JP2000059634A - 可変量子化装置 - Google Patents

可変量子化装置

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JP2000059634A
JP2000059634A JP11195517A JP19551799A JP2000059634A JP 2000059634 A JP2000059634 A JP 2000059634A JP 11195517 A JP11195517 A JP 11195517A JP 19551799 A JP19551799 A JP 19551799A JP 2000059634 A JP2000059634 A JP 2000059634A
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image
quantizer
variable
factor
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Konstantinos Konstantinides
コンスタンチノス・コンスタンチニデス
Daniel R Tretter
ダニエル・アール・トゥリッター
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  • Compression Of Band Width Or Redundancy In Fax (AREA)
  • Image Analysis (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】合成文書について、知覚的品質を高く維持しつ
つ、ファイルサイズを最小にすることができる画像圧縮
システムを提供する。 【解決手段】テキストとピクチャーの両方を含む合成画
像の画像圧縮システムは、画像を、８×８ピクセルブロ
ックを重なり合わないよう受け取ることができ、離散コ
サイン変換器を備える。離散コサイン変換器は、量子化
テーブルから損失性量子化ファクターを引き出す量子化
器に接続される。損失性量子化ファクターは、ブロック
の周波数の変化に基づいて可変量子化サブシステムによ
り修正され、高周波の変化については低い損失量子化フ
ァクターを提供し、低周波数の変化については高い損失
性量子化ファクターを提供する。高周波の変化はテキス
トを示し、低周波の変化はピクチャーを示す。量子化器
はエントロピー符号化器に接続され、エントロピー符号
化器は、ハフマンテーブルの無損失性エントロピー符号
化ファクターを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＪＰＥＧデータ
圧縮に関し、より具体的には、ピクチャーおよびテキス
トを持つ合成画像のＪＰＥＧデータ圧縮に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＪＰＥＧは、委員会および標準を兼ねた
名前である。ＪＰＥＧはJoint Photographic Experts G
roupを表し、これは、ＪＰＥＧ標準を作成した委員会の
本来の名前でもある。ＪＰＥＧ標準は国際標準であり、
自然、現実世界の光景の、フルカラーまたはグレースケ
ールのいずれかの損失性の圧縮および無損失性の圧縮に
適用される。
【０００３】損失性(lossy)の画像圧縮は、人間の眼に
対する画像の外観に著しい影響を与えることなく、画像
データをできるだけ多く捨てようと試みることで圧縮す
る。無損失性(lossless)の圧縮は、画像データを全く捨
てることなく達成される圧縮である。
【０００４】ＪＰＥＧ標準は、静止した写真、自然描写
のアートワーク、および同様の素材（これらを、ここで
は一般的に「ピクチャー」と呼ぶ）について良く作用す
るが、レタリング、シンプルなマンガまたは線画（これ
らを、ここでは一般的に「テキスト」と呼ぶ）について
はあまり良く作用しない。合成画像は、ピクチャーおよ
びテキストの両方を含む画像である（これらを、ここで
はひとまとめに「画像」と呼ぶ）。場合によっては、合
成画像は、ピクチャー自身の中にテキストをも含むピク
チャーを有する。
【０００５】この標準は、コンピュータ業界で使用され
ている。ワールドワイドウェブ（World Wide Web）上で
一般に広まっているグラフィックスができるブラウザ
は、画像データフォーマットの特定の種類を読んだり書
いたりすることができるので、合成画像がウェブを横切
ってそのようなブラウザに送られても、画像を伸長して
表示する方法がブラウザにはわかっている。
【０００６】圧縮は、２つの主な理由から重要である。
第１は、記憶容量である。ハードドライブ上に多くの画
像があると、データを大きく圧縮できない限りハードド
ライブがすぐにいっぱいになってしまう。コンピュータ
は、固定サイズのバッファと限られたメモリを持ち、画
像はそれらに収まらなければならず、そうでなければ画
像をそれらに格納することができない。
【０００７】第２は、バンド幅である。データがブラウ
ザまたは電子メールを介して送られると、転送するのに
必要なビット数が多ければ多いほど多くの転送時間が必
要となる。たとえば、２８.８Ｋのモデムを使用する
と、ピクチャが完全に転送されるのを待つのに、３０分
かかることがある。５０対１の圧縮が達成できれば、上
記と同じピクチャーを約３０秒で完全に転送することが
でき、適切に圧縮されれば、受け手は、オリジナルと圧
縮されたものとの相違に気づかないであろう。
【０００８】フルカラー画像では、非圧縮データが、通
常ピクセルあたり２４ビットである。ＪＰＥＧは、目に
見える損失なく、ピクチャーについて典型的に１０対１
〜２０対１の圧縮を達成することができ、ピクセルあた
り１〜２ビットにまで減らすという効果的な記憶条件を
もたらす。これは、小さい色の変化は、明るさの小さい
変化ほどには正確に知覚されないという事実のためであ
る。小から中程度の欠陥を持ってもよければ、３０対１
〜５０対１の圧縮も可能であり、プレビューやアーカイ
ブ索引のような品質が非常に低くてもよい用途では、１
００対１の圧縮を十分実現することができる。
【０００９】グレースケールおよびモノクロ画像につい
ては、画像における明るさの変化が色相の変化に比べて
はっきり目に見えるので、そのような大きい圧縮比を得
るのが困難である。グレースケールのＪＰＥＧファイル
は、８ビット／ピクセル（すなわち、カラーデータの３
分の１の大きさ）においてさえ、非圧縮であるグレース
ケールデータと同様の視覚的品質のフルカラーＪＰＥＧ
ファイルに比べ、一般に約１０％〜２５％しか小さくな
い。可視的な損失のしきい値は、グレースケール画像に
ついては５対１ぐらいの圧縮であることが多い。
【００１０】異なる圧縮比を達成するよう予め決めるこ
とのできるいくつかの設定があるけれども、品質ファク
ターと呼ばれる１つのパラメータがあり、これは、画像
ごとにＪＰＥＧで定期的に適合され、１つのアクティブ
画像（active image）について１つの設定がある。品質
ファクターは、任意の相対的なスケールにおける１つの
数である。高品質ファクターは、比較的高品質の伸長さ
れた画像を提供するが、比較的大きいファイルを必要と
する。品質が低ければ低いほど、画像の近似が粗くな
り、圧縮が大きくなり、それに応じてより小さいファイ
ルサイズとなるのは当然であるが、伸長された最終的な
画像に、より多くの可視的な欠陥すなわちアーティファ
クトが現れる。一般的に、テキストは、ピクチャーに比
べて高めの品質ファクターにおいて著しい圧縮アーティ
ファクトを見せる。さらに、品質ファクターは、おおよ
その終端のファイルサイズしか与えない。
【００１１】したがって、画像圧縮の長く求められてき
た目標は、最大の圧縮を達成しつつ最大の知覚可能な画
質を維持することである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】合成文書がますます重
要になり始めてきているので、目標を達成するのが難し
くなってきている。現在のようにテキスト文書にピクチ
ャーを落とすことが可能になったのは最近になってのこ
とである。以前は、電子的な送信は、テキスト文書かピ
クチャー文書かのどちらかであった。今や、誰かがニュ
ースレターを作った場合、またはウェブサイトを設定し
た場合、合成画像を見ることがますます一般的になって
いる。人々は、いくつかのピクチャーをはめこみたいだ
けでなく、同時にテキストも持ちたいと欲する。そのた
め、合成文書は、それが写真複写をするだけにしろ、プ
リンタに送信するだけにしろ、またはインターネットを
介して転送するだけにしろ、より重要になってきてお
り、画像のより重要なものになってきている。
【００１３】また、合成文書について過去に開発されて
きた技術のほとんどが、知的所有権がらみの（標準では
ない）圧縮技術に基づいており、そのため、画像は特定
の企業の製品を使用してのみ伸長することができた。
【００１４】知覚的品質を高く維持しつつ、ファイルサ
イズを最小にすることができないということは、パフォ
ーマンス上好ましくない妥協となるであろうことが長く
知られてきたので、プロセスの改良が長い間求められて
きたが、当該技術分野の当業者には理解しにくいものに
なってきている。同様に、合成文書ではこの問題がより
重要になるであろうことが長く知られており、広く適切
な解決策が長い間求められてきた。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は、相互接続された変換器、量子化器およ
びエントロピー符号器を持つ画像符号化システムのため
の可変量子化装置であって、前記変換器および量子化器
に操作上接続され、前記変換器からの複数のデータブロ
ックに応答して、該複数のデータブロックのそれぞれに
ついて画像に関連した基準値(metric)を計算することに
より、前記変換器に入力されたデジタルピクセルデータ
の複数のブロックの特性を判断する可変量子化手段と、
前記可変量子化手段に接続され、それぞれの基準値につ
いて予め決められた損失性量子化ファクターを提供する
量子化ファクター手段とを備え、前記可変量子化手段
が、前記データブロックの基準値に基づいて前記複数の
データブロックのそれぞれに損失性量子化ファクターを
前記量子化器により適用させる手段を有し、量子化され
た複数のデータブロックを前記エントロピー符号器に提
供するという構成をとる。
【００１６】この発明は、離散コサイン変換（ＤＣＴ）
領域において、合成文書のピクチャー／テキストのセグ
メント化のための簡単な基準値を提供する。これによ
り、テキストのような高周波な内容の領域を、ピクチャ
ーより良い品質で圧縮することができ、ファイルサイズ
を最小にしつつ、全体の知覚的品質を改良する。基準値
は、離散コサイン変換の量子化された出力を使用して計
算される。ＪＰＥＧ符号器の他の部分からのいかなる情
報も必要としない。
【００１７】この発明は画像圧縮システムを提供し、こ
の画像圧縮システムを使用して、異なる適切な量子化フ
ァクターをピクチャーおよびテキストの小ブロックに適
用し、顕著な画像圧縮を提供することができる。
【００１８】さらに、この発明は、合成画像のテキスト
およびピクチャーを区別することのできる画像圧縮シス
テムを提供する。
【００１９】また、この発明は、ＪＰＥＧに準拠してい
ると同時に、バンド幅を犠牲にすることなく、テキスト
の品質維持を提供する。
【００２０】さらに、この発明は、現在のＪＰＥＧ標準
の最新の拡張機能に完全に準拠している画像圧縮システ
ムを提供する。
【００２１】この発明の上記および追加の有利な点は、
図と共に以下の詳細な説明を読むことより、当該技術分
野の当業者には明らかになるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１の従来技術を参照すると、デ
ジタルカメラ、スキャナ、プリンタ、画像サーバなどの
ベースラインＪＰＥＧ符号器システム１０が示される。
ＪＰＥＧ符号器システム１０は、１つのカラー成分の画
像のためのものである。カラー画像では、カラー成分の
それぞれについて１つのＪＰＥＧ符号器システムがあ
る。
【００２３】システム１０は、画像ピクセルすなわち入
力デジタル画像データを入力１２で受け取り、入力１２
は、離散コサイン変換器１４に接続されている。離散コ
サイン変換器１４は、最初に、入力デジタル画像データ
１２を、重なり合わないよう固定長の画像ブロック（通
常は８×８）に分割する。正規化のステップの後に、離
散コサイン変換器１４は、離散コサイン変換を適用する
ことにより、データ冗長度を減らし、それぞれの固定長
の画像ブロックを離散コサイン変換係数の対応するブロ
ックに変換する。この変換は、それぞれの固定長の画像
ブロックを、新しい周波数領域の画像ブロックとして周
波数領域に変換する。ブロックの第１の係数、すなわち
一番低い周波数係数はＤＣ係数であり、他の係数はＡＣ
係数である（たとえば、８×８のブロックでは、１個の
ＤＣ係数と６３個のＡＣ係数がある）。
【００２４】量子化テーブル１６は、離散コサイン変換
器１４に操作上接続される。量子化テーブル１６は、離
散コサイン変換係数のそれぞれのブロックに適用される
べき（ファクターに応じて変倍（スケール）された）損
失性の量子化ファクターを有する。１組のサンプルテー
ブルが、ＪＰＥＧ標準（ISO/IEC JTC1 CD 10918;ISO,19
93）の付録Ｋ（Annex Ｋ）で提供されている。これらの
テーブルおよびユーザー定義の品質ファクターは、実際
には圧縮比それ自体を提供しないが、画像劣化が知覚さ
れないように、所与の周波数領域係数について画質をど
のくらい下げることができるかを示すファクターを提供
する。
【００２５】テーブルが、様々な式から作られるという
ことを理解すべきである。参照テーブルを、ファクター
を提供する計算を実行することのできるサブルーチンで
置き換えることもできる。
【００２６】量子化器１８は、離散コサイン変換器１４
および量子化テーブル１６に接続され、それぞれの周波
数領域画像ブロックを、量子化テーブル１６の対応する
要素で除算し、量子化された離散コサイン変換出力を出
力する。
【００２７】エントロピー符号器２０は、量子化器１８
およびハフマンテーブル２２に接続される。エントロピ
ー符号器２０は、量子化器１８から出力を受け取り、ジ
グザグな順番でそれを並べ直す。その後、ジグザグ出力
は、エントロピー符号器２０のランレングス符号化を使
用して圧縮される。ここで、エントロピー符号器２０の
ランレングス符号化は、量子化された離散コサイン変換
出力のそれぞれのブロックの無損失性エントロピー符号
化である。この発明のエントロピー符号器２０は、算術
符号化を使用することもできるけれども、ここではハフ
マンテーブル２２のハフマンコードを使用する。ハフマ
ンコードは、量子化された離散コサイン変換係数全体に
おける類似性を利用する。ＪＰＥＧは、典型的なハフマ
ンテーブルを２セット有し、１つは輝度またはグレース
ケール成分のためのものであり、他の１つはクロミナン
スまたはカラー成分のためのものである。それぞれのセ
ットは、２つの別々のテーブルを持ち、一方はＤＣ成分
のためのものであり、他方はＡＣ成分のためのものであ
る。
【００２８】出力２４におけるエントロピー符号器２０
からのビットストリームは、ＪＰＥＧファイル２６であ
り、ＪＰＥＧファイル２６は、ヘッダー２８、テーブル
３０およびデータ３２を含む。テーブル３０は、データ
のそれぞれのブロックの処理に使用される固有な情報で
ある量子化テーブル１６およびハフマンテーブル２２の
情報を含み、これによりデータを適切に伸長することが
できる。データ３２は、圧縮されたブロックの形でエン
トロピー符号器２０からの出力を含み、圧縮されたブロ
ックのすべてのシーケンスにより、圧縮デジタル画像デ
ータが形づくられる。
【００２９】図２を参照すると、この発明の可変量子化
をサポートするＪＰＥＧ符号器システム５０が示され
る。システム５０は、ＪＰＥＧパート３標準に準拠して
いる。図１と同じ要素には、図２においても同じ番号が
与えられている。このように、システム５０は、入力デ
ジタルデータ１２を離散コサイン変換器１４に受け取
り、離散コサイン変換器１４は量子化器１８に接続され
る。
【００３０】量子化テーブル１６は乗算接合５２に接続
され、乗算接合５２は量子化器１８に接続される。ま
た、乗算接合５２に接続されるのは、可変量子化サブシ
ステム５４であり、可変量子化サブシステム５４は、エ
ントロピー符号器２０にも接続される。
【００３１】エントロピー符号器２０は、量子化器１８
およびハフマンテーブル２２に接続される。出力２４に
おけるエントロピー符号器２０からのビットストリーム
は、ヘッダー２８、テーブル３０およびデータ３２を含
むＪＰＥＧファイル２６である。テーブル３０は、量子
化テーブル１６およびハフマンテーブル２２からの圧縮
に関連した情報を含み、これをＪＰＥＧ伸長システム
（図示せず）が使用することにより、エントロピー符号
器２０からのデータ３２が伸長される。可変量子化サブ
システム５４からの量子化スケールファクターは、エン
トロピー符号器２０によりデータ３２に取り入れられ
る。
【００３２】図３を参照すると、離散コサイン変換器１
４に操作上接続される可変量子化サブシステム５４が示
される。離散コサイン変換器１４は、可変量子化サブシ
ステム５４の量子化器５８に接続される。量子化器５８
は、量子化テーブル５６に接続され、量子化テーブル５
６は、アクティビティ基準値（activity metric）に関
連するファクターである。量子化器５８は、量子化器１
８と同じである。簡単にするため、アクティビティ基準
値の量子化テーブル５６は、符号器の量子化テーブル１
６と同じものであるが、このことが必要なわけではな
い。
【００３３】さらに、量子化器５８はアクティビティコ
ンピュータ６０に接続され、以下に説明するようなアク
ティビティ基準値「Ｍi」を計算する。アクティビティ
コンピュータ６０は、スケールコンピュータ６２に接続
され、後で説明するように「qscale(ｑスケール)」を計
算する。スケールコンピュータ６２は乗算接合５２に接
続され、乗算接合５２には量子化テーブル１６が接続さ
れる。図２にも見られるように、乗算接合５２だけでな
く離散コサイン変換器１４も量子化器１８に接続され
る。
【００３４】図１の従来技術のベースラインＪＰＥＧ符
号器システム１０における操作において、画像ピクセル
は、重なり合わない８×８のブロックに分割され、ここ
でＹiは、ｉ番目の入力ブロックを示す。この分割は、
テキストを有するピクチャーだけでなく、テキスト、ピ
クチャーおよび合成画像を含むすべての画像に適用され
る。正規化ステップの後で、それぞれのブロックが、離
散コサイン変換を使用して周波数領域に変換される。
【００３５】数学的に、ＪＰＥＧはその処理で離散コサ
イン変換を使用する。周波数領域における離散コサイン
変換は、画像が自身の鏡像を作るとの前提に基づいてい
る。これにより、高周波のスパイクなしの（高周波スパ
イクは、非常に圧縮しにくいので）滑らかな遷移が保証
される。滑らかに変化する関数ならば、高周波は非常に
ゼロに近い。
【００３６】上記ステップの出力は新しい８×８マトリ
クスＹiである。次に、Ｙiのそれぞれの要素を、符号量
子化テーブルＱeの対応する要素で除算する。これをＱe
[j,k]とすると、
【数１】
【００３７】ベースラインＪＰＥＧ符号器システム１０
では、１組の量子化テーブル１６が、画像全体について
使用される。「コンパウンド1 ISO（cmpnd１ISO）」の
試験画像では、画像全体が、５１２ピクセル×５１３ピ
クセルである。
【００３８】量子化の後、量子化された離散コサイン変
換器１４の出力を、ラスターまたはジグザグの順に並べ
直し、エントロピー符号器２０のハフマンテーブル２２
を使用する無損失性エントロピー符号化であるランレン
グス符号化を使用して圧縮される。ＪＰＥＧ標準による
と、それぞれのカラー成分の量子化テーブルを、ＪＰＥ
Ｇファイル２６のヘッダーテーブル３０に定義すること
ができる。エントロピー符号器２０の出力は、圧縮画像
を形づくる圧縮されたブロックのシーケンスであり、標
準ＪＰＥＧ伸長システムは、この圧縮画像を伸長するこ
とができる。
【００３９】操作中、図２に示されるこの発明の可変量
子化ＪＰＥＧ符号器システム５０は、ＪＰＥＧ補足標準
（IS0/IEC JTC1 CD 10918;ISO,l993）を使用する。この
標準は、可変量子化をサポートするよう拡張されてい
る。可変量子化のもとでは、最初の（オリジナルの）量
子化マトリクスの値を、８ピクセル×８ピクセルと同じ
くらい小さいピクセルの小ブロックについて変倍しなお
すことができる。通常、量子化マトリクスは画像全体に
ついて同じままであるが、付属標準は、これらの変更を
ブロックごとに許容する。この変更は、出力において適
切なビット数を得るというレート制御問題のため、本質
的に設計される。ブロックが変更されると、その情報を
ビットストリームに入れることができ、受け手側の復号
器が、後にそれを展開することができるようにする。こ
うして、さまざまなスケーリングファクターに、データ
のビットストリームの一部として符号化される。原則と
して、可変量子化は、ＪＰＥＧ拡張の初期の目的である
より良いレート制御、すなわちより効率的な符号化を可
能にする。
【００４０】最新のＪＰＥＧ拡張が可変量子化のサポー
トについてシンタックスを提供したとしても、スケーリ
ングファクターを規定する実際の方法はアプリケーショ
ン依存であり、ＪＰＥＧ付属標準の一部ではない。
【００４１】この発明は、合成画像の可変量子化を可能
にする。図２のＪＰＥＧ符号器システム５０は、入って
くるデータにおいて、どのくらい速くピクセルが変化し
ているかを測定することにより、文書のテキスト部分と
イメージ部分とを自動的に検出する。白い背景上の黒い
テキストは、非常に小さいブロックのピクセル内でさえ
黒から白および白から黒に急速に変化する。ピクチャー
のピクセルは、たとえば人間の顔の画像のように、色の
グラデーション（色調）が非常にゆっくりと変化する。
【００４２】ＪＰＥＧ標準では、量子化は変換された領
域で行われ、直接ピクセルについては行われない。ピク
セルは、線形マトリクス変換（離散コサイン変換）を介
して周波数領域の表現に変換され、量子化は周波数領域
で実行される。また、周波数成分を判断して特定のブロ
ックがどのくらいアクティビティかを知ることができる
のも、周波数領域においてである。使用される数式は、
「アクティビティ基準値（active metric）」を提供す
る。このアクティビティ基準値が大きくなればなるほ
ど、より多くのものが８×８ブロック内で変化している
ということがわかる。
【００４３】また、離散コサイン変換は、実数を得て、
量子化することのできる実数にそれらを変換するという
有利な点を持つ。この領域では、ブロックに実際にある
データを表すのにどれくらい多くのビットが必要かを大
まかに予測することが可能である。
【００４４】０〜１５の間のいずれの数というように所
与の数を表すため、最大の数を得て、これの"底が２"の
対数により、必要なビット数が提供される。この場合に
は、１と１５の間のいずれの数も４ビットで表すことが
できるので、４となる。
【００４５】こうして、実数の絶対値をとり、それら
の"底が２"の対数をとることにより、それぞれについて
必要なビット数が示され、それらを合計することによ
り、ブロック全体のデータを表すのに必要なビット数が
提供される。この数は、多くのアクティビティがある場
合には多くの周波数成分が"大"であるので非常に大きく
なり、また、画像がゆっくりと変化する場合には高周波
がすべてゼロに近いので非常に小さくなる。
【００４６】ブロックまたはマクロブロック（１６×１
６のブロック）の離散コサイン変換のアクティビティに
基づいて、量子化を自動的に適合するよう量子化スケー
リングファクターが抽出され、テキストブロックが、イ
メージブロックより高品質で圧縮されるようにする。当
該技術分野の当業者ならば、圧縮が大きすぎると、ぼけ
たり、鳴りひびくアーティファクト（エッジ周りの波打
ち(ripple)）を持ったりする鮮鋭なエッジのために、Ｊ
ＰＥＧ圧縮に対してテキストがより敏感であるというこ
とを承知しているであろう。同時に、画質において人間
の目で知覚される差に劇的な影響を与えることなく、画
像を大きく圧縮することができる。
【００４７】ブロックのアクティビティを測定するのに
多くの方法がある。離散コサイン変換のアクティビティ
を判断する１つの方法は、Ｙi[j,k]が離散コサイン変換
のｉ番目の出力ブロックを示すようにし、Ｙi[0,0]がｉ
番目のブロックのＤＣ成分を示すようにすることであ
る。この発明では、アクティビティコンピュータ６０
は、以下のアクティビティ基準値を使用する。
【００４８】
【数２】
【００４９】ここで、累和計算が、Ｙi[0,0]を除くＹi
[j,k]マトリクスのすべての要素について実行される。
（上記の式は、log2関数の変数が常にゼロより大きいと
する）。
【００５０】この基準値の背後にある動機づけは、次の
事実に基づいている。（ａ）ＪＰＥＧは、離散コサイン
係数の符号化について、差分符号化を用いる。（ｂ）Ｄ
Ｃ変換係数を符号化するのに必要なビット数は、その大
きさの"底が２"の対数に比例する。この式は、離散コサ
イン変換係数のサイズまたは連（run；ラン）／サイズ
のいずれかのハフマン符号化に必要な追加の符号化ビッ
トを考慮しない（考慮する必要がない）。これらのビッ
ト数は、ゼロでない係数あたり２〜１６の範囲に及ぶ。
ゼロでない係数あたり平均ｃビットがこのために必要だ
とすると、以下の方法を使用して、Ｍi（および全体の
ビットレート）をより正確に計算することができる。
【００５１】
【表１】 実験では、ｃ＝４である。
【００５２】アクティビティ基準値を定義した後、次の
ステップは、アクティビティ測定値と量子化スケールの
間の関係を定義することである。
【００５３】「コンパウンド１ ISO」試験画像は、コン
ピュータ生成されたテキスト、写真タイプのカラーイメ
ージ、およびイメージ内にコンピュータ生成されたテキ
ストを持つ標準の合成画像として使用される。上半分は
テキストであり、下半分はカラーイメージである。これ
は、画像全体で５１２ピクセル×５１３ピクセルであ
り、1,056個のマクロブロック（１６×１６のピクセル
ブロック）がある。カラーイメージの部分は、およそ５
０８番目のマクロブロックから開始する。
【００５４】ISO試験画像の輝度マクロブロックのそれ
ぞれについて、アクティビティコンピュータ６０で計算
されるアクティビティ基準値の値Ｍiは、画像のテキス
ト領域において高めである。しかし、Ｙiの量子化され
た値すなわちＹQM,iを用いてＭiが計算されるならば、
イメージおよびテキスト領域の間の区別がいっそう良く
なる。量子化テーブル５６および１６の量子化マトリク
スＱMおよびＱeは、ＪＰＥＧ標準の付録Ｋで提供される
ものと両方ともそれぞれ同じであり、1.2より大きいア
クティビティ値は、画像のテキスト領域に対応する。２
つの量子化テーブル５６および１６は異なるものでもよ
いということは理解すべきである。実験では、ISO試験
画像のＭiの値の範囲が、他の試験画像から得られた値
の範囲と一致することがわかった。
【００５５】基本的に、量子化は、基準値に反比例して
変化する。より高い基準値がより高いアクティビティを
意味するならば、より小さい率で変倍して、よりきめ細
かく量子化し、すなわちより小さい率で圧縮する。ま
た、非常に小さい基準値なら、より粗く量子化を変倍
し、すなわちより大きい率で圧縮するようにする。なぜ
なら、非常に小さい基準値ならば、画像が平滑ブロック
であり、量子化の程度を変えても知覚されないので、ど
のくらい量子化するかは問題でないからである。
【００５６】スケールコンピュータ６２の出力は「qsca
le」であり、これは、最初の量子化マトリクスのＡＣ値
を変倍するのに使用されるパラメータを示し、qscale＝
0.5という値は、テキストの圧縮について十分許容する
ことができる。一方、２より大きいqscale値は、画像上
に深刻な濃淡のむらがあるアーティファクトを生じるこ
とがある。容易に実現するため、以下の式のように、qs
caleおよびアクティビティ基準値（Ｍi）の間の線形で
あるが有界である関係が良い。
【００５７】
【数３】
【００５８】ここで、ａおよびｂは定数であり、所望の
出力品質および圧縮比に基づいて定められる。ａおよび
ｂを定める１つの方法は、以下のごとくである。ｍl
は、qscale＝１についてのアクティビティ基準値の値Ｍ
iを示す。ｍuは、qscale＝０．５についてのＭiの値を
示す。２つの未知数を持つ以下の２つの式を解く。
【００５９】
【数４】
【００６０】たとえば、ｍl＝0.6でｍu＝1.2ならば、ａ
＝−0.83であり、ｂ＝1.498である。ｍlおよびｍuの選
択は、以下のように圧縮比に影響する。ｍlが増加する
と、事実上より多くのブロックがqscale＞１で量子化さ
れる。こうして、圧縮は改良されるが、画質は低下する
ことがある。ｍuが増加すると、qscale＝0.5で量子化さ
れるブロック数が減少する。よって、テキストの品質が
低下するが、圧縮比は改良される。
【００６１】可変量子化方法を示す図３の可変量子化サ
ブシステムでは、ＱM量子化マトリクスがＱeと同じであ
るが、常にこうとは限らない。たとえば、ＱMはＪＰＥ
Ｇ標準の付録Ｋと同じで、Ｑeはカスタム（特化した）
量子化テーブルであってもよい。
【００６２】上記の基準値を使用して、ISO試験画像の
上部のテキスト領域は、高周波アクティビティ領域とし
て識別され、また下半分にあるカラーピクチャーの内側
のテキストも、同じように識別される。
【００６３】qscaleは乗算接合５２に提供され、量子化
テーブル１６から量子化器１８へのＱeを制御する。
【００６４】上記説明したのと同じ方法を使用し、同じ
スケーリングファクターを使用する輝度テーブルからク
ロマ(chroma)量子化テーブルを独立して適合することが
できるということを理解すべきである。
【００６５】標準として、ＪＰＥＧそれ自身は、色につ
いてなすべきことを何も規定していない。しかし、一般
的に行われるのは、カラー画像を輝度およびクロミナン
ス表現に変換して、それが、カラフルさを表す２つの他
の成分で画像の明るさを示すようにする。人間の眼が輝
度に対してより敏感であることがわかる。赤から橙への
ゆっくりとした遷移対シャープな遷移は気づくことさえ
できないだろうが、輝度のゆっくりした遷移対シャープ
な遷移は「ボケ」として目立つであろう。この発明で
は、アクティビティ基準値を輝度成分についてのみ計算
して計算を節約し、クロミナンスを同じ方法で変倍す
る。通常、合成文書が白の背景上に黒のテキストを持
ち、色におけるエラーが特に目立つので、クロミナンス
についても合理的に作用することがわかる。それぞれの
文字の周りの小さい赤い縞がすぐに現れるだろうが、画
像ではほとんど見えないであろう。
【００６６】当該技術分野の当業者なら理解するよう
に、この発明は、離散成分の観点から説明してきたが、
ソフトウェアまたは専用の集積回路においても実行する
ことができる。
【００６７】この発明を、特定の好ましい実施形態と一
緒に説明してきたが、前述の説明を鑑みれば、当該技術
分野の当業者には多くの代替、改良および変更が明らか
であろう。したがって、特許請求の範囲の精神および範
囲内におさまるこのような代替、改良および変更を含む
ことを意味する。ここで説明したすべてのことがら、ま
たは図に示されるすべてのことがらは、例示であって制
限を意味するものではないと解釈されるべきである。
【００６８】この発明は、例として次の実施態様を含
む。
【００６９】（１）相互接続された変換器(14)、量子化
器(18)およびエントロピー符号器(20)を持つ画像符号化
システムのための可変量子化装置(50)であって、前記変
換器および量子化器に操作上接続され、前記変換器から
の複数のデータブロックに応答して、該複数のデータブ
ロックのそれぞれについて画像に関連した基準値を計算
することにより、前記変換器に入力されたデジタルピク
セルデータの複数のブロックの特性を判断する可変量子
化手段(54)と、前記可変量子化手段に接続され、それぞ
れの基準値について予め決められた損失性量子化ファク
ターを提供する量子化ファクター手段(16)とを備え、前
記量子化器が、前記データブロックの基準値に基づいて
前記複数のデータブロックのそれぞれに損失性量子化フ
ァクターを適用し、量子化された複数のデータブロック
が前記エントロピー符号器(20)に提供されるようにする
手段(58)を、前記可変量子化手段が有する可変量子化装
置。
【００７０】（２）前記可変量子化手段(54)が、スケー
リング手段(62)を含み、前記複数のデータブロックのそ
れぞれについて前記基準値をスケーリングし、画像の予
め決められた種類の基準値については低い損失性量子化
ファクターを提供し、画像の他の予め決められた種類の
基準値については、高い損失性量子化ファクターを提供
する上記（１）に記載の可変量子化装置。
【００７１】（３）前記可変量子化手段が、予め決めら
れたデータブロックについて予め決められた損失性量子
化ファクターを提供する量子化テーブル(56)と、前記変
換器および量子化テーブルに接続され、前記複数のデー
タブロックのそれぞれに損失性量子化ファクターを適用
し、前記複数のデータブロックのそれぞれについて前記
基準値を計算する量子化器(58)を備える上記（１）に記
載の可変量子化装置。
【００７２】（４）前記量子化テーブル、前記可変量子
化手段および前記量子化器に接続され、前記基準値の関
数である損失性量子化ファクターを、前記複数のデータ
ブロックのそれぞれに適用する乗算手段(52)を備える上
記（１）に記載の可変量子化装置。
【００７３】（５）前記可変量子化手段(54)が、
【数５】 により画像アクティビティ基準値として前記基準値を計
算し、該式のＹi[j,k]は変換器により出力されるｉ番目
のブロック要素を示し、該式のＹi[0,0]はｉ番目のブロ
ックの変換されたＤＣ成分を示すようにする上記（１）
に記載の可変量子化装置。
【００７４】（６）前記可変量子化手段がスケーリング
手段(62)を含み、該スケーリング手段が、周波数データ
として前記変換器により提供される複数のデータブロッ
クのそれぞれについて、アクティビティ基準値として前
記基準値を変倍し、低いアクティビティ基準値に対する
高い損失性量子化ファクターよりも比例的に小さい低い
損失性量子化ファクターを、高いアクティビティ基準値
に対して提供することにより、
【数６】 に従って、画像のある種類が高品質で圧縮され、画像の
他の種類が低品質で圧縮され、該式のａおよびｂが、前
記アクティビティ基準値の予め決められた関数である上
記（１）に記載の可変量子化装置。
【００７５】（７）前記デジタルピクセルデータのブロ
ックが８×８ピクセルである上記（１）に記載の可変量
子化装置。
【００７６】
【発明の効果】テキストのような高周波領域を、ピクチ
ャーに比べて良い品質で圧縮することができ、ファイル
サイズを最小にしつつ、全体の知覚的品質を改良するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のベースラインＪＰＥＧ符号器の概要
図。
【図２】可変量子化をサポートするＪＰＥＧパート３の
符号器の概要図。
【図３】この発明の可変量子化サブシステムの概要図。
【符号の説明】
１４ 離散変換器 １６ 量子化テーブル １８ 量子化器 ２０ エントロピー符号器 ５４ 可変量子化手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル・アール・トゥリッター アメリカ合衆国94040カリフォルニア州マ ウンテン・ビュー、ラサン・ストリート 1990、ナンバー 18

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】相互に接続された変換器、量子化器および
    エントロピー符号器を持つ画像符号化システムのための
    可変量子化装置であって、 前記変換器および量子化器に操作上接続され、前記変換
    器からの複数のデータブロックに応答して、該複数のデ
    ータブロックのそれぞれについて画像に関連した基準値
    を計算することにより、前記変換器に入力されたデジタ
    ルピクセルデータの複数のブロックの特徴を判断する可
    変量子化手段と、 前記可変量子化手段に接続され、それぞれの基準値につ
    いて予め決められた損失性量子化ファクターを提供する
    量子化ファクター手段とを備え、 前記量子化器が、前記データブロックの基準値に基づい
    て前記複数のデータブロックのそれぞれに損失性量子化
    ファクターを適用し、量子化された複数のデータブロッ
    クが前記エントロピー符号器に提供されるようにする手
    段を、前記可変量子化手段が有する可変量子化装置。
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