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画像圧縮および伸張加速化のための方法

国内特許コード P150011629
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2007-549786
公表番号 特表2008-527809
登録番号 特許第4831547号
出願日 平成17年12月23日(2005.12.23)
公表日 平成20年7月24日(2008.7.24)
登録日 平成23年9月30日(2011.9.30)
国際出願番号 CN2005002292
国際公開番号 WO2006072206
国際出願日 平成17年12月23日(2005.12.23)
国際公開日 平成18年7月13日(2006.7.13)
優先権データ
  • 200510000589.6 (2005.1.7) CN
発明者
  • ワン ジィエン
出願人
  • 北大方正集▲団▼有限公司
  • 北京北大方正▲電▼子有限公司
  • 北京大学
発明の名称 画像圧縮および伸張加速化のための方法
発明の概要 本発明は画像の高速圧縮と伸張を実行する方法であって、コンピュータ画像処理とデータ圧縮の分野に属する方法に関する。従来技術では、JPEG(Joint Photographic Experts Group‐圧縮標準)圧縮および伸張方法の速度は不十分であった。処理速度を向上するために、本発明の方法は、特殊な特徴をもつある種の画像部分の処理を単純化している。本発明によれば、本発明の前記方法を使用すると、従来のJPEG圧縮と伸張の効果に影響を及ぼすことなくJPEG圧縮と伸張の処理速度を向上することができる。
従来技術、競合技術の概要



JPEG(Joint Photographic Experts Group)は、画像蓄積とデジタルカメラの分野で広く使用されている静止画像圧縮フォーマットの国際標準の策定を担当する、国際標準化機構(International Standard Organization ISO)の下の委員会である。JPEGは、離散コサイン変換(discrete cosine transform DCT)と逆離散コサイン変換(inverse discrete cosine transform IDCT)に基づく画像の圧縮(compression)と伸張(decompression)に関する多数のプロセスを提案している。





DCTに基づく画像圧縮の公知プロセスは、以下に列挙するステップからなっている。すなわち、

ステップ1は事前処理(pre-processing)ステップであり、そこでは画像データがインプットされる。このステップの目的は、インプットデータを後続ステップにマッチさせるように、つまり、望ましい圧縮結果が達成されるようにインプットデータを事前処理することである。このステップは、オリジナル画像データを複数の8x8ブロックに分割し、インプット画像のピクセルを標準化し、色空間変換(color space transformation)を実行すること、などを含んでいる。





ステップ2では、DCTが実行される。このステップのインプットは、8x8画像データブロックであり、そこで、ピクセルのすべての値が標準化される。DCTの方程式は次の通りである。





【数1】








(x, y)は、DCT実行前のブロック内のポイントの座標を表している。ただし、(0,0)はブロックの左上隅のピクセルの座標であり、f(x, y)はDCT実行前の座標(x, y)におけるピクセルの値であり、(u, v)はDCT実行後のピクセルの座標であり、F(u, v)はDCT実行後の座標(u, v)におけるピクセルの値である。





u, v = 0のとき、C(u), C(v)=1/sqrt(2)、ただし、sqrtは平方根計算を意味する。





ステップ3では、量子化(quantization)が実行される。このステップのインプットは、DCT実行後のデータブロックと指定された量子化マトリックス(designated quantization matrix)である。この量子化マトリックス内のすべての要素は非ゼロの正の整数である。量子化マトリックスがQ(x, y)であると想定すると、量子化は次の方程式に従って行なわれる。





【数2】








ただし、x, y = 0, 1, 2,…7, [ ]は、結果が整数に丸められることを意味し、0.5を加えると、丸めが行ないやすくなる。





ステップ4では、直流(Direct Current DC)係数の一次元予測が実行される。F(0, 0)はDC係数と呼ばれ、他の要素は交流(Alternating Current AC)係数として知られている。DC係数を処理するために、Pが先行画像ブロックのDC係数であると想定すると、そのDC係数は現DC係数の予測値でもあるので、予測の方程式を示すと、次の通りである。





【数3】








次の画像ブロックのDC係数の予測値は次のようになる。





【数4】








ステップ5では、DCエントロピ符号化(DC Entropy coding)が実行される。このステップのインプットは、ステップ4のアウトプットであるマトリックス内のDC係数である。図2の左上隅の黒の要素はDC係数を表している。





ステップ6では、ACエントロピ符号化が実行され、このステップのインプットはステップ4のアウトプットマトリックス内のAC係数であり、そこでは、図2に示すように、AC係数は「ジグザグ」順に配列され、エントロピ符号化のためのランレングス符号化アナゴリズム(run-length encoding algorithm)が採用されている。データブロックの上左隅の黒い要素のほかに、図2の残りの要素はAC係数である。屈曲線は、AC係数がジグザグ状に符号化されることを示している。図3は、AC係数エントロピのランレングス符号化プロセスを示すフローチャートである。





以下では、圧縮(compression)の逆である、IDCTに基づく伸張(decompression)について説明する。

ステップ1では、DC係数エントロピ復号化(decoding)が実行される。

ステップ2では、AC係数エントロピ復号化が実行される。

ステップ3では、DC係数の一次元逆予測(one dimensional inverse prediction)が次の方程式に従って実行される。





【数5】








ステップ4では、逆量子化プロセス(inverse quantization process)が次の方程式に従って実行される





【数6】








ステップ5では、IDCTが次の方程式に従って実行される。





【数7】








ステップ6は事後処理(post-processing)ステップであり、これは事前処理の逆である。





図1は、DCTおよびIDCTに基づくJPEG圧縮/伸張プロセスを示すフローチャートである。JPEGの詳細は国際電信電話諮問委員会(International Telegraph and Telephone Consultative Committee CCITT)によって非特許文献1に公表されている。





【非特許文献1】

nformation Technology-Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Images-Requirement and Guideline」、CCITT Rec.T.81, 1992E

産業上の利用分野



本発明はコンピュータによる画像処理およびデータ圧縮技術に関し、特に画像の圧縮と伸張を加速化するプロセスに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
画像データ圧縮のための方法であって、該方法は以下に列挙するステップ、すなわち、
インプット画像を事前処理するステップであって、該ステップは、オリジナル画像データを複数の画像データブロックに分割し、画像のピクセルを標準化し、色空間変換を実行することを含むステップ1と、
所与のデータブロックが圧縮加速化の要求条件を満たしているかどうかを判断するステップであって、要求条件を満たしていれば、ステップ3が実行され、満たしていなければ、ステップ4が実行され、1画像ブロック内の全ピクセル値が等しいとき要求条件が満たされるとしたステップ2と、
画像データブロックについて単純化DCTを実行して、ステップ5に進むステップ3と、
画像データブロックについてDCTを実行するステップ4と、
そのDCT後結果として得られたデータブロックを量子化するステップ5と、
データブロックのDC係数について一次元予測を実行するステップ6と、
データブロックのDC係数についてDCエントロピ符号化を実行するステップ7と、
データブロックのAC係数についてACエントロピ符号化を実行し、本方法を終了するステップ8と、
を含み、
前記ステップ2は、1つの画像データブロック内の複数の画像データを「ユニット」に結合し、データを1つひとつ比較するのではなく、前記ユニットの観点から比較を実行することによってさらに向上されていることを特徴とする画像データ圧縮のための方法

【請求項2】
請求項1に記載の画像データ圧縮のための方法において、要求条件が満たされている場合、DCTを実行するステップと量子化するステップは、単純化DCT-量子化プロセスを実行する1ステップにマージされ、DCエントロピ符号化を実行するステップとACエントロピ符号化を実行するステップは、単純化エントロピ符号化を形成するようにマージされ、圧縮加速化のワークフローにおいて、前記ステップ2乃至8は、
所与のデータブロックが圧縮加速化のための要求条件を満たしているかどうかを判断するステップであって、要求条件が満たされていれば、ステップ8’が実行され、満たされていなければ、ステップ3’が実行され、1画像ブロック内の全ピクセル値が等しいとき要求条件が満たされるとしたステップ2と、
画像データブロックについてDCTを実行するステップ3と、
そのDCT後結果として得られたデータブロックを量子化するステップ4と、
データブロックのDC係数について一次元予測を実行するステップ5と、
データブロックのDC係数についてDCエントロピ符号化を実行するステップ6と、
データブロックのAC係数についてACエントロピ符号化を実行し、本方法を終了するステップ7と、
単純化DCT-量子化プロセスを実行するステップ8と、
データブロックのDC係数について一次元予測を実行するステップ9と、
単純エントロピ符号化を実行し、本方法を終了するステップ10と、
に置き換えられることを特徴とする画像データ圧縮のための方法

【請求項3】
画像データ伸張のための方法であって、該方法は以下に列挙するステップ、すなわち、
圧縮された画像データブロックをインプットし、その画像データブロックについてDC係数のエントロピ復号化を実行するステップ1と、
AC係数のエントロピ復号化を実行するステップ2と、
画像データブロックのDC係数について一次元逆予測を実行するステップ3と、
量子化された画像データブロックについて逆量子化を実行するステップ4と、
所与の画像データブロックが復号化プロセス加速化のための第一要求条件を満たしているかどうかを判断し、要求条件を満たしていれば、ステップ6が実行され、満たしていなければ、ステップ7が実行され、前記所与の画像データブロック内の全AC係数がゼロに等しいことを第一要求条件としたステップ5と、
単純化DCTを実行し、そのあとステップ8が実行されるステップ6と、
DCTを実行するステップ7と、
画像データおよび伸張されたアウトプット画像データを事後処理するステップ8と、
を含み、
前記ステップ5は、1つの画像データブロック内の複数の画像データを「ユニット」に結合し、データを1つひとつ比較するのではなく、前記ユニットの観点から比較を実行することによってさらに向上されていることを特徴とする画像データ伸張のための方法

【請求項4】
請求項に記載の画像データ伸張のための方法において、画像データが伸張されるとき、加速化プロセスのスタートポイントは前に進められ、伸張加速化のための第二要求条件が満たされていれば、ACエントロピ復号化プロセスは省略され、逆量子化とDCTプロセスは共に単純化され、伸張加速化のためのワークフローにおいて、前記ステップ2乃至8は、
画像データブロックが伸張加速化プロセスのための第二要求条件を満たしているかどうかを判断し、第二要求条件を満たしていれば、ステップ7が実行され、満たしていなければ、ステップ3が実行され、第一符号化AC係数がブロックの終り(End of Block)などの、終了コードであることを第二要求条件としたステップ2と、
画像データブロック内のAC係数についてエントロピ復号化を実行するステップ3と、
画像データブロック内のDC係数について一次元逆予測を実行するステップ4と、
逆量子化を実行するステップ5と、
IDCTを実行し、そのIDCT完了後にステップ9に移るとしたステップ6と、
画像データブロック内のDC係数について一次元逆予測を実行するステップ7と、
単純IDCT-逆量子化プロセスを実行するステップ8と、
画像データを事後処理し、伸張された画像データをアウトプットするステップ9と、
に置き換えられることを特徴とする画像データ伸張のための方法
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
分野
  • 電気
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