STM画像の符号化に関する研究

STM图像编码研究

基本信息

批准号：
11750345
负责人：
黒木祥光
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kagoshima National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750345/
关键词：
画像符号化 STM画像 JPEG 予測符号化 DCT 可逆符号化適応予測

项目摘要

近年,ディジタル画像は計測機器等の発展により,様々な計測データの解析に用いられつつある.本研究では,計測データの一種である半導体表面のSTM(Scanning Tunneling Microscopy)画像の符号化に関する検討を行う.静止画像符号化の国際標準JPEG(Joint Photographic experts Group)は自然画像を対象とし,画素値は緩やかに変化すると仮定している.しかし,STM画像は通常の画像と統計的性質が異なるため,JPEGでは圧縮効率の低下が予測される.昨年度,JPEGの非可逆モードに使用されているDCT(Discrete Cosine Transform)係数の分布を近似する関数として,STM画像の場合,正規分布が適切との結果を得た.しかし,一般の画像に用いられるラプラス分布との差は僅かであるため,DCT係数の分布はラプラス分布で近似されるとの仮定の下,JPEG非可逆モードにおける統計モデルの再構築を行った.提案したモデルはJPEGに比べ状態数が2/3程度にも関わらず,JPEGと同等以上の符号化効率を得ることが出来た.続いて,予測符号化における予測器の選定に関する検討を行った.JPEGの可逆モードでは,符号化すべき画素に隣接する3つの画素を用いた線形予測を行っている.最新の可逆符号化の国際標準JPEG-LSにおいても,予測関数を動的に変化する点が異なるものの,JPEGと同様の画素を用いた,より単純な線形予測を採用している.ここで使用される予測器は処理の簡素化を考慮し,加減算とシフト演算のみで実行可能なものである.報告者はこれら予測器の最適性に疑問を感じ,予測自乗誤差を最小化する観点から理論的考察の結果,JPEGと異なる予測器を提案した.提案した予測器をブロック適応予測に使用した場合,JPEG以上に自乗誤差を低減することが出来た.なお,提案した統計モデルおよび予測係数の優位性はSTM画像のみでなく,任意の画像においても見られた.

近年来，随着测量设备的发展，数字图像被用来分析各种测量数据。在本研究中，我们研究了半导体表面的STM（扫描隧道显微镜）图像的编码，这是一种测量数据。静态图像编码的国际标准是 JPEG（联合摄影专家Group）以自然图像为目标，并假设像素值变化缓慢。但是，由于STM图像与正常图像具有不同的统计特性，因此压缩效率预计会随着JPEG而下降。去年，DCT（离散余弦）用于JPEG不可逆模式作为近似 DCT 系数分布的函数，我们发现正态分布适用于 STM 图像。但是，由于与一般图像所使用的拉普拉斯分布差异很小，因此我们重建了 DCT 系数分布的统计模型JPEG不可逆模式，假设它是由拉普拉斯分布近似的。尽管所提出的模型的状态数量约为 JPEG 的 2/3，但它能够获得等于或高于 JPEG 的编码效率。接下来，我们研究了 JPEG 无损模式中预测编码的选择，使用与待编码像素相邻的三个像素进行线性预测。最新的无损编码国际标准JPEG-LS也使用与JPEG相同的像素的更简单的线性预测，尽管它的不同之处在于预测函数是动态改变的。这里使用的预测器考虑到处理的简化，可以仅使用加法、减法、和轮班操作。记者怀疑这些预测变量的最优性，作为从最小化平方预测误差的角度进行理论考虑的结果，我们提出了与 JPEG 不同的预测器。当所提出的预测器用于块自适应预测时，我们能够比 JPEG 更多地减少平方误差。所提出的统计模型和预测系数的优越性不仅适用于 STM 图像，而且适用于任意图像。