(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
事前に任意の間隔でリスタートマーカを圧縮画像データのデータストリームに挿入することにより、データ誤りが発生しデータが破壊した場合でも、前記リスタートマーカの次の画像圧縮処理を行う最小単位の画像データである最小符号化ユニット（ＭＣＵ）から正常な伸張動作を可能とするフォーマットを有する画像圧縮／伸張方式における画像圧縮装置において、前記リスタートマーカの挿入位置を、前記ＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔の値を任意に設定するレジスタと、前記値に応じて走査ラインの前記ＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔毎に、最も前記ＭＣＵ単位の２つの画像データ間の相関関係が無い前記走査ラインの先頭に自動設定するリスタートマーカ挿入位置設定手段を備えることを特徴とする画像圧縮装置。
【請求項２】
事前に任意の間隔でリスタートマーカを圧縮画像データのデータストリームに挿入することにより、データ誤りが発生しデータが破壊した場合でも、前記リスタートマーカの次の画像圧縮処理を行う最小単位の画像データである最小符号化ユニット（ＭＣＵ）から正常な伸張動作を可能とするフォーマットを有する画像圧縮／伸張方式における画像圧縮装置において、前記ＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔を単位とするリスタートライン間隔と画像水平画素数を含む複数のパラメータの各々を設定する複数のパラメータ設定レジスタを有する設定レジスタ群と、入力画像データを離散コサイン変換処理及び量子化しリスタートインターバルの間隔で前記リスタートマーカを挿入しつつエントロピ圧縮して圧縮画像データを作成する画像圧縮処理部と、前記設定レジスタ群の各レジスタの設定値及び前記リスタートインターバルの値に基づいて前記リスタートマーカの挿入位置を示すリスタートインターバルマーカを含む各マーカを作成するマーカ作成部と、前記画像圧縮処理部で作成した前記圧縮画像データに対し前記各マーカを付加し所定のフォーマットの画像データとして出力するマーカ付加部と、前記設定レジスタ群から供給を受けた前記画像水平画素数と前記リスタートライン間隔とに基づき、前記ＭＣＵ単位の間隔である前記リスタートインターバル値を計算するリスタートインターバル演算部とを備え、
前記リスタートマーカの挿入位置を、前記ＭＣＵ単位の２つの画像データ間の相関関係が無い前記走査ラインの先頭に設定することを特徴とする画像圧縮装置。
【請求項３】
前記設定レジスタ群が、圧縮動作に必要な画像の水平画素数を設定する水平サイズ設定レジスタと、前記リスタートマーカライン間隔値を設定するリスタートライン間隔設定レジスタとを有することを特徴とする請求項２記載の画像圧縮装置。
【請求項４】
前記画像圧縮処理部が、前記離散コサイン変換処理を行う離散コサイン変換部と、前記離散コサイン変換処理したデータの量子化を行う量子化部と、前記量子化部の出力データに前記リスタートマーカを挿入するリスタートマーカ挿入部と、前記リスタートマーカを挿入したデータのエントロピ圧縮処理を行うエントロピ圧縮部とを備えることを特徴とする請求項２記載の画像圧縮装置。
【請求項５】
前記マーカ作成部が、前記リスタートインターバル演算部で算出したリスタートインターバルの値に基づき前記リスタートインターバルマーカを作成するリスタートインターバルマーカ作成回路を備えることを特徴とする請求項２記載の画像圧縮装置。
【請求項６】
前記リスタートインターバル演算部が、前記水平画素数をＭＣＵ単位水平画素数で除算して１走査当たりＭＣＵ数を求め、前記１走査当たりＭＣＵ数に前記リスタートライン間隔の値を乗算することにより求めることを特徴とする請求項２記載の画像圧縮装置。
【請求項７】
事前に任意の間隔でリスタートマーカを圧縮画像データのデータストリームに挿入することにより、データ誤りが発生しデータが破壊した場合でも、前記リスタートマーカの次の画像圧縮処理を行う最小単位の画像データである最小符号化ユニット（ＭＣＵ）から正常な伸張動作を可能とするフォーマットを有する画像圧縮／伸張方式における画像圧縮方法において、前記リスタートマーカの挿入位置を、任意の値が設定されるレジスタを備え前記値に応じて走査ラインの前記ＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔毎に、最も前記ＭＣＵ単位の２つの画像データ間の相関関係が無い前記走査ラインの先頭に自動設定することを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項８】
事前に任意の間隔でリスタートマーカを圧縮画像データのデータストリームに挿入することにより、データ誤りが発生しデータが破壊した場合でも、前記リスタートマーカの次の画像圧縮処理を行う最小単位の画像データである最小符号化ユニット（ＭＣＵ）から正常な伸張動作を可能とするフォーマットを有する画像圧縮／伸張方式における画像圧縮方法において、圧縮に必要な画像水平画素数と前記ＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔を単位とするリスタートライン間隔を含む複数のパラメータを設定する第１のステップと、前記ＭＣＵ単位の間隔であるリスタートインターバル値を、前記第１のステップで設定した前記画像水平画素数と前記リスタートライン間隔より演算で求める第２のステップと、前記第１のステップで設定したパラメータの各々及び前記ステップＳ２で求めたリスタートインターバル値から、所定のフォーマット規格に従って各マーカを作成する第３のステップと、前記第２のステップで設定した各パラメータに基づいて、画像データの取り込みを開始する第４のステップと、前記第４のステップで取り込んだ画像データを、周波数係数に分解するため離散コサイン変換を行う第５のステップと、前記第５のステップで得た離散コサイン変換係数データを、人間の目の感度の低い高周波係数をより積極的に落とす方向で量子化する第６のステップと、前記第６のステップで得た量子化データをエントロピ圧縮しつつ、前記第２のステップの演算結果に基づき適切なタイミングで前記リスタートマーカを前記ＭＣＵ単位の２つの画像データ間の相関関係が無い前記走査ラインの先頭に順次挿入する第７のステップと、前記第３のステップで得た前記マーカの各々を前記第４〜第７のステップで圧縮した画像データにヘッダ情報として付加する第８のステップとを有することを特徴とする画像圧縮方法。
【請求項９】
前記第２のステップが、前記水平画素数をＭＣＵ単位水平画素数で除算して１走査当たりＭＣＵ数を求め、前記１走査当たりＭＣＵ数に前記リスタートライン間隔の値を乗算することにより求めることを特徴とする請求項８記載の画像圧縮方法
【請求項１０】
リスタートマーカを圧縮画像データのデータストリームに挿入することにより、データ誤りが発生しデータが破壊した場合でも、前記リスタートマーカの後に続く画像の圧縮処理を行う最小単位の画像データである最小符号化ユニット（ＭＣＵ）から正常な伸張動作を可能とするフォーマットを有する画像圧縮／伸張方式における画像圧縮装置において、前記ＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔を単位とするリスタートライン間隔と画像の水平画素数が設定されるパラメータ設定レジスタと、入力画像データから圧縮画像データを作成する画像圧縮処理部と、前記設定レジスタに設定された前記水平画素数と前記リスタートライン間隔とに基づき前記圧縮画像データに対する前記リスタートマーカの挿入位置を求める演算部とを備え、前記画像圧縮処理部は、前記圧縮画像データに対し前記演算部で求めた挿入位置に前記リスタートマーカを付加するものであり、前記リスタートマーカの挿入位置は、前記ＭＣＵ単位の２つの画像データ間の相関関係が無い前記走査ラインの先頭であることを特徴とする画像圧縮装置。
【請求項１１】
リスタートマーカを圧縮画像データのデータストリームに挿入することにより、データ誤りが発生しデータが破壊した場合でも、前記リスタートマーカの後に続く画像の圧縮処理を行う最小単位の画像データである最小符号化ユニット（ＭＣＵ）から正常な伸張動作を可能とするフォーマットを有する画像圧縮／伸張方式における画像圧縮方法において、前記ＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔を単位とするリスタートライン間隔と、画像の水平画素数であるパラメータを設定する第１のステップと、前記第１のステップで設定した前記画像水平画素数と前記リスタートライン間隔よりＭＣＵ単位の間隔であるリスタートインターバル値を演算で求める第２のステップと、前記第１のステップで設定したパラメータ及び前記ステップＳ２で求めたリスタートインターバル値から、所定のフォーマット規格に従って各マーカを作成する第３のステップと、前記第２のステップで設定した各パラメータに基づいて、画像データの取り込みを開始する第４のステップと、前記第４のステップで取り込んだ画像データに対して離散コサイン変換を行う第５のステップと、前記第５のステップで得た離散コサイン変換係数データを量子化する第６のステップと、前記第６のステップで得た量子化データをエントロピ圧縮しつつ、前記第２のステップの演算結果に基づくタイミングで前記リスタートマーカを前記ＭＣＵ単位の２つの画像データ間の相関関係が無い前記走査ラインの先頭に順次挿入する第７のステップと、前記第３のステップで得た前記マーカの各々を前記第４〜第７のステップで圧縮した画像データにヘッダ情報として付加する第８のステップとを有することを特徴とする画像圧縮方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像圧縮装置及びその方法に関し、特に静止画像に対する画像圧縮装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静止画像の圧縮／伸張方式に関する国際標準規格として、ＩＳＯとＣＣＩＴＴの専門家グループＩＳＯ／ＩＥＣ，ＪＴＣ１／ＳＣ２／ＷＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）が勧告ＩＴＵ−Ｔ  Ｒｅｃ．Ｔ８１  ＩＳＯ／ＩＥＣ−１０９１８−１として規定したＪＰＥＧ方式がある。
【０００３】
ＪＰＥＧ方式の圧縮／伸張処理を概念的に説明図で示す図４を参照すると、まず圧縮処理は、基本的に、（１）離散コサイン変換（ＤＣＴ）、（２）量子化、（３）エントロピ圧縮の３段階で画像データＤＩの情報を圧縮し、ＪＰＥＧ圧縮データＤＪを生成する。また、伸張処理は、逆に、（４）各マーカ検出、（５）エントロピ伸張、（６）逆量子化、（７）逆ＤＣＴの各段階で圧縮データＤＪを伸張し、伸張画像データＤＲを生成する。
【０００４】
ここで、（１）ＤＣＴは、画像データを周波数係数に分解する処理であり、（２）量子化は、ＤＣＴで得られたＤＣＴ係数データから、人間の目の感度の低い高周波係数をより積極的に落とす方向で情報量を切り落とす処理であり、（３）エントロピ圧縮は、一般的に知られる可逆圧縮／伸張のことであり、ベースラインＤＣＴでは公知のハフマン符号化規約に基づく技術を用いる。
【０００５】
また、ＪＰＥＧ方式では、各色空間のサンプリング比を変更することにより更に圧縮率を高めるため、輝度、色差１、色差２（ＹＣｂＣｒやＹＵＶ等）の色空間で圧縮／伸張処理を行うことが多い。例えば、原画像データが３原色赤，緑，青（Ｒ，Ｇ，Ｂ）信号である場合は、まず、輝度色差（Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ等）信号に変換してから圧縮し、伸張後に再度Ｒ，Ｇ，Ｂ信号に変換する方法が用いられる。
【０００６】
これは、人間の目が輝度係数より色差係数に対して感度が鈍いことを利用したもので、輝度係数に対する色差係数のサンブリング比を落とす（画素データを間引く）ことによりデータ量を低減し、圧縮率を上げている。
【０００７】
８×８画素の画像データ単位をブロック、また、画像の圧縮処理を行う最小単位の画像データを最小符号化ユニット（以下、ＭＣＵ：ｍｉｎｉｍｕｍ  ｃｏｄｅｄ  ｕｎｉｔ）と呼ぶ。
【０００８】
データサンプリングとＭＣＵの関係を模式的に説明図で示す図５を参照すると、図５（Ａ）に示すような、１ＭＣＵから輝度信号Ｙを４ブロック、色差信号ＣｂとＣｒをそれぞれ１ブロック相当分サンプリングする「サンプル比４：１：１」や、図５（Ａ）に示すような、１ＭＣＵから輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、Ｃｒをそれぞれ１ブロックサンプリングする「サンプル比４：４：４」等の形式が存在する。
【０００９】
ＪＰＥＧ方式の圧縮画像データの画像ブロックの概念を模式的に示す図６を参照すると、ＪＰＥＧ方式では、図６（Ａ）に示すように、前述した８×８画素から成るブロックを縦横方向に配列して構成される原画像を、このブロック単位でＤＣＴと量子化を順次行うが、各ブロックにおける最初の１画素とそれ以外の６３画素の特徴の違いから、図６（Ｂ）に示すように、最初の１画素を直流係数（以下、ＤＣ係数）、残りの６３画素を交流係数（以下、ＡＣ係数）と呼ぶ。
【００１０】
ＤＣ係数とＡＣ係数では、その数値の絶対値や分布が異なりＡＣ係数の絶対値が比較的小さいのに対しＤＣ係数の絶対値は比較的大きくなる傾向にある。これはＤＣ係数がそのブロックの平均値を示すためである。
【００１１】
例えば、サンプル比が図５（Ｂ）に示す４：４：４の場合、ＤＣ係数は各係数（Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒ等）毎に１つ手前のブロックのＤＣ係数との差分値を求めた上、エントロピ符号化により圧縮される。
【００１２】
図６（Ｃ）に示すように、ＪＰＥＧ方式における原画像をサンプリングする際のスキャン順序は、ＭＣＵ単位で左から右へと水平にスキャンしていき、右端まで到達するとＭＣＵ単位で一段下へ下がり、またＭＣＵ単位で左から右へと水平にスキャンするといったことを画像データの終わりまで繰り返し行う仕様となっている。ＡＣ係数は図６（Ｃ）に示すように、２、３、４、・・・６３、６４の順に値をジグザクスキャンし、該スキャンデータのゼロランの長さ（＝０ランレングス値）とゼロでない係数の値の組み合わせでエントロピ圧縮される。
【００１３】
エントロピ圧縮は、ハフマン符号化規約に基づいて圧縮されるものであり、一般的に利用されるハフマンテーブルは、総じて各係数の値が小さいほど符号長を短く、各係数の値が長いほど符号長を長く与える傾向にあるため、各係数の値が小さい程圧縮率が高くなる。
【００１４】
なお、ＡＣ係数と異なり、ＤＣ係数が１つ手前のブロックのＤＣ係数との差分値をとる理由は、一般的に近傍のＤＣ係数同士は画像が連続しており相関も高いと考えられるため、差分情報として予測符号化した方が値が小さくなりエントロピ圧縮符号化した際の圧縮率が上がるからである。
【００１５】
ただし、ＤＣ係数は常に前後ブロック間のデータ差分を取っているため、通信等でデータ誤り（エラー）が発生した場合、以下のＤＣ係数データの伸張が正確に出来なくなる伸張エラーが生じるという問題が生じることがある。
【００１６】
この問題を解決するため、従来は、データストリーム内にＭＣＵ単位の任意の間隔で図７（Ａ）に示すようなリスタートマーカ（以下ＲＳＴ）を挿入することにより、もし途中でデータエラーが発生してもＲＳＴの次のＭＣＵからは正常に伸張できる工夫がなされていた。
【００１７】
ＲＳＴは、ＤＣ係数に関する差分圧縮の連鎖を中断する機能をもっており、直後のＤＣ係数は０との差分をとった結果をエントロピ符号化し圧縮する仕様となっている。
【００１８】
よって伸張時にＲＳＴが現れた場合は、直後のＤＣ係数は１つ手前のＤＣ係数データを用いて演算する必要が無く該ブロック単独でデータの伸張が出来るように工夫されている。
【００１９】
しかし、ＲＳＴのデータストリームへの挿入は、上記利点がある反面、以下の理由により画像の直流係数の圧縮率を落とすという問題点があった。
【００２０】
前述したようにＲＳＴはＤＣ係数の差分圧縮の連鎖を一度中断し、０との差分をとることで前後のデータを独立させ、正常な伸張の再スタートを可能としているため、ＲＳＴ挿入直後の直流係数の差分値（実際にはブロックのＤＣ係数がそのまま反映される）は大きくなり結果として圧縮率が低下する。特に、前後の画像間の相関が強い位置にＲＳＴが挿入された場合、ＤＣ係数の圧縮率低下におけるペナルティが大きい。
【００２１】
ＲＳＴとリスタートインターバルマーカ及び従来の画像圧縮装置によるＲＳＴ挿入位置の概念をそれぞれ模式的に示す図７を参照すると、図７（Ａ）に示すように、ＲＳＴは１６ビットから成り、０ｘＦＦ、０ｘＤ０〜０ｘＦＦ、０ｘＤ７の計７種類のマーカが存在する。（以下０ｘＦＦ、０ｘＤ０のマーカから順に、ＲＳＴ０、ＲＳＴ１、ＲＳＴ２・・・・ＲＳＴ７と記す）。
【００２２】
画像データストリームに、ＲＳＴを挿入する場合は、図７（Ｃ）に示すように、ＲＳＴ０、ＲＳＴ１、ＲＳＴ２・・・の順に挿入され、ＲＳＴ７の次は、また、ＲＳＴ０、ＲＳＴ１、ＲＳＴ２・・・の順に挿入される。
【００２３】
なお、ＲＳＴの挿入間隔は、図７（Ｂ）に示すように、４８ビットで示されるリスタートインターバルマーカ（ＤＲＩ）のＲｉ（下位１６ビットで単位はＭＣＵ単位で設定）の部分で定義されており、ＪＰＥＧフォーマットのヘッダ部分にリスタートインターバル情報として付加される。
【００２４】
ＪＰＥＧ方式の一般的な従来の画像圧縮装置をブロックで示す図８を参照すると、この従来の画像圧縮装置は、画像水平サイズを設定する水平サイズ設定レジスタ１１とＭＣＵ単位リスタートインターバルを設定するインターバル設定レジスタ１２等の各種設定レジスタを含む設定レジスタ群１と、画像データＤＩをＤＣＴ処理及び量子化し設定した間隔でＲＳＴを挿入しつつエントロピ圧縮する画像圧縮処理部２と、設定レジスタ群１の設定値に基づいてリスタートインターバルマーカ（ＤＲＩ）を含む各種マーカを作成するマーカ作成部３と、画像圧縮処理部２で作成された圧縮画像データに対し各種マーカを付加しＪＰＥＧフォーマットの画像データＤＪとして出力するマーカ付加部４とを備える。
【００２５】
画像圧縮処理部２は、ＤＣＴ処理を行うＤＣＴ部２１と、量子化を行う量子化部２２と、リスタートマーカ（ＲＳＴ）を挿入するＲＳＴ挿入部２３と、エントロピ圧縮処理を行うエントロピ圧縮部２４とを備える。
【００２６】
マーカ作成部３は、設定レジスタ１２の設定値に基づきＤＲＩを作成するマーカ作成回路３１を備える。
【００２７】
次に、図８を参照して、従来の画像圧縮装置及びその方法の動作について説明すると、設定レジスタ群１の各設定レジスタ１１，１２等に所定の設定値を設定する。すなわち、設定レジスタ１１には圧縮動作に必要とする画像の水平画素数を設定し、設定レジスタ１２にはＭＣＵ単位でリスタートインターバル（間隔）値を設定する。次に、画像圧縮処理部２は、入力した画像データＤＩをＤＣＴ処理して量子化し、さらに量子化したデータを設定レジスタ１２に設定したリスタート間隔でＲＳＴを挿入しつつエントロピ圧縮する。
【００２８】
マーカ作成部３は、設定レジスタ群１の設定値に基づいて各種マーカを作成する。すなわち、マーカ作成回路３１は、設定レジスタ１２の設定値に基づきＤＲＩを作成する。
【００２９】
マーカ付加部４は、画像圧縮処理部２で作成された圧縮画像データに対しＤＲＩを含む各種マーカを付加しＪＰＥＧフォーマットの画像データＤＪとして出力する。
【００３０】
上述した図６（Ｃ）に示すように、ＪＰＥＧ方式における原画像をサンプリングする際のスキャン順序は、ＭＣＵ単位の走査ライン（以下１ライン）で左から右へと水平にスキャン（走査）していき、右端まで到達すると１ライン分下へ下がり、また１ライン分左から右へと水平にスキャンする動作を画像データの終わりまで繰り返し行う仕様となっている。
【００３１】
画像が連続している場合のＤＣ係数の相関の概念を模式的に示す図９を参照して、ＲＳＴ挿入位置による圧縮率低下のペナルティ度合いについて説明すると、データが連続する２つの画像Ａ，Ｂのように画像が連続している場合、ＭＣＵ単位の平均値を示すＤＣ係数の相関は一般的に高く差分圧縮率も高いと考えられるため、これら画像Ａ，Ｂ間にリスタートマーカが挿入された時の圧縮率低下に及ぼすペナルティは大変高いものとなる。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の画像圧縮装置及びその方法は、データエラーに起因するＤＣ係数データの伸張エラーを回避するため、データストリーム内にＭＣＵ単位の任意の間隔でリスタートマーカ（以下ＲＳＴ）を挿入しているが、ＲＳＴは、ＤＣ係数に関する差分圧縮の連鎖を中断する機能を有するので、前後の画像間の相関が強い位置にＲＳＴが挿入された場合、ＲＳＴ挿入直後の直流係数の差分値が大きくなり結果として圧縮率が低下するというという欠点があった。
【００３３】
本発明の目的は、ＲＳＴ挿入に基づく圧縮率の低下を回避し、高圧縮率を保持できる画像圧縮装置及びその方法を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の画像圧縮装置は、
事前に任意の間隔でリスタートマーカを圧縮画像データのデータストリームに挿入することにより、データ誤りが発生しデータが破壊した場合でも、前記リスタートマーカの次の画像圧縮処理を行う最小単位の画像データである最小符号化ユニット（ＭＣＵ）から正常な伸張動作を可能とするフォーマットを有する画像圧縮／伸張方式における画像圧縮装置において、
前記リスタートマーカの挿入位置を、任意に設定した走査ラインの前記ＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔毎に、最も前記ＭＣＵ単位の２つの画像データ間の相関関係が無い前記走査ラインの先頭に自動設定するリスタートマーカ挿入位置設定手段を備えて構成されている。
【００３５】
請求項２記載の発明の画像圧縮装置は、事前に任意の間隔でリスタートマーカを圧縮画像データのデータストリームに挿入することにより、データ誤りが発生しデータが破壊した場合でも、前記リスタートマーカの次の画像圧縮処理を行う最小単位の画像データである最小符号化ユニット（ＭＣＵ）から正常な伸張動作を可能とするフォーマットを有する画像圧縮／伸張方式における画像圧縮装置において、ライン数の間隔であるリスタートライン間隔と画像水平画素数を含む複数のパラメータの各々を設定する複数のパラメータ設定レジスタを有する設定レジスタ群と、入力画像データを離散コサイン変換処理及び量子化しリスタートインターバルの間隔で前記リスタートマーカを挿入しつつエントロピ圧縮して圧縮画像データを作成する画像圧縮処理部と、前記設定レジスタ群の各レジスタの設定値及び前記リスタートインターバルの値に基づいて前記リスタートマーカの挿入位置を示すリスタートインターバルマーカを含む各マーカを作成するマーカ作成部と、前記画像圧縮処理部で作成した前記圧縮画像データに対し前記各マーカを付加し所定のフォーマットの画像データとして出力するマーカ付加部と、前記設定レジスタ群から供給を受けた前記画像水平画素数と前記リスタートライン間隔とに基づき、前記ＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔を単位とする前記リスタートインターバルを計算するリスタートインターバル演算部とを備えて構成されていることを特徴とする画像圧縮装置。
【００３６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の画像圧縮装置において、前記設定レジスタ群が、圧縮動作に必要な画像の水平画素数を設定する水平サイズ設定レジスタと、
前記リスタートマーカライン間隔値を設定するリスタートライン間隔設定レジスタとを有するものである。
【００３７】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の画像圧縮装置において、前記画像圧縮処理部が、前記離散コサイン変換処理を行う離散コサイン変換部と、
前記離散コサイン変換処理したデータの量子化を行う量子化部と、
前記量子化部の出力データに前記リスタートマーカを挿入するリスタートマーカ挿入部と、
前記リスタートマーカを挿入したデータのエントロピ圧縮処理を行うエントロピ圧縮部とを備えるものである。
【００３８】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の画像圧縮装置において、前記マーカ作成部が、前記リスタートインターバル演算部で算出したリスタートインターバルの値に基づき前記リスタートインターバルマーカを作成するリスタートインターバルマーカマーカ作成回路を備えるものである。
【００３９】
請求項６記載の発明は、請求項２記載の画像圧縮装置において、前記リスタートインターバル演算部が、前記水平画素数をＭＣＵ単位水平画素数で除算して１走査当たりＭＣＵ数を求め、前記１走査当たりＭＣＵ数に前記リスタートライン間隔の値を乗算することにより求めることを特徴とするものである。
【００４０】
請求項７記載の発明の画像圧縮方法は、事前に任意の間隔でリスタートマーカを圧縮画像データのデータストリームに挿入することにより、データ誤りが発生しデータが破壊した場合でも、前記リスタートマーカの次の画像圧縮処理を行う最小単位の画像データである最小符号化ユニット（ＭＣＵ）から正常な伸張動作を可能とするフォーマットを有する画像圧縮／伸張方式における画像圧縮方法において、
前記リスタートマーカの挿入位置を、任意に設定した走査ラインの前記ＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔毎に、最も前記ＭＣＵ単位の２つの画像データ間の相関関係が無い前記走査ラインの先頭に自動設定することを特徴とするものである。
【００４１】
請求項８記載の発明の画像圧縮方法は、事前に任意の間隔でリスタートマーカを圧縮画像データのデータストリームに挿入することにより、データ誤りが発生しデータが破壊した場合でも、前記リスタートマーカの次の画像圧縮処理を行う最小単位の画像データである最小符号化ユニット（ＭＣＵ）から正常な伸張動作を可能とするフォーマットを有する画像圧縮／伸張方式における画像圧縮方法において、圧縮に必要な画像水平画素数とライン数の間隔であるリスタートライン間隔を含む複数のパラメータを設定する第１のステップと、前記ＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔を単位とするリスタートインターバル値を、前記第１のステップで設定した前記画像水平画素数と前記リスタートライン間隔より演算で求める第２のステップと、前記第１のステップで設定したパラメータの各々及び前記ステップＳ２で求めたリスタートインターバル値から、所定のフォーマット規格に従って各マーカを作成する第３のステップと、前記第２のステップで設定した各パラメータに基づいて、画像データの取り込みを開始する第４のステップと、前記第４のステップで取り込んだ画像データを、周波数係数に分解するため離散コサイン変換を行う第５のステップと、前記第５のステップで得た離散コサイン変換係数データを、人間の目の感度の低い高周波係数をより積極的に落とす方向で量子化する第６のステップと、前記第６のステップで得た量子化データをエントロピ圧縮しつつ、前記第２のステップの演算結果に基づき適切なタイミングで前記リスタートマーカを順次挿入する第７のステップと、前記第３のステップで得た前記マーカの各々を前記第４〜第７のステップで圧縮した画像データにヘッダ情報として付加する第８のステップとを有することを特徴とするものである。
【００４２】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の画像圧縮方法において、前記第２のステップが、前記水平画素数をＭＣＵ単位水平画素数で除算して１走査当たりＭＣＵ数を求め、前記１走査当たりＭＣＵ数に前記リスタートライン間隔の値を乗算することにより求めることを特徴とするものである。
【００４３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４４】
本実施の形態の画像圧縮装置は、従来技術で説明した静止画の圧縮／伸張に関する国際標準規格であるＪＰＥＧ方式の画像圧縮／伸長処理に適用するものであり、特に画像圧縮処理に適用する。ＪＰＥＧ方式のフォーマットでは、事前に任意の間隔でリスタートマーカ（以下ＲＳＴ）をデータストリームに挿入することにより、通信等でデータ誤りが発生しデータが破壊した場合でも、ＲＳＴの次の最小符号化ユニット（ＭＣＵ）又はブロックから正常に伸張できる仕組になっている。
【００４５】
しかし、ＪＰＥＧ方式では、元画像の離散コサイン変換・量子化により生成した直流係数を、予測符号化による差分圧縮を行った上、さらにエントロピ符号化を行うことでより圧縮率を高めているが、ＲＳＴの挿入は、この差分圧縮の連鎖を一度中断し０との差分をとることで前後のデータを独立させ、伸張の再スタートを可能としているため、ＲＳＴ挿入直後の直流係数の差分値が大きくなり結果として圧縮率が低下してしまう。
【００４６】
そこで本実施の形態の画像圧縮装置及び方法は、ＲＳＴ挿入による圧縮率低下のペナルティを出来る限り小さくするため、ＲＳＴ挿入位置を、任意に設定した走査ラインのＭＣＵ単位の間隔である走査ライン間隔毎に、最もＭＣＵ単位の２つの画像データ間の相関関係が無い走査ラインの先頭に自動設定するＲＳＴ挿入位置設定手段を有することでことでＲＳＴ挿入時の圧縮率を高めることを特徴とするものである。
【００４７】
なお、ＪＰＥＧ方式の圧縮／伸張処理、及び、ＭＣＵ、ブロックやＲＳＴ等の用語等については従来の技術で詳述したので、ここでは説明を繰り返さない。
【００４８】
次に、本発明の実施の形態をブロックで示す図１を参照すると、この図に示す本実施の形態の画像圧縮装置は、従来と共通の画像データＤＩを離散コサイン変換（ＤＣＴ）処理及び量子化し設定した間隔でＲＳＴを挿入しつつエントロピ圧縮する画像圧縮処理部２と、設定レジスタ群１の各レジスタの設定値及び後述のリスタートインターバルの値に基づいてＲＳＴ挿入位置を設定するためのリスタートインターバルマーカ（ＤＲＩ）を含む各マーカを作成するマーカ作成部３と、画像圧縮処理部２で作成された圧縮画像データに対し各種マーカを付加しＪＰＥＧフォーマットの画像データＤＪとして出力するマーカ付加部４とに加えて、設定レジスタ群１の代わりに後述のＲＳＴをＭＣＵ単位の走査ライン間隔で設定するためのリスタートライン間隔と画像水平画素数を含むＪＰＥＧ圧縮動作の各パラメータをそれぞれ設定する各パラメータ設定レジスタを含む設定レジスタ群１Ａと、設定レジスタ群１Ａから供給を受けた画像水平画素数Ｈとリスタートライン間隔とに基づきリスタートインターバルを計算するリスタートインターバル演算部５とを備える。
【００４９】
設定レジスタ群１Ａは、圧縮動作に必要な画像の水平画素数Ｈを設定する水平サイズ設定レジスタ１１と、ＲＳＴのライン間隔値を設定するリスタートライン間隔設定レジスタ１３とを含む。
【００５０】
画像圧縮処理部２は、ＤＣＴ処理を行うＤＣＴ部２１と、量子化を行う量子化部２２と、リスタートマーカ（ＲＳＴ）を挿入するＲＳＴ挿入部２３と、エントロピ圧縮処理を行うエントロピ圧縮部２４とを備える。
【００５１】
マーカ作成部３は、リスタートインターバル演算部５で算出したリスタートインターバルの値に基づきＤＲＩを作成するマーカ作成回路３１を備える。
【００５２】
次に、図１を参照して本実施の形態の動作について説明すると、まず、設定レジスタ群１Ａの水平サイズ設定レジスタ１１，リスタートライン間隔設定レジスタ１３を含む各設定レジスタに所定の設定値を設定する。すなわち、水平サイズ設定レジスタ１１には圧縮動作に必要とする画像の水平画素数Ｈを設定し、リスタートライン間隔設定レジスタ１３にはＲＳＴ挿入インターバルをＭＣＵ単位で表現した走査ライン（以下ライン）間隔の単位で設定するためのリスタートラインの間隔値Ｌを設定する。例えば１（ＭＣＵ）ライン毎、あるいは２ライン毎と設定する。
【００５３】
リスタートインターバル演算部５は、水平画素数Ｈとリスタートラインの間隔値ＬとからＲＳＴ挿入インターバル、すなわち、ＭＣＵ単位のリスタートインターバル値Ｒｉを計算し設定した間隔値Ｌ毎に走査ラインの先頭でＲＳＴが挿入されるタイミングでＲＳＴを出力する。
【００５４】
リスタートインターバル値Ｒｉは、先ず原画像の水平画素数Ｈのスキャン（走査）に幾つのＭＣＵが必要か、すなわち１スキャン当たりＭＣＵ数Ｈｎを式Ｈ÷ＭＣＵ単位水平画素数Ｍｈ＝Ｈｎ（切上）で求め、次にその１スキャン当たりＭＣＵ数Ｈｎにリスタートライン間隔値Ｌを掛ける（Ｒｉ＝Ｈｎ×Ｌ）ことで求める。
【００５５】
なお、本演算で使用するＭＣＵ単位水平画素数Ｍｈとは１ＭＣＵ単位に含まれる水平画素数を示しているので各色成分のサンプル比及びスキャン方式によって考慮する必要がある。例えば、サンプル比４：４：４でインターリーブ方式の場合のＭＣＵ単位水平画素数は８となる。
【００５６】
次に、画像圧縮処理部２は、ＤＣＴ部２１で入力した画像データＤＩをＤＣＴ処理し、量子化部２２量子化する。その後、ＲＳＴ挿入部２３で量子化したデータにリスタートインターバル演算部５で計算したＲＳＴ挿入インターバルのタイミング、すなわち、走査ラインの先頭でＲＳＴを挿入しつつ、エントロピ圧縮部２４でエントロピ圧縮し、圧縮データＤＣを出力する。
【００５７】
マーカ作成部３は、設定レジスタ群１の設定値及びリスタートインターバル演算部５の演算結果であるリスタートインターバルに基づいて各種マーカを作成する。すなわち、ＤＲＩ作成回路３１は、算出したリスタートインターバルに基づきリスタートインターバルマーカ（ＤＲＩ）を作成する。また、ＪＰＥＧ方式の信号フォーマットで規定されているＪＰＥＧデータストリームの先頭マーカＳＱＴ、量子化テーブル定義マーカＤＱＴ、ハフマンテーブル定義マーカＤＨＴ等を作成し、これら生成した各マーカをマーカ付加部４に供給する。
【００５８】
マーカ付加部４は、画像圧縮処理部２で作成された圧縮画像データＤＣに対しＤＲＩ、ＳＱＴ、ＤＱＴ、ＤＨＴを含む各マーカを付加しＪＰＥＧフォーマットの画像データＤＪとして出力する。
【００５９】
本実施の形態を特徴づけるＲＳＴ挿入位置（タイミング）について説明すると、上述した図６（Ｃ）に示すように、ＪＰＥＧ方式における原画像をサンプリングする際のスキャン（走査）順序は、ＭＣＵ単位の走査ライン（以下１ライン）で左から右へと水平にスキャンしていき、右端まで到達すると１ＭＣＵ単位分、すなわち１ライン分下段へ下がり、また１ライン分左から右へと水平にスキャンする動作を画像データの終わりまで繰り返し行う仕様となっている。
【００６０】
１ＭＣＵ単位分の画像データ（以下、画像）が連続している場合のＤＣ係数の相関の概念を模式的に示す図９を参照して、ＲＳＴ挿入位置による圧縮率低下のペナルティ度合いについて説明すると、データが連続する２つの画像Ａ，Ｂのように画像が連続している場合、これら画像Ａ，ＢのＭＣＵ単位の平均値を示すＤＣ係数の相関は一般的に高く差分圧縮率も高いと考えられるため、画像Ａ，Ｂ間にリスタートマーカが挿入された時の圧縮率低下に及ぼすペナルティは大変高いものとなる。
【００６１】
しかし、画像Ｃ，Ｄのようにラインの終端（最右端）の画像Ｃと次のライン（ただし、ＭＣＵ単位）の先頭（最左端）の画像Ｄ、すなわちラインを跨ぐ画像間の場合、スキャンデータ順としては連続であっても画像としては非連続であるため、ＤＣ係数間の相関が無いか、またはかなり低いものとなり、この場合の圧縮率は大変低いものとなっている。これは、元々無相関あるいは極低相関の画像Ｃ，Ｄ間にＲＳＴを挿入したとしても圧縮率低下に及ぼすペナルティが大変小さいものとなることを示している。
【００６２】
従って、本実施の形態では、ＲＳＴ挿入間隔を最もブロック（画像）間の相関が無いと考えられるライン単位で設定することとし、ＲＳＴ挿入位置（タイミング）を最も画像間の相関が無いラインの先頭とする。
【００６３】
このように、本実施の形態の画像圧縮装置は、任意のＲＳＴのラインの間隔を設定するだけで、この設定ライン間隔毎にＪＰＥＧ画像のデータストリームにおける走査ラインの先頭位置に自動的にリスタートインターバルマーカ（ＤＲＩ）を付加する機能を持つ。
【００６４】
本実施の形態の画像圧縮装置によるリスタートマーカ挿入位置の概念を模式的に示す図２を参照すると、図２（Ａ）は、リスタートライン間隔設定レジスタ１３に１を設定した場合であり、各ラインの先頭位置にＲＳＴが設定される様子を示す。ここで数値０〜７はＲＳＴ０〜７をそれぞれ表す。
【００６５】
この場合は、各ライン毎にＲＳＴを挿入するので、あるラインでの画像伸張時にデータエラーが発生し正常な伸張が出来なくなっても、次のラインの先頭から伸張が正常に行える。
【００６６】
図２（Ｂ）は、リスタートライン間隔設定レジスタ１３に２を設定した場合であり、２ライン毎、すなわち１ライン置きの各ラインの先頭位置にＲＳＴが設定される様子を示す。
【００６７】
従来の技術で説明したように、ＲＳＴの挿入には１マーカあたり１６ビット必要であるが、２ライン毎のリスタートライン間隔設定に基づいて圧縮された圧縮画像は、上記１ライン毎のリスタートライン間隔設定に基づく圧縮画像と比較して、ＲＳＴその物の挿入が約半分で済むため、よりデータ量が小さくなり圧縮率を向上できる。
【００６８】
ただし、ＲＳＴが２ライン（ただしＭＣＵ単位）毎にしか挿入されていないのであるラインで画像伸張時にデータエラーが発生し正常な伸張が出来なくなった場合、最悪２ライン後の先頭まで正常に伸張が再開出来ない場合がある。
【００６９】
このように、リスタートライン間隔設定レジスタの値を大きくすることにより、圧縮画像のデータ量をより小さくすることが可能であるが、その分、データエラー発生時から正常に伸張再開可能となるまでの復帰間隔が大きくなるというトレードオフ関係にある。
【００７０】
このように、本実施の形態の画像圧縮装置は、ＲＳＴ挿入時のＤＣ係数圧縮率の低下を改善するため、ＲＳＴ挿入間隔をライン単位で設定し、ＲＳＴ挿入位置を最もブロック間の相関が無いと見なし得るラインの先頭位置とすることにより圧縮率低下のペナルティを最小限にとどめ、ＲＳＴ挿入時の圧縮率の向上を図ったものである。
【００７１】
次に、実際の圧縮率改善値を、インターリーブスキャン方式（ＭＣＵ単位で色各成分を順次スキャンする方式）と順次スキャン方式（各色成分単位で順次スキャンする方式）とに分けてそれぞれ予測した例を示す。
【００７２】
まず、インターリーブスキャン方式では、カラー１画素はそれぞれ８ビット（２５６レベル）の色信号Ｒ，Ｇ，Ｂ又は輝度色差信号Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ等の各成分信号からなる２４ビットの信号とし、各成分のレベルが概ね正規分布をなし、また連続するＭＣＵ間のＤＣ係数の絶対値の差分平均を６程度と想定する。
【００７３】
図９を再度参照すると、ＭＣＵ単位の画像データ（以下画像）Ａ，Ｂのように連続する画像のＤＣ係数差分の絶対値の平均Ｑを６と小さく仮定し、画像Ｃ，Ｄのようにラインを跨ぐ場合のＤＣ係数差分の絶対値の平均Ｒを１２８と比較的大きく仮定する。また、ＲＳＴ挿入時のＤＣ係数差分の平均値Ｓは０との差分１２８と仮定する。
【００７４】
従来のＲＳＴ挿入方法の場合のペナルティＰＦ＝Ｓ−Ｑ＝１２８−６＝１２２となる。
【００７５】
一方、本実施の形態のＲＳＴ挿入方法の場合のペナルティＰＥ＝Ｓ−Ｒ＝１２８−１２８＝０となる。
【００７６】
従って、本発明の１画素あたりの改善効果ＩＥ＝ＰＦ−ＰＥ＝１２２−０＝１２２となり、ＤＣ係数１成分あたりの差分値として平均１２２レベル改善される。
【００７７】
実際に上記差分値をハフマン符号化する際には、その差分値が属するグループ番号と、ＤＣ差分値の小さい方から順に小さい値が与えられる付加ビットの組み合わせで表わされるので、例えば値６に対し、グループ番号３（３ビット）＋付加ビット［１１０］（３ビット）＝６ビット、また、値１２８に対し、グループ番号８（６ビット）＋付加ビット［１０００００００］（８ビット）＝１４ビット、などのようにハフマンテーブルが定義されていた場合、符号ビットの差分ＤＣは、ＤＣ＝１４−６＝８ビットとなる。
【００７８】
この場合の改善率ＩＦ＝｛１−（６÷１４）｝×１００＝約５７％となり、１リスタートあたり概ね８ビットの差として現れると予想される（ただし、ハフマンテーブルの設定により上記値は変化する）。
【００７９】
従って、この場合は、本実施の形態の画像圧縮装置は、従来技術に比べ、ＲＳＴ挿入時のＤＣ係数圧縮率の低下を、１ＲＳＴあたり概ね平均８ビット改善（改善率約５７％）し、結果としてＲＳＴ挿入時の圧縮率を向上する。
【００８０】
次に、順次スキャン方式の場合は、画像信号の成分毎に１画面づつ原画像をサンプリングするので、カラー１画素を上述のインターリーブスキャン方式の場合と同様２４ビットとすると、１画素あたりの改善効果ＩＧは、上記符号ビットの差分ＤＣの３倍、すなわち、ＩＧ＝ＤＣ×３＝８×３＝２４ビットとなる。
【００８１】
この場合の改善率ＩＫ＝｛１−（６×３）÷（１４×３）｝×１００＝約５７％となり、インターリーブスキャン方式に比べると、ビット換算で３倍（約２４ビット）とより大きい効果が得られる。なお相対比率では同じく約５７％の改善率となる。
【００８２】
次に、本発明の第２の実施の形態の画像圧縮方法をフローチャートで示す図３を参照すると、本実施の形態では、第１の実施の形態の画像圧縮装置のような専用のハードウエアで構成する以外に汎用の演算器（ＣＰＵ等）等とソフトウエアの組み合わせで実現する。
【００８３】
本実施の形態では、基本的に第１の実施の形態の画像圧縮装置と同等の処理をソフトウエアに適するよう順次処理化したものであり、ステップＳ１〜ステップＳ３が圧縮のための前準備、ステップＳ４〜ステップＳ８が実際の画像圧縮処理となる。
【００８４】
まず、画像圧縮スタート後、ステップＳ１で、圧縮に必要な各パラメータを設定する。画像水平画素数Ｈ、リスタートライン間隔Ｌ、画像サイズＸ，Ｙ、各色成分サンプル比（４：４：４、又は４：１：１等）、スキャン方式（順次スキャン方式、又はインターリーブスキャン方式）・・・等）の設定を行う。
【００８５】
次に、ステップＳ２で、ＭＣＵ単位のリスタートインターバル値Ｒｉを、先に設定した各パラメータのうちの画像水平画素数Ｈ及びリスタートライン間隔Ｌより演算で求める。
【００８６】
リスタートインターバル値Ｒｉは、先ず原画像の水平画素数Ｈのスキャンに幾つのＭＣＵが必要か、すなわち１スキャン当たりＭＣＵ数Ｈｎを式Ｈ÷ＭＣＵ単位水平画素数Ｍｈ＝Ｈｎ（切上）で求め、次にその１スキャン当たりＭＣＵ数Ｈｎにリスタートライン間隔値Ｌを掛ける（Ｒｉ＝Ｈｎ×Ｌ）ことで求める。
【００８７】
なお、本演算で使用するＭＣＵ単位水平画素数Ｍｈとは１ＭＣＵ単位に含まれる水平画素数を示しているので各色成分のサンプル比及びスキャン方式によって考慮する必要がある。例えば、サンプル比４：４：４でインターリーブ方式の場合のＭＣＵ単位水平画素数は８となる。
【００８８】
次に、ステップＳ３で、ステップＳ１で設定した各パラメータ、及びステップＳ２で求めたＭＣＵ単位リスタートインターバル値Ｒｉから、ＪＰＥＧ方式のフォーマット規格に従って各マーカを作成する。
【００８９】
次に、ステップＳ４で、ステップＳ２の処理で設定した各パラメータに基づいて、画像データの取り込みを開始する。
【００９０】
次に、ステップＳ５で、ステップＳ４で取り込んだ画像データを、周波数係数に分解するため離散コサイン変換（ＤＣＴ）を行う。
【００９１】
次に、ステップＳ６で、ステップＳ５で得たＤＣＴ係数データを、人間の目の感度の低い高周波係数をより積極的に落とす方向で量子化する。
【００９２】
次に、ステップＳ７で、ステップＳ６で得た量子化データをエントロピ圧縮しつつ、ステップＳ２で得た演算結果に基づき適切なタイミングでＲＳＴ（ＲＳＴ０〜ＲＳＴ７）を順次挿入する。
【００９３】
次に、ステップＳ８で、ステップＳ３で得た各マーカをステップＳ４〜ステップＳ７で圧縮した画像データにヘッダ情報として付加する。
【００９４】
ステップＳ８の処理完了で、ＪＰＥＧ圧縮された圧縮画像データが完成する。
【００９５】
上記の画像圧縮処理方法により、第１の実施の形態の画像処理装置と同等の機能を実現することが可能である。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像圧縮装置及びその方法は、ＲＳＴの挿入位置を、任意に設定した走査ライン間隔毎に、最も２つの画像データ間の相関関係が無い走査ラインの先頭に自動設定するＲＳＴ挿入位置設定手段を備えることにより、ＲＳＴ挿入間隔をライン単位で設定し、ＲＳＴ挿入位置を最もブロック間の相関が無いと見なし得るラインの先頭位置とすることにより、圧縮率低下のペナルティを最小限にとどめ、ＲＳＴ挿入時の圧縮率の向上を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の画像圧縮装置を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態の画像圧縮装置によるリスタートマーカ挿入位置の概念を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の画像圧縮方法を示すフローチャートである。
【図４】ＪＰＥＧ方式の圧縮／伸張プロセスを概念的に示す説明図である。
【図５】ＪＰＥＧ方式の圧縮画像データにおけるデータサンプリングとＭＣＵの関係を模式的に示す説明図である。
【図６】ＪＰＥＧ方式の圧縮画像データの画像ブロックの概念を模式的に示す説明図である。
【図７】リスタートマーカとリスタートインターバルマーカ及び従来の画像圧縮装置によるリスタートマーカ挿入位置の概念をそれぞれ模式的に示す説明図である。
【図８】従来の画像圧縮装置の一例を示すブロック図である。
【図９】画像が連続している場合のＤＣ係数の相関の概念を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１    設定レジスタ群
２    画像圧縮処理部
３    マーカ作成部
４    マーカ付加部
５    リスタートインターバル演算部
１１    水平サイズ設定レジスタ
１２    インターバル設定レジスタ
１３    リスタートライン間隔設定レジスタ
３１    ＤＲＩ作成回路
【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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【図８】
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【図９】
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