CN101828405A - 图像编码装置、图像解码装置、图像编码方法以及图像解码方法 - Google Patents

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Abstract

提供根据成为编码对象的4:4:4格式的影像信号的局部性质更好地去除信号相关性而进行高效的信息压缩的方法等。具备：信号分析部，针对属于第一区域的各颜色分量的信号，按照分割为第二区域的单位取得平均值，并且取得与第二区域对应的平均值分离信号；平均值信号编码部，对于由按照分割为第二区域的单位取得的平均值构成的平均值信号，针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地进行预测编码；以及平均值分离信号编码部，在针对按照分割为第二区域的单位取得的多个颜色分量的平均值分离信号，切换所准备的多个颜色分量之间的变换方法而实施了变换之后，与平均值信号编码部独立地进行编码，平均值分离信号编码部将对所选择的颜色分量之间的变换进行指示的信息作为编码数据的一部分而输出到比特流。

Description

图像编码装置、图像解码装置、图像编码方法以及图像解码方法
技术领域
本发明涉及图像压缩编码技术、压缩图像数据传送技术等中使用的图像信号编码装置、图像信号解码装置、图像信号编码方法以及图像信号解码方法。
背景技术
以往，在MPEG、ITU-T H.26x等国际标准影像编码方式中，主要将被称为4:2:0格式的标准化了的输入信号格式用作压缩处理对象信号。4:2:0是指如下格式：将RGB等彩色运动图像信号变换成亮度分量(Y)与两个色差分量(Cb、Cr)，并在水平/垂直中都将色差分量的采样数削减成亮度分量的一半。色差分量与亮度分量相比视觉辨认性降低，所以在MPEG-4AVC/H.264(以下，称为AVC)这样的国际标准影像编码方式(非专利文献1)中，前提是通过在这样进行编码之前进行色差分量的下采样(down sample)从而削减编码对象的原信息量。另一方面，在数字电影等的内容中，以在上映时正确地再现内容制作时的颜色表现为目的，推荐不用对色差分量进行下采样而通过与亮度分量相同的采样进行编码的4:4:4格式下的直接编码方式。作为适合于该目的的方式，有非专利文献2、非专利文献3那样的标准方式。图31示出4:2:0格式与4:4:4格式的差别。在该图中示出了如下情形：4:2:0格式由亮度(Y)/色差(Cb、Cr)信号构成，色差信号的1个采样相当于亮度信号的2×2采样，与此相对，4:4:4格式没有特别将表现颜色的颜色空间限定为Y、Cb、Cr，而是使各颜色分量的信号的采样比为1∶1。
非专利文献1：MPEG-4AVC(ISO/IEC 14496-10)/ITU-T H.264标准
非专利文献2：JPEG2000(ISO/IEC 15444)标准
非专利文献3：MPEG-4AVC(ISO/IEC 14496-10)/ITU-T H.264Amendment2
例如，在非专利文献3的4:4:4格式的编码中，如图32所示，首先，预先将成为编码对象的输入影像信号1001(4:4:4格式)直接或者通过颜色空间变换部1002变换到适合的颜色空间(Y、Cb、Cr等)，以宏块(16像素×16线(line)的矩形块)为单位，作为编码影像信号1003输入到预测部1004。在预测部1004中，在帧内/帧间预测宏块内的各颜色分量的图像信号，而得到预测误差信号1005。压缩部1006在对预测误差信号1005实施DCT(离散余弦变换)等变换处理而去除了信号相关性之后，进行量化而得到压缩数据1007。压缩数据1007通过可变长编码部1008被进行熵编码而作为比特流1009输出，并且被发送到局部解码部1010，得到解码预测误差信号1011。将其与预测误差信号1005的生成中使用的预测信号1012进行相加而得到解码信号1013。解码信号1013以生成用于以后的编码影像信号1003的预测信号1012为目的而被存储到存储器1014中。另外，为了得到预测信号1012而在预测部1004中所决定的预测信号生成用参数1015被送到可变长编码部1008，作为比特流1009而输出。此处，在预测信号生成用参数1015中，例如包括表示如何进行帧内的空间预测的帧内预测模式、表示帧间的运动量的运动矢量等。
4:4:4格式的影像信号包含有各颜色分量的同一数量的采样，与以往的4:2:0格式的影像信号相比，包括冗余的信息量。为了提高4:4:4格式的影像信号的压缩效率，需要针对以往的4:2:0格式的固定的颜色空间定义(Y、Cb、Cr)，进一步降低颜色分量之间的冗余长度。在非专利文献3的4:4:4格式的编码中，编码影像信号1003不依赖于信号的局部性的性质，而是通过特定的颜色空间变换处理统一地变换整个图像而得到的，在预测部1004、压缩部1006、可变长编码部1008中的任意一个中都不进行考虑了颜色分量之间的相关性去除的信号处理，所以不能说最大限度地去除了同一像素位置的颜色分量之间的信号相关性。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供根据成为编码对象的4:4:4格式的影像信号的局部性质更好地去除信号相关性而进行高效的信息压缩的方法，提供一种在对如上述以往技术中所述那样在4:4:4格式这样的颜色分量之间没有采样比的区别的运动图像信号进行编码时提高了最佳性的图像编码装置、图像解码装置、图像编码方法以及图像解码方法。
本发明所涉及的图像编码装置将由多个颜色分量构成的彩色图像作为输入，按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而生成比特流，该图像编码装置具备：信号分析部，针对属于上述第一区域的各颜色分量的信号，按照分割为第二区域的单位取得平均值，并且取得与上述第二区域对应的平均值分离信号；平均值信号编码部，对于由按照分割为上述第二区域的单位取得的平均值构成的平均值信号，针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地进行预测编码；以及平均值分离信号编码部，在针对按照分割为上述第二区域的单位取得的多个颜色分量的平均值分离信号，切换所准备的多个颜色分量之间的变换方法而实施了变换之后，与上述平均值信号编码部独立地进行编码，其中，上述平均值分离信号编码部将对所选择的颜色分量之间的变换进行指示的信息作为编码数据的一部分而输出到比特流。
根据本发明的图像编码装置、图像解码装置、图像编码方法以及图像解码方法，在进行不限于Y、Cb、Cr等固定的颜色空间而是利用各种各样的颜色空间的编码的情况下，可以适应性地去除在各颜色分量之间存在的局部性的信号相关性，即使在涉及各种颜色空间的定义的情况下也可以进行最佳的编码处理。
附图说明
图1是示出实施方式1中的图像编码装置的结构的说明图。
图2是示出信号分析部103的内部结构的说明图。
图3是示出N＝4的情况下的处理的例子的说明图。
图4是示出第一信号编码部106的内部结构的说明图。
图5是示出第二信号编码部107的内部结构的说明图。
图6是示出实施方式1中的比特流111的结构的说明图。
图7是示出实施方式1中的图像解码装置的结构的说明图。
图8是示出信号合成部205的内部结构的说明图。
图9是示出N＝4的情况下的处理的例子的说明图。
图10是示出第一信号解码部201的内部结构的说明图。
图11是示出第二信号解码部202的内部结构的说明图。
图12是示出实施方式1中的其它图像编码装置的结构的说明图。
图13是示出实施方式2中的图像编码装置的结构的说明图。
图14是示出C0分量编码部300的内部结构的说明图。
图15是示出AC信号生成部308的内部结构的说明图。
图16是示出C1分量编码部310的内部结构的说明图。
图17是示出DC预测部311的内部结构的说明图。
图18是示出实施方式2中的图像解码装置的结构的说明图。
图19是示出实施方式2中的比特流111的结构的说明图。
图20是示出C0分量解码部401的内部结构的说明图。
图21是示出C1分量解码部402的内部结构的说明图。
图22是示出实施方式3中的图像编码装置的结构的说明图。
图23是示出预测部500的内部结构的说明图。
图24是示出预测模式判定部522的内部结构的说明图。
图25是示出实施方式3中的比特流111的结构的说明图。
图26是示出实施方式3中的图像解码装置的结构的说明图。
图27是示出预测部601的内部结构的说明图。
图28是示出采样密度图案的说明图。
图29是示出采样密度图案的说明图。
图30是示出采样密度图案的说明图。
图31是示出4:2:0格式与4:4:4格式的差别的说明图。
图32是示出以往的4:4:4格式的编码的说明图。
具体实施方式
实施方式1
在本实施方式1中，说明针对各颜色分量按照分割成M×M像素的矩形区域的单位，使用帧内、帧间适应预测对以4:4:4格式输入的影像帧进行编码的编码装置以及对应的解码装置。
1.编码装置的动作概要
图1示出本实施方式1中的图像编码装置的结构。4:4:4格式的输入信号100由3个颜色分量C0、C1、C2的信号构成，在区域分割部101中，被分割成由C0、C1、C2分量的各M×M像素尺寸的矩形块构成的编码单位块102，并被依次输入到信号分析部103。图2示出信号分析部103的内部结构。在信号分析部103中，首先，在子块分割部112中，将编码单位块102按每个C0、C1、C2分量分割成N×N像素块(N＜M)，通过平均值计算部113求出N×N像素块的平均值104。接下来，通过平均值分离信号生成部114得到从N×N像素块的各像素中分离了平均值104的平均值分离信号105(N×N像素块)。图3中示出N＝4的情况下的处理的例子。平均值104作为以编码单位块102的虚线包围的4×4像素块的平均值而被算出。例如如果是M＝16，则由平均值104构成的图像数据由编码单位块的1/16的像素数构成。平均值分离信号105是从由编码单位块102的虚线包围的4×4像素块的各像素中减去对应的平均值104而得到的。由平均值104构成的(M/N)×(M/N)像素块通过第一信号编码部106被压缩编码，作为比特流108而被发送到多路复用部110。由平均值分离信号105构成的M×M像素块通过第二信号编码部107被压缩编码，作为比特流109而被发送到多路复用部110。多路复用部110合并比特流108与109而输出比特流111。
通过如上所述构成编码装置，具有以下效果。在HDTV(1920像素×1080线)等高清晰影像中，与构成图像内容的一定数量的像素的集合(例如影像中的人物等被摄体区域)相比，1个像素所占的面积的比例极其小。即，在N×N像素块与影像帧尺寸相比充分小的情况下，可以将在N×N像素块内作为图像图案(image pattern)而具有意义的信号汇总为其平均值(DC分量)。另一方面，从N×N像素块中分离了平均值的平均值分离信号(AC分量)形成表示N×N像素块内的图像图案的方向性的边缘等分量。但是，在N×N像素块与影像帧尺寸相比仍然充分小的情况下，在N×N像素块内已经不包括表示图像的图案结构的信息，反而成为噪声分量的比率高的信号。这样的相当于噪声分量的信息在进行以图像的图案结构的类似度为尺度的运动补偿预测、空间像素预测等时反而成为妨碍预测效率的主要原因。集合了与M×M像素块相应部分的N×N像素块的平均值(DC分量)而得到的DC图像由于在平均值计算处理过程中噪声分量被平滑化并去除，所以成为更好地表现图像图案的信号。即，可以说作为进行运动补偿预测、空间像素预测的信号而成为更适合的信号。另一方面，作为平均值分离信号的AC图像在N×N像素块的面积与影像帧尺寸全体相比充分小的情况下，不适于以图像的图案结构的类似度为依据的空间/时间方向的预测。因此，在本实施方式1的编码装置中，针对DC图像，进行以往技术中所述的使用了帧内/帧间的预测的编码，针对AC图像，在变换为在同一像素位置向特定的颜色分量的像素最大限度地集中功率的信号之后，不使用帧内/帧间的预测而进行编码。通过这样构成，可以高效地对HDTV(1920像素×1080线)等高清晰的4:4:4格式的影像信号进行编码。另外，作为其它的效果还具有如下效果：通过将帧内/帧间的预测处理限定于DC图像，成为预测处理对象的像素数变为1/{(M/N)×(M/N)}，可以削减预测处理中所需的运算、应存储到存储器中的预测参照数据数即存储量。
另外，在原来的影像帧尺寸是移动用途中使用的小画面的情况下，N×N像素块与影像帧尺寸相比占据相应的面积。即，平均值分离信号(AC分量)能够表现表示图像图案的方向性的边缘等分量。在RGB等各颜色分量在各自中保存图像的图案/结构等的信号中，同一空间位置的3个分量的N×N像素块在图像结构的观点上相互具有相关性。因此，各颜色分量的AC分量具有高的相关性，相关性去除的效果得到提高。
在图1中，第一信号编码部106进行由平均值104构成的DC图像的编码。图4示出第一信号编码部106的内部结构。在该图中，关于输入信号，以(M/N)×(M/N)像素块为单位输入由平均值104构成的输入DC图像。以下，设为K＝M/N。第一变换部115针对K×K像素块的各像素的3个颜色分量采样的组x，通过变换Ai实施去除颜色分量之间的相关性的变换，得到3采样的组y 116。
y＝Aix
此处，i表示变换的种类，设为可以利用一个或多个变换方法。例如，在该变换中，包括无变换(Ai是单位矩阵)、RG·→…变换、KLT(Karhunen Loeve变换：卡洛变换)等。在i取多个值、即可以利用多个变换的情况下，作为指定变换方法的第一变换处理指示信息128，为了对实际使用的变换Ai的i进行编码而发送到可变长编码部121，多路复用到比特流108。在本实施方式中，将对第一变换处理指示信息128进行编码的单位设为影像序列，通过第一信号编码部106的内部的信号处理而唯一地决定各颜色分量的采样被定义的信号空间，但也可以按照图片或片断、宏块等其它数据单位进行编码。
在预测部117中，在帧内/帧间预测K×K像素块内的各颜色分量的采样，得到预测误差信号118。压缩部119在对预测误差信号118实施DCT(离散余弦变换)等变换处理而去除了信号相关性之后，进行量化而得到DC压缩数据120。DC压缩数据120通过可变长编码部121被熵编码后作为比特流108而输出，并且被发送到局部解码部122，得到解码预测误差信号123。将其与预测误差信号118的生成中使用的预测信号124相加而得到DC解码信号125。DC解码信号125以生成用于以后的平均值104的预测信号124为目的而被存储到存储器126中。另外，为了得到预测信号124而在预测部117中决定的预测信号生成用参数127被发送到可变长编码部121，并作为比特流108而输出。此处，在预测信号生成用参数127中，例如包括表示如何进行帧内的空间预测的帧内预测模式、表示帧间的运动量的运动矢量等。
在图1中，第二信号编码部107进行由平均值分离信号105构成的AC图像的编码。图5示出第二信号编码部107的内部结构。在该图中，关于输入信号，以M×M像素块为单位输入由平均值分离信号105构成的输入AC图像。第二变换部129针对M×M像素块的各像素的3个颜色分量采样的组x′，通过变换Bj实施去除颜色分量之间的相关性的变换，得到3采样的组y′130。
y′＝Bjx′
此处，j表示变换的种类，设为可以利用一个或多个变换方法。在该变换中，使用预先针对几个信号图案进行了最优设计的多个KLT(Karhunen Loeve变换)的组。在第二变换部129中，从变换Bj中以各M×M像素块为单位，选择能够最佳地去除颜色分量方向的信号相关性的(向特定信号分量的功率集中度提高的)变换从而得到3采样的组y′130，并且将指定所使用的变换方法的索引j作为第二变换处理指示信息134而发送到可变长编码部133，多路复用到比特流109。在第二信号编码部107的内部，在针对平均值分离信号105的M×M像素块采样的处理中，不使用其它任何空间上/时间上的信号依赖性而进行编码，所以第二变换处理指示信息134可以按照M×M像素块(或者汇集了多个M×M像素块)的单位、或者影像帧的单位、或者影像序列的单位中的某一个单位来进行切换，进行比特流多路复用。
压缩部131在对3采样的组y′130实施DCT(离散余弦变换)等变换处理而去除了空间方向的信号相关性之后，进行量化而得到AC压缩数据132。在第一信号编码部106的压缩部119与第二信号编码部107的压缩部131中使用的量化方法/量化参数既可以相同，也可以使用不同的量化方法(例如标量量化与矢量量化、或者线性量化与非线性量化等)、不同的量化参数。AC压缩数据132通过可变长编码部133被熵编码后作为比特流109而输出。由于不进行空间/时间方向的预测，所以无需第一信号编码部106中存在的局部解码部122或者用于预测参照图像存储的存储器126等结构要素，而能够通过简单的结构来实现，除此以外也元需传送与预测信号生成用参数127相当的附加信息，所以还能抑制应传送的编码数据量。
在本实施方式1的编码装置中，作为比特流111的构造可以取各种结构(图6)。比特流111形成为序列等级(sequence level)的头信息150、影像帧(图片)等级的头信息151、图片的编码数据152的序列。在序列等级的头信息150中，包括影像帧的水平/垂直像素数、第一变换处理指示信息128、(在按照序列单位切换变换Bj的情况下)第二变换处理指示信息134等信息。在图片等级的头信息151中，包括(在按照图片单位切换变换Bj的情况下)第二变换处理指示信息134等信息。由于构成为上述第一信号编码部106与第二信号编码部107使作为输入单位的像素块在向编码装置输入的输入信号1001至1003的区域中占据同一区域(M×M像素块)，所以图片的编码数据152可以构成为将比特流108、109如图6的(a)所示按每个M×M像素块进行多路复用。另外，输入信号100与编码单位块102对应于以往的图32中的输入影像信号1001与编码影像信号1003。另外，由于第一信号编码部106与第二信号编码部107可以独立地进行编码处理，所以如果将第一信号编码部106的编码处理的成为单位的块尺寸设为M×M像素块，则对应的第二信号编码部107的编码数据对应于MN×MN像素块，所以还可以采用图8的(b)那样的比特流结构。进而，由第一信号编码部106编码的信号相当于向编码装置输入的输入信号1001至1003的缩小图像，所以也可以如图8的(c)所示，将作为该编码数据的比特流108汇总到比特流111的前半部分，接着将比特流109进行多路复用。比特流109由于不会对比特流108的解码造成影响，所以由此还具有如下效果：可以进行通过比特流108得到的仅DC图像的部分解码，从而仅对小画面的图像进行解码。
2.解码装置的动作概要
图7的解码装置接收从图1的编码装置输出的比特流111，以M×M像素块为单位进行解码处理，还原各个影像帧。在图7中，头解析/分离部200从比特流111中解码序列等级的头信息150、图片等级的头信息151等上位头信息，从按照图6的(a)～(c)等规定的规则排列的图片编码数据152中，分离出由第一信号编码部106生成的比特流108与由第二信号编码部107生成的比特流109，分别发送到第一信号解码部201、第二信号解码部202。
第一信号解码部201从比特流108中，以4:4:4格式得到由3个颜色分量C0、C1、C2的信号构成1个像素的、(M/N)×(M/N)像素块的DC解码信号203。第二信号解码部202从比特流109中，以4:4:4格式得到由3个颜色分量C0、C1、C2的信号构成1个像素的、M×M像素块的AC解码信号204。将它们输入到信号合成部205，得到M×M像素块的解码信号206。在信号合成部205中(图8)，将N×N像素块的平均值的解码值即DC解码信号203的各采样，通过加法部209针对每个N×N像素块与AC解码信号204的各采样进行相加，通过截取处理部210而与解码信号206的像素灰度对应地进行截取，输出解码信号206。N＝4的情况下的处理的例子如图9所示。例如如果是M＝16，则DC解码信号203由解码信号的1/16的像素数构成。由解码信号206的虚线包围的4×4像素块的各像素是将AC解码信号204的对应的位置的像素、与DC解码信号203的对应的平均值进行相加而得到的。M×M像素块的解码信号206在画面构成部207中被配置在影像帧上，得到解码影像帧208。
在图7中，第一信号解码部201进行DC图像的解码处理。图10示出第一信号解码部201的内部结构。可变长解码部211从比特流108中，提取出为了利用存储在存储器212中的DC解码信号125来生成预测信号124而使用的预测信号生成用参数127、和对预测误差信号进行压缩编码而得到的DC压缩数据120，并分别发送到预测部213和预测误差解码部122(与局部解码部122相同的动作)。在预测部213中，使用运动矢量、帧内预测模式等预测信号生成用参数127与存储在存储器212中的DC解码信号125，得到时间/空间方向的预测信号124。预测误差解码部122对DC压缩数据120进行逆量化，实施DCT(离散余弦变换)等的逆变换处理，得到解码预测误差信号123。将预测信号124与解码预测误差信号123相加得到DC解码信号125。DC解码信号125以生成用于以后的解码处理的预测信号124为目的而被存储在存储器212中。最后在第一逆变换部214中，对DC解码信号实施与在编码时由第一变换部115针对K×K像素块(K＝M/N)的各像素的3个颜色分量采样的组x进行的变换相逆的变换，得到最终的DC解码信号203。因此，第一逆变换部214参照第一变换处理指示信息128，确定在编码时所使用的变换的逆变换Ai -1。
在图7中，第二信号解码部202进行AC图像的解码处理。图11示出第二信号解码部202的内部结构。可变长解码部215从比特流109中，提取出对由C0、C1、C2的各颜色分量构成的AC图像信号进行压缩编码而得到的AC压缩数据132，并发送到解码部216。解码部216对AC压缩数据132进行逆量化，实施DCT(离散余弦变换)等的逆变换处理，得到AC解码信号217。最后在第二逆变换部218中，对AC解码信号217实施与在编码时由第二变换部129针对M×M像素块的各像素的3个颜色分量采样的组x′进行的变换相逆的变换，得到最终的AC解码信号204。因此，第二逆变换部218参照第二变换处理指示信息134，确定在编码时所使用的变换的逆变换Bj -1。在图11中，示出了以M×M像素块为单位从可变长解码部215中提取出第二变换处理指示信息134的结构，针对每个M×M像素块切换逆变换Bj -1来进行应用。当然也可以构成为按照图片、序列的等级来切换第二变换处理指示信息134。在预测误差解码部122与解码部216中使用的逆量化方法/量化参数可以相同，也可以使用不同的逆量化方法(例如标量量化与矢量量化、或者线性量化与非线性量化等)、不同的量化参数。量化参数通常在编码时以M×M像素块为单位被多路复用到比特流108、109，并由可变长解码部211以及215提取，在预测误差解码部122、解码部216中使用。
通过如上所述构成编码装置/解码装置，可以高效地对以任意的颜色空间定义的4:4:4格式的影像信号进行压缩编码。通过仅在降低了分辨率的DC图像区域中进行时间/空间方向的预测处理，具有如下效果：在HDTV等高分辨率影像中可以进行不容易受到噪声分量的影响而良好地适合于图像图案的预测，并且处理对象的像素数被削减而可以简化处理。另一方面，由于构成为针对AC图像不进行向空间/时间方向的预测而不利用与各颜色分量自身的周边的依赖关系，并且可以选择在去除颜色分量之间的相关性的方向上最佳的变换，所以能够根据AC分量的局部的信号的性质，始终提高向特定的颜色分量的信号功率集中度，能够进行高效的编码。
在本实施方式1的信号分析部103中，针对每个块将图像信号分离成DC分量与AC分量，但也可以构成为将其通过DCT、Wavelet(小波)变换等任意的频率变换方案来实现，分离应由第一信号编码部106编码的分量和应由第二信号编码部107编码的分量。例如，还可以采用如下结构：除了DCT变换后的DC系数以外，还通过第一信号编码部106对由几个低频区域的AC系数构成的信号进行编码，通过第二信号编码部107对剩余的构成频率比较高的分量的AC系数进行编码。
进而，在本实施方式1中，将DC分量视为原信号被缩小的DC图像，将一个DC采样视为1个像素，以K×K像素块的DC图像为单位进行了预测，但在帧内进行空间预测的情况下，也可以将其视为取出DC信号的单位的N×N像素块的各采样具有相同的DC值，参照分辨率与周边的原信号相同的像素来进行DC值的预测。在如上所述从原信号(M×M像素块)生成DC图像的情况下，根据N的值的取值方法，在帧内相邻的DC值的相关性变低，有可能无法得到充分的预测性能，但通过这样构成为按照分辨率与原信号相同的像素的等级来进行预测，可以进行将空间上的相关性的降低进行了抑制的预测。另一方面，在该方法中，需要以N×N块为单位来决定预测模式并进行编码，需要针对每个M×M像素块，对DC采样数量的预测模式信息进行编码。相对于此，在如上所述以DC图像(K×K像素块)为单位进行预测的情况下，针对每个M×M像素块仅有一个预测模式信息即可。因此，可以设计成：将这些方式根据预测模式信息的符号量与预测误差功率的平衡、还包括变换系数的符号量全体与局部解码引起的编码失真的平衡等而以编码单位块102为单位局部地进行切换、或者针对每个颜色分量改变其切换方法等的、与成为编码对象的信号的性质相应的各种预测方法。
另外，伴随着图像信号的非稳定性，根据编码单位块102的信号的性质而像本实施方式1那样始终将整个画面分离成DC分量与AC分量来进行编码时，还有可能导致编码效率的降低。为了避免该现象，例如也可以采用如下结构(图12)：在编码装置侧设置图32所示那样的以往的编码处理部，进行编码处理的切换。进行切换的开关(SW)219根据切换控制信号220决定将编码单位块102的信号发送到哪一个编码处理的路径。切换控制信号220例如在使用第一信号编码部106与第二信号编码部107进行了编码的情况、和通过以往的信号编码部20进行了编码的情况下，既可以控制成根据符号量与编码失真的平衡来选择在速率/失真测度的观点上最佳的编码方案，也可以控制成对编码单位块102的信号的性质/活动性(activity)进行解析，根据其结果来决定哪一个编码处理的路径适合。另外，为了确保与对由以往的信号编码部20编码的比特流进行解码的以往的解码装置之间的互换性，控制开关219使得始终生成仅由以往的信号编码部20编码的比特流，从而还可以输出可以由以往的解码装置进行解码处理的比特流。
另外，切换控制信号220按照规定的数据单位多路复用到比特流，由此可以在解码装置侧对其进行解码而利用，不用在解码装置侧进行在编码装置侧进行的用于切换控制的判定处理，而可以通过简单的结构对从图12的编码装置中输出的比特流进行解码。切换控制信号220既可以以编码单位块102的编码数据为单位进行多路复用，也可以按照片断、图片、序列这样的任意层次来进行多路复用。
实施方式2
在本实施方式2中，说明针对各颜色分量按照分割成M×M像素的矩形区域的单位，使用帧内、帧间适应预测对以4:4:4格式输入的影像帧进行编码的编码装置以及对应的解码装置。本实施方式2中的编码装置、解码装置与实施方式1同样地采用如下结构：将输入信号的各颜色分量的图像分离成DC分量与AC分量，对于DC分量，根据在各颜色分量内封闭的预测进行编码，对于AC分量，使用颜色分量之间的相关性进行预测。与实施方式1的不同点在于，首先，与其它分量独立地对成为基准的颜色分量的信号进行编码，对于其它颜色分量，利用基准颜色分量信号的编码中使用的预测模式信息、局部解码图像信号等来进行预测编码。
1.编码装置的动作概要
图13示出本实施方式2中的图像编码装置的结构。4:4:4格式的输入信号100由3个颜色分量C0、C1、C2的信号构成，在区域分割部101中，分割成由C0、C1、C2分量的各M×M像素尺寸的矩形块构成的编码单位块102。以下，将编码单位块102的结构要素即C0、C1、C2分量的各输入图像信号设为102a、102b、102c。设它们全部由M×M像素构成。
1.1基准颜色分量(C0分量)的编码处理
在本实施方式2的编码装置中，将C0分量102a设为基准颜色分量的信号。图14示出进行C0分量102a的编码的C0分量编码部300的结构。C0分量编码部300采用与以往的编码处理部20或实施方式1的第一信号编码部106类似的结构。首先，C0分量102a被输入到预测部117a，在帧内/帧间预测N×N像素块内的采样，得到预测误差信号301。另外，预测部117a是在作为第一信号编码部106的结构要素的预测部117中仅提取了进行C0分量的预测处理的部分的结构。压缩部119a在对预测误差信号301实施DCT(离散余弦变换)等变换处理而去除了信号相关性之后，进行量化而得到压缩数据302。压缩数据302通过可变长编码部121a被熵编码而作为比特流303输出，并且被发送到局部解码部122a，得到解码预测误差信号304。将其与预测误差信号301的生成中使用的预测信号305进行相加而得到解码信号306。解码信号306以生成用于以后的编码对象信号102a的预测信号305为目的而被存储到存储器126a中。另外，为了得到预测信号305而在预测部117a中决定的预测信号生成用参数307被发送到可变长编码部121a，并作为比特流303而输出。此处，在预测信号生成用参数307中，例如包括表示如何进行帧内的空间预测的帧内预测模式、表示帧间的运动量的运动矢量等。
另外，解码信号306被输入到AC信号生成部308，生成参照AC信号309。图15示出AC信号生成部308的内部结构。基本上可以通过沿用实施方式1中的信号分析部103的结构来实现，各内部要素仅进行信号分析部103中的C0信号的处理，平均值计算部113a不将其输出进行外部输出。从C0分量编码部300输出的预测信号生成用参数307用于C1、C2分量的DC信号的预测编码，参照AC信号309用于C1、C2分量的AC信号的预测编码(后述)。
1.2C1分量的编码处理
由C1分量编码部310进行C1分量的编码。其内部结构如图16所示。最初，C1分量102b通过C1分量信号分析部103b(在实施方式1中的信号分析部103的结构中，仅处理C1分量的部分)被分离成DC信号104b、AC信号105b。由DC预测部311预测DC信号104b，输出DC预测误差信号312。DC预测部311的内部结构如图17所示。DC预测部311预测针对每个原分辨率的N×N像素块分配了一个的DC信号104b。因此，首先在原分辨率预测图像生成部313中，根据预测信号生成用参数307(C0分量的N×N像素块的预测的结果得到的参数)与存储器126b上的原分辨率局部解码图像314，生成与如下N×N像素块位置的C1分量的信号对应的预测信号321，其中，该N×N像素块位置是在编码单位块102内与生成了预测信号生成用参数307的基准颜色分量C0的位置对应的位置。通过平均值计算部113b求出其平均值，并从DC信号104b中减去该平均值，得到DC预测误差信号312。DC预测误差信号312通过DC压缩部315被量化，作为DC压缩数据316而输出，它通过DC可变长编码部317被熵编码后多路复用到比特流318。另外，虽然未图示，但预测信号生成用参数307既可以直接利用，也可以修正成C1分量用来进行利用。例如，对于运动矢量的信息等，根据每个颜色分量的信号的性质来进行微调整而求出DC预测值，从而有时得到更好的预测结果。修正后的差分信息被发送到DC可变长编码部317，多路复用到比特流318即可。另外，DC压缩数据316通过DC局部解码部319而成为局部解码DC预测误差信号320，与在DC预测部311中为了得到DC预测误差信号312而使用的DC预测信号321相加而成为局部解码DC信号322。
另一方面，关于由C1分量信号分析部103b分离的C1分量的AC信号105b，在AC预测部323中将从基准颜色分量的C0分量编码部300输出的参照AC信号309作为预测值进行预测，得到AC预测误差信号324。AC预测误差信号324在由AC压缩部325实施DCT(离散余弦变换)等变换处理而去除了信号相关性之后，进行量化而得到AC压缩数据326。AC压缩数据326通过AC可变长编码部327被熵编码而作为比特流328输出，并且被发送到AC局部解码部329，得到局部解码AC预测误差信号330。将其与AC预测误差信号324的生成中使用的参照AC信号309进行相加而得到局部解码AC信号331。最后，在C1分量信号合成部205b(在信号合成部205中，仅处理C1分量的部分)中，局部解码AC信号331与局部解码DC信号322被相加，重构为原分辨率的解码信号332，并为了用于以后的编码对象信号102b的预测参照，而存储在存储器126b中。然后，C1分量多路复用部334按照规定的规则对比特流318、328进行多路复用而输出比特流333。
如上所述，对C1分量进行预测编码具有以下效果。最初，将输入信号分离为DC、AC分量的优点是如实施方式1所述，在本实施方式2中，对于分离了的DC信号，沿用成为基准的颜色分量即C0分量的预测的结果，或者通过其微调整，利用C1分量内的信号来进行预测。在RGB信号等中C0、C1、C2的各分量的纹理图案(texture pattern)的相关性较高，DC信号这样的信号功率大的分量作为决定颜色的结构的因子而发挥作用，与颜色分量之间相比，利用在自身的颜色分量内封闭的相关性时，可以期待更高的预测效率。另一方面，关于将图像的样子、边缘图案等要素进行表现的AC信号，由于期待颜色分量之间的高的相关性，所以通过利用这种情形，将基准颜色分量C0的局部解码信号用作预测值，从而得到高的预测效率。通过再利用或者微调整由C0分量决定的预测图像生成用参数307，来进行C1分量的DC信号的预测图像生成，所以无需对多余的附加信息进行编码。另外，对于AC信号，也利用与在解码侧完全还原的基准颜色分量的解码图像信号相同的信号来进行预测，所以无需传送特别的附加信息，就可以实现高效的编码。
1.3  C2分量的编码处理
可以通过基本与C1分量的编码处理等效的处理来实现C2分量的编码处理。该处理由C2分量编码部350进行，在其内部处理中，只是关于将输入信号分离成DC、AC信号的信号分析部使用C2分量用的信号分析部103c，且代替存储器126b而使用用于存储C2分量的局部解码图像的存储器126c，之后可以原样地利用C1分量编码部310的结构。
2.解码装置的动作概要
图18的解码装置接收从图13的编码装置输出的比特流361，以M×M像素块为单位进行解码处理，还原各个影像帧。比特流361的结构如图19所示。图片编码数据152由C0分量的编码数据、C1分量的DC、AC各编码数据、以及C2分量的DC、AC各编码数据构成。在图18中，头解析/分离部400从比特流361中解码序列等级的头信息150、图片等级的头信息151等上位头信息，从按照图19的规则排列的图片编码数据152中，分离由C0分量编码部300生成的比特流303、以及由C1分量编码部310生成的比特流333、由C2分量编码部350生成的比特流351，并分别发送到C0分量解码部401、C1分量解码部402、C2分量解码部403。
C0分量解码部401从比特流303中，得到M×M像素块的C0分量解码信号306。C1分量解码部402根据比特流333、从C0分量解码部输出的预测图像生成用参数307以及参照AC信号309，得到M×M像素块的C1分量解码信号(原分辨率的解码信号)332。C2分量解码部403根据比特流351、从C0分量解码部输出的预测图像生成用参数307以及参照AC信号309，得到M×M像素块的C2分量解码信号352。它们在画面构成部404中被配置在影像帧上，得到解码影像帧405。
2.1基准颜色分量(C0分量)的解码处理
图20示出C0分量解码部401的内部结构。可变长解码部406从比特流303中，提取出为了生成预测信号305而使用的预测信号生成用参数307、以及对预测误差信号进行压缩编码而得到的压缩数据302，并分别发送到预测部407、预测误差解码部408。在预测部407中，使用运动矢量、帧内预测模式等预测图像生成用参数307、以及存储在存储器212a(实施方式1中的存储器212中，仅存储C0分量的部分)中的C0分量解码信号306，得到时间/空间方向的预测信号305。预测误差解码部408对压缩数据302进行逆量化，实施DCT(离散余弦变换)等的逆变换处理，得到解码预测误差信号304。将预测信号305与预测误差信号304相加而得到C0分量解码信号306。C0分量解码信号306以生成用于以后的解码处理的预测信号305为目的而被存储到存储器212a中。另外，C0分量解码信号306被输入到AC信号生成部308，生成并输出参照AC信号309。
2.2  C1分量的解码处理
图21示出C1分量解码部402的内部结构。C1分量分离部409从比特流333中，分离对DC信号进行压缩编码而得到的比特流318和对AC信号进行压缩编码而得到的比特流328。比特流318被输入到DC可变长解码部410，输出DC压缩数据316。比特流328被输入到AC可变长解码部411，输出AC压缩数据326。关于比特流318与比特流328的区别，既可以向比特流333插入适合的同期代码来进行检测，也可以在C1分量分离部409中包含DC可变长解码部410、AC可变长解码部411的结构，按照DC、AC的顺序有序地进行可变长解码。
DC解码部319b(与DC局部解码部319动作相同)通过逆量化对DC压缩数据316进行解码而输出解码DC预测误差信号320b。DC预测部412是在DC预测部311的结构要素(图17)中仅去除了求出DC预测误差信号312的处理的结构，在原分辨率预测图像生成部313中，根据预测信号生成用参数307(C0分量的N×N像素块的预测的结果得到的参数)与存储器413上的原分辨率局部解码图像314，生成与如下N×N像素块位置的C1分量的信号对应的DC预测信号321，其中，该N×N像素块位置是在编码单位块102内与生成了预测信号生成用参数307的基准颜色分量C0的位置对应的位置。解码DC预测误差信号320b与DC预测信号321相加并进行截取处理后作为解码DC信号322而输出。
另一方面，AC解码部329b(与AC局部解码部329动作相同)对AC压缩数据326进行逆量化，实施DCT(离散余弦变换)等的逆变换处理，得到解码AC预测误差信号330b。解码AC预测误差信号330b与从C0分量解码部401输出的参照AC信号309相加，并进行截取处理而得到解码AC信号331。最后，在C1分量信号合成部205b中，解码AC信号331与解码DC信号322相加，重构为原分辨率的解码信号332，并为了用于以后的解码处理中的预测参照，而存储在存储器413中。
2.3  C2分量的解码处理
可以通过基本与C1分量的解码处理等效的处理来实现C2分量的解码处理。该处理由C2分量解码部403进行，在其内部处理中，只是代替对C1分量进行编码而得到的比特流333，而对包含有以相同的方法进行编码而得到的C2分量的编码数据的比特流351进行处理，并且关于合成解码DC、AC信号的信号合成部，使用C2分量用的信号合成部205c(未图示)，并且代替存储器413而使用用于存储C2分量的局部解码图像的存储器414(未图示)，之后可以原样地利用C1分量解码部402的结构。
通过如上所述构成编码装置/解码装置，可以高效地对在任意的颜色空间中定义的4:4:4格式的影像信号进行压缩编码。通过在DC图像区域中进行时间/空间方向的预测处理，能够在HDTV等高分辨率影像中进行不容易受到噪声分量的影响且良好地适合于图像图案的预测，并且关于AC图像，使用成为基准的颜色分量的解码信号来作为预测值，所以能够去除颜色分量之间的相关性而进行高效的编码。另外，由于构成为在DC信号的预测中沿用基准颜色分量的预测模式，所以不用传送多余的附加信息就可以进行高效的编码。
另外，伴随着图像信号的非稳定性，根据编码单位块102的信号的性质，如本实施方式2那样始终利用相同的方法对画面全体进行编码时，还可能导致编码效率的降低。为了避免该情形，例如也可以构成为在编码装置侧针对C1、C2分量的编码，不仅通过本实施方式2中叙述的方法，而且还以进行与C0分量的编码同样的处理的方式进行切换并编码。关于切换，例如针对C0、C1分量在通过本实施方式2中叙述的方法进行了编码的情况、和进行了与C0分量的编码同样的编码的情况下，既可以控制成根据符号量与编码失真的平衡来选择在速率/失真测度的观点上最佳的编码方案，也可以控制成对编码单位块102的信号的性质/活动性进行解析，根据其结果来决定哪一个编码处理的路径适合。另外，在进行切换的情况下，通过按照规定的数据单位对比特流多路复用切换控制信号，可以在解码装置侧对其进行解码而利用，不用在解码装置侧进行在编码装置侧进行的用于切换控制的判定处理，而可以通过简单的结构对伴随切换的比特流进行解码。关于切换控制信号，既可以按照编码单位块102的编码数据的单位来进行多路复用，也可以按照片断、图片、序列这样的任意的层次来进行多路复用。
实施方式3
在本实施方式3中，说明针对各颜色分量按照分割成M×M像素的矩形区域的单位，使用帧内、帧间适应预测对以4:4:4格式输入的影像帧进行编码的编码装置以及对应的解码装置。本实施方式3中的编码装置、解码装置的特征是，具备在编码/解码的过程中适应性地切换图像信号的采样密度的机构。
1.编码装置的动作概要
图22示出本实施方式3中的图像编码装置的结构。4:4:4格式的输入信号100由3个颜色分量C0、C1、C2的信号构成，在区域分割部101中，被分割成由C0、C1、C2分量的各M×M像素尺寸的矩形块构成的编码单位块102。
预测部500在帧内/帧间对编码单位块102的各颜色分量的采样进行预测，得到预测误差信号501。压缩部502在对预测误差信号501实施DCT(离散余弦变换)等变换处理而去除了信号相关性之后，进行量化而得到压缩数据503。压缩数据503通过可变长编码部504被熵编码而作为比特流505输出，并且被发送到局部解码部506，得到解码预测误差信号507。将它与预测误差信号501的生成中使用的预测信号508进行相加而得到解码信号509。解码信号509以生成用于以后的编码单位块102的预测信号508为目的而被存储在存储器510中。另外，为了得到预测信号508而在预测部500中决定的预测信号生成用参数511被发送到可变长编码部504，并作为比特流505而输出。在本实施方式3中，在预测信号生成用参数511中，除了表示如何进行帧内的空间预测的帧内预测模式、表示帧间的运动量的运动矢量等参数以外，还包括进行了预测的信号的采样密度指定信息512，根据该信息512来控制开关513，在仍旧按照原来的4:4:4格式进行了预测的情况下，将解码信号509直接写入到存储器510中，在按照比4:4:4格式的采样密度低的采样密度进行了预测的情况下，将解码信号509通过上采样部514向上采样解码信号515进行了上采样(up sample)后写入到存储器510中。另外，采样密度指定信息512还被传递到压缩部502、可变长编码部504、局部解码部506，利用于切换应变换/量化的采样数、作为压缩数据503而应进行可变长编码的采样数等。
通过如上所述构成编码装置，具有以下效果。在图31那样的以往的4:2:0格式中，利用针对颜色信息的信号劣化的视觉辨认性的低下，在原信号区域中削减应进行编码的采样数而实现了信息压缩。该颜色的抽选对图像质量造成最大影响的是如下情况，即，在颜色急剧变化的区域中用于表现其变化的频率分量原来就有损失的情况。如果要提高显示装置的高清晰化、颜色再现性的改善，则无法忽视这样的颜色信息的损失对图像质量造成的影响。但是另一方面，在呈现平坦的颜色分布、一样的颜色分布这样的区域中，在图像信号的重构中为了表现这样急剧的颜色变化而所需的频率分量变得不重要，所以也可以构成为在这样的区域中削减应进行编码的颜色信息的采样数。由于图像信号原来是非稳定的，且信号特性局部地发生变化，所以通过具备根据上述那样的与颜色再现有关的信号特性来适应性地改变应进行编码的采样数的机构，从而可以进行更高效的编码。
以下，在本实施方式3的说明中，特别是以输入信号100是Y、Cb、Cr空间的4:4:4格式的信号的情况为例进行说明。关于采样的适应化，使用对Cb以及Cr的色差分量进行应用的事例，特别示出对如下处理进行切换的例子：是以4:4:4格式对Cb、Cr分量进行预测、编码，还是以4:2:0格式对Cb、Cr分量进行预测、编码。
图23示出预测部500的内部结构。首先，进行编码单位块102的各颜色分量中应用的预测图像候选的生成。第一预测图像生成部516使用从存储器510取出的4:4:4格式的参照图像519，生成以4:4:4格式直接应用的第一预测图像候选517。第二预测图像生成部518使用通过下采样部520按照4:2:0格式对参照图像519进行下采样而得到的信号，生成4:2:0格式中的第二预测图像候选521。下采样部520执行如下处理：将Cb、Cr分量分别向水平/垂直方向下采样到1/2的采样数。此处，第一预测图像生成部516、第二预测图像生成部518应用帧内的帧内预测、帧间的运动补偿预测来生成预测图像，一般包含可以适用于编码单位块102的各颜色分量的所有预测模式。
接下来，在编码效率的观点上对第一预测图像候选517以及第二预测图像候选521进行比较，选择效率更佳的预测图像候选。由预测模式判定部522进行该选择。预测模式判定部522的内部结构如图24所示。第一预测图像候选517取得与编码单位块102的差分而求出第一预测误差信号候选534，并通过暂定4:4:4编码部523对第一预测误差信号候选534进行临时编码。其结果，得到第一符号量524(R1)和第一解码预测误差信号525。第一解码预测误差信号525与第一预测图像候选517进行相加后，通过4:4:4编码失真计算部526取得与编码单位块102的差分而得到第一编码失真527(D1)。另一方面，关于第二预测图像候选521，在由下采样部520将编码单位块102设为4:2:0格式后，取得与第二预测图像候选521的差分而求出第二预测误差信号候选535，并通过暂定4:2:0编码部528对第二预测误差信号候选535进行临时编码。其结果，得到第二符号量529(R1)和第二解码预测误差信号530。第二解码预测误差信号530与第二预测图像候选521进行相加后，由上采样部514还原成4:4:4格式的信号，由4:2:0编码失真计算部531取得与编码单位块102的差分而得到第二编码失真532(D1)。开销比较部533在以下的开销J1、J2中，将开销小的一方选择为高效率的预测模式。
J1＝D1+λxR1
J2＝D2+λxR2
作为其结果，判定以4:2:0格式进行预测比较好，还是以4:4:4格式进行预测比较好，并将其结果作为采样密度指定信息512而包含在预测信号生成用参数511中进行输出。另外，根据采样密度指定信息512从第一预测图像候选517或第二预测图像候选521中选择并输出最终的预测信号508。同样地，选择对应的第一预测误差信号候选534或第二预测误差信号候选535，并作为最终的预测误差信号501而输出。
另外，作为预测模式判定部522的处理的其它形式，虽然未图示，但也可以构成为不进行到暂定编码而求出与D1/R1、D2/R2相当的量的推测值来进行选择。
图25示出比特流的结构。构成为序列等级的头信息150、影像帧(图片)等级的头信息151、图片的编码数据152的序列，针对各编码单位块102中的每一个，多路复用预测信号生成用参数511和Y、Cb、Cr分量的预测误差信号压缩数据503。采样密度指定信息512被多路复用为预测信号生成用参数511的一部分，根据这个值，在压缩数据503中，Cb、Cr分量的编码数据的量发生变化。在以4:4:4格式进行了预测/编码的情况下，包括M×M采样的编码数据，在以4:2:0格式进行了预测/编码的情况下，包括(M/2)×(M/2)采样的编码数据。如上述效果中所述，在通过(M/2)×(M/2)采样也可以充分再现原信号的4:4:4格式中包含的颜色信息的频率分量的情况下，能够以更少的符号量对4:4:4格式的信号进行编码。
2.解码装置的动作概要
图26的解码装置接收从图22的编码装置输出的比特流505，按照M×M像素块的单位进行解码处理，还原各个影像帧。在图26中，可变长解码部600从比特流505中解码序列等级的头信息150、图片等级的头信息151等上位头信息，并且从图片编码数据152中，按照M×M像素块的单位进行预测信号生成用参数511、压缩数据503的解析/提取。
预测信号生成用参数511被发送到预测部601，压缩数据503被发送到预测误差解码部506b(与局部解码部506动作相同)。在预测部601中，使用运动矢量、帧内预测模式等预测信号生成用参数511以及作为其一部分而被包含的采样密度指定信息512、存储在存储器602中的参照图像603，得到时间/空间方向的预测信号508。预测误差解码部506b对压缩数据503进行逆量化，实施DCT(离散余弦变换)等的逆变换处理，得到解码预测误差信号507。将预测信号508与解码预测误差信号507相加而得到解码信号509。解码信号509以生成用于以后的解码处理的预测信号508为目的而被存储在存储器602中。包含在预测信号生成用参数511中的采样密度指定信息512被发送到预测误差解码部506b，为了决定应进行逆量化、逆变换的Cb、Cr分量的采样数而被参照以外，还被发送到预测部601(后述)以及开关513。开关513在参照采样密度指定信息512仍旧按照原来的4:4:4格式进行了预测的情况下，将解码信号509直接写入到存储器602，在以比4:4:4格式的采样密度低的4:2:0采样格式的采样密度进行了预测的情况下，由上采样部514将将解码信号509上采样到上采样解码信号515后写入到存储器602。M×M像素块的解码信号509在画面构成部604中被配置在影像帧上，得到解码影像帧605。
以下，对预测部601的内部动作进行说明。图27示出预测部601的内部结构。在预测部601中，根据由可变长解码部600解码的预测信号生成用参数511，进行针对由Y、Cb、Cr各分量构成的每个M×M像素块使用的预测图像的生成。在采样密度指定信息512表示“仍然按照4:4:4格式进行预测”的情况下，控制开关606，将存储在存储器602中的参照图像603输入到第一预测图像生成部516侧。第一预测图像生成部516使用预测信号生成用参数511生成4:4:4格式的第一预测图像候选517。在采样密度指定信息512表示“以4:2:0格式进行预测”的情况下，控制开关606，将存储在存储器602中的参照图像603输入到下采样部520侧。由此，以4:4:4格式存储在存储器602中的参照图像603被下采样为4:2:0格式，并输入到第二预测图像生成部518。第二预测图像生成部518使用预测信号生成用参数511生成4:2:0格式的第二预测图像候选521。采样密度指定信息512控制开关607来决定所输出的预测信号508。另外，对于Y信号在4:4:4和4:2:0中采样数都相同，所以始终通过第一预测图像生成部516的处理生成预测信号。
通过如上所述构成编码装置/解码装置，可以高效地对在任意的颜色空间中定义的4:4:4格式的影像信号进行压缩编码。由于构成为针对每个分量将采样密度设为可变而进行时间/空间方向的预测处理，所以可以适应于图像信号的局部的信号特性而选择编码效率最高的模式来进行编码。
另外，在本实施方式3中，构成为针对每个M×M像素块改变采样密度指定信息512而进行编码控制，但采样密度指定信息512的指定也可以是片断、图片、序列等各种各样的图像信号的单位。例如，还可以考虑如下情形：也可以通过序列，始终以4:2:0格式进行预测、编码。在该情况下，还可以构成为在将Cb、Cr分量的解码信号509保存/存储到存储器602的情况下始终以4:2:0格式进行存储。另外，在该情况下，还可以通过序列，跳过存储器602存储前的上采样部514的处理。通过将采样密度指定信息512多路复用到序列等级的头信息中，可以实现这种解码侧的存储器削减、运算量削减。另外，在既存的标准编码方式中广泛使用4:2:0格式，所以也可以采用如下结构：按照以以往的标准编码方式为基准的方式来设计4:2:0格式中的Cb、Cr分量的预测/编码的方法。由此，在解码侧，可以与在既存的标准编码方式中使用的Cb、Cr分量的解码处理电路和实施，共用用于进行以4:4:4格式编码的比特流的解码处理的4:2:0格式对应处理电路和实施，所以可以低成本地实现相互连接性高的解码装置。
而且，也可以构成为扩展本实施方式3的结构，将采样密度指定信息512定义为不仅可以选择4:4:4、4:2:0而且还可以选择4:2:2(图28)或其它可变采样密度图案1～8(图29、30)等的各种采样图案的信息。在图像信号中，有时边缘等、高频分量在空间上向各个方向分散。因此，通过使进行较密的采样的位置具有方向性，由此有时即使通过较少的采样也可以进行足够的信号表现。仅通过4:2:0只能简单地削减采样，如果构成为适应性地选择这样的各种采样图案，则可以选择适合于图像信号的局部性的信号特性的采样图案，来进行更高效的编码。另外，在本实施方式3中，将编码/解码对象的信号的颜色空间限定于Y、Cb、Cr而进行了叙述，但该颜色空间也可以是RGB、XYZ等各种空间，并且也可以构成为在比特流中多路复用表示有无适应子采样编码的信号来进行控制，以使仅将某个特定的颜色分量选择性地设为适应子采样编码/解码的对象。

Claims (12)

1.一种图像编码装置，将由多个颜色分量构成的彩色图像作为输入，按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而生成比特流，其特征在于，具备：
信号分析部，针对属于上述第一区域的各颜色分量的信号，按照分割为第二区域的单位取得平均值，并且取得与上述第二区域对应的平均值分离信号；
平均值信号编码部，对于由按照分割为上述第二区域的单位取得的平均值构成的平均值信号，针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地进行预测编码；以及
平均值分离信号编码部，在针对按照分割为上述第二区域的单位取得的多个颜色分量的平均值分离信号，切换所准备的多个颜色分量之间的变换方法而实施了变换之后，与上述平均值信号编码部独立地进行编码，
上述平均值分离信号编码部将对所选择的颜色分量之间的变换进行指示的信息作为编码数据的一部分而输出到比特流。
2.一种图像解码装置，将对由多个颜色分量构成的彩色图像按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而得到的比特流作为输入，对图像信号进行解码，其特征在于，具备：
平均值信号解码部，从属于上述第一区域的各颜色分量的编码数据中，解码按照分割为第二区域的单位被编码的平均值；
平均值分离信号解码部，从属于上述第一区域的各颜色分量的编码数据中，解码按照分割为上述第二区域的单位被编码的平均值分离信号；以及
信号合成部，将由上述平均值信号解码部解码的解码平均值信号与由上述平均值分离信号解码部解码的解码平均值分离信号进行相加而得到解码信号，
上述平均值信号解码部针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地应用预测处理来进行解码，
上述平均值分离信号解码部根据从比特流中提取出的对颜色分量之间的变换进行指示的信息，实施颜色分量之间的变换处理来进行解码。
3.一种图像编码装置，将由多个颜色分量构成的彩色图像作为输入，按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而生成比特流，其特征在于，具备：
基准颜色分量信号编码部，对属于上述第一区域的基准颜色分量的信号进行编码；以及
信号编码部，对属于上述第一区域的基准颜色分量以外的信号进行编码，
上述信号编码部具有：
信号分析部，按照分割为第二区域的单位取得平均值，并且取得与上述第二区域对应的平均值分离信号；
平均值信号编码部，针对由按照分割为上述第二区域的单位取得的平均值构成的平均值信号，根据从上述基准颜色分量信号编码部输出的预测参数，针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地进行预测编码；以及
平均值分离信号编码部，针对按照分割为上述第二区域的单位取得的平均值分离信号，根据从上述基准颜色分量信号编码部输出的局部解码信号独立地进行预测编码。
4.一种图像解码装置，将对由多个颜色分量构成的彩色图像按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而得到的比特流作为输入，对图像信号进行解码，其特征在于，具备：
基准颜色分量信号解码部，对属于上述第一区域的基准颜色分量的信号进行解码；以及
信号解码部，对属于上述第一区域的基准颜色分量以外的信号进行解码，
上述信号解码部具有：
平均值信号解码部，对于按照分割为第二区域的单位被编码的平均值，根据从上述基准颜色分量信号解码部输出的预测参数，针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地生成预测信号；
平均值分离信号解码部，对于按照分割为上述第二区域的单位被编码的平均值分离信号，根据从上述基准颜色分量信号解码部输出的解码信号，针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地生成预测信号，从而进行解码；以及
信号合成部，将由上述平均值信号解码部解码的解码平均值信号与由上述平均值分离信号解码部解码的解码平均值分离信号进行相加而得到解码信号。
5.一种图像编码装置，将由多个颜色分量构成的4:4:4格式的彩色图像作为输入，按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而生成比特流，其特征在于，具备：
第一预测部，针对属于上述第一区域的颜色分量的信号，根据4:4:4格式的信号进行预测；
第二预测部，针对属于上述第一区域的颜色分量的信号，根据从4:4:4格式进行了下采样的信号进行预测；
预测方式选择部，在通过上述第一预测部和第二预测部进行的预测中，选择效率高的一方而进行信号预测；以及
多路复用部，将对该选择的预测方式进行指定的信息多路复用到比特流中。
6.一种图像解码装置，将针对由多个颜色分量构成的4:4:4格式的彩色图像按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而得到的比特流作为输入，对图像信号进行解码，其特征在于，具备：
第一预测图像生成部，在对属于上述第一区域的颜色分量的信号进行解码时，生成基于4:4:4格式的信号的预测图像；
第二预测图像生成部，在对属于上述第一区域的颜色分量的信号进行解码时，生成基于从4:4:4格式进行了下采样的信号的预测图像；以及
预测图像生成部，从比特流中提取出如下指定信息，根据该指定信息生成预测图像，其中，所述指定信息是指定使用上述第一预测图像生成部和第二预测图像生成部中的哪一个预测图像生成部对属于上述第一区域的颜色分量的信号进行解码的信息。
7.一种图像编码方法，将由多个颜色分量构成的彩色图像作为输入，按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而生成比特流，其特征在于，具有：
针对属于上述第一区域的各颜色分量的信号，按照分割为第二区域的单位取得平均值，并且取得与上述第二区域对应的平均值分离信号的步骤；
对于由按照分割为上述第二区域的单位取得的平均值构成的平均值信号，针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地进行预测编码的步骤；以及
对于按照分割为上述第二区域的单位取得的多个颜色分量的平均值分离信号，切换所准备的多个颜色分量之间的变换方法而实施了变换之后，与针对上述平均值信号的编码步骤独立地进行编码的步骤，
在进行针对上述平均值分离信号的编码的步骤中，将对所选择的颜色分量之间的变换进行指示的信息作为编码数据的一部分而输出到比特流。
8.一种图像解码方法，将针对由多个颜色分量构成的彩色图像按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而得到的比特流作为输入，对图像信号进行解码，其特征在于，具有：
从属于上述第一区域的各颜色分量的编码数据中，解码按照分割为第二区域的单位被编码的平均值的步骤；
从属于上述第一区域的各颜色分量的编码数据中，解码按照分割为上述第二区域的单位被编码的平均值分离信号的步骤；以及
将上述解码的解码平均值信号与上述解码的解码平均值分离信号进行相加而得到解码信号的步骤；
在对上述平均值信号进行解码的步骤中，针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地应用预测处理而进行解码，
在对上述平均值分离信号进行解码的步骤中，根据从比特流中提取出的对颜色分量之间的变换进行指示的信息，实施颜色分量之间的变换处理而进行解码。
9.一种图像编码方法，将由多个颜色分量构成的彩色图像作为输入，按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而生成比特流，其特征在于，具有：
对属于上述第一区域的基准颜色分量的信号进行编码的步骤；以及
对属于上述第一区域的基准颜色分量以外的信号进行编码的步骤，
对上述基准颜色分量以外的信号进行编码的步骤具有：
按照分割为第二区域的单位取得平均值，并且取得与上述第二区域对应的平均值分离信号的步骤；
对于由按照分割为上述第二区域的单位取得的平均值构成的平均值信号，根据从对上述基准颜色分量的信号进行编码的步骤中输出的预测参数，针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地进行预测编码的步骤；以及
针对按照分割为上述第二区域的单位取得的平均值分离信号，根据从对上述基准颜色分量的信号进行编码的步骤中输出的局部解码信号，独立地进行预测编码。
10.一种图像解码方法，将针对由多个颜色分量构成的彩色图像按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而得到的比特流作为输入，对图像信号进行解码，其特征在于，具有：
对属于上述第一区域的基准颜色分量的信号进行解码的步骤；以及
对属于上述第一区域的基准颜色分量以外的信号进行解码的步骤，
对上述基准颜色分量以外的信号进行解码的步骤具有：
对于按照分割为第二区域的单位被编码的平均值，根据从对上述基准颜色分量的信号进行解码的步骤中输出的预测参数，针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地生成预测信号，从而进行解码的步骤；
对于按照分割为上述第二区域的单位被编码的平均值分离信号，根据从对上述基准颜色分量的信号进行解码的步骤中输出的解码信号，针对各颜色分量中的每一个颜色分量独立地生成预测信号，从而进行解码的步骤；以及
将上述解码的解码平均值信号与上述解码的解码平均值分离信号进行相加而得到解码信号的步骤。
11.一种图像编码方法，将由多个颜色分量构成的4:4:4格式的彩色图像作为输入，按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而生成比特流，其特征在于，具有：
针对属于上述第一区域的颜色分量的信号，根据4:4:4格式的信号进行预测的步骤；
针对属于上述第一区域的颜色分量的信号，根据从4:4:4格式进行了下采样的信号进行预测的步骤；
在通过进行基于上述4:4:4格式的信号的预测的步骤、和进行基于从上述4:4:4格式进行了下采样的信号的预测的步骤实现的预测中，选择效率高的一方来进行信号预测的步骤；以及
将对该选择的预测方式进行指定的信息多路复用到比特流的步骤。
12.一种图像解码方法，将针对由多个颜色分量构成的4:4:4格式的彩色图像按照分割为第一区域的单位进行压缩编码而得到的比特流作为输入，对图像信号进行解码，其特征在于，具有：
在对属于上述第一区域的颜色分量的信号进行解码时，生成基于4:4:4格式的信号的预测图像的步骤；
在对属于上述第一区域的颜色分量的信号进行解码时，生成基于从4:4:4格式进行了下采样的信号的预测图像的步骤；以及
从比特流中提取出如下指定信息，并根据该指定信息生成预测图像的步骤，其中，所述指定信息是指定使用生成基于上述4:4:4格式的信号的预测图像的步骤、和生成基于从4:4:4格式进行了下采样的信号的预测图像的步骤中的哪一个步骤来对属于上述第一区域的颜色分量的信号进行解码的信息。
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