ROI を用いたＪＰＥＧ２０００動画配信圧縮方法 
朝井 公教Ⅰ  瀧ヶ平 将行Ⅱ  一條 健司Ⅲ  吉岡 良雄Ⅲ
Ⅰ弘前大学理工学研究科 
電子情報システム工学専攻 
Ⅱ(株)メイテック 
LSI デザインセンター東京グループ 
Ⅲ弘前大学理工学部 
電子情報システム工学科
１．はじめに 
現在ネットワーク上での動画配信が始まっているが、
一般には各家庭においてネットワークの帯域幅が異な
る。そのため、帯域幅に合わせ複数のファイルを準備
する必要があり、配信サーバのリソース、特にファイ
ルスペースに影響を与えてしまう。この様な問題を改
善するため、単一データから各家庭の帯域幅に合わせ
たサイズのデータを作成し、伝送する事を考えたい。 
そこで本研究は、動画像形式として MotionJPEG2000
に着目し、Region of Interest (ROI)機能を利用した
独自のフレーム間圧縮をサポートする形式を考え、動
画配信における配信データ量を抑える事を試みた。 ２.１．JPEG2000 とMotionJPEG2000 
JPEG2000 は、ウェーブレット変換を用いた画像圧縮
形式である。Embedded Block Coding with Optimized 
Truncation (EBCOT)というエントロピー符号化を用い
る事で、ハフマン符号化などの一般的な符号化よりも
高い符号化効率で圧縮する特徴を持つ。 
MotionJPEG2000 は、動画の各フレームを JPEG2000
で個別に圧縮し連続的に並べたストリーム構造を持つ
形式である。そのため、前後のフレームを参照するこ
となく目的のフレームを復元できる利点がある。従っ
て、編集作業・途中再生が容易な動画像形式である。 ２.２．Region of Interest (ROI) 
ROI とは、画像の注目領域に対応するウェーブレッ
ト係数をシフトし、係数の重要度を上げる処理である。
ウェーブレット係数が大きい値だと優先的に符号化さ
れる特性から、ROI 領域が優先的にデコードされる。 
ROI 領域での係数の全ビッ
トプレーンを BG(背景)領域
での係数のビットプレーン
より優先させる符号化の方
法を Max-shift といい、今回
はこの方法を採用した（図 1）。 
図 1．ROI の符号化 
Compressing method using Region Of Interest of 
JPEG2000 in motion image delivery  
Ⅰ Kiminori Asai, Graduate School of Science and 
Technology, Hirosaki Univ. 
Ⅱ Masayuki Takigahira, MEITEC Corp. 
Ⅲ Kenji Ichijo, Yoshio Yoshioka, Faculty of Science 
and Technology, Hirosaki Univ. 
２.３．従来のフレーム間圧縮(例．MPEG) 
MPEG-1 及び MPEG-2 では、I/P/B という 3 形式のピ
クチャが存在する。I ピクチャはフレーム間の圧縮を
行わない（従って、参照フレームなしで復元できるが
圧縮率が低くなる）。P/B ピクチャはデコードの際、
予測元となる参照フレームを必要とする。P ピクチャ
の場合は前方予測用のピクチャを 1 枚（図 2(1)）、B
ピクチャの場合は前方予測と後方予測用のピクチャを
１枚ずつ必要である（図 2(2)）。B ピクチャは前後 1
ピクチャずつから差分を取得するため高圧縮率だが、
参照するピクチャが存在していない場合は復元出来な
い。また、MPEG は編集に
向いておらず、編集を行
いやすくする方法をと
ると圧縮率が低下する。 
図 2．MPEG-1 及び MPEG-2 ３．本提案手法 ３.１．ROIを用いたフレーム間圧縮 
MotionJPEG2000 は、MPEG の I ピクチャと同様に参照
無しのピクチャの連続で構成される。本研究で新たに
提案する方法は、前フレームとの差分をマスクして ROI
符号化を行う方法(3.2 参照)であり、図 3 に示すよう
な構造をとる。以下に、この方法の利点を挙げる。 
(1) 配信者は ROI 領域（差分領域）のみを配信するだ
けでよいので、低ビットレート配信が可能であり、
演算量も少なくなる。 
(2) 途中から再生を行う際は、開始フレームの BG 部分
を含め配信を開始するだけで、他フレームを参照し
なくても画像全体を復元可能である。 
(3) 編集に関して、カットされた次のフレームにおい
て BG 領域を一緒に送る事で再圧縮を必要としない
高速な編集が可能となる。 
このように、従来のフレーム間圧縮の利点を維持し、
欠点を克服する事が出来る。 
図 3．ROI を用いた JPEG2000 動画配信圧縮 
情報処理学会第67回全国大会
3.2．ROIマスク生成アルゴリズム 
動き(差分)検出は、前フレームの画素と現在のフレ
ームにおける画素の差分を取る方法とした（図 4）。 
この方法に用いた式は、式 1 の通りである。 
……… 式 1 
 前フレームと現在フレームの 2 画像で、各画素の値
における式 1 の値が一致した部分を動きが無いとし、
動きのある部分(式 1 の値が不一致)に ROI をかけた。 
 式 1 は、RGB 各コンポーネントの画素平均をとり、
下位 ShiftLevel ビットを無視し、残りの上位ビットを
取り出す式である。つまり式 1 を 2 画像間で比較する
事により動き(画素値が変動する)検出を行っている。 
 受信者は、図 4 に示すように ROI 領域のみの復元を
行い、復元された差分フレームを再生時の前フレーム
に重ね合わせる事で、現在フレームの全体画像を生成
する事が出来る。 
図 4．動き(差分)検出、及び圧縮・復元の流れ 
４．実験結果・考察 ４.１．フレーム間圧縮の効果 
サンプルデータ７つ（参考 URL[2]）について実際に
圧縮を行い、その中の tennis の結果を次に示す。 
グラフ１．ShiftLevel 別のフレームレート 
グラフ 1 より、破線で示された ShiftLevel 0 の例では、
ファイルサイズが ROI サイズとほぼ等しい。これから、
ROI 領域が画像の大部分にかけられている事で効果が
得られない事が分かった。その原因は、元画像に含ま
れるノイズで静止部分の画素値が変動し、敏感に捉え
た事が考えられる。そのため、これを回避するために
式１で動き検出の感度を甘くし、動きの変化を捉え始
めた ShiftLevel 12(グラフ 1 では実線)を用いる事で
効果が得られた。 
ShiftLevelBGR⎟⎟ >>⎠
４.２．配信データの種類と効果 
グラフ 2 は、フレーム間圧縮を行わない圧縮の場合、
フレーム間圧縮を行う場合で lossless 圧縮を行った
場合、また、lossy 圧縮を行った場合の 3 種類のデー
タと、元データ(無圧縮)についてフレームレートを比
較したグラフである。 
 グラフ 2 より、ROI によるフレーム間圧縮をかけた
全体ファイルサイズはフレーム間圧縮を行わない場合
と比べて平均 15％増加したが、実際に配信される ROI
部分のみのサイズでは逆に平均 20％縮んだ事がわかる。
特に、lossless 圧縮時における動き検出の効果が大き
い事が分かった。また、lossy 圧縮時では配信時のフ
レームレートが少なく出来る事が分かった。 
ＲＯＩ領域ＪＰＥＧ２０００ストリーム
前のフレーム現在のフレーム
動き（差分）検出ROIマスク生成
ＲＯＩを含んだＪＰＥＧ２０００ストリーム
ＪＰＥＧ２０００エンコーダ
ＪＰＥＧ２０００デコーダ
前のフレーム
現在のフレーム
差分フレーム
ROI領域のストリームを配信
100000
150000
200000
250000
300000
16111621263136414651566166717681869196 101 106 111 116 121 126 131 136 141 146
時間(Frame)
1 F ra m e サ イ ズ (B y t e )
フレーム間圧縮無し
lossless可能フレーム間圧縮 全サイズlossless可能フレーム間圧縮 ROI領域サイズ
lossyフレーム間圧縮 全サイズlossyフレーム間圧縮 ROI領域サイズ
グラフ２．配信データの種類別フレームレート 
５．まとめと今後の課題  ROI によるフレーム間圧縮により配信時のビットレ
ートが下げられる見込みがある事が調べられた。しか
し、ROI が画像の大部分に適用された際に上昇するビ
ットレートをどう回避するか課題が残った。本研究で
提案した ROI によるフレーム間圧縮は、様々な用途に
応用が出来ると考える。そのため今後は、より多くの
コンテンツを用いてその効果を検証する必要がある。 
100000
120000
140000
160000
180000
200000
16111621263136414651566166717681869196 101 106 111 116 121 126 131 136 141 146
時間(Frame)
1 F r a m e サ イ ズ (B y t e )
 ShiftLevel 0全サイズ ShiftLevel 0ROIサイズ
 ShiftLevel 12全サイズ ShiftLevel 12ROIサイズ
６．参考文献 
[1]JPEG[ http://www.jpeg.org/ ] 
  ・FinalCommitteeDraft(ISO/IEC 15444) Part1,2,3 
[2]SAMPL[ http://sampl.eng.ohio-state.edu/~sampl/ ] 
  ・Sequence Photo Sample(Sample1 , Sample2 , flowg , 
grandmom , mom , mom&daughter , tennis) 