JP2011234316A - Image encoding apparatus, image decoding apparatus and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reproduce a high-quality image closest to a source image from an image obtained by downsampling the source image.SOLUTION: A downsampling section 10 performs wavelet decomposition on and downsamples a source image F to produce a low-resolution downsampling image CA, and an encoding section 12 encodes the downsampling image CAproduced by the downsampling section 10. A variance value determining section 11 determines variance values σ, σ, σof a Gaussian filter for producing an image closest to the source image in upsampling processing at a receiving side based on downsampling images CA, CAproduced by the downsampling section 10. The receiving side performs spatial frequency upsampling using the variance values σ, σ, σto produce a high-quality image closest to the source image F.

Description

本発明は、高精細画像の伝送を行う機器に用いて好適な画像符号化装置、画像復号装置及びプログラムに関する。   The present invention relates to an image encoding device, an image decoding device, and a program suitable for use in a device that transmits high-definition images.

近年、画像符号化の分野ではデジタル画像の高精細化が進んでいる。高精細画像は膨大な情報量を持つため、限られた帯域で伝送するためには高圧縮符号化する必要がある。しかしながら、膨大な情報量を持つ高精細画像を既存の符号化で処理し伝送するには限界がある。そこで、線形LPF(Low Pass Filter)及び間引きによるダウンサンプリング処理を行う手法が案出されている。   In recent years, high-definition digital images have been advanced in the field of image coding. Since a high-definition image has an enormous amount of information, it needs to be highly compressed and encoded in order to transmit in a limited band. However, there is a limit to processing and transmitting a high-definition image having an enormous amount of information with existing encoding. Therefore, a method of performing a downsampling process by linear LPF (Low Pass Filter) and thinning has been devised.

この手法では、送信側の画像符号化装置は、ダウンサンプリングした画像を符号化して送信する。受信側の画像復号装置は、符号化されたダウンサンプリング画像を受信し復号した後、線形フィルタ、ラプラシアンピラミッド、ウェーブレット分解、非線形処理などによりアップサンプリング処理を施し、元の原画像を再生する。これにより、膨大な情報量を持つ高精細画像を符号化して伝送することなく、元の高精細画像を再生することができる。なお、基本的なウェーブレットを用いた空間周波数アップサンプリング手法として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。   In this method, the image encoding device on the transmission side encodes and transmits the downsampled image. The image decoding apparatus on the receiving side receives and decodes the encoded down-sampled image, and then performs up-sampling processing using a linear filter, a Laplacian pyramid, wavelet decomposition, nonlinear processing, and the like to reproduce the original original image. Thereby, the original high-definition image can be reproduced without encoding and transmitting a high-definition image having an enormous amount of information. As a spatial frequency upsampling method using a basic wavelet, for example, the one disclosed in Patent Document 1 is known.

特表2007−504523号公報Special table 2007-504523

しかしながら、空間周波数ダウンサンプリングした画像を空間周波数アップサンプリング処理して原画像を再生する場合、原画像と同程度の高画質な画像を再生することが困難であるという課題がある。   However, when the original image is reproduced by performing the spatial frequency down-sampling process on the spatial frequency down-sampled image, there is a problem that it is difficult to reproduce an image having a high quality comparable to the original image.

そこで、本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、原画像を空間周波数ダウンサンプリングして得られた画像を伝送しても、受信側で原画像に最も近い高画質な画像を再生することができる画像符号化装置、画像復号装置及びプログラムを提供することにある。   Therefore, the present invention has been made to solve such a problem. The purpose of the present invention is to obtain a high-level image that is closest to the original image on the receiving side even if an image obtained by spatial frequency down-sampling the original image is transmitted. An object of the present invention is to provide an image encoding device, an image decoding device, and a program capable of reproducing an image with high image quality.

上記目的を達成するために、請求項1の画像符号化装置の発明は、原画像を空間周波数ダウンサンプリング処理し、空間周波数ダウンサンプリング画像を生成するダウンサンプリング手段と、前記ダウンサンプリング手段により生成された前記空間周波数ダウンサンプリング画像に基づいて、空間周波数アップサンプリングにより前記原画像が再生される際に用いられるフィルタリング処理用のフィルタリングパラメータを決定するフィルタリングパラメータ決定手段と、前記ダウンサンプリング手段により生成された前記空間周波数ダウンサンプリング画像、及び前記フィルタリングパラメータ決定手段により決定された前記フィルタリングパラメータのうち、少なくとも前記空間周波数ダウンサンプリング画像を符号化する符号化手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an image encoding apparatus according to claim 1 is generated by a downsampling unit that performs a spatial frequency downsampling process on an original image and generates a spatial frequency downsampling image, and the downsampling unit. Based on the spatial frequency down-sampled image, filtering parameter determining means for determining a filtering parameter for filtering processing used when the original image is reproduced by spatial frequency up-sampling, and generated by the down-sampling means Coding means for coding at least the spatial frequency down-sampled image among the spatial frequency down-sampled image and the filtering parameter determined by the filtering parameter determination means; Characterized by comprising a.

また、請求項2の発明は、請求項1に記載の画像符号化装置において、前記ダウンサンプリング手段が、原画像をオクターブ分解フィルタバンク処理し、分解階数n(nは整数)の低周波領域成分の空間周波数ダウンサンプリング画像を生成し、前記フィルタリングパラメータ決定手段が、前記ダウンサンプリング手段により生成された分解階数nの低周波領域成分を前記オクターブ分解フィルタバンク処理し、分解階数n+1における水平、垂直及び斜めの高周波領域成分を求め、これらの水平、垂直及び斜めの高周波領域成分の各々を空間低周波領域成分とし、ゼロ行列を空間高周波領域成分として、オクターブ再構成フィルタバンク処理にて拡大し、拡大して得られた分解階数nの水平、垂直及び斜めの高周波領域成分を任意のフィルタリングパラメータを用いてフィルタリング処理し、フィルタリング処理して得られた分解階数nの水平、垂直及び斜めの高周波領域成分を空間高周波領域成分とし、この空間高周波領域成分と分解階数nの前記低周波領域成分に対してオクターブ再構成フィルタバンク処理により拡大し、拡大して得られた分解階数n−1の低周波領域成分と、前記ダウンサンプリング手段により生成された分解階数n−1の低周波領域成分とを比較し、この差分値が最も小さくなるように前記フィルタリングパラメータの値を変化させることで、前記フィルタリングパラメータを決定することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the image coding apparatus according to the first aspect, the down-sampling means performs an octave decomposition filter bank process on the original image, and a low frequency region component of decomposition rank n (n is an integer). Spatial frequency down-sampled image, and the filtering parameter determination means performs the octave decomposition filter bank processing on the low-frequency domain components of the decomposition rank n generated by the down-sampling means, and the horizontal, vertical and Diagonal high-frequency region components are obtained, and each of these horizontal, vertical, and oblique high-frequency region components is set as a spatial low-frequency region component, and the zero matrix is expanded as a spatial high-frequency region component and expanded by octave reconstruction filter bank processing. The horizontal, vertical, and diagonal high-frequency region components of the decomposition rank n obtained by Filtering processing is performed using ring parameters, and horizontal, vertical, and diagonal high-frequency region components of the decomposition rank n obtained by filtering processing are used as spatial high-frequency region components, and the spatial high-frequency region components and the low-frequency region of the decomposition rank n The component is expanded by octave reconstruction filter bank processing, and the low-frequency region component of decomposition rank n-1 obtained by the expansion, and the low-frequency region component of decomposition rank n-1 generated by the downsampling means And the filtering parameter is determined by changing the value of the filtering parameter so that the difference value is minimized.

また、請求項3の発明は、請求項2に記載の画像符号化装置において、前記オクターブ分解フィルタバンク処理として、ウェーブレット分解を用いることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the image encoding device according to the second aspect, wavelet decomposition is used as the octave decomposition filter bank processing.

また、請求項4の発明は、請求項2または3に記載の画像符号化装置において、前記オクターブ再構成フィルタバンク処理として、ウェーブレット再構成を用いることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the image encoding device according to the second or third aspect, wavelet reconstruction is used as the octave reconstruction filter bank processing.

また、請求項5の発明は、請求項1から4までのいずれか一項に記載の画像符号化装置において、前記フィルタリング処理にガウシアンフィルタ処理を用い、前記フィルタリングパラメータにガウシアンフィルタの分散値を用いることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the image encoding device according to any one of the first to fourth aspects, a Gaussian filter process is used for the filtering process, and a variance value of a Gaussian filter is used for the filtering parameter. It is characterized by that.

また、請求項6の画像復号装置の発明は、請求項2から5までのいずれか一項に記載の画像符号化装置により符号化された空間周波数ダウンサンプリング画像を復号する復号手段と、前記復号手段により復号された前記空間周波数ダウンサンプリング画像である分解階数nの低周波領域成分をオクターブ分解フィルタバンク処理し、この処理で得られた分解階数n+1の水平、垂直及び斜めの高周波領域成分の各々を空間低周波領域成分とし、ゼロ行列を空間高周波領域成分として、オクターブ再構成フィルタバンク処理にて拡大し、拡大した分解階数nの水平、垂直及び斜めの高周波領域成分の各々を、前記画像符号化装置により決定された前記フィルタリングパラメータを用いてフィルタリング処理し、フィルタリング処理して得られた分解階数nの水平、垂直及び斜めの高周波領域成分と空間周波数アップサンプリング前の分解階数nの低周波領域成分を用いてオクターブ再構成フィルタバンク処理を行い、空間周波数アップサンプリングするアップサンプリング手段と、を備えたことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an image decoding apparatus comprising: decoding means for decoding a spatial frequency down-sampled image encoded by the image encoding apparatus according to any one of claims 2 to 5; The low frequency region component of decomposition rank n which is the spatial frequency down-sampled image decoded by the means is subjected to octave decomposition filter bank processing, and each of the horizontal, vertical and diagonal high frequency region components of decomposition rank n + 1 obtained by this processing Is the spatial low-frequency region component, the zero matrix is the spatial high-frequency region component, and is expanded by octave reconstruction filter bank processing, and each of the expanded horizontal, vertical, and diagonal high-frequency region components of the decomposition rank n is Obtained by performing a filtering process using the filtering parameter determined by the converting apparatus, and a filtering process. Upsampling means for performing octave reconstruction filter bank processing using the horizontal, vertical and diagonal high frequency region components of the solution rank n and the low frequency region components of the decomposition rank n before the spatial frequency upsampling, and performing spatial frequency upsampling; It is provided with.

また、請求項7の発明は、コンピュータを、請求項1から5までのいずれか一項に記載の画像符号化装置として機能させるための画像符号化プログラムである。   The invention of claim 7 is an image encoding program for causing a computer to function as the image encoding apparatus according to any one of claims 1 to 5.

また、請求項8の発明は、コンピュータを、請求項6に記載の画像復号装置として機能させるための画像復号プログラムである。   The invention according to claim 8 is an image decoding program for causing a computer to function as the image decoding apparatus according to claim 6.

本発明によれば、原画像をオクターブ分解フィルタバンク処理し、空間周波数ダウンサンプリング画像を生成して符号化すると共に、生成した空間周波数ダウンサンプリング画像に基づいて、空間周波数アップサンプリングにより原画像に最も近い画像を再生可能とするフィルタリングパラメータを決定するようにした。これにより、原画像をダウンサンプリングして得られた空間周波数ダウンサンプリング画像を受信側へ送信しても、受信側は、そのフィルタリングパラメータを用いて空間周波数アップサンプリングを行うことにより、従来よりも高画質な画像を再生することができる。   According to the present invention, the original image is subjected to octave decomposition filter bank processing, and a spatial frequency down-sampled image is generated and encoded. The filtering parameter that makes it possible to reproduce close images was determined. As a result, even if the spatial frequency downsampled image obtained by downsampling the original image is transmitted to the receiving side, the receiving side performs higher spatial sampling by using the filtering parameter, thereby increasing the frequency. High quality images can be played back.

本発明の実施例による画像符号化装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the image coding apparatus by the Example of this invention. 画像符号化装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of an image coding apparatus. 画像符号化装置におけるダウンサンプリング処理の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the downsampling process in an image coding apparatus. 画像符号化装置における分散値決定処理の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the dispersion value determination process in an image coding apparatus. 画像符号化装置における分散値決定処理の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the dispersion value determination process in an image coding apparatus. 画像符号化装置における符号化及び送信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the encoding and transmission process in an image coding apparatus. 画像符号化装置における分散値決定処理の変形例の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the modification of the variance value determination process in an image coding apparatus. 本発明の実施例による画像復号装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the image decoding apparatus by the Example of this invention. 画像復号装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of an image decoding apparatus. 画像復号装置における受信及び復号処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the reception and decoding process in an image decoding apparatus. 画像復号装置におけるアップサンプリング処理の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the upsampling process in an image decoding apparatus. 画像復号装置におけるアップサンプリング処理の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the upsampling process in an image decoding apparatus.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。以下に説明する本発明の実施例は、ウェーブレット分解を用いて原画像を空間周波数ダウンサンプリング(以下、”ダウンサンプリング”という。)し、これにより得られた空間周波数ダウンサンプリング画像(以下、”ダウンサンプリング画像”という。)を符号化して伝送する画像符号化装置を想定している。なお、実施例では、ダウンサンプリングにウェーブレット分解を用いるが、線形フィルタなどを用いることも可能である。すなわち、オクターブ分解フィルタバンク処理を行えるものであれば、どのようなものでも使用可能である。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In the embodiment of the present invention described below, an original image is subjected to spatial frequency downsampling (hereinafter referred to as “downsampling”) using wavelet decomposition, and a spatial frequency downsampled image (hereinafter referred to as “downsampling”) obtained thereby. Assume an image encoding apparatus that encodes and transmits a “sampled image”. In the embodiment, wavelet decomposition is used for downsampling, but a linear filter or the like can also be used. That is, any device that can perform octave decomposition filter bank processing can be used.

(画像符号化装置の構成)
図1は、本発明の実施例による画像符号化装置1の概略構成を示すブロック図である。この画像符号化装置1は、原画像Fをウェーブレット分解してダウンサンプリングし、低解像度のダウンサンプリング画像CA(n)(n:分解階数)を出力するダウンサンプリング部(ダウンサンプリング手段)10と、ダウンサンプリング部10でウェーブレット分解して得られたダウンサンプリング画像CA(n),CA(n−1)を基に、後述するアップサンプリング処理で用いるガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)(下付符号CH,CV,CDは、水平、垂直、斜め方向の高周波成分を示す)を決定する分散値決定部(フィルタリングパラメータ決定手段)11と、ダウンサンプリング部10でウェーブレット分解して得られたダウンサンプリング画像CA(n)を符号化する符号化部(符号化手段)12と、符号化部12で符号化されたダウンサンプリング画像EnCA(n)及び分散値決定部11で決定されたガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を放送波として送信する送信部13と、を備えて構成される。なお、ガウシアンフィルタの分散値は情報量が少ないことから本実施例では符号化してないが、符号化しても構わない。
(Configuration of image encoding device)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an image encoding device 1 according to an embodiment of the present invention. The image encoding apparatus 1 includes a downsampling unit (downsampling means) 10 that performs wavelet decomposition on an original image F, downsamples, and outputs a low-resolution downsampled image CA (n) (n: decomposition rank). Based on the downsampled images CA (n) and CA (n−1) obtained by wavelet decomposition in the downsampling unit 10, variance values σ CH (n) and σ CV of a Gaussian filter used in the upsampling process described later. (N) , σ CD (n) (subscripts CH, CV, CD indicate high-frequency components in the horizontal, vertical, and diagonal directions), a dispersion value determining unit (filtering parameter determining means) 11, and downsampling encoding for encoding the downsampled picture CA (n) obtained by wavelet decomposition in parts 10 And (encoding means) 12, the coded downsampled image EnCA the encoding unit 12 (n) and the variance of the Gaussian filter determined by the variance determining section 11 σ CH (n), σ CV (n) , Σ CD (n) as a broadcast wave. Note that the variance value of the Gaussian filter is not encoded in this embodiment because the amount of information is small, but may be encoded.

図2は、画像符号化装置1の機能ブロック図である。空間ウェーブレット分解処理は、前述したダウンサンプリング部10で行われる処理であり、各n階空間高周波成分へのガウシアンフィルタ適用処理、空間ウェーブレット拡大処理及び画像比較処理は、分散値決定部11で行われる処理である。以下、ダウンサンプリング部10、分散値決定部11、符号化部12及び送信部13における処理を詳細に説明する。   FIG. 2 is a functional block diagram of the image encoding device 1. The spatial wavelet decomposition process is a process performed by the downsampling unit 10 described above, and a Gaussian filter application process, a spatial wavelet enlargement process, and an image comparison process for each n-th spatial high-frequency component are performed by the variance value determination unit 11. It is processing. Hereinafter, processing in the downsampling unit 10, the variance value determining unit 11, the encoding unit 12, and the transmission unit 13 will be described in detail.

(ダウンサンプリング部10におけるダウンサンプリング処理)
本実施例ではダウンサンプリング処理にウェーブレット分解を用いる。ウェーブレット分解階数は縮小したいサイズにより決定される。縮小したいサイズが縦、横とも1/2の場合、分解階数はn+1となる。例えば、縮小したいサイズが縦、横とも1/2の場合、分解階数は2となる。なお、ダウンサンプリング処理に用いるウェーブレットをwavelet_nとし、分解階数がn階の水平低周波・垂直低周波の周波数成分をCA(n)(χ,Ψ)、水平高周波・垂直低周波成分をCH(n)(χ,Ψ)、水平低周波・垂直高周波成分をCV(n)(χ,Ψ)、水平高周波・垂直高周波成分をCD(n)(χ,Ψ)とする。水平と垂直の(x,y)を(χ,Ψ)と表示したのは、解像度を変換すると、縦、横とも標本が半分になってしまうので、(x,y)と表示せず、(χ,Ψ)と表示している。
(Downsampling processing in the downsampling unit 10)
In this embodiment, wavelet decomposition is used for downsampling processing. The wavelet decomposition rank is determined by the size to be reduced. When the size to be reduced is 1/2 n in both the vertical and horizontal directions, the decomposition rank is n + 1. For example, the size to be reduced is both vertically and horizontally when 1/2 1, decomposition rank is 2. The wavelet used for the downsampling process is wavelet_n, the horizontal low frequency / vertical low frequency components of decomposition rank n are CA (n) (χ, Ψ), and the horizontal high frequency / vertical low frequency components are CH (n ) (Χ, ψ), horizontal low frequency / vertical high frequency components are CV (n) (χ, ψ), and horizontal high frequency / vertical high frequency components are CD (n) (χ, ψ). The horizontal and vertical (x, y) is displayed as (χ, Ψ) because the sample is halved both vertically and horizontally when the resolution is converted, so (x, y) is not displayed. χ, Ψ).

ダウンサンプリング部10は、原画像F(x,y,t)に対し、n階離散ウェーブレット分解DWT(n)(F(x,y,t),wavelet_n)を用いて、式(1)のように分解する。tは時間を示す。
[数式1]
[CA(n),CH(n),CV(n),CD(n)]=DWT(n)(F(x,y,t),wavelet_n) ・・・(1)
The downsampling unit 10 uses the n-th order discrete wavelet decomposition DWT (n) (F (x, y, t), wavelet_n) for the original image F (x, y, t) as shown in Expression (1). Disassembled into t indicates time.
[Formula 1]
[CA (n) , CH (n) , CV (n) , CD (n) ] = DWT (n) (F (x, y, t), wavelet_n) (1)

図3は、ダウンサンプリング処理の様子を示す図である。1階離散ウェーブレット分解DWT(1)により、原画像Fから水平低周波・垂直低周波の周波数成分CA(1)、水平高周波・垂直低周波成分CH(1)、水平低周波・垂直高周波成分CV(1)、水平高周波・垂直高周波成分CD(1)が得られる。そして、CA(1)から水平低周波・垂直低周波の周波数成分CA(2)、水平高周波・垂直低周波成分CH(2)、水平低周波・垂直高周波成分CV(2)、水平高周波・垂直高周波成分CD(2)が得られる。最終的に求めるダウンサンプリング画像はn階離散ウェーブレット分解成分CA(n)となる。 FIG. 3 is a diagram illustrating a state of the downsampling process. By using the first-order discrete wavelet decomposition DWT (1) , horizontal low frequency / vertical low frequency frequency component CA (1) , horizontal high frequency / vertical low frequency component CH (1) , horizontal low frequency / vertical high frequency component CV from the original image F are obtained. (1) Horizontal high frequency / vertical high frequency component CD (1) is obtained. Then, from CA (1) to horizontal low frequency / vertical low frequency component CA (2) , horizontal high frequency / vertical low frequency component CH (2) , horizontal low frequency / vertical high frequency component CV (2) , horizontal high frequency / vertical. A high frequency component CD (2) is obtained. The finally obtained down-sampled image is an n-th order discrete wavelet decomposition component CA (n) .

(分散値決定部11におけるガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)の決定処理)
図4は、分散値決定部11の処理の概要を示す図である。まず、分散値決定部11は、分解階数nの低周波領域成分CA(n)を1階離散ウェーブレット分解して、分解階数n+1における水平、垂直、斜め方向の各高周波領域成分CH(n+1),CV(n+1),CD(n+1)を得る(ステップS1)。そして、水平、垂直、斜め方向の各高周波領域成分CH(n+1),CV(n+1),CD(n+1)の各々を空間低周波領域成分とし、同じサイズのゼロ行列を空間高周波領域成分として1階離散ウェーブレット再構成により、水平、垂直方向に2倍拡大し、ExCH(n),ExCV(n),ExCD(n)を得る(ステップS2)。
(Determination processing of variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter in the variance value determination unit 11)
FIG. 4 is a diagram showing an outline of processing of the variance value determination unit 11. First, the dispersion value determining unit 11 performs first-order discrete wavelet decomposition on the low-frequency domain component CA (n) of the decomposition rank n, and each high-frequency domain component CH (n + 1) , horizontal, vertical, and diagonal directions in the decomposition rank n + 1. CV (n + 1) and CD (n + 1) are obtained (step S1). Each of the high-frequency region components CH (n + 1) , CV (n + 1) , and CD (n + 1) in the horizontal, vertical, and diagonal directions is used as the spatial low-frequency region component, and the zero matrix of the same size is used as the spatial high-frequency region component. ExCH (n) , ExCV (n) , and ExCD (n) are obtained by enlarging the horizontal and vertical directions twice by the discrete wavelet reconstruction (step S2).

式(2)に、CH(n+1)を空間低周波領域成分、同じサイズのゼロ行列を空間高周波領域成分として1階離散ウェーブレット再構成した式を示す。0はゼロ行列を示す。
[数式2]
ExCH(n)=IDWT(1)(CH(n+1),0,0,0,wavelet_n) ・・・(2)
Equation (2) shows an equation obtained by reconstructing the first-order discrete wavelet using CH (n + 1) as a spatial low frequency region component and a zero matrix of the same size as a spatial high frequency region component. 0 indicates a zero matrix.
[Formula 2]
ExCH (n) = IDWT (1) (CH (n + 1) , 0, 0, 0, wavelet_n) (2)

水平、垂直方向に2倍拡大したExCH(n),ExCV(n),ExCD(n)を得た後、ガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を用いたガウシアンフィルタによるフィルタリングを行い、GExCH(n),GExCV(n),GExCD(n)を得る(ステップS3)。この場合、ガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)は、初期値として任意の値または経験値が用いられる。例えば、ガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)のそれぞれを0.1から0.1刻みで変化させるものとすると、初期値は、例えばσCH (n)=0.1,σCV (n)=0.1,σCD (n)=0.1となる。 After obtaining ExCH (n) , ExCV (n) , and ExCD (n) expanded twice in the horizontal and vertical directions, the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter are obtained. And GExCH (n) , GExCV (n) , GExCD (n) are obtained (step S3). In this case, arbitrary values or empirical values are used as initial values for the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , and σ CD (n) of the Gaussian filter. For example, if the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , and σ CD (n) of the Gaussian filter are changed in increments of 0.1 to 0.1, the initial value is, for example, σ CH ( n) = 0.1, σ CV (n) = 0.1, and σ CD (n) = 0.1.

ガウシアンフィルタによるフィルタリングを行って、GExCH(n)、GExCV(n)、GExCD(n)を得た後、低周波領域成分CA(n)を空間低周波領域成分とし、GExCH(n),GExCV(n),GExCD(n)を空間高周波領域成分として、1階離散ウェーブレット再構成により水平、垂直方向に2倍拡大し、GExCA(n−1)を得る(ステップS4)。 After performing filtering using a Gaussian filter to obtain GExCH (n) , GExCV (n) , GExCD (n) , the low frequency region component CA (n) is used as the spatial low frequency region component, and GExCH (n) , GExCV ( n) , GExCD (n) is used as a spatial high-frequency region component, and doubled horizontally and vertically by first-order discrete wavelet reconstruction to obtain GExCA (n-1) (step S4).

GExCA(n−1)を得た後、CA(n−1)との間の差分値を計算する。今回の差分値が前回の差分値より小さければ、今回の差分値と今回使用したガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)をそれぞれ記憶する。なお、分散値決定部11は図示しないメモリを有しており、このメモリに今回の差分値と今回使用したガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を記憶する。最初の1回目は前回の差分値が無いことから、今回算出した差分値と今回使用したガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)をそのまま記憶する。また、画像の評価方法としては、平均二乗誤差(MSE:Mean Square Error)があり、この評価方法を用いるとよい。 After obtaining GExCA (n-1) , a difference value from CA (n-1) is calculated. If the current difference value is smaller than the previous difference value, the current difference value and the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter used this time are stored. The variance value determining unit 11 has a memory (not shown), and in this memory, the current difference value and the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter used this time. Remember. Since there is no previous difference value at the first time, the difference value calculated this time and the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter used this time are stored as they are. Further, as an image evaluation method, there is a mean square error (MSE), and this evaluation method may be used.

以上のステップS1〜ステップS5の処理をガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を変化させながら繰り返し行い、GExCA(n−1)とCA(n−1)との間の差分値が最も小さくなるときのガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を決定する。決定したガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)をダウンサンプリング画像EnCA(n)と共に、受信側(後述する画像復号装置2)へ送信する。受信側では、ガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を受信して使用することにより、ダウンサンプリング画像EnCA(n)から原画像に最も近い画像を再生することができる。 The processes in steps S1 to S5 are repeated while changing the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter, and GExCA (n−1) and CA (n− The variance values σ CH (n) , σ CV (n) , and σ CD (n) of the Gaussian filter when the difference value from 1) is the smallest are determined. The determined variance values σ CH (n) , σ CV (n) and σ CD (n) of the Gaussian filter are transmitted to the receiving side (image decoding apparatus 2 described later ) together with the down-sampled image EnCA (n) . On the receiving side, by receiving and using the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter, an image closest to the original image from the down-sampled image EnCA (n) is obtained. Can be played.

図5は、ガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を決定する処理の概要を示すフローチャートである。画像符号化装置1は、原画像F(x,y,t)を空間ウェーブレット分解し、各n階のガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を決定して、CA(n)と共に出力する。 FIG. 5 is a flowchart showing an outline of processing for determining the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , and σ CD (n) of the Gaussian filter. The image encoding device 1 performs spatial wavelet decomposition on the original image F (x, y, t), and uses the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of each nth-order Gaussian filter. Determine and output with CA (n) .

なお、線形(直線)位相特性を持つHaar等のウェーブレット以外のウェーブレットを用いる場合は、ExCH(n),ExCV(n),ExCD(n)の位相に注意する必要がある。ExCH(n),ExCV(n),ExCD(n)を水平、垂直位相(φμ,φν)分だけずらした画像ExCH(n)(χ+φμ,Ψ+φν),ExCV(n)(χ+φμ,Ψ+φν),ExCD(n)(χ+φμ,Ψ+φν)についてGExCH(n),GExCV(n),GExCD(n)を得て、位相を変化させながら最終的にガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を決定するとよい。但し、本実施例では、ガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を変化させながらCA(n−1)とGExCA(n−1)を比較するため、この部分で位相ずれによる劣化はある程度吸収される。このため、処理量も多く大規模回路処理となる位相合わせ処理は必ずしも必要ではない。 When a wavelet other than the wavelet such as Haar having linear (linear) phase characteristics is used, it is necessary to pay attention to the phases of ExCH (n) , ExCV (n) , and ExCD (n) . ExCH (n) , ExCV (n) , ExCD (n) are shifted by horizontal and vertical phases (φ μ , φ ν ) ExCH (n) (χ + φ μ , Ψ + φ ν ), ExCV (n) (χ + φ μ , Ψ + φ ν), ExCD (n) (χ + φ μ, Ψ + φ ν) GExCH (n) for, GExCV (n), to obtain GExCD (n), the variance value of the finally Gaussian filter while changing the phase sigma CH (N) , σ CV (n) , and σ CD (n) may be determined. In this embodiment, however, CA (n−1) and GExCA (n−1) are compared while changing the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , and σ CD (n) of the Gaussian filter. In this part, deterioration due to phase shift is absorbed to some extent. For this reason, a phase matching process that requires a large amount of processing and a large-scale circuit process is not necessarily required.

(分散値決定部11におけるガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)の決定処理の詳細)
分散値決定部11は、階層n+1における斜め方向高周波領域成分CD(n+1)を、水平、垂直方向に2倍拡大した後(図4のステップS2)、ガウシアンフィルタを用いてフィルタリングする(図4のステップS3)。式(3)にガウシアンフィルタを示す。
[数式3]
Gauss(x,y,σ)=exp(−(x+y)/2σ) ・・・(3)
(Details of determination processing of variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter in the variance value determination unit 11)
The variance value determining unit 11 enlarges the diagonal high-frequency region component CD (n + 1) in the layer n + 1 twice in the horizontal and vertical directions (step S2 in FIG. 4), and then filters using a Gaussian filter (in FIG. 4). Step S3). Equation (3) shows a Gaussian filter.
[Formula 3]
Gauss (x, y, σ) = exp (− (x 2 + y 2 ) / 2σ 2 ) (3)

式(3)のσは分散を表す。斜め方向高周波領域成分CD(n+1)を水平、垂直方向に2倍拡大してExCD(n)を得た後(図4のステップS2)、式(3)のガウシアンフィルタを用いて式(4)に示すフィルタリング処理を行い(図4のステップS3)、GExCD(n)を得る。なお、式(3)のσは、本処理がExCD(n)のフィルタリングを行う処理内であるため、σCD (n)となる。 Σ 2 in the formula (3) represents dispersion. After the diagonal high-frequency region component CD (n + 1) is doubled horizontally and vertically to obtain ExCD (n) ( step S2 in FIG. 4), the equation (4 ) is obtained using the Gaussian filter of equation (3). (Step S3 in FIG. 4 ) to obtain GExCD (n) . Note that σ in Expression (3) is σ CD (n) because this processing is within the processing for filtering ExCD (n) .

[数式4]

Figure 2011234316
[Formula 4]
Figure 2011234316

また、分散値決定部11は、階層n+1における水平方向高周波領域成分CH(n+1)、垂直方向高周波領域成分CV(n+1)を、水平、垂直方向に2倍拡大した後、方向性拡張したガウシアンフィルタを用いて拡大する。式(5)に方向性拡張したガウシアンフィルタを示す。
[数式5]
ExGauss(x,y,α,β,σ)=exp(−(αx+βy)/2σ
・・・(5)
Further, the variance value determining unit 11 enlarges the horizontal high-frequency region component CH (n + 1) and the vertical high-frequency region component CV (n + 1) in the layer n + 1 twice in the horizontal and vertical directions, and then expands the directionality. Use to enlarge. Equation (5) shows a Gaussian filter expanded in directionality.
[Formula 5]
ExGauss (x, y, α, β, σ) = exp (− (αx 2 + βy 2 ) / 2σ 2 )
... (5)

式(5)のα,βは方向性拡張係数であり、水平方向高周波領域成分CH(n)の場合はα=1,β=0、垂直方向高周波領域成分CV(n)の場合はα=0,β=1となる。以下では、σCH (n)を決定する場合のみを説明するが、σCD (n)も同様に決定することができる。 In the equation (5), α and β are directional expansion coefficients, α = 1 and β = 0 in the case of the horizontal high-frequency region component CH (n) , and α = in the case of the vertical high-frequency region component CV (n). 0, β = 1. Hereinafter, only the case of determining σ CH (n) will be described, but σ CD (n) can be determined in the same manner.

階層n+1における水平方向高周波領域成分CH(n+1)を水平、垂直方向に2倍拡大してExCH(n)を得た後、式(5)の方向性拡張したガウシアンフィルタを用いて、式(6)に示すフィルタリング処理を行い、GExCH(n)を得る。なお、式(5)のσは、本処理がCH(n)のフィルタリングを行う処理内であるため、σCH (n)となる。
[数式6]

Figure 2011234316
After the horizontal high-frequency region component CH (n + 1) in the hierarchy n + 1 is expanded twice in the horizontal and vertical directions to obtain ExCH (n) , using the Gaussian filter expanded in the direction of Expression (5), Expression (6) ) To obtain GExCH (n) . Note that σ in Expression (5) is σ CH (n) because the present process is within the process of filtering CH (n) .
[Formula 6]
Figure 2011234316

以上の処理により、分散値決定部11は、ガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を計算した後、CA(n),GExCH(n),GExCV(n),GExCD(n)を用いて1階離散ウェーブレット再構成を行い(図4のステップS4)、GExCA(n−1)を得る。最後に、式(7)に示すように、CA(n−1)の領域とGExCA(n−1)の領域における平均二乗誤差(RMS)の計算を行い、RMS(CA(n−1))及びRMS(GExCA(n−1))を得て、その差分値を計算する(図4のステップS5)。以上の処理をガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)の値を変化させながら行い、Diff_rms(σCH (n),σCV (n),σCD (n))が最小となるガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を求める。 Through the above processing, the variance value determination unit 11 calculates the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter, and then CA (n) , GExCH (n) , GExCV. (N) , GExCD (n) is used to perform first-order discrete wavelet reconstruction (step S4 in FIG. 4 ) to obtain GExCA (n-1) . Finally, as shown in the equation (7), the mean square error (RMS) in the area of CA (n-1) and the area of GExCA (n-1 ) is calculated, and RMS (CA (n-1) ) And RMS (GExCA (n-1) ) are obtained and the difference value is calculated (step S5 in FIG. 4). The above processing is performed while changing the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter, and Diff_rms (σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (N) The variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter that minimizes) are obtained.

[数式7]
Diff_rms(σCH (n),σCV (n),σCD (n))=
RMS(CA(n−1)(σCH (n),σCV (n),σCD (n)))−RMS(GExCA(n−1)(σCH (n),σCV (n),σCD (n)
σCH (n)=argmin(Diff_rms(σCH (n)))
σCV (n)=argmin(Diff_rms(σCV (n))) ・・・(7)
σCD (n)=argmin(Diff_rms(σCD (n)))
[Formula 7]
Diff_rms (σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) ) =
RMS (CA (n-1)CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) ))-RMS (GExCA (n-1)CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) )
σ CH (n) = argmin (Diff_rms (σ CH (n) ))
σ CV (n) = argmin (Diff_rms (σ CV (n) )) (7)
σ CD (n) = argmin (Diff_rms (σ CD (n) ))

(符号化部12における符号化処理)
符号化部12は、式(1)で求めたCA(n)を符号化する。本実施例では、ダウンサンプリング処理とアップサンプリング処理を1フレーム単位で行うため、符号化部12は、JPEG、JPEG200、MPEG−2、H.264|MPEG−4 AVC等の様々な符号化方法を用いることができる。
(Encoding process in the encoding unit 12)
The encoding unit 12 encodes CA (n) obtained by Expression (1). In the present embodiment, since the downsampling process and the upsampling process are performed in units of one frame, the encoding unit 12 performs JPEG, JPEG200, MPEG-2, H.264, and so on. Various encoding methods such as H.264 | MPEG-4 AVC can be used.

(送信部13における送信処理)
送信部13は、符号化部12で符号化されたEnCA(n)を放送波として送信する。このとき、例えば、MPEG−2 TSのヘッダに、分散値決定部11により決定されたガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を収容して送信する。図6は、符号化及び送信処理を示すフローチャートである。画像符号化装置1は、CA(n)を符号化してEnCA(n)を得て、EnCA(n)と共にガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を送信する。
(Transmission processing in the transmission unit 13)
The transmission unit 13 transmits EnCA (n) encoded by the encoding unit 12 as a broadcast wave. At this time, for example, the variance value σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter determined by the variance value determination unit 11 is accommodated in the header of MPEG-2 TS and transmitted. . FIG. 6 is a flowchart showing the encoding and transmission processing. The image encoding device 1, CA a (n) to give enca by encoding (n), enca variance of the Gaussian filter with (n) σ CH (n) , σ CV (n), σ CD (n) Send.

以上説明したように、画像符号化装置1は、原画像Fをウェーブレット分解してダウンサンプリングし、低解像度のダウンサンプリング画像CA(n)を求めて符号化する。また、画像符号化装置1は、ダウンサンプリング画像CA(n),CA(n−1)に基づいて、アップサンプリング処理により原画像に最も近い画像を生成可能なガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を決定し、符号化したダウンサンプリング画像EnCA(n)とガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)とを送信する。 As described above, the image encoding device 1 performs wavelet decomposition on the original image F, downsamples, and obtains and encodes a low-resolution downsampled image CA (n) . Further, the image encoding device 1 is based on the down-sampled images CA (n) and CA (n−1), and the variance value σ CH (n of the Gaussian filter that can generate an image closest to the original image by the up-sampling process. ) , Σ CV (n) , σ CD (n) are determined and encoded downsampled image EnCA (n) and variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter. And send.

ガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)は、以下のようにして決定する。すなわち、低周波領域成分CA(n)に対してウェーブレット分解を行い、これにより得られた水平高周波領域成分CH(n+1),垂直高周波領域成分CV(n+1),斜め高周波領域成分CD(n+1)の各々を空間低周波領域成分、同じサイズのゼロ行列を空間高周波領域成分として1階離散ウェーブレット再構成により水平、垂直方向に2倍拡大してExCH(n),ExCV(n),ExCD(n)を得る。そして、それらに対し、任意の分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を用いたガウシアンフィルタによるフィルタリングを行い、GExCH(n),GExCV(n),GExCD(n)を得る。次いで、CA(n)を空間低周波領域成分とし、GExCH(n),GExCV(n),GExCD(n)を空間高周波領域成分として、1階離散ウェーブレット再構成により水平、垂直方向に2倍拡大してGExCA(n−1)を得る。そして、得られたGExCA(n−1)と同じ分解階数のCA(n−1)と比較し、この差分値が最も小さくなるガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を決定する。 The variance values σ CH (n) , σ CV (n) and σ CD (n) of the Gaussian filter are determined as follows. That is, wavelet decomposition is performed on the low frequency region component CA (n) , and the horizontal high frequency region component CH (n + 1) , the vertical high frequency region component CV (n + 1) , and the oblique high frequency region component CD (n + 1) obtained thereby. ExCH (n) , ExCV (n) , ExCD (n) are expanded horizontally and vertically by the first-order discrete wavelet reconstruction, each of which is a spatial low frequency region component and a zero matrix of the same size as a spatial high frequency region component. Get. Then, they are filtered by a Gaussian filter using arbitrary dispersion values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) , and GExCH (n) , GExCV (n) , GExCD (n ) ) Next, CA (n) is used as a spatial low frequency region component, and GExCH (n) , GExCV (n) , and GExCD (n) are used as spatial high frequency region components, and the horizontal and vertical directions are doubled by first-order discrete wavelet reconstruction. To obtain GExCA (n-1) . Then, the resulting GExCA (n-1) compared same as decomposition rank of CA (n-1) and the dispersion value sigma CH of Gaussian filter the difference value becomes smallest (n), σ CV (n ), Determine σ CD (n) .

これにより、原画像Fをダウンサンプリングして得られた空間周波数ダウンサンプリング画像を送信しても、受信側では、原画像Fに最も近い高画質な画像を再生することができる。   Thereby, even if a spatial frequency down-sampled image obtained by down-sampling the original image F is transmitted, a high-quality image closest to the original image F can be reproduced on the receiving side.

なお、本実施例では、GExCA(n−1)とCA(n−1)とを比較することにより、ガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を決定するようにしたが、CH(n)とGExCH(n)、CV(n)とGExCV(n)、及びCD(n)とGExCD(n)のそれぞれを比較することにより、ガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を決定するようにしてもよい。 In the present embodiment, by comparing GExCA (n−1) and CA (n−1) , the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter are obtained. The dispersion value of the Gaussian filter is determined by comparing each of CH (n) and GExCH (n) , CV (n) and GExCV (n) , and CD (n) and GExCD (n). σ CH (n) , σ CV (n) , and σ CD (n) may be determined.

図7は、画像符号化装置における分散値決定処理の変形例の概要を示す図である。分散値決定部11は、CH(n)とGExCH(n)の比較において平均二乗誤差(MSE)が最小となる分散値σCH (n)を求める。また、CV(n)とGExCV(n)の比較において平均二乗誤差が最小となる分散値σCV (n)を求める。また、CD(n)とGExCD(n)の比較において平均二乗誤差が最小となる分散値σCD (n)を求める。 FIG. 7 is a diagram illustrating an outline of a modified example of the dispersion value determination process in the image encoding device. The variance value determination unit 11 obtains a variance value σ CH (n) that minimizes the mean square error (MSE) in the comparison between CH (n) and GExCH (n) . Also, a variance value σ CV (n) that minimizes the mean square error in the comparison between CV (n) and GExCV (n) is obtained. Further, a variance value σ CD (n) that minimizes the mean square error in the comparison between CD (n) and GExCD (n) is obtained.

画像符号化装置1のハード構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。すなわち、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)等の揮発性の記憶媒体、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成できる。画像符号化装置1を構成するダウンサンプリング部10、分散値決定部11、符号化部12、送信部13の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをCPUに実行させることによりそれぞれ実現できる。これらのプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク等)、光ディスク(CD−ROM、DVD等)、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもできる。   As a hardware configuration of the image encoding device 1, a normal computer can be used. That is, it can be configured by a computer having a volatile storage medium such as a CPU (Central Processing Unit) and a RAM (Random Access Memory), a nonvolatile storage medium such as a ROM (Read Only Memory), an interface, and the like. The functions of the downsampling unit 10, the variance value determination unit 11, the encoding unit 12, and the transmission unit 13 included in the image encoding device 1 can be realized by causing the CPU to execute a program describing these functions. These programs can be stored and distributed in a storage medium such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), semiconductor memory, or the like.

(画像復号装置の構成)
次に、本発明の実施例による画像復号装置について説明する。図8は、画像復号装置の概略構成を示すブロック図である。この画像復号装置2は、前述した画像符号化装置1から送信されたダウンサンプリング画像EnCA(n)及びガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を受信する受信部20と、受信部20で受信されたダウンサンプリング画像EnCA(n)を復号する復号部(復号手段)21と、受信部20で受信されたガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を用いて、復号部21で復号されたダウンサンプリング画像EnDeCA(n)をアップサンプリング処理するアップサンプリング部(アップサンプリング手段)22と、を備えて構成される。
(Configuration of image decoding device)
Next, an image decoding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the image decoding apparatus. The image decoding device 2 receives the down-sampled image EnCA (n) and the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter transmitted from the image coding device 1 described above. Receiving section 20, a decoding section (decoding means) 21 for decoding the down-sampled image EnCA (n) received by the receiving section 20, and a Gaussian filter variance value σ CH (n) , received by the receiving section 20 an upsampling unit (upsampling means) 22 for upsampling the downsampled image EnDeCA (n) decoded by the decoding unit 21 using σ CV (n) and σ CD (n). The

図10は、受信部20と復号部21の処理を示すフローチャートである。受信部20は、符号化されたダウンサンプリング画像EnCA(n)とガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を受信し、復号部21は、ダウンサンプリング画像EnCA(n)を復号してEnDeCA(n)を得る。 FIG. 10 is a flowchart showing processing of the receiving unit 20 and the decoding unit 21. The receiving unit 20 receives the encoded downsampled image EnCA (n) and the variance values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the Gaussian filter, and the decoding unit 21 receives the downsampling. The image EnCA (n) is decoded to obtain EnDeCA (n) .

図9は、画像復号装置2の機能ブロック図である。空間ウェーブレット分解処理、各n階空間高周波成分へのガウシアンフィルタ適用処理及び空間ウェーブレット拡大処理は、アップサンプリング部22にて行われる処理である。以下、アップサンプリング部22における処理を説明する。   FIG. 9 is a functional block diagram of the image decoding device 2. Spatial wavelet decomposition processing, Gaussian filter application processing to each n-th spatial high-frequency component, and spatial wavelet expansion processing are processing performed by the upsampling unit 22. Hereinafter, processing in the upsampling unit 22 will be described.

(アップサンプリング部22におけるアップサンプリング処理)
図11は、アップサンプリング処理の様子を示す図である。まず、アップサンプリング部22は、式(8)に示すように、EnCA(n)を受信して復号して得られたEnDeCA(n)を1階離散ウェーブレット分解DWT(1)し、EnDeCA(n+1),EnDeCH(n+1),EnDeCV(n+1),EnDeCD(n+1)を得る(ステップS11)。
[数式8]
[EnDeCA(n+1),EnDeCH(n+1),EnDeCV(n+1),EnDeCD(n+1)]=DWT(1)(EnDeCA(n),wavelet_n)
・・・(8)
(Upsampling process in the upsampling unit 22)
FIG. 11 is a diagram illustrating a state of the upsampling process. First, as shown in Expression (8), the upsampling unit 22 performs first-order discrete wavelet decomposition DWT (1) on EnDeCA (n) obtained by receiving EnCA (n) and decoding EnEnCA (n + 1). ), EnDeCH (n + 1) , EnDeCV (n + 1), obtaining a EnDeCD (n + 1) (step S11).
[Formula 8]
[EnDeCA (n + 1) , EnDeCH (n + 1) , EnDeCV (n + 1) , EnDeCD (n + 1) ] = DWT (1) (EnDeCA (n) , wavelet_n)
... (8)

そして、EnDeCH(n+1),EnDeCV(n+1),EnDeCD(n+1)と分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を用いて、水平、垂直、斜め方向拡大成分を計算する。EnDeCD(n+1)に対し、空間低周波領域成分にEnDeCD(n+1)、空間高周波領域成分に同じサイズのゼロ行列をおいて1階離散ウェーブレット再構成して水平2倍、垂直2倍拡大成分ExEnDeCD(n)を得る(ステップS12)。同様に、EnDeCH(n+1)とEnDeCV(n+1)に対し、1階離散ウェーブレット再構成して水平2倍、垂直2倍拡大成分ExEnDeCH(n),ExEnDeCV(n)を得る(ステップS12)。 Then, the horizontal, vertical and diagonal expansion components are calculated using EnDeCH (n + 1) , EnDeCV (n + 1) , EnDeCD (n + 1) and dispersion values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) To do. To EnDeCD (n + 1), EnDeCD the spatial low-frequency domain components (n + 1), twice the horizontal and the first floor discrete wavelet reconstruction at a zero matrix of the same size in the spatial frequency domain components, a vertical double enlargement component ExEnDeCD ( n) is obtained (step S12). Similarly, the first-order discrete wavelet is reconfigured for EnDeCH (n + 1) and EnDeCV (n + 1) to obtain horizontally doubled and vertically doubled expanded components ExEnDeCH (n) and ExEnDeCV (n) (step S12).

そして、ExEnDeCH(n),ExEnDeCV(n),ExEnDeCD(n)に対し、分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)のガウシアンフィルタにてフィルタリング処理を行い、GExEnDeCH(n),GExEnDeCV(n),GExEnDeCD(n)を得る(ステップS13)。 Then, ExEnDeCH (n) , ExEnDeCV (n) , and ExEnDeCD (n) are subjected to a filtering process using a Gaussian filter with dispersion values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) , and GExEnDeCH ( n) , GExEnDeCV (n) , GExEnDeCD (n) are obtained (step S13).

そして、式(9)に示すように、EnDeCA(n),GExEnDeCH(n),GExEnDeCV(n),GExEnDeCD(n)を用いて、1階離散ウェーブレット再構成を行う(ステップS14)。
[数式9]
[EnDeCA(n−1)]=IDWT(1)(EnDeCA(n), GExEnDeCH(n), GExEnDeCV(n), GExEnDeCD(n),wavelet_n) ・・・(9)
Then, as shown in Equation (9), first-order discrete wavelet reconstruction is performed using EnDeCA (n) , GExEnDeCH (n) , GExEnDeCV (n) , and GExEnDeCD (n) (step S14).
[Formula 9]
[EnDeCA (n-1) ] = IDWT (1) (EnDeCA (n) , GExEnDeCH (n) , GExEnDeCV (n) , GExEnDeCD (n) , wavelet_n) (9)

以降、n=n−1として、アップサンプリング方法内の処理をn=0となるまで繰り返す(ステップS15)。   Thereafter, assuming that n = n−1, the processing in the upsampling method is repeated until n = 0 (step S15).

図12は、アップサンプリング部22におけるアップサンプリング処理の概要を示すフローチャートである。アップサンプリング部22は、復号して得られたEnDeCA(n)を空間ウェーブレット分解してEnDeCH(n+1),EnDeCV(n+1),EnDeCD(n+1)を得た後、これらをウェーブレット再構成してExEnDeCH(n),ExEnDeCV(n),ExEnDeCD(n)を得る。そして、分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)のガウシアンフィルタでフィルタリングを行い、GExEnDeCH(n),GExEnDeCV(n),GExEnDeCD(n)を得て、これらとEnDeCA(n)を用いてウェーブレット再構成を行う。以上の処理をn=n−1として、n=0となるまで繰り返す。 FIG. 12 is a flowchart showing an outline of the upsampling process in the upsampling unit 22. The upsampling unit 22 obtains EnDeCH (n + 1) , EnDeCV (n + 1) , EnDeCD (n + 1) by performing spatial wavelet decomposition on EnDeCA (n) obtained by decoding, and then reconstructs them to ExEnDeCH ( n) , ExEnDeCV (n) , ExEnDeCD (n) are obtained. The variance σ CH (n), σ CV (n), performs filtering Gaussian filter σ CD (n), GExEnDeCH ( n), GExEnDeCV (n), to obtain GExEnDeCD (n), these and EnDeCA Wavelet reconstruction is performed using (n) . The above processing is repeated with n = n−1 until n = 0.

以上のように、図8に示した画像復号装置2によれば、受信して復号したダウンサンプリング画像EnDeCA(n)をウェーブレット分解し、これにより得られた水平高周波領域成分EnDeCH(n+1),垂直高周波領域成分EnDeCV(n+1),斜め高周波領域成分EnDeCD(n+1)の各々を空間低周波領域成分、ゼロ行列を空間高周波領域成分としてウェーブレット再構成で拡大し、これにより得られた水平高周波領域成分ExEnDeCH(n),垂直高周波領域成分ExEnDeCV(n),斜め高周波領域成分ExEnDeCD(n)を、受信したガウシアンフィルタの分散値σCH (n),σCV (n),σCD (n)を用いてフィルタリングを行い、これにより得られた水平高周波領域成分GExEnDeCH(n),垂直高周波領域成分GExEnDeCV(n),斜め高周波領域成分GExEnDeCD(n)とダウンサンプリング前のEnDeCA(n)を用いてウェーブレット再構成を行うので、原画像Fに最も近い高画質な画像を再生することができる。 As described above, according to the image decoding device 2 shown in FIG. 8, the received and decoded downsampled image EnDeCA (n) is subjected to wavelet decomposition, and the horizontal high-frequency region component EnDeCH (n + 1) , vertical obtained by this Each of the high-frequency region component EnDeCV (n + 1) and the oblique high-frequency region component EnDeCD (n + 1) is expanded by wavelet reconstruction using the spatial low-frequency region component and the zero matrix as the spatial high-frequency region component, and the resulting horizontal high-frequency region component ExEnDeCH (N) , vertical high frequency region component ExEnDeCV (n) , and oblique high frequency region component ExEnDeCD (n) using the received dispersion values σ CH (n) , σ CV (n) , σ CD (n) of the received Gaussian filter The horizontal high frequency region component GEx obtained by filtering is obtained. EnDeCH (n), the vertical high-frequency domain components GExEnDeCV (n), since the wavelet reconstruction using oblique high-frequency domain components GExEnDeCD (n) and downsampling before EnDeCA (n), a closest quality to the original image F Images can be played back.

画像復号装置2のハード構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。すなわち、CPU、RAM等の揮発性の記憶媒体、ROM等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成できる。画像復号装置2を構成する受信部20、復号部21、アップサンプリング部22の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをCPUに実行させることによりそれぞれ実現できる。これらのプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク等)、光ディスク(CD−ROM、DVD等)、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもできる。   As a hardware configuration of the image decoding device 2, a normal computer can be used. That is, it can be configured by a computer including a volatile storage medium such as a CPU and a RAM, a nonvolatile storage medium such as a ROM, an interface, and the like. Each function of the receiving unit 20, the decoding unit 21, and the upsampling unit 22 constituting the image decoding device 2 can be realized by causing the CPU to execute a program describing these functions. These programs can be stored and distributed in a storage medium such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), semiconductor memory, or the like.

以上、実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。前記実施例では、画像符号化装置1が、ダウンサンプリング画像及びガウシアンフィルタの分散値を送信し、画像復号装置2が、ガウシアンフィルタの分散値を用いてダウンサンプリング画像をアップサンプリングし、高画質な画像を再生するようにしたが、本発明は、空間周波数ダウンサンプリングとアップサンプリングを行う処理全般に適用がある。例えば、画像符号化装置1が、空間周波数をダウンサンプリングした後、空間周波数ダウンサンプリング画像の圧縮符号化信号と、空間周波数ダウンサンプリング時に得られた付加情報を画像復号装置2へ送信する。そして、画像復号装置2は、空間周波数ダウンサンプリング画像の圧縮符号化信号及び付加情報を受信し、圧縮符号化信号の復号の後に空間周波数アップサンプリングを行う。これにより、低画質劣化かつ低伝送容量の圧縮符号化が可能となる。また、ストレージメディアへ圧縮記録するなどの処理にも適用がある。   The present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the technical idea thereof. In the above-described embodiment, the image encoding device 1 transmits the downsampled image and the variance value of the Gaussian filter, and the image decoding device 2 upsamples the downsampled image using the variance value of the Gaussian filter. Although an image is reproduced, the present invention is applicable to all processes for performing spatial frequency downsampling and upsampling. For example, after the image encoding device 1 downsamples the spatial frequency, the image encoding device 1 transmits the compression encoded signal of the spatial frequency downsampled image and the additional information obtained at the time of the spatial frequency downsampling to the image decoding device 2. Then, the image decoding device 2 receives the compressed encoded signal and the additional information of the spatial frequency down-sampled image, and performs spatial frequency up-sampling after decoding the compressed encoded signal. This enables compression encoding with low image quality degradation and low transmission capacity. It can also be applied to processing such as compression recording on storage media.

また、本発明は、JPEG2000を用いてフレーム単位で圧縮符号化を行うデジタルシネマ圧縮符号化処理の前段または後段に用いることができる。また、H.264|MPEG−4 AVCで圧縮符号化が検討されているスーパーハイビジョン圧縮符号化処理の前段または後段に用いることができる。また、将来の新しい圧縮符号化方式と組み合わせて用いることも可能である。   The present invention can also be used before or after the digital cinema compression / encoding process in which JPEG2000 is used for compression encoding in units of frames. H. H.264 | MPEG-4 AVC can be used before or after the super high-definition compression coding process that is being studied for compression coding. Further, it can be used in combination with a new compression encoding method in the future.

1 画像符号化装置
2 画像復号装置
10 ダウンサンプリング部
11 分散値決定部
12 符号化部
13 送信部
20 受信部
21 復号部
22 アップサンプリング部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image coding apparatus 2 Image decoding apparatus 10 Downsampling part 11 Dispersion value determination part 12 Encoding part 13 Transmission part 20 Reception part 21 Decoding part 22 Upsampling part

Claims (8)

原画像を空間周波数ダウンサンプリング処理し、空間周波数ダウンサンプリング画像を生成するダウンサンプリング手段と、
前記ダウンサンプリング手段により生成された前記空間周波数ダウンサンプリング画像に基づいて、空間周波数アップサンプリングにより前記原画像が再生される際に用いられるフィルタリング処理用のフィルタリングパラメータを決定するフィルタリングパラメータ決定手段と、
前記ダウンサンプリング手段により生成された前記空間周波数ダウンサンプリング画像、及び前記フィルタリングパラメータ決定手段により決定された前記フィルタリングパラメータのうち、少なくとも前記空間周波数ダウンサンプリング画像を符号化する符号化手段と、
を備えたことを特徴とする画像符号化装置。
Down-sampling means for performing spatial frequency down-sampling on the original image and generating a spatial frequency down-sampled image;
Filtering parameter determining means for determining a filtering parameter for filtering processing used when the original image is reproduced by spatial frequency upsampling based on the spatial frequency downsampled image generated by the downsampling means;
Encoding means for encoding at least the spatial frequency downsampled image among the spatial frequency downsampled image generated by the downsampling means and the filtering parameter determined by the filtering parameter determination means;
An image encoding apparatus comprising:
請求項1に記載の画像符号化装置において、
前記ダウンサンプリング手段は、原画像をオクターブ分解フィルタバンク処理し、分解階数n(nは整数)の低周波領域成分の空間周波数ダウンサンプリング画像を生成し、
前記フィルタリングパラメータ決定手段は、前記ダウンサンプリング手段により生成された分解階数nの低周波領域成分を前記オクターブ分解フィルタバンク処理し、分解階数n+1における水平、垂直及び斜めの高周波領域成分を求め、これらの水平、垂直及び斜めの高周波領域成分の各々を空間低周波領域成分とし、ゼロ行列を空間高周波領域成分として、オクターブ再構成フィルタバンク処理にて拡大し、拡大して得られた分解階数nの水平、垂直及び斜めの高周波領域成分を任意のフィルタリングパラメータを用いてフィルタリング処理し、フィルタリング処理して得られた分解階数nの水平、垂直及び斜めの高周波領域成分を空間高周波領域成分とし、この空間高周波領域成分と分解階数nの前記低周波領域成分に対してオクターブ再構成フィルタバンク処理により拡大し、拡大して得られた分解階数n−1の低周波領域成分と、前記ダウンサンプリング手段により生成された分解階数n−1の低周波領域成分とを比較し、この差分値が最も小さくなるように前記フィルタリングパラメータの値を変化させることで、前記フィルタリングパラメータを決定することを特徴とする画像符号化装置。
The image encoding device according to claim 1,
The down-sampling means performs octave decomposition filter bank processing on the original image to generate a spatial frequency down-sampled image of a low-frequency region component of decomposition rank n (n is an integer),
The filtering parameter determination means performs the octave decomposition filter bank processing on the decomposition frequency n of the decomposition rank n generated by the downsampling means to obtain horizontal, vertical and diagonal high frequency area components in the decomposition rank n + 1, Each horizontal, vertical, and diagonal high-frequency domain component is a spatial low-frequency domain component, and the zero matrix is a spatial high-frequency domain component, and is expanded by octave reconstruction filter bank processing. The vertical and diagonal high-frequency region components are filtered using an arbitrary filtering parameter, and the horizontal, vertical and diagonal high-frequency region components of the decomposition rank n obtained by the filtering process are defined as the spatial high-frequency region components. Octave to the low frequency region component of the region component and decomposition rank n The low-frequency domain component of decomposition rank n-1 obtained by enlarging and expanding by reconstruction filter bank processing is compared with the low-frequency domain component of decomposition rank n-1 generated by the downsampling means, An image encoding apparatus, wherein the filtering parameter is determined by changing the value of the filtering parameter so that the difference value is minimized.
請求項2に記載の画像符号化装置において、
前記オクターブ分解フィルタバンク処理として、ウェーブレット分解を用いることを特徴とする画像符号化装置。
The image encoding device according to claim 2,
An image coding apparatus using wavelet decomposition as the octave decomposition filter bank processing.
請求項2または請求項3に記載の画像符号化装置において、
前記オクターブ再構成フィルタバンク処理として、ウェーブレット再構成を用いることを特徴とする画像符号化装置。
In the image coding device according to claim 2 or 3,
An image coding apparatus using wavelet reconstruction as the octave reconstruction filter bank processing.
請求項1から4までのいずれか一項に記載の画像符号化装置において、
前記フィルタリング処理にガウシアンフィルタ処理を用い、前記フィルタリングパラメータにガウシアンフィルタの分散値を用いることを特徴とする画像符号化装置。
In the image coding device according to any one of claims 1 to 4,
An image coding apparatus, wherein a Gaussian filter process is used for the filtering process, and a variance value of a Gaussian filter is used for the filtering parameter.
請求項2から5までのいずれか一項に記載の画像符号化装置により符号化された空間周波数ダウンサンプリング画像を復号する復号手段と、
前記復号手段により復号された前記空間周波数ダウンサンプリング画像である分解階数nの低周波領域成分をオクターブ分解フィルタバンク処理し、この処理で得られた分解階数n+1の水平、垂直及び斜めの高周波領域成分の各々を空間低周波領域成分とし、ゼロ行列を空間高周波領域成分として、オクターブ再構成フィルタバンク処理にて拡大し、拡大した分解階数nの水平、垂直及び斜めの高周波領域成分の各々を、前記画像符号化装置により決定された前記フィルタリングパラメータを用いてフィルタリング処理し、フィルタリング処理して得られた分解階数nの水平、垂直及び斜めの高周波領域成分と空間周波数アップサンプリング前の分解階数nの低周波領域成分を用いてオクターブ再構成フィルタバンク処理を行い、空間周波数アップサンプリングするアップサンプリング手段と、
を備えたことを特徴とする画像復号装置。
Decoding means for decoding the spatial frequency downsampled image encoded by the image encoding device according to any one of claims 2 to 5,
The spatial frequency down-sampled image decoded by the decoding means is subjected to octave decomposition filter bank processing for the decomposition rank n low frequency region components, and the decomposition rank n + 1 horizontal, vertical and diagonal high frequency region components obtained by this processing Each of the spatial low-frequency region components and the zero matrix as the spatial high-frequency region component, and expanded by octave reconstruction filter bank processing, each of the expanded horizontal, vertical and diagonal high-frequency region components of the decomposition rank n, Filtering is performed using the filtering parameters determined by the image encoding apparatus, and the decomposition rank n obtained by the filtering process is reduced in the horizontal, vertical and diagonal high-frequency region components and the decomposition rank n before spatial frequency upsampling is reduced. Perform octave reconstruction filter bank processing using frequency domain components And up-sampling means for up-sampling,
An image decoding apparatus comprising:
コンピュータを、請求項1から5までのいずれか一項に記載の画像符号化装置として機能させるための画像符号化プログラム。   An image encoding program for causing a computer to function as the image encoding apparatus according to any one of claims 1 to 5. コンピュータを、請求項6に記載の画像復号装置として機能させるための画像復号プログラム。   An image decoding program for causing a computer to function as the image decoding apparatus according to claim 6.
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