JP3627258B2 - High-efficiency encoding and decoding apparatus for digital image signals - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、ディジタル画像信号を伝送する時に、伝送データ量を減少させるための高能率符号化装置および復号装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディジタル画像信号の高能率符号化の一つとして、画素をサブサンプリングによって間引くことによって、伝送データ量を減少させるものがある。その一例は、MUSE方式における多重サブナイキストサンプリングエンコーディング方式である。このシステムでは、受信側で間引かれ、非伝送の画素を補間する必要がある。
【0003】
上述のように、注目画素の値を作成する時には、従来では、固定タップ、固定係数の補間フィルタを使用するのが普通であった。
【0004】
補間フィルタにより非伝送画素を補間する処理は、ある種の画像に対して有効であっても、動きのある画像や静止画像等の多種多様な種類の画像に関して、全体的に補間処理が効果的に発揮されるとはと限らない。その結果として、伝送画素および補間画素で構成される復元画像中に、「ぼけ」、動きの不自然さである「ジャーキネス」等が発生する問題があった。
【0005】
さらに、本願出願人の提案による特開昭63−48088号公報には、間引き画素を補間する時に、周辺の参照画素の平均値を計算し、平均値と各画素の値との大小関係に応じて、各画素を1ビットで表現し、(参照画素数×1ビット)のパターンに応じたクラス分けを行い、各クラスに関して予め学習によって決定された係数と周辺の複数画素の値との線形1次結合によって、補間値を作成することが開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述の先に提案されている出願のものは、固定タップ、固定係数の補間フィルタを使用する時の問題点をかなり解決できる。しかしながら、サブサンプリングによって画素を間引くので、復元画像の解像度の劣化がある程度生じる。
【0007】
従って、この発明の目的は、各画素のレベル方向に関してサブサンプリングを行うことによって、解像度劣化が防止された高能率符号化装置および復号装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、各画素データがPビットのディジタル画像信号の伝送データ量を減少させるためのディジタル画像信号の高能率符号化装置において、
規則的なパターンに従って、ディジタル画像信号の2次元画素配列を少なくとも第1および第2の画素データに分離するための分離手段と、
第1の画素データの各画素におけるレベル方向のビット数をM(≦P)ビットに変換するための第1の符号化手段および第1の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第1のローカル復号手段と、
第2の画素データの各画素におけるレベル方向のビット数をN(<M)ビットに変換するための第2の符号化手段および第2の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第2のローカル復号手段と、
第1の画素データと少なくとも第1のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第1の係数を用いて連立方程式を立て、MビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する第1の画素データと、注目画素に対応する出力データの近傍の画素および第1の係数の積和演算で求められる値との誤差を最小にするように連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の第1の係数を求める第1の係数発生手段と、
第2の画素データと少なくとも第2のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第2の係数を用いて連立方程式を立て、NビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する第2の画素データと、注目画素に対応する出力データの近傍の画素および第2の係数の積和演算で求められる値との誤差を最小にするように連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の第2の係数を求める第2の係数発生手段と、
第1および第2の符号化手段の出力データと、第1および第2の符号化手段の出力データの復号誤差を減少させるための第1の係数および第2の係数とを伝送する伝送手段と
からなるディジタル画像信号の高能率符号化装置である。
【0009】
請求項7に記載の発明は、規則的なパターンに従って、各画素がPビットのディジタル画像信号の2次元画素配列を少なくとも第1および第2の画素データに分離するための分離手段と、第1の画像データの各画素におけるレベル方向のビット数をM(≦P)ビットに変換するための第1の符号化手段および第1の符号化手段の出力データをPビットに変換するために第1のローカル復号手段と、第2の画像データの各画素におけるレベル方向のビット数をN(<M)ビットに変換するための第2の符号化手段および第2の符号化手段の出力データをPビットに変換するために第2のローカル復号手段と、第1の画素データと少なくとも第1のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第1の係数を用いて連立方程式を立て、MビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する第1の画素データと、注目画素に対応する出力データの近傍の画素および第1の係数の積和演算で求められる値との誤差を最小にするように連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の第1の係数を求める第1の係数発生手段と、第2の画素データと少なくとも第2のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第2の係数を用いて連立方程式を立て、NビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する第2の画素データと、注目画素に対応する出力データの近傍の画素および第2の係数の積和演算で求められる値との誤差を最小にするように連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の第2の係数を求める第2の係数発生手段と、第1および第2の符号化手段の出力データと、第1および第2の符号化手段の出力データの復号誤差を減少させるための第1の係数および第2の係数とを伝送する伝送手段とからなる符号化装置と対応する復号装置であって、
第1および第2の符号化手段の出力データ、第1および第2の係数を受信するための受信手段と、
第1の符号化手段のMビットの出力データをPビットへ変換する第1の復号手段と、
第2の符号化手段のNビットの出力データをPビットへ変換する第2の復号手段と、
少なくとも第1の復号手段の出力データと第1の係数との積和演算を行い、第1の画像データの推定値を作成する第1の積和演算手段と、
少なくとも第2の復号手段の出力データと第2の係数との積和演算を行い、第2の画像データの推定値を作成する第2の積和演算手段と、
第1の画像データの推定値と第2の画像データの推定値とを合成し、復号データとして出力する画素合成手段と、
からなる高能率符号の復号装置である。
【0010】
請求項10記載の発明は、各画素データがPビットのディジタル画像信号の伝送データ量を減少させるためのディジタル画像信号の高能率符号化装置において、
規則的なパターンに従って、ディジタル画像信号の2次元画素配列を少なくとも第1および第2の画素データに分離するための分離手段と、
第1の画像データ各画素におけるレベル方向のビット数をM(≦P)ビットに変換するための第1の符号化手段および第1の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第1のローカル復号手段と、
第2の画像データの各画素におけるレベル方向のビット数をN(<M)ビットに変換するための第2の符号化手段および第2の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第2のローカル復号手段と、
第1および第2の符号化手段の出力データまたは第1および第2のローカル復号手段の出力データを受け取って、複数の注目画素のそれぞれに対して、空間的および/または時間的に近傍の複数の参照画素の特徴に基づいて、クラスを決定するためのクラス分類手段と、
決定されたクラス毎に第1の画素データと少なくとも第1のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第1の係数を用いて連立方程式を立て、MビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する第1の画素データと、注目画素に対応する出力データの近傍の画素および第1の係数の積和演算で求められる値との誤差を最小にするように連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の第1の係数を求める第1の係数発生手段と、
決定されたクラス毎に第2の画素データと少なくとも第2のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第2の係数を用いて連立方程式を立て、NビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する第2の画素データと、注目画素に対応する出力データの近傍の画素および第2の係数の積和演算で求められる値との誤差を最小にするように連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量のクラスに対応した第2の係数を求める第2の係数発生手段と、
第1および第2の符号化手段の出力データと、第1および第2の符号化手段の出力データの復号誤差を減少させるためのクラス毎の第1の係数および第2の係数とを伝送する伝送手段と
からなるディジタル画像信号の高能率符号化装置である。
【0011】
請求項15記載の発明は、規則的なパターンに従って、各画素がPビットのディジタル画像信号の2次元画素配列を少なくとも第1および第2の画素データに分離するための分離手段と、第1の画像データの各画素におけるレベル方向のビット数をM(≦P)ビットに変換するための第1の符号化手段および第1の符号化手段の出力データをPビットに変換するために第1のローカル復号手段と、第2の画像データの各画素におけるレベル方向のビット数をN(<M)ビットに変換するための第2の符号化手段および第2の符号化手段の出力データをPビットに変換するために第2のローカル復号手段と、第1および第2の符号化手段の出力データまたは第1および第2のローカル復号手段の出力データを受け取って、注目画素に対して、空間的および/または時間的に近傍の複数の参照画素の特徴に基づいて、クラスを決定するための第1のクラス分類手段と、第1のクラス分類手段によって決定されたクラス毎に第1の画素データと少なくとも第1のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第1の係数を用いて連立方程式を立て、MビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する第1の画素データと、注目画素に対応する出力データの近傍の画素および第1の係数の積和演算で求められる値との誤差を最小にするように連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の第1の係数を求める第1の係数発生手段と、決定されたクラス毎に第2の画素データと少なくとも第2のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第2の係数を用いて連立方程式を立て、NビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する第2の画素データと、注目画素に対応する出力データの近傍の画素および第2の係数の積和演算で求められる値との誤差を最小にするように連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の第2の係数を求める第2の係数発生手段と、第1および第2の符号化手段の出力データと、第1および第2の符号化手段の出力データの復号誤差を減少させるためのクラス毎の第1の係数および第2の係数とを伝送する伝送手段とからなる符号化装置と対応する復号装置であって、
第1および第2の符号化手段の出力データ、第1および第2の係数を受信するための受信手段と、
第1の符号化手段のMビットの出力データをPビットへ変換する第1の復号手段と、
第2の符号化手段のNビットの出力データをPビットへ変換する第2の復号手段と、
第1および第2の符号化手段の出力データまたは第1および第2の復号手段の出力データを受け取って、注目画素に対して、空間的および/または時間的に近傍の複数の参照画素の特徴に基づいて、クラスを決定するための第2のクラス分類手段と、
少なくとも第1の復号手段の出力データと第2のクラス分類手段によって決定されたクラスに対応する第1の係数との積和演算を行い、第1の画像データの推定値を作成する第1の積和演算手段と、
少なくとも第2の復号手段の出力データと第2のクラス分類手段によって決定されたクラスに対応する第2の係数との積和演算を行い、第2の画像データの推定値を作成する第2の積和演算手段と、
第1の画像データの推定値と第2の画像データの推定値とを合成し、復号データとして出力する画素合成手段と、
からなる高能率符号の復号装置である。
【0012】
【作用】
所定のパターンに従ってディジタル画像信号の画素を第1および第2の画素に分離する。第1および第2の画素が間引かれるのではなく、そのビット数が少なくされる。そして、第1および第2の画素に関して、元のビット数の値を求める時に、誤差の二乗が最小となるような係数が生成され、この係数が伝送される。受信側では、係数と伝送画素データとを用いた線形1次結合によって、第1および第2の画素の値を形成する。その結果、復号誤差を減少でき、良好な復元画像が作成できる。
【0013】
【実施例】
この発明の理解を容易とするために、まず、係数の生成について、図1を参照して説明する。図1は、この発明による符号化と係数の生成のためのモデルの一例を示すものである。T1、T2、T3は、時間的に連続する3フレームを示す。各フレームでは、五の目格子パターンでもって、全画素が第1および第2の画素に分離される。フレーム間では、五の目格子パターンの位相が相補的とされている。一例として、入力ディジタル画像信号の各画素の量子化ビット数Pは、8である。
【0014】
図1中、第1の画素が○および◎で表され、第2の画素が×および△で表され、クラス分けに使用する伝送画素が◎および△で表される。つまり、(25×3−1=74)画素中の8画素がクラス分けにも使用される参照画素である。第1の画素がM(≦8)ビットに変換され、第2の画素がN(<M)ビットに変換される。なお、この発明では、クラス分けは、必須のものではないが、以下の一実施例では、クラス分けを行なうものである。
【0015】
フレームT2に含まれる注目画素(+で示される)を例えばnタップの線形1次結合モデルで表す。より具体的には、図1に示すように、フレームT1、T2、T3から空間的に同一位置の(5×5)の領域をそれぞれ切り出す。3個の領域によって一つの3次元ブロックが構成される。以下により詳細に説明するように、フレームT2の中央の注目画素がn個の周辺画素と係数の線形1次結合モデルで表され、線形1次結合で表現されるデータの実データに対する誤差の二乗が最小となるように、係数が最小二乗法で決定される。一例として、1フレームまたは1フィールドで各クラスの1組の係数が決定され、符号化画素データと係数が送信される。
【0016】
図1に示す時空間モデルにおいて、3個の領域を含むブロック内には、合計で75個の画素が含まれる。この画素中で注目画素以外であって、n個のものの値をxi (i=1,2,・・・,n)とする。ここでは、上述のように、第1および第2の画素がそれぞれMビット、Nビットへ変換されているが、係数を決定する時には、Pビットへローカル復号されたデータを使用する。そして、伝送画素のそれぞれに乗じられる係数は、w1 〜wn と規定される。従って、フレームT2の注目画素の値をyとすると、この値を伝送画素と係数の線形1次結合xi wi で表現する。すなわち、フレームT2の中央位置の値yは、このようにnタップの周辺画素の線形1次結合w1 x1 +w2 x2 +・・・+wn xn によって表される。この線形1次結合モデルにおける係数wi については、実際の値と線形1次結合で表される値との誤差の二乗が最小になるものが求められる。
【0017】
この未定係数wi を決定するために、入力画像を空間方向(水平方向および垂直方向)に2画素ずつずらした時の図1に示すブロックの伝送画素の値xi (i=1,・・・,n)と補間対象である注目画素の実際の値yj (j=1,・・・,m)をそれぞれ代入した線形1次結合の式を作成する。例えば1フレームに対して1組の係数を求める時には、1フレームの画像に対して、ブロックの切り出しを2画素ずつシフトすることによって、非常に多くの式、すなわち、1フレームの画素数(=m)の連立方程式(観測方程式と称する)が作成される。n個の係数を決定するためには、最低で(m=n)の連立方程式が必要である。方程式の個数mは、補間精度の問題と処理時間との兼ね合いで適宜選定できる。観測方程式は、
XW=Y (1)
である。ここでX、W、Yは、それぞれ下記のような行列である。
【0018】
【数1】
【0019】
係数wとして、実際の値との誤差を最小にするものを最小二乗法により求める。このために、観測方程式の右辺に残差行列Eを加えた下記の残差方程式を作成する。すなわち、最小二乗法において、残差方程式における残差行列Eの要素の二乗、すなわち二乗誤差が最小になる係数行列Wを求める。
【0020】
【数2】
【0021】
次に、残差方程式(3)から係数行列Wの各要素wi の最確値を見いだすための条件は、ブロック内の画素に対応するm個の残差をそれぞれ二乗してその総和を最小にする条件を満足させればよい。この条件は、下記の式(4)により表される。
【0022】
【数3】
【0023】
n個の条件を入れてこれを満足する係数行列Wの要素である未定係数w1 ,w2 ,・・・,wn を見出せばよい。従って、残差方程式(3)より、
【0024】
【数4】
【0025】
となる。式(4)の条件をi=1,2,・・・,n)について立てれば、それぞれ
【0026】
【数5】
【0027】
が得られる。式(3)と式(6)から、下記の正規方程式が得られる。
【0028】
【数6】
【0029】
正規方程式(7)は、丁度、未知数の数がn個だけある連立方程式である。これにより、最確値たる各未定係数wi を求めることができる。正確には、式(7)における、wi にかかるマトリクスが正則であれば、解くことができる。実際には、Gauss−Jordanの消去法(別名、掃き出し法)を用いて未定係数wi を求めている。このようにして、非伝送画素の補間のための係数が1フレームでクラス毎に1組確定し、この係数が伝送される。
【0030】
上述のように係数を決定する時に、補間の対象である注目画素を含む部分的画像の特徴を反映したクラス分けがなされる。このクラス分けとしては、参照される画素の値を使用することが考えられる。しかしながら、各画素の値が8ビットの時に、8個の参照画素の場合で、クラス数が264となり、クラス数が非常に多くなる。この問題を解決するために、参照画素のビット数を圧縮符号化により減少させる。クラス分けの他の方法は、注目画素が含まれる小領域の相関が強い方向を検出し、その方向に応じたクラスを規定しても良い。
【0031】
図2は、この発明の一実施例の全体的なブロック図である。入力端子1からのディジタル画像データが画素分離回路2に供給され、図1に示すようなパターンに従って、入力画素が第1および第2の画素へ分離される。第1の画素データがビット数をより少ないビット数へ変換するためのエンコーダ3aに供給される。エンコーダ3aにおいて、各画素のビット数が8ビットからM(<8)ビットへ変換される。第2の画素データがエンコーダ3bに供給される。エンコーダ3bにおいて、各画素のビット数がN(<M)ビットへ変換される。
【0032】
エンコーダ3a、3bの一例は、本願出願人の提案にかかるダイナミックレンジに適応した符号化(ADRC)のエンコーダである。ADRCは、ブロック毎に画素の最大値および最小値を検出し、その差であるダイナミックレンジを求め、ダイナミックレンジに適応した量子化ステップで、最小値または最大値を除去した後の画素データを量子化するものである(特開昭61−144989号公報参照)。画像の局所的相関からブロック内の画素データを元の量子化ビット数(例えば8ビット)より少ないビット数M(例えば4ビット)で量子化しても、画像の劣化を抑えることができる。
【0033】
エンコーダ3a、3bでなされる符号化のより簡単な例は、各8ビットの最下位ビットまたは最下位ビットからの数ビットを除去するものである。エンコーダ3a、3bの出力が出力端子5a、5bに伝送コードとして、それぞれ取り出され、また、ローカルデコーダ4a、4bに供給される。ローカルデコーダ4a、4bによって、8ビットに復号されたデータが形成される。
【0034】
エンコーダ3a、3bからの符号化データがクラス分類回路6に供給される。クラス分類回路6は、上述のように、注目画素の周辺の参照画素を使用して、注目画素を含む小領域の特徴(レベル分布、相関の強い方向等)に対応するクラスを指示する例えば8ビットのインデックスを発生する。参照画素として、第1および第2の画素を使用しているので、エンコーダ3a、3bの出力がクラス分類回路6に供給される。
【0035】
クラス分けのための参照画素は、エンコーダ3a、3bの出力としているが、これに限らず、ローカルデコーダ4a、4bの出力データを使用しても良い。クラス分類回路6からのインデックスと、注目画素の実データと、ローカルデコーダ4a、4bからの復号データが最小二乗法の演算回路7aに供給される。同様に、最小二乗法の演算回路7bに対して、インデックスと、注目画素の実データと、ローカルデコーダ4a、4bからの復号データが供給される。
【0036】
最小二乗法の演算回路7a、7bのそれぞれは、xi として復号データを用い、また、注目画素データの実際の値を用い、上述の最小二乗法のアルゴリズムによって、例えば1フレームで1組の係数wi を決定する。演算回路7a、7bからの係数が出力端子8a、8bに取り出される。伝送画素の符号化出力(コード)と係数とが図示しないが、フレーム化回路、チャンネル変調回路等を介して伝送路へ送出される。伝送路は、通信回線、磁気記録/再生プロセス等である。
【0037】
送信されるデータは、1フレーム内のビット数がMビット、Nビットへ少なくされたコードと2組の係数である。この係数の情報量は、1フレームあたりのコードの情報量に比べて無視しうるものである。従って、各画素のビット数を少なくすることによって、伝送データ量を減少できる。
【0038】
図3は、図2の符号化回路と対応する復号回路を示す。受信データは、図示しないが、チャンネル復調、フレーム分解等の処理を受け、21a、21bで示す入力端子にコードが供給され、22a、22bで示す入力端子に係数が供給される。Mビットのコードが圧縮符号化のデコーダ23aに供給され、8ビットのデータに復号される。Nビットのコードが圧縮符号化のデコーダ23bに供給され、8ビットのデータに復号される。
【0039】
入力端子21a、21bからのコードは、クラス分類回路26にも供給される。クラス分類回路26は、符号化回路中のクラス分類回路6と同一のクラス分けを行い、インデックスを発生する。若し、符号化の際に、復号データを使用してクラス分けがなされている時には、デコーダ23a、23bの出力データを使用してクラス分けがなされる。このインデックスが推定値生成回路24a、24bに供給される。推定値生成回路24aおよび24bのそれぞれに対して、デコーダ23aおよび23bの出力、入力端子22aおよび22bからの係数も供給される。
【0040】
推定値生成回路24a、24bは、復号データと係数との線形1次結合によって、第1および第2の画素に関して8ビットの値(推定値)を生成する。推定値生成回路24a、24bのそれぞれの出力が画素合成回路25に供給される。画素合成回路25は、第1および第2の画素を元の位置関係で合成し、出力端子27に復号画像データが得られる。デコーダ23a、23bによって、8ビットの復号データが得られているが、係数と周辺の復号データの線形1次結合によって作成された推定値は、復号データに比してより誤差が少ないものである。
【0041】
なお、図2および図3の構成では、入力画像データを使用してリアルタイムで係数を決定しているが、予め学習によって係数を決定することもできる。その場合には、異なる絵柄の画像を使用して、汎用性のある係数が決定され、これが固定係数としてメモリに格納される。注目画素の補間のための復号回路にこのメモリが設けられ、メモリ中の固定係数が使用される。さらに、学習で決定された固定係数をメモリに格納し、このメモリの係数を実際に伝送する入力画像データから決定された係数で更新する構成も可能である。
【0042】
クラス分類回路6の一例を図4に示す。入力端子41a、41bから選択回路42にエンコーダ3a、3bのそれぞれの出力が供給される。選択回路42は、クラス分類に使用する第1および第2の画素の符号化データを選択し、選択された符号化データが1ビットADRC回路43aおよび43bにそれぞれ供給される。
【0043】
1ビットADRC回路43a、43bは、適当な大きさのブロックの最大値および最小値の差(ダイナミックレンジDR)を検出し、各データをダイナミックレンジDRで割算し、その商を0.5と比較し、これが0.5より小のときには`0’ 、これが0.5以上のときには、`1’ の出力を発生する。すなわち、入力データが1ビットの出力に変換される。
【0044】
1ビットADRC回路43a、43bのそれぞれの出力がシフトレジスタ44a、44bにおいて直列並列変換される。シフトレジスタ44a、44bからの合計8ビットがレジスタ45に取り込まれ、レジスタ45の出力に8ビットのインデックスが発生する。8ビットのインデックスにより28 の数のクラスが指示される。
【0045】
なお、クラス分けのために、空間的に注目画素の近傍の画素のみでなく、前フレームおよび後フレームの空間的に同一位置の画素をも参照するようにしても良い。また、クラス分けのための圧縮符号化としては、1ビットADRC以外に、ベクトル量子化、DPCM等を使用することができる。
【0046】
次に、図5を参照して最小二乗法の演算回路7aについて説明する。演算回路7bは、演算回路7aと同一の構成である。図5に示すように、エンコーダ3aの出力信号が供給され、時空間モデルを構成するデータ、すなわち、注目画素の実データyと線形1次結合に使用するデータxi を同時化するための時系列変換回路31が設けられている。時系列変換回路31からのデータが乗算器アレー32に供給される。乗算器アレー32に対して加算メモリ33が接続される。インデックスがデコーダ35に供給され、デコーダ35からのクラス情報が加算メモリ33に供給される。これらの乗算器アレー32および加算メモリ33は、正規方程式生成回路を構成する。
【0047】
乗算器アレー32は、各画素同士の乗算を行ない、加算メモリ33は、乗算器アレー32からの乗算結果が供給される加算器アレーとメモリアレーとで構成される。図6は、乗算器アレー32の具体的構成である。図6において、その一つを拡大して示すように、四角のセルが乗算器を表す。乗算器アレー32において各画素同士の乗算が行われ、その結果が加算メモリ33に供給される。
【0048】
乗算器アレー32の乗算結果が供給される加算メモリ33は、図7に示すように、加算器アレー33aとメモリ(またはレジスタ、以下同様)アレー33bとからなる。クラスの個数と等しい個数のメモリアレー33bの並列回路が加算器アレー33aに対して接続されている。インデックスデコーダ35からの出力(クラス)に応答して一つのメモリアレー33bが選択される。また、メモリアレー33bの出力が加算器アレー33aに帰還される。これらの乗算器アレー32、加算器アレー33a、メモリアレー33bによって積和演算がなされる。インデックスによって決定されるクラス毎にメモリアレーが選択されて、積和演算の結果によってメモリアレーの内容が更新される。
【0049】
前述の正規方程式(7)のwi にかかる積和演算の項を見ると、右上の項を反転すると、左下と同じものとなる。従って、(7)式を斜めに分割し、上側の三角形部分に含まれる項のみを演算すれば良い。この点から乗算器アレー32、加算器アレー33a、メモリアレー33bは、図6および図7に示すように、上側の三角形部分に含まれる項を演算するのに必要とされる、乗算セルあるいはメモリセルを備えている。
【0050】
以上のようにして、入力画像が到来するに従って積和演算が行われ、正規方程式が生成される。クラス毎の正規方程式の各項の結果は、クラスとそれぞれ対応するメモリアレー33bに記憶されており、次に、この正規方程式の各項が掃き出し法のCPU演算回路34に計算される。CPUを用いた演算によって正規方程式(連立方程式)が解かれ、最確値である係数が求まる。この係数が出力される。
【0051】
復号のために設けられる、推定値生成回路24aは、第1の画素の推定値を作成するためのものであり、図8は、その一例の構成である。推定値生成回路24aと24bとは、同一の構成である。40で示す係数メモリは、例えば1フレーム毎に各クラスの係数組を記憶し、インデックスデコーダ36からのクラス情報により選択された係数組を出力する。この係数組w1 〜wn がレジスタをそれぞれ介して乗算器371 〜37n にその一方の入力として供給される。乗算器371 〜37n の他方の入力としては、時系列変換回路38によりまとめられた復号画素データx1 〜xn が供給される。乗算器371 〜37n の出力が加算器39で加算される。加算器39からは、注目画素の推定値y(=x1 w1 +x2 w2 +・・・・+xn wn )が得られる。
【0052】
入力画像データを第1の画素と第2の画素に分離するためのパターンとしては、図1に示すものに限定されない。図9に示すように、水平方向に1画素毎に第1の画素および第2の画素に分離するパターン、あるいは垂直方向に1ライン毎に第1の画素および第2の画素に分離するパターン等を使用することができる。さらに、連続する2フレームの中の一方のフレームの画素を第1の画素として扱い、その他方のフレームの画素を第2の画素として扱うこともできる。
【0053】
さらに、上述の例は、求める未定係数を1フレームに1組としたが、画像の局所的な特徴に応じて空間内で細分化し、1フレームに複数組の係数を求め、これを伝送しても良い。よりさらに、階層構造の補間を可能とする係数を伝送するようにしても良い。
【0054】
次に、図10および図11を参照してこの発明の他の実施例について説明する。上述の一実施例は、伝送されるコードと係数とを用いて、8ビットの復号値を予測するものである。他の実施例は、誤差成分のみを予測するものである。
【0055】
図10は、他の実施例の符号化装置を示し、これは、一実施例の符号化装置(図2)と全体として類似している。最小二乗法の演算回路7aに対して、クラス分類回路6からのインデックスと、減算回路9aの出力と、ローカルデコーダ4a、4bからの復号データとが供給される。他方の最小二乗法の演算回路7bに対して、クラス分類回路6からのインデックスと、減算回路9bの出力と、ローカルデコーダ4a、4bからの復号データとが供給される。
【0056】
減算回路9aは、注目画素の実データとローカルデコーダ4aの復号出力との誤差を計算し、減算回路9bは、注目画素の実データとローカルデコーダ4bの復号出力との誤差を計算する。図3の画素配列のモデルにおいて、+の画素値を推定するための係数を決定する場合、周辺の画素の復号値を使用する。減算回路9aは、実際の値をym とし、ローカルデコード値をym ´とすると、次の差分値δym を発生する。
δym =ym −ym ´
【0057】
最小二乗法の演算回路7aは、この差分値を周辺の画素の復号値xmiと係数の線形1次結合で表す。すなわち、
δym =Σwi ×xmi
そして、上述の(2)式におけるベクトルYの要素が〔δy1 δy2 ・・・・δym 〕とされ、最小二乗法により係数wi が決定される。
【0058】
図11は、図10の符号化装置に対応する復号装置を示す。受信されたコードがデコーダ23a、23bにより復号される。これらのデコーダ23a、23bの復号出力が推定値生成回路24a、24bに供給される。推定値生成回路24aには、クラス分類回路26からのインデックスと、デコーダ23a、23bの復号出力と、入力端子22aからの係数とが供給される。推定値生成回路24bには、クラス分類回路26からのインデックスと、デコーダ23a、23bの復号出力と、入力端子22bからの係数とが供給される。
【0059】
推定値生成回路24a、24bは、復号出力と係数との線形1次結合によって、推定値(ここでは、差分値δym )を発生する。推定値生成回路24aからの推定値とデコーダ23aの復号出力とが加算回路28aに供給され、加算回路28aの出力に第1の画素データの復号出力が得られる。同様に、推定値生成回路24bからの推定値とデコーダ23bの復号出力とが加算回路28bに供給され、加算回路28bの出力に第2の画素データの復号出力が得られる。これらの復号出力が画素合成回路25において合成され、出力端子27に復号画像データが得られる。
【0060】
この発明の他の実施例は、復号出力から誤差分のみを推定するので、復号値を直接予測する一実施例と比較して、推定の精度をより高くすることが可能である。
【0061】
なお、上述の一実施例と同様に、注目画素が図3中の×(または△)の画素の位置にある場合と、これが○(または◎)の画素の位置にある場合とのそれぞれに関して、別々に係数の計算がなされる。
【0062】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明は、伝送画素と非伝送画素とに分離するのと異なり、少ないビット数に変換された画素も伝送するので、復号画像の解像度の劣化を防止することができる。また、この発明は、線形1次結合で補間するための最適な係数を送信側で求めているので、補間フィルタを用いるのと比較して、復元画像の品質を良好とできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を適用できる画素の分離パターンの一例とクラス分類に使用する画素を説明するための略線図である。
【図2】この発明が適用された高能率符号化装置の一例のブロック図である。
【図3】図2に示される高能率符号化の復号装置のブロック図である。
【図4】クラス分類回路の一例のブロック図である。
【図5】最小二乗法の演算回路の一例のブロック図である。
【図6】最小二乗法の演算回路に含まれる乗算器アレーを説明するための略線図である。
【図7】最小二乗法の演算回路に含まれる加算器アレーおよびメモリアレーを説明するための略線図である。
【図8】復号装置に含まれる推定値生成回路の一例のブロック図である。
【図9】この発明を適用できる画素の分離パターンの他の例を説明するための略線図である。
【図10】この発明が適用された高能率符号化装置の他の例のブロック図である。
【図11】図10に示される高能率符号化の復号装置のブロック図である。
【符号の説明】
2 画素分離回路
3a、3b エンコーダ
4a、4b ローカルデコーダ
6 クラス分類回路
7a、7b 最小二乗法の演算回路
9a、9b 復号値の誤差を検出する減算回路
23a、23b デコーダ
24a、24b 推定値生成回路[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a high-efficiency encoding apparatus and decoding apparatus for reducing the amount of transmission data when transmitting a digital image signal.
[0002]
[Prior art]
As one of high-efficiency encoding of digital image signals, there is one that reduces the amount of transmission data by thinning out pixels by sub-sampling. One example is the multiple sub-Nyquist sampling encoding method in the MUSE method. In this system, it is necessary to interpolate non-transmitted pixels that are thinned out at the receiving side.
[0003]
As described above, when creating the value of the pixel of interest, conventionally, an interpolation filter having a fixed tap and a fixed coefficient is usually used.
[0004]
Even if the process of interpolating non-transmission pixels with an interpolation filter is effective for a certain type of image, the interpolation process is generally effective for a wide variety of types of images such as moving images and still images. It is not always demonstrated in As a result, there is a problem that “blur”, “jerkiness” that is unnatural motion, or the like occurs in the restored image composed of the transmission pixel and the interpolation pixel.
[0005]
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-48088 proposed by the applicant of the present application calculates an average value of peripheral reference pixels when interpolating thinned pixels, and responds to the magnitude relationship between the average value and the value of each pixel. Then, each pixel is expressed by 1 bit, classification is performed according to the pattern of (reference pixel number × 1 bit), and a linear 1 between the coefficient determined by learning in advance for each class and the values of a plurality of surrounding pixels It is disclosed that an interpolation value is generated by a next combination.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned previously proposed application can considerably solve the problems when using a fixed tap, fixed coefficient interpolation filter. However, since pixels are thinned out by sub-sampling, the resolution of the restored image is degraded to some extent.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-efficiency encoding apparatus and decoding apparatus in which resolution degradation is prevented by performing sub-sampling in the level direction of each pixel.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
Separating means for separating a two-dimensional pixel array of the digital image signal into at least first and second pixel data according to a regular pattern;
First encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel of the first pixel data into M (≦ P) bits and output data of the first encoding means for converting into P bits First local decoding means;
Second encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel of the second pixel data into N (<M) bits and output data of the second encoding means for converting into P bits A second local decoding means;
First pixel dataAnd at least output data of the first local decoding means,Both of the first coefficients that are unknownmake use ofCoalitionSet up the equationMinimize the error between the first pixel data corresponding to the pixel of interest to be converted from M bits to P bits and the value obtained by the product-sum operation of the pixels in the vicinity of the output data corresponding to the pixel of interest and the first coefficient To be a coalitionBy solving the equation, the first coefficient having an information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits is obtained.AskFirst coefficient generating means;
Second pixel dataAnd at least output data of the second local decoding means;Both of the second coefficients that are unknownmake use ofCoalitionSet up the equationMinimize the error between the second pixel data corresponding to the pixel of interest to be converted from N bits to P bits and the value obtained by the product-sum operation of the pixels in the vicinity of the output data corresponding to the pixel of interest and the second coefficient To be a coalitionBy solving the equation, a second coefficient having an information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits is obtained.AskSecond coefficient generating means;
Transmission means for transmitting the output data of the first and second encoding means and the first coefficient and the second coefficient for reducing the decoding error of the output data of the first and second encoding means;
Is a high-efficiency encoding apparatus for digital image signals.
[0009]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided separation means for separating a two-dimensional pixel array of a digital image signal in which each pixel is a P-bit into at least first and second pixel data according to a regular pattern. The first encoding means for converting the number of bits in the level direction of each pixel of the image data to M (≦ P) bits and the first encoding means for converting the output data of the first encoding means to P bits Local decoding means, second encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel of the second image data into N (<M) bits, and output data of the second encoding means as P Second local decoding means for converting to bits;First pixel dataAnd at least output data of the first local decoding means,Both of the first coefficients that are unknownmake use ofCoalitionSet up the equationMinimize the error between the first pixel data corresponding to the pixel of interest to be converted from M bits to P bits and the value obtained by the product-sum operation of the pixels in the vicinity of the output data corresponding to the pixel of interest and the first coefficient To be a coalitionBy solving the equation, the first coefficient having an information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits is obtained.AskFirst coefficient generating means;Second pixel dataAnd at least output data of the second local decoding means;Both of the second coefficients that are unknownmake use ofCoalitionSet up the equationMinimize the error between the second pixel data corresponding to the pixel of interest to be converted from N bits to P bits and the value obtained by the product-sum operation of the pixels in the vicinity of the output data corresponding to the pixel of interest and the second coefficient To be a coalitionBy solving the equation, a second coefficient having an information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits is obtained.AskThe first coefficient for reducing the decoding error of the output data of the second coefficient generating means, the output data of the first and second encoding means, and the output data of the first and second encoding means, and the second A decoding device corresponding to an encoding device comprising transmission means for transmitting coefficients,
Receiving means for receiving the output data of the first and second encoding means, the first and second coefficients;
First decoding means for converting M-bit output data of the first encoding means into P bits;
Second decoding means for converting the N-bit output data of the second encoding means into P bits;
First product-sum operation means for performing product-sum operation of at least the output data of the first decoding means and the first coefficient and creating an estimated value of the first image data;
A second sum-of-products operation means for performing a sum-of-products operation of at least the output data of the second decoding means and the second coefficient to create an estimated value of the second image data;
The estimated value of the first image data and the first2Pixel synthesizing means for synthesizing the estimated value of the image data and outputting as decoded data;
Is a high-efficiency code decoding device.
[0010]
Claim 10The described invention is a digital image signal high-efficiency encoding device for reducing the transmission data amount of a digital image signal in which each pixel data is P bits.
Separating means for separating a two-dimensional pixel array of the digital image signal into at least first and second pixel data according to a regular pattern;
First encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel of the first image data into M (≦ P) bits and a first encoding means for converting the output data of the first encoding means into P bits. 1 local decoding means;
Second encoding means for converting the number of bits in the level direction at each pixel of the second image data into N (<M) bits and output data of the second encoding means for converting into P bits A second local decoding means;
The output data of the first and second encoding means or the output data of the first and second local decoding means are received, and a plurality of spatially and / or temporally neighboring plural data are respectively received for the plurality of target pixels. Classifying means for determining a class based on the characteristics of the reference pixels of
For each determined classFirst pixel dataAnd at least output data of the first local decoding means,Both of the first coefficients that are unknownmake use ofCoalitionSet up the equationMinimize the error between the first pixel data corresponding to the pixel of interest to be converted from M bits to P bits and the value obtained by the product-sum operation of the pixels in the vicinity of the output data corresponding to the pixel of interest and the first coefficient To be a coalitionBy solving the equation, the first coefficient having an information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits is obtained.AskFirst coefficient generating means;
For each determined classSecond pixel dataAnd at least output data of the second local decoding means;Both of the second coefficients that are unknownmake use ofCoalitionSet up the equationMinimize the error between the second pixel data corresponding to the pixel of interest to be converted from N bits to P bits and the value obtained by the product-sum operation of the pixels in the vicinity of the output data corresponding to the pixel of interest and the second coefficient To be a coalitionBy solving the equation, a second coefficient corresponding to a class of information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits is obtained.AskSecond coefficient generating means;
The output data of the first and second encoding means and the first coefficient and the second coefficient for each class for reducing the decoding error of the output data of the first and second encoding means are transmitted. Transmission means and
Is a high-efficiency encoding apparatus for digital image signals.
[0011]
Claim 15According to the described invention, according to a regular pattern, separation means for separating a two-dimensional pixel array of a digital image signal of which each pixel is P bits into at least first and second pixel data, and first image data First encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel into M (≦ P) bits and first local decoding means for converting the output data of the first encoding means into P bits And the second encoding means for converting the number of bits in the level direction at each pixel of the second image data into N (<M) bits and the output data of the second encoding means are converted into P bits. In order to receive the output data of the second local decoding means and the first and second encoding means or the output data of the first and second local decoding means, spatially and Or temporally based on the characteristics of a plurality of reference pixels in the vicinity, the first classification means for determining a class for each class determined by the first classification meansFirst pixel dataAnd at least output data of the first local decoding means,Both of the first coefficients that are unknownmake use ofCoalitionSet up the equationMinimize the error between the first pixel data corresponding to the pixel of interest to be converted from M bits to P bits and the value obtained by the product-sum operation of the pixels in the vicinity of the output data corresponding to the pixel of interest and the first coefficient To be a coalitionBy solving the equationThe amount of information is smaller than the amount of information reduced by converting the number of bits.The first coefficientAskFirst coefficient generation means and each determined classSecond pixel dataAnd at least output data of the second local decoding means;Both of the second coefficients that are unknownmake use ofCoalitionSet up the equationMinimize the error between the second pixel data corresponding to the pixel of interest to be converted from N bits to P bits and the value obtained by the product-sum operation of the pixels in the vicinity of the output data corresponding to the pixel of interest and the second coefficient To be a coalitionBy solving the equationThe amount of information is smaller than the amount of information reduced by converting the number of bits.The second coefficientAskA first coefficient for each class for reducing the decoding error of the second coefficient generating means, the output data of the first and second encoding means, and the output data of the first and second encoding means, and A decoding device corresponding to an encoding device comprising transmission means for transmitting the second coefficient,
Receiving means for receiving the output data of the first and second encoding means, the first and second coefficients;
First decoding means for converting M-bit output data of the first encoding means into P bits;
Second decoding means for converting the N-bit output data of the second encoding means into P bits;
Receiving the output data of the first and second encoding means or the output data of the first and second decoding means, and features of a plurality of reference pixels spatially and / or temporally adjacent to the target pixel A second class classification means for determining a class based on:
A product-sum operation is performed on at least the output data of the first decoding unit and the first coefficient corresponding to the class determined by the second class classification unit, and an estimated value of the first image data is created. Product-sum operation means;
A second summation operation of at least the output data of the second decoding means and a second coefficient corresponding to the class determined by the second class classification means to create an estimated value of the second image data Product-sum operation means;
Pixel synthesizing means for synthesizing the estimated value of the first image data and the estimated value of the second image data and outputting them as decoded data;
Is a high-efficiency code decoding device.
[0012]
[Action]
The pixels of the digital image signal are separated into first and second pixels according to a predetermined pattern. The first and second pixels are not thinned out, but the number of bits is reduced. Then, for the first and second pixels, when obtaining the original value of the bit number, a coefficient that minimizes the square of the error is generated, and this coefficient is transmitted. On the receiving side, the values of the first and second pixels are formed by linear linear combination using coefficients and transmission pixel data. As a result, decoding error can be reduced and a good restored image can be created.
[0013]
【Example】
In order to facilitate understanding of the present invention, first, generation of coefficients will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an example of a model for encoding and generating coefficients according to the present invention. T1, T2, and T3 indicate three frames that are temporally continuous. In each frame, all pixels are separated into first and second pixels with a five-eye lattice pattern. Between the frames, the phase of the fifth lattice pattern is complementary. As an example, the number of quantization bits P of each pixel of the input digital image signal is 8.
[0014]
In FIG. 1, the first pixel is represented by ○ and ◎, the second pixel is represented by × and △, and the transmission pixels used for classification are represented by ◎ and Δ. That is, eight of the (25 × 3-1 = 74) pixels are reference pixels that are also used for classification. The first pixel is converted to M (≦ 8) bits and the second pixel is converted to N (<M) bits. In the present invention, classification is not essential, but classification is performed in the following embodiment.
[0015]
A pixel of interest (indicated by +) included in the frame T2 is represented by, for example, an n-tap linear linear combination model. More specifically, as shown in FIG. 1, (5 × 5) regions at the same spatial position are cut out from the frames T1, T2, and T3. One three-dimensional block is constituted by three regions. As will be described in more detail below, the pixel of interest in the center of the frame T2 is represented by a linear linear combination model of n peripheral pixels and coefficients, and the square of the error with respect to the actual data of the data expressed by the linear linear combination The coefficient is determined by the least square method so that is minimized. As an example, a set of coefficients for each class is determined in one frame or field, and encoded pixel data and coefficients are transmitted.
[0016]
In the spatio-temporal model shown in FIG. 1, a total of 75 pixels are included in a block including three regions. The value of n pixels other than the target pixel in this pixel is set to xi(I = 1, 2,..., N). Here, as described above, the first and second pixels are converted into M bits and N bits, respectively, but when the coefficients are determined, data locally decoded into P bits is used. The coefficient multiplied to each transmission pixel is w1 ~ WnIt is prescribed. Therefore, if the value of the pixel of interest in the frame T2 is y, this value is the linear linear combination x of the transmission pixel and the coefficient.iwiIt expresses with. That is, the value y at the center position of the frame T2 is thus a linear primary combination w of n-tap peripheral pixels.1 x1 + W2 x2 + ... + wnxnRepresented by Coefficient w in this linear linear combination modeliAs for, a value that minimizes the square of the error between the actual value and the value represented by linear linear combination is obtained.
[0017]
This
XW = Y (1)
It is. Here, X, W, and Y are the following matrices, respectively.
[0018]
[Expression 1]
[0019]
A coefficient w that minimizes an error from an actual value is obtained by a least square method. For this purpose, the following residual equation is created by adding a residual matrix E to the right side of the observation equation. That is, in the least square method, the coefficient matrix W that minimizes the square of the elements of the residual matrix E in the residual equation, that is, the square error, is obtained.
[0020]
[Expression 2]
[0021]
Next, each element w of the coefficient matrix W from the residual equation (3)iThe condition for finding the most probable value of is to satisfy the condition of squaring m residuals corresponding to the pixels in the block and minimizing the sum thereof. This condition is expressed by the following formula (4).
[0022]
[Equation 3]
[0023]
An undetermined coefficient w that is an element of a coefficient matrix W that satisfies n conditions.1 , W2 , ..., wnFind out. Therefore, from the residual equation (3),
[0024]
[Expression 4]
[0025]
It becomes. If the condition of equation (4) is established for i = 1, 2,..., N),
[0026]
[Equation 5]
[0027]
Is obtained. From the equations (3) and (6), the following normal equation is obtained.
[0028]
[Formula 6]
[0029]
The normal equation (7) is a simultaneous equation having exactly n unknowns. As a result, each undetermined coefficient w which is the most probable valueiCan be requested. To be precise, w in equation (7)iIf the matrix is regular, it can be solved. Actually, the undetermined coefficient w using the Gauss-Jordan elimination method (also called the sweep-out method)iSeeking. In this way, one set of coefficients for interpolation of non-transmission pixels is determined for each class in one frame, and this coefficient is transmitted.
[0030]
As described above, when determining the coefficients, classification is performed that reflects the characteristics of the partial image including the target pixel that is the object of interpolation. As this classification, it is conceivable to use a value of a referenced pixel. However, when the value of each pixel is 8 bits, the number of classes is 2 in the case of 8 reference pixels.64And the number of classes becomes very large. In order to solve this problem, the number of bits of the reference pixel is reduced by compression encoding. Another method for classifying may be to detect a direction in which a small area including a pixel of interest has a strong correlation and define a class corresponding to the direction.
[0031]
FIG. 2 is an overall block diagram of one embodiment of the present invention. Digital image data from the
[0032]
An example of the
[0033]
A simpler example of the encoding performed by the
[0034]
The encoded data from the
[0035]
The reference pixels for classification are output from the
[0036]
Each of the least squares
[0037]
The data to be transmitted is a code in which the number of bits in one frame is reduced to M bits and N bits and two sets of coefficients. The information amount of this coefficient is negligible compared to the information amount of the code per frame. Therefore, the amount of transmission data can be reduced by reducing the number of bits of each pixel.
[0038]
FIG. 3 shows a decoding circuit corresponding to the encoding circuit of FIG. Although not shown, the received data is subjected to processing such as channel demodulation and frame decomposition, the code is supplied to the input terminals indicated by 21a and 21b, and the coefficient is supplied to the input terminals indicated by 22a and 22b. The M-bit code is supplied to the compression-encoding
[0039]
The codes from the
[0040]
The estimated
[0041]
2 and 3, the coefficients are determined in real time using the input image data. However, the coefficients can be determined in advance by learning. In that case, a versatile coefficient is determined using images of different patterns, and this is stored in the memory as a fixed coefficient. This memory is provided in a decoding circuit for interpolation of the pixel of interest, and a fixed coefficient in the memory is used. Furthermore, it is possible to store a fixed coefficient determined by learning in a memory and update the coefficient of the memory with a coefficient determined from input image data that is actually transmitted.
[0042]
An example of the
[0043]
The 1-
[0044]
The outputs of the 1-
[0045]
For classification, not only pixels in the vicinity of the target pixel in space but also pixels in the same position in the previous frame and the subsequent frame may be referred to. In addition to 1-bit ADRC, vector quantization, DPCM, or the like can be used as compression coding for classification.
[0046]
Next, the least squares
[0047]
The
[0048]
As shown in FIG. 7, the
[0049]
W of the above normal equation (7)iLooking at the product-sum operation term for, inverting the upper right term results in the same as the lower left. Therefore, it is only necessary to divide equation (7) diagonally and calculate only the terms included in the upper triangular portion. From this point, the
[0050]
As described above, the product-sum operation is performed as the input image arrives, and a normal equation is generated. The result of each term of the normal equation for each class is stored in the
[0051]
The estimated value generation circuit 24a provided for decoding is for creating an estimated value of the first pixel, and FIG. 8 shows an example of the configuration. The estimated
[0052]
The pattern for separating the input image data into the first pixel and the second pixel is not limited to the pattern shown in FIG. As shown in FIG. 9, a pattern that separates the first pixel and the second pixel for each pixel in the horizontal direction, or a pattern that separates the first pixel and the second pixel for each line in the vertical direction, etc. Can be used. Furthermore, it is possible to treat a pixel of one frame out of two consecutive frames as a first pixel and a pixel of the other frame as a second pixel.
[0053]
Furthermore, in the above-mentioned example, the set of undetermined coefficients to be obtained is one set per frame, but it is subdivided in the space according to the local characteristics of the image, and a plurality of sets of coefficients are obtained in one frame and transmitted. Also good. Furthermore, a coefficient that enables interpolation of the hierarchical structure may be transmitted.
[0054]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the embodiment described above, an 8-bit decoded value is predicted using a transmitted code and coefficient. Another embodiment predicts only the error component.
[0055]
FIG. 10 shows another embodiment of the encoding device, which is generally similar to the encoding device of one embodiment (FIG. 2). The index from the
[0056]
The subtraction circuit 9a calculates an error between the actual data of the target pixel and the decoded output of the
δym= Ym-Ym´
[0057]
The least squares
δym= ΣwiXmi
The element of the vector Y in the above equation (2) is [δy1δy2・ ・ ・ ・ Δym] And the coefficient w by the least square methodiIs determined.
[0058]
FIG. 11 shows a decoding apparatus corresponding to the encoding apparatus of FIG. The received code is decoded by the
[0059]
The estimated
[0060]
In another embodiment of the present invention, since only the error is estimated from the decoded output, it is possible to increase the accuracy of the estimation as compared with the embodiment in which the decoded value is directly predicted.
[0061]
As in the above-described embodiment, each of the case where the target pixel is located at the position of the pixel X (or Δ) in FIG. 3 and the case where it is located at the position of the pixel ◯ (or ◎) The coefficients are calculated separately.
[0062]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the present invention transmits a pixel converted to a small number of bits, unlike the case of separating the transmission pixel and the non-transmission pixel, thereby preventing the resolution of the decoded image from deteriorating. Can do. Further, according to the present invention, since the optimum coefficient for interpolation by linear linear combination is obtained on the transmission side, the quality of the restored image can be improved as compared with the case where the interpolation filter is used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an example of a pixel separation pattern to which the present invention can be applied and pixels used for classification.
FIG. 2 is a block diagram of an example of a high-efficiency encoding device to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a block diagram of a decoding apparatus for high efficiency encoding shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a block diagram of an example of a class classification circuit.
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a least squares arithmetic circuit.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a multiplier array included in an arithmetic circuit of the least square method.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an adder array and a memory array included in an arithmetic circuit of the least square method.
FIG. 8 is a block diagram of an example of an estimated value generation circuit included in the decoding device.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining another example of a pixel separation pattern to which the present invention can be applied;
FIG. 10 is a block diagram of another example of a high-efficiency encoding device to which the present invention is applied.
FIG. 11 is a block diagram of the decoding device for high efficiency encoding shown in FIG.
[Explanation of symbols]
2 Pixel separation circuit
3a, 3b encoder
4a, 4b Local decoder
6 classification circuit
7a, 7b Least square method arithmetic circuit
9a, 9b Subtraction circuit for detecting an error in the decoded value
23a, 23b decoder
24a, 24b Estimated value generation circuit
Claims (17)
規則的なパターンに従って、ディジタル画像信号の2次元画素配列を少なくとも第1および第2の画素データに分離するための分離手段と、
上記第1の画素データの各画素におけるレベル方向のビット数をM(≦P)ビットに変換するための第1の符号化手段および上記第1の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第1のローカル復号手段と、
上記第2の画素データの各画素におけるレベル方向のビット数をN(<M)ビットに変換するための第2の符号化手段および上記第2の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第2のローカル復号手段と、
上記第1の画素データと少なくとも上記第1のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第1の係数を用いて連立方程式を立て、MビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する上記第1の画素データと、上記注目画素に対応する上記出力データの近傍の画素および上記第1の係数の積和演算で求められる値との誤差を最小にするように上記連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の上記第1の係数を求める第1の係数発生手段と、
上記第2の画素データと少なくとも上記第2のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第2の係数を用いて連立方程式を立て、NビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する上記第2の画素データと、上記注目画素に対応する上記出力データの近傍の画素および上記第2の係数の積和演算で求められる値との誤差を最小にするように上記連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の第2の係数を求める第2の係数発生手段と、
上記第1および第2の符号化手段の出力データと、上記第1および第2の符号化手段の出力データの復号誤差を減少させるための上記第1の係数および上記第2の係数とを伝送する伝送手段と
からなるディジタル画像信号の高能率符号化装置。In a high-efficiency encoding apparatus for digital image signals for reducing the amount of transmission data of digital image signals of P bits for each pixel data,
Separating means for separating a two-dimensional pixel array of the digital image signal into at least first and second pixel data according to a regular pattern;
First encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel of the first pixel data into M (≦ P) bits and output data of the first encoding means are converted into P bits. First local decoding means for,
Second encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel of the second pixel data into N (<M) bits and output data of the second encoding means are converted into P bits. A second local decoding means for
Along with the first pixel data and at least the output data of the first local decoding means, making a simultaneous equation using the first coefficient is unknown, corresponding to the pixel of interest to be converted from M bits to the P bits Solving the simultaneous equations so as to minimize an error between the first pixel data and a value obtained by a product-sum operation of a pixel in the vicinity of the output data corresponding to the target pixel and the first coefficient. by a first coefficient generating means for obtaining the first coefficient of less information than the amount of information it was reduced by converting the number of bits,
Along with the second pixel data and at least the output data of the second local decoding means, making a simultaneous equation using the second coefficient is unknown, corresponding to the pixel of interest to be converted from N bits to the P bits Solving the simultaneous equations so as to minimize an error between the second pixel data and a value obtained by a product-sum operation of a pixel in the vicinity of the output data corresponding to the target pixel and the second coefficient. by a second coefficient generating means for determining a second coefficient of less information than the amount of information it was reduced by converting the number of bits,
Transmitting the output data of the first and second encoding means and the first coefficient and the second coefficient for reducing the decoding error of the output data of the first and second encoding means A high-efficiency encoding apparatus for digital image signals, comprising:
上記第1および第2の係数発生手段は、
1フレーム又は1フィールド毎に上記連立方程式を立てて、上記第1および第2の係数を求めることを特徴とする高能率符号化装置。The encoding device according to claim 1, wherein
The first and second coefficient generating means are:
A high-efficiency encoding apparatus characterized in that the simultaneous equations are established for each frame or field to determine the first and second coefficients.
上記第1の係数発生手段における上記注目画素に対応する上記出力データの近傍の画素および上記第1の係数の積和演算で求められる値は、上記注目画素に対応する上記出力データの空間的および/または時間的に近傍の複数の画素と複数の上記第1の係数との線形1次結合で求められ、
上記第2の係数発生手段における上記注目画素に対応する上記出力データの近傍の画素および上記第2の係数の積和演算で求められる値は、上記注目画素に対応する上記出力データの空間的および/または時間的に近傍の複数の画素と複数の上記第2の係数との線形1次結合で求められることを特徴とする高能率符号化装置。The encoding device according to claim 1, wherein
The value obtained by the product-sum operation of the pixel near the output data corresponding to the target pixel and the first coefficient corresponding to the target pixel in the first coefficient generating means is the spatial and the output data corresponding to the target pixel. / Or is obtained by linear linear combination of a plurality of pixels that are temporally neighboring and the plurality of first coefficients,
The value obtained by the product-sum operation of the pixel near the output data corresponding to the target pixel and the second coefficient corresponding to the target pixel in the second coefficient generating means is the spatial and the output data corresponding to the target pixel. A high-efficiency encoding device characterized in that it is obtained by linear linear combination of a plurality of pixels that are temporally adjacent and a plurality of the second coefficients .
規則的なパターンに従って、ディジタル画像信号の2次元画素配列を少なくとも第1および第2の画素データに分離するための分離手段と、
上記第1の画素データの各画素におけるレベル方向のビット数をM(≦P)ビットに変換するための第1の符号化手段および上記第1の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第1のローカル復号手段と、
上記分離手段からの第1の画像データと上記第1のローカル復号手段の出力データから第1の誤差データを生成する第1の誤差データ生成手段と、
上記第2の画素データの各画素におけるレベル方向のビット数をN(<M)ビットに変 換するための第2の符号化手段および上記第2の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第2のローカル復号手段と、
上記分離手段からの第2の画像データと上記第2のローカル復号手段の出力データから第2の誤差データを生成する第2の誤差データ生成手段と、
上記第1の誤差データ生成手段からの第1の誤差データと少なくとも上記第1のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第1の係数を用いて連立方程式を立て、MビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する上記第1の誤差データと、上記注目画素に対応する上記出力データの空間的および/または時間的に近傍の複数の画素および複数の上記第1の係数の線形1次結合で求められる誤差値との誤差を最小にするように上記連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の上記第1の係数を求める第1の係数発生手段と、
上記第2の誤差データ生成手段からの第2の誤差データと少なくとも上記第2のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第2の係数を用いて連立方程式を立て、NビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する上記第2の誤差データと、上記注目画素に対応する上記出力データの空間的および/または時間的に近傍の複数の画素および複数の上記第2の係数の線形1次結合で求められる誤差値との誤差を最小にするように上記連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の第2の係数を求める第2の係数発生手段と、
上記第1および第2の符号化手段の出力データと、上記第1および第2の符号化手段の出力データの復号誤差を減少させるための上記第1の係数および上記第2の係数とを伝送する伝送手段と
からなるディジタル画像信号の高能率符号化装置。 In a high-efficiency encoding apparatus for digital image signals for reducing the amount of transmission data of digital image signals of P bits for each pixel data,
Separating means for separating a two-dimensional pixel array of the digital image signal into at least first and second pixel data according to a regular pattern;
First encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel of the first pixel data into M (≦ P) bits and output data of the first encoding means are converted into P bits. First local decoding means for,
First error data generating means for generating first error data from the first image data from the separating means and the output data of the first local decoding means;
Converting the output data of the second encoding means and the second encoding means to convert the number of bit level direction at each pixel of said second pixel data into N (<M) bits to the P bits Second local decoding means for
Second error data generating means for generating second error data from the second image data from the separating means and the output data of the second local decoding means;
Together with the first error data from the first error data generating means and at least the output data of the first local decoding means, a simultaneous equation is established using a first coefficient which is an unknown number, and M bits are changed to P bits. The first error data corresponding to the target pixel to be converted and the linear 1 of the plurality of pixels and the plurality of first coefficients spatially and / or temporally adjacent to the output data corresponding to the target pixel. By solving the simultaneous equations so as to minimize the error from the error value obtained by the second combination, the first coefficient for obtaining the first coefficient having an information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits is obtained. 1 coefficient generating means;
Together with the second error data from the second error data generating means and at least the output data of the second local decoding means, a simultaneous equation is established using a second coefficient which is an unknown number, and from N bits to P bits The second error data corresponding to the pixel of interest to be converted, and the spatially and / or temporally neighboring pixels of the output data corresponding to the pixel of interest and the linear 1 of the plurality of second coefficients. A second coefficient for obtaining a second coefficient having an information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits by solving the simultaneous equations so as to minimize an error with an error value obtained by the second combination. Coefficient generation means,
Transmitting the output data of the first and second encoding means and the first coefficient and the second coefficient for reducing the decoding error of the output data of the first and second encoding means Transmission means to
A highly efficient encoding apparatus for digital image signals .
上記第1の係数発生手段は、上記第1の係数を求める際に、さらに、上記第2のローカル復号手段の出力データを使用して上記連立方程式を立て、
上記第2の係数発生手段は、上記第2の係数を求める際に、さらに、上記第1のローカル復号手段の出力データを使用して上記連立方程式を立てることを特徴とする高能率符号化装置。The encoding device according to claim 1, wherein
Said first coefficient generating means, when obtaining the first coefficient, further make the simultaneous equations using the output data of said second local decoding means,
Said second coefficient generating means, when determining the second coefficient, and further, the first local decoding means high-efficiency encoding apparatus in which the output data using, characterized in that make the simultaneous equations .
上記第1および第2の係数発生手段は、リアルタイムで係数を求めることを特徴とする装置。In the high efficiency encoding device according to claim 1,
The first and second coefficient generating means determine the coefficient in real time.
上記第1および第2の符号化手段の出力データ、上記第1および第2の係数を受信するための受信手段と、
上記第1の符号化手段のMビットの出力データをPビットへ変換する第1の復号手段と、
上記第2の符号化手段のNビットの出力データをPビットへ変換する第2の復号手段と、
少なくとも上記第1の復号手段の出力データと第1の係数との積和演算を行い、上記第1の画像データの推定値を作成する第1の積和演算手段と、
少なくとも上記第2の復号手段の出力データと第2の係数との積和演算を行い、上記第2の画像データの推定値を作成する第2の積和演算手段と、
上記第1の画像データの推定値と上記第2の画像データの推定値とを合成し、復号データとして出力する画素合成手段と、
からなる高能率符号の復号装置。Separating means for separating a two-dimensional pixel array of a digital image signal in which each pixel has a P-bit according to a regular pattern into at least first and second pixel data, and a level at each pixel of the first image data First encoding means for converting the number of bits in the direction into M (≦ P) bits, first local decoding means for converting the output data of the first encoding means into P bits, and Second encoding means for converting the number of bits in the level direction at each pixel of the second image data into N (<M) bits and output data of the second encoding means for converting into P bits a second local decoding means, and the first pixel data and at least the output data of the first local decoding means together, the simultaneous equations using the first coefficient is unknown standing on, M-bi The first pixel data corresponding to the pixel of interest to be converted from a bit to a P bit, the value obtained by the product-sum operation of the pixels in the vicinity of the output data corresponding to the pixel of interest and the first coefficient by solving the simultaneous equations to the error to a minimum, the first coefficient generating means for obtaining the first coefficient of less information than the amount of information was reduced by converting the number of bits, the along with the output data of at least the second local decoding means and the second pixel data, making a simultaneous equation using the second coefficient is unknown, corresponding to the pixel of interest to be converted from N bits to the P bits above The simultaneous equations are set so as to minimize an error between the second pixel data and a value obtained by the product-sum operation of the pixel in the vicinity of the output data corresponding to the target pixel and the second coefficient. By solving, the second coefficient generating means for determining a second coefficient of less information than the amount of information was reduced by converting the number of bits, the output data of the first and second encoding means A decoding apparatus corresponding to an encoding apparatus comprising transmission means for transmitting the first coefficient and the second coefficient for reducing decoding errors of output data of the first and second encoding means Because
Receiving means for receiving the output data of the first and second encoding means and the first and second coefficients;
First decoding means for converting M-bit output data of the first encoding means into P bits;
Second decoding means for converting the N-bit output data of the second encoding means into P bits;
First product-sum operation means for performing product-sum operation of at least the output data of the first decoding means and the first coefficient to create an estimated value of the first image data;
A second sum-of-products operation means for performing a sum-of-products operation of at least the output data of the second decoding means and a second coefficient and creating an estimated value of the second image data;
Pixel synthesizing means for synthesizing the estimated value of the first image data and the estimated value of the second image data and outputting them as decoded data;
A high-efficiency code decoding apparatus comprising:
上記第1の係数発生手段における上記注目画素に対応する上記出力データの近傍の画素および上記第1の係数の積和演算で求められる値は、上記注目画素に対応する上記出力データの空間的および/または時間的に近傍の複数の画素と複数の上記第1の係数との線形1次結合で求められ、
上記第2の係数発生手段における上記注目画素に対応する上記出力データの近傍の画素および上記第2の係数の積和演算で求められる値は、上記注目画素に対応する上記出力データの空間的および/または時間的に近傍の複数の画素と複数の上記第2の係数との線形1次結合で求められ、
上記第1の積和演算手段は、
少なくとも上記第1の復号手段の出力データと第1の係数データを受け取って、線形1次結合によって、上記第1の画像データの推定値を作成し、
上記第2の積和演算手段は、
少なくとも上記第2の復号手段の出力データと第2の係数データを受け取って、線形1次結合によって、上記第2の画像データの推定値を作成することを特徴とする復号装置。The decoding device according to claim 7, wherein
The value obtained by the product-sum operation of the pixel near the output data corresponding to the target pixel and the first coefficient corresponding to the target pixel in the first coefficient generating means is the spatial and the output data corresponding to the target pixel. / Or is obtained by linear linear combination of a plurality of pixels that are temporally neighboring and the plurality of first coefficients,
The value obtained by the product-sum operation of the pixel near the output data corresponding to the target pixel and the second coefficient corresponding to the target pixel in the second coefficient generating means is the spatial and the output data corresponding to the target pixel. / Or is obtained by a linear first-order combination of a plurality of neighboring pixels in time and the plurality of second coefficients,
The first product-sum operation means is:
Receiving at least the output data of the first decoding means and the first coefficient data, and creating an estimated value of the first image data by linear linear combination;
The second product-sum operation means is
A decoding apparatus characterized by receiving at least output data of the second decoding means and second coefficient data, and generating an estimated value of the second image data by linear linear combination.
上記第1および第2の符号化手段の出力データ、上記第1および第2の係数を受信するための受信手段と、
上記第1の符号化手段のMビットの出力データをPビットへ変換する第1の復号手段と、
上記第2の符号化手段のNビットの出力データをPビットへ変換する第2の復号手段と、
少なくとも上記第1の復号手段の出力データと第1の係数との積和演算によって線形1次結合を行い、上記第1の画像データの誤差データを作成する第1の積和演算手段と、
少なくとも上記第2の復号手段の出力データと第2の係数との積和演算によって線形1次結合を行い、上記第2の画像データの誤差データを作成する第2の積和演算手段と、
上記第1の復号手段の出力データと上記第1の積和演算手段の誤差データを加算する第1の加算手段と、
上記第2の復号手段の出力データと上記第2の積和演算手段の誤差データを加算する第2の加算手段と、
上記第1の加算手段からの出力データと上記第2の加算手段からの出力データとを合成し、復号データとして出力する画素合成手段と、
からなる高能率符号の復号装置。 Separating means for separating the two-dimensional pixel array of the digital image signal into at least first and second pixel data according to a regular pattern, and the number of bits in the level direction at each pixel of the first pixel data is M First encoding means for converting to (≦ P) bits, first local decoding means for converting the output data of the first encoding means to P bits, and first from the separating means First error data generating means for generating first error data from the output data of the first local decoding means and the number of bits in the level direction at each pixel of the second pixel data is N ( <M) Second encoding means for converting to bits, second local decoding means for converting the output data of the second encoding means to P bits, and the separation means Second error data generating means for generating second error data from the second image data and output data of the second local decoding means; first error data from the first error data generating means; The first error data corresponding to the pixel of interest to be converted from M bits to P bits by establishing simultaneous equations using the first coefficient which is an unknown number together with at least the output data of the first local decoding means; To minimize an error between an error value obtained by a linear first combination of a plurality of spatially and / or temporally neighboring pixels of the output data corresponding to the pixel of interest and a plurality of the first coefficients. First coefficient generating means for obtaining the first coefficient having an information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits by solving the simultaneous equations, and the second Together with the output data of the second error data and at least the second local decoding means from the difference data generating means, making a simultaneous equation using the second coefficient is unknown, to be converted from N bits to the P bits A linear linear combination of the second error data corresponding to the pixel of interest and the output data corresponding to the pixel of interest in spatially and / or temporally adjacent pixels and the plurality of second coefficients. Generation of a second coefficient for obtaining a second coefficient having an information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits by solving the simultaneous equations so as to minimize an error from the obtained error value. Means, the first coefficient for reducing the decoding error of the output data of the first and second encoding means, and the output data of the first and second encoding means, and the first coefficient A decoding device corresponding to a digital image signal encoding device comprising transmission means for transmitting a coefficient of two,
Receiving means for receiving the output data of the first and second encoding means and the first and second coefficients;
First decoding means for converting M-bit output data of the first encoding means into P bits;
Second decoding means for converting the N-bit output data of the second encoding means into P bits;
First product-sum operation means for performing linear linear combination by product-sum operation of at least the output data of the first decoding means and the first coefficient, and creating error data of the first image data;
Second product-sum operation means for performing linear linear combination by product-sum operation of at least the output data of the second decoding means and the second coefficient, and creating error data of the second image data;
First addition means for adding the output data of the first decoding means and the error data of the first product-sum operation means;
Second addition means for adding the output data of the second decoding means and the error data of the second product-sum operation means;
Pixel combining means for combining the output data from the first adding means and the output data from the second adding means and outputting as decoded data;
A high-efficiency code decoding apparatus comprising:
規則的なパターンに従って、ディジタル画像信号の2次元画素配列を少なくとも第1および第2の画素データに分離するための分離手段と、
上記第1の画像データ各画素におけるレベル方向のビット数をM(≦P)ビットに変換するための第1の符号化手段および上記第1の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第1のローカル復号手段と、
上記第2の画像データの各画素におけるレベル方向のビット数をN(<M)ビットに変換するための第2の符号化手段および上記第2の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第2のローカル復号手段と、
上記第1および第2の符号化手段の出力データまたは上記第1および第2のローカル復号手段の出力データを受け取って、複数の注目画素のそれぞれに対して、空間的および/または時間的に近傍の複数の参照画素の特徴に基づいて、クラスを決定するためのクラス分類手段と、
上記決定されたクラス毎に上記第1の画素データと少なくとも上記第1のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第1の係数を用いて連立方程式を立て、MビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する上記第1の画素データと、上記注目画素に対応する上記出力データの近傍の画素および上記第1の係数の積和演算で求められる値との誤差を最小にするように上記連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の第1の係数を求める第1の係数発生手段と、
上記決定されたクラス毎に上記第2の画素データと少なくとも第2のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第2の係数を用いて連立方程式を立て、NビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する上記第2の画素データと、上記注目画素に対応する上記出力データの近傍の画素および上記第2の係数の積和演算で求められる値との誤 差を最小にするように上記連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の上記クラスに対応した第2の係数を求める第2の係数発生手段と、
上記第1および第2の符号化手段の出力データと、上記第1および第2の符号化手段の出力データの復号誤差を減少させるためのクラス毎の上記第1の係数および第2の係数とを伝送する伝送手段と
からなるディジタル画像信号の高能率符号化装置。In a high-efficiency encoding apparatus for digital image signals for reducing the amount of transmission data of digital image signals of P bits for each pixel data,
Separating means for separating a two-dimensional pixel array of the digital image signal into at least first and second pixel data according to a regular pattern;
First encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel of the first image data into M (≦ P) bits and output data of the first encoding means for converting into P bits First local decoding means,
Second encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel of the second image data into N (<M) bits and output data of the second encoding means are converted into P bits. A second local decoding means for
The output data of the first and second encoding means or the output data of the first and second local decoding means are received, and spatially and / or temporally adjacent to each of the plurality of target pixels. Classifying means for determining a class based on the characteristics of a plurality of reference pixels;
Both the output data of at least said first local decoding means with the first pixel data for each class determined above, making a simultaneous equation using the first coefficient is unknown, the conversion from M bits to the P bits An error between the first pixel data corresponding to the target pixel to be corrected and a value obtained by the product-sum operation of the pixel in the vicinity of the output data corresponding to the target pixel and the first coefficient is minimized. the by solving the simultaneous equations, the first coefficient generating means for determining a first coefficient of less information than the amount of information was reduced by converting the number of bits,
Both the output data of at least a second local decoding means and the second pixel data for each class determined above, making a simultaneous equation using the second coefficient is unknown, convert from N bits to the P bits and the second pixel data corresponding to the pixel of interest to, so as to minimize the error of the value obtained by the product sum operation of the pixel and the second coefficient in the vicinity of the output data corresponding to the pixel of interest the by solving the simultaneous equations, and the second coefficient generating means for determining a second coefficient corresponding to the class of small information amount than the amount of information was reduced by converting the number of bits,
The output data of the first and second encoding means, the first coefficient and the second coefficient for each class for reducing the decoding error of the output data of the first and second encoding means, A high-efficiency coding apparatus for digital image signals, comprising transmission means for transmitting a signal.
上記第1および第2の係数発生手段は、リアルタイムで係数を求めることを特徴とする装置。In the high efficiency coding apparatus according to claim 1 0,
The first and second coefficient generating means determine the coefficient in real time.
上記第1の係数発生手段における上記注目画素に対応する上記出力データの近傍の画素および上記第1の係数の積和演算で求められる値は、上記注目画素に対応する上記出力データの空間的および/または時間的に近傍の複数の画素と複数の上記第1の係数との線形1次結合で求められ、
上記第2の係数発生手段における上記注目画素に対応する上記出力データの空間的および/または時間的に近傍の複数の画素と複数の上記第2の係数との積和演算で求められる値は、上記注目画素に対応する上記出力データの近傍の複数の画素と複数の上記第2の係数との線形1次結合で求められることを特徴とする高能率符号化装置。In the encoding device according to claim 1 0,
The value obtained by the product-sum operation of the pixel near the output data corresponding to the target pixel and the first coefficient corresponding to the target pixel in the first coefficient generating means is the spatial and the output data corresponding to the target pixel. / Or is obtained by linear linear combination of a plurality of pixels that are temporally neighboring and the plurality of first coefficients,
The value obtained by the product-sum operation of a plurality of pixels in the output data corresponding to the pixel of interest in the second coefficient generation means and a plurality of pixels that are spatially and / or temporally adjacent to each other, A high-efficiency encoding device, which is obtained by linear first combination of a plurality of pixels in the vicinity of the output data corresponding to the pixel of interest and a plurality of the second coefficients .
規則的なパターンに従って、ディジタル画像信号の2次元画素配列を少なくとも第1および第2の画素データに分離するための分離手段と、
上記第1の画像データ各画素におけるレベル方向のビット数をM(≦P)ビットに変換するための第1の符号化手段および上記第1の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第1のローカル復号手段と、
上記分離手段からの第1の画像データと上記第1のローカル復号手段の出力データから第1の誤差データを生成する第1の誤差データ生成手段と、
上記第2の画像データの各画素におけるレベル方向のビット数をN(<M)ビットに変換するための第2の符号化手段および上記第2の符号化手段の出力データをPビットに変換するための第2のローカル復号手段と、
上記分離手段からの第2の画像データと上記第2のローカル復号手段の出力データから第2の誤差データを生成する第2の誤差データ生成手段と
上記第1および第2の符号化手段の出力データまたは上記第1および第2のローカル復号手段の出力データを受け取って、複数の注目画素のそれぞれに対して、空間的および/または時間的に近傍の複数の参照画素の特徴に基づいて、クラスを決定するためのクラス分類手段と、
上記決定されたクラス毎に上記第1の誤差データ生成手段からの第1の誤差データと少なくとも上記第1のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第1の係数を用いて連立方程式を立て、MビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する上記第1の誤差データと、上記注目画素に対応する上記出力データの空間的および/または時間的に近傍の複数の画素および複数の上記第1の係数の線形1次結合で作成される誤差値との誤差を最小にするように上記連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の第1の係数を求める第1の係数発生手段と、
上記決定されたクラス毎に上記第2の誤差データ生成手段からの第2の誤差データと少なくとも第2のローカル復号手段の出力データと共に、未知数である第2の係数を用いて連立方程式を立て、NビットからPビットへ変換すべき注目画素に対応する上記第2の誤差データと、上記注目画素に対応する上記出力データの空間的および/または時間的に近傍の複数の画素および複数の上記第2の係数の線形1次結合で作成される誤差値との誤差 を最小にするように上記連立方程式を解くことによって、ビット数を変換したことによって削減された情報量よりも小さい情報量の上記クラスに対応した第2の係数を求める第2の係数発生手段と、
上記第1および第2の符号化手段の出力データと、上記第1および第2の符号化手段の出力データの復号誤差を減少させるためのクラス毎の上記第1の係数および第2の係数とを伝送する伝送手段と
からなるディジタル画像信号の高能率符号化装置。 In a high-efficiency encoding apparatus for digital image signals for reducing the amount of transmission data of digital image signals of P bits for each pixel data,
Separating means for separating a two-dimensional pixel array of the digital image signal into at least first and second pixel data according to a regular pattern;
First encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel of the first image data into M (≦ P) bits and output data of the first encoding means for converting into P bits First local decoding means,
First error data generating means for generating first error data from the first image data from the separating means and the output data of the first local decoding means;
Second encoding means for converting the number of bits in the level direction in each pixel of the second image data into N (<M) bits and output data of the second encoding means are converted into P bits. A second local decoding means for
Second error data generating means for generating second error data from the second image data from the separating means and the output data of the second local decoding means;
The output data of the first and second encoding means or the output data of the first and second local decoding means are received, and spatially and / or temporally adjacent to each of the plurality of target pixels. Classifying means for determining a class based on the characteristics of a plurality of reference pixels;
For each determined class, together with the first error data from the first error data generation means and the output data of the first local decoding means, a simultaneous equation is established using a first coefficient which is an unknown number. , The first error data corresponding to the target pixel to be converted from M bits to P bits, and a plurality of pixels and a plurality of the spatially and / or temporally neighboring pixels of the output data corresponding to the target pixel. By solving the simultaneous equations so as to minimize an error from an error value created by linear linear combination of the first coefficients, an information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits First coefficient generating means for obtaining a first coefficient;
For each determined class, together with the second error data from the second error data generating means and the output data of at least the second local decoding means, a simultaneous equation is established using a second coefficient which is an unknown number, The second error data corresponding to the pixel of interest to be converted from N bits to P bits, and the plurality of pixels and the plurality of pixels near the output data corresponding to the pixel of interest spatially and / or temporally. By solving the simultaneous equations so as to minimize an error with an error value generated by linear linear combination of coefficients of 2, the information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits Second coefficient generating means for obtaining a second coefficient corresponding to the class;
The output data of the first and second encoding means, the first coefficient and the second coefficient for each class for reducing the decoding error of the output data of the first and second encoding means, Transmission means for transmitting
A highly efficient encoding apparatus for digital image signals .
上記第1の係数発生手段は、
上記第1の係数を求める際に、さらに、上記第2のローカル復号手段の出力データを使用して上記連立方程式を立て、
上記第2の係数発生手段は、
上記第2の係数を求める際に、さらに、上記第1のローカル復号手段の出力データを使用して上記連立方程式を立てることを特徴とする高能率符号化装置。In the encoding device according to claim 1 0,
The first coefficient generating means includes:
When finding the first coefficient, further make the simultaneous equations using the output data of said second local decoding means,
The second coefficient generating means is:
Above when calculating the second coefficient, and further, the high-efficiency encoding apparatus, characterized in that make the simultaneous equations using the output data of the first local decoding means.
上記第1および第2の符号化手段の出力データ、上記第1および第2の係数を受信するための受信手段と、
上記第1の符号化手段のMビットの出力データをPビットへ変換する第1の復号手段と、
上記第2の符号化手段のNビットの出力データをPビットへ変換する第2の復号手段と、
上記第1および第2の符号化手段の出力データまたは上記第1および第2の復号手段の出力データを受け取って、注目画素に対して、空間的および/または時間的に近傍の複数の参照画素の特徴に基づいて、クラスを決定するための第2のクラス分類手段と、
少なくとも上記第1の復号手段の出力データと上記第2のクラス分類手段によって決定されたクラスに対応する第1の係数との積和演算を行い、上記第1の画像データの推定値を作成する第1の積和演算手段と、
少なくとも上記第2の復号手段の出力データと上記第2のクラス分類手段によって決定されたクラスに対応する第2の係数との積和演算を行い、上記第2の画像データの推定値を作成する第2の積和演算手段と、
上記第1の画像データの推定値と上記第2の画像データの推定値とを合成し、復号データとして出力する画素合成手段と、
からなる高能率符号の復号装置。Separating means for separating a two-dimensional pixel array of a digital image signal in which each pixel has a P-bit according to a regular pattern into at least first and second pixel data, and a level at each pixel of the first image data First encoding means for converting the number of bits in the direction into M (≦ P) bits, first local decoding means for converting the output data of the first encoding means into P bits, and Second encoding means for converting the number of bits in the level direction at each pixel of the second image data into N (<M) bits and output data of the second encoding means for converting into P bits Receiving the output data of the second local decoding means and the first and second encoding means or the output data of the first and second local decoding means, And / or temporally based on the characteristics of a plurality of reference pixels in the vicinity, the first classification means for determining a class, the first for each class determined by the first classification means along with the pixel data and the output data of at least said first local decoding means, making a simultaneous equation using the first coefficient is unknown, the first corresponding to the pixel of interest to be converted from M bits to the P bits and pixel data, by solving the simultaneous equations so as to minimize the error between the value determined by the product-sum operation of the pixel and the first coefficient in the vicinity of the output data corresponding to the target pixel, bit a first coefficient generating means for determining a first coefficient of less information than the amount of information was reduced by converting the number, and the second pixel data for each class determined above Both even and output data of said second local decoding means without making a simultaneous equation using the second coefficient is unknown, the second pixel data corresponding to the pixel of interest to be converted from N bits to the P bits The number of bits is converted by solving the simultaneous equations so as to minimize the error between the pixel calculated in the product-sum operation of the output coefficient corresponding to the pixel of interest and the second coefficient. and a second coefficient generating means for determining a second coefficient of less information than the amount of information was reduced by a, and the output data of the first and second encoding means, said first and second A decoding device corresponding to an encoding device comprising transmission means for transmitting the first coefficient and the second coefficient for each class for reducing decoding error of output data of the encoding means,
Receiving means for receiving the output data of the first and second encoding means and the first and second coefficients;
First decoding means for converting M-bit output data of the first encoding means into P bits;
Second decoding means for converting the N-bit output data of the second encoding means into P bits;
Receiving the output data of the first and second encoding means or the output data of the first and second decoding means, and a plurality of reference pixels spatially and / or temporally adjacent to the target pixel A second class classification means for determining a class based on the characteristics of:
A product-sum operation is performed on at least the output data of the first decoding means and the first coefficient corresponding to the class determined by the second class classification means, and an estimated value of the first image data is created. First product-sum operation means;
A product-sum operation is performed on at least the output data of the second decoding means and the second coefficient corresponding to the class determined by the second class classification means, and an estimated value of the second image data is created. Second product-sum operation means;
Pixel synthesizing means for synthesizing the estimated value of the first image data and the estimated value of the second image data and outputting them as decoded data;
A high-efficiency code decoding apparatus comprising:
上記第1の積和演算手段は、
少なくとも上記第1の復号手段の出力データと上記第2のクラス分類手段によって決定されたクラスに対応する第1の係数データを受け取って、線形1次結合によって、上記第1の画像データの推定値を作成し、
上記第2の積和演算手段は、
少なくとも上記第2の復号手段の出力データと上記第2のクラス分類手段によって決定されたクラスに対応する第2の係数データを受け取って、線形1次結合によって、上記第2の画像データの推定値を作成することを特徴とする復号装置。In the decoding apparatus according to claim 1 5,
The first product sum operation means,
Receive at least output data of the first decoding means and first coefficient data corresponding to the class determined by the second class classification means, and estimate the first image data by linear linear combination Create
The second product-sum operation means is
Receive at least output data of the second decoding means and second coefficient data corresponding to the class determined by the second class classification means, and estimate the second image data by linear linear combination A decoding apparatus characterized by creating
上記第1および第2の符号化手段の出力データ、上記第1および第2の係数を受信するための受信手段と、
上記第1の符号化手段のMビットの出力データをPビットへ変換する第1の復号手段と、
上記第2の符号化手段のNビットの出力データをPビットへ変換する第2の復号手段と、
上記第1および第2の符号化手段の出力データまたは上記第1および第2の復号手段の出力データを受け取って、注目画素に対して、空間的および/または時間的に近傍の複数の参照画素の特徴に基づいて、クラスを決定するための第2のクラス分類手段と、
少なくとも上記第1の復号手段の出力データと上記第2のクラス分類手段によって決定されたクラスに対応する第1の係数との積和演算によって線形1次結合を行い、上記第1の画像データの推定値を作成する第1の積和演算手段と、
上記第1の復号手段の出力データと上記第1の積和演算手段の出力データを加算する第1の加算手段と、
少なくとも上記第2の復号手段の出力データと上記第2のクラス分類手段によって決定されたクラスに対応する第2の係数との積和演算によって線形1次結合を行い、上記第2の画像データの推定値を作成する第2の積和演算手段と、
上記第2の復号手段の出力データと上記第2の積和演算手段の出力データを加算する第2の加算手段と、
上記第1の加算手段の出力と上記第2の加算手段の出力とを合成し、復号データとして出力する画素合成手段と、
からなる高能率符号の復号装置。 Separating means for separating the two-dimensional pixel array of the digital image signal into at least first and second pixel data according to a regular pattern, and the number of bits in the level direction of each pixel of the first image data is M ( ≦ P) first encoding means for converting into bits, first local decoding means for converting the output data of the first encoding means into P bits, and first from the separating means First error data generating means for generating first error data from image data and output data of the first local decoding means, and the number of bits in the level direction at each pixel of the second image data is N (< M) second encoding means for converting into bits, second local decoding means for converting the output data of the second encoding means into P bits, and from the separating means Second error data generating means for generating second error data from the second image data and the output data of the second local decoding means, and the output data of the first and second encoding means or the first And receiving the output data of the second local decoding means, and for each of the plurality of pixels of interest, determining a class based on characteristics of a plurality of reference pixels that are spatially and / or temporally neighboring The first class classification means, the first error data from the first error data generation means, and at least the output data of the first local decoding means for each of the determined classes, the first number that is unknown A simultaneous equation is established using coefficients, and the first error data corresponding to the pixel of interest to be converted from M bits to P bits and the space of the output data corresponding to the pixel of interest And / or solving the simultaneous equations so as to minimize an error between a plurality of pixels that are temporally adjacent and a linear first-order combination of the plurality of first coefficients, thereby reducing the number of bits. First coefficient generating means for obtaining a first coefficient having an information amount smaller than the information amount reduced by the conversion, and a second error from the second error data generating means for each of the determined classes The second error data corresponding to the pixel of interest to be converted from N bits to P bits by establishing simultaneous equations using the second coefficient that is an unknown number together with the data and at least the output data of the second local decoding means The error between the output data corresponding to the pixel of interest and the error value created by linear linear combination of the plurality of pixels in the spatial and / or temporal vicinity and the plurality of second coefficients is minimized. Second coefficient generating means for obtaining a second coefficient corresponding to the class of information amount smaller than the information amount reduced by converting the number of bits by solving the simultaneous equations as described above, The output data of the first and second encoding means, and the first coefficient and the second coefficient for each class for reducing the decoding error of the output data of the first and second encoding means. A digital image signal encoding device and a decoding device corresponding to the transmission means for transmitting,
Receiving means for receiving the output data of the first and second encoding means and the first and second coefficients;
First decoding means for converting M-bit output data of the first encoding means into P bits;
Second decoding means for converting the N-bit output data of the second encoding means into P bits;
Receiving the output data of the first and second encoding means or the output data of the first and second decoding means, and a plurality of reference pixels spatially and / or temporally adjacent to the target pixel A second class classification means for determining a class based on the characteristics of:
A linear first combination is performed by a product-sum operation of at least the output data of the first decoding unit and the first coefficient corresponding to the class determined by the second class classification unit, and the first image data First product-sum operation means for creating an estimated value ;
First addition means for adding the output data of the first decoding means and the output data of the first product-sum operation means;
A linear first combination is performed by a product-sum operation of at least the output data of the second decoding means and the second coefficient corresponding to the class determined by the second class classification means, and the second image data Second product-sum operation means for creating an estimated value ;
Second addition means for adding the output data of the second decoding means and the output data of the second product-sum operation means;
Pixel combining means for combining the output of the first adding means and the output of the second adding means and outputting as decoded data;
A high-efficiency code decoding apparatus comprising:
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