JP2006340300A - 信号処理方法及び信号処理装置、並びに信号処理プログラム及び情報記録媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】市松配列状に画素を間引いて被圧縮データ量を減らし、画像の圧縮・伸長処理を高速かつ低コストで実現する信号処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】 画像データの圧縮処理と伸長処理とを行うための信号処理方法であって、行方向及びこれと直交する列方向に正方配列された複数の画素からなる画像データを市松配列状に間引いた間引きデータを生成し、この間引きデータの行方向及び列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列をそれぞれ生成し、これら第1正方配列と第2正方配列に対してそれぞれ画像圧縮処理を行うようにした。
【選択図】 図1

Description

本発明は、入力画像データの画像圧縮処理や、圧縮画像データの伸長処理を行う信号処理方法及び信号処理装置、並びに信号処理プログラム及び情報記録媒体に関する。
従来より、デジタル画像データに対してサービスを提供する様々なシステムが出現している。例えば、ネガフィルムをスキャナでスキャンして得たもの、デジタルカメラにより撮影して得たものなどのデジタル画像データの保存、管理を行うシステムや、こうしたデジタル画像データをネットワークを介して伝送するシステム等、各種のサービスが提供されている。
図10は従来の静止画像伝送装置の送信側装置のプロック図である。図10に示す静止画画像伝送装置は、従来のホームページ閲覧や、テレビ電話などのデジタル画像データの伝送サービスに関する一例を示したもので、デジタル画像データの圧縮方式として一般に知られているJPEG(Joint Photographic Experts Group)方式を用いた画像データの伝送技術の改善に関するものである。
まず、デジタル画像作成手段101において、CCD等の撮像手段やハードディスク等の記録媒体に蓄積されているデジタル画像データを入力して、輝度信号、色差信号の8ビットデータに変換する。次の画像分割圧縮手段102では、作成したデジタル画像データに対してJPEG圧縮処理を行うためのブロック分割として、周知の8×8画素の正方配列のブロック単位で1画面を複数ブロックに分割する。分割結果として1画面=n行×m列のブロック数に分割され、1ブロックは8×8画素の正方配列となる。こうして分割された単位ブロック毎の8×8画素に対して、まず、DCT変換を行う。DCT変換は周知のように、8×8画素の原画像データを転置コサイン係数行列とコサイン係数とを用い、行列演算を行って空間座標軸より周波数座標軸に変換して低周波、高周波成分に分離するものである。
更に、画像分割圧縮手段102では、n×mブロックの1画面を2枚作成する。作成した2枚の分割画面A、Bに対して、図11(a),(b)に示すような、市松模様となるブロックの間引き処理を行う。間引き処理は、例えば、分割画面Aの場合はブロックが奇数行且つ奇数列の場合は通常の量子化を行い、奇数行且つ偶数列の場合はDC係数のみ量子化してAC係数は0とする等の操作を行う。例えば図11(a)に示す分割画面Aの場合は、白抜きのブロックが通常の量子化のブロックで、斜線のブロックが0のブロックとなり、市松配列状に間引きされる。ちなみに周知の量子化演算は、DCT演算された正方配列の係数行列を、正方配列の量子化テーブルにより除算して、行列左上の低周波成分を精細に、右下の高周波成分を粗く量子化するもので、この場合のもう一つの量子化は左最上端のDC係数のみを量子化して他のAC係数は全て0とするものである。この2つの量子化による間引きはA、B2枚の画面について行い、図11(a),(b)のような分割画面A、Bを作成する。量子化により間引き処理された画像データは、ハフマン符号化などにより符号化処理されて、JPEG圧縮データとして画像データ送信手段103より出力される。
このように圧縮処理された画像データをインターネット等の伝送路104を介して受信する場合は、分割画面A、BをID情報に基づき白抜きブロックを抽出し、元の1枚の画面に合成してから伸長手段によりJPEG圧縮の逆変換を行い復号して表示させる(特許文献1参照)。
特開平11−261824号公報
しかしながら、更なる画像の圧縮・伸長を高速・低コストで行うためには、静止画圧縮等の圧縮処理を行う前の画素の段階で被圧縮データ量を減らすことが有効な手段であるが、画素データを減らす場合に単純に縦横方向に間引くと縦横方向の解像度が低下するので画質への影響が大きいという欠点がある。一方、市松状に間引けば縦横方向の解像度低下は改善され画質への影響の少ないが、市松状に画素データを間引いているために量子化テーブルによる量子化演算等の正方配列の演算が不可能となる。従って、画面をブロックに分割しない圧縮の場合も、特許文献1のように8×8画素のブロック単位に画面を分割する場合も、事前に画素間引きが行われると画素配列が正方配列とならないために圧縮演算が不可能となり、圧縮処理ができないという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、画質を低下させずに被圧縮データ量を減らした上で画像圧縮を可能にして、画像の圧縮・伸長を高速かつ低コストで実現できる信号処理方法及び信号処理装置、並びに信号処理プログラム及び情報記録媒体を提供することを目的としている。
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
(1) 画像データの圧縮処理と伸長処理とを行うための信号処理方法であって、行方向及びこれと直交する列方向に正方配列された複数の画素からなる画像データを市松配列状に間引いた間引きデータを生成し、該間引きデータの前記行方向及び前記列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列をそれぞれ生成し、前記第1正方配列と前記第2正方配列に対してそれぞれ画像圧縮処理を行うことを特徴とする信号処理方法。
この信号処理方法によれば、正方配列された複数の画素からなる画像データを市松配列状に間引いた間引きデータを生成し、この間引きデータの行方向及び列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と偶数ラインのみ抽出した第2正方配列を生成し、これらの各正方配列に対して個別に画像圧縮処理を行うことで、画素段階で画質を低下させずに被圧縮データ量を減らして画像圧縮が行える。
(2) 画像データの圧縮処理と伸長処理とを行うための信号処理方法であって、行方向及びこれと直交する列方向に正方配列された複数の画素からなる画像データを市松配列状に間引いた間引きデータを生成し、該間引きデータの前記行方向及び前記列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列をそれぞれ生成し、前記第1正方配列に対して画像圧縮処理した第1圧縮データと、前記第2正方配列に対して画像圧縮処理した第2圧縮データとを生成する画像圧縮処理を行い、また、前記第1圧縮データを伸長処理して第1伸長データを生成し、前記第2圧縮データを伸長処理して第2伸長データを生成し、さらに、前記第1伸長データに対して前記奇数ラインに1画素飛ばしで再配列し、前記第2伸長データに対して前記偶数ラインに1画素飛ばしで再配列して市松配列状の復元画像を生成する画像伸長処理を行うことを特徴とする信号処理方法。
この信号処理方法によれば、正方配列された画素からなる画像データを市松配列状に間引いた間引きデータを生成し、この間引きデータの行方向及び列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列をそれぞれ生成し、第1正方配列に対して画像圧縮処理した第1圧縮データと、第2正方配列に対して画像圧縮処理した第2圧縮データとを生成することができる。また、第1圧縮データを伸長処理して第1伸長データを生成し、第2圧縮データを伸長処理して第2伸長データを生成し、さらに、第1伸長データに対して前記奇数ラインに1画素飛ばしで再配列し、第2伸長データに対して偶数ラインに1画素飛ばしで再配列することで、市松配列状の復元画像を生成することができる。
(3) (2)記載の信号処理方法であって、前記復元画像の再配列対象とならなかった空白画素に対して、周辺画素との補間処理により画素値を設定することを特徴とする信号処理方法。
この信号処理方法によれば、元の画像データに近い状態の復元画像を得ることができる。
(4) 画像データの圧縮処理を行うための信号処理装置であって、行方向及びこれと直交する列方向に正方配列された複数の画素からなる画像データを市松配列状に間引きする間引き手段と、前記間引きデータの前記行方向及び列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列をそれぞれ生成するデータ分割手段と、前記分割した第1正方配列と前記第2正方配列に対して、それぞれ画像圧縮処理を行う画像圧縮手段と、を備えたことを特徴とする信号処理装置。
この信号処理装置によれば、間引き手段により、正方配列された複数の画素からなる画像データを市松配列状に間引いた間引きデータを生成し、データ分割手段が、この間引きデータの行方向及び列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と前記第2正方配列を抽出し、画像圧縮手段が、これらの各正方配列に対して個別に画像圧縮処理を行うことで、画素段階で画質を低下させずに被圧縮データ量を減らして画像圧縮が行える。
(5) 画像データの圧縮処理と伸長処理とを行うための信号処理装置であって、行方向及びこれと直交する列方向に正方配列された複数の画素からなる画像データを市松配列状に間引きする間引き手段と、前記間引きデータの前記行方向及び前記列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列をそれぞれ生成するデータ分割手段と、前記分割した前記第1正方配列に対して画像圧縮処理して第1圧縮データを生成し、前記第2正方配列に対して画像圧縮処理して第2圧縮データを生成する画像圧縮手段と、前記第1圧縮データを伸長処理して第1伸長データを生成し、前記第2圧縮データを伸長処理して第2伸長データを生成する画像伸長手段と、前記第1伸長データに対して前記奇数ラインに1画素飛ばしで再配列し、前記第2伸長データに対しては前記偶数ラインに1画素飛ばしで再配列して市松配列状の復元画像を生成する復元画像生成手段と、を備えたことを特徴とする信号処理装置。
この信号処理装置によれば、間引き手段により、正方配列された画素からなる画像データを市松配列状に間引いた間引きデータを生成し、データ分割手段により、この間引きデータの行方向及び列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列をそれぞれ生成し、画像圧縮手段により、第1正方配列に対して画像圧縮処理した第1圧縮データと、第2正方配列に対して画像圧縮処理した第2圧縮データとを生成することができる。また、画像伸長手段により、第1圧縮データを伸長処理して第1伸長データを生成し、第2圧縮データを伸長処理して第2伸長データを生成し、さらに、復元画像生成手段により、第1伸長データに対して前記奇数ラインに1画素飛ばしで再配列し、第2伸長データに対して偶数ラインに1画素飛ばしで再配列することで、市松配列状の復元画像を生成することができる。
(6) (5)記載の信号処理装置であって、さらに、前記復元画像の再配列対象とならなかった空白画素に対して、周辺画素との補間処理により画素値を設定する補間手段を備えたことを特徴とする信号処理装置。
この信号処理装置によれば、元の画像データに近い状態の復元画像を得ることができる。
(7) (1)〜(3)のいずれか1項記載の信号処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
このプログラムによれば、上記の信号処理をコンピュータにより実行させることができる。
(8) (1)〜(3)のいずれか1項記載の信号処理方法又は(4)〜(6)のいずれか1項記載の信号処理装置により作成された画像圧縮データを記録した情報記録媒体。
この情報記録媒体によれば、上記の信号処理方法又は信号処理装置により作成された画像圧縮データを情報記録媒体に記憶させることで、画像データの保管、移送、頒布などが可能となる。
本発明によれば、画素を間引いた市松配列画像を偶数・奇数ラインに分割して、それぞれ正方配列画像として圧縮・伸長を行うことによって、間引き処理による画質に影響する縦横方向の解像度低下を改善でき、且つ被圧縮データ量の削減による圧縮の高速化、低コスト化が可能となる。
以下、本発明に係る信号処理方法、信号処理装置の好適な実施の形態について図を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の信号処理装置のブロック構成図、図2は図1に示すデータ入力部の画像データを示す図、図3は図1に示す間引き手段による間引きデータを示す図、図4は図3に示す間引き画像を分割した(a)正方配列分割画像A、(b)正方配列分割画像Bを示す図である。
図1に示す信号処理装置1では、データ入力部4より、CCD等の撮像手段や、ハードディスク、メモリ・カード等の各種記録媒体等から、図2に示すような画像データD(i,j)を入力する。但し、i:行番号、j:列番号である。画像圧縮部2の間引き手段5は、図3に示すように、入力された画素データを奇数ラインA(i,j)、偶数ラインB(i,j)毎に市松配列状に間引いて間引き画像を生成する。データ分割手段6は、間引き処理した画像を、図4(a)に示すような奇数ラインAのみの正方配列分割画像と、図4(b)に示すような偶数ラインBのみの正方配列分割画像に分割する。画像圧縮手段7は、正方配列分割画像A,Bのそれぞれに対して、DCT演算、量子化演算、符号化処理による周知の通常の画像圧縮を行って、ネットワークあるいは記録媒体等へ出力するデータ出力部11や、画像伸長部3へ圧縮データを出力する。
図5は図4に示す正方配列の正方配列分割画像A,Bを市松配列状に再配列した合成画像を示す図である。
一方、画像伸長部3は、データ入力部4或いは画像圧縮部2から圧縮画像を入力する。そして、画像伸長手段8では、正方配列分割画像A、Bをハフマン複合化、逆量子化演算、逆DCT演算の順に伸長処理を行ない、復元画像生成手段9では、正方配列分割画像A,Bの各伸長画像を図5のようにR,S画像として元の市松配列状に再配列して復元する。補間手段10では、例えば、図6に示すようなフィルタ係数を用いた畳み込み演算を行って補間することで、市松配列状から図7に示すような間引き前の画像に近い状態に復元する。復元された画像は記録媒体、表示装置等へ出力するデータ出力部11へ出力される。なお、以上の各手段の処理が、図示しないコンピュータのCPUによる信号処理プログラムの内容を示している。この信号処理プログラムにより作成された圧縮画像データ等は、光ディスクや磁気ディスク等の情報記録媒体に記憶させることで、画像データの保管、移送、頒布などが可能となる。また、情報記録媒体に限らず、画像データをインターネットを介して伝送することも可能となる。
次に、画像圧縮部2による画像圧縮処理の手順を詳細に説明する。
図8に図1に示す画像圧縮部の処理のフローチャートを示した。以下、このフローチャートの流れに沿って説明する。
まず、データ入力部4よりCCD等の撮像手段や、メモリ・カードやハードディスク等の記録媒体から画像データD(i,j)を入力する(S11)。次に、入力画像の各画素D(i,j)を、図3に示すように市松配列状に間引く処理を行う(S12)。そして、奇数ラインを画素A、偶数ラインを画素Bとして、各画素A(i,j)、画素B(i,j)を定義する。
次いで、図3のように間引いた市松配列状のA,B各画素を、画像A、画像Bとしてそれぞれ分割し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列とを作成する(S13)。その結果が、図5(a),(b)である。図5(a)が画素Aからなる正方配列分割画像であり、図5(b)が画像Bからなる正方配列分割画像である。
そして、第1正方配列と第2正方配列に分割した各正方配列分割画像A,Bを、各々個別に圧縮処理する(S14)。この圧縮後のデータは、第1正方配列に対する第1圧縮画像データ、第2正方配列に対する第2圧縮画像データとして生成される。この場合の圧縮処理は通常の圧縮処理であって、例えばJPEG圧縮ならば、ブロック8×8画素の正方配列として、DCT変換処理、ジグザグ・スキャン等による量子化演算、ハフマン符号化処理を行う。圧縮した画像ファイルには、画素ID、間引き画素、分割画像、分割画像枚数、ブロック数、画像ファイル名、等の各種ID情報を圧縮データ内に挿入して、画像伸長部3や、記録媒体、又はネットワークなどに接続されるデータ出力部11へ出力される(S15)。
次に、画像伸長部3による画像伸長処理の手順を詳細に説明する。
図9に図1に示す画像伸長部の処理のフローチャートを示した。以下、このフローチャートの流れに沿って説明する。
画像伸長部3は、上記の第1、第2圧縮画像データを、画像圧縮部2から受信、或いは記録媒体等からデータ入力部4を通して入力する(S21)。そして、画像伸長手段8は、入力された各圧縮画像データの伸長処理を行う(S22)。この伸長処理は通常の処理であって、可逆処理であるハフマン複合化、非可逆処理の量子化演算、DCT変換に対する、逆量子化演算、逆DCT演算を行う処理である。
続いて、各圧縮画像データに対して伸長処理を行った第1伸張データと第2伸張データの結果を、各画素のID符号等の各種ID情報を参照して、図5の合成図に示すように、R(i,j)、S(i,j)のような、分割前の市松配列状に再配列する(S23)。ここで奇数ラインR(i,j)は、図3に示すA(i,j)に相当し、偶数ラインのS(i,j)は、図3に示すB(i,j)に相当する。
つまり、第1圧縮データを伸長処理して第1伸長データを生成し、第2圧縮データを伸長処理して第2伸長データを生成し、さらに、第1伸長データに対して奇数ラインに1画素飛ばしで再配列し、第2伸長データに対して偶数ラインに1画素飛ばしで再配列して市松配列状の復元画像を生成する。
上記のように伸張処理後のデータを元の市松配列状に再配列することで、間引き状態の図3に示す画像が復元される。次に、間引き前の図2に示す状態に復元するかを判断し(S24)、復元処理を行う場合は、図5に示す市松配列状の画像のうち、前述の再配列の対象とならなかった白抜きの空白画素の位置に、周囲の画素を参照して補間演算により生成した画素を埋め込む補間演算を行う(S25)。補間演算は、周知のフィルタリング処理による畳み込み演算を行う。図6にフィルタリング処理に用いるフィルタの一例を示す。このフィルタでは、基準位置20に対してフィルタ係数により空白画素が補間される。例えば、図5に示す画素23(図7のIP(1,2)に相当)に対しては、R(1,2)/2 + S(1,1)/2 の演算値が設定される。
このようにして、間引く前の図9に示すような画素データで埋められた復元画像データIP(i,j)が生成され、復元画像として表示装置等へ出力される(S26)。
以上説明したように、本発明に係る信号処理方法によれば、画質を低下させずに被圧縮データ量を減らした上で画像圧縮を可能にして、画像の圧縮・伸長を高速かつ低コストで実現することができる。
なお、圧縮方式としては静止画圧縮のJPEGの例を挙げたが、これに限らず、MPEG等の他の圧縮方式に対しても適用可能である。
本発明に係る信号処理装置のブロック構成図である。 図1に示すデータ入力部の画像データを示す図である。 図1に示す間引き手段による間引きデータを示す図である。 図3に示す間引き画像を分割した(a)正方配列分割画像A、(b)正方配列分割画像Bを示す図である。 図4に示す正方配列分割画像A,Bを市松配列状に再配列した合成画像を示す図である。 図5に示す市松配列状画像を補間するためのフィルタ係数を示す図である。 図6に示すフィルタ係数により補間して復元した復元画像データを示す図である。 図1に示す画像圧縮部の処理のフローチャートである。 図1に示す画像伸長部の処理のフローチャートである。 従来の静止画像伝送装置のブロック図である。 図10に示す静止画像伝送装置の2分割画像の説明図である。
符号の説明
1 信号処理装置。
2 画像圧縮部
3 画像伸長部
4 データ入力部
5 間引き手段
6 データ分割手段
7 画像圧縮手段
8 画像伸長手段
9 復元画像生成手段
10 補間手段
11 データ出力部

Claims (8)

  1. 画像データの圧縮処理と伸長処理とを行うための信号処理方法であって、
    行方向及びこれと直交する列方向に正方配列された複数の画素からなる画像データを市松配列状に間引いた間引きデータを生成し、該間引きデータの前記行方向及び前記列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列をそれぞれ生成し、前記第1正方配列と前記第2正方配列に対してそれぞれ画像圧縮処理を行うことを特徴とする信号処理方法。
  2. 画像データの圧縮処理と伸長処理とを行うための信号処理方法であって、
    行方向及びこれと直交する列方向に正方配列された複数の画素からなる画像データを市松配列状に間引いた間引きデータを生成し、該間引きデータの前記行方向及び前記列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列をそれぞれ生成し、前記第1正方配列に対して画像圧縮処理した第1圧縮データと、前記第2正方配列に対して画像圧縮処理した第2圧縮データとを生成する画像圧縮処理を行い、
    また、前記第1圧縮データを伸長処理して第1伸長データを生成し、前記第2圧縮データを伸長処理して第2伸長データを生成し、さらに、前記第1伸長データに対して前記奇数ラインに1画素飛ばしで再配列し、前記第2伸長データに対して前記偶数ラインに1画素飛ばしで再配列して市松配列状の復元画像を生成する画像伸長処理を行うことを特徴とする信号処理方法。
  3. 請求項2記載の信号処理方法であって、
    前記復元画像の再配列対象とならなかった空白画素に対して、周辺画素との補間処理により画素値を設定することを特徴とする信号処理方法。
  4. 画像データの圧縮処理を行うための信号処理装置であって、
    行方向及びこれと直交する列方向に正方配列された複数の画素からなる画像データを市松配列状に間引きする間引き手段と、
    前記間引きデータの前記行方向及び列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列をそれぞれ生成するデータ分割手段と、
    前記分割した第1正方配列と前記第2正方配列に対して、それぞれ画像圧縮処理を行う画像圧縮手段と、を備えたことを特徴とする信号処理装置。
  5. 画像データの圧縮処理と伸長処理とを行うための信号処理装置であって、
    行方向及びこれと直交する列方向に正方配列された複数の画素からなる画像データを市松配列状に間引きする間引き手段と、
    前記間引きデータの前記行方向及び前記列方向の各ラインに対し、奇数ラインのみ抽出した第1正方配列と、偶数ラインのみ抽出した第2正方配列をそれぞれ生成するデータ分割手段と、
    前記分割した前記第1正方配列に対して画像圧縮処理して第1圧縮データを生成し、前記第2正方配列に対して画像圧縮処理して第2圧縮データを生成する画像圧縮手段と、
    前記第1圧縮データを伸長処理して第1伸長データを生成し、前記第2圧縮データを伸長処理して第2伸長データを生成する画像伸長手段と、
    前記第1伸長データに対して前記奇数ラインに1画素飛ばしで再配列し、前記第2伸長データに対しては前記偶数ラインに1画素飛ばしで再配列して市松配列状の復元画像を生成する復元画像生成手段と、を備えたことを特徴とする信号処理装置。
  6. 請求項5記載の信号処理装置であって、
    さらに、前記復元画像の再配列対象とならなかった空白画素に対して、周辺画素との補間処理により画素値を設定する補間手段を備えたことを特徴とする信号処理方法。
  7. 請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の信号処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  8. 請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の信号処理方法又は請求項4〜請求項6のいずれか1項記載の信号処理装置により作成された画像圧縮データを記録した情報記録媒体。
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