JP2000013797A - 画像圧縮装置および画像伸張装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高解像度の画像を効率的に圧縮し、かつ画像
劣化を生じさせないように画像を圧縮、伸張処理する。 【解決手段】 画像圧縮装置１０内に離散コサイン変換
（ＤＣＴ演算）部１５、量子化部１６、ビット分離部１
７、ハフマン符号化部１８を設ける。画像圧縮装置１０
内に入力された画像データを、ＤＣＴ演算部１５におい
てＤＣＴ演算し、量子化部１６において量子化すること
により、量子化ＤＣＴ係数に変換する。量子化ＤＣＴ係
数を、ビット分離部１７において上位量子化ＤＣＴ係数
と下位量子化ＤＣＴ係数に分離し、上位量子化ＤＣＴ係
数をハフマン符号化部１８においてハフマン符号化す
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、カラー静止画像を
圧縮し、伸張する画像圧縮装置および画像伸張装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】カラー静止画像を圧縮することによって
通信回路を介した画像の転送を効率的に行うため、ＪＰ
ＥＧ（Joint Photographic Expert Group)方式と呼ばれ
る画像圧縮方式が標準化されている。ＪＰＥＧ方式のベ
ースラインプロセスでは、まず画像データを離散コサイ
ン変換することによって空間周波数成分ごとに分解し、
空間周波数成分毎に表されたデータを量子化し、量子化
されたデータを符号化（圧縮）する。符号化された画像
データは、復号化し、逆量子化し、逆離散コサイン変換
することによって伸張され、これにより元の画像が復元
される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなＪＰＥＧ方
式によれば、高解像度の画像を効率的に圧縮することが
できるが、圧縮、伸張の過程で何らかの歪みが付加され
るため圧縮された画像には劣化が生じる。そのためＪＰ
ＥＧ方式には画像に歪みが付加されない可逆符号化方式
も提案されているが、この方式では高解像度の画像を効
率的に圧縮できない。

【０００４】本発明は、高解像度の画像を効率的に圧縮
するＪＰＥＧ方式を取り入れながら、歪みを付加させ
ず、画像劣化を生じさせないように画像を圧縮、伸張す
るための画像圧縮装置および画像伸張装置を得ることを
目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の画像圧縮装置
は、入力される静止画像に対応した画像データを直交変
換することによりビット列で表される直交変換係数を求
める直交変換手段と、直交変換係数のビット列を上位ビ
ット列と下位ビット列の２つに分離し、上位ビット列で
表される上位直交変換係数と下位ビット列で表される下
位直交変換係数とを求めるビット分離手段と、上位直交
変換係数を符号化することにより圧縮画像データを求め
る符号化手段とを備えたことを特徴とする。

【０００６】ビット分離手段は、量子化された直交変換
係数をビット分離することが望ましい。

【０００７】ビット分離手段は、ビット列で表される直
交変換係数を右シフト演算し、右シフト演算により分離
されるビット列を下位ビット列、右シフト演算により変
換される直交変換係数のビット列を上位ビット列とする
ことで上位直交変換係数と下位直交変換係数とを求める
ことが望ましい。

【０００８】本発明の画像伸張装置は、入力される圧縮
画像データを復号化することによって上位直交変換係数
を求める復号化手段と、入力される下位直交変換係数と
復号化手段によって得られる上位直交変換係数をビット
合成することにより直交変換係数を求めるビット合成手
段と、直交変換係数を逆直交変換することにより画像デ
ータを求める逆直交変換手段とを備えたことを特徴とす
る。

【０００９】逆直交変換手段は、逆量子化された直交変
換係数を逆直交変換することが望ましい。

【００１０】ビット合成手段は、ビット列で表される上
位直交変換係数を左シフト演算し、左シフト演算によっ
て空白になるビット部分に下位ビット列を当てはめるこ
とにより、直交変換係数を求めることが望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態である画
像圧縮装置および画像圧縮装置について図面を参照して
説明する。図１は、本発明の一実施形態例である画像圧
縮装置のブロック図である。

【００１２】被写体像１１( 静止画像）は、レンズ１２
を介して固体撮像素子１３の受光面上に結像される。固
体撮像素子１３の受光面には光電変換素子が配設され、
光電変換素子の上面にはレッド（Ｒ）、グリーン
（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の各色フィルタ要素からなるカラ
ーフィルタが設けられている。各光電変換素子は一つの
画素データに対応しており、被写体像は各光電変換素子
によって所定の色に対応した電気的な画像信号に変換さ
れる。そして画像信号は、Ａ／Ｄ変換器( 図示せず）に
おいてアナログ信号からデジタル信号に変換される。

【００１３】デジタル化された画像信号は、信号処理回
路（図示せず）において輝度データＹ、色差データＣ
ｂ、Ｃｒに変換されて画像メモリ１４に入力される。画
像メモリ１４には、輝度データＹ、色差データＣｂ、Ｃ
ｒがそれぞれ独立した領域に格納されており、各メモリ
領域は１画像分の記憶容量を有している。輝度データ
Ｙ、色差データＣｂ、Ｃｒは、画像圧縮装置１０に対す
る入力データである。

【００１４】輝度データＹおよび色差データＣｂ、Ｃｒ
の画像データは、１画面において複数のブロックに分割
され、ブロック単位で処理される。各ブロックは、８×
８個の画素データからなる。

【００１５】画像メモリ１４から読み出された輝度デー
タＹおよび色差データＣｂ、Ｃｒは、画像圧縮装置１０
に入力される。画像圧縮装置１０は、離散コサイン変換
（ＤＣＴ演算）部１５、量子化部１６、ビット分離部１
７、ハフマン符号化部１８から構成されている。輝度デ
ータＹおよび色差データＣｂ、Ｃｒは、画像圧縮装置１
０においてそれぞれ別々に圧縮処理される。

【００１６】入力された輝度データＹおよび色差データ
Ｃｂ、Ｃｒは、ＤＣＴ演算部１５において、ＤＣＴ演算
が施される。ＤＣＴ演算は直交変換の一つであり、画像
データは空間周波数成分毎に分解されてＤＣＴ係数に変
換される。

【００１７】輝度データＹおよび色差データＣｂ、Ｃｒ
のＤＣＴ係数は、量子化部１６において量子化され、量
子化ＤＣＴ係数に変換される。この量子化は線形量子化
であり、８×８＝６４個の量子化係数から構成される量
子化テーブルＱを用いて量子化される。すなわち、ＤＣ
Ｔ係数がそれぞれに対応する量子化係数で割り算され、
余りが丸められる。量子化テーブルとして、輝度データ
Ｙ用の量子化テーブルＱ_y 、色差データＣｂ，Ｃｒ用の
量子化テーブルＱ_c がそれぞれ設けられている。

【００１８】輝度データＹおよび色差データＣｂ、Ｃｒ
は、画像圧縮装置１０において２進数のビット列で表さ
れており、輝度データＹおよび色差データＣｂ、Ｃｒの
量子化ＤＣＴ係数も２進数のビット列で表される。輝度
データＹおよび色差データＣｂ、Ｃｒの量子化ＤＣＴ係
数のビット列は、ビット分離部１７において上位ビット
列と下位ビット列に分離され、上位ビット列で表される
上位量子化ＤＣＴ係数と下位ビット列で表される下位量
子化ＤＣＴ係数とが求められる。ただし、ここでは１ビ
ットに対してもビット列として表す。

【００１９】輝度データＹおよび色差データＣｂ、Ｃｒ
の上位量子化ＤＣＴ係数は、符号化部１８において符号
化（圧縮）され、圧縮画像データとして記録媒体Ｍの圧
縮画像データ記録領域Ｍ２に記録される。符号化に関し
てはＪＰＥＧアルゴリズムに準拠したハフマン符号化方
式を適用する。下位量子化ＤＣＴ係数は、符号化されず
にそのまま記録媒体Ｍの下位記録領域Ｍ３に記録され
る。上位量子化ＤＣＴ係数、下位量子化ＤＣＴ係数の記
録とともに量子化部１６で用いられた量子化テーブルＱ
_y 、Ｑ_c が、記録媒体Ｍの量子化テーブル記録領域Ｍ１
に記録される。

【００２０】図２、図３を用いて、８×８のマトリクス
で表された１つの画素ブロックに対する圧縮処理を説明
する。

【００２１】図２には、輝度データＹの画素ブロックＰ
と、ＤＣＴ係数行列Ｃと、量子化テーブルＱと、量子化
ＤＣＴ係数行列Ｄとがそれぞれ８×８のマトリクスで例
示されている。各マトリクスの要素は、それぞれ画素値
Ｐ_yx、ＤＣＴ係数Ｃ_ji、量子化係数Ｑ_ji、量子化ＤＣＴ
係数Ｄ_jiと表される。

【００２２】画素値Ｐ_yxは輝度データＹの値である。画
素値Ｐ_yxにおいて、添字ｙは縦方向の位置を示し、上か
ら０，１，２，・・・７である。また添字ｘは横方向の
位置を示し、左から０，１，２，・・・７である。例え
ば、ｙ＝１、ｘ＝１の場合、画素値Ｐ₁₁＝１６２であ
る。

【００２３】ＤＣＴ係数Ｃ_ji、量子化テーブルＱ_ji、量
子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiにおける添字ｊは、添字ｙと同じよ
うに縦方向の位置を示し、上から０，１，２，・・・７
である。また添字ｉは、添字ｘと同じように横方向の位
置を示し、左から０，１，２，・・・７である。例え
ば、ｊ＝１、ｉ＝１の場合、ＤＣＴ係数Ｃ₁₁の値は３６
である。

【００２４】まず画素ブロックＰの各画素値Ｐ_yxは、Ｄ
ＣＴ演算によってＤＣＴ係数Ｃ_jiに変換される。ＤＣＴ
係数行列Ｃのなかで位置（０，０）にあるＤＣＴ係数Ｃ
₀₀はＤＣ成分であり、残りの位置にあるＤＣＴ係数Ｃ_ji
はＡＣ成分である。ＤＣ成分は画素ブロックＰの画素値
Ｐ_yxの平均値を表し、空間周波数は０である。一方ＡＣ
成分は、ＤＣＴ係数Ｃ₀₁ないしＣ₁₀からＤＣＴ係数Ｃ₇₇
の方向に向かって、より高い空間周波数成分の値が画素
ブロックＰの中にどれほどあるかを表す。このように画
素ブロックＰは、ＤＣＴ演算によって空間周波数成分毎
に分解される。

【００２５】次に各ＤＣＴ係数Ｃ_jiは、量子化係数Ｑ_ji
によって量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiに量子化される。すなわ
ち、各ＤＣＴ係数Ｃ_jiがそれぞれ対応する量子化係数Ｑ
_jiで割り算され、余りが丸められる。ほぼ無歪みの画像
圧縮処理をするため、量子化テーブルＱは高圧縮な画像
処理に対応した量子化テーブルではなく、なるべく小さ
い値の量子化係数Ｑ_jiによって構成されている。

【００２６】例えばＤＣＴ係数Ｃ₀₃（＝５）は、量子化
係数Ｑ₀₃（＝２）で割り算されて余りが丸められる（四
捨五入される）ことにより、量子化ＤＣＴ係数Ｄ₀₃（＝
３）が求められる。

【００２７】図３には、量子化ＤＣＴ係数行列Ｄと、上
位量子化ＤＣＴ係数行列ＤＨと、下位量子化ＤＣＴ係数
行列ＤＬが示されている。それぞれの要素は、量子化Ｄ
ＣＴ係数Ｄ_ji、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_ji、下位量子
化ＤＣＴ係数ＤＬ_jiと表される。

【００２８】ビット列で表されるそれぞれの量子化ＤＣ
Ｔ係数Ｄ_jiは、ビット分離によって上位ビット列と下位
ビット列に分離され、上位ビット列で表される上位量子
化ＤＣＴ係数ＤＨ_jiと下位ビット列で表される下位量子
化ＤＣＴ係数ＤＬ_jiとが求められる。ビット分離される
ビット数は、ここでは１ビットである。

【００２９】例えば量子化ＤＣＴ係数Ｄ₁₁（＝３６）の
ビット列は、ビット分離によって上位量子化ＤＣＴ係数
ＤＨ₁₁（＝１８）のビット列と下位量子化ＤＣＴ係数Ｄ
Ｌ₁₁（＝０）のビット列に分離される。また量子化ＤＣ
Ｔ係数Ｄ₂₁（＝−７）のビット列は、ビット分離によっ
て上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁（＝−４）のビット列と
下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₂₁（＝１）のビット列に分離
される。ただし、１ビットに対してもビット列として表
す。ビット分離に関しては、後述する。

【００３０】上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_jiは、ハフマン
テーブルを用いてハフマン符号化される。そのとき、Ａ
Ｃ成分、ＤＣ成分によって上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_ji
は別々に符号化され、ＡＣ成分の上位量子化ＤＣＴ係数
ＤＨ_jiは従来公知のようにジグザグスキャンされて２次
元のマトリクスから１列のデータに変換された後に符号
化される。一方、下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_jiはハフマ
ン符号化されない。

【００３１】上位量子化ＤＣＴ係数行列ＤＨをジグザグ
スキャンして１列に並べ替えたとき、ゼロの出現頻度が
量子化ＤＣＴ係数行列Ｄをジグザグスキャンするときに
比べて増える。そのため、ゼロラン長（連続する０の長
さ）が長くなる。また、０以外の上位量子化ＤＣＴ係数
ＤＨ_jiの値は量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiの値より小さいた
め、上位量子化ＤＣＴ係数行列ＤＨ_jiがハフマン符号化
されるときに必要な情報量は量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiの場
合に比べて少ない。よって、ビット分離を実行すること
により画像データを効率的に圧縮することができる。

【００３２】図３、図４を用いて、１ビットのビット分
離を詳述する。そのため、量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiをビッ
ト列で表す。１つのＤＣＴ係数Ｃ_jiには通常１６ビット
が割り当てられ、量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiでは１６ビット
のうち１２ビットが使用される。正負の値をとるＡＣ成
分の量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiの場合、１６ビットのうち最
上位の１ビットが符号ビットとして使われ、下位の１１
ビットを使用して量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiが２進数で表さ
れる。

【００３３】図４では、図３の量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiの
うちＡＣ成分である量子化ＤＣＴ係数Ｄ₁₁（＝３６）と
量子化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁（＝−７）のビット分離を示して
いる。

【００３４】まず、正の値をとる量子化ＤＣＴ係数Ｄ₁₁
（＝３６）に対して１ビットのビット分離をする場合を
説明する。

【００３５】量子化ＤＣＴ係数Ｄ₁₁（＝３６）は、２進
法で表すと「０００００１００１００」であり、符号ビ
ットＦは正を表す「０」である。１６ビットのビット列
Ｂ０において、２進数「０００００１００１００」は右
端からの１１ビットを使って表される。「０」である符
号ビットＦは、ビット列Ｂ０の左端にある最上位ビット
に位置する。なお量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiが正の値の場
合、使用されていない４ビットＪ０は「００００」とな
っている。

【００３６】ビット分離の実行により、量子ＤＣＴ係数
Ｄ₁₁（＝３６）は右シフト演算される。 シフト演算と
は、各ビットを指定されたビット数だけ右または左に桁
移動させる演算である。１ビットの右シフト演算が実行
されると、各ビットが右に１つずつ移動させられ、
「０」である右端の最下位ビットＫは分離される。そし
て右シフト演算によって空白になった左端の最上位ビッ
トには、「０」である符号ビットＦが埋められる。

【００３７】このようにして、ビット列Ｂ０は右シフト
演算により１０ビットで表される２進数「０００００１
００１０」のビット列Ｂ１に変換される。このビット列
Ｂ１が上位ビット列であり、２進数「０００００１００
１０」を１０進法で表した値が上位量子化ＤＣＴ係数Ｄ
Ｈ₁₁の値となる。すなわち、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ
₁₁の値は１８である。

【００３８】一方、右シフト演算によって分離された最
下位ビットＫが下位ビット列であり、最下位ビットＫの
値が下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₁₁の値となる。２進数
「０」は１０進法で０と表されるから、下位量子化ＤＣ
Ｔ係数ＤＬ₁₁の値は０である。

【００３９】このように量子化ＤＣＴ係数Ｄ₁₁（＝３
６）のビット列Ｂ０は、ビット分離によって上位ビット
列であるビット列Ｂ１と下位ビット列である最下位ビッ
トＫに分離され、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₁₁（＝１
８）と下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ ₁₁（＝０）が求められ
る。

【００４０】次に、負の値である量子化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁
（＝−７）に対して１ビットのビット分離をする場合を
説明する。

【００４１】量子化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁（＝−７）は、２進
法では「１１１１１１１１００１」と表され、符号ビッ
トＦは負を表す「１」である。１６ビットのビット列Ｍ
０において、２進数「１１１１１１１１００１」は右端
からの１１ビットを使って表される。「１」である符号
ビットＦは、ビット列Ｍ０の左端にある最上位ビットに
位置する。なお、量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiが負の値の場
合、使用されていない４ビットＪ１は、「１１１１」と
なっている。

【００４２】ビット分離の実行により、量子化ＤＣＴ係
数Ｄ₂₁（＝−７）は右シフト演算される。右シフト演算
されると、「１」である最下位ビットＫは分離される。
そして、右シフト演算によって空白となった最上位ビッ
トには、「１」である符号ビットＦが埋められる。

【００４３】このようにして、ビット列Ｍ０は右シフト
演算により１０ビットで表される２進数「１１１１１１
１１００」のビット列Ｍ１に変換される。このビット列
Ｍ１が上位ビット列であり、２進数「１１１１１１１１
００」を１０進法で表した値が上位量子化ＤＣＴ係数Ｄ
Ｈ₂₁の値となる。すなわち、量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁の
値は符号ビットＦが「１」であることから−４である。

【００４４】一方、右シフト演算によって分離された最
下位ビットＫが下位ビット列であり、最下位ビットＫを
１０進法で表した値が、下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₂₁の
値となる。２進数「１」は１０進法で１と表されるか
ら、下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ ₂₁の値は１である。

【００４５】このように量子化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁（＝−
７）のビット列Ｍ０は、ビット分離によって上位ビット
列であるビット列Ｂ１と下位ビット列である最下位ビッ
トＫに分離され、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁（＝−
４）と下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ ₂₁（＝１）が求められ
る。

【００４６】以上のようにＡＣ成分の量子化ＤＣＴ係数
Ｄ_jiは、ビット分離によって上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ
_jiと下位量子化ＤＣＴ係数_jiに分離される。

【００４７】ＤＣ成分の量子化ＤＣＴ係数Ｄ₀₀も、ＡＣ
成分の量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiと同じようにビット分離さ
れる。ただし、ＤＣ成分の量子化ＤＣＴ係数Ｄ₀₀は必ず
正の値になるため、１６ビットのビット列において１２
ビットが割り当てられる。そのため、右シフト演算され
たとき空白になる最上位ビットには、正を示す「０」の
符号ビットＦが埋められる。

【００４８】なお、２ビット、３ビットのビット分離の
場合、量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiに対して２ビット、３ビッ
トの右シフト演算が実行される。

【００４９】図５は、８×８の量子化ＤＣＴ係数行列に
対してｎビットのビット分離を行うときの手順を示すフ
ローチャートである。図３、図５を用いてビット分離の
フローチャートを説明する。

【００５０】ステップ２０１では、縦方向の位置を表す
添字ｊが０に設定される。ステップ２０２では、横方向
の位置を表す添字ｉが０と設定され、行列の横方向を表
す行のなかで最も左側の量子化ＤＣＴ係数Ｄ_j0がビット
分離の対象とされる。量子化ＤＣＴ係数Ｄ₀₀が最初のビ
ット分離の対象である。

【００５１】ステップ２０３では、量子化ＤＣＴ係数Ｄ
_jiに対してｎビットのビット分離をするためにｎビット
の右シフト演算が実行され、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ
_jiが求められる。

【００５２】例えば１ビットのビット分離の場合、量子
化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁（＝−７）から上位量子化ＤＣＴ係数
ＤＨ₂₁（＝−４）が求められる。例えば３ビットのビッ
ト分離の場合、量子化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁（＝−７）から上
位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁（＝−１）が求められる。

【００５３】ステップ２０４では、下位量子化ＤＣＴ係
数ＤＬ_jiが求められる。下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_jiを
求める算術式は、（１）式のようになる。

【００５４】 ＤＬ_ji＝Ｄ_ji−（ＤＨ_ji×２ⁿ ) ・・・・・・・・（１）

【００５５】例えば１ビットのビット分離の場合、量子
化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁（＝−７）に対して下位量子化ＤＣＴ
係数ＤＬ₂₁の値は、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁の値が
−４であることから ＤＬ_ji＝ −７−（−４×２¹)＝１ となる。

【００５６】例えば３ビットのビット分離の場合、量子
化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁（＝−７）に対して下位量子化ＤＣＴ
係数ＤＬ₂₁の値は、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁の値が
−１であることから ＤＬ_ji＝−７−（−１×２³ ）＝１ となる。

【００５７】ステップ２０５では、添字ｉに１が加算さ
れる。これによりビット分離される対象の量子化ＤＣＴ
係数Ｄ_jiが１つ右隣の量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiに移され
る。

【００５８】ステップ２０６では、添字ｉが８であるか
否かが判定される。すなわち、横方向の１つの行に関し
てすべての量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiがビット分離されたか
否かが判定される。添字ｉが８であると判定されるとス
テップ２０７に移る。添字ｉが８でないと判定されると
ステップ２０３に戻る。

【００５９】ステップ２０７では、添字ｊに１が加算さ
れる。すなわち、ビット分離される量子化ＤＣＴ係数Ｄ
_jiが、１つ下の行の量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiに移される。

【００６０】ステップ２０８では、添字ｊが８であるか
否かが判定される。すなわち、全ての量子化ＤＣＴ係数
Ｄ_jiがビット分離されたか否かが判定される。添字ｊが
８であると判定されると、量子化ＤＣＴ係数行列のビッ
ト分離は終了する。添字ｊが８でないと判定されると、
ステップ２０２に戻る。

【００６１】以上のように本実施形態を適用して画像を
圧縮処理すれば、ゼロラン長がより長くなり、また符号
化に必要な情報量がより少なくなるため、画像を効率的
に圧縮することができる。

【００６２】図６は、本発明の一実施形態である画像伸
張装置のブロック図である。

【００６３】輝度データＹおよび色差データＣｂ，Ｃｒ
の圧縮画像データが記録媒体Ｍの記録領域Ｍ２から読み
出され、画像伸張装置３０に送られる。画像伸張装置３
０は、ハフマン復号化部３１、ビット合成部３２、逆量
子化部３３、逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ演算）部３
４から構成されている。輝度データＹおよび色差データ
Ｃｂ，Ｃｒの圧縮画像データは、画像伸張装置３０にお
いてそれぞれ別々に伸張処理される。

【００６４】輝度データＹおよび色差データＣｂ，Ｃｒ
の圧縮画像データは、ハフマン復号化部３１において復
号化され、上位量子化ＤＣＴ係数に変換される。この復
号化はハフマン符号化とは逆の作用であり、上位量子化
ＤＣＴ係数は２進数のビット列で表される。

【００６５】輝度データＹおよび色差データＣｂ，Ｃｒ
の上位量子化ＤＣＴ係数と、記録媒体Ｍの下位記録領域
Ｍ３から読み出された輝度データＹおよび色差データＣ
ｂ，Ｃｒの下位量子化ＤＣＴ係数が、ビット合成部３２
においてビット合成され、量子化ＤＣＴ係数が復元され
る。

【００６６】輝度データＹおよび色差データＣｂ，Ｃｒ
の量子化ＤＣＴ係数は、逆量子化部３３において量子化
テーブルＱを用いて逆量子化され、ＤＣＴ係数に変換さ
れる。すなわち、輝度データＹ用の量子化テーブル
Ｑ_y 、および色差データＣｂ，Ｃｒ用の量子化テーブル
Ｑ_c が記録媒体Ｍの量子化テーブル記録領域Ｍ１から読
み出され、各量子化ＤＣＴ係数にそれぞれ対応する量子
化係数が掛け算される。

【００６７】輝度データＹおよび色差データＣｂ，Ｃｒ
のＤＣＴ係数は、ＩＤＣＴ演算部３４においてＩＤＣＴ
演算され、輝度データＹおよび色差データＣｂ，Ｃｒに
変換される。ＩＤＣＴ演算は、ＤＣＴ演算とは逆の演算
である。ＩＤＣＴ演算によって得られた輝度データＹお
よび色差データＣｂ，Ｃｒは、画像メモリ１４に入力さ
れる。

【００６８】図７、８を用いて、圧縮画像データに対す
る伸張処理を説明する。圧縮画像データは、 以下では輝
度データＹを対象とする。

【００６９】図７には、図３と同じように上位量子化Ｄ
ＣＴ係数行列ＤＨと、下位量子化ＤＣＴ係数行列ＤＬ
と、量子化ＤＣＴ係数行列Ｄとが８×８のマトリクスで
例示されている。各マトリクスの要素は、上位量子化Ｄ
ＣＴ係数ＤＨ_ji、下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_ji、量子化
ＤＣＴ係数Ｄ_jiと表される。

【００７０】圧縮画像データはＡＣ成分、ＤＣ成分それ
ぞれ別々にハフマン復号化され、ＡＣ成分がジグザグス
キャンの逆であるマトリクス化されることにより、上位
量子化ＤＣＴ係数行列ＤＨが求められる。

【００７１】上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_jiとそれに対応
する下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_jiがビット合成されるこ
とにより、量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiが復元される。ビット
合成されるビット数は、ここでは１ビットである。

【００７２】例えば上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₁₁（＝１
８）と下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₁₁（＝０）がビット合
成されると、量子化ＤＣＴ係数Ｄ₁₁（＝３６）が復元さ
れる。また、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁（＝−４）と
下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₂₁（＝１）がビット合成され
ると、量子化ＣＴ係数Ｄ₂₁（＝−７）が復元される。な
お、ビット合成に関しては後述する。

【００７３】図８には、量子化ＤＣＴ係数行列Ｄと量子
化テーブルＱとＤＣＴ係数行列Ｃ’と画素ブロックＰ’
とが８×８のマトリクスで例示されている。各マトリク
スの要素は、それぞれ量子化ＤＣＴ係数Ｄ_ji、量子化係
数Ｑ_ji、ＤＣＴ係数Ｃ’_ji、画素値Ｐ’_yxと表される。

【００７４】量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiは、量子化係数Ｑ_ji
によってＤＣＴ係数Ｃ’_jiに逆量子化される。すなわ
ち、各量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiにそれぞれ対応する量子化
係数Ｑ _jiが掛け算される。

【００７５】例えば量子化ＤＣＴ係数Ｄ₂₃（＝−１）に
は、量子化係数Ｑ₂₃（＝２）が掛け算されて、ＤＣＴ係
数Ｃ’₂₃（＝−２）が求められる。

【００７６】ＤＣＴ係数Ｃ’_jiはＩＤＣＴ演算によって
画素値Ｐ’_yxに変換される。ＩＤＣＴ演算が実行される
ことにより、８×８の画像値Ｐ’_yxからなる画素ブロッ
クＰ’が復元される。

【００７７】図７、図９を用いて、１ビットのビット合
成を詳述する。そのため、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_ji
および下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_jiをビット列で表す。

【００７８】図９では、図７の上位量子化ＤＣＴ係数Ｄ
Ｈ₁₁（＝１８）と下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₁₁（＝
０）、および上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁（＝−４）と
下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₂₁（＝１）に対するビット合
成を示している。

【００７９】まず、ＡＣ成分の上位量子化ＤＣＴ係数Ｄ
Ｈ₁₁（＝１８）と下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₁₁（＝０）
に対して１ビットのビット合成を行う場合を説明する。

【００８０】上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₁₁（＝１８）
は、図４で示したように１６ビットのビット列Ｂ１で表
される。下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₁₁（＝０）は２進数
で「０」であり、下位ビット列Ｋ１で表される。

【００８１】ビット合成の実行により、上位量子化ＤＣ
Ｔ係数ＤＨ₁₁（＝１８）は左シフト演算される。１ビッ
トの左シフト演算が実行されると、各ビットが左に１つ
ずつ移動させられ、 左端の「０」である符号ビットＦが
分離される。そして左シフト演算によって空白になった
右端の最下位ビットには、「０」である下位ビット列Ｋ
１が埋められる。また、左端から２番目の「０」である
ビットＦ０が、１ビットの左シフト演算によって左端の
最上位ビットに移動され、符号ビットＦとなる。

【００８２】左シフト演算により、ビット列Ｂ１は１１
ビットを使用して表される２進数「０００００１００１
００」のビット列Ｂ０に変換される。そして、２進数
「０００００１００１００」を１０進法で表した値が量
子化ＤＣＴ係数Ｄ₁₁となる。すなわち、量子化ＤＣＴ係
数Ｄ₁₁の値は３６である。

【００８３】このように、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₁₁
（＝１８）と下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₁₁（＝０）がビ
ット合成されることにより、量子化ＤＣＴ係数Ｄ₁₁（＝
３６）が復元される。

【００８４】次に、ＡＣ成分の上位量子化ＤＣＴ係数Ｄ
Ｈ₂₁（＝−４）と下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₂₁（＝１）
に対して１ビットのビット合成をする場合を説明する。

【００８５】上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁（＝−４）
は、図４で示したように１６ビットのビット列Ｍ１で表
される。下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₂₁（＝１）は、２進
数で「１」であり、下位ビット列Ｋ１で表される。

【００８６】ビット合成の実行により、上位量子化ＤＣ
Ｔ係数ＤＨ₂₁（＝−４）は左シフト演算される。１ビッ
トの左シフト演算が実行されると、各ビットが左に１つ
ずつ移動させられ、 左端の「１」である符号ビットＦが
分離される。そして左シフト演算によって空白になった
右端の最下位ビットには、「１」である下位ビット列Ｋ
１が埋められる。また、左端から２番目の「１」である
ビットＦ０が、１ビットの左シフト演算によって左端の
最上位ビットに移動され、符号ビットＦとなる。

【００８７】左シフト演算により、ビット列Ｍ１は１１
ビットを使用して表される２進数「１１１１１１１１０
０１」のビット列Ｍ０に変換される。そして、２進数
「１１１１１１１１００１」を１０進法で表した値が量
子化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁の値となる。すなわち、「１」であ
る符号ビットＦを考慮して量子化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁の値は
−７である。

【００８８】このように、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁
（＝−４）と下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₂₁（＝１）がビ
ット合成されることにより、量子化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁（＝
−７）が復元される。

【００８９】以上のようにＡＣ成分の上位量子化ＤＣＴ
係数ＤＨ_jiと下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_jiがビット合成
されることにより、量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiが復元され
る。

【００９０】ＤＣ成分の上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₀₀と
下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ₀₀も、同じようにビット合成
される。ただし、ＤＣ成分の上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ
₀₀は必ず正の値になるため、１６ビットのビット列にお
いて１２ビットが割り当てられる。

【００９１】なお、２ビット、３ビットのビット合成の
場合、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_jiに対して２ビット、
３ビットの左シフト演算が実行される。

【００９２】図１０は、８×８の上位量子化ＤＣＴ係数
行列と下位量子化ＤＣＴ係数行列に対してｎビットのビ
ット合成するときの手順を示すフローチャートである。
図７、図１０を用いてビット合成のフローチャートを説
明する。

【００９３】ステップ３０１では、縦方向の位置を表す
ｊが０に設定される。ステップ３０２では、横方向の位
置を表す添字ｉが０に設定され、行列の横方向を表す行
の中でもっとも左側の上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_j0と下
位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_j0がビット合成の対象とされ
る。上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₀₀と下位量子化ＤＣＴ係
数ＤＬ₀₀が最初のビット合成の対象である。

【００９４】ステップ３０３では、上位量子化ＤＣＴ係
数ＤＨ_jiに対してｎビットの左シフト演算が実行され、
量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiが求められる。量子化ＤＣＴ係数
Ｄ_jiを求める算術式は、（２）式のようになる。

【００９５】 Ｄ_ji＝ＤＨ_ji×２ⁿ ＋ＤＬ_ji・・・・・・（２）

【００９６】例えば、１ビットのビット合成の場合、上
位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁（＝−４）と下位量子化ＤＣ
Ｔ係数ＤＬ₂₁（＝１）に対して量子化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁の
値は 、 Ｄ_ji＝−４×２¹ ＋１＝−７ となる。

【００９７】例えば、３ビットのビット合成の場合、上
位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ₂₁（＝−１）と下位量子化ＤＣ
Ｔ係数ＤＬ₂₁（＝１）に対して量子化ＤＣＴ係数Ｄ₂₁の
値は Ｄ₂₁＝−１×２³ ＋１＝−７ となる。

【００９８】ステップ３０４では、添字ｉに１が加算さ
れる。これによりビット合成される対象の上位量子化Ｄ
ＣＴ係数ＤＨ_jiと下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_jiが１つ右
隣の上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_jiと下位量子化ＤＣＴ係
数ＤＬ_jiに移される。

【００９９】ステップ３０５では、添字ｉが８であるか
否かが判定される。すなわち、横方向の１つの行に関し
て全ての上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_jiと下位量子化ＤＣ
Ｔ係数ＤＬ_jiがビット合成されたか否かが判定される。
添字ｉが８であると判定されるとステップ３０６に移
る。添字ｉが８でないと判定されるとステップ３０３に
戻る。

【０１００】ステップ３０６では、添字ｊに１が加算さ
れる。すなわち、ビット合成される対象の上位量子化Ｄ
ＣＴ係数ＤＨ_jiと下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_jiが、１つ
下の行の上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_jiと下位量子化ＤＣ
Ｔ係数ＤＬ_jiに移される。

【０１０１】ステップ３０７では、添字ｊが８であるか
否かが判定される。すなわち、全ての上位量子化ＤＣＴ
係数ＤＨ_jiと下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_jiがビット合成
された否かが判定される。添字ｊが８であると判定され
ると、８×８の上位量子化ＤＣＴ係数行列ＤＨと下位量
子化ＤＣＴ係数行列ＤＬに対するビット合成は終了す
る。添字ｊが８でないと判定されると、ステップ３０２
に戻る。

【０１０２】以上のように本実施形態によれば、量子化
ＤＣＴ係数Ｄ_jiのビット列を上ビット列と下位ビット列
にビット分離し、上位ビット列で表される上位量子化Ｄ
ＣＴ係数ＤＨ_jiと下位ビット列で表される下位量子化Ｄ
ＣＴ係数ＤＬ_jiを求めることにより、画像を効率的に圧
縮することができる。また、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ
_jiと下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_jiをビット合成すること
により、量子化ＤＣＴ係数Ｄ_jiを復元し、ほぼ無歪みの
画像を復元することができる。

【０１０３】従来の可逆符号化方式と本発明による画像
圧縮方式を比較するため、それぞれの画像圧縮方式を用
いてカラー静止画像を圧縮し、圧縮率（元画像データ量
に対する圧縮画像データ量の割合）を計った。ただし、
本発明の画像圧縮方式では画像劣化を生じさせないため
に量子化を実行しない。従来の可逆符号化方式の場合、
圧縮率は７５．６パーセントであったのに対し、本発明
による画像圧縮方式の場合、圧縮率は７０．９パーセン
トであった。この計測結果から、本発明による画像圧縮
方式は従来の可逆符号化方式よりも画像を効率的に圧縮
できることがわかる。

【０１０４】なお、画像圧縮処理に関してはＤＣＴ演算
の代わりにアダマール変換を適用してもよい。この場
合、画像伸張処理に関してはＩＤＣＴ演算の代わりに逆
アダマール変換が用いられる。

【０１０５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高解像度
の画像をほぼ無歪みで圧縮、伸張処理することができ、
かつ効率的に圧縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を適用した画像圧縮装置の
ブロック図である。

【図２】画素ブロックとＤＣＴ係数行列と量子化ＤＣＴ
行列を示した図である。

【図３】量子化ＤＣＴ係数行列と上位量子化ＤＣＴ係数
行列と下位量子化ＤＣＴ係数行列を示した図である。

【図４】２つの量子化ＤＣＴ係数のビット分離を示した
図である。

【図５】ビット分離の手順を示すフローチャートであ
る。

【図６】本発明の一実施形態を適用した画像伸張装置の
ブロック図である。

【図７】上位量子化ＤＣＴ係数行列と下位量子化ＤＣＴ
係数行列と量子化ＤＣＴ行列を示した図である。

【図８】量子化ＤＣＴ係数行列とＤＣＴ係数行列と画素
ブロックを示した図である。

【図９】２つの上位量子化ＤＣＴ係数と下位量子化ＤＣ
Ｔ係数のビット合成を示した図である。

【図１０】ビット合成の手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０ 画像圧縮装置 ３０ 画像伸張装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１月２９日（１９９９．１．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】ビット分離の実行により、量子化ＤＣＴ係
数Ｄ_１１（＝３６）は右シフト演算される。シフト演算
とは、各ビットを指定されたビット数だけ右または左に
桁移動させる演算である。１ビットの右シフト演算が実
行されると、各ビットが右に１つずつ移動させられ、
「０」である右端の最下位ビットＫは分離される。そし
て右シフト演算によって空白になった左端の最上位ビッ
トには、「０」である符号ビットＦが埋められる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５５】例えば１ビットのビット分離の場合、量子
化ＤＣＴ係数Ｄ_２１（＝−７）に対して下位量子化ＤＣ
Ｔ係数ＤＬ_２１の値は、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_２１
の値が−４であることから ＤＬ_２１＝ −７−（−４×２^１）＝１ となる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】例えば３ビットのビット分離の場合、量子
化ＤＣＴ係数Ｄ_２１（＝−７）に対して下位量子化ＤＣ
Ｔ係数ＤＬ_２１の値は、上位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_２１
の値が−１であることから ＤＬ_２１＝ −７−（−１×２^３）＝１ となる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９６】例えば、１ビットのビット合成の場合、上
位量子化ＤＣＴ係数ＤＨ_２１（＝−４） と下位量子化
ＤＣＴ係数ＤＬ_２１（＝１）に対して量子化ＤＣＴ係数
Ｄ_{２ １}の値は、 Ｄ_２１＝−４×２^１ ＋１＝−７ となる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０１】ステップ３０７では、添字ｊが８であるか
否かが判定される。すなわち、全ての上位量子化ＤＣＴ
係数ＤＨ_ｊｉと下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_ｊｉがビット
合成されたか否かが判定される。添字ｊが８であると判
定されると、８×８の上位量子化ＤＣＴ係数行列ＤＨと
下位量子化ＤＣＴ係数行列ＤＬに対するビット合成は終
了する。添字ｊが８でないと判定されると、ステップ３
０２に戻る。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０２】以上のように本実施形態によれば、量子化
ＤＣＴ係数Ｄ_ｊｉのビット列を上位ビット列と下位ビッ
ト列にビット分離し、上位ビット列で表される上位量子
化ＤＣＴ係数ＤＨ_ｊｉと下位ビット列で表される下位量
子化ＤＣＴ係数ＤＬ_ｊｉを求めることにより、画像を効
率的に圧縮することができる。また、上位量子化ＤＣＴ
係数ＤＨ_ｊｉと下位量子化ＤＣＴ係数ＤＬ_ｊｉをビット
合成することにより、量子化ＤＣＴ係数Ｄ_ｊｉを復元
し、ほぼ無歪みの画像を復元することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C057 AA03 BA14 EA01 EC01 EK04 EL01 EM09 EM11 EM16 GF01 GF02 GM01 5C059 KK03 LA01 MA00 MA23 MA34 MC02 MC14 MC33 MC35 MC36 MC38 ME02 PP01 PP14 SS15 UA02 UA05 5C078 AA09 BA01 BA12 BA21 BA44 BA57 CA22 DA01 DA02 DB18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力される静止画像に対応した画像デー
   タを直交変換することによりビット列で表される直交変
   換係数を求める直交変換手段と、 前記直交変換係数のビット列を上位ビット列と下位ビッ
   ト列の２つに分離し、前記上位ビット列で表される上位
   直交変換係数と前記下位ビット列で表される下位直交変
   換係数とを求めるビット分離手段と、 前記上位直交変換係数を符号化することにより、圧縮画
   像データを求める符号化手段と、 を備えたことを特徴とする画像圧縮装置。
2. 【請求項２】 前記ビット分離手段が、量子化された前
   記直交変換係数をビット分離することを特徴とする請求
   項１に記載の画像圧縮装置。
3. 【請求項３】 前記ビット分離手段が、ビット列で表さ
   れる前記直交変換係数を右シフト演算し、前記右シフト
   演算により変換される前記直交変換係数のビット列を前
   記上位ビット列、前記右シフト演算により分離されるビ
   ット列を前記下位ビット列とすることで前記上位直交変
   換係数と前記下位直交変換係数とを求めることを特徴と
   する請求項１に記載の画像圧縮装置。
4. 【請求項４】 入力される前記圧縮画像データを復号化
   することにより、前記上位直交変換係数を求める復号化
   手段と、 入力される前記下位直交変換係数と前記復号化手段によ
   って得られた前記上位直交変換係数をビット合成するこ
   とにより、前記直交変換係数を求めるビット合成手段
   と、 前記直交変換係数を逆直交変換することにより、前記画
   像データを求める逆直交変換手段と、 を備えたことを特徴とする画像伸張装置。
5. 【請求項５】 前記逆直交変換手段が、逆量子化された
   前記直交変換係数を逆直交変換することを特徴とする請
   求項４に記載の画像伸張装置。
6. 【請求項６】 前記ビット合成手段が、ビット列で表さ
   れる前記上位直交変換係数を左シフト演算し、前記左シ
   フト演算によって空白になるビット部分に前記下位ビッ
   ト列を当てはめることにより、前記直交変換係数を求め
   ることを特徴とする請求項４に記載の画像伸張装置。