JP2004289290A - 画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の画像処理装置は、4×4の画素からなる画素ブロックで、画素値を平均してDC値を求めるDC画像生成部3と、画素ブロックを2×2のサブ画素ブロックに分割し、平均画素値を求め、画素ブロックと、画素ブロックに隣接した他の画素ブロックのDC値から、サブ画素ブロックのDC画素値を求める交流成分予測の演算と、平均画素値とこのDC画素値との差分値の合成演算を行い、差分値に対して各画素におけるアダマール変換を行い第1のアダマール係数を出力する第1段階アダマール符号化部5と、平均画素値から画素毎のDC値を求める交流成分予測の演算と、このDC値と画素ブロックとの画素毎の差分値を求める演算を合成演算し、差分値のアダマール係数を求める第2段階アダマール符号化部7とを有する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像の圧縮及び伸張を行う前段階の画像データ(画像圧縮を効率よく行うためのデータ構成)を作成する画像処理を行う画像処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の画像圧縮方法として、JPEG(Joint Photograph Expert Group)が良く知られている。
また、JPEGからJPEG2000への移行に見られるように、高性能ハードウェアへの実装を前提として処理系を大規模・複雑化して画品質や符号化効率を向上させている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平09−223226号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したJPEG等は、携帯ゲーム機等の携帯端末では消費電力の関係上、CPUのクロック周波数に制限があり、かつCPUの処理能力が汎用のパーソナルコンピュータに比較して低いため、高速に圧縮・伸張の処理が行えず、さらに、JPEGの機能を専用回路として構成すると、この専用回路が大規模・複雑化するため、製品コストの観点から実装することが困難である。
【0005】
本発明の目的は、このような背景の下になされたもので、画像の圧縮・伸張を簡易な演算により高速に行い、JPEG以上の圧縮効率及び伸張後の画像品質を得る圧縮・伸張処理を行うことが可能な画像の符号化機能を有する画像処理装置を提供する事にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、4×4の画素の画素ブロックにおける画素値の平均値であるDC値を求め、画素ブロックを4分割したサブ画素ブロックにおける画素の平均画素値を求める演算を行い、このDC値に対して交流成分予測の演算を行い、サブ画素ブロックの第1のDC画素値を求め、各々対応するサブ画素ブロック毎に平均画素値と第1のDC画素値との差分値を求める演算を行い、この差分値のアダマール係数を求め、前記DC値,該アダマール係数を画像圧縮の符号化データとして出力する画像処理装置であり、前記交流成分予測の演算と前記差分値を求める演算とを組み合わせた合成演算により、前記DC値及び平均画素値に基づいてアダマール係数を求めることを特徴とする。
【0007】
本発明の画像処理装置は、前記アダマール係数を求める式が
【数4】
であることを特徴とする。
【0008】
本発明の画像処理装置は、4×4の画素から構成される画素ブロックにおいて、各画素の画素値を平均化して、DC値を生成して出力するDC画像生成部と、前記画素ブロックを、2×2のサブ画素ブロックに分割し、各サブ画素ブロック毎の平均画素値を求め、処理対象の画素ブロックと、この画素ブロックに対して上下左右に隣接した他の画素ブロックとのDC値から、2×2の各サブ画素ブロック毎の第1のDC画素値を求める交流成分予測の演算と、この平均画素値と第1のDC画素値との第1の差分値の前記合成演算を行い、この第1の差分値に対して4×4の画素単位におけるアダマール変換を行い第1のアダマール係数を出力するとともに、逆アダマール変換を行い第1の差分値を復号し、この復号された第1の差分値に基づき、サブ画素ブロックの平均画素値を再生して出力する第1段階アダマール符号化部と、この平均画素値から4×4の画素毎の第2のDC画素値を求める交流成分予測の演算と、この第2のDC画素値と前記画素ブロックとの4×4の画素毎の第2の差分値を求める演算を合成演算とし、前記平均画素値と各画素の画素値とから第2の差分値に対するアダマール変換を行い第2のアダマール係数を出力する第2段階アダマール符号化部とを具備することを特徴とする。
【0009】
本発明の画像処理装置は、前記第2段階アダマール符号化部における合成演算の式が
【数5】
であることを特徴とする。
【0010】
本発明の画像処理装置は、4×4の画素の画素ブロックにおける画素値の平均値であるDC値から、このDC値に基づき、画素ブロックを4分割したサブ画素ブロックごとの予測画素値を求める交流成分予測の演算と、元画像のサブ画素ブロックにおける画素の平均画素値及びこの予測画素値の差分値に基づくアダマール係数を逆アダマール変換する演算とを合成演算とし、前記DC値とアダマール係数とから各サブ画素ブロックにおける画素の平均画素値を求めることを特徴とする。
【0011】
本発明の画像処理装置は、前記合成演算の式が
【数6】
であることを特徴とする。
【0012】
本発明の画像処理装置は、符号化された4×4の画素ブロックにおける画素のDC画像を復号するDC画像復号部と、処理対象の画素ブロックと、この画素ブロックに対して上下左右に隣接した他の画素ブロックのDC値から2×2の各サブ画素ブロック毎の第1のDC画素値を求める交流成分予測の演算と、元画像のサブ画素ブロックにおける画素の平均画素値及びこの予測画素値の差分値に基づく第1のアダマール係数を逆アダマール変換する演算とを合成演算とし、前記DC値と第1のアダマール係数とから各サブ画素ブロックにおける画素の平均画素値を求める第1段階アダマール復号化部と、この平均画素値から4×4の画素毎の第2のDC画素値を求める交流成分予測の演算と、元画像のサブ画素ブロックにおける画素の画素値及びこの平均画素値の差分値に基づく第2のアダマール係数を逆アダマール変換する演算とを合成演算とし、前記平均画素値と第2のアダマール係数とから各サブ画素ブロックにおける画素の画素値を求める第2段階アダマール復号化部とを具備することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明による画像処理装置は、元画像を複数の画素(n×n画素)からなる画素ブロックに分割し、例えば4×4の画素からなる画素ブロックに分割し、この画素ブロック毎に各画素の画素値の平均値を計算し、この画素ブロックにおいて、各画素の平均化された画素値として各DC画像のDC値を求める。
そして、本発明による画像処理装置は、このDC値に基づいて、第1段階目のACP(交流成分予測)法に基づく演算から、サブ画素ブロック(2×2画素のブロック)毎の第1のDC画素値を求め、サブ画素ブロックにおける元画像の画素の画素値の平均値からこの第1のDC画素値を減算して第1の差分値を求めて、この第1の差分値に対してアダマール変換を行い、アダマール係数の一部を求めて量子化して出力する。
【0014】
次に、本発明による画像処理装置は、この第1アダマール係数を逆量子化して、逆アダマール変換を行い、上記第1の差分値を再生する(量子化により再生された情報は劣化している)。
そして、本発明による画像処理装置は、この第1の差分値を対応するサブ画素ロックの画素値(すなわち第1のDC画素値)に加算して、上記サブDC画像の新たな第1のDC画素値として出力する。
次に、本発明による画像処理装置は、DC画像の上記新たな第1のDC画素値に基づいて、第2段階目のACP法に基づく演算を行い、各画素毎の第2のDC画素値を求める。
【0015】
そして、本発明による画像処理装置は、元画像の各画素の画素値と上記第2のDC画素値との第2の差分値を求め(画素の画素値から第2のDC画素値を減算)、この第2の差分値に対応する第2のアダマール変換を行い、上記第1のアダマール係数を除いた残りのアダマール係数を第2のアダマール係数として求める。
上述したように、上記画像処理装置は、上記2段階におけるACP法により求めた画素値と元画像の画素値との差分値を、同様に対応する2段階に分けてアダマール係数を求める演算を行っている。
【0016】
このようにすることで、画像処理装置は、16個の画素から求められる16個のアダマール係数(内1つはDC値)のうち、第1段階のアダマール変換において、DC画像処理を行った時点でDC値を生成し、低周波数成分の3個を第1のアダマール係数として求め、第2段階のアダマール変換において、残りの12個のアダマール係数として求めている。
そして、画像処理装置は、求めた15個のアダマール係数及びDC値とを、量子化した後にエントロピー符号化(例えば、ハフマン等)を行いて、データ圧縮を行い出力する。
【0017】
これにより、画像処理装置は、第1のアダマール変換において、サブ画素ブロック範囲内における元画像の画素値の平均値と、第1のDC画素値との第1の差分値をアダマール変換して、差分値としての情報量の多い低周波成分を抽出し、アダマール変換により符号化し、さらに量子化によりデータ圧縮して符号化した後に、この第1の差分値を逆量子化して伸張し、さらに逆アダマール変換することで復号し、第1のDC値に加えて新たな第1のDC値とし、この新たな第1のDC値から第2のDC値を求めた後に、第2のアダマール変換により符号化し残りの高周波側のアダマール係数を求めている。
【0018】
一方、本願発明の画像処理装置は、矩形関数を基底関数とするアダマール変換により画像データの符号化を行うため、正弦関数を基底関数とするDCTと比較して符号量は減少するが、それはつまり復号時には方形波近似となるためDCTのような(隣接する画素の画素値が滑らかに変化する画像を前提とした)精度の高い符号化が行えない。
このため、本願発明の画像処理装置は、その後圧縮の観点から量子化が必要であり、画像復号時において逆量子化の後に逆アダマール変換を行った際、DCTがなめらかに近似して(存在しない中間値を曲線的に生成して)復元できるのに対し、アダマール変換では方形波ゆえにエッジが鋭く画素間の画素値の差が開きやすく、DCTの同じ符号量のものよりブロックノイズが目立つことになる。
【0019】
しかしながら、本願発明の画像処理装置は、第1段階アダマール変換により低周波成分に関するアダマール係数を抽出後、その係数値を第1のDC値に加えて新たな第1のDC値として符号化に反映させ、この第1のDC値に対してACPで周辺ブロックとの差異を補い、元画像の画素値との差を求め、その第2の差分値に対して第2段階のアダマール変換を施すことにより、DCTと同等以上(JPEGとの比較を後に示す)の画質で画像を復元するとともに、元画像の画素値との差分値を取っているため、第2段階の処理(第2段階ACP及び第2段階アダマール変換)において精度の高い符号化が可能となる。
【0020】
また、本発明の画像処理装置は、第1段階の処理(第1段階ACP及び第1段階アダマール変換)アダマール変換の結果を反映しているため、第2段階の処理(第2段階ACP及び第2段階アダマール変換)で符号化する情報量を抑えることができ、DCTのように高圧縮時の高周波成分復元時に現れるモスキートノイズを、ACP処理により大幅に軽減できる。
さらに、DCTにおいて、必ず実数値に対する乗算が必要となるが、本発明の画像処理装置の符号化処理は、ACPとアダマール変換との併用方式であり、整数値に対する加減算ビットシフトにより、符号化に必要な演算が実現できるため、DCTに比較して高速に圧縮伸張を行うことができる。
すなわち、本発明は、ACPとアダマール変換の段階的併用画像符号化アルゴリズムに基づく画像処理装置に関するものである。
【0021】
また、本発明による画像処理装置は、ACP処理を行うためのDC値と、このDC値に対してACP処理を行った後の第1及び第2のDC値及び元画像の差分値が符号化された情報のアダマール係数と、を出力するので、上述したように画像の再生処理に必要な情報量を少なくし、なにより、元画像との差分値をアダマール係数として出力するため、符号化データの精度(復号時の画質、すなわち再生の精度)を高めることができ、かつJPEG等のDCT処理に比較して少ない情報量で元画像に対して高い再現性を持たせることが可能である。
【0022】
さらに、本発明による画像処理装置は、アダマール変換だけでなくACP法による周辺の画素ブロックまたはサブ画素ブロックからの成分予測処理も加わっているため、モスキートノイズだけでなく、アダマール変換をブロック単位で行うために現れやすいブロックノイズをも削減することができる。
また、さらに、本発明による画像処理装置は、加減算とビットシフトとの演算のみにより、上述した処理を行うことが可能なため、コンパクトな処理構成で実現でき、加えて、画素値の大きさの違いに伴う分岐処理もなく、所定の周期で連続して処理を行うことが可能なため、高速な符号化及び復号化(符号化の逆の操作)の処理が行える。
【0023】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態による画像処理装置の構成を示すブロック図である。
この図において、本発明の画像処理装置は、元画像から求めたDC画像に基づきACP(交流成分予測)法及びアダマール変換を用いて画像の符号化を行う符号化部1と、符号化部1により生成されたDC画像とアダマール係数とに基づき復号化を行う復号化部2とから構成されている。
【0024】
符号化部1は、少なくとも、元画像からDC画像を生成するDC画像作成部3と、このDC画像に基づき第1段階のACP処理を行い、サブ画素ブロック毎の第1のDC画素値を求め、この第1のDC画素値と、サブ画素ブロック範囲内における元画像の画素値の平均値との第1の差分値を求め、この第1の差分値に対して第1段階のアダマール変換を行い、第1のアダマール係数(AC符号)を求めて出力し、かつ第1のDC画素値と第1の差分値とを加算し、新たな第1のDC画素値を生成して出力する第1段階アダマール符号化部5と、この新たな第1のDC画素値に基づいて第2段階のACP処理を行い、元画像の各画素に対応した第2のDC画素値を演算し、元画像の各画素の画素値と第2のDC画素値との第2の差分値を求め、この第2の差分値に対して第2段階のアダマール変換を行い、第2のアダマール係数(AC符号)を求める第2段階アダマール符号化部7から構成されている。
【0025】
復号化部2は、符号化されたDC値(DC符号)を復号してDC画像を復号(再生)するDC画像復号部8と、このDC画像に基づき第1段階のACP処理を行い、サブ画素ブロック毎の第1のDC画素値を求め、入力される第1のアダマール係数に対して逆アダマール変換を行い、第1の差分値を求め、この第1の差分値と第1のDC画素値とを加算し、新たな第1のDC画素値を生成する第1段階アダマール復号化部10と、この新たな第1のDC画素値に基づき、第2のACP処理を行い、元画像の各画素に対応した第2のDC画素値を演算し、入力される第2のアダマール係数に対して第2段階の逆アダマール変換を行い、第2の差分値を演算し、この第2の差分値と第2のDC画素値とを加算し、元画像の各画素を復号する第2段階アダマール復号化部12から構成されている。
【0026】
次に、図1を参照し、一実施形態による画像処理装置の動作例を説明する。
符号化部1の動作を詳細に説明する。
DC画像作成部3は、元画像(図1の2a)を複数の画素(n×n画素、例えば4×4画素)から構成される画素ブロックに分割して、この画素ブロック内の画素の平均値をDC値として求め、量子化及びエントロピー符号化してDC符号として出力する。
【0027】
このDC値で画素値が示される画素ブロックはDC画像として定義される。
すなわち、図2(a)に示すように、4×4画素を画素ブロックとし、図2(b)に示すように、DC値を求めることで各画素ブロックはDC画像となる。
ここで、画素ブロックSは、画素d(0,0)〜画素d(3,3)(これらの画素は各々、図2(d)において画素値pn(x,y);n∈[0,3]、x,y∈[0,1]に対応している)の16の各画素からなるDC画像であり(図1の2b)、この16の各画素の画素値の平均値であるDC値を画素値としている。
【0028】
第1段階交流成分予測部4は、交流成分予測法に基づいて、DC画像からサブ画素ブロックを生成する。
ここで、第1のアダマール係数α01,α10,α11を求めるため、交流成分予測法に基づき、画素ブロックのDC値から第1のDC値が求められる。
すなわち、図3(a)において、画素ブロックSからサブ画素ブロックS1,S2,S3,S4(第1段階ACP適用後画像2c)のDC値(サブ画素ブロックとしての画素値、すなわち第1のDC値)を、以下の交流成分予測の演算により、予測する(生成する)場合、これら各サブ画素ブロックのDC値として第1のDC値を、画素ブロックSのDC値とともに、画素ブロックSに対して、上下左右に隣接する画素ブロック(DC画像)U(上部),L(左側部),R(右側部),B(下部)のDC値を用いて以下の式により表される。(ここで、各画素ブロックのDC値は各画素ブロック名と同様な文字を使用する。)
SP0,0=S+(U+L−B−R)/8 …サブ画素ブロックS1の第1のDC値
SP0,1=S+(U+R−B−L)/8 …サブ画素ブロックS2の第1のDC値
SP1,0=S+(B+L−U−R)/8 …サブ画素ブロックS3の第1のDC値
SP1,1=S+(B+R−U−L)/8 …サブ画素ブロックS4の第1のDC値
【0029】
第1段階アダマール符号化部5は、サブ画素ブロックS1,S2,S3,S4の各々に各々対応させて、元画像の画素d(0,0),(0,1),(1,0),(1,1)と、画素d(0,2),(0,3),(1,2),(1,3)と、画素d(2,0),(2,1),(3,0),(3,1)と、画素d(2,2),(2,3),(3,2),(3,3)との、各4つの画素の画素値の平均値を演算して、平均画素値として出力する。
また、第1段階アダマール符号化部5は、サブ画素ブロックS1,S2,S3,S4の各第1のDC値(SP0,0、SP0,1、SP1,0、SP1,1)から、対応する画素の上記平均画素値を減算して、各サブ画素ブロック各々における第1の差分値を演算し、この第1の差分値に対して第1段階のアダマール変換を行う。
【0030】
第1段階アダマール符号化部5は、以下の(1)式に示すようにサブ画素ブロックの構成を2×2画素と見なして、2×2サブ画素ブロックに対応する第1の差分値のアダマール変換を行う。
【数7】
この(1)式において、Hはアダマール変換に用いるアダマール変換係数行列であり、以下に示す(2)式の構造となっている。
【数8】
また、HTは、Hに対する転置行列であり、(2)式の構造と同様である。
【0031】
そして、αは求められるアダマール係数の行列を示し、fは2×2画素に対応する以下に説明する各画素の差分値(すなわち、各サブ画素ブロックの第1の差分値)に対応している。
αの行列の各要素αu,vは、以下の(3)式により求められる。
【数9】
ここで、s(x,y)は、サブ画素ブロックに対応した各々の第1の差分値の値であり、変換係数hu,v(x,y)もサブ画素ブロックに対応して設けられている。
【0032】
そして、2×2サブ画素ブロックにおけるアダマール変換における変換係数hu,v(x,y)は、図4(a)に示す左上部分の4つの変換係数に対応している(白が「−1」であり、黒が「+1」である)。ここで、サブ画素ブロックS1,S2,S3,S4各々に対応する変換係数hu,v(x,y)の位置関係(図4(a)に示す左上部分の4つの変換係数における)は、図2(c)に示しているs(x,y)のx,yの示す位置関係に対応している(ここでは、変換係数hu,v(x,y)の位置関係のみを示している)。
【0033】
また、fの行列は、以下の(4)式の構造をしている。
【数10】
この第1段階のACP後においては、画素d(0,0)〜d(3,3)の画素値は、帰属するサブ画素ブロック,すなわち対応するサブ画素ブロックS1,S2,S3,S4の第1のDC値に対応している。
【0034】
このとき、第1段階アダマール符号化部5は、DC値及び第2段階アダマール変換で生成する第2のアダマール係数を除く、画素ブロックSに対応するアダマール係数α1,α2,α3を求めるため、サブ画素ブロックS1,S2,S3,S4各々に対応する第1の差分値(s(0,0),s(0,1),s(1,0),s(1,1))を、それぞれ、元画像の画素d(0,0),(0,1),(1,0),(1,1)の平均画素値(SH0,0)からサブ画素ブロックS1の第1のDC値(SP0,0)を減算し、元画像の画素d(0,2),(0,3),(1,2),(1,3)の平均画素値(SH0,1)からサブ画素ブロックS2の第1のDC値(SP0,1)を減算し、元画像の画素d(2,0),(2,1),(3,0),(3,1)の平均画素値(SH1,0)からサブ画素ブロックS3の第1のDC値(SP1,0)を減算し、元画像の画素d(2,2),(2,3),(3,2),(3,3)の平均画素値(SH1,1)からサブ画素ブロックS4の第1のDC値(SP1,1)を減算して求める。
【0035】
すなわち,この第1のアダマール変換では,4×4画素のアダマール変換における画素ブロックSに対応する(低周波側)のアダマール係数α1,α2,α3を,2×2の平均画素(SH0,0、SH0,1、 SH1,0、SH1,1)と2×2の第1のDC値(SP0,0、SP0,1、SP1,0、SP1,1)の差分値より求めている。
【0036】
(3)式で求められるアダマール係数α01,α10,α11は、第1段階アダマール符号化部5において量子化され、第1のアダマール係数として出力される。
【0037】
しかしながら、第1のアダマール係数を演算するために、第1の差分値を求めるとき、各サブ画素ブロックS1,S2,S3,S4の各々の平均画素値(SH0,0、SH0,1、 SH1,0、SH1,1)と、各画素ブロックに対応する第1のDC値(SP0,0、SP0,1、SP1,0、SP1,1)との各々の差分値(S(0,0),S(0,1),S(1,0),S(1,1))は、
S(0,0)=SH0,0−SP0,0
S(0,1)=SH0,1−SP0,1
S(1,0)=SH1,0−SP1,0
S(1,1)=SH1,1−SP1,1
と表される。
【0038】
ここで、(3)式のアダマール変換の結果は、
α01=(S(0,0)−S(0,1)+S(1,0)−S(1,1))/2
α10=(S(0,0)+S(0,1)−S(1,0)−S(1,1))/2
α11=(S(0,0)−S(0,1)−S(1,0)+S(1,1))/2
としてアダマール係数が表される。
【0039】
そして、上記α01の式に、平均画素値と第1のDC値との差分値を求める式を代入すると、各々のアダマール係数を求める式は、以下に示すように
と、論理圧縮することが可能であり、同様に
α10={(SH0,0−SH0,1+SH1,0−SH1,1)*2−(U−B)}/4
α11=(SH0,0−SH0,1+SH1,0−SH1,1)/2
と論理圧縮され、予測符号化の計算に関する項目が相殺されて、α01,α10については2項のDC値の減算となり、α11については予測符号化の計算に関する項目(予測符号化の結果)が全てなくなっていることが判る。
【0040】
このように、アダマール係数を求める式に、第1の差分値を求める式を代入して、すなわち、(3)式を以下に示す(5)式に変形することにより、差分値の計算と第1段階のACP処理の演算とを組み合わせて合成演算することが可能となり、予測符号化(ACP処理)及びアダマール変換の演算部分での演算誤差の発生を防止でき、出力するアダマール係数の演算精度を向上させることが可能となる。
【0041】
このとき、合成演算を2倍した式を用いて計算し、その後の量子化で一括してビットシフトする演算方法を採用することにより、出力するアダマール係数の演算精度をさらに向上させることが可能となる。
また、第1段階アダマール符号化部5は、すでに述べた予測符号化の演算を行わないため、処理速度を向上させて、高速にアダマール係数を演算して得ることができる。
【数11】
【0042】
そして、上述したように、(5)式により論理圧縮したアダマール係数α01,10,11を求める式を第1段階アダマール符号化部5に設定しておくことにより、各アダマール係数に対応した式に、サブ画素ブロックにおける各画素の画素値の平均値と、各アダマール係数の所定の画素ブロックのDC値とを代入することにより、各画素の第1の差分値のアダマール係数を求めることができる。
【0043】
さらに、第1段階アダマール符号化部5は、量子化された第1のアダマール係数の逆量子化を行い、さらに逆アダマール変換を行い第1の差分値を再生し、再生した第1の差分値(S(0,0),S(0,1),S(1,0),S(1,1))に基づき、各サブ画素ブロックにおける画素値の平均値、すなわち第1段階Hdm(アダマール変換)適用後画像(図1の2d)を再生する。
この第1のアダマール係数からの第1段階Hdm(アダマール変換)適用後画像の再生についての説明は、復号化部2における説明で行う。
ここで再生される上記第1の差分値は、量子化されたときに情報が劣化している。
【0044】
次に、各サブ画素ブロックに対応する12個のアダマール係数βn(u,v),n∈[0,3],u,v∈[0,1](第2の差分値のアダマール係数)の演算について、上述した画素ブロックに対応するアダマール係数α01,α10,α11の場合と同様に検討してみる。
第2の差分値のアダマール係数を求めるため、各画素値から減算するための第2のDC値を求める必要がある。
【0045】
そして、第1段階アダマール符号化部5において、すでに求められている第1段階Hdm適用後画像のサブ画素ブロックS1、S2,S3,S4の各々の新たな第1のDC値(すなわち、画素の平均値SG0,0、SG0,1、SG1,0、SG1,1)と、各サブ画素ブロックと上下左右において隣接するサブ画素ブロックの第1のDC画素値(これらも第1段階Hdm適用後画像のサブ画素ブロックS1、S2,S3,S4の各々の新たな第1のDC画素値)とに基づき、交流成分予測の演算を行い、各画素d(0,0),…,(3,3)各々の第2のDC画素値dn(x,y)〜dn(x,y)、x,y∈[0,1]、n∈[0,3]を求める。
【0046】
以下、上記SG0,0、SG0,1、SG1,0、SG1,1を、説明を簡単にするため、各々新たな1のDC値としてSP0,0、SP0,1、SP1,0、SP1,1(各々サブ画素ブロックS1,S2,S3,S4の平均画素値)として表す(他のサブ画素ブロックの第1のDC値についても同様な処理を行っている)。
ここで、第2段階交流成分の演算において、例えば、図3(b)に示すサブ画素ブロックS1における画素d(0,0)〜d(1,1)各々の第2のDC値d0(0,0),d0(0,1),d0(1,0),d0(1,1)が、以下に示す第1のDC値に基づく式により表される。
d0(0,0) = SP0,0+(UP1,0+LP0,1−SP1,0−SP0,1)/8
d0(0,1) = SP0,0+(UP1,0+SP0,1−SP1,0−LP0,1)/8
d0(1,0) = SP0,0+(SP1,0+LP0,1−UP1,0−SP0,1)/8
d0(1,1) = SP0,0+(SP1,0+SP0,1−UP1,0−LP0,1)/8
【0047】
同様に、第2段階交流成分の演算において、他の残りのサブ画素ブロックS2〜S4における各画素の第2のDC画素値を演算し、サブ画素ブロックS1〜S4までの各画素の第2のDC画素値が表される。
・サブ画素ブロックS2の各画素
d1(0,0) = SP0,1 +(UP1,1+SP0,0−SP1,1−RP0,0)/8
d1(0,1) = SP0,1 +(UP1,1+RP0,0−SP1,1−SP0,0)/8
d1(1,0) = SP0,1 +(SP1,1+SP0,0−UP1,1−RP0,0)/8
d1(1,1) = SP0,1 +(SP1,1+RP0,0−UP1,1−SP0,0)/8
・サブ画素ブロックS3の各画素
d2(0,0) = SP1,0+(SP0,0+LP1,1−SB0,0−SP1,1)/8
d2(0,1) = SP1,0+(SP0,0+SP1,1−SB0,0−LP1,1)/8
d2(1,0) = SP1,0+(SB0,0+LP1,1−SP0,0−SP1,1)/8
d2(1,1) = SP1,0+(SB0,0+SP1,1−SP0,0−LP1,1)/8
・サブ画素ブロックS4の各画素
d3(0,0) = SP1,1+(SP0,1+SP1,0−SB0,1−RP1,0)/8
d3(0,1) = SP1,1+(SP0,1+RP1,0−SB0,1−SP1,0)/8
d3(1,0) = SP1,1+(SB0,1+SP1,0−SP0,1−RP1,0)/8
d3(1,1) = SP1,1+(SB0,1+RP1,0−SP0,1−SP1,0)/8
【0048】
第2段階アダマール符号化部7は、サブ画素ブロックS1,S2,S3,S4の各画素の第2のDC値から、対応する画素の画素値を減算して、各画素毎に対応した第2の差分値を演算し、この第2の差分値に対して第2段階のアダマール変換を行う。
【0049】
第2段階アダマール符号化部7は、以下に示す(6)式において、各サブ画素ブロック内の2×2画素毎の第2の差分値に対してアダマール変換を行う。
【数12】
この(6)式において、Knはアダマール変換に用いるアダマール変換係数行列であり、以下に示す(7)式の構造となっている。
【数13】
【0050】
そして、βnは求められるアダマール係数の行列を示し、下記の(8)式に示すように、gnは2×2画素に対応する以下に説明する、サブ画素ブロック毎の各画素の差分値(すなわち、各サブ画素ブロック内の画素毎の第2の差分値)の行列に対応している。
【数14】
【0051】
ここで、各画素とこの画素に対応する差分値との対応関係は、図2(e)と図3(b)とにより示されている。
また、以下の説明において、画素d(0,0)〜d(3,3)の画素値を、対応する部分の符号に対応させて、図2(d)に示すように画素値pn(x,y);n∈[0,3]、x,y∈[0,1](対応関係は図3(b))で表している。
すなわち、画素d(0,0)〜d(3,3)の画素値は、以下に示すように、対応するサブ画素ブロックS1,S2,S3,S4における各画素値の第2のDC値に対応している。
【0052】
このとき、第2段階アダマール符号化部7は、サブ画素ブロックS1,S2,S3,S4それぞれにおいて、各画素d(0,0),(0,1),(1,0),(1,1)、画素d(0,2),(0,3),(1,2),(1,3)、画素d(2,0),(2,1),(3,0),(3,1)、画素d(2,2),(2,3),(3,2),(3,3)の各第2のDC値と、元画像の画素d(0,0),(0,1),(1,0),(1,1)、画素d(0,2),(0,3),(1,2),(1,3)、画素d(2,0),(2,1),(3,0),(3,1)、画素d(2,2),(2,3),(3,2),(3,3)の各々の画素値との差分を演算(元画像の画素値から各画素の第2のDC値を減算、例えば、画素d(0,0)において元画像の画素値p0(0,0)から第2のDC値d0(0,0)を減算、これをd(0,0)〜d(3,3)までの画素に対して行う)し、演算結果を第2の差分値として、図2(e)における様に、それぞれサブ画素ブロック(S1〜S4)毎に対して、各画素毎に差分値en(0,0),…,en(1,1),n∈[0,3]として求め、この第2の差分値を用いて、以下に示す(9)式により第2段階目のアダマール変換を行う。
【0053】
ここで、kn,βn,gn,en(x,y)各々の添え字「n」は、各サブ画素ブロックの位置に対応している。例えば、図2(e)を例として示すと、「n=0」がサブ画素ブロックS1に対応し、「n=1」がサブ画素ブロックS2に対応し、「n=2」がサブ画素ブロックS3に対応し、「n=3」がサブ画素ブロックS4に対応している。
【0054】
そして、βnの行列の各要素βn(u,v)は、以下の(9)式により求められる。
【数15】
ここで、2×2画素におけるアダマール変換係数hn(u,v)(x,y)は、図4(a)に示す各画素に対応した構成となっている(白が「−1」であり、黒が「+1」である)。ここで、図4(a)におけるアダマール変換係数hn(u,v)(x,y)の位置関係は、図4(b)に示している。
この(9)式におけるknの添え字「n」は、図2(e)と同様に、各サブ画素ブロック(S1〜S4)の位置に対応している。
【0055】
また、図4(a)に示す本発明のアダマール変換係数において、すでに述べた第1段階目のアダマール変換に対応した変換係数部分は従来の構成と同様なものの、第2段階目のアダマール変換に対応した部分はサブ画素ブロック(S1,S2,S3,S4)毎に対応するように構成されている。
すなわち、4×4画素からなる画素ブロックにおいて、図4(a)におけるグループAの4つ(A1〜A4において、A1がh0,0(x,y)、A2がh0,1(x,y),A3がh1,0(x,y)、A4がh1,1(x,y))である。
【0056】
ここで、アダマール変換係数h0,0(x,y)は、図4(a)に示すように全て黒であり、変換係数として全て「1」であり、全てのサブ画素ブロック差分値を加算したもの、すなわち元画像ブロックの各画素の画素値の平均値と、DC値との差分値に対応したものである。
この全てのサブ画素ブロック差分値を加算したものは、誤差を除いて「0」に等しいため、数値自身が符号化部1内部に保存されていない。
【0057】
また、図4(b)に示すn=0〜3の各図は、グループBにおける各々のサブ画素ブロック(2×2画素)に対応した、アダマール変換係数の組み合わせとなっている。
例えば、図2(b)の画素ブロックSにおいて、各画素に対する(8)式における変換係数の対応関係を確認すると、n=0(サブ画素ブロックS1)においてk0(u,v)(x,y),u,v,x,y∈[0,1]となり、n=1(サブ画素ブロックS2)においてk1(u,v)(x,y),u,v,x,y∈[0,1]となり、n=2(サブ画素ブロックS3)においてk2(u,v)(x,y),u,v,x,y∈[0,1]となり、n=3(サブ画素ブロックS4)においてk3(u,v)(x,y)、ここでu,v,x,y∈[0,1]となり、添え字「n」を除くと、各サブ画素ブロックにおいて、図4(a)におけるA1〜A4の対応と同様となる。
【0058】
ここで、アダマール変換係数k0(0,0)(x,y),k1(0,0)(x,y),k2(0,0)(x,y),k3(0,0)(x,y)、x,y∈[0,1]各々は、図4(b)で示されているように、全て黒であり、変換係数として全て「1」であり、全ての画素の差分値を加算したもの、すなわち、各サブ画素ブロックにおける画素値の平均値と、新たな第1のDC値との差分値に対応したものである。
この全ての画素の差分値を加算したものは、誤差を除いて「0」に等しいため、数値自身が符号化部1内部に保存されていない。
最終的に、第2段階アダマール符号化部7は、アダマール係数として、(9)式により、第2のアダマール係数βn(u,v)、n∈[0,3]、u,v∈[0,1]として演算し、量子化処理を行って出力する。
【0059】
しかしながら、例えば、サブ画素ブロックSn,n∈[0,3]における画素(n=0のときd(0,0),d(0,1),d(1,0),d(1,1)、n=1のときd(0,2),d(0,3),d(1,2),d(1,3)、n=2のときd(2,0),d(2,1),d(3,0),d(3,1)、n=3のときd(2,2),d(2,3),d(3,0),d(3,1))において、画素各々の画素値(n=0のときp0(0,0),p0(0,1),p0(1,0),p0(1,1)、n=1のときp1(0,0),p1(0,1),p1(1,0),p1(1,1)、n=2のときp2(0,0),p2(0,1),p2(1,0),p2(1,1)、n=3のときp3(0,0),p3(0,1),p3(1,0),p3(1,1)、すなわち元画像の画素値がpn(0,0),pn(0,1),pn(1,0),pn(1,1)、n∈[0,3]となる)と、各画素ブロックに対応する第2のDC値(n=0のときd0(0,0),d0(0,1),d0(1,0),d0(1,1)、n=1のときd1(0,0),d1(0,1),d1(1,0),d1(1,1)、n=2のときd2(0,0),d2(0,1),d2(1,0),d2(1,1)、n=3のときd3(0,0),d3(0,1),d3(1,0),d3(1,1)、すなわち画素単位の予測値がdn(0,0),dn(0,1),dn(1,0),dn(1,1)、n∈[0,3]となる)との各々の差分値(en(0,0),en(0,1),en(1,0),en(1,1),n∈[0,3])は、
n∈[0,3]として、
en(0,0)=pn(0,0)−dn(0,0)
en(0,1)=pn(0,1)−dn(0,1)
en(1,0)=pn(1,0)−dn(1,0)
en(1,1)=pn(1,1)−dn(1,1)
と求められる。
【0060】
そして、第1段階アダマール符号化部5と同様に、アダマール係数を求める式に、差分値を求める式を代入して、すなわち、(9)式を以下に示す(10)式として、第2段階アダマール符号化部7に設定することにより、差分の演算を組み合わせて合成演算とすることが可能となる。
また、第2段階アダマール符号化部7は、すでに述べた予測符号化の演算を行わないため、処理速度を向上させることができ、高速にアダマール係数を演算して得ることが可能となる。
【数16】
【0061】
ここで、(10)式のアダマール変換の結果として、サブ画素グループS1における各画素毎の第2の差分値に対応する第2のアダマール係数β0(u,v)、u,v∈[0,1]を代表で検討してみる。
図4(a)のアダマール変換の基底に基づき行う。
β0(0,1)=(e0(0,0)−e0(0,1)+e0(1,0)−e0(1,1))/2
β0(1,0)=(e0(0,0)+e0(0,1)−e0(1,0)−e0(1,1))/2
β0(1,1)=(e0(0,0)−e0(0,1)−e0(1,0)+e0(1,1))/2
【0062】
そして、(10)式に各々差分値を求める式を代入させて、(9)式に対応させて、上記β0(0,1),β0(1,0),β0(1,1)を各々求めると、
と、論理圧縮して、サブ画素ブロックS1の各画素(d(0,0),d(0,1),d(1,0),d(1,1))に対応する上記第2のアダマール係数β0(0,1),β0(1,0),β0(1,1)を、各々演算することが可能であることが判る。
【0063】
同様に、第2段階アダマール符号化部7は、他のサブ画素ブロックS2,S3,S4のアダマール係数βn(0,1),βn(1,0),βn(1,1),n∈[1,3]も論理圧縮して計算を行う。
このとき、第2段階アダマール符号化部7は、(10)式における元画像の画素値と、予測画素値とにおいて、pn(x,y)及びdn(x,y)の次数「x,y」は、図2(e)及び(8)式におけるen(x,y)のx及びyの位置に対応させて計算する。
【0064】
上述してきたように、サブ画素ブロックS1,S2,S3,S4各々に対応して、3つずつの変換のための基底が対応付けられており、各サブ画素ブロッ単位において独立してアダマール係数の演算が行えるため、画素ブロックにおける第1のアダマール係数の演算と同様に、サブ画素ブロック毎に4つの第2の差分値(en(0,0),en(0,1),en(1,0),en(1,1),n∈[0,3])を用い、3つの第2のアダマール係数βn(0,1),βn(1,0),βn(1,1),n∈[0,3]のみを生成することになる。
【0065】
この結果、本発明においては、第2のアダマール係数の演算において、第1のアダマール係数の演算と同様に、各サブ画素ブロック内の各画素に対応する第2の差分値のみ、すなわち4つの第2の差分値を用いての演算となるので、通常のアダマール変換における基底を使用する場合と異なり、大幅に演算量を削減することができる。
【0066】
このように、アダマール係数を求める式に、差分値を求める式を代入して、すなわち、(9)式を(10)式に変形して、第2段階アダマール符号化部7に設定しておくことにより、第2の差分値を求める演算と第2段階ACPの処理とを合成演算することができ、元画像の各サブ画素ブロックの画素値と、隣接するサブ画素ブロックにおける画素の画素値の平均値とのみで第2のアダマール係数を演算することが可能となる。
【0067】
このため、本願発明の画像処理装置においては、実質的に第2段階のACPの演算を省略することが可能となり、第2のアダマール係数の演算速度を向上させるとともに、ACP処理における除算に基づく誤差の発生を防止して符号の演算精度を向上、すなわち符号化する画像の再生時の再現性が向上する。
そして、最終的に(10)式により論理圧縮したアダマール係数α及びβn(n∈[0,3])を求める式を第2段階アダマール符号化部7に設定しておくことにより、各アダマール係数に対応した式に、サブ画素ブロックにおける各画素の画素値と、この画素ブロックにおける画素の画素値の平均値とを代入することにより、各画素の第2の差分値のアダマール係数を求めることができる。
【0068】
また、第2段階アダマール符号化部7は、量子化された第2のアダマール係数の逆量子化を行い、第2の差分値を再生し、再生した第2の差分値を、各部分に対応する第2のDC画素値に加算して、第2段階Hdm(アダマール変換)適用後画像(図1の2f)として、復号部2で復号されて出力される画像と同一な画像を再生して出力することもできる。
この第2のアダマール係数からの第2段階Hdm(アダマール変換)適用後画像の再生についての説明は、復号化部2における説明で行う。
【0069】
次に、復号化部2の動作を詳細に説明する。
DC画像復号部8は、入力されるDC符号に対して、逆量子化及びエントロピー復号化を行い、画素ブロック各々のDC値を求め、DC画像(図1の4b)を再生する。
第1段階アダマール復号化部10は、入力される符号化された第1のアダマール係数に対して、逆量子化及びエントロピー復号化を行い、第1のアダマール係数の復号(再生)を行う。
【0070】
ここで、この第1のアダマール係数に対して、以下に示す(11)式を用いて、逆アダマール変換を行うことにより、第1の差分値を復号(再生)する。
【数17】
【0071】
すなわち、以下の(13)式のf’の示す再生されるサブ画素ブロックの各部分に対応する第1の差分値を、以下に示す(12)式を用いて演算して求める。
【数18】
【数19】
そして、サブ画素ブロックS1,S2,S3,S4に対応する差分値(S’(0,0),S’(0,1),S’(1,0),S’(1,1))は、符号化部1から入力される第1のアダマール係数α10,01,11に基づき、
S’(0,0)=(α10+α01+α11)/2
S’(0,1)=(−α10+α01−α11)/2
S’(1,0)=(α10−α01−α11)/2
S’(1,1)=(−α10−α01+α11)/2
の各式により求められる。
ここで、α00は、符号化部1の説明で述べたように、誤差を除いて「0」に等しいため、復号化部2に入力されない。
【0072】
これにより、第1段階ACP処理により求まる第1のDC値(SP0,0、SP0,1、SP1,0、SP1,1)に対して、以下に示す式のように第1の差分値を加算することで、各サブ画素ブロックの復号画素値(SC0,0、SC0,1、SC1,0、SC1,1)を求めることができる。
SC0,0=SP0,0+S’(0,0)
SC0,1=SP0,1+S’(0,1)
SC1,0=SP1,0+S’(1,0)
SC1,1=SP1,1+S’(1,1)
【0073】
しかしながら、復号化部2も符号化部1と同様に、ACPによる処理を削減するため、(12)式から直接各サブ画素ブロックの画素値を求めるようにするため、
以下に示す、第1のアダマール係数に逆ACP処理の項を加えた(14)式を検討する。
【数20】
【0074】
この(14)式は、(5)式の第1のDC値(SPxy)の項(第1の差分値における第1のDC値)を左辺に移項した構成であり、すなわち、符号化部1から入力される第1のアダマール係数α01,10,11を示す各式
α01={(SH0,0−SH0,1+SH1,0−SH1,1)*2−(L−R)}/4
α10={(SH0,0−SH0,1+SH1,0−SH1,1)*2−(U−B)}/4
α11=(SH0,0−SH0,1+SH1,0−SH1,1)/2
を移項することにより、
α’01=α01+(L−R)/4=(SH0,0−SH0,1+SH1,0−SH1,1)*2
α’10=α10+(U−B)/4=(SH0,0−SH0,1+SH1,0−SH1,1)*2
α’11=α11=(SH0,0−SH0,1+SH1,0−SH1,1)*2
と表すことができる。
【0075】
また、復号されたサブ画素ブロックの画素値(SC0,0,SC0,1,SC1,0,SC1,1)と、第1の差分値S’(0,0),S’(0,1),S’(1,0),S’(1,1))と、第1のDC値(SP0,0、SP0,1、SP1,0、SP1,1)との関係は、
の関係がある。
【0076】
この上記関係に基づき、元画像の各サブ画素ブロック(S1,S2,S3,S4)における画素の平均値(SH0,0,SH0,1,SH1,0,SH1,1)と、上記復号されたサブ画素ブロックの画素値(SC0,0,SC0,1,SC1,0,SC1,1)との関係は、(12)式より、
SC0,0=(α’01+α’10+α’11)/2=(3SH0,0−SH0,1−SH1,0−SH1,1)/4=SH0,0−S
SC0,1=(−α’01+α’10−α’11)/2=(3SH0,1−SH0,0−SH1,0−SH1,1)/4=SH0,1−S
SC1,0=(α’01−α’10−α’11)/2=(3SH1,0−SH0,0−SH0,1−SH1,1)/4=SH1,0−S
SC1,1=(−α’01−α’10+α’11)/2=(3SH1,1−SH0,0−SH0,1−SH1,0)/4=SH1,1−S
【0077】
したがって、求める元画像の各サブ画素ブロックの平均値(SH0,0,SH0,1,SH1,0,SH1,1)は以下に示す構成となる。
SH0,0=SC0,0+S
SH0,1=SC0,1+S
SH1,0=SC1,0+S
SH1,1=SC1,1+S
ここで、各復号されるサブ画素ブロックの画素値は、
と求められる。
【0078】
結果的に、求める元画像の各サブ画素ブロックにおける画素の画素値の平均値(SH0,0,SH0,1,SH1,0,SH1,1)は以下に示す、アダマール係数及び交流予測成分の項を有する構成となる。
SH0,0=(α01+α10+α11)/2+(U−B+L−R)/8+S
SH0,1=(−α01+α10−α11)/2+(U−B−L+R)/8+S
SH1,0=(α01−α10−α11)/2+(−U+B+L−R)/8+S
SH1,1=(−α01−α10+α11)/2+(−U+B−L+R)/8+S
【0079】
この(12)式に対応したサブ画素ブロックにおける画素の画素値の平均値(SH0,0,SH0,1,SH1,0,SH1,1)を求める上述した式を第1段階アダマール復号化部10に設定しておくことにより、符号化部1からの各画素ブロックのDC値と、第1のアダマール係数とのみにより、元画像の各サブ画素ブロックの画素値の平均値を演算することが可能となる。
したがって、本発明の画像処理装置における復号化部1は、各画素ブロックのDC値から第1のDC値を再生するACP処理の演算と、この第1のDC値及び第1の差分値の加算処理の演算とを、合成演算とすることにより、実質的にACP処理の演算を省略することができ、ACP処理の演算による誤差の発生を防止するとともに、元画像の各サブ画素ブロックの画素値の平均値(第1段階Hdm適用後画像(図1の4d))を求める演算速度を向上させることができる。
【0080】
そして、各サブ画素ブロックにおける各画素の画素値の復号処理において、入力される第1段階Hdm適用後画像における各サブ画素ブロックに基づき、符号化部1と同様な式を用いた交流予測法(ACP処理)の演算により、サブ画素ブロックの各画素の第2のDC画素値を求める。
次に、符号化部1から入力される第2のアダマール係数により、以下に示す(15)式により第2の差分値を演算する。
【数21】
ここで、第2の差分値の行列g’nは、以下の(16)式に表すものである。
【数22】
そして、各画素値に対応する差分値e’n(x,y)、n∈[0,3]、x,y∈[0,1]は、下記に示す(17)式により求められる。このe’n(x,y)は、各々en(x,y)の位置に対応している。
【数23】
さらに、サブ画素ブロックにおける各画素単位で得られた第2の差分値を、対応する部分の第2のDC画素値に加算して、第2段階Hdm適用後画像(図1の4f)として、すなわち再生画像として出力する。
【0081】
このとき、第2段階アダマール復号化部12は、第1段階アダマール復号化部10と同様に、入力される符号化された第2のアダマール係数を逆量子化及びエントロピー復号化を行い第2のアダマール係数β’n(u,v)、n∈[0,3]、u,v∈[0,1]の復号(再生)を行う。
ここで、この第2のアダマール係数に対して、上述した(15)式を用いて、逆アダマール変換を行うことにより、第2の差分値を復号(再生)する。
【0082】
そして、サブ画素ブロックにおける画素値、例えば、サブ画素ブロックS1に対応する第2の差分値(e’0(0,0),e’0(0,1),e’0(1,0),e’0(1,1))は、符号化部1から入力される第2のアダマール係数β’0(0,1),β’0(1,0),β’0(1,1)に基づき、
e’0(0,0)=(β’0(1,0)+β’0(0,1)+β’0(1,1))/2
e’0(0,1)=(−β’0(1,0)+β’0(0,1)−β’0(1,1))/2
e’0(1,0)=(β’0(1,0)−β’0(0,1)−β’0(1,1))/2
e’0(1,1)=(−β’0(1,0)−β’0(0,1)+β’0(1,1))/2
の各式により求められる。
【0083】
これにより、第2段階ACP処理により求まる第2のDC値(d0(0,0),d0(0,1),d0(1,0),d0(1,1))に対して、以下に示す式のように加算することで、各サブ画素ブロックの復号画素値(p0(0、0)、p0(0、1)、p0(1、0)、p0(1、1))を求めることができる。
p0(0、0)=d0(0,0)+e’0(0,0)
p0(0、1)=d0(0,1)+e’0(0,1)
p0(1、0)=d0(1,0)+e’0(1,0)
p0(1、1)=d0(1,1)+e’0(1,1)
【0084】
しかしながら、復号化部2も復号化部1と同様に、ACPによる処理を削減するため、(15)式を直接各サブ画素ブロックの画素値を求めるようにするため、第2段階アダマール復号化部12において、第1段階アダマール復号化部10と同様な構成として、以下に示す(18)式を用いることを検討する。
【数24】
【0085】
第2段階アダマール復号化部12において、上記(18)式は、(10)式の第2のDC値(dn(x,y))の項(第2の差分値における第2のDC値)を左辺に移項した構成であり、すなわち、符号化部1から入力されるアダマール係数β0(0,1),β0(1,0),β0(1,1)を示す各式
β0(0,1)=(p0(0,0)−p0(0,1)+p0(1,0)−p0(1,1)/2 −(SP0,1−RP0,0)/4
β0(1,0)=(p0(0,0)+p0(0,1)−p0(1,0)−p0(1,1))/2 −(SP1,1−UP1,1)/4
β0(1,1)=(p0(0,0)−p0(0,1)−p0(1,0)+p0(1,1))/2
を移項することにより、
と表すことができる。
【0086】
また、復号されたサブ画素ブロックにおける各画素の画素値(p0(0、0)、p0(0、1)、p0(1、0)、p0(1、1))と、第2の差分値(e’0(0,0),e’0(0,1),e’0(1,0),e’0(1,1))と、第2のDC値(d0(0,0),d0(0,1),d0(1,0),d0(1,1))との関係は、
の関係がある。
【0087】
ここで、上記関係に基づき、第2のアダマール係数β’0(x,y)に対して、逆アダマール変換を施すことにより、サブ画素ブロックS1における画素の画素値の平均値(SH0,0)と、上記復号されたサブ画素ブロックS1における各画素の画素値(p0(0,0)、p0(0,1)、p0(1,0)、p0(1,1))との関係は、(12)式より、
と表すことができる。
【0088】
したがって、求める元画像のサブ画素ブロックS1の各画素の画素値(p’0(0、0)、p’0(0、1)、p’0(1、0)、p’0(1、1))は以下に示す構成となる。
p0(0、0)=p’0(0、0)+SH0,0
p0(0、1)=p’0(0、1)+SH0,0
p0(1、0)=p’0(1、0)+SH0,0
p0(1、1)=p’0(1、1)+SH0,0
ここで、復号されるサブ画素ブロックS1における第2のアダマール係数β’0(x,y)に対する逆アダマール変換は、
と展開できる。
【0089】
結果的に、求める元画像のサブ画素ブロックS1における画素の各画素値(p0(0、0)、p0(0、1)、p0(1、0)、p0(1、1))は以下に示す構成となる。
ここでは、サブ画素ブロックにおける画素の画素値の再生(復号)に、代表としてサブ画素ブロックS1を用いて行った。
また、説明上、分かり易くするため、画素の画素値をpn(x,y)、n∈[0,3]、x,y∈[1,0]として、復号化前と復号化後とで同様な符号を用いている。
【0090】
すなわち、すでに述べたように、本発明におけるアダマール変換の基底、すなわち、図4(a)に示すアダマール変換の基底が、画素ブロック内のサブ画素ブロック各々で独立に行える構成としてある。
このため、各サブ画素ブロックのみに対応するアダマール係数αを演算することができ、各基底の組み合わせにおいて、各サブ画素ブロックで同様な構成の基底の組み合わせとなっているため、他のサブ画素ブロックS2,S3,S4においても、サブ画素ブロックS1と同様の処理により、各サブ画素ブロックにおける画素の画素値を演算することが可能である。
このとき、第2段階アダマール符号化部7は、(17)式及び(18)式において、n∈[0,3]のとき、アダマール係数β’n(x,y)及びアダマール変換係数kn(u,v)(x,y)を、各画素値の次数「x,y」各々において、図2(e)及び(8)式におけるen(x,y)のx及びyの位置に対応させて計算する。
【0091】
この(18)式に対応したサブ画素ブロックS1における各画素の画素値(SC00,SC01,SC10,SC11)を求める上述した式を第2段階アダマール復号化部12に設定しておくことにより、第1段階アダマール復号化部10からの各サブ画素ブロックの平均画素値と、第2のアダマール係数とのみにより、元画像のサブ画素ブロックにおける各画素の画素値を演算することが可能となる。
したがって、本発明の画像処理装置における復号化部1は、各サブ画素ブロックの第1のDC値から第2のDC値を再生するACP処理の演算と、この第2のDC値及び第2の差分値の加算処理の演算とを、合成演算とすることにより、実質的にACP処理の演算を省略することができ、ACP処理の演算による誤差の発生を防止するとともに、元画像のサブ画素ブロックの各画素の画素値(第2段階Hdm適用後画像(図1の4f))を求める演算速度を向上させることができる。
【0092】
上述したように、本発明による画像処理装置は、画素ブロックにおけるサブ画素ブロックの第1のDC値に対応する差分値S(x,y),x,y∈[0,1]より求める第1のアダマール変換において、元画像の画素値とサブ画素ブロック第1のDC画素値との第1の差分値をアダマール変換して、差分値としての情報量の多い低周波成分の低周波側の3個の第1のアダマール係数を抽出した後に、この第1の差分値を復号し第1のDC値に加えて、サブ画素ブロックの各画素の第2のDC値を求めた後に、第2のアダマール変換により各サブ画素ブロックの画素毎に第2の差分値を求め、この第2の差分値から第2のアダマール係数を求めるので、12個の第2のアダマール係数の情報量を削減することが出来る、ACP処理及びアダマール変換を1回ずつ行う1段階処理に比較して、第2の差分値のデータ量を減少させることが可能なため、1段階処理の差分値から全てのアダマール係数を求める場合に比較して、アダマール係数のデータ量を少なくすることができる。
【0093】
また、本発明による画像処理装置は、ACP処理を行うためのDC値と、このDC値に対してACP処理を行った後の第1及び第2のDC値及び元画像の差分値をアダマール係数として圧縮情報として出力するので、画像の再生処理に必要な情報量を少なくし、なにより、元画像との差分値をアダマール係数として出力するため、元画像に対して高い再現性を持たせることが可能である。
【0094】
また、本発明による画像処理装置は、上述したアダマール変換だけでなく、第1段階交流成分予測部4及び第2段階交流成分予測部6において、ACP法による画像処理も加わっているため、画素ブロックまたはサブ画素ブロックに対するアダマール変換による符号化に起因するブロックノイズを削減することができる。
さらに、本発明による画像処理装置は、第1段階交流成分予測部4,9,第2段階交流成分予測部6,11,第1段階アダマール符号化部5,第2段階アダマール符号化部7,第1段階アダマール復号化部9,第2段階アダマール復号化部12により、各々、加減算とビットシフトとの演算のみにより、上述した処理を行うことが可能なため、コンパクトな回路構成で実現でき、加えて、画素値の大きさに伴う圧縮または伸張における分岐処理もなく、所定の一定の周期で連続して処理を行うことが可能なため、高速な符号化及び復号化の処理が行える。
【0095】
また、さらに、本発明による画像処理装置は、符号化部1及び復号化部2の双方において、第1の差分値に関する演算及び第1段階ACP処理を合成演算し、かつ、第2の差分値に関する演算及び及び第2段階ACP処理を合成演算する構成としているため、ACP処理の効果を得ながら、実質的なACP処理の演算を行うことがなく、画質を向上及び演算処理速度の向上を合わせて実現している。加えて、本発明による画像処理装置は、符号化部1及び復号化部2を同一機器内に搭載する場合、第1段階アダマール符号化部5と第1段階アダマール復号化部9と、及び第2段階アダマール符号化部10と第2段階アダマール復号化部12とが、各々で行う演算が同様なため、この演算を同様の回路で処理することができ、回路のかなりの部分を共通化することができるので、処理構成のコンパクト化をさらに向上させることが可能である。
【0096】
ここで、アダマール変換係数が「1」または「−1」であるので、(5),(10),(14),(18)式における画素値やアダマール係数に対してのアダマール変換係数の積は、乗算ではなく符号の付加として計算する。
その他の演算において、基本となる演算は式から判るように加算であり、また量子化に対してはビットシフトにより演算を行う。
【0097】
次に、本発明の圧縮及び復号方法を用いた場合と、JPEGを用いた場合との比較を行った結果を説明する。
図5は、横軸が圧縮後のファイルサイズ(byte数)を示し、縦軸がPNSR(ピーク値対誤差比)を示しており、圧縮されたファイルサイズに対する画質の程度を示すグラフである。
実線が本発明の画像処理装置を使用した場合のファイルサイズとPNSRとの関係を示すものであり、波線がJPEGを使用した場合のファイルサイズとPNSRとの関係を示すものである。
【0098】
上述の画像データとしては、本発明及びJPEG双方において、画素の処理数が「Y:U:V=4:1:1」の割合で処理されている。
また、サンプルとして使用した画像は、図6に示す320×240の画素数の自然画であり、1画素あたり24ビットのカラー情報を有し、全データ量が230,456byteである。
この図5から判るように、同一のファイルサイズの場合で比較すると、本発明の画像処理装置により圧縮及び復号された画像の画質のほうが、JPEGの処理により圧縮及び復号された画像の画質より高い。
【0099】
次に、図7は、横軸が圧縮後のファイルサイズ(byte数)を示し、縦軸が時間を示しており、圧縮されたファイルサイズ対応して、復号処理にかかる時間を示すグラフである。
実線が本発明の画像処理装置を使用した場合のファイルサイズと復号処理にかかる時間との関係を示すものであり、波線がJPEGを使用した場合のファイルサイズと復号処理にかかる時間との関係を示すものである。
双方の復号処理に使用したハードウェアは、ゲームボーイアドバンス(登録商標)である。
そして、本発明の復号処理方法及びJPEGの復号処理のソフトウェアを、ゲームボーイアドバンス(登録商標)にそれぞれ移植して行い、ファイルサイズ毎に復号処理にかかる時間の測定を行った。
【0100】
上述の図7の画像データとしては、図5の場合と同様に、本発明及びJPEG双方において、画素の処理数が「Y:U:V=4:1:1」の割合で処理されている。
また、サンプルとして使用した画像は、図8に示す240×160の画素数の自然画であり、1画素あたり24ビットのカラー情報を有し、全データ量が115,256byteである。
この図7から判るように、同一のファイルサイズの場合で比較すると、本発明の画像処理装置による復号及び伸張の処理速度のほうが、JPEGにおける復号及び伸張の処理速度に対してより高速である。
【0101】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、図1において、符号化部1及び復号化部2が同一の装置内に構成されて示されているが、符号化部1のみ、または、復号化部2のみで装置に組み込んで用いても良い。
【0102】
上述してきた画像の圧縮及び復号の処理は、デジタル動画に用いられるY,U,V(輝度=Y、赤の色差=U、青の色差=V)の画像データにより行うものである。
RGB(Red=赤、Green=緑、Blue=青の階調を用いて画像を表現)形式の画像データに対しては、YUV形式の画像データに変換する必要がある。
また、本発明の画像処理装置は、 Y,U,Vに対して同様の処理を行い、画像の圧縮及び復号を行う。
【0103】
また、本発明の画像処理装置は、アダマール変換を複数段にわたって行うことを当然含んでおり、例えば、元画像を8×8画素から構成される画素ブロックに分割して、この画素ブロックに対応して、上述したよう2段階のアダマール変換と同様に、3段階のアダマール変換による画像処理を行っても良い。
例えば、8×8画素からなる画素ブロックの64画素に対して、計64個のアダマール係数が最終的に算出されるが、この内訳は、8×8画素単位でのDC値を1個、4×4画素単位のアダマール係数としてαu,v;u,v∈[0,1]により3個、2×2画素単位のアダマール係数としてβn(u,v);n∈[0,3],u,v∈[0,1]により12個、各画素単位のアダマール係数としてγ(m,n)(u,v);m,n∈[0,3]、u,v∈[0,1]により48個となる。
【0104】
他の処理については、符号化部1及び復号化部2に、新たに第3段階の交流成分予測部、アダマール符号化部、アダマール復号化部が加わり、第3のアダマール係数に対応した処理を行うのみで、他の処理は上述した2段階のアダマール係数に対する処理と同様である。
この3段階でアダマール変換を行うとき、第1段階及び第2段階では、2段階でアダマール変換を行う場合の1段階と同様な処理を各々行い、第3段階では2段階でアダマール変換を行う場合の1段階と同様な処理を行う。
【0105】
本発明の画像処理装置は、2段階で述べたように、画素ブロックに含まれる画素の数に対応するアダマール係数を求める段階を増やす毎に、各画素のDC値と元画像の画素値との差分を一回でアダマール変換する場合に比較して、アダマール係数全体の画像圧縮に必要な情報量を減少させることが可能となり、かつ、アダマール係数の変動量が減少する(アダマール係数を示すビット量が減少するこ)ことでエントロピー符号化における圧縮効率が向上する。
【0106】
次に、本発明の実施の形態によるコンピュータが実行するためのプログラムについて説明する。
図1における画像処理装置(画像処理システム)の動作におけるコンピュータシステムのCPUが実行するためのプログラムは、本発明によるプログラムを構成する。
このプログラムを格納するための記録媒体としては、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ、磁気記録媒体等を用いることができ、これらをROM、RAM、CD−ROM、フレキシブルディスク、メモリカード等に構成して用いてよい。
【0107】
また上記記録媒体は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部のRAM等の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持するものも含まれる。
また上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから伝送媒体を介して、あるいは伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されるものであってもよい。上記伝送媒体とは、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体をいうものとする。
【0108】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
【0109】
従って、このプログラムを図1のシステム又は装置とは異なるシステム又は装置において用い、そのシステム又は装置のコンピュータがこのプログラムを実行することによっても、上記実施の形態で説明した機能及び効果と同等の機能及び効果を得ることができ、本発明の目的を達成することができる。
【0110】
【発明の効果】
本発明による画像処理装置によれば、元画像の画素値とサブ画素ブロック第1のDC画素値との第1の差分値をアダマール変換して、差分値としての情報量の多い低周波成分を抽出した後に、この第1の差分値を復号し第1のDC値に加えて、サブ画素ブロックの各画素の第2のDC値を求めた後に、第2のアダマール変換により残り高周波側のアダマール係数を求めるので、残りの第2のアダマール係数の情報量を削減することが出来るため、ACP処理及びアダマール変換を1回ずつ行う1段階処理に比較して、第2の差分値のデータ量を減少させることが可能となり、1段階の差分値から全てのアダマール係数を求める場合に比較して、アダマール係数のデータ量を少なくし、JPEGと同等以上の画像品質により、画像の圧縮及び復号を行うことができる。
【0111】
また、本発明による画像処理装置によれば、アダマール変換だけでなくACP法による圧縮処理も加わっているため、アダマール変換をブロック単位で行うために現れやすいブロックノイズを削減することができる。
さらに、本発明による画像処理装置によれば、ACP法とアダマール変換処理のみを用いるため、加減算とビットシフトとの演算のみにより、上述した処理を行うことが可能なため、コンパクトな回路構成で実現でき、携帯端末等に搭載することが可能となり、加えて、画素値の大きさに伴う分岐処理もなく、所定の周期で連続して処理を行うことが可能なため、JPEGによる画像の圧縮及び復号に対して高速な圧縮及び復号の処理が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図2】図1に示す画像処理装置の動作例を説明するための概念図である。
【図3】第1段階及び第2段階のACP法による画像処理を説明する概念図である。
【図4】アダマール変換において使用するアダマール変換係数の一例を示す概念図である。
【図5】本発明の画像処理装置及びJPEGによる圧縮及び復号の処理におけるファイルサイズとPNSRとの関係を示すグラフである。
【図6】図5の処理に用いたサンプル画像。
【図7】本発明の画像処理装置及びJPEGによる復号処理におけるファイルサイズと復号処理にかかる時間との関係を示すグラフである。
【図8】図7の処理に用いたサンプル画像。
【符号の説明】
1 符号化部
2 復号化部
3 DC画像作成部
5 第1段階アダマール符号化部
7 第2段階アダマール符号化部
8 DC画像復号部
10 第1段階アダマール復号化部
12 第2段階アダマール復号化部
Claims (7)
- 4×4の画素の画素ブロックにおける画素値の平均値であるDC値を求め、画素ブロックを4分割した2×2の画素のサブ画素ブロックにおける画素の平均画素値と、前記DC値から交流成分予測により得られるサブ画素ブロックの第1のDC画素値との差分値を求め、この得られた差分値のアダマール変換を行い、得られたアダマール係数及び前記DC値を画像圧縮の符号化データとして出力する画像処理装置であり、
所定の第1の演算式を用い、前記第1のDC画素値と平均画素値とから、前記差分値のアダマール係数を求めることを特徴とする画像処理装置。 - 前記第1段階アダマール符号化部が、前記アダマール係数の逆アダマール変換を行い、第1の差分値を復号し、この復号された第1の差分値に基づき、サブ画素ブロックの平均画素値を再生して出力し、
この再生された平均画素値から交流成分予測により得られる画素毎の第2のDC画素値と、前記画素毎の第2の差分値のアダマール変換を、第2のDC画素値及び各画素の画素値を用いて、所定の第2の演算式によりアダマール係数を求める第2段階アダマール符号化部を有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の画像処理装置。 - 4×4の画素の画素ブロックにおける画素値の平均値であるDC値から、このDC値に基づき、画素ブロックを4分割したサブ画素ブロックごとの予測画素値を求める交流成分予測の演算と、元画像のサブ画素ブロックにおける画素の平均画素値及びこの予測画素値の差分値に基づくアダマール係数を逆アダマール変換する演算とを合成演算とし、前記DC値とアダマール係数とから各サブ画素ブロックにおける画素の平均画素値を求めることを特徴とする画像処理装置。
- 符号化された4×4の画素ブロックにおける画素のDC画像を復号するDC画像復号部と、
処理対象の画素ブロックと、この画素ブロックに対して上下左右に隣接した他の画素ブロックのDC値から2×2の各サブ画素ブロック毎の第1のDC画素値を求める交流成分予測の演算と、元画像のサブ画素ブロックにおける画素の平均画素値及びこの予測画素値の差分値に基づく第1のアダマール係数を逆アダマール変換する演算とを合成演算とし、前記DC値と第1のアダマール係数とから各サブ画素ブロックにおける画素の平均画素値を求める第1段階アダマール復号化部と、
この平均画素値から4×4の画素毎の第2のDC画素値を求める交流成分予測の演算と、元画像のサブ画素ブロックにおける画素の画素値及びこの平均画素値の差分値に基づく第2のアダマール係数を逆アダマール変換する演算とを合成演算とし、前記平均画素値と第2のアダマール係数とから各サブ画素ブロックにおける画素の画素値を求める第2段階アダマール復号化部と
を具備することを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。
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