JP4073982B2 - 輪郭線映像信号符号化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号に表現された物体の輪郭線を符号化する輪郭線映像信号符号化装置に関し、特に、オクタント単位頂点符号化技法及びチェーン符号化技法に基づいた適応的符号化方法を用いて、輪郭線映像信号を符号化する映像信号輪郭線符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビ電話、電子会議及び高精細度テレビジョンシステムのようなディジタルテレビジョンシステムにおいて、映像フレーム信号のビデオライン信号が「画素値」と呼ばれる一連のディジタルデータよりなっているため、各映像フレーム信号を定義するには大量のディジタルデータが必要となる。しかしながら、従来の伝送チャネル上の利用可能な周波数帯域幅は制限されているため、特に、テレビ電話及び電子会議のシステムのような低ビットレートの映像信号符号化器の場合、このような伝送チャネルを通じて多量のディジタルデータを伝送するためには、多様なデータ圧縮技法を用いて伝送すべきデータの量を圧縮するか減らす必要がある。
【０００３】
低ビットレートの符号化システムに於いて、映像信号の符号化方法の中の１つに、いわゆる、オブジェクト指向分析−合成符号化方法がある。ここで、入力映像は複数のオブジェクト（物体）に分けられ、各物体の動き、輪郭線、画素データを定義するための３つの組よりなるパラメータが異なる符号化チャネルを通じて処理される。
【０００４】
物体の輪郭線の処理の際、物体の形状を分析及び合成するためには、輪郭線情報が重要である。この輪郭線情報を表す通常の符号化方法に、チェーン符号化方法（chain coding method）がある。しかし、このチェーン符号化方法は、たとえ輪郭線情報を損失なく符号化しても、輪郭線情報を表現のために大量のデータビットが必要となる短所を有する。
【０００５】
これに関連して、多角近似化、Ｂ−スプライン近似化及び多角近似化技法に組み合わせられたＤＳＴ（離散的サイン変換）のような輪郭線情報符号化法が幾つか提案されてきた。このような近似化方法において、輪郭線は輪郭線上に相隣した一対の頂点を結んだ複数の直線または曲線によって近似され、その頂点は、例えば、局部適応的オクタント単位の頂点符号化技法（locally-adaptive octant-based vertex coding technique）に基づいて符号化される（International Organization for Standardization, Coding of Moving Pictures and Audio Information, ISO/IEC JTCI/SC29/WG11, Shape Coding AHG, July30, 1996の、K. O'Connell, P. Gerken及びJ. H. Kimの論文、“Revised Description of S4a：Geometrical Representation Method”に開示されている）。
【０００６】
図１を参照すれば、オクタント単位頂点符号化技法を用いて、映像信号で表現された物体輪郭線の各頂点を符号化する従来の符号化装置の概略的なブロック図が示されている。
【０００７】
２進マスクが輪郭線取出し部１０に入力され、ここで、２進マスクにおける各画素は２進値（即ち、０または１）のうちの１つで表現され、これらの値は、その画素が物体領域または背景領域のうち何れかの一方に位置することを表す。
【０００８】
輪郭線取出し部１０は、２進マスクから物体の輪郭線を取出し、その輪郭線映像を頂点選択部２０に供給する。輪郭線は複数の輪郭線画素からなり、各輪郭線画素は物体の境界にある物体画素である。
【０００９】
頂点選択部２０は従来の反復式近似度改善法（例えば、多角近似化技法）を用いて、複数の頂点を選択する。最初、最大距離だけ隔たっている一対の輪郭線画素を初期頂点として決定し、一対の隣接頂点を結ぶ線分から該一対の隣接頂点によって定義された輪郭線分までの最大垂直距離ｄmaxが、予め定められたしきい値Ｄmaxを超えない大きさになるまで、他の輪郭線画素を１つずつ他の頂点として選択し続ける。この各頂点は頂点符号化部３にて符号化される。
【００１０】
上記のような従来の頂点符号化装置において、予め定められた閾値Ｄmaxが大きくなると、少ない数の頂点で輪郭線が粗く表現されることになるため、輪郭線を好ましく近似化するためには閾値Ｄmaxをできるかぎり小さくするべきである。しかし、閾値が小さすぎれば、例えば、Ｄmaxが画素間の距離以下である場合、反復式近似度改善法によって決定される頂点の数が非常に増加して、輪郭線を従来のチェーン符号化技法によって符号化する方が好ましくなる。
【００１１】
それにも係わらず、全ての輪郭線が上記のような従来の符号化装置によって効果的に符号化されるわけではない。例えば、図２Ａに示した多角形のように、複数の直線を含む輪郭線は閾値Ｄmaxの大きさによらず、チェーン符号化技法より反復式近似度改善法によって符号化されるのが好ましく、図２Ｂに示した高振動輪郭線は頂点の数が非常に増加するため、反復式近似度改善法よりは、むしろチェーン符号化技法によって符号化するのが好ましい。
【００１２】
従って、たとえ上記反復式近似度改善法が伝送すべきデータの量を減らし得るとはいっても、伝送すべきデータの量をより一層減らす必要性があり、それに関する符号化方法が研究し続けてきた。
【００１３】
【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、オクタント単位頂点符号化技法を用いて、輪郭線映像信号を効果的に符号化し、伝送すべきデータの量をより一層減らす輪郭線映像信号符号化装置を提供することにある。
【００１４】
【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、輪郭線画素を含む該輪郭線上で複数の頂点が決定され、該輪郭線上において、各々が２つの隣接頂点によって定められる各輪郭線分が、該２つの隣接頂点を結ぶ線分によって近似される反復式近似度改善法（iterated refinement technique）を用いて、物体の輪郭線映像信号を符号化する輪郭線映像信号符号化装置であって、
全輪郭線画素の符号化に必要なビット数を表す、輪郭線画素ビット数を計算する輪郭線画素ビット数計算手段と、
前記輪郭線上の全頂点の符号化に必要なビット数を表す、頂点ビット数を計算する頂点ビット数計算手段と、
前記輪郭線画素ビット数と前記頂点ビット数とを比較して、両ビット数の中でより小さい値を表す決定信号を発生する比較手段と、
前記決定信号に基づいて、前記頂点または前記輪郭線画素の中の何れか１つを表す輪郭線情報を符号化し、符号化データを発生する符号化手段とを含むことを特徴とする輪郭線映像信号符号化装置が提供される。
【００１５】
【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。
【００１６】
図３を参照すれば、本発明によって入力輪郭線映像データを符号化する輪郭線映像信号符号化装置１００のブロック図が示されている。この入力映像データは物体の輪郭線を構成する各輪郭線画素の位置を表し、頂点決定部１１０、輪郭線画素カウンタ１４０及びチェーン符号化器１７０に各々供給される。チェーン符号化器１７０は通常のチェーン符号化方法を用いて複数の輪郭線画素を符号化して、そのチェーン符号化データを選択部１８０に供給する。ここで、オクタント単位の頂点符号化技法（octant-based vertex coding tehnigue）を用いて通常のチェーン符号化方法は入力輪郭線映像データに基づいて、最も近い輪郭線画素の間の変位を符号化する。
【００１７】
一方、頂点決定部１１０は通常の反復式近似度改善法（iterated refinement technique）を用いて輪郭線上に複数の頂点を決定する。各頂点は該輪郭線上で処理順に配列され、配列された頂点に対する情報は初期頂点選択部１１５及び頂点カウンタ１３０に順に供給される。
【００１８】
頂点カウンタ１３０は頂点決定部１１０から順に供給された頂点の数、頂点数Ｎを頂点ビット数計算部１３５及び頂点符号化部１６０に各々供給する。ここで、Ｎは正の整数である。
【００１９】
一方、初期頂点選択部１１５は通常の頂点再配列技法を用いて、初期頂点及び終了頂点を選択する。通常の頂点再配列技法を用いて、一対をなす隣接各頂点の間の変位の水平成分Ｒ（ｘ）及び垂直成分Ｒ（ｙ）と、それらの大きさｘ＿ｍａｇ及びｙ＿ｍａｇとを計算し、全てのｘ＿ｍａｇ及びｙ＿ｍａｇのうちで最大長さに対応する２つの頂点を初期頂点及び終了頂点（即ち、第１頂点及びＮ番目頂点）として選択する。Ｎは頂点の総数である。図４には、第１頂点からＮ番目の頂点まで輪郭線を沿って順に表示されたＮ個（即ち、５つ）の頂点が示されている。図４において、一対の頂点Ｖ1及びＶ5に対応するｘ＿ｍａｇＸ51、が頂点Ｖ1〜Ｖ5から生成された５対のｘ＿ｍａｇ及びｙ＿ｍａｇの中で最大になる。頂点情報は範囲決定部１２０及び頂点符号化部１６０に各々供給される。
【００２０】
図３を再び参照すれば、範囲決定部１２０は初期頂点選択部１１５から供給された頂点情報に基づいて、ｘ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅ及びｙ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅを決定する。輪郭線のｘ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅ及びｙ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅは、再配列頂点を符号化するため必要な総ビット数を決定するのに重要であり、変位Ｒiのｘ＿ｍａｇ及びｙ＿ｍａｇの最大値を各々表す。ここで、変位Ｒi＝Ｐi+1−Ｐi（ｉ＝１、２、…、Ｎ−１）であり、Ｐiは頂点Ｖiに対応する位置ベクトルである。図４において、変位Ｒ2＝Ｐ3−Ｐ2のｘ＿ｍａｇＸ23は輪郭線のｘ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅとして、変位Ｒ4＝Ｐ5−Ｐ4の輪郭線のｙ＿ｍａｇＹ45は及びｙ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅとして各々決定される。第１頂点と第Ｎ頂点との間の変位量は無視するのが好ましい。範囲決定部１２０においてｘ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒ及びｙ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒが計算されて、頂点ビット数計算部１３５及び頂点符号化部１６０に各々供給される。ここで、ｘ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒはｘ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅを、ｙ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒはｙ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅを各々符号化するため必要なビット数である。
【００２１】
頂点符号化部１６０は、範囲決定部１２０から供給されたｘ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒ及びｙ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒに基づいて、初期頂点選択部１１５から供給された各頂点を順に符号化する。頂点の総数Ｎ、ｘ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒ、ｙ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒ及び第１頂点Ｖ1の絶対位置が符号化される一方、残っている頂点Ｖi+1（ｉ＝１、２、…、Ｎ−１）はその前頂点Ｖiを基準とした変位Ｒi＝Ｐi+1−Ｐiに基づいて各々符号化される。その結果、頂点符号化データは選択部１８０に供給される。
【００２２】
詳述すると、図５に示したように、頂点Ｖi+1を内含するオクタントが変位Ｒiのｘ成分Ｒi（ｘ）、及びｙ成分Ｒi（ｙ）に基づいて、オクタント０〜７のうちで決定される。ここで、水平成分と垂直成分との間の交点から回りに最も近い８個の点（図５に黒点で表示）は８個のオクタントの開始点を表す。
【００２３】
各頂点Ｖi+1のオクタントを決定した後、オクタントの表示が通常の微分チェーン符号化方法を用いて符号化され、前頂点Ｖiに対する頂点Ｖi+1の相対的位置ベクトルを表すｘ成分Ｒi（ｘ）、及びｙ成分Ｒi（ｙ）の大きさ（即ち、ｘ＿ｍａｇ及びｙ＿ｍａｇ）が、ｘ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅ及びｙ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅに基づいて決定されたビットによって符号化される。
【００２４】
オクタント単位頂点符号化技法の例として、オクタント表示及びＲiは、いわゆる、シンタックス適応的算術符号化（syntax-adaptive arithmetic coding：ＳＡＡＣ）を用いて選択的に符号化される。ＳＡＡＣにおいて可能なシンボルの数は、動的範囲の最大値（即ち、ｍａｘ（ｘ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅ及びｙ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅ）によって異なる（オクタント単位頂点符号化技法の詳細はK. O'Connellら参照）。
【００２５】
図３を再び参照すれば、頂点ビット数計算部１３５は頂点カウンタ１３０から供給された頂点数Ｎと、範囲決定部１２０から供給されたｘ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒ及びｙ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒとに基づいて頂点ビット数を計算して比較部１５０に供給する。この頂点ビット数は全ての頂点の符号化に必要なビット数を表す。頂点ビット数はｘ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒ及びｙ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒの和と頂点数Ｎとを乗じて決定される。
【００２６】
一方、輪郭線画素カウンタ１４０は、入力輪郭線映像データに基づいて輪郭線を表す輪郭線画素の個数をカウントし、該輪郭線画素数に基づいて輪郭線画素のビット数を計算する。ここで、輪郭線画素ビット数は該輪郭線画素数と予め定められた重みファクターとの間の乗算によって定められ、重みファクターは、可変長符号化及び量子化を鑑みて１．５が適当である。
【００２７】
比較部１５０は、頂点ビット数及び輪郭線画素ビット数に基づいて輪郭線情報が頂点符号化されるか、または、チェーン符号化されるかを決定し、その決定信号を選択部１８０に供給する。輪郭線画素ビット数が頂点ビット、頂点符号化データを選択する第１決定信号が生成され、それでない場合には、チェーン符号化データを選択する第２決定信号が生成される。
【００２８】
選択部１８０は、この決定信号に応じて頂点符号化部１６０からの頂点符号化データ、及びチェーン符号化器１７０からのチェーン符号化データのうちの何れか一方を選択し、入力輪郭線映像データに対する符号化データを伝送器（図示せず）に送り出す。
【００２９】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００３０】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、オクタント単位頂点符号化技法を用いて、輪郭線映像信号を効果的に符号化することによって、伝送すべきデータの量をより一層減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の輪郭線頂点符号化装置の概略的なブロック図である。
【図２】Ａ及びＢよりなり、Ａは多角形輪郭線図、Ｂは高振動輪郭線図であり、双方ともに従来の反復式近似度改善法の短所を説明するための模式図である。
【図３】本発明による輪郭線映像信号符号化装置のブロック図である。
【図４】図３の範囲決定部の機能を説明するための例示輪郭線を示した図である。
【図５】８個のオクタント領域を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０ 輪郭線取出し部
２０ 頂点選択部
３０ 頂点符号化部
１００ 輪郭線映像信号符号化装置
１１０ 頂点決定部
１１５ 初期頂点選択部
１２０ 範囲決定部
１３０ 頂点カウンタ
１３５ 頂点ビット数計算部
１４０ 輪郭線画素カウンタ
１５０ 比較部
１６０ 頂点符号化部
１７０ チェーン符号化器
１８０ 選択部
Ｖ1〜Ｖ5 頂点
Ｘ23、Ｘ45、Ｘ51 水平成分の変位大きさ
Ｙ23、Ｙ45 垂直成分の変位大きさ

Claims (6)

1. 輪郭線画素を含む輪郭線上で複数の頂点を決定した後、前記輪郭線上の２つの隣接頂点によって定められる輪郭線分のそれぞれを前記２つの隣接頂点を結ぶ線分によって近似する反復式近似度改善法（iterated refinement technique）を用いて、物体の輪郭線映像信号を符号化する輪郭線映像信号符号化装置であって、
   全輪郭線画素の符号化に必要なビット数を表す輪郭線画素ビット数を計算する輪郭線画素ビット数計算手段と、
   前記輪郭線上の全頂点の符号化に必要なビット数を表す頂点ビット数を計算する頂点ビット数計算手段と、
   前記輪郭線画素ビット数と前記頂点ビット数とを比較して、両者の小さい方を示す決定信号を生成する比較手段と、
   前記決定信号に基づいて、前記頂点を表す輪郭線情報及び前記輪郭線画素を表す輪郭線情報のうちの一方を符号化して、符号化データを生成する符号化手段とを備え、
   前記頂点ビット数計算手段が、前記頂点の個数をカウントして、頂点数Ｎ（正の整数）を生成する頂点カウンタと、
   前記隣接頂点の対の全てに対して、前記隣接頂点間の変位の水平成分及び垂直成分を符号化するのに必要なビット数を表すｘ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒ及びｙ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒを各々決定する符号化ビット数決定手段と、
   前記頂点数Ｎと、前記ｘ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒ及び前記ｙ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒの間の和とを乗じて前記頂点ビット数を生成する乗算器とを有することを特徴とする輪郭線映像信号符号化装置。
2. 前記輪郭線画素ビット数計算手段が、
   前記輪郭線画素の個数をカウントして輪郭線画素数を生成する輪郭線画素カウンタと、
   前記輪郭線画素数と、１より１０の範囲を有する予め決められた重みファクターとを乗じて、前記輪郭線画素ビット数を生成する乗算器と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の輪郭線映像信号符号化装置。
3. 前記符号化ビット数決定手段が、
   前記隣接頂点の対の全てに対して、前記隣接頂点間の変位の水平成分及び垂直成分の大きさを表すｘ＿ｍａｇ及びｙ＿ｍａｇを計算する変位計算手段と、
   計算された全てのｘ＿ｍａｇ及びｙ＿ｍａｇのうちで最大の大きさを有する一対の隣接頂点を第１頂点及び第Ｎ番目の頂点として選択する頂点選択手段と、
   頂点Ｖｉに対応する位置ベクトルである変位Ｒｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ−１）のｘ＿ｍａｇ及びｙ＿ｍａｇの最大値をそれぞれ表すｘ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅ及びｙ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅを計算する変位最大値計算手段と、
   前記ｘ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅを前記ｘ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒに、前記ｙ＿ｄｙｎａｍｉｃ＿ｒａｎｇｅを前記ｙ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒに各々変換する変換手段と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の輪郭線映像信号符号化装置。
4. 前記符号化手段が、
   隣接頂点の対の全てに対して、隣接頂点間の変位を表す頂点情報を頂点符号化して頂点符号化データを生成する頂点符号化手段と、
   隣接頂点の対の全てに対して、隣接輪郭線画素間の変位を表す前記輪郭線画素情報をチェーン符号化してチェーン符号化データを生成するチェーン符号化手段と、
   前記決定信号に基づいて、前記頂点ビット数が前記輪郭線画素ビット数より小さい場合は前記頂点符号化データを選択し、前記頂点ビット数が前記輪郭線画素ビット数以上である場合は前記チェーン符号化データを選択する選択手段と
   を有することを特徴とする請求項３に記載の輪郭線映像信号符号化装置。
5. 前記頂点符号化データが、
   前記頂点数Ｎと、前記ｘ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒと、前記ｙ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒと、前記第１頂点の絶対位置と、前記ｘ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒ及び前記ｙ＿ｂｉｔ＿ｎｕｍｂｅｒに基づいて符号化される前記Ｒｉの水平成分及び垂直成分と
   を有することを特徴とする請求項４に記載の輪郭線映像信号復号化装置。
6. 前記頂点符号化手段が、
   局部適応的オクタント単位頂点符号化技法（locally-adaptive octant-based vertex coding technique）を用いて行われることを特徴とする請求項４に記載の輪郭線映像信号復号化装置。

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