JPEG 25 年の歴史と今後 小野 文孝 東京工芸大学 工学部 〒243-0297 厚木市飯山 1583 E-mail: ono@image.t-kougei.ac.jp あらまし 静止画符号化標準の嚆矢である JPEG 標準の基本方式に DCT の採用が決まってから 25 年になる. 当時の画像ビジネス市場を振り返り,その後の 25 年間の静止画符号化標準化の歴史を紹介する.さらに今後の静止 画符号化標準活動の課題についても考察する. キーワード 静止画符号化, JPEG ファミリー標準,ディジタルカメラ,SC29/WG1,算術符号 Twenty-five Years History of JPEG Standardization Activity and its Future Fumitaka ONO Faculty of Engineering, Tokyo Polytechnic University 1583 Iiyama, Atsugi, Kanagawa, Japan 243-0297 E-mail: ono@image.t-kougei.ac.jp Abstract It is about 25 years after the adoption of DCT method in JPEG standard. In this report, we look back the status of the image business market of 25years ago and introduce the brief history of 25years activity of the still image coding standardization. We also consider the issues of the future image coding standardization work to be solved. Keyword Still Image Coding, JPEG Family Standard, Digital Camera, SC29/WG1, Arithmetic Coding ーンの認定を受けたのはまさにこの急速な普及に基づ 1. ま え が き 1) JPEG 標 準( ITU-T T.81| ISO/IEC10918-1) の 発 行 は , くものである. し か し ,1988 年 の 時 点 で 5000 億 円 市 場 へ と 伸 長 し , ITU-T, ISO に お い て そ れ ぞ れ 1992| 1994 年 で あ る た め , こ の と こ ろ JPEG20 年 と い う 言 葉 が よ く 採 り あ げ 生 産 金 額 で は 前 年 比 30%増 ,生 産 台 数 で 同 じ く 67%増 . し か し CCITT( 国 際 電 信 電 話 諮 問 委 員 と 順 調 に 成 長 し て い た フ ァ ク シ ミ リ 市 場 が 翌 1989 年 会 : 現 ITU-T) と ISO( 国 際 標 準 化 機 構 ) の 共 同 組 織 に は 何 と 生 産 金 額 で 前 年 の 5%減 , 生 産 台 数 で も 前 年 られている 2) で あ る JPEG( Joint Photographic Experts Group)の 発 足 の 3.4%減 と い う 信 じ ら れ な い 急 落 を 見 せ る こ と に な は 1986 年 11 月 で あ り , JPEG 標 準 の 変 換 方 式 と し て る DCT( Discrete Cosine Transform) の 採 用 が 決 ま っ た の のオフィスにほぼ行き渡った結果であり,機器ごとに は 1988 年 の 1 月 で あ る . ま た 個 人 的 に は 筆 者 の JPEG 電話回線への接続が必要という条件が職場への増設に 国 際 会 合 へ の 参 加 は 1988 年 の 9 月 か ら で あ る .そ こ で おける障害要素となって現れたといえる.その結果, こ こ で は 1988 年 を 起 点 と し ,JPEG 25 年 の 歴 史 を 振 り 以後のビジネス機市場は買い替え需要が中心となり, 返りつつその将来についても考えてみたい 3) . 1980 年 代 後 半 の 画 像 ビ ジ ネ ス の 状 況 2. 2.1. ファクシミリ ディジタル画像ビジネスの先陣を切ったファクシ ミ リ は 1972 年 の 回 線 開 放 を 契 機 と し て 入 力・記 録 方 式 , ディジタル圧縮符号化,モデム技術等の高性能化・実 用 化 が 急 速 に 進 み ,1980 年 の CCITT で の G3 国 際 標 準 の 制 定 を 得 て ,市 場 が 急 激 に 立 ち 上 が る こ と と な っ た . 2012 年 4 月 に G3 フ ァ ク シ ミ リ が IEEE マ イ ル ス ト 4) .これは国内市場においてはファクシミリが殆ど 台数ベースでほぼ横ばい状況が続くことになった. さて,市場の急成長に魅かれ通信・電機・家電・精 密の分野から多くの企業が参入していたファクシミリ 市場において,生き残りを図るための活路として注目 さ れ た の が G4FAX と 家 庭 向 け の G3FAX で あ っ た . G4FAX は 1984 年 に 最 初 の 国 際 標 準 化 が 行 わ れ ,ISDN などのディジタル回線の利用による高速伝送と,高い 解像度設定による高画質を売り物に大企業を中心とし た 普 及 が 見 込 ま れ た . し か し , 肝 心 の ISDN 回 線 の 普 及 が 思 う に 任 せ ず ,折 角 G4 機 を 設 置 し て も G4 機 能 で の交信相手は社内などに限定されることとなった. 面のカラーハードコピーの出番はまだ見込めない状況 ま た , オ フ ィ ス で は 当 た り 前 と な っ た G3FAX も , であった.また画像符号化の観点からは上記のように 当 時 は 家 電 と し て は 高 価 で あ り ,家 庭 間 FAX 通 信 の 需 VTX 画 像 は 画 像 自 体 に 制 限 を 与 え て お り 自 然 画 像 の 要も限られていたため,普及は遅々として進まず,必 符号化が課題であった. 然的に,市場開拓の努力は多値静止画応用分野へと向 かうこととなった.また,開発計画としては常にファ 3.JPEG の 誕 生 と 関 連 ビ ジ ネ ス の 成 長 クシミリの先にカラーファクシミリが位置づけられて 3.1 いた.これはテレビがモノクロからカラーテレビに進 JPEG 誕生の経緯と画像符号化チームの派生 さ て , 静 止 画 符 号 化 の 標 準 化 に つ い て は ISO/TC97 んだようにいわば進化の暗黙の前提であったといえる. で 1982 年 の 9 月 に 画 像 符 号 化 を 担 務 と す る WG8 を 発 2.2.ビ デ オ テ ッ ク ス 足させたのが最初であり,その後審議が行われたが 多値の静止画応用において,一番身近な既存メディ アはカラーテレビであった.そこで,通信路として電 1986 年 の 3 月 に 仕 切 り 直 し の 形 で 検 討 が 再 ス タ ー ト し た. 話線を利用し,出力装置をカラーテレビモニタと共有 一 方 ,CCITT で は 1984 年 に VTX の 標 準 化 を 終 え た する情報提供サービスとして提案されたのがビデオテ 後 , 1985 年 の 会 期 か ら 課 題 18 と し て New Image ッ ク ス( VTX)で あ る .イ ギ リ ス で は 1979 年 か ら プ レ Communication( NIC) Group を 発 足 さ せ て お り , NIC ステルというシステムが商用化されており,日本でも と ISO/TC97/WG8 は 1986 年 11 月 の Parsippany 会 議 か 70 年 代 後 半 か ら 日 本 電 信 電 話 公 社 を 中 心 に 研 究 が 開 ら画像符号化標準化の共同作業を開始した.これが 始 さ れ て い る . CCITT で は , 1980 年 の 勧 告 S.100( 後 JPEG( Joint Photographic Experts Group)の 誕 生 で あ る . の T.100) で 「 ビ デ オ テ ッ ク ス 業 務 と し て 共 通 に 使 用 JPEG で の 審 議 に は ,当 初 多 く の 方 式 が 提 案 さ れ た が される機能と図形表示のためのオプション機能」とが 米 ・ 欧 ・ 日 か ら そ れ ぞ れ 提 案 さ れ た ABAC( Adaptive 規 定 さ れ た .次 の 会 期 で は 新 SGVIII( テ レ マ テ ィ ー ク Binary Arithmetic Coding) , ADCT( Adaptive Discrete 端 末 の た め の 端 末 装 置 ) の 課 題 24 の 中 で VTX の プ ロ Cosine Transform) , BSPC( Block Separated Component ト コ ル が 審 議 さ れ た .VTX の 国 際 標 準 化 に あ た っ て は , Progressive Coding) の 3 方 式 に 絞 り 込 ま れ , こ れ ら を 日 本 , 北 米 , 欧 州 か ら そ れ ぞ れ CAPTAIN, NAPLPS, 評 価 し た 結 果 ,1988 年 1 月 の Copenhagen 会 合 で ADCT CEPT と い う 異 な る 3 方 式 が CCITT に 提 案 さ れ て い た . 方式が選ばれた 5) . そ し て フ ァ ク シ ミ リ の 場 合 と は 異 な り ,1984 年 に は こ JPEG の 審 議 の 中 で は 2 値 画 像 の 新 し い 国 際 標 準 を れ ら の ロ ー カ ル 標 準 の す べ て が CCITT 標 準 と し て 認 審 議 す る JBIG( Joint Bi-level Image Experts Group) が められることになった.これは決して安易な結論では 独 立 し 1988 年 9 月 か ら 活 動 を 開 始 し た なく,当時想定されていた情報検索は,天気予報,電 の標準化がほぼ固まったことを受けて動画を 6) .ま た ,JPEG 車時刻表,電話番号などに限られ,テレビ放送の走査 CD-ROM に 記 録 す る と い う ア イ デ ィ ア に 基 づ く MPEG 方式の相違や,海外の情報提供元にアクセスする際の ( Moving Picture Experts Group)が 1988 年 5 月 か ら ス 国際電話のコストなどの問題もあり,サービス自体が タートした.さらにマルチメディア情報の表現に関す 高い地域性を有していたことがその背景にあった.つ る 標 準 化 を 行 う MHEG( Multimedia Hypermedia Experts ま り ,当 時 の VTX は 現 在 の イ ン タ ー ネ ッ ト と は 異 な る Group)が 1989 年 5 月 に 生 ま れ , そ れ ぞ れ が 独 立 に 審 ローカルなサービスであったといえる.また,このた 議を行うことになった.これらの 4 チームはその後 め当時のディスプレイや通信環境を前提とする画像の 1990 年 4 月 に SC2 の 中 で そ れ ぞ れ が 異 な る WG と し 制約は維持され,汎用的なコンテンツ制作が課題とし て 独 立 し ,1991 年 11 月 に は JTC 1 の 中 に 新 た に SC29 て残った. が 設 け ら れ ,そ の 中 の 独 立 WG と し て 活 動 す る こ と に さ て ,国 際 標 準 化 が な さ れ た も の の ,国 策 で 端 末( ミ なった.このような画像符号化標準化組織の体制整備 ニテル)を無償配布し紙の電話帳発行をとりやめたフ は新しいビジネスの誕生を予測させるものではあった ランスのテレテルを唯一の例外とするにしても,日本 が必ずしもすぐに実現したわけではなかった. におけるキャプテン,英国のプレステル,カナダのテ リ ド ン な ど の VTX シ ス テ ム は い ず れ も 伸 び 悩 む こ と 3.2 ディジタルカメラ市場の形成 となった.この大きな理由の一つは,画像の表示が受 さ て JPEG が 標 準 化 さ れ た も の の そ の 利 用 ビ ジ ネ ス 信時のみに限られることであった.つまり,当時はメ は な か な か 育 た な か っ た . そ の 理 由 の 一 つ は 「 JPEG モリがまだ高価で取得情報の蓄積がままならず,電子 では画像が汚くなるので使えない」という思い込みで データが残らないソフトコピー画像はまさに「まぼろ あり,たとえば画像関係の企業の筆頭である印刷会社 し」に過ぎなかった.勿論,コストの点からもフル画 からもまったく相手にされなかった.ファクシミリの カラー化についても興味を示す会社は少なく精々アパ が生じることとなった. レル産業程度であった. 3)JPEG パ ー ト 2~ 4 こ う し て ,有 効 な ビ ジ ネ ス も な く 苦 し ん で い た JPEG さ て JPEG 標 準 の part1 が 策 定 さ れ た あ と し ば ら く は の前に救世主ともいえる形で登場したのがディジタル JPEG 委 員 会 で は part2,part3,part4 の 制 定 に 力 が 注 が カ メ ラ で あ っ た .1995 年 に 初 め て 液 晶 の モ ニ タ を 搭 載 れ た . part2( compliance test) は 膨 大 な 種 類 の テ ス ト したディジタルカメラが発売されて以来,メモリの低 データを網羅したものである.また復号器の検証につ 価 格 化 ,PC の 普 及 が あ と 押 し を し て デ ィ ジ タ ル カ メ ラ いては量子化データのレベルで差の絶対値が1以下を 市場は飛躍的な伸びを示すことになった 3) .お か げ で , 許 容 範 囲 と し た .part3( Extensions)は JPEG を 拡 張 し ディジタルカメラにおける画像符号化標準の地位を占 て使用している機関が中心になって策定したもので, め て い た JPEG も 大 い に そ の 恩 恵 を 被 る こ と に な っ た . 適 応 量 子 化 ,タ イ リ ン グ ,MCU( Minimum Coded Unit) さ ら に そ の 後 の イ ン タ ー ネ ッ ト の 普 及 に よ り , JPEG 内 ブ ロ ッ ク 数 の 増 大 , SPIFF( Still Picture Interchange はインターネットでの静止画符号化のデフォルト標準 File Format) の 定 義 な ど が 盛 り 込 ま れ た . な お , JPEG として活躍の確固たる場を得ることになり,2 値でも で ベ ー ス ラ イ ン と 称 し て い る 必 須 部 分 は part1 の 一 部 多 値 で も ま ず は JPEG 符 号 化 と い う 状 況 を 迎 え た . で あ り ,い わ ゆ る オ プ シ ョ ン の 部 分 が part1 と part3 と に分かれてしまったことは反省材料となり,以後の標 JPEG フ ァ ミ リ ー 標 準 の 策 定 4. 4.1 準 で は そ の よ う な こ と を 避 け る よ う に し て い る .part4 JPEG シ リ ー ズ の 策 定 は JPEG profile や Application marker の 登 録 で あ り ,フ さ て DCT が JPEG の 基 本 方 式 と な り ,す べ て の JPEG ラ ン ス の JURA( JPEG Utilities Registration Authority) デコーダが備えるべき仕様の名称をベースラインとす が 当 時 Registration Authority を 引 き 受 け た .な お JPEG ることとなったが,引き続いていわゆるオプションと を 利 用 し た 動 画 符 号 化 で あ る モ ー シ ョ ン JPEG に つ い される機能も審議することとなった.この時点ではオ ては多くの私的な仕様が林立してしまい,あとから標 プションを別のパートとする発想はなくいずれもパー 準 化 を 行 う こ と は 困 難 で あ っ た .こ の 教 訓 も JPEG2000 ト1に記載することとなった. に 活 か さ れ , モ ー シ ョ ン JPEG2000 と い う 規 格 を 早 期 1) ロスレス機能 に規定することになった. ベースラインは符号化による歪みを許容したロッ シー符号化であるが,符号化による歪みを伴わないロ スレス機能も標準としては備えておいた方がよいとい う こ と に な っ た .し か し ,DCT 方 式 の 復 号 に は 受 信 側 の演算精度に依存する要素があるため,ロスレス符号 化 に つ い て は 結 局 DCT を 使 わ ず 空 間 予 測 方 式 を 用 い る こ と と な っ た .空 間 予 測 は DCT と は 全 く 共 通 性 が な いためロスレス機能にはインディペンデントファンク ションという用語が用いられている. 2) 4.2 JPEG LS JPEG が part4 ま で 作 成 さ れ た 後 ,ロ ス レ ス 符 号 化 の 新 た な 規 格 化( JPEG LS)の 検 討 が 開 始 さ れ た .こ れ は JPEG の ロ ス レ ス 符 号 化 で は DPCM 類 似 の 極 め て シ ンプルな空間予測符号化が殆ど審議なしに取り入れら れたため,圧縮率の点で充分改良の余地があるであろ う と い う 見 解 に 基 づ く も の で あ っ た . JPEG LS の 審 議 に は 1995 年 の 7 月 の 募 集 締 切 り ま で に 9 通 り の 方 式 が 提 案 さ れ た .そ の 中 に は 変 換 符 号 化 も 含 ま れ て い た が , 算術符号 さてベースライン符号化方式にはエントロピー符 号化としてハフマン符号があれば問題はなかったがオ プションの方式のエントロピー符号化としては算術符 号があるのが望ましかったことから算術符号化につい てもオプションとして採用することになった. 実 は 並 行 し て 審 議 中 の JBIG で は IBM の Q-coder,三 菱 電 機 の MELCODE,AT&T の Minimax-coder の 3 通 り の算術符号化方式が提案されていたため,早期に 3 方 式 を 一 本 化 し こ れ を QM-coder と し て JPEG と JBIG で 最 終 的 に 共 通 の 算 術 符 号 を 採 用 す る こ と が JBIG・JPEG 共通の認識となった.この算術符号の統一化には熾烈 な議論が繰り広げられたが結局 3 機関のそれぞれがも 圧縮性能の高い予測符号化を中心に審議が進んだ.一 番 の 問 題 は 自 然 画 と CG と い う 異 な る 性 質 の 画 像 へ の 対応であった.この問題は算術符号を用いることで解 決 で き る が ,ベ ー ス ラ イ ン( part1)で は 処 理 の 高 速 化 の要望が強く,周囲の参照画素間のレベル差に着目し た context 情 報 に よ り Regular mode( 自 然 画 像 想 定 )と Run mode( CG 画 像 想 定 ) と に 分 離 し , 算 術 符 号 は 用 い な い こ と と な っ た . な お part2 で は 算 術 符 号 を 採 用 し た の で Regular mode と Run mode の 分 離 は 不 要 と な っ て い る . な お , JPEG LS の 標 準 化 の 詳 細 に つ い て は 文 献 8)を 参 照 い た だ き た い . 4.3 JPEG 2000 .また特 JPEG LS の 審 議 で 提 案 さ れ た 変 換 方 式 の 中 に は , ロ 許使用の対価として 3 機関への等額の一時金の支払い ッ シ ー 符 号 化 , ロ ス レ ス 符 号 化 の い ず れ で も JPEG の つ 技 術 を 取 り 入 れ た QM-coder が 誕 生 し た 7) 性能を上回るものがあったため,ロッシー,ロスレス 5.静 止 画 符 号 化 再 考 を 共 通 ア ル ゴ リ ズ ム で 実 現 し JPEG で も JPEG LS で も 静止画と動画 実現されていないロッシートゥロスレスの符号化機能 5.1 をもつ新たな標準の策定が俎上に上ることになった. 1) リ ア ル タ イ ム 性 と ノ ン リ ア ル タ イ ム 性 またインターネットの普及によりオールマイティ的性 動画と静止画の最大の相違は,一般に動画では画像 能 を 要 求 さ れ る こ と に な っ た JPEG の 問 題 点 を 後 継 標 間に強い相関が仮定できるが,静止画ではたとえ複数 準 で 解 決 し た い と い う 要 望 も あ っ た .新 標 準 の 名 称 は , 枚セットの画像であっても,必ずしも画像間に強い相 西 暦 2000 年 を 前 に「 ~ 2000」と い う 言 葉 が 当 時 流 行 し 関を仮定することはできないことである.従って,そ て い た た め , あ っ さ り JPEG 2000 に 決 ま っ た . JPEG れぞれの符号化においては,静止画ではフレーム内相 委 員 会 の 活 動 が 最 初 に 迎 え た ピ ー ク を JPEG 方 式 決 定 関のみを利用し,動画ではフレーム内相関に加え,フ の 1988 年 頃 と す る と 第 2 の ピ ー ク は JPEG2000 の 策 定 レーム間相関を利用するのが常である.しかし,相関 時期であり,参加者数は第 2 次のピークの方が多かっ の利用という面だけに着目して静止画符号化を動画符 た.これは第 1 のピークではまだディジタル静止画利 号化のサブセットと考えるのは必ずしも適当ではない. 用ビジネスの可能性が見えておらず技術的興味が主で その他にもリアルタイム性の有無とそれに関連したロ あ っ た の に 対 し , 第 2 次 で は JPEG の 後 継 標 準 に 対 し スレス機能の必要性の有無,相関利用に関連した送信 て ,さ ら な る 市 場 開 拓 の 期 待 が 大 き か っ た こ と に よ る . 側での画質制御の自由度などの相違点に着目する必要 な お , JPEG 2000 の 標 準 化 の 経 緯 に つ い て は 文 献 9) に詳述されている. がある. つまり,動画では一定レートの伝送速度で受信した り,一定レートで蓄積媒体から読み出したりした符号 4.4 JPSearch JPSearch は 他 の JPEG フ ァ ミ リ ー 標 準 と は 少 し 異 な り,画像の検索目的とするものである.現状では画像 データに対するメタデータは人が個別に与えざるを得 ないわけであり,メタデータが各アーカイブ特有の管 理となってしまうためにデータの移動が容易ではない と い う 問 題 が あ る .こ れ に 対 し MPEG-7 な ど で は 汎 用 的メタデータ体系を制定しその利用を促すことで,課 題を解決しようとしているが必ずしも広範な支持は得 ら れ て い な い . JPSearch は シ ス テ ム レ ベ ル の 着 眼 点 に 基づき,多様なスキーマを共存させ,異なる体系下で の情報交換・相互アクセスを可能とすることを目指し た も の で あ る .な お ,詳 細 内 容 に つ い て は 文 献 10)の 解説が詳しい. 4.5 JPEG XR JPEG XR は Microsoft が 提 唱 し Vista 以 降 の Windows 化データを,受信側であるいは復号器で実時間表示す るリアルタイム処理が基本である.これに対し,静止 画では1枚の画像の伝送時間や読み出し時間,表示時 間には通常何の制限も無いので,リアルタイム処理が 要求されない. 従って,動画符号化においては単位時間当たりの符 号長(ビットレート)がまず与えられ,基本的にロス レス符号化などという概念とも無縁であるのに対し, 静止画符号化においては,与えられた画像を如何に短 い符号長で表現できるかが課題である.そして,動画 におけるような伝送時間の制約がないので画質は送信 側で自由に選択できる.このためロスレス符号化への 対応も当然必要とされるし,ソフトコピー表示におい ては階層的符号化表示という概念が意味を持つことに なる.なお,階層的符号化 12) は 1980 年 に 東 京 大 学 の 安田靖彦氏により提案されたもので,その後動画にも に 搭 載 し て い る 画 像 符 号 化 方 式 HD Photo を ベ ー ス と スケーラブル符号化としてその概念が活かされている. す る 符 号 化 標 準 で あ る . 特 に WG1 と し て 方 式 募 集 を ディジタルシネマという動画アプリケーションに静止 し て い た わ け で も な い 時 期 に Microsoft か ら 持 ち 込 ま 画 標 準 で あ る JPEG2000 が 採 用 さ れ た の も JPEG2000 れた提案であり委員会の内部でも議論があったが, の も つ 階 層 的 符 号 化 と い う 機 能 が 4K・ 2K の 共 通 デ ー JPEG・ JPEG 2000 と の パ フ ォ ー マ ン ス 比 較 で は 装 置 の タベース化に寄与したことが大きな要素となっている 複雑さも画質も両者の中間に位置していたため,委員 のも興味深いといえる. 会の審議の中で方式の修正要望が生まれればそれに応 さて,上記の相違は一般的なものであり,動画にお じること,特許を無償提供すること等を前提とし審議 いてもデータベース自体の伝送など,必ずしも復号を が開始された.結果的にはオリジナルの提案に若干の リアルタイムに行うことを前提としないアプリケーシ 修 正 が あ り ,HD Photo で の 復 号 と は 厳 密 に は 一 致 し な ョンが考えられ,その場合はロスレス符号化の必要性 い も の の ,等 価 な 復 号 が 可 能 と な る 方 式 が 開 発 さ れ た . が生じる.また,静止画でもスポーツの分解写真のよ JPEG XR の 技 術 的 詳 細 に つ い て は 文 献 11)を 参 照 い た うに独立な画像のシーケンスにおいてその画像間に高 だきたい. い相関を持つ場合が存在し,動画と同様に複数画像間 の相関を利用することで,より性能の高い符号化を行 ずれも装置の製造業者となり特許料をやり取りする手 うことが可能となる.また,静止画では符号化データ 間 だ け 無 駄 と い う 思 想 が 生 ま れ た と い え る .JPEG の 特 サイズに制限が課されないもののディジタルカメラの 許問題が起きた後は,静止画でも動画と同様にパテン ように,撮影枚数を仕様として規定する場合,静止画 トプール制をとる方がよいのではという意見も出てい であっても1画面の符号長を決められた値にしたいと るが大勢とはなっていない. いう要望が生じることがある.このように中間的なア プリケーションも想定できるので,それらの可能性も 考慮しつつ,両者の統合的な処理を考えていくのがよ いといえる. 静止画符号化の課題 1) ア プ リ ケ ー シ ョ ン 多 く の 期 待 を 集 め て 標 準 化 さ れ た JPEG 2000 は 運 転 免許証やパスポートなどの画像データ符号化では利用 2) 送 信 側 画 質 制 御 の 余 地 さ て 動 画 で は 画 質 の 空 間 的 要 素 (静 止 画 と し て の 画 質 )と 時 間 的 要 素( 動 き )の 優 先 度 は 送 信 側 の 判 断 に 委 ねられているため,それらのバランスによっては,同 一符号化標準の使用が必ずしも同一の画像を意味しな いことになる.また,その意味で送信側の処理の規定 は標準化にはなじみにくく,受信側の満たすべき機能 さえ標準化すればよいという考えに結びつく. 勿論静止画においても送信側での標本化や量子化 法,前処理などにより,たとえ同じ符号化標準を使用 し同一の圧縮比をめざしていても画像が変化する余地 は あ る と い え る が ,そ の 自 由 度 は 動 画 ほ ど 大 き く 無 い . とはいえ静止画における量子化の議論は符号化の議論 とは独立なものとして扱われ,これまでほとんど顧み られていないのも事実である. 3) 特 許 問 題 されているが,ディジタルカメラには現在でもまだ適 用 さ れ て い な い .こ れ は JPEG XR に つ い て も 同 様 で あ る.その理由として上記のように特許に対する危惧を 挙 げ る 声 も あ る が , つ ま る と こ ろ JPEG と い う 既 存 の 標準が存在する分野で新規標準が採用されるには相当 量の性能の改善が必要であるということであり,裏返 せば新規標準は新規アプリケーションとペアでなけれ ばなかなか採用されにくいということになる. そ の よ う な 中 で JPEG 2000 が 支 持 さ れ て い る 分 野 に アーカイブ用途がある.その理由として文字・自然画 混 在 画 像 で の JPEG 2000 の 高 い パ フ ォ ー マ ン ス を 挙 げ る こ と が で き る .JBIG が JPEG か ら 独 立 し た よ う に 純 粋の文字文書での 2 値画像符号化の価値は高いが,ア ーカイブのように必ずしも 2 値量子化ができない文書 画 像 も 含 ま れ る 場 合 の JPEG 2000 の 性 能 は JPEG を は るかに凌いでおり高い実用性を有しているといえる. 最 後 に 特 許 問 題 に つ い て 触 れ て お こ う .JPEG の 標 準 化 に お い て も G3 フ ァ ク シ ミ リ と 同 様 に 少 な く と も ベ ースラインは無償実施を前提として審議が進められた も の の 周 知 の よ う に JPEG の 普 及 後 に Philips 社 と Forgent Networks 社 ( 当 初 Compression Lab 社 が 保 有 ) からランレングス符号化特許についての実施料請求が 生じ大きな話題となった. こ の 問 題 は JPEG の 後 継 標 準 の JPEG 2000 に も 影 響 を 与 え , JPEG 特 許 と 類 似 の 問 題 を 危 惧 し た ユ ー ザ が JPEG 2000 の 特 許 5.2 13) に対しても必要以上に慎重となっ て し ま う と い う 現 象 を 導 い た .ま た JPEG XR で も 標 準 書にはマイクロソフト以外の機関の特許の記載があり, 普及の妨げの一因になったともいえる. さて,動画では特許が有料でもよく,静止画ではロ イヤリティフリーとせざるを得ないことについても解 説しておく.これは動画では一般ユーザの多くはコン テンツを受信するのみであるのに対し,静止画ではデ ィジタルカメラの例を見ても一般ユーザは受信者であ ると同時に間違いなく送信者であること,また,コン テンツビジネスについては動画ではパッケージソフト など他業界からの収入が期待できるのに対し静止画で はそれが難しいことなどが主因と考えられている.こ のため,静止画では特許の支払い者と受け取り者はい 2) パ タ ー ン マ ッ チ ン グ 技 術 さて静止画符号化で画期的な性能向上の可能性に ついて考えてみよう.動画符号化や 2 値画像符号化で 飛躍的な性能向上につながったのはパターンマッチン グ技術の適用である.これは動画符号化ではフレーム 間相関があり,2 値画像符号化では同一文字の繰り返 し出現や規則的ハーフトーンパターンがあるためであ る.しかし,静止画では一般にパターンマッチングの 適用は困難である.実は静止画でも人物,自然物,人 工物等が複数存在することは多く,相似性はこの順で 高くなるといえる.しかし,マッチングをとるとなる とたとえば人工物の椅子では向きや距離がそろってい ないといけないし,自然物の樹木では大きさを揃え細 部を無視しなければならない.また人間では顔や人体 のパーツの検出等が必要になる.このように静止画へ のマッチング技術の適用にはその前段階で高度な処理 が必要とされる.つまりコンピュータビジョン的な技 術を如何に効果的に符号化に取り入れるかが今後の課 題といえる. 3) モ デ リ ン グ 画像のモデリングに関し,これまでに標準化に採用 された方法は画素を走査順に取り出した系列を,周囲 画素情報をコンテキストとして符号化するマルコフモ デ ル 方 式 と (周 波 数 )変 換 符 号 化 方 式 で あ る . 前 者 は ロ ス レ ス 符 号 化 に 適 し て お り JPEG LS で も 採 用 さ れ て い 参考文献 る .後 者 は ロ ッ シ ー 符 号 化 に 適 し JPEG,JPEG 2000 に 適 用 さ れ て い る DCT や DWT も こ の 部 類 で あ る .歴 史 1) 的にはそのほかにベクトル量子化やブロックトランケ ー シ ョ ン 符 号 化( BTC),輪 郭 符 号 化 な ど が 提 案 さ れ て いる.これらはいずれも送信側の処理量の方が受信側 のそれより大きいのが特徴である.輪郭符号化は解像 度の変化に対して効率のよい符号化が見込めることか 2) 3) 4) ら,上記のパターンマッチングとの組み合わせも考え られる. 5) 4) そ の 他 の 性 能 改 善 手 法 動 画 の H.264 規 格 で は 様 々 な 要 素 の 性 能 改 善 を 組 み 6) 合わせ,結果的に高いレベルの性能向上を実現した. この手法を静止画でも踏襲するなら,予測関数の精度 の向上,変換関数や量子化マトリクスの精査,算術符 号化の精度の向上や簡易化 14) 7) な ど ,落 ち 穂 拾 い 的 に ど こまで改善が可能かのチェックを一つ一つ行っていく 8) ことも有効と思われる. 6. むすび 9) JPEG25 年 と い う タ イ ト ル で 思 い 付 く ま ま に 過 去 25 年間の静止画符号化標準化を振り返ると共に将来を考 10) 察する機会をいただいた. 静止画の標準化の活動が近年停滞しているという 指摘には真摯に耳を傾けなくてはならないであろう. しかし,過去にファクシミリが双方向での編集可能性 11) 12) と い う 点 で PC で の 文 書 フ ァ イ ル 伝 送 に 置 き 換 わ り 産 業として大きく後退したのとは異なりディジタルカメ ラ産業にはまだ衰えはみられない.このため画像ビジ ネスにより呼応した新たな標準化が望まれる. 当 初 の JPEG に 近 年 新 た に part4 の AMD1, part5(JFIF : JPEG File Interchange Format), part6 (Application to printing systems)を 追 加 し た こ と や 各 コ ン ポ ー ネ ン ト が 8 ビ ッ ト を 超 え る 精 度 を 有 す る HDR ( High Dynamic Range) 15) 画 像 に 対 し ト ー ン マ ッ ピ ン グ な ど を 用 い て LDR( Low Dynamic Range) の デ ィ ス プ レ イ へ の 表 示 も 可 能 と す る JPEG XT の 発 足 は そ の 動きとも言える.今後はさらにビジネスを先導するよ う な 標 準 化 が 望 ま れ る . ま た , SC29/WG1 が 現 在 審 議 し て い る 課 題 に は 数 年 前 に 発 足 し た AIC ( Advanced Image Coding) が あ り , 画 質 評 価 の 標 準 化 と そ れ に 関 連して高いパフォーマンスを持つ符号化を課題として いる.これについても具体的な対象をよりしぼること を試みているが,現時点で具体的な方式を審議するに は至っていない. 今後も静止画特有の使用形態やビジネスでの位置 づけを意識しつつ,その符号化標準化や市場活性化に 向け関係各位のご支援・ご貢献を賜りたい. 13) 大 町 隆 夫 ,小 野 文 孝:“技 術 解 説 カ ラ ー 静 止 画 符 号 化 国 際 標 準 方 式 ( JPEG) の 概 説 ( そ の 1 ) ”, 画 像 電 子 学 会 誌 ,Vol.20,No.1,pp.50-58( 1991). STAR2013: JPEG/JBIG Anniversary, http://mmspg.epfl.ch/ page-58399-en.html 小 野 文 孝 : “JPEG25 年 ”, 画 像 電 子 学 会 誌 Vol.42, No.2, pp.281-286 (2013) 小 野 文 孝:“講 座 デ ィ ジ タ ル 画 像 符 号 化 応 用 ビ ジ ネスと標準化における歴史” ,画像電子学会誌, Vol.34, No.2, pp.159-166( 2005). 郵 政 省 通 信 政 策 局:カ ラ ー フ ァ ク シ ミ リ 通 信 に 関 す る 調 査 研 究 報 告 書 ( 1988.3). 山 崎 泰 弘 , 小 野 文 孝 , 吉 田 正 , 遠 藤 俊 明 : “技 術 解 説 JBIG 2 値 画 像 階 層 形 符 号 化 方 式 - JBIG ア ル ゴ リ ズ ム - ” 画 像 電 子 学 会 誌 , Vol.20, No.1, pp.41-49( 1991). 小 野 文 孝:“技 術 解 説 カ ラ ー 静 止 画 符 号 化 国 際 標 準 方 式 ( JPEG) の 概 説 ( そ の 2: 算 術 符 号 ) ”, 画 像 電 子 学 会 誌 ,Vol.20,No.2,pp.113-120( 1991) 上 野 幾 朗 , 梶 原 浩 , 望 月 孝 志 , 小 野 文 孝 : “技 術 解 説 多 値 ロ ス レ ス 符 号 化 技 術 と 国 際 標 準 ”,画 像 電 子 学 会 誌 , Vol.27, No.4, pp.405-412( 1998). 小 野 文 孝:“標 準 化 現 場 ノ ー ト JPEG2000” ,映 像 情 報 メ デ ィ ア 学 会 誌 ,Vol.64 ,No.10,pp.1458-1460 (2010). 山 田 昭 雄 : “ 技 術 解 説 JPSearch ( ISO/IEC 24800 シ リ ー ズ )の 最 新 動 向 ” ,画 像 電 子 学 会 誌 ,Vol.40, No.2, pp.387-393( 2011). 原 潤 一:“技 術 解 説 JPEG XR 標 準 化 の 最 新 動 向 ”, 画 像 電 子 学 会 誌 ,Vol.37,No.4,pp.502-512 ( 2008). 発 見 と 発 明 の デ ジ タ ル 博 物 館:画 像 通 信 に お け る 信 号 処 理 技 術 http://dbnst.nii.ac.jp/pro/detail/671 小 野 文 孝 , 河 村 尚 登 : “画 像 圧 縮 符 号 化 の 標 準 化 活 動 と IP 問 題 に 関 し て - JPEG2000IP 分 化 会 活 動 報 告 ” ,画 像 電 子 学 会 誌 ,Vol.32,No.1,pp.87-92 ( 2003). 14) 上 野 幾 朗 , 小 野 文 孝 : ”STT-coder の 設 計 指 針 と 静 的 符 号 化 性 能 ” R7-2, 第 41 回 画 像 電 子 学 会 年 次 大 会 ( 2013) 15) 奥 田 正 浩:“技 術 解 説 HDR 画 像 ” ,映 像 情 報 メ デ ィ ア 学 会 誌 , Vol.64, No.3, pp.299-305 (2010).
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