像符号化装置の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第二の実施形態の画像符号化方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第三の実施形態の画像符号化装置の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態の画像符号化装置１００の一例を示すブロック図である。画像符号化装置１００は、画素値分離部１０１、画像符号化コスト計算部１０２、ノイズ符号化コスト計算部１０３、最適値調整部１０４、画像符号化部１０５、ノイズ符号化部１０６、ストリーム結合部１０７を備える。
【００１５】
以下では、符号化対象画像がＣＴやＭＲＩ等のモノクロ静止画像であって、このモノクロ静止画像を可逆ロスレス符号化する場合を例に説明するが、この場合に限らない。入力される画像がカラー画像である場合には、例えばＲ、Ｇ、Ｂの各プレーンに対して同様に処理すればよい。また、入力される画像が動画像である場合には、動画像の各フレームに対して同様に処理すればよい。
【００１６】
画素値分離部１０１は、入力された画像を、複数のビットプレーン集合に分離する。すなわち、入力された画像の各画素値を、ビット境界で複数の値に分離することによって、画像の形式で保持される複数のビットプレーン集合を生成する。なお、この画素値分離部１０１は、入力された画像の各画素値を、特定の画素値を閾値として分離することによって、複数の画像を生成してもよい。
【００１７】
この画素値分離部１０１は、最初は、予め設定された分離点（どのビットをビット境界とするか）の情報に基づいて、上位ビット側のビットプレーン集合からなる画像と、下位ビット側のビットプレーン集合からなるノイズ情報とに分離する。二回目以降は、後述する最適値調整部１０４によって設定された調整用の分離点に基づいて、入力された画像を二つのビットプレーン集合に分離する。最後は、後述する最適値調整部１０４によって設定された最適な分離点（使用すべき分離点）に基づいて、入力された画像を二つのビットプレーン集合に分離する。
【００１８】
なお、分離点は、画像単位、ブロック単位、画素単位、これらの複数まとまった単位で切り替えてもよい。また、分離点の情報は、予め一定のルールによって決められてもよいし、別途ヘッダ情報として画素値分離部１０１に伝送されてもよい。
【００１９】
この画素値分離部１０１は、分離された上位ビット側の画像を、画像符号化コスト計算部１０２に送り、分離された下位ビット側のノイズ情報を、ノイズ符号化コスト計算部１０３に送る。
【００２０】
画像符号化コスト計算部１０２は、画素値分離部１０１から送られた画像の符号化コストを計算する。符号化コストとは、画像の符号化効率を示す指標であって、実際に画像を符号化した場合の符号量や、符号量の予測量である。この符号化コストの値が小さいほど、画像の符号化効率が高いことを示す。画像符号化コスト計算部１０２は、実際に画像を符号化した場合の符号量を求めてもよい。また、実際に画像を符号化しない場合であっても、予測誤差（入力画像と予測画像との誤差）等の値に基づいて、おおよその符号量を推定してもよい。例えばJPEG-LSのような画素単位の予測手法を用いて画像を符号化する場合、各画素において発生する予測誤差（入力画素値と予測画素値との誤差）の絶対値の和を計算し、計算された予測誤差の絶対値の和に基づいて符号量を推定してもよい。
【００２１】
ノイズ符号化コスト計算部１０３は、画素値分離部１０１から送られたノイズ情報の符号化コストを計算する。このノイズ符号化コスト計算部１０３は、実際にノイズ情報を符号化した場合の符号量を求めてもよい。また、各ノイズ値の出現確率等に基づいて、おおよその符号量を推定してもよい。
【００２２】
最適値調整部１０４は、画像符号化コスト計算部１０２によって計算された上位ビット側の画像の符号化コストと、ノイズ符号化コスト計算部１０３によって計算された下位ビット側のノイズ情報の符号化コストとに基づいて、画素値分離部１０１が使用すべき最適な分離点（最適値）を設定する。
【００２３】
具体的には、最適値調整部１０４は、画素値分離部１０１が用いた分離点を変化させた分離点（調整用の分離点）の情報を、画素値分離部１０１に送る。画素値分離部１０１、画像符号化コスト計算部１０２及びノイズ符号化コスト計算部１０３は、この調整用の分離点の情報に基づいて順次動作し、当該調整用の分離点を用いた場合の符号化コストを計算する。以上の処理を一定回数繰り返す、又は符号化コストの最適化が完了するまで繰り返す。そして、最適値調整部１０４は、画像符号化コスト計算部１０２によって計算された符号化コストと、ノイズ符号化コスト計算部１０３によって計算された符号化コストとの和が最も小さくなるような分離点を、最適な分離点として設定する。設定された最適な分離点の情報は、画素値分離部１０１に送られる。
【００２４】
例えば、上位ビット側の画像をJPEG-LS方式を用いて符号化し、下位ビット側のノイズ情報をLZHや7-zip等のLZ77方式をベースとした方式を用いて符号化する場合について説明する。入力された画像のダイナミックレンジが12bitである場合、入力された画像の各画素の全bitをJPEG-LSを用いて符号化する場合の符号化コストよりも、上位8bitの画像をJPEG-LS方式によって符号化し、下位4bitのノイズ情報をLZ77方式によって符号化する場合の符号化コストの合計値の方が小さい場合がある。そこで、最適値調整部１０４は、上位8bitと下位4bitとに分離するのか、上位9bitと下位3bitとに分離するのか等、入力された画像に応じて分離点を調整する。最適値調整部１０４は、調整用の分離点の情報をビットストリームに記録等することにより、画素値分離部１０１に別途伝送する。なお、入力された画像のダイナミックレンジを調整する場合、その調整に係る情報も伝送する。
【００２５】
画像符号化部１０５は、画素値分離部１０１が最適な分離点に基づいて分離した上位ビット側の画像を、JPEG-LS、lossless JPEG、JPEG2000等のロスレス符号化方式、又はJPEG、JPEG2000、MPEG、H.264/AVC等のロッシー符号化方式を用いて符号化する。
【００２６】
なお、この画像符号化部１０５は、画像１枚単位で符号化してもよいし、複数の画像を用いて画像間予測を実行して符号化してもよい。また、分離された下位ビットの分だけ上位ビット側の画像を右シフトしてから符号化してもよいし、右シフトせずにそのまま符号化してもよい。さらには、入力された画像のダイナミックレンジを調整するために、全ての画素の画素値を一定値増減してもよい。この場合、画像符号化部１０５は、調整に係る増減値は別途伝送する。この画像符号化部１０５は、生成された符号化ストリームを、ストリーム結合部１０７に出力する。
【００２７】
ノイズ符号化部１０６は、画素値分離部１０１が最適な分離点に基づいて分離した下位ビット側のノイズ情報を、LZH、ZIP、7-ZIP等のLZ77方式をベースとした、一般に辞書法と呼ばれる符号化方式を用いて符号化する。このような符号化方式を用いるのは、下位ビット側のノイズ情報は一般にランダム状のノイズであって、JPEG-LS方式のような符号化方式よりも、LZH方式のような符号化方式の方が効率的に圧縮できる場合が多いためである。ただし、下位ビット側のノイズ情報は、周囲の情報と相関のある情報を含む場合もある。そのため、ノイズ符号化部１０６は、画像符号化部１０５と同様にJPEG-LS方式を用いてもよい。
【００２８】
なお、このノイズ符号化部１０６は、１画素当たりのノイズ情報が8bitより小さい場合、ビットパックを用いて符号化する。すなわち、１画素のノイズ情報を1byte（＝8bit）に挿入するのではなく、複数の画素のノイズ情報を1byteに挿入する。例えば、１画素当たりのノイズ情報が4bitの場合、２画素分のノイズ情報を1byteに挿入する。一方、１画素当たりのノイズ情報が3bitの場合、２画素分のノイズ情報を1byteに挿入し、2bitを空きビットとする、又は、３画素分のノイズ情報を1byteに順番に挿入し、３番目の画素のノイズ情報の最後の1bitを別の1byteに挿入する。このノイズ符号化部１０６は、生成された符号化ストリームを、ストリーム結合部１０７に出力する。
【００２９】
ストリーム結合部１０７は、画像符号化部１０５によって生成された画像の符号化ストリームと、ノイズ符号化部１０６によって生成されたノイズ情報の符号化ストリームとを結合し、一つの符号化ストリームとして出力する。このストリーム結合部１０７は、出力される符号化ストリームのヘッダに、最適な分離点の情報を多重化する。
【００３０】
以上に示す構成により、画像符号化装置１００では、入力された画像を最適に画像情報とノイズ情報とに分離することによって、効率良くロスレスに圧縮することができる。また、入力された画像毎に、画像の分離方法を可変にすることができる。
【００３１】
なお、一連の処理は画像単位で実行されてもよいし、複数フレームの画像をまとめた単位で実行されてもよい。すなわち、最適値調整部１０４は、全てのフレームの画像の各々に対して最適な分離点を設定してもよいし、複数フレームの画像に対して一つの共通の最適な分離点を設定してもよい。特に、複数フレームの画像をまとめた単位で一連の処理を実行する場合、所定のフレームで設定された最適な分離点を次のフレームに適用してもよい。これにより、フレーム間の変化が小さい場合、フレーム毎に最適な分離点を計算する手間を省くことができ、フレーム毎に最適な分離点を伝送する必要がなくなる。
【００３２】
また、上記の説明では、最適値調整部１０４は、繰り返し符号化コストを計算することによって最適な分離点を設定したが、この場合に限らない。例えば、予め複数の分離点の候補を用意し、各候補に基づく符号化コストを並列に計算することによって、最適な分離点を設定してもよい。この場合、予め複数の分離点の候補を用意する必要があるが、並列処理であるので、高速に処理することができる。
【００３３】
図２は、本発明の第一の実施形態の画像復号装置２００の一例を示すブロック図である。画像復号装置２００は、データ分離部２０１、ヘッダ解析部２０２、画像復号部２０３、ノイズ復号部２０４、画像合成部２０５を備える。
【００３４】
データ分離部２０１は、入力された符号化ストリームを、ヘッダ、上位ビット側の画像の符号化ストリーム、下位ビット側のノイズ情報の符号化ストリームに分離する。また、分離されたヘッダ、画像の符号化ストリーム、ノイズ情報の符号化ストリームを、それぞれヘッダ解析部２０２、画像復号部２０３、ノイズ復号部２０４に送る。
【００３５】
ヘッダ解析部２０２は、データ分離部２０１から送られたヘッダを解析することによって、前述の最適な分離点の情報を取得する。最適な分離点の情報は、上位ビット側の画像と下位ビット側のノイズ情報とを合成し、原画像を復元するために用いられる。このヘッダ解析部２０２は、分離点の情報を、画像復号部２０３、ノイズ復号部２０４及び画像合成部２０５に送る。
【００３６】
画像復号部２０３は、データ分離部２０１から送られた画像の符号化ストリームを復号する。画像の復号は、定められた方式によって行われる。例えば、符号化ストリームがJPEG-LS方式によって符号化されていた場合、JPEG-LS方式によって復号する。また、符号化される前にビットシフトやダイナミックレンジが調整されている場合、この調整を元に戻す。この画像復号部２０３は、図１の画像符号化部１０５が用いた符号化方式に対応する復号方式を用いる。
【００３７】
ノイズ復号部２０４は、データ分離部２０１から送られたノイズ情報の符号化ストリームを復号する。ノイズ情報の復号は、定められた方式によって行われる。例えば、符号化ストリームがLZH方式によって符号化されていた場合、LZH方式によって復号する。また、ビットパックを用いて符号化されていた場合、画素単位のノイズ情報に復元する。このノイズ復号部２０４は、図１のノイズ符号化部１０６が用いた符号化方式に対応する復号方式を用いる。
【００３８】
画像合成部２０５は、画像復号部２０３によって復号された画像と、ノイズ復号部２０４によって復号されたノイズ情報とを、ヘッダ解析部２０２から送られた最適な分離点の情報を用いて合成することによって、原画像を復元する。
【００３９】
以上に示す構成により、画像復号装置２００では、図１の画像符号化装置１００が出力した符号化ストリームに基づいて、原画像を復元することができる。
【００４０】
なお、上記の説明では、原画像を上位ビット側の画像と下位ビット側のノイズ情報とに分離した場合を例に説明したが、原画像を一般的な第一の画像と第二の画像とに分離した場合、又は原画像をロッシー符号化画像とロスレス符号化画像とに分離した場合も同様である。
【００４１】
図３は、本発明の第一の実施形態の画像符号化方法を示すフローチャートである。なお、以下では、入力された原画像を、第一の画像（上位ビット側の画像）と第二の画像（下位ビット側のノイズ情報）とに分離する場合を例に説明する。
【００４２】
まずステップ５０１において、画素値分離部１０１は、原画像を入力する（５０１）。
【００４３】
次にステップ５０２において、画素値分離部１０１は、ステップ５０１で入力された原画像を、予め設定された分離点に応じて、第一の画像と第二の画像とに分離する（５０２）。
【００４４】
次にステップ５０３において、画像符号化コスト計算部１０２は、第一の画像の符号化コストを計算する（５０３）。ここでは、例えば、第一の画像の各画素において発生する予測誤差（入力画素値と周辺画素から予測される予測画素値との誤差）の絶対値の和を計算し、計算された予測誤差の絶対値の和に基づいて、符号量を推定してもよい。なお、実際に第一の画像を符号化した場合の符号量を求めてもよい。特に予測値を用いることによって、処理を高速化することができる。この場合の符号化方式は、JPEG-LS方式であるとするが、ロスレス方式、ロッシー方式のいずれでもよい。
【００４５】
次にステップ５０４において、ノイズ符号化コスト計算部１０３は、第二の画像の符号化コストを計算する（５０４）。ここでは、例えば、ビットパックしたシンボルの出現確率に基づいて、符号量を推定してもよい。なお、実際に第二の画像を符号化した場合の符号量を求めてもよい。特に予測値を用いることによって、処理を高速化することができる。この場合の符号化方式は、LZH方式であるとするが、画像の符号化方式、辞書法のような一般の符号化方式のいずれでもよい。
【００４６】
次にステップ５０５において、最適値調整部１０４は、ステップ５０３で計算された第一の画像の符号化コストと、ステップ５０４で計算された第二の画像の符号化コストとに基づいて、最適な分離点が取得できたか否かを判定する（５０５）。具体的には、第一の画像の符号化コストと、第二の画像の符号化コストとの和が、最小値になるような分離点を取得できたか否かを判定する。
【００４７】
最適な分離点が取得できていない場合（５０５でＮＯ）、最適値調整部１０４は、ステップ５０２で用いられた分離点を変化させた分離点（調整用の分離点）の情報を、画素値分離部１０１に送る。その後、ステップ５０２に戻って、画素値分離部１０１は、最適値調整部１０４によって設定された調整用の分離点に応じて、画像を分離する。一方、最適な分離点が取得できた場合（５０５でＹＥＳ）、ステップ５０６に進む。
【００４８】
ステップ５０６に進んだ場合、画像符号化部１０５は、第一の画像を符号化する（５０６）。ここでは、ステップ５０５で取得された最適な分離点に基づいて分離された第一の画像を、JPEG-LS、lossless JPEG、JPEG2000等のロスレス符号化方式を用いて符号化し、第一の画像の符号化ストリームを生成する。
【００４９】
次にステップ５０７において、ノイズ符号化部１０６は、第二の画像を符号化する（５０７）。ここでは、ステップ５０５で取得された最適な分離点に基づいて分離された第二の画像を、LZH、ZIP、7-zip等のLZ77方式をベースとした、一般に辞書法と呼ばれる符号化方式を用いて符号化し、第二の画像の符号化ストリームを生成する。
【００５０】
次にステップ５０８において、ストリーム結合部１０７は、第一の画像の符号化ストリームと、第二の画像の符号化ストリームとを結合し、一つの符号化ストリームを出力する（５０８）。ここでは、出力される符号化ストリームのヘッダに、最適な分離点の情報を多重化する。
【００５１】
以上に示す処理により、画像符号化装置１００では、入力された原画像を最適に第一の画像と第二の画像とに分離することによって、効率良くロスレスに圧縮することができる。また、入力された原画像毎に、画像の分離方法を可変にすることができる。
【００５２】
なお、上記の説明では、最適値調整部１０４が、繰り返し符号化コストを計算することによって最適な分離点を設定したが、この場合に限らない。例えば、予め複数の分離点の候補を用意し、各候補に基づく符号化コストを並列に計算することによって、最適な分離点を設定してもよい。この場合、予め複数の分離点の候補を用意する必要があるが、並列処理であるので、高速に処理することができる。
【００５３】
図４は、本発明の第一の実施形態の画像復号方法を示すフローチャートである。
【００５４】
まずステップ６０１において、データ分離部２０１は、復号対象の符号化ストリームを入力する（６０１）。
【００５５】
次にステップ６０２において、データ分離部２０１は、ステップ６０１で入力された符号化ストリームを、ヘッダ、第一の画像の符号化ストリーム及び第二の画像の符号化ストリームに分離する（６０２）。
【００５６】
次にステップ６０３において、ヘッダ解析部２０２は、ステップ６０２で分離されたヘッダを解析することによって、前述の最適な分離点の情報を取得する。最適な分離点の情報は、第一の画像と第二の画像とを合成し、原画像を復元するために用いられる。また、必要な場合には、第一の画像をビットシフトや、第二の画像のビットパックの解除のために用いられる。なお、符号化される前にダイナミックレンジが調整されている場合、ヘッダ解析部２０２は、ヘッダに格納されている情報を用いて、この調整を元に戻す。
【００５７】
次にステップ６０４において、画像復号部２０３は、ステップ６０２で分離された第一の画像の符号化ストリームを、この第一の画像が符号化された際に用いられた符号化方式に対応する復号方式によって復号する（６０４）。なお、符号化される前にダイナミックレンジが調整されている場合、この調整を元に戻す。
【００５８】
次にステップ６０５において、ノイズ復号部２０４は、ステップ６０２で分離された第二の画像の符号化ストリームを、この第二の画像が符号化された際に用いられた符号化方式に対応する復号方式によって復号する（６０５）。なお、符号化される際にビットパックが設定されている場合、ビットパックを解除した後に画像を復号する。
【００５９】
次にステップ６０６において、画像合成部２０５は、ステップ６０４で復号された第一の画像と、ステップ６０５で復号された第二の画像とを合成して出力する（６０５）。ここでは、例えばある分離点において第一の画像と第二の画像とに分離されていて、且つ、第一の画像の画素値が右シフトされている画像である場合、復号された第一の画像の画素値を左シフトしたものと、復号された第二の画像との和をとることによって、第一の画像と第二の画像とを合成する。
【００６０】
以上に示す処理により、画像復号装置２００では、図１の画像符号化装置１００が出力した符号化ストリームに基づいて、原画像を復元することができる。
【００６１】
（第二の実施形態）
図５は、本発明の第二の実施形態の画像符号化装置の一例を示すブロック図である。画像符号化装置３００は、画素値分離・修正部３０１、ロッシー符号化部３０２、ロッシー復号部３０３、ロッシー符号化コスト計算部３０４、ロスレス符号化部３０５、ロスレス符号化コスト計算部３０６、最適値調整部３０７、ストリーム結合部３０８を備える。
【００６２】
画素値分離・修正部３０１は、入力された画像を、複数の画像に分離する。すなわち、まず、所定の分離方法により、入力された画像を、上位ビット側のビットプレーン集合からなる第一の画像と、下位ビット側のビットプレーン集合からなる第二の画像とに分離する。そして、分離された第一の画像を、ロッシー符号化部３０２に送る。なお、以下の説明では、分離方法とは、分離点（どのビットをビット境界とするか）の情報に基づいて画像を分離する方法であるとして説明する。
【００６３】
また、入力された画像と、後述する最適値調整部３０７から送られる第一の画像の復号画像との差分を取ることによって、第二の画像を修正（生成）する。そして、修正された第二の画像を、ロスレス符号化部３０５に送る。
【００６４】
このように、第二の画像を修正することにより、最終的に合成される第一の画像の復号画像と第二の画像の復号画像との和が、入力された画像と一致するようになる。
【００６５】
また、この画素値分離・修正部３０１は、最初は、予め設定された分離点の情報に基づいて、入力された画像を二つの画像に分離する。二回目以降は、後述する最適値調整部３０７によって設定された調整用の分離点に基づいて、入力された画像を二つの画像に分離する。最後は、後述する最適値調整部３０７によって設定された最適な分離点（使用すべき分離点）に基づいて、入力された画像を二つの画像に分離する。
【００６６】
なお、分離点は、画像単位、ブロック単位、画素単位、これらの複数まとまった単位で切り替えてもよい。
【００６７】
ロッシー符号化部３０２は、第一の画像を、JPEG、JPEG2000、MPEG、H.264/AVC等のロッシー符号化方式を用いて符号化する。なお、このロッシー符号化部３０２は、画像１枚単位で符号化してもよいし、複数の画像を用いて画像間予測を実行して符号化してもよい。また、分離された第二の画像の分だけ一定の値を増減してから符号化してもよいし、画素値分離・修正部３０１に入力された画像を、第一の画像として符号化してもよい。このロッシー符号化部３０２は、生成された第一の画像の符号化ストリームを、ロッシー復号部３０３及びロッシー符号化コスト計算部３０４に出力する。
【００６８】
ロッシー符号化コスト計算部３０４は、第一の画像の符号化コストを計算する。このロッシー符号化コスト計算部３０４は、計算された第一の画像の符号化コストを、最適値調整部３０７に送る。また、第一の画像の符号化ストリームを、ストリーム結合部３０８に送る。
【００６９】
ロッシー復号部３０３は、ロッシー符号化部３０２によって符号化された第一の画像の符号化ストリームを復号する。ただし、第一の画像は一旦ロッシー符号化されている。そのため、ここで復号して得られる第一の画像と、ロッシー符号化される前の第一の画像とは、完全には一致しない。そこで、このロッシー復号部３０３は、復号された第一の画像を、最適値調整部３０７に送る。これにより、第二の画像の修正や、最適な分離点の設定が可能になる。
【００７０】
ロスレス符号化部３０５は、第二の画像を、JPEG-LS方式や、LZH、ZIP、7-zip等のLZ77方式をベースとした、一般に辞書法と呼ばれる符号化方式を用いて符号化する。このロスレス符号化部３０５は、生成された第二の画像の符号化ストリームを、ロスレス符号化コスト計算部３０６に出力する。
【００７１】
ロスレス符号化コスト計算部３０６は、第二の画像の符号化コストを計算する。このロスレス符号化コスト計算部３０６は、計算された符号化コストを最適値調整部３０７に送る。また、第二の画像の符号化ストリームを、ストリーム結合部３０８に送る。
【００７２】
最適値調整部３０７は、ロッシー符号化コスト計算部３０４によって計算された第一の画像の符号化コストと、ロスレス符号化コスト計算部３０６によって計算された第二の画像の符号化コストとに基づいて、画素値分離・修正部３０１が使用すべき最適な分離点（最適値）を設定する。
【００７３】
具体的には、最適値調整部３０７は、画素値分離・修正部３０１が用いた分離点を変化させた分離点（調整用の分離点）の情報を、画素値分離・修正部３０１に送る。画素値分離・修正部３０１、ロッシー符号化部３０２、ロッシー復号部３０３、ロッシー符号化コスト計算部３０４、ロスレス符号化部３０５、ロスレス符号化コスト計算部３０６は、この調整用の分離点の情報に基づいて順次動作し、当該調整用の分離点を用いた場合の符号化コストを計算する。以上の処理を一定回数繰り返す、又は符号化コストの最適化が完了するまで繰り返す。そして、最適値調整部３０７は、ロッシー符号化コスト計算部３０４によって計算された符号化コストと、ロスレス符号化コスト計算部３０６によって計算された符号化コストとの和が最も小さくなるような分離点を、最適な分離点として設定する。設定された最適な分離点の情報は、画素値分離・修正部３０１に送られる。
【００７４】
ストリーム結合部３０８は、ロッシー符号化部３０２から受け取った第一の画像の符号化ストリームと、ロスレス符号化部３０５から受け取った第二の画像の符号化ストリームとを結合し、一つの符号化ストリームとして出力する。このストリーム結合部３０８は、出力される符号化ストリームのヘッダに、最適な分離点の情報を多重化する。
【００７５】
以上に示す構成により、画像符号化装置３００では、入力された画像を最適に第一の画像と第二の画像とに分離し、第二の画像を修正することによって、効率良くロスレスに圧縮することができる。また、入力された画像毎に、画像の分離方法を可変にすることができる。
【００７６】
図６は、本発明の第二の実施形態の画像符号化方法を示すフローチャートである。なお、以下では、入力された原画像を、第一の画像と第二の画像とに分離し、第二の画像を修正し、第一の画像をロッシー符号化し、第二の画像をロスレス符号化する場合を例に説明する。ただし、第一の画像及び第二の画像ともにロスレス符号化してもよい。
【００７７】
まずステップ７０１において、画素値分離・修正部３０１は、原画像を入力する（７０１）。
【００７８】
次にステップ７０２において、画素値分離・修正部３０１は、ステップ７０１で入力された原画像を、予め設定された分離点に応じて、第一の画像と第二の画像とに分離する（７０２）。
【００７９】
次にステップ７０３において、ロッシー符号化部３０２は、第一の画像を符号化する（７０３）。ここでは、ステップ７０２で分離された第一の画像を、JPEG、JPEG2000、MPEG、H.264/AVC等のロッシー符号化方式を用いて符号化し、第一の画像の符号化ストリームを生成する。なお、ロッシー符号化部３０２は、第一の画像の符号化コストを計算するために符号量を計測しておく。
【００８０】
次にステップ７０４において、ロッシー復号部３０３は、第一の画像を復号する（７０４）。ここでは、ステップ７０３で符号化された第一の画像の符号化ストリームを、ステップ７０３の符号化方式に対応する復号方式によって復号する。なお、復号された第一の画像と符号量とは、後述するステップ７０５における符号化コスト計算に用いられる。
【００８１】
次にステップ７０５において、ロッシー符号化コスト計算部３０４は、第一の画像の符号化コストを計算する（７０５）。ここでは、ステップ７０３で計測された符号量と、復号された第一の画像及び符号化される前の第一の画像の誤差とに基づいて、第一の画像の符号化コストを計算する。
【００８２】
次にステップ７０６において、ロスレス符号化部３０５は、第二の画像を符号化する（７０６）。ここでは、ステップ７０２で分離された後に修正された第二の画像を、JPEG-LS、lossless JPEG、JPEG2000方式や、LZH、ZIP、7-zip等のLZ77方式をベースとした、一般に辞書法と呼ばれる符号化方式を用いて符号化する。なお、ロスレス符号化部３０５は、第二の画像の符号化コストを計算するために符号量を計測しておく。
【００８３】
次にステップ７０７において、ロスレス符号化コスト計算部３０６は、第二の画像の符号化コストを計算する（７０７）。ここでは、ステップ７０６で計測された符号量に基づいて、第二の画像の符号化コストを計算する。
【００８４】
次にステップ７０８において、最適値調整部３０７は、ステップ７０５で計算された第一の画像の符号化コストと、ステップ７０７で計算された第二の画像の符号化コストとに基づいて、最適な分離点が取得できたか否かを判定する（７０８）。具体的には、最終的に合成される第一の画像の復号画像と第二の画像の復号画像との和が原画像と一致するという条件下で、第一の画像の符号化コストと、第二の画像の符号化コストとの和が、最小値になるような分離点を取得できたか否かを判定する。
【００８５】
最適な分離点が取得できていない場合（７０８でＮＯ）、最適値調整部３０７は、ステップ７０２で用いられた分離点を変化させた分離点（調整用の分離点）の情報を、画素値分離・修正部３０１に送る。その後、ステップ７０２に戻って、画素値分離・修正部３０１は、最適値調整部３０７によって設定された調整用の分離点に応じて、原画像を分離する。一方、最適な分離点が取得できた場合（７０８でＹＥＳ）、ステップ７０９に進む。
【００８６】
次にステップ７０９において、ストリーム結合部３０８は、第一の画像の符号化ストリームと、第二の画像の符号化ストリームとを結合し、一つの符号化ストリームを出力する（７０９）。ここでは、出力される符号化ストリームのヘッダに、最適な分離点の情報を多重化する。
【００８７】
以上に示す処理により、画像符号化装置３００では、入力された原画像を最適に第一の画像と第二の画像に分離し、第二の画像を修正することによって、効率良くロスレスに圧縮することができる。また、入力された原画像毎に、画像の分離方法を可変にすることができる。
【００８８】
（第三の実施形態）
図７は、本発明の第三の実施形態の画像符号化装置の一例を示すブロック図である。画像符号化装置４００は、画素値分離部４０１と、第一画像符号化コスト計算部４０２と、第二画像符号化コスト計算部４０３と、第三画像符号化コスト計算部４０４と、最適値調整部４０５と、第一画像符号化部４０６と、第二画像符号化部４０７と、第三画像符号化部４０８と、ストリーム結合部４０９を備える。
【００８９】
画素値分離部４０１は、入力された画像を、三つ以上の画像（ここでは第一の画像と第二の画像と第三の画像）に分離する。例えば、入力された画像の各画素値を、ビット境界で三つ以上の値に分離することによって、画像の形式で保持される三つ以上のビットプレーン集合を生成する。また例えば、入力された画像の各画素値を、２つ以上の特定の画素値を閾値として分離することによって、三つ以上の画像を生成してもよい。
【００９０】
この画素値分離部４０１は、最初は、予め設定された分離点の情報に基づいて、低周波成分を含む第一の画像と、高周波成分（ノイズを除く）を含む第二の画像と、ノイズを含む第三の画像とに分離する。二回目以降は、後述する最適値調整部４０５によって設定された調整用の分離点の情報に基づいて、入力された画像を三つの画像に分離する。最後は、後述する最適値調整部４０５によって設定された最適な分離点の情報に基づいて、入力された画像を三つの画像に分離する。なお、分離点は、画像単位、ブロック単位、画素単位で切り替えてもよい。
【００９１】
この画素値分離部４０１は、分離された第一の画像を、第一画像符号化コスト計算部４０２に送る。同様に、分離された第二の画像、第三の画像を、それぞれ第二画像符号化コスト計算部４０３、第三画像符号化コスト計算部４０４に送る。
【００９２】
第一画像符号化コスト計算部４０２は、画素値分離部４０１から送られた第一の画像の符号化コストを計算する。この第一画像符号化コスト計算部４０２は、図１の画像符号化コスト計算部１０２と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００９３】
第二画像符号化コスト計算部４０３は、画素値分離部４０１から送られた第二の画像の符号化コストを計算する。この第二画像符号化コスト計算部４０３は、図１のノイズ符号化コスト計算部１０３と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００９４】
第三画像符号化コスト計算部４０４は、画素値分離部４０１から送られた第三の画像の符号化コストを計算する。この第三画像符号化コスト計算部４０４は、図１のノイズ符号化コスト計算部１０３と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００９５】
最適値調整部４０５は、第一画像符号化コスト計算部４０２、第二画像符号化コスト計算部４０３、第三画像符号化コスト計算部４０４のそれぞれによって計算された、第一の画像の符号化コスト、第二の画像の符号化コスト、第三の画像の符号化コストに基づいて、画素値分離部４０１が使用すべき最適な分離点（最適値）を設定する。
【００９６】
具体的には、最適値調整部４０５は、画素値分離部４０１が用いた分離点を変化させた分離点（調整用の分離点）の情報を、画素値分離部４０１に送る。画素値分離部４０１、第一画像符号化コスト計算部４０２、第二画像符号化コスト計算部４０３及び第三画像符号化コスト計算部４０４は、この調整用の分離点の情報に基づいて順次動作し、当該調整用の分離点を用いた場合の符号化コストを計算する。以上の処理を一定回数繰り返す、又は符号化コストの最適化が完了するまで繰り返す。そして、最適値調整部４０５は、第一の画像の符号化コストと、第二の画像の符号化コストと、第三の画像の符号化コストとの和が最も小さくなるような分離点を、最適な分離点として設定する。設定された最適な分離点の情報は、画素値分離部４０１に送られる。
【００９７】
第一画像符号化部４０６は、画素値分離部４０１が最適な分離点に基づいて分離した第一の画像を、JPEG-LS、lossless JPEG、JPEG2000等のロスレス符号化方式又はJPEG、JPEG2000、MPEG、H.264/AVC等のロッシー符号化方式を用いて符号化する。
【００９８】
第二画像符号化部４０７は、画素値分離部４０１が最適な分離点に基づいて分離した第二の画像を、LZH、ZIP、7-zip等のLZ77方式をベースとした、一般に辞書法と呼ばれる符号化方式を用いて符号化する。
【００９９】
第三画像符号化部４０８は、画素値分離部４０１が最適な分離点に基づいて分離した第三の画像を、LZH、ZIP、7-zip等のLZ77方式をベースとした、一般に辞書法と呼ばれる符号化方式を用いて符号化する。
【０１００】
ストリーム結合部４０９は、第一画像符号化部４０６によって生成された第一の画像の符号化ストリームと、第二画像符号化部４０７によって生成された第二の画像の符号化ストリームと、第三画像符号化部４０８によって生成された第三の画像の符号化ストリームとを結合し、一つの符号化ストリームとして出力する。このストリーム結合部４０９は、出力される符号化ストリームのヘッダに、最適な分離点の情報を多重化する。
【０１０１】
以上に示す構成により、画像符号化装置４００では、入力された画像を最適に第一の画像と第二の画像と第三の画像とに分離することによって、効率良くロスレスに圧縮することができる。また、入力された画像毎に、画像の分離方法を可変にすることができる。
【０１０２】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、上記各実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記各実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【０１０３】
また、本発明の画像符号化方法及び画像復号方法に関する技術を、画像記録装置、画像伝送装置に適用することにより、大容量の画像記録、帯域幅の小さい画像伝送が可能な医療用画像診断装置、ＣＴ、ＭＲＩ等の撮影装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１００、３００、４００  画像符号化装置
１０１、４０１  画素値分離部
１０２  画像符号化コスト計算部
１０３  ノイズ符号化コスト計算部
１０４、３０７、４０５  最適値調整部
１０５  画像符号化部
１０６  ノイズ符号化部
１０７、３０８、４０９  ストリーム結合部
２００  画像復号装置
２０１  データ分離部
２０２  ヘッダ解析部
２０３  画像復号部
２０４  ノイズ復号部
２０５  画像合成部
３０１  画素値分離・修正部
３０２  ロッシー符号化部
３０３  ロッシー復号部
３０４  ロッシー符号化コスト計算部
３０５  ロスレス符号化部
３０６  ロスレス符号化コスト計算部
４０２  第一画像符号化コスト計算部
４０３  第二画像符号化コスト計算部
４０４  第三画像符号化コスト計算部
４０６  第一画像符号化部
４０７  第二画像符号化部
４０８  第三画像符号化部
【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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