JPH09172640A

JPH09172640A - 画像圧縮および伸張装置

Info

Publication number: JPH09172640A
Application number: JP7331979A
Authority: JP
Inventors: Koji Nishimura; 耕二西村
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1997-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】周期的境界条件を仮定して設計されたディジ
タルフィルタを用いた画像圧縮・伸張処理において、デ
ータの圧縮率を低下させることなく偽エッジの影響を除
去する。変換データの分散の広がりを抑え、効率よくデ
ータを量子化する。【解決手段】データ拡張部９において、ウェーブレッ
ト変換前の画像データ（原画像またはＬＬデータ）の上
下左右端部のデータを、使用するフィルタのタップ数に
応じた分だけコピーして画像データを拡張する。その
後、ウェーブレット変換部５において、拡張した画像デ
ータに対して直交変換処理を行い、画像データをＬＬ、
ＬＨ、ＨＬ、ＨＨの４帯域に分割する。そして、データ
カット部１０において、変換後の各帯域データの上下左
右端部のデータを、変換前に付加されたデータの半分の
サイズ分だけ切り捨てる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周期的境界条件の
もとで設計されたディジタルフィルタを用いて画像デー
タを圧縮する画像圧縮装置、および当該画像圧縮装置で
圧縮された画像データを伸張する画像伸張装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】今日では、新しい画像圧縮アルゴリズム
として、サブバンド符号化やウェーブレット変換などの
帯域分割方式が注目されている。この方式が画像などの
ディジタルデータの圧縮処理に用いられる場合、下式
（１ａ）および（１ｂ）の代数方程式で表される共通し
たフィルタ操作に相当する。

【０００３】

【数１】

【０００４】ここで、ｘ_iはフィルタへの入力信号、ｙ
_iはフィルタからの出力信号、ｈ_iはローパスフィル
タ、ｇ_iはハイパスフィルタである。

【０００５】例えば、直交ウェーブレット変換の場合、
ローパスフィルタとハイパスフィルタとは、次の関係式
で結ばれている。

【０００６】ｇ_k＝（−１）^kｈ_{−ｋ＋１＋２Ｋ} ここで、Ｋは任意の自然数であり、フィルタの中心をシ
フトさせる役割をする。

【０００７】上記のようなディジタルフィルタの中で
も、時間周波数の局在性の良いものとして、下表１また
は表２に示されるフィルタ係数を有する４または６タッ
プの離散ウェーブレット変換の直交フィルタが知られて
いる。下表１および表２において、ローパスフィルタの
フィルタ係数は“ｈ_０、ｈ₁、…”、ハイパスフィル
タのフィルタ係数は“ｇ₀、ｇ₁、…”で示しており、
４タップではｈ₀ないしｈ₃、およびｇ₀ないしｇ₃以
外のフィルタ係数は全て０であり、６タップではｈ₀な
いしｈ₅、およびｇ₀ないしｇ₅以外のフィルタ係数は
全て０である。

【０００８】

【表１】

【０００９】

【表２】

【００１０】尚、８タップ以上のフィルタも、２０タッ
プを越えるようなものまで設計されているが、処理速度
の面から実用的と考えられるのは、４または６タップフ
ィルタである。

【００１１】これらのフィルタにおいては、画像端での
処理に関して周期的境界条件（周期関数としての条件）
を仮定して設計されている。すなわち、下記のＮ個の画
像データ列ｘ₀，ｘ₁，ｘ₂，…，ｘ_N-2，ｘ_N-1 の入力データｘ_iに対して、その両端部を仮想的に拡張
して当該入力データｘ_iを、 …，ｘ₀，ｘ₁，ｘ₂，…，ｘ_N-2，ｘ_N-1，ｘ₀，ｘ
₁，ｘ₂，… と考えて、上式（１ａ）および（１ｂ）が適用できるよ
うにしている。例えば、４タップフィルタでは、ｙ₀＝ｈ₀ｘ₀＋ｈ₁ｘ₁＋ｈ₂ｘ₂＋ｈ₃ｘ₃ ｙ₁＝ｇ₀ｘ₀＋ｇ₁ｘ₁＋ｇ₂ｘ₂＋ｇ₃ｘ₃ ：ｙ_N-2＝ｈ₀ｘ_N-2＋ｈ₁ｘ_N-1＋ｈ₂ｘ_N＋ｈ₃ｘ_N+1 ｙ_N-1＝ｇ₀ｘ_N-2＋ｇ₁ｘ_N-1＋ｇ₂ｘ_N＋ｇ₃ｘ_N+1 となり、画像端でデータｘ_Nおよびｘ_N+1が不足するの
で、ｘ_N＝ｘ₀、ｘ_N+1＝ｘ₁として補う。

【００１２】このように周期的境界条件を課すことの利
点は、上記のフィルタ操作が直交行列で簡潔に表現でき
ることであり、これにより当該行列の転置をとることに
よって逆変換を直ちに求めることができる。

【００１３】また、画像に関しては２次元データである
ので、その変換は、通常の２次元フーリエ変換等と同様
に、縦（垂直方向）・横（水平方向）の変換のテンソル
積で表される。ハイパスフィルタで変換したデータをＨ
データ、ローパスフィルタで変換したデータをＬデータ
とすると、画像の場合は縦方向と横方向とに変換を行う
ので、ＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨの４種類の帯域に分割さ
れた変換データが得られる。このうち、ＬＬデータに関
しては、所望の回数だけ階層的に同様の変換処理が行わ
れる（いわゆる多重解像度解析）。

【００１４】上記のウェーブレット変換によって帯域分
割された画像データは、Ｍａｘの量子化等の非線形量子
化が行われた後、さらにハフマン符号化等のエントロピ
ー符号化が行われ、圧縮データとして保存等が行われ
る。

【００１５】また、画像伸張装置において、上記の圧縮
データは、エントロピー復号化された後、ウェーブレッ
ト逆変換が行われて元の画像に復元される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のウェーブレット
変換などのように、画像処理に用いられる帯域分割方式
のディジタルフィルタは、通常４タップ以上のものが用
いられる。そして、４タップ以上のフィルタにおいて
は、上述のように画像端での処理に関して周期的境界条
件を仮定して設計されたものがよく使われる。

【００１７】これらのフィルタを使用する場合、画像デ
ータに対して上述の周期的境界条件を課さなければなら
ない。しかしながら、上下両端または左右両端でコント
ラストの強い画像に対して周期的境界条件を課してしま
うと、画像の継ぎ目の部分（画像の上下左右の端部付
近）に鋭い偽のエッジ（偽輪郭）が現れる。すなわち、
一般的に画像データ値にはある程度の距離相関（冗長
性）があるので、高周波成分は低周波成分に比べると少
なくなっているが、上述のように周期的境界条件を課し
て画像端をつなげると、その継ぎ目の部分には画像デー
タ値に距離相関がなく、データの不連続性のために高周
波成分が多く含まれてしまうのである。

【００１８】ところで、一般的に、画像符号化に際して
は、高圧縮率を得るために、『人間の目は高周波成分に
対して鈍感である』という視覚特性を利用して、量子化
の際に低周波成分よりも高周波成分のビット割り当てを
少なくするという手法をとり、画質の劣化を抑えたデー
タ圧縮を実現している。但し、高周波成分のビット割り
当てを少なくしていくと、エッジがぼやけてしまう。こ
れはギブス現象（Gibbs' phenomenon ）とも言われるも
のである。上述のように周期的境界条件によって現れた
偽のエッジは高周波成分が大きいので、圧縮率を高める
ために高周波成分のビット割り当てを少なくしていった
場合、その影響が、逆変換後の伸張画像において画像端
（画像の継ぎ目部分）付近の輪郭の大きなぼやけとして
現れてしまう。偽エッジの影響を受ける範囲は、フィル
タのタップ数に依存し、ウェーブレットの波長程度であ
る。

【００１９】また、画像圧縮過程において、偽エッジの
ハイパスデータの振幅が大きい場合は（周期的境界条件
によって発生する偽エッジ部分は、通常、かなり大きな
振幅値を持っている）、変換データの分散を大きくして
しまうので、例えばＭａｘの非線形量子化などを行うと
きの効率を大幅に悪化させてしまうという問題もある。

【００２０】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、データの圧縮率を低下させることなく
偽エッジのぼやけの影響を低減することができる画像圧
縮装置および画像伸張装置を提供することにある。ま
た、本発明のその他の目的は、変換データの分散の広が
りを抑え、効率よくデータを量子化することができる画
像圧縮装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る画
像圧縮装置は、画像データに対して周期的境界条件を課
して変換処理（例えばウェーブレット変換）を行うディ
ジタルフィルタで帯域分割した後、低周波成分よりも高
周波成分のビット割り当てが少なくなるように非線形量
子化して画像データを圧縮するものであって、上記の課
題を解決するために、以下の手段が講じられていること
を特徴としている。

【００２２】すなわち、変換前の画像データの上下左右
端部のデータを上記ディジタルフィルタのタップ数に応
じた周期的境界条件が課される分だけコピーしてこれを
拡張データとして当該画像データの上下左右端に付加す
ることにより、当該画像データを拡張する変換対象デー
タ拡張手段と、上記の拡張された画像データに対して、
上記ディジタルフィルタによる直交変換処理を行い、当
該画像データを４帯域に分割する変換手段と、変換後の
各帯域データの上下左右端部のデータを、変換前に付加
された拡張データの半分のサイズ分だけ切り捨てる変換
データカット手段とを備えている。

【００２３】上記の構成において、画像データに対して
周期的境界条件を課したフィルタリング、およびその後
の非線形量子化によって圧縮された画像データは、量子
化誤差による偽エッジのぼやけの影響を受けている。た
だし、上記のディジタルフィルタを用いた帯域分割方式
では、離散コサイン変換（ＤＣＴ）等とは異なり、局在
した波で変換を行っているので、偽エッジにおける高周
波成分の量子化誤差の拡散も偽エッジ付近に局在してい
る。したがって、この波の局在性に注目すると、偽エッ
ジの影響は、上記の構成のようにフィルタのタップ数に
応じた局所的な処理で取り除くことができる。

【００２４】すなわち、先ず、変換対象データ拡張手段
が、変換前の画像データの上下左右端部のデータを周期
的境界条件が課される分（例えばウェーブレット変換で
はディジタルフィルタのタップ数をｎ_Tとすれば（ｎ_T
−２）行・列分）だけコピーしてこれを画像データの各
端（上下左右端）に付加することにより、当該画像デー
タを拡張する。そして、その後、拡張されたデータに対
して周期的境界条件を課して変換が行われると、偽エッ
ジの影響は、変換によって４帯域に分割された各帯域デ
ータの周囲における、変換前に付加された拡張データの
半分のサイズ領域内に全て含まれることになる。そこ
で、この部分を変換データカット手段によって切り捨て
る。また、このように、変換後の各帯域のデータに対し
て、変換前の拡張サイズの半分のサイズで切り捨てを行
うことによって、変換後のデータは通常のデータサイズ
に戻される。

【００２５】このように、変換後の画像データから偽エ
ッジの高周波成分を除去することによって、量子化誤差
による偽エッジのぼやけの影響を、圧縮率を低下させる
ことなく取り除くことができる。

【００２６】また、フィルタのタップ数を考慮した画像
端部のコピー操作によって、本来の画像の端部は、ウェ
ーブレット変換の際には周期的境界条件が課される画像
端部データではなくなると共に、最も相関が強い自己デ
ータ（本来の画像の端部データ）のコピーの付加によ
り、本来の画像の端部における高周波成分の振幅は十分
に小さくなる。さらに、上記のように変換前に付加した
部分に現れた偽エッジの高周波成分（この振幅は比較的
大きい）は、変換後のデータの切り捨てによって除去さ
れている。これらより、変換後のデータの分散は比較的
小さくおさまっており、その後の非線形量子化処理にお
いて、データを効率良く量子化することが可能である。

【００２７】また、請求項２の発明に係る画像伸張装置
は、請求項１記載の画像圧縮装置にて圧縮された画像デ
ータを伸張するものであって、逆変換前の各帯域データ
の上下左右端部のデータを、上記データカット手段が切
り捨てたサイズ分だけコピーしてこれを拡張データとし
て各帯域データの上下左右端に付加することにより、各
帯域データを拡張する逆変換対象データ拡張手段と、拡
張された各帯域データに対して逆変換処理を行う逆変換
手段と、逆変換後の解像度の上がった画像データの上下
左右端部のデータを、逆変換前に各帯域データに付加さ
れた拡張データの２倍のサイズ分だけ切り捨てる逆変換
データカット手段とを備えていることを特徴としてい
る。

【００２８】上記の構成において、変換の際に使用され
るディジタルフィルタに周期的境界条件が課されている
ので、逆変換も周期的境界条件のもとで行われる。この
ため、画像圧縮装置で偽エッジの量子化誤差の影響が除
去されて効率良く量子化されている圧縮データでも、通
常の伸張処理だけでは周期的境界条件の影響を被ること
になる。

【００２９】そこで、本発明の画像伸張装置では、先
ず、逆変換対象データ拡張手段が、逆変換前の各帯域デ
ータの上下左右端部のデータを、上記データカット手段
が切り捨てたサイズ分だけコピーしてこれを各帯域デー
タの各端に付加することにより、各帯域データを拡張す
る。そして、その後、拡張された各帯域データに対して
逆変換処理を行い、解像度の上がった画像データを生成
すると、周期的境界条件の影響は、当該画像データの周
囲における、逆変換前に付加されたデータの２倍のサイ
ズ領域内に全て含まれることになる。そこで、この部分
を逆変換データカット手段によって切り捨てる。また、
これによって逆変換後のデータは通常のデータサイズに
戻される。

【００３０】これにより、画像伸張過程においても周期
的境界条件の影響を簡単な操作で除去することができ、
高画質の復元画像を得ることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】

〔実施の形態１〕発明の実施の一形態について図１ない
し図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００３２】本実施形態に係る画像圧縮装置は、図２に
示すように、基本的に、画像データの入出力を行うイン
ターフェース（Ｉ／Ｆ）部１と、画像圧縮モジュール２
と、画像処理用ＣＰＵ３ａおよび画像処理用メモリ３ｂ
とを有するデータ加工部３とを備え、これらが内部バス
４で相互接続された構成である。

【００３３】上記画像圧縮モジュール２は、周期的境界
条件のもので設計されたディジタルフィルタを用いた変
換により、画像を帯域分割しながらデータ圧縮を行うも
ので、ここでは、ウェーブレット変換による帯域分割を
行うものを例示して説明する。

【００３４】図３に示すように、画像圧縮モジュール２
は、基本的に、入力画像に対してウェーブレット変換処
理を行うウェーブレット変換部５と、上記ウェーブレッ
ト変換部５で各帯域毎に分割されたデータ（ウェーブレ
ット変換係数）に対して、低周波成分よりも高周波成分
のビット割り当てが少なくなるようにして非線形量子化
（Ｍａｘの量子化等）を行う量子化部６と、量子化され
たデータに対してハフマン符号化やランレングス符号化
等のエントロピー符号化を行う符号化部７とから構成さ
れ、符号化されたデータを圧縮データとして出力する。
また、上記の圧縮データの保存に際しては付加情報が付
けられて圧縮ファイルが生成される。

【００３５】上記ウェーブレット変換部５は、図４に示
すように、縦（垂直方向）・横（水平方向）各々のハイ
パスフィルタ（ＨＰＦ）およびローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）を含み、これら２種のフィルタによるフィルタリン
グを、２次元画像データ（原画像またはＬＬデータ）の
各行と各列にそれぞれ施して帯域分割し、ＬＬ、ＬＨ、
ＨＬ、ＨＨの４種類の変換データを得る。このうち、Ｌ
Ｌデータに関しては、上記のフィルタリング、すなわち
２次元ウェーブレット変換処理を所定の回数だけ再帰的
に行う。ＬＬデータに対するウェーブレット変換が再帰
的に行われる毎にＬＬデータの解像度は低くなっていく
（多重解像度解析）。

【００３６】ここで、上記のウェーブレット変換処理が
行われる対象のデータ列をベクトルｘ＝^t( ｘ₀，
ｘ₁，…，ｘ_N-2，ｘ_N-1）とし、当該データ列を周期
的境界条件のもので設計されたローパスフィルタＨでフ
ィルタリングして得られたデータ列をベクトルｃ＝^t(
ｃ₀，ｃ₁，…，ｃ_N-2，ｃ_N-1）とすると、

【００３７】

【数２】

【００３８】である。上記のベクトルｃの成分｛ｃ_i｝
は、上式（１ａ）の｛ｙ_2k｝と同じものであり、そのデ
ータ数はベクトルｘの成分｛ｘ_i｝の個数の半分であ
る。上記ローパスフィルタＨを４タップとしてＮ／２行
Ｎ列の変換行列で表せば、上式（２）は、

【００３９】

【数３】

【００４０】となる。上式（３）から分かるように、入
力データ｛ｘ_i｝のうち周期的境界条件が課されるの
は、両端から２つの画素データｘ₀、ｘ₁および
ｘ_N-2、ｘ_N-1が変換される部分であり、ローパスデー
タ｛ｃ_i｝の最終端成分ｃ_(N/2)-1は、この周期的境界
条件のもとで生成される。

【００４１】同様に、データ列｛ｘ_i｝を周期的境界条
件のもので設計されたハイパスフィルタＧでフィルタリ
ングして得られたデータ列をベクトルｄ＝^t( ｄ₀，ｄ
₁，…，ｄ_N-2，ｄ_N-1）とすると、

【００４２】

【数４】

【００４３】である。上記のベクトルｄの成分｛ｄ_i｝
は、上式（１ｂ）の｛ｙ_2k+1｝と同じものであり、その
データ数はベクトルｘの成分｛ｘ_i｝の個数の半分であ
る。上記ハイパスフィルタＧを４タップとし、Ｎ／２行
Ｎ列の変換行列で表せば、上式（４）は、

【００４４】

【数５】

【００４５】となる。上式（５）から分かるように、入
力データ｛ｘ_i｝のうち周期的境界条件が課されるの
は、両端から２つの画素データｘ₀、ｘ₁および
ｘ_N-2、ｘ_N-1が変換される部分であり、ハイパスデー
タ｛ｄ_i｝の最終端成分ｄ_(N/2)-1は、周期的境界条件
のもとで生成される。

【００４６】尚、ウェーブレット変換は、上記のＨとＧ
とから作られる正方行列Ｗ（Ｎ行Ｎ列）、

【００４７】

【数６】

【００４８】にて施される。すなわち、｛ｘ_i｝から
｛ｙ_i｝へのウェーブレット変換は、ベクトル記法で、

【００４９】

【数７】

【００５０】で表すことができ、変換されたデータ｛ｙ
_i｝は、

【００５１】

【数８】

【００５２】のように並べられる。

【００５３】上記のＷを成分表示すれば、

【００５４】

【数９】

【００５５】となる。この行列Ｗは直交行列になってお
り、当該行列Ｗの転置によってウェーブレット逆変換は
簡単に求まる。

【００５６】上記のように、ローパスフィルタおよびハ
イパスフィルタの何れのフィルタリングにおいても、４
タップであれば、入力データ｛ｘ_i｝のうち周期的境界
条件が課されるのは、両端から２つの画素データ
（ｘ₀、ｘ₁およびｘ_N-2、ｘ_N-1が変換される部分）
であり、変換後のデータの最終端成分（ｃ_(N/2)-1また
はｄ_(N/2)-1）に偽エッジの影響が現れる。

【００５７】尚、上記では４タップフィルタの場合につ
いて考えたが、例えば周期的境界条件のもので設計され
た６タップのハイパスフィルタおよびローパスフィルタ
を用いた場合は、同様に、入力データ｛ｘ_i｝のうち、
周期的境界条件が課されるのは両端から４つの画素デー
タ（ｘ₀、ｘ₁とｘ_N-4，ｘ_N-3，ｘ_N-2，ｘ_N-1とが
変換される部分、およびｘ₀、ｘ₁、ｘ₂、ｘ₃とｘ
_N-2，ｘ_N-1とが変換される部分）であり、変換後のデ
ータの最終端およびその１つ前の２つの成分（ローパス
データではｃ_(N/2)-2とｃ_(N/2)-1、ハイパスデータで
はｄ_(N/2)-2とｄ_(N/2)-1）に偽エッジの影響が現れ
る。

【００５８】すなわち、偽エッジの影響を受ける範囲
は、ディジタルフィルタのタップ数に依存する。ここ
で、フィルタのタップ数をｎ_Tとして、以下のフィルタ
固有の定数Ｌ₁およびＬ₂、Ｌ₁＝ｎ_T−２Ｌ₂＝（ｎ_T−２）／２を考える。

【００５９】２次元画像データ（原画像またはＬＬデー
タ）に対しては、各行と各列に対してフィルタリングを
行うので、得られたＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨの各変換デ
ータにおいては、最終行よりＬ₂行前から最終行までの
Ｌ₂行の範囲、および最終列よりＬ₂列前から最終列ま
でのＬ₂列の範囲に偽エッジの影響が現れる。また、変
換前のデータ（原画像またはＬＬデータ）において周期
的境界条件に関係するデータはその周囲（上下左右端）
のＬ₁行・列である。

【００６０】本実施形態の画像圧縮装置では、上記の偽
エッジの影響を除去すべく、データ加工部３において、
変換前後のデータの周囲を加工する。ウェーブレット変
換ではタップ数４または６のフィルタがよく用いられる
が、ここでは一例として４タップフィルタについて具体
的に説明する。

【００６１】先ず、図５に示すように、これからウェー
ブレット変換を実行しようとする画像データＡ（原画像
またはＬＬデータ）に対して、当該画像データの上下左
右端におけるＬ₁＝２（＝４−２）行・列分のデータを
コピーすることによって、当該画像データを拡張する。
尚、図５のハッチング部分がコピーによって拡大された
部分である。この場合、上下端部の拡大後に左右端部を
拡大しても、逆に、左右端部の拡大後に上下端部を拡大
してもよい。

【００６２】そして、上記の拡大されたデータに対して
周期的境界条件を課してウェーブレット変換を行い、Ｌ
Ｌ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨの４つに帯域分割する。そうする
と、偽エッジの影響はＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨデータの
周囲Ｌ₂＝１（＝Ｌ₁／２）行・列の中に現れる（詳し
くは、最終行・最終例に現れる）。そこで、図６に示す
ように、ＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨデータの周囲Ｌ₂＝１
行・列分（同図のハッチング部分）を切り捨てる。この
切り捨てたデータ部分は、偽エッジの高周波成分を完全
に含んでいる。また、このように変換後の各帯域のデー
タに対して、変換前の拡張サイズＬ₁の半分のサイズＬ
₂で切り捨てを行うことによって、変換後のデータは通
常のデータサイズに戻される。尚、ＬＬデータに関して
は、上記の操作を所定の段数（変換回数）だけ再帰的に
行う。

【００６３】上記のような変換前後のデータの加工を行
うデータ加工部３は、図２に示すように、画像処理用Ｃ
ＰＵ３ａおよび画像処理用メモリ３ｂから構成され、デ
ータの加工が必要なタイミングで画像圧縮モジュール２
に割り込み信号を送ってその処理を中断させる。また、
画像処理用ＣＰＵ３ａは、加工に必要なデータを画像圧
縮モジュール２から画像処理用メモリ３ｂへ転送した上
で加工し、画像圧縮モジュール２にデータサイズの変更
を知らせ、画像圧縮モジュール２内にセットされている
データを加工後のデータに書き換える。さらに、画像処
理用ＣＰＵ３ａは、画像圧縮モジュール２にデータの加
工が終了したことを知らせて中断されていた処理を再開
させる。

【００６４】上記データ加工部３における機能モジュー
ル構成を示せば、図１に示すように、基本的には、パラ
メータ設定部８と、データ拡張部９（変換対象データ拡
張手段）と、データカット部１０（変換データカット手
段）とからなる。

【００６５】上記パラメータ設定部８は、画像の圧縮の
ために必要な、後述する各種圧縮パラメータの設定を行
う。

【００６６】上記データ拡張部９は、ウェーブレット変
換前の画像データ（原画像またはＬＬデータ）の上下左
右端部のデータを、上述のようにフィルタのタップ数に
応じた分（Ｌ₁行・列）だけコピーしてこれを当該画像
データの各端に付加することにより、当該画像データを
拡張する。

【００６７】上記データカット部１０は、ウェーブレッ
ト変換後のＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨの各帯域データの上
下左右端部のデータを、上述のようにフィルタのタップ
数に応じた分（Ｌ₂行・列）だけ切り捨てる。

【００６８】次に、図２の画像圧縮装置のブロック図お
よび図７のフローチャートに基づいて、当該装置の動作
を説明する。

【００６９】先ず、インターフェース部１より画像デー
タを取り込んだ後（Ｓ１）、画像処理用ＣＰＵ３ａが、
各種の圧縮パラメータの設定を行う（Ｓ２）。この圧縮
パラメータとしては、ウェーブレットの種類、タップ
数、変換回数（段数）、画像サイズ、カラービット数、
符号化方法などの他に、使用者が任意に設定できるパラ
メータを設けることもできる。例えば、上述のデータ加
工処理を行うか否かを使用者が予め設定できるパラメー
タを用意することができる。また、何回目のウェーブレ
ット変換まで上述のデータ加工処理を行うかを使用者自
らが予め設定できるパラメータを用意することができ
る。

【００７０】その後、上記のパラメータの設定に従っ
て、データ加工処理を行うか否かを判断し（Ｓ３）、Ｎ
Ｏの場合は画像圧縮モジュール２において通常通りの圧
縮処理（ウェーブレット変換、量子化、および符号化）
が行われる（Ｓ４）。

【００７１】一方、上記のＳ３でＹＥＳの場合は、フィ
ルタのタップ数に応じて画像データ（最初は原画像）の
上下左右端におけるＬ₁行・列分のデータをコピーする
ことによって、画像データを拡張する（Ｓ５）。

【００７２】次に、上記の拡大された画像データに対し
て周期的境界条件を課して２次元ウェーブレット変換を
行い、ＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨの４つに帯域分割する
（Ｓ６）。

【００７３】次に、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨデータの周囲Ｌ₂
行・列分のデータを切り捨てる（Ｓ７）。このひとまわ
り小さくなったデータは、通常のデータサイズに戻り、
偽エッジの高周波成分が除去されている。そして、上記
のＬＨ、ＨＬ、ＨＨデータに対して、非線形量子化（Ｍ
ａｘの量子化等）を行うと共に、量子化された各帯域デ
ータに対してハフマン符号化やランレングス符号化等の
エントロピー符号化を行い、結果を所定の記憶領域に保
存する（Ｓ８）。

【００７４】また、ＬＬデータについても周囲Ｌ₂行・
列分のデータを切り捨てて通常のデータサイズに戻し、
偽エッジの高周波成分を除去する（Ｓ９）。そして、現
在の変換回数をチェックし、所定の変換回数に達してい
なければ（Ｓ１０でＮＯ）、Ｓ５に戻り、ＬＬデータに
対して再帰的に上記のＳ５〜Ｓ１０を繰り返す。一方、
設定された変換回数に達していれば（Ｓ１０でＹＥ
Ｓ）、上記のＬＬデータに対して非線形量子化およびハ
フマン符号化等を行い、結果を所定の記憶領域に保存す
る（Ｓ１１）。

【００７５】その後、保存している各帯域のデータに、
ウェーブレットの種類、タップ数、変換回数（段数）、
画像サイズ、カラービット数、符号化方法、およびデー
タ加工によって偽エッジの影響を除去したか否かの識別
情報などのヘッダ情報（付加情報）をつけて圧縮ファイ
ルを生成し（Ｓ１２）、画像圧縮ルーチンを終了する。

【００７６】以上のように、本実施形態の画像圧縮装置
は、画像データに対して周期的境界条件を課して変換処
理を行うディジタルフィルタ（上記ではウェーブレット
変換）で帯域分割した後、低周波成分よりも高周波成分
のビット割り当てが少なくなるように非線形量子化して
画像データを圧縮する画像圧縮過程において、変換前の
画像データ（原画像またはＬＬデータ）の上下左右端部
のデータを、使用するディジタルフィルタのタップ数に
応じた分（すなわちＬ₁行・列）だけコピーしてこれを
拡張データとして当該画像データの各端に付加すること
により、当該画像データを拡張し、その後、拡張された
画像データに対して、上記ディジタルフィルタによる直
交変換処理を行い、当該画像データをＬＬ、ＬＨ、Ｈ
Ｌ、ＨＨの４帯域に分割し、この変換後の各帯域データ
の上下左右端部のデータを、変換前に付加された拡張デ
ータの半分のサイズ分（即ちＬ₂行・列）だけ切り捨て
るように構成されている。

【００７７】このように、ウェーブレット変換前の画像
データをフィルタのタップ数に応じてひとまわり大きく
することによって、従来通りの周期的境界条件を使用す
ることができ、また、偽エッジの影響は変換前の画像デ
ータに付加した部分の領域に現れるが、これをウェーブ
レット変換後に切り捨てているので、量子化誤差による
偽エッジのぼやけの影響を、圧縮率を低下させることな
く取り除くことができる。

【００７８】また、画像端部のコピー操作によって、本
来の画像の端部の高周波成分の振幅が小さく抑えられ
る。すなわち、フィルタのタップ数を考慮した画像端部
のコピー操作によって、本来の画像の端部は、ウェーブ
レット変換の際には周期的境界条件が課される画像端部
データではなくなると共に、最も相関が強い自己データ
（本来の画像の端部データ）のコピーの付加により、高
周波成分の振幅は十分に小さくなっている。さらに、コ
ピー操作によって付加された部分に現れた偽エッジの高
周波成分（この振幅は比較的大きい）は、変換後のデー
タの切り捨てによって除去されている。したがって、変
換後のデータの分散は比較的小さくおさまっており、そ
の後の非線形量子化処理において、データを効率良く量
子化できる。

【００７９】ところで、本実施形態の画像圧縮装置を用
いて圧縮された圧縮画像データは、通常のデータサイズ
であり、勿論、通常の画像伸張装置にて復元することが
できる。但し、下記の画像伸張装置を用いて復元するこ
とによって、より高画質の復元画像が得られる。

【００８０】〔実施の形態２〕発明の実施のその他の形
態について図８ないし図１２に基づいて説明すれば、以
下の通りである。尚、説明の便宜上、前記の実施の形態
で用いた部材と同様の機能・構成を有する部材には同一
の参照符号を付記し、その説明を省略する。

【００８１】本実施形態では、前記の実施の形態に示し
た画像圧縮装置にて圧縮された画像データを伸張する画
像伸張装置について説明する。

【００８２】本実施形態の画像伸張装置は、画像伸張過
程においても周期的境界条件の影響を除去する機能を有
しており、図８に示すように、基本的に、画像データの
入出力を行うインターフェース（Ｉ／Ｆ）部１１と、画
像伸張モジュール１２と、画像処理用ＣＰＵ１３ａおよ
び画像処理用メモリ１３ｂとを有するデータ加工部１３
とを備え、これらが内部バス１４で相互接続された構成
である。

【００８３】上記画像伸張モジュール１２は、よく知ら
れている一般的な構成のものを採用することができ、図
９に示すように、上記の画像圧縮装置で符号化された圧
縮画像をエントロピー復号化する復号化部１５と、ウェ
ーブレット逆変換処理を行うウェーブレット逆変換部１
６とを備えている。

【００８４】上記ウェーブレット逆変換部１６で施され
るウェーブレット逆変換は、４タップの場合、上式（１
１）に示されるウェーブレット変換行列Ｗの転置行列Ｗ
^Tを用いて、

【００８５】

【数１０】

【００８６】で表すことができ、Ｗ^Tを成分表示すれ
ば、

【００８７】

【数１１】

【００８８】となる。このウェーブレット逆変換は、周
期的境界条件のもとで行われるので、その出力データに
は周期的境界条件の影響が現れる。このウェーブレット
逆変換行列Ｗ^Tから明らかなように、上式（８）に示さ
れる入力データ｛ｙ_i｝の内で周期的境界条件の影響を
受けるのはｃ_(N/2)-1およびｄ_(N/2)-1であり、これら
が出力データ｛ｘ_i｝に反映されるのは、ｘ₀、ｘ₁お
よびｘ_N-2、ｘ_N-1である。すなわち、前記の実施形態
の画像圧縮装置で偽エッジの量子化誤差の影響が除去さ
れて効率良く量子化されている圧縮データでも、データ
加工部１３による処理を行わなければ、ウェーブレット
逆変換後の出力データ｛ｘ_i｝の両端から２つの画素デ
ータが、周期的境界条件の影響を被ることになる。

【００８９】尚、上記では４タップフィルタの場合につ
いて考えたが、例えば周期的境界条件のもので設計され
た６タップのハイパスフィルタおよびローパスフィルタ
にてウェーブレット変換されたデータに対してウェーブ
レット逆変換を行った場合は、同様に、ｘ₀、ｘ₁、ｘ
₂、ｘ₃、およびｘ_N-4，ｘ_N-3，ｘ_N-2，ｘ_N-1に周
期的境界条件の影響が現れる。

【００９０】すなわち、周期的境界条件の影響が現れる
のは、ＬＬデータまたは最終の伸張画像の上下左右端部
であり、その範囲はＬ₁行・列である。

【００９１】そこで、上記データ加工部１３は、以下の
ようにして周期的境界条件の影響を除去する。

【００９２】先ず、これからウェーブレット逆変換を実
行しようとする階層レベルのＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨの
各帯域データに対して、当該データの上下左右端におけ
る圧縮過程で切り捨てたサイズ（Ｌ₂行・列）分のデー
タをコピーすることによって、各帯域のデータを拡張す
る。

【００９３】次に、上記の拡張された各データに対し
て、周期的境界条件のもとでウェーブレット逆変換を行
う。この場合、周期的境界条件の影響は、上述のように
一つ解像度の上がったＬＬデータ（または最終伸張画
像）の周囲Ｌ₁行・列の中に現れるので、この部分を切
り捨てる。このように逆変換後のデータに対して、逆変
換前の拡張サイズＬ₂の２倍のサイズＬ₁で切り捨てを
行うことによって、逆変換後のデータは通常のデータサ
イズに戻される。そして、上記の操作を最終伸張画像が
得られるまで再帰的に行う。

【００９４】上記のような逆変換前後のデータの加工を
行うデータ加工部１３は、図８に示すように、画像処理
用ＣＰＵ１３ａおよび画像処理用メモリ１３ｂから構成
され、データの加工が必要なタイミングで画像伸張モジ
ュール１２に割り込み信号を送ってその処理を中断させ
る。また、画像処理用ＣＰＵ１３ａは、加工に必要なデ
ータを画像伸張モジュール１２から画像処理用メモリ１
３ｂへ転送した上で加工し、画像伸張モジュール１２に
データサイズの変更を知らせ、画像伸張モジュール１２
内にセットされているデータを加工後のデータに書き換
える。さらに、画像処理用ＣＰＵ１３ａは、画像伸張モ
ジュール１２にデータの加工が終了したことを知らせて
中断されていた処理を再開させる。

【００９５】上記データ加工部１３における機能モジュ
ール構成を示せば、図１０に示すように、基本的には、
パラメータ設定部１７と、データ拡張部１８（逆変換対
象データ拡張手段）と、データカット部１９（逆変換デ
ータカット手段）とからなる。

【００９６】上記パラメータ設定部１７は、画像の圧縮
のために必要な、後述する各種伸張パラメータの設定を
行う。

【００９７】上記データ拡張部１８は、ウェーブレット
逆変換前のＬＬ、ＬＨ、ＨＬ、ＨＨの各帯域データの上
下左右端部のデータを、上述のようにフィルタのタップ
数に応じた分（Ｌ₂行・列）だけコピーしてこれを各帯
域データの各端に付加することにより、各帯域データを
拡張する。

【００９８】上記データカット部１９は、ウェーブレッ
ト逆変換後のデータ（ＬＬデータまた最終伸張画像）
を、上述のようにフィルタのタップ数に応じた分（Ｌ₁
行・列）だけ切り捨てる。

【００９９】次に、図８の画像伸張装置のブロック図お
よび図１１のフローチャートに基づいて、当該装置の動
作を説明する。

【０１００】先ず、インターフェース部１１より圧縮デ
ータを取り込んだ後（Ｓ２１）、画像処理用ＣＰＵ１３
ａが、各種の伸張パラメータの設定を行う（Ｓ２２）。
この伸張パラメータとしては、圧縮ファイルから付加情
報（ヘッダ）を読み取って得られるフィルタのタップ数
などの他に、使用者が任意に設定できるパラメータを設
けることもできる。例えば、上述のデータ加工処理を行
うか否かを使用者が予め設定できるパラメータを用意す
ることができる。

【０１０１】その後、上記のパラメータの設定に従っ
て、データ加工処理を行うか否かを判断し（Ｓ２３）、
ＮＯの場合は画像伸張モジュール１２において通常通り
の伸張処理（復号化およびウェーブレット逆変換）が行
われる（Ｓ２４）。

【０１０２】一方、上記のＳ２３でＹＥＳの場合は、先
ず、ＬＬデータを受け取ってエントロピー復号化（ハフ
マン符号化やランレングス符号化の逆に相当する処理）
を行い（Ｓ２５）、その後、フィルタのタップ数に応じ
て当該ＬＬデータの上下左右端におけるＬ₂行・列分の
データをコピーすることによって、当該ＬＬデータを拡
張する（Ｓ２６）。

【０１０３】次に、上記のひとまわり大きくなったＬＬ
データに対応する（同レベルの）ＬＨ、ＨＬ、ＨＨの帯
域データを読み取り、これらの各帯域データを復号化し
た後（Ｓ２７）、ＬＬデータと同様の処理によってＬ₂
行・列分だけ各帯域データを拡張する（Ｓ２８）。

【０１０４】次に、上記の拡張されたＬＬ、ＬＨ、Ｈ
Ｌ、ＨＨデータからウェーブレット逆変換によって解像
度の一つ上がったＬＬデータを作成する（Ｓ２９）。こ
こで生成されたＬＬデータに対して、周囲Ｌ₁行・列分
のデータを切り捨てる（Ｓ３０）。このひとまわり小さ
くなったＬＬデータは、通常のデータサイズに戻り、周
期的境界条件が除去されている。

【０１０５】その後、現在の逆変換回数をチェックし、
所定の逆変換回数に達していなければ（Ｓ３１でＮ
Ｏ）、Ｓ２６に戻り、Ｓ３０で得られたＬＬデータに対
して再帰的に上記のＳ２６〜Ｓ３１を繰り返す。そし
て、圧縮ファイルのデータが無くなって逆変換が完了す
れば（Ｓ３１でＹＥＳ）、画像伸張ルーチンを終了す
る。

【０１０６】以上のように、本実施形態の画像伸張装置
は、前記実施の形態１の画像圧縮装置にて圧縮された画
像データを伸張する過程において、逆変換前のＬＬ、Ｌ
Ｈ、ＨＬ、ＨＨの各帯域データの上下左右端部のデータ
を、ディジタルフィルタのタップ数に応じた分（Ｌ₂行
・列分）だけコピーしてこれを拡張データとして各帯域
データの各端に付加することによって各帯域データを拡
張し、拡張された各帯域データより逆変換処理（ここで
はウェーブレット逆変換処理）にて解像度の上がった画
像データを形成し、逆変換後の当該画像データの上下左
右端部のデータを、逆変換前に各帯域データに付加され
た拡張データの２倍のサイズ分（Ｌ₁行・列分）だけ切
り捨てるように構成されている。

【０１０７】これにより、画像伸張過程においても周期
的境界条件の影響を簡単な操作で除去することができ、
高画質の復元画像を得ることができる。

【０１０８】尚、本実施形態では、画像伸張装置を画像
圧縮装置とは別構成として説明しているが、画像圧縮機
能および伸張機能を何れも備えた画像圧縮伸張装置とし
て構成することもできる。その一例は、図１２に示すよ
うに、画像データの入出力を行うインターフェース（Ｉ
／Ｆ）部２０と、一般的な画像圧縮伸張モジュール２１
と、画像処理用ＣＰＵ２２と、画像処理用メモリ２３と
を、内部バス２４で相互接続した構成であり、画像処理
用ＣＰＵ２２および画像処理用メモリ２３によって、実
施の形態１のデータ加工部１３と、実施の形態２のデー
タ加工部１３とを実現するものである。

【０１０９】また、上記の各実施の形態では、主として
ウェーブレット変換を用いた場合について説明したが、
これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、
画像データに対して周期的境界条件を課して変換処理を
行うディジタルフィルタで帯域分割した後、低周波成分
よりも高周波成分のビット割り当てが少なくなるように
して圧縮（非線形量子化を行い、エントロピー符号化で
圧縮）し、またその圧縮データを伸張する画像処理全般
に対して適用可能であり、例えば周期的境界条件を課し
て設計されたディジタルフィルタを用いたサブバンド符
号化によって帯域分割する処理にも適用できる。上記実
施形態は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにす
るものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義
に解釈されるべきものではなく、特許請求の範囲内で、
いろいろと変更して実施することができるものである。

【０１１０】

【発明の効果】請求項１の発明の画像圧縮装置は、以上
のように、変換前の画像データの上下左右端部のデータ
をディジタルフィルタのタップ数に応じた周期的境界条
件が課される分だけコピーしてこれを拡張データとして
当該画像データの各端に付加することにより、当該画像
データを拡張する変換対象データ拡張手段と、上記の拡
張された画像データに対して、上記ディジタルフィルタ
による直交変換処理を行い、当該画像データを４帯域に
分割する変換手段と、変換後の各帯域データの上下左右
端部のデータを、変換前に付加された拡張データの半分
のサイズ分だけ切り捨てる変換データカット手段とを備
えている構成である。

【０１１１】それゆえ、高圧縮率領域において発生する
量子化誤差による偽エッジのぼやけの影響を、圧縮率を
低下させることなく取り除くことができる。また、フィ
ルタのタップ数を考慮した画像端部のコピー操作によっ
て、本来の画像の端部の高周波成分の振幅が小さく抑え
られると共に、偽エッジの高周波成分が除去されるの
で、変換後のデータの分散は比較的小さくおさまり、そ
の後の非線形量子化処理において、データを効率良く量
子化することができるという効果を奏する。

【０１１２】請求項２の発明の画像伸張装置は、以上の
ように、請求項１記載の画像圧縮装置にて圧縮された画
像データを伸張するものであって、逆変換前の各帯域デ
ータの上下左右端部のデータを、上記データカット手段
が切り捨てたサイズ分だけコピーしてこれを拡張データ
として各帯域データの各端に付加することにより、各帯
域データを拡張する逆変換対象データ拡張手段と、拡張
された各帯域データに対して逆変換処理を行う逆変換手
段と、逆変換後の解像度の上がった画像データの上下左
右端部のデータを、逆変換前に各帯域データに付加され
た拡張データの２倍のサイズ分だけ切り捨てる逆変換デ
ータカット手段とを備えている構成である。

【０１１３】それゆえ、画像伸張過程において、周期的
境界条件の影響を簡単な操作で除去することができ、高
画質の復元画像を得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】本発明の一実施形態を示すものであり、画像圧
縮装置の要部の構成を示すブロック図である。

【図２】上記画像圧縮装置の基本的なハード構成を示す
ブロック図である。

【図３】図２の画像圧縮装置における画像圧縮モジュー
ルの構成を示すブロック図である。

【図４】図３の画像圧縮モジュールにおけるウェーブレ
ット変換部の概略構成を示すブロック図である。

【図５】ウェーブレット変換対象の画像データのコピー
操作を説明するための説明図である。

【図６】ウェーブレット変換後の各帯域データのカット
操作を説明するための説明図である。

【図７】上記画像圧縮装置の動作を示すフローチャート
である。

【図８】本発明のその他の実施形態を示すものであり、
画像伸張装置の基本的なハード構成を示すブロック図で
ある。

【図９】図８の画像伸張装置における画像伸張モジュー
ルの構成を示すブロック図である。

【図１０】上記画像伸張装置の要部の構成を示すブロッ
ク図である。

【図１１】上記画像伸張装置の動作を示すフローチャー
トである。

【図１２】本発明のその他の実施形態を示すものであ
り、画像圧縮伸張装置の基本的なハード構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

２画像圧縮モジュール３データ加工部３ａ画像処理用ＣＰＵ３ｂ画像処理用メモリ５ウェーブレット変換部（変換手段）６量子化部７符号化部８パラメータ設定部９データ拡張部（変換対象データ拡張手段）１０データカット部（変換データカット手段）１２画像伸張モジュール１３データ加工部１３ａ画像処理用ＣＰＵ１３ｂ画像処理用メモリ１５復号化部１６ウェーブレット逆変換部１７パラメータ設定部１８データ拡張部（逆変換対象データ拡張手段）１９データカット部（逆変換データカット手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データに対して周期的境界条件を課し
て変換処理を行うディジタルフィルタで帯域分割した後
に低周波成分よりも高周波成分のビット割り当てが少な
くなるように非線形量子化して画像データを圧縮する画
像圧縮装置において、変換前の画像データの上下左右端部のデータを上記ディ
ジタルフィルタのタップ数に応じた周期的境界条件が課
される分だけコピーしてこれを拡張データとして当該画
像データの上下左右端に付加することにより、当該画像
データを拡張する変換対象データ拡張手段と、上記の拡張された画像データに対して、上記ディジタル
フィルタによる直交変換処理を行い、当該画像データを
４帯域に分割する変換手段と、変換後の各帯域データの上下左右端部のデータを、変換
前に付加された拡張データの半分のサイズ分だけ切り捨
てる変換データカット手段とを備えていることを特徴と
する画像圧縮装置。
【請求項２】請求項１記載の画像圧縮装置にて圧縮され
た画像データを伸張する画像伸張装置であって、逆変換前の各帯域データの上下左右端部のデータを、上
記データカット手段が切り捨てたサイズ分だけコピーし
てこれを拡張データとして各帯域データの上下左右端に
付加することにより、各帯域データを拡張する逆変換対
象データ拡張手段と、拡張された各帯域データに対して逆変換処理を行う逆変
換手段と、逆変換後の解像度の上がった画像データの上下左右端部
のデータを、逆変換前に各帯域データに付加された拡張
データの２倍のサイズ分だけ切り捨てる逆変換データカ
ット手段とを備えていることを特徴とする画像伸張装
置。