JP2004235811A - 画像データ圧縮方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送レートを固定した条件において、高速処理を可能とし、しかも視覚上の劣化を伴わない画像データ圧縮方法及び装置を提供する。
【解決手段】輝度・色差マトリクス変換の計算結果として発生し得ない輝度信号と２つの色差信号との組み合わせである場合には補正を行う。輝度信号と２つの色差信号とで表される補正後のデジタルカラー画像データに対して、輝度信号と２つの色差信号とを含む３次元空間における、輝度・色差マトリクス変換の計算結果として輝度信号と２つの色差信号との組み合わせが存在する空間部分のみを固定長符号化する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速圧縮処理が要求される高精細画像データにおいて、デジタルカラー画像を視覚的に劣化なく固定長符号化するデータ圧縮方法であって、大容量画像データの高速伝送および蓄積技術に係わる。
【０００２】
【従来技術】
従来、デジタルテレビジョンスタジオの世界的規格である ＩＴＵ−Ｒ （ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｕｎｉｏｎ − Ｒａｄｉｏｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ ） ＢＴ．６０１の ４：２：２ カラーコンポーネント信号 （ Ｙ ， Ｃｂ ， Ｃｒ ） や、ＳＭＰＴＥ （ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｉｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ ） ２４０Ｍで規定されるＨＤＴＶシステム用の （ Ｙ ， Ｐｂ ， Ｐｒ ） 信号のように、（ Ｒ ， Ｇ ， Ｂ ） のカラー３原色を輝度・色差マトリクス変換により輝度信号と２つの色差信号に変換して、カラー画像の記録フォーマットやデジタルインターフェース信号に用いる方法がある。これら輝度・色差信号は、人間の視覚特性にマッチすることや、色差信号を狭帯域にしても劣化が目立たないなどの理由により広く用いられている。０〜１に正規化（規格化）されたアナログＲＧＢ信号からデジタルの輝度・色差信号へ輝度・色差マトリクス変換を用いて変換する場合、標準テレビ画像（以後、ＳＤＴＶと表記）の８ｂｉｔ量子化では、
【０００３】
【数１】

【０００４】
【数２】

により実現される。また高精細テレビ画像（以後、ＨＤＴＶと表記）では、
【０００５】
【数３】

【０００６】
【数４】

により量子化されデジタル信号となる。これらデジタル信号が伝送、記録系で利用されている。以後の説明では、Ｃｂ ， Ｐｂ を代表する記号としてＵを用い、Ｃｒ ， Ｐｒ を代表する記号としてＶを用いて説明する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−６２４３１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
デジタル信号伝送・記録系の高速大容量化の一方で画像の高精細化が進み、画像圧縮技術に対して高速処理や圧縮率の保障が求められている。
【０００９】
しかし、可逆圧縮では画像の内容によって圧縮率が変動することや、高速な処理が困難であるという問題点があった。例えば、株式会社トリケップス発行の「次世代画像符号化方式 ＪＰＥＧ２０００」（ＩＳＢＮ４−８８６５７−２０９−Ｘ） のｐ．３６ 〜 ｐ．４０に記載の内容を参照。特に、動画像において、フレーム内の圧縮率一定だけではなく１走査ライン内の圧縮率一定を保障することは困難である。
【００１０】
また、非可逆圧縮では圧縮率を保障できるが、画質の劣化を伴うという問題点があった。例えば、前記参考図書のｐ．３１ 〜 ｐ．３２に記載の内容を参照。
【００１１】
すなわち、高精細画像のリアルタイム伝送・記録を実現する場合、固定伝送レートでかつ高速に処理できるだけではなく、画質の劣化を伴わないという条件が画像圧縮技術に求められている。本発明は、伝送レートを固定した条件において、高速処理を可能とする簡便な方法で、しかも視覚上の劣化を伴わないカラー画像圧縮法及び装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するために本発明は、下記の方法及び装置を提供するものである。
（１） 正規化されたＲＧＢ信号から輝度・色差マトリクス変換により求められる１つの輝度信号と２つの色差信号とによって表現されるデジタルカラー画像データを圧縮符号化する画像データ圧縮方法において、
入来する前記デジタルカラー画像データが、前記輝度・色差マトリクス変換の計算結果として発生し得ない前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号との組み合わせであるか否かの検出を行い、発生し得ない組み合わせが検出された場合には、その検出された組み合わせにおける１つの輝度信号と２つの色差信号とをＲＧＢ信号に変換し、変換して得たＲＧＢ信号の値を前記正規化した値として取りうる範囲内に制限し、その制限を加えたＲＧＢ信号を再度前記輝度・色差マトリクス変換し、補正された１つの輝度信号と２つの色差信号との組み合わせを得る補正処理ステップと、
前記補正処理後の前記デジタルカラー画像データに対して、前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号とを含む３次元空間における、前記輝度・色差マトリクス変換の計算結果として前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号との組み合わせが存在する空間部分のみを固定長符号化することにより、前記デジタルカラー画像データを圧縮符号化する符号化ステップと、
を設けたことを特徴とする画像データ圧縮方法。
（２） 正規化されたＲＧＢ信号から輝度・色差マトリクス変換により求められる１つの輝度信号と２つの色差信号とによって表現されるデジタルカラー画像データを圧縮符号化する画像データ圧縮装置において、
入来する前記デジタルカラー画像データが、前記輝度・色差マトリクス変換の計算結果として発生し得ない前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号との組み合わせであるか否かの検出を行い、発生し得ない組み合わせが検出された場合には、その検出された組み合わせにおける１つの輝度信号と２つの色差信号とをＲＧＢ信号に変換し、変換して得たＲＧＢ信号の値を前記正規化した値として取りうる範囲内に制限し、その制限を加えたＲＧＢ信号を再度前記輝度・色差マトリクス変換し、補正された１つの輝度信号と２つの色差信号との組み合わせを得る補正処理手段と、
前記補正処理後の前記デジタルカラー画像データに対して、前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号とを含む３次元空間における、前記輝度・色差マトリクス変換の計算結果として前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号との組み合わせが存在する空間部分のみを固定長符号化することにより、前記デジタルカラー画像データを圧縮符号化する符号化手段と、
を設けたことを特徴とする画像データ圧縮装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
Ｙ −Ｕ （ ＣｂまたはＰｂ ） またはＹ −Ｖ （ ＣｒまたはＰｒ ）で表現される２次元空間は，その全領域が使用されていない。例えば、Ｙ ＝ ０ （ ８ｂｉｔデジタル値で１６ ） やＹ ＝１ （ ８ｂｉｔデジタル値で２３５ ） の値を取るためには色差Ｕ ，Ｖ ＝ ０ （ ８ｂｉｔデジタル値で１２８ ） でなければならない。なぜらば、ＲＧＢ信号に変換後の値がＲ ， Ｇ ， Ｂ ＜ ０ またはＲ ， Ｇ ， Ｂ ＞ １となるからである。本来は、ＲＧＢ信号が０〜１の範囲に制限されているためＵ ，Ｖの取り得る値が制限を受ける。
【００１４】
ここで、Ｙ −Ｕ ， Ｙ −Ｖ 空間におけるＵ ，Ｖ の取り得る値の範囲を示す。（ Ｙ Ｕ Ｖ） のマトリクスを、
【００１５】
【数５】

【００１６】
【数６】

【００１７】
【数７】

とする。このとき、Ｙ −Ｕ 空間においてＹ値に対するＵの最大値ＵＭＡＸを求めると、［数６］よりＵ は Ｒ ＝ Ｇ ＝ ０ ， Ｂ ＝ １ （Ｙ ＝ ｙＢ ）のとき最大値をとる。したがって、 ０≦Ｙ ≦ｙＢ では、Ｙ ＝ ｙＢ＊Ｂと［数６］から、
【００１８】
【数８】

また、ｙＢ ≦Ｙ ≦１では、Ｂ ＝ １ と［数２］から、
【００１９】
【数９】

となる。
【００２０】
次に、Ｕの最大値ＵＭＩＮを求めると、［数６］よりＵ はＲ ＝ Ｇ ＝ １， Ｂ ＝ ０ （Ｙ ＝ ｙＲ ＋ｙＧ ） のとき最小値をとる。したがって、０≦Ｙ ≦ｙＲ ＋ｙＧ では、Ｂ ＝ ０ と［数６］から、
【００２１】
【数１０】

また、ｙＲ ＋ｙＧ≦Ｙ ≦１ では、Ｙ ＝ ｙＲ ＋ｙＧ＋ｙＢ＊Ｂと［数６］から、
【００２２】
【数１１】

となる。
【００２３】
Ｖ に関してもＵと同様に求めることができる。この場合、ＢをＲに置き換えて考えればよい。したがって、
【００２４】
【数１２】

【００２５】
【数１３】

となる。
【００２６】
以上の［数５］〜［数１３］の （ ｙＲ ， ｙＧ ， ｙＢ ） は［数１］のＳＤＴＶと［数３］のＨＤＴＶのＹ の式により異なる。また、ｂ ， ｒ は −０．５≦Ｕ ， Ｖ ≦０．５ に規格化するＳＤＴＶのＣｂ ， Ｃｒ またはＨＤＴＶのＰｂ ， Ｐｒを用いる必要がある。［数２］、［数４］に従い、８ｂｉｔで量子化する場合、ＳＤＴＶでは （ ｙＲ ， ｙＧ ， ｙＢ ） ＝ （ ０．２９９ ， ０．５８７ ， ０．１１４ ） ， ｂ ＝ ０．５６４ ， ｒ ＝ ０．７１３となり、ＨＤＴＶでは （ ｙＲ ， ｙＧ ， ｙＢ ）＝ （ ０．２１２ ， ０．７０１ ， ０．０８７ ） ， ｂ ＝ １／１．８２６ ， ｒ ＝ １／１．５７６となる。
【００２７】
Ｙ ， Ｃｂ ， Ｃｒについて実際の数値によりＹ − Ｃｂ， Ｙ − Ｃｒ 空間の取り得る値の範囲を計算する。（ Ｙ ， Ｃｂ ） 座標系では、（ ０ ， ０ ） ， （ ｙＢ ＝０．１１４ ， ０．５ ） ， （ｙＲ ＋ｙＧ ＝０．８８６ ， −０．５ ） ， （ １ ， ０ ） の４点を頂点とする四角形の内部である。８ｂｉｔで表現すると、（ １６ ， １２８ ） ， （ ４１ ， ２４０ ） ， （ ２１０ ， １６ ） ， （ ２３５ ，１２８ ） となる。また、（ Ｙ ， Ｃｒ， ） 座標系では、（ ０ ， ０ ） ， （ ｙＲ ＝０．２９９ ， ０．５ ） ， （ ｙＢ ＋ｙＧ ＝０．７０１ ， −０．５ ） ， （ １ ， ０ ） の４点を頂点とする四角形の内部である。８ｂｉｔのデジタル値で表現すると、（ １６ ， １２８ ） ， （ ８１ ， ２４０ ） ， （ １７０ ， １６ ） ， （ ２３５ ， １２８ ） となる。以上から、Ｙ − Ｃｂ， Ｙ − Ｃｒ 空間の取り得る値の範囲は図３と図４に示す四角形の内部になる。また、同様にＹ − Ｐｂ， Ｙ − Ｐｒ 空間について取り得る値の範囲は図５と図６に示す四角形の内部になる。
【００２８】
Ｙ ， Ｕ ， Ｖ それぞれ１次元で考えるとデジタル値で８ｂｉｔの空間を全て使用しているが、図３〜図６で分かるように、Ｙ − Ｕ， Ｙ − Ｖの２次元空間で考えると全空間の半分以下の面積しか使用していない。したがって、８ｂｉｔ（Ｙ ）＋８ｂｉｔ（Ｕ ｏｒ Ｖ ）＝ １６ｂｉｔの空間を１５ｂｉｔで表現可能である。この場合、１５／１６倍に圧縮でき、６．２５％のデータが削減可能である。詳細は省略するが、Ｙ − Ｕ − Ｖの３次元空間で考えると全空間の体積比１／４ ＝ ０．２５を使用していることと等価であり、実際に３次元空間で使用しているデータ量は計算上さらに少なく体積比で約０．２３６程度である。このように多次元化したデータに対して符号を割り当てれば視覚上の劣化を伴わずにデータ圧縮が実現できる。
【００２９】
ただし、ＹＵＶ信号の状態での信号処理（フィルタリング）や、アナログ伝送された信号が入力されることから、本来存在し得ないＹ −Ｕ ， Ｙ −Ｖ の組み合わせが発生することを考慮する必要がある。このような信号がテレビモニタに入力された場合、一般にテレビモニタはＲＧＢ信号へ変換後に信号をクリップする。このことから、符号化前にＲＧＢ空間で信号をクリップすることで、テレビモニタの見え方に影響を与えずに、存在しないはずのＹ −Ｕ ， Ｙ −Ｖの組み合わせを除去でき問題がなくなる。
【００３０】
すなわち図１に示す本来存在しないはずのＹ −Ｕ ， Ｙ −Ｖの組み合わせを補正する信号値補正手段１０１により得られた２４ｂｉｔのＹＵＶ信号を入力とし２２ｂｉｔの符号を出力する２２ｂｉｔ符号割当手段１０２を実装すればよい。
【００３１】
また、図２では、前記３次元空間で考えて２４ｂｉｔのＹＵＶ信号を２２ｂｉｔに符号化する送信器２１０と伝送された２２ｂｉｔの符号を再び２４ｂｉｔのＹＵＶ信号に戻す受信器２２０によるシステムを示している。
【００３２】
まず、送信器２１０ではＹＵＶ信号が入力部２１１から入力される。入力されたＹＵＶ信号をＲＧＢ変換器２１２でＲＧＢ信号に変換する。ＲＧＢ変換器２１２から出力されたＲＧＢ信号は信号クリップ器２１４により Ｒ ， Ｇ ， Ｂ それぞれについて８ｂｉｔデジタル値で０〜２５５に制限される。制限とは、０より小さい値は０に、２５５より大きい値は２５５にすることである。信号クリップ器２１４から出力されたＲＧＢ信号は、ＹＵＶ変換器２１５により再びＹＵＶ信号へ戻され規格範囲に収まる信号として出力される。
【００３３】
また、同時に前記ＲＧＢ変換器２１２から出力されるＲＧＢ信号はＲ ， Ｇ ， Ｂ それぞれが規格化された０〜１の範囲に収まっているかを信号値判定器２１３で判定し、判定結果を出力する。この判定結果に基き、信号選択器２１６は、Ｒ ， Ｇ ， Ｂ 信号全てが０〜１の範囲に収まっている場合は入力部２１１の信号を選択し、 Ｒ ， Ｇ ， Ｂ 信号の内の１つでも０〜１の範囲に収まっていない場合はＹＵＶ変換器２１５から出力されるＹＵＶ信号を選択し出力する。
【００３４】
信号選択器２１６から出力される２４ｂｉｔのＹＵＶ信号は、符号化器２１７により２２ｂｉｔの符号に変換され送信器２１０から送信される。受信器２２０は送信器２１０から伝送された信号を受信し、復号化器２２１で２２ｂｉｔの符号から２４ｂｉｔのＹＵＶ信号へ復号する。復号化器２２１から出力されたＹＵＶ信号は、出力部２２２から出力される。
【００３５】
本実施形態では、各８ｂｉｔで量子化されたＹＵＶ（４：２：２） 画像データを対象に説明するが、輝度・色差による信号形態であれば本発明を適用可能であり、サンプリングや量子化フォーマットを限定するものではない。ＹＵＶ（４：２：２） 画像データは、図７に示すように Ｙ ， Ｕ（Ｃｂ） ， Ｖ（Ｃｒ） の３つのデータがサンプリングされる画素位置とＹのみがサンプリングされる画素位置とが交互に繰り返されている。図７に示した画面内位相でサンプリングされた輝度・色差データは、図８に示すように Ｕ，Ｙ，Ｖ，Ｙ，Ｕ，Ｙ，…の順番で処理回路へ入力される。
【００３６】
送信側での符号化の処理手順を図１０のフローチャートを用いて説明する。入力されたＹＵＶ 画素データと画面内のＹＵＶ サンプリング位相が図９で示す関係であるとき、ＹＵＶ 画素の位相が一致している部分を位相Ａと呼ぶ。また、Ｙ データのみが存在する部分を位相Ｂと呼ぶ。始めに、入力されたＹＵＶ信号に対して図１０の判定部Ｓ１０００で、前期位相Ａと前記位相Ｂのどちらの状態のデータが入力されたかにより処理を切り替える。位相Ａのデータが入力された場合は、処理経路Ｓ１００１を選択する。また、位相Ｂのデータが入力された場合は、処理経路Ｓ１０１１が選択される。
【００３７】
処理経路Ｓ１００１では、ＹＵＶ信号が２４ｂｉｔ分全て揃っているので、入力されたＹＵＶ信号を判定部Ｓ１００２へ出力する。判定部Ｓ１００２は、図２の信号値判定器２１３と信号選択器２１６の動作に対応する。ただし、図２の信号値判定器２１３ではＲＧＢ信号の値が０〜１の範囲に収まっているかを判定条件としていたが、図１０の判定部Ｓ１００２では、入力されたＹＵＶ信号がＹ−Ｕ，Ｙ−Ｖ空間で図１５と図１６に示した四角形の内部であるか外部であるかにより判定を下す。
【００３８】
このようにした理由は、本提案をハードウエアで実現した場合にはＲＧＢ変換器を信号が常時通過しているため支障ないが、プログラムにより実現した場合には正規のＹＵＶ信号が入力されている限りではＲＧＢ変換ルーチンがパスされ高速化できるためである。以下では、この四角形の内部にある信号を規格内信号と呼び、外部にある信号を規格外信号と呼ぶ。
【００３９】
判定部Ｓ１００２の具体的動作を図１１と図１３を用いて説明する。なお、図１０と同一のブロックには同じ番号が付けられている。図１１で入力されたＹＵＶ信号は、Ｙ−Ｕ空間判定部Ｓ１１０１でＵ信号が規格内信号であるかを判定する。このとき、図１３に示すように、Ｕ信号の最大値を格納する２５６個の配列（メモリ）Ｕ’ＭＡＸと最小値を格納する配列（メモリ）Ｕ’ＭＩＮを用意する。また、同時にＶ信号の最大値を格納する２５６個の配列（メモリ）Ｖ’ＭＡＸと最小値を格納する配列（メモリ）Ｖ’ＭＩＮも用意する。Ｙ ＝ ０の時に、規格内のＵ信号が取り得る最大値をＵ’ＭＡＸ［０］に格納し、最小値をＵ’ＭＩＮ［０］に格納する。また、Ｙ ＝ ０の時に、規格内のＶ信号が取り得る最大値をＶ’ＭＡＸ［０］に格納し、最小値をＶ’ＭＩＮ［０］に格納する。同様にして、Ｙの最大値であるＹ ＝ ２５５までＵ ， Ｖ の最大値と最小値を配列 Ｕ’ＭＡＸ ， Ｕ’ＭＩＮ ， Ｖ’ＭＡＸ ， Ｖ’ＭＩＮ に格納しておく。
【００４０】
Ｙ−Ｕ空間判定部Ｓ１１０１では、入力されたＹの値ｙに対応する配列の値Ｕ’ＭＡＸ［ｙ］ ， Ｕ’ＭＩＮ［ｙ］を参照し、入力されたＵの値がＵ’ＭＩＮ［ｙ］ ≦ Ｕ ≦ Ｕ’ＭＡＸ［ｙ］ の範囲内にない場合はＲＧＢクリップ部Ｓ１００３の処理を選択し、前期範囲内にある場合は続くＹ−Ｖ空間判定部Ｓ１１０２を選択する。Ｙ−Ｖ空間判定部Ｓ１１０２では、入力されたＹの値ｙに対応する配列の値Ｖ’ＭＡＸ［ｙ］ ， Ｖ’ＭＩＮ［ｙ］を参照し、入力されたＶの値がＶ’ＭＩＮ［ｙ］ ≦ Ｖ ≦ Ｖ’ＭＡＸ［ｙ］ の範囲内にない場合はＲＧＢクリップ部Ｓ１００３の処理を選択し、前期範囲内にある場合は２２ｂｉｔ符号化部Ｓ１００４を選択する。
【００４１】
図１３の配列 Ｕ’ＭＡＸ ， Ｕ’ＭＩＮ ， Ｖ’ＭＡＸ ， Ｖ’ＭＩＮ に格納する値の実施例を示す。まず、デジタルＲＧＢ信号 （ Ｒｄ ， Ｇｄ ， Ｂｄ ） におけるマージンを考慮した（ Ｙ ，Ｕ ），（ Ｙ ， Ｖ ）の使用領域を求める。アナログＲＧＢ信号 （ Ｒａ ， Ｇａ ， Ｂａ ） を８ｂｉｔに量子化する場合の変換式は、
【００４２】
【数１４】

である。したがって、規格化されたＹａ の取り得る範囲は −１６／２１９ ≦Ｙａ ≦ ２３９／２１９ となる。このとき、Ｕが最大となるＹａ は、Ｒ ＝ Ｇ ＝ −１６／２１９ ， Ｂ ＝ ２３９／２１９ のときで、
【００４３】
【数１５】

となり、Ｕを最小にするＹａ は、Ｒ ＝ Ｇ ＝ ２３９／２１９ ， Ｂ ＝ −１６／２１９ のときで、
【００４４】
【数１６】

となる。また、Ｖ が最大となるＹａ は、Ｒ ＝ ２３９／２１９ ， Ｇ ＝ Ｂ ＝ −１６／２１９ のときで、
【００４５】
【数１７】

となり、Ｖを最小にするＹａ は、Ｒ ＝ −１６／２１９ ， Ｇ ＝ Ｂ ＝ ２３９／２１９ のときで、
【００４６】
【数１８】

となる。すなわち、デジタルＲＧＢ信号のマージンを含む Ｕ’ＭＡＸ ， Ｕ’ＭＩＮ ， Ｖ’ＭＡＸ ， Ｖ’ＭＩＮ は、
【００４７】
【数１９】

【００４８】
【数２０】

【００４９】
【数２１】

【００５０】
【数２２】

となる。
【００５１】
以上からＳＤＴＶの場合、 （ Ｙ ， Ｕ ） の規格内領域は （ ０ ， １２８ ） ， （ ２９ ， ２５８） ， （ ２５５ ， １２８ ） ， （ ２２６ ， −２ ） を頂点とする四角形の内部であり、（ Ｙ ， Ｖ ） の規格内領域は （ ０ ， １２８ ） ， （ ７６ ， ２５８ ） ， （ ２５５ ， １２８ ） ， （ １７９ ， −２ ） を頂点とする四角形の内部となる。Ｕ ， Ｖ 共に僅かに８ｂｉｔ のレンジからはみ出しているがＲＧＢ信号のマージン部分であることから実用上問題にならない。したがって、（ Ｙ ， Ｕ ） の規格内領域を （ ０ ， １２８ ） ， （ ２９ ， ２５５ ） ， （ ２５５ ， １２８ ） ， （ ２２６ ， ０ ） を頂点とする四角形の内部とし、（ Ｙ ， Ｖ ） の規格内領域を （ ０ ， １２８ ） ， （ ７６ ， ２５５ ） ， （ ２５５ ， １２８ ） ， （ １７９ ， ０ ） を頂点とする四角形の内部として差し支えない。この結果、図１５の実線上の値をＵ’ＭＡＸ 、破線上の値をＵ’ＭＩＮ とし、図１６の実線上の値をＶ’ＭＡＸ 、破線上の値をＶ’ＭＩＮ とした。
【００５２】
次に、図１０の判定部Ｓ１００２で入力されたＹＵＶ信号が規格外であると判定された場合に選択されるＲＧＢクリップ部Ｓ１００３ の処理を図１７で説明する。入力されたＹＵＶ信号は規格外の信号であるためＲＧＢ変換部Ｓ１７０１でＲＧＢ信号へ変換する。変換式はＳＤＴＶの場合は［数１］と［数２］から求められ、ＨＤＴＶの場合は［数３］と［数４］から求められる。
【００５３】
ＲＧＢ変換部Ｓ１７０１から出力されるＲ信号は処理ブロックＳ１７１０へ入力され、Ｇ信号は処理ブロックＳ１７２０へ入力され、Ｂ信号は処理ブロックＳ１７３０へ入力される。処理ブロックＳ１７１０、Ｓ１７２０、Ｓ１７３０の内部処理は全て同一であるため、処理ブロックＳ１７１０についてのみ説明する。オーバーフロー判定部Ｓ１７１１は、入力されたＲ信号が８ｂｉｔデジタル値で表現できる最大値の２５５を超えていないかを判定し、Ｒ信号が２５５よりも大きい場合は、クリップ部Ｓ１７１２でＲ信号を２５５に設定する。Ｒ信号が２５５以下であった場合は、アンダーフロー判定部Ｓ１７１３にＲ信号を入力し、負の値であった場合はクリップ部Ｓ１７１４でＲ信号を０に設定する。上記操作により、処理ブロックＳ１７１０からは０〜２５５のいずれかの値を持つＲ信号が出力される。同様に、処理ブロックＳ１７２０、Ｓ１７３０からは、０〜２５５のいずれかの値を持つＧ ， Ｂ 信号が出力される。
【００５４】
処理ブロックＳ１７１０、Ｓ１７２０、Ｓ１７３０から出力されたＲＧＢ信号はＹＵＶ変換部Ｓ１７０２でＹＵＶ信号に変換される。変換式はＳＤＴＶの場合は［数１］と［数２］であり、ＨＤＴＶの場合は［数３］と［数４］である。この結果、前記規格外のＹＵＶ信号は、規格内のＹＵＶ信号へ変換されることになる。
【００５５】
この後、ＹＵＶ変換部Ｓ１７０２から出力されるＹＵＶ信号の内のＹ ， Ｕ信号はＵ最大値判定部Ｓ１７４１へ入力される。Ｕ最大値判定部Ｓ１７４１では、入力されたＹ信号から図１３で示した前述のＵ’ＭＡＸ ［ｙ］ 値を取得し、入力されたＵ 信号がこの値よりも大きい場合は、クリップ部Ｓ１７４２でＵ 信号にＵ’ＭＡＸ ［ｙ］ 値が設定される。Ｕ 信号がＵ’ＭＡＸ［ｙ］ 値以下である場合は、Ｕ最小値判定部Ｓ１７４３へＹ ， Ｕ信号が入力される。Ｕ最小値判定部Ｓ１７４３では、入力されたＹ信号から図１３で示した前述のＵ’ＭＩＮ ［ｙ］ 値を取得し、入力されたＵ 信号がこの値よりも小さい場合は、クリップ部Ｓ１７４４でＵ
信号にＵ’ＭＩＮ ［ｙ］ 値が設定される。
【００５６】
同様に、ＹＵＶ変換部Ｓ１７０２から出力されるＹＵＶ信号の内のＹ ， Ｖ信号がＶ最大値判定部Ｓ１７５１へ入力される。Ｖ最大値判定部Ｓ１７５１では、入力されたＹ信号から図１３で示した前述のＶ’ＭＡＸ ［ｙ］ 値を取得し、入力されたＶ 信号がこの値よりも大きい場合は、クリップ部Ｓ１７５２でＶ 信号にＶ’ＭＡＸ ［ｙ］ 値が設定される。Ｖ 信号がＶ’ＭＡＸ［ｙ］ 値以下である場合は、Ｖ最小値判定部Ｓ１７５３へＹ ， Ｖ信号が入力される。Ｖ最小値判定部Ｓ１７５３では、入力されたＹ信号から図１３で示した前述のＶ’ＭＩＮ ［ｙ］ 値を取得し、入力されたＶ 信号がこの値よりも小さい場合は、クリップ部Ｓ１７５４でＶ
信号にＶ’ＭＩＮ ［ｙ］ 値が設定される。
【００５７】
ここで、Ｕ ， Ｖ 信号に制限をかける理由は、ＹＵＶ変換部Ｓ１７０２の演算精度によってＵ ， Ｖ 信号が僅かに規格外へずれる可能性があるからである。以上の図１７の処理により、規格外のＹＵＶ信号が規格内のＹＵＶ信号へと視覚的に問題なく変換される。変換後のＹＵＶ信号は、２２ｂｉｔ符号化部Ｓ１００４へ入力される。
【００５８】
次に、図１０の２２ｂｉｔ符号化部Ｓ１００４での処理を説明する。２２ｂｉｔ符号化部Ｓ１００４ではＹ ， Ｕ ， Ｖそれぞれ８ｂｉｔの合計２４ｂｉｔの信号が入力される。規格内のＹＵＶ信号の組み合わせは図１５と図１６で示したようにＹを共通とするＹ−Ｕ ， Ｙ−Ｖ 空間の半分の面積しか使用していないことから、規格内のＹＵＶ信号の組み合わせに順番に番号を振って行った場合、２２ｂｉｔで表現できる。そこで、規格内のＹＵＶ信号の組み合わせに番号を振る操作の一例を説明する。
【００５９】
先ず、図１４に示すように２５５個の配列Ｕ’ＢＡＳＥ とＶ’ＳＩＺＥ を用意する。Ｕ’ＢＡＳＥ ［０］ には値０を格納し、Ｖ’ＳＩＺＥ ［０］ にはＹ ＝ ０のときの規格内Ｖ信号の個数を格納する。つぎに、Ｕ’ＢＡＳＥ ［１］ にはＹ ＝ ０のときの規格内Ｕ信号とＶ信号の個数の積値を格納し、Ｖ’ＳＩＺＥ ［１］ にはＹ ＝ １のときの規格内Ｖ信号の個数を格納する。さらに、Ｕ’ＢＡＳＥ ［２］ にはＹ ＝ １のときの規格内Ｕ信号とＶ信号の個数の積値にＵ’ＢＡＳＥ ［１］ の値を加えた値を格納し、Ｖ’ＳＩＺＥ ［２］ にはＹ ＝ ２のときの規格内Ｖ信号の個数を格納する。以下、
【００６０】
【数２３】

をＵ’ＢＡＳＥ ［２５５］ ， Ｖ’ＳＩＺＥ ［２５５］ まで繰り返す。
【００６１】
この結果、Ｙ ＝ ｙのときにＵ’ＢＡＳＥ［ｙ］を参照するとＹ ＜ｙまでに使用された連番の個数が分かり、Ｖ’ＳＩＺＥ ［ｙ］ を参照するとＹ ＝ ｙのときの規格内Ｖ信号の個数が分かる。この図１４の配列Ｕ’ＢＡＳＥ ， Ｖ’ＳＩＺＥ と図１３の配列Ｕ’ＭＩＮ ， Ｖ’ＭＩＮ と入力されたＹ ＝ ｙ ， Ｕ ＝ ｕ ， Ｖ ＝ ｖ 値から２２ｂｉｔの符号Ｄを、
【００６２】
【数２４】

により算出できる。
【００６３】
次に図９のＹＵＶ画面内位相が位相Ｂの場合に選択される図１０の処理経路Ｓ１０１１について説明する。図９の位相ＢではＹ信号だけしか得られないため、両隣の位相ＡのＵ ， Ｖ 信号から位相ＢのＵ ， Ｖ 信号を生成する。例えば、Ｙ２の位相Ｂと同じ位相のＵ２ ， Ｖ２ を、
【００６４】
【数２５】

により生成する。ここで、Ｕ’１ ， Ｕ’３ ， Ｖ’１ ， Ｖ’３ は図１０の２２ｂｉｔ符号化部Ｓ１００４へ入力される位相ＡのＵ ， Ｖ 信号でもよいし、図９で示す入力されたＵ１ ， Ｕ３ ， Ｖ１ ， Ｖ３でもよい。さらには、前値ホールドでＵ１ ， Ｖ１信号を用いる方法も考えられる。
【００６５】
図１０の処理経路Ｓ１０１１で生成されたＹＵＶ信号は判定部Ｓ１０１２へ入力される。判定部Ｓ１０１２での処理を図１２に示す。図１０の判定部Ｓ１０１２の処理は判定部Ｓ１００２と同一であるため説明を省略するが、入力されたＹＵＶ信号が規格内信号である場合はＹ出力部Ｓ１０１４を選択し、ＹＵＶ信号が規格外信号である場合はＲＧＢクリップ部Ｓ１０１３を選択する。ＲＧＢクリップ部Ｓ１０１３ での処理を図１８で説明する。図１８で、入力されたＹＵＶ信号はＲＧＢ変換部Ｓ１８０１でＲＧＢ信号へ変換する。図１８のＲＧＢ変換部Ｓ１８０１と図１７のＲＧＢ変換部Ｓ１７０１は同一の機能を具備するものである。前記変換されたＲ ， Ｇ ， Ｂ 信号はそれぞれ処理ブロックＳ１８１０ ， Ｓ１８２０ ， Ｓ１８３０ へ入力される。
【００６６】
図１８の処理ブロックＳ１８１０ ， Ｓ１８２０ ， Ｓ１８３０も図１７の処理ブロックＳ１７１０ ，Ｓ１７２０ ， Ｓ１７３０ と同一の機能を具備するものである。さらに、処理ブロックＳ１８１０ ， Ｓ１８２０ ， Ｓ１８３０ から出力された０〜２５５に制限された ＲＧＢ信号はＹＵＶ変換部Ｓ１８０２でＹＵＶ信号に変換される。図１８のＹＵＶ変換部Ｓ１８０２ も図１７のＹＵＶ変換部Ｓ１７０２ と同一の機能を具備するものである。ＹＵＶ変換部Ｓ１８０２から出力されたＹＵＶ信号はＹ出力部Ｓ１０１４へ入力される。図１０のＹ出力部Ｓ１０１４は規格内のＹＵＶ信号を入力として、Ｙ信号のみを出力するものである。
【００６７】
以上、図１０を用いて説明したように、図９の位相ＡのＹＵＶ信号が入力された場合は図１０の処理経路Ｓ１００１の経路を通り２２ｂｉｔ符号化部Ｓ１００４から２２ｂｉｔ符号Ｄを出力し、図９の位相ＢのＹ信号が入力された場合は図１０の処理経路Ｓ１０１１の経路を通りＹ出力部Ｓ１０１４からＹ信号を出力する。この結果、図１９で示すように２２ｂｉｔ符号Ｄ とＹ信号が交互に出力され伝送される。
【００６８】
次に、受信側での復号化を図２０で説明する。受信データ列は図２０の圧縮データ伝送順のように２２ｂｉｔ符号Ｄ とＹ信号が交互になっている。復号化では、２２ｂｉｔ符号Ｄを受信した場合は図２０の復号処理部Ｓ２００１により２４ｂｉｔのＹＵＶ信号を復元する。また、Ｙ信号を受信した場合はそのままＹ信号として出力する。この結果、送信側と同じＹＵＶ（４：２：２）信号が復元される。
【００６９】
図２０の復号処理部Ｓ２００１の処理を図２１で説明する。ここでは、説明を簡単にするために配列の高速検索等の技術は使用しない。図２１のブロックＳ２１０１で整数変数ｎを０に初期化する。判定部Ｓ２１０２では図１４で決定した配列Ｕ’ＢＡＳＥ ［ｎ］ に格納されている値が２２ｂｉｔ符号Ｄよりも大きくなるまで、図２１の整数変数ｎをブロックＳ２１０３で１ずつ増加させる。この結果、配列Ｕ’ＢＡＳＥ ［ｎ］ に格納されている値が２２ｂｉｔ符号Ｄよりも大きくなったときの （ 整数変数 ｎ ） − １ をＹ信号の値としてブロックＳ２１０４で設定する。次に、ブロックＳ２１０４で求められたＹ信号により決定される配列値Ｕ’ＢＡＳＥ ［Ｙ］ を２２ｂｉｔ符号Ｄ から減算した値を新たな２２ｂｉｔ符号ＤとしてブロックＳ２１０５で設定する。
【００７０】
さらに、ブロックＳ２１０６で整数変数ｎを再び０に初期化し、判定部Ｓ２１０７でｎ×Ｖ’ＳＩＺＥ ［Ｙ］ が２２ｂｉｔ符号Ｄよりも大きくなるまで整数変数ｎをブロックＳ２１０８で１ずつ増加させる。この結果、ｎ×Ｖ’ＳＩＺＥ ［Ｙ］ が２２ｂｉｔ符号Ｄよりも大きくなったときの（ 整数変数 ｎ ） − １ ＋ Ｕ’ＭＩＮ ［Ｙ］をＵ信号の値としてブロックＳ２１０９で設定する。ブロックＳ２１０４で求められたＹ信号とブロックＳ２１０９で求められたＵ信号とから、Ｖ ＝ Ｄ − （ｎ−１）×Ｖ’ＳＩＺＥ ［Ｙ］ ＋ Ｖ’ＭＩＮ ［Ｙ］としてブロックＳ２１１０によりＶ信号が求められ終了する。
【００７１】
以上説明したように、一連の符号化・復号化処理により画像データの圧縮・伸張が実現される。
【００７２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、伝送レートを固定した条件において、高速処理を可能とし、しかも視覚上の劣化を伴わない画像データ圧縮方法及び装置を提供できる。
【００７３】
即ち本発明は、圧宿処理に、フレーム間相関やライン間相関を用いていないので、大容量メモリを必要とせず、しかも簡単な演算で高速に圧縮処理が行える。従って、高速処理が要求される高精細画像の圧縮に好適である。
【００７４】
さらに、本発明は、輝度・色差マトリクス変換の計算結果として発生し得ない１つの輝度信号と前記２つの色差信号との組み合わせの入力（規格外のＹＵＶ信号）に対しては、規格内の信号の組み合わせとなるように（正規化されたＲＧＢ信号から得られる組み合わせの範囲内になるように、即ち視覚的に問題のない値となるように）補正する処理を行ってから圧縮を実行しているので、視覚上の劣化を伴わないロスレス圧縮が行える。
【００７５】
また、僅かな圧縮率向上であっても、通信系における高精細動画像への使用を考えた場合には、全体として膨大な情報量圧縮となり、本発明は伝送帯域の有効活用に多大な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる圧縮符号化の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係わる圧縮符号化・復号化システムの構成図である。
【図３】Ｙ − Ｃｂ 空間の規格内領域を示す図である。
【図４】Ｙ − Ｃｒ 空間の規格内領域を示す図である。
【図５】Ｙ − Ｐｂ 空間の規格内領域を示す図である。
【図６】Ｙ − Ｐｒ 空間の規格内領域を示す図である。
【図７】Ｙ ， Ｃｂ ， Ｃｒ の画面内サンプリングポイントを説明する図である。
【図８】Ｙ ， Ｕ ， Ｖ データの伝送順を説明する図である。
【図９】Ｙ ， Ｕ ， Ｖ データ伝送順と画面内位相の関係を説明する図である。
【図１０】本発明の実施形態に係わる圧縮符号化の処理フローである。
【図１１】位相Ａにおける規格内信号判別器の処理フローである。
【図１２】位相Ｂにおける規格内信号判別器の処理フローである。
【図１３】Ｕ ， Ｖ データの規格内信号の最大・最小値を格納する配列を示す図である。
【図１４】２２ｂｉｔ符号化・復号化の演算で使用する配列を示す図である。
【図１５】Ｙ − Ｕ 空間の符号化領域を示す図である。
【図１６】Ｙ − Ｖ 空間の符号化領域を示す図である。
【図１７】位相Ａにおける規格外信号の処理フローである。
【図１８】位相Ｂにおける規格外信号の処理フローである。
【図１９】圧縮データの伝送順を説明する図である。
【図２０】圧縮データの復号化順を説明する図である。
【図２１】本発明の実施形態により符号化されたデータの復号化の処理フローである。

Claims (2)

1. 正規化されたＲＧＢ信号から輝度・色差マトリクス変換により求められる１つの輝度信号と２つの色差信号とによって表現されるデジタルカラー画像データを圧縮符号化する画像データ圧縮方法において、
   入来する前記デジタルカラー画像データが、前記輝度・色差マトリクス変換の計算結果として発生し得ない前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号との組み合わせであるか否かの検出を行い、発生し得ない組み合わせが検出された場合には、その検出された組み合わせにおける１つの輝度信号と２つの色差信号とをＲＧＢ信号に変換し、変換して得たＲＧＢ信号の値を前記正規化した値として取りうる範囲内に制限し、その制限を加えたＲＧＢ信号を再度前記輝度・色差マトリクス変換し、補正された１つの輝度信号と２つの色差信号との組み合わせを得る補正処理ステップと、
   前記補正処理後の前記デジタルカラー画像データに対して、前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号とを含む３次元空間における、前記輝度・色差マトリクス変換の計算結果として前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号との組み合わせが存在する空間部分のみを固定長符号化することにより、前記デジタルカラー画像データを圧縮符号化する符号化ステップと、
   を設けたことを特徴とする画像データ圧縮方法。
2. 正規化されたＲＧＢ信号から輝度・色差マトリクス変換により求められる１つの輝度信号と２つの色差信号とによって表現されるデジタルカラー画像データを圧縮符号化する画像データ圧縮装置において、
   入来する前記デジタルカラー画像データが、前記輝度・色差マトリクス変換の計算結果として発生し得ない前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号との組み合わせであるか否かの検出を行い、発生し得ない組み合わせが検出された場合には、その検出された組み合わせにおける１つの輝度信号と２つの色差信号とをＲＧＢ信号に変換し、変換して得たＲＧＢ信号の値を前記正規化した値として取りうる範囲内に制限し、その制限を加えたＲＧＢ信号を再度前記輝度・色差マトリクス変換し、補正された１つの輝度信号と２つの色差信号との組み合わせを得る補正処理手段と、
   前記補正処理後の前記デジタルカラー画像データに対して、前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号とを含む３次元空間における、前記輝度・色差マトリクス変換の計算結果として前記１つの輝度信号と前記２つの色差信号との組み合わせが存在する空間部分のみを固定長符号化することにより、前記デジタルカラー画像データを圧縮符号化する符号化手段と、
   を設けたことを特徴とする画像データ圧縮装置。

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