JP2000209610A - カラ―画像の符号化・復号化処理装置 - Google Patents

カラ―画像の符号化・復号化処理装置

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JP2000209610A
JP2000209610A JP871799A JP871799A JP2000209610A JP 2000209610 A JP2000209610 A JP 2000209610A JP 871799 A JP871799 A JP 871799A JP 871799 A JP871799 A JP 871799A JP 2000209610 A JP2000209610 A JP 2000209610A
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JP
Japan
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signals
conversion
rgb
components
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JP871799A
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English (en)
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Takayuki Nakachi
孝之 仲地
Tatsuya Fujii
竜也 藤井
Junji Suzuki
純司 鈴木
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Compression Of Band Width Or Redundancy In Fax (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、可逆圧縮を行うと共に圧縮率を向
上させるようにすることを目的としている。 【解決手段】 与えられたRGB信号について可逆カラ
ー変換を行った上で圧縮処理をほどこし、また復号に当
っては圧縮について復号を行った上で可逆カラー逆変換
を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラー画像の符号
化・復号化に当って、圧縮効率が優れかつ変換誤差の少
ないカラー画像の符号化・復号化処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】カラー画像を圧縮して伝送するための符
号化が行われており、従来から非可逆圧縮のモデルと可
逆圧縮のモデルとが知られている。
【0003】図8は非可逆圧縮の場合の符号化処理構成
を示し、図9は可逆圧縮の場合の符号化処理構成を示
す。
【0004】図8はJPEGのDCTベース符号化など
で採用されている手法に対応しており、図中の符号R,
G,Bは夫々カラーの3原色に対応する信号、1はカラ
ー変換部、2はDCT変換部、3は量子化部、4はエン
トロピー符号化部、6,7は夫々間引き処理部を表わし
ている。
【0005】なお上記JPEGは Joint Photographic
Experts Group の略で、カラー画像のデータ量を圧縮す
る国際標準符号化方式であり、8×8のブロックに分割
した画像に対して離散コサイン変換、量子化、エントロ
ピー符号化の過程を経て圧縮符号化するものとして知ら
れている。
【0006】送信側において、RGB信号が与えられる
と、カラー変換部1は、
【0007】
【数1】
【0008】にしたがって変換して、コンピュータにて
取扱う画像信号である輝度信号Yと色差1信号Uと色差
2信号Vとを得る。
【0009】得られた信号YはDCT変換部2でDCT
変換され、量子化部3とエントロピー符号化部4とをへ
て、伝送されるべき信号の成分の1つとして出力され
る。また信号Uや信号Vは間引き処理部6や7において
所定の間引き処理が行われ、以下、DCT変換部2、量
子化部3、エントロピー符号化部4をへて、夫々伝送さ
れるべき信号の成分の1つとして出力される。
【0010】受信側においては、図8に対応する形で逆
変換が行われるもので図を省略したが、エントロピー復
号化が行われ、逆量子化が行われ、DCT逆変換が行わ
れる。色差に対応する成分については更に補間処理が行
われる。このようにして、上記信号Y,U,Vに対応す
る信号が得られ、図8におけるカラー変換部1に対応す
るカラー逆変換部(図示せず)において
【0011】
【数2】
【0012】にしたがった変換が行われる。
【0013】図9はJPEGの可逆モードで採用されて
いる手法に対応しており、図中の符号8は予測符号化
部、9はエントロピー符号化部を表わしている。
【0014】送信側において、RGB信号が与えられる
と、R,G,Bの夫々の信号に対して予測符号化が行わ
れ、エントロピー符号化が行われる。
【0015】受信側においては、図9に対応する形で逆
変換が行われ、図を省略したが、夫々の成分に対応して
エントロピー復号化が行われ、予測符号化に対応する復
号化が行われる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】図8に関連して説明し
た非可逆圧縮の場合には、カラー変換や量子化が行われ
ることから、エントロピーが低減され圧縮率を高くとる
ことができる。即ち、カラー変換を用いることによって
RGB信号間にある冗長性を減少させ、量子化を行うこ
とから信号のレベル数を変化させまた頻度分布を変化さ
せることによりエントロピーを減少させることができ
る。
【0017】しかし、式(1)や式(2)に示す変換/
逆変換やDCT変換/逆変換に当って有限語長の演算が
行われることから、有限語長に伴う切り捨てや乗算時の
丸め誤差などを生じる。また量子化歪や、色差成分に対
する間引きなどによって、受信側で再生されるカラー画
像出力には必然的に歪が加わるものとなる。
【0018】また図9に関連して説明した可逆圧縮の場
合には、予測符号化に当っては加減算が行われることか
ら誤差が生じることがなく、受信側で再生されるカラー
画像出力はいわば無歪である。
【0019】しかし、RGB信号には冗長性があるもの
であり、また可逆性を保証するために量子化を行うこと
ができないことから、圧縮率の向上には限界がある。
【0020】本発明は、可逆圧縮を行うと共に圧縮率を
向上させるようにすることを目的としている。
【0021】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の可逆圧縮
の場合の実施例構成を示す。図中の符号11は本発明に
用いる可逆カラー変換部であり、8は予測符号化部、9
はエントロピー符号化部を表わしている。
【0022】本発明にもとづく可逆圧縮に当っては、図
9を参照して説明した従来公知の可逆圧縮の構成を利用
して、当該従来公知の可逆圧縮の場合の無歪みで変換/
逆変換を可能にしている利点を享受しつつ、カラー変換
/逆変換をいわば無歪で行わせることによって圧縮率の
向上をはかるようにしている。
【0023】図1における可逆カラー変換部11は、図
8におけるカラー変換部1とは異なり、可逆変換符号化
として知られているn次の差分を用いる方式を、3次の
差分として定式化し、即ち、RGBの信号に対応する3
次の差分として定式化し、カラー変換(カラー逆変換)
に適用できるようにしたものである。そして、図1にお
ける予測符号化部8やエントロピー符号化部9は、図9
におけると同等の構成をもつようにしている。勿論、可
逆圧縮を可能にする他の圧縮方法であってもよい。
【0024】送信側においてRGB信号が与えられる
と、可逆カラー変換部11は、可逆性を保証する形でカ
ラー変換を行い、RGB信号にもとづいて出力成分O1,
2, 3 を得るようにする。そして、得られた出力成分
1,2,3 の夫々について、予測符号化部8によって
予測符号化を行い、エントロピー符号化部9によってエ
ントロピー符号化を行い、受信側に伝送する。
【0025】受信側においては、受信した3成分にもと
づいて、夫々、図1の場合に対応する逆方向の処理を行
い、エントロピー復号化部(図示せず)にてエントロピ
ー復号化を行い、ついで予測復号部(図示せず)にて予
測復号化を行う。そして、図1に示す可逆カラー変換部
11に対応する形の可逆カラー逆変換部(図示せず)に
て出力成分O1,2,3 からRGB信号を再生する。
【0026】
【発明の実施の形態】RGB信号間には一般に相関があ
り、このために、図9に示す従来の構成の場合にはRG
B信号間の冗長性のために圧縮率の向上をはかり得なか
ったものであるが、カラー変換を行うことによってRG
B信号間の冗長性が除去され変換後の信号のエントロピ
ーは低減され得る。本発明においては、図1に示す如
く、可逆カラー変換/逆変換を行うことによって、可逆
性を保証しつつ、RGB信号間の冗長性が除去されて、
圧縮率を向上させることが可能となる。
【0027】なお、可逆変換符号化として知られている
n次の差分を用いる方式は、電子情報通信学会論文誌 A
Vol.J79-A No.4 pp.981-990 1996 年4月において、
「濃淡画像の可逆的な変換符号化」として発表されてい
るものである。当該論文においては、濃淡静止画像につ
いて可逆的な変換符号化を提案しており、n次の差分を
用いるようにしている。
【0028】本発明における可逆カラー変換/逆変換に
おいては、上記のn次の差分をRGB信号に対応する3
次の差分に定式化しており、カラー変換/逆変換に利用
できるようにしている。
【0029】(A)可逆カラー変換 図1に示す可逆カラー変換部11においては、後述する
如く、第1変換部と第2変換部と出力部とからなり、各
ピクセル毎に、成分O1 としてRGB信号の平均、成分
2 としてRGB信号間の傾きの平均、成分O3 として
RGB信号間の傾きの差分を得るようにしている。
【0030】図2は可逆カラー変換部の構成を示す。図
中の符号11は図1に対応し、12は第1変換部、13
は第2変換部、14は出力部を表わしている。
【0031】(A1)第1変換部12の演算 与えられたRGB信号にもとづいて、第1の中間結果成
分x1 (0) ,x1 (1),x1 (2) を次のように演算す
る。
【0032】
【数3】
【0033】なおx1 (0) はRGB信号の平均値、x1
(1) ,x1 (2) は夫々、G−R信号間の差分、B−G信
号間の差分である。ここで
【0034】
【数4】
【0035】はxを超えない最大整数を表す。即ち、記
号で囲まれた中味の四捨五入をした値を表す。
【0036】(A2)第2変換部13の演算 第1変換部12において得られた成分を用いて、第2の
中間結果成分x2 (0),x2 (1) を次のように演算す
る。
【0037】
【数5】
【0038】なお、x2 (0) はx1 (1) とx1 (2) との
平均値、x2 (1) はx1 (2) とx1(1) との差分であ
る。
【0039】(A3)出力部14における信号の抽出 上記の如く得られた成分を抽出して、出力成分O1,2,
3 を次の如く得る。
【0040】 O1 =x1 (0) (8) O2 =x2 (0) (9) O3 =x2 (1) (10) (B)可逆カラー逆変換 図1に示す可逆カラー変換部11に対応する形で、受信
側においては、復号して得られた成分O1,2,3 につ
いて、可逆カラー逆変換部をそなえ、可逆カラー逆変換
を行う。
【0041】当該可逆カラー逆変換部においては、後述
する如く、第1逆変換部と第2逆変換部とからなり、各
ピクセル毎の成分O1,2,3 から、当該ピクセル毎の
RGB信号を得る。
【0042】図3は可逆カラー逆変換部の構成を示す。
図中の符号21は可逆カラー逆変換部、22は第1逆変
換部、23は第2逆変換部を表わしている。
【0043】(B1)第1逆変換部22の演算 与えられた成分O2,3 にもとづいて第1の中間結果成
分x1 (1) ,x1 (2)を次のように演算する。
【0044】
【数6】
【0045】(B2)第2逆変換部23の演算 与えられた成分O1 と、上記の如く得られた成分x
1 (1) ,x1 (2) とを用いて、RGB信号を次のように
演算する。
【0046】
【数7】
【0047】得られたRGB信号は、図1において与え
られたRGB信号と対応している。上記において、第1
変換部12と第2変換部13、第1逆変換部22と第2
逆変換部23の如く、夫々2段階に分けて演算を行うよ
うにすることによって、可逆性が保証される。
【0048】上記変換に当っての出力成分O1,2,3
と入力信号R,G,Bとの関係は
【0049】
【数8】
【0050】の如く書き表わすことができる。
【0051】図4は変換基底を示す図である。成分O1
の基底は1/3R, 1/3G, 1/3B有するものであ
り、成分O2 については、 0.5Rと− 0.5Bとを有する
ものであり、成分O3 についてはRと−2GとBとを有
するものであって、成分O1,2,3 は互に直交してお
り、成分O1,2,3 間に冗長性はない。
【0052】発明者らは、本発明の有効性を示すために
シミュレーションを行った。対象画像として、図5に示
す5通りの超高精細画像(2048×2048[画素]、8[ビ
ット/画素])を用いた。
【0053】図6は原画像と変換信号とのエントロピー
を示す図である。
【0054】図6(a)は図5に示す5種類の画像のR
GB信号(即ち図9に示したRGB信号)についてのエ
ントロピーを示しており、例えば図5に示すTemple画像
については、各エントロピーがR信号について7.62、G
信号について7.52、B信号について7.30であり、平均値
が7.48であることを表わしている。
【0055】これに対して図6(b)は図5に示す同じ
画像について図2に示す可逆カラー変換をほどこした信
号即ち変換信号についてのエントロピーを示している。
例えば図5に示すTemple画像についての変換信号の各エ
ントロピーが、出力成分O1について7.51、出力成分O
2 について5.65、出力成分O3 について4.45であり、平
均値が5.87であることを表わしている。
【0056】図6(a)と図6(b)との比較の結果か
ら、原画像自体よりも変換画像自体の方がより圧縮効率
が良いことを示している。
【0057】図7は可逆圧縮を行った場合のエントロピ
ーを示す図である。
【0058】図7(a)は図5に示す5種類の画像のR
GB信号について図9に示す可逆圧縮を行った結果のエ
ントロピーを示しており、例えば図5に示すTemple画像
については、各エントロピーが、R信号を処理した信号
については、4.99、G信号を処理した信号については5.
14、B信号を処理した信号については5.44であり、平均
値は5.14であることを表わしている。
【0059】これに対して、図7(b)は図5に示す5
種類の画像の上記出力成分O1,2,3 について図9に
示す可逆圧縮を行った結果のエントロピーを示す。即
ち、図7(b)は図5に示す5種類の画像のRGB信号
について図1に示す可逆圧縮を行った結果のエントロピ
ーを示す。例えば図5に示すTemple画像についての成分
1,2,3 が処理された結果の各エントロピーが、O
1 信号に対応するものでは5.02、O2 信号に対応するも
のでは3.97、O3 信号に対応するものでは5.06であり、
平均値は4.68であることを表わしている。
【0060】図7(a)と図7(b)との比較の結果か
ら、図9の処理よりも図1に示す処理の方がより圧縮効
率が良いことを示している。勿論、可逆性は失われてい
ない。
【0061】なお、図7において図中に、(5),
(7),(4)として( )で示している数字は、次の
ことを表わしている。即ち、JPEGにおいては複数種
類の予測器が存在するが、それらの予測器の内で最も低
いエントロピーを与えるものを選択して、その予測器を
用いた結果を、図7に示している。上記( )内の数字
は最も低いエントロピーを与えた予測器の種類をナンバ
で示したものである。
【0062】なお、上記において可逆カラー変換/逆変
換をJPEGと組合わせて用いることを示したが、それ
以外の圧縮方法と組合せて使用することを排除するもの
ではない。
【0063】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、可
逆カラー変換/逆変換を用いることにより、カラー画像
について可逆性を失うことなくカラー変換を行うことが
できて、しかも圧縮効率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の可逆圧縮の場合の実施例構成を示す。
【図2】可逆カラー変換部の構成を示す。
【図3】可逆カラー逆変換部の構成を示す。
【図4】出力成分O1,2,3 の変換基底を示す。
【図5】5通りの超高精細画像の例を示す。
【図6】原画像と変換信号とのエントロピーを示す。
【図7】可逆圧縮を行った場合のエントロピーを示す。
【図8】従来の非可逆圧縮の場合の符号化処理構成を示
す。
【図9】従来の可逆圧縮の場合の符号化処理構成を示
す。
【符号の説明】
11 可逆カラー変換部 8 予測符号化部 9 エントロピー符号化部 12 第1変換部 13 第2変換部 14 出力部 21 可逆カラー逆変換部 22 第1逆変換部 23 第2逆変換部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 純司 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5C057 AA03 BA01 CA01 CC04 DA01 EA01 EL01 EM01 EM07 EM13 5C059 MA01 MA45 ME01 PP01 PP15 UA02 UA05 5C078 AA09 BA21 BA32 CA00 CA31 DA01 DA02 DB12 5C079 HB01 LA01 LA27 MA00 MA11 NA11 NA29

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 RGBを入力とするカラー画像の符号化
    処理装置において、 RGBの平均をx1 (0) G−Rの差分をx1 (1) B−Gの差分をx1 (2) とした中間結果成分x1 (0) 〜x1 (2) を出力とする第
    1変換部と x1 (1) とx1 (2) の平均をO21 (2) とx1 (1) の差分をO31 (0) をO1 とした出力成分O1 〜O3 を出力とする第2変換部を有
    することを特徴とするカラー画像の符号化処理装置。
  2. 【請求項2】 RGBを出力とするカラー画像の復号化
    処理装置において、 上記請求項1の成分O1 〜O3 を入力信号として用い、
    成分O2 とO3 とを入力とし中間結果成分x1 (1) とx
    1 (2) とを出力とする上記請求項1の第2変換部に対応
    する逆変換部と、 成分O1 と中間結果成分x1 (1) と中間結果成分x
    1 (2) とを入力としRGBを出力とする上記請求項1の
    第1変換部に対応する逆変換部とを有することを特徴と
    するカラー画像の復号化処理装置。
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