JP2009010612A - 画像圧縮装置および画像圧縮方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の輝度レベルの低い部分（暗い部分）におけるＡＣ成分を減衰させることにより、画像データにおける不要な高い空間周波数成分のデータを除去して、圧縮データのサイズをより削減する。
【解決手段】画像データＩｄを一定サイズのブロック毎に圧縮する画像圧縮装置において、画像データＩｄを各ブロック毎に出力するバッファ１０１と、該バッファ１０１から出力されるブロックに対応する画像データＢｄをＤＣＴ処理により周波数領域のデータＴｄに変換するＤＣＴ器１０２と、該ＤＣＴ器１０２により変換された各ブロックに対応する周波数領域のデータＴｄを量子化する量子化部１０３とを備え、該量子化部１０３は、該画像の、基準の明るさより暗い部分の圧縮率が高まるよう、該各ブロックの周波数領域のデータＢｄの量子化に用いる量子化テーブルの成分をブロック毎に変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は画像圧縮装置および画像圧縮方法に関し、特に、画像の暗い部分の圧縮率を高めて効率よく画像の圧縮を行う高能率画像符号化処理に関する。

ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ）規格準拠の画像圧縮処理については、その一例が特許文献１に開示されている。

この画像圧縮処理では、画像はある一定のサイズの領域、ここでは８×８画素からなるブロックに分割され、そのブロック単位で、画像データが離散コサイン変換（ＤＣＴ： Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて、時間領域から周波数領域へ変換される。

この周波数領域への変換により得られたデータ（以下ＤＣＴデータという。）は、量子化によって情報量を落としてから、ハフマン符号化によりその圧縮が行われる。

この周波数領域への変換では、変換そのものでは情報量は削減されないが、低周波数成分にエネルギーが集まることを利用して、ＤＣＴデータの量子化による情報量削減と、ハフマン符号化などのエントロピー符号化によるデータ圧縮とにより、画像データの圧縮率向上を図っている。

図９は、上記のようなＪＰＥＧ準拠の画像圧縮処理を行う従来の画像圧縮装置を説明するブロック図である。

この画像圧縮装置２００は、入力された画像データＩｄをバッファリングし、該画像データを上記ブロックに対応するよう分割し、該ブロックに対応する画像データ（以下ブロックデータともいう。）Ｂｄを出力するバッファ２０１と、該バッファ２０１からのブロックデータＢｄをＤＣＴにより周波数領域のデータ（ＤＣＴデータ）Ｔｄに変換するＤＣＴ器２０２とを有している。また、画像圧縮装置２００は、ＤＣＴ器２０２からのＤＣＴデータＴｄを、固定の量子化テーブルＱｔを用いて量子化して量子化データＱｄを生成する量子化器２０３と、該量子化データＱｄに対してハフマン符号テーブルＨｔを用いたハフマン符号化処理を施して圧縮データＣｄを生成するハフマン符号化器２０４とを有している。なお、この画像圧縮装置２００は、上記量子化テーブルＱｔを格納した量子化テーブル格納部２０３ａと、上記ハフマンテーブルを格納したハフマンテーブル格納部２０４ａとを有している。

次に動作について簡単に説明する。

この画像圧縮装置２００に１つの画面に対応する画像データＩｄが入力されると、該画像データＩｄはバッファ２０１にて、該画面を区分する、例えば８×８画素サイズのブロックに対応するよう分割され、該ブロック毎に画像データが出力される。この各ブロックに対応する画像データ（ブロックデータ）ＢｄがＤＣＴ器２０２に入力されると、該ＤＣＴ器２０２では、このブロックデータＢｄは、離散コサイン変換により、８×８個の周波数成分からなる周波数領域のデータ（ＤＣＴデータ）Ｔｄに変換され、量子化器２０３に入力される。該量子化器２０３では、このＤＣＴデータＴｄにおける各周波数成分を量子化テーブルの、対応する量子化成分により除算することにより、量子化された８×８個の周波数成分からなる量子化データＱｄが生成され、ハフマン符号化器２０４に出力される。該ハフマン符号化器２０４では、ハフマンテーブルＨｔを用いて該量子化データＱｄに対するハフマン符号化処理が行われ、これにより得られた圧縮データＣｄがこの画像圧縮装置２００から出力される。

ところで、普通の画像データをそのまま量子化してしまうと大きな画質劣化が生じるが、上記のように画像データを周波数変換をすることで、人間にとって目立つ部分の情報は低周波成分に集められ、このため、周波数変換された画像データの量子化により、元の画像の性質を残したまま画像データを圧縮することが可能となる。

このような画像データの圧縮のために用いる量子化テーブルは、具体的には２つの量子化テーブル、つまり輝度用テーブルと色用テーブルとがあり、画像データのＤＣＴ処理により得られたデータをそのテーブルの値で除算して情報圧縮（情報の切り捨て）を行う。

基本的に、低周波成分に対してはあまり圧縮はせず、高周波成分に対して圧縮率の高い圧縮を施していく。

したがって、この量子化テーブルでは、ＤＣＴデータの低周波部分に対する量子化レベル（量子化成分）は小さな値、ＤＣＴデータの高周波成分に対する量子化レベル（量子化成分）は大きな値となる。ここで、圧縮率を上げることは、これらのテーブルの量子化成分の設定値を全体的に大きくすることを意味する。

このような画像データの符号化処理で使われた量子化テーブルの値は、画像を再現するときに、つまり符号化データを復号化する際に必要になるため、ＪＰＥＧファイル、つまりＪＰＥＧ準拠の符号化データのヘッダ部分に書き込まれて、符号化データとともに復号化側に送られる。
特開平７−１２３４１３号公報

ところが、従来の圧縮方式では次のような問題点があった。

１枚の画像に対して固定の量子化テーブルを用いてその圧縮を行うので、１枚の画像のうちの暗い部分、つまり本来情報量の少ない部分と、明るく画像として情報量のある部分とが同じ圧縮率で扱われていた。

この場合、圧縮処理により１枚の画像のデータ量はより小さくできる可能性があるが、このように１枚の画像に対して、一律同じ量子化テーブルを用いる方法では、圧縮による画質劣化の点から更なる圧縮が見込めない。

本発明のこのような問題点を解決するためになされたもので、不要な高い空間周波数成分のデータが除去されるようさらなる圧縮を行うことが可能となり、これにより圧縮された画像データのサイズをさらに減らすことができる画像圧縮装置および画像圧縮方法を得ることを目的とする。

本発明にかかる画像圧縮装置は、画像を圧縮して圧縮データを生成する画像圧縮装置であって、該画像をその圧縮の単位となるブロックに分割する画像分割部と、該画像の画像データを該ブロック毎に量子化する量子化部とを備え、該量子化部は、該画像の、基準の明るさより暗い部分の圧縮率が高まるよう、該画像データの量子化に用いる量子化テーブルの成分をブロック毎に決定するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記画像圧縮装置において、前記画像データを量子化して得られた量子化データを符号化して圧縮データを生成する符号化器を有し、前記各ブロックに対応する量子化テーブルを、該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮装置において、前記各ブロックに対応する量子化テーブルは、前記圧縮データの該各ブロックに対応するヘッダ部に含めて送信されることが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮装置において、前記量子化部は、基準量子化テーブルを保持しており、前記各ブロックの輝度レベルに応じて該基準量子化テーブルの成分を補正して補正量子化テーブルをブロック毎に作成し、該各ブロックの画像データの量子化を、該作成した補正量子化テーブルを用いて行うことが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮装置において、前記各ブロックに対応する量子化テーブルとして、前記補正量子化テーブルを該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮装置において、前記各ブロックに対応する量子化テーブルとして、前記基準量子化テーブルを該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮装置において、前記画像の画像データを前記ブロック毎に離散コサイン変換して変換データを生成する変換器を備え、前記量子化部は、前記画像データとして該変換データを量子化し、前記基準量子化テーブルの成分のうちの、該変換データの交流成分に対応する交流成分を、該各ブロックの輝度レベルに応じて変更して、前記補正量子化テーブルを作成することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮装置において、前記量子化部は、前記基準量子化テーブルの交流成分のうちの、前記変換データの空間周波数の高い成分に対応する高周波成分を、該各ブロックの輝度レベルに応じて変更して前記補正量子化テーブルを作成することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮装置において、前記量子化部は、前記画像データに基づいて、前記各ブロックの輝度レベルを抽出する輝度レベル抽出部と、前記基準量子化テーブルを保持し、該各ブロックの抽出した輝度レベルに応じて該基準量子化テーブルの高周波成分を補正して前記補正量子化テーブルをブロック毎に作成する量子化テーブル作成部と、該各ブロックの変換データを、該作成した補正量子化テーブルを用いて量子化する量子化器とを有することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮装置において、前記量子化テーブル作成部は、前記各ブロックの輝度レベルに応じて、前記基準量子化テーブルの高周波成分に係数を乗算して、前記補正量子化テーブルを作成するものであり、前記輝度レベル抽出部は、外部から供給される検出レベルと、該各ブロックに対応する輝度レベルとを比較し、該ブロックの輝度レベルが、該検出レベル以上であるときは、該ブロックに対する量子化テーブルとして該基準量子化テーブルを用いるべきであることを示す補正制御信号を出力し、かつ、該係数を１に設定し、該ブロックの輝度レベルが、該検出レベルより小さいときは、該ブロックの量子化テーブルとして該補正量子化テーブルを用いるべきことを示す補正制御信号を出力し、かつ、該係数を、該ブロックの輝度レベルが低いほど大きな値に設定することが好ましい。

本発明にかかる画像圧縮方法は、画像を圧縮して圧縮データを生成する画像圧縮方法であって、該画像をその圧縮の単位となるブロックに分割する画像分割ステップと、該画像の画像データを該ブロック毎に量子化する量子化ステップとを含み、該量子化ステップでは、該画像の、基準の明るさより暗い部分の圧縮率が高まるよう、該画像データの量子化に用いる量子化テーブルの成分を、該ブロック毎に決定するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記画像圧縮方法において、前記画像データを量子化して得られた量子化データを符号化して圧縮データを生成する符号化ステップを含み、前記各ブロックに対応する量子化テーブルを、該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮方法において、前記各ブロックに対応する量子化テーブルは、前記圧縮データの該各ブロックに対応するヘッダ部に含めて送信されることが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮方法において、前記量子化ステップでは、前記各ブロックの輝度レベルに応じて基準量子化テーブルの成分を補正して補正量子化テーブルをブロック毎に作成し、該各ブロックの画像データの量子化を、該作成した補正量子化テーブルを用いて行うことが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮方法において、前記各ブロックに対応する量子化テーブルとして、前記補正量子化テーブルを該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮方法において、前記各ブロックに対応する量子化テーブルとして、前記基準量子化テーブルを該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮方法において、前記画像の画像データを前記ブロック毎に離散コサイン変換して変換データを生成する変換ステップを含み、前記量子化ステップでは、前記画像データとして該変換データを量子化し、前記基準量子化テーブルの成分のうちの、該変換データの交流成分に対応する交流成分を、該各ブロックの輝度レベルに応じて変更して、前記補正量子化テーブルを作成することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮方法において、前記量子化ステップでは、前記基準量子化テーブルの交流成分のうちの、前記変換データの空間周波数の高い成分に対応する高周波成分を、該各ブロックの輝度レベルに応じて変更して前記補正量子化テーブルを作成することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮方法において、前記量子化ステップは、前記画像データに基づいて、前記各ブロックの輝度レベルを抽出し、該各ブロックの抽出した輝度レベルに応じて該基準量子化テーブルの高周波成分を補正して前記補正量子化テーブルをブロック毎に作成し、該各ブロックの変換データを、該作成した補正量子化テーブルを用いて量子化することが好ましい。

本発明は、上記画像圧縮方法において、前記量子化ステップでは、前記各ブロックの輝度レベルに応じて、前記基準量子化テーブルの高周波成分に係数を乗算して、前記補正量子化テーブルを作成し、決められた検出レベルと、該各ブロックに対応する輝度レベルとを比較し、該ブロックの輝度レベルが、該検出レベル以上であるときは、該ブロックに対する量子化テーブルとして該基準量子化テーブルを用いるべきであることを示す補正制御信号を生成し、かつ、該係数を１に設定し、該ブロックの輝度レベルが、該検出レベルより小さいときは、該ブロックの量子化テーブルとして該補正量子化テーブルを用いるべきことを示す補正制御信号を生成し、かつ、該係数を、該ブロックの輝度レベルが低いほど大きな値に設定することが好ましい。

上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。

本発明においては、画像圧縮装置において、画像データを、該画像を区分するブロック毎にを量子化する量子化部を備え、該量子化部を、該画像の、基準の明るさより暗い部分の圧縮率が高まるよう、該画像データの量子化に用いる量子化テーブルの成分をブロック毎に変更するので、圧縮データにおける、画像中の輝度レベルの低い部分（暗い部分）の情報量が削減されることとなり、画質劣化を抑えつつ、圧縮データのサイズをさらに低減することができる。

また、本発明においては、各ブロックの量子化に用いる量子化テーブルの交流成分のうちの、画像データを時間領域から周波数領域に変換して得られる変換データの空間周波数の高い成分に対応する高周波成分を、該各ブロックの輝度レベルに応じて変更するので、画像データの、画像の暗い部分での交流成分が、明るい部分での交流成分に比べて、より低減されることとなる。これにより、圧縮データを復元して得られる画像データにおける、画像の暗い部分のノイズ成分が除去されるという効果が得られる。

以上のように、本発明によれば、画像データにおける輝度レベルの低い部分（暗い部分）のＡＣ成分を減衰させることにより、不要な高い空間周波数成分のデータを除去する方向の画像圧縮が行われることとなり、これにより、圧縮サイズをさらに減らすことができる画像圧縮装置および画像圧縮方法を得ることができる。

また、このようにして画像データを圧縮して得られる圧縮データを復号化して再生表示する場合は、画像の暗い部分のノイズ成分が除去されるという効果も得られる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による画像圧縮装置を説明する図であり、図１（ａ）はその全体構成を示し、図１（ｂ）は、該画像圧縮装置を構成する輝度レベル抽出部を示している。

この実施形態１の画像圧縮装置１００は、画像データＩｄを、８×８画素からなるブロックに対応するよう分割するバッファ１０１と、該バッファからのブロックに対応する画像データ（ブロックデータ）Ｄｂに対してＤＣＴ処理を施すＤＣＴ器１０２と、ＤＣＴ処理された画像データ（ＤＣＴデータ）Ｔｄを量子化する量子化器１０３と、量子化されたＤＣＴデータ（量子化データ）Ｑｄをハフマン符号化するハフマン符号化器１０４とを有しており、これらは、従来の画像圧縮装置２００におけるバッファ２０１、ＤＣＴ器２０２、量子化器２０３およびハフマン符号化器２０４と同一のものである。

そして、本実施形態１の画像圧縮装置１００は、外部から供給される基準レベル（検出レベル）Ｌｈよりも低い輝度レベルを有する輝度信号（画像データ）Ｉｄが入力されると、量子化テーブルＡＣ可変作成部１０３ａに制御信号Ｃｓを出力する輝度レベル抽出器１０５と、該輝度レベル抽出器１０５からの制御信号Ｃｓに基づいて、基準量子化テーブル（以下、単に通常テーブルという。）ＴａのＡＣ成分を変化させた補正量子化テーブル（以下、単に補正テーブルともいう。）Ｔｂを作成する量子化テーブル（ＡＣ可変）作成部１０３ａとを有している。ここで、量子化テーブルのＡＣ成分は、該量子化テーブルにおける、ＤＣＴデータＴｄの８×８個の成分のうちの高周波成分に対応する成分としている。

図１（ｂ）は、上記輝度レベル抽出器１０５を詳しく説明する図である。

この輝度レベル抽出器１０５は、外部から供給される検出レベルＬｈと、バッファ１０１からの各ブロックに対応する画像データ（ブロックデータ）Ｂｄとに基づいて、各ブロックの平均輝度レベルと該検出レベルＬｈとを比較する比較器１０５ａを有し、該比較結果に応じて、上記制御信号Ｃｓとして、ＡＣ成分補正対象信号ＡＳと、量子化テーブルのＡＣ成分に対する係数Ｅとを出力するものである。ここで、ＡＣ成分補正対象信号ＡＳは、量子化の対象となるブロックに対応する量子化テーブルに対して、そのＡＣ成分の補正を行うべきか否かを示す信号である。また、上記係数Ｅは、量子化テーブルのＡＣ成分の補正に用いる乗算係数（以下、Ｘ係数ともいう。）であり、その値が１から、各ブロックに対する平均輝度レベルの低さに比例して大きくなるものである。

図２は、上記輝度レベル抽出器１０５から出力される制御信号を説明する図であり、図２（ａ）は各ブロックの平均輝度レベル（以下、輝度レベルという。）の、画像位置Ｘに対する変化を示し、図２（ｂ）はＡＣ成分補正対象信号ＡＳの、画像位置Ｘに対する変化を示し、図２（ｃ）は係数Ｅの、画像位置Ｘに対する変化を示している。なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）では、横軸の画像位置Ｘは、圧縮処理の対象となるブロックの画像全体における位置である。

図３は、上記輝度レベルＬと係数Ｃｘとの関係を示している。この図から分かるように、輝度レベルＬが一定の検出レベルＬｈ以上であるときは、係数Ｃｘは１に設定され、輝度レベルＬが検出レベルＬｈを下回ると、輝度レベルが小さいほど、係数Ｃｘは大きさな値Ａ〜Ｇ（１＜Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅ＜Ｆ＜Ｇ）に設定される。

また、上記量子化テーブルＡＣ可変作成部１０３ａは、輝度レベル抽出部１０５から制御信号Ｃｓを受けると、基準となる通常テーブルＴａのＡＣ成分に上記係数を掛けて、ＤＣ成分以外の所定のＡＣ成分の値を大きくしたＡＣ変換テーブル（補正テーブル）Ｔｂを、量子化器１０３に出力するものである。

図４は、量子化テーブルＡＣ可変作成部１０３ａにて、通常テーブルＴａと、その所定のＡＣ成分に上記係数を掛けて得られる補正テーブルＴｂとが切り替えられる様子を示している。

図４において、横軸は画像位置Ｘ、つまり圧縮対象となる画像全体におけるブロックの位置であり、縦軸は、その位置でのブロックの平均輝度レベルＬを示している。

図４に示されるように、検出レベルＬｈより大きい平均輝度レベルＬを有するブロックに対しては、そのＤＣＴデータの量子化の際に、通常テーブルＴａが用いられ、検出レベルＬｈより小さい平均輝度レベルを有するブロックに対しては、そのＤＣＴデータの量子化の際に、通常テーブルＴａの所定のＡＣ成分を、ＤＣＴデータのＡＣ成分がより減衰するよう変更した補正テーブルＴｂが用いられる。

図５は、量子化テーブルＡＣ可変作成部１０３ａでの量子化テーブルの具体的な変換の例を示している。

検出レベルＬｈ以上の輝度レベルを有するブロックに対しては、図５（ａ）に示すように、Ｘ係数ＣｘはＣｘ＝１に設定されるため、通常のテーブルＴａにＸ係数Ｃｘを乗算して得られる補正テーブルＴｂ１は、元の通常のテーブルＴａと同じである。

また、検出レベルＬｈよりも低い輝度レベルを有するブロックに対しては、図５（ｂ）に示すように、Ｘ係数Ｃｘは、例えばＣｘ＝２に設定され、もとの量子化テーブルＴａの、所定部分のＡＣ成分にＸ係数Ｃｘ（＝２）を掛けてそのＡＣ成分を大きくした補正テーブルＴｂ２を用いて、該ブロックの量子化が行われる。

図６は、本実施形態１の画像圧縮装置から符号化ストリームとして出力される圧縮ファイルＦｃのデータ構造を示している。

この圧縮ファイルＦｃは、各ブロックに対応するブロック対応部Ｂｃを有しており、各ブロック対応部Ｂｃは、ヘッダ部Ｈｂとデータ部Ｄｐとからなり、該ヘッダ部Ｈｐには、各ブロックに対応するＤＣＴデータの量子化に用いた量子化テーブルＱｔが他のヘッダＨａ１およびＨａ２とともに含まれ、該データ部Ｄｐには、各ブロックに対応する圧縮データＣｄが含まれている。

なお、図５に示す通常テーブルＴａ、補正テーブル（係数乗算後のテーブル）Ｔｂ１およびＴｂ２、並びに図６に示す量子化テーブルＱｔの成分の具体的数値は、一例であり、通常テーブルＴａの成分の具体的数値は、その他の値を取り得ることは言うまでもない。

次に動作について説明する。

この実施形態１の画像圧縮装置１００に画像データＩｄが入力されると、該画像データＩｄは一旦バッファ１０１に蓄えられ、該画像データは、画像を区分するブロック、つまり横８画素ｘ縦８画素からなる領域毎に出力される。

そして、各ブロックに対応する画像データ（ブロックデータ）Ｂｄは、バッファ１０１からＤＣＴ器１０２および輝度レベル抽出部１０５に供給される。

すると、該ブロックデータＢｄは、ＤＣＴ器１０２にてＤＣＴ処理が施され、周波数領域のデータ（ＤＣＴデータ）Ｔｄに変換される。また、このとき、輝度レベル抽出部１０５では、ブロックデータＢｄに基づいて、各ブロックでの平均輝度レベルが抽出され、この抽出した輝度レベルが、外部から与えられた検出レベルＬｈと比較され、該比較結果に応じた制御信号Ｃｓが量子化テーブル発生部１０３ａに供給される。該量子化テーブル発生部１０３ａでは、輝度レベル抽出部１０５からの制御信号Ｃｓに応じて、通常テーブルＴａ、あるいは通常テーブルＴａの所定部分のＡＣ成分を大きくした補正テーブルＴｂが作成される。

そして、ＤＣＴ器１０２からのＤＣＴデータは、量子化器１０３にて、量子化テーブル発生器１０３ａからの量子化テーブルＱｔ（ＴａあるいはＴｂ）を用いて量子化され、該量子化されたデータＱｄがハフマン符号化器１０４に出力される。該ハフマン符号化器１０４では、ハフマンテーブル保持部１０４ａに保持されているハフマンテーブルＨｔを用いて、量子化データＱｄに対するハフマン符号化処理が行われ、これにより得られた画像圧縮データＣｄが出力される。

以下、上記輝度レベル抽出部１０５、量子化テーブル作成部１０３ａ、および量子化器１０３の動作について詳しく説明する。

つまり、図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、該ブロックデータＢｄから得られる輝度レベル（入力画像レベル）Ｌが検出レベルＬｈ以上である場合は、輝度レベル抽出部１０５から出力される制御信号の１つであるＡＣ成分補正対象信号ＡＳはＬｏｗレベルであり、また、係数Ｃｘに１が設定される。

この場合、図７（ａ）に示すように、ＤＣＴ処理が施されたブロックデータＴｄである８×８配列の各周波数成分は、通常テーブルＴａにおける８×８配列の対応する位置の量子化係数（量子化成分）により除算され、８×８配列の除算値からなる量子化データＱｄが生成される。なお、ここでは、図７（ａ）では、通常テーブルＴａの量子化係数（量子化成分）の具体的数値は、説明の都合上、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す通常テーブルＴａの量子化係数（量子化成分）の具体的数値とは異なった値を示している。

そして、量子化に用いた量子化テーブルＴａは、圧縮データＣｄにおける各ブロックに対応するデータ領域のヘッダ部分に付加されて受信側に送信される。従って、受信側で、圧縮されたデータを伸張する際には、図７（ｂ）に示すように、逆量子化前のデータ（量子化データ）Ｑｄと、圧縮データのヘッダに含まれている量子化テーブルＴａとの乗算により、逆量子化されたデータが作成される。

一方、該ブロックデータＢｄから得られる輝度レベル（入力画像レベル）Ｌが検出レベルＬｈより小さい場合は、輝度レベル抽出部１０５から出力される制御信号の１つであるＡＣ成分補正対象信号ＡＳはＨｉｇｈレベルとなり、また、係数Ｃｘには、輝度レベルＬの低さに応じた値が設定される。具体的には、図３に示すように、輝度レベルが小さいほど、係数Ｃｘは大きな値Ａ〜Ｇ（１＜Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅ＜Ｆ＜Ｇ）に設定される。

この場合、図８（ａ）に示すように、ＤＣＴ処理が施されたブロックデータＴｄである８×８配列の各周波数成分は、通常テーブルの量子化係数の高周波部分に係数Ｃｘ（Ｃｘ＝２）を乗算して得られる補正テーブルＴｂの８×８配列の対応する位置の量子化係数により除算され、８×８配列の除算値からなる量子化データＱｄが生成される。ここでは、通常テーブルの係数を乗算する量子化係数は、該通常テーブルの第３行第３行〜第８列までの係数およびその第４列から第８列までの係数としている。

このときは、量子化に用いた補正テーブルＴｂではなく、補正前の通常テーブルが、圧縮データＣｄにおける各ブロックに対応するデータ領域のヘッダ部分に付加されて受信側に送信される。

つまり、圧縮データに添付される量子化テーブルは、通常テーブルＴａの量子化係数に２を掛ける前のテーブル（つまり通常テーブルＴａと同じもの）を添付する。この場合は、受信側で、圧縮データの伸長処理における逆量子化を行う際に、この添付された通常テーブルが使われる。この結果、量子化データを逆量子化して得られる逆量子化データは、該量子化データの量子化係数に２を掛ける前の逆量子化データよりもＡＣ成分が小さくなる。

つまり、図８（ｂ）に示すように、量子化データの周波数成分と、圧縮ファイルに添付の量子化テーブルの量子化係数との乗算により得られた結果（逆量子化データの周波数成分）は、図７（ｂ）に示す、量子化データの周波数成分と、圧縮ファイルに添付の量子化テーブルの量子化係数との乗算により得られた結果（逆量子化データの周波数成分）と比べてＡＣ成分が小さくなる。

このようにＡＣ成分を減衰させると帯域が狭くなるが暗い部分に関しては本来画像としては細かい模様の画像はないはずである。あるとすれば撮像素子のノイズなどが考えられるがこのように減衰させることで削除できる。また、低い輝度成分のＡＣ成分が通常圧縮よりもさらに削減されるため、圧縮データを戻すときに暗い部分のノイズ成分が除去されるという効果が得られる。

このように本実施形態では、画像中の輝度レベルの低い部分（暗い部分）のブロック中のＡＣ成分を減衰させることにより、不要な高い空間周波数成分のデータが除去されることとなり、圧縮サイズをさらに減らすことができる。

また、画像中の輝度レベルの低い部分（暗い部分）のＡＣ成分を減衰させることにより高い空間周波数成分が除去されることとなる。このことにより見かけ上暗い部分の細かなノイズ成分が除去される。

なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記実施形態の画像圧縮装置を、データ通信部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、撮像部で得た画像データを圧縮する圧縮処理部と、該圧縮された画像データを記録する記録メディアなどのメモリ部と、記録部に記録された圧縮データを伸長する伸長処理部と、伸長された画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、上記圧縮された画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくとも、上記圧縮処理部を有し、上記圧縮処理部が、本発明の上記実施形態の画像圧縮装置を含むものである。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、カメラ付き携帯電話やディジタルスチルカメラなどの画像を圧縮して記録あるいは伝送するデータ圧縮部を有する電子機器において、画質劣化を抑えつつ圧縮データのサイズを小さくできるものである。

図１は、本発明の一実施形態による画像圧縮装置を説明する図であり、図１（ａ）は全体構成を示し、図１（ｂ）は、該画像圧縮装置を構成する輝度レベル抽出器を詳しく説明するための図である。 図２は、上記実施形態の輝度レベル抽出器から出力される制御信号を説明する図であり、各ブロックの輝度レベル（図（ａ））、ＡＣ成分補正対象信号ＡＳ（図（ｂ））、および量子化テーブルを補正する係数（図（ｃ））を示している。 図３は、上記輝度レベルＬから係数Ｃｘの具体的な値を決める方法を説明する図である。 図４は、上記実施形態の画像圧縮装置における量子化テーブルＡＣ可変作成部で、通常テーブルＴａと補正テーブルＴｂとを切り替える動作を説明する図である。 図５は、上記実施形態の画像圧縮装置における量子化テーブルＡＣ可変作成部で係数を用いて量子化テーブルを補正する具体的な処理を説明する図であり、係数Ｃｘ＝１のときの量子化テーブルの補正（図（ａ））、および係数２のときの量子化テーブルの補正（図（ｂ））を示している。 図６は、上記実施形態の画像圧縮装置から出力される圧縮ファイルのヘッダに添付される量子化テーブルを示す図である。 図７は、上記実施形態の画像圧縮装置の動作を説明する図であり、通常テーブルを用いた量子化（図（ａ））、および通常テーブルを用いた逆量子化（図（ｂ））を示している。 図８は、上記実施形態の画像圧縮装置の動作を説明する図であり、補正テーブルを用いた量子化（図（ａ））、および通常テーブルを用いた逆量子化（図（ｂ））を示している。 図９は、ＪＰＥＧ準拠の画像圧縮処理を行う従来の画像圧縮装置を説明するブロック図である。

符号の説明

１００ 画像圧縮装置
１０１ バッファ
１０２ ＤＣＴ器
１０３ 量子化器
１０３ａ 量子化テーブル（ＡＣ可変）作成部
１０４ ハフマン符号化器
１０４ａ ハフマンテーブル保持部
１０５ 輝度レベル抽出器
１０５ａ 比較器
ＡＳ ＡＣ成分補正対象信号
Ｂｃ ブロック対応部
Ｂｄ ブロックデータ
Ｃｄ 圧縮データ
Ｃｓ 制御信号
Ｃｘ 係数
Ｄｐ データ部
Ｆｃ 圧縮ファイル
Ｈａ１，Ｈａ２ 他のヘッダ情報
Ｈｐ ヘッダ部
Ｈｔ ハフマン符号テーブル
Ｉｄ 画像データ
Ｑｄ 量子化データ
Ｑｔ 量子化テーブル
Ｔａ 通常テーブル
Ｔｂ 補正テーブル
Ｔｄ ＤＣＴデータ

Claims (20)

1. 画像を圧縮して圧縮データを生成する画像圧縮装置であって、
   該画像をその圧縮の単位となるブロックに分割する画像分割部と、
   該画像の画像データを該ブロック毎に量子化する量子化部とを備え、
   該量子化部は、該画像の、基準の明るさより暗い部分の圧縮率が高まるよう、該画像データの量子化に用いる量子化テーブルの成分を該ブロック毎に決定する、画像圧縮装置。
2. 前記画像データを量子化して得られた量子化データを符号化して圧縮データを生成する符号化器を有し、
   前記各ブロックに対応する量子化テーブルを、該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信する、請求項１記載の画像圧縮装置。
3. 前記各ブロックに対応する量子化テーブルは、前記圧縮データの該各ブロックに対応するヘッダ部に含めて送信される、請求項２に記載の画像圧縮装置。
4. 前記量子化部は、
   基準量子化テーブルを保持しており、前記各ブロックの輝度レベルに応じて該基準量子化テーブルの成分を補正して補正量子化テーブルをブロック毎に作成し、該各ブロックの画像データの量子化を、該作成した補正量子化テーブルを用いて行う、請求項１に記載の画像圧縮装置。
5. 前記各ブロックに対応する量子化テーブルとして、前記補正量子化テーブルを該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信する、請求項４に記載の画像圧縮装置。
6. 前記各ブロックに対応する量子化テーブルとして、前記基準量子化テーブルを該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信する、請求項４に記載の画像圧縮装置。
7. 前記画像の画像データを前記ブロック毎に離散コサイン変換して変換データを生成する変換器を備え、
   前記量子化部は、前記画像データとして該変換データを量子化し、前記基準量子化テーブルの成分のうちの、該変換データの交流成分に対応する交流成分を、該各ブロックの輝度レベルに応じて変更して、前記補正量子化テーブルを作成する、請求項４に記載の画像圧縮装置。
8. 前記量子化部は、前記基準量子化テーブルの交流成分のうちの、前記変換データの空間周波数の高い成分に対応する高周波成分を、該各ブロックの輝度レベルに応じて変更して前記補正量子化テーブルを作成する、請求項７に記載の画像圧縮装置。
9. 前記量子化部は、
   前記画像データに基づいて、前記各ブロックの輝度レベルを抽出する輝度レベル抽出部と、
   前記基準量子化テーブルを保持し、該各ブロックの抽出した輝度レベルに応じて該基準量子化テーブルの高周波成分を補正して前記補正量子化テーブルをブロック毎に作成する量子化テーブル作成部と、
   該各ブロックの変換データを、該作成した補正量子化テーブルを用いて量子化する量子化器とを有する請求項８に記載の画像圧縮装置。
10. 前記量子化テーブル作成部は、前記各ブロックの輝度レベルに応じて、前記基準量子化テーブルの高周波成分に係数を乗算して、前記補正量子化テーブルを作成するものであり、
    前記輝度レベル抽出部は、外部から供給される検出レベルと、該各ブロックに対応する輝度レベルとを比較し、該ブロックの輝度レベルが、該検出レベル以上であるときは、該ブロックに対する量子化テーブルとして該基準量子化テーブルを用いるべきであることを示す補正制御信号を出力し、かつ、該係数を１に設定し、該ブロックの輝度レベルが、該検出レベルより小さいときは、該ブロックの量子化テーブルとして該補正量子化テーブルを用いるべきことを示す補正制御信号を出力し、かつ、該係数を、該ブロックの輝度レベルが低いほど大きな値に設定する、請求項９に記載の画像圧縮装置。
11. 画像を圧縮して圧縮データを生成する画像圧縮方法であって、
    該画像をその圧縮の単位となるブロックに分割する画像分割ステップと、
    該画像の画像データを該ブロック毎に量子化する量子化ステップとを含み、
    該量子化ステップでは、該画像の、基準の明るさより暗い部分の圧縮率が高まるよう、該画像データの量子化に用いる量子化テーブルの成分を該各ブロック毎に決定する、画像圧縮方法。
12. 前記画像データを量子化して得られた量子化データを符号化して圧縮データを生成する符号化ステップを含み、
    前記各ブロックに対応する量子化テーブルを、該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信する、請求項１１記載の画像圧縮方法。
13. 前記各ブロックに対応する量子化テーブルは、前記圧縮データの該各ブロックに対応するヘッダ部に含めて送信される、請求項１２に記載の画像圧縮方法。
14. 前記量子化ステップでは、
    前記各ブロックの輝度レベルに応じて基準量子化テーブルの成分を補正して補正量子化テーブルをブロック毎に作成し、該各ブロックの画像データの量子化を、該作成した補正量子化テーブルを用いて行う、請求項１１に記載の画像圧縮方法。
15. 前記各ブロックに対応する量子化テーブルとして、前記補正量子化テーブルを該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信する、請求項１４に記載の画像圧縮方法。
16. 前記各ブロックに対応する量子化テーブルとして、前記基準量子化テーブルを該各ブロックの圧縮データとともに復号化側に送信する、請求項１４に記載の画像圧縮方法。
17. 前記画像の画像データを前記ブロック毎に離散コサイン変換して変換データを生成する変換ステップを含み、
    前記量子化ステップでは、前記画像データとして該変換データを量子化し、前記基準量子化テーブルの成分のうちの、該変換データの交流成分に対応する交流成分を、該各ブロックの輝度レベルに応じて変更して、前記補正量子化テーブルを作成する、請求項１４に記載の画像圧縮方法。
18. 前記量子化ステップでは、前記基準量子化テーブルの交流成分のうちの、前記変換データの空間周波数の高い成分に対応する高周波成分を、該各ブロックの輝度レベルに応じて変更して前記補正量子化テーブルを作成する、請求項１７に記載の画像圧縮方法。
19. 前記量子化ステップは、
    前記画像データに基づいて、前記各ブロックの輝度レベルを抽出し、
    該各ブロックの抽出した輝度レベルに応じて該基準量子化テーブルの高周波成分を補正して前記補正量子化テーブルをブロック毎に作成し、
    該各ブロックの変換データを、該作成した補正量子化テーブルを用いて量子化する、請求項１８に記載の画像圧縮方法。
20. 前記量子化ステップでは、前記各ブロックの輝度レベルに応じて、前記基準量子化テーブルの高周波成分に係数を乗算して、前記補正量子化テーブルを作成し、
    決められた検出レベルと、該各ブロックに対応する輝度レベルとを比較し、該ブロックの輝度レベルが、該検出レベル以上であるときは、該ブロックに対する量子化テーブルとして該基準量子化テーブルを用いるべきであることを示す補正制御信号を生成し、かつ、該係数を１に設定し、該ブロックの輝度レベルが、該検出レベルより小さいときは、該ブロックの量子化テーブルとして該補正量子化テーブルを用いるべきことを示す補正制御信号を生成し、かつ、該係数を、該ブロックの輝度レベルが低いほど大きな値に設定する、請求項１９に記載の画像圧縮方法。

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