JP2001204037A - 動き補償適応型画像処理方法及びその装置 - Google Patents

動き補償適応型画像処理方法及びその装置

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JP2001204037A JP2001013152A JP2001013152A JP2001204037A JP 2001204037 A JP2001204037 A JP 2001204037A JP 2001013152 A JP2001013152 A JP 2001013152A JP 2001013152 A JP2001013152 A JP 2001013152A JP 2001204037 A JP2001204037 A JP 2001204037A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 復号された画像フレームが小メモリに格納さ
れ、復号された画像の画質が高画質を維持し得るように
画像フレームの低い帯域幅に対して圧縮する、動き補償
適応型画像圧縮方法及びその装置を提供すること。 【解決手段】 画像データを高周波成分と低周波成分
とに分解し、各々の成分に適切なビットを割り当てて画
像データを圧縮／符号化し、前記圧縮／符号化された画
像データを高周波成分と低周波成分とに復号して本来の
画像データを復元する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理方法及び
その装置に係るもので、詳しくは、画像データを高周波
成分と低周波成分とに分解し、各々の成分に適切なビッ
トを割り当てて画像データを圧縮／符号化した後、その
圧縮／符号化された画像データを高周波成分と低周波成
分とに復号して本来の画像データを再生する、動き補償
適応型画像処理方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、画像データを処理するデコーダ
の中で、リアルタイムＶＬＳＩデコーダは、処理する資
源が小さいほど小費用で製作することができる。言い換
えると、デコーダの製造費用を低減させたい場合は、小
メモリを使用するか、画像データの計算量を低減させる
か、若しくは、画像データの処理帯域幅を低減させなけ
ればならない。
【０００３】ＡＴＳＣ（Advanced Television System C
ommitte）は、動画像の符号化及び復号のためにISO／IE
C18318-2、すなわち、一般的に知されているＭＰＥＧ−
２標準規格を採択した。特に、アメリカにおけるディジ
タルＴＶ（ＤＴＶ）システムは、標準規格としてＭＰＥ
Ｇ−２ＭＰ＠ＨＬビデオ符号化仕様を採択している。そ
のビデオ符号化仕様は１８個の異なる画像フォーマット
が記載されている。
【０００４】多様な画像フォーマット中、１９２０×１
０８０×３０［フレーム／秒］のフォーマットは、最大
のフレームメモリ及び最大の帯域幅を必要とする。且
つ、その画像フォーマットに該当する画像の大きさを復
号しようとすると、デコーダは約１６ＭＢの大きさを有
するメモリを必要とする。このようなメモリとしては外
部メモリを使用することができる。
【０００５】リアルタイムＶＬＳＩデコーダを設計する
とき、メモリの帯域幅は、その性能を決定する主要要素
で、且つ、デコーダチップの製造費用の増減に直接的に
影響を与える要素となる。また、リアルタイムＶＬＳＩ
デコーダは、復号されたフレームを格納するために大容
量の外部メモリを必要とするため、パソコンまたはセッ
トトップボックスに拡張カードを追加的に設けなければ
ならず、そのため製品の原価が増加する。
【０００６】以上のような理由により、家電製品用のリ
アルタイムＶＬＳＩデコーダを実現することが困難であ
る。一方、ＨＤＴＶデコーダは、ＡＴＳＣ規格で提案し
た１８個の画像フォーマット及びＭＰＥＧメインプロフ
ィール／メインレベル規格を利用するＡＴＳＣ ＤＴＶ
画像フォーマット（４：２：０ Ｙ、Ｃｂ、Ｃｒモー
ド）を全て復号することができなければならない。
【０００７】ここで、前記１８個のフォーマットは次の
ような情報の組合せにより生成される。 （１）４個の異なる画像サイズ、すなわち、１９２０×
１０８０、１２８０×７２０、７０４×４８０、６４０
×４８０ （２）２つの異なる縦横比、すなわち、４：３及び１
６：９ （３）８つの異なるフレームレートコード、すなわち、
２３．９７６Ｈｚ、２４Ｈｚ、２９．９Ｈｚ、３０Ｈ
ｚ、５９．９４Ｈｚ、６０Ｈｚ （４）順次走査またはインタレース走査
【０００８】一方、ＡＴＳＣが採択したＭＰＥＧ−２ビ
デオは、画像符号化タイプと呼ばれる３つの異なる符号
化モードを支援する。その３つの画像符号化タイプは、
Ｉｎｔｒａ（Ｉ）ピクチャータイプ、Ｐｒｅｄｉｃｔｉ
ｖｅ（Ｐ）ピクチャータイプ、及びＢｉ−ｄｉｒｅｃｔ
ｉｏｎａｌ（Ｂ）ピクチャータイプであり、それぞれ異
なる特徴を有している。Ｉピクチャーは、他のピクチャ
ーを参照せずに符号化されるピクチャーであって、Ｐピ
クチャー及びＢピクチャーを予測するために使用され
る。Ｐピクチャーは、基準ピクチャとして利用されるも
ので、以前のＩピクチャーまたはＰピクチャーを利用し
て符号化されて、その後のＰピクチャー及びＢピクチャ
ーを予測するために使用される。また、Ｂピクチャー
は、基準ピクチャとしては利用されず、前後にあるＩピ
クチャー及びＰピクチャーを利用して符号化される。
【０００９】従来の画像処理装置においては、図６に示
したように、画像信号を入力して可変長さに符号化する
可変長さ符号化部１０１と、可変長さ符号化部１０１か
ら出力される信号を逆量子化する逆量子化部１０２と、
逆量子化部１０２から出力される逆量子化された信号を
逆離散変換するＩＤＣＴ部１０３と、可変長さ符号化部
１０１から出力される動きベクトルを入力されて動き補
償情報を出力する動き補償部１０６と、動き補償情報に
よって逆離散変換された信号を入力してフレーム単位に
画像を処理する画像フレーム処理部１０４と、画像フレ
ーム処理部１０４から出力される画像データを格納して
出力するメモリ１０５と、により構成されていた。
【００１０】以下、このように構成された従来画像処理
装置の動作ついて説明する。先ず、ビットストリームの
入力を受けた可変長さデコーダ（ＶＬＤ）１０１が可変
長さに復号して可変長さ復号されたデータを逆量子化部
（ＤＥＱ）１０２に出力すると、逆量子化部１０２は可
変長さ復号されたデータを逆スキャン及び逆量子化して
逆離散変換器（ＩＤＣＴ）１０３に出力する。
【００１１】次いで、逆離散変換器１０３が入力された
逆量子化データを逆離散変換して画像フレーム処理部１
０４に出力する。画像フレーム処理部１０４は入力され
た逆離散変換データを再生してメモリ１０５に出力す
る。
【００１２】次いで、メモリ１０５は入力された再生デ
ータを格納し、動き補償部１０６及びディスプレー制御
部（未図示）を介してＴＶまたはモニターに出力する。
【００１３】一方、可変長さデコーダ１０１から出力さ
れる動きベクトルＭＶ及びメモリ１０５から出力される
再生されたデータの入力を受けた動き補償器（ＭＣ）１
０６は、動きを補償したデータを画像フレーム処理部１
０４に出力し、画像フレーム処理部１０４は前記ＩＤＣ
Ｔデータと動き補償データとを加算して本来の画像を再
生して出力する。
【００１４】ここで、外部メモリは１６ＭＢの容量で、
３つの異なるピクチャーと、２つの基準ピクチャーと、
Ｂピクチャーとを格納する。また、ディスプレー制御器
及び動き補償部１０６は、帯域幅のほとんどを使用する
各回路部により構成され、特に、動き補償部１０６はデ
ィスプレー制御器とは違って、動き補償が１６×１６ま
たは１６×８ピクセル（ｐｅｌ）ブロックを基準に実施
されるため、動き補償のためにはメモリデータがランダ
ムにアクセスされなければならない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の画像
処理装置及びその方法においては、ＭＰＥＧがＩ、Ｐ及
びＢピクチャーフレームを組合せて使用したシーケンス
を符号化するため、復号されたデータのランダムアクセ
スの可能性と適切な圧縮比間の均衡を維持することが困
難で、予測エラーが発生し易く、次のＩフレームにより
リフレッシュされるまでエラーが増加するという不都合
な点があった。
【００１６】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたもので、復号された画像フレームが小メモリに
格納され、復号された画像の画質が高画質を維持し得る
ように画像フレームの低い帯域幅に対して圧縮する、動
き補償適応型画像圧縮方法及びその装置を提供すること
を目的とする。
【００１７】本発明の他の目的は、復号された画像フレ
ームが格納されるメモリの入出力帯域幅（Ｉ／Ｏ Ｂ
Ｗ）を圧縮させることにより復号された画像フレームが
小容量の外部メモリに格納されるように画像フレームを
高周波成分と低周波成分とに分解し、それらに対して適
切なビットを割り当てて圧縮する、動き補償適応型画像
圧縮方法及びその装置提供しようとする。
【００１８】本発明のその他の目的は、メモリに格納さ
れた画像データを高周波成分と低周波成分とに分離して
読出した後、それらを復号することによって本来の画像
を再生する、動き補償適応型画像圧縮方法及びその装置
を提供しようとする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係る動き補償適応型画像処理方法にお
いては、画像データを処理して格納し、格納された画像
データを再生する画像処理方法であって、画像データを
高周波成分の画像データと低周波成分の画像データとに
分解し、それらの分解された高周波成分の画像データ及
び低周波成分の画像データに所定ビットを割り当てて圧
縮／符号化する段階と、圧縮／符号化された画像データ
を高周波成分に該当する値と低周波成分に該当する値と
に分解し、それら分解された値に該当する高周波成分の
画像データと低周波成分の画像データとに復号して本来
の画像データに再生する段階と、を順次行うことを特徴
とする。
【００２０】前記目的を達成するための本発明に係る動
き補償適応型画像処理装置は、画像データを処理して格
納し、格納された画像データを再生する画像処理装置で
あって、外部から入力された画像信号をフレーム単位で
処理し、処理された画像データを出力する画像フレーム
処理部と、入力された画像信号の動きを補償するために
補償情報を生成して画像フレーム処理部に出力する画像
補償部と、画像フレーム処理部から出力される画像デー
タを高周波数成分と低周波数成分とに分離し、所定ビッ
トを割り当てて圧縮／符号化する画像圧縮部と、圧縮／
符号化された画像データを格納する記憶部と、記憶部に
格納された圧縮／符号化された画像データを復号／再生
する画像再生部とを含むことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に対
し、図面を用いて説明する。一般に、各画像フレームは
圧縮可能な、相関関係のある多数の領域を含んでいる。
それら画像フレームは、順次または飛越し走査により形
成される。したがって、それらの画像フレームに対して
水平方向に実施された圧縮は、垂直方向または２次元方
向に実施された圧縮よりも、圧縮された画像を再生した
ときの画像損失は少ない。一方、画像フレームに対する
圧縮比が高くなるほど、高周波成分及びエッジがより一
層損傷される。
【００２２】ＤＰＣＭ、適応型ＤＰＣＭ（ＡＤＰＣＭ）
及びベクトル量子化方法を利用して画像フレームを圧縮
するとき、例えば、中間程度の圧縮比により画像フレー
ムが圧縮された場合でもエッジの損傷が発生する。従っ
て、再生された画像フレームの画質を本来の画像と同様
な画質に維持するためには、エッジまたは高周波成分を
保護し得る圧縮方法が必要である。また、前述した各方
法では、画像にディテールが備わっているテクスチャー
領域においては、ディテールをスムーズにする傾向があ
り、かつエラー伝播または予測変動が発生する。
【００２３】画像損失を低減させるためには、適応量子
化及び可変長さ符号化を行って画像を再圧縮する方法も
あるが、この方法は演算過程が複雑である。
【００２４】ＡＤＰＣＭ方法は、分離されたヘッダー情
報がランダムアクセスするように格納されて動きを補償
するため、画像処理装置の複雑性を一層増加させる。
【００２５】一方、ウエーブレット変換が適用されたＡ
ＤＰＣＭ方法は、前記ＡＤＰＣＭ方法よりも複雑性が低
減されるだけではなく、テクスチャー及びエッジ領域に
おいても画像の画質を殆ど損傷せずに再生することがで
きる。
【００２６】本発明の基本概念は、復号されたフレーム
を外部フレームメモリに格納する前に再び圧縮するこ
と、すなわち、復号されたＩ、Ｐ、Ｂピクチャーを圧縮
することによって、必要な記憶容量を低減させることを
特徴とする。従って、動き補償及びディスプレーのため
にメモリに格納されたフレームデータを読み出し／書込
みするために必要な帯域幅も圧縮することができる。
【００２７】帯域幅は、高鮮明（ＨＤ）画像を復号する
とき、特に、動き補償部が活性化するときに増加する。
すなわち、動き補償部は、ビットストリームから得られ
た動きベクトルを利用して、与えられた任意の位置から
１６×８または１６×１６ピクセル（ｐｅｌ）を基準に
データにアクセスする。従って、リアルタイムＶＬＳＩ
デコーダを設計するときは前記各結果を考慮すべきであ
る。
【００２８】ＭＰＥＧは、動画像を符号化するために
Ｉ、Ｐ、Ｂ画像を利用するため、再圧縮の際、動き予測
誤差が１つのＩ画像から次のＩ画像まで影響を与える。
従って、誤差の影響を少なくできる圧縮システムを構築
すべきである。
【００２９】且つ、メモリの容量と共にメモリのアクセ
ス帯域幅を圧縮させることは、製造費用と直接連関され
るため、消費者にとっては非常に重要である。本発明で
は、帯域幅を圧縮させるために、比較的安価なＲＤＲＡ
Ｍを使用する代わりに通常のＳＤＲＡＭを使用した。本
発明は、画質が低下されることなく、ＰＳＮＲに関連し
て無視できるほどの低下でありながら、圧縮比、帯域幅
の使用及び動き補償に対して、ランダムアクセス性、誤
差増加率及び製品の費用効果の面から良好なバランスを
維持することができる。
【００３０】以下、実施例を用いて本発明をより具体的
に説明する。 ［実施例］画像フレームの圧縮に使用されるウエーブレ
ット変換方法は、エネルギーをコンパクト化する能力が
非常に大きい。すなわち、ウエーブレット変換を利用し
て高周波成分及び低周波成分を２つの異なる周波数サブ
バンドに分解すると、分解された高周波係数のエントロ
ピーが減少され、よって、コーデックは少ないビット数
を利用して符号化することができる。
【００３１】また、より高い高周波成分が量子化により
０または０付近の値になるため、高周波サブバンドで極
めて少ない数の非零値が誘導される。このとき、高周波
サブバンドは、予め作成したテーブル、ベクトル量子
化、または、可変長さ符号化技法を利用した単純な量子
化方法により効果的に符号化することができる。
【００３２】また、圧縮比は、量子化ステップの大きさ
により調節されるか、または、低周波を他の低周波及び
高周波サブバンド、すなわち、低−低、低−高、高−低
及び高−高の周波数バンドに更に分解することによって
調節される。このように低周波成分を連続的に分解して
圧縮比が調節されると、エントロピーが減少されて圧縮
効率も高くなる。
【００３３】本発明に係る画像処理装置においては、図
１に示したように、入力画像データをブロック単位で処
理して本来の画像を再生するために、可変長さデコーダ
２００、逆量子化器３００、ＩＤＣＴ４００、画像処理
部５００が接続されている。画像処理部５００は、可変
長さデコーダ２００から出力される動きベクトルＭＶが
入力されて動き補償情報を出力する動き補償部８００に
接続されており、動き補償部８００から出力される動き
補償された画像情報及びＩＤＣＴ４００により処理され
たＤＣＴ係数を利用して本来の画像を再生し、その再生
された画像データを出力する。再生された画像データの
入力を受ける画像圧縮部６００は、再生された画像デー
タを高周波成分と低周波成分とに分解し、各々の成分に
対応するビットを割り当てて圧縮／符号化し、圧縮／符
号化された画像データをメモリ７００に出力する。
【００３４】そして、メモリ７００に記憶された画像デ
ータを画像再生部９００に出力すると、画像再生部９０
０はメモリ７００から高周波成分及び低周波成分ごとに
圧縮／符号化されたデータを読出し、各成分に対し復号
を実施して、復号された画像データを動き補償部８００
に出力する。
【００３５】また、動き補償部８００は、可変長さデコ
ーダ２００から出力される動きベクトルＭＶを利用して
復号された画像データの動きを補償し、その動き補償情
報を前記画像処理部５００に出力する。その結果、入力
された画像の動きが補償されて本来の画像に再生され
る。
【００３６】本実施形態に係る画像圧縮方法において
は、図２に示したように、「Ｈ」として示された複数の
高周波フィルター６０１、６０５、６０９と、「Ｌ」と
して示された複数の低周波フィルター６０２、６０６、
６１０と、「↓２」として示された複数のデシメータ６
０３、６０４、６０７、６０８、６１１、６１２と、に
より構成されている。
【００３７】入力された画像Ｘ（ｎ）に対し、高周波フ
ィルター（Ｈ）６０１及び低周波フィルター（Ｌ）６０
２を利用して高周波成分と低周波成分とにそれぞれ分解
し、それらの分解された信号に対し各デシメータ６０
３、６０４を利用してダウンサンプリング（down sampl
ing）する。
【００３８】以上のような動作を第１ステージとする
と、その第１ステージの低周波フィルター６０２から出
力される各データに対し、第１ステージと同様の方式を
適用して入力された信号を高周波フィルター６０５と低
周波フィルター６０６で分解した後再びダウンサンプリ
ングを行う第２ステージを実施する。すなわち、第２ス
テージにおいても、第１ステージで分解された低周波成
分に対して再び高周波フィルター６０５と低周波フィル
ター６０６を利用して高周波成分と低周波成分とにそれ
ぞれ分解し、それら分解された信号に対し各てデシメー
タ６０７、６０８を利用してダウンサンプリングを実施
する。
【００３９】同様に、第３ステージにおいても、第２ス
テージで分解された低周波成分に対し、再び高周波フィ
ルター６０９及び低周波フィルター６１０を利用して高
周波成分と低周波成分とにそれぞれ分解し、それら分解
された信号に対して各デシメータ６１１、６１２を利用
してダウンサンプリングを実施する。必要に応じてさら
に繰り返す。従って、入力された画像信号は低周波領域
に分解される。
【００４０】本実施形態に係る画像処理装置の画像圧縮
部においては、図３に示したように、画像データの入力
を受けたフィルター６１３が前記画像データを高周波成
分Ｈｎと低周波成分Ｌ０、Ｌ２とに分解して出力する。
高周波成分Ｈｎは符号化テーブル６１４に基づいて符号
化して出力される。１番目の低周波成分Ｌ０は処理され
ずに符号化値としてフィルター６１３から出力される。
また、２番目の低周波成分Ｌ２は、１番目の低周波成分
Ｌ０から減算器６１５により減算され、その差値が符号
化テーブル６１７に基づいて符号化される。
【００４１】ここで、各符号化テーブル６１４、６１５
を利用した符号化方法は、入力された値が符号化テーブ
ルの値（または、所定範囲）に対応するとき、その値
（または、範囲）に対応するインデックス（索引）値を
該当データのコードとして符号化する。
【００４２】従って、画像データは高周波成分と低周波
成分とに分解された後、符号化テーブルに基づいて適切
なビット数が割当されて圧縮され、このように圧縮され
た画像データが、圧縮過程を逆に実施することによって
再生される。
【００４３】図面に基づいてその再生をさらに詳しく説
明する。本実施形態に係る画像再生方法を説明するため
の構成においては、図４に示したように、入力信号をア
ップサンプルリングし、「↑」として示された複数の逆
デシメータ９０１、９０２、９０５、９０６、９０９、
９１０と、それら逆デシメータから出力されるアップサ
ンプリングされた信号を高周波成分と低周波成分とにそ
れぞれフィルターリングする「〜Ｈ」及び「〜Ｌ」とし
て示された各高周波フィルター９０３、９０７、９１１
及び低周波フィルター９０４、９０８、９１２とにより
構成されている。なお、明細書におけるＨとＬの前の
「〜」は図のようにそれぞれの文字の上に付くものであ
る。
【００４４】そして、本実施形態に係る画像再生装置に
おいては、図５に示したように、高周波成分と低周波成
分とに分解し圧縮されてメモリに格納されたデータの入
力を受け、符号化テーブル９１３に基づいて高周波成分
を再生し、別の符号化テーブル９１４に基づいて低周波
成分を再生する。すなわち、符号化テーブル９１３は、
高周波成分Ｈｎに対するコード（すなわち、図３に示さ
れた符号化テーブル６１４のインデックス値）を検索し
て該当インデックス値に対応する代表値を復号出力Ｈ
ｎ’とする。
【００４５】１番目の低周波成分Ｌ０は、画像圧縮部か
ら出力されるときコード値として処理されずに出力され
ているため、画像データを再生する画像再生部でも処理
されずにそのまま出力される。２番目の低周波成分Ｌ２
（この値は１番目の低周波成分との差を符号化した値で
ある）は、符号化テーブル９１４からその値をインデッ
クスとする代表値が出力され、その出力値を加算器９１
５により１番目の低周波成分値Ｌ０と加算することによ
って本来の画像データＬ２’に再生される。
【００４６】ここで、各低周波フィルター及び高周波フ
ィルターＬ、Ｈ、〜Ｌ、〜Ｈは、分解フィルター及び合
成フィルター（decomposition and reconstruction fil
ters）であって、例えば、低周波分解フィルターの係数
Ｌが｛Ｃ0、Ｃ1、Ｃ2、−Ｃ3｝であると、Ｈ、〜Ｌ、〜
Ｈは次式のように表現することができる（ここで、ｎ＝
｛０、１、２、３｝である） Ｈ（ｎ）＝（−１）nＬ（３−ｎ） （１） 〜Ｌ（ｎ）＝Ｌ（３−ｎ） （２） 〜Ｈ（ｎ）＝Ｈ（３−ｎ） （３） また、次の各式は、分解及び再生用Ｄａｕｂｅｃｈｉｅ
の４タップコンパクトフィルター（Daubechie's 4 tap
compact filters）に対する各係数を示す。 Ｌ（ｎ）＝｛Ｃ0、Ｃ1、Ｃ2、−Ｃ3｝ （４） Ｈ（ｎ）＝｛−Ｃ3、−Ｃ2、Ｃ1、−Ｃ0｝ （５） 〜Ｌ（ｎ）＝｛−Ｃ3、Ｃ2、Ｃ1、Ｃ0｝ （６） 〜Ｈ（ｎ）＝｛−Ｃ0、Ｃ1、−Ｃ2、−Ｃ3｝ （７）
【００４７】理論的に、画像はｍ×ｎ個のブロックの大
きさに基づいて再分割される。ここで、ｍは水平方向の
ピクセルの数で、ｎは垂直走査線の数である。圧縮は
Ｉ、Ｐ及びＢピクチャーで輝度及び色相成分Ｃｂ及びＣ
ｒに対して予め分割された各サブブロックに基づいて行
われる．
【００４８】もし、Ｈが画像の水平方向の大きさ、Ｖが
画像の垂直方向の大きさであるとし、Ｘが大きさＨ×Ｖ
のディジタル画像で符号化されるベクトルとすると、そ
のベクトルの大きさはｍ×ｎとして示すことができる。
ここで、ｍは水平方向の大きさを示し、ｎは垂直方向の
大きさを示す。
【００４９】従って、圧縮はｍ×ｎブロックの大きさの
中で実施され、最初に、輝度ブロックに対して圧縮が行
われ、その後色相ブロックに対して圧縮が行われる。
【００５０】また、圧縮比は、図２に示したように、分
解段階を調節するか、低周波係数及び高周波係数に対し
て他の量子化ベクトルを適用することによって調節され
る。ただし、低周波成分に対する圧縮比が高いと、信号
を再生するときエラーの発生が多くなる。
【００５１】一方、量子化器は多様な方法により設計す
ることができるが、その中で、分解を行った後サブブロ
ックの統計を分析し、その結果に基づいて設計する方法
（Laplacianと類似した形態）が例に挙げられ、その統
計に基づいて最適な非線形量子化器（optimal non-line
ar quantizer）を設計することができる。
【００５２】非線形量子化器は、変換型圧縮方法と一緒
に使用するとき極めて有用である。ウエーブレット変換
方法を使用すると、低周波係数で一層多くのエネルギー
を圧縮することが可能で、高周波係数では小さいエネル
ギーが存在するため、線形量子化器を使用することがで
きる。従って、ほとんどのエネルギーが既に低周波係数
と稠密に結合されているため、線形量子化器と非線形量
子化器の両方とも使用することができる。
【００５３】動き補償、帯域幅の低減、圧縮エラー及び
エラー伝播の最小化のようなランダムアクセスの応用に
おいて、ピクセルへのアクセスを容易にするために、本
発明の実施形態においては、２５％の圧縮比、すなわ
ち、４：３圧縮におけるウエーブレット変換を用いた。
【００５４】以上のように構成された本発明に係る画像
処理装置の動作に対し、以下、より詳しく説明する。圧
縮の第１段階は、４ピクセルブロック、すなわち、圧縮
サブブロックの大きさが４×１ピクセルであるブロック
にウエーブレット変換を適用する。入力ソースが順次方
式、若しくは、インタレース方式であるため、圧縮は水
平方向に行われる。このように水平方向に行われた圧縮
はエラーの発生が少ない。
【００５５】ディスプレー手段にディスプレーするため
に、フレームメモリに格納されたデータはフレームメモ
リから水平方向に上から下方向に読出されるため、垂直
方向には圧縮されないことが好ましい。例えば、４：３
圧縮比は、３２ビットデータを２４ビットに符号化する
ことによって容易に達成することができる。
【００５６】次いで、圧縮の第２段階は、４ピクセルに
対してウエーブレット変換を適用する。ここで、前記ウ
エーブレット変換は、前記ウエーブレットフィルターに
より行われるピクセルデータの畳み込み処理（convolut
ion process）である。
【００５７】Ｌ及びＨは分解フィルターで、〜Ｌ及び〜
Ｈは再生フィルターである。ウエーブレット分解過程
は、図２に示したような方式により分解され、次式によ
り表現することができる。
【数１】 ここで、ｎ＝０、１、２、３で、ｆ（ ）は分解される
データブロックである。
【００５８】ウエーブレット変換を利用した多重解像度
分解及び係数２によるデシメーションは、２つの低周波
成分係数及び２つの高周波成分係数を生成する。
【００５９】次いで、圧縮の第３段階では、その２つの
低周波成分係数及び２つの高周波成分係数が量子化され
る。低周波成分に平均７ビットが割り当てられ、高周波
成分に平均５ビットが割り当てられる。本発明に係る実
施形態において、低周波成分及び高周波成分は全て２重
精密度データである。
【００６０】最初の低周波成分は８ビットで符号化さ
れ、２番目の低周波成分は６ビットで符号化される。す
なわち、１番目の低周波成分は８ビットデータであっ
て、０から２５５までの値を有するため、次式により示
された定数に最も近接して四捨五入される。 Ｙlow（ｎ）＝（ｉｎｔ）｛Ｘlow（ｎ）＋α｝ （１０） ここで、Ｘlow（ｎ）は分解結果で、Ｙlow（ｎ）は量子
化された値であって、Ｙlow（ｎ）が０よりも小さいと
αは−０．５になり、Ｙlow（ｎ）が０よりも大きいと
αは０．５になる。以上のように演算した後、Ｙ
low（ｎ）に対して次式（１１）のように飽和過程が行
われる。
【数２】 ＤＰＣＭ方法により、低周波成分の１番目の成分及び２
番目の成分にそれぞれ８ビット及び６ビットが割り当て
られ、ここで、前記２番目の低周波成分は、ルックアッ
プテーブルを利用して予測処理される。 Ｚ'low（２）＝Ｚlow（２）−Ｚlow（０） （１２） ここで、Ｚ'low（ｎ）は、６ビットを使用した予め定義
されたコードが割り当てられている。
【００６１】このように低周波成分が処理された後、非
線形量子化と線形量子化との組合せによって高周波成分
が量子化される。
【００６２】このとき、高周波成分は１２７と−１２８
間に存在すべきであるため、先ず、四捨五入演算が行わ
れる。 Ｙhigh（ｎ）＝（ｉｎｔ）（Ｘhigh（ｎ）＋α） （１３） ここで、Ｘhigh（ｎ）は分解結果で、Ｙhigh（ｎ）は量
子化された値であって、Ｙhigh（ｎ）が０よりも小さい
とαは−０．５になり、Ｙhigh（ｎ）が０よりも大きい
とαは０．５になる。以上のように演算が行われた後、
Ｙhigh（ｎ）に対して次式（１４）に示したような飽和
過程が実施される。
【数３】 ここで、Ｚhigh（ｎ）は予め定義された量子化テーブル
を利用して５ビットに量子化される。
【００６３】一方、再生過程は、前記分解過程とは逆に
実施される過程である。図４及び図５に基づいて説明す
る。先ず、再生の第１段階は、ルックアップテーブルを
利用してＺhigh（ｎ）値を逆量子化する。８ビットのデ
ータは各高周波成分に対して復旧される。１番目の低周
波係数は既に８ビットであるため、２番目の低周波成分
はルックアップテーブルにより〜Ｚlow（２）と復旧さ
れる。従って、１番目の低周波係数がそれに〜Ｚ
low（２）を加算して〜Ｚ'low（０）＝Ｚlow（０）と復
旧される。
【００６４】次いで、ウエーブレット変換を実施する。 〜Ｚlow（２）＝〜Ｚ'low（２）＋〜Ｚ'low（０） （１５） 逆ウエーブレット変換が各〜Ｌ及び〜Ｈフィルターを利
用してＺlow（ｎ）及びＺhigh（ｎ）に行われる。畳み
込みの前に０値を挿入する。Ｚlow（ｎ）及び〜Ｌの畳
み込みにより低周波成分が復旧され、Ｚhigh（ｎ）及び
〜Ｈの畳み込みにより高周波成分が復旧される。 〜Ｙlow（ｎ）＝〜Ｚlow（ｎ−ｋ）・〜Ｌ（ｎ−ｋ） （１６） 〜Ｙhigh（ｎ）＝〜Ｚhigh（ｎ−ｋ）・〜Ｈ（ｎ−ｋ） （１７） 〜Ｙlow及び〜Ｙhighが復旧された後、それら２つの値
を加算し、因数２で乗算する。ここで、２で乗算する理
由は、アップサンプリングの因数が２であるからであ
る。 〜Ｘ（ｎ）＝２（〜Ｙlow（ｎ）＋〜Ｙhigh（ｎ）） （１８） 従って、前記各〜Ｙlow及び〜Ｙhighから〜Ｘlow（ｎ）
が復旧された後、復旧された値は最も近接した定数値に
四捨五入され、０から２５５までの値に飽和される。
【数４】
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る動き
補償適応型画像処理方法及びその装置は、ピクセルデー
タを最適に圧縮する際に低周波成分及び高周波成分を分
解するため、リアルタイムＶＬＳＩ級の応用において通
常の圧縮率で任意のアクセスを容易にさせ、誤差増加を
最小化し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明実施形態に係る画像処理装置を示した
構成図である。
【図２】 本発明実施形態に係る画像圧縮方法の概念を
説明するための構成図である。
【図３】 本発明実施形態に係る画像処理装置の画像圧
縮部を示した詳細構成図である。
【図４】 本発明実施形態に係る画像再生方法の概念を
説明するための構成図である。
【図５】 本発明実施形態に係る画像処理装置の画像再
生部を示した詳細構成図である。
【図６】 従来の画像処理装置を示した構成図である。
【符号の説明】
２００ 可変長さデコーダ、３００ 逆量子化器、４０
０ ＩＤＣ、５００ 画像処理部、６００ 圧縮部、７
００メモリ、８００ 動き補償部、９００ 画像再生
部。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像データを処理して格納し、格納され
    た画像データを再生する画像処理方法において、 前記画像データを高周波成分の画像データと低周波成分
    の画像データとに分解し、それら分解された高周波成分
    の画像データ及び低周波成分の画像データに所定ビット
    を割り当てて圧縮／符号化する段階と、 前記圧縮／符号化された画像データを高周波成分に該当
    する値と低周波成分に該当する値とに分解し、それら分
    解された値に該当する高周波成分の画像データと低周波
    成分の画像データとに復号して本来の画像データに再生
    する段階と、を順次行うことを特徴とする動き補償適応
    型画像処理方法。
  2. 【請求項２】 前記画像データは、ウエーブレット変換
    により高周波成分と低周波成分とに分解されることを特
    徴とする請求項1記載の動き補償適応型画像処理方法。
  3. 【請求項３】 前記圧縮／符号化段階は、前記画像デー
    タから分解された前記低周波成分に対し、更に、高周波
    成分の画像データと低周波成分の画像データとに分解す
    る段階を複数回行うことを特徴とする請求項１記載の動
    き補償適応型画像処理方法。
  4. 【請求項４】 前記分解する段階は、前記低周波成分の
    画像データをダウンサンプリングして、相対的に高周波
    成分の画像データと相対的に低周波成分の画像データと
    に分解することを特徴とする請求項３記載の動き補償適
    応型画像処理方法。
  5. 【請求項５】 前記圧縮／符号化段階は、前記分解され
    た低周波成分の画像データの下位値は該当のコードとし
    てそのまま出力し、前記分解された低周波成分の画像デ
    ータの上位値は前記下位値と減算して生成される差値を
    符号化して該符号化された値を出力することを特徴とす
    る請求項１記載の動き補償適応型画像処理方法。
  6. 【請求項６】 前記復号／再生段階は、前記画像データ
    から分解された前記低周波成分に対し、更に、高周波成
    分の画像データと低周波成分の画像データとをそれぞれ
    復号して再生する段階を複数回行うことを特徴とする請
    求項１記載の動き補償適応型画像処理方法。
  7. 【請求項７】 前記復号／再生段階は、前記圧縮／符号
    化された画像データの低周波成分のコード値に対し、下
    位値は該当の復号値としてそのまま出力し、上位値は前
    記下位値と加算して生成した値を出力することを特徴と
    する請求項1記載の動き補償適応型画像処理方法。
  8. 【請求項８】 前記圧縮／符号化段階は、 前記画像データが３２ビットの４×１ピクセルのサブブ
    ロックであるとき、ウエーブレット変換を適用して２つ
    の高周波成分と２つの低周波成分とに分解し、 前記分解された高周波成分に対してそれぞれ５ビットを
    割り当てて符号化を行い、 前記分解された低周波成分に対し、１番目の低周波成分
    は８ビットで符号化し、２番目の低周波成分は前記前記
    １番目の低周波成分と以前の値とを減算して生成された
    値に対して６ビットで符号化して、２４ビットに圧縮／
    符号化することを特徴とする請求項１記載の動き補償適
    応型画像処理方法。
  9. 【請求項９】 画像データを処理して格納し、格納され
    た画像データを再生する画像処理装置において、 外部から入力された画像信号をフレーム単位で処理し、
    処理された画像データを出力する画像フレーム処理部
    と、 前記入力された画像信号の動きを補償するために補償情
    報を生成して前記画像フレーム処理部に出力する画像補
    償部と、 前記画像フレーム処理部から出力される画像データを高
    周波数成分と低周波数成分とに分離した後、所定ビット
    を割り当てて圧縮／符号化する画像圧縮部と、 前記圧縮／符号化された画像データを格納する記憶部
    と、 前記記憶部に格納された圧縮／符号化された画像データ
    を復号／再生する画像再生部と、を含むことを特徴とす
    る動き補償適応型画像処理装置。
  10. 【請求項１０】 前記画像圧縮部は、 前記画像フレーム処理部から出力される画像データを高
    周波成分の画像データと低周波成分の画像データとに分
    解するフィルター部と、 前記分解された高周波成分の画像データを符号化テーブ
    ルを利用して符号化する高周波成分符号化部と、 前記分解された低周波成分の画像データを符号化テーブ
    ルを利用して符号化する低周波成分符号化部と、を含む
    ことを特徴とする請求項９記載の動き補償適応型画像処
    理装置。
  11. 【請求項１１】 前記高周波成分符号化部は、前記高周
    波成分の画像データ値をインデックスとする符号化テー
    ブルを利用して、前記インデックス値に該当するコード
    を出力することを特徴とする請求項１０記載の動き補償
    適応型画像処理装置。
  12. 【請求項１２】 前記高周波成分符号化部は、前記高周
    波成分の画像データ値が所定範囲以内に入る場合、その
    範囲を指示するインデックス値に該当するコードを出力
    することを特徴とする請求項１０記載の動き補償適応型
    画像処理装置。
  13. 【請求項１３】 前記低周波成分符号化部は、 １番目の低周波成分に対しては該当の画像データ値をそ
    のまま出力し、２番目の低周波成分に対しては該当の画
    像データと前記１番目の低周波成分との差値をインデッ
    クスとする符号化テーブルを利用して、インデックス値
    に該当するコードを出力することを特徴とする請求項１
    ０記載の動き補償適応型画像処理装置。
  14. 【請求項１４】 前記画像再生部は、前記メモリに格納
    された高周波成分の画像データと低周波成分の画像デー
    タとにそれぞれ分離するフィルター部と、 それら分離された低周波成分の画像データ及び高周波成
    分の画像データを符号化テーブルを利用して復号する復
    号部とを含むことを特徴とする請求項９記載の動き補償
    適応型画像処理装置。
  15. 【請求項１５】 前記復号部は、符号化テーブルを利用
    して、前記メモリに格納された高周波成分の画像データ
    値をインデックス値とする代表値を出力し、１番目の低
    周波成分に対しては該当の画像データ値をそのまま出力
    し、２番目の低周波成分に対しては符号化テーブルを利
    用して復号された値と前記１番目の低周波成分とを加算
    して生成される値を出力することを特徴とする請求項１
    ４記載の動き補償適応型画像処理装置。
  16. 【請求項１６】 前記画像フレーム処理部は、 前記画像信号を入力して可変長さに符号化する可変長さ
    符号化部と、 前記可変長さ符号化部から出力される信号を逆量子化す
    るする逆量子化部と、 前記逆量子化部から出力される逆量子化された信号を逆
    離散変換するＩＤＣＴ部と、を含むことを特徴とする請
    求項９記載の動き補償適応型画像処理装置。
  17. 【請求項１７】 前記画像圧縮部は、 前記画像データがサブブロックを有するとき、ウエーブ
    レット変換を適用して２つの高周波成分画像データと２
    つの低周波成分画像データとに分解するフィルター部
    と、 前記高周波成分画像データ値の範囲をインデックス値に
    よりマップピングして前記高周波成分画像データ値を圧
    縮／符号化値として出力する第１符号化テーブルと、 前記低周波成分画像データの１番目の低周波成分はその
    まま符号化し、２番目の低周波成分は前記１番目の低周
    波成分と以前の値とを減算して差値を生成する減算器
    と、 前記減算器から出力される差値をインデックス値により
    マップピングして、低周波成分値を圧縮符号化値として
    出力する第２符号化テーブルと、を含むことを特徴とす
    る請求項９記載の動き補償適応型画像処理装置。
  18. 【請求項１８】 前記画像再生部は、 前記高周波成分に該当するコード値をインデックスと
    し、代表値を復号された値として出力する第３符号化テ
    ーブルと、 前記２番目の低周波成分の復号された値を前記１番目の
    低周波成分のコード値と加算し、前記画像圧縮部により
    符号化／圧縮された２番目の低周波成分値として再生す
    る加算器と、 前記２番目の低周波成分に該当するコード値をインデッ
    クスとして代表値を復号された値に出力する第４符号化
    テーブルと、を含むことを特徴とする請求項９記載の動
    き補償適応型画像処理装置。
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