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JPEGー概念からCプラスプラスによる実装まで


JPEG C + + に よ る 実 装 ま で 概 念 か ら

JPEGー概念からCプラスプラスによる実装まで


プ ロ ジ ェ ク ト で も 、 JPEG の 符 号 化 ・ 復 号 を 行 う 部 分 は 、 ま っ た く 同 じ ソ ー ス プ ロ グ ラ ム に な っ て い ま す 。 本 書 は 次 の 構 成 に な っ て い ま す 。 明 ら か に な り ま す 。 第 3 章 で は 、 プ ロ グ ラ ム の 設 計 を 行 い ま す 。 こ の 段 階 で 、 JPEG に 関 わ る デ ー タ 構 造 が 利 用 す る 場 合 も 、 第 2 章 の 内 容 に 精 通 し て い た ほ う が よ い で し よ う 。 ま ず 、 第 2 章 で 画 像 処 理 の 基 礎 と JPEG の 概 要 を 説 明 し ま す 。 既 成 の コ ン ポ ー ネ ン ト を 少 な か ら ず 参 考 に な る こ と で し よ う 。 書 の サ ン プ ル プ ロ グ ラ ム を 読 む 必 要 は あ り ま せ ん が 、 c + + の 文 法 が 多 少 で も わ か れ ば 、 C + + 以 外 の 言 語 を 使 用 し て JPEG 関 連 シ ス テ ム を 構 築 す る こ と も で き ま す 。 そ の 際 は 、 本 な い と い う わ け で は あ り ま せ ん 。 本 書 の 第 2 章 で 説 明 し て い る JPEG の 概 念 を 理 解 す れ ば 、 し か し 、 JPEG 関 連 シ ス テ ム を 構 築 す る た め に は 、 必 ず し も c + + を 使 用 し な け れ ば な ら 読 者 は C + + の 文 法 を 理 解 し て い る も の と 想 定 し て い ま す 。 C + + の プ ロ グ ラ ミ ン グ の 解 説 書 で は あ り ま せ ん か ら 、 文 法 な ど に つ い て は 説 明 し ま せ ん 。 一 方 、 本 書 に は C + + に よ る サ ン プ ル プ ロ グ ラ ム の ソ ー ス コ ー ド を 添 付 し て い ま す が 、 い ま せ ん の で 、 画 像 処 理 技 術 に つ い て は 必 要 に 応 じ て 別 に 学 ん で く だ さ い 。 う と 、 画 像 処 理 に つ い て 少 な か ら ぬ 知 識 が 必 要 に な り ま す 。 本 書 は そ こ ま で は カ バ ー し て 処 理 に つ い て 何 も 知 ら な く て も 心 配 あ り ま せ ん 。 た だ し 、 JPEG を 十 分 に 活 用 し よ う と 思 明 を 理 解 す る た め に 必 要 な 画 像 処 理 の 基 礎 に つ い て も 触 れ ま し た 。 で す か ら 、 読 者 は 画 像 本 書 は JPEG の 解 説 書 で す 。 本 文 中 で JPEG 技 術 に 関 す る 説 明 を 行 っ て い ま す 。 そ の 説 処 理 の 知 識 と JPEG の 知 識 が 必 要 に な り ま す 。 JPEG 関 連 シ ス テ ム を 構 築 す る に は 、 プ ロ グ ラ ミ ン グ に 関 す る 知 識 と 技 術 、 そ れ に 画 像 1.3 ー 対 象 読 者 い え る で し よ う 。 と 思 い ま す 。 逆 に い え ば 、 第 6 章 の 改 良 が 実 践 で き れ ば 、 も は や 中 級 プ ロ グ ラ マ で あ る と そ の 方 針 と ヒ ン ト を 紹 介 し ま す 。 こ れ を 実 現 す る こ と は 初 級 プ ロ グ ラ マ に は 容 易 で は な い 簡 単 に 説 明 し ま す 。 改 良 方 法 と は 、 サ ン プ ル プ ロ グ ラ ム を よ り 実 用 的 に す る 方 法 の こ と で 、 第 6 章 で は 、 サ ン プ ル プ ロ グ ラ ム の 改 良 方 法 と 、 JPEG の 基 本 方 式 以 外 の 方 式 に つ い て い て も 考 え ま す 。 に つ い て 説 明 し ま す 。 ま た 、 JPEG プ ロ グ ラ ム 作 成 時 に よ く 起 こ る 症 状 と 、 そ の 原 因 に つ 比 較 を 行 う こ と が 重 要 で す 。 そ の よ う な こ と が で き る よ う に 、 第 5 章 で テ ス ト の ポ イ ン ト せ ん 。 デ バ ッ ガ を 駆 使 し て 、 プ ロ グ ラ ム の 進 行 を 追 い か け 、 必 要 に 応 じ て 手 作 業 で 計 算 と 与 え ら れ た サ ン プ ル プ ロ グ ラ ム を 実 行 し て も 、 JPEG の 仕 組 み を 理 解 で き る と は 限 り ま ド を 見 る こ と で 、 JPEG の 符 号 化 ・ 復 号 の 仕 組 み の 細 部 が わ か る こ と で し よ う 。 第 4 章 で は 、 ソ ー ス プ ロ グ ラ ム を 解 説 し ま す 。 実 際 に 動 作 す る プ ロ グ ラ ム の ソ ー ス コ ー 第 1 章 本 書 の 概 要

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JPEG に お け る デ ジ タ ル 静 止 画 像 圧 縮 本 章 で は 、 JPEG そ の も の の 説 明 を 行 い ま す 。 2.1 節 で は 、 画 像 処 理 に 精 通 さ れ て い な い 方 の た め に 、 カ ラ ー 画 像 の 扱 い 方 を 簡 単 に 説 明 し ま す 。 理 解 さ れ て い る 方 は 読 み 飛 ば し て も か ま い ま せ ん 。 2.2 節 で は 、 JPEG と は ど ん な も の か と い う イ メ ー ジ を 作 っ て み ま し よ う 。 2.3 節 で は 、 JPEG の 種 類 を 紹 介 し ま す 。 JPEG は 複 数 の 方 式 の 組 で 、 一 般 に 利 用 さ れ て い る の は そ の 一 部 の 機 能 と フ ォ ー マ ッ ト だ け で す 。 2.4 節 で は 、 最 も よ く 利 用 さ れ て い る 基 本 DCT 方 式 の 原 理 を 説 明 し ま す 。 本 書 は 、 基 本 DCT 方 式 に つ い て の み 詳 し く 説 明 し ま す 。 2.5 節 で は 、 JPEG に 採 用 さ れ て い る 画 像 伝 送 技 術 を 説 明 し ま す 。 こ の 技 術 は コ ン ビ ュ ー タ に お け る 画 像 処 理 よ り は 、 テ レ ビ 放 送 な ど の 技 術 に 近 い も の で す 。 の 技 術 の 概 念 は さ ほ ど 難 し く あ り ま せ ん が 、 実 現 に は 手 間 が か か り ま す 。 し つ か り と 理 解 し て お か な い と 、 実 際 に プ ロ グ ラ ム を 作 成 す る こ と が で き ま せ ん 。 2.6 節 で は 、 基 本 DCT 方 式 で 利 用 す る JPEG デ ー タ の フ ォ ー マ ッ ト を 詳 説 し ま す 。 プ ロ グ ラ ム の 作 成 に は 欠 か せ な い も の で す 。 2.7 節 、 2.8 節 で は 、 そ れ ぞ れ 符 号 化 と 復 号 の 処 理 の 流 れ を 説 明 し ま す 。 こ れ は 、 そ の ま ま プ ロ グ ラ ム の ア ル ゴ リ ズ ム の 概 要 に な り ま す 。 2.9 節 で は 、 JPEG と は 異 な っ た JFIF と い う 規 則 に つ い て 説 明 し ま す 。 こ れ は JPEG の 利 用 方 法 を 定 め た 規 則 で す 。 イ ン タ ー ネ ッ ト な ど で 見 か け る JPEG デ ー タ は す べ て JFIF に 従 っ て い る と 考 え て よ い で し よ う 。 最 後 に 、 2.10 節 で は 、 JPEG ア プ リ ケ ー シ ョ ン を C + + で 実 現 す る 利 点 に つ い て 説 明 し ま す 。 他 の 言 語 で 実 現 す る 場 合 に も 参 考 に な る で し よ う 。

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2 ゴ O ー JPEG と C + + 本 書 で は JPEG の 解 説 を 行 う と と も に 、 プ ロ グ ラ ム 例 を 掲 載 し て い ま す が 、 こ れ は c + + で プ ロ グ ラ ミ ン グ さ れ て い ま す 。 以 下 の 3 つ の 理 由 か ら 、 c + + が JPEG ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 作 成 に 、 最 適 な プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語 で あ る と 考 え ら れ る か ら で す 。 第 1 の 理 由 は 、 オ プ ジ ェ ク ト 指 向 設 計 に 関 す る こ と で す 。 オ プ ジ ェ ク ト 指 向 設 計 に お い て 最 も 重 要 で 難 し い 点 は 、 何 を オ プ ジ ェ ク ト と し て 実 現 す る か 、 と い う こ と で す 。 シ ス テ ム の モ デ リ ン グ に お い て 、 オ プ ジ ェ ク ト を 見 い 出 す に は 経 験 と セ ン ス が も の を い い ま す 。 JPEG の 符 号 器 ・ 復 号 器 は オ プ ジ ェ ク ト と し て 提 え や す い も の で す 。 オ プ ジ ェ ク ト 指 向 に つ い て の 深 い 経 験 が な く て も 、 違 和 感 な く オ プ ジ ェ ク ト と し て 設 計 で き る で し よ う 。 そ し て 、 JPEG 符 号 器 ・ 復 号 器 を オ プ ジ ェ ク ト 指 向 言 語 で 実 装 す る と 、 進 行 状 況 な ど の 内 部 状 態 を メ ン バ 変 数 で 管 理 す る こ と に よ っ て 、 シ ス テ ム 全 体 で は JPEG 処 理 の 進 行 を 意 識 し な く て す む よ う に な り ま す 。 同 様 に 、 ビ ッ ト ス ト リ ー ム を オ プ ジ ェ ク ト と し て 実 装 す る と 、 読 み 出 し ア ド レ ス や ア ド レ ッ シ ン グ の 管 理 、 特 例 処 理 な ど を カ プ セ ル 化 す る こ と が で き ま す 。 こ れ に よ り 、 JPEG 処 理 そ の も の を 実 装 す る と き に 細 か い 点 を 意 識 し な く て す み ま す 。 ま た 、 オ プ ジ ェ ク ト 指 向 プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語 で は 、 継 承 と オ ー バ ー ラ イ ド を 行 う こ と が で き ま す 。 本 書 の 後 半 で 示 す 実 装 例 で は 、 わ か り や す さ を 目 的 と し て コ ー デ ィ ン グ し て い る の で 、 実 行 速 度 の 点 で 大 き な 問 題 が あ り ま す 。 し か し 、 処 理 時 間 の か か る メ ソ ッ ド を オ ー バ ー ラ イ ド す る こ と で 、 容 易 に チ ュ ー ン ナ ッ プ す る こ と が で き る で し よ う 。 第 2 の 理 山 は 、 JPEG の 処 理 で は 、 メ モ リ の ア ド レ ッ シ ン グ に 手 間 が か か り ま す 。 例 え ば 、 元 画 像 と 1 プ ロ ッ ク の 対 応 や 、 イ ン タ リ ー プ に よ る 間 引 き や 復 元 の 処 理 な ど が あ り ま す 。 C / C + + は ア ド レ ッ シ ン グ に つ い て 多 機 能 で す 。 ポ イ ン タ や 配 列 が 柔 軟 で あ り 、 利 用 方 法 に よ っ て は 実 行 効 率 を 上 げ る こ と が で き ま す ( 下 手 を す る と 下 げ る こ と も あ り ま す ) 。 第 3 の 理 由 は 、 エ ラ ー 処 理 で す 。 コ ン ピ ュ ー タ ブ ロ グ ラ ム で は 、 エ ラ ー 対 策 が 重 要 で す 。 特 に JPEG 復 号 処 理 に お い て は 、 JPEG デ ー タ 内 に 誤 り が あ る と 処 理 が 不 可 能 に な り ま す 。 符 号 化 時 に メ モ リ ア ク セ ス エ ラ ー を 起 こ し て 、 誤 っ た ア ド レ ス に デ ー タ を 書 き 込 む と 、 プ ロ セ ス 管 理 の 弱 い OS で は ク ラ ッ シ ュ す る 可 能 性 も あ り ま す 。 こ の た め 、 エ ラ ー 処 理 は 十 二 分 に 行 う べ き で す が 、 そ の 手 間 は 少 な く あ り ま せ ん 。 C + + に は 例 外 処 理 機 能 が あ り ま す 。 ェ ラ ー の 検 出 の み を メ ソ ッ ド 内 の 必 要 な 場 所 で 行 い 、 そ の 処 置 を 別 の 場 所 に 記 述 す る こ と が で き ま す 。 JPEG の よ う な 複 雑 な ア ル ゴ リ ズ ム を 実 装 す る 場 合 、 例 外 処 理 機 能 は ソ ー ス プ ロ グ ラ ム の 可 読 性 と 保 守 性 を 向 上 さ せ る 効 果 が あ り ま す 。 以 上 の 理 由 に よ り 、 JPEG の 実 装 に は C + + を 用 い る こ と が 最 適 で す 。 ま た 、 c + + は 多 く の プ ラ ッ ト フ ォ ー ム で 利 用 可 能 で す 。 本 書 の 後 半 で 示 す 実 装 例 で は 、 処 理 系 に 依 存 し な い コ ー デ ィ ン グ を 行 っ て い ま す の で 、 入 出 力 部 分 を 作 成 す れ ば 、 読 者 の 手 持 ち の シ ス テ ム で 比 較 的 簡 単 に 動 作 を 確 認 す る こ と が で き る で し よ う 。 第 2 章 JPEG に お け る デ ジ タ ル 静 止 画 像 圧 縮

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は じ め に イ ン タ ー ネ ッ ト が 一 般 の 人 々 に 普 及 す る に つ れ て 、 JPEG と い う こ と ば も 広 く 知 ら れ る よ う に な っ て き ま し た 。 JPEG は 高 い 圧 縮 率 を 誇 る 静 止 画 像 の デ ー タ 形 式 で あ り 、 多 く の ユ ー ザ に 利 用 さ れ て い ま す 。 と こ ろ が 、 JPEG を 利 用 す る プ ロ グ ラ ム を 作 成 し よ う と す る と 、 十 分 な 情 報 が 記 載 さ れ た わ か り や す い 参 考 書 が な い の が 実 状 で す 。 筆 者 も JPEG を 調 べ 始 め た と き に は 、 ま と ま っ た 資 料 が な く 、 大 変 苦 労 し た 経 験 が あ り ま す 。 数 多 く の 参 考 書 を 購 入 し 、 そ の 情 報 を 寄 せ 集 め て 、 や っ と プ ロ グ ラ ム を 書 く こ と が で き ま し た 。 こ の と き 、 JPEG 技 術 の 基 礎 か ら プ ロ グ ラ ミ ン グ に 必 要 な 細 か い 情 報 ま で を 1 冊 で カ バ ー し た 本 が 欲 し い 、 そ う 思 い ま し た 。 し か し 、 こ の よ う な 本 は 、 そ の 後 も 刊 行 さ れ ま せ ん で し た 。 結 局 、 筆 者 が 新 た に 書 き 下 ろ す こ と に し ま し た 。 そ れ が 、 本 書 で す 。 本 書 を 通 読 す る こ と で 、 JPEG の 基 本 の す べ て を 学 び 、 実 装 を 行 う こ と が で き ま す 。 さ ら に 、 付 属 の サ ン プ ル プ ロ グ ラ ム を 使 っ て 、 JPEG の 仕 組 み の 確 認 を す る こ と も で き る で し よ う 。 実 装 に 用 い る プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語 に は 、 C + + を 採 用 し ま し た 。 C + + は 、 現 在 の パ ソ コ ン シ ス テ ム で は 最 も メ ジ ャ ー な 言 語 で あ り 、 そ の オ プ ジ ェ ク ト 指 向 言 語 と い う 性 質 が JPEG プ ロ グ ラ ミ ン グ に 適 し て い る か ら で す 。 た だ し 、 JPEG は と て も 奥 が 深 い 技 術 で す か ら 、 1 冊 で JPEG と C + + の 両 方 の す べ て を 解 説 す る こ と は で き ま せ ん 。 本 書 の テ ー マ は 、 あ く ま で JPEG で す か ら 、 C + + の 文 法 に つ い て の 解 説 は 省 略 し 、 コ ー ド の 説 明 を 中 心 に 行 っ て い ま す 。 と こ ろ で 、 サ ン プ ル プ ロ グ ラ ム を 作 成 し て い て 気 が つ い た こ と が あ り ま す 。 そ れ は 、 JPEG を 実 装 す る た め に は 、 プ ロ グ ラ ミ ン グ の 様 々 な 技 術 が 必 要 に な る と い う こ と で す 。 そ し て 、 そ の 技 術 は 初 級 か ら 中 級 に 向 か お う と し て い る プ ロ グ ラ マ に と っ て 重 要 な も の ば か り で す 。 も し 、 あ な た が JPEG プ ロ グ ラ ム を 必 要 と し て い な く て も 、 C + + の 中 級 プ ロ グ ラ マ を め ざ し て い る の で あ れ ば 、 本 書 は ち ょ う ど よ い 教 材 と な る で し よ う 。 以 上 の 点 か ら 、 本 書 は 特 に 次 の 人 々 に 読 ん で い た だ き た い と 思 い ま す 。 ・ JPEG に つ い て 知 り た い 方 ・ JPEG を 用 い た プ ロ グ ラ ム を 作 成 し た い 方 ・ 初 級 か ら 中 級 に ス テ ッ プ ア ッ プ し た い C + + プ ロ グ ラ マ 本 書 が 多 く の プ ロ グ ラ マ の 参 考 に な り 、 今 後 の マ ル チ メ デ ィ ア 社 会 の 発 展 に 貢 献 で き れ 有 限 会 社 ケ イ ワ ー ク 1998 年 初 夏 ば 幸 い で す 。

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ー JPEG プ ロ グ ラ ム の 現 状 と 本 書 の 目 的 イ ン タ ー ネ ッ ト と CD - ROM の 普 及 に よ っ て 、 美 し い 静 止 画 像 を 小 さ な デ ー タ で 提 供 す る 最 も 有 効 な 手 段 と し て JPEG が 浸 透 し ま し た 。 イ ン タ ー ネ ッ ト ェ ク ス プ ロ ー ラ や ネ ッ ト ス ケ ー ブ ナ ビ ゲ ー タ な ど の WWW プ ラ ウ ザ は 、 必 す JPEG 画 像 を 表 示 す る 機 能 を 備 え て い ま す 。 も は や 、 JPEG 画 像 を 表 示 す る こ と が で き な い パ ソ コ ン シ ス テ ム は 珍 し く な っ て い ま す 。 ユ ー ザ だ け で な く 、 プ ロ グ ラ マ に と っ て も JPEG は 身 近 な も の に な っ て い ま す 。 Windows で も Macintosh で も 、 JPEG の 符 号 化 ・ 復 号 ( 圧 縮 ・ 伸 張 ) プ ロ グ ラ ム は コ ン ポ ー ネ ン ト ( ソ フ ト ウ ェ ア 部 品 ・ ラ イ プ ラ リ ) と し て 提 供 さ れ て い る も の が あ り 、 も は や JPEG の プ ロ グ ラ ム な ど 作 成 す る 必 要 は な い と い う 人 ま で い ま す 。 は た し て 本 当 に そ う で し よ う か ? 既 成 の コ ン ポ ー ネ ン ト を 利 用 し て シ ス テ ム を 構 築 す る 方 法 は 、 シ ス テ ム 開 発 の 期 間 の 短 縮 と 経 費 の 節 約 に 大 き な 効 果 が あ り ま す 。 そ し て 、 そ の よ う な 方 法 は ソ フ ト ウ ェ ア 工 学 に お け る 重 要 な テ ー マ で す 。 と こ ろ が 、 そ の よ う な 方 法 は 、 実 際 に は 問 題 を す り 替 え て い る に 過 ぎ な い と い う 意 見 も あ り ま す 。 コ ン ポ ー ネ ン ト 部 分 の プ ロ グ ラ ム を 作 成 し な く て よ い 反 面 、 そ の 部 分 に は 一 切 手 を 出 せ な く な っ て し ま っ た の で す 。 既 成 の コ ン ポ ー ネ ン ト を 利 用 す る こ と で 通 常 の 符 号 化 ・ 復 号 は で き て も 、 JPEG を 応 用 し た 特 別 な シ ス テ ム の 開 発 は で き ま せ ん 。 し よ せ ん 、 既 成 の 範 囲 か ら 抜 け 出 す こ と は で き な い の で す 。 ま た 、 ほ と ん ど の プ ロ グ ラ マ が 既 成 の コ ン ポ ー ネ ン ト を 使 用 す る の で 、 JPEG に 詳 し い 人 が 減 り ( 増 え す ) 、 JPEG が 「 特 別 な 技 術 」 と い う 扱 い を 受 け る こ と に な り つ つ あ り ま す 。 実 際 に は 、 JPEG が 特 殊 技 術 と い う 扱 い を 受 け る 理 由 は 何 も あ り ま せ ん 。 む し ろ 、 こ れ だ け 普 及 し て い る の で す か ら 、 す べ て の プ ロ グ ラ マ が そ の 基 礎 技 術 に 精 通 し て い て も 不 思 議 で は な い の で す 。 一 方 、 プ ロ グ ラ ミ ン グ 言 語 を 覚 え た ば か り の 、 初 級 か ら 中 級 へ 移 ろ う と し て い る プ ロ グ ラ マ に と っ て も 、 JPEG は 魅 力 的 な テ ー マ で す 。 JPEG プ ロ グ ラ ム を 作 成 す る こ と に よ っ て 、 プ ロ グ ラ ミ ン グ の 様 々 な 概 念 と 技 術 を 得 る こ と が で き る で し よ う 。 ま た 、 JPEG に つ い て 詳 し く 知 っ て お く こ と は 、 決 し て 損 に は な り ま せ ん 。 と こ ろ で 、 「 そ れ で は JPEG プ ロ グ ラ ム を 作 成 し て み よ う ! 」 と 思 っ て 準 備 を 始 め る と 、 情 報 の 少 な さ に 驚 か さ れ ま す 。 イ ン タ ー ネ ッ ト で JPEG に つ い て 検 索 し て み て く だ さ い 。 ほ と ん ど の 情 報 は 、 JPEG デ ー タ の 特 徴 と か 、 DCT 変 換 と ハ フ マ ン 符 号 ( 後 述 ) を 使 う 、 と い う 内 容 に 限 ら れ て い ま す 。 こ の こ と は 、 い わ ゆ る JPEG の 解 説 書 で も 同 じ で す 。 で は 、 そ の 情 報 だ け で プ ロ グ ラ ム が 作 成 で き る の か ? と い う と 、 答 え は 「 作 成 で き る の は 半 分 だ け 」 と な り ま す 。 JPEG に 似 た 独 自 の 圧 縮 ・ イ 申 張 プ ロ グ ラ ム を 作 る こ と は で き ま す が 、 他 の プ ロ グ ラ ム と の デ ー タ 交 換 は と て も 無 理 で す 。 DCT 変 換 と ハ フ マ ン 符 号 を 扱 う 部 分 が CPU だ と す る と 、 レ () に あ た る 部 分 の 情 報 が 完 全 に 欠 落 し て い る の で す 。 第 1 章 本 書 の 概 要

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そ こ で 、 正 式 な 文 書 を 参 照 す る こ と に な る の で す が 、 こ の 文 書 が か な り わ か り に く い の で す 。 な に し ろ 、 「 標 準 」 と か 「 勧 告 」 と い わ れ る 正 式 な 文 書 で す 。 誤 り な く 、 明 確 に 記 述 さ れ て い る 反 面 、 誰 で も 読 め る と い う 表 記 で は あ り ま せ ん 。 さ ま ざ ま な 基 礎 知 識 が な け れ ば 理 解 で き な い の で す 。 こ の よ う な 背 景 を 踏 ま え 、 本 書 は JPEG の 基 本 方 式 を わ か り や す く 、 完 全 に 解 説 す る こ と を 目 的 と し ま し た 。 そ し て 、 実 際 に 他 の プ ロ グ ラ ム と デ ー タ の 交 換 が で き る C + + プ ロ グ ラ ム を 添 付 し ま し た 。 本 書 を お 読 み い た だ け ば 、 JPEG の 基 本 方 式 の す べ て を 理 解 で き る こ と で し よ う 。 ま た 、 実 際 に 動 作 す る プ ロ グ ラ ム を 手 に 入 れ 、 さ ま ざ ま な 実 験 を 試 み る こ と も で き る で し よ う 。 ま た こ の 過 程 で 、 中 級 へ の ス テ ッ プ ア ッ プ を 試 み る プ ロ グ ラ マ に と っ て は 、 プ ロ グ ラ ミ ン グ に お け る 重 要 な 概 念 を 学 ぶ 機 会 と な る で し よ う 。 12 ー 内 容 JPEG は ISO ( 国 際 標 準 化 機 構 ) と ITU-TS ( 国 際 電 気 通 信 連 合 電 気 通 信 標 準 化 セ ク タ 、 旧 CCITT : 国 際 電 信 電 話 諮 問 委 員 会 ) の 合 同 組 織 で 、 J0int Ph0tographic Experts Group of CCITT-ISO/IEC の 略 称 で あ る と 同 時 に 、 こ の 組 織 が 定 め た デ ジ タ ル 静 止 画 像 の 圧 縮 符 号 化 方 式 を 意 味 し ま す ( 本 書 で は 、 特 に 断 ら な い 限 り 、 後 者 の 画 像 圧 縮 符 号 化 方 式 を 指 す も の と し ま す ) 。 後 ほ ど 説 明 し ま す が 、 JPEG は と て も 大 き な 方 式 で す 。 そ の す べ て を 利 用 す る こ と は 難 し い で す し 、 現 実 的 で は あ り ま せ ん 。 実 際 、 イ ン タ ー ネ ッ ト や CD - ROM で 提 供 さ れ て い る JPEG デ ー タ は 、 そ の 多 く が 最 も 基 本 的 な 機 能 だ け で 作 ら れ た も の で す 。 そ の 画 像 を 表 示 す る と き も 、 最 も 基 本 的 な 機 能 だ け で 表 示 す る こ と が で き ま す 。 こ の よ う な デ ー タ は 一 般 に 交 換 ( 配 布 ) さ れ て い る JPEG デ ー タ の 7 割 か ら 8 割 に あ た り ま す ( 筆 者 ら の 経 験 に よ る ) 。 残 り の 2 , 3 割 の JPEG デ ー タ に は 、 拡 張 方 式 と い う 機 能 が 使 用 さ れ て い ま す 。 と こ ろ が 、 JPEG 方 式 は も っ と 奥 が 深 い の で す 。 基 本 と 拡 張 の 2 方 式 だ け で は な く 、 そ の 他 に も い く つ か の 方 式 が あ り 、 そ れ ら を 組 み 合 わ せ て 使 用 す る こ と が で き る の で す 。 れ ら の 一 般 に は 使 わ れ な い 方 式 は 特 殊 分 野 で 活 用 さ れ て い ま す 。 そ の す べ て の 方 式 に つ い て 解 説 す る こ と は 現 実 的 で は あ り ま せ ん 。 そ こ で 、 本 書 で は 基 本 方 式 に 限 っ て 解 説 す る こ と に し ま す 。 説 明 の 範 囲 は 少 々 狭 く な り ま す が 、 基 本 に 関 す る JPEG デ ー タ の 符 号 化 ・ 復 号 が 完 全 に 行 え る プ ロ グ ラ ム を 掲 載 し ま す 。 作 成 す る プ ロ グ ラ ム は 2 つ で す 。 1 つ は JPEG ・ 符 号 化 プ ロ グ ラ ム 、 も う 1 つ は JPEG 復 号 プ ロ グ ラ ム で す 。 JPEG は プ ラ ッ ト フ ォ ー ム ( ハ ー ド ウ ェ ア や ()S) や ア プ リ ケ ー シ ョ ン に 依 存 し な い と い う 特 徴 が あ り ま す 。 そ の 特 徴 を 生 か す た め 、 本 書 の サ ン プ ル プ ロ グ ラ ム は ANSI C + + で 記 述 し ま し た 。 そ し て 、 一 般 的 な パ ソ コ ン で 動 作 が 確 認 で き る よ う に 、 Windows 用 と Macintosh 用 の ア プ リ ケ ー シ ョ ン と し て 動 作 す る プ ロ ジ ェ ク ト を 構 成 し ま し た 。 ど ち ら の 1.2 内 容

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22 ー JPEG の 概 要 近 年 、 通 信 方 式 の 向 上 や 通 信 設 備 の 拡 充 に よ っ て 、 高 速 通 信 が 身 近 に な っ て い ま す 。 し か し な が ら 、 イ ン タ ー ネ ッ ト に お け る WWW に 代 表 さ れ る よ う に 、 電 気 通 信 に お け る デ ー タ の 量 も 急 増 し て い ま す 。 そ の な か で 、 デ ジ タ ル 静 止 画 像 の 占 め る 割 合 が か な り 大 き い こ と は 、 読 者 の 皆 さ ん も よ く ご 存 じ だ と 思 い ま す 。 こ の 画 像 の 情 報 量 ( 画 質 ) を な る べ く 落 と さ す に 、 通 信 に 用 い る デ ー タ 量 を 少 な く す る こ と が で き れ ば 、 通 信 設 備 の 利 用 面 や 通 信 費 の 面 で た い へ ん 有 意 義 で す 。 ま た 、 ハ ー ド デ ィ ス ク な ど の 記 憶 媒 体 に 画 像 を 保 存 す る 場 合 に も 同 じ こ と が い え ま す 。 こ の 目 的 の た め に 考 案 さ れ 、 標 準 化 さ れ た デ ジ タ ル 静 止 画 像 の 圧 縮 ・ 伸 張 方 式 が JPEG で す 。 JPEG は ISO ( 国 際 標 準 化 機 構 ) と ITU-TS ( 国 際 電 気 通 信 連 合 電 気 通 信 標 準 化 セ ク タ 、 旧 CCITT : 国 際 電 信 電 話 諮 問 委 員 会 ) の 合 同 組 織 で 、 Joint Photographic Experts Group of CCITT-ISO/IEC の 略 称 で あ り 、 そ れ と 同 時 に 、 こ の 組 織 が 定 め た デ ジ タ ル 静 止 画 像 の 圧 縮 符 号 化 方 式 を も 意 味 し ま す 。 本 書 で は 、 特 に 断 ら な い 限 り 、 後 者 の 画 像 圧 縮 符 号 化 方 ・ 国 際 標 準 で あ り 、 世 界 中 で 広 く 用 い ら れ て い る ケ ー シ ョ ン に 依 存 し な い ・ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム ( ハ ー ド ウ ェ ア や OS な ど に よ る コ ン ピ ュ ー タ の 分 類 ) や ア プ リ ・ 圧 縮 率 と 復 号 さ れ る 画 像 の 品 質 を ユ ー ザ が 調 整 で き る ・ 圧 縮 率 が 非 常 に 高 い JPEG に は 以 下 の 特 徴 が あ り ま す 。 式 を 指 す も の と し ま す 。 こ れ ら の 情 報 を 削 り 落 と す 程 度 を ユ ー ザ が 調 整 で き る の で 、 画 像 品 質 と 圧 縮 率 を 調 整 で ら な い 程 度 に 、 急 激 な 変 化 に 関 す る 情 報 を 切 り 捨 て る こ と も で き ま す 。 の 場 合 、 隣 り 合 っ た 画 素 は よ く 似 た 色 に な っ て い る で し よ う 。 そ こ で 、 人 間 が 見 て 気 に な ま た 、 自 然 画 像 で は 近 く の 画 素 の 色 が 極 端 に 違 う と い う こ と は あ ま り あ り ま せ ん 。 多 く に な り ま す 。 と も と そ の よ う な 情 報 は 少 な か っ た の で 、 人 間 の 目 に は そ の 差 が わ か り に く い と い う こ と る こ と が わ か り ま す 。 そ こ で 、 元 の 画 像 の な か か ら 特 異 な 色 差 の 情 報 を 少 々 削 っ て も 、 も 自 然 画 像 に は 原 色 が あ ま り 現 れ な い こ と に 着 目 す る と 、 色 差 の 変 化 の 範 囲 が 限 ら れ て い タ に 100 % 反 映 し て い な い と い う 点 が あ り ま す 。 JPEG が 高 い 圧 縮 率 を 実 現 し て い る 理 由 に 、 元 の 画 像 デ ー タ の 情 報 を 復 号 後 の 画 像 デ ー そ れ ぞ れ 符 号 器 、 復 号 器 と い い ま す 。 り 出 す こ と を 復 号 ( 化 ) と い い ま す 。 そ し て 、 符 号 化 、 復 号 を 行 う 装 置 や プ ロ グ ラ ム を 、 い ま す 。 元 画 像 か ら JPEG デ ー タ を 作 る こ と を 符 号 化 と い い 、 JPEG デ ー タ か ら 画 像 を 取 JPEG は 、 画 像 デ ー タ の 圧 縮 ・ 伸 張 の ア ル ゴ リ ズ ム と デ ー タ の フ ォ ー マ ッ ト を 規 定 し て 利 用 さ れ て い ま す 。 こ の よ う な 特 徴 が あ る た め 、 デ ジ タ ル 静 止 画 像 の 記 録 、 通 信 用 フ ォ ー マ ッ ト と し て 広 く 2.2 JPEG の 概 要

JPEGー概念からCプラスプラスによる実装まで


・ 著 者 紹 介 ・ 有 限 会 社 ケ イ ワ ー ク 1994 年 8 月 、 前 年 に 某 社 を レ イ オ フ さ れ た 人 間 が 集 ま っ て 、 共 同 体 と し て 設 立 。 ど う せ 仕 事 を す る な ら 、 給 料 の た め で は な く 、 納 得 の い く 仕 事 を し よ う と い う の が モ ッ ト ー 。 通 信 、 画 像 処 理 、 暗 号 な ど の ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 を 主 な 業 務 と す る 。 特 に 、 特 殊 用 途 有 線 通 信 に お い て 実 績 多 数 。 依 頼 が あ れ ば 何 で も す る 用 意 は あ る が 、 担 当 者 が 興 味 を も た な い と 受 託 し な い と い う 職 人 気 質 の 会 社 で あ る 。 ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 依 頼 は [email protected] co. jp ま で 。 2000 年 6 月 20 日 第 4 刷 発 行 1998 年 9 月 1 日 初 版 発 行 JPEG 一 概 念 か ら C + + に よ る 実 装 ま で 著 者 ・ ・ 発 行 者 ・ ・ ・ ・ ケ イ ワ ー ク ・ ・ ・ 稲 葉 俊 夫 ソ フ ト バ ン ク パ プ リ ッ シ ン グ 株 式 会 社 発 行 所 印 刷 ・ ・ ・ 装 丁 ・ ・ 写 真 提 供 ・ ・ 〒 107-0052 東 京 都 港 区 赤 坂 4 丁 目 13-13 販 売 03 ( 5549 ) 1200 編 集 03 ( 5549 ) 1145 ・ ・ ・ 奥 村 印 刷 株 式 会 社 ・ ・ ・ 花 本 浩 一 ・ ・ ・ CTS フ ォ ト ニ カ 落 丁 本 、 乱 丁 本 は 小 社 販 売 営 業 課 に て お 取 り 替 え 致 し ま す 。 定 価 は カ バ ー に 記 載 さ れ て い ま す 。 Printed in Japan 旧 BN4-7973-0632-7

JPEGー概念からCプラスプラスによる実装まで


JPEG デ ー タ の 最 後 に は 必 ず EOI マ ー カ を 書 き 出 さ な け れ ば な り ま せ ん 。 す べ て の 処 理 を 行 っ た 後 、 こ の メ ソ ッ ド で そ の 書 き 込 み を 行 い ま す 。 一 3 4 ■ 11 ・ 概 要 CJpegDecoder ク ラ ス 符 号 化 処 理 で は 実 装 を 容 易 に す る た め に 、 い く つ か の 制 限 を 加 え る こ と が で き ま し た が 、 復 号 処 理 で は あ ま り 多 く の 制 限 を 加 え る わ け に は い き ま せ ん 。 実 用 性 が な く な っ て し ま う か ら で す 。 そ れ ど こ ろ か 、 復 号 器 に 対 す る 要 求 は 、 マ ル チ タ ス キ ン グ ( ス レ ッ ド ) 対 応 や リ ア ル タ イ ム 表 示 な ど 数 多 く あ り ま す 。 そ れ ら の 要 求 の す べ て に 対 応 す る こ と は 難 し い で す が 、 本 書 で は 最 も 基 本 的 な 復 号 器 と し て CJpegDecoder を 実 現 し ま し た 。 CJpegDecoder は JPEG デ ー タ を 復 号 し て RGB 表 色 系 の デ ー タ を 作 成 し ま す 。 入 力 は JPEG デ ー タ で 、 出 力 は RGB 表 色 系 の デ ー タ と そ の 画 像 の 属 性 で す 。 ロ 】 2 ・ 機 能 CJpegDecoder が 実 現 し な け れ ば な ら な い 機 能 は 次 の と お り で す 。 ま た 、 JPEG デ ー タ に は 、 テ ー プ ル だ け の デ ー タ 、 ス キ ャ ン だ け の デ ー タ 、 テ ー プ ル と ・ ス キ ャ ン テ ー タ を 復 号 す る ・ 復 号 用 テ ー ブ ル を 作 成 す る ・ 画 像 属 性 を 取 り 出 す か り ま す 。 復 号 処 理 の 部 分 を も う 少 し 詳 し く 検 討 す る と 、 次 の 3 つ の 処 理 か ら な っ て い る こ と が わ ・ 画 像 属 性 を 渡 す ・ 復 号 後 の 画 像 デ ー タ へ の ア ド レ ス を 渡 す ・ JPEG デ ー タ を 復 号 す る ・ JPEG デ ー タ を 受 け 取 る ス キ ャ ン の 両 方 が あ る デ ー タ の 3 種 類 が あ り ま す 。 こ の 3 種 類 の デ ー タ を そ れ ぞ れ 適 切 に 第 3 章 仕 様 と 論 理 設 計 す 。 ま た 、 テ ー プ ル の 初 期 化 も 行 い ま す 。 コ ン ス ト ラ ク タ は 定 数 の 初 期 化 と 逆 DCT 変 換 の 計 算 で 用 い る cos テ ー プ ル を 作 成 し ま CJpegDecoder ( VOid ) ー ・ コ ン ス ト ラ ク タ 0 】 3 ・ イ ン タ フ ェ ー ス 解 釈 し て 、 テ ー プ ル の 作 成 と 復 号 処 理 を 行 わ な け れ ば な り ま せ ん 。