JP2011071825A - System and program for processing image - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像処理システムおよび画像処理プログラムに係り、特に、交流成分予測(ACP:AC Component Prediction)に関する。 The present invention relates to an image processing system and an image processing program, and more particularly, to AC component prediction (ACP).
従来より、交流成分予測(ACP)と呼ばれる画像処理手法が知られている。交流成分予測とは、処理対象となる画素ブロックの周辺領域の情報を参照して、その画素ブロックを細分化した小領域の情報を求める手法をいい、周辺領域との空間的な相関性を利用したものである。例えば、特許文献1〜3には、処理対象となるブロックを順次細分化し、画像データを階層的に符号化する再帰的交流成分予測符号化が開示されている。具体的には、まず画像平面上において、処理対象となるブロックを所定方向に順次シフトさせながら、これを細分化したサブブロックの予測画素値を順次算出する。この予測画素値は、処理対象の周辺領域を参照した交流成分予測によって算出される。つぎに、予測画素値と本来の画素値(真値)との差分を予測残差として算出する。そして、この予測残差に対して、非可逆変換およびエントロピー符号化を施すことによって、圧縮データの一部となる画像の交流成分が生成される。以上のような処理が、例えば、8×8画素のブロック(最上位階層)、4×4画素のブロック(第2位階層)、2×2画素のブロック(第3位階層)および1×1画素のブロック(最下位階層)よりなる階層構造において、再帰的に繰り返される。
Conventionally, an image processing method called AC component prediction (ACP) is known. AC component prediction refers to a method for obtaining information on a small area obtained by subdividing a pixel block by referring to information on the peripheral area of the pixel block to be processed, and using spatial correlation with the surrounding area. It is a thing. For example,
特に、特許文献1には、予測精度の向上を図るために、交流成分予測で参照される参照領域のうち、上記順次シフトで既に処理が終了した領域については、より相関性の高いサブブロックの情報を参照する手法が開示されている。例えば、4×4画素のブロックを水平方向に線順次走査的に処理していく場合、処理対象となるブロックの上および左に隣接したブロックが処理済となる。この場合、処理済のブロックに関しては、このブロック自体の平均画素値ではなく、これを4つに細分化した2×2画素のサブブロックのうち、処理対象と隣接した2つのサブブロックの平均画素値を参照する。そして、2つの平均画素値の平均を8×8画素のブロックの「中心画素値」と仮定し、これを前提に交流成分予測を行う。ここで、「中心画素値」とは、無限解像度における画素ブロックの中心位置の真の画素値をいう。
In particular, in
交流成分予測による画像の予測精度は高い方が好ましい。予測精度が高いほど、予測画素値の集合としての予測画像と本来の画像との相関が高まり、両者の差分に相当する予測残差が小さくなるからである。予測残差の低減は、統計的に見た予測残差の出現頻度が0近傍に偏る傾向が高まることを意味する。したがって、例えば、予測残差にエントロピー符号化を施してデータ圧縮する場合、予測残差の低減によって、圧縮率を高めることができる。交流成分予測では、対象ブロックからの距離が近い参照領域ほど、すなわち空間的な相関性が高いほど、画素値の変化量(傾き)の除数が小さくなり、より精度の高い予測が可能になる。この点に関して、特許文献1〜3では、ブロック(特許文献1はサブブロック)の平均画素値をブロックの中心画素値とし、この値を交流成分予測の入力としてそのまま用いていたため、予測精度の向上を図る余地が残されていた。
It is preferable that the image prediction accuracy by the AC component prediction is high. This is because the higher the prediction accuracy, the higher the correlation between the predicted image as a set of predicted pixel values and the original image, and the smaller the prediction residual corresponding to the difference between the two. The reduction of the prediction residual means that the tendency of the appearance frequency of the prediction residual statistically viewed tends to be close to 0. Therefore, for example, when entropy coding is performed on the prediction residual to compress the data, the compression rate can be increased by reducing the prediction residual. In AC component prediction, the closer the distance from the target block is, that is, the higher the spatial correlation, the smaller the divisor of the change amount (slope) of the pixel value, and the more accurate prediction becomes possible. In this regard, in
そこで、本発明の目的は、参照領域の空間的な相関性を高め、交流成分予測における画像の予測精度の一層の向上を図ることである。 Therefore, an object of the present invention is to increase the spatial correlation of the reference region and further improve the image prediction accuracy in the AC component prediction.
かかる課題を解決すべく、第1の発明は、画像平面上に所定サイズのブロックを複数設定するとともに、処理対象となるブロックを所定方向に順次シフトさせながら、ブロックの交流成分予測を行う画像処理システムを提供する。この画像処理システムは、領域特定部と、予測処理部とを有する。領域特定部は、今回の処理で処理対象となる対象ブロックの参照領域として、対象ブロックと隣接した複数の内側ブロックと、内側ブロックのそれぞれと対象ブロックとを結ぶ複数の予測方向において内側ブロックの外側に隣接した外側ブロックとを特定する。予測処理部は、複数の予測方向のそれぞれに関して、内側ブロックの中心位置よりも対象ブロックに近い近傍予測点の近傍画素値を、内側ブロックの平均画素値と、外側ブロックの平均画素値とを少なくとも用い、かつ、ブロック同士の中心位置間の距離と、ブロックの中心位置および近傍予測点の間の距離とに基づいて予測する。また、予測処理部は、予測方向毎に予測された近傍画素値を用いた交流成分予測によって、対象ブロックを細分化した複数のサブブロックの予測画素値を算出する。 In order to solve this problem, the first invention is to perform image processing in which a plurality of blocks having a predetermined size are set on an image plane, and blocks to be processed are sequentially shifted in a predetermined direction, and an alternating current component of the block is predicted. Provide a system. This image processing system includes an area specifying unit and a prediction processing unit. The area specifying unit, as a reference area of the target block to be processed in the current process, has a plurality of inner blocks adjacent to the target block and the outer side of the inner block in a plurality of prediction directions connecting each of the inner blocks and the target block. And the outer block adjacent to. The prediction processing unit, for each of a plurality of prediction directions, the neighborhood pixel value of the neighborhood prediction point closer to the target block than the center position of the inner block, at least the average pixel value of the inner block and the average pixel value of the outer block And predicting based on the distance between the center positions of the blocks and the distance between the center position of the blocks and the neighboring prediction points. In addition, the prediction processing unit calculates predicted pixel values of a plurality of sub-blocks obtained by subdividing the target block by AC component prediction using neighboring pixel values predicted for each prediction direction.
ここで、第1の発明において、上記近傍画素値を、内側ブロックおよび外側ブロックの間の単位距離あたりの画素値の変化率に、内側ブロックの中心位置および近傍予測点の間の距離を乗算し、この乗算によって得られた値を内側ブロックの平均画素値に加算することによって算出してもよい。また、これに代えて、上記近傍画素値を、対象ブロックおよび外側ブロックの間の単位距離当たりの画素値の変化率に、内側ブロックの中心位置および近傍予測点の間の距離を乗算し、この乗算によって得られたを内側ブロックの平均画素値に加算することによって算出してもよい。さらに、対象ブロックを中心として一次元方向に並んだ一対の予測方向に関して、内側ブロックの中心位置と近傍予測点との間の距離が同一であることが好ましい。 Here, in the first invention, the neighboring pixel value is multiplied by the change rate of the pixel value per unit distance between the inner block and the outer block by the distance between the center position of the inner block and the neighboring prediction point. The value obtained by this multiplication may be calculated by adding to the average pixel value of the inner block. Alternatively, the neighboring pixel value is multiplied by the change rate of the pixel value per unit distance between the target block and the outer block by the distance between the center position of the inner block and the neighboring prediction point. You may calculate by adding to the average pixel value of an inner block what was obtained by multiplication. Furthermore, it is preferable that the distance between the center position of the inner block and the neighboring prediction point is the same for a pair of prediction directions arranged in a one-dimensional direction around the target block.
第1の発明において、予測処理部によって予測された予測画素値に、真の画素値との差分に相当する予測残差を加算することによって、サブブロックの平均画素値を算出する加算器をさらに設けてもよい。 In the first invention, an adder for calculating an average pixel value of the sub-block by adding a prediction residual corresponding to a difference from the true pixel value to the prediction pixel value predicted by the prediction processing unit. It may be provided.
第1の発明は、階層が下位になるにしたがって、ブロックのサイズが段階的に小さくなる階層構造に適用することができる。この場合、上位階層において算出されたサブブロックの平均画素値は、上位階層の直下に位置する下位階層におけるブロックの平均画素値として、下位階層に供給される。 The first invention can be applied to a hierarchical structure in which the block size is reduced stepwise as the hierarchy becomes lower. In this case, the average pixel value of the sub-block calculated in the upper hierarchy is supplied to the lower hierarchy as the average pixel value of the block in the lower hierarchy located immediately below the upper hierarchy.
第1の発明は、画像を圧縮するエンコーダに適用することができる。このエンコーダは、予測処理部によって算出された予測画素値と、真の画素値との差分を予測残差として算出する減算器と、減算器によって算出された予測残差に対して、非可逆変換を施す非可逆変換部と、非可逆変換が施された予測残差に対して、エントロピー符号化を施すことによって、圧縮データの一部としての画像の交流成分を生成するエントロピー符号化部と、非可逆変換が施された予測残差に対して、非可逆変換の逆処理を行うことによって、加算器に供給すべき予測残差を生成する逆変換部とをさらに有する。 The first invention can be applied to an encoder that compresses an image. The encoder includes a subtractor that calculates a difference between a predicted pixel value calculated by the prediction processing unit and a true pixel value as a prediction residual, and an irreversible conversion for the prediction residual calculated by the subtractor. An entropy encoding unit that generates an AC component of an image as a part of compressed data by performing entropy encoding on the prediction residual subjected to the irreversible conversion, It further includes an inverse transform unit that generates a prediction residual to be supplied to the adder by performing inverse processing of the irreversible transformation on the prediction residual subjected to the irreversible transformation.
第1の発明は、画像を伸張するデコーダに適用することもできる。このデコーダは、画像の圧縮データに対して、画像圧縮時に施された非可逆変換およびエントロピー符号化の逆処理を行うことによって、加算器に供給すべき予測残差を復元する逆変換部をさらに有する。 The first invention can also be applied to a decoder that expands an image. The decoder further includes an inverse transform unit that restores a prediction residual to be supplied to the adder by performing inverse processing of lossy transform and entropy coding performed at the time of image compression on the compressed data of the image. Have.
第2の発明は、画像平面上に所定サイズのブロックを複数設定するとともに、処理対象となるブロックを所定方向に順次シフトさせながら、ブロックの交流成分予測を行う画像処理プログラムを提供する。この画像処理プログラムは、今回の処理で処理対象となる対象ブロックの参照領域として、対象ブロックと隣接した複数の内側ブロックと、内側ブロックのそれぞれと対象ブロックとを結ぶ複数の予測方向において内側ブロックの外側に隣接した外側ブロックとを特定するステップと、複数の予測方向のそれぞれに関して、内側ブロックの中心位置よりも対象ブロックに近い近傍予測点の近傍画素値を、内側ブロックの平均画素値と、外側ブロックの平均画素値とを少なくとも用い、かつ、ブロック同士の中心位置間の距離と、ブロックの中心位置および近傍予測点の間の距離とに基づいて予測するステップと、近傍予測点毎に予測された近傍画素値を用いた交流成分予測によって、対象ブロックを細分化した複数のサブブロックの予測画素値を算出するステップとを有する画像処理方法をコンピュータに実行させる。 The second invention provides an image processing program that sets a plurality of blocks of a predetermined size on an image plane and predicts an alternating current component of the blocks while sequentially shifting the blocks to be processed in a predetermined direction. This image processing program uses a plurality of inner blocks adjacent to the target block as a reference area of the target block to be processed in the current process, and the inner block in a plurality of prediction directions connecting each of the inner blocks and the target block. The step of identifying the outer block adjacent to the outer side, and for each of a plurality of prediction directions, the neighboring pixel value of the neighboring prediction point closer to the target block than the center position of the inner block, the average pixel value of the inner block, and the outer side Predicting at least using the average pixel value of the block, and predicting based on the distance between the central positions of the blocks and the distance between the central position of the block and the neighboring prediction points, Predicted pixels of multiple sub-blocks that subdivide the target block by AC component prediction using neighboring pixel values To execute the image processing method and a step of calculating the computer.
ここで、第2の発明において、上記近傍画素値を、内側ブロックおよび外側ブロックの単位距離あたりの画素値の変化率に、内側ブロックの中心位置および近傍予測点の間の距離を乗算し、この乗算によって得られた値を内側ブロックの平均画素値に加算することによって算出してもよい。また、これに代えて、上記近傍画素値を、対象ブロックおよび外側ブロックの単位距離当たりの画素値の変化率に、内側ブロックの中心位置および近傍予測点の間の距離を乗算し、この乗算によって得られたを内側ブロックの平均画素値に加算することによって算出してもよい。さらに、対象ブロックを中心として一次元方向に並んだ一対の予測方向に関して、内側ブロックの中心位置と近傍予測点との間の距離が同一であることが好ましい。 Here, in the second invention, the neighboring pixel value is multiplied by the change rate of the pixel value per unit distance of the inner block and the outer block by the distance between the center position of the inner block and the neighboring prediction point, You may calculate by adding the value obtained by multiplication to the average pixel value of an inner block. Alternatively, the neighboring pixel value is multiplied by the rate of change of the pixel value per unit distance of the target block and the outer block by the distance between the center position of the inner block and the neighboring prediction point, and this multiplication is performed. The obtained value may be calculated by adding to the average pixel value of the inner block. Furthermore, it is preferable that the distance between the center position of the inner block and the neighboring prediction point is the same for a pair of prediction directions arranged in a one-dimensional direction around the target block.
第2の発明において、予測画素値に、真の画素値との差分に相当する予測残差を加算することによって、サブブロックの平均画素値を算出するステップをさらに設けてもよい。 In the second invention, a step of calculating an average pixel value of the sub-block by adding a prediction residual corresponding to a difference from the true pixel value to the prediction pixel value may be further provided.
第2の発明は、階層が下位になるにしたがって、ブロックのサイズが段階的に小さくなる階層構造に適用することができる。この場合、上記画像処理方法が再帰的に実行され、上位階層において算出されたサブブロックの平均画素値は、上位階層の直下に位置する下位階層におけるブロックの平均画素値として、下位階層に供給される。 The second invention can be applied to a hierarchical structure in which the block size gradually decreases as the hierarchy becomes lower. In this case, the image processing method is recursively executed, and the average pixel value of the sub-block calculated in the upper layer is supplied to the lower layer as the average pixel value of the block in the lower layer located immediately below the upper layer. The
第2の発明は、画像を圧縮するエンコードプログラムに適用することができる。このエンコードプログラムは、サブブロックの予測画素値と、真の画素値との差分を予測残差として算出するステップと、算出された予測残差に対して、非可逆変換を施すステップと、非可逆変換が施された予測残差に対して、エントロピー符号化を施すことによって、圧縮データの一部としての画像の交流成分を生成するステップと、非可逆変換が施された予測残差に対して、非可逆変換の逆処理を行うことによって、加算器に供給すべき予測残差を生成するステップとをさらに有する画像処理方法をコンピュータに実行させる。 The second invention can be applied to an encoding program for compressing an image. The encoding program includes a step of calculating a difference between a predicted pixel value of a sub-block and a true pixel value as a prediction residual, performing an irreversible transformation on the calculated prediction residual, and irreversible By performing entropy coding on the transformed prediction residual, the step of generating the AC component of the image as a part of the compressed data and the prediction residual subjected to the irreversible transformation And causing the computer to execute an image processing method further including a step of generating a prediction residual to be supplied to the adder by performing an irreversible conversion inverse process.
第2の発明は、画像を伸張するデコードプログラムに適用することもできる。このデコードプログラムは、画像の圧縮データに対して、画像圧縮時に施された非可逆変換およびエントロピー符号化の逆処理を行うことによって、サブブロックの平均画素値の算出に用いられる予測残差を復元するステップをさらに有する画像処理方法をコンピュータに実行させる。 The second invention can also be applied to a decoding program for expanding an image. This decoding program restores the prediction residual used to calculate the average pixel value of the sub-block by performing reverse processing of lossy transformation and entropy encoding performed during image compression on the compressed data of the image And causing the computer to execute an image processing method.
第1および第2の発明によれば、内側および外側ブロックの情報から近傍予測点の情報を予測する。サブブロックの情報を必ずしも必要とせず、これよりも大きなブロックの情報のみで、ブロック一辺の1/2よりも高い分解能の情報、すなわち、内側ブロックの中心位置よりも対象ブロックに近い近傍予測点の情報を得ることができる。近傍予測点は、内側ブロックの中心位置よりも対象ブロックに近く、対象ブロックとの空間的な相関性がより高い傾向がある。したがって、予測によって得られた近傍予測点の情報を交流成分予測を用いれば、画像の予測精度の一層の向上を図ることが可能になる。 According to the first and second inventions, the information on the neighborhood prediction points is predicted from the information on the inner and outer blocks. Information on sub-blocks is not necessarily required, only information on blocks larger than this, and information with a resolution higher than ½ of one side of the block, that is, a neighboring prediction point closer to the target block than the center position of the inner block. Information can be obtained. The neighborhood prediction point is closer to the target block than the center position of the inner block, and tends to have a higher spatial correlation with the target block. Therefore, if the information on the neighboring prediction points obtained by the prediction is used for the AC component prediction, it is possible to further improve the image prediction accuracy.
以下、本発明に係る交流成分予測を適用した実施形態として、再帰的交流成分予測符号化(RACP:Recursive ACP)を例に説明する。 Hereinafter, as an embodiment to which the AC component prediction according to the present invention is applied, recursive AC component prediction coding (RACP: Recursive ACP) will be described as an example.
(RACPエンコーダ)
図1は、RACPエンコーダの全体構成図である。このエンコーダは、DC算出部1と、DC符号化部2と、階層処理部3a〜3cとを有し、本実施形態では、4階層によって構成されている。これらのユニット1,2,3a〜3cより出力されたデータTDCn,DCn(n=0,1,2)は、図示しないバッファ(記憶部)に一時的に随時格納される。
(RACP encoder)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a RACP encoder. This encoder has a
DC算出部1は、圧縮対象となる入力画像を予め設定されたサイズのブロックに分割し、それぞれのブロックの平均画素値、すなわち、ブロック内に含まれる画素の平均値をTDC0〜TDC3として出力する。ここで、TDC0は8×8画素のブロック(以下「8×8ブロック」という)の平均画素値、TDC1は4×4画素のブロック(以下「4×4ブロック」という)の平均画素値、TDC2は2×2画素のブロック(以下「2×2ブロック」という)の平均画素値である。また、TDC3は1×1画素のブロック(以下「1×1ブロック」という)の平均画素値、すなわち、画像の最小単位である画素の画素値そのものである。なお、入力画像から直接算出される平均画素値TDC0〜TDC3(真の値)は、ユニット2,3a〜3c内での処理を経て復元される平均画素値DC0〜DC2(復元値)とは区別される点に留意されたい。両者の値は、符号化の過程で非可逆変換をともなうので、厳密には一致しない。
The
DC符号化部2および階層処理部3a〜3cは、8×8ブロック(最上位階層)、4×4ブロック(第2位階層)、2×2ブロック(第3位階層)、1×1ブロック(最下位階層)よりなる4階層構造において、自己に割り当てられた階層処理を行う。
The
最上位階層のDC符号化部2は、バッファから読み出された8×8ブロック毎の平均画素値TDC0に対して、差分パルス符号変調(DPCM:Differential Pulse Code Modulation)およびエントロピー符号化を施す。差分パルス符号変調によって、画像平面上において互いに隣接したブロックに関する平均画素値TDC0の差分が符号化される。そして、この符号化された差分に対して、量子化後、ハフマン符号化や算術符号化といったエントロピー符号化が施される。このような処理を経たデータは、圧縮データの一部となる画像の直流成分DC0として出力されるとともに、直下位の階層の階層処理部3aにも供給すべく、8×8ブロックの平均画素値を復元(逆量子化)した値DC0として出力される。
The
3つの階層処理部3a〜3cは、DC算出部1によって生成された平均画素値TDCn(n=1,2,3、以下同様)と、直上位の階層によって生成された平均画素値DCn-1とを入力とした交流成分予測を含む処理によって、圧縮データの一部としての画像の交流成分ACnを出力する。それとともに、階層処理部3a〜3b(3cは除く)は、交流成分ACnより平均画素値DCnを復元する。復元された平均画素値DC0,1,2は、直下位の階層に供給するために出力される。
The three hierarchical processing units 3a to 3c include an average pixel value TDCn (n = 1, 2, 3, and so on) generated by the
具体的には、第2位階層の階層処理部3aは、8×8ブロックを処理対象とした交流成分予測および予測残差の算出といった処理を経て、4×4ブロックの交流成分AC1と、4×4ブロックの平均画素値DC1とを出力する。この階層では、交流成分予測で参照すべき情報として、最上位階層で生成された8×8ブロックの平均画素値DC0が用いられる。それとともに、予測残差を算出するために、DC算出部1によって算出された4×4ブロックの平均画素値TDC1が入力される。第3位階層の階層処理部3bは、4×4ブロックを処理対象とした交流成分予測等の処理を経て、2×2ブロックの交流成分AC2と、2×2ブロックの平均画素値DC2とを出力する。この階層では、交流成分予測の参照情報として、第2位階層で生成された4×4ブロックの平均画素値DC1とが用いられる。それとともに、予測残差を算出するために、DC算出部1によって算出された2×2ブロックの平均画素値TDC2が入力される。最下位階層の階層処理部3cは、2×2ブロックを処理対象とした交流成分予測等の処理を経て、1×1ブロックの交流成分AC3を出力する(DC3の算出は不要)。この階層では、交流成分予測の参照情報として、第3位階層で生成された2×2ブロックの平均画素値DC2が用いられる。それとともに、予測残差を算出するために、DC算出部1によって算出された1×1ブロックの平均画素値TDC3が用いられる。
Specifically, the hierarchical processing unit 3a in the second hierarchical level undergoes processing such as AC component prediction and prediction residual calculation for 8 × 8 blocks, and 4 × 4 blocks of AC components AC1 and 4 The average pixel value DC1 of x4 blocks is output. In this hierarchy, the average pixel value DC0 of 8 × 8 blocks generated in the highest hierarchy is used as information to be referenced in the AC component prediction. At the same time, an average pixel value TDC1 of 4 × 4 blocks calculated by the
このように、処理対象となるブロックのサイズが異なる階層構造において、DC符号化部2および階層処理部3a〜3cが互いに連係することによって、交流成分予測を主体とした画像処理が再帰的に実行される。これによって、圧縮データとして、画像の直流成分DC0と、その交流成分AC1〜AC3とが出力される。なお、圧縮データには、これら以外にもハフマンテーブル等の付随情報も含まれる。
As described above, in the hierarchical structure in which the sizes of the blocks to be processed are different, the
図2は、画像平面上に設定されるブロックの説明図である。ブロックは、圧縮対象となる画像(1フレームの画像またはその部分画像)を縦横に分割することで、画像平面上に複数設定され、ブロック単位で処理される。ブロックのサイズは、階層が下位になるにしたがって段階的に小さくなるように設定されている。ある階層で処理対象となるブロックのサイズは、その直上位に位置する階層で細分化されたサブブロックのサイズと一致する。逆にいえば、上位階層のサブブロックのサイズは、その直下に位置する下位階層のブロックのサイズと一致する。ある階層における画像全体の処理は、処理対象となるブロックを画面上で順次シフトさせながら処理を繰り返し、画像中の全ブロックを処理することによって達成される。このシフト方向(スキャン方向)は、図示したように、水平方向に沿った線順次走査的なものであってもよいが、垂直方向に沿ったものも含めて任意に設定してよい。また、それぞれの階層におけるシフトの方向は、必ずしも同一である必要もない。図示したシフト方向の場合、処理対象となるブロックを”S”とすると、この対象ブロックSが属する水平ラインよりも上側が処理済領域となり、これよりも下側が未処理領域となる。また、対象ブロックSの水平ラインについては、対象ブロックSの左側が処理済領域となり、その右側が未処理領域となる。対象ブロックSの処理で参照される参照領域として、ブロックサイズが同一である8つのブロックT,TT,L,LL,B,BB,R,RR(以下”T〜RR”と表記)が用いられる。これらの参照ブロックのうち、特にブロックT,L,B,Rを「内側ブロック」といい、ブロックTT,LL,BB,RRを「外側ブロック」という。内側ブロックTは、対象ブロックSの上方に隣接しているとともに、外側ブロックTTは、内側ブロックTと対象ブロックSとを結ぶ上方の予測方向において、内側ブロックTの外側に隣接している。同様の関係で、ブロックL,LLは左方の予測方向において、ブロックB,BBは下方の予測方向において、ブロックR,RRは右方の予測方向において、それぞれ隣接している。対象ブロックSの交流成分予測によって、これを4つに分割したサブブロックの平均画素値が算出される。以下、あるブロックを細分化したサブブロック際、左上のサブブロックを”00”,右上を”01”,右下を”11”,左下を”10”の添字を以て識別する。対象ブロックSの参照領域として、これと直接隣接したブロックT,L,B,Rのみならず、これからブロック1つ分離れたブロックTT,LL,BB,RRも併用され、同一ブロックサイズの参照ブロックT〜RRの情報のみを参照して交流成分予測が行われる(ただし、サブブロックの情報を補完的に利用してもよい)。 FIG. 2 is an explanatory diagram of blocks set on the image plane. A plurality of blocks are set on the image plane by dividing an image to be compressed (one frame image or a partial image thereof) vertically and horizontally, and processed in units of blocks. The block size is set so as to decrease step by step as the hierarchy becomes lower. The size of the block to be processed in a certain hierarchy matches the size of the sub-block subdivided in the hierarchy located immediately above it. In other words, the size of the upper-layer sub-block matches the size of the lower-layer block located immediately below it. Processing of the entire image in a certain hierarchy is achieved by repeating the processing while sequentially shifting the blocks to be processed on the screen and processing all the blocks in the image. As shown in the figure, the shift direction (scan direction) may be a line-sequential scan along the horizontal direction, but may be arbitrarily set including the one along the vertical direction. Further, the shift directions in the respective hierarchies are not necessarily the same. In the case of the illustrated shift direction, if the block to be processed is “S”, the upper side of the horizontal line to which the target block S belongs is the processed area, and the lower side is the unprocessed area. As for the horizontal line of the target block S, the left side of the target block S is a processed area, and the right side is an unprocessed area. As reference areas to be referred to in the processing of the target block S, eight blocks T, TT, L, LL, B, BB, R, and RR (hereinafter referred to as “T to RR”) having the same block size are used. . Among these reference blocks, the blocks T, L, B, and R are particularly referred to as “inner blocks”, and the blocks TT, LL, BB, and RR are referred to as “outer blocks”. The inner block T is adjacent to the upper side of the target block S, and the outer block TT is adjacent to the outer side of the inner block T in the upper prediction direction connecting the inner block T and the target block S. In a similar relationship, the blocks L and LL are adjacent to each other in the left prediction direction, the blocks B and BB are adjacent to each other in the lower prediction direction, and the blocks R and RR are adjacent to each other in the right prediction direction. Based on the AC component prediction of the target block S, the average pixel value of the sub-block divided into four is calculated. Hereinafter, when subblocks are subdivided into blocks, the upper left subblock is identified by the subscript “00”, the upper right is “01”, the lower right is “11”, and the lower left is “10”. As a reference area of the target block S, not only blocks T, L, B, and R that are directly adjacent to this, but also blocks TT, LL, BB, and RR separated by one block are used together, and reference blocks having the same block size. The AC component prediction is performed with reference to only the information on T to RR (however, subblock information may be used in a complementary manner).
なお、本実施形態では、8つの参照ブロックT〜RRを設定しているが、これは一例に過ぎず、これ以外の設定の仕方にしてもよい。例えば、これらの一部のみ、或いは、それ以外の追加(斜め方向、1つ飛び等)といった如くである。この場合、図2のケースと同様、対象ブロックSの参照領域は、画像平面上において対象ブロックSを中心に対向していることが好ましい。 In the present embodiment, eight reference blocks T to RR are set, but this is only an example, and other setting methods may be used. For example, only a part of these, or other additions (diagonal direction, one jump, etc.). In this case, as in the case of FIG. 2, it is preferable that the reference area of the target block S is opposed to the target block S on the image plane.
RACPエンコーダの処理は、並行処理および逐次処理のどちらであってもよい。図3は、並行処理における動作タイミングチャートである。まず、DC算出部1が動作して、平均画素値TDC0〜TDC3を生成する。そして、すべての平均画素値TDC0〜TDC3の生成が終了したことを以て、DC符号化部2および階層処理部3a〜3cが並行して動作する。ただし、これらの動作が開始するタイミングは同じではなく、階層が下位になるほど開始タイミングが遅くなる。この遅延は、上位階層の順次シフトによる処理遅延に起因して生じる。図2を参照すると、ある階層でブロックSの処理を行う場合、その参照ブロックT〜RRの処理が直上位の階層で終了していることが条件(階層処理開始条件)となる。換言すれば、上位階層において、順次シフトが進行してブロックBBまでの処理が終了しない限り、下位階層におけるブロックSの処理が開始できない。これが下位階層における動作遅延が生じる所以である。ただし、図4に示すような逐次処理と比較すると、図3に示したパイプライン的な並行処理の方が高速である。一方、図4の逐次処理では、ある階層の処理が全て終了した時点で、直下位の階層の処理が開始される。したがって、逐次処理においても、上記階層処理開始条件を当然に満たす。
The processing of the RACP encoder may be either parallel processing or sequential processing. FIG. 3 is an operation timing chart in the parallel processing. First, the
図5は、RACPエンコーダにおける階層処理部3(3a〜3cの総称)の構成図である。それぞれの階層における階層処理部3は、取り扱うブロックサイズが異なる点を除けば、構成および処理の流れは基本的に同一である(ただし、最下位の階層処理部3cについては、DC3の生成系36,37が不要)。階層処理部3は、領域特定部31と、予測処理部32と、減算器33と、非可逆変換部34と、エントロピー符号化部35と、逆変換部36と、加算器37とを有する。
FIG. 5 is a configuration diagram of the hierarchy processing unit 3 (generic name for 3a to 3c) in the RACP encoder. The
領域特定部31は、今回の処理対象となる対象ブロックSと、8つの参照ブロックT〜RRとを特定する。参照ブロックT〜RRの情報は、そのブロックが処理済/未処理の区別に関わりなく、換言すれば、そのブロック内のサブブロックの情報が算出されているか否かに関わりなく、直上位の階層で算出済みの平均画素値DCn-1が一律に用いられる。バッファから読み出された平均画素値DCn-1は、予測処理部32に供給される。
The
予測処理部32は、対象ブロックSの平均画素値DCn-1と、各ブロックT〜RRの平均画素値DCn-1とを用いて、対象ブロックSの交流成分予測を行う。その際、上下左右の各予測方向に関して、内側ブロックの中心位置よりも対象ブロックSに近い位置に近傍予測点が設定され、この近傍予測点における近傍画素値が予測・算出される。交流成分予測は、各予測方向について個別に算出された近傍画素値を用いて行われる。これにより、対象ブロックSを細分化した4つのサブブロックs00〜s11の予測画素値がそれぞれ算出される。
The
予測処理部32は、以下の数式1,2に基づいて、対象ブロックSを細分化したサブブロックs00〜s11の予測画素値C(=c00〜c11)、すなわち予測画像を算出する。ここで、数式2は、λ=1/2の場合における近傍画素値L’,R’,T’,L’の算出式であり、α,βはそれぞれ水平方向の傾き、垂直方向の傾きを示す。λに関しては、対象ブロックから参照ブロックに至る方向で、対象ブロックと内側ブロックの間のブロック境界をλ=0とし、そこから内側ブロックの中心位置までの距離をλ=1とする。また、近傍画素値L’,R’,T’,B’は、内側ブロックの中心位置よりも対象ブロックに近い近傍予測点について線形予測等によって予測された値である。数式1,2および以下の説明において、符号”S”,”T”,”TT”,”L”,”LL”,”B”,”BB”,”R”、”RR”は、ブロックそのものを指すのではなく、これらのブロックの平均画素値DCn-1(中心画素値)を示すものとする。算出された予測画素値C={c00,c01,c10,c11}は、減算器33および加算器37に供給される。
The
(数式1)
c00 = T+(α+β)
c01 = T+(−α+β)
c10 = T+(α−β)
c11 = T+(−α−β)
(Formula 1)
c00 = T + (α + β)
c01 = T + (− α + β)
c10 = T + (α−β)
c11 = T + (− α−β)
(数式2)
α = (L’−R’)/6
β = (T’−B’)/6
L’ = L+(S−LL)/8
R’ = R+(S−RR)/8
T’ = T+(S−TT)/8
B’ = B+(S−BB)/8
(Formula 2)
α = (L′−R ′) / 6
β = (T′−B ′) / 6
L ′ = L + (S−LL) / 8
R ′ = R + (S−RR) / 8
T ′ = T + (S−TT) / 8
B ′ = B + (S−BB) / 8
図6は、λ=1/2におけるブロック中心位置および近傍予測点の位置的関係の説明図である。それぞれのブロックの中心位置における中心画素値は、そのブロック自体の平均画素値DCn-1とみなす。λの尺度と一致させるべく、ブロックを4分割したときの正方形の1辺の長さを1とし、サブブロックを更に4分割したときの正方形の1辺の長さを1/2とする。隣り合ったブロック同士の中心間距離は2となり、対象ブロックの中心位置および各近傍予測点(その近傍画素値=L’,R’,T’,B’)間の距離はすべて3/2となる。それぞれの予測方向に関して、近傍予測点の近傍画素値(例えばR’)は、内側ブロックの中心画素値(例えばR)と、外側ブロックの中心画素値(例えばRR)とを少なくとも用い、かつ、ブロック同士の中心位置間の距離と、ブロックの中心位置および近傍予測点の間の距離とに基づいて予測・算出される。 FIG. 6 is an explanatory diagram of the positional relationship between the block center position and the vicinity prediction point at λ = 1/2. The center pixel value at the center position of each block is regarded as the average pixel value DCn-1 of the block itself. In order to match the scale of λ, the length of one side of the square when the block is divided into four is set to 1, and the length of one side of the square when the sub-block is further divided into four is set to ½. The center-to-center distance between adjacent blocks is 2, and the distance between the center position of the target block and each neighboring prediction point (its neighboring pixel values = L ′, R ′, T ′, B ′) is 3/2. Become. For each prediction direction, the neighborhood pixel value (eg, R ′) of the neighborhood prediction point uses at least the center pixel value (eg, R) of the inner block and the center pixel value (eg, RR) of the outer block, and Prediction / calculation is performed based on the distance between the center positions of each other and the distance between the center position of the block and the neighboring prediction points.
図7は、λ=1/2における3点を用いた右方の予測方向に関する近傍画素値R’の算出説明図である。まず、対象ブロックの中心画素値Sおよび右外側ブロックの中心画素値RRの差を、これらのブロックの中心間距離4で除算することにより、傾きθが算出される。この傾きθは、対象ブロックおよび右外側ブロックの単位距離あたりの画素値の変化率に相当する。つぎに、同じ予測方向では画素値が一様に変化するという前提の下、右方の予測方向の傾きθに、右内側ブロックの中心位置および右方の近傍予測点の間の距離1/2を乗算することにより、右内側ブロックの中心画素値Rからの変化量Δpが算出される。そして、右内側ブロックの中心画素値Rに変化量Δpを加算することにより、右方の近傍予測点の近傍画素値R’が算出される。同様の方法で、上方、λ=1/2で共通化された各近傍予測点の近傍画素値T’,L’,B’が算出される。
FIG. 7 is an explanatory diagram for calculating the neighboring pixel value R ′ in the right prediction direction using three points at λ = 1/2. First, the inclination θ is calculated by dividing the difference between the center pixel value S of the target block and the center pixel value RR of the right outer block by the center-to-
画像の空間的な相関性から、対象ブロックに近い近傍予測点の近傍画素値T’〜R’は、これよりも遠い内側ブロックの中心画素値T〜Rよりも対象ブロックの特性を色濃く反映している傾向があり、より真値に近いと考えることができる。したがって、従来の中心画素値T〜Rに代えて近傍画素値T’〜R’を用いることで、より予測精度の高い交流成分予測を行うことが可能になる。なお、画像平面上の縁部のように周辺領域の一部が欠落している場合、予測処理部32は、例外的に、対象ブロックの中心画素値Sをその部分の情報として用いる。また、実際の処理においては、上記数式1,2を統合して、単一の数式として扱ってもよいのは当然である。
From the spatial correlation of the image, the neighboring pixel values T ′ to R ′ of the neighboring prediction points close to the target block reflect the characteristics of the target block more deeply than the center pixel values T to R of the inner block farther than this. Can be considered closer to the true value. Therefore, by using the neighboring pixel values T ′ to R ′ instead of the conventional center pixel values T to R, it is possible to perform AC component prediction with higher prediction accuracy. When a part of the peripheral area is missing like an edge on the image plane, the
本実施形態は、ブロック一辺の1/2よりも高い分解能(λ<1)で、対象ブロックにより近い近傍画素値T’〜R’を予測(典型的には線形予測)し、これを用いた交流成分予測を行う点に特徴がある。したがって、λの値は1/2以外にも、λ<1となる任意の値を設定してよい。特に、λを1/2よりも小さな値(1/4や1/8等)に設定すれば、サブブロックの分解能以上の精度を確保することができる。図8は、λ=1/4における3点を用いた近傍画素値T’〜R’の算出説明図である。この場合、ブロック同士の中心位置間の距離と、ブロックの中心位置および近傍予測点の間の距離とを考慮した線形予測的な考え方から、近傍画素値T’〜R’および傾きα,βは、数式3より算出される。
In the present embodiment, neighboring pixel values T ′ to R ′ closer to the target block are predicted (typically linear prediction) with a resolution (λ <1) higher than ½ of one side of the block, and this is used. It is characterized in that AC component prediction is performed. Therefore, the value of λ may be set to an arbitrary value that satisfies λ <1 other than ½. In particular, if λ is set to a value smaller than 1/2 (such as 1/4 or 1/8), the accuracy higher than the resolution of the sub-block can be ensured. FIG. 8 is an explanatory diagram for calculating the neighboring pixel values T ′ to R ′ using three points at λ = 1/4. In this case, the neighboring pixel values T ′ to R ′ and the gradients α and β are determined from a linear predictive approach that takes into account the distance between the center positions of the blocks and the distance between the center position of the blocks and the neighboring prediction points. , Calculated from
(数式3)
α = (L’−R’)/5
β = (T’−B’)/5
L’ = L+(S−LL)×3/16
R’ = R+(S−RR)×3/16
T’ = T+(S−TT)×3/16
B’ = B+(S−BB)×3/16
(Formula 3)
α = (L′−R ′) / 5
β = (T′−B ′) / 5
L ′ = L + (S−LL) × 3/16
R ′ = R + (S−RR) × 3/16
T ′ = T + (S−TT) × 3/16
B ′ = B + (S−BB) × 3/16
図9は、λ=1/8における3点を用いた近傍画素値の算出説明図である。この場合、近傍画素値T’〜R’および傾きα,βは、数式4より算出される。
FIG. 9 is an explanatory diagram of calculation of neighboring pixel values using three points at λ = 1/8. In this case, the neighboring pixel values T ′ to R ′ and the inclinations α and β are calculated from
(数式4)
α = (L’−R’)×4/18
β = (T’−B’)×4/18
L’ = L+(S−LL)×7/32
R’ = R+(S−RR)×7/32
T’ = T+(S−TT)×7/32
B’ = B+(S−BB)×7/32
(Formula 4)
α = (L′−R ′) × 4/18
β = (T′−B ′) × 4/18
L ′ = L + (S−LL) × 7/32
R ′ = R + (S−RR) × 7/32
T ′ = T + (S−TT) × 7/32
B ′ = B + (S−BB) × 7/32
また、上述した3点を用いた線形予測に代えて、図10に示すような2点を用いた線形予測にて近傍画素値T’〜R’を数式5のように算出してもよい。λ=1/2を一例に説明すると、例えば近傍画素値R’は、右内側・右外側ブロックの単位距離あたりの画素値の変化率(傾きθ=(R−RR)/2)に、内側ブロックの中心位置および近傍予測点の間の距離である1/2を乗算し、この乗算によって得られた値Δpを内側ブロックの中心画素値Rに加算することによって得られる。 Further, instead of the above-described linear prediction using the three points, the neighboring pixel values T ′ to R ′ may be calculated by using the linear prediction using two points as shown in FIG. Taking λ = 1/2 as an example, for example, the neighboring pixel value R ′ is set to the rate of change of the pixel value per unit distance (inclination θ = (R−RR) / 2) of the inner right and outer right blocks, It is obtained by multiplying 1/2 which is the distance between the block center position and the neighboring prediction points, and adding the value Δp obtained by this multiplication to the center pixel value R of the inner block.
(数式5)
α = (L’−R’)/6
β = (T’−B’)/6
L’ = (5L−LL)/4
R’ = (5R−RR)/4
T’ = (5T−TT)/4
B’ = (5B−BB)/4
(Formula 5)
α = (L′−R ′) / 6
β = (T′−B ′) / 6
L ′ = (5L−LL) / 4
R ′ = (5R−RR) / 4
T ′ = (5T−TT) / 4
B ′ = (5B−BB) / 4
なお、対象ブロックを中心として一次元方向に並んだ一対の予測方向、具体的には上下の予測方向または左右の予測方向に関しては、λの値を同一に設定することが好ましい。これにより、内側ブロックの中心位置および近傍予測点の間の距離も、こららの予測方向で同一になる。このようにすることが好ましい理由は、近傍予測点の対称性(すなわち、対象ブロックに対する上下(または左右)の近傍予測点の位置を対称にすること)より、予測精度の向上を図ることができるからである。なお、このような対称性が維持される限り、左右のλの値を1/2、上下のλの値を1/4にするといった如く、λの値を予測方向によって相違させることも可能である。 Note that it is preferable to set the value of λ to be the same for a pair of prediction directions arranged in a one-dimensional direction around the target block, specifically, the upper and lower prediction directions or the left and right prediction directions. As a result, the distance between the center position of the inner block and the neighboring prediction point is also the same in these prediction directions. The reason why this is preferable is that the prediction accuracy can be improved due to the symmetry of the neighboring prediction points (that is, the positions of the upper and lower (or left and right) neighboring prediction points with respect to the target block are symmetric). Because. As long as this symmetry is maintained, the value of λ can be made different depending on the prediction direction, such as setting the value of λ on the left and right to ½ and the value of λ on the top and bottom to ¼. is there.
予測精度の観点でいえば、3点予測(数式2)の方が2点予測(数式5)よりも優れている。ただし、2点予測は、3点予測と比較してサンプル数が少ない分だけ計算量が少なくて済むという利点がある。また、上述したように、近傍画素値R’は、傾きθから算出された変化量Δpを内側ブロックの中心画素値Rに加算することによって算出される。この傾きθは、差分法によって算出することができ、その具体的な計算手法としては、計算の簡単さを重視した前進差分(Δu(n)=u(n+1)−u(n))と、傾きの精度を重視した中央差分(Δu(n)=(u(n+1)−u(n−1))/2)とがある。これらの計算手法は、1次の差分であってもよいが、より高精度な傾きを算出すべく、2次以降の差分としてもよい。 From the viewpoint of prediction accuracy, three-point prediction (Formula 2) is superior to two-point prediction (Formula 5). However, the two-point prediction has an advantage that the amount of calculation can be reduced by a smaller number of samples than the three-point prediction. Further, as described above, the neighboring pixel value R ′ is calculated by adding the change amount Δp calculated from the inclination θ to the central pixel value R of the inner block. This inclination θ can be calculated by a difference method, and as a specific calculation method thereof, a forward difference (Δu (n) = u (n + 1) −u (n)) with emphasis on simplicity of calculation, There is a central difference (Δu (n) = (u (n + 1) −u (n−1)) / 2) that places importance on the accuracy of the inclination. These calculation methods may be a first-order difference, but may be a second-order difference or more in order to calculate a higher-precision gradient.
再び図5を参照すると、減算器33は、予測処理部32によって算出された予測画素値C(例えば4×4ブロック単位)と、これに対応する平均画素値TDCn(例えば4×4ブロック単位)、すなわち、入力画像に基づいて算出された真の画素値との差分を予測残差PRとして算出する。交流成分予測によって生成された予測画像(予測画素値c00〜c11の集合)が本来の画像(真の画素値)に近いほど、予測残差PRが小さくなる。予測残差PRが小さくなるほど、統計的に見た予測残差の出現頻度が0近傍に偏る傾向が高まるので、エントロピー符号化を施す上で有利になる。
Referring to FIG. 5 again, the
非可逆変換部34は、減算器33によって算出された予測残差PRに対して、例えばアダマール変換および量子化といった非可逆変換を施す。エントロピー符号化部35は、非可逆変換が施された予測残差PRに対して、ハフマン符号化や算術符号化といったエントロピー符号化を施すことによって、例えば4×4ブロック単位での交流成分ACn(圧縮データ))を生成する。逆変換部36は、非可逆変換が施された予測残差PRに対して、この非可逆変換の逆処理を施すことによって予測残差PR’を算出する。この予測残差PR'は、本来の予測残差PRを復元したものだが、非可逆変換(元の値を完全に復元することはできない)が施されている関係上、本来の予測残差PRとは僅かに相違している。加算器37は、予測処理部32によって算出された予測画素値Cに、予測残差PR’を加算することによって、サブブロック(例えば4×4ブロック)の平均画素値DCnを算出する。加算器37の入力として本来の予測残差PRではなく、復元された予測残差PR’を用いる理由は、デコード時の繰り返し処理によって誤差の累積することを防止し、伸張画像の再現性を担保するためである。加算器37より出力された平均画素値DCnは、バッファに一時的に格納され、直下位の階層での処理において随時読み出される。
The
このように、本実施形態に係るRACPエンコーダによれば、内側および外側ブロックの情報を少なくとも用いて近傍予測点の情報を予測する。すなわち、2点予測では、内側ブロックの情報と外側ブロックの情報とが用いられ、3点予測では、これらに加えて対象ブロックの情報も用いられる。これにより、サブブロックの情報を用いてなくても、これよりも大きなブロックの情報のみで、ブロック1辺の1/2よりも高い分解能の情報、すなわち、内側ブロックの中心位置よりも対象ブロックに近い近傍予測点の情報を得ることができる。近傍予測点は、内側ブロックの中心位置よりも対象ブロックに近く、対象ブロックとの空間的な相関性がより高い傾向がある。したがって、より相関性の高い近傍予測点の情報を交流成分予測を用いれば、画像の予測精度の一層の向上を図ることが可能になる。その結果、真の画素値との差分である予測残差PRを低減できるので、圧縮効率の一層の向上が期待できる。特に、図3に示したようなパイプライン的な並行処理を行えば、全体的な処理時間の短縮を図ることができる。 As described above, according to the RACP encoder according to the present embodiment, the information on the neighboring prediction points is predicted using at least the information on the inner and outer blocks. That is, in the 2-point prediction, information on the inner block and information on the outer block are used, and in the 3-point prediction, information on the target block is also used in addition to these. As a result, even if the sub-block information is not used, only the information of the block larger than this is used, and the resolution is higher than ½ of one side of the block, that is, the target block is more than the center position of the inner block. Information on near neighbor prediction points can be obtained. The neighborhood prediction point is closer to the target block than the center position of the inner block, and tends to have a higher spatial correlation with the target block. Therefore, if the AC component prediction is used for the information of the neighborhood prediction points having higher correlation, it is possible to further improve the image prediction accuracy. As a result, the prediction residual PR, which is a difference from the true pixel value, can be reduced, and further improvement in compression efficiency can be expected. In particular, if pipelined parallel processing as shown in FIG. 3 is performed, overall processing time can be reduced.
(RACPエンコードプログラム)
つぎに、ハードウェアとして実現されるRACPエンコーダと同等の処理を、コンピュータのソフトウェア処理によって実現するためのRACPエンコードプログラムについて説明する。なお、ハードウェア処理とソフトウェア処理との間には本質的な相違はないので、ここでは概略的な説明に留め、その詳細は上述した記載に譲るものとする。
(RACP encoding program)
Next, a description will be given of a RACP encoding program for realizing processing equivalent to a RACP encoder realized as hardware by software processing of a computer. Since there is no essential difference between hardware processing and software processing, only a brief description is given here, and the details are given in the above description.
図11は、RACPエンコードプログラムのフローチャートである。コンピュータによるソフトウェア処理では、図4に示したような逐次処理が基本となる。まず、ステップ1において、入力画像の画像平面上にブロック(4タイプ)を複数設定し、それぞれのブロックの平均画素値TDC0〜TDC3が算出される。算出された平均画素値TDC0〜3は、バッファに随時格納される。すべてのブロックの処理が終了するとステップ2に進む。
FIG. 11 is a flowchart of the RACP encoding program. In software processing by a computer, sequential processing as shown in FIG. 4 is fundamental. First, in
ステップ2において、8×8ブロックの平均画素値TDC0に対して、DC符号化、すなわち、差分パルス幅変調とエントロピー符号化とが施され、これによって、圧縮データの一部となる画像の直流成分DC0が生成・出力される。また、その復元値がDC0としてバッファに格納される。
In
ステップ3において、階層番号LNが1(初期値)にセットされる。LN=1は、処理を行うべき階層が最上位階層であることを示す。そして、1つの階層処理が終了する毎に1ずつインクリメントされ(ステップ14)、下位の階層へと順番に推移していく。そして、LN=3、すなわち最下位階層の処理が終わった時点で、全ての処理が終了する(ステップ13)。
In
ステップ4において、ブロック番号BNが1(初期値)にセットされる。先のステップ3における階層番号LNの設定にともない、その階層で処理対象となるブロックのサイズは一義的に特定され、全体のブロック数に応じた終了ブロック番号BNendも特定される。同一階層内におけるブロックの処理が終了する毎にブロック番号BNが1ずつインクリメントされ(ステップ12)、処理対象が所定の方向に順次シフトしていく。そして、終了ブロック番号BNendに相当するブロックの処理が終了した時点で、その階層における処理が終了する(ステップ11)。
In
ステップ5において、ブロック番号BNによって指定されたブロックSに関して、例えば数式2に基づいて、4方向の近傍予測点の近傍画素値T’〜R’が算出される。
In
ステップ6において、ブロック番号BNによって指定されたブロックSに関して、数式1に基づいて交流成分予測が行われ、これによって、ブロックSを細分化したサブブロックs00〜s11の予測画素値C(=c00〜c11)が算出される。そして、これに続くステップ7において、先のステップ6で算出された予測画素値Cと真の画素値TDCnとの差分が予測残差PRとして算出される。
In step 6, the AC component prediction is performed on the block S designated by the block number BN based on
ステップ8において、先のステップ7で算出された予測残差PRに対して、非可逆変換およびエントロピー符号化を施す。これによって、圧縮データの一部としての画像の交流成分ACnが生成される。これに続くステップ9において、非可逆変換が施された予測誤差PRに対して、その逆処理を行い、本来の予測誤差PRを復元した予測誤差PR’(復元値)が算出される。そして、ステップ10において、ステップ6で算出された予測画素値Cに、予測残差PR’を加算することによって、サブブロックの平均画素値DCnが算出され、バッファに格納される。なお、ステップ9,10の処理は、LN=3、すなわち最下位の階層処理ではスキップされる。
In
ステップ11において、ブロック番号BNが終了ブロック番号BNendに到達したか否かが判断される。終了ブロック番号BNendに到達するまでは、ステップ12においてブロック番号BNが1ずつインクリメントされていき、ステップ5〜11の処理が繰り返される。そして、終了ブロック番号BNendに到達した場合、すなわち、画像平面内の全ブロックの処理が終了した場合には、ループを抜けてステップ13に進む。
In step 11, it is determined whether or not the block number BN has reached the end block number BNend. Until the end block number BNend is reached, the block number BN is incremented by 1 in
ステップ13において、階層番号LNが3(最下位階層)に到達したか否かが判断される。3に到達するまでは、ステップ14において階層番号LNが1ずつインクリメントされていき、ステップ5〜12のループが繰り返される。これにより、階層が下位になるにしたがって、処理対象となるブロックSのサイズが段階的に小さくなっていき、上述した一連の処理が再帰的に実行される。上位階層側において算出されたサブブロックの平均画素値DCn(出力)は、下位階層側の平均画素値DCn-1(入力)として用いられる。そして、LN=3で、かつ、BN=BNendに到達した場合、すなわち、最下位階層の全処理が終了した場合には、ステップ11,13の判断結果よりループを抜け、これによって、本プログラムの処理が終了する。
In step 13, it is determined whether or not the hierarchy number LN has reached 3 (the lowest hierarchy). Until it reaches 3, the layer number LN is incremented by 1 in step 14, and the loop of
本実施形態に係るRACPエンコードプログラムによれば、上述したRACPエンコーダと同様、交流成分予測における画像の予測精度の一層の向上を図ることができ、圧縮効率の向上が期待できる。 According to the RACP encoding program according to the present embodiment, as with the above-described RACP encoder, it is possible to further improve the prediction accuracy of an image in AC component prediction, and to expect an improvement in compression efficiency.
(RACPデコーダ)
図12は、上述したRACPエンコーダまたはRACPエンコードプログラムによって生成された圧縮データを伸張するRACPデコーダの全体構成図である。このデコーダは、DC復号化5と、3つの階層処理部6a〜6cとを主体に構成されている。これらのユニット5,6a〜6cより出力されたデータDCn(n=0,1,2,3)は、図示しないバッファ(記憶部)に一時的に格納される。
(RACP decoder)
FIG. 12 is an overall configuration diagram of a RACP decoder that decompresses compressed data generated by the above-described RACP encoder or RACP encoding program. This decoder is mainly composed of
DC復号化5および階層処理部6a〜6cは、8×8ブロック(最上位階層)、4×4ブロック(第2位階層)、2×2ブロック(第3位階層)、1×1ブロック(最下位階層)の階層構造において、自己に割り当てられた階層処理を行う。最上位階層のDC復号化部5は、画像の直流成分DC0に関する圧縮データに対して、画像圧縮時に施された処理の逆処理を行うことによって、8×8ブロックの平均画素値DC0を生成し、これを第2位階層の階層処理部6aに供給する。
The
RACPデコーダの階層構造自体は、RACPエンコーダのそれとほぼ同様であるが、エンコーダにおける階層処理部3a〜3cの出力となる交流成分AC1〜AC3が、デコーダにおける階層処理部6a〜6cの入力となる点が相違する。これらの階層処理部6a〜6cは、画像の交流成分AC1〜AC3に関する圧縮データと、直上位の階層より供給された平均画素値DCn-1とに基づいて、平均画素値DCnを復元する。復元された平均画素値DCnは、必要に応じて直下位の階層に供給するために出力され、バッファに格納される。そして、最下位階層の階層処理部6cによって算出された1×1ブロックの平均画素値DC3の集合が最終的な伸張画像となる。なお、デコーダにおける順次シフトの方向は、エンコーダのそれに準じるものとする。また、デコーダの処理は、並列処理および逐次処理のどちらであってもよい。 The hierarchical structure itself of the RACP decoder is substantially the same as that of the RACP encoder, but the AC components AC1 to AC3 that are the outputs of the hierarchical processing units 3a to 3c in the encoder are input to the hierarchical processing units 6a to 6c in the decoder. Is different. These hierarchical processing units 6a to 6c restore the average pixel value DCn based on the compressed data related to the AC components AC1 to AC3 of the image and the average pixel value DCn-1 supplied from the immediately higher hierarchy. The restored average pixel value DCn is output for supply to the immediately lower hierarchy as necessary, and is stored in the buffer. Then, a set of average pixel values DC3 of 1 × 1 blocks calculated by the lowest-level hierarchy processing unit 6c is the final decompressed image. Note that the direction of sequential shift in the decoder conforms to that of the encoder. The decoder processing may be either parallel processing or sequential processing.
図13は、RACPデコーダにおける階層処理部6(6a〜6cの総称)の構成図である。それぞれの階層における階層処理部6は、取り扱うブロックのサイズが異なる点を除けば、基本構成および動作は同一である。階層処理部6は、領域特定部61と、予測処理部62と、加算器63と、逆変換部64とを有する。
FIG. 13 is a configuration diagram of the hierarchical processing unit 6 (generic name of 6a to 6c) in the RACP decoder. The hierarchy processing unit 6 in each hierarchy has the same basic configuration and operation except that the size of blocks to be handled is different. The hierarchy processing unit 6 includes a
領域特定部61は、RACPエンコーダと同様、今回の処理対象となる対象ブロックSと、参照ブロックT〜RRとを特定する。すなわち、図2に示したように、ブロックS,T〜RRに関しては、その平均画素値DCn-1がバッファから読み出される。これらの平均画素値DCn-1は、直上位の階層において既に算出されており、直上位の階層よりバッファを介して供給される。バッファより読み出された平均画素値DCn-1が予測処理部62に供給される。
Similar to the RACP encoder, the
予測処理部62は、バッファより供給されたDCn-1を用いて、対象ブロックSの交流成分予測を行う。これによって、対象ブロックSを細分化した対象サブブロックs00〜s11の予測画素値C(=c00〜c11)、すなわち予測画像が算出される。算出された予測画素値Cは、加算器63に供給される。なお、画像平面上の縁部のように周辺領域の一部が欠落している場合には、デコーダとの間で予め取り決められた規則にしたがって処理される。例えば、処理対象となるブロックSの平均画素値DCn-1をその部分の情報として補うといった如くである。
The
逆変換部64は、例えば4×4ブロックの交流成分ACnの圧縮データに対して、画像圧縮時に施された非可逆変換およびエントロピー符号化の逆処理を行うことによって、加算器63に供給すべき予測残差PR’を復元する。加算器63は、予測処理部62によって算出された予測画素値Cに、逆変換部64によって復元された予測残差PR’を加算することによって、サブブロック(例えば4×4ブロック)の平均画素値DCnを算出し、バッファに一時的に格納する。バッファの格納された平均画素値DCnは、直下位の階層でのブロック(例えば4×4ブロック)の平均画素値として、直下位の階層における予測処理部62にも供給される。
The inverse transform unit 64 should supply the
このように、本実施形態に係るRACPデコーダによれば、上述したRACPデコーダまたはRACPエンコードプログラムによって生成された圧縮データを適切に伸張することができる。特に、図3に示したようなパイプライン的な並行処理を行えば、全体的な処理時間の短縮を図ることができる。 As described above, according to the RACP decoder according to the present embodiment, the compressed data generated by the above-described RACP decoder or RACP encoding program can be appropriately decompressed. In particular, if pipelined parallel processing as shown in FIG. 3 is performed, overall processing time can be reduced.
(RACPデコードプログラム)
つぎに、ハードウェアとして実現されるRACPデコーダと同等の処理を、コンピュータのソフトウェア処理によって実現するためのRACPデコードプログラムについて説明する。なお、ハードウェア処理とソフトウェア処理との間には本質的な相違はないので、ここでは概略的な説明に留め、その詳細は上述した記載を参照するものとする。
(RACP decoding program)
Next, a RACP decoding program for realizing processing equivalent to the RACP decoder realized as hardware by software processing of a computer will be described. Since there is no essential difference between hardware processing and software processing, only a brief description will be given here, and the details will be referred to the above description.
図14は、RACPデコードプログラムのフローチャートである。コンピュータによるソフトウェア処理では、図4に示したような逐次処理が基本となる。まず、ステップ21において、画像の直流成分DC0の圧縮データに対して、DC復号化、すなわち、データ圧縮時に施された符号化処理の逆処理が施され、これによって、8×8ブロックの平均画素値DC0が復元され、これがバッファに格納される。 FIG. 14 is a flowchart of the RACP decoding program. In software processing by a computer, sequential processing as shown in FIG. 4 is fundamental. First, in step 21, the DC data DC0 compressed data of the image is subjected to DC decoding, that is, the reverse processing of the encoding processing performed at the time of data compression, thereby the average pixel of the 8 × 8 block. The value DC0 is restored and stored in the buffer.
ステップ22,23において、RACPエンコードプログラムと同様に、階層番号LNが1(初期値)、ブロック番号BNが1(初期値)にそれぞれセットされる。 In steps 22 and 23, similarly to the RACP encoding program, the layer number LN is set to 1 (initial value) and the block number BN is set to 1 (initial value).
ステップ24において、ブロック番号BNによって指定されたブロックSに関して、例えば数式2に基づいて、近傍予測点の近傍画素値T’,L’,B’,R’が算出される。
In step 24, with respect to the block S designated by the block number BN, the neighboring pixel values T ′, L ′, B ′, and R ′ of the neighboring prediction points are calculated based on
ステップ25において、ブロック番号BNによって指定されたブロックSに関して、上述した数式1に基づき交流成分予測が行われ、これによって、ブロックSを細分化したサブブロックs00〜s11の予測画素値C(=c00〜c11)が算出される。そして、これに続くステップ26において、画像の交流成分ACnの圧縮データが伸張され、これによって、予測残差PR’が復元される。そして、ステップ27において、ステップ25で算出された予測画素値Cに、ステップ27で算出された予測残差PR’を加算することによって、サブブロックの平均画素値DCnが算出され、バッファに格納される。
In step 25, the AC component prediction is performed on the block S designated by the block number BN based on the above-described
ステップ28において、ブロック番号BNが終了ブロック番号BNendに到達したか否かが判断される。終了ブロック番号BNendに到達するまでは、ステップ29においてブロック番号BNが1ずつインクリメントされていき、ステップ24〜27の処理が繰り返される。そして、終了ブロック番号BNendに到達した場合、すなわち、画像平面内の全ブロックの処理が終了した場合には、ステップ28の判断結果よりループを抜け、ステップ30に進む。 In step 28, it is determined whether or not the block number BN has reached the end block number BNend. Until the end block number BNend is reached, the block number BN is incremented by 1 in step 29, and the processing in steps 24-27 is repeated. When the end block number BNend is reached, that is, when the processing of all the blocks in the image plane is completed, the process exits the loop from the determination result of step 28 and proceeds to step 30.
ステップ30において、階層番号LNが3(最下位階層)に到達したか否かが判断される。3に到達するまでは、ステップ31において階層番号LNが1ずつインクリメントされていき、ステップ23〜29のループが繰り返される。これにより、階層が下位になるにしたがって、処理対象となるブロックSのサイズが段階的に小さくなっていき、上述した一連の処理が再帰的に実行される。上位階層側において算出されたサブブロックの平均画素値DCn(出力)は、下位階層側の処理対象および未処理周辺領域となるブロックの平均画素値DCn-1(入力)として用いられる。そして、LN=3で、かつ、BN=BNendに到達した場合、すなわち、最下位階層の処理が終了した場合には、ループを抜け、これによって、本プログラムの処理が終了する。
In
本実施形態に係るRACPデコードプログラムによれば、上述したRACPデコーダと同様の効果を奏する。 According to the RACP decoding program according to the present embodiment, the same effects as those of the above-described RACP decoder can be obtained.
なお、上述した実施形態では、交流成分予測符号化、特に、再帰的交流成分予測符号化について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、交流成分予測を用いて解像度の高い画像を生成する画像処理にも適用可能である。 In the above-described embodiment, AC component prediction encoding, particularly recursive AC component prediction encoding, has been described. However, the present invention is not limited to this, and an image with high resolution using AC component prediction is described. It is also applicable to image processing for generating
1 DC算出部
2 DC符号化部
3(3a〜3c) 階層処理部
5 DC復号化部
6(6a〜6c) 階層処理部
31,61 領域特定部
32,62 予測処理部
33 減算器
34 非可逆変換部
35 エントロピー符号化部
36,64 逆変換部
37,63 加算器
DESCRIPTION OF
Claims (16)
今回の処理で処理対象となる対象ブロックの参照領域として、前記対象ブロックと隣接した複数の内側ブロックと、前記内側ブロックのそれぞれと対象ブロックとを結ぶ複数の予測方向において前記内側ブロックの外側に隣接した外側ブロックとを特定する領域特定部と、
前記複数の予測方向のそれぞれに関して、前記内側ブロックの中心位置よりも前記対象ブロックに近い近傍予測点の近傍画素値を、前記内側ブロックの平均画素値と、前記外側ブロックの平均画素値とを少なくとも用い、かつ、ブロック同士の中心位置間の距離と、ブロックの中心位置および前記近傍予測点の間の距離とに基づいて予測するとともに、前記予測方向毎に予測された前記近傍画素値を用いた交流成分予測によって、前記対象ブロックを細分化した複数のサブブロックの予測画素値を算出する予測処理部と
を有することを特徴とする画像処理システム。 In an image processing system that sets a plurality of blocks of a predetermined size on an image plane and performs block alternating component prediction while sequentially shifting the blocks to be processed in a predetermined direction,
Adjacent to the outside of the inner block in a plurality of prediction directions connecting each of the inner block and the inner block as a reference area of the target block to be processed in the current processing, and the inner block. An area specifying part for specifying the outer block,
For each of the plurality of prediction directions, a neighboring pixel value of a neighboring prediction point that is closer to the target block than a center position of the inner block, an average pixel value of the inner block, and an average pixel value of the outer block are at least And predicting based on the distance between the center positions of the blocks and the distance between the center position of the blocks and the vicinity prediction point, and using the vicinity pixel value predicted for each prediction direction An image processing system comprising: a prediction processing unit that calculates predicted pixel values of a plurality of sub-blocks obtained by subdividing the target block by AC component prediction.
上位階層において算出された前記サブブロックの平均画素値は、当該上位階層の直下に位置する下位階層における前記ブロックの平均画素値として、当該下位階層に供給されることを特徴とする請求項5に記載された画像処理システム。 In a hierarchical structure in which the size of the block decreases in stages as the hierarchy becomes lower,
6. The average pixel value of the sub-block calculated in an upper layer is supplied to the lower layer as an average pixel value of the block in a lower layer located immediately below the upper layer. The described image processing system.
前記予測処理部によって算出された前記予測画素値と、真の画素値との差分を予測残差として算出する減算器と、
前記減算器によって算出された前記予測残差に対して、非可逆変換を施す非可逆変換部と、
前記非可逆変換が施された予測残差に対して、エントロピー符号化を施すことによって、圧縮データの一部としての画像の交流成分を生成するエントロピー符号化部と、
前記非可逆変換が施された前記予測残差に対して、当該非可逆変換の逆処理を行うことによって、前記加算器に供給すべき前記予測残差を生成する逆変換部と
をさらに有することを特徴とする請求項5または6に記載された画像処理システム。 The image processing system is an encoder for compressing an image,
A subtractor that calculates a difference between the predicted pixel value calculated by the prediction processing unit and a true pixel value as a prediction residual;
An irreversible transformation unit that performs irreversible transformation on the prediction residual calculated by the subtractor;
An entropy encoding unit that generates an alternating current component of an image as a part of compressed data by performing entropy encoding on the prediction residual subjected to the irreversible transformation;
An inverse conversion unit that generates the prediction residual to be supplied to the adder by performing inverse processing of the lossy conversion on the prediction residual subjected to the lossy conversion. The image processing system according to claim 5 or 6, characterized by the above-mentioned.
画像の圧縮データに対して、画像圧縮時に施された非可逆変換およびエントロピー符号化の逆処理を行うことによって、前記加算器に供給すべき前記予測残差を復元する逆変換部をさらに有することを特徴とする請求項5または6に記載された画像処理システム。 The image processing system is a decoder that decompresses an image,
It further has an inverse transform unit that restores the prediction residual to be supplied to the adder by performing inverse processing of lossy transform and entropy coding performed at the time of image compression on the compressed data of the image. The image processing system according to claim 5 or 6, characterized by the above-mentioned.
今回の処理で処理対象となる対象ブロックの参照領域として、前記対象ブロックと隣接した複数の内側ブロックと、前記内側ブロックのそれぞれと前記対象ブロックとを結ぶ複数の予測方向において前記内側ブロックの外側に隣接した外側ブロックとを特定するステップと、
前記複数の予測方向のそれぞれに関して、前記内側ブロックの中心位置よりも前記対象ブロックに近い近傍予測点の近傍画素値を、前記内側ブロックの平均画素値と、前記外側ブロックの平均画素値とを少なくとも用い、かつ、ブロック同士の中心位置間の距離と、ブロックの中心位置および前記近傍予測点の間の距離とに基づいて予測するステップと、
前記近傍予測点毎に予測された前記近傍画素値を用いた交流成分予測によって、前記対象ブロックを細分化した複数のサブブロックの予測画素値を算出するステップと
を有することを特徴とする画像処理方法をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。 In an image processing program that sets a plurality of blocks of a predetermined size on an image plane and performs block alternating current component prediction while sequentially shifting a block to be processed in a predetermined direction,
As a reference area of the target block to be processed in the current process, a plurality of inner blocks adjacent to the target block, and a plurality of prediction directions connecting each of the inner blocks and the target block, outside the inner block. Identifying adjacent outer blocks;
For each of the plurality of prediction directions, a neighboring pixel value of a neighboring prediction point that is closer to the target block than a center position of the inner block, an average pixel value of the inner block, and an average pixel value of the outer block are at least And predicting based on the distance between the center positions of the blocks and the distance between the center position of the blocks and the neighboring prediction points;
Calculating predicted pixel values of a plurality of sub-blocks obtained by subdividing the target block by AC component prediction using the neighboring pixel values predicted for each of the neighboring prediction points. An image processing program for causing a computer to execute the method.
上位階層において算出された前記サブブロックの平均画素値は、当該上位階層の直下に位置する下位階層における前記ブロックの平均画素値として、当該下位階層に供給されることを特徴とする請求項13に記載された画像処理プログラム。 The image processing method is recursively executed in a hierarchical structure in which the size of the block is gradually reduced as the hierarchy becomes lower,
The average pixel value of the sub-block calculated in the upper hierarchy is supplied to the lower hierarchy as an average pixel value of the block in a lower hierarchy located immediately below the upper hierarchy. The described image processing program.
前記サブブロックの予測画素値と、真の画素値との差分を予測残差として算出するステップと、
前記算出された予測残差に対して、非可逆変換を施すステップと、
前記非可逆変換が施された予測残差に対して、エントロピー符号化を施すことによって、圧縮データの一部としての画像の交流成分を生成するステップと、
前記非可逆変換が施された前記予測残差に対して、当該非可逆変換の逆処理を行うことによって、前記加算器に供給すべき前記予測残差を生成するステップと
をさらに有することを特徴とする請求項13または14に記載された画像処理プログラム。 The image processing program is an encoding program for compressing an image,
Calculating a difference between a predicted pixel value of the sub-block and a true pixel value as a prediction residual;
Performing an irreversible transformation on the calculated prediction residual;
Generating an alternating current component of an image as a part of compressed data by performing entropy coding on the prediction residual subjected to the irreversible transformation;
Generating the prediction residual to be supplied to the adder by performing inverse processing of the lossy transformation on the prediction residual subjected to the lossy transformation. The image processing program according to claim 13 or 14.
画像の圧縮データに対して、画像圧縮時に施された非可逆変換およびエントロピー符号化の逆処理を行うことによって、前記サブブロックの平均画素値の算出に用いられる前記予測残差を復元するステップをさらに有することを特徴とする請求項13または14に記載された画像処理プログラム。 The image processing program is a decoding program for expanding an image,
Restoring the prediction residual used for calculating the average pixel value of the sub-block by performing inverse processing of irreversible transformation and entropy coding performed at the time of image compression on the compressed data of the image; The image processing program according to claim 13 or 14, further comprising:
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