(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像信号を所定の階層数に再帰的に帯域分割して各帯域毎のブロック画像を生成することでウェーブレット変換を実現するバンドパスフィルタ群を備えたウェーブレット変換部と、
該ウェーブレット変換部から出力されたウェーブレット変換係数のビットプレーン符号化の優先順位を決定する優先順位決定手段と、
該ウェーブレット変換部から出力されたウェーブレット変換係数を量子化し且つビットプレーン符号化する量子化部と、
前記量子化部から出力された量子化係数をエントロピー符号化してビット列を生成出力するエントロピー符号化部と、
を備え、
前記バンドパスフィルタ群において画像信号を低域側に帯域分割するローパスフィルタ係数の総和を１とし、
前記優先順位決定手段は、前記入力画像信号を帯域分割する毎に、前記ブロック画像の低域側の優先順位を１ステップ上げて設定するとともに、他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割する場合は、帯域分割するブロック画像の優先順位を１ステップ下げて設定する画像符号化装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像符号化装置であって、前記優先順位に相当する度数に対応して前記ウェーブレット変換係数が拡大方向にビットシフトされる画像符号化装置。
【請求項３】
入力画像信号をウェーブレット変換する画像符号化方法であって、
（ａ）バンドパスフィルタ群を用いて、入力画像信号を所定の階層数に再帰的に帯域分割して各帯域毎のブロック画像を生成し、前記ブロック画像のウェーブレット変換係数を算出するステップと、
（ｂ）前記ウェーブレット変換係数のビットプレーン符号化の優先順位を決定するステップと、
（ｃ）前記ウェーブレット変換係数を量子化し且つビットプレーン符号化するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）で生成された量子化係数をエントロピー符号化してビット列を生成するステップと、
を備え、
前記バンドパスフィルタ群において画像信号を低域側に帯域分割するローパスフィルタ係数の総和を１とし、
前記ステップ（ｂ）では、前記入力画像信号を帯域分割する毎に、前記ブロック画像の低域側の優先順位を１ステップ上げるとともに、他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割する場合は、帯域分割するブロック画像の優先順位を１ステップ下げる画像符号化方法。
【請求項４】
請求項３記載の画像符号化方法であって、前記ステップ（ｂ）において、前記優先順位に相当する度数に対応して前記ウェーブレット変換係数を拡大方向にビットシフトする画像符号化方法。
【請求項５】
請求項１記載の画像符号化装置で入力画像信号を圧縮した圧縮信号を復号化する復号化装置であって、
前記圧縮信号のビット列をエントロピー復号化して前記量子化係数を出力するエントロピー復号化部と、
前記量子化係数を請求項１記載の前記優先順位決定手段によって決定された優先順位に基づいてビットプレーン復号化し且つ逆量子化して前記ウェーブレット変換係数を出力する逆量子化部と、
請求項１記載のウェーブレット変換の逆変換を実行する合成フィルタ群を備え、前記ウェーブレット変換係数を逆変換して復号化画像信号を出力する逆ウェーブレット変換部と、を備え、
前記逆量子化部から出力されたウェーブレット変換係数の前記優先順位を元に戻した後に前記逆変換が実行される復号化装置。
【請求項６】
請求項５記載の復号化装置であって、請求項２記載の画像符号化装置により拡大方向にビットシフトされた前記ウェーブレット変換係数は、前記拡大方向と逆方向にビットシフトされて元に戻される復号化装置。
【請求項７】
請求項３記載の画像符号化方法で入力画像信号を圧縮した圧縮信号を復号化する復号化方法であって、
（ｅ）前記圧縮信号のビット列をエントロピー復号化して前記量子化係数を出力するステップと、
（ｆ）前記量子化係数を請求項３記載のステップ（ｂ）で決定された優先順位に基づいてビットプレーン復号化し且つ逆量子化して前記ウェーブレット変換係数を出力するステップと、
（ｇ）前記ウェーブレット変換係数の前記優先順位を元に戻すステップと、
（ｈ）請求項３記載のウェーブレット変換の逆変換を実行して復号化画像信号を出力するステップと、
を備えることを特徴とする復号化方法。
【請求項８】
請求項７記載の復号化方法であって、前記ステップ（ｇ）において、請求項４記載の画像符号化方法により拡大方向にビットシフトされた前記ウェーブレット変換係数を前記拡大方向と逆方向にビットシフトして元に戻す復号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル画像データの圧縮伸長技術に関し、特にウェーブレット（wavelet）変換を用いた圧縮伸長技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像データの高能率符号化方式には、画像データの原信号を複数の周波数帯域に分割して符号化するサブバンド符号化法およびＤＣＴ（離散コサイン変換；Discrete Cosine Transform）が採用され、例えばＩＳＯ（国際標準化機構：International Organization for Standardization）によって設立されたＪＰＥＧ（Joint Photographic Coding Experts Group）方式で採用されている。
【０００３】
しかしながら、ＤＣＴには、その変換基底の両端が収束しないため復号化画像にブロック状の雑音が生じるというブロック歪みの問題や、高帯域成分の量子化に起因し、復号化画像の主に輪郭部分に雑音が生ずるというモスキート雑音の問題が知られており、これら問題を解決する離散ウェーブレット変換を用いた圧縮符号化方法が注目されている。離散ウェーブレット変換は、画像データの周波数帯域を２つに分割する高域および低域の帯域通過フィルタ（サブバンド）をツリー状に組み上げ、低域側のサブバンドを再帰的に分割する方法で構築することができる。
【０００４】
図１８に、このようなウェーブレット変換を組み入れた画像圧縮伸長処理の流れの一例を示す。同図において、左方から右方へは圧縮符号化処理（順変換）の流れを示し、その逆方向は、圧縮データの復号化処理（逆変換）の流れを示している。圧縮符号化処理では、同図に示すように、先ず画像データはウェーブレット符号化された後、複数の帯域成分のブロック画像に分割される。次いで、ブロック画像は、２値化および量子化処理を施された後に２値算術符号化されて圧縮データに変換される。他方、圧縮データの復号化処理では、圧縮データが２値算術復号化処理により２値化データに変換され、この２値化データが多値化および逆量子化され、逆ウェーブレット変換を実行することで復号化される。
【０００５】
また前記２値化および量子化処理はビットプレーン符号化を伴うものである。ビットプレーン符号化方法は、例えば、ＳＰＩＨＴ（Set Partitioning In Hierarchical Trees）、ＤＬＷＩＣ（Distortion Limited Wavelet Image Codec）およびＥＢＣＯＴ（Embedded Block Coding with Optimized Truncation）などで利用されており、ＥＢＣＯＴは前述のＪＰＥＧの次世代静止画標準方式となるＪＰＥＧ２０００で採用されている符号化法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のウェーブレット変換を利用した符号化方式は、ＪＰＥＧの後継方式となるＪＰＥＧ２０００やＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）の後継方式で採用されることから、電子スチルカメラなどの電子機器で撮像した画像データや映像データの圧縮伸長手段として期待されており、その符号化効率の一層の向上が望まれているのが現状である。
【０００７】
ＪＰＥＧ２０００では、ウェーブレット変換を実現するフィルタ・バンクとしてローパス（低域通過）フィルタ係数の総和が１のものが採用されている。このため原信号のｎビットのデータがウェーブレット変換されてもｎビット相当の変換係数が生成される。しかしながら、後述するように、従来のウェーブレット変換では、順変換のローパスフィルタ係数の総和は計算誤差を除いて２1/2であるため、ｎビットデータをウェーブレット変換すると、その変換係数のビット数は低域側に行くに従いｎビットを超えて大きくなる性質がある。
【０００８】
上記ＳＰＩＨＴ法やＤＬＷＩＣ法はこの性質を利用したものである。上記ＳＰＩＨＴ法は、変換係数のビット数の大小関係に従ってウェーブレット変換係数を並べ替えることにより、上記ビットプレーン符号化順序を定めるものであったが、順変換のローパスフィルタ係数を１とするＪＰＥＧ２０００方式では、その変換係数のビット数はウェーブレット変換前のそれと変わらないため、ＳＰＩＨＴ法などを利用できないという問題がある。また、その変換係数のビット数は低域側に行くに従い過大となるため、上記ＳＰＩＨＴ法やＤＬＷＩＣ法では、低域側の変換係数が効率的に量子化され難いという問題もある。
【０００９】
さらに、前述の従来のウェーブレット変換では、後述するように、高域成分のウェーブレット変換係数のビット数が減ってしまい、量子化処理の際にその変換係数のデータが消えることがある。このため可逆性を保った圧縮符号化を実現できないという問題もあった。
【００１０】
このような問題に鑑みて本発明が解決しようとするところは、上述のビットプレーン符号化の優先順位を効率的に定めて符号化効率を向上せしめ、可逆性を保ったウェーブレット変換を実現し得る画像符号化装置および画像符号化方法を提供する点にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、入力画像信号を所定の階層数に再帰的に帯域分割して各帯域毎のブロック画像を生成することでウェーブレット変換を実現するバンドパスフィルタ群を備えたウェーブレット変換部と、該ウェーブレット変換部から出力されたウェーブレット変換係数のビットプレーン符号化の優先順位を決定する優先順位決定手段と、該ウェーブレット変換部から出力されたウェーブレット変換係数を量子化し且つビットプレーン符号化する量子化部と、前記量子化部から出力された量子化係数をエントロピー符号化してビット列を生成出力するエントロピー符号化部と、を備え、前記バンドパスフィルタ群において画像信号を低域側に帯域分割するローパスフィルタ係数の総和を１とし、前記優先順位決定手段は、前記入力画像信号を帯域分割する毎に、前記ブロック画像の低域側の優先順位を１ステップ上げて設定するとともに、他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割する場合は、帯域分割するブロック画像の優先順位を１ステップ下げて設定するものである。
【００１３】
また請求項２に係る発明は、請求項１記載の画像符号化装置であって、前記優先順位に相当する度数だけ前記ウェーブレット変換係数が拡大方向にビットシフトされるものである。
【００１４】
次に、請求項３に係る発明は、入力画像信号をウェーブレット変換する画像符号化方法であって、（ａ）バンドパスフィルタ群を用いて、入力画像信号を所定の階層数に再帰的に帯域分割して各帯域毎のブロック画像を生成し、前記ブロック画像のウェーブレット変換係数を算出するステップと、（ｂ）前記ウェーブレット変換係数のビットプレーン符号化の優先順位を決定するステップと、（ｃ）前記ウェーブレット変換係数を量子化し且つビットプレーン符号化するステップと、（ｄ）前記ステップ（ｃ）で生成された量子化値をエントロピー符号化してビット列を生成するステップと、を備え、前記バンドパスフィルタ群において画像信号を低域側に帯域分割するローパスフィルタ係数の総和を１とし、前記ステップ（ｂ）では、前記入力画像信号を帯域分割する毎に、前記ブロック画像の低域側の優先順位を１ステップ上げるとともに、他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割する場合は、帯域分割するブロック画像の優先順位を１ステップ下げるものである。
【００１６】
また請求項４に係る発明は、請求項３記載の画像符号化方法であって、前記ステップ（ｂ）において、前記優先順位に相当する度数だけ前記ウェーブレット変換係数が拡大方向にビットシフトするものである。
【００１７】
次に請求項５に係る発明は、請求項１記載の画像符号化装置で入力画像信号を圧縮した圧縮信号を復号化する復号化装置であって、前記圧縮信号のビット列をエントロピー復号化して前記量子化係数を出力するエントロピー復号化部と、前記量子化係数を請求項１記載の前記優先順位決定手段によって決定された優先順位に基づいてビットプレーン復号化し且つ逆量子化して前記ウェーブレット変換係数を出力する逆量子化部と、請求項１記載のウェーブレット変換の逆変換を実行する合成フィルタ群を備え前記ウェーブレット変換係数を逆変換して復号化画像信号を出力する逆ウェーブレット変換部と、を備え、前記逆量子化部から出力されたウェーブレット変換係数の前記優先順位を元に戻した後に前記逆変換が実行されることを特徴とするものである。
【００１９】
また請求項６に係る発明は、請求項５記載の復号化装置であって、請求項２記載の画像符号化装置により拡大方向にビットシフトされた前記ウェーブレット変換係数は、前記拡大方向と逆方向にビットシフトされて元に戻されるものである。
【００２０】
次に請求項７に係る発明は、請求項３記載の画像符号化方法で入力画像信号を圧縮した圧縮信号を復号化する復号化方法であって、（ｅ）前記圧縮信号のビット列をエントロピー復号化して前記量子化係数を出力するステップと、（ｆ）前記量子化係数を請求項３記載のステップ（ｂ）で決定された優先順位に基づいてビットプレーン復号化し且つ逆量子化して前記ウェーブレット変換係数を出力するステップと、（ｇ）前記ウェーブレット変換係数の前記優先順位を元に戻すステップと、（ｈ）請求項３記載のウェーブレット変換の逆変換を実行して復号化画像信号を出力するステップと、を備えることを特徴とするものである。
【００２２】
そして請求項８に係る発明は、請求項７記載の復号化方法であって、前記ステップ（ｇ）において、請求項４記載の画像符号化方法により拡大方向にビットシフトされた前記ウェーブレット変換係数を前記拡大方向と逆方向にビットシフトして元に戻すものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る画像符号化装置１および復号化装置５０の概略構成を示す符号化および復号化ブロック図、図２は、本実施の形態に係る画像符号化処理および復号化処理の流れを示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係る画像符号化装置１は、前処理部２、ウェーブレット変換部３、量子化部５、算術符号化部（エントロピー符号化部）６および多重化部７の符号化ブロックを備えており、各符号化ブロック同士を接続する矢印に従って入力する原信号（画像信号）が順次処理され圧縮符号化信号が出力される。
【００２４】
先ず、画像信号が入力する前処理部２では、原信号がカラー画像信号の場合には、原信号のＲ（赤），Ｇ（緑）およびＢ（青）の３色成分が他の色成分の座標系へと変換される。色成分変換には、ＮＴＳＣ（National Television System Commitee）方式などで採用されているＹＵＶ座標系、ＹＩＱ座標系、ＹＣbＣr座標系などを使用すればよい。例えば、色成分変換にＹＣbＣr座標系を使用した場合、そのＲＧＢ成分は輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｃb，ＣrとからなるＹＣbＣr成分の座標系へと変換される。ＹＣbＣr成分はＲＧＢ成分よりも各成分間の相関が小さいため、画像サイズを圧縮することが可能となる。また、特にＪＰＥＧ２０００で採用される色成分変換として、後述の可逆ウェーブレット変換を実現する５タップ×３タップのフィルター（図７）と共に使用されるＲＣＴ（Reversible Component Transformation）や、後述の９タップ×７タップのドビシス・フィルタと共に使用されるＩＣＴ（Irreversible Component Transformation）を適用してもよい。ＲＣＴやＩＣＴについては、例えば「JPEG 2000 FINAL COMMITTEE DRAFT VERSION 1.0,16 MARCH 2000」（発行元：ISO/IEC JTC1/SC29 WG1）に記載されている。但し、原信号がカラー画像信号で無い場合は、このような変換は不要である。
【００２５】
次に、ウェーブレット変換部３において前記前処理部２で変換された画像信号がウェーブレット変換される。本実施の形態では、離散化したウェーブレット関数族を変換基底とした離散ウェーブレット変換を用いる。離散ウェーブレット変換は、画像信号の周波数帯域を高域側と低域側とに再帰的に帯域分割することで実現されることができ、具体的には、図３（ａ）に示すような２分割フィルタ群を１単位（１階層）としてツリー状に組み立てて構成される。この２分割フィルタ群は、画像信号の周波数帯域を水平方向に２帯域に分割するローパス（低域通過）フィルタ１０Ｌおよびハイパス（高域通過）フィルタ１０Ｈと、これらフィルタ１０Ｌ，１０Ｈからそれぞれ出力された画像信号の周波数帯域をさらに垂直方向に２帯域に分割するローパスフィルタ１１Ｌ，１１Ｌおよびハイパスフィルタ１１Ｈ，１１Ｈとからなり、入力画像信号は、各バンドパスフィルタで帯域分割され、サンプリング・レート１／２のダウン・サンプラ１２で間引きされることで４つのブロック画像ＬｈＬｖ，ＬｈＨｖ，ＨｈＬｖ，ＨｈＨｖに分割される。図３（ｂ）は、ブロック画像ＬｈＬｖ，ＬｈＨｖ，ＨｈＬｖ，ＨｈＨｖを、水平方向の周波数成分が右方へ行くほど高域に且つ左方へ行くほど低域になり、垂直方向の周波数成分が上方へ行くほど低域に且つ下方へ行くほど高域になる規則で配列した図である。以下、ウェーブレット変換で分割したブロック画像はこの規則で配列されるものとする。
【００２６】
このような２分割フィルタ群をツリー状に配列してフィルタ・バンクを構成する方法には各種あり、図４に示すマラット（mallat）型配列、図５に示すスパクル（spacle）型配列、図６に示すパケット型（packet）配列などがある。図４（ａ），図５（ａ）および図６（ａ）は１次元ウェーブレット変換を実現するフィルタ・バンクを示す模式図である。各図（ａ）のツリーの各階層に付した「Ｌ」は低域成分を、「Ｈ」は高域成分を示している。ここで、マラット型配列は、原信号の低域成分のみを再帰的に分割するものであり、スパクル型配列は、原信号の高域成分を１階層再帰的に分割し、その低域成分を再帰的に分割するものであり、パケット型配列は、原信号の高域成分と低域成分の双方を再帰的に分割するものである。尚、本実施の形態では、原信号の低域成分を有限の階層数で再帰的に分割しているが、これに限らず、任意の階層数で再帰的に分割しても構わない。
【００２７】
また、図４（ｂ），図５（ｂ）および図６（ｂ）は、２次元ウェーブレット変換により帯域分割したブロック画像を上記規則に従って周波数帯域毎に配列した図である。２次元ウェーブレット変換は、図３の２分割フィルタ群を用いて、図４（ａ），図５（ａ）および図６（ａ）のツリー構造を２次元（画像の水平方向と垂直方向）に適用することで構成される。
【００２８】
ウェーブレット変換部３は、このようなマラット型配列、スパクル型配列およびパケット型配列の中から選択した配列を用いて入力画像信号を離散ウェーブレット変換し、各ブロック画像のウェーブレット変換係数を算出する。この離散ウェーブレット変換は、入力されるライン単位のデータをフィルタ処理に必要なライン数バッファリングして垂直方向のフィルタ処理を行い、その結果得られたデータ列に対して水平方向のフィルタ処理を施すというラインベースで実行されてもよいし、この代わりに、入力画像信号をタイリングにより所定の大きさに分割し、この分割画像（タイル）を一単位として変換処理を実行するというブロックベースで実行されてもよい。低ビットレートの条件下でブロックベースで変換する場合、互いに隣接するタイルの境界付近のデータをオーバーラップしたうえで順変換することで、復号化画像のタイル境界における歪みを防止するのが望ましい。もしくは、その歪みを防止するには、タイル境界での連続性を保持しつつ前記分割画像を拡張する対称周期拡張法を採用するのが望ましい。
【００２９】
離散ウェーブレット変換に用いるフィルタ・バンクには、可逆性または非可逆性のものを使用できる。非可逆変換を実現するフィルタには、ドビシス（Daubechies）基底を用いたフィルタ（ドビシス・フィルタ）（I. Daubechies: "A Theory for Multiresolution Signal Decomposition", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol.11, no.7, pp.674-693, July 1989を参照）を採用でき、具体的には、順変換のローパスフィルタを９タップ、ハイパスフィルタを７タップとして構成すればよい（M. Antonini, M. Barlaud, P. Mathieu and I. Daubechies: "Image Coding Using the Wavelet Transform", IEEE Trans. Image Proc., pp.205-220 April 1992を参照）。ＪＰＥＧ２０００方式で採用されるドビシス・フィルタでは、アナリシス（順変換）・フィルタ係数の総和が１、シンセシス（逆変換）・フィルタ係数の総和が０（零）である。
【００３０】
他方、可逆変換を実現するフィルタとしては、図７に示すようなフィルタ係数を有するものが好ましい。図７（ａ），（ｂ）に示す通り、アナリシス・フィルタ係数は、ローパスフィルタを５タップ、ハイパスフィルタを３タップとして構成されており、シンセシス・フィルタ係数は、ローパスフィルタのタップ数を３、ハイパスフィルタのタップ数を５として構成されている。またアナリシス・フィルタのローパスフィルタ係数の総和は１、そのハイパスフィルタ係数の総和は０（零）であり、可逆性を保ったウェーブレット順変換を実行することが可能である。
【００３１】
次に、上記優先順位設定手段４において各ブロック画像（各周波数帯域）の変換係数のビットプレーン符号化優先順位が決定される。具体的には、その優先度は以下の２つの規則（１），（２）に基づいて設定される。（１）ローパスフィルタで帯域分割されたブロック画像の低域側の優先順位を１ステップ上げる。（２）他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割する場合は、当該ブロック画像の優先順位を１ステップ下げる。
【００３２】
これら規則（１），（２）に基づいた優先度設定処理手順を図１０のフローチャートを参照して説明する。図３に示した１階層分の２分割フィルタ群を例にして説明すると、先ず、原信号である画像信号１３が画像符号化装置１に入力すると（ＳＴ１）、入力画像に対して優先度（初期値）として「０（零）」が設定される。次に、ステップＳＴ２において、入力画像１３はローパスフィルタ１０Ｌとハイパスフィルタ１０Ｈとで２分割される。次いで、ステップＳＴ３において、前記ステップＳＴ２で分割したブロック画像が前階層の他のブロック画像よりも深い階層で帯域分割されたか否かが条件判定されるが、現段階では前階層のブロック画像は生成されていないのでステップＳＴ４に処理が移行する。ステップＳＴ４では、ローパスフィルタ１０Ｌを通過した画像データＬｈの優先度は１ステップ上がり「１」に設定されるが、ハイパスフィルタ１０Ｈを通過した画像Ｈｈの優先度は「０」のままである。さらにウェーブレット変換を続行してステップＳＴ２に戻り、画像Ｌｈは垂直方向にローパスフィルタ１１Ｌとハイパスフィルタ１１Ｈとで帯域分割され、次のステップＳＴ４で、ローパスフィルタ１１Ｌを通過したブロック画像ＬｈＬｖの優先度は１ステップ上がり「２」に設定されるが、ハイパスフィルタ１１Ｈを通過したブロック画像ＬｈＨｖの優先度は「１」のままである。
【００３３】
他方、ステップＳＴ２で、ハイパスフィルタ１０Ｈを通過した画像Ｈｈは、ローパスフィルタ１１Ｌとハイパスフィルタ１１Ｈで帯域分割される。次いで、ステップＳＴ４で、ローパスフィルタ１１Ｌを通過したブロック画像ＨｈＬｖの優先度は１ステップ上がり「１」となるが、ハイパスフィルタ１１Ｈを通過したブロック画像ＨｈＨｖの優先度は「０」のままである。
【００３４】
このように規則（１）に従い、図８に示す通り、ブロック画像ＬｈＬｖ，ＨｈＬｖ，ＬｈＨｖ，ＨｈＨｖの優先度はそれぞれ２，１，１，０に設定される。
【００３５】
続けて、ブロック画像ＨｈＬｖ（優先度：１），ＬｈＨｖ（優先度：１），ＨｈＨｖ（優先度：０）よりも深い階層でブロック画像ＬｈＬｖ（優先度：２）のみをさらに水平・垂直方向に帯域分割する場合、上記規則（１）および（２）が適用される。図１０のフローチャートによれば、ステップＳＴ２において、このブロック画像２０（ＬｈＬｖ）が前階層の他のブロック画像よりも深い階層でさらに水平方向の２帯域に分割されると、次のステップＳＴ３でその旨が判定されるから、次にステップＳＴ６に処理が移行し、ブロック画像２０の優先順位が１ステップ下げられた後に、ステップＳＴ４において、前記ステップＳＴ２で低域に分割したブロック画像の優先順位が１ステップ上がる。この段階で、水平方向の２帯域に分割した各ブロック画像（図示せず）の優先順位は、高域側で「−１」、低域側で「０」だけ増減する。
【００３６】
続けてステップＳＴ５を介してステップＳＴ２に処理が移行し、各ブロック画像を同じ階層でさらに垂直方向に２帯域分割すると、図９に示すようにブロック画像２０は４帯域のブロック画像２０ａ〜２０ｄに分割される。次いで、ステップＳＴ３を介してステップＳＴ４に処理が移行し、前記ステップＳＴ２で垂直方向の低域に分割した各ブロック画像２０ａ，２０ｃの優先順位が１ステップ上げられる。この結果、図９の各ブロック画像２０ａ〜２０ｄに付した度数だけ各ブロック画像の優先順位が増減することとなる。
【００３７】
以上に示した規則（１），（２）に従い、優先度を付されたブロック画像を図１１〜図１３に示す。図１１は、図４（ｂ）のマラット型配列で分割したブロック画像、図１２は、図５（ｂ）のスパクル型配列で分割したブロック画像、図１３は、図６（ｂ）のパケット型配列で分割したブロック画像にそれぞれ優先度を付した図である。
【００３８】
図１１のマラット型配列では、第１階層で水平・垂直方向に４帯域分割した４個のブロック画像については規則（１）のみが適用されており、第２階層以後で水平・垂直方向に帯域分割した左上のブロック画像については、第１階層で帯域分割した他のブロック画像よりも深い階層で分割されるため、規則（１）および（２）が適用されている。
【００３９】
また図１２のスパクル型配列では、第１および第２階層で水平・垂直方向に帯域分割した１６個のブロック画像については規則（１）のみが適用されており、第３階層以後で水平・垂直方向に帯域分割した左上のブロック画像については、第１および第２階層で帯域分割した他のブロック画像よりも深い階層で分割されるため、規則（１）および（２）が適用されている。
【００４０】
また図１３のパケット型配列では、第１〜第３階層で水平・垂直方向に帯域分割した６４個のブロック画像は全て同じ階層で分割されるから、規則（１）のみが適用されている。
【００４１】
上記優先度は、各ブロック画像（各周波数帯域）のウェーブレット変換係数に対応付けされたうえで優先順位変換テーブル（図示せず）に格納され、また後処理でビットプレーン符号化処理を実行する際に参照される。このように本実施の形態による優先順位設定処理により、ビットプレーン符号化の優先順位を効率的に定めることが可能となる。
【００４２】
さらに、上記ウェーブレット変換係数に優先度を対応付けする手段として、上記変換係数を、当該優先度に応じて拡大方向にビットシフトさせることが望ましい。具体的には、図８（ａ）に示したブロック画像ＬｈＬｖのウェーブレット変換係数を１５（ＬｈＬｖ）のように表記する場合、同図（ｂ）に示すようにウェーブレット変換係数１５（ＬｈＬｖ），１５（ＬｈＨｖ），１５（ＨｈＬｖ），１５（ＨｈＨｖ）のｎビットはそれぞれ、同図（ａ）に示した優先度（２ビット、１ビット、１ビット、０ビット）だけ左シフトされ、それぞれｎ＋２ビット、ｎ＋１ビット、ｎ＋１ビット、ｎビットのデータとなる。これによりウェーブレット変換係数に優先順位を効率的に付与することが可能となる。
【００４３】
また、前記優先度に応じてウェーブレット変換係数を実際にビットシフトさせる代わりに、各ウェーブレット変換係数に対応する優先度の情報をメモリに蓄積しておき、ビットプレーン符号化処理の際にそれを参照する形態を採用してもよい。
【００４４】
尚、従来のウェーブレット変換を実現するフィルタ・バンクは、一般的にローパスフィルタ係数の総和が２1/2、ハイパスフィルタ係数の総和が０（零）となるバンドパスフィルタを使っていた。またこの種の従来のフィルタ・バンクでは、ローパスフィルタを通過した画像のウェーブレット変換係数には２1/2が、ハイパスフィルタを通過した画像のウェーブレット変換係数には２-1/2が乗算される。この結果、図３（ａ）に示したような２分割フィルタ群を用いた場合、図１４に示すように、入力画像３０を水平・垂直方向に共に低域に分割したブロック画像ＬｈＬｖのウェーブレット変換係数には２1/2×２1/2＝２が乗算され、水平方向に低域に分割し垂直方向に高域に分割したブロック画像ＬｈＨｖのウェーブレット変換係数には２1/2×２-1/2＝１が乗算され、水平方向に高域に分割し垂直方向に低域に分割したブロック画像ＨｈＬｖのウェーブレット変換係数には２-1/2×２1/2＝１が乗算され、水平・垂直方向に共に高域に分割したブロック画像ＨｈＨｖのウェーブレット変換係数には２-1/2×２-1/2＝２-1の係数が乗算される。よって、ブロック画像ＨｈＨｖのウェーブレット変換係数は２-1の係数が乗算されて１ビット右シフトするので、可逆性を保った圧縮を行うことができない。
【００４５】
このような従来のウェーブレット変換で帯域分割したブロック画像を図１５〜図１７に示す。各ブロック画像には上述のウェーブレット変換係数に乗算する係数を付した。図１５は、図４（ｂ）のマラット型配列で分割したブロック画像を、図１６は、図５（ｂ）のスパクル型配列で分割したブロック画像を、図１７は、図６（ｂ）のパケット型配列で分割したブロック画像を示す図である。
【００４６】
このように各種型配列のウェーブレット変換で帯域分割したブロック画像には、２-1，２-2，２-3のような、ウェーブレット変換係数を除算させる乗算係数が出現し、また、図１６のマラット型配列に例示されるように、乗算係数は低域側になる程大きいため、ウェーブレット変換係数のレンジは低域側になる程に過大になり易いことが分かる。
【００４７】
本実施の形態による離散ウェーブレット変換のように順変換のローパスフィルタ係数の総和を１とするフィルタを用いれば、前述のウェーブレット変換係数を除算させる乗算係数は出現しないため、その変換係数のビット数は減少せず、そのデータは量子化処理の際に消えないため、可逆性の高いウェーブレット変換を実現することが可能であり、また、ウェーブレット変換係数のレンジが低域側になる程過大にならないため、ウェーブレット変換係数の量子化処理を効率的に行うことが可能となる。また本実施の形態では、上記優先順位設定手段４により、ウェーブレット変換係数のビットプレーン符号化優先順位を効率的に設定できるから、符号化効率を高めることが可能となる。
【００４８】
以上のように原信号をウェーブレット変換した後は、量子化部５において、各ウェーブレット変換係数が量子化されビットプレーン符号化される。その後、算術符号化部６は、各ビットプレーン符号化値を２値算術符号化（エントロピー符号化）する。２値算術符号化にはＭＱコーダーやＱＭコーダーなどを使用すればよい。またエントロピー符号化の際にはハフマン符号化を実行してもよい。
【００４９】
そして、多重化部７は、算術符号化部６から出力された圧縮データに対し、原画像の画像サイズ、量子化ビット数などの画像情報や、離散ウェーブレット変換の型、優先順位変換テーブル、色成分変換テーブル、ハフマン符号化する際に用いたハフマン・テーブルなどの圧縮情報を付加することで圧縮符号化信号を生成出力する。
【００５０】
また、上記圧縮符号化信号の復号化処理は、以下の通りである。図１の復号化装置５０に示す通り、上記圧縮符号化信号は復号化装置５０の分離部５１に入力すると、上記圧縮データ、画像情報および圧縮情報に分離された後に、算術復号化部（エントロピー復号化部）５２においてその圧縮データは２値算術復号化（エントロピー復号化）される。尚、上記算術符号化部６で２値算術符号化の代わりにハフマン符号化を実行した場合は、圧縮データをエントロピー復号化する際に前記ハフマン・テーブルなどが参照される。
【００５１】
次に、逆量子化部５３は、前記画像情報を参照して、算術符号化部６から出力された復号化データを逆量子化し且つビットプレーン復号化して上記ウェーブレット変換係数を生成出力する。優先順位復元手段５５は、上記優先順位変換テーブルを参照して前記ウェーブレット変換係数と対応付けした優先順位を復元させる。例えば、上述したようにウェーブレット変換係数を優先度に応じて拡大方向にビットシフトした場合、ウェーブレット変換係数は、その拡大方向とは逆方向にビットシフトされて元にビット位置に戻される。
【００５２】
このようなウェーブレット変換係数は、逆ウェーブレット変換部５４において上記ウェーブレット変換の型に対応するように逆ウェーブレット変換される。すなわち、各ウェーブレット変換係数にアップ・サンプラで零挿入した後に、零挿入されたウェーブレット変換係数を例えば図７（ｂ）のシンセシス・フィルタ係数をもつフィルタに通過させ、加算器で合成することにより画像信号が生成される。この画像信号は画像符号化装置１の前処理部２で色成分が変換されているから、後処理部５６は上記色成分変換テーブルを参照し、その画像信号を元のＲＧＢ成分に逆変換することにより復号化信号が生成出力される。
【００５３】
尚、上記実施の形態では、静止画像の圧縮伸長処理について示したが、本発明に係る画像符号化装置および方法は動画像圧縮処理に適用してもよい。動画像は複数枚の静止画像（フレーム）で構成されるので、各フレーム内の空間的な相関関係による圧縮に本発明を適用し、フレーム間の時間的な相関関係による圧縮には既知の動き補償予測符号化などを適用すればよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の請求項１に係る画像符号化装置および請求項３に係る画像符号化方法によれば、ローパスフィルタ係数の総和を１としているから、従来のウェーブレット変換のようにウェーブレット変換係数のレンジが低域側になるほど過大になることが無いためウェーブレット変換係数の量子化を効率的に実行でき、またビットプレーン符号化の優先順位を効率的に定め得るので、符号化効率を高めることが可能となる。
【００５６】
また請求項２および請求項４によれば、ウェーブレット変換係数に優先順位を効率良く付与することが可能となる。
【００５７】
また請求項５に係る復号化装置および請求項７に係る復号化方法によれば、請求項１記載の画像符号化装置および請求項３記載の画像符号化方法で圧縮した圧縮信号を復号化することができる。
【００５９】
そして請求項６および請求項８によれば、請求項２および請求項４でビットシフトされたウェーブレット変換係数を元のビット位置に戻して圧縮信号を復号化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像符号化装置および復号化装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る画像符号化装置および復号化装置の処理の流れを示す図である。
【図３】（ａ）は、離散ウェーブレット変換を実現する２分割フィルタ群の一単位を示す図、（ｂ）は、（ａ）に示した２分割フィルタ群で帯域分割されたブロック画像を配列した図である。
【図４】（ａ）は、マラット（mallat）型配列のフィルタ・バンクを示す概略図、（ｂ）は、（ａ）のフィルタ・バンクで帯域分割されたブロック画像を配列した図である。
【図５】（ａ）は、スパクル（spacle）型配列のフィルタ・バンクを示す概略図、（ｂ）は、（ａ）のフィルタ・バンクで帯域分割されたブロック画像を配列した図である。
【図６】（ａ）は、パケット（packet）型配列のフィルタ・バンクを示す概略図、（ｂ）は、（ａ）のフィルタ・バンクで帯域分割されたブロック画像を配列した図である。
【図７】（ａ）は、アナリシス・フィルタ係数の表を示す図、（ｂ）は、シンセシス・フィルタ係数の表を示す図である。
【図８】ビットプレーン符号化の優先順位を付されたブロック画像の例を示す図である。
【図９】ビットプレーン符号化の優先順位の増減の値を付されたブロック画像の例を示す図である。
【図１０】優先順位設定処理を示すフローチャートである。
【図１１】マラット型配列によるブロック画像に優先度を付した例を示す図である。
【図１２】スパクル型配列によるブロック画像に優先度を付した例を示す図である。
【図１３】パケット型配列によるブロック画像に優先度を付した例を示す図である。
【図１４】ウェーブレット変換した各ブロック画像とフィルタ係数との関係を示す説明図である。
【図１５】ウェーブレット変換した各ブロック画像とフィルタ係数との関係を示す説明図である。
【図１６】ウェーブレット変換した各ブロック画像とフィルタ係数との関係を示す説明図である。
【図１７】ウェーブレット変換した各ブロック画像とフィルタ係数との関係を示す説明図である。
【図１８】従来の画像圧縮伸長処理の流れを示すブロック図である。
【符号の説明】
１  画像符号化装置
２  前処理部
３  ウェーブレット変換部
４  優先順位設定手段
５  量子化部
６  算術符号化部（エントロピー符号化部）
７  多重化部
１０Ｌ  ローパスフィルタ
１０Ｈ  ハイパスフィルタ
１１Ｌ  ローパスフィルタ
１１Ｈ  ハイパスフィルタ
１２  ダウン・サンプラ
１３  入力画像
１５  ウェーブレット変換係数
２０  ブロック画像
【図１】
0004372327.tif 000002
【図２】
0004372327.tif 000003
【図３】
0004372327.tif 000004
【図４】
0004372327.tif 000005
【図５】
0004372327.tif 000006
【図６】
0004372327.tif 000007
【図７】
0004372327.tif 000008
【図８】
0004372327.tif 000009
【図９】
0004372327.tif 000010
【図１０】
0004372327.tif 000011
【図１１】
0004372327.tif 000012
【図１２】
0004372327.tif 000013
【図１３】
0004372327.tif 000014
【図１４】
0004372327.tif 000015
【図１５】
0004372327.tif 000016
【図１６】
0004372327.tif 000017
【図１７】
0004372327.tif 000018
【図１８】
0004372327.tif 000019