JP2010183401A - 画像符号化装置および、その方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の画像符号化方式と互換性を持たせたままで、回路規模、メモリ容量、メモリバンド幅を殆ど増加させずに高ビット精度の画像符号化を実現する。
【解決手段】標本値入力部１０１から入力される標本値は、量子化条件生成部２０３に入力されて、その標本値に対する量子化条件（最低値Ｍ、量子化幅Ｑ）が求められる。入力された標本値は減算器２０１において、量子化条件生成部２０３で生成される最低値Ｍを減算される。最低値Ｍを減算された標本値は、量子化部２０２において、量子化条件生成部２０３で生成される量子化幅Ｑに従って量子化されて出力部から出力される。また量子化されたデータは逆量子化部２０６で伸張され、加算器２０５で最低値Ｍを加算されて標本値に復元される。
【選択図】図２

Description

本発明は、入力される画像や音声の標本値をフレームメモリに蓄積する際、当該フレームメモリに適したビット精度に圧縮することで、画像または音声の符号化効率を向上させる画像符号化装置および、その方法に関する。

近年、デジタル信号処理技術の進歩と低コスト化に伴い、アナログ信号で入力される画像信号や音声信号を、所定のサンプリング周期で標本化し、デジタル信号として処理するようになってきている。この標本化した結果、得られるデジタル信号は、所定のビット精度を持つ標本値に変換されて扱われる。例えば標準方式のＴＶ信号の輝度信号は、サンプリング周期が１３．５ＭＨｚで標本化され、各画素を８ビットのビット精度を有する標本値に変換して扱われる。また、このような画像信号は、通常一旦フレームメモリに記憶され、その後必要に応じてフレームメモリから読み出され、高画質化処理や画像符号化処理を実施される。

しかしながら、ＴＶ放送の高精細化等により、単位時間当たりに上記フレームメモリに入力される標本値の数が大幅に増加してきているため、前述の入力標本値を記憶するフレームメモリも非常に高速で、しかも大容量である必要がある。このため処理の装置化には、より高性能な高コストのフレームメモリが必要となる。またソフトウエアで処理する場合についても、プロセッサとフレームメモリとのアクセス量が大きくなるため、処理が遅くなってしまうという課題が発生する。

また画像符号化処理においては、ＭＰＥＧ符号化のように標本値を水平１６画素、垂直１６画素からなるブロック単位で圧縮する方法が広く用いられている。この場合、上記フレームメモリと、１６個の標本値が１単位でアクセスすることになるが、１個の標本値が有するビット精度が２のべき乗で無い場合には、１６個の標本値の総ビット数が２のべき乗でなくなる。例えば１個の標本値のビット精度が１０ビットの場合には、１６個の標本値の総ビット数は１６０ビットとなり、フレームメモリの１ワードが１６ビットの場合には、１０ワードとなる。しかし、高速にＤＲＡＭとデータをやり取りするためには、８ワードの倍数単位である必要がある。そのため、上記１０ワードの読み出しには、１６ワードのアクセスを必要としてしまう。このため画像符号化の処理が遅くなってしまう。更に高速化のため、ＤＲＡＭを追加して１ワードを３２ビットで扱う場合には、２つのＤＲＡＭが必要になるため回路コストが大幅に上がることになる。

以上の課題に対し特許文献１では、図６のように、まずイメージセンサ６０１からの入力をＡＤ変換部６０２で標本値に変換し、ＤＰＣＭ部６０３で差分符号化（以下、ＤＰＣＭ；Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎと称す。）を用いて圧縮し、メモリ６０４に記憶する。次にメモリ６０４から読み出したデータをＤＰＣＭ部６０３で再び標本値に復号し、これを画像符号化部６０５で圧縮してから記録メディア６０６に記録する。ここで、図６ではＤＰＣＭを用いているが、入力標本値をリアルタイムで圧縮するために、簡単な構成で高速に圧縮できる方式が必要なためである。

次に、図７に特許文献１のＤＰＣＭの構成を示す。標本値入力部７０１から入力される標本値は、減算器７０２で予測器７０３から出力される予測値を減算されて予測誤差に変換される。予測誤差は量子化部７０４で所定の量子化幅で量子化されて出力部７０５から出力される。また量子化された予測誤差は、逆量子化部７０６で逆変換されて、加算器７０７で予測値を加算されて、標本値に復号され、予測器７０３に入力される。予測器７０３では標本値入力部７０１から入力される次の標本値に対する予測値を生成する。ここで予測器は入力標本値の直前の標本値を利用することも可能である。画像や音声の標本値は、当該標本値と近接する標本値とほぼ同じ値を取るため、近接する標本値を予測値として減算することによって、通常はその予測誤差は標本値よりも小さくなる。この小さくなった予測誤差を量子化することによって標本値の圧縮が可能となる。

このような構成によって、入力標本値をメモリに記憶する際に、ＤＰＣＭを用いて標本値を圧縮し、メモリの容量、アクセス速度を低減することができる。
特許第３０３４５５２号公報

しかしながら、図６および、図７の従来の方式で用いるＤＰＣＭでは、標本値と予測値の差分値（予測誤差）を用いるが、この差分処理によって予測誤差は入力される標本値の２倍のダイナミックレンジを有することになる。例えば入力標本値、予測値がそれぞれ８ビットの正数で表されるとき、入力標本値よりも予測値が大きいと、それらの差分値（予測誤差）が負の値になるため、９ビットのダイナミックレンジが必要となる。このため、変化の大きい画像や音声では、予測誤差の値が入力標本値よりも大きな値となり、圧縮が困難になる。また大きな予測誤差を量子化で無理に圧縮すると量子化による歪みが大きくなり、画質劣化を招くという問題がある。

本発明は、上記課題を考慮し、ＤＰＣＭと同様に簡単な構成でありながら、圧縮による歪みを小さくする画像符号化装置、およびその方法を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明は、連続して入力される標本値の符号化を行う画像符号化装置であって、前記標本値を第１のビット精度を有する第１標本値に圧縮する圧縮部と、前記第１標本値を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積される第１標本値を、前記圧縮部において圧縮される前のビット精度を有する標本値に伸張する伸張部と、前記伸張部において伸張して得られる標本値を、所定の方式で符号化を行う符号化部とを備えることを特徴としている。

また、本発明は、連続して入力される標本値の符号化を行う画像符号化装置であって、前記標本値のビット精度を検出するビット精度検出手段と、前記標本値を第１のビット精度を有する第１標本値に圧縮する圧縮部と、前記第１標本値を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された第１標本値を、前記圧縮部において圧縮される前のビット精度を有する標本値に伸張を行う伸張部と、前記ビット精度検出手段において検出したビット精度に応じて、前記伸張部から出力される標本値を、所定の方式で符号化を行う符号化部とを備える構成にしても構わない。

本発明は、入力される標本値のビット精度が、フレームメモリが効率的に扱えるビット数でない場合であっても、従来の符号化方式と、フレームメモリとの構成をほとんど変更することなく、画像符号化を行うことが可能となる効果を奏する。

本発明の実施の形態においては、連続して入力される標本値の符号化を行う画像符号化装置であって、前記標本値を第１のビット精度を有する第１標本値に圧縮する圧縮部と、前記第１標本値を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積される第１標本値を、前記圧縮部において圧縮される前のビット精度を有する標本値に伸張する伸張部と、前記伸張部において伸張して得られる標本値を、所定の方式で符号化を行う符号化部とを備えることを特徴としている。

これにより、入力される標本値のビット精度が、フレームメモリが効率的に扱えるビット数でない場合であっても、従来の符号化方式と、フレームメモリとの構成をほとんど変更することなく、画像符号化を行うことが可能となる効果を奏する。

また、連続して入力される標本値の符号化を行う画像符号化装置であって、前記標本値のビット精度を検出するビット精度検出手段と、前記標本値を第１のビット精度を有する第１標本値に圧縮する圧縮部と、前記第１標本値を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された第１標本値を、前記圧縮部において圧縮される前のビット精度を有する標本値に伸張を行う伸張部と、前記ビット精度検出手段において検出したビット精度に応じて、前記伸張部から出力される標本値を、所定の方式で符号化を行う符号化部とを備える構成にしても構わない。

これにより、入力される標本値のビット精度が、フレームメモリが効率的に扱えるビット数でない場合であっても、従来の符号化方式と、フレームメモリとの構成をほとんど変更することなく、入力されるビット精度に合わせた画像符号化を行うことが可能となる効果を奏する。

また、前記圧縮部は、量子化幅Ｑと、量子化する際の最低値Ｍとを基に、前記連続して入力される標本値の量子化を行う量子化手段と、前記連続して入力される標本値をＳ、当該Ｓ以外の前記連続して入力される標本値のうち既に圧縮された標本値から生成される当該Ｓに対する予測値をＰ、前記第１のビット精度をｎとする場合、当該Ｓと、当該Ｐと、当該ｎとに関する数式Ｍ≦Ｐ、かつ、数式Ｍ＋Ｑ×２ⁿ≧Ｓ を満たす前記Ｍと、前記Ｑとを生成する量子化条件生成手段とを備え、前記量子化手段で量子化された結果と、前記Ｑと前記Ｍとに関連する情報とを出力する構成にしても構わない。

これにより、量子化する際の最低値Ｍを、連続して入力される標本値から減算することで、量子化する差分値のダイナミックレンジが小さくなるため、同じビット数に量子化してもその誤差を小さくすることが可能となる効果を奏する。

また、前記量子化条件生成手段において生成される量子化幅Ｑは、複数の前記連続して入力される標本値を基に生成される構成にしても構わない。

これにより、複数の標本値に対してひとつの量子化幅Ｑを割り当てるため、１標本値当たりの量子化幅Ｑのデータ量を削減することが可能となる。これによって、メモリ占有量を低減することが可能となる効果を奏する。

また、前記量子化条件生成手段において生成されるＱは、２のべき乗である構成にしても構わない。

また、前記量子化条件生成手段において生成されるＱは、前記Ｍと、前記Ｓと、前記ｎとに関する数式Ｍ＋Ｑ×２ⁿ≧Ｓ を満たす最小の値である構成にしても構わない。

また、前記量子化条件生成手段において生成されるＭは、前記Ｐと、前記Ｑと、前記ｎとに関する数式Ｐ−Ｑ×２^n-1 を満たす構成にしても構わない。

また、前記量子化条件生成手段において生成されるＭは、前記Ｐと、前記Ｑと、前記ｎとに関する数式Ｐ−Ｑ×２^n-1 と、前記量子化手段において量子化を行う標本値が取り得る最小値とのうち、大きい値である構成にしても構わない。

また、前記量子化条件生成手段において生成されるＭは、前記Ｐと、前記Ｑと、前記ｎとに関する数式Ｐ−Ｑ×２^n-1 と前記量子化手段において量子化される標本値が取り得る最小値とのうち大きい値と、当該量子化される標本値が取り得る最大値に１を加えた値から、前記Ｑと、前記ｎに関する数式Ｑ×２ⁿ を減算した値とのうち、小さい値である構成にしても構わない。

また、前記量子化手段は、前記Ｑと、前記Ｍと、前記Ｓとを基に、数式（Ｓ−Ｍ）／Ｑを用いて算出される値を整数化したものを量子化値とする構成にしても構わない。

また、前記伸張部は、前記Ｍと、前記Ｑと、当該Ｍと当該Ｑとに関連する情報とを基に、伸張を行う構成にしても構わない。

以下、本発明の実施の形態に関して、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
（画像符号化装置１００について）
図１は、本発明の実施の形態１における画像符号化装置のブロック図を示す。本発明の画像符号化装置１００は、標本値入力部１０１、圧縮部１０２、フレームメモリ１０３、伸張部１０４、画像符号化部１０５で構成されている。なお、本発明の実施の形態１において、標本値入力部１０１において入力される標本値は、１０ビット精度を有するデータとし、圧縮部１０２は、１０ビット精度の標本値を、８標本値に圧縮を行う構成とする。

標本値入力部１０１は、標本値が入力可能となっている。入力される標本値は、どのようなビット精度を有するデータであっても良く、例えば、フレームメモリ１０３が効率的に動作可能なビット精度のデータや、１０ビット精度を有する標本値であっても構わない。

圧縮部１０２は、上記標本値入力部１０１から入力された標本値を、フレームメモリ１０３が効率的に動作可能なビット精度を有する標本値に量子化し、量子化された標本値と、量子化する際に必要となる量子化幅Ｑと、量子化する際に入力された標本値が取り得る最低値Ｍと、量子化幅Ｑと最低値Ｍとに関する情報であるクラス値Ｃとをフレームメモリ１０３に蓄積する。

フレームメモリ１０３は、圧縮部１０２において圧縮された標本値を一時蓄積する。本発明の実施の形態１においては、当該フレームメモリ１０３が効率的に動作するビット精度を８ビットとしているが、この構成に限定されるものではなく、１６ビット等どのようなものを用いても構わない。このフレームメモリ１０３は、ＤＲＡＭ（ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＤＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、または強誘電体メモリ等の蓄積可能な手段であれば良い。また、符号化画像の蓄積に特化したメモリであっても構わない。

伸張部１０４は、フレームメモリ１０３に蓄積されている標本値を読み出し、当該標本値を量子化する際に必要となった量子化幅Ｑと、最低値Ｍと、クラス値Ｃとを基に標本値入力部１０１から入力されたときのビット精度を有する標本値に伸張する。そして、伸張した標本値を画像符号化部１０５に出力する。

画像符号化部１０５は、伸張部１０４から出力された標本値を所定の符号化方式で符号化を行う。なお、所定の符号化方式は、例えばＭＰＥＧ２符合化規格や、Ｈ．２６４／ＡＶＣ規格等、画像符号化方式であればどのようなものを用いても構わない。

（圧縮部１０２について）
以下、圧縮部１０２の構成に関して、図面を参照しながら説明する。

図２は、圧縮部１０２のブロック図を示す。本実施の形態１における圧縮部１０２は、減算器２０１、量子化部２０２、量子化条件生成部２０３、予測器２０４、加算器２０５、逆量子化部２０６で構成されている。

減算器２０１は、標本値入力部１０１から入力される標本値から、量子化条件生成部２０３において生成される最低値Ｍを減算し、量子化部２０２に減算結果を出力する。

量子化部２０２は、減算器２０１から減算結果が入力されると、量子化条件生成部２０３で生成される最低値Ｍから量子化幅Ｑ毎に離散的に値を取る離散値に量子化される。なお、本発明の実施の形態１において、例えば、最低値Ｍが０であり、量子化幅Ｑが１とする場合、量子化後の標本値は０から２５５までの値で表現されることになる。

量子化条件生成部２０３は、標本値入力部１０１から入力される標本値と、予測器２０４から入力される当該標本値に対する予測値を用いて、量子化部２０２における最低値Ｍと量子化幅Ｑを算出する。また、決定された最低値Ｍ、量子化幅Ｑに関する情報をクラス値Ｃとして、量子化部２０２で量子化された標本値と共に出力する。このクラス値Ｃをフレームメモリ１０３に蓄積することによって、フレームメモリ１０３から圧縮された標本値を読み出した場合、その標本値に対応する最低値Ｍと、量子化幅Ｑとを再現することが可能となる。また図２の実施の形態では量子化値をそのまま圧縮データとして出力しているが、別のビット列に符号化して出力することも可能である。

予測器２０４は、加算器２０５から入力される過去に量子化された標本値を基に、現在入力されている標本値に対する予測値を生成する。

加算器２０５は、逆量子化部２０６から入力される逆量子化された標本値に、量子化条件生成部２０３において生成される最低値Ｍを加算し、加算結果を予測器２０４に出力する。

逆量子化部２０６は、量子化条件生成部２０３において生成された量子化幅Ｑを基に、量子化部２０２において量子化された標本値の逆量子化を行い、算出結果を加算器２０５に出力する。

（量子化条件生成部２０３について）
次に、量子化条件生成部２０３の処理について、図面を参照しながら説明する。

図３は、量子化条件生成部２０３の処理を示すフローチャートである。なお、本実施の形態１においては、標本値入力部１０１から入力される標本値をＳ、当該標本値に対して、予測器２０４において予測される予測値をＰとし、量子化後のビット数をｎとする。

まず、ステップ３０１において、処理の初期設定として、標本値の最大値をＨ、標本値の最小値をＬ、クラス値Ｃを０、量子化幅Ｑを１と設定し、ステップ３０２に進む。例えば、標本値が１０ビットで表される場合には、Ｈを１０２３、Ｌを０と設定することが可能である。また、クラス値Ｃを０、量子化幅Ｑを１と設定したが、この値に限定されるものではなく、どのような値を設定しても構わない。

次に、ステップ３０２では、予測値ＰからＱ×２^n-1を減算した値を最低値Ｍの初期値とし、ステップ３０３に進む。なお、ｎビットの量子化で表現できる範囲は、最低値Ｍ以上、Ｍ＋Ｑ×２ⁿ未満となる。

次に、ステップ３０３では、Ｍ＋Ｑ×２ⁿとＨとを比較し、当該Ｍ＋Ｑ×２ⁿによって算出される値が、Ｈ以上である場合、ステップ３０４に進む。Ｈよりも小さい場合は、ステップ３０５に進む。

次に、ステップ３０４では、ステップ３０３においてＭ＋Ｑ×２ⁿによって算出される値が、Ｈ以上であると判定されたため、つまり、圧縮部１０２が標本値を圧縮した後に取りうる値の最大値を超えているため、最低値ＭをＨ−Ｑ×２ⁿ＋１に置き換えステップ３０５に進む。

次に、ステップ３０５では、最低値ＭとＬを比較し、最低値ＭがＬより小さい場合は、ステップ３０６に進み、最低値ＭがＬ以上の場合は、ステップ３０７に進む。

次に、ステップ３０６では、ステップ３０５において、最低値ＭはＬより小さいと判定されたため、つまり、量子化可能範囲が標本値の最小値を下回っていることになるため、最低値Ｍの値をＬに置き換え、ステップ３０７に進む。

次に、ステップ３０７では、入力標本値Ｓが量子化可能範囲の最低値Ｍ以上、かつ、最大値のＭ＋Ｑ×２ⁿ未満の範囲にあるかどうかを判定し、範囲内である場合には、ステップ３０９に進む。そうではない場合は、ステップ３０８に進む。

次に、ステップ３０９では、ステップ３０７で判定される最低値Ｍと、量子化幅Ｑと、クラス値Ｃとを、量子化条件生成部２０３の結果として出力する。

一方、ステップ３０８では、入力標本値Ｓが量子化可能な範囲に入っていない場合には、クラス値Ｃに１加算し、量子化幅Ｑを２倍の値にした上で、再びステップ３０２から同じ処理を実行する。

以上の処理をステップ３０９から出力が可能となるまで、ステップ３０８で量子化幅を大きくしながら繰り返し、入力標本値を最小の誤差で量子化するための、量子化部２０２において量子化後に取りうる値の最低値Ｍと、量子化幅Ｑを生成することができる。ここで選択された量子化幅等をクラス値Ｃで代表してメモリに記憶する。さらに、図３ではステップ３０８で常に量子化幅を２倍ずつ変更させているが、クラス値Ｃ毎に任意の量子化幅を設定し、変更する構成にしても構わない。また、量子化条件生成処理は図３のステップの順番以外の方法も可能である。

本発明の実施の形態１によれば、標本値入力部１０１から連続して入力されるｍビット精度を持つ第１標本値を、圧縮部１０２において、ｎビット精度を持つ第２標本値に圧縮し、圧縮部１０２において圧縮して得られる第２標本値をフレームメモリ１０３に蓄積し、フレームメモリ１０３に蓄積される第２標本値を、伸張部１０４において第１標本値に伸張し、伸張部１０４において伸張して得られる第１標本値を、所定の方式で符号化を行うことを特徴としている。

これより、入力される標本値のビット精度が、フレームメモリが効率的に扱えるビット数でない場合であっても、従来の符号化方式と、フレームメモリとの構成をほとんど変更することなく、画像符号化を行うことが可能となる効果を奏する。

また、本発明の実施の形態１における圧縮部１０２のように、量子化値が取り得る最低値Ｍを、標本値入力部１０１から入力される標本値から減算することで、量子化する差分値のダイナミックレンジが小さくなるため、同じビット数に量子化してもその誤差を小さくすることが可能となる効果を奏する。

実施の形態１では上記のように、入力される標本値を予測値から得られる最低値を減算してから量子化する。ここで入力標本値が正値で表されるとすると、最低値を常に入力される標本値よりも小さい値に設定することによって、標本値の減算の結果は必ず正の値になり、しかも標本値よりも小さい値となる。つまり例えば入力標本値が１０ビットの場合には、減算結果も１０ビットで表される。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２について図面を参照しながら説明する。

本実施の形態２において、実施の形態１と異なる点は、圧縮部１０２における量子化条件生成部２０３の量子化条件生成処理を、複数の標本値単位で動作する構成にした点が異なる。

図４は、本実施の形態２における量子化条件生成処理を説明するフローチャートである。なお、図４では、連続する２つの輝度標本値と、青色差標本値、赤色差標本値の合計４つの隣接する標本値をひとつの単位として、量子化部２０２において取り得る最低値Ｍ、量子化幅Ｑおよび、クラス値Ｃを生成する。

まず、ステップ４０１では、標本値入力部１０１から２つの輝度標本値、青色差標本値と、赤色差標本値とが入力され、予測器２０４から当該青色差標本値と、赤色差標本値とに対する予測値が入力され、ステップ４０２に進む。

次に、ステップ４０２では、入力された上記４つの各標本値のそれぞれに対して、図３に示すステップ３０１からステップ３０９を行い、量子化幅Ｑを算出し、ステップ４０３に進む。

次に、ステップ４０３では、ステップ４０２で生成された４つの標本値のそれぞれから算出された量子化幅Ｑから、最大の量子化幅Ｑを選択し、これを上記４つの標本値に対する代表の量子化幅Ｑとし、ステップ４０４に進む。

次に、ステップ４０４では、ステップ４０３において算出された最大の量子化幅Ｑを基に、上記４つの各標本値に対して図３に示すステップ３０１から３０９を行い、当該最大の量子化幅Ｑに対応する最低値Ｍを算出する。このようにして得られた、４つの入力標本値に対するそれぞれの量子化幅Ｑと、最低値Ｍと、クラス値Ｃとをステップ４０５で出力する。

本実施の形態２においては、複数の標本値に対してひとつのクラス値Ｃを割り当てるため、１標本値当たりのクラス値Ｃのデータ量を削減することが可能となる。これによって、メモリ占有量を低減することが可能となる効果を奏する。

なお、任意の標本値、標本値数の組み合わせ毎に、クラス値Ｃを割り当てる構成にしても構わない。この構成により、例えば、輝度標本値、青色差標本値、赤色差標本値の歪みに対する人間の視覚感度が異なる等の場合であっても、各標本値の利用可能な量子化幅の組み合わせを定め、それをクラス値Ｃに対応させておくことにより、輝度標本値に対する量子化幅を青色差標本値、赤色差標本値に対する量子化幅に対して小さな値を設定することも可能となる効果を奏する。

なお、基本的に予測値は過去に標本値圧縮した復元値を用いるが、複数の標本値から同時に量子化幅等を決定する場合には、まだ復元できていない標本値を利用する構成にしても構わない。この構成では、標本値入力部１０１から入力される標本値を用いて、仮の予測値を生成して利用する動作となる。仮の予測値は、実際の復元値を用いた予測値に対して、量子化による誤差の影響で値が異なることになるが、この誤差の影響の最大値を考慮して、図３に示される量子化幅生成処理を実施することによって、画質劣化を殆ど発生せずに量子化幅Ｑを生成することが可能となる効果を奏する。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１および、実施の形態２と同様の構成を有する部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態３において、実施の形態１および、実施の形態２と相違する点は、標本値入力部１０１から入力される標本値のビット精度を検出するビット精度検出部と、当該ビット精度検出手段が検出したビット精度によって符号化方法を変更する画像符号化部とを備える点である。

図５は、実施の形態３における画像符号化装置のブロック図を示す。本実施の形態３における画像符号化装置は、ビット精度検出部５０１、画像符号化部５００を備える構成となっている。

ビット精度検出部５０１は、標本値入力部１０１から入力される標本値のビット精度を検出し、検出した結果を画像符号化部５００におけるビット精度予測誤差生成部５０２に出力する。なお、ビット精度の検出方法は単にビット精度を検出すれば良く、どのような方法を用いても構わない。

画像符号化部５００は、伸張部１０４から入力される伸張された標本値を、ビット精度検出部５０１において検出したビット精度に応じた符号化方法で画像符号化を行う。

（画像符号化部５００について）
以下、画像符号化部５００の構成に関して、図面を参照しながら説明する。なお、本説明においては、ビット精度検出部５０１においては、１０ビット精度の標本値が検出され、伸張部１０４から１０ビット精度を持つ標本値が入力されるものとする。

図５に示すように、本実施の形態３における画像符号化部５００は、ビット精度予測誤差生成部５０２、８ビット精度予測値生成部５０３、直交変換量子化部５０４、可変長符号化部５０５、逆量子化逆直交変換部５０６、８ビット精度復号値生成部５０７、８ビット精度メモリ５０８を備える構成となっている。

ビット精度予測誤差生成部５０２は、伸張部１０４から出力される標本値と、８ビット精度予測値生成部５０３で生成される同一ピクチャ内、または異なるピクチャの標本値の復号値から得られる８ビット精度の予測値との差分を算出し、当該伸張部１０４から入力される標本値に対する予測誤差を算出し、直交変換量子化部５０４に出力する。ビット精度予測誤差生成部５０２では、入力される標本値が１０ビットなのに対し、８ビット精度予測値生成部５０３で生成される予測値は８ビットであるため、それぞれの上位８ビットの桁位置を合わせて減算を行う。これによって予測誤差の上位８ビットは８ビットの入力標本値の場合と同じになり、下位２ビットが１０ビット精度の誤差値を表すことになる。

８ビット精度予測値生成部５０３は、８ビット精度メモリ５０８に蓄積される復号値を読出し、当該復号値を基にビット精度予測誤差生成部５０２に入力される標本値の予測値を算出し、ビット精度予測誤差生成部５０２と、８ビット精度復号値生成部５０７とに当該予測値の出力を行う。

直交変換量子化部５０４は、ビット精度予測誤差生成部５０２から出力される予測誤差を、直交変換後量子化し、可変長符号化部５０５と、逆量子化逆直交変換部５０６とに処理結果を出力する。

可変長符号化部５０５は、直交変換量子化部５０４から出力される量子化された予測誤差の可変長符号化を行う。なお、可変長符号化方式は、例えば、算術符号化や、適応符号化、ランレングス符号化または、ハフマン符号化等、どのような符号化方式を利用しても構わない。

逆量子化逆直交変換部５０６は、直交変換量子化部５０４から出力される量子化された予測誤差を逆量子化後逆直交変換し、８ビット精度復号値生成部５０７に出力する。

８ビット精度復号値生成部５０７は、逆量子化逆直交変換部５０６から出力される予測誤差と、８ビット精度予測値生成部５０３から出力される予測値とを加算して復号値に変換する。このように算出された復号値は、８ビット精度に丸められて８ビット精度メモリ５０８に蓄積され、それ以後の８ビット精度予測値生成部５０３における予測値生成に利用される。

８ビット精度メモリ５０８は、８ビット精度復号値生成部５０７から出力される復号値を蓄積する。

以上のような構成によって、１０ビット精度の画像符号化が効率的に実現できるが、画像符号化部５００における８ビット精度メモリ５０８は、８ビット精度の画像符号化の場合と同じ構成となる。このため回路規模、メモリ量を殆ど増加させずに８ビット精度の画像符号化装置を１０ビット精度に改善することが可能となる。特にＪＰＥＧ、ＭＰＥＧ、Ｈ．２６４等の画像符号化では１６標本値を圧縮の基本単位として処理するため、連続する１６標本値が高速メモリのアクセス単位の倍数となる必要がある。例えば１０ビット精度の１６標本値は２０バイトとなるため、１６バイトを基本アクセス単位とするメモリでは、１６×２＝３２バイトのアクセスが必要となり、非常に効率が悪くなる。これに対して、本画像符号化装置を用いることによって、入力標本値のビット数に関わらず、メモリへのアクセス単位（例えば１６バイト）に低減することが可能となるため、これまでの８ビット精度の標本値の場合と同じメモリ構成を利用できる効果を奏する。

なお、本発明においては、メモリに効率的にアクセス可能なビット精度が８ビットとしたため、圧縮部１０２においては８ビット精度のデータに圧縮し、画像符号化部５００においては８ビット精度で入力される標本値の処理を行っていたが、この構成に限定されるものではなく、メモリに対して効率的にアクセス可能なビット精度であれば、どのようなものを用いても構わない。

以上複数の実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明に用いる標本値圧縮方法、画像符号化方法の構成はこれら以外の構成による実施も可能である。また任意のビット精度の標本値への対応も可能であり、処理の一部のみを適用して簡略化した実装も可能である。更に本発明の処理をソフトウエアを用いたプロッセッサでの実現も可能であり、大規模集積回路の一部の機能として実装することも可能である。

本発明の画像符号化装置は、デジタルテレビ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルビデオレコーダなどに実装される装置等として有用であり、特に、すでに伝送方式が決定されている放送規格や記録方式が決定されている記録規格に対し、互換性を保ったまま高ビット精度の画像を伝送・記録したものを受信・再生するＡＶデータを記録するデジタルテレビ、デジタルビデオカメラ、デジタルビデオレコーダに実装される装置に適している。

実施の形態１の画像符号化装置のブロック図 実施の形態１の標本値圧縮部のブロック図 実施の形態１の量子化条件生成処理のフローチャート 実施の形態２の量子化条件生成処理のフローチャート 実施の形態３の画像符号化装置のブロック図 従来の画像符号化装置のブロック図 従来のＤＰＣＭのブロック図

１０１ 標本値入力部
１０２ 圧縮部
１０３ フレームメモリ
１０４ 伸張部
１０５ 実施の形態１における画像符号化部
２０１ 減算器
２０２ 量子化部
２０３ 量子化条件生成部
２０４ 予測器
２０５ 加算器
２０６ 逆量子化部
５００ 実施の形態３における画像符号化部
５０１ ビット精度検出部
５０２ ビット精度予測誤差生成部
５０３ ８ビット精度予測値生成部
５０４ 直交変換量子化部
５０５ 可変長符号化部
５０６ 逆量子化逆直交変換部
５０７ ８ビット精度復号値生成部
５０８ ８ビット精度メモリ
６０１ イメージセンサ
６０２ ＡＤ変換部
６０３ ＤＰＣＭ部
６０４ メモリ
６０５ 画像符号化部
６０６ 記録メディア
７０１ 標本値入力部
７０２ 減算器
７０３ 予測器
７０４ 量子化部
７０５ 出力部
７０６ 逆量子化部
７０７ 加算器

Claims (11)

1. 連続して入力される標本値の符号化を行う画像符号化装置であって、
   前記標本値を第１のビット精度を有する第１標本値に圧縮する圧縮部と、
   前記第１標本値を蓄積する蓄積部と、
   前記蓄積部に蓄積される第１標本値を、前記圧縮部において圧縮される前のビット精度を有する標本値に伸張する伸張部と、
   前記伸張部において伸張して得られる標本値を、所定の方式で符号化を行う符号化部と、
   を備える画像符号化装置。
2. 連続して入力される標本値の符号化を行う画像符号化装置であって、
   前記標本値のビット精度を検出するビット精度検出手段と、
   前記標本値を第１のビット精度を有する第１標本値に圧縮する圧縮部と、
   前記第１標本値を蓄積する蓄積部と、
   前記蓄積部に蓄積された第１標本値を、前記圧縮部において圧縮される前のビット精度を有する標本値に伸張を行う伸張部と、
   前記ビット精度検出手段において検出したビット精度に応じて、前記伸張部から出力される標本値を、所定の方式で符号化を行う符号化部と、
   を備える画像符号化装置。
3. 前記圧縮部は、量子化幅Ｑと、量子化する際の最低値Ｍとを基に、前記連続して入力される標本値の量子化を行う量子化手段と、
   前記連続して入力される標本値をＳ、当該Ｓ以外の前記連続して入力される標本値のうち既に圧縮された標本値から生成される当該Ｓに対する予測値をＰ、前記第１のビット精度をｎとする場合、当該Ｓと、当該Ｐと、当該ｎとに関する数式Ｍ≦Ｐ、かつ、数式Ｍ＋Ｑ×２ⁿ≧Ｓ を満たす前記Ｍと、前記Ｑとを生成する量子化条件生成手段と、
   を備え、前記量子化手段で量子化された結果と、前記Ｑと前記Ｍとに関連する情報とを出力することを特徴とする請求項１および、請求項２に記載の画像符号化装置。
4. 前記量子化条件生成手段において生成される量子化幅Ｑは、複数の前記連続して入力される標本値を基に生成されることを特徴とする請求項３に記載の画像符号化装置。
5. 前記量子化条件生成手段において生成されるＱは、２のべき乗であることを特徴とする請求項３に記載の画像符号化装置。
6. 前記量子化条件生成手段において生成されるＱは、前記Ｍと、前記Ｓと、前記ｎとに関する数式Ｍ＋Ｑ×２ⁿ≧Ｓ を満たす最小の値であることを特徴とする請求項５に記載の画像符号化装置。
7. 前記量子化条件生成手段において生成されるＭは、前記Ｐと、前記Ｑと、前記ｎとに関する数式Ｐ−Ｑ×２^n-1 を満たすことを特徴とする請求項３に記載の画像符号化装置。
8. 前記量子化条件生成手段において生成されるＭは、前記Ｐと、前記Ｑと、前記ｎとに関する数式Ｐ−Ｑ×２^n-1 と、前記量子化手段において量子化を行う標本値が取り得る最小値とのうち、大きい値であることを特徴とする請求項７に記載の画像符号化装置。
9. 前記量子化条件生成手段において生成されるＭは、前記Ｐと、前記Ｑと、前記ｎとに関する数式Ｐ−Ｑ×２^n-1 と前記量子化手段において量子化される標本値が取り得る最小値とのうち大きい値と、当該量子化される標本値が取り得る最大値に１を加えた値から、前記Ｑと、前記ｎに関する数式Ｑ×２ⁿ を減算した値とのうち、小さい値であることを特徴とする請求項８に記載の画像符号化装置。
10. 前記量子化手段は、前記Ｑと、前記Ｍと、前記Ｓとを基に、数式（Ｓ−Ｍ）／Ｑ を用いて算出される値を整数化したものを量子化値とすることを特徴とする請求項３に記載の画像符号化装置。
11. 前記伸張部は、前記Ｍと、前記Ｑと、当該Ｍと当該Ｑとに関連する情報とを基に、伸張を行うことを特徴とする請求項３に記載の画像符号化装置。

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