WO2007132539A1 - 画像圧縮装置、圧縮方法及びプログラム並びに画像復元装置、復元方法及びプログラム - Google Patents

画像圧縮装置、圧縮方法及びプログラム並びに画像復元装置、復元方法及びプログラム Download PDF

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Hironori Yahagi
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Definitions

  • Image compression apparatus compression method and program
  • image restoration apparatus restoration method and program
  • the present invention provides a high-quality real-time image compression apparatus, compression method, and compression effective for both two types of images having different characteristics (natural images such as movies and CG images such as digital maps).
  • the present invention relates to a program for performing image restoration, an image restoration apparatus for restoring compressed image data, a restoration method, and a program for performing the restoration.
  • data compression In order to transmit image information including a huge amount of information, data compression is necessary. In particular, in the case of moving images, data compression is indispensable because 30 to 60 frames of image data are transmitted and received per second.
  • a first conventional technique using a DPCM predictor as shown in FIG. 1 is known.
  • the predictor (DPCM) 210 predicts the level value of the prediction target pixel from the previous line of the target pixel and the value of the previous pixel, and the actual pixel level.
  • the prediction error with the value is converted into a representative value, quantized by the quantizer 310, and transmitted via the variable length encoder 410 to which a code corresponding to the appearance frequency is assigned.
  • quantization and coding are performed on a pixel-by-pixel basis, it can be applied regardless of high frequency or low frequency.
  • the prediction value is calculated based on the value of the previous line, if a prediction error occurs at any point in time, the error is used as it is in the next prediction, and as a result, the prediction error propagates. End up along the line There is a problem that quality deterioration occurs.
  • the quantization table used by the quantizer 310 is a quantization table in which the prediction error level value is 4 to 4 and the quantization prediction error is 0 (that is, the quantization width is coarse).
  • the quantization prediction error is regarded as zero. For this reason, the information that the prediction error has occurred cannot be included in the quantization result, and as a result, the prediction error remains as it is.
  • lines in the line direction that should not have existed in the image that is output as a processing result leading to degradation of image quality.
  • a second conventional technique is known in which data compression is performed by JPEGOoint Photographic Experts Group (MPEG) and Moving Picture Experts Group (MPEG) as shown in FIG.
  • MPEG Joint Photographic Experts Group
  • MPEG Moving Picture Experts Group
  • Patent documents 1 and 2 listed below can be cited as patent documents belonging to the second prior art.
  • the second conventional technique blocks the input image 120 (usually 8 * 8 pixels) 130, applies DCT 220 to the block image, and applies quantization 320 to the DCT coefficient. Then, the variable length coding 420 to which a code corresponding to the appearance frequency is assigned is transmitted.
  • DCT Discrete Cosine Transfer
  • conversion is a technique for frequency conversion of image data.
  • the human eye Since the human eye is sensitive to low-frequency components (flat areas in the image), the DCT coefficients related to low frequencies are fine, and the DCT coefficients related to high frequencies are coarsely quantized. It is possible to compress at a high compression rate as it is conspicuous. However, there is no problem with compression of natural images because the low-frequency components that are easily noticeable by humans are quantized, but there is no problem with high-frequency components such as lines and characters in map images (CG images). Stands out. Furthermore, since edge information extraction 230 is performed on the block to be compressed, there is a problem that image quality deterioration due to quantization error can be found, corrected, and fed back.
  • a third conventional technique using JPEG-LS which is not shown, is known.
  • the third conventional technique performs level value prediction with a MED (Median Edge Detector) predictor and directly codes the prediction error.
  • MED Median Edge Detector
  • no quantization is performed, so image quality does not deteriorate. But the mark There is a problem that each process is not suitable for real-time compression, such as requiring calculation processing at the time of issue.
  • Patent Document 1 JP-A-10-126777
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-350092
  • an object of the present invention is to change the quantization table in consideration of the continuity of the prediction level values between the peripheral pixels and the lines, and to generate lines caused by quantization errors.
  • An image compression apparatus, a compression method, a program for performing the compression, an image restoration apparatus for restoring compressed image data, a restoration method, and a program for performing the restoration are provided.
  • An image compression apparatus includes a predictor that predicts a pixel level value of a compression target pixel.
  • the image compression apparatus includes a line (line) to which the compression target pixel belongs and a preceding line.
  • Specific pixel level difference evaluation means for evaluating the identity of the level difference between specific pixels of the compressed pixels relating to the line and sending a control signal to the quantization table switching means, and
  • absolute value sum evaluation means for evaluating the sum of absolute values of pixel level differences around the compression target pixel and sending a control signal to the quantization table switching means.
  • the quantization table switching unit instructs the switching of the quantization table and has a plurality of quantization steps having different quantization steps. Select one of the conversion tables And quantize.
  • image quality degradation is caused by evaluating whether image quality degradation has occurred in the quantization process on a pixel-by-pixel basis and immediately feeding it back to the quantization and sign of the next pixel. In this case, correction can be made instantaneously (in units of several pixels).
  • the quantization step can be coarsened or reduced in strength. In other words, it is possible to increase the compression efficiency while preventing image quality deterioration.
  • the image compression method of the present invention and the program for compressing the image of the present invention are a method and a program executed in an image compression apparatus including a predictor that predicts a pixel level value of a compression target pixel.
  • a control signal that determines the presence or absence of a quantization error based on how the same value appears in the level difference between specific pixels between two rows and instructs the quantizer to switch the quantization table used.
  • image quality degradation is caused by evaluating whether image quality degradation has occurred in the quantization process on a pixel-by-pixel basis and immediately feeding back to the quantization and sign of the next pixel. In this case, correction can be made instantaneously (in units of several pixels).
  • quantization error occurs, the same level difference for the quantization step often occurs between the rows, so the level difference of the same value is evaluated and the quantization error propagates. Propagation of prediction error that occurs from the vicinity of the edge toward a plane with the same level difference as a CG image by performing immediate feedback and quantization when it is determined that it is V. It becomes possible to prevent.
  • the quantization step can be made coarser or less powerful. In other words, it is possible to increase the compression efficiency while preventing image quality deterioration.
  • the image restoration apparatus and the image restoration method of the present invention restore the image data compressed by the above-described image compression apparatus by a reverse operation, is the image quality degraded during the inverse quantization process? Is evaluated in units of pixels, and is immediately fed back to the inverse quantization and inverse sign of the next pixel. If image quality degradation occurs, it is corrected instantaneously (in units of several pixels). It becomes possible.
  • the quantization step can be roughened or reduced in strength. In other words, restoration efficiency can be improved while preventing image quality degradation.
  • the program for restoring image data according to the present invention is an operation reverse to the operation by the program for compressing image data, and is similar to the program for compressing image data described above.
  • the specific pixel level difference evaluation process or the absolute value sum evaluation process can be performed at high speed
  • the inverse quantization table switching process can be performed at high speed.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a first conventional technique using a DPCM predictor.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of a second prior art that performs data compression by JPEG and MPEG.
  • FIG. 3 is an operation flowchart of an image compression method according to the principle configuration of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an image data compression (encoding) apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an arrangement relationship between a compression target pixel and peripheral pixels in various image formats according to the embodiment of the present invention.
  • [6A] This is a quantization table that represents the correspondence between the quantization value and the quantization number for the prediction error ( ⁇ — ⁇ ′), and is the first quantization table that also has a fine quantization step force.
  • [6]] This is a quantization table that represents the correspondence between the quantization value and the quantization number for the prediction error ( ⁇ — ⁇ '), and is the second quantization table that has a normal quantization step force.
  • [6C] This is a quantization table that represents the correspondence between the quantization value and the quantization number for the prediction error ( ⁇ — ⁇ ′), and is a third quantization table that also includes coarse and quantum stepping forces.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the continuity evaluation result feedback module shown in FIG. 4.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the peripheral level difference determination module shown in FIG.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the image data compression (encoding) apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B A flowchart illustrating the processing of the “local decoder” in step S008 in FIG. 9B.
  • FIG. 10 is a functional block diagram showing a system configuration of the image data compression apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the image data restoration (decoding) device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12C An inverse quantization table representing the association of the quantization prediction error with the quantization number provided in the inverse quantizer 033, and then a third inverse quantization table that also has a quantization step force. is there.
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the continuity evaluation result feedback module shown in FIG. 11.
  • FIG. 14 is a flowchart for explaining the operation of the peripheral level difference determination module shown in FIG. 11.
  • FIG. 15A is a flowchart for explaining the operation of the image data restoration (decoding) device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 15B is a flowchart for explaining the processing of the “local decoder” in step S028 in FIG. 15A.
  • FIG. 16 is a functional block diagram showing the system configuration of the image data restoration apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an operation flowchart of the image compression method according to the principle configuration of the present invention.
  • the image compression process in the principle configuration of the present invention shown in FIG. 3 is greatly different from the configuration of the first prior art described above.
  • the image compression process includes an adaptive quantizer 300, and the level value of the prediction target pixel X and the predictor 200 are When the prediction error from the predicted value X ′ is quantized by the quantizer, the adaptive quantizer 300 uses the continuity of the level value of the pixel of interest between the lines or the level difference measuring power of the surrounding pixels. This is the point of adaptively selecting quantization tables with different steps. Then, quantization is performed based on an adaptively selected quantization table, and transmitted through a variable length encoder 400 to which a code corresponding to the appearance frequency is assigned.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the image data compression (encoding) apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • image data 001 represents a group of pixels to be compressed, and is extracted by an image processing apparatus (not shown) that digitally processes an image.
  • a compression target pixel X (002) represents a pixel to be compressed in the current step.
  • Figure 5 shows an image frame.
  • FIG. 5 is a diagram showing an arrangement relationship between a compression target pixel X and peripheral pixels (between lines and previous pixels) when the format is an interlaced image or a progressive image. In Figure 5! / The line is indicated by a broken line.
  • the quantizer 003 measures the continuity of the level values of the target pixel (pixels A and B in this example) between the lines, the level difference measurement of peripheral pixels (the sum of the absolute values of the level differences of the peripheral pixels in this example). ) To select a quantization table with a different quantum step from the quantization table switching module 017 according to the quantization table selected from the control signal 017 and the predicted value X ′ (006 ), Which is the difference value of), the prediction error (X—X ') is input, and the prediction error quantization value (also simply referred to as the quantization value) and the quantization number are Output.
  • FIG. 6A is a quantization table showing a correspondence between a quantization value and a quantization number for a prediction error ( ⁇ ′), and is a first quantization table having a fine quantization step force.
  • Fig. 6 (b) is a quantization table that represents the correspondence between the quantization value and the quantization number for the prediction error (X – X '), and is the second quantization table that has a normal quantization step force.
  • FIG. 6C is a quantization table that represents the correspondence between the quantization value and the quantization number for the prediction error (X ⁇ X ′), and is a third quantization table that also has a quantization step force.
  • the width of the quantization step is preferably narrower as the absolute value of the prediction error is smaller, and is wider as the absolute value of the prediction error is larger.
  • This is generally a prediction error force, and in this case, it is a flat image that is easy to predict, and conversely, if the prediction error is large, it tends to be near the edge where the prediction is easily lost, and there is an error in the flat part. This is to reduce the quantization error by narrowing the step width when the prediction error is small.
  • the minimum step width is preferably about 1-4.
  • the quantization step width is widened to increase the compression efficiency.
  • This step width is preferably 24-32.
  • the portion near the edge where the appearance frequency is low is basically less noticeable than the case where there is an error in the flat portion even if the prediction error is large. Must not.
  • the step width is increased to increase the compression efficiency, and on the contrary, the flat portion is further finely quantized.
  • the absolute value of the prediction error is set to a minimum of 0 and set to a maximum of 11 or more.
  • the absolute value of the prediction error is set to a minimum of 2, and set to a maximum of 21 or more.
  • the absolute value of the prediction error is set to a minimum of 4, and set to a maximum of 41 or more.
  • the decompression side has an inverse quantization table (see FIGS. 12A, 12B, and 12C) indicating the correspondence between the quantization value and the quantization number corresponding to FIGS. 6A, 6B, and 6C. This will be described later. Also, in the above description, the power shown in the three examples of quantization tables is not limited to this, but there are two or more quantization tables having different quantum step widths.
  • the predetermined compression ratio may not be reached. Therefore, a plurality of quantization tables having different quantization step widths are provided, and the predetermined compression ratio is set. In such a case, adaptive quantization may be performed in which a quantization table with a coarse step width is selected.
  • the variable length encoder 004 receives the quantization number obtained from any one of the quantization tables in Figs. 6A, 6B, and 6C and outputs a variable length code.
  • the compression code buffer 005 is a buffer for accumulating the output of the variable length encoder 004.
  • the predicted value 006 is a predicted value calculated by the predictor 018.
  • the peripheral pixel A (007) is a pixel on the left of the compression target pixel X as shown in FIG.
  • the one-line buffer for prediction 008 is a buffer that holds about one line of the quantization result for prediction, and is constituted by a shift register, for example.
  • the peripheral pixel D (009) is a pixel at the upper right of the compression target pixel X, that is, a pixel in the next column in the line processed immediately before.
  • the peripheral pixel C (010) is a pixel above the compression target pixel X, that is, a pixel in the same column in the previous processed line.
  • the peripheral pixel B (011) is the upper left pixel of the compression target pixel X, that is, the pixel in the previous column in the previous processed line.
  • the peripheral pixel E (012) is the pixel on the left of the peripheral pixel B (011), that is, the pixel in the second previous column in the previously processed line.
  • peripheral pixel D peripheral pixel C, peripheral pixel B, and peripheral pixel E corresponds to a pixel on compression line X that is two lines above in the case of an interlaced image, and one line above in the case of a progressive image. This is the pixel.
  • the continuity evaluation result feedback module 013 measures the level difference based on the surrounding pixels A (007) and B (011), evaluates the continuity, and repeats the same level difference more than the specified number of times.
  • the control signal 014 is output so that a fine quantization table (first quantization table shown in FIG. 6A) is used.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the continuity evaluation result feedback module 013 shown in FIG.
  • step S041 in Fig. 7 the level difference B—A is compared with the previous level difference.
  • step S042 it is determined whether the level difference B ⁇ A is the same as the previous level difference. If not, the same value continuous counter is set to 1 in step S043 and the process proceeds to step S045. If they are the same, the process proceeds to step S044, and 1 is added to the same value continuous counter in step S044.
  • step S045 it is determined whether the same value continuous counter is 4 or more. If the value of the counter is 4 or more, the process proceeds to step S046, and in step S046, the control signal “000” indicating the quantization table of the fine quantization step is transmitted and the process ends. In S045, if it is greater than the value of the counter, the level value of the same value has continued for a predetermined number of times, and it is suspected that the prediction error has propagated. By switching to the step-step quantization table, the error of the prediction level value can be detected more finely. Therefore, when propagation of prediction error has actually occurred, it is possible to prevent further propagation of the prediction error by switching the quantization table by this processing.
  • step S047 control is transferred to the peripheral level difference detection module 015 and the process is terminated.
  • control signal 014 is fine, the control signal “000” indicating the quantization step, or the peripheral level difference detection module 015 is activated to determine which quantization table to use again.
  • the control signal to show is shown.
  • the peripheral level difference determination module 015 determines the quantization table to be used by calculating the absolute value of the sum of the level differences of the peripheral pixels and comparing it with a threshold value. After the determination, control signal 016 is transmitted. That is, the control signal 016 transmits the following control signal.
  • Control signal 000 fine, transmitted when using quantization step quantization table
  • Control signal 001 transmitted when using the quantization table of the normal quantization step
  • Control signal 010: 3 ⁇ 4 transmitted when using the quantization table of the quantization step
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the peripheral level difference determination module 015 shown in FIG.
  • Ndsub which is the sum of absolute values of level difference D—C, level difference C—B, level difference B—A, and level difference B—E is calculated.
  • step S052 it is determined whether Ndsub is 15 or less. If Ndsub is 15 or less, the process proceeds to step S053, and the control signal “000” indicating the quantization table of the quantization step is transmitted to step S053 and the process is terminated.
  • a low-activity image flat image
  • a fine quantization table is used for such a low-activity image. By doing so, high-precision encoding is performed.
  • the threshold value of 15 is used in the above description, but is not limited to this.
  • the pixel level difference is about 2 to 4, it is easily detected by human eyes. Since the absolute sum of the four level differences is taken here, it is easy for human eyes to detect! /, The total pixel level difference is in the range of 8 (ie 2 X 4) to 16 (ie 4 X 4). Become.
  • the threshold used for the above judgment is the error in an image with low activity (flat image) Since this is to suppress propagation, a threshold (15 in the above) should be determined within the range of 8-16 above.
  • step S054 it is determined whether or not Ndsub is 128 or more in step S054. If Ndsub is not equal to or greater than 128, the process proceeds to step S055, and the control signal “001” indicating the quantization table of the normal quantization step is transmitted to step S055 and the process is terminated. If Ndsub is equal to or greater than 128, the process proceeds to step S056. In step S056, the control signal “010” indicating the quantization table of the quantization step is transmitted and the process ends. In other words, an image with high activity (an image with few flat parts) is difficult for the human eye to understand even if some image degradation occurs. Use the quantization table to perform high-speed encoding.
  • the threshold value of 128 is used in the above description, but is not limited to this.
  • the quantum step width of images with high activity is set to 24 to 32, so the absolute sum of the above four level differences is four times that,
  • the range is 96-128.
  • a threshold value (128 in the above) can be determined, which can be used to distinguish between using the third quantization table for the quantization step and the second quantization table for the normal quantization step. .
  • 3-bit control signals (000), (001), (010) are associated as control signals! /, but it is possible to specify quantization tables of different quantization steps. If so, it does not have to be a control signal of this form.
  • the quantization table is not limited to the fine, coarse, normal quantization step quantization table as described above, and is further divided into four or more quantization tables, or fine, coarse 2 The only requirement is to provide two or more types of quantization tables with different quantization step widths.
  • the quantization table switching module 017 outputs a control signal for switching the quantization table to the quantizer 003 in accordance with the two control signals 014 and 016.
  • the predictor 018 calculates a predicted value X of the compression target pixel X based on the surrounding pixels A (007), B (011), and C (010).
  • FIG. 9A illustrates the operation of the image data compression (encoding) apparatus according to the embodiment of the present invention. It is a flowchart for doing.
  • FIG. 9B is a flowchart for explaining the processing of the “single decoder” in step S008 in FIG. 9A. Steps are abbreviated as S in Figures 9A and 9B.
  • S002 When the continuity evaluation result feedback module 013 measures the level difference based on peripheral pixels A (007) and B (011), evaluates continuity, and the same level difference continues for the specified number of times. Outputs a control signal 014 using a fine quantization table to the quantization table switching module 017. Otherwise, go to S003.
  • Peripheral level difference detection module 015 detects the sum of the absolute values of the peripheral level differences and evaluates the sum of the absolute values of the peripheral level differences to determine the quantization table. Output to 017.
  • the predictor 018 calculates predicted values X and (006) of the compression target pixel X (002).
  • the prediction error is input to the quantization table determined by the quantization table switching module 017, and the prediction error quantization value (see FIGS. 6A to 6C) is calculated.
  • variable length encoder 004 generates a code based on the quantization number. This code may be a Golomb code or an arithmetic code.
  • the peripheral pixel B (011) is substituted as the peripheral pixel E (012) of the next compression target pixel.
  • peripheral pixel C (010) is substituted as the peripheral pixel B (011) of the next compression target pixel.
  • SOU Assign peripheral pixel D (009) as peripheral pixel C (010) of the next compression target pixel.
  • FIG. 10 is a functional block diagram showing the system configuration of the image data compression apparatus according to the embodiment of the present invention. The contents described above are functionalized and expressed in blocks.
  • the image data compression apparatus according to the embodiment of the present invention inputs the image data 102 to be compressed to the compression processing unit 110.
  • the compression processing unit 110 first inputs the input image data 102 for each line.
  • the reading unit 111 reads and extracts the compression target pixels, and inputs the extracted compression target pixels to the prediction processing unit 112.
  • the prediction processing unit 112 calculates the prediction error by subtracting the compression target pixel level force from the prediction value of the compression target pixel predicted by the predictor, while the evaluation unit 113 performs the continuity evaluation result of FIG.
  • the continuity evaluation unit 114 corresponding to the feedback module 013 evaluates whether the level difference between the two specific peripheral pixels related to the compression target pixel is continuous, and when the same level difference continues for a predetermined number of times, for example, Generate a control signal to use the fine quantization table 119 as shown in Figure 6A.
  • the peripheral evaluation unit 115 corresponding to the peripheral level difference detection module 015 in FIG. 4 of the evaluation unit 113 calculates the level difference between two peripheral pixels including pixels around the pixel for which the prediction value of the compression target pixel is calculated.
  • the sum of absolute values is detected, and the sum of absolute values of peripheral level differences is evaluated by referring to the level difference table 116 that manages the level difference and the quantization table information to be used in association with each other.
  • a control signal indicating which level of the quantization table 119 is used is input to the switching processing unit 117.
  • the switching processing unit 117 corresponding to the quantization table switching module 017 instructs the quantization processing unit 118 to switch the quantization table 119 based on the input control signal, and the quantization processing unit 118 performs quantization.
  • Table 119 is switched, the prediction error quantization value is calculated using the switched quantization table 119, and is input to the encoding processing unit 120 corresponding to the variable length encoder 004 as the output of the quantization processing unit 118,
  • the encoding processing unit 120 generates a compression code based on the input prediction error quantization value, accumulates the generated compression code as an output of the compression processing unit 110, and obtains compressed data 104.
  • the processing in the image data compression apparatus shown in FIG. 10 described above can be realized on a computer.
  • the hardware resources of the computer Although not shown, various registers, arithmetic units including ALU, RAM, ROM, I / O, etc. are used.
  • the above-mentioned modules, predictors, quantizers including quantization tables, encoders, etc. are integrated into a single-chip LSI and used as various image data compression devices for the above-mentioned two types of image data with different characteristics. Is possible.
  • the prediction buffer that holds the already quantized pixel level value for one line is used, and quantization and encoding are performed on a pixel basis based on the prediction buffer.
  • whether or not image quality degradation has occurred during the quantization process is evaluated on a pixel-by-pixel basis, and immediately fed back to the quantization and sign of the next pixel (to switch the quantization table).
  • the quantization error is eliminated (or reduced) by switching the quantization table to a step with a small step width and quantizing it. When deterioration occurs, it can be corrected instantaneously (in units of several pixels).
  • the quantization step can be made rougher or more powerful, It is possible to increase the compression efficiency while preventing image quality deterioration.
  • the image compression apparatus of the present invention it is detected by a simple device called a counter whether the same level difference appears in a specific pixel continuously, and the same level difference continues for a predetermined number of times or more, for example, 4 times continuously. If control is performed so as to select a quantization table that performs fine quantization when it appears, correction can be made before image quality degradation in the long line direction occurs. [0058] Further, according to the image compression apparatus of the present invention, the sum of the absolute values of the level differences of the peripheral pixels of the compression target pixel is calculated using a prediction buffer that holds the pixel level value for one line, and the sum is calculated. Since the control signal indicating which quantization table is used is sent to the quantization table switching module based on the value of, the quantizer is based on the activity around the pixel to be compressed (pixel level difference between surrounding pixels). Instant feedback is possible.
  • the quantization table is switched by the control signal for switching the quantization table, the continuity of the pixel level difference and the activity around the compression target pixel are obtained. It is possible to use three types of quantization tables with different quantization details, that is, fine, normal, and coarse quantization tables. When finer control is performed, it is clear that the same effect can be obtained even if there are more quantization tables than three types.
  • the image compression apparatus provides a stream unit in a frame unit when the image to be processed is a progressive image and a stream unit in an order in which the upper part of the screen is directed to the lower unit in the case of an interlaced image.
  • the image data flowing in the shape is the processing target.
  • the compressed data after compression encoding is packetized and transferred for each fixed size according to the transmission protocol of the transmission line to which the present apparatus is connected.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the image data restoration (decoding) device according to the embodiment of the present invention.
  • a compression code 031 represents a compression code of the image data subjected to variable length coding in FIG.
  • the inverse encoder 032 receives the compressed code of the variable length encoded image data as an input, and outputs a quantization number corresponding to the code.
  • the inverse quantizer 033 receives the quantization number and outputs a prediction error quantized value X (034).
  • FIG. 12A is an inverse quantization table showing the correspondence of the quantization value (prediction error quantization value) to the quantization number provided in the inverse quantizer 033, and also includes a detailed quantization step. It is the 1st inverse quantization table which consists of.
  • FIG. 12B is an inverse quantization table showing the correspondence of the quantization value (prediction error quantization value) to the quantization number provided in the inverse quantizer 033, and is a second quantization step having a normal quantization step force. This is the inverse quantization table.
  • Figure 12C shows the quantization value (prediction for the quantization number provided in the inverse quantizer 033).
  • the correspondence between the quantization value and the quantization number shown in FIGS. 12A, 12B, and 12C needs to be the same on the decompression side and the compression side.
  • a quantization table (see FIGS. 6A, 6B, and 6C) that indicates the correspondence between the quantization value and the quantization number is provided on the compression side corresponding to FIGS. 12A, 12B, and 12C.
  • three examples of inverse quantizers are shown, but the present invention is not limited to this, and two or more may be used.
  • the arrangement relationship between the restoration target pixel X and the surrounding pixels is as follows. This is the same as the arrangement relationship with pixels (between lines and previous pixels). However, the compression target pixel in FIG. 5 is read as the restoration target pixel.
  • the prediction error quantized value X (034) is added to the prediction value X '(036) calculated by the predictor 048 to obtain restored image data 035, and the surrounding pixel A of the next restoration target pixel is obtained. It becomes (037).
  • the peripheral pixel A (037) is a pixel on the left side of the restoration target pixel, like the peripheral pixel A shown in FIG.
  • the one-line buffer for prediction 038 is a buffer that holds about one line of the quantization result for prediction, and is composed of, for example, a shift register.
  • the peripheral pixel D (039) is the pixel on the upper right (previous line) of the restoration target pixel, and the peripheral pixel C (040) is the restoration target.
  • the continuity evaluation result feedback module 043 measures the level difference based on the surrounding pixels A (037) and B (041), evaluates the continuity, and the same level difference continues more than the specified number of times.
  • the control signal 044 is output so as to use the fine quantization table (the first inverse quantization table shown in FIG. 12A).
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of continuity evaluation result feedback module 043 shown in FIG.
  • step S061 in Fig. 13 the level difference B—A is compared with the previous level difference.
  • step S062 it is determined whether the level difference B—A is the same as the previous level difference. If they are not the same, 1 is set in the same value continuous counter in step S063 and the process proceeds to step S065. If they are the same, the process proceeds to step S064, and 1 is added to the same value continuous force counter in step S064. In step S065, it is determined whether the same value continuous counter is 4 or more.
  • step S066 If it is equal to or greater than the value of the counter, the process proceeds to step S066, and in step S066, a control signal “000” indicating an inverse quantization table of a fine quantization step is transmitted and the process is terminated. If the value is not greater than the value of the counter, the process proceeds to step S067. In step S067, control is transferred to the peripheral level difference detection module 045, and the process ends.
  • control signal 044 is fine, the control signal "000" indicating the quantization step, or the peripheral level difference detection module 045 is operated to determine which inverse quantization table to use again.
  • the control signal which shows making it show is shown.
  • the peripheral level difference determination module 045 calculates the absolute value of the sum of the level differences of the peripheral pixels, and compares this with a threshold value to determine which inverse quantization table to use. After the determination, control signal 046 is transmitted. That is, the control signal 046 transmits the following control signal.
  • Control signal 000 fine, transmitted when using a quantization step inverse quantization table
  • FIG. 14 shows the peripheral level difference determination module shown in FIG. This is a flowchart explaining the operation of.
  • Ndsub which is the sum of absolute values of level difference D—C, level difference C—B, level difference BA, and level difference B—E is calculated.
  • step S072 it is determined whether Nds ub is 15 or less. If Ndsub is 15 or less, the process proceeds to step S073, where the control signal “00 0” indicating the inverse quantization table of the quantization step is transmitted to step S073, and the process ends.
  • step S074 it is determined in step S074 whether Ndsub is 128 or more. If Ndsub is not 128 or more, the process proceeds to step S075, and in step S075, the control signal “001” indicating the inverse quantization table of the normal quantization step is transmitted and the process is terminated. If Ndsub is equal to or greater than 128, the process proceeds to step S076, and in step S076, the control signal “010” indicating the inverse quantization table of the coarse quantization step is transmitted, and the process ends.
  • the threshold value for determining Ndsub is not limited to the values of 15 and 128, and what range of values is desirable V. It is the same as that.
  • 3-bit control signals (000), (001), and (010) are associated with each other as control signals! /, but it is possible to indicate an inverse quantization table for different quantization steps. If it is a thing, it does not have to be a control signal of this form.
  • the inverse quantization table is not limited to the above-described fine, coarse, normal quantization step inverse quantization table, but may be further divided into four or more inverse quantization tables, or fine, coarse, It is only necessary to provide two types of inverse quantization tables. It is sufficient if two or more types of inverse quantization tables are provided corresponding to the above-mentioned quantization tables on the image data compression apparatus side.
  • the quantization table switching module 047 outputs a control signal for switching the inverse quantization table to the inverse quantizer 033 in accordance with the two control signals 044 and 046.
  • the predictor 048 calculates the predicted value X ′ of the restoration target pixel X based on the surrounding pixels A (037), B (041), and C (040).
  • FIG. 15A is a flowchart for explaining the operation of the image data restoration (decoding) device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 15B is a flowchart for explaining the processing of the “local decoder” in step S028 in FIG. 15A.
  • step is abbreviated as S.
  • Peripheral level difference detection module 045 detects the sum of the absolute values of the peripheral level differences, evaluates the sum of the absolute values of the peripheral level differences, and determines the inverse quantization table. Output to 047.
  • the predictor 048 calculates the predicted value X of the restoration target pixel.
  • the quantization number is input to the inverse quantization table determined by the quantization table switching module 047, and the prediction error quantization value is calculated.
  • the peripheral pixel B (041) is substituted as the peripheral pixel E (042) of the next restoration target pixel.
  • the peripheral pixel C (040) is substituted as the peripheral pixel B (041) of the next restoration target pixel.
  • S031 The peripheral pixel D (039) is substituted as the peripheral pixel C (040) of the next restoration target pixel.
  • 5032 Obtain peripheral pixel D (039) of the next restoration target pixel from buffer 038 for one line for prediction.
  • FIG. 16 is a functional block diagram showing a system configuration of the image data restoration apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the image data restoration apparatus inputs the compressed data 202, which is the output of the above-described image data compression apparatus, to the restoration processing unit 210, and the restoration processing unit 210 first inputs the compressed data 202.
  • the image data 202 is input to the inverse encoding processing unit 211 corresponding to the inverse encoding unit 032 in FIG. 11, and the quantization number is obtained from the inverse encoding processing unit 211, and this quantization number is converted into the inverse quantizing unit. This is input to the inverse quantization processing unit 212 corresponding to 033.
  • the continuity evaluation unit 213 corresponding to the continuity evaluation result feedback module 043 in FIG. 11 in the evaluation unit 212 is such that the level difference between the two specific peripheral pixels related to the restoration target pixel continues. V is evaluated, and if the same level difference continues for a predetermined number of times, a fine control signal for using the inverse quantization table 218 is generated. Also, the sum of absolute values of the level differences of two neighboring pixels including the neighboring pixels of the pixel for which the neighboring evaluation unit 214 corresponding to the neighboring level difference detection module 045 of the evaluating unit 212 calculates the predicted value of the restoration target pixel.
  • level difference table 215 that manages the level difference and the information of the quantization table to be used in association with each other is referred to, and the sum of absolute values of the peripheral level differences is evaluated to determine which level is dequantized.
  • Control signals indicating whether to use the table 218 are input to the switching processing unit 216, respectively.
  • the switching processing unit 216 corresponding to the quantization table switching module 047 instructs the inverse quantization processing unit 217 to switch the inverse quantization table 218 based on the input control signal, and the inverse quantization processing unit 217. Then, the inverse quantization table 218 is switched, and the prediction error quantization value is calculated using the switched quantization table 218 and input to the prediction processing unit 219.
  • the prediction processing unit 219 obtains a restored pixel value by adding the predicted value of the restoration target pixel predicted by the predictor and the prediction error quantization value calculated using the switched quantization table 218, and accumulates this. it is intended to obtain a restored (image) data 2 04.
  • the processing in the image data restoration apparatus shown in FIG. 16 described above can be realized on a computer.
  • various hardware such as various registers, arithmetic units including ALU, RAM, ROM, and I / O are used as computer hardware resources.
  • the above-mentioned modules, predictors, inverse quantizers including inverse quantization tables, inverse encoders, etc. are integrated into a single-chip LSI, and various applications that handle two types of image data with different characteristics as described above as image data restoration devices. Is available.
  • the image data compression device and the image data restoration device of the present invention can be mounted on a desired application device as a one-chip LSI.
  • a desired application device for example, an in-vehicle video data transmission system including a car navigation system and various amusements (games, animations, etc.) ) Possible application to equipment.
  • a display is also installed on the rear side. It is desirable to be able to appreciate images different from those on the front side. Therefore, the image data processed by the video data processing device installed on the front side is compressed and transmitted to the rear side, and the rear side restores it and displays the image data. When relaying image data, compression and decompression are repeated at each relay point.

Landscapes

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Abstract

　画像データを圧縮する際、圧縮対象画素が属する行とその前の行に存在する圧縮済みの画素レベル値を保持し、前記圧縮済みの画素レベル値をもとに前記２つの行間のレベル差において同じ値がどの様に出現しているかで量子化誤差の有無を判断して量子化器における量子化ステップの細かさがそれぞれ異なる複数の量子化表のうちのいずれかを選択するか、又は、前記圧縮対象画素の周辺の画素レベル差の絶対値の和を算出し周辺画素のレベル差の和の大小で前記圧縮対象画素が平坦な画像か活性度の多い画像かを判断して前記量子化器における量子化ステップの細かさがそれぞれ異なる複数の量子化表のうちのいずれかを選択する。このように量子化表を切り替えることで量子化誤差が原因で生じるライン間の画質劣化を抑える。

Description

明 細 書
画像圧縮装置、圧縮方法及びプログラム並びに画像復元装置、復元方 法及びプログラム
技術分野
[0001] 本発明は、特性の異なる 2種類の画像（映画等の自然画と、デジタル地図等の CG 画像)両方に対して有効な、高画質リアルタイム画像圧縮装置、圧縮方法及び該圧 縮を行うためのプログラム並びに圧縮画像データを復元する画像復元装置、復元方 法及び該復元を行うためのプログラムに関する。
背景技術
[0002] 膨大な情報量を含む画像情報を伝送するためにはデータ圧縮が必要である。特に 動画像の場合は 1秒間に 30〜60フレーム程度の画像データが送受信されるため、デ ータ圧縮が不可欠となる。
[0003] ところで、画像情報としては一般テレビ画像や映画等に代表される自然画と、カー ナビの地図等に代表される CG画像が知られており、一般的に自然画では低周波成 分が、またデジタル画像では高周波成分が多く含まれている。最近の車載端末ゃ携 帯電話を含む携帯端末では、地図などのデジタル画像と、 TVや映画などの自然画 像との両方を扱うようになってきており、両方の画像データを効率的に伝送するため には、低周波成分と高周波成分の両方に効果的なデータ圧縮方式が望まれている。
[0004] 従来の画像データ圧縮方式として、図 1に示されるような DPCM予測器を用いた第 1 の従来技術が知られている。図 1に示されるように、画像データ 110を圧縮する場合、 予測器 (DPCM)210で対象画素の直前ラインと前画素の値とから予測対象画素のレ ベル値を予測し、実際の画素レベル値との予測誤差を代表値に変換して量子化器 3 10で量子化し、出現頻度に応じた符号を割り当てる可変長符号化器 410を介して伝 送する。この方式では、画素単位で、量子化、符号ィ匕を行うため、高周波および低周 波を問わずに適用することができる。しかし、予測値を直前ラインの値に基づいて算 出するため、いずれかの時点で予測誤差が発生した場合に、誤差が次の予測時に そのまま利用されてしまい、結果として予測誤差が伝播してしまい、ラインに沿って画 質劣化が生じてしまうという問題がある。
[0005] 例えば、量子化器 310が利用する量子化表が、予測誤差のレベル値が 4〜4まで ものを量子化予測誤差 0とするような量子化表 (すなわち、量子化の幅が粗い量子化 表）であった場合には、予測器 210によるいずれかの予測処理においてー4〜4まで のレベル値の予測誤差が生じたとしても、量子化予測誤差を 0とみなしてしまう。その ため、予測誤差が生じたという情報を量子化結果に盛り込むことができず、結果とし て、予測誤差がそのまま残り続けてしまう。このような予測誤差の伝播が発生すると、 処理結果として出力される画像には、本来は無いはずのライン方向の線が生じてしま い、画質の劣化につながることになる。
[0006] また従来の画像データ圧縮方式として、図 2に示されるような JPEGOoint Photograp hie Experts Group), MPEG(Moving Picture Experts Group)によりデータ圧縮を行つ 第 2の従来技術が知られている。この第 2の従来技術に属する特許文献として、下記 特許文献 1及び 2を挙げることができる。図 2に示されるように、第 2の従来技術は、入 力画像 120をブロック (通常 8*8画素)化 130し、ブロック画像に対して DCT220をかけ、 DCT係数に対して量子化 320を行い、出現頻度に応じた符号を割り当てる可変長符 号化 420して伝送する。ここで DCT(Discrete Cosine Transfer)変換とは、画像データ を周波数変換する手法である。人間の目は低周波成分 (画像中の平坦な部分）に敏 感であるため、低周波に関する DCT係数は細かぐ高周波に関する DCT係数は粗く 量子化することで自然画に対しては画質劣化が目立たな 、ように高 、圧縮率で圧縮 することが可能である。しかし、人間の目につきやすい低周波成分を細力べ量子化す るため自然画の圧縮については問題ないが、地図画像 (CG画像)中の線、文字のよう な高周波成分に対しては画質劣化が目立つ。更に、圧縮対象ブロックに対してエツ ジ情報抽出 230するので量子化誤差による画質劣化を見つけて、修正、フィードバッ クをかけることが出来な 、という問題がある。
[0007] さらに従来の画像データ圧縮方式として、図示していないが、 JPEG-LS(Lossless)を 用いた第 3の従来技術が知られている。この第 3の従来技術は、 MED(Median Edge Detector)予測器でレベル値予測を行い、その予測誤差を直接符号ィ匕するものであ る。この第 3の従来技術では量子化は行わないため画質劣化は生じない。しかし、符 号ィ匕時に計算処理を必要とするなど各処理が重ぐリアルタイム圧縮には不向きであ るという問題がある。
特許文献 1 :特開平 10— 126777号公報
特許文献 2：特開平 6— 350992号公報
発明の開示
[0008] 上述した第 1の従来技術である DPCMを用いて量子化を単純に行うと、行方向（ライ ン方向）の量子化誤差が伝播する場合があるという課題があった。また上述した第 2 の従来技術である JPEG, MPEGのような DCTによる変換符号ィ匕を行うものに関しては 、 CG画像に対する画質劣化が目立つという課題、更に、適応量子化を行うものでは ある力 圧縮対象ブロックに対してエッジ抽出を行うので量子化誤差による画質劣化 を見つけて、修正、フィードバックをかけることが出来ないという課題があった。さらに 上述した第 3の従来技術である、 JPEG-LSに関しては、量子化を行わないため画質 劣化が生じな 、が各処理が重!、のでリアルタイム処理に向かな ヽと 、う課題があった
[0009] 上記のような課題を解決するために本発明の目的は、周辺画素およびライン間の 予測レベル値の連続性を考慮して量子化表を切り替えることで量子化誤差が原因で 生じるライン間の画質劣化を抑える画像圧縮装置、圧縮方法及び該圧縮を行うため のプログラム並びに圧縮画像データを復元する画像復元装置、復元方法及び該復 元を行うためのプログラムを提供することである。
[0010] 本発明の画像圧縮装置は、圧縮対象画素の画素レベル値を予測する予測器を備 えた画像圧縮装置において、画像データを圧縮する際、圧縮対象画素が属する行（ ライン）とその前の行 (ライン）に係る前記圧縮済みの画素のうち特定画素間のレベル 差の同一性を評価して量子化表切り替え手段に制御信号を送出する特定画素レべ ル差評価手段を備え、また、前記圧縮対象画素の周辺の画素レベル差の絶対値の 和を評価して量子化表切り替え手段に制御信号を送出する絶対値和評価手段を備 えて!/、る。そして前記特定画素レベル差評価手段または前記絶対値和評価手段の いずれかから出力される制御信号に基づいて量子化表切り替え手段が量子化表の 切り替えを指示し異なる量子化ステップを有する複数の量子化表のいずれかを選択 して量子化を行う。
[0011] こうすることで、量子化の過程で画質劣化が生じているかを画素単位で評価して、 次の画素の量子化、符号ィ匕に即座にフィードバックすることによって、画質劣化が起 きて 、る場合は瞬時 (数画素単位）に補正することが可能となる。
[0012] また量子化誤差が生じている場合は、行間で量子化ステップ分の同じレベル差が 生じている場合が多いため、同じ値のレベル差を評価して、量子化誤差が伝播して V、ると判断した場合は即座にフィードバックして細力 、量子化を行うことで、エッジ近 辺から CG画像のような完全に同じレベル差である平面へ向けて生じている予測誤差 の伝播を防ぐことが可能になる。
[0013] また前の行 (ライン)と現在の処理対象の行 (ライン)の画素の活性度としてレベル差 の絶対値の和を算出することで、量子化ステップを粗くしたり、細力べしたりして、画質 劣化を防ぎつつ圧縮効率を高めることが可能になる。
[0014] また本発明の画像圧縮方法および本発明の画像を圧縮するためのプログラムは、 圧縮対象画素の画素レベル値を予測する予測器を備えた画像圧縮装置において実 行される方法およびプログラムであって、画像データを圧縮する際、前記圧縮対象画 素が属する行とその前の行に存在する圧縮済みの画素レベル値を保持するステップ 、前記圧縮済みの画素レベル値をもとに前記 2つの行間の特定画素間のレベル差に おいて同じ値がどの様に出現しているかで量子化誤差の有無を判断し量子化器に おいて使用する量子化表の切り替えを指示する制御信号を生成するステップまたは 、前記圧縮対象画素の周辺の画素レベル差の絶対値の和を算出し周辺画素のレべ ル差の和の大小で前記圧縮対象画素が平坦な画像か活性度の多い画像かを判断 し前記量子化器において使用する量子化表の切り替えを指示する制御信号を生成 する過程の少なくとも!/、ずれかのステップ、前記制御信号に基づ 、て前記量子化表 の切り替えを指示し、該指示に基づ 、て異なる量子化ステップを有する複数の量子 化表の!、ずれかを選択して量子化を行うステップを、を含むものである。
[0015] こうすることで、量子化の過程で画質劣化が生じているかを画素単位で評価して、 次の画素の量子化、符号ィ匕に即座にフィードバックすることによって、画質劣化が起 きて 、る場合は瞬時 (数画素単位）に補正することが可能となる。 [0016] また量子化誤差が生じている場合は、行間で量子化ステップ分の同じレベル差が 生じている場合が多いため、同じ値のレベル差を評価して、量子化誤差が伝播して V、ると判断した場合は即座にフィードバックして細力 、量子化を行うことで、エッジ近 辺から CG画像のような完全に同じレベル差である平面へ向けて生じている予測誤差 の伝播を防ぐことが可能になる。
[0017] また前の行 (ライン)と現在の処理対象の行 (ライン)の画素の活性度としてレベル差 の絶対値の和を算出することで、量子化ステップを粗くしたり、細力べしたりして、画質 劣化を防ぎつつ圧縮効率を高めることが可能になる。
[0018] また本発明の画像復元装置及び画像復元方法は、上述した画像圧縮装置で圧縮 された画像データを逆操作によって復元して 、るため、逆量子化の過程で画質劣化 が生じているかを画素単位で評価して、次の画素の逆量子化、逆符号ィ匕に即座にフ イードバックすること〖こよって、画質劣化が起きている場合は瞬時 (数画素単位）に補 正することが可能となる。
[0019] また量子化誤差が生じている場合は、行間で量子化ステップ分の同じレベル差が 生じている場合が多いため、同じ値のレベル差を評価して、量子化誤差が伝播して V、ると判断した場合は即座にフィードバックして細力 、逆量子化を行うことで、エッジ 近辺から CG画像のような完全に同じレベル差である平面へ向けて生じている予測誤 差の伝播を防ぐことが可能になる。
[0020] また前の行 (ライン)と現在の処理対象の行 (ライン)の画素の活性度としてレベル差 の絶対値の和を算出することで、量子化ステップを粗くしたり、細力べしたりして、画質 劣化を防ぎつつ復元効率を高めることが可能になる。
[0021] また本発明の画像データの復元を行うプログラムは、上述した画像データの圧縮を 行うプログラムによる操作と逆の操作を行うものであるため、上述した画像データの圧 縮を行うプログラムと同様に、特定画素レベル差評価処理または絶対値和評価処理 を高速に行えるば力りでなぐ逆量子化表の切り替え処理を高速に行うことができる。 図面の簡単な説明
[0022] [図 1]DPCM予測器を用いた第 1の従来技術の概要を示す図である。
[図 2]JPEG, MPEGによりデータ圧縮を行う第 2の従来技術の概要を示す図である。 [図 3]本発明の原理構成に係る画像圧縮方式の動作流れ図である。
[図 4]本発明の実施形態に係る画像データの圧縮 (符号化)装置の構成を示すブロッ ク図である。
圆 5]本発明の実施形態に係る各種画像フォーマットにおける圧縮対象画素と周辺 画素との配置関係を示す図である。
圆 6A]予測誤差 (Χ—Χ')に対する量子化値及び量子化番号の対応付けを表す量子 化テーブルであって、細か 、量子化ステップ力も成る第 1の量子化テーブルである。 圆 6Β]予測誤差 (Χ—Χ')に対する量子化値及び量子化番号の対応付けを表す量子 化テーブルであって、普通の量子化ステップ力 成る第 2の量子化テーブルである。 圆 6C]予測誤差 (Χ—Χ')に対する量子化値及び量子化番号の対応付けを表す量子 化テーブルであって、粗 、量子ィ匕ステップ力も成る第 3の量子化テーブルである。
[図 7]図 4に示した連続性評価結果フィードバックモジュールの動作を説明するフロー チャートである。
[図 8]図 4に示した周辺レベル差決定モジュールの動作を説明するフローチャートで ある。
圆 9Α]本発明の実施形態に係る画像データの圧縮 (符号化)装置の動作を説明する ためのフローチャートである。
[図 9Β]図 9Αにおけるステップ S008における"ローカルデコーダ"の処理を説明するフ ローチャートである。
[図 10]本発明の実施形態に係る画像データの圧縮装置のシステム構成を示す機能 ブロック図である。
圆 11]本発明の実施形態に係る画像データの復元 (復号化)装置の構成を示すプロ ック図である。
圆 12A]逆量子化器に備えられた上記量子化番号に対する量子化予測誤差の対応 付けを表す逆量子化テーブルであって、細かい量子化ステップ力 成る第 1の逆量 子化テーブルである。
圆 12B]逆量子化器に備えられた上記量子化番号に対する量子化予測誤差の対応 付けを表す逆量子化テーブルであって、普通の量子化ステップ力 成る第 2の逆量 子化テーブルである。
[図 12C]逆量子化器 033に備えられた上記量子化番号に対する量子化予測誤差の 対応付けを表す逆量子化テーブルであって、 ¾ 、量子化ステップ力も成る第 3の逆 量子化テーブルである。
[図 13]図 11に示した連続性評価結果フィードバックモジュールの動作を説明するフ ローチャートである。
[図 14]図 11に示した周辺レベル差決定モジュールの動作を説明するフローチャート である。
[図 15A]本発明の実施形態に係る画像データの復元 (復号化)装置の動作を説明する ためのフローチャートである。
[図 15B]図 15Aにおけるステップ S028における"ローカルデコーダ"の処理を説明す るフローチャートである。
[図 16]本発明の実施形態に係る画像データの復元装置のシステム構成を示す機能 ブロック図である。 発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図 3は本発明の原理構成に係る画像圧縮方式の動作流れ図である。図 3に示す本 発明の原理構成における画像圧縮過程は、上述した第 1の従来技術の構成と大きく 異なる点は、適応量子化器 300を備え、予測対象画素 Xのレベル値と予測器 200によ る予測値 X'との予測誤差を量子化器で量子化する場合、適応量子化器 300は、ライ ン間の注目画素のレベル値の連続性、または周辺画素のレベル差計測力 量子化 ステップの異なる量子化表を適応的に選択する点である。そして適応的に選択した 量子化表に基づいて量子化を行い、出現頻度に応じた符号を割り当てる可変長符 号化器 400を介して伝送するものである。
[0024] 図 4は本発明の実施形態に係る画像データの圧縮 (符号化)装置の構成を示すプロ ック図である。図 4において、画像データ 001は、圧縮対象となる画素の集まりを表し、 デジタルで画像を処理する画像処理装置（図示せず）によって抽出される。そして圧 縮対象画素 X(002)は、現ステップで圧縮対象となる画素を表している。図 5は画像フ ォーマットが、インターレース画像、または、プログレッシブ画像、であるときの圧縮対 象画素 Xと周辺画素 (ライン間および前画素)との配置関係を示す図である。なお図 5 にお！/、てラインは破線で示されて 、る。
[0025] 量子化器 003は、ライン間の注目画素（本例では画素 A, B)のレベル値の連続性、 周辺画素のレベル差計測（本例では周辺画素のレベル差の絶対値の和）から量子 ィ匕ステップの異なる量子化表を選択する量子化表切り替えモジュール 017からの制 御信号に基づいて選択された量子化表にしたがって圧縮対象画素 X(002)と予測値 X' (006)の差分値である"予測誤差"を量子化するものであり、予測誤差 (X— X')を入 力として、予測誤差量子化値 (単に、量子化値ともいう）と量子化番号を出力する。
[0026] 図 6Aは、予測誤差 (Χ—Χ')に対する量子化値及び量子化番号の対応付けを表す 量子化テーブルであって、細か 、量子化ステップ力 成る第 1の量子化テーブルで ある。図 6Βは、予測誤差 (X— X')に対する量子化値及び量子化番号の対応付けを 表す量子化テーブルであって、普通の量子化ステップ力 成る第 2の量子化テープ ルである。図 6Cは、予測誤差 (X— X')に対する量子化値及び量子化番号の対応付 けを表す量子化テーブルであって、 ¾ 、量子化ステップ力も成る第 3の量子化テー ブルである。
[0027] 上記において量子化ステップの幅は、予測誤差の絶対値が小さい場合ほど狭ぐ 予測誤差の絶対値が大きい場合ほど広いのが望ましい。これは、一般的に予測誤差 力 、さい場合は予測が当たりやすい平坦な画像であり、逆に予測誤差が大きい場合 は予測が外れやすいエッジ近傍である傾向があり、平坦な部分に誤差があると人の 目に検知されやすいので、予測誤差が小さい場合にはステップ幅を狭くすることで、 量子化誤差を小さくするためである。最小ステップ幅は 1〜4程度が望ましい。
[0028] 一方、予測誤差が大きい場合は、量子化のステップ幅を広くして圧縮効率を上げる ようにする。このステップ幅は 24〜32が望ましい。予測誤差が大きい場合は基本的に は出現頻度が少なぐエッジ近傍の部分では予測誤差が大きくても平坦な部分で誤 差がある場合より目立たないので、ステップ幅が広くても比較的問題にはならない。こ のようにしてステップ幅を広くして圧縮効率を上げる分、逆に平坦な部分には一層細 カ^、量子化を行えるようにする。 [0029] 例えば、図 6Aに示す細力 、ステップの第 1の量子化テーブルでは予測誤差の絶 対値は最小 0に設定され、最大 11以上に設定されている。また図 6Bに示す普通のス テツプの第 2の量子化テーブルでは予測誤差の絶対値は最小 2に設定され、最大 21 以上に設定されている。また図 6Cに示す粗いステップの第 3の量子化テーブルでは 予測誤差の絶対値は最小 4に設定され、最大 41以上に設定されている。
[0030] なお図 6A、図 6B、図 6Cに示す量子化値と量子化番号の対応付けは、圧縮側、復 元側とで同じ対応になっている必要がある。そのため図 6A、図 6B、図 6Cに対応して 量子化値と量子化番号の対応付けを表す逆量子化テーブル（図 12A、図 12B、図 1 2C参照）を復元側に持たせる。これについては後述する。また上記説明では量子化 テーブルとして 3つの例を示した力 これに限定されず、量子ィ匕ステップ幅の異なる 量子化テーブルが 2つ以上あればょ 、。
[0031] また、エッジの多 、複雑な絵柄を圧縮すると所定の圧縮率に達しな 、場合があるの で、量子化ステップ幅の異なる複数の量子化テーブルを有して、所定の圧縮率を超 えそうな場合はステップ幅が全体的に粗い量子化テーブルを選択する適応量子化を 行っても構わない。
[0032] 可変長符号化器 004は、図 6A、図 6B、図 6Cのいずれかの量子化テーブルから得 られる量子化番号を入力として、可変長符号を出力する。圧縮符号バッファ 005は可 変長符号化器 004の出力を蓄積するバッファである。予測値 006は、予測器 018によつ て算出された予測値である。
[0033] 周辺画素 A(007)は、図 5に示されているように、圧縮対象画素 Xの左の画素である。
予測用 1ライン分バッファ 008は、予測用として量子化結果を約 1ライン分保持するバ ッファで、例えばシフトレジスタで構成される。
[0034] また、周辺画素 D(009)は、圧縮対象画素 Xの右上の画素、すなわち、 1つ前に処理 したラインの中で 1つ後ろの列の画素である。周辺画素 C(010)は、圧縮対象画素 Xの 上の画素、すなわち、 1つ前に処理したラインの中で同じ列の画素である。周辺画素 B(011)は、圧縮対象画素 Xの左上の画素、すなわち、 1つ前に処理したラインの中で 1つ前の列の画素である。周辺画素 E(012)は、周辺画素 B(011)の左の画素、すなわ ち、 1つ前に処理したラインの中で 2つ前の列の画素である。なお、元画像で見ると、 周辺画素 D、周辺画素 C、周辺画素 B、周辺画素 Eのそれぞれは、圧縮対象画素 Xに とって、インターレース画像の場合には 2ライン上の画素にあたり、プログレッシブ画 像の場合には 1ライン上の画素にあたる。
[0035] そして連続性評価結果フィードバックモジュール 013は、周辺画素 A(007)、 B(011)を もとにレベル差を計測し、連続性の評価を行い、規定回数以上、同一レベル差が連 続する場合は細かい量子化テーブル（図 6Aに示す第 1の量子化テーブル)を使用 するように制御信号 014を出力する。
[0036] 連続性の評価をどのような回数で判断するかについては、画質劣化が目立つ前に 細か!/、量子化テーブルに切り替えた方が良 、ので、画像サイズと比較して小さ 、方 が望ましい。例えば、横方向が 720画素のような画像では、長さ 6画素の横方向の線 状の画質劣化が生じると、人の目に検知されやすいので、それ以下の値 (本実施形 態では 4画素処理分）に設定されている。
[0037] 図 7は図 4に示した連続性評価結果フィードバックモジュール 013の動作を説明する フローチャートである。図 7のステップ S041では、レベル差 B— Aと前回レベル差を比 較する。ステップ S042では、レベル差 B— Aと前回レベル差が同じかを判定する。同じ でなければ、ステップ S043で同一値連続カウンタに 1をセットしてステップ S045に進む 。また同じであれば、ステップ S044に進み、ステップ S044において同一値連続カウン タに 1加算を行う。
[0038] ステップ S045では、同一値連続カウンタが 4以上かを判定する。カウンタの値が 4以 上であれば、ステップ S046に進み、ステップ S046において、細かい量子化ステップの 量子化テーブルを示す制御信号" 000"を送信して処理を終了する。 S045でカウンタ の値力 以上であるということは、同じ値のレベル値が所定回数以上連続しており、 予測誤差が伝播していることが疑われる状態であるため、この処理では、より細かい 量子ィ匕ステップの量子化テーブルに切替えることで、予測レベル値の誤差をより細か く検出できるようにするものである。従って、本当に予測誤差の伝播が発生している 場合には、この処理による量子化テーブルの切り替えによって、それ以上予測誤差 を伝播させな 、ようにすることが可能になる。
[0039] なお、予測誤差が伝播して 、るのではなぐ処理対象として!/、る画像力 本当に同 じレベル値が連続するような画像であった場合であっても、細か 、量子化テーブルに 切替えることは何ら問題を生じさせるものではない。
[0040] またカウンタの値が 4以上でなければ、ステップ S047に進み、ステップ S047にお!/ヽて は、制御を周辺レベル差検出モジュール 015に移管して処理を終了する。
上記したように制御信号 014は、細か 、量子化ステップを示す制御信号" 000"か、 あるいは再度どの量子化テーブルを使用するかを決定するために周辺レベル差検 出モジュール 015を作動させることを示す制御信号を示すものである。
[0041] 周辺レベル差決定モジュール 015は、周辺画素のレベル差の和の絶対値を算出し 、これを閾値と比較することで、どの量子化テーブルを使うかを決定する。決定後、制 御信号 016を送信する。すなわち、制御信号 016は、下記のような制御信号を送信す る。
[0042] 制御信号 000：細か 、量子ィ匕ステップの量子化テーブルの使用時に送信
制御信号 001：普通の量子化ステップの量子化テーブルの使用時に送信 制御信号 010： ¾ 、量子化ステップの量子化テーブルの使用時に送信
図 8は図 4に示した周辺レベル差決定モジュール 015の動作を説明するフローチヤ ートである。図 8のステップ S051では、レベル差 D— C、レベル差 C— B、レベル差 B— A、レベル差 B— Eの各絶対値の和である Ndsubを算出する。ステップ S052では Ndsub が 15以下であるかを判定する。 Ndsubが 15以下であれば、ステップ S053に進み、ステ ップ S053にお!/、て細力 、量子化ステップの量子化テーブルを示す制御信号" 000"を 送信して処理を終了する。すなわち、活性度の低い画像 (平坦な画像)では、少しで も画像劣化が生じると人の目に検知されやすいので、そのような活性度の低い画像 に対しては、細かい量子化テーブルを利用することで、精度の高い符号化を行うよう にする。
[0043] Ndsubをどのような値で判定するかについては、上記説明では 15という閾値を用い ているが、これに限るものではない。一般的に、画素レベル差が 2〜4程度あると人の 目に検知されやすい。ここでは 4つのレベル差の絶対和を取っているため、人の目に 検知されやす!/、画素レベル差の合計は 8 (すなわち 2 X 4)〜16 (すなわち 4 X 4)の範 囲となる。上記判定に用いる閾値は、活性度の低い画像 (平坦な画像）における誤差 伝播を抑止するためのものなので、上記 8〜16の範囲内において閾値（上記では 15) を決定すればよい。
[0044] また Ndsubが 15以下でなければ、ステップ S054に進み、ステップ S054にお!/、て Ndsu bが 128以上であるかを判定する。 Ndsubが 128以上でなければ、ステップ S055に進み 、ステップ S055にお!/、て普通の量子化ステップの量子化テーブルを示す制御信号" 0 01"を送信して処理を終了する。また Ndsubが 128以上であれば、ステップ S056に進み 、ステップ S056にお!/、て粗!、量子化ステップの量子化テーブルを示す制御信号" 010 "を送信して処理を終了する。すなわち、活性度の高い画像 (平坦な部分が少ない画 像)では、多少の画像劣化が生じたとしても人の目には分かりにくいので、そのような 活性度の高い画像に対しては、粗い量子化テーブルを利用することで、高速な符号 化を行うようにする。
[0045] Ndsubをどのような値で判定するかについては、上記説明では 128という閾値を用い ているが、これに限るものではない。一般的に、活性度の高い画像 (平坦な部分が少 ない画像）における量子ィ匕ステップ幅は 24〜32に設定されているので、上記 4つのレ ベル差の絶対和はその 4倍、すなわち 96〜128の範囲となる。この範囲内において閾 値 (上記では 128)を決めて、これにより粗!、量子化ステップの第 3の量子化テーブル と普通の量子化ステップの第 2の量子化テーブルの使用を区分けすればよい。
[0046] なお、本実施形態では制御信号として 3ビットの制御信号 (000), (001), (010)を対応 付けて!/、るが、異なる量子化ステップの量子化テーブルを指示できるものであれば、 このような形式の制御信号でなくても構わな 、。また量子化テーブルも上記のような 細かい、粗い、普通の量子ィ匕ステップの量子化テーブルに限らず、さらに細分して 4 つ以上の量子化テーブルを備えること、または、細かい、粗い、の 2種類の量子化テ 一ブルを備えるだけでもよぐ要は 2種類以上の量子化ステップ幅の異なる量子化テ 一ブルを備えて ヽれば良 ヽ。
[0047] 次に量子化表切り替えモジュール 017は、 2つの制御信号 014,016に従って量子化 表を切り替える制御信号を量子化器 003に出力する。予測器 018は、周辺画素 A(007) 、 B(011)、 C(010)をもとに圧縮対象画素 Xの予測値 X，を算出する。
[0048] 図 9Aは、本発明の実施形態に係る画像データの圧縮 (符号化)装置の動作を説明 するためのフローチャートである。図 9Bは、図 9Aにおけるステップ S008における"口 一カルデコーダ"の処理を説明するフローチャートである。図 9Aおよび図 9Bにおい てはステップを Sと略記する。
図 9Aにおけるステップの説明に入る前に本例では全画像データ分にっ 、て処理 が終了するまでループすることを前提として 、ることに注意された 、。
S001：画像データ 001から圧縮対象画素 X(002)を取得する。
S002 :連続性評価結果フィードバックモジュール 013で、周辺画素 A(007), B(011)をも とにレベル差を計測し、連続性の評価を行い、規定回数以上同一レベル差が連続す る場合は細かい量子化テーブルを使用する制御信号 014を量子化表切り替えモジュ ール 017に出力する。そうでない場合は、 S003に進む。
S003 :周辺レベル差検出モジュール 015で周辺レベル差の絶対値の和を検出し、周 辺レベル差の絶対値の和を評価して量子化テーブルを決定する制御信号 016を量 子化表切り替えモジュール 017に出力する。
S004:予測器 018で圧縮対象画素 X(002)の予測値 X， (006)を算出する。
5005：圧縮対象画素 X(002)から予測値 X' (006)を減算する。
5006：予測誤差を量子化表切り替えモジュール 017で決定された量子化テーブルに 入力し、予測誤差量子化値 (図 6A〜図 6C参照)を算出する。
S007 :可変長符号化器 004で量子化番号をもとに符号生成する。この符号は Golomb 符号でも算術符号でも構わな 、ものとする。
S008 :次の画素を圧縮するために、周辺画素 A(007), B(011), C(010)と予測用ライン バッファ 008を更新（ローカルデコーダ)する。
5009：周辺画素 B(011)を次の圧縮対象画素の周辺画素 E(012)として代入する。
5010：周辺画素 C(010)を次の圧縮対象画素の周辺画素 B(011)として代入する。 SOU：周辺画素 D(009)を次の圧縮対象画素の周辺画素 C(010)として代入する。
5012：予測用 1ライン分バッファ 008から次の圧縮対象画素の周辺画素 D(009)を取得 する。
5013：周辺画素 A(007)を予測用 1ライン分バッファ 008に代入する。
S014:量子化値と予測値を加算し、次の圧縮対象画素の周辺画素 A(007)として代入 する。
[0050] 図 10は、本発明の実施形態に係る画像データの圧縮装置のシステム構成を示す 機能ブロック図であり、上記で説明した内容を機能化してブロックで表現したものであ る。図 10において本発明の実施形態に係る画像データの圧縮装置は、圧縮処理す べき画像データ 102を圧縮処理部 110に入力し、圧縮処理部 110では、まず入力され た画像データ 102をライン毎に読込部 111で読み込んで圧縮対象画素を抽出し、抽 出した圧縮対象画素に対して予測処理部 112に入力する。
[0051] 予測処理部 112では、予測器が予測した当該圧縮対象画素の予測値を当該圧縮 対象画素レベル力 減算して予測誤差を算出する一方、評価部 113の、図 4の連続 性評価結果フィードバックモジュール 013に相当する連続性評価部 114が当該圧縮 対象画素に係る 2つの特定周辺画素のレベル差が連続しているかを評価し、規定回 数以上同一レベル差が連続する場合には、例えば図 6Aに示すような細かい量子化 テーブル 119を使用するための制御信号を生成する。また評価部 113の図 4の周辺レ ベル差検出モジュール 015に相当する周辺評価部 115が当該圧縮対象画素の予測 値を算出する画素の周辺の画素を含めたそれぞれ 2つの周辺画素のレベル差の絶 対値の和を検出するとともに、レベル差と利用すべき量子化テーブルの情報とを対 応付けて管理するレベル差テーブル 116を参照して周辺レベル差の絶対値の和を評 価してどのレベルの量子化テーブル 119を使用するかの制御信号を切替処理部 117 にそれぞれ入力する。
[0052] 量子化表切り替えモジュール 017に相当する切替処理部 117では、入力された制御 信号に基づいて量子化テーブル 119の切り替えを量子化処理部 118に指示し、量子 化処理部 118では量子化テーブル 119を切り替え、切り替えた量子化テーブル 119を 用いて予測誤差量子化値を算出し、量子化処理部 118の出力として、可変長符号化 器 004に相当する符号化処理部 120に入力し、符号化処理部 120では入力された予 測誤差量子化値に基づいて圧縮符号を生成し、生成した圧縮符号を圧縮処理部 11 0の出力として蓄積して圧縮データ 104を得るものである。
[0053] 上述の図 10に示した画像データの圧縮装置における処理は、コンピュータ上で実 現できることはいうまでもない。その場合コンピュータのハードウェア資源としては、図 示していないが各種レジスタ、 ALUを含む演算装置、 RAM、 ROM、 I/Oなどが用 いられる。また上述した各モジュール、予測器、量子化テーブルを含む量子化器、符 号器などを 1チップ LSI化して画像データの圧縮装置として上述した特性の異なる 2 種類の画像データを扱う各種アプリケーションに利用可能である。
[0054] このように本発明の画像圧縮装置によれば、既に量子化した画素レベル値を 1ライ ン分保持する予測用バッファを利用し、これをもとに画素単位で量子化、符号化する と同時に、量子化の過程で画質劣化が生じているかを画素単位で評価して、次の画 素の量子化、符号ィ匕に即座にフィードバック（量子化テーブルの切り替えを実行)す る。量子化誤差による画質劣化が生じている場合には、量子化テーブルをステップ 幅が細力 、ものに切替えて量子化することにより、量子化誤差が解消される (もしくは 減少される）ので、画質劣化が起きている場合は瞬時 (数画素単位）に補正すること が可能となる。
[0055] 量子化誤差が生じて!/、る場合は、行間で量子化ステップ分の同じレベル差が生じ ている場合が多い。このため、同じ値のレベル差を評価して、量子化誤差が伝播して V、ると判断した場合は量子化テーブルを切替えて細力 、量子化を行うことで、例えば 本来は画像上には存在しないラインなのに、エッジ近辺力も生じてしまうラインを発生 させる原因となる予測誤差の伝播を防ぐことが可能になる。
[0056] また、 DVDに記録されている映画のような自然画像では、レベル差の変動がそれ程 な!、平坦な画像 (人肌など)で画質劣化が生じると目立ちやすぐ一方で活性度の多 い画像で画質劣化が生じても目立ちにくい。このため、前の行 (ライン)と今の行 (ライン )の画素の活性度としてレベル差の絶対値の和を算出することで、量子化ステップを 粗くしたり、細力べしたりして、画質劣化を防ぎつつ圧縮効率を高めることが可能にな る。
[0057] また本発明の画像圧縮装置によれば、特定画素における同一レベル差が連続して 出現しているかをカウンタという簡易な装置で検出し、同一レベル差が所定回数以上 、例えば 4回連続して、出現した場合に細かい量子化を行う量子化テーブルを選択 するように制御すれば、長い行 (ライン)方向の画質劣化が生じる前に補正することが 可能となる。 [0058] また本発明の画像圧縮装置によれば、画素レベル値を 1ライン分保持する予測用 ノ ッファを利用して圧縮対象画素の周辺画素のレベル差の絶対値の和を算出し、そ の値を元に量子化表切り替えモジュールにどの量子化テーブルを使うかを示す制御 信号を送信するので、圧縮対象画素周辺の活性度 (周辺画素の画素レベル差)をもと に量子化器に即座にフィードバックをかけることが可能になる。
[0059] さらに本発明の画像圧縮装置によれば、量子化表を切り替える制御信号で量子化 表の切り替えを実行するようにしたので、画素レベル差の連続性および圧縮対象画 素周辺の活性度で量子化の細かさがそれぞれ異なる 3種類の量子化テーブル、す なわち細かい、普通、粗い量子化表を使い分けることが可能となる。また、より細かい 制御を行う場合は、量子化表を 3種類ではなく更に多いものにしても同じ効果が得ら れることは明らかである。
[0060] なお、本発明の画像圧縮装置は、処理対象とする画像がプログレッシブ画像の場 合はフレーム単位で、インターレース画像の場合にはフィールド単位で画面の上部 力も下部へ向けた順で、ストリーム状に流れてくる画像データを処理対象とする。また 、圧縮符号化後の圧縮データは、本装置が接続している伝送路の伝送規約に従つ て、一定のサイズ毎にパケットィ匕されて転送されることになる。
[0061] 図 11は本発明の実施形態に係る画像データの復元 (復号化)装置の構成を示すブ ロック図である。図 11において、圧縮符号 031は、上記した図 4で可変長符号化され た画像データの圧縮符号を表している。そして逆符号化器 032は、可変長符号化さ れた画像データの圧縮された符号を入力として、その符号に該当する量子化番号を 出力する。逆量子化器 033は、量子化番号を入力として、予測誤差量子化値 X(034) を出力する。
[0062] 図 12Aは、逆量子化器 033に備えられた上記量子化番号に対する量子化値 (予測 誤差量子化値)の対応付けを表す逆量子化テーブルであって、細かい量子化ステツ プカも成る第 1の逆量子化テーブルである。図 12Bは、逆量子化器 033に備えられた 上記量子化番号に対する量子化値 (予測誤差量子化値)の対応付けを表す逆量子 化テーブルであって、普通の量子化ステップ力 成る第 2の逆量子化テーブルである 。図 12Cは、逆量子化器 033に備えられた上記量子化番号に対する量子化値 (予測 誤差量子化値)の対応付けを表す逆量子化テーブルであって、 、量子化ステップ 力 成る第 3の逆量子化テーブルである。なお図 12A、図 12B、図 12Cに示す量子 化値と量子化番号の対応付けは、復元側、圧縮側とで同じ対応になっている必要が ある。そのため図 12A、図 12B、図 12Cに対応して圧縮側に量子化値と量子化番号 の対応付けを表す量子化テーブル（図 6A、図 6B、図 6C参照）を備えている。また上 記説明では逆量子化器として 3つの例を示したが、これに限定されず、 2つ以上あれ ばよい。
[0063] 画像フォーマットが、インターレース画像、または、プログレッシブ画像、であるとき の復元対象画素 Xと周辺画素 (ライン間および前画素)との配置関係は、図 5に示した 圧縮対象画素 Xと周辺画素 (ライン間および前画素)との配置関係と同じである。ただ し、図 5における圧縮対象画素は、復元対象画素と読み替える。
[0064] 予測誤差量子化値 X(034)は、予測器 048によって算出された予測値 X' (036)と加算 されて復元画像データ 035が得られるとともに、次の復元対象画素の周辺画素 A(037) にもなる。
[0065] 周辺画素 A(037)は、図 5に示される周辺画素 Aのように、復元対象画素の左の画素 である。予測用 1ライン分バッファ 038は、予測用として量子化結果約 1ライン分を保 持するバッファで、例えばシフトレジスタで構成される。図 5に示される周辺画素 D,C, Β,Εのように、周辺画素 D(039)は、復元対象画素の右上 (前ライン)の画素であり、周辺 画素 C(040)は、復元対象画素の上 (前ライン)の画素であり、周辺画素 B(041)は、復元 対象画素の左上 (前ライン)の画素であり、周辺画素 E(042)は、周辺画素 B(041)の左 の前ライン上の画素である。
[0066] 連続性評価結果フィードバックモジュール 043は、周辺画素 A(037), B(041)をもとに レベル差を計測し、連続性の評価を行い、規定回数以上、同一レベル差が連続する 場合は細かい量子化テーブル（図 12Aに示す第 1の逆量子化テーブル)を使用する ように制御信号 044を出力する。
[0067] 圧縮時と同様に、連続性の評価をどのような回数で判断するかについては、画質 劣化が目立つ前に細かい逆量子化テーブルに切り替えた方が良いので、画像サイ ズと比較して小さい方が望ましい。例えば、横方向が 720画素のような画像では、長さ 6画素の横方向の線状の画質劣化が生じると、人の目に検知されやすいので、それ 以下の値 (本実施形態では 4画素処理分）に設定されて!、る。
[0068] 図 13は図 11に示した連続性評価結果フィードバックモジュール 043の動作を説明 するフローチャートである。図 13のステップ S061では、レベル差 B— Aと前回レベル差 を比較する。ステップ S062では、レベル差 B— Aと前回レベル差が同じかを判定する。 同じでなければ、ステップ S063で同一値連続カウンタに 1をセットしてステップ S065に 進む。また同じであれば、ステップ S064に進み、ステップ S064において同一値連続力 ゥンタに 1加算を行う。ステップ S065では、同一値連続カウンタが 4以上かを判定する 。カウンタの値力 以上であれば、ステップ S066に進み、ステップ S066において、細か い量子化ステップの逆量子化テーブルを示す制御信号" 000"を送信して処理を終了 する。またカウンタの値力 以上でなければ、ステップ S067に進み、ステップ S067にお いては、制御を周辺レベル差検出モジュール 045に移管して処理を終了する。
[0069] 上記したように制御信号 044は、細か 、量子化ステップを示す制御信号" 000"か、 あるいは再度どの逆量子化テーブルを使用するかを決定するために周辺レベル差 検出モジュール 045を作動させることを示す制御信号を示すものである。
[0070] 周辺レベル差決定モジュール 045は、周辺画素のレベル差の和の絶対値を算出し 、これを閾値と比較することで、どの逆量子化テーブルを使うかを決定する。決定後、 制御信号 046を送信する。すなわち、制御信号 046は、下記のような制御信号を送信 する。
[0071] 制御信号 000：細か 、量子ィ匕ステップの逆量子化テーブルの使用時に送信
制御信号 001：普通の量子化ステップの逆量子化テーブルの使用時に送信 制御信号 010： ¾ 、量子化ステップの逆量子化テーブルの使用時に送信 図 14は図 11に示した周辺レベル差決定モジュール 045の動作を説明するフローチ ヤートである。図 14のステップ S071では、レベル差 D— C、レベル差 C— B、レベル差 B A、レベル差 B— Eの各絶対値の和である Ndsubを算出する。ステップ S072では Nds ubが 15以下であるかを判定する。 Ndsubが 15以下であれば、ステップ S073に進み、ス テツプ S073にお!/、て細力 、量子化ステップの逆量子化テーブルを示す制御信号" 00 0"を送信して処理を終了する。 [0072] また Ndsubが 15以下でなければ、ステップ S074に進み、ステップ S074において Ndsu bが 128以上であるかを判定する。 Ndsubが 128以上でなければ、ステップ S075に進み 、ステップ S075にお 、て普通の量子化ステップの逆量子化テーブルを示す制御信号 "001 "を送信して処理を終了する。また Ndsubが 128以上であれば、ステップ S076に進 み、ステップ S076にお 、て粗 、量子化ステップの逆量子化テーブルを示す制御信号 "010"を送信して処理を終了する。 Ndsubを判定する閾値をどのような値にするかに ついては 15や 128という値に限るものではないこと、またどのような範囲の値が望まし V、かにつ 、ては、圧縮処理に関し上述したのと同様である。
[0073] なお、本実施形態では制御信号として 3ビットの制御信号 (000), (001), (010)を対応 付けて!/、るが、異なる量子化ステップの逆量子化テーブルを指示できるものであれば このような形式の制御信号でなくても構わな 、。また逆量子化テーブルも上記のよう な細かい、粗い、普通の量子化ステップの逆量子化テーブルに限らず、さらに細分し て 4つ以上の逆量子化テーブルを備えること、または、細かい、粗い、の 2種類の逆 量子化テーブルを備えるだけでもよぐ要は 2種類以上の逆量子化テーブルを、上述 した画像データ圧縮装置側の量子化テーブルに対応して備えて 、れば良!、。
[0074] 次に量子化表切り替えモジュール 047は、 2つの制御信号 044,046に従って逆量子 化表を切り替える制御信号を逆量子化器 033に出力する。予測器 048は、周辺画素 A (037)、 B(041)、 C(040)をもとに復元対象画素 Xの予測値 X'を算出する。
[0075] 図 15Aは、本発明の実施形態に係る画像データの復元 (復号化)装置の動作を説 明するためのフローチャートである。図 15Bは、図 15Aにおけるステップ S028におけ る"ローカルデコーダ"の処理を説明するフローチャートである。図 15Aおよび図 15B にお 、てはステップを Sと略記する。
[0076] 図 15Aにおけるステップの説明に入る前に本例では全画像データ分について処理 が終了するまでループすることを前提として 、ることに注意された 、。
S021：符号データ 031を逆符号化器 032に入力し、量子化番号を出力する。
S022 :連続性評価結果フィードバックモジュール 043で、周辺画素 A(037), B(041)をも とにレベル差を計測し、連続性の評価を行い、規定回数以上同一レベル差が連続す る場合は細かい逆量子化テーブルを使用する制御信号 044を量子化表切り替えモジ ユール 047に出力する。そうでない場合は、 S023に進む。
5023：周辺レベル差検出モジュール 045で周辺レベル差の絶対値の和を検出し、周 辺レベル差の絶対値の和を評価して逆量子化テーブルを決定する制御信号 046を 量子化表切り替えモジュール 047に出力する。
5024：予測器 048で復元対象画素の予測値 X，を算出する。
5025：量子化番号を量子化表切り替えモジュール 047で決定された逆量子化テープ ルに入力し、予測誤差量子化値を算出する。
5026：予測値と予測誤差量子化値を加算する。
5027： S026の加算結果を復元画像データとする。
S028 :次の画素を復元するために、周辺画素 A(037), B(041), C(040)と予測用 1ライン 分バッファ 038を更新（ローカルデコーダ）する。
5029：周辺画素 B(041)を次の復元対象画素の周辺画素 E(042)として代入する。
5030：周辺画素 C(040)を次の復元対象画素の周辺画素 B(041)として代入する。 S031 :周辺画素 D(039)を次の復元対象画素の周辺画素 C(040)として代入する。
5032：予測用 1ライン分バッファ 038から次の復元対象画素の周辺画素 D(039)を取得 する。
5033：周辺画素 A(037)を予測用 1ライン分バッファ 038に代入する。
S034:予測誤差量子化値と予測値を加算し、次の復元対象画素の周辺画素 A(037)と して代入する。
[0077] 図 16は、本発明の実施形態に係る画像データの復元装置のシステム構成を示す 機能ブロック図であり、上記で説明した内容を機能化してブロックで表現したものであ る。図 16において本発明の実施形態に係る画像データの復元装置は、上述した画 像データの圧縮装置の出力である圧縮データ 202を復元処理部 210に入力し、復元 処理部 210では、まず入力された画像データ 202を図 11の逆符号化器 032に相当す る逆符号化処理部 211に入力し、逆符号化処理部 211から量子化番号を得て、この 量子化番号を逆量子化器 033に相当する逆量子化処理部 212に入力する。
[0078] 評価部 212の、図 11の連続性評価結果フィードバックモジュール 043に相当する連 続性評価部 213は復元対象画素に係る 2つの特定周辺画素のレベル差が連続して V、るかを評価し、規定回数以上同一レベル差が連続する場合には細カ^、逆量子化 テーブル 218を使用するための制御信号を生成する。また評価部 212の、周辺レベル 差検出モジュール 045に相当する周辺評価部 214が復元対象画素の予測値を算出 する画素の周辺の画素を含めたそれぞれ 2つの周辺画素のレベル差の絶対値の和 を検出するとともに、レベル差と利用すべき量子化テーブルの情報とを対応付けて管 理するレベル差テーブル 215を参照して周辺レベル差の絶対値の和を評価してどの レベルの逆量子化テーブル 218を使用するかの制御信号を切替処理部 216にそれぞ れ入力する。
[0079] 量子化表切り替えモジュール 047に相当する切替処理部 216では、入力された制御 信号に基づいて逆量子化テーブル 218の切り替えを逆量子化処理部 217に指示し、 逆量子化処理部 217では逆量子化テーブル 218を切り替えて、切り替えた量子化テ 一ブル 218を用いて予測誤差量子化値を算出し、予測処理部 219に入力する。予測 処理部 219では予測器が予測した復元対象画素の予測値と切り替えた量子化テー ブル 218を用いて算出した予測誤差量子化値とを加算して復元画素値を得るとともに これを蓄積して復元 (画像)データ 204を得るものである。
[0080] 上述の図 16に示した画像データの復元装置における処理は、コンピュータ上で実 現できることはいうまでもない。その場合コンピュータのハードウェア資源としては図 示していないが各種レジスタ、 ALUを含む演算装置、 RAM、 ROM、 I/Oなどが用 いられる。また上述した各モジュール、予測器、逆量子化テーブルを含む逆量子化 器、逆符号器などを 1チップ LSI化して画像データの復元装置として上述した特性の 異なる 2種類の画像データを扱う各種アプリケーションに利用可能である。
[0081] 以上のように、圧縮側と同じように、復元側でも逆量子化テーブルを切り替えること により、画像データを復元することが可能である。
産業上の利用可能性
[0082] 本発明の画像データ圧縮装置および画像データ復元装置は、 1チップ LSI化され て所望のアプリケーション機器に搭載可能で、例えばカーナビを含む車内映像デー タ伝送システムや各種アミューズメント (ゲーム、アニメなど)機器への適用が考えられ る。一例として車内映像データ伝送システムでは、リア側にもディスプレイが設置され 、フロント側とは異なる映像を鑑賞できることが望まれる。そのため、フロント側に実装 された映像データ処理装置で処理した画像データを圧縮してリア側に伝送し、リア側 ではそれを復元して画像データを表示する。画像データを中継する場合には各中継 点で圧縮、復元が繰り返されることになる。

Claims

請求の範囲
[1] 圧縮対象画素の画素レベル値を予測する予測器を備えた画像圧縮装置にぉ ヽて 画像データを圧縮する際、前記圧縮対象画素が属する行とその前の行に存在する 圧縮済みの画素レベル値を少なくとも 1ライン分保持する画素保持手段と、
前記 2つの行に係る前記圧縮済みの画素のうち特定画素間のレベル差の同一性を 評価して量子化表切り替え手段に制御信号を送出する特定画素レベル差評価手段 または、
前記圧縮対象画素の周辺の画素レベル差の絶対値の和を評価して量子化表切り替 え手段に制御信号を送出する絶対値和評価手段の少なくともいずれかと、
前記特定画素レベル差評価手段または前記絶対値和評価手段のいずれかから出 力される制御信号に基づいて量子化表の切り替えを指示する量子化表切り替え手 段と、
前記量子化表切り替え手段からの指示に基づいて異なる量子化ステップを有する 複数の量子化表のいずれかを選択して量子化を行う量子化手段と、
を備えることを特徴とする画像圧縮装置。
[2] 前記特定画素レベル差評価手段は、前記特定画素として前記圧縮対象画素の直 前の圧縮済みの画素および前ラインで前記画素の直上の画素を設定し、前記特定 画素間のレベル差が所定回数以上連続して同じ値が出現する場合には、前記量子 化手段で用いる量子化表を、より細か!、量子化ステップで量子化する量子化表に切 り替える制御信号を前記量子化表切り替え手段に送出することを特徴とする請求項 1 に記載の画像圧縮装置。
[3] 前記特定画素レベル差評価手段は、前記特定画素における同一レベル差が連続 して出現したことをカウントするカウンタを備えたことを特徴とする請求項 1に記載の画 像圧縮装置。
[4] 前記絶対値和評価手段は、前記圧縮対象画素の周辺の画素レベル差の絶対値の 和があらかじめ設定された閾値より小さい場合には前記量子化手段をより細かい量 子化ステップで量子化する量子化表に切り替える制御信号を前記量子化表切り替え 手段に送出し、また前記閾値より大きい場合には前記量子化手段をより粗い量子化 ステップで量子化する量子化表に切り替える制御信号を前記量子化表切り替え手段 に送出することを特徴とする請求項 1に記載の画像圧縮装置。
[5] 前記量子化手段は、前記制御信号により選択される量子化ステップの細かさが異 なる 2種類以上の量子化表を備えることを特徴とする請求項 1に記載の画像圧縮装 置。
[6] 圧縮対象画素の画素レベル値を予測する予測器を備えた画像圧縮装置にお!ヽて 実行される方法であって、
画像データを圧縮する際、前記圧縮対象画素が属する行とその前の行に存在する 圧縮済みの画素レベル値を保持する過程と、
前記圧縮済みの画素レベル値をもとに前記 2つの行間の特定画素間のレベル差に おいて同じ値がどの様に出現しているかで量子化誤差の有無を判断し量子化器に おいて使用する量子化表の切り替えを指示する制御信号を生成する過程または、 前記圧縮対象画素の周辺の画素レベル差の絶対値の和を算出し周辺画素のレべ ル差の和の大小で前記圧縮対象画素が平坦な画像か活性度の多い画像かを判断 し前記量子化器において使用する量子化表の切り替えを指示する制御信号を生成 する過程の少なくとも 、ずれかの過程と、
前記制御信号に基づいて前記量子化表の切り替えを指示し、該指示に基づいて 異なる量子化ステップを有する複数の量子化表のいずれかを選択して量子化を行う 過程と、
を含むことを特徴とする画像圧縮方法。
[7] 圧縮対象画素の画素レベル値を予測しながら画像圧縮を行うためのプログラムで あって、コンピュータに、
画像データを圧縮する際、前記圧縮対象画素が属する行とその前の行に存在する 圧縮済みの画素レベル値を少なくとも 1ライン分保持する画素保持手段、
前記 2つの行に係る前記圧縮済みの画素のうち特定画素間のレベル差の同一性を 評価して量子化表切り替え手段に制御信号を送出する特定画素レベル差評価手段 または、前記圧縮対象画素の周辺の画素レベル差の絶対値の和を評価して量子化 表切り替え手段に制御信号を送出する絶対値和評価手段の少なくともいずれか、 前記特定画素レベル差評価手段または前記絶対値和評価手段のいずれかから出 力される制御信号に基づいて量子化表の切り替えを指示する量子化表切り替え手 段、
前記量子化表切り替え手段からの指示に基づいて異なる量子化ステップを有する 複数の量子化表のいずれかを選択して量子化を行う量子化手段、
として機能させるためのプログラム。
[8] 圧縮対象画素の画素レベル値を予測する予測器を備えた画像圧縮装置で圧縮さ れた画像データを復元する画像復元装置にお！ヽて、
画像データを復元する際、復元対象画素が属する行とその前の行に存在する復元 済みの画素レベル値を少なくとも 1ライン分保持する画素保持手段と、
前記 2つの行に係る前記復元済みの画素のうち特定画素間のレベル差の同一性を 評価して量子化表切り替え手段に制御信号を送出する特定画素レベル差評価手段 または、
前記復元対象画素の周辺の画素レベル差の絶対値の和を評価して量子化表切り替 え手段に制御信号を送出する絶対値和評価手段の少なくともいずれかと、
前記特定画素レベル差評価手段または前記絶対値和評価手段のいずれかから出 力される制御信号に基づいて逆量子化表の切り替えを指示する量子化表切り替え 手段と、
前記量子化表切り替え手段からの指示に基づいて異なる量子化ステップを有する 複数の逆量子化表のいずれかを選択して逆量子化を行う逆量子化手段と、 を備えることを特徴とする画像復元装置。
[9] 前記特定画素レベル差評価手段は、前記特定画素として前記復元対象画素の直 前の復元済みの画素および前ラインで前記画素の直上の画素を設定し、前記特定 画素間のレベル差が所定回数以上連続して同じ値が出現する場合には、前記逆量 子化手段で用いる量子化表を、より細か!、量子化ステップで逆量子化する逆量子化 表に切り替える制御信号を前記量子化表切り替え手段に送出することを特徴とする 請求項 8に記載の画像復元装置。
[10] 前記絶対値和評価手段は、前記復元対象画素の周辺の画素レベル差の絶対値の 和があらかじめ設定された閾値より小さい場合には前記逆量子化手段をより細かい 量子化ステップで逆量子化する逆量子化表に切り替える制御信号を前記量子化表 切り替え手段に送出し、また前記閾値より大きい場合には前記逆量子化手段をより 粗い量子化ステップで逆量子化する逆量子化表に切り替える制御信号を前記量子 化表切り替え手段に送出することを特徴とする請求項 8に記載の画像復元装置。
[11] 前記逆量子化手段は、前記制御信号により選択される量子化ステップの細かさが 異なる 2種類以上の逆量子化表を備えることを特徴とする請求項 8に記載の画像復 元装置。
[12] 圧縮対象画素の画素レベル値を予測する予測器を備えた画像圧縮装置で圧縮さ れた画像データを復元する画像復元装置において実行される方法であって、 画像データを復元する際、復元対象画素が属する行とその前の行に存在する復元 済みの画素レベル値を少なくとも 1ライン分保持する過程と、
前記 2つの行に係る前記復元済みの画素のうち特定画素間のレベル差の同一性を 評価して量子化表切り替え手段に制御信号を送出する過程または、
前記復元対象画素の周辺の画素レベル差の絶対値の和を評価して量子化表切り替 え手段に制御信号を送出する過程の少なくともいずれかと、
前記特定画素間のレベル差の同一性を評価する過程または前記絶対値和を評価 する過程の!/、ずれかから出力される制御信号に基づ!/、て逆量子化表の切り替えを 指示する過程と、
前記指示に基づ 、て異なる量子化ステップを有する複数の逆量子化表の 、ずれ かを選択して逆量子化を行う過程と、
を含むことを特徴とする画像復元方法。
[13] 圧縮対象画素の画素レベル値を予測する予測器を備えた画像データ圧縮装置で 圧縮された画像データを復元するためのプログラムであって、コンピュータに、 画像データを復元する際、復元対象画素が属する行とその前の行に存在する復元 済みの画素レベル値を少なくとも 1ライン分保持する画素保持手段、
前記 2つの行に係る前記復元済みの画素のうち特定画素間のレベル差の同一性を 評価して量子化表切り替え手段に制御信号を送出する特定画素レベル差評価手段 または、前記復元対象画素の周辺の画素レベル差の絶対値の和を評価して量子化 表切り替え手段に制御信号を送出する絶対値和評価手段の少なくともいずれか、 前記特定画素レベル差評価手段または前記絶対値和評価手段のいずれかから出 力される制御信号に基づいて逆量子化表の切り替えを指示する量子化表切り替え 手段、
前記量子化表切り替え手段からの指示に基づいて異なる量子化ステップを有する 複数の逆量子化表のいずれかを選択して逆量子化を行う逆量子化手段、 として機能させるためのプログラム。
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