JP2004159171A

JP2004159171A - 画像圧縮方法及び画像圧縮装置

Info

Publication number: JP2004159171A
Application number: JP2002323923A
Authority: JP
Inventors: Akio Nishiyama; 明雄西山
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03
Also published as: US20040156551A1

Abstract

【課題】圧縮画像データのデータ量を制限範囲内に収めることが可能な画像圧縮方法及び画像圧縮装置を提供する。
【解決手段】画像圧縮装置は、入力部１１、圧縮処理部１２、圧縮特性記憶部１３、出力部１４を含み、入力部１１から入力画像データに対して、圧縮処理を行い、圧縮画像データとして出力する。圧縮特性記憶部１３には、画像データのデータ量と画素数の比であるビットレートと、圧縮パラメータとの関係を示す圧縮圧縮特性データが記憶される。圧縮処理部１２は、初期の圧縮パラメータを、平均的画像についての圧縮特性データと目標ビットレートに基づいて求め、初期圧縮処理を行う。圧縮処理後のビットレートと目標ビットレートとの差が大きい場合、修正圧縮パラメータを求め圧縮処理を行う。修正圧縮パラメータは、圧縮対象画像の複雑さを示す情報と、その複雑さを有する画像についての圧縮特性データと、目標ビットレートとに基づいて求める。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮画像データを生成する画像圧縮方法及び画像圧縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像データの圧縮符号化技術として、ＪＰＥＧ圧縮が知られている。ＪＰＥＧ圧縮は、画像データの持つ相関の高さを利用して冗長性を削減している。冗長性を削減した後のデータの量（圧縮率）は、Ｑ値（Ｑファクタ）という圧縮パラメータを変化させることによって変更できる。Ｑ値は画質ファクタであって、これが小さいほど画質は落ち、圧縮率が高くなる。しかし、Ｑ値が一定ならば圧縮率が一定になるわけではなく、圧縮対象画像の性質（解像度、複雑さ等）によってＱ値と圧縮率の関係は異なる。
【０００３】
一方、携帯電話向けの画像データ生成処理のように、アプリケーションによっては、画像データの圧縮に際して圧縮後のデータ量を制限内に収める必要がある。しかし、この場合でも、データ量が少なくなりすぎると画質が劣化するため、生成された画像データのデータ量を一定範囲内にすることが求められている。
【０００４】
生成された画像データのデータ量を一定範囲内に収めるため、従来は、次のような手順で圧縮処理を行っていた。図５に、その概略処理フローを示す。
【０００５】
まず、圧縮処理を使用するＱ値を設定する（ステップ５０１）。この設定値は予め定められた一定値である。そして、ステップ５０２で、このＱ値用いて対象画像の画像データの圧縮処理を行い、生成された画像データのデータ量を取得する（ステップ５０３）。ステップ５０４では、生成された画像データのデータ量が予め定めた制限範囲を大きい方に超えているかどうかを判断し、超えている場合は、圧縮処理に使用したＱ値を下げ（ステップ５０５）、ステップ５０２以降の処理を繰り返す。
【０００６】
生成された画像データのデータ量が予め定めた制限範囲を大きい方に超えてい内場合は、ステップ５０６で、生成された画像データのデータ量が予め定めた制限範囲を小さい方に超えているかどうかを判断し、超えている場合は、圧縮処理に使用したＱ値を上げ（ステップ５０７）、ステップ５０２以降の処理を繰り返す。ステップ５０７で制限範囲を小さい方に超えていないと判断される場合は、生成された画像データのデータ量が制限範囲内であることを示すので、処理を終了する。
【０００７】
このような手順で圧縮処理を行う場合、ステップ５０１で設定する初期のＱ値をどのように設定するか、また、ステップ５０５でのＱ値の下げ幅、あるいはステップ５０７でのＱ値の上げ幅をどのような値にするかが簡単ではなく、最適なＱ値を求めるまでに圧縮処理の回数が多くなり、処理速度が遅いという問題がある。
【０００８】
また、特許文献１には、画面の特定の位置に設定されたサンプリング領域の画像データについてプリ圧縮処理したときのデータ量に基づいて、所定のデータ量の画像データを得るためのＱ値を求める方法が記載されている。この方法は、プリ圧縮処理時のデータ量と目標とするデータ量とに基づいて、予め定めた所定の演算式によってＱ値を求めるものである。
【０００９】
しかし、この方法は、サンプリング領域でのプリ圧縮処理が必須であって、プリ圧縮処理を行う分の処理時間の増加が避けられない。また、予め定めた演算式によるＱ値で圧縮した結果のデータ量と目標データ量との差が大きい場合、最適なＱ値を簡単に求めることができず、さらに処理時間が増加する。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１０３９０８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、圧縮画像データのデータ量を制限範囲内に収めることが可能な画像圧縮方法及び画像圧縮装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧縮画像データを生成する画像圧縮方法は、複数種類の画像の圧縮特性を示す圧縮特性データを予め記憶する圧縮特性記憶ステップと、初期圧縮パラメータを求める第１の圧縮パラメータ取得ステップと、修正圧縮パラメータを求める第２の圧縮パラメータ取得ステップと、前記初期圧縮パラメータ又は前記修正圧縮パラメータに基づいて、圧縮対象画像の画像データの圧縮処理を行う圧縮処理ステップとを含み、前記圧縮特性は、画像データのデータ量と画素数の比であるビットレートと、圧縮処理の画質及び圧縮率に関連する圧縮パラメータとの関係を示すものであり、前記第１の圧縮パラメータ取得ステップは、前記初期圧縮パラメータを、平均的画像についての前記圧縮特性データと目標ビットレートに基づいて求めるものであり、前記第２の圧縮パラメータ取得ステップは、前記圧縮処理ステップによって得られた圧縮画像データの前記ビットレートと、その際に使用した前記圧縮パラメータと、前記圧縮特性データとに基づいて、前記圧縮対象画像の複雑さを示す情報を取得するステップと、前記取得された複雑さを有する画像についての前記圧縮特性データと、前記目標ビットレートとに基づいて、前記修正圧縮パラメータを求めるステップを含むものである。
【００１３】
本発明の画像圧縮方法は、前記圧縮処理がＪＰＥＧ圧縮であり、前記圧縮パラメータがＱ値であるものを含む。
【００１４】
本発明の圧縮画像データを生成する画像圧縮装置は、複数種類の画像の圧縮特性を示す圧縮特性データを記憶する圧縮特性記憶部と圧縮対象画像の画像データの圧縮処理を行う圧縮処理部とを有し、前記圧縮特性は、画像データのデータ量と画素数の比であるビットレートと、圧縮処理の画質及び圧縮率に関連する圧縮パラメータとの関係を示すものであり、前記圧縮処理部は、初期圧縮パラメータ及び修正圧縮パラメータを求める機能と、初期圧縮パラメータ又は修正圧縮パラメータに基づいて前記圧縮処理を行う機能を含んでおり、前記圧縮処理部は、前記初期圧縮パラメータを、平均的画像についての前記圧縮特性データと目標ビットレートに基づいて求め、前記修正圧縮パラメータを、前記圧縮対象画像の複雑さを示す情報と、前記複雑さを有する画像についての前記圧縮特性データと、前記目標ビットレートとに基づいて求めるものであり、前記圧縮処理部は、前記圧縮処理によって得られた圧縮画像データの前記ビットレートと、その際に使用した前記圧縮パラメータと、前記圧縮特性データとに基づいて、前記圧縮対象画像の複雑さを推定するものである。
【００１５】
本発明の画像圧縮装置は、前記圧縮処理がＪＰＥＧ圧縮であり、前記圧縮パラメータがＱ値であるものを含む。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の画像圧縮装置の１実施の形態の概略構成を示す図である。図１の画像圧縮装置は、入力部１１、圧縮処理部１２、圧縮特性記憶部１３、出力部１４を含み、入力部１１から入力画像データに対して、圧縮処理を行い、圧縮画像データとして出力するものである。圧縮処理は、ＪＰＥＧ規格による圧縮処理である。
【００１７】
図１の圧縮処理装置は、具体的には所定のプログラムによって動作するプロセッサ（図示せず）を主体に実現される。このプロセッサは、スタンドアローンのコンピュータを構成するものであっても、デジタルカメラ等の機器に組み込まれたり、機器の他の機能を実現するためのプロセッサと兼用されるものでもよい。
【００１８】
入力部１１は、圧縮対象となる画像データ及び圧縮後の目標データ量等圧縮処理に利用される各種データを入力するものである。入力部１１は、例えばスタンドアローンコンピュータの入力デバイスであり、機器に組み込みの場合等は他の機能ブロックとのデータ受け渡しのためのメモリである。
【００１９】
圧縮処理部１２は、選択されたＱ値に応じて周知のＪＰＥＧ圧縮処理演算（離散コサイン変換処理、量子化処理、ハフマン符号化処理等）を所定のプログラムにしたがって実行するものである。また、圧縮処理部１２は、Ｑ値を求める機能も有している。Ｑ値は、目標データ量、圧縮すべき画像の複雑さに応じ、圧縮特性記憶部１３のデータを参照して求める。Ｑ値の選択の詳細は、後述する。
【００２０】
圧縮特性記憶部１３は、複数種類の画像の圧縮特性を示す圧縮特性データを予め記憶するものである。記憶される画像の圧縮特性は、圧縮処理の画質及び圧縮率に関連する圧縮パラメータであるＱ値と、画像データのデータ量と画素数の比であるビットレートとの関係を示すものである。図２に、圧縮特性データの一例を示す。図２に示すように、Ｑ値（０と１の間で変更可能としている。）を大きくして圧縮画像の画質を上げると、得られる圧縮画像データのデータ量が増加し、ビットレートも大きくなる。また、圧縮対象画像が複雑になると、相対的にビットレートが大きくなり、図２の特性曲線が矢印方向に移動する。
【００２１】
圧縮特性は、次のような手順で予め求めておく。まず、元画像データに対して、所定のＱ値で圧縮処理を行い、そのとき得られる画像データのデータ量と元画像の画素数からビットレートを求める。このような圧縮処理をＱ値を変化させて複数回行い、さらに多くのサンプル画像に対して同様の圧縮処理を行う。そして、サンプル画像の特性から、平均的画像の圧縮特性と、複雑さが異なる複数の画像の圧縮特性について求めておく。図２では、平均的画像の特性と共に複雑さが異なる４種類の画像についても特性を示してあるが、その数は任意である。図２に示すような特性は、圧縮特性データとして圧縮特性記憶部１３に記憶される。記憶の形式は、テーブル形式でもよいし、近似的な関数であってもよい。
【００２２】
出力部１４は、圧縮処理後の画像データを出力するものである。出力部１４は、例えばスタンドアローンコンピュータの出力デバイスであり、機器に組み込みの場合等は他の機能ブロックとのデータ受け渡しのためのメモリである。
【００２３】
次に、図３の圧縮処理の概略フロー図、及び図４の圧縮処理時のＱ値の選択方法を説明する図を用いて、圧縮処理部１２が行う画像データの圧縮処理について説明する。ステップ３０１では、圧縮すべき元画像データの画素数と目標とする圧縮画像データのデータ量から目標ビットレートＲｓ＝（目標データ量）／（画像数）を求める。ステップ３０２では、目標ビットレートＲｓと圧縮特性記憶部１３の圧縮特性データに基づいて初期Ｑ値Ｑ_１を求める。Ｑ_１は、平均画像についての圧縮特性データと目標ビットレートＲｓに基づいて求める。すなわち、平均画像についての圧縮特性が、Ｑ＝ｆ_０（Ｒ）（Ｒ：ビットレート）で表されるとすると、Ｑ_１＝ｆ_０（Ｒｓ）とする。
【００２４】
そして、Ｑ値をＱ_１として、圧縮処理を行い（ステップ３０３）、圧縮処理によって生成された画像データのデータ量を取得する（ステップ３０４）。ステップ３０５では、取得されたデータ量が制限範囲内であるかを判断し、制限範囲内の場合は、圧縮処理を終了する。取得されたデータ量が制限範囲内であるかの判断は、例えば目標データ量との誤差が予め定めた所定値以内であるかどうかの判断によって行う。目標データ量が上限として設定されるものである場合は、取得されたデータ量が目標データ量より少ない場合のみ、圧縮処理を終了する。また、単に目標データ量以下に圧縮されれば充分である場合は、取得されたデータ量が目標データ量以下の場合に圧縮処理を終了する。
【００２５】
処理対象画像が平均的な複雑さを有する画像である場合は、ステップ３０５で制限範囲内を判断される確率が大きくなり、１回の圧縮処理で目標とするデータ量の圧縮画像データが得られるが、常に平均的な画像であるとは限らないし、平均的な画像でも常に目標とするデータ量になるとは限らない。ステップ３０５の判断結果が制限範囲内でないと判断された場合は、生成された画像データのビットレートＲ_１を求め（ステップ３０６）、処理対象画像の複雑さを示す情報を取得する（ステップ３０７）。今、生成された画像データのビットレートＲ_１が図４に示すような値であるとすると、圧縮特性記憶部１３の圧縮特性データを参照して、Ｑ値がＱ_１でビットレートがＲ_１となる関数（図４の例では、Ｑ＝ｆ_ａ（Ｒ））を求め、その関数を特定する情報を画像の複雑さを示す情報とする。記憶させておく関数の数によっては、Ｑ値がＱ_１でビットレートがＲ_１となる関数が記憶されていないので、その場合は、ほぼ近い値を示す２つの関数を特定する情報を画像の複雑さを示す情報とする。それぞれの関数との距離の比を合わせて複雑さを示す情報とすると、後述する補間処理（ステップ３０８参照）の精度が向上する。
【００２６】
対象画像の複雑さを示す情報が得られると、ステップ３０８で、対応する関数と目標ビットレートＲｓに基づいて、再度Ｑ値を求める。図４の例では、関数Ｑ＝ｆ_ａ（Ｒ）にＲ＝Ｒｓを代入し、Ｑ_２＝ｆ_ａ（Ｒｓ）を求める。複雑さを示す情報として２つの関数が特定されている場合は、それぞれの関数から求めたデータを補間し、Ｑ_２とする。それぞれの関数との距離の比が求められている場合は、その比を用いて補間し、求められていない場合は中間値とする。そして、ステップ３０３に戻り、新しく求めたＱ_２をＱ値として圧縮処理を行い、同様の処理を生成された画像データのデータ量が制限範囲になるまで繰り返す。
【００２７】
このように、新しく求めたＱ値は、処理対象画像の複雑さを考慮したＱ値であるので、生成された画像データのデータ量が目標データ量となる確率が高くなり、圧縮処理が高速で行われることになる。
【００２８】
なお、図４の例では、圧縮特性データが関数であるものとして説明したが、テーブル形式のデータである場合は、テーブルに記憶したデータ間を補間してＱ値を求める。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、圧縮画像データのデータ量を制限範囲内に収めることが可能な画像圧縮方法及び画像圧縮装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像圧縮装置の１実施の形態の概略構成を示す図
【図２】圧縮特性データの一例を示す図
【図３】本発明の圧縮処理の概略フローを示す図
【図４】圧縮処理時のＱ値の選択方法を説明する図
【図５】従来の圧縮処理の概略フローを示す図
【符号の説明】
１１・・・入力部
１２・・・圧縮処理部
１３・・・圧縮特性記憶部
１４・・・出力部

Claims

圧縮画像データを生成する画像圧縮方法であって、
複数種類の画像の圧縮特性を示す圧縮特性データを予め記憶する圧縮特性記憶ステップと、
初期圧縮パラメータを求める第１の圧縮パラメータ取得ステップと、
修正圧縮パラメータを求める第２の圧縮パラメータ取得ステップと、
前記初期圧縮パラメータ又は前記修正圧縮パラメータに基づいて、圧縮対象画像の画像データの圧縮処理を行う圧縮処理ステップとを含み、
前記圧縮特性は、画像データのデータ量と画素数の比であるビットレートと、圧縮処理の画質及び圧縮率に関連する圧縮パラメータとの関係を示すものであり、
前記第１の圧縮パラメータ取得ステップは、前記初期圧縮パラメータを、平均的画像についての前記圧縮特性データと目標ビットレートに基づいて求めるものであり、
前記第２の圧縮パラメータ取得ステップは、
前記圧縮処理ステップによって得られた圧縮画像データの前記ビットレートと、その際に使用した前記圧縮パラメータと、前記圧縮特性データとに基づいて、前記圧縮対象画像の複雑さを示す情報を取得するステップと、
前記取得された複雑さを有する画像についての前記圧縮特性データと、前記目標ビットレートとに基づいて、前記修正圧縮パラメータを求めるステップを含むものである画像圧縮方法。
請求項１記載の画像圧縮方法であって、
前記圧縮処理は、ＪＰＥＧ規格による圧縮処理であり、前記圧縮パラメータは、Ｑ値である画像圧縮方法。
圧縮画像データを生成する画像圧縮装置であって、
複数種類の画像の圧縮特性を示す圧縮特性データを記憶する圧縮特性記憶部と
圧縮対象画像の画像データの圧縮処理を行う圧縮処理部とを有し、
前記圧縮特性は、画像データのデータ量と画素数の比であるビットレートと、圧縮処理の画質及び圧縮率に関連する圧縮パラメータとの関係を示すものであり、
前記圧縮処理部は、初期圧縮パラメータ及び修正圧縮パラメータを求める機能と、初期圧縮パラメータ又は修正圧縮パラメータに基づいて前記圧縮処理を行う機能を含んでおり、
前記圧縮処理部は、前記初期圧縮パラメータを、平均的画像についての前記圧縮特性データと目標ビットレートに基づいて求め、前記修正圧縮パラメータを、前記圧縮対象画像の複雑さを示す情報と、前記複雑さを有する画像についての前記圧縮特性データと、前記目標ビットレートとに基づいて求めるものであり、
前記圧縮処理部は、前記圧縮処理によって得られた圧縮画像データの前記ビットレートと、その際に使用した前記圧縮パラメータと、前記圧縮特性データとに基づいて、前記圧縮対象画像の複雑さを推定するものである画像圧縮装置。
請求項３記載の画像圧縮装置であって、
前記圧縮処理は、ＪＰＥＧ規格による圧縮処理であり、前記圧縮パラメータは、Ｑ値である画像圧縮装置。