JP2007189276A - Image compression apparatus and image compression program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は画像圧縮装置及び画像圧縮プログラムに係り、特にイントラ予測により画像を圧縮する画像圧縮装置及び画像圧縮プログラムに関する。 The present invention relates to an image compression apparatus and an image compression program, and more particularly to an image compression apparatus and an image compression program that compress an image by intra prediction.
デジタル画像を圧縮符号化するための画像圧縮手法の中で近傍画素との相関により圧縮を行うイントラ予測(面内予測)という手法がある(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。例として図4を用いてMPEG AVC/H.264(以下H.264)でのイントラ予測について説明する。イントラ予測では、被イントラ予測対象ブロック内の4×4の画素a〜pに対して、被イントラ予測対象ブロックに隣接する周辺画素(以下、近傍画素又は隣接画素ともいう)A〜Mの値を用いて予測画面を作成する。
Among image compression methods for compressing and encoding digital images, there is a method called intra prediction (in-plane prediction) in which compression is performed based on correlation with neighboring pixels (see, for example,
H.264では図4に101〜109で示すように、規格によってモード(mode)0〜モード8までの9種類のイントラ予測モードが規定されている。例えば、モード0の場合、図4に101で示すように、被イントラ予測対象ブロック内の1列目の画素a,e,i,mの予測値を周辺画素Aを用いて生成し、2列目の画素b,f,j,nの予測値を周辺画素Bを用いて生成し、3列目の画素c,g,k,oの予測値を周辺画素Cを用いて生成し、4列目の画素d,h,l,pの予測値を周辺画素Dを用いて生成するモードである。
In H.264, as indicated by 101 to 109 in FIG. 4, nine types of intra prediction modes from
そして、イントラ予測方法では、これら9種類のモードで生成したそれぞれの予測画像(予測値)と、対象となる原画像との残差を計算し、これが最終的に符号化したときに符号量の少ないイントラ予測モードを選択する。残差成分は直交変換、量子化などが施され、選択されたモード番号と共に符号化される。復号化は逆直交変換、逆量子化などで残差成分を抽出し、モード番号から予測画像を生成し、差分を加えて元の画像を再現する。 In the intra prediction method, the residual between each predicted image (predicted value) generated in these nine modes and the target original image is calculated, and when this is finally encoded, the code amount is calculated. Select fewer intra prediction modes. The residual component is subjected to orthogonal transformation, quantization, etc., and is encoded together with the selected mode number. In decoding, residual components are extracted by inverse orthogonal transform, inverse quantization, etc., a predicted image is generated from the mode number, and the difference is added to reproduce the original image.
しかるに、MPEG AVC/H.264に代表されるような画像圧縮方法を採用した従来の画像圧縮装置では、近傍画素(周辺画素)との相関により圧縮を行うイントラ予測(画内予測)において、規格上で用意されているすべての予測モードに対して評価を行い、予測モードを決定した場合、演算量は膨大となる。 However, in a conventional image compression apparatus that employs an image compression method represented by MPEG AVC / H.264, a standard is used in intra prediction (intra-picture prediction) in which compression is performed based on correlation with neighboring pixels (peripheral pixels). When all the prediction modes prepared above are evaluated and the prediction mode is determined, the amount of calculation becomes enormous.
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、効果的に予測モードを絞り込み、画質劣化を最低限に抑えつつ演算量を低減し得る画像圧縮装置及び画像圧縮プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide an image compression apparatus and an image compression program capable of effectively narrowing down prediction modes and reducing the amount of computation while minimizing image quality degradation. .
上記の目的を達成するため、第1の発明は、所定画素数のブロック単位で、デジタル画像をイントラ予測モードに対応したブロックの近傍画素との相関により圧縮を行うイントラ予測による画像圧縮装置であって、デジタル画像の入力時に、規格で定められたN個(Nは2以上の自然数)のイントラ予測モードのうち、デジタル画像の所定画素数のブロック単位で、各ブロック内の画像情報に応じてM個(MはN未満の自然数)のイントラ予測モードを予測モード候補として絞り込む予測モード絞込み手段と、ブロックの最終的に決定されたイントラ予測モードを記憶する記憶手段と、予測モード絞込み手段により絞り込まれた、予測対象のブロックのM個の予測モード候補と、記憶手段から読み出した予測対象のブロックの周辺ブロックのイントラ予測モードとから、予測モード候補を決定する予測モード候補決定手段と、予測モード候補決定手段により決定された予測モード候補を、予測モード絞込み手段に入力されるデジタル画像の予測対象のブロックの情報に基づいて評価を行い、最終的な予測モードを決定すると共にその予測モードを記憶手段に記憶する予測モード評価手段とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is an image compression apparatus based on intra prediction that compresses a digital image by correlation with neighboring pixels of a block corresponding to an intra prediction mode in units of a predetermined number of pixels. Of the N (N is a natural number greater than or equal to 2) intra prediction modes defined by the standard when a digital image is input, in units of blocks of a predetermined number of pixels of the digital image according to the image information in each block The prediction mode narrowing-down means for narrowing down M (M is a natural number less than N) intra prediction modes as prediction mode candidates, the storage means for storing the finally determined intra prediction mode of the block, and the prediction mode narrowing-down means. M prediction mode candidates of the block to be predicted, and the peripheral blocks of the block to be predicted read from the storage means Prediction mode candidate determination means for determining a prediction mode candidate from the intra prediction mode, and prediction mode candidates determined by the prediction mode candidate determination means for the prediction target block information of the digital image input to the prediction mode narrowing means And a prediction mode evaluation means for determining the final prediction mode and storing the prediction mode in the storage means.
また、上記の目的を達成するため、第2の発明は、所定画素数のブロック単位で、デジタル画像をイントラ予測モードに対応したブロックの近傍画素との相関により圧縮を行うイントラ予測による画像圧縮を、コンピュータにより実行させる画像圧縮プログラムであって、コンピュータを第1の発明の各手段として機能させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the second invention performs image compression by intra prediction in which a digital image is compressed in correlation with a neighboring pixel of a block corresponding to the intra prediction mode in units of a predetermined number of pixels. An image compression program executed by a computer, wherein the computer functions as each means of the first invention.
第1及び第2の発明では、規格で定められたN個のイントラ予測モードのうち、デジタル画像の所定画素数のブロック単位で、各ブロック内の画像情報に応じてM個のイントラ予測モードを予測モード候補として絞り込み、更に、そのM個のイントラ予測モード候補を、記憶手段から読み出した予測対象のブロックの周辺ブロックのイントラ予測モードとから、予測モード候補を決定するようにしたため、予測モード候補をより一層絞り込むことができる。 In the first and second inventions, among the N intra prediction modes determined by the standard, M intra prediction modes are set in units of blocks of a predetermined number of pixels of a digital image according to image information in each block. As the prediction mode candidates are further narrowed down, and the M intra prediction mode candidates are determined from the intra prediction modes of the peripheral blocks of the prediction target block read from the storage unit, the prediction mode candidates are determined. Can be further narrowed down.
本発明によれば、各ブロック内の画像情報に応じてM個のイントラ予測モードを予測モード候補として絞り込み、更に、そのM個のイントラ予測モード候補を、予測対象のブロックの周辺ブロックのイントラ予測モードから、予測モード候補を決定することにより、予測モード候補をより一層絞り込むようにしたため、予測モードの評価を行う予測モード候補の数を極力少なくすることにより、最終的に予測モード候補から予測モードを評価して決定する演算量を大幅に削減することができ、画質劣化が少なく、かつ、全体の演算量を抑えた画像圧縮が可能となる。 According to the present invention, the M intra prediction modes are narrowed down as prediction mode candidates according to the image information in each block, and the M intra prediction mode candidates are further converted into intra predictions of the peripheral blocks of the prediction target block. Since the prediction mode candidates are further narrowed down by determining the prediction mode candidates from the mode, the prediction mode candidates are finally determined from the prediction mode candidates by reducing the number of prediction mode candidates to be evaluated as much as possible. It is possible to greatly reduce the amount of calculation determined by evaluating the above, to reduce image quality, and to perform image compression with a reduced amount of calculation.
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図1は本発明になる画像圧縮装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図において、圧縮対象のデジタル画像信号である原画像信号は、予測モード絞込み手段11に供給され、ここでイントラ予測で使用可能な例えば全部で9種類のイントラ予測モードのうち、原画像信号に基づいて9未満の数に絞り込まれたイントラ予測モード候補を生成すると共に、予測モード絞込み手段11をそのまま経由して予測モード評価手段12に供給される。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of an image compression apparatus according to the present invention. In the figure, an original image signal which is a digital image signal to be compressed is supplied to a prediction mode narrowing-down means 11, and for example, out of a total of nine types of intra prediction modes that can be used in intra prediction, Based on this, intra prediction mode candidates narrowed down to a number of less than 9 are generated and supplied to the prediction mode evaluation means 12 via the prediction mode narrowing means 11 as they are.
予測モード絞込み手段11によるイントラ予測モードの絞込みの具体的手法としては、前記特許文献1等に開示されている公知の方法を用いることができる。このイントラ予測モード絞込み方法について、図2を用いて説明する。対象となる被イントラ予測対象ブロック内の縦方向4画素、横方向4画素の各画素に対して、図2(A)に示すように、左右方向の隣接画素同士の差分(相関)を計算し、その総和を求める。同様に、図2(B)に示すように、上下方向の隣接画素同士の差分(相関)を計算し、その総和を求める。
As a specific method of narrowing down the intra prediction mode by the prediction mode narrowing means 11, a known method disclosed in the above-mentioned
そして、それら計算した2つの総和のうちの小さい方、すなわち相関が高い方をイントラ予測モード候補とする。例えば、左右方向の総和が上下方向の総和よりも小さければ、上下方向の近傍画素との相関を利用する図4のモード0を候補から除外する。一方、上下方向の総和が左右方向の総和よりも小さければ、左右方向の近傍画素との相関を利用する図4のモード1を候補から除外する。
The smaller one of the two calculated sums, that is, the higher correlation is set as the intra prediction mode candidate. For example, if the sum in the left-right direction is smaller than the sum in the vertical direction,
続いて、予測モード絞込み手段11は、上記と同様に、対象となる被イントラ予測対象ブロック内の縦方向4画素、横方向4画素の各画素に対して、図2(C)に示すように、右斜め方向の隣接画素同士の差分(相関)を計算し、その総和を求め、また、図2(D)に示すように、左斜め方向の隣接画素同士の差分(相関)を計算し、その総和を求めた後、総和の小さい方をイントラ予測モード候補とする。例えば、右斜め方向の総和が左斜め方向の総和よりも小さければ、左斜め方向の近傍画素との相関を利用する図4のモード4を候補から除外する。一方、左斜め方向の総和が右斜め方向の総和よりも小さければ、右斜め方向の近傍画素との相関を利用する図4のモード3を候補から除外する。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the prediction mode narrowing-down means 11 is similar to the above for each pixel of 4 pixels in the vertical direction and 4 pixels in the horizontal direction in the target intra prediction target block. The difference (correlation) between adjacent pixels in the diagonally right direction is calculated, the sum is obtained, and the difference (correlation) between adjacent pixels in the diagonally left direction is calculated as shown in FIG. After the sum is obtained, the smaller sum is determined as an intra prediction mode candidate. For example, if the sum in the diagonally right direction is smaller than the sum in the diagonally left direction,
図4のモード5からモード8に対しては、その方向性からモード0とモード3が選ばれた場合はモード7を候補とし、それ以外を除外するなどの方法で候補を絞り込むことができる。これらの方法により正確な評価を予測モード評価手段12で行う前に予め予測モード候補を絞っておく。
For
本実施の形態では、更に予測モード絞込み手段11によって絞り込まれたイントラ予測モード候補を、予測モード候補決定手段13が周辺ブロック予測モード記憶手段14によって記憶された周辺ブロック予測モード情報に基づいて、更に予測モード候補を絞り込む。具体的には、予測モード候補決定手段13は、予測モード絞込み手段11によって、例えば、対象となる被イントラ予測対象ブロックにおいてモード0とモード3が予測モード候補に絞り込まれており、かつ、周辺ブロック予測モード記憶手段14からの被イントラ予測対象ブロックの周辺ブロックの予測モードがすべてモード0だった場合は、被イントラ予測対象ブロックがモード0の可能性が極めて高いので、モード3を候補から外して、予測モード候補をモード0に決定する処理を行う。
In the present embodiment, the intra prediction mode candidates further narrowed down by the prediction mode narrowing means 11 are further selected based on the peripheral block prediction mode information stored in the peripheral block prediction mode storage means 14 by the prediction mode candidate determining means 13. Narrow down prediction mode candidates. Specifically, the prediction mode
また、予測モード候補決定手段13は、予測モード絞込み手段11によって、例えば、対象となる被イントラ予測対象ブロックにおいてモード0とモード3が予測モード候補に絞り込まれており、かつ、周辺ブロック予測モード記憶手段14からの被イントラ予測対象ブロックの周辺ブロックの予測モードがすべてモード5だった場合は、被イントラ予測対象ブロックがモード5である可能性が高いため、モード0とモード3を予測モード候補から外して、予測モード候補をモード5に決定する処理を行う。
Further, the prediction mode candidate determination means 13 has narrowed down the
図1の予測モード評価手段12は、入力された原画像信号に対して、予測モード候補決定手段13により決定された予測モード候補を使用して、予測モードの評価を行い、最終的にイントラ予測モードを決定する。具体的には、まず、予測モード候補決定手段13により決定された予測モード候補による予測画像のそれぞれについて、予測画像と原画像信号との差分信号を求める。ここで、「予測画像」とは、周辺画素の値だけを用いて生成した4×4画素の画像であって、例えば、図4に101で示すモード0が予測モード候補の場合、その予測画像は、周辺画素A、B、C、Dの値だけを用いて生成した画像であり、周辺画素A〜Dの各値を例えば、A=10、B=20、C=30、D=40とすると、予測画像は図3(A)に示す4×4画素の画像となる。
The prediction
また、図4に105で示すモード4が予測モード候補の場合、その予測画像は、周辺画素A、B、C、I、E、F、Gの値だけを用いて生成した4×4画素の画像であり、それら周辺画素の各値を例えば、A=10、B=20、C=30、I=50、E=60、F=70、G=80とすると、予測画像は図3(B)に示す4×4画素の画像となる。
In addition, when the
ここで、原画像信号が、例えば図3(C)に示す4×4画素の画像であるものとすると、図3(A)に示したモード0の予測画像との差分を求めると、その差分信号は図3(D)に示す4×4画素の画像となる。また、原画像信号と図3(B)に示したモード4の予測画像との差分を求めると、その差分信号は図3(E)に示す4×4画素の画像となる。
Here, assuming that the original image signal is, for example, an image of 4 × 4 pixels shown in FIG. 3C, the difference from the predicted image of
続いて、図1の予測モード評価手段12は、得られた上記の各差分信号に対して直交変換を行って得られた直交変換成分の総和を求め、その直交変換成分の総和を比較し、最も総和の小さな予測画像の予測モード候補を、最終的にイントラ予測モードとして決定する。上記の図3の例ではモード4の方が原画像に「似ている」としてイントラ予測モードとして決定される。
Subsequently, the prediction
なお、予測モード評価手段12は、予測モード候補決定手段13により決定された予測モード候補が一つしかない場合は、その予測モード候補をイントラ予測符号化に使用するイントラ予測モードとして決定する。
In addition, when there is only one prediction mode candidate determined by the prediction mode
予測モード評価手段12により決定されたイントラ予測モードは、周辺ブロック予測モード記憶手段14に供給されて記憶される一方、決定されたイントラ予測モードとその予測画像等の予測結果が、次段の符号化部へ出力される。
The intra prediction mode determined by the prediction
このように、本実施の形態によれば、予測モード絞込み手段11で予測モードとしてはありえないモードを外して絞り込むことで予測モード候補となったモードに対して、更に被イントラ予測対象ブロックの周辺ブロック(これは既に評価が決定しているブロック)の予測モード情報を適応的に考慮し、更にモードの絞込みを行うことによって、演算量をより一層抑えることができる。 As described above, according to the present embodiment, the prediction mode narrowing-down means 11 further eliminates the mode that is not possible as the prediction mode and narrows down the mode that has become the prediction mode candidate, thereby further surrounding blocks of the intra prediction target block. The amount of calculation can be further reduced by adaptively considering the prediction mode information (this is a block whose evaluation has already been determined) and further narrowing down the modes.
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、上記の実施の形態に、周辺ブロックの予測モードによる対象予測モードの絞り込みを行うかどうかを選択できる機能を付加し、画面サイズの変更など演算量を抑えたい場合と、そうでない場合で絞り込み機能を選択するような構成とするようにしてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and for example, a function that can select whether or not to narrow down the target prediction mode by the prediction mode of the surrounding blocks is added to the above embodiment, You may make it the structure which selects a narrowing-down function by the case where it is desired to suppress the amount of calculations, such as a change of screen size, and the case where it is not so.
また、本発明は、コンピュータを、図1の各手段11〜14として機能させるためのコンピュータプログラムも包含するものである。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録されてコンピュータに取り込まれてもよいし、ネットワークを介して配信されてコンピュータに取り込まれてもよく、更には、ファームウェアとして装置内に組み込まれていてもよい。
The present invention also includes a computer program for causing a computer to function as each of the
11 予測モード絞込み手段
12 予測モード評価手段
13 予測モード候補決定手段
14 周辺ブロック予測モード記憶手段
11 Prediction mode narrowing-down means 12 Prediction mode evaluation means 13 Prediction mode candidate determination means 14 Neighboring block prediction mode storage means
Claims (2)
前記デジタル画像の入力時に、規格で定められたN個(Nは2以上の自然数)のイントラ予測モードのうち、前記デジタル画像の前記所定画素数のブロック単位で、各ブロック内の画像情報に応じてM個(MはN未満の自然数)のイントラ予測モードを予測モード候補として絞り込む予測モード絞込み手段と、
前記ブロックの最終的に決定されたイントラ予測モードを記憶する記憶手段と、
前記予測モード絞込み手段により絞り込まれた、予測対象のブロックのM個の前記予測モード候補と、前記記憶手段から読み出した前記予測対象のブロックの周辺ブロックのイントラ予測モードとから、予測モード候補を決定する予測モード候補決定手段と、
前記予測モード候補決定手段により決定された予測モード候補を、前記予測モード絞込み手段に入力される前記デジタル画像の前記予測対象のブロックの情報に基づいて評価を行い、最終的な予測モードを決定すると共に、その予測モードを前記記憶手段に記憶する予測モード評価手段と
を有することを特徴とする画像圧縮装置。 An image compression apparatus based on intra prediction that compresses a digital image in correlation with a neighboring pixel of the block corresponding to the intra prediction mode in units of a predetermined number of pixels,
Of the N intra prediction modes defined in the standard (N is a natural number of 2 or more), the digital image is input according to the image information in each block in units of the predetermined number of pixels of the digital image. Prediction mode narrowing means for narrowing M (M is a natural number less than N) intra prediction modes as prediction mode candidates;
Storage means for storing the finally determined intra prediction mode of the block;
A prediction mode candidate is determined from the M prediction mode candidates of the prediction target block narrowed down by the prediction mode narrowing means and the intra prediction modes of the peripheral blocks of the prediction target block read from the storage means. Prediction mode candidate determination means for
The prediction mode candidate determined by the prediction mode candidate determination unit is evaluated based on information on the prediction target block of the digital image input to the prediction mode narrowing unit, and a final prediction mode is determined. And an prediction mode evaluation unit that stores the prediction mode in the storage unit.
前記コンピュータを、
前記デジタル画像の入力時に、規格で定められたN個(Nは2以上の自然数)のイントラ予測モードのうち、前記デジタル画像の前記所定画素数のブロック単位で、各ブロック内の画像情報に応じてM個(MはN未満の自然数)のイントラ予測モードを予測モード候補として絞り込む予測モード絞込み手段と、
前記ブロックの最終的に決定されたイントラ予測モードを記憶する記憶手段と、
前記予測モード絞込み手段により絞り込まれた、予測対象のブロックのM個の前記予測モード候補と、前記記憶手段から読み出した前記予測対象のブロックの周辺ブロックのイントラ予測モードとから、予測モード候補を決定する予測モード候補決定手段と、
前記予測モード候補決定手段により決定された予測モード候補を、前記予測モード絞込み手段に入力される前記デジタル画像の前記予測対象のブロックの情報に基づいて評価を行い、最終的な予測モードを決定すると共にその予測モードを前記記憶手段に記憶する予測モード評価手段と
して機能させることを特徴とする画像圧縮プログラム。
An image compression program for causing a computer to execute image compression based on intra prediction in which a digital image is compressed in correlation with a neighboring pixel of the block corresponding to the intra prediction mode in units of a predetermined number of pixels,
The computer,
Of the N intra prediction modes defined in the standard (N is a natural number of 2 or more), the digital image is input according to the image information in each block in units of the predetermined number of pixels of the digital image. Prediction mode narrowing means for narrowing M (M is a natural number less than N) intra prediction modes as prediction mode candidates;
Storage means for storing the finally determined intra prediction mode of the block;
A prediction mode candidate is determined from the M prediction mode candidates of the prediction target block narrowed down by the prediction mode narrowing means and the intra prediction modes of the peripheral blocks of the prediction target block read from the storage means. Prediction mode candidate determination means for
The prediction mode candidate determined by the prediction mode candidate determination unit is evaluated based on information on the prediction target block of the digital image input to the prediction mode narrowing unit, and a final prediction mode is determined. And an image compression program that causes the prediction mode to function as a prediction mode evaluation unit that stores the prediction mode in the storage unit.
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