JP2007282266A - 画像縮小サンプリング方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧縮領域表現形式に対する縮小サンプリングおよび逆動き補償を実行する方式を提供する。縮小サンプリングの場合、伸張および空間領域上の縮小サンプリングを行うことなく、圧縮されたDCT領域で圧縮ストリームを直接処理し、所望の尺度に縮小された画像を出力する。逆動き補償の場合、動き補償処理が行われた圧縮ビデオを現在時ピクチャのみの空間領域ブロックに対応するDCT領域ブロック・シーケンスに変換する。すなわち、各ピクチャは、他のフレームのデータに依存することのないDCTブロック・シーケンスとして表現される。逆動き補償を圧縮領域において直接実行することによって、圧縮されたデータから動き補償を逆算する必要性が除去される。
【選択図】 図3
Description
S. F. Chang、D.G. Messerschmitt両氏著の"Manipulation and Compositing of MC-DCT Compressed Video, IEEE journal on Selected Areas of Communications, vol. 13, No. 1, pp. 111, 1994" S. F. Chang、D.G. Messerschmitt両氏著の"A New Approach to Decoding and Compositing Motion-Compensated DCT Based Images, Proc. ICASSP '93,Minneapolis, April 1993" W. Kou、T. Fjalbrant両氏著の"A Direct Computation of DCT Coefficients for a Signal Block Taken from Two Adjacent Blocks, IEEE Trans. Signal Proc., Vol. SP-39, pp. 16921695, JulY 1991" J. B. Lee、B. G. Lee両氏著の" Transform Domain Filtering Based on Pipelining Structure, IEEE Trans. Signal Proc., Vol- SP-40, pp. 2061-2064, August 1992"
本発明に従った画像縮小サンプリングおよび逆動き補償の詳細に進む前に、このような機能を備えるシステムを図2に示す。図2のシステムは、事前処理された画像126をファイル124に記憶するディスクを含む。画像126は、例えばJPEG、MPEG、H.261またはH.263のようなDCT型圧縮方式の1つに従う圧縮エンジン128によって圧縮される。画像は、例えば写真処理ショップで作成される。次に、圧縮された画像がファイル124に記憶され、写真の所有者が画像/ビデオ・エディタ130を使用してその写真を編集することが可能となる。画像/ビデオ・エディタ130は、本発明に従った画像縮小サンプリングまたは逆動き補償機能性を含み、ファイル124に記憶された圧縮画像データに対して操作を行い、処理された画像データをDCT領域に作成し、別のファイル129へ記憶する。画像縮小サンプリングまたは逆動き補償機能性を画像/ビデオ・エディタ130内部に備えるような代替実施形態も可能である。画像/ビデオ・エディタ130は、本発明に従ってあらかじめ定められた複数の縮小サンプリング関数を含むことができ、それによって、ユーザが所望の縮小サンプリング関数を指定することができる。ファイル129がファイル124とは別のディスク上に示されているが、これらのディスクは論理的に別のものであればよい。実際両ファイルは同一物理ディスクに記憶されることができる。圧縮画像が画像/ビデオ・エディタ130によって編集されたならば、写真処理ショップは編集された画像を伸張エンジン132で伸張し、編集済み画像134を作成し、それを所有者に渡すこともできる。
図4は、本発明に従って圧縮領域で縮小サンプリングを実行する縮小サンプリング器10のブロック図である。上述のように、逆量子化器14が、部分的に復号された画像128をメモリ15から受け取り、そこから一連の8×8DCTブロック22を抽出して縮小サンプリング器10へ提供する。詳細は後述するが、取り出し手段16によってメモリから一連の8×8ブロックX1,X2,...が取り出され、、縮小サンプリング手段17によって、例えば、4つの8×8DCTブロックを結合して単一の8×8DCTブロックを作成する場合には2という因子18による縮小サンプルまたは9つの8×8DCTブロックを結合して単一の8×8DCTブロックを作成する場合には3という因子19による縮小サンプルというように所望の縮小サンプリング因子に基づいて、縮小サンプリング値Xが計算される。縮小サンプリングされた画像X23は、次に、更に処理を行うためあるいは表示/再生のため、必要に応じて、出力される。例えば、画像23は、図3に示されるように、圧縮ビットストリーム25の出力を生成するためハフマン符号化器23に提供され、最終的に圧縮画像ファイル129としてディスク・ドライブ111に記憶される。
である。上式(4)において、肩文字tはマトリックス転移を示す。同様に、肩文字-tが逆向き転移を示すとすれば、
x=S-1XS-t=StXS (5)
である。
x=(Q1x1+Q2x2)/2 (6)
但し、上式においてQ1およびQ2は次の2式である。
X=(SQ1S-1X1+SQ2S-1X2) (7)
である。
S=DPB1B2MA1A2A3 (8)
として表記される。
Dは、
D = diag{0.3536, 0.2549, 0.2706, 0.3007, 0.3536, 0.4500, 0.6533, 1.2814} (9a)
によって与えられる対角線マトリックスである。
かくして、以下の演算が残る。( )内は加算/減算の数および意味のある乗算の数を示す。
* X1+X2および X1-X2作成演算:16演算(16加算)
* 2回のB-11による乗算:8演算(8加算)
* 2回のB-12による乗算:8演算(8加算)
* F+による乗算:23演算(5乗算+5加算)
* F-による乗算:28演算(6乗算+4加算)
* 積の加算:8演算(8加算)
* B2による乗算:4演算(4加算)
* B1による乗算:4演算(4加算)
* 合計:115演算(11乗算+57加算)
* 2つのIDCT:114演算(10乗算+60加算)
* 時間領域における縮小サンプリング:8演算(8加算)
* DCT:42演算(5乗算+30加算)
* 合計:161演算(15乗算+98加算)
このように、本発明の方式は、1次元のケースにおいて演算の約30%を節約する。2次元ケースにおいても複雑性を大幅に減少させることが可能である。
次の式(13)は、式(6)を2次元へ拡張したものである。
式(12)の対応するDCT領域拡張は次式(14)である。
X+++ = X1+X2+X3+X4 (15)
X+-- = X1+X2-X3-X4 (16)
X-+- = X1-X2+X3-X4 (17)
X--+ = X1-X2-X3+X4 (18)
因子4による縮小サンプリングの1つのアプローチは因子2の縮小サンプリングを2回行うことである。しかし、同様の方法を使用して因子4による縮小サンプリングを直接行う一層効率的方式を開発することができる。因子4による縮小サンプリングは以下の5式のマトリックスを含む。
計算の結果、式(19a)と同様に、次式(37)が得られる。
因子3による縮小サンプリングは、平均されるべき3×3ブロックのいくつかが1つの8×8DCTブロックの範囲内に完全には位置しないので、因子2および4より厄介でありそれほど優雅ではない。この場合、次の3種類の縮小サンプリング・マトリックスがあり、xは式(38)のように定義される。
T+ = T1 + T3 (43)
T- = (T1 - T3)/2 (44)
T1X+T2Y+T3Z=TY+T+((X+Z)/2-Y)+T-(X-Z) (45)
式(38)がDCT領域に変換され、若干の代数的操作を行った後式(45)を使用してT、T+およびT-に関して固定的マトリックスを表現すれば、次式(46)が得られる。
図6は、本発明に従った画像/ビデオ・エディタ130の圧縮画像領域において逆動き補償を実行する逆動き補償モジュール30を示すブロック図である。図3で示されたように、画像/ビデオ・エディタ130は、縮小サンプリング器10を含む場合もある。図3に関連して述べたように、ディスク124から取り出された圧縮ビットストリーム128は、ハフマン復号器12によって部分的に復号される。ビットストリームは、MPEGまたはH.261のような既知のDCT型ビデオ圧縮方式に従って圧縮されている。部分的に伸張されたビットストリーム128は、逆量子化器14によって逆量子化される。
マトリックスJ6は次式の通りである。
U=(U1,...,U8)tおよびV=(V1,...,V8)tとして、U=J6Vを計算するため、以下のステップに従って計算を行う。
Y1=V1+V2 (61)
Y2=V1-V2 (62)
Y3=aV3 (63)
Y4=aV6 (64)
Y5=Y1-Y3 (65)
Y6=Y5-V4 (66)
Y7=Y3-Y4 (67)
Y8=Y3+Y4 (68)
Y9=(b+c)(V5+V7) (69)
Y10=cV5 (70)
Y11=bV7 (71)
Y12=Y9-Y10-Y11 (72)
Y13=Y10-Y11 (73)
U1=Y2-Y7+Y12 (74)
U2=Y6+Y12 (75)
U3=Y6-Y12 (76)
U4=Y2-Y8-Y12 (77)
U5=Y2+Y7+Y13 (78)
U6=Y1+Y3+V4+Y13-V8 (79)
U7=0 (80)
U8=0 (81)
上記ステップは、5回の乗算および22回の加算を必要とする。
1. B1またはBt1による6回の乗算:6×32 = 192回の演算
2. B2またはBt2による6回の乗算:6×32 = 192回の演算
3. JwならびにK8-wによる2回の乗算、およびJhならびにK8-hニよる1回の乗算、またはその逆:8×(Nh+N8-h+Nw+N8-w+min{Nh+N8-h,Nw+N8-w})回の演算4. 1回の2次元DCT:42×16= 672回の演算合計:1056+8×(Nh+N8-h+Nw+N8-w+min{Nh+N8-h,Nw+N8-w})回の演算
1. B1による2回の乗算:2×32=64回の演算
2. B2による2回の乗算:2×32=64回の演算
3. Jwによる1回の乗算およびK8-wによる1回の乗算:8(Nw+N8-w)回の演算4. Stによる1回の乗算:8×42=336演算
合計:464+8(Nw+N8-w)回の演算
672+8(N'w+N'8-w+N'h+N'8-h)
に減少し、
1≦w≦7および1≦h≦7の場合、
336+4(N'w+N'8-w)
に減少し、
h=8および1≦w≦7の場合、
336+4(N'h+N'8-h)
に減少し、
w=h=8の場合ゼロに減少する。
但し上記で、N'1=15,N'2=20,N'3=26,N'4=33,N'5=36,N'6=40,N'7=41,N'8=42である。
これは、最悪ケースで1728回、平均で1397.2回の計算があり、従来技術に対してそれぞれ60%および68%の計算量の削減を意味する。
(1)DCTすなわち離散コサイン変換に基づく圧縮方式に従って圧縮された圧縮領域中の画像情報を縮小サンプリングする方法であって、圧縮ビットストリームを復号して複数のN×NのDCT型データ・ブロックを抽出するハフマン復号ステップと、少なくとも1つのサンプリング・マトリックスに従って上記データ・ブロックのn個を処理して、単一のN×NのDCT型データ・ブロックを抽出するステップと、を含み、上記nは所望の縮小サンプリング因数によって決定され、上記単一のデータ・ブロックは上記複数のN×NのDCT型データ・ブロックの平均を表す、画像縮小サンプリング方法。
11 ビットストリーム
12 ハフマン復号器
14 逆量子化器
15 メモリ
16 取り出し手段
17 縮小サンプリング手段
18、19、20、21 縮小サンプリング因数
22、45 逆量子化画像マトリックス
23 縮小サンプリング画像
24 ハフマン符号化器
26 量子化器
30 逆動き補償モジュール
36 差分ベクトル取り出し器
37 マトリックスJ、K取り出し器
38 フレームT取り出し器
39 加算器
41 フレームT−1取り出し器
43 逆動き補償フレーム
100 画像処理システム
111、124、129 ディスク・ファイル
128 圧縮エンジン
129 圧縮画像
130 画像/ビデオ・エディタ
132 伸張エンジン
Claims (30)
- DCTすなわち離散コサイン変換に基づく圧縮方式に従って圧縮された圧縮領域中の画像情報を縮小サンプリングする方法であって、
圧縮ビットストリームを復号して複数のN×NのDCT型データ・ブロックを抽出するハフマン復号ステップと、
少なくとも1つのサンプリング・マトリックスに従って前記データ・ブロックのn個を処理して、単一のN×NのDCT型データ・ブロックを抽出するステップと、を含み、
前記nは所望の縮小サンプリング因数によって決定され、前記単一のデータ・ブロックは前記複数のN×NのDCT型データ・ブロックの平均を表す、画像縮小サンプリング方法。 - 前記処理ステップが、部分的に因数分解された演算子の使用を含む、請求項1に記載の画像縮小サンプリング方法。
- x1=S−1X1、x2=S−1X2とし、SがN点DCTマトリックスであるとし、各々がx1およびx2の成分の平均である複数の成分からなるN×NベクトルxのDCTであるXを、少なくとも2つの2次元ベクトルX1およびX2を基に、決定するステップを前記処理ステップが含む、請求項1に記載の画像縮小サンプリング方法。
- DCTすなわち離散コサイン変換に基づく圧縮方式に従って圧縮された圧縮領域中において逆動き補償を実行する方法であって、
圧縮ビットストリームを復号して、ピクチャT−1を定義する複数のN×NのDCT型データ・ブロックおよび動きベクトルh、wを抽出するハフマン復号ステップと、
少なくとも1つのサンプリング・マトリックスに従いかつ前記動きベクトルに基づいて前記データ・ブロックのn個を処理して、ピクチャTに対応する単一のN×NのDCT型データ・ブロックを生成するステップと、を含み、
前記nは前記ピクチャn−1によって占有される領域を定義するために使用され、前記単一のデータ・ブロックは前記n個のデータ・ブロックの平均を表すデータ・ブロックの組み合わせである、逆動き補償実行方法。 - 前記処理ステップが、部分的に因数分解された演算子の使用を含む、請求項9に記載の逆動き補償実行方法。
- XはxのDCTであり、X1,...,X4から直接決定されX=X+Eとして、所与の予測誤差eのDCT Eから現在時ブロックx=x+eのDCT Xおよびx1,...,x4のDCTX1,...,X4を計算するステップを、前記処理ステップが含む、請求項9に記載の逆動き補償実行方法。
- DCTすなわち離散コサイン変換に基づく圧縮方式に従って圧縮された圧縮領域中の画像情報を縮小サンプリングする装置であって、
圧縮ビットストリームを復号して複数のN×NのDCT型データ・ブロックを抽出するハフマン復号器と、
少なくとも1つのサンプリング・マトリックスに従って前記データ・ブロックのn個を処理して、単一のN×NのDCT型データ・ブロックを抽出するプロセッサと、を備え、
前記nは所望の縮小サンプリング因数によって決定され、前記単一のデータ・ブロックは前記複数のN×NのDCT型データ・ブロックの平均を表す、画像縮小サンプリング装置。 - 前記プロセッサが部分的に因数分解された演算子を使用する手段を含む、請求項16に記載の画像縮小サンプリング装置。
- x1=S−1X1、x2=S−1X2とし、SがN点DCTマトリックスであるとし、少なくとも2つの2次元ベクトルX1およびX2を基に、各々がx1およびx2の成分の平均である複数の成分からなるN×NベクトルxのDCTであるXを決定する手段を前記プロセッサが含む、請求項16に記載の画像縮小サンプリング装置。
- DCTすなわち離散コサイン変換に基づく圧縮方式に従って圧縮された圧縮領域中において逆動き補償を実行する装置であって、
圧縮ビットストリームを復号して、ピクチャT−1を定義する複数のN×NのDCT型データ・ブロックおよび動きベクトルh,wを抽出するハフマン復号器と、
少なくとも1つのサンプリング・マトリックスに従いかつ前記動きベクトルに基づいて前記データ・ブロックのn個を処理して、ピクチャTに対応する単一のN×NのDCT型データ・ブロックを生成するプロセッサと、を含み、
前記nは前記ピクチャn−1によって占有される領域を定義するために使用され、前記単一のデータ・ブロックは前記n個のデータ・ブロックの平均を表すデータ・ブロックの組み合わせである、逆動き補償実行装置。 - 前記プロセッサが、部分的に因数分解された演算子の使用を含む、請求項24に記載の逆動き補償実行装置。
- XはxのDCTであり、X1,...,X4から直接決定されX=X+Eとして、所与の予測誤差eのDCT Eから現在時ブロックx=x+eのDCT Xおよびx1,...,x4のDCTX1,...,X4を計算する手段を、前記プロセッサが含む、請求項24に記載の逆動き補償実行装置。
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