JP2017192078A - 画像符号化装置及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 符号化対象画素の位置に応じて適切な符号化方法を選択することで符号化効率を更に高め、冗長な処理の削減も可能とする。
【解決手段】 符号化対象の画像データをラスタースキャン順に符号化する画像符号化装置であって、同じ画素の連続するラン長を符号化する第1の符号化部と、符号化対象の画素を予測符号化する第2の符号化部と、着目画素が、当該着目画素が位置するライン上の所定範囲内に位置するか否かを判定することで、着目画素に対して第2の符号化手段を適用するか否かを判定する第1の判定部と、着目画素が所定範囲の外に位置する場合には、着目画素の周囲に位置する既符号化の画素を参照して、着目画素に対して第1の符号化部、第2の符号化部のいずれを適用するかを判定する第2の判定部とを有する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、画像データの符号化技術に関するものである。
画像データの符号化方式の一つとしてJPEG−LSがある。JPEG−LSは、ロスレス符号化とニアロスレス符号化を選択でき、符号化対象画素の周辺画素の状態に基づいて予測符号化とランレングス符号化を切り替えることで高い圧縮率を実現している(非特許文献1)。予測符号化は、符号化対象画素の画素値を周辺画素から予測し、予測誤差を符号化する。JPEG−LSにおけるランレングス符号化は、同一画素値のラン長(連続数)を符号化する。予測符号化とランレングス符号化を用いる他の方法として、複数の予測方法をもち、一致する予測方法の識別情報と、そのラン長(連続値)の符号化と、予測誤差の符号化を選択する方法が開示されている(特許文献1)。予測符号化では、符号化対象画素の画素値を周辺画素から予測し、予測誤差をゴロム・ライス符号化する。ゴロム・ライス符号化を実施後、使用した符号化パラメタが適切であったかを評価し、更新して次回使用する符号化パラメタを決定する方法が開示されている(特許文献2)。
特許第3885413号公報 特許第4773203号公報
ITU-T T.87 (1998) | ISO/IEC 14495-1 : 1999, Information Technology - Lossless and near-lossless compression of continuous-tone still images : Baseline
画像データを入力として、予測符号化とランレングス符号化を切り替えてエントロピー符号化する場合を考える。非特許文献1ではこの切り替えを、着目画素の周辺画素に基づいて行う。特許文献1では着目画素の周辺画素を用いた複数の予測値のいずれかが着目画素と一致した場合ランレングス符号化、そうでない場合に予測符号化とする。しかしこれらの先行技術は画像データの右端部分など、ランが継続しにくい位置に関しても同様の判定方法で符号化方式を切り替えており、判定に誤りが生じやすく冗長な符号化を出力する事がある。
この課題を解決するため、例えば本発明の画像符号化装置は以下の構成を備える。すなわち、
符号化対象の画像データをラスタースキャン順に符号化する画像符号化装置であって、
同じ画素の連続するラン長を符号化する第1の符号化手段と、
符号化対象の画素を予測符号化する第2の符号化手段と、
着目画素が、当該着目画素が位置するライン上の所定範囲内に位置するか否かを判定することで、前記着目画素に対して前記第2の符号化手段を適用するか否かを判定する第1の判定手段と、
前記着目画素が前記所定範囲の外に位置する場合には、前記着目画素の周囲に位置する既符号化の画素を参照して、前記着目画素に対して前記第1の符号化手段、前記第2の符号化手段のいずれを適用するかを判定する第2の判定手段とを有する。
本発明によれば、符号化対象画素の位置に応じて適切な符号化方法を選択することで符号化効率を更に高め、冗長な処理の削減も可能となる。
撮像装置のブロック構成図。 符号化部の構成の一例を示す図。 情報処理部のハードウェア構成を示す図。 カメラの撮像部の構成の一例を示す図。 第1の実施形態における色成分符号化部の処理を示すフローチャート。 着目係数と周辺係数の位置関係を示す図。 所定の範囲を説明するための図。 ゴロム・ライス符号化を説明する図。 MELCODE符号化を説明する図。 第2の実施形態における色成分符号化部の処理を示すフローチャート。 第3の実施形態における符号化部の構成の一例を示す図。 ウェーブレット変換により得られるサブバンドを説明するための図。 MELCODEの符号化パラメータによる所定の範囲を説明するための図。 画像復号装置の構成の一例を示す図。 復号部の構成の一例を示す図。
以下、添付図面を参照し、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態は、本発明を具体的に実施した場合の一例を示すもので、特許請求の範囲に記載した構成の具体的な実施形態の一つである。
[第1の実施形態]
第1の実施形態は、画像データを色成分毎に符号化する符号化装置、並びに、復号する画像復号装置に適用される。また、説明を具体化するため、デジタルカメラ等の撮像装置に搭載する例を説明するが、符号化対象の画像データの発生源は、画像データを記憶した記憶媒体でも良いし、ネットワーク(のサーバ)でも構わず、その種類は問わない。
図1は、第1の実施形態の画像符号化装置が適用する撮像装置のブロック構成図である。撮像装置100は、操作部101と、撮像部102と、情報処理部109と、記憶部107と、I/Oインターフェース108とを有している。情報処理部109は、取得部103、画像処理部104、符号化部105、出力部106を有する。
図4(a)は撮像装置100の外観を示す図である。図4(a)に示すように、撮像装置100は撮像部102を備えている。図4(b)は撮像部102の内部構成を示す図である。撮像部102は、ズームレンズ401、フォーカスレンズ402、403、開口絞り404、シャッター405を有している。また光学ローパスフィルタ406、iRカットフィルタ407、カラーフィルタ408、撮像素子409およびA/D変換部410を有している。ユーザは絞り404を調整することにより、撮像部102に入射される入射光量を調節できる。撮像素子409は、CMOSやCCDなどの受光素子である。撮像素子409で被写体の光量を検知すると、検知された光量がA/D変換部410によってデジタル値に変換され、デジタルデータとして情報処理部109へと出力される。
撮像装置100は、図1に示したブロック図の各構成要素を専用の回路等で実装することによって実現することもできるが、汎用CPUを利用して構成することもできる。ここでは、情報処理部109を汎用CPUを用いて実現する例について述べる。図3は汎用CPUを利用する場合の撮像装置100の内部構成を示す図である。情報処理部109は、CPU301、RAM302、ROM303を有し、各構成部はシステムバス304により相互に接続されている。ROM303にはCPU301が実行するプログラムや各種データが記憶され、RAM302はCPU301がプログラムを実行した際のワークエリア、各種バッファとして利用される。CPU301は、ROM303に格納されたプログラムを実行し、RAM302をワークエリアやバッファとして利用することで、取得部103、画像処理部104、符号化部105、出力部106として機能すると共に、装置全体の制御を司ることになる。なお情報処理部109の構成は、上記に示すもの以外に、図1に示す各構成部の役割を果たす専用の処理回路などを備えたものであっても良い。
操作部101は、撮像装置本体に備えられたボタンやダイヤル、タッチパネルなどの入力装置であり、ユーザが操作して、撮影の開始、停止および撮影条件の設定などの命令を行える。記憶部107は、撮像部102により取得されたRAW画像データ、および、画像データを保存することができる、メモリカードなどの不揮発性の記憶媒体である。I/Oインターフェース108はユニバーサルシリアルバス(USB)によって実装されたシリアルバス接続を利用でき、対応するUSBコネクタを有する。もちろん、光ファイバーによるLAN接続や、無線接続などを利用しても良い。
表示部305は、撮影画像や文字の表示を行う。表示部305には一般的に液晶ディスプレイが用いられる。またタッチパネル機能を有していても良く、その場合はタッチパネルを用いたユーザ指示を操作部101の入力として扱うことも可能である。
以下、本実施形態に示す情報処理部109の処理について説明する。ユーザの操作部101に対する撮像指示に基づき、取得部103は、撮像部102から出力されたRAW画像データを取得し、画像処理部104にRAW画像データを出力する。画像処理部104は、RAW画像データをデモザイク処理して、1画素当たりR、G、Bの3成分で構成される画像データを生成し、符号化部105に画像データを出力する。符号化部105は、画像データの符号化処理を行う。本実施形態では1画素がRGBの各色成分が8ビットで表現されるものとし、色成分を単位にモノクロ画像として符号化する場合を例に説明する。つまり、符号化部105は、R成分のモノクロ多値画像、G成分のモノクロ多値画像、B成分のモノクロ多値画像をそれぞれ独立して符号化する。なお、符号化対象の画像データは、RGB形式に限らず、他の色空間やRAW画像データであっても構わない。例えば、1画素がY、Cb、Crでそれぞれが8ビットで構成される場合には、各成分を単位にモノクロ画像として符号化すれば良い。また、RAW画像データに適用する場合、撮像部102の撮像素子がベイヤ配列(R、G0、G1、Bの色に対応する2×2個の撮像素子の組の配列)となっている。各撮像素子からの信号を14ビットで表現している場合、R成分、G0成分、G1成分、B成分で構成されるモノクロ多値画像をそれぞれ符号化する。従って、本願は、画像の色空間の種類、画像を構成する色成分の種類、ビット数によって限定されるものではない。符号化対象の画像がR、G、Bの3成分で各8ビット(256階調)とするのは、あくまで理解を容易にするためであると理解されたい。
本実施形態における符号化部105の処理について説明する。図2は符号化部105の内部構成であり、図5は符号化部105で行われる、1つの色成分(実施形態では、R,G,Bのいずれか)の画像データに対する符号化処理を示すフローチャートである。つまり、実際には図5の処理を3回実施する。そして、3回行った結果得られた符号データをまとめて1つのファイルが構成されることになる。
色成分入力部201は、画像処理部104から出力された画像データを成分毎に入力する。本実施形態では、RGB各8ビットの画像データが色成分毎に入力される。以下、R成分、G成分、B成分を各々モノクロ画像として扱い同様の処理を行うため、以降の処理は、8ビットのモノクロ画像の処理として説明する。なお、符号化処理は、符号化対象の画像データに対してラスタースキャン順に行うものとする。
量子化部202は、色成分入力部201から色成分を入力し、量子化を行う。量子化された画素値を色成分符号化部203に送出する。尚、可逆符号化を行う場合には本処理をスキップし、色成分の画素値をそのまま色成分符号化部203に送出することになる。
色成分符号化部203は色成分毎に画素値を符号化し、符号化データを生成する。色成分符号化部203の詳細は後述する。色成分毎の符号化を終えたら、生成された符号化データを符号出力部204に送出する。符号出力部204は、これまでに符号化した色成分の符号データを統合し、圧縮画像データとして出力する。
図1に戻って、符号化部105は、圧縮画像データを出力部106に送出する。出力部106は、圧縮画像データを記憶部107に出力し、保存する。なお、圧縮画像データは、I/Oインターフェース108を介して、撮像装置外のデバイスに出力しても構わない。
ここまでで、画像データを色成分毎に符号化するときの全体処理フローについて説明した。以下では、色成分符号化部203が行う、1つの色成分の画像データの符号化処理を図5のフローチャートを用いて説明する。なお以降においてSは、フローチャートにおけるステップであることを意味する。
S501にて、色成分符号化部203は、着目色成分の画素値(量子化値)を量子化部202からライン単位に入力する。色成分符号化部203は、色成分の画素値をライン単位に入力し、符号化対象となる着目画素をラスタスキャン順に移動させながら符号化する。
S502にて、色成分符号化部203は、符号化対象の着目画素をラインの左端位置に設定する。S503にて、コンテキスト生成部2031は、着目画素位置に対するコンテキスト生成処理を行う。この処理はJPEG−LSと同様着目画素と、その周囲の既符号化の周辺画素を用いて行えば良い。ここで、着目画素と周辺画素の関係について説明する。本実施形態の色成分符号化部203は、現在符号化処理中のラインの他に、1ラン前の符号化済みライン(以下、前ライン)をバッファで保持し参照可能としている。図6は符号化処理中の着目ラインと前ライン上の2ラインにおける、着目画素と周辺画素の位置関係を示している。xが着目画素であり符号化対象の画素となる。また、画素はラスタスキャン方向に順次符号化されるため、左画素a、左上画素c、上画素b、右上画素dは、符号化済みの画素となる。JPEG-LSでは、図6に示すように着目画素の周囲4画素(左画素a、左上画素c、上画素b、右上画素d)を参照して、画素間差分を求める。そして、これら差分に基づいて365個のコンテキストに分離して符号化を行っている。なお、実施形態では、符号x、a,b,c,dをそれぞれ画素の位置を表すだけでなく、各画素の値(画素値)を示すものとしても利用するので、注意されたい。
実施形態におけるコンテキスト生成部2031は、JPEG−LSと同様のコンテキスト生成処理を行うものとする。そこで、このコンテキストの生成の方法について、図6を用いて説明する。まず、コンテキスト生成部2031は、以下の式により周囲画素aとc、cとb、bとdの差分を求める。それぞれの差分はD1、D2、D3で表される。
D1=d−b …(1)
D2=b−c …(2)
D3=c−a …(3)
この差分値D1、D2、D3を9通り(−4から4まで)に量子化し。それぞれの差分の量子化値Q1、Q2、Q3を求める。得られたQ1,Q2,Q3の組み合わせ{Q1,Q2,Q3}は、Q1、Q2、Q3がそれぞれ−4から4までの9通りの値を持つので、9×9×9=729通りとなる。コンテキスト{Q1,Q2,Q3}で予測誤差eが発生する確率はコンテキスト{−Q1,−Q2,−Q3}で予測誤差−eが発生する確率に同じとして考えて良いので、これらのコンテキストを統合して365通りに縮退する。それぞれのコンテキストは予測誤差の絶対値の総和Aとそのコンテキストの発生回数Nをコンテキスト情報として保持し、これらの値は後に説明するゴロム・ライス符号化のパラメータkを設定する時に用いる。符号化の開始時点ではこれらの値に初期値を設定しておき、符号化処理の過程で随時値を更新していくことにより、動的に各コンテキストの確率分布に追従する。
この時、例えば符号化対象となるラインが入力画像における最初のラインの場合や、着目画素がライン左端である場合など、着目画素の位置によっては周辺画素が画像データ外に位置し、参照出来ない場合がある。その際にはJPEG−LSと同様に、不足する周辺画素の分だけ画素を画像外に外挿すればよい。
尚、本実施形態では参照画素をJPEG-LSと同様に着目画素の周囲4画素としたが、コンテキスト情報を保持するメモリを節約したい場合などは参照する周辺画素を減らしてもよい。例えば周囲2画素({a、b}又は{a、d}など)としてもよいし、周囲3画素({a、b、c}又は{a、b、d}等)としてもよい。逆にバッファメモリが潤沢な場合はより多くの周辺画素を参照し、コンテキストをより細分化することで符号化効率の向上を図ってもよい。以上がコンテキス生成部2031の処理内容である。
次に、第1符号化モード判定部2032は、S504にて、着目画素の水平方向の座標位置が、所定範囲内にあるか否かに応じて、強制的に予測符号化モードに遷移するか否かを判定する。本実施形態では、前述のS503のコンテキスト生成で参照した周辺画素のうちの1つでも画像右端よりも外となる場合は強制的に予測符号化モードに遷移するようにする。ここで言う所定範囲とは、図7に示すように処理中のラインにおける右端画素Pendから、そのラインの先頭に向かう所定の数(R)までの範囲である。具体的には、S503で参照する周辺画素のうち、ラスタースキャン順の最も先行する水平方向の座標を持つ画素dと、着目画素xの水平方向の座標との差(距離)をRとすればよい。例えば、本実施形態において参照する周辺画素は図6における画素a、b、c、dであり、このうち着目画素xに対して水平右方向に最も先行する画素が画素dである。この画素dは着目画素xからの水平方向の距離が1となる。よって、本実施形態においてはR=1となる。このRで規定される所定の範囲内に着目画素がある場合、着目画素は自身より右側に参照する周辺画素を持つため、コンテキストの精度が十分でない。またラインの右側は、ランも伸びにくいことから、本実施形態では強制的に予測符号化モードに遷移する事とする。よって、着目画素の位置が所定の範囲にあると判定された場合、S506以降の予測符号化を行う。また、そうでない場合にはS505に移る。
S505にて、第2符号化モード判定部2033は、先に生成したコンテキストに基づき、着目画素からランレングス符号化モードに遷移するか、着目画素を予想符号化するかを判定する。具体的には、前述の式(1)〜(3)で求めたD1,D2,D3が、条件:D1=D2=D3=0を満たしている場合に、ランレングス符号化モードに遷移すると判定する。この際、ラン係数Rcoef=画素aとし、ラン長RL=0とした上、ランレングス符号化部2035による符号化を開始させる。また上記条件を満たさない場合、予測符号化モードが選択され、S506に処理が進む。
S506、S507では、予測符号化部2034において着目画素xの予測値pを求め、その予測誤差を符号化する。以下はその詳細である。
まず、予測符号化部2034は、S506にて、着目画素xの周辺画素から予測値pを得て、その誤差Diffを算出する。本実施形態では予測変換にMED(Median Edge Detection)予測を用いて予測を行う。本実施形態における図6の周辺画素を用いた予測値pの算出は次式(4)の通りである。
Figure 2017192078
尚、本実施形態では予測変換にMED予測を用いたが、前値予測(p=a)などその他の予測方法を用いても良いし、p=0として予測を行わないなどとしても良い。要は、符号化側と復号側で同じ予測法を用いることである。次に予測誤差Diffを求める。予測誤差は下式のように求めれば良い。
予測誤差Diff = 着目画素の画素値 − 予測値=x−p …(5)
次に、予測符号化部2034は、S507にて、予測誤差Diffをゴロム・ライス符号化する。本処理では、予測符号化部2034は、まず予測誤差(Diff)を非負の整数値(MV)に変換する。変換式は次式(6)の通りである。
Figure 2017192078
上記式(6)からもわかるように非負の整数値MVは、その値が偶数の場合には予測誤差Diffが正、奇数の場合には予測誤差Diffは負の値を持つことを示すことになる点に注意されたい。次に、予測符号化部2034は、パラメータkを用いて非負の整数値MVをゴロム・ライス符号化する。ゴロム・ライス符号化の手順は以下の通りである。
(1)MVを2進数表現して、MVをkビット右シフトした値の0を並べ、その後に1を付加する。
(2)上記(1)の後ろに、MVの下位kビットを取りだして付け加える。
図8に、ゴロム・ライス符号化のパラメータkと非負の整数値MVと符号語の関係を示す。ゴロム・ライス符号化の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、0と1を反対にして符号を構成しても構わないし、上記手順で述べた(1)と(2)の順番を入れ替えて符号を構成しても良い。例えば、パラメータk=0の場合を考える。予測誤差Diffが“−2”のとき、非負の整数値MVは“3”となり、予測誤差Diffが“+2”のとき、非負の整数値MVは“4”となる。非負の整数値MVが3のとき、符号語は4ビットの“0001”となり、非負の整数値MVが4のとき、符号語は5ビットの“00001”となる。
ここでパラメータkの決定方法について述べる。パラメータkはJPEG−LSと同様に、着目画素が所属するコンテキスト情報を用いて決定すれば良い。具体的には、下式を満たすまでkを0からインクリメントしていき、初めて満たした時点でのkをパラメータkとする。
コンテキストの発生回数N×2k≧予測誤差の絶対値の総和A …(7)
尚、このパラメータkの決定方法は、符号化側と復号側で同じパラメータを利用できれば良く、その他の決定方法で代替しても良い。以上のゴロム・ライス符号化を終えると、色成分符号化部203は処理をS511に進める。
S508〜510では、ランレングス符号化部2035は、連続する同一の画素値の長さ(ラン長)の符号化処理を行う。以下はその詳細である。
ランレングス符号化部2035は、S508にて、ランが継続するか否かを判定する。これは着目画素xが現在処理中のランの対象となっているラン係数Rcoefと同値であるか否か、或いは、ランが符号化対象となるラインの右端画素に達したかに基づき判定する。具体的には図6に示される着目画素xが、S505で保持したRcoef(画素a)と異なる場合、もしくはランが符号化対象となるラインの右端画素に達したとき、ラン終了と判定し、そうでない場合はラン継続と判定する。ランレングス符号化部2035は、ラン継続と判定された場合はS509へ、ラン終了と判定された場合はS510へそれぞれ処理を進める。
S509にて、ランレングス符号化部2035は、ラン長RLを“1”だけ増加(更新)し、着目画素を次の画素に移動させる。この後、ランレングス符号化部2035は、処理をステップS508に戻す。
S510にて、ランレングス符号化部2035は、ラン長RLを符号化し、その符号語を出力する。ここで、着目画素xがRcoef(画素a)と異なり、着目画素xの左画素がラン終端となってS510に処理が進んだ場合、着目画素xは未符号化である。そこで、JPEG−LSと同様に、MELCODE符号化して終端処理を行う。この終端処理とは、着目画素xに対して周囲画素から予測符号化を行う処理である。一方、着目画素xがRcoef(画素a)と同であるまま、ラインの右端に達した場合、ランの符号語には着目画素が含まれているので、この終端処理を行わない。
ここでMELCODE符号化の手順は概ね以下の通りである。なお、MELCODE符号化のより正確な内容は非特許文献1を参照されたい。
(1)RL<2J[index]となるまで0を出力、RLから2J[index]を減算、indexを1加算を繰り返す
(2)(1)の後ろに1を出力する
(3)RLの下位J[index]ビット出力
(4)indexが0より大きければ、indexを1減算
MELCODE符号化により出力する符号語の一例を図9に示す。符号化の過程で動的に変化する符号化パラメータindexを引数とした、符号長の最小値を記憶する配列J[index](テーブルとして保持しているものとする)の値により、図9で示される符号語が出力される。図9において横線を引いた領域の符号語は、符号化パラメータindexを動的に変化させるアルゴリズムに依存し、一意には決定されないため、ここでは記載していない。以上、ランレングス符号化部2035の符号化処理を説明した。
次に、ランレングス符号化部2035は、S511にて、符号化対象となる着目ライン上の全画素の符号化を終えたか否かを判定する。ランレングス符号化部2035は、着目ライン上の全画素の処理を終えた場合はS513へ、そうでなければS512に処理を移す。
S512にて、ランレングス符号化部2035は、着目画素を符号化処理中の着目ラインにおける次の画素へ移動させ、処理をS503に戻す。
S513にて、ランレングス符号化部2035では、処理中の色成分における全てのラインの符号化を終えたか否かを判定する。全ラインの符号化処理を終えた場合は色成分符号化処理を終え、そうでない場合は処理をS514に移行する。S514にが、ランレングス符号化部2035は、次のラインを符号化対象の着目ラインとして更新する。
以上のように本実施形態によれば、着目画素のコンテキストを求める際に参照する周囲画素の一部(図10における画素d)が画像域外になる状態にあっては、着目画素xについてのランレングス符号化を採用せず、予測符号化を行う。なぜなら、着目画素xからランレングス符号化を行ったとしても、ライン右端が近く、もはや長いランが期待できない。また、ランレングス判定のための必要な周囲画素が不足していることにより誤判定をしてしまい、逆に符号化効率が落ちるからである。かかる点、本実施形態では、上記状態にあっては、予測符号化で着目画素を符号化するので、これまでよりも符号化効率を上げることができる。昨今の撮像装置の解像度は上がる一方であり、撮像画像のライン数も増えるので係る作用効果はますます大きくなることは明らかである。
以上、実施形態における画像符号化装置を説明した。次に、実施形態の画像復号装置について説明する。
図14は、本実施形態で画像復号を行う画像復号装置1400の構成の一例を示す図である。画像復号装置1400は、I/Oインターフェース1401と、記憶部1402と、操作部1403と、情報処理部1408と、表示部1407を有している。
画像復号装置1400を実装する装置の種類は特に問わないが、典型的にはコンピュータ、または、撮像装置である。本実施形態における画像復号装置1400をパーソナルコンピュータ等のコンピュータに実装するものとして説明する。I/Oインターフェース1401は、I/Oインターフェース108と同様にUSBコネクタを有する。デバイス1400は、I/Oインターフェース1401を介して、撮像装置100から出力される圧縮画像データを取得する。
記憶部1402は、I/Oインターフェース1401から取得された圧縮画像データを保存することができるメモリカードなどの不揮発性の記憶媒体である。操作部1403は、コンピュータに備えられたキーボード、マウスなどの入力装置であり、ユーザが操作して復号処理などの命令を行える。表示部1407は、復号画像の表示等が行え、一般的に液晶ディスプレイが用いられる。情報処理部1408の内部構成は、図1に示す情報処理部109と同様である。
以下、本実施形態における情報処理部1408の処理について説明する。ユーザの操作部1403に対する復号指示に基づき、取得部1404は、記憶部1402から圧縮符号化画像データ(実施形態で符号化したデータファイル)を取得し、復号部1405に圧縮符号化画像データを供給する。
復号部1405は、圧縮符号化画像データの復号処理を行う。本実施形態では、1画素がRGB各8ビットで表現されるものとし、色成分を単位にモノクロ画像として復号する場合を例に説明する。つまり、R成分のモノクロ多値画像、G成分のモノクロ多値画像、B成分のモノクロ多値画像をそれぞれ独立して復号する。
次に、本実施形態に示す復号部1405の処理について説明する。図15は復号部1405の内部構成である。以下、同図を参照して、復号部1405の処理内容を説明する。なお、ここでは、1つの色成分の符号化画像データの復号処理を説明する。実施形態では、色成分の数は3つであるので、実際には以下に説明する処理が3回行われることに注意されたい。
符号入力部1501は、取得部1404から、1つの色成分の圧縮符号化画像データを入力する。色成分復号部1502は符号入力部1501から供給出力された圧縮符号化符号データの復号処理を行う。この色成分復号部1502の詳細は以下の通りである。
コンテキスト生成部15021では、復号対象の着目画素の近傍の復号済み周囲画素(図10参照)を参照して、着目画素に対するコンテキスト生成処理を行う。本処理は画像符号化装置100におけるコンテキスト生成部2031と同様である。
第1復号モード判定部15022では、強制的に予測復号モードに遷移するか否かを判定する。本処理部は、画像符号化装置100における第1符号化モード判定部2032と同様、コンテキスト生成部15021が参照する周辺画素が画像右端よりも外となる場合は強制的に予測復号モードに遷移するようにする。
第2復号モード判定部15023では、ランレングス復号モードに遷移するか否かを判定する。この処理は、画像符号化装置100における第2符号化モード判定部2033と同様、コンテキスト生成部15021から出力されたコンテキストを用いて判定を行う。
予測復号部15024では、着目画素における予測値と、復号された予測誤差から着目画素における画素値を得る。具体的には、次の通りである。
まず、予測復号部15024は、着目画素xの予測値pを得る。この時、当該予測方法は画像符号化装置100における予測符号化部2034の予測変換処理で用いた方法と同じであればよい。
次に予測復号部15024は、符号化データを、ゴロム・ライス復号に基づいてエントロピー復号し、非負の整数値MVを得る。パラメータkを用いたゴロム・ライス復号の手順は以下の通りである。
(1)符号データから1ビットずつ取り出し、取り出したビットが“0”である限り、カウントアップしていく。そして、取り出したビットが“1”の場合は次の工程(2)に移る。ここでは、ビットが“0”の数をZEROcntと呼ぶ。
(2)ZEROcntをkビット左シフトする。さらに符号データからkビット取り出した値を、シフト後のZEROcntに加算し、シンボルMVを求める。
次に、予測復号部15024は、シンボルMVから下式に基づいて予測誤差Diffを次式(8)に基づき算出する。
Figure 2017192078
尚、符号化パラメータkは符号化側で用いたパラメータと同じ値を復号側で利用できれば良い。次に、予測復号部15024は、着目画素xの画素値を次式(9)に従って算出する。
着目画素x = 予測誤差 + 予測値=Diff+p …(9)
以上の処理により、着目画素xにおける予測値と、復号された予測誤差に基づいて着目画素における画素値を得る事ができる。
一方、第2復号モード判定部15023の判定結果が、ランレングス復号モードを示している場合、ランレングス復号部15025は、符号化データがラン長RLの符号化データであるものとし、それを復号する。このラン長RLはMELCODE復号し得ればよい。MELCODE復号の詳細は非特許文献1を参照されたい。そして着目画素xからラン長RL分の画素の値を、着目画素xに対する予測値(着目画素xの左画素a)に設定する。ここで、復号された画素値を設定した画素がラインの終端位置(右端位置)に達した場合には、画素値の設定をラインの右端の画素までとする。
次に、ランの終端処理を行う。終端処理は、着目画素xに対して周囲画素から予測復号を行う処理である。ただし、終端処理は画素値を設定した画素がラインの終端(右端)位置に達した場合には、終端処理を行わない。
色成分復号部1502を上述の構成とすることで、色成分毎の復号された画素値を得ることができる。
逆量子化部1503は、色成分復号部1502から供給された各色成分の画素値を入力し、逆量子化する。当該逆量子化のステップ幅は符号化側と同じであればよい。そして逆量子化部1503は逆量子化後の画素値を色成分出力部1504に送出する。色成分出力部1504では、逆量子化部1503から供給された各色成分の画素値を入力し、カラー画像データとして出力部106へ出力する。
以上説明したように、本実施形態の画像復号装置によれば、コンテキストの精度が十分でなく、ランも伸びにくい範囲の画素を強制的に予測符号化とすることを特徴とした符号化装置による符号データを復号できる。
[第2の実施形態]
上記第1の実施形態では、JPEG−LSと同様にコンテキスト生成を行い、該コンテキストでランレングスモードに入るか否かの決定と、ゴロム・ライス符号化における符号化パラメータkの決定を行った。このような構成とすることで着目画素の周辺状態に応じた符号化を行えるため符号化効率の向上を図ることができるが、コンテキストの数だけ情報を保持するバッファが必要となってしまう。かかる点を解決するため、コンテキスト生成を行わない符号化の実施形態を図10のフローチャートを用いて以下から説明する。尚、復号装置に関しても本実施形態の符号化装置と同様の変更を加えることで復号が可能となる。この図10は、第1の実施形態における図5に代わるものである。つまり、本第2の実施形態における色成分符号化部203は、図2からコンテキスト生成部2031を省いた構成であり、それ以外は同じと理解されたい。以下は、第2の実施形態における色成分符号化部203による、1色成分の画像データの符号化処理である。
S1001にて、色成分符号化部203は、着目色成分の画素値をライン単位に入力する。S1002にて、色成分符号化部203は、符号化対象の着目画素を、ラインの左端位置に設定する。
そして、S1003にて、着目画素の位置が所定の範囲内にあるか否かを判定する。第1の実施形態ではこの所定の範囲が、コンテキスト生成の際に参照する周辺画素に応じて決定した。しかし本第2の実施形態ではコンテキスト生成処理がない。その代わり、S1004のランレングス符号化モード突入判定で参照する周辺画素(後述)に応じて決定する。着目画素の位置が所定の範囲にあると判定された場合、S1005に移り、そうでない場合にS1004に移る。
S1004では、ランレングス符号化モードに移行するか否かを判定する。第1の実施形態では、この判定にコンテキストを用いていたが、本第2の実施形態ではこれを用いない。本第2の実施形態では、図6の周辺画素a、b、c、dが、次式(10)で示す条件が満す場合にランレングス符号化に移行すると決定し、この条件が満たされない場合、着目画素を予測符号化するものとして決定する。
a=b=c=d …(10)
つまり、式(10)を満たす場合、色成分符号化部203は処理をS1007へ、そうでない場合はS1005へ処理を移す。
S1005では、予測符号化部2034は、着目画素の画素値を周辺画素から予測し、その誤差を算出する。本処理は第1の実施形態におけるS506と同様で良い。予測誤差を算出したら、色成分符号化部203は、S1006にて、予測誤差Diffをゴロム・ライス符号化する。本処理においても第1の実施形態でも述べたとおり、符号化パラメータkを用いて符号化する。しかし第1の実施形態と違いコンテキストを持たないためパラメータkを決定する別の方法が必要である。本実施形態ではこれをMELCODE符号化と同様、本Sで動的に更新する事とする。この方法は特許文献2と同様の方法で良い。ゴロム・ライス符号化の方法は第1の実施形態におけるS507と同様で良い。以上のゴロム・ライス符号化を終えたらS1010に移る。
一方、S1007にて、ランレングス符号化部2035は、ランが継続するか否かの判定を行う。この処理は第1の実施形態におけるS508と同様で良い。ランが継続すると判定されて場合はS1008へ、そうでない場合はS1009へそれぞれ移る。
S1008では、ランレングス符号化部2035は、ラン長RLを更新する。本処理は第1の実施形態におけるS509と同様で良い。本処理を終えたらS1007に移る。また、S1009にて、ランレングス符号化部2035はラン長RLを符号化し、その符号語を出力する。この処理、終端処理を含め、は第1の実施形態におけるS510と同様で良い。本処理を終えたらS1010に移る。
S1010にて、色成分符号化部203は、符号化対象となる着目ライン上の全画素の符号化を終えたか否かを判定する。着目ライン上の全画素の符号化処理を終えた場合はS1012へ、そうでなければS1011に移る。
S1011にて、色成分符号化部203は、着目画素を符号化処理中のラインにおける次の画素へ移動させ、処理をS1003に戻す。S1012にて、色成分符号化部203は、処理中の色成分の全ラインの符号化を終えたか否かを判定する。全ラインの符号化処理を終えた場合は色成分符号化処理を終え、そうでない場合はS1013にて、着目ラインを次のラインに移動させ、その後、処理をS1001に戻す。
以上の処理構成とすることで、コンテキスト生成処理を省略できるため、バッファメモリの削減を行うことができる。また、S1003で着目画素の位置が所定の範囲にあると判定された場合は周辺画素を参照しないまま予測符号化へ遷移できるため、処理量が削減でき、処理の高速化が実現出来る。
[第3の実施形態]
第1の実施形態では、図2に示した通り、画像データにおける各色成分毎に符号化を行った。しかし本発明はこれに限らず、周波数帯域への変換後の係数に対して適用する事も出来る。この時、周波数帯域の変換の一つであるウェーブレット変換を行うと、図12に示すように画像データが複数の分解レベルに分けられる。各分解レベルは、複数のウェーブレット係数群(以下、サブバンド)から構成される。ウェーブレット変換は、1回の変換で得られたサブバンドLLに対して再帰的に行うことができる。ウェーブレット変換を実行する回数が、分解レベルを表すこととなる。つまり、分解レベルが1増えると水平・垂直解像度は半分になる。そして、ウェーブレット変換で得られる複数のサブバンドのそれぞれを、第1、第2の実施形態における符号化対象の画像データと見立てて、サブバンド内の係数を画素とみなして符号化する。
かかるウェーブレット変換でのサブバンド毎に、符号化・復号処理を適用しても構わない。このとき、画像が複数のサブバンドに分解され、サブバンド単位で処理することになる。着目画素(正確には着目係数)がライン右端となるケースが増え、強制予測符号化モードへの遷移を判定する判定回数は多くなり、本実施形態の効果がより大きくなることが期待できる。
以下、上記ウェーブレット変換を用いる画像符号化装置を第3の実施形態として説明する。なお、装置構成は図1と同じであり、異なるのは、図1における符号化部105の構成である。図11は、本第3の実施形態における画像符号化部105の構成を示している。
色成分入力部1101は、画像処理部104から出力された画像データを成分毎に入力する。本実施形態では、RGB各8ビットの画像データが色成分毎に入力される。以下、R成分、G成分、B成分を各々モノクロ画像として扱い同様の処理を行うため、以降の処理は、8ビットのモノクロ画像の処理として説明する。
ウェーブレット変換部1102は色成分入力部1101から出力された色成分毎の画像データを入力として、ウェーブレット変換を所定回数(実施形態では2回)行う。変換の際に用いるフィルタは国際標準であるJPEG2000(ISO/IEC15444|ITU−T T.800)でも利用されている実数型の9/7フィルタや整数型5/3フィルタなどどのフィルタを用いても構わない。またウェーブレット変換の処理単位については、ライン単位の処理であっても、画像単位の処理であっても構わない。
ウェーブレット変換部1102は、ウェーブレット変換で得られた各サブバンドを量子化部1103に供給する。量子化部1103は、ウェーブレット変換部1102からサブバンドを入力し、サブバンド毎に量子化を行う。量子化された係数をサブバンド符号化部1104に送出する。尚、可逆符号化を行う場合には量子化部1103は不要である。
サブバンド符号化部1104は、図12で示したように各サブバンド毎の符号化を行う。符号化処理は第1の実施形態における色成分符号化部203と同様とする。
第1の実施形態における色成分符号化部203は、画像を構成する各色成分をモノクロ画像とみなし、符号化対象の画素の、画像中の位置によって符号化モードの選択方法を切り替えた。本第3の実施形態では、符号化対象は画素ではなく、ウェーブレット変換係数となるが、符号化処理そのものは基本的に同じでよい。具体的には、着目係数が着目サブバンドにおけるラインの右端に近い予め設定された範囲内にある場合にはランレングス符号化を選択しないようする。なお、必ずしも、各サブバンドで同一の符号化処理を適用する必要はなく、各サブバンド成分に応じて構成を変えても良い。例えば、サブバンドLL以外の高周波サブバンドHL,LH,HHでは、値が0中心となるためランレングスモードに移行しやすいように条件を緩和し、予測方法を変更する等である。サブバンド毎の符号化を終えたら、該符号を符号出力部1105に送出する。
符号出力部1105は、これまでに符号化したサブバンドの符号化データを、着目色成分の符号データとし、他の色成分の符号化データと統合して、オリジナルのカラー画像データの圧縮符号化画像データとして出力する。
以上の符号化部の構成とすることで、ウェーブレット変換後の係数に対しても適用できるのは理解できよう。尚、復号に関しても、第1の実施形態の色成分復号部1502と同様の復号をサブバンドに対し行い、逆量子化、逆ウェーブレット変換を行えば本実施形態における符号化装置が出力する符号データを復号することが可能となる。
[第4の実施形態]
第1の実施形態では、図5のS504において強制的に予測符号化モードに移行する範囲を、コンテキスト生成で参照する周辺画素に応じて決定した。このような決定方法とすることで、コンテキストの精度が十分でない範囲の画素を強制的に予測符号化とすることができる。しかし、ランレングス符号化で用いている符号化パラメータindexによって、予測符号化モードに移行した方がよい範囲を規定する事も可能である。そこで、本第4の実施形態では、強制的に予測符号化モードに移行する範囲を、indexで決定する例を説明する。
本第4の実施形態では説明のために予測変換なし、ランレングス符号化への移行条件をa=b=c=d=0であるとし、ゴロム・ライス符号化の符号化パラメータkは特許文献2と同様の決定方法であるとして説明する。
ランレングス符号化で用いるMELCODE符号化では、符号化パラメータindexにより、最低で何ビット出力するかが決まる(行の最後までランが継続した場合を除く)。具体的には、第1の実施形態で述べたMELCODE符号化の手順(2)と(3)で、J[index]+1ビット出力することとなる。この配列Jは本実施形態ではJPEG−LSと同様、下記の配列とする。
J[0…31]={0,0,0,0,1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,9,10,11,12,13,14,15}
例えば、index=28となっている場合、J[28]=12である。つまりこの場合はランレングスがどの長さであっても、生成される符号語の符号長は最低でも12+1=13ビットとなる。この時、着目画素が図13に示すようにラインの右端から5画素遡った位置でランレングスモードに移行したとする。この場合、ランは最長でも5までしか伸びない事が確定する。仮にランが3まで延びたとしても、上述の通りランレングス符号に13ビット必要となる。しかし、この3画素分のランを仮にk=0のゴロム・ライス符号化で表現すれば、3ビットで済む事となる。つまりMELCODE符号化のJ[index]と、ゴロム・ライス符号化のパラメータkの関係によって、ランレングス符号化が有効な範囲を規定する事ができる。そこで、本第4の実施形態では、所定の範囲R(図7参照)を次式(11)のように定める。
R=(J[index]+ 1)/(1+k) … (11)
尚、(11)式のkは仮想の値として固定的に設定し、J[index]のみで決定出来るよう構成しても良い。この時のkは例えば0、2等とすればよい。上記の決定方法とすることで、実際のランレングス符号を勘案して、強制的に予測符号化モードに移行する範囲を決定する事ができるようになるため、圧縮率向上を図ることができる。
(その他の実施形態)
第3の実施形態ではウェーブレット変換を行ったサブバンド単位で本発明を実施することで、より効果が大きくなると述べたが、さらに画像を複数のブロックに区切り、ブロック単位で符号化・復号するようにすれば一層効果が大きくなる。
また、これまで述べた実施形態では符号化方式を選択するために参照した周辺係数、もしくは符号化パラメータに応じてランレングス符号化を適用する範囲を決定した。しかし、画像中の位置によってランレングス符号化が効果的か否かを判断し、それを符号化の候補とするかどうかを定めるものであれば良い。入力された画像データの特徴に合わせて該範囲を決定しても良い。例えば、ポートレート撮影やマクロ撮影した画像データにおいては、画像データ中心に焦点があい、それ以外の部分はボケた画像となる傾向にある、こうした画像データにおいては画像データ中心部分は高周波成分が集中するため同値が連続しにくい。よって、着目画素がポートレート撮影やマクロ撮影された画像データの中心部分ではランレングス符号化を適用せず、予測符号化を行うが、その他の部分ではランレングス符号化と予測符号化を選択的に適用する、などとしてもよい。
また、本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
201…色成分入力部、202…量子化部、203…色成分符号化部、204…符号出力部、2031…コンテキスト生成部、2032…第1符号化モード判定部、2033…第2符号化モード判定部、2034…予測符号化部、2035…ランレングス符号化部

Claims (9)

  1. 符号化対象の画像データをラスタースキャン順に符号化する画像符号化装置であって、
    同じ画素の連続するラン長を符号化する第1の符号化手段と、
    符号化対象の画素を予測符号化する第2の符号化手段と、
    着目画素が、当該着目画素が位置するライン上の所定範囲内に位置するか否かを判定することで、前記着目画素に対して前記第2の符号化手段を適用するか否かを判定する第1の判定手段と、
    前記着目画素が前記所定範囲の外に位置する場合には、前記着目画素の周囲に位置する既符号化の画素を参照して、前記着目画素に対して前記第1の符号化手段、前記第2の符号化手段のいずれを適用するかを判定する第2の判定手段と、
    を有することを特徴とする画像符号化装置。
  2. 前記第2の符号化手段は、前記着目画素の周囲の既符号化の複数の周囲画素から前記着目画素の予測値を求め、前記着目画素と予測値との誤差を符号化し、
    前記第1の判定手段は、
    複数の周囲画素のうちの前記ラスタースキャン順の最も先行する水平方向の座標を持つ画素と、前記着目画素の水平方向の座標との差をRとしたとき、
    前記所定範囲が、前記着目画素が位置するラインの右端位置から当該ラインの先頭に向かって前記Rが示す範囲であるとして前記判定を行う
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像符号化装置。
  3. 前記第2の符号化手段は、前記着目画素の周囲の既符号化の複数の周囲画素から前記着目画素におけるコンテキストを求め、当該コンテキストに基づき前記着目画素を予測符号化し、
    前記第1の判定手段は、
    複数の周囲画素のうちの前記ラスタースキャン順の最も先行する水平方向の座標を持つ画素と、前記着目画素の水平方向の座標との差をRとしたとき、
    前記所定範囲が、前記着目画素が位置するラインの右端位置から当該ラインの先頭に向かって前記Rが示す範囲であるとして前記判定を行う
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像符号化装置。
  4. 前記第1の符号化手段は、MELCODE符号化手段であり、
    前記第2の符号化手段は、ゴロム・ライス符号化手段であり、
    前記MELCODE符号化手段で用いる符号化パラメータをindex、当該符号化パラメータのindexで決まる符号長の最小値をJ[index]、前記ゴロム・ライス符号化で用いる符号化パラメータをkとしたとき、
    前記第1の判定手段は、次式に従ってRを求め、
    R={J[index]+1}/{1+k}
    前記所定の範囲を、前記着目画素が位置するラインの右端位置から当該ラインの先頭に向かって前記Rが示す範囲として前記判定を行う
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像符号化装置。
  5. 前記符号化対象の画像データは、カラー画像データを表す1色成分の画素から構成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像符号化装置。
  6. 更に、ウェーブレット変換する変換手段を有し、
    前記符号化対象の画像データは、前記変換手段で得られた複数のサブバンドのうちの1つのサブバンドであり、
    前記画素は、前記サブバンド内の係数である
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像符号化装置。
  7. 同じ画素の連続するラン長を符号化する第1の符号化手段、及び、符号化対象の画素を予測符号化する第2の符号化手段とを有し、符号化対象の画像データをラスタースキャン順に前記第1の符号化手段、前記第2の符号化手段のいずれかを用いて符号化する画像符号化装置の制御方法であって、
    第1の判定手段が、符号化対象の着目画素が、当該着目画素の位置するライン上の所定範囲内に位置するか否かを判定することで、前記着目画素に対して前記第2の符号化手段を適用するか否かを判定する第1の判定工程と、
    第2の判定手段が、前記着目画素が前記所定範囲の外に位置する場合には、前記着目画素の周囲に位置する既符号化の画素を参照して、前記着目画素に対して前記第1の符号化手段、前記第2の符号化手段のいずれを適用するかを判定する第2の判定工程と、
    を有することを特徴とする画像符号化装置の制御方法。
  8. 請求項7に記載の画像符号化装置の制御方法の各工程を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
  9. 請求項8に記載のプログラムを格納した、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
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