JP2003264704A - 画像復号化装置、画像復号化プログラム、画像符号化装置、及び画像符号化プログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 JPEG2000に基づく画像圧縮又は画像再生を行
う場合に、浮動小数点演算機能を持たない情報機器で
も、演算時間の増大をもたらすことなく高画質を維持で
きるようにすること。 【解決手段】 ステップ１〜６の演算式に含まれる乗算
ａ＝ｂ×ｃを行う場合、乗算結果ａをビット数ｎで表す
ものとすれば、被乗数ｂのビット数ｍと乗数ｃのビット
数ｏとの合計ビット数ｍ＋ｏは設定ビット数ｎを超えな
いようにする必要がある。もし超えていればｂを１ビッ
ト右シフトし、それでもまだ超えていればｃを１ビット
右シフトする。このようなシフトを繰り返し、合計ビッ
ト数が設定ビット数以下になった時点で乗算を行い、そ
の後に、行ったシフト回数を考慮して小数点位置を元に
戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、符号化規格JPEG20
00を用いて画像データの復号化及び符号化を行う、画像
復号化装置、画像復号化プログラム、画像符号化装置、
及び画像符号化プログラムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像圧縮方式としては、最も一般的なJP
EGをはじめとして従来から種々の方式が用いられてきて
いるが、最近、国際標準化され注目されている画像圧縮
方式としてJPEG2000がある。このJPEG2000は、従来のJP
EGが離散コサイン変換（DCT）を用いた方式であるのに
対し、ウェーブレット変換（DWT）を用いた方式である
ため、より高画質及び高階調の画像が得られ、また、同
程度の画質に比べ圧縮率を高くすることができるなど多
くのメリットを有している。

【０００３】図８は、JPEG2000を用いた画像復号化装置
の構成を示すブロック図である。この装置は、符号デー
タ入力手段８０１、メインヘッダ解析手段８０２、タイ
ル解析手段８０３、算術復号化手段８０４、係数ビット
モデリング手段８０５、スカラ逆量子化手段８０６、逆
ウェーブレット変換手段８０７、カラー変換手段８０
８、ＤＣレベルシフト手段８０９、及び画像出力手段８
１０を備えている。なお、これらのうち、スカラ逆量子
化手段８０６、カラー変換手段８０８、ＤＣレベルシフ
ト手段８０９はJPEG2000においてはオプションとして備
えられたものである。JPEG2000では、その他にもオプシ
ョンとして備えられたものがあるが、本発明の技術とは
直接的な関連性がないか、あっても重要度が低いため説
明を省略している。

【０００４】次に、図８の動作につき説明する。まず、
JPEG2000の規格にしたがって符号化された符号データ
は、ファイルシステムやネットワーク手段を用いて符号
データ入力手段８０１によって入力される。符号データ
は所定の２バイトコードのマーカによって区切られ、符
号化データの構成を示す図９の説明図のように、メイン
ヘッダ９０１とタイル９０２とに大きく分けることがで
きる。

【０００５】メインヘッダ９０１は、画像の大きさ、タ
イルの大きさ、画像位置のオフセット、タイル位置のオ
フセット、１画素あたりのサンプルビット数、ＲＧＢな
どのコンポーネント数が格納されているヘッダと、レイ
ヤー数、分解数、色変換、プログレッシブ順序などの量
子化スタイルとから構成されている。タイル９０２は、
画像を、メインヘッダで指定されたある一定の大きさを
有する複数のタイル９０３で構成されている。このタイ
ル９０３は、タイル９０２に係る画像を複数に分割する
ための単位であり、主にウェーブレット変換を行う単位
でまとめられた画像単位である。これら各タイル９０３
間の相関をなくすことにより並列化や省メモリ化が可能
となる。

【０００６】しかし、複数のタイル９０３に分割して圧
縮率を上げると、タイル境界部に不連続性が生じ、タイ
ルノイズを発生する虞がある。そのため、充分なメモリ
容量がある場合には、複数のタイルに分割せず、画像全
体を１つのタイルにした方がよいということがわかって
いる。

【０００７】タイル９０３のデータは更にタイルヘッダ
９０４及びタイルデータ９０５に分けることができる。
タイルヘッダ９０４は、タイル番号、タイルの大きさ等
が格納され、符号スタイルや量子化スタイルなども指定
することができる。タイルデータ９０５は、各コンポー
ネント、各分解数、各レイヤー単位のパケット９０６に
分けることができる。パケット９０６は、各コンポーネ
ント、各分解数、各レイヤーの符号データであり、更
に、パケットヘッダ、パケットボディ(図示せず）に分
けられる。そして、パケットヘッダにはパケットボディ
の存在や大きさなどが格納され、パケットボディには算
術符号化されたバイトコードが格納されている。

【０００８】メインヘッダ解析手段８０２は、符号デー
タ入力手段８０１で入力された符号データのメインヘッ
ダを解析し、画像のプロパティを決定する。タイル解析
手段８０３は、メインヘッダ解析手段８０２で得られた
画像のプロパティを基にタイルヘッダを解析して各タイ
ルのプロパティを決定し、更に各タイルのパケットを取
り出してパケットボディを得る。

【０００９】算術復号化手段８０４は、タイル解析手段
８０３で得られたパケットボディから算術復号化を行
い、係数ビットモデリング手段８０５のためのビット列
を取り出す。算術復号化は、JPEG2000では適応的復号化
のMQCoderが採用されている。係数ビットモデリング手
段８０５は、算術復号化手段８０４から得られたビット
列を用いて、所定の手続きに基づきＤＷＴ係数からスカ
ラ量子化した係数列を作成する。

【００１０】スカラ逆量子化手段８０６は、メインヘッ
ダ９０１又はタイルヘッダ９０４で指定された量子化ス
タイルに基づき、係数ビットモデリング手段９０５で作
成された係数列をJPEG2000の規格にある所定の計算式で
逆量子化し、ＤＷＴ係数を生成する。逆ウェーブレット
変換手段８０７はスカラ逆量子化手段８０６で得られた
ＤＷＴ係数をメインヘッダ９０１又はタイルヘッダ９０
４で指定された符号化スタイルの分解数に基づき逆ウェ
ーブレット変換を行い、各コンポーネントの値を求め
る。

【００１１】カラー変換手段８０８は、逆ウェーブレッ
ト変換手段８０７で得られた値をメインヘッダ９０１又
はタイルヘッダ９０４にしたがってＹＵＶ成分からＲＧ
Ｂ成分へのカラー変換を行う。但し、モノクロ画像の符
号データや、符号化時にカラー変換を行わなかった場
合、カラー変換手段８０８は動作しない。

【００１２】ＤＣレベルシフト手段８０９は、カラー変
換手段８０８で得られたＲＧＢ又は各コンポーネントの
各値のＤＣレベルをシフトする。ＤＣレベルシフトと
は、符号化時にダイナミックレンジが値０を中心とする
ようにシフトすることであり、復号化時にはそれを元に
戻すことである。例えば、或る入力画像データが８ビッ
トで表されているとすると、このデータは０〜２５５の
うちのいずれかの値となるが、ＤＣレベルシフトするこ
とにより、このデータの値を０を中心として−１２８〜
１２７の値にすることができる。このように、ＤＣレベ
ルシフトを行う理由は、周波数変換後の係数は正負の符
号と絶対値とに分けられて符号化されるため、ゼロ値を
基準としてデータ配置されている方が符号化効率が高く
なるからである。画像出力手段８１０は、ＤＣレベルシ
フト手段８０９で得られた画像を出力する手段である。

【００１３】ところで、逆ウェーブレット変換手段８０
７は、ウェーブレット変換により符号化された画像デー
タに対して逆ウェーブレット変換を行うものである。こ
こで、ウェーブレット変換とは、複雑な振動波形の解析
等を行う場合に用いられる変換であり、フーリェ解析の
特徴を生かしつつ、時間的又は空間的な変動を同時にと
らえることができる波形データ解析手法である。そし
て、このウェーブレット変換は、画像を低域成分と高域
成分とに分けて変換を行うものであり、変換係数が整数
で構成されるものを「整数型」、実数で構成されるもの
を「実数型」と呼んでいる。前者は可逆変換が可能であ
り回路構成を小さくできるというメリットがあり、一
方、後者は可逆変換は不可であり、実数演算のため処理
に浮動小数点演算回路を必要としたりするが、圧縮率を
上げた場合にも良好な画質が得られるというメリットが
ある。画像処理一般におけるウェーブレット変換では、
変換係数や参照画素数などを種々の値に設定可能であ
り、従って種々の変換フィルタを用いることが可能であ
る。しかし、JPEG2000では画質や回路構成等を考慮の結
果、「整数型」では低域用参照画素数が５で高域用参照
画素数が３の５×３フィルタを採用し、「実数型」では
低域用参照画素数が９で高域用参照画素数が７の９×７
フィルタを採用している。

【００１４】逆ウェーブレット変換手段８０７が行う実
数型逆ウェーブレット変換の演算は、以下のようなステ
ップ１〜６の各ステップ演算式で示される。 Step１ Ｘ（2n）＝Ｋ・Ｙext（2n） Step２ Ｘ（2n+1）＝（１／Ｋ）・Ｙext（2n+1） Step３ Ｘ（2n）＝Ｘ（2n）−δ・｛Ｘ（2n-1）＋Ｘ（2n+1）｝ Step４ Ｘ（2n+1）＝Ｘ（2n+1）−γ・｛Ｘ（2n）＋Ｘ（2n+
2）｝ Step５ Ｘ（2n）＝Ｘ（2n）−β・｛Ｘ（2n-1）＋Ｘ（2n+1）｝ Step６ Ｘ（2n+1）＝Ｘ（2n+1）−α・｛Ｘ（2n）＋Ｘ（2n+
2）｝

【００１５】ここで、Ｙext（n）は、入力のＤＷＴ係数
Ｙ（n）を対称周期拡張して得られる係数であり、Ｘ
（n）は出力の画素値である（ｎはこれらの係数及び画
素の位置を示す数値である）。対称周期拡張とは、タイ
ル領域境界線付近でのウェーブレット演算を可能にする
ためタイル領域内の係数又は画素をタイル領域外に仮想
的に拡張することである。また、上記の各ステップ演算
式で用いられる係数α，β，γ，δ，ＫはJPEG2000にお
いては以下のように規定されている。 α＝-1.586134342059924 β＝-0.052980118572961 γ＝0.882911075530934 δ＝0.443506852043971 Ｋ＝1.230174104914001

【００１６】また、JPEG2000において、実数型ウェーブ
レット変換の演算は、以下のようなステップ１′〜６′
の各ステップ演算式で示される。なお、Ｘext（n）は、
入力の画素値を対称周期拡張して得られる係数である。 Step１′ Ｙ（2n+1）＝Ｘext（2n+1）＋α・｛Ｘext（2n）＋Ｘex
t（2n+2）｝ Step２′ Ｙ（2n）＝Ｘext（2n）＋β・｛Ｙ（2n-1）＋Ｙ（2n+
1）｝ Step３′ Ｙ（2n+1）＝Ｙ（2n+1）＋γ・｛Ｙ（2n）＋Ｙ（2n+
2）｝ Step４′ Ｙ（2n）＝Ｙ（2n）＋δ・｛Ｘ（2n-1）＋Ｘ（2n+1）｝ Step５′ Ｙ（2n+1）＝Ｋ・Ｙ（2n+1） Step６′ Ｙ（2n）＝（１／Ｋ）・Ｙ（2n）

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、JPEG
2000ではウェーブレット変換を用いた符号化を行ってい
るため、ＤＣＴ変換を用いた従来のJPEGに比べて高品質
の画像を得ることができる。ところが、JPEG2000ではウ
ェーブレット変換の変換方法は、既述したように「整数
型」と「実数型」の２種類があるため次のような課題が
生じている。

【００１８】すなわち、整数型ウェーブレット変換によ
る画像処理は整数演算のみでよいため処理が速くロスレ
ス変換であるという長所を有しているが、圧縮率を大き
くすると実数型ウェーブレット変換よりも画像が劣化し
てしまうという短所を有している。一方、実数型ウェー
ブレット変換による画像処理は小数点演算を行うため圧
縮率を大きくしても高画質を維持することが可能である
が、小数点演算を行っても一定以上の処理速度を確保す
ることができるＣＰＵを用いなければならないという制
約がある。画像圧縮において最も重要なことは、高画質
を維持したままで画像データのデータサイズを小さくす
ることであるから、今後の動向としては実数型ウェーブ
レット変換の方が整数型ウェーブレット変換よりも多く
利用されていくことになると考えられる。

【００１９】ここで、小数点演算には浮動小数点演算方
式と固定小数点演算方式の２つの方式があるが、演算精
度については両者の間にかなりの差が存在している（後
者が前者に比べてかなり低い）。例えば、演算結果を３
２ビットで表現するＣＰＵの場合、浮動小数点演算で
は、−１．１７５４９４３５１×１０38（１０の３８
乗）〜１．１７５４９４３５１×１０38（１０の３８
乗）の数値を表現できる。これに対し、固定小数点演算
では、小数点をどの位置に置くかにもよるが、上記のよ
うに演算結果を３２ビットで表現しようとすると等間隔
の４２９４９６７２９６ステップの数値しか扱うことが
できない。更に、乗算を行う場合は、〔被乗数〕×〔乗
数〕の各ビット数を、例えば、〔１６ビット〕×〔１６
ビット〕あるいは〔１４ビット〕×〔１８ビット〕のよ
うに合計ビット数が３２ビットになるようにしてオーバ
ーフローが生じるのを防ぐ必要があり、〔１６ビット〕
×〔１６ビット〕の場合ではそれぞれ６５５３６ステッ
プの数値しか扱えないことになる。

【００２０】ところで、近年のコンピュータ技術の急速
な発達により、最近のＰＣ（パーソナル・コンピュー
タ）の殆どは浮動小数点演算機能を持ったＣＰＵを搭載
しているが、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、
ＤＶＣ（ディジタル・ビデオ・カメラ）、ディジタル・
カメラ、携帯電話機等の情報機器はある程度の価格的制
約があるため通常は浮動小数点演算機を持っていない。
したがって、浮動小数点演算が可能なＰＣでは高画質を
維持した画像圧縮が高速に行えるが、浮動小数点演算機
を持たないＰＤＡ等においてJPEG2000に基づく画像圧
縮、復号を行う場合には処理速度が極端に遅くなってし
まい、実用的でなくなることになる。

【００２１】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、浮動小数点演算機能を持たないＰＤＡ等の情報機
器でJPEG2000に基づく画像圧縮又は画像再生を行う場合
に、演算時間の増大をもたらすことなく高画質を維持す
ることを可能にする、画像復号化装置、画像復号化プロ
グラム、画像符号化装置、及び画像符号化プログラムを
提供することを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１記載の発明は、符号化規格JPEG
2000に基づく実数型ウェーブレット変換により符号化さ
れた画像データに対し、実数型逆ウェーブレット変換の
演算を行う逆ウェーブレット変換手段を備えて前記画像
データの複合を行う画像復号化装置において、前記逆ウ
ェーブレット変換手段は、前記実数型逆ウェーブレット
変換の演算における所定のステップ演算式中の小数点を
含む乗算について固定小数点演算を行う場合に、被乗数
及び乗数の合計ビット数が所定の設定ビット数を超えて
いるか否かを判別し、合計ビット数が設定ビット数を超
えている場合には、被乗数及び乗数のいずれか一方又は
双方に対して右ビットシフトを行うことにより合計ビッ
ト数を前記所定の設定ビット数以内に低減させるもので
ある、ことを特徴とする。

【００２３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記被乗数又は乗数のいずれか一方は、前
記ステップ演算式中で用いられJPEG2000で規定された第
１の値をビットシフトして得られる第２の値を有するス
テップ演算係数である、ことを特徴とする。

【００２４】請求項３記載の発明は、符号化規格JPEG20
00に基づく実数型ウェーブレット変換により符号化され
た画像データに対し、実数型逆ウェーブレット変換の演
算を行って、前記画像データの復号化を行う画像復号化
機能をコンピュータに実現させるための画像復号化プロ
グラムにおいて、前記実数型逆ウェーブレット変換の演
算として、前記実数型逆ウェーブレット変換の演算にお
ける所定のステップ演算式中の小数点を含む乗算につい
て固定小数点演算を行う場合に、被乗数及び乗数の合計
ビット数が所定の設定ビット数を超えているか否かを判
別し、合計ビット数が設定ビット数を超えている場合に
は、被乗数及び乗数のいずれか一方又は双方に対して右
ビットシフトを行うことにより合計ビット数を前記所定
の設定ビット数以内に低減させる演算処理をコンピュー
タに実行させる、ことを特徴とする。

【００２５】請求項４記載の発明は、入力画像データに
対し符号化規格JPEG2000に基づく実数型ウェーブレット
変換の演算を行うウェーブレット変換手段を備えて前記
入力画像データを符号化する画像符号化装置において、
前記ウェーブレット変換手段は、前記実数型ウェーブレ
ット変換の演算における所定のステップ演算式中の小数
点を含む乗算について固定小数点演算を行う場合に、被
乗数及び乗数の合計ビット数が所定の設定ビット数を超
えているか否かを判別し、合計ビット数が設定ビット数
を超えている場合には、被乗数及び乗数のいずれか一方
又は双方に対して右ビットシフトを行うことにより合計
ビット数を前記所定の設定ビット数以内に低減させるも
のである、ことを特徴とする。

【００２６】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、前記被乗数又は乗数のいずれか一方は、前
記ステップ演算式中で用いられJPEG2000で規定された第
１の値をビットシフトして得られる第２の値を有するス
テップ演算係数である、ことを特徴とする。

【００２７】請求項６記載の発明は、入力画像データに
対し符号化規格JPEG2000に基づく実数型ウェーブレット
変換の演算を行って、前記画像データの符号化を行う画
像符号化機能をコンピュータに実現させるための画像符
号化プログラムにおいて、前記実数型ウェーブレット変
換の演算として、前記実数型ウェーブレット変換の演算
における所定のステップ演算式中の小数点を含む乗算に
ついて固定小数点演算を行う場合に、被乗数及び乗数の
合計ビット数が所定の設定ビット数を超えているか否か
を判別し、合計ビット数が設定ビット数を超えている場
合には、被乗数及び乗数のいずれか一方又は双方に対し
て右ビットシフトを行うことにより合計ビット数を前記
所定の設定ビット数以内に低減させる演算処理をコンピ
ュータに実行させる、ことを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
画像復号化装置の構成を示すブロック図であり、図２は
その動作を説明するためのフローチャートである。この
実施形態に係る装置は、符号データ入力手段１０１、メ
インヘッダ解析手段１０２、タイル解析手段１０３、算
術復号化手段１０４、係数ビットモデリング手段１０
５、スカラ逆量子化手段１０６、適応型逆ウェーブレッ
ト変換手段１０７、カラー変換手段１０８、ＤＣレベル
シフト手段１０９、及び画像出力手段１１０を備えてい
る。なお、これらのうち、スカラ逆量子化手段１０６、
カラー変換手段１０８、ＤＣレベルシフト手段１０９は
JPEG2000においてはオプションとして備えられたもので
ある。JPEG2000では、その他にもオプションとして備え
られたものがあるが、本発明の技術とは直接的な関連性
がないか、あっても重要度が低いため説明を省略してい
る。

【００２９】次に、図１の動作につき説明する。まず、
JPEG2000の規格にしたがって符号化された符号データ
は、ファイルシステムやネットワーク手段を用いて符号
データ入力手段１０１によって入力される（ステップ２
０１）。この符号データは図９と同様の構成を有するも
のである。

【００３０】メインヘッダ解析手段１０２は、符号デー
タ入力手段１０１で入力された符号データのメインヘッ
ダを解析し、画像のプロパティを決定する（ステップ２
０２）。タイル解析手段１０３は、メインヘッダ解析手
段１０２で得られた画像のプロパティを基にタイルヘッ
ダを解析して各タイルのプロパティを決定し、更に各タ
イルのパケットを取り出してパケットボディを得る（ス
テップ２０３）。

【００３１】算術復号化手段１０４は、タイル解析手段
１０３で得られたパケットボディから算術復号化を行
い、係数ビットモデリング手段１０５のためのビット列
を取り出す（ステップ２０４）。算術復号化は、JPEG20
00では適応的復号化のMQCoderが採用されている。係数
ビットモデリング手段１０５は、算術復号化手段１０４
から得られたビット列を用いて、所定の手続きに基づき
ＤＷＴ係数からスカラ量子化した係数列を作成する（ス
テップ２０５）。

【００３２】スカラ逆量子化手段１０６は、メインヘッ
ダ９０１又はタイルヘッダ９０４で指定された量子化ス
タイルに基づき、係数ビットモデリング手段１０５で作
成された係数列をJPEG2000の規格にある所定の計算式で
逆量子化し、ＤＷＴ係数を生成する（ステップ２０
６）。適応型逆ウェーブレット変換手段１０７はスカラ
逆量子化手段１０６で得られたＤＷＴ係数をメインヘッ
ダ９０１又はタイルヘッダ９０４で指定された符号化ス
タイルの分解数に基づき固定小数点演算方式による逆ウ
ェーブレット変換を行い、各コンポーネントの値を求め
る（ステップ２０７）。本実施形態は、この適応型逆ウ
ェーブレット変換手段１０７が固定小数点演算を行う際
の演算手法に特徴を有するものであるが、その詳細につ
いては後述する。

【００３３】カラー変換手段１０８は、逆ウェーブレッ
ト変換手段１０７で得られた値をメインヘッダ９０１又
はタイルヘッダ９０４にしたがってＹＵＶ成分からＲＧ
Ｂ成分へのカラー変換を行う。但し、モノクロ画像の符
号データや、符号化時にカラー変換を行わなかった場
合、カラー変換手段１０８は動作しない（ステップ２０
８，２０９）。

【００３４】ＤＣレベルシフト手段１０９は、カラー変
換手段１０８で得られたＲＧＢ又は各コンポーネントの
各値のＤＣレベルをシフトする（ステップ２１０，２１
１）。ＤＣレベルシフトとは、符号化時にダイナミック
レンジが値０を中心とするようにシフトすることであ
り、復号化時にはそれを元に戻すことである。例えば、
或る入力画像データが８ビットで表されているとする
と、このデータは０〜２５５のうちのいずれかの値とな
るが、ＤＣレベルシフトすることにより、このデータの
値を０を中心として−１２８〜１２７の値にすることが
できる。このように、ＤＣレベルシフトを行う理由は、
周波数変換後の係数は正負の符号と絶対値とに分けられ
て符号化されるため、ゼロ値を基準としてデータ配置さ
れている方が符号化効率が高くなるからである。（した
がって、既にデータの値が０を中心として配置されてい
る場合はＤＣレベルシフトを行う必要はない）。画像出
力手段１０は、ＤＣレベルシフト手段９で得られた画像
を出力する（ステップ２１２）。

【００３５】次に、本実施形態に係る適応型逆ウェーブ
レット変換手段１０７の演算（特に、乗算）手法につき
説明する。一般に、乗算結果は被乗数と乗数との積とし
て表されるが、この乗算結果を表現するために用いるこ
とができるビット数には制限が設けられている。例え
ば、乗算結果を表現するために用いることができるビッ
ト数の最大値が３２ビットであるとすると、〔被乗数〕
×〔乗数〕を〔１６ビット〕×〔１６ビット〕あるいは
〔１４ビット〕×〔１８ビット〕のようにして、合計ビ
ット数が３２ビット以下になるようにビット数を配分し
なければならない。そして、被乗数と乗数との積として
表される乗算結果の値が３２ビットを超える場合、つま
りオーバーフローを生じる場合は下位側ビットから順に
必要数だけ切り捨てることになる。但し、小数点演算の
場合、最上位桁（ＭＳＢ）側から最下位桁（ＬＳＢ）側
に向かって所定ビット数だけ移動した位置を小数点位置
とする、というように小数点位置が定められているの
で、ＭＳＢと小数点位置との間のビット数は変えること
ができない。

【００３６】ここで、従来の演算手法では、上記の〔１
６ビット〕×〔１６ビット〕（あるいは〔１４ビット〕
×〔１８ビット〕）というビット数配分の割合は固定さ
れたものとなっている。したがって、例えば、被乗数側
については小数点以下の有意数を全て表すために１６ビ
ットも必要ではなく、一方、乗数側については小数点以
下の有意数を全て表すために１６ビット以上必要である
ような場合であっても、この固定されたビット数配分の
割合で乗算が行われてしまうため、無用なオーバーフロ
ーが生じてしまい、結果として演算精度の向上を阻害す
る要因となっていた。

【００３７】そこで、本発明では、被乗数と乗数との間
のビット数配分の割合を可変にすることにより、オーバ
ーフローの発生をできるだけ回避し、また、オーバーフ
ローが生じる場合であっても演算精度の低下を極力抑制
することができるようにしている。この本発明の演算手
法と、従来技術との対比をわかりやすくするために、乗
算結果を４ビットで表す場合を例に取り説明する。

【００３８】いま、２進数で表された００．０１×１
０．１０という演算を考えてみる。この場合、被乗数は
００．０１（１０進数では０．２５）であり、乗数は１
０．１０（１０進数では２．５）である。また、小数点
位置は最上位桁から２ビット目と３ビット目との間であ
るものとする。

【００３９】まず、従来の演算手法では乗算結果を４ビ
ット以内で表すために被乗数と乗数とのビット配分の割
合を〔２ビット〕×〔２ビット〕の固定としている。そ
して、実際の演算においては小数点のない数値しか扱わ
ないため、これら被乗数及び乗数の各小数点位置をそれ
ぞれ２ビットだけ右シフトして小数点をなくすようにす
る。すると、被乗数は０００１、乗数は１０１０となる
が、これらを表すために用いることができるのは各２ビ
ットであるため、それぞれの下位側２桁を切り捨てるよ
うにする。この結果、被乗数は００で、乗数は１０とな
り、これらの乗算結果は００００となるが、小数点位置
を元に戻しても００．００となるだけである。この結果
は、もちろん１０進数でも０であり、１０進数の実際の
演算結果０．６２５（＝０．２５×２．５）と全く異な
ることは明らかである。

【００４０】これに対し、本発明の演算手法によれば、
被乗数と乗数とのビット配分の割合を〔２ビット〕×
〔２ビット〕の固定と考える必要はなく、〔１ビット〕
×〔３ビット〕あるいは〔３ビット〕×〔１ビット〕に
することができる。したがって、被乗数００．０１につ
いては有意の数値を残した状態で小数点をなくすために
小数点位置を２ビットだけ右シフトし、その後に有意の
数である１だけを取り上げ、この１を被乗数とすること
ができる。また、乗数１０．１０については有意の数値
を残した状態で小数点をなくすために小数点位置を１ビ
ットだけ右シフトし、その後に有意の数である１０１を
取り上げ、この１０１を被乗数とすることができる。結
局、１×１０１の乗算を行えばよく、その乗算結果は０
１０１となる。そして、被乗数については２ビット、乗
数については１ビット右シフトしているので、この乗算
結果を３ビットだけ左シフトして小数点位置を表した値
０．１０１が乗算結果となるが、既述したように、最上
位桁から２ビット目と３ビット目との間を小数点位置に
するという制約があるため、最下位桁の１を切り捨てて
４ビットで表した００．１０が最終的な乗算結果とな
る。この００．１０は１０進数では０．５であり、１０
進数の実際の演算結果０．６２５とは０．１２５の誤差
を生じた結果となっている。しかし、０．６２５を４ビ
ットでは表すことができず、また、乗算結果がゼロとな
ってしまった従来の演算手法に比べればはるかに演算精
度が向上したものになっているのは明らかである。

【００４１】本実施形態の適応型逆ウェーブレット変換
手段１０７は、このような固定小数点演算の手法を用い
て前述したステップ１〜６の実数型ウェーブレット変換
の演算を行うものであり、この演算処理の内容を図３の
フローチャートに基づき説明する。図３は、１次元ウェ
ーブレット変換の１ラインに対しての処理フローである
が、JPEG2000では分離型のウェーブレット変換を採用し
ているため、画像の水平方向及び垂直方向にそれぞれ１
次元ウェーブレット変換を行うことにより２次元ウェー
ブレット変換の結果を得ることができる。

【００４２】この実施形態では、演算結果は３２ビット
で表すようになっており、したがって、乗算を行う場
合、被乗数のビット数と乗数のビット数との和である合
計ビット数が３２ビットを超えないようにしなければな
らないものとする。また、小数点位置は、図４に示すよ
うに、ＭＳＢ側から数えて６ビット目と７ビット目との
間に設定するものとする。図４に図示した例は、被乗数
又は乗数が１６ビットで表された状態を示すものである
が、このような１６ビットの２値データで表現できる値
域は、正負符号なしの場合は０〜２6（２の６乗）−２-
10（２のマイナス１０乗）であり、正負符号付きの場合
は、−２5（マイナス２の５乗）〜２5（２の５乗）−２
-10（マイナス２のマイナス１０乗）である。

【００４３】また、前述したように、ステップ１〜６の
各演算式において用いられる係数α，β，γ，δ，Ｋは
下記の「第１の値」であったが、本実施形態では演算を
容易にするためこれを「第２の値」に設定し直して用い
ることにする。この第２の値は、第１の値を１８ビット
だけ左シフトしたものを丸め誤差を考慮して修正したも
のであり、演算時にはこのシフト状態を元に戻す処理を
行うものとする。また、第２の値には第１の値にはなか
った１／Ｋが含まれているが、このように予め１／Ｋを
係数化しておくことにより、その都度除算を行わなくて
済むので、丸め誤差を小さくすることができる。

【００４４】＜第１の値＞ α＝-1.586134342059924 β＝-0.052980118572961 γ＝0.882911075530934 δ＝0.443506852043971 Ｋ＝1.230174104914001 ＜第２の値＞ α＝-415776 β＝-13875 γ＝231456 δ＝116272 Ｋ＝322544 １／Ｋ＝213120 適応型逆ウェーブレット変換手段１０７は、ステップ１
から順に各演算式の演算を行っていくが（ステップ３０
１）、その際、各演算式に含まれる乗算の乗算結果ａ、
被乗数ｂ、乗数ｃの各ビット数ｎ，ｍ，ｏを設定する
（ステップ３０２）。但し、本実施形態ではｎについて
はｎ＝３２の固定値となる。また、ステップ１〜６の各
演算式中には乗算の他に加算も含まれているが、加算結
果の精度が問題となるのは繰り上げが生じる場合のみで
あるため、ここでは乗算のみを問題としている。

【００４５】適応型逆ウェーブレット変換手段１０７
は、まず、乗算結果のビット数ｎが被乗数及び乗数の合
計ビット数ｍ＋ｏより小さくなっているか否かを判別し
（ステップ３０３）、小さくなっているのであれば被乗
数を１ビットだけ右シフトすることにより、その最下位
桁の数値を切り捨ててビット数ｍを１だけ小さくする
（ステップ３０４）。そして、再度ビット数ｎが合計ビ
ット数ｍ＋ｏより小さくなっているか否かを判別し（ス
テップ３０５）、まだ小さいのであれば今度は乗数を１
ビットだけ右シフトすることにより、その最下位桁の数
値を切り捨ててビット数ｏを１だけ小さくする（ステッ
プ３０６）。

【００４６】この後、更にステップ３０３の判別を行
い、ビット数ｎが被乗数及び乗数の合計ビット数ｍ＋ｏ
以上になっていれば、ａ＝ｂ×ｃの演算を行う（ステッ
プ３０７）。そして演算後に、ステップ３０４，３０６
で行った右シフトの回数分を考慮し、更に最上位桁から
６ビット目と７ビット目との間に小数点位置がくるとい
う条件を満足するように小数点位置を決定する。

【００４７】次いで、適応型逆ウェーブレット変換手段
１０７は、最後のステップ６の演算式が終了したか否か
を判別し（ステップ３０８）、終了していなければ次の
演算式に対する処理を行う（ステップ３０９，３０
１）。また、ステップ６の演算式が終了したのであれ
ば、そのまま全ての処理を終了する。

【００４８】このように、本実施形態では、適応型逆ウ
ェーブレット変換手段１０７が乗算を行う場合に、被乗
数と乗数との間のビット数配分の割合を可変するように
しているので、オーバーフローの発生をできるだけ回避
できるようになっており、オーバーフローが生じる場合
であっても極力演算精度の低下を抑制することができる
ようなっている。なお、図３のフローチャートにおいて
は、図示を省略しているが、被乗数又は乗数の当初の数
値データにおいて、最上位桁が０である場合、あるいは
最上位桁から０がいくつか連続している場合、適応型逆
ウェーブレット変換手段１０７はステップ３０３，３０
５の判別を最初に行う前に、予めこの０の回数分の右シ
フトを完了させておくようになっている。

【００４９】なお、本発明は、コンピュータを上述の画
像復号化装置として機能させる画像復号化プログラムも
含むものである。この画像復号化プログラムは、コンピ
ュータに挿入される記録媒体から取り込まれて実行され
てもよいし、通信ネットワークを介して配信され、これ
がコンピュータに取り込まれて実行されてもよい。

【００５０】図５は、本発明の実施形態に係る画像符号
化装置の構成を示すブロック図であり、図６はその動作
を説明するためのフローチャートである。この実施形態
に係る装置は、画像入力手段５０１、ＤＣレベルシフト
手段５０２、カラー変換手段５０３、適応型ウェーブレ
ット変換手段５０４、スカラ量子化手段５０５、係数ビ
ットモデリング手段５０６、算術符号化手段５０７、タ
イル生成手段５０８、メインヘッダ生成手段５０９、及
び符号データ生成手段５１０を備えている。なお、これ
らのうち、ＤＣレベルシフト手段５０２、カラー変換手
段５０３、スカラ量子化手段５０５はJPEG2000において
はオプションとして備えられたものである。画像復号化
装置の場合と同様に、JPEG2000では、その他にもオプシ
ョンとして備えられたものがあるが、本発明の技術とは
直接的な関連性がないか、あっても重要度が低いため説
明を省略している。

【００５１】次に、図５の動作につき説明する。まず、
画像データが画像入力手段５０１により入力され（ステ
ップ６０１）、この入力された画像データがＤＣレベル
シフト手段５０２によりＤＣレベルシフトされる（ステ
ップ６０２，６０３）。ＤＣレベルシフトされた画像デ
ータは、カラー変換手段５０３によりＲＧＢ成分からＹ
ＵＶ成分へカラー変換が行われる（ステップ６０４，６
０５）。

【００５２】適応型ウェーブレット変換手段５０４は、
カラー変換されたデータにウェーブレット変換の演算を
行うが（ステップ６０６）、この演算を行う場合は画像
復号化装置において既述したように、被乗数及び乗数の
合計ビット数が設定ビット数を超えないようにビットシ
フトを行うようにする。

【００５３】適応型ウェーブレット変換手段５０４によ
りウェーブレット変換されたウェーブレット係数はスカ
ラ量子化手段５０５によりスカラ量子化され（ステップ
６０７）、更に、このスカラ量子化された係数は係数ビ
ットモデリング手段５０６により所定の方法に従ってビ
ットモデリングされビット列へと並べ換えられる（ステ
ップ６０８）。そして、並べ換えられたビット列は算術
符号化手段５０７により算術符号化される（ステップ６
０９）。

【００５４】この算術符号化されたデータに対しタイル
生成手段５０８によりタイルの生成が行われ（ステップ
６１０）、更に、入力された画像の情報と、タイルの情
報とからメインヘッダ生成手段５０９によりメインヘッ
ダが生成される（ステップ６１１）。そして、この生成
されたメインヘッダとタイルとから構成される符号デー
タが符号データ生成手段５１０により出力される（ステ
ップ６１２）。

【００５５】適応型ウェーブレット変換手段５０４は、
前述したステップ１′〜６′の演算を行うものであり、
本実施形態においても、この適応型ウェーブレット変換
手段５０４の演算手法が特徴を有する点である。しか
し、その演算手法の内容自体については、上述した適応
型逆ウェーブレット変換手段１０７の演算手法と全く同
様であるため、重複した説明を省略する。

【００５６】なお、本発明は、コンピュータを上述の画
像符号化装置として機能させる画像符号化プログラムも
含むものである。この画像符号化プログラムは、コンピ
ュータに挿入される記録媒体から取り込まれて実行され
てもよいし、通信ネットワークを介して配信され、これ
がコンピュータに取り込まれて実行されてもよい。

【００５７】図７は、上記実施形態に係る画像復号化装
置及び画像符号化装置を用いて構成される画像処理装置
の構成を示すブロック図であり、この装置は、画像符号
化装置７０１、画像データ入力装置７０２、符号データ
記録媒体７０３、画像復号化装置７０４、及び画像デー
タ出力装置７０５を含んで構成されている。

【００５８】画像符号化装置７０１は図５に示した構成
を有するものであり、適応型ウェーブレット変換手段５
０４が既述した手法により固定小数点演算を行うもので
ある。画像データ入力装置７０２としては、ディジタル
・ビデオ・カメラ、ディジタルカメラなど画像データを
生成できるものであったり、あるいは記録媒体に記録さ
れた画像データやネットワークからの画像データを読み
込むことができるものであったりする。画像符号化装置
７０１は、画像データ入力装置７０２からこのような画
像データを入力し、入力した画像データに対して符号化
を行い、これを符号データ記録媒体７０３に記録する。
この符号データ記録媒体７０３は、メモリカードやフロ
ッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、テープ
などの磁気記録媒体であったり、ネットワーク上に設け
られた記録媒体であったりする。

【００５９】画像復号化装置７０４は図１に示した構成
を有するものであり、適応型逆ウェーブレット変換手段
１０７が既述した手法により固定小数点演算を行うもの
である。画像復号化装置７０４により復号化された画像
データは、画像データ出力装置７０５に送られ、ディス
プレイに表示されたり、あるいはネットワークや記録媒
体に対して出力されたりする。

【００６０】なお、本発明は、コンピュータを上述の画
像処理装置として機能させる画像処理プログラムも含む
ものである。この画像符号化プログラムは、コンピュー
タに挿入される記録媒体から取り込まれて実行されても
よいし、通信ネットワークを介して配信され、これがコ
ンピュータに取り込まれて実行されてもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、実数型
の逆ウェーブレット変換及びウェーブレット変換の演算
を固定小数点演算方式により処理することが可能になる
ので、浮動小数点演算機能を持たないプロセッサでの高
速処理が可能となる。そして、逆ウェーブレット変換及
びウェーブレット変換の各ステップにおいて、ビット数
を考慮しながら小数点位置を移動して乗算を行っている
ので、高い演算精度を維持することができ、良好な画質
を得ることができる。また、ステップ演算式中のステッ
プ演算係数について、JPEG2000で規定されている第１の
値をビットシフトし丸め誤差を考慮した修正を行った第
２の値を用いることとすれば、固定小数点演算を行う際
の丸め誤差を小さくすることができ、更に良好な画質を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る画像復号化装置の構成
を示すブロック図。

【図２】図１の動作を説明するためのフローチャート。

【図３】図１における適応型逆ウェーブレット変換手段
１０７の演算処理の内容を説明するためのフローチャー
ト。

【図４】上記実施形態における小数点位置を示す説明
図。

【図５】本発明の実施形態に係る画像符号化装置の構成
を示すブロック図。

【図６】図５の動作を説明するためのフローチャート。

【図７】本発明の実施形態に係る画像処理装置の構成を
示すブロック図。

【図８】従来の画像復号化装置の構成を示すブロック
図。

【図９】図８の画像復号化装置が入力する符号データの
構成を示す説明図。

【符号の説明】

１０１，８０１ 符号データ入力手段 １０２，８０２ メインヘッダ解析手段 １０３，８０３ タイル解析手段 １０４，８０４ 算術復号化手段 １０５，８０５ 係数ビットモデリング手段 １０６，８０６ スカラ逆量子化手段 １０７ 適応型逆ウェーブレット変換手段 ８０７ 逆ウェーブレット変換手段 １０８，８０８ カラー変換手段 １０９，８０９ ＤＣレベルシフト手段 １１０，８１０ 画像出力手段 ５０１ 画像入力手段 ５０２ ＤＣレベルシフト手段 ５０３ カラー変換手段 ５０４ 適応型ウェーブレット変換手段 ５０５ スカラ量子化手段 ５０６ 係数ビットモデリング手段 ５０７ 算術符号化手段 ５０８ タイル生成手段 ５０９ メインヘッダ生成手段 ５１０ 符号データ生成手段 ７０１ 画像符号化装置 ７０２ 画像データ入力装置 ７０３ 符号データ記録媒体 ７０４ 画像復号化装置 ７０５ 画像データ出力装置 ９０１ メインヘッダ ９０２ タイル ９０３ タイル ９０４ タイルヘッダ ９０５ タイルデータ ９０６ パケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C059 KK15 MA00 MA24 ME11 PP14 SS20 SS26 UA02 UA05 UA15 5C078 BA53 CA22 CA31 DA02 5J064 AA01 AA02 BA10 BA16 BC26 BD01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】符号化規格JPEG2000に基づく実数型ウェー
   ブレット変換により符号化された画像データに対し、実
   数型逆ウェーブレット変換の演算を行う逆ウェーブレッ
   ト変換手段を備えて前記画像データの複合を行う画像復
   号化装置において、 前記逆ウェーブレット変換手段は、 前記実数型逆ウェーブレット変換の演算における所定の
   ステップ演算式中の小数点を含む乗算について固定小数
   点演算を行う場合に、被乗数及び乗数の合計ビット数が
   所定の設定ビット数を超えているか否かを判別し、合計
   ビット数が設定ビット数を超えている場合には、被乗数
   及び乗数のいずれか一方又は双方に対して右ビットシフ
   トを行うことにより合計ビット数を前記所定の設定ビッ
   ト数以内に低減させるものである、 ことを特徴とする画像復号化装置。
2. 【請求項２】前記被乗数又は乗数のいずれか一方は、前
   記ステップ演算式中で用いられJPEG2000で規定された第
   １の値をビットシフトして得られる第２の値を有するス
   テップ演算係数である、 ことを特徴とする請求項１記載の画像復号化装置。
3. 【請求項３】符号化規格JPEG2000に基づく実数型ウェー
   ブレット変換により符号化された画像データに対し、実
   数型逆ウェーブレット変換の演算を行って、前記画像デ
   ータの復号化を行う画像復号化機能をコンピュータに実
   現させるための画像復号化プログラムにおいて、 前記実数型逆ウェーブレット変換の演算として、 前記実数型逆ウェーブレット変換の演算における所定の
   ステップ演算式中の小数点を含む乗算について固定小数
   点演算を行う場合に、被乗数及び乗数の合計ビット数が
   所定の設定ビット数を超えているか否かを判別し、合計
   ビット数が設定ビット数を超えている場合には、被乗数
   及び乗数のいずれか一方又は双方に対して右ビットシフ
   トを行うことにより合計ビット数を前記所定の設定ビッ
   ト数以内に低減させる演算処理をコンピュータに実行さ
   せる、 ことを特徴とする画像復号化プログラム。
4. 【請求項４】入力画像データに対し符号化規格JPEG2000
   に基づく実数型ウェーブレット変換の演算を行うウェー
   ブレット変換手段を備えて前記入力画像データを符号化
   する画像符号化装置において、 前記ウェーブレット変換手段は、 前記実数型ウェーブレット変換の演算における所定のス
   テップ演算式中の小数点を含む乗算について固定小数点
   演算を行う場合に、被乗数及び乗数の合計ビット数が所
   定の設定ビット数を超えているか否かを判別し、合計ビ
   ット数が設定ビット数を超えている場合には、被乗数及
   び乗数のいずれか一方又は双方に対して右ビットシフト
   を行うことにより合計ビット数を前記所定の設定ビット
   数以内に低減させるものである、 ことを特徴とする画像符号化装置。
5. 【請求項５】前記被乗数又は乗数のいずれか一方は、前
   記ステップ演算式中で用いられJPEG2000で規定された第
   １の値をビットシフトして得られる第２の値を有するス
   テップ演算係数である、 ことを特徴とする請求項４記載の画像符号化装置。
6. 【請求項６】入力画像データに対し符号化規格JPEG2000
   に基づく実数型ウェーブレット変換の演算を行って、前
   記画像データの符号化を行う画像符号化機能をコンピュ
   ータに実現させるための画像符号化プログラムにおい
   て、 前記実数型ウェーブレット変換の演算として、 前記実数型ウェーブレット変換の演算における所定のス
   テップ演算式中の小数点を含む乗算について固定小数点
   演算を行う場合に、被乗数及び乗数の合計ビット数が所
   定の設定ビット数を超えているか否かを判別し、合計ビ
   ット数が設定ビット数を超えている場合には、被乗数及
   び乗数のいずれか一方又は双方に対して右ビットシフト
   を行うことにより合計ビット数を前記所定の設定ビット
   数以内に低減させる演算処理をコンピュータに実行させ
   る、 ことを特徴とする画像符号化プログラム。