JP3199786B2

JP3199786B2 - 画像処理装置

Info

Publication number: JP3199786B2
Application number: JP25761891A
Authority: JP
Inventors: 信孝三宅
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 2001-08-20
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JPH05103208A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直交変換により画像圧縮
を行う画像処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】写真等の中間調画像をメモリへ記憶する
のに必要なメモリ容量は、（画素数）×（階調ビツト
数）となり、高品位なカラー画像を記憶するためには膨
大なメモリ容量が必要であつた。このため各種の情報量
圧縮方式が提案され、情報量を圧縮した後、メモリへ記
憶することにより、メモリ容量の削減が図られている。

【０００３】図9は、カラー静止画像符号化の国際標準
としてJPEG(Joint Photogaraphic Experts Group)にお
いて提案されているベースラインシステム（基本方式）
の符号化方式（安田「カラー静止画像符号化国際標準
化」画像電子学会誌、第18巻、第6号、398ー409頁、1989
年）の構成を示すブロック図である。

【０００４】図9において、入力端子1から入力された中
間調画像データは、ブロック化回路2において8×8画素
のブロック（以下「画素ブロック」という）に切り出さ
れ、離散コサイン変換（以下「DCT」という）回路17に
おいて直交変換され、その変換係数が量子化器（以下
「Q」という）40に供給される。Q40では、量子化テーブ
ル（以下「Qテーブル」という）41から供給される量子
化ステップ情報に従い、変換係数の線形量子化が行われ
る。量子化された変換係数のうちDC係数は、予測符号化
回路（以下「DPCM」という）42において、前画素ブロッ
クのDC係数との差分（予測誤差）がとられ、差分が一次
元ハフマン符号化回路43に供給される。

【０００５】図10はDPCM42の詳細な構成を示すブロック
図である。Q40によって量子化されたDC係数は、遅延回
路53および減算器54に供給される。遅延回路53に入力さ
れたDC係数は、DCT回路17が一画素ブロック分の演算を
行うのに必要な時間だけ遅延される。従って、遅延回路
53からは前画素ブロックのDC係数が減算器54に供給さ
れ、減算器54は現画素ブロックのDC係数と前画素ブロッ
クのDC係数との差分（予測誤差）を出力する。ここで説
明する予測符号化は、予測値として前画素ブロックの値
を用いるために、DPCM42は遅延回路53により構成され
る。一次元ハフマン符号化回路43は、DCハフマンテーブ
ル44に従い、DPCM42より供給される予測誤差信号を可変
長符号化したDCハフマンコードを多重化回路51に供給す
る。

【０００６】一方、Q40において量子化されたAC係数（D
C係数以外の係数）は、スキャン変換回路45において、
図11に示すように、低次の係数より順にジグザグスキャ
ンされ、有意係数検出回路46に供給される。有意係数検
出回路46は、量子化されたAC係数が零か、零以外の有意
係数かを判定して、零の場合はラン長カウンタ47にカウ
ントアップ信号を供給し、カウント値を+1増加させる。
また、AC係数が零以外の有意係数の場合は、リセット信
号をラン長カウンタ47に供給して、カウント値をリセッ
トさせるとともに、AC係数をグループ化回路48に供給す
る。ラン長カウンタ47は、零のランレングスをカウント
する回路で、有意係数と次の有意係数との間に存在する
零の数（ランレングス）NNNNを二次元ハフマン符号化回
路49に供給する。グループ化回路48は、AC係数を図12に
示すグループ番号SSSSおよび付加ビットに分割して、グ
ループ番号SSSSをハフマン符号化回路49に、付加ビット
を多重化回路51に供給する。

【０００７】二次元ハフマン符号化回路49は、ACハフマ
ンコードテーブル50に従い、供給される零のランレング
スNNNNおよび有意係数のグループ番号SSSSを可変長符号
化したACハフマンコードを多重化回路51に供給する。多
重化回路51は、一画素ブロック分のDCハフマンコード、
ACハフマンコードおよび付加ビットを多重化して、出力
端子52から圧縮された画像データを出力する。従って、
出力端子52から出力される圧縮画像データをメモリに記
憶し、メモリから読み出して逆操作により伸長すること
で画像メモリ容量の削減が可能になる。

【０００８】一般に、イメージスキャナなどによって入
力された写真などの中間調画像は、DCTなどで直交変換
され、量子化されると、画素ブロックの低域に有意係数
が集中し易く、高域の係数は零になることが多い。前述
した可変長符号化動作は、画素ブロックのAC係数をジグ
ザグスキャンした際に最後に現れる有意係数まで実行さ
れる。故に、高域のAC係数がすべて零になり、最後に現
れる有意係数が低域寄りになればなるほど可変長符号化
によるデータ圧縮が効率よく行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】画像データを低ビット
レートで圧縮する場合、量子化代表値を量子化ステップ
幅の中間に設定したまま、単純に量子化ステップ幅を変
更することで、直交変換係数の値域の少なくとも一部を
粗く量子化する方法がとられる。粗い量子化を行った場
合、AC電力が小さい、原画像の平坦部などでは画質劣化
に到らないが、AC電力が大きい、原画像のエッジ部など
では伸長した画像のエッジ近傍に所謂モスキートノイズ
と呼ばれるリンギングが発生して、画質が著しく劣化す
る。

【００１０】本発明は、上述の問題を解決するためのも
のであり、量子化における画質の劣化を抑えることを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成する一手段として、以下の構成を備える。

【００１２】本発明にかかる画像処理装置は、画像を直
交変換して直交変換係数を得る直交変換手段（例えば、
図1に示すDCT回路102に相当する）、前記直交変換係数
の高域成分の大きさを検出する検出手段（例えば、図1
に示すAC電力値検出回路104に相当する）、並びに、前
記直交変換係数の少なくとも高域成分を、所定の量子化
ステップを用いて量子化する量子化手段（例えば、図1
に示すQテーブル105およびQ106に相当する）を有し、前
記量子化手段は、前記高域成分の大きさが所定値以下の
場合は量子化閾値を量子化代表値の中間点とし（例え
ば、図3に示す量子化に相当する）、前記高域成分の大
きさが前記所定値を超える場合は量子化閾値を前記量子
化代表値の中間点以外にする量子化を行う（例えば、図
4に示す量子化に相当する）ことを特徴とする。

【００１３】また、画像を直交変換して直交変換係数を
得る直交変換手段（例えば、図5に示すDCT回路102に相
当する）、前記直交変換係数の高域成分の大きさを検出
する検出手段（例えば、図5に示すQテーブル選択回路11
0に相当する）、並びに、前記直交変換係数の周波数空
間の全域を、所定の量子化ステップ群を用いて量子化す
る量子化手段（例えば、図5に示すQテーブル群111およ
びQ106に相当する）を有し、前記量子化手段は、前記高
域成分に所定値を超えるものがない場合は量子化閾値が
量子化代表値の中間点である量子化ステップ群により
（例えば、図3に示す量子化に相当する）、ある場合は
量子化閾値が前記量子化代表値の中間点以外である量子
化ステップ群により量子化を行う（例えば、図8に示す
量子化に相当する）ことを特徴とする。

【００１４】

【実施例】以下図面を参照して本発明に係る一実施例を
詳細に説明する。

【００１５】

【第１実施例】図1は第1実施例の構成例を示すブロック
図である。本実施例の目的は、直交変換係数を量子化す
る際に発生するモスキートノイズを低減することにあ
り、直交変換係数の符号化方法自体は上記の方法と同じ
である。従って、図1では、量子化に必要な構成の詳細
を示し、符号化に必要な構成の詳細は省略する。

【００１６】図1において、100は入力端子、101はブロ
ック化回路、102はDCT回路、103はジグザグスキャン回
路、104はAC電力値検出回路、105はQテーブル、106は
Q、107は符号化部、および、108は出力端子である。入
力端子100より入力される中間調画像データは、ブロッ
ク化回路101により8×8画素の画素ブロックに切り出さ
れ、DCT回路102により直交変換されて、その変換係数は
ジグザグスキャン回路103に供給される。

【００１７】ジグザグスキヤン回路１０３では、図１１
のように、低域から高域へ向けて直交変換係数をジグザ
グにスキヤンし、直交変換係数Ｆ（ｉ）と、該直交変換
係数Ｆ（ｉ）のブロツク内の位置を表すアドレスｉを出
力する。直交変換係数Ｆ（ｉ）はＡＣ電力値検出回路１
０４とＱ１０６に、アドレスｉはＡＣ電力値検出回路１
０４に供給される。

【００１８】ＡＣ電力値検出回路１０４は、直交変換係
数Ｆ（ｉ）の電力値（簡易的に絶対値でもよい）とある
定められた閾値を比較する。ただし、ＡＣ電力値検出回
路１０４は、入力された直交変換係数Ｆ（ｉ）が低域の
成分か高域の成分かを、入力されたアドレスｉから判断
し、アドレスｉがある定められた値以下（低域側）のと
きは、直交変換係数Ｆ（ｉ）の電力値に関係なく、閾値
より小さいという結果を出力する。ＡＣ電力値検出回路
１０４での比較結果とアドレスｉはＱテーブル１０５に
供給される。

【００１９】Ｑテーブル１０５はＬＵＴ（ルツクアツプ
テーブル）などで構成され、入力されたアドレスｉとＡ
Ｃ電力値検出回路１０４の比較結果に対応する加算値Ａ
（ｉ）と量子化ステツプＱ（ｉ）をＱ１０６に送る。Ｑ
１０６もＬＵＴなどで構成され、以下の計算により量子
化係数Ｃ（ｉ）を出力する。ただし下式において、ｉは
アドレス、Ｆ（ｉ）は直交変換係数、Ｑ（ｉ）は量子化
ステツプ、Ａ（ｉ）は加算値である。

【００２０】Ｃ（ｉ）＝｛Ｆ（ｉ）＋Ａ（ｉ）｝／Ｑ（ｉ）（Ｆ
（ｉ）≧０）Ｃ（ｉ）＝｛Ｆ（ｉ）−Ａ（ｉ）｝／Ｑ（ｉ）（Ｆ
（ｉ）＜０）Ｑ１０６から出力された量子化係数Ｃ（ｉ）は、符号化
部１０７で符号化され、圧縮画像データが出力端子１０
８から出力される。次に、低ノイズの量子化の実現方法
について説明する。

【００２１】図2は高域のある直交変換係数F(i)に対す
る基底画像を示す（図2では、簡単のために、一次元方
向で説明する）。図2(a)の基底画像に量子化により量子
化誤差が加えられると、図2(b)に破線で示す振幅が増加
した、または、図2(c)に破線で示す振幅が減少した画像
になる。誤差により振幅が増加するか、減少するかは設
定された量子化閾値より直交変換係数F(i)の絶対値が大
きいか否かにより、“上の代表値”あるいは“下の代表
値”の何れが量子化係数C(i)として出力されるかで異な
る。

【００２２】高域の直交変換係数Ｆ（ｉ）の量子化時
に、“上の代表値”が選択されると、該直交変換係数Ｆ
（ｉ）に関する画像成分の振幅が大きくなり（画像のコ
ントラストが強調される）、画像エツジ近傍に白点，黒
点の集合体が見え始めるモスキートノイズと呼ばれる画
質劣化が生じる。逆に、“下の代表値”が選択される
と、画像成分の振幅が小さくなり画像のコントラストは
弱まるが、モスキートノイズは発生しないし、一般的
に、劣化も目立たず不快感も覚えない。

【００２３】そこで本実施例においては、ＤＣＴ空間上
の高域成分を“下の代表値”に量子化させるように工夫
することで、低ノイズの量子化を実現しようとする。具
体的には、高域の直交変換係数Ｆ（ｉ）の電力値に応じ
て、Ｑテーブル１０５が出力する加算値Ａ（ｉ）を変化
させることにより、該直交変換係数Ｆ（ｉ）を“下の代
表値”に量子化させるものである。

【００２４】以下、加算値Ａ（ｉ）の具体的な設定につ
いて説明する。例えば、加算値Ａ（ｉ）を量子化ステツ
プＱ（ｉ）の１／２（Ａ（ｉ）＝Ｑ（ｉ）／２）とする
と、量子化閾値は代表値間の中間点となり、直交変換係
数Ｆ（ｉ）に、四捨五入に相当する演算を施したもの
が、量子化係数Ｃ（ｉ）として出力される。また例え
ば、Ａ（ｉ）＝０のときは、直交変換係数Ｆ（ｉ）に、
切捨てに相当する演算を施したものが、量子化係数Ｃ
（ｉ）として出力される。即ち、加算値Ａ（ｉ）を０か
らＱ（ｉ）／２の間で変化させることによつて、“下の
代表値”への量子化の容易度を調整できるのである。

【００２５】図3は例えば上述したJPEG方式で用いられ
る線形量子化の、図4は本実施例の非線形な量子化の一
例を示す図である。図3および4ともに、縦軸はQ106から
出力される量子化係数C(i)を、横軸はQ106に入力される
直交変換係数F(i)を、横軸に付した目盛は量子化ステッ
プQをそれぞれ表す。図3は加算値A(i)=Q(i)/2として量
子化閾値を代表値の中間点とし、常に四捨五入に相当す
る量子化を行う線形量子化である。

【００２６】一方、図４はＤＣＴ空間上のある高域成分
に対する量子化の一例である。直交変換係数Ｆ（ｉ）の
絶対値がある一定値以下のとき、つまり｜Ｆ（ｉ）｜≦
２Ｑのときは、加算値Ａ（ｉ）＝Ｑ（ｉ）／２とし、四
捨五入に相当する量子化を行う。直交変換係数Ｆ（ｉ）
の絶対値がある一定値より大きいとき、つまり｜Ｆ
（ｉ）｜＞２Ｑのときは、加算値Ａ（ｉ）＝０とし、切
捨てに相当する量子化を行う。

【００２７】即ち、プリンタなどの画像記録装置におい
て、先に量子化によるモスキートノイズが発生する直交
変換係数Ｆ（ｉ）の限界値を実験的に求めておき、求め
た限界値と直交変換係数Ｆ（ｉ）をＡＣ電力値検出回路
１０４で比較する。上記比較により直交変換係数Ｆ
（ｉ）が限界値以下のときは、Ｑテーブル１０５から、
四捨五入に相当する量子化となるように量子化ステツプ
Ｑ（ｉ）および加算値Ａ（ｉ）をＱ１０６に供給し、Ｑ
１０６において量子化誤差が最小となる量子化が行われ
る。一方、上記比較により直交変換係数Ｆ（ｉ）が限界
値を超えるときは、Ｑテーブル１０５から、切捨てに相
当する量子化となるように量子化ステツプＱ（ｉ）およ
び加算値Ａ（ｉ）をＱ１０６に供給し、Ｑ１０６におい
てモスキートノイズを抑制した量子化が行われる。ただ
し、直交変換係数Ｆ（ｉ）が低域の成分のときは、該直
交変換係数Ｆ（ｉ）に関係なく、ＡＣ電力値検出回路１
０４は限界値以下という結果を出力するので、Ｑ１０６
において量子化誤差が最小となる量子化が行われる。

【００２８】なお、図４では｜Ｆ（ｉ）｜≦２Ｑのとき
加算値Ａ（ｉ）＝Ｑ（ｉ）／２とし、｜Ｆ（ｉ）｜＞２
Ｑのとき加算値Ａ（ｉ）＝０とする例を示したが、本実
施例はこれに限定されるものではなく、０≦Ａ（ｉ）≦
Ｑ（ｉ）／２を満たす加算値Ａ（ｉ）を設定できること
はいうまでもない。また図１において、ＡＣ電力値検出
回路１０４をＱテーブル１０５やＱ１０６と連結してＲ
ＯＭ化することも本実施例の応用として考えられる。

【００２９】また、上記および図1においては、8×8画
素のDCTによる直交変換を用いる例を説明したが、本実
施例はこれに限定されるものではなく、任意の画素ブロ
ックサイズと任意の方法による直交変換を適用すること
ができる。以上説明したように、第1実施形態によれ
ば、粗い量子化を行った場合でも、伸長された画像のエ
ッジ近傍にモスキートノイズと呼ばれるリンギングが発
生せず、画質劣化が少ない画像処理装置にすることがで
きる。

【００３０】

【第２実施例】以下、本発明にかかる第2実施例を説明
する。なお、第2実施例において、第1実施例と同様な構
成には同一符号を付して、その詳細説明を省略する。第
1実施例では、個々の直交変換係数F(i)のAC電力値に応
じてQ106へ供給する量子化ステップQ(i)および加算値A
(i)を適切な値に調整したが、第2実施例は、高域の直交
変換係数F(i)の状態により、複数のQテーブルの中から
適切なQテーブルを選択してQ106へ量子化ステップQ(i)
を供給するものである。

【００３１】図５は第２実施例の構成例を示すブロツク
図である。図５において、１１０はＱテーブル選択回
路、１１１はＱテーブル群である。入力端子１００から
ジグザグスキヤン回路１０３までの動作、およびＱ１０
６から出力端子１０８までの動作は、第１実施例と同様
なので説明を省略する。図６，図７は量子化テーブルの
一例を示す図である。

【００３２】図６は標準的な量子化テーブル例を示し、
第１実施例で説明した四捨五入に相当する量子化が行わ
れる。図７は高域成分を量子化するのに適切な量子化テ
ーブル例を示し、第１実施例で説明した切捨てに相当す
る量子化が行われる。Ｑテーブル選択回路１１０は、Ｄ
ＣＴ空間上の高域に、ある定められた閾値以上の直交変
換係数Ｆ（ｉ）がないときは、例えば図６のような量子
化テーブルをＱテーブル群１１１から選択し、Ｑ１０６
は、例えば図３のような、ＤＣＴ空間の全域に四捨五入
に相当する量子化を行う。

【００３３】一方、ＤＣＴ空間上の高域に、ある定めら
れた閾値以上の直交変換係数Ｆ（ｉ）があるときは、例
えば図７のような量子化テーブルがＱテーブル群１１１
から選択され、Ｑ１０６は、例えば図８のような、ＤＣ
Ｔ空間の全域に切捨てに相当する量子化を行い、モスキ
ートノイズの発生を抑える。一般に、画像エツジや線画
文字では、ＤＣＴ空間上の高域だけでなく低域のＡＣ電
力も大きくなるので、上述のように、ＤＣＴ空間の全域
に切捨てに相当する量子化を行うことは、符号化前の量
子化係数を小さくし、符号化後の情報量の低減に寄与す
ることになる。

【００３４】以上説明したように、第2実施例によれ
ば、第1実施例と同様に、粗い量子化を行った場合で
も、伸長された画像のエッジ近傍にモスキートノイズと
呼ばれるリンギングが発生せず、画質劣化が少ない画像
処理装置にすることができる。さらに、画像エッジや線
画・文字などの符号化後の情報量を低減する効果もあ
る。なお、本発明は、複数の機器から構成されるシステ
ムに適用しても、一つの機器からなる装置に適用しても
よい。また、本発明は、システムあるいは装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることは言うまでもない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
直交変換係数の高域成分の大きさが所定値以下の場合は
量子化閾値を量子化代表値の中間点とし、高域成分の大
きさが所定値を超える場合は量子化閾値を量子化代表値
の中間点以外にする量子化を行うことで、または、直交
変換係数の高域成分に所定値を超えるものがない場合は
量子化閾値が量子化代表値の中間点である量子化ステッ
プ群により、ある場合は量子化閾値群が量子化代表値の
中間点以外である量子化ステップ群により量子化を行う
ことで、量子化における画質の劣化を抑えることができ
る。例えば、直交変換係数の高域成分の大きさに応じ
て、四捨五入に相当する、または、切り捨てに相当する
量子化を行うことで、モスキートノイズなどの発生を抑
えることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の構成例を示すブロツク
図である。

【図２】本実施例における基底画像の量子化誤差の例を
示す図である。

【図３】一般的な量子化例を示す図である。

【図４】本実施例における量子化例を示す図である。

【図５】本発明に係る第２実施例の構成例を示すブロツ
ク図である。

【図６】一般的な量子化テーブル例を示す図である。

【図７】本実施例における量子化テーブル例を示す図で
ある。

【図８】本実施例における量子化例を示す図である。

【図９】従来の構成を示すブロツク図である。

【図１０】従来の予測符号化回路の構成を示す図であ
る。

【図１１】従来のＤＣＴ係数の順方向スキヤンの様子を
示す図である。

【図１２】従来のＡＣ係数とグループ番号との関係を説
明する図である。

【符号の説明】

１０１ブロツク化回路１０２ＤＣＴ回路１０３ジグザグスキヤン回路１０４ＡＣ電力値検出回路１０５量子化テーブル（Ｑテーブル）１０６量子化器（Ｑ）１０７符号化部１１０Ｑテーブル選択回路１１１Ｑテーブル群

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419 H03M 7/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を直交変換して直交変換係数を得る
直交変換手段と、前記直交変換係数の高域成分の大きさを検出する検出手
段と、前記直交変換係数の少なくとも高域成分を、所定の量子
化ステップを用いて量子化する量子化手段とを有し、前記量子化手段は、前記高域成分の大きさが所定値以下
の場合は量子化閾値を量子化代表値の中間点にし、前記
高域成分の大きさが前記所定値を超える場合は量子化閾
値を前記量子化代表値の中間点以外にする量子化を行う
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】前記量子化手段は、前記直交変換係数に
可変値を加算もしくは減算した後に前記所定の量子化ス
テップで除算することで、前記直交変換係数を量子化す
ることを特徴とする請求項1に記載された画像処理装
置。
【請求項３】前記可変値は、前記所定の量子化ステッ
プの二分の一以下を満たすことを特徴とする請求項2に
記載された画像処理装置。
【請求項４】前記量子化手段は、前記高域成分の大き
さが前記所定値を超える場合は切り捨てに相当する量子
化を行うことを特徴とする請求項1に記載された画像処
理装置。
【請求項５】画像を直交変換して直交変換係数を得る
直交変換手段と、前記直交変換係数の高域成分の大きさを検出する検出手
段と、前記直交変換係数の周波数空間の全域を、所定の量子化
ステップ群を用いて量子化する量子化手段とを有し、前記量子化手段は、前記高域成分に所定値を超えるもの
がない場合は量子化閾値が量子化代表値の中間点である
量子化ステップ群により、ある場合は量子化閾値が前記
量子化代表値の中間点以外である量子化ステップ群によ
り量子化を行うことを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】前記量子化手段は、前記高域成分に前記
所定値を超えるものがある場合は切り捨てに相当する量
子化を行うことを特徴とする請求項5に記載された画像
処理装置。