(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
あらかじめ定められた固定サイズのバッファに記憶できるように、電子画像のピクセルのブロックを、該画像の圧縮されたデジタル表現に変換する画像圧縮方法であって、
前記ピクセルのブロックを、一組の変換係数に直交変換するステップと、
あらかじめ定められた量子化テーブルおよびあらかじめ定められた初期Ｑ因子を使用して、該直交変換された変換係数を量子化し、量子化された変換係数を生成するステップと、
前記量子化された変換係数に基づいて、活動性基準値を計算するステップと、
或る画像捕捉装置のテスト画像に基づいて作成された、前記初期Ｑ因子における活動性基準値と、目標圧縮比率を生じさせるＱ因子との間の関係を予め定義した数学モデルを使用して、前記計算された活動性基準値から、推定Ｑ因子を決定するステップと、
前記初期Ｑ因子による量子化を打ち消して前記推定Ｑ因子による量子化が反映されるように、該初期Ｑ因子および該推定Ｑ因子を使用して、前記量子化された変換係数の値を調節するステップと、
前記調節された量子化変換係数を表す信号を、符号化するステップと、
を含む、画像圧縮方法。
【請求項２】
前記数学モデルは、前記直交変換するステップに先立つ校正段階で作成される、
請求項１に記載の画像圧縮方法。
【請求項３】
前記数学モデルは、前記テスト画像に対し、２次多項曲線で表される、
請求項１に記載の画像圧縮方法。
【請求項４】
前記数学モデルは、所与の活動性基準値に対するＱ因子を、前記推定Ｑ因子として算出するためのモデルであり、あらかじめ定められた下限値Ｑmin以下の推定Ｑ因子が、該数学モデルにより算出されたならば、該下限値Ｑminを、該推定Ｑ因子に設定する、
請求項１に記載の画像圧縮方法。
【請求項５】
ＮBが、前記電子画像における８×８の前記ブロックのブロック数を示し、Ｑinitが、第１回目のパスの間にすべての画像について使用される前記初期Ｑ因子の値であり、ｑijが、前記量子化がなされていない変換係数であって、ＤＣＴ変換係数であり、Ｑijが、前記量子化テーブルを示すＱテーブルの(ｉ,ｊ)番目のエントリであるとして、前記活動性基準値Ａは、
【数５】
0004128238.tif 000007
によって表されるように、ブロック当たりの前記量子化されたＤＣＴ変換係数の絶対値の平均和によって与えられる、
請求項１に記載の画像圧縮方法。
【請求項６】
前記ピクセルのブロックは、ＤＣＴ変換法を使用して直交変換される、
請求項１に記載の画像圧縮方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にデジタル画像データを圧縮する方法および装置に関するもので、特に、固定サイズのバッファの範囲内でデジタル画像データを圧縮する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
損失のある圧縮を使う多数のアプリケーションは、固定サイズのバッファの容量を越えないように圧縮画像のサイズを制御するメカニズムが取り入れられていることを必要とする。圧縮画像のサイズの制御は、例えばデジタル・カメラを使用する際にユーザが所定数の写真画像を固定サイズのバッファに記憶することを望むような場合に必要とされる。あるいは、レンダリングされたページ画像を記憶するために固定サイズのバッファが使用されるレーザ・プリンタのようなコンピュータ周辺システムにおいてそれは必要とされる。画像圧縮において、圧縮画像サイズを制御する問題は、一般に圧縮比率制御問題または固定サイズ・バッファ問題として知られている。
【０００３】
固定サイズ・バッファ静止画像圧縮問題に対処して過去に導入された諸メカニズムは、(1)１回パスのアプローチおよび(2)反復アプローチという２つの主要クラスに分類される。１回パス・アプローチは、典型的には、反復アプローチより処理速度は速いが、画像の品質は劣る。反復アプローチは典型的には高品質の画像を生成するが、処理の複雑化や必要バッファ容量の増加によるコスト増加という代価を伴う。
【０００４】
１回パスのアプローチは、符号化される画像の複雑性を実行中に推定する。符号化される画像の複雑性の推定に基づいて、目標の圧縮比率を達成するため符号化パラメータが修正される。一般的に、１回パス・アプローチは、局所的画像統計の推定に基づいてビットを割り当てるので、最適度が不十分となる。しかし、１回パス・アプローチは、(a)入力データが一度だけ処理されるのでシステム速度は向上し、(b)圧縮されたビットストリーム以外にオリジナル画像の（小さい）一部分だけを記憶するだけでよいから、必要バッファ容量が最小限にとどめられる、という利点を持つ。
【０００５】
対照的に、反復アプローチは、事前指定の圧縮比率に画像を圧縮するため１つの画像に対して少なくとも２回の処理パスを必要とする。典型的には、最初のパスの間に、入力画像の複雑性を反映する統計が収集される。後続のパスにおいてこの統計が活用されて、複雑性に従って画像の種々のサブブロックに割り当てられる特定の符号化パラメータを調節する。反復アプローチは、画像全体にわたる情報を利用するため、最適な圧縮比率／ひずみ性能を達成することができる。
【０００６】
更に、現在利用可能な反復圧縮方法のいくつかは、ＪＰＥＧ(Joint Photographic Experts Group)静止画像圧縮規格との完全な互換性を維持している。ＪＰＥＧアルゴリズムの基本バージョン(ITU-T Rec.T.81/ISO/EEC 10918-1 "Digital Compression & Coding of Digital Still Images")は、１つの画像の符号化の途中での符号化パラメータの変更を許容しない。それゆえ、良好な性能を持つＪＰＥＧ準拠の圧縮比率制御方式は、入力画像を少くとも２回処理しなければならない。すなわち、１回目のパスで画像の複雑性を評価し、後続の数回のパスで実際の符号化を行う。
【０００７】
図１は、固定サイズ・バッファ問題に対応するＪＰＥＧ準拠の従来技術の２回パス・アプローチのブロック図である。この２回パス・アプローチでは、オリジナル画像１１０がメモリに記憶され、ＪＰＥＧ処理セクション１１２へ渡される。ＪＰＥＧ処理セクション１１２は、離散コサイン変換(Discrete Cosine Transformの頭文字をとって以下ＤＣＴと略称する)セクション１１４、所与のＱテーブルおよび所与のＱ因子を用いる量子化セクション１１６、および可変長符号化(Variable Length Codingの頭文字をとって以下ＶＬＣと略称する)セクション１１８を含む。セクション１１６における量子化係数の計算の後、入力画像の複雑性を反映する活動性基準値がセクション１２０で計算される。この活動性基準値を用いて、新しいＱ因子およびおそらく新しいＱテーブルがセクション１２２で計算される。オリジナル画像１１ＯのＪＰＥＧ処理１１２によって圧縮画像１２４が生成される。次に、セクション１１６の初期Ｑ因子およびＱテーブルを使用して逆方向ＪＰＥＧ処理１２６が実行され、続いて、新たに計算されたセクション１２２のＱ因子およびＱテーブルを使用して、第２回のＪＰＥＧ処理がブロック１２８で実行される。逆ＪＰＥＧブロック１２６は、典型的には、逆ＶＬＣブロック１３０、逆量子化ブロック１３２および逆ＤＣＴブロック１３４を含む。図１のアプローチは良好な画像品質を提供するとはいえ、コンピュータ処理は複雑で実行時間は長い。
【０００８】
ＪＰＥＧ完全準拠データ圧縮システムを提供する２回パス・アプローチの１つが、Razavi氏その他著の"VLSI Implementation Of An Image Compression Algorithm With A New Bit Rate Control Capacity"(ICASSP 1992, pages 669- 672)に記載されている。そのアプローチでは、オリジナル画像は（第１回パスの）ＪＰＥＧ圧縮を通り、圧縮された画像のサイズから、新たなＱ因子が計算される。オリジナル画像が新たに計算されたＱ因子を使用して第２回パスのＪＰＥＧ圧縮処理を受ける。
【０００９】
別の２回パス圧縮アプローチが、Nakagawa氏その他著の"DCT-Based Still Image Compression ICS With Bit-Rate Control"(IEEE Trans.Cons.Electr. 1992,pages 711-717)に記載されている。この２回パス・アプローチでは、オリジナル画像は、非量子化ＤＣＴ係数に基づく活動性基準値が計算される第１回パスのＪＰＥＧ圧縮プロセスを通る。第２回パスで、活動性基準値に基づいて、Ｑ因子が調節される。オリジナル画像は新たに計算されたＱ因子を使用して第２回パスのＪＰＥＧ圧縮処理を受ける。
【００１０】
上記のような反復方式の問題点は、オリジナル画像がバッファに記憶されねばならないことである。記憶のために必要とされるメモリの追加は、経費がかかり、システム費用を増加させる。図１のアプローチを上述のRazavi氏その他およびNakagawa氏その他のアプローチと比較すると、後者の２つのアプローチはともに圧縮された画像から直接読み取ることができない。（例えばＣＣＤディジタル・カメラのように）アプリケーションによっては、オリジナルの画像の(例えばＣＣＤからの)読み取りはただ１度だけしかできない。従って、上述のRazavi氏その他およびNakagawa氏その他のアプローチは、第２回のパスの前にオリジナル画像を記憶しておく追加のバッファを必要とする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
かくして、オリジナル画像の記憶を必要とせず、それによって必要バッファ容量を減少させ、計算の複雑性を最小にし、すぐれた画像品質を提供するＪＰＥＧ完全準拠方式が必要とされている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、任意の画像を所定の固定サイズ・バッファに圧縮することができるＪＰＥＧ完全準拠の２回パス・アプローチである。本発明は、ＪＰＥＧシステムで使用されるＱ因子の値を画像単位に調節することによってこれを達成する。ＪＰＥＧシステムのＱ因子は、Ｑテーブルに記憶されるＤＣＴ係数に関する量子化レベルを拡大または縮小する。Ｑ因子の値は、圧縮される画像の品質を制御し、間接的に圧縮比率を制御する。本発明に従う圧縮符号化装置および方法は、ブロック当たりの量子化ＤＣＴ係数の絶対値の平均和に基づいて活動性基準値(avtivity metric)を推定する。目標圧縮比率の所与の値に関するＱ因子に画像活動性基準値を関連づける数学モデルによって、事前指定の目標圧縮比率を生成する推定Ｑ因子値Ｑnewが提供される。量子化されたＤＣＴ係数に基づいて活動性基準値を計算することによって、処理ステップが削減され、従って計算の複雑性が減少する。
【００１３】
本発明は、２つの代替実施形態を提供するが、共に、第２回パスの間の逆ＤＣＴ係数の計算を不要とする。実施形態のいずれが使用されるかは、圧縮符号化システムのアーキテクチャに基づく。メモリ・サイズが限界的でなければ、第１の実施形態は第２に比較して計算が複雑でないので、第１の実施形態が望ましい。メモリが高価であれば、第２の実施形態は、計算の複雑性を伴うが、必要とされるバッファ・サイズを減少させる。
【００１４】
第１の実施形態では、修正されたＪＰＥＧアルゴリズムを使用して、オリジナル画像が読み込まれ、圧縮される。典型的ＪＰＥＧ処理ブロックは、ＤＣＴ係数ブロック、量子化ブロックおよびＶＬＣブロックを含むが、本発明に従う符号変換システムの第１の実施形態では、ＶＬＣ符号化ブロックは、第１回パスの間不要とされる。量子化は、所与のＱテーブルおよびすべての画像に対して同じままであるＱ因子のあらかじめ定められた値(Ｑinit)を使用して行われる。ＤＣＴおよび量子化ステップの後、活動性基準値が計算され、その活動性基準値から新たな推定Ｑ因子(Ｑnew)が見出される。
【００１５】
２回目のパスの間、すでに量子化された係数の値が、新たなＱ因子Ｑnewを使用して調節され、エントロピー(ＶＬＣ)が符号化される。推定されたＱ因子Ｑnewは、２回目のパスの間に行われる部分的ＪＰＥＧステップの間に使用される。２回目のパスの間のこの部分的ＪＰＥＧステップの間、量子化されたＤＣＴ係数の値は、値（Ｑinit-1＊Ｑnew)で除することによって調節される。その結果がＶＬＣブロックによって処理され、最終的な圧縮画像が得られる。このように、本発明は、典型的な２回パスの圧縮比率制御方式が必要とするＶＬＣ処理および逆ＤＣＴステップを不要とする。この結果、本発明の方式の複雑性は、圧縮比率制御を行わない１回パス型標準ＪＰＥＧシステムに比較し約１.５倍にすぎない。
【００１６】
第２の実施形態では、オリジナル画像は、第１回パスの間、あらかじめ定められたＱ因子値(Ｑinit)を使用してＪＰＥＧアルゴリズムによって圧縮される。第１回パスの間にオリジナル画像を圧縮することによって、オリジナル画像は、オリジナル画像のサイズより小さい作業バッファに納めることができる。第１の実施形態に従う圧縮システムと異なって、第２の実施形態の第１回パスは、標準ＪＰＥＧ処理ブロックのすべてのプロセス、すなわち、ＤＣＴ係数プロセス、量子化プロセス、およびＱinitというＱ因子を用いてＪＰＥＧ圧縮画像を出力するＶＬＣプロセスを含む。２回目のパスの間、画像が、活動性基準値をＱ因子に関連づける数学モデルによって提供される新たに推定されたＱ因子(Ｑnew)に対応した粗い量子化ステップを行う部分的ＪＰＥＧ伸張機構および引き続く部分的ＪＰＥＧ圧縮機構によって処理される。
【００１７】
２回目のパスの間、オリジナルのＱテーブルおよびＱ因子Ｑinitの下で量子化ＤＣＴ係数を出力する逆ＶＬＣブロックによって圧縮画像は処理される。次に、これら係数は、各係数を値(Ｑinit-1＊Ｑnew)で除することによって調節され、この結果、オリジナルのＱテーブルおよびＱ因子Ｑnewの下で、量子化されていないオリジナルのＤＣＴ係数が大まかに量子化される。次に、調節されたＤＣＴ係数がＶＬＣプロセスによって符号化され、最終的なＪＰＥＧ準拠圧縮画像が生成される。
【００１８】
発明の課題を解決する手段として、本発明は、あらかじめ定められた固定サイズのバッファに記憶できるように電子画像のピクセルのブロックを該画像の圧縮されたデジタル表現に変換する画像圧縮方法を含む。この画像圧縮方法は、特定の画像捕捉装置について、テスト画像に関する活動性基準値およびＱ因子の間の関係を定義する数学モデルを作成し、上記ピクセル・ブロックを一組の変換係数に直交変換し、あらかじめ定められた固定量子化テーブルおよびあらかじめ定められた初期Ｑ因子を使用して、直交変換された変換係数を量子化して量子化された変換係数を生成し、量子化された変換係数を使用して、活動性基準値を計算し、テスト画像に関して活動性基準値および初期Ｑ因子の間の関係を定義する数学モデルを使用して、推定Ｑ因子を決定し、初期Ｑ因子および推定Ｑ因子を使用して量子化された変換係数の値を調節し、調節された量子化変換係数を表す信号を符号化する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、ピクセルのブロックとしてデジタル形式で表現された任意の電子画像を所定の固定サイズのバッファに圧縮する方法および装置を提供する。本発明のＪＰＥＧ準拠圧縮方法は、特定の画像捕捉装置についてテスト画像に関する活動性基準値とＱ因子の間の関係を定義する数学モデルを作成し、上記ピクセル・ブロックを一組の変換係数に直交変換し、エントリがＱijおよび所与の初期Ｑ因子(Ｑinit)である固定量子化テーブル(Ｑテーブル)を使用して、該変換係数を量子化して量子化された変換係数を生成し、その量子化された変換係数を基に活動性基準値を計算する。次に、テスト画像について活動性基準値とＱ因子の間の関係を定義する数学モデルを使用して、所望の目標圧縮比率を実現する推定Ｑ因子(Ｑnew)を決定し、初期Ｑ因子(Ｑinit)および推定Ｑ因子(Ｑnew)を使用して量子化された変換係数の値を調節し、調節された量子化変換係数を符号化する。
【００２０】
電子画像を表すピクセルのブロックを所定固定サイズの圧縮画像に変換する第１のステップは、特定の画像捕捉装置について数学モデルを開発するステップであり、そこで数学モデルが活動性基準値とＱ因子の間におけるテスト画像のための関係を定義する。活動性基準値は、画像圧縮比率を決定するために使用される電子画像の複雑性の基準値である。画像の活動性基準値と指定された圧縮比率を生成するＱ因子の値の間に強い相関関係が存在することが観察されている。画像活動性基準値とＱ因子の間の関係を記述する数学モデルは、校正段階に導出される。校正段階は、所与の１つの画像捕捉装置について、オリジナル電子画像の圧縮の前に１度だけ実行される必要がある。
【００２１】
Ｑ因子は、ＪＰＥＧシステムにおいてただ１つのユーザ選択可能なパラメータであって、圧縮画像の品質従って間接的に圧縮比率を制御するパラメータである。Ｑ因子は、具体的には、Ｑテーブルとして知られるマトリックスに記憶されるＤＣＴ係数に関する量子化レベルを上下させるパラメータである。本発明の方法の効率は、所与の画像について所定の圧縮比率を生成するＱ因子の値を正確に推定することに依存する。本発明が提案する２回パスＪＰＥＧ準拠の圧縮比率制御方式は、任意の画像が所定固定サイズのファイルに圧縮されるように、ＪＰＥＧアルゴリズムにおけるＱ因子の値を調節するメカニズムを提供する。その後、圧縮ファイルはＪＰＥＧに準拠する任意の復号器によって復号される。
【００２２】
Ｑ因子の画像活動性とＱ因子の値の間の関係を把握する数学モデルは、実際の圧縮の前の校正段階に導出される。校正段階で、ＪＰＥＧアルゴリズムに関するテスト画像の代表セットが処理され、所与の画像に対する目標圧縮比率を生み出すＱ因子値が計算される。また、校正段階において、所定のＱ因子値Ｑinitにおけるテスト画像の活動性基準値Ａを計算する。値Ｑinitは、画像の代表セットに対して目に見える人工的加工をもたらすことのない最大のＱ因子として経験的に判断された値である。
【００２３】
図２の(Ａ)には、ＫＯＤＡＫ ＤＣＳ２００デジタル・カメラを用いて捕捉された訓練画像セット上で得られる標本点(Ｑ，Ａ)が示されている。本発明の訓練用テスト・セットは、屋内および戸外の光景を含む。次に、標本点(Ｑ，Ａ)に見合う数学モデルが見出される。本発明の実施形態において、図２の(Ａ)にプロットされている(Ｑ，Ａ)のペアが２次他項関数に従うことが判明している。標本点(Ｑ，Ａ)に２次多項式の最小自乗法を当てはめることによって、次式(1)が得られる。
Ｑ＝０.００５６×Ａ2−５.３０１４×Ａ＋１２４３.６４７７       (1)
画像活動性基準値を所与としてＱ因子値Ｑnewを推定するこの数式が、小さいＱ因子値の範囲ではそのＱ因子を低めに推定する傾向があることが経験的に観察されている。従って、本実施形態の数学モデルにおいて、下限Ｑminiが設定される。式(1)によって与えられるＱ因子値ＱがＱminより小であれば、Ｑnew＝Ｑminとし、そもなければＱnew＝Ｑである。このように、新しいＱ因子を推定するために本実施形態で使用される特定の数学モデルは、次のように与えられる。
ｉｆ  Ｑ＞Ｑmin ｔｈｅｎ  Ｑnew＝Ｑ
ｅｌｓｅ  Ｑnew＝Ｑmin
但し、Ｑminは、すべての画像に対して固定される所定の値であって、本実施形態ではＱinitに等しく設定され、Ｑは上式(1)によって与えられる。このモデルは、特定の画像捕捉装置（本実施形態の場合はＫＯＤＡＫ ＤＣＳ２００デジタル・カメラ）および圧縮比率設計目標（本実施形態の場合はカラー画像に関し１５：１）に依存する。
【００２４】
図２の(Ｂ)は、訓練画像セットおよびテスト画像の種々のセットに対応する多数の標本点（Ｑ，Ａ）上に上重ねされた２次多項式モデルのグラフを示している。校正段階は、特定の画像捕捉装置によって捕捉される所与の画像クラスおよび所与の目標圧縮比率についてただ１度だけオフラインで実施される必要がある。
【００２５】
活動性とＱ因子間の関係を定める数学モデルが一旦導出されると、オリジナル画像が、本発明のＪＰＥＧ準拠の方法および装置に従って圧縮される。本発明は、２つの代替的実施形態を提供するが、両実施形態ともに、(1)量子化されたＤＣＴ係数を使用して活動性基準値を計算し、(2)逆ＤＣＴ係数の計算を不要にする。  画像の活動性基準値と指定された圧縮比率を生成するＱ因子の値の間に強い相関関係が存在することが観察されている。いくつかの異なる活動性基準値を、所与の画像の活動性を推定するために使用することができる。活動性基準値を計算する方法は他にもあるが、本発明に使用する方法は、ブロック当たりの量子化ＤＣＴ係数の絶対値の平均和によって与えられる。この活動性基準値は、具体的には、次式(2)として計算される。
【００２６】
【数１】
0004128238.tif 000002
上式（２）において、ＮＢはオリジナルの画像における８×８というブロック数であり、Ｑｉｎｉｔは、第１回目のパスの間にすべての画像について使用されるＱ因子値であり、ｑｉｊは量子化されていないＤＣＴ係数であり、ＱｉｊはＱテーブルの（ｉ，ｊ）番目のエントリである。
【００２７】
図３は、本発明の第１の実施形態に従う２回パス型ＪＰＥＧ準拠の固定圧縮比率符号化システムのブロック図である。図４は、図３の２回パス型ＪＰＥＧ準拠の固定圧縮比率符号化システムに対応する処理ステップの流れ図を示している。メモリの制約がなく、計算の複雑性の減少が望まれる場合に第１の実施形態は使用される。第１の実施形態において、先ず、上記ピクセル・ブロックを変換係数を表す信号セットに直交変換するステップに従ってオリジナル画像が圧縮される（ステップ３５２）。次に、固定量子化テーブル(Ｑテーブル)および所定の初期Ｑ因子を使用して、変換係数を量子化された変換係数に変換し（ステップ３５４）、この量子化された変換係数を使用して活動性基準値を計算する（ステップ３５６）。次に、テスト画像について活動性基準値と初期Ｑ因子の間の関係を定義する数学モデルを使用して、推定Ｑ因子Ｑnewを決定する（ブロック３５８）。次いで、初期Ｑ因子および推定Ｑ因子を使用して、量子化された変換係数を調節し（ステップ３６０）、その調節された量子化変換係数を表す信号を符号化する（３６２）。
【００２８】
本発明の第１の実施形態に従う２回パス型ＪＰＥＧ準拠の固定圧縮比率符号化システムを示す図３を参照すれば、修正されたＪＰＥＧアルゴリズムを使用して、オリジナル画像３０８が読み込まれ、圧縮される。オリジナル画像３０８は、好ましくは複数のピクセル・ブロック典型的には８×８ブロックに分割され、次に、そのピクセル・ブロックが直交変換される（３１２）。第１回目のパスの間に、入力された画像３０８は、ＤＣＴを使用して直交変換され（３１２）、精密な量子化ステップ３１４を通して量子化される。ＤＣＴを使用する直交変換が好ましいが、別の直交変換手段を使用することもできる。例えば、Karhumen-Loeve変換法 (KLT)または Waish-Hadamard変換法(WHT)を使用してもよい。
【００２９】
変換係数は、Ｑijおよび所定の初期Ｑ因子Ｑinitを内容とするエントリを持つ固定量子化テーブル(Ｑテーブル)を使用して量子化される。所定のＱ因子(Ｑinit)は、その活動性Ａを計算した際には典型的には視認不可能であった画像のひずみを生み出すようなものである。
【００３０】
図１の従来技術のＪＰＥＧ処理に比較して、本発明の第１の実施形態においては、ＶＬＣ符号化ブロック１１８が第１回パスの間不要とされる。（図１のブロック１１２に示されるように）従来技術のＪＰＥＧ処理の第１回パスでは、画像はＤＣＴを使用して直交変換され、量子化され、ＶＬＣ符号化ブロックで符号化される。本発明では、第１回目のパスの間、入力された画像３０８が、直交変換され（ステップ３５２）、量子化された後、部分的に圧縮された画像３１５が生成され、それがバッファに記憶される。部分的に圧縮された画像３１５は、
【００３１】
【数２】
0004128238.tif 000003
によって数学的に表現できる。上式において、Ｑinitは、第１回目のパスの間にすべての画像について使用されるＱ因子値であり、ｑijは量子化されていないＤＣＴ係数であり、ＱijはＱテーブルの(ｉ,ｊ)番目のエントリである。直交変換および量子化ステップ３５２および３５４の後、量子化された係数を基に活動性基準値が計算され（ステップ３４６）、その活動性基準値を基に新しい推定Ｑ因子(Ｑnew)が定められる（ステップ３１８）。
【００３２】
第２回目のパスは部分的ＪＰＥＧステップであって、そこでは、すでに量子化されている係数が、初期Ｑ因子値および推定Ｑ因子を使用して調節され、次にエントロピーが符号化される。第２回パスの間に使用される推定Ｑ因子の新しい値は、第１回目のパス３１０の間に計算された画像活動性(式２)の値を入力として使用してオフラインで計算された数学モデル(式2)によって自動的に与えられる。２回目のパスにおいて、量子化された係数は、活動性基準値に依存する新たな推定Ｑ因子(Ｑnew)によって除された初期Ｑ因子(Ｑinit)の比率を該係数に乗ずることによって調節される。計算結果の調整された変換係数３２３は、次の数３によって数学的に表される。
【００３３】
【数３】
0004128238.tif 000004
調節された係数３２３は、オリジナルのＱテーブルおよび新しい推定Ｑ因子(Ｑnew)の下処理される。なぜならば、次の数４のように、それは推定Ｑ因子Ｑnewの下で量子化される係数にほぼ等しいからである。
【００３４】
【数４】
0004128238.tif 000005
ＪＰＥＧ圧縮画像を得るため最後になすべきことは、ＶＬＣ符号化である。調整された量子化変換係数３２３がＶＬＣ処理ブロック３２４で符号化され、ＪＰＥＧに完全に準拠した際最終的圧縮画像が作成される。
【００３５】
（図１の）従来技術のＪＰＥＧ処理の第２回パスに比較して、図３の本発明の第１の実施形態は、エントロピー符号化および典型的２回パス比率制御方式が必要とする逆ＤＣＴステップを必要としない。この実施形態の複雑性は、圧縮比率を制御しない標準ＪＰＥＧ圧縮方式の約１.５倍である。
【００３６】
図５は、本発明の第２の実施形態に従う２回パスＪＰＥＧ準拠固定圧縮比率符号化システム４００のブロック図である。図６は、図５に示される第２の実施形態に従う２回パスＪＰＥＧ準拠固定圧縮比率符号化システムに対応する処理ステップの流れ図である。第２の実施形態はメモリに余裕がない場合に使用されるべきものである。第１の実施形態と同様に第２の実施形態では、オリジナル画像のピクセル・ブロックを一組の変換係数に直交変換し（ステップ４５２）、エントリがＱijおよび所与の初期Ｑ因子(Ｑinit)である固定量子化テーブル(Ｑテーブル)を使用して、該変換係数を量子化して量子化された変換係数を生成し、その量子化された変換係数を基に活動性基準値を計算する。次に、テスト画像について活動性基準値とＱ因子の間の関係を定義する数学モデルを使用して、所望の目標圧縮比率を実現する推定Ｑ因子(Ｑnew)を決定し（ステップ４５８）、初期Ｑ因子および推定Ｑ因子を使用して量子化された変換係数を調節し、調節された量子化変換係数を表す信号符号化する（ステップ４６４）。しかし、第２の実施形態には、上記ステップに加えて、さらに、２つのＶＬＣ符号化ステップと逆ＶＬＣ符号化ステップが含まれる。
【００３７】
第１の実施形態の圧縮システム３００と相違して、第２の実施形態の第１回パス４２０は、ＤＣＴプロセス４１４、量子化プロセス４１６、およびＱinitの下でＪＰＥＧ圧縮画像４２４を出力するＶＬＣ符号化プロセスを含む標準ＪＰＥＧプロセッサのすべてのプロセスを含む。オリジナル画像４１０は、第１回パスの間に精細量子化ステップを使用するＪＰＥＧアルゴリズムによって処理される。第１回パスの間オリジナル画像４１０を処理することによって、生成される圧縮画像４２４はオリジナル画像のサイズより小さい作業バッファに収納できる。２回目のパスの間、全体画像の小さいサブブロックに対応するＤＣＴ係数の小さい部分だけが復号され、次に、暫定的に復号した画像が割り当てられた作業バッファになお収めることができることを保証するためより粗めの量子化Ｑnewを用いて再符号化される。
【００３８】
特定の画像については、所与の初期値Ｑinitを使用するこの精細な圧縮モードは、十分に目標比率を満たす圧縮方式を提供する。第１回パスのＪＰＥＧステップ４１９の後、出力４２４は、それが目標比率に合致しているかが調べられる。目標比率が満たされていれば（ステップ４５５）、第２回目のパスは実行されず、その出力は、Ｑinitを用いたＪＰＥＧ圧縮画像である。目標圧縮比率を達成していない場合（ステップ４５７）、より高い値の推定Ｑ因子(Ｑnew)に対応したよりきめの粗い量子化ステップを使用して、出力４２４は更に処理される。
【００３９】
第２回パスの間、新たな推定Ｑ因子(Ｑnew)に応じて、よりきめの粗い量子化ステップを使用する部分的ＪＰＥＧアルゴリズムが適用される。新たな推定Ｑ因子が、活動性基準値をＱ因子に関係づける数学モデルによって提供される。２回目のパスの間、圧縮画像は、オリジナルＱテーブルおよびＱ因子(Ｑinit)の下で量子化されたＤＣＴ係数を出力する逆ＶＬＣブロックによって処理される。次に、ＤＣＴ係数は、（Ｑinit-1＊Ｑnew）で除されることによって調節され、その結果オリジナルＱテーブルおよびＱ因子(Ｑnew)の下でオリジナルの非量子化ＤＣＴ係数をほぼ量子化することとなる。調節されたＤＣＴ係数が次にＶＬＣプロセスによって符号化され、最終的なＪＰＥＧ準拠の圧縮画像になる。
【００４０】
コダックＤＣＳ２００カメラで捕捉した多数の画像を用いて、上述のシステムをテストした。その結果、このシステムの平均圧縮比率が目標比率の１０％内であることが判明した。実験結果の比率は、１５：１、２０：１および２５：１である。
【００４１】
図７に描かれている複数の点は、上記実施形態のテスト画像について達成された画像当たりの圧縮比率を示すものである。参照のため、Ｑ＝２０という固定値を用いたＪＰＥＧ方式を使用して同じテスト画像に対する圧縮によって得られた圧縮比率が図７にプロットされている。画像の複雑性に基づいて６：１から２４：１の範囲のＱ因子の固定値によって得られる圧縮比率の変動が非常に大きいことに留意すべきである。図７は、本発明による画像処理の結果を示すものである。例えば、典型的個人用デジタル・カメラは、８ＭＢを搭載するが、（圧縮比率１０：１で圧縮され、元のサイズが４.５ＭＢの）圧縮された画像を永久保存するため８ＭＢのうち約６ＭＢが使用されると予想すれば、残りの２ＭＢが作業バッファ専用である。本発明の実施形態の実験は、Ｑ＝９を使用して、常に４：１以上の圧縮を達成することを示すので、このカメラの場合でも、第１回パスの後の暫定的画像を容易に２ＭＢバッファに納めることができる。
【００４２】
本発明には、例として次のような実施様態が含まれる。
（１）あらかじめ定められた固定サイズのバッファに記憶できるように電子画像のピクセルのブロックを該画像の圧縮されたデジタル表現に変換する画像圧縮方法であって、特定の画像捕捉装置について、テスト画像に関する活動性基準値およびＱ因子の間の関係を定義する数学モデルを作成するステップと、上記ピクセル・ブロックを一組の変換係数に直交変換するステップと、あらかじめ定められた固定量子化テーブルおよびあらかじめ定められた初期Ｑ因子を使用して、直交変換された変換係数を量子化して量子化された変換係数を生成するステップと、量子化された変換係数を使用して、活動性基準値を計算するステップと、テスト画像に関して活動性基準値および初期Ｑ因子の間の関係を定義する数学モデルを使用して、推定Ｑ因子を決定するステップと、初期Ｑ因子および推定Ｑ因子を使用して量子化された変換係数の値を調節するステップと、調節された量子化変換係数を表す信号を符号化するステップと、を含む画像圧縮方法。
（２）上記数学モデルが上記直交変換ステップの前の校正段階で作成される、上記（１）に記載の画像圧縮方法。
（３）テスト画像に関する活動性基準値およびＱ因子の間の関係を定義する数学モデルが、該テスト画像の一部に対する２次多項曲線である、上記（１）に記載の画像圧縮方法。
（４）上記数学モデルが、あらかじめ定められた下限値Ｑminよりすくなくとも小さくないＱ因子を設定する、上記（１）に記載の画像圧縮方法。
（５）活動性基準値をＡとして、ＮBがオリジナルの画像における８×８というブロック数であり、Ｑinitが第１回目のパスの間にすべての画像について使用されるＱ因子値であり、ｑijが量子化されていないＤＣＴ係数であり、ＱijがＱテーブルの(ｉ,ｊ)番目のエントリであるとして、Ａが、
【数５】
0004128238.tif 000006
によって表されるように、ブロック当たりの量子化ＤＣＴ係数の絶対値の平均和によって与えられる、上記（１）に記載の画像圧縮方法。
（６）上記ピクセルのブロックがＤＣＴ変換法を使用して直交変換される、上記（１）に記載の画像圧縮方法。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、ＪＰＥＧに完全に準拠した２回パス型圧縮アルゴリズムを使用しながら、圧縮画像を所望のサイズのバッファに記憶することを可能とし、従って、十分なメモリを備えていないシステムにおいてもＪＰＥＧ準拠の圧縮画像を生成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の２回パスＪＰＥＧ準拠符号化システムのブロック図である。
【図２】(Ａ)は、ＫＯＤＡＫ ＤＣＳ２００デジタル・カメラを用いて捕捉された訓練画像セット上で得られる標本点(Ｑ，Ａ)を点描した図であり、(Ｂ)は、訓練画像セットおよびテスト画像の種々のセットに対応する多数の標本点（Ｑ，Ａ）上に上重ねされた２次多項式モデルのグラフ図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に従うＪＰＥＧ準拠の固定圧縮比率符号化システムのブロック図である。
【図４】図３のＪＰＥＧ準拠の固定圧縮比率符号化システムに対応する処理ステップの流れ図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に従うＪＰＥＧ準拠固定圧縮比率符号化システム４００のブロック図である。
【図６】図５のＪＰＥＧ準拠固定圧縮比率符号化システムに対応する処理ステップの流れ図である。
【図７】本発明の実施形態のテスト画像について達成された画像当たりの圧縮比率を示すグラフ図である。
【符号の説明】
３０８、４１０  オリジナル画像
３１０、４１９  第１回パス
３１２、４１４  ＤＣＴプロセス
３１４、４１６  量子化プロセス
４１８          ＶＬＣプロセス
３１６、４１０  活動性基準値計算プロセス
３１５、４２４  第１回目パスで圧縮された画像
３１８          新たなＱ因子計算プロセス
３２０          第２回パス
３３０          最終圧縮画像
【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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