JP2013009262A - Image decoding apparatus, image decoding method and image decoding program - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To decode encoded data encoded by using a low rate encoding method capable of generating a signal having image quality subjectively close to an original signal.SOLUTION: An image decoding apparatus includes: waveform decode processing means for generating and outputting decoded image data; means for restoring and outputting restored image data having the same resolution as encoding object image data; means for generating and outputting histogram information composed of a histogram of a pixel value with respect to the restored image data and a histogram of a transfer coefficient; means for generating and outputting difference information between histogram information with respect to the encoding object image data and histogram information with respect to the restored image data; means for generating and outputting the histogram information with respect to the encoding object image data; and means for generating and outputting the decoded image data. The image decoding apparatus replaces a low frequency component of composite image data with a low frequency component of the restored image data and sets image data obtained by performing inverse Fourier transformation of the frequency component after replacement as a texture composite processing object.

Description

本発明は、画像復号装置、画像復号方法及び画像復号プログラムに関する。   The present invention relates to an image decoding device, an image decoding method, and an image decoding program.

AVC/H.264に代表される現行の符号化方式においては、フレーム内予測、フレーム間予測および階層間予測によって予測信号を生成し、予測信号と原信号の残差信号を符号化対象としている。こうした従来の符号化方式では、原信号波形の正確な再現を目的としている。   AVC / H. In the current encoding method represented by H.264, a prediction signal is generated by intra-frame prediction, inter-frame prediction, and inter-layer prediction, and a residual signal between the prediction signal and the original signal is to be encoded. Such a conventional encoding method aims to accurately reproduce the original signal waveform.

しかし、こうした従来の符号化方式では、波形再現の枠組みのもと、量子化により符号量を制御していたため、低レートでは、ブロック歪み、リンギングといった画質劣化が顕在化する。また、その予測処理は復号信号を参照するため、低レートでは、劣化した復号信号を参照することになるため、ある一定以上の高周波成分を予測することは不可能となる。   However, in such a conventional encoding method, the code amount is controlled by quantization in the framework of waveform reproduction, and therefore, image quality deterioration such as block distortion and ringing becomes obvious at a low rate. Further, since the prediction process refers to the decoded signal, the degraded decoded signal is referred to at a low rate, and therefore it is impossible to predict a certain high-frequency component above a certain level.

このため、高周波成分を多く含む画像に対しては、予測性能は低下する。例えば、こうした低レートにおける画質劣化は、フレーム間予測の場合、剛体移動モデルの成立しない水面等のシーンにおいて顕著であり、フレーム内予測・階層間予測の場合、精細な絵柄のテクスチャ領域において顕著となる。   For this reason, the prediction performance deteriorates for an image containing many high-frequency components. For example, image quality degradation at such a low rate is remarkable in scenes such as water surfaces where a rigid body movement model is not established in the case of inter-frame prediction, and in the case of intra-frame prediction and inter-layer prediction, it is prominent in the texture area of fine patterns Become.

これに対し、テクスチャ合成と呼ばれる手法が検討されている。付与されたデータ(これをシードと呼ぶ)を用いて、予め定められた生成規則に基づき、画像を合成する技術である。テクスチャ合成では、原信号の正確な波形再現を追求するのではなく、原信号内のテクスチャの特徴量を再現対象とする点が、従来の符号化方式とは異なる。テクスチャ合成の方法としては、例えば、非特許文献1の方法がある。   On the other hand, a technique called texture synthesis is being studied. This is a technique for synthesizing an image based on a predetermined generation rule using given data (this is called a seed). The texture synthesis is different from the conventional encoding method in that it does not pursue accurate waveform reproduction of the original signal but uses the texture feature quantity in the original signal as a reproduction target. As a texture synthesis method, for example, there is a method of Non-Patent Document 1.

この方法では、テクスチャ合成処理は、方向性フィルタバンクから出力された係数のヒストグラムをテクスチャの特徴量として用いる。また、一般に、テクスチャ合成で使用するシードのデータ量は、原信号のデータ量に比べて、極めて少なく抑えることが可能である。このため、テクスチャ合成の画像符号化への適用が期待される。   In this method, the texture synthesis processing uses a histogram of coefficients output from the directional filter bank as a texture feature amount. In general, the data amount of the seed used for texture synthesis can be suppressed to be extremely small compared to the data amount of the original signal. Therefore, application of texture synthesis to image coding is expected.

D.Heeger and J. Bergeny. Pyramid-based texture analysis/synthesis. In Proc ACM SIGGRAPH 95, 1995.D. Heeger and J. Bergeny. Pyramid-based texture analysis / synthesis. In Proc ACM SIGGRAPH 95, 1995.

一方、テクスチャ合成によって生成された信号は、波形再現という観点からは原信号との類似度は保証されない。これは、画像中の位相情報を保持する保証はないためである。このため、原画像との比較を前提として、主観的に原信号に近い画質の信号を得ることが求められる場合には、単純に適用しても、その要求に応えることができないという問題がある。   On the other hand, the similarity between the signal generated by texture synthesis and the original signal is not guaranteed from the viewpoint of waveform reproduction. This is because there is no guarantee that the phase information in the image is retained. For this reason, when it is required to obtain a signal with an image quality that is subjectively close to the original signal on the premise of comparison with the original image, there is a problem that even if it is simply applied, the request cannot be met. .

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、従来の波形再現ベースの符号化方式に代わる手法として、テクスチャ合成技術に基づき主観的に原信号に近い画質の信号を生成することができる低レートの符号化方式を用いて符号化した符号化データを復号する画像復号装置、画像復号方法及び画像復号プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and as an alternative to the conventional waveform reproduction-based encoding method, a signal having an image quality that is subjectively close to the original signal can be generated based on the texture synthesis technique. An object of the present invention is to provide an image decoding apparatus, an image decoding method, and an image decoding program for decoding encoded data encoded using a low-rate encoding method that can be performed.

本発明は、入力した波形符号化処理による符号化データに対して復号処理を行って、復号画像データを生成して出力する波形復号処理手段と、前記復号画像データに対して、逆解像度変換を行うことにより、符号化対象画像データと同じ解像度の復元画像データを復元して出力する逆解像度変換処理手段と、前記復元画像データに対するテクスチャ分析により、前記復元画像データに対する画素値のヒストグラム及び変換係数のヒストグラムからなるヒストグラム情報を生成して出力するテクスチャ分析処理手段と、入力したテクスチャ分析に基づく符号化データに対して復号処理を行って、符号化対象画像データに対するヒストグラム情報と前記復元画像データに対するヒストグラム情報の間の差分情報を生成して出力するヒストグラム差分情報復号手段と、前記差分情報と前記復元画像データに対する前記ヒストグラム情報とを加算処理して、前記符号化対象画像データに対するヒストグラム情報を生成して出力するヒストグラム情報加算処理手段と、前記符号化対象信号に対する前記ヒストグラム情報を入力してテクスチャ合成処理を行うことにより、復号画像データを生成して出力するテクスチャ合成処理手段とを備え、合成画像データの低周波成分を前記復元画像データの低周波成分で置換し、置換後の周波数成分を逆フーリエ変換して得られる画像データを前記テクスチャ合成処理の対象とすることを特徴とする。   The present invention performs a decoding process on the input encoded data by the waveform encoding process to generate and output decoded image data, and performs reverse resolution conversion on the decoded image data. A reverse resolution conversion processing means for restoring and outputting restored image data having the same resolution as the encoding target image data, and a histogram of pixel values and transform coefficients for the restored image data by texture analysis on the restored image data Generating and outputting histogram information composed of histograms of the image, and decoding processing on the encoded data based on the input texture analysis, and performing histogram processing on the encoding target image data and the restored image data Histogram difference that generates and outputs difference information between histogram information Information decoding means, histogram information addition processing means for generating and outputting histogram information for the encoding target image data by adding the difference information and the histogram information for the restored image data, and the encoding target Texture synthesis processing means for generating and outputting decoded image data by inputting the histogram information with respect to the signal and performing texture synthesis processing, and converting the low frequency component of the synthesized image data into the low frequency component of the restored image data And the image data obtained by performing inverse Fourier transform on the frequency component after replacement is the target of the texture synthesis process.

本発明は、波形復号処理手段と、逆解像度変換処理手段と、テクスチャ分析処理手段と、ヒストグラム差分情報復号手段と、ヒストグラム情報加算処理手段と、テクスチャ合成処理手段とを備える画像復号装置における画像復号方法であって、前記波形復号処理手段が、入力した波形符号化処理による符号化データに対して復号処理を行って、復号画像データを生成して出力する波形復号処理ステップと、前記逆解像度変換処理手段が、前記復号画像データに対して、逆解像度変換を行うことにより、符号化対象画像データと同じ解像度の復元画像データを復元して出力する逆解像度変換処理ステップと、前記テクスチャ分析処理手段が、前記復元画像データに対するテクスチャ分析により、前記復元画像データに対する画素値のヒストグラム及び変換係数のヒストグラムからなるヒストグラム情報を生成して出力するテクスチャ分析処理ステップと、前記ヒストグラム差分情報復号手段が、入力したテクスチャ分析に基づく符号化データに対して復号処理を行って、符号化対象画像データに対するヒストグラム情報と前記復元画像データに対するヒストグラム情報の間の差分情報を生成して出力するヒストグラム差分情報復号ステップと、前記ヒストグラム情報加算処理手段が、前記差分情報と前記復元画像データに対する前記ヒストグラム情報とを加算処理して、前記符号化対象画像データに対するヒストグラム情報を生成して出力するヒストグラム情報加算処理ステップと、前記テクスチャ合成処理手段が、前記符号化対象信号に対する前記ヒストグラム情報を入力してテクスチャ合成処理を行うことにより、復号画像データを生成して出力するテクスチャ合成処理ステップとを有し、合成画像データの低周波成分を前記復元画像データの低周波成分で置換し、置換後の周波数成分を逆フーリエ変換して得られる画像データを前記テクスチャ合成処理の対象とすることを特徴とする。   The present invention relates to image decoding in an image decoding apparatus comprising waveform decoding processing means, inverse resolution conversion processing means, texture analysis processing means, histogram difference information decoding means, histogram information addition processing means, and texture synthesis processing means. A waveform decoding processing step in which the waveform decoding processing means performs a decoding process on the input encoded data by the waveform encoding process to generate and output decoded image data; and the inverse resolution conversion A processing means for performing reverse resolution conversion on the decoded image data, thereby restoring and outputting restored image data having the same resolution as the encoding target image data; and the texture analysis processing means However, a histogram of pixel values for the restored image data is obtained by texture analysis for the restored image data. And a texture analysis processing step for generating and outputting histogram information composed of histograms of transform coefficients, and the histogram difference information decoding means performs decoding processing on the encoded data based on the input texture analysis to generate an encoding target Histogram difference information decoding step for generating and outputting difference information between histogram information for image data and histogram information for the restored image data, and the histogram information addition processing means, the histogram for the difference information and the restored image data A histogram information addition processing step for generating and outputting histogram information for the encoding target image data, and the texture synthesis processing means for inputting the histogram information for the encoding target signal. Tech A texture composition processing step for generating and outputting decoded image data by performing the tea composition processing, and replacing the low-frequency component of the composite image data with the low-frequency component of the restored image data, and the frequency after the replacement Image data obtained by inverse Fourier transform of the components is the target of the texture synthesis process.

本発明は、画像復号装置上のコンピュータに画像復号処理を行わせる画像復号プログラムであって、入力した波形符号化処理による符号化データに対して復号処理を行って、復号画像データを生成して出力する波形復号処理ステップと、前記復号画像データに対して、逆解像度変換を行うことにより、符号化対象画像データと同じ解像度の復元画像データを復元して出力する逆解像度変換処理ステップと、前記復元画像データに対するテクスチャ分析により、前記復元画像データに対する画素値のヒストグラム及び変換係数のヒストグラムからなるヒストグラム情報を生成して出力するテクスチャ分析処理ステップと、入力したテクスチャ分析に基づく符号化データに対して復号処理を行って、符号化対象画像データに対するヒストグラム情報と前記復元画像データに対するヒストグラム情報の間の差分情報を生成して出力するヒストグラム差分情報復号ステップと、前記差分情報と前記復元画像データに対する前記ヒストグラム情報とを加算処理して、前記符号化対象画像データに対するヒストグラム情報を生成して出力するヒストグラム情報加算処理ステップと、前記符号化対象信号に対する前記ヒストグラム情報を入力してテクスチャ合成処理を行うことにより、復号画像データを生成して出力するテクスチャ合成処理ステップとを行わせ、合成画像データの低周波成分を前記復元画像データの低周波成分で置換し、置換後の周波数成分を逆フーリエ変換して得られる画像データを前記テクスチャ合成処理の対象とすることを特徴とする。   The present invention is an image decoding program for causing a computer on an image decoding apparatus to perform an image decoding process, which performs decoding processing on input encoded data by waveform encoding processing to generate decoded image data. A waveform decoding processing step to output, a reverse resolution conversion processing step for restoring and outputting restored image data having the same resolution as the encoding target image data by performing reverse resolution conversion on the decoded image data, A texture analysis processing step for generating and outputting histogram information including a histogram of pixel values and a histogram of conversion coefficients for the restored image data by texture analysis on the restored image data, and for encoded data based on the input texture analysis Decoding process is performed, and the histogram information for the image data to be encoded is And generating a difference information between the histogram information for the restored image data and outputting the difference information, and adding the difference information and the histogram information for the restored image data. Histogram information addition processing step for generating and outputting histogram information for data, and texture synthesis processing for generating and outputting decoded image data by inputting the histogram information for the encoding target signal and performing texture synthesis processing And substituting the low-frequency component of the composite image data with the low-frequency component of the restored image data, and subjecting the image data obtained by performing inverse Fourier transform to the post-replacement frequency component to the texture synthesis process. It is characterized by that.

本発明によれば、主観画質は保持しつつ、符号量を削減した符号化データの復号を実現できるという効果が得られる。   According to the present invention, it is possible to achieve decoding of encoded data with a reduced code amount while maintaining subjective image quality.

本発明の一実施形態による符号化装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the encoding apparatus by one Embodiment of this invention. 図1に示すテクスチャ分析処理部105、テクスチャ分析処理部106の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating configurations of a texture analysis processing unit 105 and a texture analysis processing unit 106 illustrated in FIG. 1. 図1に示す符号化装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the encoding apparatus shown in FIG. 本発明の一実施形態による復号装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the decoding apparatus by one Embodiment of this invention. 図4に示すテクスチャ合成処理部209の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the texture synthetic | combination process part 209 shown in FIG. 図1に示す復号装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the decoding apparatus shown in FIG. steerable pyramid変換の分析フィルタの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the analysis filter of steerable pyramid conversion. 画像伝送システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an image transmission system.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による画像符号化装置及び画像復号装置を説明する。始めに、本発明における画像符号化装置及び画像復号装置の処理動作原理について説明する。テクスチャ合成のみでの波形再現は、その処理の構造上、限界がある。これは、テクスチャ合成では、画像内の位相情報が保持されないためである。本発明では、従来の波形再現ベースの符号化方式とテクスチャ合成を組み合わせ、両者の苦手とした部分を互いの長所で補い合うようにする。そのために、画像信号を波形の概形を表す成分(構造成分)とそれ以外の成分(テクスチャ成分)に分割し、構造成分に対して波形再現ベースの符号化を適用し、テクスチャ成分に対してテクスチャ分析・テクスチャ合成による符号化を適用する。   Hereinafter, an image encoding device and an image decoding device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the processing operation principle of the image encoding device and the image decoding device according to the present invention will be described. Waveform reproduction using only texture synthesis is limited in its processing structure. This is because phase information in an image is not retained in texture synthesis. In the present invention, the conventional waveform reproduction-based encoding method and texture synthesis are combined, and the weak points of both are complemented by the advantages of each other. For this purpose, the image signal is divided into components that represent the outline of the waveform (structural components) and other components (texture components), and waveform reproduction-based coding is applied to the structural components. Encoding by texture analysis and texture synthesis is applied.

以下、符号化処理の流れを説明する。まず、画像信号(X×Y画素)を入力として、解像度変換処理により、X’×Y’画素の縮小画像信号へ変換する。ここで、X’,Y’はX’≦X、Y’≦Yを満たす整数である。解像度変換処理としては、空間フィルタとサブサンプリングを用いる。ここで用いる空間フィルタは、分離型フィルタと非分離型フィルタに大別できる。分離型フィルタは係数を(a−N,a−N+1,・・・,aN−1,a)とする2N+1タップのフィルタを水平方向、垂直方向に独立に処理するフィルタである。非分離型フィルタは、

Figure 2013009262
として規定される2N+1×2N+1タップの2次元フィルタを対象信号に適用する。サブサンプリングは、解像度比rに応じて、信号をr画素毎に間引く処理である。 Hereinafter, the flow of the encoding process will be described. First, an image signal (X × Y pixels) is input and converted into a reduced image signal of X ′ × Y ′ pixels by resolution conversion processing. Here, X ′ and Y ′ are integers satisfying X ′ ≦ X and Y ′ ≦ Y. As the resolution conversion process, a spatial filter and subsampling are used. Spatial filters used here can be broadly classified into separation filters and non-separation filters. The separable filter is a filter that independently processes a 2N + 1 tap filter having coefficients (a− N , a− N + 1 ,..., A N−1 , a N ) in the horizontal and vertical directions. Non-separable filters
Figure 2013009262
A 2N + 1 × 2N + 1 tap two-dimensional filter defined as follows is applied to the target signal. The sub-sampling is a process for thinning out signals for every r pixels in accordance with the resolution ratio r.

解像度変換処理の出力として得られた縮小画像信号が、本発明における構造成分である。そこで、構造成分である画像信号(X’×Y’画素)に対して、波形符号化処理を行い、符号化ストリームを出力する。波形符号化処理としては、例えば、AVC/H.264準拠の符号化方式を用いるが、波形符号化処理をAVC/H.264に限定するものではなく、JPEG,JPEG2000,MPEG−2といった方法を用いることも可能である。   The reduced image signal obtained as the output of the resolution conversion process is a structural component in the present invention. Therefore, a waveform encoding process is performed on the image signal (X ′ × Y ′ pixel) which is a structural component, and an encoded stream is output. As the waveform encoding process, for example, AVC / H. H.264-compliant encoding method is used, but the waveform encoding process is AVC / H. The method is not limited to H.264, and methods such as JPEG, JPEG2000, and MPEG-2 can also be used.

波形符号化処理の出力として得られた符号化ストリームに対して、AVC/H.264が規定する復号処理を行い、復号信号を得る。符号化方式としてAVC/H.264以外の方法(JPEG,JPEG2000,MPEG−2等)を用いた場合は、対応する復号処理を行う。復号処理の出力として得られた復号信号(X’×Y’画素)を低解像度構造成分復号信号と呼ぶ。低解像度構造成分復号信号に対して、逆解像度変換処理を行い、原画像と同じ解像度の画像信号(X×Y画素)得る。この結果、得られる信号を構造成分復号信号と呼ぶ。   For the encoded stream obtained as the output of the waveform encoding process, the AVC / H. The decoding process specified by H.264 is performed to obtain a decoded signal. As an encoding method, AVC / H. When a method other than H.264 (JPEG, JPEG2000, MPEG-2, etc.) is used, a corresponding decoding process is performed. A decoded signal (X ′ × Y ′ pixels) obtained as an output of the decoding process is referred to as a low-resolution structural component decoded signal. An inverse resolution conversion process is performed on the low-resolution structural component decoded signal to obtain an image signal (X × Y pixels) having the same resolution as the original image. As a result, the obtained signal is called a structural component decoded signal.

次に、原信号と構造成分復号信号との差分信号に対する符号化処理について説明する。まず、原信号と構造成分の復号信号(X×Y画素)との差分信号を算出する。この差分信号が、本手法におけるテクスチャ成分となる。符号化の順序としては、構造成分の復号信号を得た後、テクスチャ成分に対する符号化処理に移行する。テクスチャ成分の表現する情報として、以下の2種類のヒストグラムを生成する。一つが、原信号のヒストグラム(画素値ヒストグラムと呼ぶ)である。もう一つが、原信号に対するSteerablepyramid変換(文献:E. P. Simoncelli and W. T Freeman. The steerable pyramid: A exible architecture for multi-scale derivative computation. In IEEE Int'l Conf. on Image Processing, Oct. 199. 10参照)により得られる変換係数に対するヒストグラム(変換係数ヒストグラムと呼ぶ)である。なお、Steerablepyramid変換の具体的アルゴリズムは、後述する。このテクスチャ成分を表現するための情報(前述のヒストグラム)を生成する処理をテクスチャ分析処理と呼ぶ。   Next, an encoding process for the difference signal between the original signal and the structural component decoded signal will be described. First, a difference signal between the original signal and the decoded signal (X × Y pixel) of the structural component is calculated. This difference signal becomes a texture component in this method. As the order of encoding, after obtaining a decoded signal of a structural component, the process proceeds to encoding processing for a texture component. The following two types of histograms are generated as information expressed by the texture component. One is a histogram (referred to as a pixel value histogram) of the original signal. The other is Steerablepyramid transformation on the original signal (Reference: EP Simoncelli and W. T Freeman. The steerable pyramid: A exible architecture for multi-scale derivative computation. In IEEE Int'l Conf. On Image Processing, Oct. 199. 10 (Referred to as “conversion coefficient histogram”). A specific algorithm for steerable pyramid conversion will be described later. The process of generating information (the above-mentioned histogram) for expressing the texture component is called a texture analysis process.

生成されたヒストグラムの符号化については以下のように行う。まず、原信号に対して、前述の2種類のヒストグラムを生成し、次に、構造成分復号信号に対しても同様に、前述の2種類のヒストグラムを生成する。原信号のヒストグラムと構造成分復号信号のヒストグラムの差分を計算し、同差分を符号化対象とする。構造成分は、原信号に含まれる情報の一部であることから、ヒストグラムに関しても、構造成分と原信号では重複した情報が存在する。そこで、両者のヒストグラム間の差分を符号化対象とすることで、原信号のヒストグラムを、そのまま符号化対象とした場合に比べて、符号量を低減することが可能となる。   The encoding of the generated histogram is performed as follows. First, the above-described two types of histograms are generated for the original signal, and then the above-described two types of histograms are also generated for the structural component decoded signal. The difference between the histogram of the original signal and the histogram of the structural component decoded signal is calculated, and the difference is used as an encoding target. Since the structural component is a part of information included in the original signal, there is overlapping information between the structural component and the original signal regarding the histogram. Therefore, by making the difference between the two histograms the object of encoding, it is possible to reduce the amount of codes compared to the case where the histogram of the original signal is the object of encoding as it is.

次に、Steerable pyramid変換について説明する。Steerablepyramid変換は、方向性フィルタバンクの一種であり、方向数と分解レベルにより出力が規定される。原信号を2×2画素として、方向数Mと分解レベルJmaxのSteerable pyramid変換を行う場合、第j分解レベル(0≦j≦Jmax−1)においては、M種類の方向成分を有し、各方向成分が2J−j×2J−j個の変換係数を有する。なお、最上位の分解レベルj=Jmaxにおいては、方向成分に関する分割はなく、2J−Jmax×2J−Jmax個の変換係数を有する。また、上記とは別に、高周波成分として、2×2個の変換係数を有する。 Next, Steerable pyramid conversion will be described. Steerable pyramid conversion is a kind of directional filter bank, and its output is defined by the number of directions and the decomposition level. When steerable pyramid conversion with the number of directions M and decomposition level J max is performed with the original signal being 2 J × 2 J pixels, M types of direction components are represented at the jth decomposition level (0 ≦ j ≦ J max −1). Each directional component has 2 J−j × 2 J−j conversion coefficients. In the decomposition level j = J max topmost not divided about the direction component has 2 J-Jmax × 2 J- Jmax number of transform coefficients. In addition to the above, there are 2 J × 2 J conversion coefficients as high-frequency components.

また、変換係数は実数値で表現されているため、分解レベル毎の各方向成分を予め与えられた量子化幅Kで量子化し、量子化後の変換係数に対するヒストグラムをテクスチャ分析情報とする。例として、図7に、M=2,Jmax=1とした場合のsteerable pyramid変換の分析フィルタの構成例を示す。図7は、steerable pyramid変換の分析フィルタの構成例を示す図である。このフィルタは、高域通過フィルタ601、低域通過フィルタ602、第一方向成分通過フィルタ603、第二方向成分通過フィルタ604、低域通過フィルタ605及びダウンサンプル606によって構成する。分解レベルを増やす場合は、サブサンプリング後の信号に対して、破線で囲んだ部分の処理を再帰的に繰り返す。 Further, since the transform coefficient is expressed by a real value, each direction component for each decomposition level is quantized with a predetermined quantization width K, and a histogram for the quantized transform coefficient is used as texture analysis information. As an example, FIG. 7 shows a configuration example of an analysis filter for steerable pyramid conversion when M = 2 and J max = 1. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of an analysis filter for steerable pyramid conversion. This filter includes a high-pass filter 601, a low-pass filter 602, a first direction component pass filter 603, a second direction component pass filter 604, a low-pass filter 605, and a downsample 606. When increasing the decomposition level, the process of the portion surrounded by the broken line is recursively repeated for the sub-sampled signal.

ここで、ヒストグラムの表現方法について整理する。
ヒストグラムをh[i](i=0,・・・,B−1)と表した場合、h[i]は、対象となる信号値がiとなるサンプルの個数を格納する。このとき、Bをヒストグラムのbin数と呼び、h[i]を第i番目のbinの頻度値を表すものとする。
Here, the expression method of the histogram is organized.
When the histogram is expressed as h B [i] (i = 0,..., B−1), h B [i] stores the number of samples whose target signal value is i. At this time, B is referred to as the number of bins in the histogram, and h B [i] represents the frequency value of the i-th bin.

Steerable pyramid変換の変換係数に対するヒストグラムに対しても、解像度変換後の画像の電力に基づき、ヒストグラムのbin数を制限する。具体的には、同電力が小さくなるにつれて、ヒストグラムのbin数を小さく設定する。これは、変換前の信号の周波数成分と解像度変換に用いるフィルタの周波数特性に応じて、変換係数に必要なビット深度も変化することを考慮すると、変換係数のヒストグラムのbin数を常に一定に保つことは、解像度変換後の画像の電力が小さな場合、変換係数に対して冗長な表現を与える可能性があるためである。   Also for the histogram for the conversion coefficient of Steerable pyramid conversion, the number of bins of the histogram is limited based on the power of the image after resolution conversion. Specifically, the bin number of the histogram is set to be smaller as the power becomes smaller. This is because the number of bins in the histogram of the transform coefficient is always kept constant considering that the bit depth necessary for the transform coefficient also changes according to the frequency component of the signal before conversion and the frequency characteristics of the filter used for resolution conversion. This is because when the power of the image after resolution conversion is small, there is a possibility that a redundant expression is given to the conversion coefficient.

Steerable pyramid変換における第j分解レベル(0≦j≦Jmax−1)における第m(m=0,・・・,M−1)方向成分の変換係数に対するヒストグラムをL(j,m) Bδ[i](i=0,・・・,22(J−j)−1)とする。 A histogram with respect to the transformation coefficient of the m-th (m = 0,..., M−1) direction component at the j-th decomposition level (0 ≦ j ≦ J max −1) in the steerable pyramid transformation is represented by L (j, m) [ i] (i = 0,..., 2 2 (J−j) −1).

なお、前述の通り、最上位の分解レベルj=Jmaxにおいては、方向成分に関する分割はなく、m=0に対応するヒストグラムに限定される。また、上記とは別に、高周波成分として、2×2個の変換係数を有するため、この高周波成分を格納するヒストグラムを、H[i](i=0,・・・,22J−1)とする。 As described above, at the highest decomposition level j = Jmax , there is no division related to the direction component, and the histogram is limited to a histogram corresponding to m = 0. In addition to the above, since there are 2 J × 2 J conversion coefficients as high-frequency components, a histogram storing this high-frequency component is represented as H J [i] (i = 0,..., 2 2J − 1).

第j分解レベル(0≦j≦Jmax−1)における第m(m=0,・・・,M−1)方向成分の変換係数に対するヒストグラムをL(j,m) Bδ[i](i=0,・・・,22(J−j)−1)とすることは、実数値で表現された変換係数をB種類の離散値で近似することになる。この離散化の際、用いる量子化幅をqj,m、第j分解レベル(0≦j≦Jmax−1)における第m(m=0,・・・,M−1)方向成分の変換係数cj,m[k](k=0,・・・,22(J−j)−1)とすると、この離散化に伴う近似誤差E(j,m) Bδは、次式のように表せる。

Figure 2013009262
A histogram for the transformation coefficient of the m-th (m = 0,..., M−1) direction component at the j-th decomposition level (0 ≦ j ≦ J max −1) is represented by L (j, m) [i] (i = 0,..., 2 2 (J−j) −1) means that the conversion coefficient expressed by a real value is approximated by B types of discrete values. In this discretization, the quantization width to be used is q j, m , and the m-th (m = 0,..., M−1) direction component conversion at the j-th decomposition level (0 ≦ j ≦ J max −1). Assuming that the coefficient c j, m [k] (k = 0,..., 2 2 (J−j) −1), the approximation error E (j, m) associated with this discretization is expressed by the following equation: It can be expressed as
Figure 2013009262

「x」は実数xに対する小数点以下の切捨てを意味する。また、高周波成分に対する近似誤差を、便宜上、以下のように表す。

Figure 2013009262
“X” means truncation after the decimal point for the real number x. Moreover, the approximation error with respect to a high frequency component is represented as follows for convenience.
Figure 2013009262

なお、ここで用いたm=Mは方向成分を同定するためではなく、高周波成分を表すインデックとして用いている。   Note that m = M used here is not used to identify a direction component, but as an index representing a high-frequency component.

全分解レベルの全方向成分に対する近似誤差の和として、次式を定義する。

Figure 2013009262
The following equation is defined as the sum of approximation errors for the omnidirectional components at all resolution levels.
Figure 2013009262

bin数の増加に対して、近似誤差和Etotal(Bδ)は単調減少となる。
そこで、bin数の設定の際には、式(2)に対する閾値Tを設定し、bin数の候補となる値を複数用意し、同候補に含まれる値の中で次式を満たす最小の値をbin数とする。
total(Bδ)≦T
As the number of bins increases, the approximate error sum E total (B δ ) decreases monotonously.
Therefore, when setting the number of bins, a threshold value T for Expression (2) is set, a plurality of values that are candidates for the number of bins are prepared, and the minimum value that satisfies the following expression among the values included in the candidates Is the number of bins.
E total (B δ ) ≦ T

以下では、復号処理の流れを説明する。復号処理では、2種類の符号化情報を入力とする。まず、波形符号化処理の出力として得られた符号化ストリームに対して、対応する復号処理を行い、復号信号を得る。復号処理の出力として得られた復号信号(X’×Y’画素)に対して、逆解像度変換処理を行い、構造成分の復号信号(X×Y画素)を得る。   Hereinafter, the flow of the decoding process will be described. In the decoding process, two types of encoded information are input. First, a corresponding decoding process is performed on the encoded stream obtained as an output of the waveform encoding process to obtain a decoded signal. A reverse resolution conversion process is performed on the decoded signal (X ′ × Y ′ pixel) obtained as an output of the decoding process to obtain a structural component decoded signal (X × Y pixel).

次に、テクスチャ分析情報を入力として、以下のテクスチャ合成の方法に基づき、テクスチャ情報を復号する。テクスチャ合成には、非特許文献1の方法をベースに、構造成分の復号信号を利用した方法を使用する。非特許文献1の方法では、テクスチャ合成処理の入力として、Steerable pyramid変換と呼ぶ方向性フィルタバンクの出力として得られた係数のヒストグラムを用いる。   Next, using the texture analysis information as input, the texture information is decoded based on the following texture synthesis method. For texture synthesis, a method using a decoded signal of a structural component is used based on the method of Non-Patent Document 1. In the method of Non-Patent Document 1, a histogram of coefficients obtained as an output of a directional filter bank called Steerable pyramid transformation is used as an input for texture synthesis processing.

同方法の概要を以下に示す。同方法の入力は、適当な初期画像(上記文献では、白色雑音画像)、および目標とするテクスチャ画像(以後、目標テクスチャ画像と呼ぶ)に対する各々の画素値ヒストグラム、前記両画像に対する各々の各サブバンドのヒストグラムとする。サブバンド分解には、Steerable pyramid変換を用いる。テクスチャ合成の出力として得られる画像を合成画像と呼ぶ。なお、以下の処理の開始時点では、合成画像は上記の初期画像で初期化されている。   The outline of this method is shown below. The input of the method includes an appropriate initial image (white noise image in the above-mentioned document), a pixel value histogram for a target texture image (hereinafter referred to as a target texture image), and each sub-image for both images. A band histogram is used. Steerable pyramid transform is used for subband decomposition. An image obtained as an output of texture synthesis is called a synthesized image. Note that at the start of the following processing, the composite image is initialized with the initial image.

次に、テクスチャ合成処理について説明する。まず、合成画像の画素値ヒストグラム、目標テクスチャ画像の画素値ヒストグラムを入力として、合成画像の画素値ヒストグラムを目標テクスチャ画像のそれに近づける画素値ヒストグラムに対する変換処理を行う。同変換処理においては、画素値ヒストグラムに対するヒストグラムマッチングを行い、両画素値ヒストグラム間の対応付けを行うマッピングテーブルF[]を算出する。画素値ヒストグラムに対するヒストグラムマッチングの処理の概要は以下のとおりである。   Next, the texture synthesis process will be described. First, the pixel value histogram of the composite image and the pixel value histogram of the target texture image are input, and conversion processing is performed on the pixel value histogram that brings the pixel value histogram of the composite image closer to that of the target texture image. In the conversion processing, histogram matching is performed on the pixel value histogram, and a mapping table F [] for associating both pixel value histograms is calculated. The outline of the histogram matching process for the pixel value histogram is as follows.

目標テクスチャ画像の累積ヒストグラム及び合成画像の累積ヒストグラムを、各々、H1[x],H2[x]とおく。8bit画像の場合、xは0≦x≦255の値をとる。目標テクスチャ画像の画素値x1に対して、H1[x1]=H2[x2]を満たす合成画像の画素値x2を求める。この画素値x1とx2の対応関係を格納するためにマッピングテーブルと呼ぶルックアップテーブルを用意し、マッピングテーブルの第x1要素として、画素値x2を格納する。マッピングテーブルをF[]として、上記のx1とx2の対応関係をF[x1]=x2のように表す。x1として取り得る全ての画素値に対して、上記のF[x1]を求める。   The cumulative histogram of the target texture image and the cumulative histogram of the composite image are set as H1 [x] and H2 [x], respectively. In the case of an 8-bit image, x takes a value of 0 ≦ x ≦ 255. For the pixel value x1 of the target texture image, a pixel value x2 of the composite image that satisfies H1 [x1] = H2 [x2] is obtained. In order to store the correspondence between the pixel values x1 and x2, a lookup table called a mapping table is prepared, and the pixel value x2 is stored as the x1 element of the mapping table. Assuming that the mapping table is F [], the correspondence relationship between x1 and x2 is expressed as F [x1] = x2. The above F [x1] is obtained for all possible pixel values as x1.

次に、得られたマッピングテーブルF[]を用いて、合成画像の画素値を変換する。合成画像の画素値x2に対して、マッピングテーブルを参照して、F[x1]=x2を満たすx1を求め、合成画像の画素値x2をx1へ補正する。補正された合成画像を入力として、同画像に対する方向性フィルタバンクの順変換を行い、変換係数を算出して、サブバンド毎に変換係数のヒストグラムを生成する。以下、サブバンド毎に生成された変換係数のヒストグラムをサブバンドヒストグラムと呼ぶ。   Next, the pixel value of the synthesized image is converted using the obtained mapping table F []. For the pixel value x2 of the composite image, x1 satisfying F [x1] = x2 is obtained with reference to the mapping table, and the pixel value x2 of the composite image is corrected to x1. Using the corrected composite image as an input, forward conversion of the directional filter bank for the image is performed, a conversion coefficient is calculated, and a histogram of the conversion coefficient is generated for each subband. Hereinafter, the histogram of the transform coefficient generated for each subband is referred to as a subband histogram.

次に、目標テクスチャ画像を入力として、同画像に対する方向性フィルタバンクの順変換を行い、変換係数を算出して、サブバンド毎に変換係数のヒストグラムを生成する。   Next, with the target texture image as an input, the directional filter bank is forward-converted with respect to the image, a conversion coefficient is calculated, and a histogram of the conversion coefficient is generated for each subband.

次に、生成した両画像のサブバンドヒストグラムを入力として、合成画像の各サブバンドヒストグラムを目標テクスチャ画像の同一サブバンドのサブバンドヒストグラムに近づける変換処理を行う。同変換処理においては、サブバンドヒストグラムに対するヒストグラムマッチングを行い、両サブバンドヒストグラム間の対応付けを行うマッピングテーブルG[]を算出する。   Next, conversion processing is performed by using the generated subband histograms of both images as input, and bringing the subband histograms of the composite image closer to the subband histograms of the same subband of the target texture image. In the conversion processing, histogram matching is performed on the subband histograms, and a mapping table G [] for associating both subband histograms is calculated.

以下、第m方向成分の第j分解レベルのサブバンドを例にとり説明するが、他のサブバンドの場合も処理は同様である。目標テクスチャ画像のサブバンド係数の累積ヒストグラム、及び、合成画像の変換係数の累積ヒストグラムを、各々、H1’[y],H2’[y]とおく。目標テクスチャ画像のサブバンド係数値y1に対して、H1’[y1]=H2’[y2]を満たす合成画像のサブバンド係数値y2を求める。この結果、ヒストグラムマッチングに用いるマッピングテーブルをG[y1]=y2として定める。y1として取り得る全てのサブバンド係数値に対して、上記のG[y1]を求める。   Hereinafter, the j-th decomposition level subband of the m-th direction component will be described as an example, but the processing is the same for other subbands. The cumulative histogram of the subband coefficients of the target texture image and the cumulative histogram of the conversion coefficients of the composite image are set as H1 ′ [y] and H2 ′ [y], respectively. A subband coefficient value y2 of the composite image that satisfies H1 ′ [y1] = H2 ′ [y2] is obtained with respect to the subband coefficient value y1 of the target texture image. As a result, a mapping table used for histogram matching is defined as G [y1] = y2. The above G [y1] is obtained for all subband coefficient values that can be taken as y1.

続いて、上記のヒストグラムマッチングにより得られたマッピングテーブルG[]を用いて、合成画像のサブバンド係数値を補正する。合成画像のサブバンド係数値y2に対して、マッピングテーブルを参照して、G[y1]=y2を満たすy1を求め、合成画像のサブバンド係数値y2をy1へ補正する。全てのサブバンドのサブバンド係数に対して、同様の補正処理を行う。補正処理後の合成画像のサブバンド係数値を入力として、方向性フィルタバンクの逆変換を行い、合成画像を出力するという処理を一定回数、繰り返す。   Subsequently, the subband coefficient value of the composite image is corrected using the mapping table G [] obtained by the above-described histogram matching. For the subband coefficient value y2 of the composite image, y1 satisfying G [y1] = y2 is obtained with reference to the mapping table, and the subband coefficient value y2 of the composite image is corrected to y1. The same correction process is performed on the subband coefficients of all subbands. The process of performing the inverse transformation of the directional filter bank using the subband coefficient value of the composite image after the correction processing as an input and outputting the composite image is repeated a certain number of times.

テクスチャ合成においてサブバンド係数を得る手法としては、例えば、wavelet変換のような上記以外のフィルタバンクの適用も可能である。本発明におけるテクスチャ特量の予測機構は、上記の方向性フィルタバンクに限らず、それ以外のフィルタバンクに対しても同様に適用することができる。本発明は、前述したテクスチャ合成処理に、以下の改良を加える。   As a technique for obtaining subband coefficients in texture synthesis, for example, a filter bank other than the above, such as wavelet transform, can be applied. The texture feature prediction mechanism in the present invention is not limited to the above-described directional filter bank, and can be similarly applied to other filter banks. The present invention adds the following improvements to the texture synthesis process described above.

その改良の特徴は、構造成分の復号信号の周波数成分を用いて、テクスチャ合成での生成過程に制約を課す処理にある。まず、合成画像を得られた段階で、合成画像に対してフーリエ変換を適用し、合成画像の周波数成分を算出する。   The feature of the improvement resides in processing that imposes restrictions on the generation process in texture synthesis using the frequency component of the decoded signal of the structural component. First, when a composite image is obtained, Fourier transform is applied to the composite image to calculate a frequency component of the composite image.

次に、構造成分の復号信号に対してフーリエ変換を適用し、構造成分の復号信号の周波数成分を算出する。そして、合成画像の周波数成分のうち、低域成分(全周波数帯域の1/r以下の帯域)については、構造成分の復号信号の周波数成分と置換する。なお、r=X/X’=Y/Y’とする。   Next, Fourier transform is applied to the decoded signal of the structural component to calculate the frequency component of the decoded signal of the structural component. Of the frequency components of the synthesized image, the low frequency components (bands of 1 / r or less of the entire frequency band) are replaced with the frequency components of the structural component decoded signal. Note that r = X / X ′ = Y / Y ′.

前述した方法では、ヒストグラムによる制約のみであったため、画像信号内の構造情報を保存するための機構が存在しなかった。このため、繰返し処理の収束が保障されない場合がある、あるいは、収束に多くの繰り返し回数を要するという問題点がある。これに対して、上記の改良を加えることで、繰返し処理の中に構造情報による制約を加えることが可能となり、前述の問題を解消することが可能である。   In the above-described method, there is no mechanism for storing the structure information in the image signal because there is only a restriction due to the histogram. For this reason, there is a problem that the convergence of the iterative process is not guaranteed, or there is a problem that a large number of iterations are required for convergence. On the other hand, by adding the above-described improvement, it becomes possible to add restrictions due to the structure information in the iterative process, and the above-mentioned problems can be solved.

次に、図1を参照して、本発明の一実施形態による画像符号化装置の構成を説明する。図1は、同実施形態における画像符号化装置の構成を示すブロック図である。図1において、符号101は、符号化対象画像(X×Y画素)を入力とし、解像度変換処理により、X’×Y’画素の縮小画像信号へ変換し、同縮小画像を出力する解像度変換処理部である。符号102は、解像度変換処理の出力として得られた縮小画像信号を入力として、予め定めれた符号化方法に従い、符号化処理を行い、その符号化データを出力する波形符号化処理部である。符号化処理としては、例えば、H.264/AVCの標準規格に準拠した符号化方法を適用可能である。   Next, the configuration of an image encoding device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image encoding device according to the embodiment. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a resolution conversion process in which an encoding target image (X × Y pixels) is input, converted into a reduced image signal of X ′ × Y ′ pixels by a resolution conversion process, and the reduced image is output. Part. Reference numeral 102 denotes a waveform encoding processing unit that receives the reduced image signal obtained as the output of the resolution conversion process, performs the encoding process according to a predetermined encoding method, and outputs the encoded data. As an encoding process, for example, H.264 is used. An encoding method based on the H.264 / AVC standard can be applied.

符号103は、波形符号化処理部102で生成された符号化データを入力として、復号処理を行い、復号信号(低解像度構造成分復号信号:X’×Y’画素)を得る波形復号処理部である。復号方法は、波形符号化処理部102で用いた符号化方法に対応する方法であり、H.264/AVCの標準規格に準拠した符号化方法を用いたのであれば、復号方法としても、H.264/AVCの標準規格に準拠した復号方法を用いる。   Reference numeral 103 denotes a waveform decoding processing unit that receives the encoded data generated by the waveform encoding processing unit 102 and performs decoding processing to obtain a decoded signal (low-resolution structural component decoded signal: X ′ × Y ′ pixel). is there. The decoding method is a method corresponding to the encoding method used in the waveform encoding processing unit 102. If an encoding method compliant with the H.264 / AVC standard is used, the decoding method is also H.264. A decoding method compliant with the H.264 / AVC standard is used.

符号104は、低解像度構造成分復号信号(X’×Y’画素)を入力として、逆解像度変換処理を行い、原画像と同じ解像度の画像信号(X×Y画素)としての構造成分復号信号を得る逆解像度変換処理部である。符号105は、構造成分復号信号に対するテクスチャ分析処理を行い、構造成分復号信号に対する画素値ヒストグラム・変換係数ヒストグラムを出力するテクスチャ分析処理部である。   Reference numeral 104 receives a low-resolution structural component decoded signal (X ′ × Y ′ pixel) as an input, performs reverse resolution conversion processing, and outputs a structural component decoded signal as an image signal (X × Y pixel) having the same resolution as the original image. This is a reverse resolution conversion processing unit. Reference numeral 105 denotes a texture analysis processing unit that performs texture analysis processing on the structural component decoded signal and outputs a pixel value histogram / transform coefficient histogram for the structural component decoded signal.

符号106は、符号化対象信号に対するテクスチャ分析処理を行い、符号化対象信号に対する画素値ヒストグラム・変換係数ヒストグラムを出力するテクスチャ分析処理部である。符号107は、符号化対象画像及び構造成分復号信号の画素値ヒストグラムを入力として、両ヒストグラムの差分情報を生成して出力するヒストグラム差分情報生成部である。また、ヒストグラム差分情報生成部107は、符号化対象画像及び構造成分復号信号の画素値ヒストグラムを入力として、両ヒストグラムの差分情報を生成して出力する。あわせて、符号化対象画像及び構造成分復号信号の変換係数ヒストグラムを入力として、両ヒストグラムの差分情報を生成して出力する。   Reference numeral 106 denotes a texture analysis processing unit that performs texture analysis processing on the encoding target signal and outputs a pixel value histogram / transform coefficient histogram for the encoding target signal. Reference numeral 107 denotes a histogram difference information generation unit that receives the pixel value histogram of the encoding target image and the structural component decoded signal, generates difference information between the two histograms, and outputs the difference information. Also, the histogram difference information generation unit 107 receives the encoding target image and the pixel value histogram of the structural component decoded signal, and generates and outputs difference information of both histograms. In addition, the conversion coefficient histogram of the encoding target image and the structural component decoded signal is input, and difference information of both histograms is generated and output.

符号108は、ヒストグラム差分情報生成部107から出力された画素値ヒストグラム差分情報を入力として、同差分情報を符号化し、符号化データとして出力するヒストグラム差分情報符号化部である。また、ヒストグラム差分情報符号化部108は、変換係数ヒストグラムの差分情報を入力として、同差分情報を符号化し、符号化データとして出力する。符号化方法の例としては、ヒストグラムの各頻度を算術符号化する方法が適用可能である。符号109は、波形符号化処理部102とヒストグラム差分情報符号化部108が出力する符号化データを多重化して出力する符号化データ多重化部である。   Reference numeral 108 denotes a histogram difference information encoding unit that inputs the pixel value histogram difference information output from the histogram difference information generation unit 107, encodes the difference information, and outputs the encoded difference information as encoded data. Further, the histogram difference information encoding unit 108 receives the difference information of the transform coefficient histogram, encodes the difference information, and outputs it as encoded data. As an example of the encoding method, a method of arithmetically encoding each frequency of the histogram is applicable. Reference numeral 109 denotes an encoded data multiplexing unit that multiplexes and outputs the encoded data output from the waveform encoding processing unit 102 and the histogram difference information encoding unit 108.

次に、図2を参照して、図1に示すテクスチャ分析処理部105の構成を説明する。図2は、図1に示すテクスチャ分析処理部105の構成を示す図である。図2において、符号301は、入力画像の画素値ヒストグラムを生成して出力する画素値ヒストグラム生成処理部である。符号302は、入力画像に対して、Steerable pyramid変換を適用し、変換係数を出力する変換処理部である。符号303は、Steerable pyramid変換の変換係数を入力として、変換係数ヒストグラムを生成して出力する変換係数ヒストグラム生成処理部である。   Next, the configuration of the texture analysis processing unit 105 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the texture analysis processing unit 105 shown in FIG. In FIG. 2, reference numeral 301 denotes a pixel value histogram generation processing unit that generates and outputs a pixel value histogram of an input image. Reference numeral 302 denotes a conversion processing unit that applies Steerable pyramid conversion to an input image and outputs a conversion coefficient. Reference numeral 303 denotes a conversion coefficient histogram generation processing unit that receives the conversion coefficient of Steerable pyramid conversion as an input and generates and outputs a conversion coefficient histogram.

次に、図3を参照して、図1に示す画像符号化装置の処理動作を説明する。図3は、図1に示す画像符号化装置の処理動作を示す図である。まず、解像度変換処理部101は、符号化対象画像(X×Y画素)を入力し、解像度変換処理により、X’×Y’画素の縮小画像信号へ変換し、縮小画像を出力する(ステップS1)。続いて、波形符号化処理部102は、解像度変換処理の出力として得られた縮小画像信号を入力として、予め定められた符号化方法に従い、符号化処理を行い、その符号化データを出力する(ステップS2)。符号化処理としては、例えば、H.264/AVCの標準規格に準拠した符号化方法が適用可能である。   Next, the processing operation of the image encoding device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a processing operation of the image encoding device shown in FIG. First, the resolution conversion processing unit 101 receives an encoding target image (X × Y pixels), converts it into a reduced image signal of X ′ × Y ′ pixels by resolution conversion processing, and outputs a reduced image (step S1). ). Subsequently, the waveform encoding processing unit 102 receives the reduced image signal obtained as the output of the resolution conversion process, performs the encoding process according to a predetermined encoding method, and outputs the encoded data ( Step S2). As an encoding process, for example, H.264 is used. An encoding method compliant with the H.264 / AVC standard can be applied.

次に、波形復号処理部103は、波形符号化処理部102から出力された符号化データを入力として、復号処理を行い、復号信号(低解像度構造成分復号信号:X’×Y’画素)を生成する(ステップS3)。復号方法は、符号化方法に対応する方法であり、H.264/AVCの標準規格に準拠した符号化方法を用いたのであれば、復号方法としても、H.264/AVCの標準規格に準拠した復号方法を用いればよい。   Next, the waveform decoding processing unit 103 receives the encoded data output from the waveform encoding processing unit 102, performs decoding processing, and outputs a decoded signal (low-resolution structural component decoded signal: X ′ × Y ′ pixel). Generate (step S3). The decoding method is a method corresponding to the encoding method. If an encoding method compliant with the H.264 / AVC standard is used, the decoding method is also H.264. A decoding method conforming to the H.264 / AVC standard may be used.

次に、逆解像度変換処理部104は、低解像度構造成分復号信号(X’×Y’画素)を入力として、逆解像度変換処理を行い、原画像と同じ解像度の画像信号(X×Y画素)としての構造成分復号信号を生成する(ステップS4)。テクスチャ分析処理部105は、構造成分復号信号(X×Y画素)を入力とし、構造成分復号信号の画素値ヒストグラムを生成して出力する(ステップS5)。また、テクスチャ分析処理部105は、構造成分復号信号(X×Y画素)を入力とし、構造成分復号信号に対して、Steerable pyramid変換を施し、得られる変換係数に対して、変換係数ヒストグラムを生成して出力する(ステップS6)。   Next, the reverse resolution conversion processing unit 104 receives the low resolution structural component decoded signal (X ′ × Y ′ pixel) as input, performs reverse resolution conversion processing, and performs an image signal (X × Y pixel) having the same resolution as the original image. A structural component decoded signal is generated (step S4). The texture analysis processing unit 105 receives the structural component decoded signal (X × Y pixels) as an input, and generates and outputs a pixel value histogram of the structural component decoded signal (step S5). Further, the texture analysis processing unit 105 receives the structural component decoded signal (X × Y pixel) as input, performs steerable pyramid conversion on the structural component decoded signal, and generates a conversion coefficient histogram for the obtained conversion coefficient. And output (step S6).

変換係数ヒストグラムの生成は、以下のように行う。まず、Steerableyramid変換を規定するパラメータ方向数M、分解レベルJmaxを読み込む。そして、入力信号に対して、方向数M、分解レベルJmaxで定まるSteerable pyramid変換を行い、変換係数を出力する。次に、高周波成分に属する2×2個の変換係数に対して、ヒストグラムを求め、H[i](i=0,・・・,22J−1)として出力する。続いて、j=0,・・・,Jmax−1に対して次の処理を繰り返す。m=0,・・・,M−1に対して次の処理を繰り返す。第j分解レベルにおける第m方向成分に属する22(J−j)個の変換係数に対するヒストグラムを求め、L(j,m) Bδ[i](i=0,・・・,22(J−j)−1)として出力する。そして、最上位の分解レベルj=Jmaxに属する22(J−Jmax)個の変換係数に対するヒストグラムを求め、L(Jmax,0) Bδ[i](i=0,・・・,22(J−.Jmax)−1)として出力する。最上位の分解レベルでは、方向成分に関する分割はなく、m=0に対応するヒストグラムに限定される。 The conversion coefficient histogram is generated as follows. First, the parameter direction number M and the decomposition level J max that define Steerableramid conversion are read. Then, steerable pyramid conversion determined by the number of directions M and the decomposition level J max is performed on the input signal, and a conversion coefficient is output. Next, a histogram is obtained for 2 J × 2 J conversion coefficients belonging to the high frequency component, and output as H J [i] (i = 0,..., 2 2J −1). Subsequently, the following processing is repeated for j = 0,..., J max −1. The following processing is repeated for m = 0,. A histogram is obtained for 2 2 (J−j) transform coefficients belonging to the m-th direction component at the j-th decomposition level, and L (j, m) [i] (i = 0,..., 2 2 (J -J) Output as -1). Then, a histogram for 2 2 (J−Jmax) transform coefficients belonging to the highest decomposition level j = J max is obtained, and L (Jmax, 0) [i] (i = 0,..., 2 2 Output as (J-.Jmax) -1). At the highest decomposition level, there is no division for the directional component and it is limited to the histogram corresponding to m = 0.

次に、テクスチャ分析処理部106は、符号化対象画像(X×Y画素)を入力し、符号化対象画像の画素値ヒストグラムを生成して出力する(ステップS7)。また、テクスチャ分析処理部106は、符号化対象画像(X×Y画素)を入力し、符号化対象画像に対して、Steerable pyramid変換を施し、得られる変換係数に対して、変換係数ヒストグラムを生成して出力する(ステップS8)。変換係数ヒストグラムの生成は、ステップS6と同様の処理によって行う。   Next, the texture analysis processing unit 106 receives the encoding target image (X × Y pixels), generates and outputs a pixel value histogram of the encoding target image (step S7). Further, the texture analysis processing unit 106 inputs an encoding target image (X × Y pixels), performs Steerable pyramid conversion on the encoding target image, and generates a conversion coefficient histogram for the obtained conversion coefficient. And output (step S8). The generation of the conversion coefficient histogram is performed by the same process as in step S6.

次に、ヒストグラム差分情報生成部107は、符号化対象画像及び構造成分復号信号の画素値ヒストグラムを入力し、両ヒストグラムの差分情報を生成して出力し、ヒストグラム差分情報符号化部108は、この差分情報を符号化し、符号化データとして出力する(ステップS9)。また、ヒストグラム差分情報生成部107は、符号化対象画像及び構造成分復号信号の変換係数ヒストグラムを入力し、両ヒストグラムの差分情報を生成して出力し、ヒストグラム差分情報符号化部108は、この差分情報を符号化し、符号化データとして出力する(ステップS10)。符号化方法の例としては、ヒストグラムの各頻度を算術符号化する方法が適用可能である。そして、符号化データ多重化部109は、符号化データを多重化して出力する。   Next, the histogram difference information generation unit 107 inputs the encoding target image and the pixel value histogram of the structural component decoded signal, generates and outputs difference information of both histograms, and the histogram difference information encoding unit 108 The difference information is encoded and output as encoded data (step S9). Also, the histogram difference information generation unit 107 receives the encoding coefficient image and the transform coefficient histogram of the structural component decoded signal, generates and outputs difference information of both histograms, and the histogram difference information encoding unit 108 Information is encoded and output as encoded data (step S10). As an example of the encoding method, a method of arithmetically encoding each frequency of the histogram is applicable. Then, the encoded data multiplexing unit 109 multiplexes the encoded data and outputs it.

次に、図4を参照して、本発明の一実施形態による画像復号装置の構成を説明する。図4は、同実施形態における画像復号装置の構成を示すブロック図である。図4において、符号201は、符号化データを入力として、低解像度構造成分に対する符号化データとヒストグラムの差分情報の符号化データに分離する符号化データ分離部である。符号202は、低解像度構造成分に対する符号化データを入力として、復号処理を行い、復号信号(低解像度構造成分復号信号:X’×Y’画素)を得る波形復号処理部である。復号方法は、入力した符号化データの生成に用いた符号化処理に対応する方法であり、H.264/AVCの標準規格に準拠した符号化方法を用いたのであれば、復号方法としても、H.264/AVCの標準規格に準拠した復号方法を用いる。   Next, the configuration of an image decoding device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the image decoding apparatus in the embodiment. In FIG. 4, reference numeral 201 denotes an encoded data separation unit that receives encoded data as input and separates into encoded data of low-resolution structural components and encoded data of difference information of the histogram. Reference numeral 202 denotes a waveform decoding processing unit that receives encoded data for a low-resolution structural component and performs decoding processing to obtain a decoded signal (low-resolution structural component decoded signal: X ′ × Y ′ pixels). The decoding method is a method corresponding to the encoding process used to generate the input encoded data. If an encoding method compliant with the H.264 / AVC standard is used, the decoding method is also H.264. A decoding method compliant with the H.264 / AVC standard is used.

符号203は、低解像度構造成分復号信号(X’×Y’画素)を入力として、逆解像度変換処理を行い、原画像と同じ解像度の画像信号(X×Y画素)としての構造成分復号信号を生成して出力する逆解像度変換処理部である。符号204は、構造成分復号信号を記憶する構造成分復号信号記憶部である。符号205は、構造成分復号信号(X×Y画素)を入力とし、テクスチャ分析処理を行い、構造成分復号信号に対する画素値ヒストグラムと変換係数ヒストグラムを出力するテクスチャ分析処理部である。図4に示すテクスチャ分析部205の詳細な構成は、図2に示す構成と同様とであるので、詳細な説明を省略する。   Reference numeral 203 receives a low-resolution structural component decoded signal (X ′ × Y ′ pixel) as input, performs reverse resolution conversion processing, and outputs a structural component decoded signal as an image signal (X × Y pixel) having the same resolution as the original image. A reverse resolution conversion processing unit that generates and outputs. Reference numeral 204 denotes a structural component decoded signal storage unit that stores the structural component decoded signal. Reference numeral 205 denotes a texture analysis processing unit that receives a structural component decoded signal (X × Y pixels), performs a texture analysis process, and outputs a pixel value histogram and a transform coefficient histogram for the structural component decoded signal. The detailed configuration of the texture analysis unit 205 shown in FIG. 4 is the same as the configuration shown in FIG.

符号206は、符号化対象画像及び構造成分復号信号の画素値ヒストグラムの差分情報の符号化データを読み込み、指定された復号処理を行い、同差分情報を生成するヒストグラム差分情報復号部である。復号処理の例としては、差分情報を算術符号化していたのであれば、算術符号化に対応する復号処理となる。符号207は、テクスチャ分析部205から出力された構造成分復号信号のヒストグラム情報(画素値ヒストグラム及び変換係数ヒストグラム)及びヒストグラム差分情報復号部206から出力されたヒストグラム情報の差分を入力として、ヒストグラムの成分毎に両者を加算し、符号化対象画像の画素値ヒストグラム及び変換係数ヒストグラムを生成して出力するヒストグラム情報加算処理部である。   Reference numeral 206 denotes a histogram difference information decoding unit that reads encoded data of difference information of pixel value histograms of an encoding target image and a structural component decoded signal, performs designated decoding processing, and generates the difference information. As an example of the decoding process, if the difference information is arithmetically encoded, the decoding process corresponds to the arithmetic encoding. A reference numeral 207 receives the histogram information (pixel value histogram and transform coefficient histogram) of the structural component decoded signal output from the texture analysis unit 205 and the histogram information output from the histogram difference information decoding unit 206 as input. It is a histogram information addition processing unit that adds both of them for each generation, and generates and outputs a pixel value histogram and a transform coefficient histogram of the encoding target image.

符号208は、ヒストグラム情報を記憶するヒストグラム情報記憶部である。符号209は、符号化対象画像の画素値ヒストグラム及び変換係数ヒストグラムを入力として、テクスチャ合成処理を行い、復号画像を出力するテクスチャ合成処理部である。   Reference numeral 208 denotes a histogram information storage unit that stores histogram information. Reference numeral 209 denotes a texture synthesis processing unit that receives a pixel value histogram and a conversion coefficient histogram of an encoding target image, performs texture synthesis processing, and outputs a decoded image.

次に、図5を参照して、図4に示すテクスチャ合成処理部209の構成を説明する。図5は、図4にテクスチャ合成処理部209の構成を示すブロック図である。図5において、符号401は、予め定められた画像信号を合成画像の初期値として出力する合成画像初期化部である。初期化に用いる画像の例としては、乱数で生成された白色雑音画像を用いることができる。符号402は、合成画像初期化部401から出力する合成画像の初期値を記憶する合成画像記憶部である。   Next, the configuration of the texture synthesis processing unit 209 shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the texture synthesis processing unit 209 in FIG. In FIG. 5, reference numeral 401 denotes a composite image initialization unit that outputs a predetermined image signal as an initial value of the composite image. As an example of an image used for initialization, a white noise image generated with a random number can be used. Reference numeral 402 denotes a composite image storage unit that stores an initial value of a composite image output from the composite image initialization unit 401.

符号403は、合成画像を入力として、フーリエ変換を行い、同信号の周波数成分を生成するフーリエ変換部である。符号404は、構造成分復号信号を入力として、フーリエ変換を行い、同信号の周波数成分を生成するフーリエ変換部である。符号405は、フーリエ変換部403から出力する合成画像の周波数成分およびフーリエ変換部404から出力する構造成分復号信号の周波数成分を入力として、合成画像の周波数成分のうち、低域成分(全周波数帯域の1/r以下の帯域)については、構造成分の復号信号の周波数成分と置換する低域成分置換部である。なお、r=X/X’=Y/Y’である。   Reference numeral 403 denotes a Fourier transform unit that performs a Fourier transform using the composite image as an input and generates a frequency component of the signal. Reference numeral 404 denotes a Fourier transform unit that receives a structural component decoded signal as input and performs Fourier transform to generate a frequency component of the signal. Reference numeral 405 receives the frequency component of the composite image output from the Fourier transform unit 403 and the frequency component of the structural component decoded signal output from the Fourier transform unit 404 as input, and the low frequency component (all frequency bands) of the frequency components of the composite image. Is a low-frequency component replacement unit that replaces the frequency component of the structural component decoded signal. Note that r = X / X ′ = Y / Y ′.

符号406は、低域成分置換部405から出力する周波数成分を入力として、逆フーリエ変換処理を行い、得られる画像信号を、修正を加えた合成画像として出力する逆フーリエ変換処理部である。符号407は、逆フーリエ変換処理部406から出力する合成画像を記憶する合成画像記憶部である。   Reference numeral 406 denotes an inverse Fourier transform processing unit that receives the frequency component output from the low-frequency component replacement unit 405, performs inverse Fourier transform processing, and outputs the obtained image signal as a corrected composite image. Reference numeral 407 denotes a composite image storage unit that stores the composite image output from the inverse Fourier transform processing unit 406.

符号408は、合成画像記憶部407から読み出した合成画像を入力として、合成画像の画素値ヒストグラムを生成する画素値ヒストグラム生成部である。符号409は、画素値ヒストグラム生成部408から出力された合成画像の画素値ヒストグラムおよびヒストグラム情報記憶部208に記憶された符号化対象画像の画素値ヒストグラムを読み込み、合成画像の画素値ヒストグラムを符号化対象画像の画素値ヒストグラムに近づける処理を行い、処理後の合成画像の画素値ヒストグラムを出力するヒストグラム情報補正処理部である。   Reference numeral 408 denotes a pixel value histogram generation unit that generates a pixel value histogram of a composite image using the composite image read from the composite image storage unit 407 as an input. Reference numeral 409 reads the pixel value histogram of the composite image output from the pixel value histogram generation unit 408 and the pixel value histogram of the encoding target image stored in the histogram information storage unit 208 and encodes the pixel value histogram of the composite image. It is a histogram information correction processing unit that performs a process of approaching the pixel value histogram of the target image and outputs a pixel value histogram of the processed composite image.

符号410は、ヒストグラム情報補正処理部409の処理前の合成画像の画素値ヒストグラム、ヒストグラム情報補正処理部409で得られた合成画像の画素値ヒストグラム、合成画像を入力として、ヒストグラム情報補正処理部409の処理前後の合成画像の画素値ヒストグラムを用いて、合成画像の画素値を修正し、修正後の合成画像を出力する画像値補正処理部である。符号411は、画像値補正処理部410が出力する修正後の合成画像を記憶する合成画像記憶部である。   Reference numeral 410 denotes a histogram information correction processing unit 409 using the pixel value histogram of the composite image before the processing of the histogram information correction processing unit 409, the pixel value histogram of the composite image obtained by the histogram information correction processing unit 409, and the composite image as inputs. This is an image value correction processing unit that corrects the pixel value of the composite image using the pixel value histograms of the composite image before and after the process, and outputs the composite image after correction. Reference numeral 411 denotes a composite image storage unit that stores the corrected composite image output from the image value correction processing unit 410.

符号412は、合成画像記憶部411から読み出した合成画像を入力として、Steerable pyramid変換を施し、変換係数を出力する変換処理部である。符号413は、変換処理部412から出力された変換係数に対して、変換係数ヒストグラムを生成する変換係数ヒストグラム生成部である。   Reference numeral 412 denotes a conversion processing unit that receives a synthesized image read from the synthesized image storage unit 411, performs steerable pyramid conversion, and outputs a conversion coefficient. Reference numeral 413 denotes a conversion coefficient histogram generation unit that generates a conversion coefficient histogram for the conversion coefficient output from the conversion processing unit 412.

符号414は、変換係数ヒストグラム生成部413から出力された合成画像の変換係数ヒストグラムおよびヒストグラム情報記憶部208に記憶された符号化対象画像の変換係数ヒストグラムを読み込み、合成画像の変換係数ヒストグラムを符号化対象画像の変換係数ヒストグラムに近づける処理を行い、処理後の合成画像の変換係数ヒストグラムを出力するヒストグラム情報補正処理部である。   Reference numeral 414 reads the conversion coefficient histogram of the composite image output from the conversion coefficient histogram generation unit 413 and the conversion coefficient histogram of the encoding target image stored in the histogram information storage unit 208 and encodes the conversion coefficient histogram of the composite image. This is a histogram information correction processing unit that performs processing to approximate the conversion coefficient histogram of the target image and outputs the conversion coefficient histogram of the composite image after processing.

符号415は、ヒストグラム情報補正処理部414の処理前の合成画像の変換係数ヒストグラム、ヒストグラム情報補正処理部414で得られた合成画像の変換係数ヒストグラム、合成画像を入力として、ヒストグラム情報補正処理部414による処理前後の合成画像の変換係数ヒストグラムを用いて、合成画像の変換係数値を補正し、修正後の変換係数を入力として、同変換係数に対して、逆Steerable pyramid変換を施し、合成画像を出力する画像値補正処理部である。符号416は、終了条件を満たしていれば、画像値補正処理部415から出力された合成画像を復号画像として出力し、終了条件を満たしていなければ、画像値補正処理部415から出力された合成画像を合成画像記憶部402に記憶する。   Reference numeral 415 denotes a conversion coefficient histogram of the composite image before the processing of the histogram information correction processing unit 414, a conversion coefficient histogram of the composite image obtained by the histogram information correction processing unit 414, and the composite image as inputs, and a histogram information correction processing unit 414. Using the conversion coefficient histogram of the composite image before and after the processing according to the above, the conversion coefficient value of the composite image is corrected, the corrected conversion coefficient is input, reverse Steerable pyramid conversion is performed on the conversion coefficient, and the composite image is An image value correction processing unit to output. Reference numeral 416 outputs a composite image output from the image value correction processing unit 415 as a decoded image if the end condition is satisfied, and outputs a composite image output from the image value correction processing unit 415 if the end condition is not satisfied. The image is stored in the composite image storage unit 402.

次に、図6を参照して、図4、図5に示す復号装置の処理動作を説明する。図6は、図4、図5に示す復号装置の処理動作を示すフローチャートである。まず、波形復号処理部202は、符号化データ分離部201によって分離された低解像度構造成分に対する符号化データを入力として、復号処理を行い、復号信号(低解像度構造成分復号信号:X’×Y’画素)を生成する(ステップS21)。復号方法は、入力した符号化データの生成に用いた符号化処理に対応する方法であり、H.264/AVCの標準規格に準拠した符号化方法を用いたのであれば、復号方法としても、H.264/AVCの標準規格に準拠した復号方法を用いる。   Next, the processing operation of the decoding device shown in FIGS. 4 and 5 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing the processing operation of the decoding apparatus shown in FIGS. First, the waveform decoding processing unit 202 receives the encoded data for the low-resolution structural component separated by the encoded data separation unit 201, performs a decoding process, and outputs a decoded signal (low-resolution structural component decoded signal: X ′ × Y). 'Pixel' is generated (step S21). The decoding method is a method corresponding to the encoding process used to generate the input encoded data. If an encoding method compliant with the H.264 / AVC standard is used, the decoding method is also H.264. A decoding method compliant with the H.264 / AVC standard is used.

次に、逆解像度変換処理部203は、低解像度構造成分復号信号(X’×Y’画素)を入力として、逆解像度変換処理を行い、原画像と同じ解像度の画像信号(X×Y画素)としての構造成分復号信号を生成する(ステップS22)。続いて、テクスチャ分析処理部205は、構造成分復号信号(X×Y画素)を入力とし、構造成分復号信号の画素値ヒストグラムを生成する(ステップS23)。   Next, the reverse resolution conversion processing unit 203 receives the low-resolution structural component decoded signal (X ′ × Y ′ pixel) as an input, performs reverse resolution conversion processing, and performs an image signal (X × Y pixel) having the same resolution as the original image. The structural component decoded signal is generated (step S22). Subsequently, the texture analysis processing unit 205 receives the structural component decoded signal (X × Y pixels) as an input, and generates a pixel value histogram of the structural component decoded signal (step S23).

一方、ヒストグラム差分情報復号部206は、符号化データ分離部201によって分離された符号化対象画像及び構造成分復号信号の画素値ヒストグラムの差分情報の符号化データを読み込み、指定された復号処理を行い、同差分情報を生成する(ステップS24)。復号処理の例としては、差分情報を算術符号化していたのであれば、算術符号化に対応する復号処理となる。   On the other hand, the histogram difference information decoding unit 206 reads the encoded data of the difference information of the pixel value histogram of the encoding target image and the structural component decoded signal separated by the encoded data separation unit 201, and performs a specified decoding process. The difference information is generated (step S24). As an example of the decoding process, if the difference information is arithmetically encoded, the decoding process corresponds to the arithmetic encoding.

次に、ヒストグラム情報加算処理部207は、テクスチャ分析処理部205から出力されたヒストグラム及びヒストグラム差分情報復号部206から出力されたヒストグラムの差分情報を入力として、ヒストグラムの成分毎に両者を加算し、符号化対象画像の画素値ヒストグラムを生成する(ステップS25)。テクスチャ分析処理部205は、構造成分復号信号(X×Y画素)を入力とし、構造成分復号信号に対して、Steerable pyramid変換を施し、得られる変換係数に対して、変換係数ヒストグラムを生成する(ステップS26)。   Next, the histogram information addition processing unit 207 receives the histogram difference information output from the histogram output from the texture analysis processing unit 205 and the histogram difference information decoding unit 206, and adds both for each histogram component. A pixel value histogram of the encoding target image is generated (step S25). The texture analysis processing unit 205 receives the structural component decoded signal (X × Y pixels) as input, performs steerable pyramid conversion on the structural component decoded signal, and generates a conversion coefficient histogram for the obtained conversion coefficient ( Step S26).

次に、ヒストグラム差分情報復号部206は、符号化対象画像及び構造成分復号信号の変換係数ヒストグラムの差分情報の符号化データを読み込み、指定された復号処理を行い、同差分情報を生成する(ステップS27)。復号処理の例としては、差分情報を算術符号化していたのであれば、算術符号化に対応する復号処理となる。続いて、ヒストグラム情報加算処理部207は、出力された変換係数ヒストグラム及び出力されたヒストグラムの差分情報を入力として、ヒストグラムの成分毎に両者を加算し、符号化対象画像の画素値ヒストグラムを生成する符号化対象画像の変換係数ヒストグラムを生成する(ステップS28)。   Next, the histogram difference information decoding unit 206 reads the encoded data of the difference information of the transform coefficient histogram of the encoding target image and the structural component decoded signal, performs the specified decoding process, and generates the difference information (step) S27). As an example of the decoding process, if the difference information is arithmetically encoded, the decoding process corresponds to the arithmetic encoding. Subsequently, the histogram information addition processing unit 207 receives the output transform coefficient histogram and the difference information of the output histogram as inputs, adds both of the components for each histogram, and generates a pixel value histogram of the encoding target image. A transform coefficient histogram of the encoding target image is generated (step S28).

次に、合成画像初期化部401は、合成画像を予め定められた画像信号で初期化する(ステップS29)。初期化に用いる画像の例としては、乱数で生成された白色雑音画像を用いることができる。続いて、フーリエ変換処理部404は、構造成分復号信号を入力として、フーリエ変換を行い、同信号の周波数成分を生成する(ステップS30)。   Next, the composite image initialization unit 401 initializes the composite image with a predetermined image signal (step S29). As an example of an image used for initialization, a white noise image generated with a random number can be used. Subsequently, the Fourier transform processing unit 404 receives the structural component decoded signal as input and performs Fourier transform to generate a frequency component of the signal (step S30).

次に、フーリエ変換処理部403は、合成画像を入力として、フーリエ変換を行い、得られた合成画像の周波数成分および得られた構造成分復号信号の周波数成分を入力として、合成画像の周波数成分のうち、低域成分(全周波数帯域の1/r以下の帯域)については、構造成分の復号信号の周波数成分と置換する。なお、r=X/X’=Y/Y’である。そして、逆フーリエ変換処理部406は、置換後の周波数成分に対して、逆フーリエ変換を行い、修正処理後の合成画像を得る(ステップS32)。   Next, the Fourier transform processing unit 403 performs Fourier transform using the composite image as an input, receives the frequency component of the obtained composite image and the frequency component of the obtained structural component decoded signal, and inputs the frequency component of the composite image. Of these, the low-frequency component (band of 1 / r or less of the entire frequency band) is replaced with the frequency component of the decoded signal of the structural component. Note that r = X / X ′ = Y / Y ′. Then, the inverse Fourier transform processing unit 406 performs inverse Fourier transform on the frequency component after replacement to obtain a composite image after correction processing (step S32).

次に、画素値ヒストグラム生成部407は、合成画像を入力として、合成画像の画素値ヒストグラムを生成する(ステップS33)。続いて、ヒストグラム情報補正処理部409は、合成画像の画素値ヒストグラムおよび符号化対象画像の画素値ヒストグラムを読み込み、合成画像の画素値ヒストグラムを符号化対象画像の画素値ヒストグラムに近づける処理を行い、処理後の合成画像の画素値ヒストグラムを出力する(ステップS34)。   Next, the pixel value histogram generation unit 407 receives the composite image and generates a pixel value histogram of the composite image (step S33). Subsequently, the histogram information correction processing unit 409 reads the pixel value histogram of the composite image and the pixel value histogram of the encoding target image, performs a process of bringing the pixel value histogram of the composite image close to the pixel value histogram of the encoding target image, A pixel value histogram of the processed composite image is output (step S34).

次に、画像値補正処理部410は、ヒストグラム情報補正処理部409による処理前の合成画像の画素値ヒストグラム、得られた合成画像の画素値ヒストグラム、合成画像を入力として、ヒストグラム情報補正処理部409による処理前後の合成画像の画素値ヒストグラムを用いて、合成画像の画素値を修正し、修正後の合成画像を生成する(ステップS35)。続いて、変換処理部412は、合成画像を入力として、Steerable pyramid変換を施し、得られる変換係数に対して、変換係数ヒストグラムを生成する(ステップS36)。   Next, the image value correction processing unit 410 receives the pixel value histogram of the composite image before processing by the histogram information correction processing unit 409, the pixel value histogram of the obtained composite image, and the composite image as input, and the histogram information correction processing unit 409. The pixel values of the composite image are corrected using the pixel value histograms of the composite image before and after the process of step S35 to generate a corrected composite image (step S35). Subsequently, the conversion processing unit 412 performs Steerable pyramid conversion using the composite image as an input, and generates a conversion coefficient histogram for the obtained conversion coefficient (step S36).

次に、変換係数ヒストグラム生成部413は、合成画像の変換係数ヒストグラムおよび符号化対象画像の変換係数ヒストグラムを読み込み、合成画像の変換係数ヒストグラムを符号化対象画像の変換係数ヒストグラムに近づける処理を行い、処理後の合成画像の変換係数ヒストグラムを出力する(ステップS37)。   Next, the transformation coefficient histogram generation unit 413 reads the transformation coefficient histogram of the synthesized image and the transformation coefficient histogram of the encoding target image, performs a process of bringing the transformation coefficient histogram of the synthesized image closer to the transformation coefficient histogram of the encoding target image, A conversion coefficient histogram of the composite image after processing is output (step S37).

次に、ヒストグラム情報補正処理部414は、変換係数ヒストグラム生成部413の処理前の合成画像の変換係数ヒストグラム、変換係数ヒストグラム生成部413で得られた合成画像の変換係数ヒストグラム、合成画像を入力として、変換係数ヒストグラム生成部413による処理前後の合成画像の変換係数ヒストグラムを用いて、合成画像の変換係数値を修正する(ステップS38)。   Next, the histogram information correction processing unit 414 receives as input the conversion coefficient histogram of the composite image before the processing of the conversion coefficient histogram generation unit 413, the conversion coefficient histogram of the composite image obtained by the conversion coefficient histogram generation unit 413, and the composite image. The conversion coefficient value of the composite image is corrected using the conversion coefficient histogram of the composite image before and after the processing by the conversion coefficient histogram generation unit 413 (step S38).

次に、画像値補正処理部415は、修正後の変換係数を入力として、同変換係数に対して、逆Steerable pyramid変換を施し、合成画像を生成する(ステップS39)。そして、終了判定部416は、ステップS31〜S39の処理を終了条件を満たすまで繰り返す。終了条件の例としては、反復回数が与えらえた上限を超える、あるいは、入力とした合成画像と出力とした合成画像の変化量が与えらえた閾値以下となる等がある。   Next, the image value correction processing unit 415 receives the corrected conversion coefficient as input, performs inverse steerable pyramid conversion on the conversion coefficient, and generates a composite image (step S39). Then, the end determination unit 416 repeats the processes in steps S31 to S39 until the end condition is satisfied. As an example of the end condition, the number of iterations exceeds the given upper limit, or the amount of change between the input composite image and the output composite image is less than the given threshold.

次に、図8を参照して、図1、図4に示す画像符号化装置、画像復号装置を含む画像伝送システムの構成を説明する。図8は、画像伝送システムの構成を示すブロック図である。図8において、符号501は、カメラ等で撮像した動画像を入力する動画像入力部である。符号502は、図1に示す画像符号化装置で構成する動画像符号化装置あり、動画像入力部1によって入力した動画像を符号化して送信する。符号503は、動画像符号化装置502から送信された符号化動画像のデータを伝送する伝送路である。符号504は、図4に示す画像復号装置で構成する動画像復号装置あり、伝送路503によって伝送された符号化動画像のデータを受信し、符号化動画像のデータを復号して出力する。符号505は、動画像復号装置504において復号された動画像を表示装置等へ出力する動画像出力部である。   Next, the configuration of an image transmission system including the image encoding device and the image decoding device shown in FIGS. 1 and 4 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of the image transmission system. In FIG. 8, reference numeral 501 denotes a moving image input unit that inputs a moving image captured by a camera or the like. Reference numeral 502 denotes a moving image encoding apparatus configured by the image encoding apparatus shown in FIG. 1, which encodes and transmits a moving image input by the moving image input unit 1. Reference numeral 503 denotes a transmission path for transmitting encoded moving image data transmitted from the moving image encoding device 502. Reference numeral 504 denotes a moving picture decoding apparatus configured by the image decoding apparatus shown in FIG. 4, which receives encoded moving picture data transmitted through the transmission path 503, decodes the encoded moving picture data, and outputs the decoded moving picture data. Reference numeral 505 denotes a moving image output unit that outputs the moving image decoded by the moving image decoding device 504 to a display device or the like.

次に、図8に示す画像伝送システムの動作を説明する。画像符号化装置502は、動画像入力部501を介して、動画像のデータを入力し、動画像のフレーム毎に、前述した処理動作によって符号化を行う。そして、動画像符号化装置502は、符号化した動画像データを伝送路503を介して動画像復号装置504に対して送信する。動画像復号装置504は、この符号化動画像データを前述した処理動作によって復号し、動画像出力部205を介して、表示装置等に動画像を表示する。   Next, the operation of the image transmission system shown in FIG. 8 will be described. The image encoding device 502 inputs moving image data via the moving image input unit 501 and performs encoding by the above-described processing operation for each frame of the moving image. Then, the moving image encoding device 502 transmits the encoded moving image data to the moving image decoding device 504 via the transmission path 503. The moving picture decoding apparatus 504 decodes the encoded moving picture data by the processing operation described above, and displays the moving picture on a display device or the like via the moving picture output unit 205.

以上説明したように、低レートの符号化方式として、従来の波形再現ベースの符号化方式に変わる手法として、テクスチャ合成技術に基づき主観的に原信号に近い画質の信号を生成することができる画像符号化処理と画像復号処理を提供することが可能となる。これにより、主観画質は保持しつつ、符号量を削減する符号化を実現できる。   As described above, as a low-rate coding method, an image that can subjectively generate a signal with an image quality close to the original signal based on the texture synthesis technique as a method that replaces the conventional waveform reproduction-based coding method. An encoding process and an image decoding process can be provided. Thereby, it is possible to realize encoding that reduces the code amount while maintaining the subjective image quality.

なお、図1における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより画像符号化処理及び画像復号処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。   Note that a program for realizing the function of the processing unit in FIG. 1 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed, thereby executing image coding processing. In addition, image decoding processing may be performed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。   The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

低レートの符号化方式として、従来の波形再現ベースの符号化方式に変わる手法として、テクスチャ合成技術に基づき主観的に原信号に近い画質の信号を生成することが不可欠な用途に適用できる。   As a low-rate encoding method, it can be applied to applications where it is indispensable to generate a signal of an image quality subjectively close to the original signal based on the texture synthesis technique as a method that replaces the conventional waveform reproduction-based encoding method.

101・・・解像度変換処理部、102・・・波形符号化処理部、103・・・波形復号処理部、104・・・逆解像度変換処理部、105・・・テクスチャ分析処理部、106・・・テクスチャ分析処理部、107・・・ヒストグラム差分情報生成部、108・・・ヒストグラム差分情報符号化部、109・・・符号化データ多重化部、201・・・符号化データ分離部、202・・・波形復号処理部、203・・・逆解像度変換処理部、204・・・構造成分復号信号記憶部、205・・・テクスチャ分析処理部、206・・・ヒストグラム差分情報復号部、207・・・ヒストグラム情報加算処理部、208・・・ヒストグラム情報記憶部、209・・・テクスチャ合成処理部、301・・・画素値ヒストグラム生成処理部、302・・・変換処理部、303・・・変換係数ヒストグラム生成処理部、401・・・合成画像初期化部、402、411・・・合成画像記憶部、403、404・・・フーリエ変換処理部、405・・・低域成分置換部、406・・・逆フーリエ変換処理部、407・・・合成画像記憶部、408・・・画素値ヒストグラム生成部、409・・・ヒストグラム情報補正処理部、410、415・・・画像値補正処理部、412・・・変換処理部、413・・・変換係数ヒストグラム生成部、414・・・ヒストグラム情報補正処理部、416・・・終了判定部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Resolution conversion process part, 102 ... Waveform encoding process part, 103 ... Waveform decoding process part, 104 ... Reverse resolution conversion process part, 105 ... Texture analysis process part, 106 ... Texture analysis processing unit 107... Histogram difference information generation unit 108... Histogram difference information encoding unit 109 109 Encoded data multiplexing unit 201 201 Encoded data separation unit 202 ... Waveform decoding processing unit, 203... Inverse resolution conversion processing unit, 204... Structural component decoded signal storage unit, 205... Texture analysis processing unit, 206. Histogram information addition processing unit, 208 ... Histogram information storage unit, 209 ... Texture synthesis processing unit, 301 ... Pixel value histogram generation processing unit, 302 Conversion processing unit 303: Conversion coefficient histogram generation processing unit 401 ... Composite image initialization unit 402, 411 ... Composite image storage unit 403, 404 ... Fourier transform processing unit 405 .. Low-frequency component replacement unit, 406... Inverse Fourier transform processing unit, 407... Composite image storage unit, 408... Pixel value histogram generation unit, 409. ... image value correction processing section, 412 ... conversion processing section, 413 ... conversion coefficient histogram generation section, 414 ... histogram information correction processing section, 416 ... end determination section

Claims (3)

入力した波形符号化処理による符号化データに対して復号処理を行って、復号画像データを生成して出力する波形復号処理手段と、
前記復号画像データに対して、逆解像度変換を行うことにより、符号化対象画像データと同じ解像度の復元画像データを復元して出力する逆解像度変換処理手段と、
前記復元画像データに対するテクスチャ分析により、前記復元画像データに対する画素値のヒストグラム及び変換係数のヒストグラムからなるヒストグラム情報を生成して出力するテクスチャ分析処理手段と、
入力したテクスチャ分析に基づく符号化データに対して復号処理を行って、符号化対象画像データに対するヒストグラム情報と前記復元画像データに対するヒストグラム情報の間の差分情報を生成して出力するヒストグラム差分情報復号手段と、
前記差分情報と前記復元画像データに対する前記ヒストグラム情報とを加算処理して、前記符号化対象画像データに対するヒストグラム情報を生成して出力するヒストグラム情報加算処理手段と、
前記符号化対象信号に対する前記ヒストグラム情報を入力してテクスチャ合成処理を行うことにより、復号画像データを生成して出力するテクスチャ合成処理手段と
を備え、
合成画像データの低周波成分を前記復元画像データの低周波成分で置換し、置換後の周波数成分を逆フーリエ変換して得られる画像データを前記テクスチャ合成処理の対象とすることを特徴とする画像復号装置。
Waveform decoding processing means for performing decoding processing on the encoded data by the input waveform encoding processing to generate and output decoded image data; and
Reverse resolution conversion processing means for restoring and outputting restored image data having the same resolution as the encoding target image data by performing reverse resolution conversion on the decoded image data;
Texture analysis processing means for generating and outputting histogram information including a histogram of pixel values and a histogram of conversion coefficients for the restored image data by texture analysis on the restored image data;
Histogram difference information decoding means for performing decoding processing on encoded data based on input texture analysis to generate and output difference information between histogram information for encoding target image data and histogram information for the restored image data When,
Histogram information addition processing means for adding the difference information and the histogram information for the restored image data to generate and output histogram information for the encoding target image data;
Texture synthesis processing means for generating and outputting decoded image data by inputting the histogram information for the encoding target signal and performing texture synthesis processing; and
An image characterized in that image data obtained by replacing a low-frequency component of composite image data with a low-frequency component of the restored image data and performing inverse Fourier transform on the replaced frequency component is the target of the texture synthesis processing Decoding device.
波形復号処理手段と、逆解像度変換処理手段と、テクスチャ分析処理手段と、ヒストグラム差分情報復号手段と、ヒストグラム情報加算処理手段と、テクスチャ合成処理手段とを備える画像復号装置における画像復号方法であって、
前記波形復号処理手段が、入力した波形符号化処理による符号化データに対して復号処理を行って、復号画像データを生成して出力する波形復号処理ステップと、
前記逆解像度変換処理手段が、前記復号画像データに対して、逆解像度変換を行うことにより、符号化対象画像データと同じ解像度の復元画像データを復元して出力する逆解像度変換処理ステップと、
前記テクスチャ分析処理手段が、前記復元画像データに対するテクスチャ分析により、前記復元画像データに対する画素値のヒストグラム及び変換係数のヒストグラムからなるヒストグラム情報を生成して出力するテクスチャ分析処理ステップと、
前記ヒストグラム差分情報復号手段が、入力したテクスチャ分析に基づく符号化データに対して復号処理を行って、符号化対象画像データに対するヒストグラム情報と前記復元画像データに対するヒストグラム情報の間の差分情報を生成して出力するヒストグラム差分情報復号ステップと、
前記ヒストグラム情報加算処理手段が、前記差分情報と前記復元画像データに対する前記ヒストグラム情報とを加算処理して、前記符号化対象画像データに対するヒストグラム情報を生成して出力するヒストグラム情報加算処理ステップと、
前記テクスチャ合成処理手段が、前記符号化対象信号に対する前記ヒストグラム情報を入力してテクスチャ合成処理を行うことにより、復号画像データを生成して出力するテクスチャ合成処理ステップと
を有し、
合成画像データの低周波成分を前記復元画像データの低周波成分で置換し、置換後の周波数成分を逆フーリエ変換して得られる画像データを前記テクスチャ合成処理の対象とすることを特徴とする画像復号方法。
An image decoding method in an image decoding apparatus comprising a waveform decoding processing means, a reverse resolution conversion processing means, a texture analysis processing means, a histogram difference information decoding means, a histogram information addition processing means, and a texture synthesis processing means. ,
The waveform decoding processing means performs a decoding process on the input encoded data by the waveform encoding process to generate and output decoded image data; and
A reverse resolution conversion processing step in which the reverse resolution conversion processing unit performs reverse resolution conversion on the decoded image data to restore and output restored image data having the same resolution as the encoding target image data;
The texture analysis processing means generates and outputs histogram information including a histogram of pixel values and a histogram of conversion coefficients for the restored image data by texture analysis for the restored image data; and
The histogram difference information decoding means performs decoding processing on the encoded data based on the input texture analysis, and generates difference information between the histogram information for the encoding target image data and the histogram information for the restored image data. And outputting the histogram difference information decoding step,
The histogram information addition processing means adds the difference information and the histogram information for the restored image data to generate and output histogram information for the encoding target image data; and
The texture synthesis processing means has a texture synthesis processing step of generating and outputting decoded image data by inputting the histogram information for the encoding target signal and performing texture synthesis processing,
An image characterized in that image data obtained by replacing a low-frequency component of composite image data with a low-frequency component of the restored image data and performing inverse Fourier transform on the replaced frequency component is the target of the texture synthesis processing Decryption method.
画像復号装置上のコンピュータに画像復号処理を行わせる画像復号プログラムであって、
入力した波形符号化処理による符号化データに対して復号処理を行って、復号画像データを生成して出力する波形復号処理ステップと、
前記復号画像データに対して、逆解像度変換を行うことにより、符号化対象画像データと同じ解像度の復元画像データを復元して出力する逆解像度変換処理ステップと、
前記復元画像データに対するテクスチャ分析により、前記復元画像データに対する画素値のヒストグラム及び変換係数のヒストグラムからなるヒストグラム情報を生成して出力するテクスチャ分析処理ステップと、
入力したテクスチャ分析に基づく符号化データに対して復号処理を行って、符号化対象画像データに対するヒストグラム情報と前記復元画像データに対するヒストグラム情報の間の差分情報を生成して出力するヒストグラム差分情報復号ステップと、
前記差分情報と前記復元画像データに対する前記ヒストグラム情報とを加算処理して、前記符号化対象画像データに対するヒストグラム情報を生成して出力するヒストグラム情報加算処理ステップと、
前記符号化対象信号に対する前記ヒストグラム情報を入力してテクスチャ合成処理を行うことにより、復号画像データを生成して出力するテクスチャ合成処理ステップと
を行わせ、
合成画像データの低周波成分を前記復元画像データの低周波成分で置換し、置換後の周波数成分を逆フーリエ変換して得られる画像データを前記テクスチャ合成処理の対象とすることを特徴とする画像復号プログラム。
An image decoding program for causing a computer on an image decoding apparatus to perform an image decoding process,
A waveform decoding process step of performing decoding processing on the encoded data by the input waveform encoding processing to generate and output decoded image data; and
A reverse resolution conversion processing step for restoring and outputting restored image data having the same resolution as the encoding target image data by performing reverse resolution conversion on the decoded image data;
Texture analysis processing step for generating and outputting histogram information including a histogram of pixel values and a histogram of conversion coefficients for the restored image data by texture analysis on the restored image data;
Histogram difference information decoding step for generating and outputting difference information between the histogram information for the encoding target image data and the histogram information for the restored image data by performing decoding processing on the input encoded data based on the texture analysis When,
A histogram information addition processing step of adding the difference information and the histogram information for the restored image data to generate and output histogram information for the encoding target image data;
A texture synthesis processing step of generating and outputting decoded image data by inputting the histogram information for the encoding target signal and performing texture synthesis processing; and
An image characterized in that image data obtained by replacing a low-frequency component of composite image data with a low-frequency component of the restored image data and performing inverse Fourier transform on the replaced frequency component is the target of the texture synthesis processing Decryption program.
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