JP2015053590A - 画像符号化装置および画像符号化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の入力画素値をブロック単位で圧縮して出力する第1ブロックエンコーダを有し、第1ブロックエンコーダは、ブロックの先頭の第1入力画素値を出力し、ブロックに含まれる第1入力画素値以外の第2入力画素値を第1入力画素値よりもビット数の少ない第2圧縮画素値に圧縮して出力する第1エンコーダと、を有することを特徴とする画像符号化装置。
【選択図】図2B
Description
本発明の第1実施形態に係る表示装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る表示装置1の構成を示す概略図である。表示装置1は、スマートフォン、携帯電話、パーソナルコンピュータ、テレビなどにおいて画像を表示する装置であり、例えば有機ELディスプレイ、液晶ディスプレイなどである。表示装置1は、圧縮器10、フレームメモリ20、伸長器30、駆動部40および表示パネル50を有する。圧縮器10、伸長器30および駆動部40については、その一部または全部が、CPU(Central Processing Unit)などにより実行されるプログラムによりソフトウェア上で実現されてもよいし、ハードウェア上で実現されてもよい。
図2Aは、本発明の第1実施形態に係る圧縮器10の構成を示すブロック図である。図2Aに示すように、圧縮器10は複数のエンコーダユニット11で構成される。本実施形態では、それぞれのエンコーダユニットに16画素ずつ画素値が入力されて、圧縮が行われる。
図5は、本発明の第1実施形態に係る表示装置1に表示する画像の圧縮・復号化の例を説明する図である。この例では、図5に示すように1行1列目(1,1)からm列目(m,1)、2行1列目(1,2)からm列目(m,2)、・・・の画素の順に入力画素値を圧縮・復号化している。ここで、圧縮・復号化の対象画素は(x,y)と記している。以下の説明で、過去に圧縮・復号化した、という場合は(x−1,y)、(x−2,y)、・・・の画素を指す。この例では、線順次的に画素値が入力されているが、これに限定されず、例えばn×n画素単位で画素値を入力してもよい。例えば、16画素単位で処理する場合は、n=4として4×4画素単位で画素値を入力してもよい。
図6〜16は、本発明の第1実施形態に係るノーマルエンコーダ120のエンコードモードA乃至エンコードモードNの各圧縮方法の圧縮画素値の構成を説明する図である。各画素の圧縮画素値は、この例では一つの画素に対して固定長の11ビットのデータであり、識別子、参照値(Ref)及びパターン値(Pattern)のデータと各RGBの量子化値のデータとに区分されている。また、圧縮は1つの画素毎に行われてもよく、また、複数の画素毎にまとめて行われてもよい。この場合は識別子、参照値及びパターン値のデータが先頭に表示され、後続のビットに1つ又は複数の画素に対応する量子化値が表示される。本実施例では、先頭のビットが識別子及び参照値に対応し、後続のビットが量子化値に対応していたが、どの部分が識別子及び参照値であるか量子化値であるかは予め決められていればよい。なお、この例では11ビットに圧縮する場合を説明するが、ビット数はより多くても少なくてもよい。以下に、複数のエンコーダの圧縮方法について図6〜16を用いて説明する。
図6にダイレクトモードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。このモードでは、元の入力画素値のRGBがそれぞれ直接量子化される。ダイレクトモードにおいて生成される圧縮画素値の11ビットの内訳は、識別子が最初の1ビット、直接量子化によって得られた量子化値のGが4ビット、R、Bがそれぞれ3ビットである。この例における量子化値は、Gが4ビットであるが、これを3ビットとしてR又はBが4ビットになるようにしてもよい。ただし、人間にとっては、G、R、Bの順に明るさの変化の分解能が高いため、R、G、Bのいずれかを多い量子化ビット数にする必要があれば、分解能の高いGを多いビットに割り当てることが望ましい。ノーマルエンコーダにおける直接量子化の方法についての詳細は後述する(図22参照)。なお、このモードは隣接する画素間の相関性が低い場合に有効である。
図7にバックワードリファレンスモードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。バックワードリファレンスモードにおいて生成される圧縮画素値の11ビットの内訳は、識別子が最初の2ビット、参照値が続く2ビット、差分量子化によって得られた差分量子化値のDGが3ビット、DR、DBがそれぞれ2ビットである。このモードでは、過去に圧縮された4つの画素Q0〜Q3の復号化画素値と対象画素Pの入力画素値との差分値がそれぞれ量子化され、4つの画素Q0〜Q3に対する圧縮画素値がそれぞれ得られる。これらの圧縮画素値はデコーダによって復号化され、4つの画素Q0〜Q3に対する復号化画素値がそれぞれ得られる。得られた復号化画素値のうち、最も元の入力画素値との誤差が小さい画素が参照画素として選択される。具体的には、対象画素とQ0〜Q3との差分値の量子化は、例えばメモリ111に保存されたQ0の復号化画素値と対象画素Pの入力画素値との差分値を量子化する。続いて、Q1、Q2、Q3に対しても上記の方法でそれぞれの差分値が量子化され、Q0〜Q3のそれぞれに対しての圧縮画素値が得られる。そして、これらの圧縮画素値をデコードした復号化画素値と元の入力画素値との誤差が最も小さい画素が参照画素として選択され、対象画素と上記の選択された参照画素との圧縮画素値及び復号化画素値が出力される。参照画素の位置情報は、Refのビットに格納される。なお、参照画素との差分量子化の方法についての詳細は後述する(図20A,20B参照)。
図8にグレーモードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。このモードは、G、R、Bが近い数値、つまりグレー表示されているケースを想定した場合の圧縮の方法である。グレーモードにおいて生成される圧縮画素値の11ビットの内訳は、識別子が最初の5ビット、グレーとしての量子化値が6ビットであり、R、G、Bはそれぞれ同じ値に直接量子化されると定義され、6ビットで表現される。例えば、Greyのビットの量子化値が「101100」である場合、R,G,Bのそれぞれの量子化値が「101100」であることを意味する。ノーマルエンコーダにおける直接量子化の方法についての詳細は後述する(図22参照)。なお、このモードは画素のR,G,Bが近いグレーモードの場合に有効である。
図9にフォワードリファレンスモードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。フォワードリファレンスモードにおいて生成される圧縮画素値は、2画素分を22ビットで表現される。その22ビットの内訳は、識別子が最初の7ビット、参照値が続く1ビット、第1対象画素及び第2対象画素それぞれの差分量子化値のDG0,DG1がそれぞれ3ビット、DR0,DR1、DB0,DB1がそれぞれ2ビットである。このモードでは、第2対象画素P1の入力画素値と過去に圧縮された2つの画素Q0、Q1の復号化画素値との差分値がそれぞれ量子化され、第1対象画素P0の入力画素値と第2対象画素P1の復号化画素値との差分値が量子化され、2画素分の圧縮画素値が得られる。2画素分の圧縮画素値は、過去に圧縮された2つの画素Q0、Q1のそれぞれに対して求められ、デコーダによって復号化され、Q0、Q1のそれぞれに対する2画素分の復号化画素値が得られる。2つの画素Q0、Q1のそれぞれに対する復号化画素値のうち、元の入力画素値との誤差が小さい結果となる方が参照画素として選択される。参照画素の位置情報は、Refのビットに格納される。具体的な差分値の量子化方法は、上記のバックワードリファレンスにおける量子化方法と同様にして行われる。このように、フォワードリファレンスモードでは2画素をまとめて圧縮する。なお、参照画素との差分量子化の方法についての詳細は後述する(図20A,20B参照)。なお、このモードは隣接する画素間の相関性が高い場合に有効である。
図10にリニア2モードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。リニア2モードにおいて生成される圧縮画素値は、2画素分を22ビットで表現される。その22ビットの内訳は、識別子が最初の5ビット、第2対象画素P1の量子化値のG1、R1がそれぞれ6ビット、B1が5ビットであり、これらは直接量子化される。第1対象画素P0の復号化画素値は、過去に圧縮された参照画素Qの復号化画素値と第2対象画素P1の復号化画素値との中間値を取ると定義される。ノーマルエンコーダにおける直接量子化の方法についての詳細は後述する(図22参照)。なお、このモードは隣接する画素の色調が一定の割合で変化している場合に有効である。
図11にパターン2モードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。パターン2モードにおいて生成される圧縮画素値は、2画素分を22ビットで表現される。その22ビットの内訳は、識別子が最初の5ビット、参照値が続く1ビット、第1対象画素P0の量子化値のG0が6ビット、B0、R0がそれぞれ5ビットであり、これらは直接量子化される。第2対象画素P1の復号化画素値は、過去に圧縮された参照画素Q又は第1対象画素P0の復号化画素値に等しい値を取ると定義され、Q,P0のそれぞれに対して得られた2画素分の復号化画素値のうち、P1の入力画素値との誤差が小さい方が参照画素として選択される。参照画素の位置情報は、Refのビットに格納される。ノーマルエンコーダにおける直接量子化の方法についての詳細は後述する(図22参照)。なお、このモードは隣接する画素の一つが同じ画素値である場合に有効である。
図12にパターン3モードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。パターン3モードにおいて生成される圧縮画素値は、3画素分を33ビットで表現される。その33ビットの内訳は、識別子が最初の3ビット、パターン値が続く2ビット、対象の3画素のうち2画素の量子化値のG、Rがそれぞれ5ビット、Bが4ビットであり、これらは直接量子化される。ここで、上記の2画素の圧縮画素値をそれぞれX0、X1という。対象の3画素はX0及びX1の組み合わせによって表現され、パターン0〜3に示す4種類のパターンを有する。
図13にリニア4モードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。リニア4モードにおいて生成される圧縮画素値は、4画素分を44ビットで表現される。その44ビットの内訳は、識別子が最初の7ビット、第4対象画素P3の量子化値のGが7ビット、B、Rがそれぞれ6ビットであり、これらは直接量子化される。また、過去に圧縮された参照画素Qの復号化画素値とP3の復号化画素値との線形補間値と、各画素の入力画素値と、の差分量子化値DR,DG,DBは各2ビットで表現され、合計18ビットで表現される。ここで、第1対象画素P0〜第3対象画素P2は、図13に示すようにD0〜D2が加算された線形補間によって値が決定される。これらのD0〜D2は線形補間値への加算値の量子化値と呼ばれ、QとP3との線形補間によって決定された値とP0〜P2のそれぞれの入力画素値との差分を量子化して得られる。具体的な差分量子化値の計算方法は、例えば(2)のバックワードリファレンスモードで示すような差分量子化の計算方法と同様にして行われる。また、ノーマルエンコーダにおける直接量子化の方法についての詳細は後述する(図22参照)。なお、このモードは隣接する画素の色調が一定の割合で変化している場合に有効である。
図14にリセットリニア4モードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。リセットリニア4モードにおいて生成される圧縮画素値は、4画素分を44ビットで表現される。その44ビットの内訳は、識別子が最初の8ビット、第1対象画素P0の画素値のR、G、Bはそれぞれ8ビットのまま出力される。また、第1対象画素P0の復号化画素値と第4対象画素P3の入力画素値との差分量子化値DR3,DG3,DB3は各3ビットで表現され、合計9ビットで表現される。第2対象画素P1及び第3対象画素P2は、それぞれ図14に示すようにP0とP3との線形補間によって値が決定される。具体的な差分量子化値の計算方法は、例えば(2)のバックワードリファレンスモードで示すような差分量子化の計算方法と同様にして行われる。なお、このモードは隣接する画素の色調が一定の割合で変化している場合に有効である。
図15にパターン4モードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。パターン4モードにおいて生成される圧縮画素値は、4画素分を44ビットで表現される。その44ビットの内訳は、識別子が最初の8ビット、パターン値が続く2ビット、対象の4画素のうち2画素の量子化値のG0,G1、R0,R1がそれぞれ6ビット、B0,B1がそれぞれ5ビットであり、これらは直接量子化される。ここで、上記の2画素の圧縮画素値をそれぞれX0、X1という。対象の4画素はX0及びX1の組み合わせによって表現され、該パターンはパターン0〜2に示す3種類のパターンを有する。
図16にターミナルモードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。ターミナルモードにおいて生成される圧縮画素値は、4画素分を44ビットで表現される。その44ビットの内訳は、識別子が最初の8ビット、対象の4画素のうち後半の2画素(第3対象画素P2、第4対象画素P3)の量子化値のR0,R1、G0,G1、B0,B1がそれぞれ6ビットであり、これらは直接量子化される。このモードでは、対象の4画素のうち前半の2画素(第1対象画素P0、第2対象画素P1)は、過去に圧縮された2つの画素Q0及びQ1を参照し、P0の復号化画素値はQ0の復号化画素値に等しく、P1の復号化画素値はQ1の復号化画素値に等しいと定義される。ノーマルエンコーダにおける直接量子化の方法についての詳細は後述する(図22参照)。なお、このモードは、単調色から他の色に切り替わる場合に有効である。
図17にダイレクトモードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。このモードでは、元の入力画素値のRGBがそれぞれ直接量子化される。ダイレクトモードにおいて生成される圧縮画素値の12ビットの内訳は、識別子が最初の1ビット、直接量子化によって得られた量子化値のR、Gがそれぞれ4ビット、Bが3ビットである。この例における量子化値は、R、Gが4ビットであるが、これらのいずれかを3ビットとしてBが4ビットになるようにしてもよい。ただし、人間にとっては、G、R、Bの順に明るさの変化の分解能が高いため、R、G、Bのいずれかを多い量子化ビット数にする必要があれば、分解能の高いGを多いビットに割り当てることが望ましい。ランダムエンコーダのダイレクトモードでは、1画素あたりのビット数が12ビットに増えて量子化値のRが4ビットになったことで、ノーマルエンコーダのダイレクトモードに比べて復号化画素値の再現性が向上している。また、本実施形態においては、ランダムエンコーダの直接量子化は図19A,図19Bに示す量子化テーブルを用いている。
図18にバックワードリファレンスモードによって圧縮された圧縮画素値の構成を示す。バックワードリファレンスモードにおいて生成される圧縮画素値の12ビットの内訳は、識別子が最初の1ビット、参照値が続く2ビット、差分量子化によって得られた差分量子化値のDR、DG、DBがそれぞれ3ビットである。このモードでは、過去に圧縮された4つの画素Q0〜Q3の復号化画素値と対象画素Pの入力画素値との差分値がそれぞれ量子化され、4つの画素Q0〜Q3に対する圧縮画素値がそれぞれ得られる。これらの圧縮画素値はデコーダによって復号化され、4つの画素Q0〜Q3に対する復号化画素値がそれぞれ得られる。得られた復号化画素値のうち、最も元の入力画素値との誤差が小さい画素が参照画素として選択される。具体的には、対象画素とQ0〜Q3との差分値の量子化は、例えばメモリ112に保存されたQ0の復号化画素値と対象画素Pの入力画素値との差分値を量子化する。続いて、Q1、Q2、Q3に対しても上記の方法でそれぞれの差分値が量子化され、Q0〜Q3のそれぞれに対しての圧縮画素値が得られる。そして、これらの圧縮画素値をデコードした復号化画素値と元の入力画素値との誤差が最も小さい画素が参照画素として選択され、対象画素と上記の選択された参照画素との圧縮画素値及び復号化画素値が出力される。参照画素の位置情報は、Refのビットに格納される。なお、参照画素との差分量子化の方法についての詳細は後述する(図21A,21B参照)。バックワードリファレンスモードは、1画素あたりのビット数が12ビットに増えて、識別子が最初の1ビット、参照値が続く2ビット、となり差分量子化値DR,DG,DBが共に3ビットになることで、ノーマルエンコーダのバックワードリファレンスモードに比べて復号化画素値の再現性が向上している。
この例では、ランダムエンコーダによる直接量子化及び両エンコーダによる差分量子化のそれぞれは、量子化を行うときに、図19〜21に示す量子化テーブルを用いている。なお、図19〜21に例示がない場合の量子化の際には、量子化テーブルを用いずに、例えば図22に示すようなシフト演算などの演算によって量子化してもよい。
この例では、直接量子化及び差分量子化のそれぞれは量子化を行うときに、図19〜21に例示がない場合の量子化方法について説明する。図22に示す量子化方法はシフト演算と呼ばれる演算方法である。
図23は、本発明の第1実施形態に係る伸長器30の構成を示すブロック図である。図23に示すように、伸長器30は複数のデコーダユニット31で構成される。デコーダユニット31はエンコーダユニット11に含まれていた各エンコーダに対応する複数のデコーダを有する。本実施形態では、デコーダAはエンコーダAに対応し、デコーダBはエンコーダBに対応し、・・・、デコーダXはエンコーダXに対応する。まず、フレームメモリ20からの出力が入力バッファ106に入力される。入力バッファ106は書き込み位置を示すポインタによって示される記憶領域にフレームメモリ20から出力された圧縮画素値を順次格納し、読み出し位置を示すポインタによって示される記憶領域から圧縮画素値を次のデコーダユニット31へとデータを転送する。エンコーダユニット11とは異なり、デコーダユニット31は全てのデコーダが入力バッファ106とMUX145との間に並列に接続されている。つまり、フレームメモリ20の圧縮画素値がデコーダA乃至P、Xに並列に供給され、圧縮画素値に含まれる識別子によって、各デコーダは復号化された復号化画素値と識別子が適正か否かのフラグを出力する。MUX145は出力されたフラグから正しい復号化画素値を選択して出力バッファ107に出力する。ここで、圧縮画素値が差分量子化値を含む場合、メモリ113に保存された参照画素の復号化画素値と合わせた復号化画素値がMUX145に出力される。
Claims (10)
- 複数の入力画素値をブロック単位で圧縮して出力する第1ブロックエンコーダを有し、
前記第1ブロックエンコーダは、
前記ブロックの先頭の第1入力画素値を出力し、
前記ブロックに含まれる前記第1入力画素値以外の第2入力画素値を前記第1入力画素値よりもビット数の少ない第2圧縮画素値に圧縮して出力する第1エンコーダを有することを特徴とする画像符号化装置。 - 複数の入力画素値をブロック単位で圧縮して出力する第1ブロックエンコーダを有し、
前記第1ブロックエンコーダは、
前記ブロックの先頭の第1入力画素値を第1圧縮画素値に圧縮して出力する第2エンコーダと、
前記ブロックに含まれる前記第1入力画素値以外の第2入力画素値を前記第1圧縮画素値よりもビット数の少ない第2圧縮画素値に圧縮して出力する第1エンコーダと、
を有することを特徴とする画像符号化装置。 - 前記第1エンコーダは、前記第2入力画素値と参照する画素値との差分を量子化することを特徴とした請求項1又は請求項2に記載の画像符号化装置。
- 前記参照する画素値は前記ブロックの先頭の前記第1圧縮画素値が復号化された復号化画素値を含むことを特徴とした請求項3に記載の画像符号化装置。
- 前記第1エンコーダは、前記第2入力画素値を直接量子化することを特徴とした請求項1又は請求項2に記載の画像符号化装置。
- 前記第1ブロックエンコーダとは異なる方式で、前記複数の入力画素値をブロック単位で圧縮して出力し、前記第1ブロックエンコーダとは異なる第2ブロックエンコーダと、
前記第1ブロックエンコーダによって圧縮・復号化された復号化画素値と前記第1ブロックエンコーダに入力された入力画素値との誤差と、前記第2ブロックエンコーダによって圧縮・復号化された復号化画素値と前記第2ブロックエンコーダに入力された入力画素値との誤差と、を比較して、誤差が小さいブロックエンコーダから出力された圧縮画素値を選択して出力する第1マルチプレクサと、を有することを特徴とした請求項1又は請求項2に記載の画像符号化装置。 - 前記第1ブロックエンコーダは、
前記第2入力画素値をそれぞれが異なる方法で第2圧縮画素値に圧縮して出力する複数の第1エンコーダと、
前記の第1エンコーダから出力された前記第2圧縮画素値が復号化された第2復号化画素値と前記第2入力画素値との誤差を前記第1エンコーダ別に比較して、最も誤差が小さい前記第1エンコーダから出力された圧縮画素値を選択して出力する第2マルチプレクサと、
を有することを特徴とした請求項1又は請求項2に記載の画像符号化装置。 - 前記第2ブロックエンコーダは、
第3入力画素値をそれぞれが異なる方法で第3圧縮画素値に圧縮して出力する複数の第3エンコーダを有し、
前記第3エンコーダから出力された前記第3圧縮画素値が復号化された第3復号化画素値と前記第3入力画素値との誤差を前記第3エンコーダ別に比較して、最も誤差が小さい前記第3エンコーダから出力された圧縮画素値を選択して出力する第3マルチプレクサに接続されることを特徴とした請求項3に記載の画像符号化装置。 - 複数の入力画素値をブロック単位で符号化する方法において、
第1ブロックエンコーダによって前記ブロックの先頭の第1入力画素値を出力し、
第1エンコーダによって前記ブロックに含まれる前記第1入力画素値以外の第2入力画素値を前記第1圧縮画素値よりもビット数の少ない第2圧縮画素値に圧縮して出力することを特徴としたデータ符号化方法。 - 複数の入力画素値をブロック単位で符号化する方法において、
第2エンコーダによって前記ブロックの先頭の第1入力画素値を第1圧縮画素値に圧縮して出力し、
第1エンコーダによって前記ブロックに含まれる前記第1入力画素値以外の第2入力画素値を前記第1圧縮画素値よりもビット数の少ない第2圧縮画素値に圧縮して出力することを特徴としたデータ符号化方法。
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