JP2005525006A - 複数スキャンを使用する変換係数圧縮 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 デジタル画像は、ピクセルの配列を含む。空間領域において、各ピクセルを、nビットワードで表す。RGB色空間を表す典型的な24ビットワードにおいて、たとえば、8ビットは赤成分を表し、8ビットは緑成分を表し、8ビットは青成分を表す。デジタル画像を、空間領域から周波数領域に変換する(110)。離散コサイン変換を使用して、空間領域のピクセルのブロックを周波数領域のDCT係数のブロックに変換することができる。たとえば、8×8ブロックのピクセルを8×8ブロックのDCT係数に変換することができる。変換係数のブロックに対し非可逆圧縮を実行する(112)。たとえば、DCT係数を量子化することができる。量子化は、DCT係数を四捨五入してゼロ値と非ゼロ値とにする。
Description
コンピュータに大きいデータファイルを格納するコストを低減するとともに、コンピュータ間で大きいデータファイルを送信する時間を低減するために、データ圧縮が使用される。
いわゆる「変換方法」において、データは、周波数領域においてデータを表現する係数に変換される。
係数を、量子化された係数から復元されるデータの品質に著しく影響を与えることなく量子化することができる(非可逆圧縮)。
そして、係数における冗長性を、復元されたデータの品質に影響を与えることなく低減または削除することができる(可逆圧縮)。
変換の1つの種類は、離散コサイン変換である。
DCTは、画像情報の大部分をわずかな数の係数にする。
圧縮を得るために、係数の大部分をより小さいビットサイズに量子化することができる。
APOSTROPOULOS J: "Position Dependent Encoding", Proceedings of the international conference on acoustics, speech and signal processing. Adelaide, April. 19-22, 1994, New York, IEEEE US, vil. Conf. 19, 19 April 1994 (1994--4-19), pages V-573-V-576, XP000533778 ISBN: 0-7803-1776-9
しかしながら、DCT係数に対し可逆圧縮を実行することは、費用がかかり複雑である可能性がある。
本発明の一態様によれば、デジタル画像の周波数領域表現の変換係数ブロックを、そのブロックの少なくとも3つの異なる領域に対しスキャンを実行することによって処理する。
本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を例として示す添付図面に関連して、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
例示の目的で図面に示すように、本発明を、デジタル画像を圧縮する方法において実施する。
本方法は、特に、テキストならびに水平および垂直エッジを有する他の形状を含むデジタル画像を圧縮するのに効率がある。
本方法を、テキストおよびグラフィックスのために別々のパイプラインを有するプリンタおよび他の機械によって使用することができる。
しかしながら、本方法は、DCT変換に限定されない。
本方法を、ウェーブレットベースの変換およびエネルギーが集中する(たとえば、低周波数成分におけるエネルギーの大部分)他の変換と使用してもよい。
デジタル画像は、ピクセルの配列を含む。
空間領域において、各ピクセルを、nビットワードで表す。
RGB色空間を表す典型的な24ビットワードにおいて、たとえば、8ビットは赤成分を表し、8ビットは緑成分を表し、8ビットは青成分を表す。
離散コサイン変換を使用して、空間領域のピクセルのブロックを周波数領域のDCT係数のブロックに変換することができる。
たとえば、8×8ブロックのピクセルを8×8ブロックのDCT係数に変換することができる。
たとえば、DCT係数を量子化することができる。
量子化は、DCT係数を四捨五入してゼロ値と非ゼロ値とにする。
図2は、DCT係数の8×8ブロック210を示す。
DC係数は、左上角にあり、周波数は、右下角に向かって増大する。
典型的に、量子化されたより高い周波数係数はゼロに等しくなる。
各変換係数ブロックの3つの異なる領域に対し、スキャン212、214および216を実行する(116)。
第1の領域は、変換係数ブロック210の対角線に沿って位置するそれらの係数を含み、第1のスキャン212はそれらの係数をカバーする。
第2の領域は、第1の領域の上にあるそれらの係数を含み、第2のスキャン214はそれらの係数をカバーする。
第3の領域は、第1の領域の下にあるそれらの係数を含み、第3のスキャン216はそれらの係数をカバーする。
第2のスキャン214(第2の領域の係数をカバーする)は、水平エッジをカバーする傾向があり、第3のスキャン216(第3の領域の係数をカバーする)は、垂直エッジをカバーする傾向がある。
通常、DC係数は別個に符号化されるためスキャンされない。
好ましくは、各スキャン212、214および216は、同じ数の係数をカバーする。
図2に示す8×8ブロックの変換係数では、各スキャン212、214および216は、21個の係数をカバーする。
さらに、各ブロックのスキャンを、別々に符号化する。
たとえば、DC係数を符号化して出力ビットストリームに追加し、第1のスキャン212によってカバーされる係数を符号化してビットストリームに追加し、次いで第2のスキャン214によってカバーされる係数を符号化してビットストリームに追加し、次いで第3のスキャン216によってカバーされる係数を符号化してビットストリームに追加する。
符号化により、画像情報を低減することなくビットの数が低減する。
符号化を、多数の方法で実行することができる。
例として、各スキャンにおける係数を、従来のハフマン符号化によって符号化した後にランレングス符号化によって符号化され、または、エントロピー符号化または算術符号化によって符号化されることができる。
図3はさらに別の符号化方法、すなわちコンテキストベースの符号化を示す。
コンテキストベースの符号化は、スキャンにおける係数が典型的には異なる分布を有することになるという仮説に基づく。
コンテキストベースの符号化は、異なる分布に異なるコードブックを割り当てる。
たとえば、第1のコードブックを、ゼロを中心とする狭い分布を表示する係数に割り当て、異なるコードブックを、ゼロを中心とする広い分布を表示する係数に割り当てる。
この手法は、異なる分布に対して同じコードブックを使用するより効率的になる傾向がある。
DC係数を符号化しビットストリームに追加する(312)。
すべてのスキャンにおけるすべての係数がゼロに等しい場合(314)、それを示す特別なシンボルをビットストリームに追加し(316)、符号化を終了する。
すべてのスキャンのすべての係数がゼロに等しくはない場合(314)、それを示す特別なシンボルをビットストリームに追加し(318)、第1のスキャンを検査する(326)。
そして、スキャンにおける係数を、逆の順序で、すなわちスキャンにおける最後の非ゼロ係数から最初の係数に向かって処理する(322)。
スキャンがすべてゼロ係数を含む場合、最後の非ゼロ係数の位置をゼロとして符号化してもよく、いずれの係数も処理しない。
すべてのスキャンが符号化される(324)まで別のスキャンを検査する(326)。
n番目の係数を使用して、n−1番目の係数に対し複数のコードブックのうちの1つを選択し、選択されたコードブックを使用してn−1番目の係数に対するコードワードを提供する。
各係数のパス長および大きさを符号化してもよい。
n−1番目の係数に対応するコードワードをビットストリームに追加する。
すなわち、153、−41、−8、−1、−1、1、0、1、0、0、…、0、0である。
ここで、コードブックを割り当てる以下のルールを考える。
すなわち、コードブックc0を0に先立つ係数に割り当て、コードブックc1を±1に先立つ係数に割り当て、コードブックc2を±2に先立つ係数に割り当て、コードブックc3を±3または±4に先立つ係数に割り当て、コードブックc4を±5または±6または±7または±8に先立つ係数に割り当て、コードブックc5を他のすべての係数に割り当てる。
下の表1に示すようにコードブックを割り当てる。
153に対するコードワードをコードブックc5から取得し、−41に対するコードワードをコードブックc4から取得し、−8に対するコードワードをコードブックc1から取得する、等である。
複数のカラーチャネル(たとえば、RGB、YUV)を有するカラーデジタル画像の場合、本方法を各カラーチャネルに対して実行する。
結果は、ブロック毎に9つのスキャンであり、それらは別々に符号化される。
輝度チャネルからのコンテキストを使用して、クロミナンスチャネルを符号化することができる。
輝度値が0である場合、クロミナンス成分もまたゼロであると仮定してもよい。
ビットストリームを周波数領域係数に復号化し(410)、各変換係数ブロックの少なくとも3つの異なる領域に復号化した周波数領域成分を充填することにより周波数領域表現を生成し(412)、周波数領域表現に対し逆変換を実行する(414)ことによって、デジタル画像を復元する。
図5は、上述した圧縮および復元方法の一方または両方を実行する機械510を示す。
機械510は、プロセッサ512とメモリ514とを含む。
メモリ514は、実行時に、プロセッサ512に対し上述したようにデジタル画像を圧縮または復元させるプログラム516を格納する。
このため、圧縮方法は、ジグザグ形状を有する3つのスキャンパターンに限定されない。
スキャンパターンの形状を、デジタル画像の特性に従って選択することができる。
異なるスキャンは、異なる数の変換係数をカバーしてもよく、あるいは同じ数の係数をカバーしてもよい。
しかしながら、スキャンの数が増大することにより、各スキャンの係数の数が低減する。
他のサイズのブロックを使用してもよい。
代りに、本発明は、特許請求の範囲に従って解釈される。
212,214,216・・・スキャン、
Claims (10)
- デジタル画像の周波数領域表現を処理する装置(510)であって、
前記周波数領域表現の少なくとも1つのブロック(210)の少なくとも3つの異なる領域に対しスキャン(212、214、216)を実行するプロセッサ(512)
を具備するデジタル画像の周波数領域表現を処理する装置。 - 前記スキャン(212、214、216)は、同じ数の係数をカバーする
請求項1に記載のデジタル画像の周波数領域表現を処理する装置。 - 前記領域は、前記画像の特性に従って選択される
請求項1に記載のデジタル画像の周波数領域表現を処理する装置。 - 前記領域は、前記画像のエッジに対して最適化される
請求項1に記載のデジタル画像の周波数領域表現を処理する装置。 - 前記領域は、オーバラップしない
請求項1に記載のデジタル画像の周波数領域表現を処理する装置。 - 第1のスキャン(212)が第1の領域に対して実行され、第2のスキャン(214)が第2の領域に対して実行され、第3のスキャン(216)が第3の領域に対して実行され、前記第1の領域はブロックの対角線に沿い、前記第2および第3の領域は前記第1の領域の反対側にある
請求項1に記載のデジタル画像の周波数領域表現を処理する装置。 - 各領域においてジグザグスキャンが実行される
請求項1に記載のデジタル画像の周波数領域表現を処理する装置。 - 前記プロセッサ(512)はまた、前記スキャン(212、214、216)によってカバーされる係数を符号化し、該スキャン(212、214、216)は別々に符号化される
請求項1に記載のデジタル画像の周波数領域表現を処理する装置。 - 各スキャン(212、214、216)に対し、最後の非ゼロ係数が見つけられ、前記係数は、該最後の非ゼロ係数から最初の係数に向かって逆の順序で符号化される
請求項8に記載のデジタル画像の周波数領域表現を処理する装置。 - 前記プロセッサ(512)は、前記係数に対するコードワードを選択するために異なるコードブックから選択し、
n番目の係数に対するコードブックは、前記スキャン(212、214、216)におけるn−1番目の係数に従って選択される
請求項9に記載のデジタル画像の周波数領域表現を処理する装置。
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