CN104135665B - 动态图像编码装置及方法、动态图像解码装置及方法 - Google Patents

动态图像编码装置及方法、动态图像解码装置及方法 Download PDF

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Abstract

提供动态图像编码装置及方法、动态图像解码装置及方法。在动态图像的编码/解码处理中，为了在抑制帧存储器的容量和区域的增大的同时提高编码效率，并且容易扩展，位长扩展转换器(102)将像素值用位长(N)表示的对象图像转换成各像素值用位长(M)来表示，压缩器(110)对转换后的图像进行编码，然后，解压缩器(111)将编码后的图像复原，之后，位长缩小转换器(113)转换成像素值用值比位长(M)小的位长(L)来表示的再现图像，该再现图像作为参照图像被存储在帧存储器(114)内。

Description

动态图像编码装置及方法、动态图像解码装置及方法
本申请基于专利法实施细则第42条提出，是申请日为2009年9月8日、申请号为200980138832.7(国际申请号PCT/JP2009/065649)的发明专利申请“动态图像编码装置、动态图像解码装置、动态图像编码方法、动态图像解码方法、动态图像编码程序、动态图像解码程序、以及动态图像编码解码系统”的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于对动态图像进行编码和解码的动态图像编码装置、动态图像解码装置、动态图像编码方法、动态图像解码方法、动态图像编码程序、动态图像解码程序、以及动态图像编码解码系统，特别是与在编码和解码处理中所处理的图像的各像素的位长相关联的技术。
背景技术
为了效率良好地进行动态图像数据的传送和蓄积，使用了压缩编码技术。在动态图像的情况下，广泛使用MPEG1、2、4、H.261～H.264的方式。
为了提高编码效率，将成为编码对象的图像分割成多个块之后进行预测编码和解码处理。具体地说，将1帧的图像分割成由16×16像素构成的块的区域。在画面内预测编码方法中，使用在与成为编码对象的对象块处于相同画面内的相邻的已再现的图像信号(将压缩后的图像数据复原后的图像信号)来生成预测信号，之后对从对象块的信号中减去该预测信号而得到的差分信号进行编码。
并且，还一并使用这样的画面间预测编码方法：参照在动态图像中的时间轴上相邻的其他图像来生成对象块的预测信号，对对象块和预测信号的差分进行编码。在该情况下，针对对象块，将已编码且复原后的其他帧作为参照图像进行运动检测，决定误差最少的预测信号，之后求出对象块和其预测信号的差分值。然后对基于画面内或画面间预测的差分信号进行离散余弦转换和量化处理。对量化后的离散余弦转换系数和用于确定预测信号的运动矢量或模式信息进行熵编码，生成编码数据。
这样编码后的图像数据被暂时复原再现以便求出下一对象块的预测信号，作为参照图像被暂时存储在帧存储器内。
如上所述，以往的编码和解码处理是在保持输入图像的各像素的位长的状态下，进行预测和转换处理。在一般的图像中，由于亮度和色差成分的各像素用8位表示，因而对8位的像素也实施预测和转换等编码和解码处理。再现后的8位的再现图像信号被存储在帧存储器内。
对此，为了缩减尺寸和削减消耗电力，专利文献1公开了一种削减帧存储器的尺寸和对存储器进行存取的区域(存储区域)的技术。在本技术中，另外对存储到帧存储器之前再现的图像进行压缩。具体地说，将再现后的8位再现图像量化为8位以下，之后存储在帧存储器内。在生成预测信号时，对压缩后的再现图像进行解压缩并用作参照图像。这样，由于在削减帧存储器的容量和区域的同时，在保持输入图像的位长的状态下进行编码和解码处理，因而可抑制压缩编码性能的下降。
专利文献1：美国专利公报第6222886B1号
然而，当如专利文献1那样削减了帧存储器的容量和区域时，对为了存储在帧存储器内而缩短了各像素的位长后的再现图像再次进行解压缩来生成参照图像，因而参照图像的精度下降。由于使用参照图像来生成预测信号，因而预测信号的精度也下降。其结果，根据成为编码对象的图像的对象块和预测信号而生成的差分信号(残差信号)增大，对该差分信号进行了编码后的编码数据的数据长度增大，因而存在编码效率下降的问题。
并且，考虑了在编码和解码处理中追加如下处理，即利用存储在帧存储器内的参照图像来加工再现图像的处理。在如专利文献1那样存储在帧存储器内的图像的位长比压缩前的再现图像的位长短的情况下，为了追加这样的处理，有必要新设置使帧存储器内的参照图像的位长伸展的处理、或者将蓄积于帧存储器内之前的未压缩的再现图像在保持长的位长的状态下暂时存储在内部缓冲器内的处理，并消除参照图像和再现图像之间的位长的差异。因此，伴随追加图像加工处理等新处理的安装和处理成本高，扩展容易性存在问题。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而作成的，本发明的目的是提供一种可在抑制帧存储器的容量和区域的增大的同时，提高编码效率并且扩展容易的动态图像编码装置、方法和程序、动态图像解码装置、方法和程序、以及动态图像编码解码系统。
为了解决上述课题，本发明涉及的动态图像编码装置，其特征在于，该动态图像编码装置具有：输入单元，其接收像素具有第1位长的待编码图像；扩展转换单元，其将所述待编码图像转换成像素具有比所述第1位长大的第2位长的扩展图像；缩小转换单元，其将所存储的具有所述第2位长、通过将残差信号与扩展预测信号相加而生成的扩展图像转换成具有比所述第2位长短的第3位长的缩小扩展图像；存储单元，其用于存储具有所述第3位长的所述缩小扩展图像；预测信号生成单元，其执行两种可选择的预测模式：使用在所述存储单元中所存储的所述缩小扩展图像作为参照图像，(i)生成具有所述第2位长的所述预测信号，(ii)生成具有与第2位长和第3位长均不同的第4位长的所述预测信号，并且如果所生成的所述预测信号具有所述第4位长，则将所生成的所述第4位长的所述预测信号转换成具有所述第2位长的所述扩展预测信号，其中从所述扩展图像中减去所述具有所述第2位长的所述扩展预测信号来生成所述残差信号。
根据该结构，将像素值用第1位长表示的对象图像转换成各像素值用第2位长表示之后进行编码，然后，将编码后的图像复原，之后转换成像素值用值比第2位长小的第3位长表示的再现图像，将该再现图像作为参照图像存储在存储单元(帧存储器)内。由此，由于将成为编码对象的图像信号的各像素转换成比对象信号的位长长的位长之后进行编码处理，因而能进行编码处理的高精度运算，可提高编码效率。并且，由于在转换成比在进行编码处理时的位长短的位长之后存储在帧存储器内，因而可抑制帧存储器的容量和区域的增大。其结果，可在抑制帧存储器的容量和区域的增大的同时，提高编码效率。并且，由于存储在存储单元内的参照图像的位长和再现图像的位长都是第3位长，因而即使在追加了利用参照图像来加工再现图像的处理的情况下，也无需追加消除在参照图像和再现图像之间的位长差异的处理，伴随图像加工处理等新处理的安装和处理成本降低，扩展容易。
并且，本发明涉及的动态图像编码装置，优选的是，该动态图像编码装置具有图像处理单元，该图像处理单元使用已经存储在所述存储单元内的所述缩小扩展图像的至少一部分，对来自所述缩小转换单元的、被存储到所述存储单元之前的所述缩小扩展图像进行处理。
并且，优选的是，所述第3位长与第1位长不同。
并且，优选的是，所述第1位长、第2位长和第3位长中的至少一方被编码。
并且，优选的是，该动态图像编码装置还具有预测方法决定器，该预测方法决定器从所述第2位长和第4位长中选择所述预测信号的位长，所述预测信号生成单元生成具有由所述预测方法决定器所选择的所述第2位长和第4位长中的一个位长的所述预测信号。
同样，为了解决上述课题，本发明涉及的动态图像解码装置，其特征在于，该动态图像解码装置具有：输入单元，其接收包含残差信号的数据流；第一缩小转换单元，其将具有第2位长的解码图像转换成具有比所述第2位长短的第3位长的第一缩小解码图像；存储单元，其用于存储具有所述第3位长的所述第一缩小解码图像；预测信号生成单元，其执行两种可选择的预测模式：使用在所述存储单元中所存储的所述第一缩小解码图像作为参照图像，(i)生成具有所述第2位长的预测信号，(ii)生成具有与第2位长和第3位长均不同的第4位长的预测信号，并且如果所生成的所述预测信号具有所述第4位长，则将所生成的所述第4位长的所述预测信号转换成具有所述第2位长的扩展预测信号，其中所述扩展预测信号与所述残差信号相加而生成所述解码图像；以及第二缩小转换单元，其将具有所述第2位长的所述解码图像转换成具有第1位长的用于显示的第二缩小解码图像，其中所述第1位长比所述第2位长短并且与所述第4位长不同。
根据该结构，由所输入的数据流复原像素值用比对象图像的第1位长大的第2位长来表示的扩展再现图像，然后，扩展再现图像被转换成像素值用值比第2位长小的第3位长表示的再现图像，该再现图像作为参照图像被存储在存储单元(帧存储器)内。由此，由于将成为编码对象的图像信号的各像素转换成比对象信号的位长长的位长之后进行解码处理，因而能进行解码处理的高精度运算，可提高编码效率。并且，由于在转换成比在进行解码处理时的位长短的位长之后存储在帧存储器内，因而可抑制帧存储器的容量和区域的增大。其结果，可在抑制帧存储器的容量和区域的增大的同时，提高编码效率。并且，由于存储在存储单元内的参照图像的位长和再现图像的位长都是第3位长，因而即使在追加了利用参照图像来加工再现图像的处理的情况下，也无需追加消除在参照图像和再现图像之间的位长差异的处理，伴随图像加工处理等新处理的安装和处理成本降低，扩展容易。
并且，本发明涉及的动态图像解码装置，优选的是，该动态图像解码装置具有图像处理单元，该图像处理单元使用已经存储在所述存储单元内的所述第一缩小解码图像的至少一部分，对来自所述第一缩小转换单元的、被存储到所述存储单元之前的所述第一缩小解码图像进行处理。
并且，优选的是，所述第3位长与第1位长不同。
并且，优选的是，所述数据流中包含所述第1位长、第2位长和第3位长的至少一方。
本发明涉及的动态图像编码装置和动态图像解码装置也可以作为方法涉及的发明或程序涉及的发明来获得，可描述如下。方法涉及的发明或程序涉及的发明取得相同的作用和效果。
本发明涉及的动态图像编码方法，其特征在于，该动态图像编码方法包括如下步骤：接收像素具有第1位长的待编码图像；将所述待编码图像转换成具有比第1位长大的第2位长的扩展图像；利用预测信号生成单元执行两种可选择的预测模式：使用在所述存储单元中所存储的所述缩小扩展图像作为参照图像，(i)生成具有所述第2位长的所述预测信号，(ii)生成具有与第2位长和第3位长均不同的第4位长的所述预测信号，并且如果所生成的所述预测信号具有所述第4位长，则利用预测信号生成单元将所生成的所述第4位长的所述预测信号转换成具有所述第2位长的所述扩展预测信号，其中从所述扩展图像中减去所述具有所述第2位长的所述扩展预测信号来生成所述残差信号。
并且，本发明涉及的动态图像编码方法，优选的是，该动态图像编码方法具有如下步骤：使用已经存储在所述存储单元内的所述缩小扩展图像的至少一部分，对被存储到所述存储单元之前的所述缩小扩展图像进行处理。
并且，本发明涉及的动态图像编码方法，优选的是，该动态图像编码方法还包括如下步骤：从所述第2位长和第4位长中选择所述预测信号的位长，其中在利用预测信号生成单元执行两种可选择的预测模式的步骤中，利用所述预测信号生成单元生成具有所述第2位长和第4位长中的所选择的一个位长的所述预测信号。
本发明涉及的动态图像解码方法，其特征在于，该动态图像解码方法包括如下步骤：接收包含残差信号的数据流；将具有第2位长的解码图像转换成具有比所述第2位长短的第3位长的第一缩小解码图像；将具有所述第3位长的所述第一缩小解码图像存储到存储单元中；执行两种可选择的预测模式：使用在所述存储单元中所存储的所述第一缩小解码图像作为参照图像，(i)生成具有所述第2位长的预测信号，(ii)生成具有与第2位长和第3位长均不同的第4位长的预测信号，并且如果所生成的所述预测信号具有所述第4位长，则利用所述预测信号生成单元将具有所述第4位长的所述预测信号转换成具有所述第2位长的扩展预测信号，其中所述扩展预测信号与所述残差信号相加而生成所述解码图像；将具有所述第2位长的所述解码图像转换成具有第1位长的用于显示的第二缩小解码图像，其中所述第1位长比所述第2位长短并且与所述第4位长不同。
并且，本发明涉及的动态图像解码方法，优选的是，该动态图像解码方法具有如下步骤：使用已经存储在所述存储单元内的所述第一缩小解码图像的至少一部分，对被存储到所述存储单元之前的所述第一缩小解码图像进行处理。
本发明涉及的动态图像编码装置和动态图像解码装置也可以作为具有它们的动态图像编码解码系统涉及的发明来获得，可以将它们作为方法涉及的发明来获得，也可以作为具有它们的动态图像编码解码方法涉及的发明来获得。这些发明取得与动态图像编码装置和动态图像解码装置相同的作用和效果。
根据本发明，可在抑制帧存储器的容量和区域的增大的同时，提高编码效率，并且扩展容易。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式涉及的伴随位长转换处理的动态图像编码装置的框图。
图2是示出图1所示的动态图像编码装置的变形例的框图。
图3是示出由图1所示的动态图像编码装置实施的动态图像编码方法的流程图。
图4是本发明的一个实施方式涉及的伴随位长转换处理的动态图像解码装置的框图。
图5是示出图4所示的动态图像解码装置的变形例的框图。
图6是示出图4所示的动态图像解码装置的变形例的框图。
图7是示出由图4所示的动态图像解码装置实施的动态图像解码方法的流程图。
图8是示出本发明的一个实施方式涉及的动态图像编码程序的模块的框图。
图9是示出本发明的一个实施方式涉及的动态图像解码程序的模块的框图。
图10是示出用于执行记录在记录介质内的程序的计算机的硬件结构的图。
图11是用于执行存储在记录介质内的程序的计算机的立体图。
具体实施方式
以下，使用图1～图9说明本发明涉及的实施方式。本实施方式是用于对动态图像数据进行编码和解码的动态图像编码解码系统，具有：对动态图像数据进行压缩编码的动态图像编码装置，以及对由动态图像编码装置进行了压缩编码后的动态图像数据进行解码的动态图像解码装置。以下分别说明动态图像编码装置和动态图像解码装置。
(动态图像编码装置)
图1示出本发明的一个实施方式涉及的伴随位长转换的动态图像编码装置100的框图。动态图像编码装置100具有：输入端子(输入单元)101，位长扩展转换器(扩展转换单元)102，块分割器103，差分器(残差信号生成单元)104，预测信号生成器(预测信号生成单元)105，预测方法决定器106，压缩器(编码单元)110，解压缩器(复原单元)111，加法器(复原单元)112，位长缩小转换器(缩小转换单元)113，帧存储器(存储单元)114，熵编码器(编码单元)115，图像处理器(图像处理单元)116，以及输出端子117。
关于这样的动态图像编码装置100，以下描述各构成部的动作。构成动态图像的多个图像被输入到输入端子101。在本说明书中，设编码对象的图像的位长为N位(第1位长)。所输入的N位的图像在位长扩展转换器102被转换成设位长为M位(第2位长)的扩展对象图像。M是大于N的正整数。
在位长扩展转换器102中，将N位的编码对象的图像转换成M位的扩展对象图像。关于位扩展方法，在本发明中不受限定，例如有使N位的图像信号向左运动(M－N)位的方法。此时，也可以决定M位信号的低位(M－N)的信号值，以使编码效率增高。并且，为了提高安装效率，也可以将M位的动态范围控制成－2(M-1)～2(M-1)－1(可使用带符号的整数变量，而不是非负的整数变量)。
针对由位长扩展转换器102转换后的扩展对象图像，块分割器103将成为编码对象的图像分割成多个小区域(这里例如由16×16像素构成的块)。对分割后的各块执行以下的压缩和编码处理。
针对成为编码对象的块(以下称为“对象块”)，由预测方法决定器106和预测信号生成器105执行M位的扩展预测信号的生成处理。
在预测方法决定器106中，从多个候选中选择这样的预测方法：其实施画面内预测或画面间预测，经由线L103所输入的对象块的编码所需要的编码量小，而且与对象块的残差小。在图1中，经由线L103输入M位信号，在预测方法决定器106中，生成M位的预扩展预测信号。关于预测方法的候选，在本发明中不受限定，例如包含如下的方法：使用存储在帧存储器114内的L位的参照图像来生成预测信号的方法；使用在输入到位长缩小转换器113之前的M位的再现信号来生成预测信号的方法。在前者中，考虑了例如将多个L位的再现像素加权相加等、生成P位(P是P＞L的正数)的预测信号的方法。此时，当决定了预测信号的生成方法以使P＝M时，安装效率良好。在P的值大于M的值的情况下，例如使用对P位的预测信号进行四舍五入等的舍入方法，生成M位的扩展预测信号。在P的值小于M的值的情况下，例如，通过使P位的预测信号向左运动(M－P)位，生成M位的扩展预测信号。表示所选择的预测方法的预测模式信息、伴随画面间预测的运动信息等作为附加信息经由线L118被输出到熵编码器115。在熵编码器115中，使用可变长度编码或算术编码等方法将该附加信息与经由L110所输入的量化转换系数一起进行熵编码。
在预测信号生成器105中，根据经由L106所输入的附加信息，生成M位的扩展预测信号，该扩展预测信号经由线L105被输出到差分器104和加法器112。这样，在预测信号生成器105和预测方法决定器106中，包含将位长从L位扩展到M位的处理。
在预测信号生成器105中所生成的M位的扩展预测信号经由线L105被输出到差分器104，差分器104通过从经由线L103所输入的对象块的M位信号中减去扩展预测信号来生成残差信号。所生成的残差信号经由L104被输入到压缩器110，被压缩成信息量少的数据(编码数据)。
压缩器110一般由将差分信号转换成频域的转换系数的转换器、和对转换系数进行量化处理的量化器构成，然而也可以没有其中一方，也可以是别的结构。量化后的转换系数的位长是M位，然而在压缩器内的中间处理中，也可以是比M位长的位长的信号。例如，由于存在残差信号成为负值的可能性，因而通常为(M+1)位的位长。当转换系数的位长比(M+1)位长时，转换效率增高。量化器将量化转换系数舍入为M位的信号，将其经由L110输出到熵编码器115和解压缩器111。
熵编码器115将量化转换系数转换成可变长度编码并将其从输出端子117作为比特流来输出。另外，也可以应用算术编码来取代可变长度编码。
解压缩器111和加法器112对被视为编码数据的量化转换系数进行解码，生成M位的扩展再现信号。解压缩器111一般由将量化转换系数逆量化成转换系数的逆量化器、和对转换系数进行逆转换并再现残差信号的逆转换器构成，然而也可以没有其中一方，还可以是别的结构。
在加法器112中，通过将被再现的残差信号与扩展预测信号相加，从而将M位的扩展再现信号复原。这里，扩展再现信号的位长是M位，然而在解压缩器的中间处理中，也可以是位长比M位长的信号。例如，由于存在残差信号成为负值的可能性，因而通常为M+1位的位长。并且，为了提高运算精度，使逆量化后的转换系数的位长比M+1位长。
在位长缩小转换器113中，将M位的再现信号转换成L位(第3位长)的再现信号。L是N以下的正整数，是依赖于帧存储器的容量的值。通常，帧存储器的容量是与输入图像相同的位长，因而L＝N。
在位长缩小转换器113中，将M位的再现信号转换成L位的再现信号。关于位长转换方法，在本发明中不受限定，例如有：基于四舍五入的舍入方法，更具体地说，对L位的再现信号加上2(M-L-1)，之后向右运动(M－L)位的方法。并且，也可以是基于舍去的舍入方法而不是四舍五入，也可以是别的舍入方法。另外，在M位信号的动态范围被控制成－2(M-1)～2(M -1)－1的情况下，有必要在舍入处理后，将L位信号的动态范围限幅处理成0～2L－1。
L位的再现信号经由线L113被输入到图像处理器116。在图像处理器116中，对再现信号实施例如在美国专利申请公开公报第2006/153301号所示的画质改善处理、在H.264等中定义的块噪声去除处理。这样复原后的L位的再现信号被存储在帧存储器114内，用于用作在对下一图像进行编码时的参照图像。在图像处理器116中，为了对对象块之间实施上述的画质改善处理、块噪声去除处理等信号处理，除了经由线L113所输入的再现信号以外，还使用已存储在帧存储器114内的再现信号的一部分或全部。
通过对全部对象块实施这些处理，生成最终的比特流。
为了将在图1的熵编码器115中编码后的数据在后述的动态图像解码装置中进行解码，动态图像解码装置有必要知道表示位长的N、M、L的值。这些值可以预先决定，然而也可以是其中的任一方或双方或者全部由编码装置决定，并以序列为单位或以帧为单位进行编码。N和L的值是与装置结构相关的值，通常是固定值。M值是表示压缩器和解压缩器中的处理精度的值，也能以帧为单位或以块为单位进行变更。因此，也可以以帧为单位或以块为单位决定M的值并对其值进行编码。
例如，在动态图像编码装置100中预先准备了多个在位长扩展转换器102、位长缩小转换器113、预测方法决定器106等中使用的位长N、M、L的值的集，根据来自未图示的控制单元的指令选择位长N、M、L的值的集，进行编码处理。针对位长N、M、L的值的全部集进行该处理，将各个集的情况下的编码数据在熵编码器115中进行比较，选择编码数据的位长最短且压缩率最好的集。然后，此时位长N、M、L的值的一部分或全部由熵编码器115进行编码，与编码数据一起包含在比特流数据内。
下面，参照图2说明本实施方式涉及的动态图像编码装置100的变形例即动态图像编码装置100－2。
在图1的动态图像编码装置100中，通过位长扩展转换器102将对象图像转换成扩展对象图像，然后在块分割器103中将扩展对象块分割为对象块。而图2的动态图像编码装置100－2与动态图像编码装置100的不同点在于，块分割器103将扩展对象块分割为对象块，之后通过位长扩展转换器102将对象图像转换成扩展对象图像。
并且，在图1的动态图像编码装置100中，预测信号生成器105使用L位的参照图像来生成M位的扩展再现信号。而在图2的动态图像编码装置100－2中，与动态图像编码装置100的不同点在于，首先预测信号生成器105a暂时生成L位的预测信号，位长扩展转换器105b将该L位的预测信号扩展为M位的预测信号。
说明图2的动态图像编码装置100－2的动作。这里考虑N＝L。在块分割器103中分割后的对象块的N位信号经由线L103被输入到预测方法决定器106－2。在预测方法决定器106－2中，使用N位的参照图像、或者在位长缩小转换器113中转换后的N位的再现信号，生成多个预测信号，选择最佳的预测方法。在预测信号生成器105a中，生成N位的预测信号。所生成的N位的预测信号经由线L105a被输入到位长扩展转换器105b，被转换成M位的扩展预测信号。
另外，作为本发明的特征的位长转换方法在同时具有图1和图2所示的动态图像编码装置100、100－2的结构的装置结构中也是有效的。在该情况下，在预测方法决定器106、106－2的预测方法的候选中包含：由L位的参照图像直接生成M位的扩展预测信号的方法；以及暂时生成L位的预测信号之后在位长扩展转换器中转换成M位的预测信号的方法。
(动态图像编码方法)
图3示出由动态图像编码装置100执行的伴随位长转换的动态图像编码处理的流程图。当编码对象的图像以N位信号被输入到输入端子101时(步骤301：输入步骤)，通过位长扩展转换器102，将该N位的对象图像转换成M位(M＞N)的扩展对象图像，然后通过块分割器103，将该扩展对象图像分割为多个小块(步骤302：扩展转换步骤)。另外，位长扩展转换和块分割的处理顺序也可以相反。
然后，预测方法决定器106和预测信号生成器105针对各对象块，使用存储在帧存储器114内的L位的参照图像，从多个预测方法中决定一个预测方法，生成M位的扩展预测信号。同时，生成该预测信号的生成所需要的附加信息，即表示所选择的预测方法的预测模式信息和伴随画面间预测的运动信息等(步骤303：预测信号生成步骤)。另外，预测信号的生成方法包含：由L位的信号直接生成M位的预测信号的方法；以及在暂时生成L位的预测信号之后，在位长扩展转换器105b中转换成M位的扩展预测信号的方法。
差分器104生成M位的扩展对象图像和M位的预测图像的残差图像(步骤304：残差信号生成步骤)，压缩器110对残差图像进行转换和量化，生成残差图像的编码信息(步骤305：编码步骤)。
然后，解压缩器111通过逆量化和逆转换将编码信息复原，加法器112将复原后的残差图像和预测图像相加来生成M位的扩展再现图像(步骤306：复原步骤)。
位长缩小转换器113将M位的扩展再现图像转换成L位的再现图像(步骤307：缩小转换步骤)。图像处理器116使用例如美国专利申请公开公报第2006/153301号所示的方法对L位的再现图像实施加工处理，将处理后的再现图像存储在帧存储器114内，以便用作在预测信号生成时的参照图像(步骤308：图像处理步骤、存储步骤)。此时，在图像处理器116中，为了对对象块之间实施信号处理，除了转换成L位的再现信号以外，还使用已存储在帧存储器114内的再现信号。所生成的上述附加信息和编码信息在熵编码器115中被压缩成比特流数据(步骤309)。在有必要对位数N、M、L的任一方进行编码的情况下，在熵编码器115中对其进行编码，并将其包含在比特流数据内。
如在动态图像编码装置的说明中所示的那样，本发明中的位长转换处理不限定于特定的位长扩展方法、位长缩小方法以及预测方法。
通过针对全部对象块实施这些步骤，生成最终的比特流。
(动态图像解码装置)
图4示出本发明的伴随位长转换的动态图像解码装置500的框图。动态图像解码装置500具有：输入端子(输入单元)501，数据分析器(分析单元)502，解压缩器(残差信号复原单元)503，加法器(图像复原单元)504，预测信号生成器(预测信号生成单元)505，位长缩小转换器(第1缩小转换单元)506，图像处理器(图像处理单元)507，帧存储器(存储单元)508，以及图像输出端子509。
关于这样的动态图像解码装置500，以下描述各构成部的动作。包含各对象块的扩展预测信号的生成所需要的附加信息和对象块的残差信号的编码数据的比特流被输入到输入端子501。在本实施方式中，在图1的动态图像编码装置100中处理后获得的比特流被输入到动态图像解码装置500。
数据分析器502对输入数据(所输入的比特流)进行分析，对残差信号的编码数据(量化转换系数)和附加信息进行解码。然后，在输入数据内包含有表示位长的信息即M、N、L的任一方的值的情况下，进行解码，通知给后述的位长缩小转换器和预测信号生成器。另外，作为解码方法，使用可变长度解码或算术解码等。
解码后的残差信号的编码数据(量化转换系数)经由线L502a被输入到解压缩器503，复原为残差信号。解压缩器503一般由将量化转换系数逆量化成转换系数的逆量化器、和对转换系数进行逆转换并再现残差信号的逆转换器构成，然而也可以没有其中一方，还可以是其他的结构。
另一方面，在数据分析器502中解码后的附加信息经由线L502b被发送到预测信号生成器505。在预测信号生成器505中，根据附加信息，按照与动态图像编码装置的预测信号生成器105相同的过程生成M位的扩展预测信号。加法器504通过将扩展预测信号和复原后的残差信号相加，生成M位的扩展再现信号。这里，扩展再现信号的位长是M位，然而在解压缩器503和加法器504等的中间处理中，也可以是位长比M位长的信号。例如，由于存在残差信号成为负值的可能性，因而通常为(M+1)位的位长。并且，为了提高运算精度，也可以使逆量化后的转换系数的位长比(M+1)位长。
在位长缩小转换器506中，将M位的再现信号转换成L位的再现信号。L是N以下的正整数，是依赖于帧存储器的容量的值。通常，帧存储器的容量是与输入图像相同的位长，因而L＝N。图3是L＝N的例子。
L位的再现信号经由线L506被输入到图像处理器507。在图像处理器507中，对再现信号实施例如在美国专利申请公开公报第2006/153301号所示的画质改善处理、在H.264等中定义的块噪声去除处理。这样复原后的L位的再现信号被存储在帧存储器508内，以便用作在生成预测信号时的参照图像。在图像处理器507中，为了对块间实施信号处理，除了经由线L506所输入的再现信号以外，还使用已存储在帧存储器508内的再现信号。
重复这些处理直到比特流的全部数据被处理，从而复原动态图像数据。
下面，参照图5和图6说明本实施方式涉及的动态图像解码装置500的变形例。
在位数L的值与位数N的值不同的情况下，为了输出N位的再现信号，有必要在图4的动态图像解码装置500内追加将M位的再现信号转换成N位的再现信号的处理。图5的动态图像解码装置500－2示出其结构。在图5的动态图像解码装置500－2中，在位长缩小转换器(第2缩小转换单元)506中将M位的再现信号转换成L位的再现信号，在位长缩小转换器510中将M位的再现信号转换成N位的再现信号。
图6示出对在上述的动态图像编码装置100的变形例即动态图像编码装置100－2中生成的比特流数据进行解码的动态图像解码装置500－3的结构。这里考虑N＝L。在预测信号生成器505a中，生成N位的预测信号，该预测信号经由线L505a被输入到位长扩展转换器505b。在位长扩展转换器505b中，将N位的预测信号扩展为M位的扩展预测信号，经由线L505输出到加法器504。
另外，作为本发明的特征的位长转换方法在同时具有图4和图6所示的动态图像解码装置500、500－3的结构的装置结构中也是有效的。在该情况下，在预测信号生成器505、505a的预测模式中包含：由1位的参照图像直接生成M位的扩展预测信号的方法；以及暂时生成L位的预测信号之后将其在位长扩展转换器中转换成M位的预测信号的方法，根据解码后的附加信息选择性地来处理。
(动态图像解码方法)
图7示出由动态图像解码装置500执行的伴随位长转换的动态图像解码处理的流程图。压缩编码后的数据被输入到输入端子501(步骤701：输入步骤)。然后，数据分析器502对所输入的数据进行熵解码，提取编码信息(量化转换系数)和附加信息(步骤702：分析步骤)。此时，在输入数据内包含有M、N、L的值的情况下，进行解码，用于后述的位长缩小转换和预测信号生成处理。
预测信号生成器505对附加信息进行解码，使用L位的再现图像来生成M位的扩展预测信号(步骤703：预测信号生成步骤)。预测信号的生成方法包含：由L位的信号直接生成M位的预测信号的方法；以及在暂时生成L位的预测信号之后，在位长扩展转换器505b中转换成M位的扩展预测信号的方法。
同时，解压缩器503对提取出的量化转换系数进行逆量化来复原转换系数，对该转换系数进行逆转换，将残差信号复原(步骤704：残差信号复原步骤)。加法器504将扩展预测信号和复原后的残差信号相加，生成M位的扩展再现图像(步骤705：图像复原步骤)。
然后，位长缩小转换器将M位的扩展再现图像转换成L位的再现图像(步骤706：第1缩小转换步骤)。这里，假定N＝L。图像处理器507使用例如美国专利申请公开公报第2006/153301号所示的方法对L位的再现图像实施加工处理，将处理后的再现图像存储在帧存储器508内，以便用作预测信号生成时的参照图像(步骤707：图像处理步骤、存储步骤)。在图像处理器507中，为了对对象块之间实施信号处理，除了转换成L位的再现信号以外，还使用已存储在帧存储器508内的再现信号。
重复这些步骤直到比特流的全部数据被处理，从而复原动态图像数据。
另外，如图5的动态图像解码装置500－2的结构那样，在不是L＝N的情况下，在位长缩小转换器510中追加生成N位的再现图像的步骤。
如在动态图像解码装置的说明中所示的那样，本发明中的位长转换处理不限定于特定的位长扩展方法、位长缩小方法以及预测方法。
(动态图像编码程序和动态图像解码程序)
动态图像编码装置100涉及的发明可作为用于使计算机作为动态图像编码装置来发挥功能的动态图像编码程序涉及的发明来获得。或者，还可以将本实施方式涉及的动态图像编码方法作为程序存储在记录介质内来提供。并且，动态图像解码装置500涉及的发明可作为用于使计算机作为动态图像解码装置或者动态图像编码方法来发挥功能的动态图像解码程序涉及的发明来获得。或者，还可以将本实施方式涉及的动态图像解码方法作为程序存储在记录介质内来提供。动态图像编码程序和动态图像解码程序例如被存储在记录介质内来提供。作为记录介质，例示出软盘、CD－ROM、DVD等记录介质、或者ROM等记录介质、或者半导体存储器等。
图8示出可执行动态图像编码方法的程序的模块的框图。动态图像编码程序P100具有：块分割模块P101，预测方法决定模块P102，预测信号生成模块P103，存储模块P104，减法模块P105，压缩模块P106，解压缩模块P107，相加模块P108，位长扩展模块P109，位长缩小模块P110，图像处理模块P111以及熵编码模块P112。
通过执行上述各模块而实现的功能与上述的动态图像编码装置100的功能相同。即，图像预测编码程序P100的各模块的功能与块分割器103、预测方法决定器106、预测信号生成器105、帧存储器114、差分器104、压缩器110、解压缩器111、加法器112、位长扩展转换器102、位长缩小转换器113、图像处理器116、熵编码器115的功能相同。
并且，图9是示出可执行动态图像解码方法的程序的模块的框图。动态图像解码程序P500具有：数据分析模块P501，预测信号生成模块502，存储模块503，解压缩模块P504，加法模块P505，位长缩小模块P506以及图像处理模块P507。
通过执行上述各模块而实现的功能与上述的动态图像解码装置500的各构成要素相同。即，动态图像解码程序P500的各模块的功能与数据分析器502、预测信号生成器505、帧存储器508、解压缩器503、加法器504、位长缩小转换器506、图像处理器507的功能相同。
这样构成的动态图像编码程序P100或动态图像解码程序P500被存储在记录介质10内，由后述的计算机执行。
图10是示出用于执行记录在记录介质10内的程序的计算机30的硬件结构的图，图11是用于执行记录在记录介质10内的程序的计算机30的立体图。作为这里的计算机30，包含具有CPU且进行基于软件的处理和控制的DVD播放机、机顶盒、便携电话等。
如图10所示，计算机30具有：软盘驱动装置、CD－ROM驱动装置、DVD驱动装置等读取装置12；使操作系统常驻的作业用存储器(RAM)14；对存储在记录介质10内的程序进行存储的存储器16；显示器18；作为输入装置的鼠标20和键盘22；用于进行数据等的收发的通信装置24；以及控制程序的执行的CPU26。当记录介质10被插入到读取装置12内时，计算机30能从读取装置12存取存储在记录介质10内的动态图像编码程序和动态图像解码程序，利用该动态图像编码程序和动态图像解码程序，计算机30能作为本发明涉及的动态图像编码装置和动态图像解码装置进行动作。
如图11所示，动态图像编码程序和动态图像解码程序可以作为重叠在载波上的计算机数据信号40，经由有线网络/无线网络被提供。在该情况下，计算机30可将由通信装置24接收到的动态图像编码程序和动态图像解码程序存储在存储器16内，执行该动态图像编码程序和动态图像解码程序。
根据以上说明的本实施方式的动态图像编码装置100、100－2，像素值用位长N表示的对象图像由位长扩展转换器102转换成各像素值用位长M表示，之后由压缩器110进行编码，然后，编码后的图像由解压缩器111复原，之后由位长缩小转换器113转换成像素值用值比位长M小的位长L表示的再现图像，该再现图像作为参照图像被存储在帧存储器114内。由此，将成为编码对象的图像信号的各像素转换成比对象信号的位长长的位长之后在压缩器110中进行编码处理，因而能进行编码处理的高精度运算，可提高编码效率。并且，转换成比在压缩器110中进行了编码处理时的位长M短的位长L之后存储在帧存储器114内，因而可抑制帧存储器的容量和区域的增大。
并且，根据本实施方式的动态图像解码装置500、500－2、500－3，通过数据分析器502和解压缩器503，由经由输入端子501所输入的数据流，复原像素值用比对象图像的位长N大的位长M表示的扩展再现图像，然后，扩展再现图像由位长缩小转换器506转换成像素值用值比位长M小的位长L表示的再现图像，该再现图像作为参照图像被存储在帧存储器508内。由此，将成为编码对象的图像信号的各像素转换成比对象信号的位长长的位长之后在数据分析器502和解压缩器503中进行解码处理，因而能进行解码处理的高精度运算，可提高编码效率。并且，转换成比在数据分析器502和解压缩器503中进行了解码处理时的位长短的位长之后存储在帧存储器508内，因而可抑制帧存储器508的容量和区域的增大。
并且，根据本实施方式的动态图像编码装置100、100－2和动态图像解码装置500、500－2、500－3，存储在帧存储器114、508内的参照图像的位长、和由位长缩小转换器113、506转换后的再现图像的位长都是位长L。因此，即使在通过图像处理器116、507利用参照图像来进行加工再现图像的处理的情况下，也无需另行追加消除参照图像和再现图像之间的位长差异的处理，伴随追加图像加工处理等新处理的安装和处理成本降低，扩展容易。
这样，根据本实施方式，不会增加帧存储器的容量，将成为编码对象的图像信号的各像素转换成比对象信号的位长长的位长之后进行编码和解码处理。因此，不会增加帧存储器内的存储区域，能进行编码和解码处理的高精度运算，具有提高编码效率的效果。并且，在将长位长的再现信号转换成短位长的信号之后，通过图像处理器116、507，实施使用存储在帧存储器内的信号的图像信号的加工处理。因此，不用追加对存储在帧存储器内的信号的位长转换，可实施所述加工处理。
标号说明
100，100－2：动态图像编码装置；101，501：输入端子(输入单元)；102，105b，505b：位长扩展转换器(扩展转换单元)；103：块分割器；104：差分器(残差信号生成单元)；105，105a，505，505a：预测信号生成器(预测信号生成单元)；106，106－2：预测方法决定器(预测信号生成单元)；110：压缩器(编码单元)；111：解压缩器(复原单元)；112：加法器(复原单元)；113：位长缩小转换器(缩小转换单元)；114，508：帧存储器(存储单元)；115：熵编码器；116，507：图像处理器(图像处理单元)；117，509：输出端子；500，500－2，500－3：动态图像解码装置；502：数据分析器(分析单元)；503：解压缩器(残差信号复原单元)；504：加法器(图像复原单元)；506：位长缩小转换器(第1缩小转换单元)；510：位长缩小转换器(第2缩小转换单元)。

Claims (12)

1.一种动态图像编码装置，其特征在于，该动态图像编码装置具有：
输入单元，其接收像素具有第1位长的待编码图像；
扩展转换单元，其将所述待编码图像转换成像素具有比所述第1位长大的第2位长的扩展对象图像；
缩小转换单元，其将具有所述第2位长、通过将残差信号与扩展预测信号相加而生成的扩展再现图像转换成具有比所述第2位长短的第3位长的再现图像；
存储单元，其用于存储具有所述第3位长的所述再现图像；
预测信号生成单元，其执行两种可选择的预测模式：(i)使用所述第2位长的再现信号生成所述预测信号，(ii)使用在所述存储单元中所存储的所述再现图像作为参照图像，生成具有与所述第2位长和所述第3位长均不同的第4位长的所述预测信号，并且如果所生成的所述预测信号具有所述第4位长，则将所生成的所述第4位长的所述预测信号转换成具有所述第2位长的所述扩展预测信号，
其中从所述扩展对象图像中减去所述具有所述第2位长的所述扩展预测信号来生成所述残差信号。
2.根据权利要求1所述的动态图像编码装置，其特征在于，该动态图像编码装置具有图像处理单元，该图像处理单元使用已经存储在所述存储单元内的所述再现图像的至少一部分，对来自所述缩小转换单元的、被存储到所述存储单元之前的所述再现图像进行处理。
3.根据权利要求2所述的动态图像编码装置，其特征在于，所述第3位长与第1位长不同。
4.根据权利要求1所述的动态图像编码装置，其特征在于，所述第1位长、第2位长和第3位长中的至少一方被编码。
5.一种动态图像解码装置，其特征在于，该动态图像解码装置具有：
输入单元，其接收包含残差信号的数据流；
第一缩小转换单元，其将具有第2位长的解码图像转换成具有比所述第2位长短的第3位长的第一再现图像；
存储单元，其用于存储具有所述第3位长的所述第一再现图像；
预测信号生成单元，其执行两种可选择的预测模式：(i)使用所述第2位长的再现信号生成预测信号，(ii)使用在所述存储单元中所存储的所述第一再现图像作为参照图像，生成具有与第2位长和第3位长均不同的第4位长的预测信号，并且如果所生成的所述预测信号具有所述第4位长，则将所生成的所述第4位长的所述预测信号转换成具有所述第2位长的扩展预测信号，其中所述扩展预测信号与所述残差信号相加而生成所述解码图像；
以及
第二缩小转换单元，其将具有所述第2位长的所述解码图像转换成具有第1位长的用于输出的再现图像。
6.根据权利要求5所述的动态图像解码装置，其特征在于，该动态图像解码装置具有图像处理单元，该图像处理单元使用已经存储在所述存储单元内的所述第一再现图像的至少一部分，对来自所述第一缩小转换单元的、被存储到所述存储单元之前的所述第一再现图像进行处理。
7.根据权利要求6所述的动态图像解码装置，其特征在于，所述第3位长与第1位长不同。
8.根据权利要求5所述的动态图像解码装置，其特征在于，所述数据流中包含所述第1位长、第2位长和第3位长的至少一方。
9.一种动态图像编码方法，其特征在于，该动态图像编码方法包括如下步骤：
接收像素具有第1位长的待编码图像；
将所述待编码图像转换成具有比第1位长大的第2位长的扩展对象图像；
利用预测信号生成单元执行两种可选择的预测模式：(i)使用所述第2位长的再现信号生成所述预测信号，(ii)使用在存储单元中所存储的再现图像作为参照图像，生成具有与所述第2位长和第3位长均不同的第4位长的所述预测信号，并且如果所生成的所述预测信号具有所述第4位长，则利用预测信号生成单元将所生成的所述第4位长的所述预测信号转换成具有所述第2位长的扩展预测信号，
其中从所述扩展对象图像中减去所述具有所述第2位长的扩展预测信号来生成残差信号。
10.根据权利要求9所述的动态图像编码方法，其特征在于，该动态图像编码方法具有如下步骤：使用已经存储在所述存储单元内的所述再现图像的至少一部分，对被存储到所述存储单元之前的所述再现图像进行处理。
11.一种动态图像解码方法，其特征在于，该动态图像解码方法包括如下步骤：
接收包含残差信号的数据流；
将具有第2位长的解码图像转换成具有比所述第2位长短的第3位长的第一再现图像；
将具有所述第3位长的所述第一再现图像存储到存储单元中；
执行两种可选择的预测模式：(i)使用所述第2位长的再现信号生成预测信号，(ii)使用在所述存储单元中所存储的所述第一再现图像作为参照图像，生成具有与第2位长和第3位长均不同的第4位长的预测信号，并且如果所生成的所述预测信号具有所述第4位长，则利用预测信号生成单元将具有所述第4位长的所述预测信号转换成具有所述第2位长的扩展预测信号，其中所述扩展预测信号与所述残差信号相加而生成所述解码图像；
将具有所述第2位长的所述解码图像转换成具有第1位长的用于输出的再现图像。
12.根据权利要求11所述的动态图像解码方法，其特征在于，该动态图像解码方法具有如下步骤：使用已经存储在所述存储单元内的所述第一再现图像的至少一部分，对被存储到所述存储单元之前的所述第一再现图像进行处理。
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