JPH0822543A - 圧縮画像変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＪＰＥＧ画像など圧縮された画像データに関
して、高速に拡大や縮小などの画像処理を施す装置を低
コストで実現する。 【構成】 画像データの圧縮部／伸長部４，１、画像メ
モリ２、画像処理部としての間引き縮小部３に加えて圧
縮／伸長時の量子化制御を行い、等価的に画像のフィル
タリング処理を行う量子化制御部としての量子化テーブ
ル設定部５を有する。前記画像処理部は、一般的な処理
に加えて、特に間引き縮小や繰り返し拡大処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル化された画
像信号を高速に変換する圧縮画像変換装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像や音声など信号はディジタル
信号として処理されるようになっている。この背景に
は、ＬＳＩなど半導体技術，ハードディスクや光ディス
クなど記録技術，光ファイバーなど伝送技術の進歩があ
る。さらに最近では信号自身のディジタル圧縮アルゴリ
ズムの進歩も重要な役割を果たしている。

【０００３】画像信号の場合を例にとれば、ＭＰＥＧ(M
oving Picture Coding ExpertsGroup)やＪＰＥＧ(Joint
Photographic Coding Experts Group)など、離散コサ
イン変換とエントロピー最適符号化を組み合わせた圧縮
方式が標準的に使用され、数十分の１に信号を圧縮する
ことが可能となっている。

【０００４】このように信号を圧縮することにより、蓄
積，伝送などの高速化が図られ画像データベースやテレ
ビ電話など新しい応用範囲が広がりつつある。

【０００５】一方、圧縮された信号は伸長し復号しなけ
れば様々な処理を施しにくい。画像信号を例にとれば、
色の変換，サイズの変更，画素比率の変換など、主要な
処理の大半は伸長した後、処理が行われる。研究レベル
では、圧縮されたままで信号処理を行う試みも見られる
が、実用化には至っていない。多くの場合、一度伸長さ
れた信号は再圧縮されず、結果として出力を目的として
使用されるだけである。

【０００６】従来のＡＶ機器では信号データの加工はあ
まり行われていなかったため、単なるディジタル方式へ
の移行とも考えられるが、将来さらにコンピュータ技術
が融合されたマルチメディア時代には圧縮された信号の
処理が大きな課題になると予想される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ディジタル化された画
像信号を高速に変換する圧縮画像変換装置の課題の説明
を簡単にするため、ここでは静止画像の処理について説
明する。

【０００８】静止画像は画像データベースなど広範囲な
応用が期待できる分野である。いま、一つの例として写
真のフィルム画像がデータベース化されている場合を説
明する。例えば、35mmフィルムの場合、最大の解像度は
約3000×2000画素であるといわれており、印刷出力など
高画質での使用を想定すれば、当然、最大限の解像度で
データを保管する必要性が高い。一方、コンピュータを
端末として画像データを検索，表示する場合には、おお
むね1000×1000画素が表示の限界であり、ハイビジョン
モニターなどを用いた場合でも2000×1000画素程度であ
る。これら圧縮された画像を表示する端末や印刷機器の
性能対価格比は年々向上するが、蓄積する画像データを
出力機器の性能に合わせて変更することは困難である。
そこで、記憶，管理される画像データの解像度は、表
示，出力装置の性能から切り離して考える必要が生じ
る。

【０００９】具体的には、画像データベースにおいて
は、出力に必要な最高の解像度で画像データを入力，管
理し、出力時に出力装置の解像度などの特性に合わせた
加工を施し、出力することが望まれる。

【００１０】これはデータベースの重要な概念であるデ
ータの一元管理とも合致する。具体的な加工処理として
は、縮小，色の変換，画素比率の変換(スクエアピクセ
ル化など)がある。現実には、画像データを高解像度で
保管するには大容量のディスクを要するとともに、大量
のデータを表示メモリまで転送する時間も長くかかって
しまうため、画像データの管理には前述の画像データ圧
縮が不可欠な技術となる。

【００１１】静止画像においては、ＪＰＥＧと呼ばれる
圧縮方式が標準となりつつあり、安価に圧縮と伸長を行
うＬＳＩが入手できるため、最近の画像ファイルやデー
タベースの普及は目覚しい。

【００１２】そこで、前記のような理想的な画像管理を
行うには圧縮画像の加工処理が簡単に実現できる技術が
必要となる。圧縮画像の縮小を例にとれば、従来の技術
では一度圧縮された画像データを縮小するには、一旦伸
長された画像データを通常の計算機の演算により平均化
処理を時間をかけて施し縮小するか、専用の大規模なハ
ードウェアにより平均化処理の高速化を図る必要があっ
た。

【００１３】現実的には適切な規模のハードウェアを用
いて高速化を図る手段として、間引きと呼ばれる、デー
タを飛ばして読む方式が存在する。例えば、矩形の画像
を縦横１／２に縮小する場合には、最初に縦を１行おき
に飛ばし読みを行い、その後、横を一列おきに飛ばして
読むことにより間引きができるため、簡単なハードウェ
アで実現可能な方式である。この方式は１／２に限らず
適用可能であるが、斜め方向の成分に階段状のギザギザ
(ジャギー)が出たり、グラデーションと呼ばれるような
滑らかに階調が変化する部分では階調に段差が生じるな
ど、生成された画像の品質に関して大きな課題があり、
必ずしも広く使われていないのが現状である。

【００１４】以上は縮小時の例であるが、拡大時にも読
み飛ばしの代わりに同じデータを繰り返し読み出す方式
により高速化が図られる。縮小時と同様に画質の面で問
題があった。

【００１５】本発明は上記のような問題点を解決するも
のであり、簡易な構成により、画像データの拡大／縮小
など画像処理とデータ圧縮を、画質を大きく損なうこと
なく実現する圧縮画像変換装置の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決し目的を達成するため、圧縮された画像データを高速
に伸長する画像データ伸長部と、前記画像データ伸長部
で伸長された画像データを一時的に記憶する画像メモリ
と、前記画像メモリから画像データを読み出し信号処理
を行い画像メモリに記憶する信号処理部と、前記画像メ
モリから画像データを読み出しデータ圧縮を行う画像デ
ータ圧縮部と、前記画像データ伸長部および画像データ
圧縮部における伸長および圧縮処理を行う際に疑似的な
フィルタリング処理が行われるように量子化方法を制御
する量子化制御部を有することを特徴とする。

【００１７】本発明の第１の実施例によれば、前記量子
化制御部は量子化テーブル設定部で構成され、前記画像
データ伸長部における高域信号成分を微弱化する量子化
制御を行い、前記信号処理部は間引き縮小部で構成さ
れ、間引き方式の縮小処理を行う。

【００１８】本発明の第２の実施例によれば、前記量子
化制御部は量子化テーブル設定部で構成され、前記画像
データ圧縮部における高域信号成分を微弱化する量子化
制御を行い、前記信号処理部は繰り返し拡大部で構成さ
れ、データ繰り返し方式の拡大処理を行う。

【００１９】

【作用】本発明では、圧縮装置の周波数領域における量
子化方法を適切に制御することで疑似的なフィルタリン
グを実現する機能と、従来の間引きや繰り返し手法など
アルゴリズムの簡単な高速の画像処理機能を組み合わせ
ることにより、簡単な画像処理アルゴリズムであっても
大幅な画質の改善が図られるものである。

【００２０】すなわち、画像データの縮小時には、圧縮
されている画像は、一旦伸長されて画像メモリに記憶さ
れる。この伸長過程において、圧縮時とは異なり高域の
周波数成分を減少させるよう量子化方法を制御する。結
果として復元された画像自体の高周波成分が弱まり、ぼ
けた画像となる。このぼけた画像は間引き処理を施して
も高周波成分が少ないために画質の劣化が少ない。

【００２１】一方、画像データの拡大時には、画像デー
タの伸長が通常通り行われ、画像メモリに記憶される。
続いて繰り返し手法による拡大が従来と同様に行われ
る。この状態では画像の品質は前記指摘された意味にお
いて低い。続いて再圧縮が施されるが、この際、行う量
子化を前記縮小時と同様に高域成分の少ないものとする
ことにより、圧縮された画像の品質はぼけた、つまり滑
らかなものとなる。

【００２２】この他、実施例において述べる様々な画像
処理との組み合わせが可能である。

【００２３】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例における圧縮画
像変換装置の構成を示すブロック図である。これは圧縮
画像を１／２に縮小した圧縮画像に変換する例である。

【００２４】図１において、１はＪＰＥＧ方式の圧縮画
像データ６を伸長する画像データ伸長部、２は前記画像
データ伸長部１で伸長された画像データをＲＧＢの画素
データとして一時的に記憶する画像メモリ、３は、画像
メモリ２の内容を高速に読み出し、再度画像メモリの異
なる画素に書き込みを行う信号処理部としての間引き縮
小部、４は前記間引き縮小部３で縮小された画像メモリ
２中の画像データを圧縮する画像データ圧縮部、５は画
像データ伸長部１におけるデータ伸長時の量子化テーブ
ル値をフィルタリング処理が働くように再設定する量子
化制御部としての量子化テーブル設定部である。

【００２５】本実施例の動作を説明するにあたり、基礎
知識としてＪＰＥＧ方式の圧縮について簡単に説明す
る。

【００２６】ＪＰＥＧ方式の圧縮では２次元ＤＣＴ(離
散コサイン変換)が用いられ、自然画像に対して空間領
域よりもデータ圧縮が行い易い周波数領域のデータに変
換される。前記２次元ＤＣＴ演算は、計算量が多いため
空間的に８×８画素程度のブロック化を行った後に各ブ
ロックに対して適用される。この８×８画素のブロック
を用いた場合には、合計64のデータが求められる。

【００２７】この求められた各データは、逆変換時(伸
長時)には逆ＤＣＴの係数として表現され、係数値の大
きな周波数の成分が多く含まれることを表している(例
えば、Rafael C. Gonzalez/Paul Wintz著のDigital Ima
ge Processing p.121を参照)。

【００２８】圧縮はこの係数を量子化する際にビット数
の割当を減らすことにより行われる。この減らし方を制
御するパラメータを量子化パラメータと呼ぶ。通常、低
域の成分に対して割当を多くし、高域の成分に対して割
当を少なくする。

【００２９】本発明は、この量子化パラメータの設定を
変更することにより、単なる圧縮だけでなく等価的にフ
ィルタリングがかかるようにするものである。例えば、
量子化パラメータとして各係数に割り振られるビット数
を外部から指定する量子化テーブルを用いた場合には、
１ブロック当たりのデータ64個に対応するテーブルが作
成される。このテーブル中の高域成分に対応するデータ
に対する割り当てビット数を強制的に０とすれば高域成
分は取り除かれる。ただし、この処理によりブロック間
の歪みは増加するため、０のような極端な値は最適では
ない。

【００３０】量子化パラメータとしてビット数の指定だ
けでなく、量子化された結果の成分を、例えば数分の１
の値に減少させる処理を指定できれば、ブロック歪みを
増やさずに空間的な低域フィルタリングが実現できる。

【００３１】以上が本実施例の要点であるが、図を追っ
て動作を説明する。

【００３２】いま、ＪＰＥＧ圧縮画像データ６として25
6画素×256画素の画像を圧縮したものが画像データ伸長
部１に入力されたとする。256画素×256画素は８×８画
素のブロックが縦横にそれぞれ32ずつ並んでいるため、
合計1024のブロックからなる。圧縮画像は、これらの各
ブロックに対するＤＣＴ結果を量子化したのち、ジグザ
グスキャンを行い、結果をハフマン符号化(エントロピ
ー符号化)したものである。ハフマン符号化については
本発明と直接的に関係しないため、ここでは説明を省略
する。この1024の各ブロックに対応する量子化されたＤ
ＣＴ係数が、画像データ伸長部１により逆ＤＣＴ変換
(伸長)され、256画素×256画素の画像イメージとして生
成し画像メモリ２に転送，記憶される。

【００３３】この量子化に際して使用される量子化テー
ブルは、通常の伸長では圧縮時に用いたテーブルを用い
るが、本実施例では量子化テーブル設定部５により前記
のごとく高域成分が取り除かれたもの、つまり割り当て
ビット数０が用いられる。この設定により、伸長された
画像イメージはぼけたものとなる。

【００３４】続いて画像メモリ２の画像イメージは、間
引き縮小部３により１／２に縮小される。この１／２の
縮小は、次のアルゴリズムによる画像メモリからの読み
出しと再書き込みで実現される。

【００３５】(1) 元データ(256画素×256画素)に対し
て、元データの奇数行だけを一行目から順次読み出し、
元データの一行目の位置から順に元データの上に書き込
む。これにより縦方向に１／２縮小される。

【００３６】(2) 上記(1)の縮小データ(256画素×128画
素)に対して、縮小データの奇数列だけを一列目から順
次読み出し、縮小データの一列目の位置から順に縮小デ
ータの上に書き込む。これにより横方向に１／２縮小さ
れる。

【００３７】本アルゴリズムは非常に簡単であり、容易
にハードウェアによる高速化が可能である。しかし、従
来は前記のようなギザギザが出るなどの画質的欠点ゆ
え、あまり使われていなかったが、本発明によりデータ
伸長時にあらかじめ画像イメージがぼけているためギザ
ギザが生じにくくなっている。

【００３８】このように縦横１／２に縮小された画像デ
ータは、次に画像データ圧縮部４により読み出され、通
常のＤＣＴ変換，量子化，ハフマン符号化がなされ、処
理済みＪＰＥＧ圧縮画像データ７が得られる。

【００３９】図２は本発明の第２実施例における圧縮画
像変換装置の構成を示すブロック図であり、これは圧縮
画像を２倍に変換する例である。

【００４０】図２において、11はＪＰＥＧ方式の圧縮画
像データ６を伸長する画像データ伸長部、12は前記画像
データ伸長部11で伸長された画像データをＲＧＢの画素
データとして一時的に記憶する画像メモリ、13は、前記
画像メモリ12の内容を高速に読み出し、再度画像メモリ
の異なる画素に書き込みを行う信号処理部としての繰り
返し拡大部、14は前記繰り返し拡大部13で拡大された画
像メモリ12中の画像データを圧縮する画像データ圧縮
部、15は前記画像データ圧縮部14におけるデータ圧縮時
の量子化テーブル値をフィルタリング処理が働くように
設定する量子化制御部としての量子化テーブル設定部で
ある。

【００４１】続いて第２の実施例の動作を図を追って説
明する。

【００４２】いま、ＪＰＥＧ圧縮画像データ６として25
6画素×256画素の画像を圧縮したものが画像データ伸長
部11に入力されたとする。256画素×256画素は８×８画
素のブロックが縦横にそれぞれ32ずつ並んでいるため、
合計1024のブロックからなる。圧縮画像は、これらの各
ブロックに対するＤＣＴ結果を量子化したのち、ジグザ
グスキャンを行い、結果をハフマン符号化(エントロピ
ー符号化)したものである。ハフマン符号化については
本発明と直接的に関係しないため、ここでは説明を省略
する。この1024の各ブロックに対応する量子化されたＤ
ＣＴ係数が、画像データ伸長部11により逆ＤＣＴ変換
(伸長)され、256画素×256画素の画像イメージとして生
成し、画像メモリ12に転送，記憶される。

【００４３】この量子化に際して使用される量子化テー
ブルは、通常の伸長の設定であり、元の画像イメージが
復元される。続いて画像メモリの画像イメージは、繰り
返し拡大部13により２倍に拡大される。拡大は、次のア
ルゴリズムにより、画像メモリからの読み出しと再書き
込みにより実現される。

【００４４】(1) 元データ(256画素×256画素)に対し
て、元データの全行を最終行から順次読み出し、読み出
し行の２倍数の行とその前の行に同じデータを書き込
む。これにより縦方向に２倍拡大される。

【００４５】(2) 上記(1)の拡大データ(256画素×512画
素)に対して、拡大データの全列を最終列から順次読み
出し、読み出し列の２倍数の列とその前の列に同じデー
タを書き込む。れにより横方向に２倍拡大される。

【００４６】本アルゴリズムは縮小と同様に非常に簡単
であり、容易にハードウェアによる高速化が可能である
反面、前記のようなギザギザが出るなどの画質的欠点が
存在する。そこで、この画質を画像データ圧縮部14によ
り改善する。

【００４７】具体的には縦横２倍に拡大された画像デー
タは、画像データ圧縮部14により読み出されＤＣＴ変換
される。この際に使用される量子化テーブルは量子化テ
ーブル設定部15により高域成分が存在しないようにビッ
トの割当を０とする。ＤＣＴは直交変換であるので、こ
の操作は他の成分に影響を与えないが、画像に歪みをも
たらせる。

【００４８】以上、第１，第２の実施例に見られるよう
に圧縮／伸長時の量子化方法に工夫を凝らすことによ
り、間引き縮小や繰り返し拡大など本来画質が大きく劣
化する処理を施しても圧縮画像の品質に与える影響を少
なくすることができる。

【００４９】本発明は、応用的な実施例としてインター
レーススキャンのモニターに画像を表示する場合の画質
改善にも使用できる。これは、テレビなどインターレー
スモニター特有のちらつき(フリッカー)を防止するた
め、画像を垂直方向にぼかすことにより実現される。つ
まり拡大や縮小を行わない場合にも効果を発揮する。

【００５０】なお、ぼかすだけでなく、高域成分を強調
する目的にも使用可能である。例えば輪郭抽出を行う前
の処理として低域の成分を落せば、後の処理が容易にな
る。

【００５１】また、実施例では、量子化テーブルの高域
成分のビット割当を０とする量子化制御の簡単な例を示
したが、ＤＣＴ係数の制御を行うフィルタ関数を外部か
ら指定するなど慎重に制御を行えば、量子化制御に伴う
歪みは大幅に軽減可能である。

【００５２】本実施例ではＪＰＥＧを例に用いた場合で
あるが、ＭＰＥＧなど他のＤＣＴ系や他の直交変換系を
用いた圧縮にも同様に応用可能である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ＪＰＥ
Ｇなど２次元画像に対して空間と周波数の変換系と量子
化を組み合わせた画像の圧縮／伸長機能と、間引き縮小
や繰り返し拡大などアルゴリズムの簡単な画像処理部を
組み合わせ、圧縮／伸長時の量子化を適切に制御するこ
とにより簡単な構成で圧縮画像の処理が行え、かつ良好
な画質が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における圧縮画像変換装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第２の実施例における圧縮画像変換装
置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１，11…画像データ伸長部、 ２，12…画像メモリ、
３…間引き縮小部、 ４，14…画像データ圧縮部、
５，15…量子化テーブル設定部、 ６…ＪＰＥＧ圧縮画
像データ、 ７…処理済みＪＰＥＧ圧縮画像データ、
13…繰り返し拡大部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 1/393 1/41 Ｚ 7/24 Ｈ０４Ｎ 7/13 Ｚ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮された画像データを高速に伸長する
   画像データ伸長部と、前記画像データ伸長部で伸長され
   た画像データを一時的に記憶する画像メモリと、前記画
   像メモリから画像データを読み出し信号処理を行い画像
   メモリに記憶する信号処理部と、前記画像メモリから画
   像データを読み出しデータ圧縮を行う画像データ圧縮部
   と、前記画像データ伸長部および画像データ圧縮部にお
   ける伸長および圧縮処理を行う際に疑似的なフィルタリ
   ング処理が行われるように量子化方法を制御する量子化
   制御部を有することを特徴とする圧縮画像変換装置。
2. 【請求項２】 前記量子化制御部は量子化テーブル設定
   部で構成され、前記画像データ伸長部における高域信号
   成分を微弱化する量子化制御を行い、前記信号処理部は
   間引き縮小部で構成され、間引き方式の縮小処理を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の圧縮画像変換装置。
3. 【請求項３】 前記量子化制御部は量子化テーブル設定
   部で構成され、前記画像データ圧縮部における高域信号
   成分を微弱化する量子化制御を行い、前記信号処理部は
   繰り返し拡大部で構成され、データ繰り返し方式の拡大
   処理を行うことを特徴とする請求項１記載の圧縮画像変
   換装置。