JP3859786B2 - 映像信号における物体の輪郭線符号化方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は映像信号を符号化するための方法に関し、特に、映像信号における物体(オブジェクト)の輪郭線を効果的に符号化して、伝送されるデータ量を減らすための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
テレビ電話、電子会議及び高精細度TVシステムのようなディジタル映像システムでは、映像フレーム信号は画素値といわれる一連のディジタルデータからなるため、各映像フレームを表すには大量のディジタルデータが必要である。しかし、通常の伝送チャンネルでの使用可能な周波数帯域は制限されているため、このような伝送チャンネルを通じて大量のディジタルデータを伝送するためには多様な圧縮技法を使用してデータの量を減らす必要がある。特に、テレビ電話や電子会議システムのような低ビットレートの映像信号符号化システムの場合、データ圧縮が必要である。
【0003】
低ビットレートの符号化システムで映像信号を符号化するための符号化方法の一つに、いわゆる物体指向分析−合成符号化技法がある。それによると、入力映像は複数の物体に分けられ、各物体の動き、輪郭、画素データを規定する3セットのパラメータは相異なる符号化チャンネルを通じて処理される。
【0004】
物体の輪郭線を処理するにおいて、物体の形状の分析及び合成には輪郭線情報が重要である。輪郭線情報を表す通常の符号化方法にチェーン符号化法がある。チェーン符号化法は輪郭線情報を損失なく符号化するが、輪郭線情報を表すのに多量のビットが必要である。
【0005】
上記の問題点を克服するために、多角形近似やB−スプライン近似のような多様な輪郭線情報を符号化法が提案されてきた。多角形近似は輪郭の表現が粗くなりがちであり、一方、B−スプライン近似は輪郭線をより正確に表すことができるが近似誤差(エラー)を減らすのに高次多項式が必要であり結果的に映像符号化の全体的な計算量が増大するという短所がある。
【0006】
上記した近似法における粗い輪郭線表現や計算量の増加のような問題点を解決するために提案された技法の一つに離散サイン変換(DST)を用いた輪郭線近似法がある。
【0007】
本出願人による係属中の日本国特許出願番第7-115,096号「輪郭近似方法」に示されているような、多角形近似とDSTに基づいた輪郭線近似を用いた方法では、物体の輪郭線上に複数の頂点を決定し、物体の輪郭線を、隣接する頂点を結ぶラインセグメント(線分)からなる多角形によって近似する。そして、各々のラインセグメント上にN個のサンプルポイントを選択し、これらのサンプルポイントの各々での近似エラーを順次計算して各ラインセグメントに対し近似エラーのセットを求める。各サンプルポイントにおける近似エラーは、そのサンプルポイントと、そのサンプルポイントを通り対応するラインセグメントに垂直な直線が対応する輪郭線セグメントと交わる点との間の変位を表す。その後、各近似エラーセットに対し1次元DSTを行うことによってDST係数セットを生成する。
【0008】
DSTに基づいた輪郭線近似によって粗い輪郭線表現や計算の複雑化を改善して伝送するデータの量をある程度減少させることは可能であるが、64kbpsの伝送チャネルバンド幅のような低ビットレートのコデックシステムを効果的に実現するためには伝送するデータを更に減らす必要がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、多角形近似の結果に基づき、隣接した輪郭線セグメント間の相関を用いて伝送するデータ量を更に減らし得る映像信号における物体の輪郭線符号化方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、基準輪郭線セグメントを含む複数の輪郭線セグメントに分割された物体の輪郭線を各輪郭線セグメントの両端点を連結するラインセグメントによって近似する多角形近似に基づいた映像信号における物体の輪郭線符号化方法であって、前記基準輪郭線セグメントと前記基準輪郭線セグメントの両端点を連結する第1ラインセグメントとの差を表す第1近似エラーセットを求める第1過程と、前記基準輪郭線セグメントではない残りの輪郭線セグメントの中の1つ(第2輪郭線セグメント)とその両端点を連結する第2ラインセグメントとの差を表す第2近似エラーセットを求める第2過程と、前記第1近似エラーセットを前記第2近似エラーセットから引き算して、差分エラーセットを計算する第3過程と、各差分エラーの大きさに基づいて、前記差分エラーセットに対するエラー値である第1エラー値を求める第4過程と、各第2近似エラーの大きさに基づいて、前記第2近似エラーセットに対するエラー値である第2エラー値を求める第5過程と、前記第1エラー値と前記第2エラー値とに基づいて、前記差分エラーセットと前記第2近似エラーセットのうちいずれか一方を前記第2輪郭線セグメントに対するエラーセットとして選択する第6過程と、前記エラーセットを符号化して符号化されたエラーセットを生成する第7過程とを含むことを特徴とする映像信号における物体の輪郭線符号化方法が提供される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施例について図面を参照しながらより詳しく説明する。
【0012】
図1を参照すれば、本発明によるビデオ信号における物体輪郭線を符号化するための方法を表すブロック図が示されている。
【0013】
映像信号内の物体輪郭線イメージデータは、多角形近似ブロック100及びエラー検出ブロック105へ入力される。
【0014】
多角形近似ブロック100において、入力された輪郭線をラインセグメント(線分)で近似するべく従来の近似アルゴリズムを用いた多角形近似が行われる。多角形近似の結果、物体の輪郭線上に複数の頂点が決定され、輪郭線は隣接する頂点を結ぶ複数のラインセグメントによって近似される。多角形近似ブロック100において、輪郭線上の頂点には順序が定められる。まず、頂点のうち1つが初期頂点と選択され、初期頂点に隣接する頂点のうち1つが次の頂点として選択される。その後、最後に選択された頂点に隣接するまだ選択されていない頂点を次の頂点として選択する過程を全ての頂点の順序が定められるまで繰り返す。しかる後、輪郭線上の頂点の位置を表す頂点情報がエラー検出ブロック105とデータフォーマッティング回路180へ供給される。
【0015】
エラー検出ブロック105は、各ラインセグメント上にN個のサンプル点を選択して、輪郭線イメージデータと頂点情報とに基づいてラインセグメント上の各サンプル点におけるエラーまたは近似誤差を計算する。本発明の好ましい一実施例によれば、N個のサンプル点は各ラインセグメント上で互いに等間隔に選択される(Nは正の整数、例えば、8)。ラインセグメント上の各サンプル点におけるエラーは、サンプル点からサンプル点を通ってラインセグメントに垂直な直線と対応する輪郭線セグメントとの交点までの変位を表し、この変位はサンプル点と前記交点との間の距離と、ラインセグメントに対する前記交点の相対位置を表す符号とによって表される。
【0016】
図2を参照しつつ、V1〜V4の4つの頂点を有する輪郭線の一部分10を例にして符号の決定方法について説明する。ここで、便宜上、Nは4とする。P1〜P4、Q1〜Q4及びR1〜R4は各々ラインセグメントV1V2、V2V3及びV3V4上のサンプル点を表し、P1′〜P4′、Q1′〜Q4′及びR1′〜R4′は、各々対応する輪郭線セグメント上の交点を表す。本発明による好ましい一実施例によれば、交点がViからVi+1に向かうベクトルの左側に位置する場合、前記交点にはプラス(+)の符号が割り当てられ、そうでない場合はマイナス(−)の符号が割り当てられる。このような方法によれば、ラインセグメントV1V2のエラーe11〜e14とラインセグメントV2V3のエラーe21〜e24にはプラスの符号が割り当てられ、ラインセグメントV3V4のエラーe31〜e34にはマイナスの符号が割り当てられる。
【0017】
各ラインセグメントのエラーが決定されると、エラー検出ブロック105は、第1エラーセットE1から順に、i番目のラインセグメントViVi+1に対応するi番目のエラーセットEi=(ei1,...,eiN)を減算器120と比較器110へ供給する。例えば、図2を参照すれば、第1ラインセグメントV1V2に対応する第1エラーセットはE1=(e11,e12,e13,e14)で表現され、第2ラインセグメントV2V3に対応する第2エラーセットはE2=(e21,e22,e23,e24)で表現され、第3ラインセグメントV3V4に対応する第3エラーセットは、E3=(e31,e32,e33,e34)で表現される。
【0018】
第1エラーセットE1を受けると、比較器110は第1制御信号を補償器115とデータフォーマッティング回路180へ供給する。第1制御信号に応答して、前記補償器115は内部に組み込まれたメモリ(図示せず)に格納されている「0」値のエラーを有する予測エラーセットE0を減算器120と加算器150へ供給する。減算器120はエラー検出ブロック105から受けとるi番目のエラーセットEiから補償器115から受けとる予測エラーセットを減算する。よって、第1エラーセットE1に対しては、減算器120において「0」値のエラーを有する予測エラーセットE0が第1エラーセットE1から減算されて、第1差分エラーセットE1′=E1−E0が変換ブロック125へ供給される。従って、E1′は第1ラインセグメントV1V2に対応する第1エラーセットE1と完全に同一である。
【0019】
変換ブロック125において、第1差分エラーセットは変換係数のセットに変換される。本発明による好ましい一実施例によれば、離散サイン変換(DST)が第1差分エラーセットを変換するのに用いられる。しかし、他の変換方法、例えば、離散コサイン変換を離散サイン変換の代わりに用いてもよい。その後、変換係数セットは量子化器130へ送られ、量子化器130で従来の量子化方法を用いて量子化される。量子化された係数セットは統計的符号化器170と逆量子化器135へ送られる。統計的符号化器170は、例えば、可変長符号化とランレングス符号化とを用いて、量子化された係数セットを符号化して物体の輪郭線セグメントを表す符号化された信号をデータフォーマッティング回路180へ供給する。
【0020】
一方、逆量子化器135においては、量子化器130からの量子化された係数セットが復元される。さらに、逆変換ブロック140においては、復元された変換係数セットが逆変換され、復元された第1差分エラーセットが生成される。しかる後、復元された第1差分エラーセットは加算器150へ供給されて、補償器115から入力されたデータと加算される。第1ラインセグメントV1V2に対する処理では、復元された第1差分エラーセットと「0」値のエラーを有する予測エラーセットE0とが加算されて、第1ラインセグメントV1V2の復元された第1エラーセットE1″が生成され、復元された第1エラーセットE1″はメモリ160へ送られて格納される。
【0021】
続いて、エラー検出ブロック105から第2エラーセットE2が比較器110と減算器120へ送られる。比較器110はメモリ160から第1ラインセグメントV1V2に対する復元された第1エラーセットE1″を読み出し、第2エラーセットE2に対するエラー値と第2差分エラーセットE2′に対するエラー値とを比較する。ここで、E2′=(e21−e11″,e22−e12″,...,e2j−e1j″,...,e2N−e1N″)と定義され、e1j″は第1ラインセグメントV1V2に対する復元された第1エラーセットE1″のj番目のエラーを、e2jは第2ラインセグメントV2V3に対する第2エラーセットE2のj番目のエラーを表し、jは1以上N以下の整数である。E2のエラー値及びE2′のエラー値は、各々、
【0022】
【数9】
【0023】
【数10】
【0024】
として定義される絶対値エラーの平均である。この場合、AE2は第2エラーセットに対する絶対値エラーの平均であり、AE2′は第2差分エラーセットに対する絶対値エラーの平均である。
【0025】
エラー値AE2がエラー値AE2′より大きくない場合、比較器110は第1制御信号をラインL40を通じて補償器115へと送るとともにラインL20を通じてデータフォーマッティング回路180へと送る。
【0026】
エラー値の計算において、絶対値エラーの平均の代わりに、以下のように定義されるエラーの2乗平均を用いることもできる。
【0027】
【数11】
【0028】
【数12】
【0029】
この場合、SE2及びSE2′は各々第2エラーセットのエラーの2乗平均と第2差分エラーセットに対するエラーの2乗平均を表す。
【0030】
比較器110から第1制御信号が生成された場合、補償器115は「0」値のエラーを有する予測エラーセットE0を減算器120と加算器150へ出力する。i番目のエラーセットEiが比較器110に入力された後、第2制御信号が比較器110から出力された場合は、補償器115は復元された(iー1)番目のエラーセットE(i-1)″をメモリ160から読み出し、予測エラーセットとして減算器120と加算器115へ供給する。従って、第2制御信号が比較器110から供給される場合、減算器120は復元された(iー1)番目のエラーセットE(i-1)″={e(i-1)j″}と全く同じ予測エラーセットをエラー検出ブロック105から入力されるi番目のエラーセットEi={eij}から減算して、i番目の差分エラーセットEi′={eij−e(i-j)j″}=(ei1−e(i-1)1″,ei2−e(i-1)2″,...,eij−e(i-1)j″,,...,eiN−e(i-1)N″)を生成する(ここでjは1以上N以下の整数)。
【0031】
よって、第2エラーセットE2が比較器110へ伝達された後に、第2制御信号が比較器110から出力される場合、補償器115は第1ラインセグメントV1V2に対する復元された第1エラーセットをメモリ160から読み出し、第2ラインセグメントV2V3に対する予測エラーセットとして減算器120と加算器150へ供給する。
【0032】
第2エラーセットに対しても、変換ブロック125、量子化器130、逆量子化器135、逆変換ブロック140、加算器150及び統計的符号化器170は、第1エラーセットE1に対して上述したのと同様に動作するため、これらに対する説明は省略する。メモリ160においては、既に格納された第1ラインセグメントV1V2に対する復元された第1エラーセットE1″が第2ラインセグメントV2V3に対する復元された第2エラーセットE2″に更新される。第2エラーセットに対して説明した前記過程は、全ての輪郭線セグメントに対するエラーセットに対して処理がなされるまで繰り返される。
【0033】
データフォーマッティング回路180は、比較器110からの制御信号に対応して、符号化された信号に追加ビットを添加する。即ち、符号化された信号に対して、第1制御信号が比較器110から送られてくる場合、符号化された信号にはこの第1制御信号が追加ビット(例えば、0)として付け加えられ、符号化された信号がセグメント内符号化(intra-coding)されたことを表す。符号化された信号に対して第2制御信号が送られてくる場合は、符号化された信号にはこの第2制御信号が追加ビット(例えば、1)として付け加えられ、符号化された信号がセグメント間符号化(inter-coding)されたことを表す。即ち、前の輪郭線セグメントに対して差分エラーセットが計算され符号化されたことを表す。その後、追加ビットを含む各符号化された信号と頂点情報は、適切な形態にフォーマットされて伝送器(図示せず)へ送られ伝送される。
【0034】
上記において、本発明の特定の実施例について説明したが、本明細書に記載した特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の変更を加え得ることは勿論である。
【0035】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、映像信号における物体の輪郭線を多角形近似に基づいて、隣接した輪郭線セグメント間の相関を利用して符号化を行うことによって伝送するデータ量をより減縮することができる。また本方法は、コンピュータをプログラムに従って動作させることで実行可能であり、そのようなプログラムは所定の媒体に記憶させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による映像信号における物体輪郭線を符号化するための方法を示すためのブロック図である。
【図2】隣接する2つの頂点を連結する各々のラインセグメントと各々の該当する輪郭線セグメントの間のエラーを表す例示図である。
【符号の説明】
100 多角形近似ブロック
105 エラー検出ブロック
110 比較器
115 補償器
120 減算器
125 変換ブロック
130 量子化器
135 逆量子化器
140 逆変換ブロック
150 加算器
160 メモリ
170 統計的符号化器
180 データフォーマッティング回路
Claims (16)
- 基準輪郭線セグメントを含む複数の輪郭線セグメントに分割された物体の輪郭線を各輪郭線セグメントの両端点を連結するラインセグメントによって近似する多角形近似に基づいた映像信号における物体の輪郭線符号化方法であって、
前記基準輪郭線セグメントと前記基準輪郭線セグメントの両端点を連結する第1ラインセグメントとの差を表す第1近似エラーセットを求める第1過程と、
前記基準輪郭線セグメントではない残りの輪郭線セグメントの中の1つ(第2輪郭線セグメント)とその両端点を連結する第2ラインセグメントとの差を表す第2近似エラーセットを求める第2過程と、
前記第1近似エラーセットを前記第2近似エラーセットから引き算して、差分エラーセットを計算する第3過程と、
各差分エラーの大きさに基づいて、前記差分エラーセットに対するエラー値である第1エラー値を求める第4過程と、
各第2近似エラーの大きさに基づいて、前記第2近似エラーセットに対するエラー値である第2エラー値を求める第5過程と、
前記第1エラー値と前記第2エラー値とに基づいて、前記差分エラーセットと前記第2近似エラーセットのうちいずれか一方を前記第2輪郭線セグメントに対するエラーセットとして選択する第6過程と、
前記エラーセットを符号化して符号化されたエラーセットを生成する第7過程とを含むことを特徴とする映像信号における物体の輪郭線符号化方法。 - 前記第2近似エラーセットを得るための前記第2過程が、前記第2ラインセグメント上にN(Nは正の整数)個のサンプルポイントを決定する第2−1過程と、
各々一つのサンプルポイントから、そのサンプルポイントを通り前記第2ラインセグメントに垂直な直線と前記第2輪郭線セグメントとの交点までの変位を表すN個の第2近似エラーを計算することによって前記第2近似エラーセットを求める第2−2過程とを含むことを特徴とする請求項1に記載の映像信号における物体の輪郭線符号化方法。 - 前記変位は、前記サンプルポイントと前記交点との間の距離と、前記第2ラインセグメントに対する前記交点の相対位置を示す符号とによって表されることを特徴とする請求項2に記載の映像信号における物体の輪郭線符号化方法。
- 前記第7過程の後に、
前記符号化されたエラーセットを復号化して復元されたエラーセットを得る第8過程と、
前記第6過程で前記差分エラーセットが選択された場合には前記第1近似エラーセットを前記復元されたエラーセットに加算してその結果を復元された第2近似エラーセットとし、そうでない場合には前記復元されたエラーセットを復元された第2近似エラーセットとする第9過程と、
前記復元された第2近似エラーセットで前記第1近似エラーセットを、前記第2輪郭線セグメントで前記基準輪郭線セグメントを置換する第10過程と、
残りのラインセグメントに対して前記第2過程から第10過程を繰り返す第11過程とを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の映像信号における物体の輪郭線符号化方法。 - 前記第1近似エラーセットを求めるための前記第1過程が、
前記第1ラインセグメント上にN個のサンプルポイントを決定する第1ー1過程と、
前記基準エラーの一つは一つのサンプルポイントから、そのサンプルポイントを通り前記第1ラインセグメントに垂直な直線と前記基準輪郭線セグメントとの交点までの変位を表すものとし、前記変位を前記サンプルポイントと前記交点との間の距離と前記第1ラインセグメントに対する前記交点の相対位置を表す符号とによって表すことによって前記基準エラーセットを求める第1−2過程と、
前記基準エラーセットを符号化して符号化された基準エラーセットを生成する第1−3過程と、
前記符号化された基準エラーセットを復号化して復元された基準エラーセットを生成する第1−4過程と、
前記復元された基準エラーセットで前記第1近似エラーセットを置換する第1−5過程とを含むことを特徴とする請求項4に記載の映像信号における物体の輪郭線符号化方法。 - 前記基準輪郭線セグメントの両端点のうち一つの点が前記第2輪郭線セグメントの両端点の一つと一致することを特徴とする請求項5に記載の映像信号における物体の輪郭線符号化方法。
- 前記第6過程が、
前記第1エラー値と前記第2エラー値とを比較する第6−1過程と、
前記第1エラー値が前記第2エラー値より大きくなければ前記差分エラーセットをエラーセットとして選択し、そうでなければ前記第2近似エラーセットをエラーセットとして選択する第6−2過程とを含むことを特徴とする請求項6に記載の映像信号における物体の輪郭線符号化方法。 - 前記第2ラインセグメント上の前記N個のサンプルポイントが、互いに等間隔で離れていることを特徴とする請求項2に記載の映像信号における物体の輪郭線符号化方法。
- 前記第1ラインセグメント上の前記N個のサンプルポイントが、互いに等間隔で離れていることを特徴とする請求項5に記載の映像信号における物体の輪郭線符号化方法。
- 映像信号における物体の輪郭線符号化方法であって、
輪郭線上に複数の頂点を決定してそれらの頂点の位置を示す頂点情報を生成する第1過程と、
前記輪郭線を隣接する2つの頂点の間に画定される複数の輪郭線セグメントに分け、各輪郭線セグメントをその輪郭線セグメントを画定する2つの頂点を連結するラインセグメントによって近似する第2過程と、
前記ラインセグメントに順に番号を付ける第3過程と、
N(Nは正の整数)個のサンプルポイントを第1のラインセグメント上に決定し、一つのサンプルポイントからそのサンプルポイントを通り前記第1ラインセグメントに垂直な直線と前記第1ラインセグメントに対応する輪郭線セグメントとの交点までの変位を各々表すN個のエラーを計算して第1エラーセットを生成する第4過程と、
前記第1エラーセットを符号化して符号化されたエラーセットを生成する第5過程と、
前記符号化されたエラーセットを復号化して復号化されたエラーセットを生成する第6過程と、
前記第1ラインセグメントの代わりに次のラインセグメントを前記第4過程に代入して次のエラーセットを生成する第7過程と、
前記次のエラーセットから前記復号化されたエラーセットを引き算して差分エラーセットを求める第8過程と、
前記次のエラーセットのエラー値と前記差分エラーセットのエラー値を各エラーセットのエラーの大きさを用いて求め、それらのエラー値を比較する第9過程と、
前記次のエラーセットのエラー値が前記差分エラーセットのエラー値より大きくなければ「0」値であるエラーを有するエラーセットを予測エラーセットとし、そうでなければ前記復号化されたエラーセットを予測エラーセットとする第10過程と、
前記次のエラーセットから前記予測エラーセットを引き算して差分エラーセットを生成する第11過程とを含むことを特徴とする映像信号における物体の輪郭線符号化方法。 - 前記第11過程以降に、
前記第1エラーセットの代わりに前記第11過程で求められる前記差分エラーセットについて前記第5過程と前記第6過程とを繰り返す第12過程と、
前記第12過程で生成される復号化されたエラーセットを前記第10過程で生成される前記予測エラーセットに加算して復元されたエラーセットを生成する第13過程と、
前記第7過程を繰り返す第14過程と、
前記第14過程で生成された次のエラーセットから前記復元されたエラーセットを引き算して差分エラーセットを求める第15過程と、
前記第14過程で生成された次のエラーセットと前記第15過程で生成された差分エラーセットについて前記第9過程から前記第13過程までを繰り返す第16過程と、
残りのラインセグメントに対して前記第14過程から前記第16過程までを繰り返す第17過程とをさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の映像信号における物体の輪郭線符号化方法。 - 前記第4過程での前記変位は前記サンプルポイントと前記交点との間の距離と前記第1ラインセグメントに対する前記交点の相対位置を示す符号化とによって表されることを特徴とする請求項13に記載の映像信号における物体の輪郭線符号化方法。
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