JP4364729B2 - 画像データ圧縮/伸張方法および画像処理装置 - Google Patents

画像データ圧縮/伸張方法および画像処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、スプライト表示用の画像データの圧縮/伸張方法およびそれを用いた画像処理装置に関する。
従来のカラー画像データの圧縮方法として次のような方法が知られている。
(1)セル参照方式、ライン参照方式
これらの方法は、前後に同じカラーコードが続くベタ絵に対しては有効であるが、前後に同じカラーコードがない場合は圧縮率が上がらない欠点がある。また、RGB形式の画像データの非可逆/高能率圧縮ができない欠点がある。
(2)辞書法
再現度を上げるために、大きな辞書データが必要となる。セル参照方式、ライン参照方式と同様に可逆圧縮であるため、RGB形式の画像データの非可逆/高能率圧縮ができない欠点がある。
(3)DCT変換+2次元ハフマン符号化(JPEG;Joint Photographic image coding Experts Group))
8×8サイズのブロックを形成してDCT(Discrete Cosine Transform;離散コサイン変換)を行うため圧縮率が上がってくるとブロック単位での歪みが目立つようになる。また、本質的に正弦波で近似するため、アニメ画像などのようにエッジの強い部分をうまく近似できない。また、2次元ハフマン符号化のために複雑なハフマンテーブルが必要となり、テーブル参照等の処理がハードウエア化に不利である。さらに、カラーパレット変換を前提としたインデックス形式の画像データ可逆圧縮ができない欠点がある。
(4)ウエーブレット変換+算術符号化(JPEG2000)
画像圧縮のため2次元ウエーブレット変換を行うためには、画素サイズと同等のメモリをバッファとして必要とし、したがって、ハードウエア化に適しておらず、また、変換時間も多くかかる。算術符号化は演算が複雑で、特に、JPEG2000のようにビットプレーン単位で符号化すると、復号処理に時間がかかってしまう。ウエーブレット変換はDCTと同様に画像の相関を利用しているので、インデックス形式の画像データの可逆圧縮には向かない。
このような従来の圧縮方法に鑑み、この出願の出願人は先に、
特願2002−234984
特願2003−431199
を出願している。
他方、スプライトによる動画表示においては、通常、スプライトパターンデータがキャラクタ画像のカラーデータと透明データとから構成される。図5は山および木が表示された背景画像の中を自動車が順次動いてゆく動画表示を示す図であり、自動車を順次移動させたスプライトパターンデータD1〜D4を背景画像のスプライトパターンデータBGに重ねて表示することによって動画表示が行われる。そして、この場合のスプライトパターンデータD1〜D4は自動車Jのカラーデータと透明部分Tの透明データとから構成されている。
ところで、上述したキャラクタ画像のカラーデータと透明データとから構成されるスプライトパターンデータを圧縮する場合、圧縮率を上げるため上述した非可逆圧縮を用いると透明部分とキャラクタとの接触部において、透明データが異なるデータに変わってしまい、このため、キャラクタのエッジがぼやけてしまう問題が生じる。一方可逆圧縮を用いるとこのような問題は生じないが、圧縮率が低い欠点がある。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、高い圧縮率を得ることができ、しかも、エッジ部分のぼやけを生じない画像データ圧縮/伸張方法および画像処理装置を提供することにある。
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、順次連続して表示されるべき、キャラクターデータと該キャラクターデータ以外のデータである背景データとからなる元画像データを圧縮する圧縮方法において、一の元画像データを基準画像データとして非可逆圧縮すると共に、該基準画像データの背景データの領域を示すマスクデータを可逆圧縮し、前記基準画像データの背景データと前記基準画像データに続く1または複数の元画像データの背景データとを共通の値に置き換えてから、該1または複数の元画像データと前記基準画像データとの差分データを各々演算し、前記差分データを各々非可逆圧縮すると共に、該1または複数の元画像データの背景データの領域を示す各マスクデータを可逆圧縮し、前記1または複数の元画像データの次の元画像データを基準画像データとして非可逆圧縮すると共に、該基準画像データの背景データの領域を示すマスクデータを可逆圧縮し、上記基準画像データの背景データと該基準画像データに続く1または複数の元画像データの背景データとを前記共通の値に置き換えてから、該1または複数の元画像データと該基準画像データとの差分データを各々演算し、上記差分データを各々非可逆圧縮すると共に、該1または複数の元画像データの背景データの領域を示す各マスクデータを可逆圧縮し、上記処理を繰り返すことを特徴とする画像データ圧縮方法である。
請求項2に記載の発明は、順次連続して表示されるべき、キャラクターデータと該キャラクターデータ以外のデータである背景データとからなる元画像データを圧縮する圧縮方法において、一の元画像データを基準画像データとして非可逆圧縮すると共に、該基準画像データの背景データの領域を示すマスクデータを可逆圧縮し、前記基準画像データに続く1または複数の元画像データの背景データと、それぞれの元画像データの1表示タイミング前の元画像データの背景データとを共通の値に置き換えてから、該1または複数の元画像データと該1表示タイミング前の元画像データとの差分データを各々演算し、前記差分データを各々非可逆圧縮すると共に、該1または複数の元画像データの背景データの領域を示す各マスクデータを可逆圧縮し、前記1または複数の元画像データの次の元画像データを基準画像データとして非可逆圧縮すると共に、該基準画像データの背景データの領域を示すマスクデータを可逆圧縮し、上記基準画像データに続く1または複数の元画像データの背景データとそれぞれの元画像データの1表示タイミング前の元画像データの背景データとを前記共通の値に置き換えてから、該1または複数の元画像データと1表示タイミング前の元画像データとの差分データを各々演算し、上記差分データを各々非可逆圧縮すると共に、該1または複数の元画像データの背景データの領域を示す各マスクデータを可逆圧縮し、上記処理を繰り返すことを特徴とする画像データ圧縮方法である。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の画像データ圧縮方法において、前記基準画像データは、一定数の前記差分データの圧縮が行われる毎に設定されることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の画像データ圧縮方法において、前記基準画像データは、前記差分データのデータ量が一定以上となった時に設定されることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の画像データ圧縮方法によって圧縮された画像データを伸張する伸張方法において、圧縮された基準画像データおよびマスクデータを伸張し、伸張された該マスクデータに基づいて伸張された該基準画像データの背景データの領域に透明データを割り当て、圧縮された差分データおよびマスクデータを伸張し、伸張された該マスクデータに基づいて伸張された該差分データの背景データの領域に透明データを割り当て、前記差分データの背景データの領域については透明データを出力し、前記差分データの背景データの領域以外の部分については差分データと基準画像データとを加算して出力することを特徴とする画像データ伸張方法である。
請求項6に記載の発明は、請求項2に記載の画像データ圧縮方法によって圧縮された画像データを伸張する伸張方法において、圧縮された基準画像データおよびマスクデータを伸張し、伸張された該マスクデータに基づいて伸張された該基準画像データの背景データの領域に透明データを割り当て、圧縮された差分データおよびマスクデータを伸張し、伸張された該マスクデータに基づいて伸張された該差分データの背景データの領域に透明データを割り当て、透明データが割り当てられた第1の差分データと透明データが割り当てられた基準画像データとを加算して第1の伸張済画像データを取得し、透明データが書き込まれた第2の差分データと透明データが書き込まれた第1の伸張済画像データとを加算して第2の伸張済画像データを取得し、以下、上記処理を繰り返すことを特徴とする画像データ伸張方法である。
請求項7に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の画像データ圧縮方法によって圧縮された画像データに基づいて表示装置に画像表示を行う画像処理装置において、前記圧縮された基準画像データおよび該基準画像データのマスクデータと、前記差分データおよび該差分データのマスクデータをそれぞれ伸張する伸張手段と、前記伸張手段によって伸張された基準画像データに該基準画像データのマスクデータに基づいて透明データを割り当て、かつ前記伸張手段によって伸張された差分データに、該差分データのマスクデータに基づいて透明データを割り当てる透明処理手段と、前記透明処理後の基準画像データと透明処理後の差分データとを加算する加算手段と、前記透明処理後の基準画像データまたは前記加算手段の出力データの一方を選択して出力する選択手段と、前記選択手段の出力が書き込まれるフレームバッファとを具備し、前記フレームバッファ内のデータに基づいて画像表示を行うことを特徴とする画像処理装置である。
この発明によれば、非可逆圧縮によって画像データおよび差分データを圧縮し、また、透明部分に対応するマスクデータを別途用意し、このマスクデータを可逆圧縮によって圧縮する。これにより、非可逆圧縮による高い圧縮率を得ることができると同時に、マスクデータによりエッジ部分のぼやけを防ぐことができる。
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図1はこの発明の一実施の形態による画像データ圧縮/伸張方法を示す説明図である。この図において、F1、F2は圧縮前のYUV(輝度・色差・色差)カラーデータによる元画像データであり、表示の際には、F1、F2の順に表示される。また、画像データF2は画像データF1の楕円状のキャラクタが右方向に僅かに移動した場合の画像データである。画像データF1はキャラクタの色を指示するキャラクタデータC1とキャラクタの周囲に設定された透明データE1とから構成されている。同様に、画像データF2はキャラクタの色を指示するキャラクタデータC2とキャラクタの周囲に設定された透明データE2とから構成されている。
この実施形態による圧縮/伸張方法においては、まず、画像データF1、F2に基づいて透明領域の各ドットを指示するマスクデータM1(図示略)、M2が生成される。この場合、マスクデータM1、M2は、透明領域の各ドットに対応するデータが”1”、キャラクタ領域の各ドットに対応するデータが”0”となる。次に、画像データF1、F2の対応する各ドットデータの差
P2=F2−F1
が演算され、差分データP2が求められる。そして、画像データF1、差分データP2が非可逆圧縮方式によって高圧縮率で圧縮され、また、マスクデータM1、M2が可逆圧縮によって圧縮され、記憶媒体に記憶される。
このように、この発明の実施形態による圧縮処理においては、1画像データおきに「元画像データおよびマスクデータ」「差分データおよびマスクデータ」が順次圧縮処理され、記憶媒体に記録される。
次に、伸張方法を図1に従って説明する。まず、圧縮済みの画像データF1および圧縮済みのマスクデータM1を伸張し、次いで、マスクデータM1のデータ”1”に対応する伸張後の画像データF1の領域に透明データを書き込む。なお、ここでは、透明データを”00002(16進数)”としている。これにより、画像データF1がほぼ再生された再生画像データF1a(図1)が得られ、しかも、再生画像データF1aのキャラクタ周辺部にぼやけが生じない。次に、圧縮済みの差分データP2および圧縮済みのマスクデータM2を伸張し、次いで、マスクデータM2のデータ”1”に対応する伸張後の差分データP2の領域に透明データを書き込む。これにより、画像データF2のキャラクタに対応する領域の差分データP2とその周囲の透明データとからなる差分データP2a(図1)が得られる。
次に、再生画像データF1aと上記差分データP2aを対応する各ドットのデータ毎に加算することによって、画像データF2を再生した再生画像データF2aを得る。ただし、この場合、差分データP2aが透明データ”00002”の場合は加算を行わず、透明データ”00002”を書き込む。そして、得られた再生画像データF1a、F2aがRGB(赤・緑・青)カラーデータに変換され表示される、
このように、上記実施形態による圧縮/伸張方法は差分をとって圧縮することにより圧縮率を上げ、かつ、マスクデータを使用することによってキャラクタの周辺部のぼやけを防いでいる。
また、上記実施形態においては、元画像データの1つおきに差分データとしているが、図2に示すように、基準画像データ1つに対し、差分データを複数(図2では4つ)としてもよい。すなわち、図2において、F1〜F6は順次表示される元画像データであり、まず、基準画像データとなる元画像データF1をそのまま圧縮して圧縮画像データK1とし、次に、元画像データF2と元画像データF1との差分データを圧縮して圧縮差分データd2とし、次に、元画像データF3と元画像データF1との差分データを圧縮して圧縮差分データd3とし、同様にして圧縮差分データd4、d5を求める。次に、元画像データF6を基準画像データとしてそのまま圧縮して圧縮画像データK2とし、次いで、順次差分データを求める。そして、得られたデータK1、d2、d3、d4、d5、K2・・・を記憶媒体に記憶させる。
なお、図2では、マスクデータの記載を省略している。また、図において、d2→d5の順で四角が大きくなっているのは、一般に、元画像データF1から離れるに従って差分が大きくなることを示している。
次に、圧縮データの再生時においては、まず、圧縮画像データK1を伸張して再生画像データI1(=F1a)を得る。次に、圧縮差分データd2を伸張し、伸張後のデータと再生画像データI1を加算することによって再生画像データF2aを得る。以下同様にして再生画像データF3a、F4a、F5aを得る。次に、圧縮画像データK2を伸張して再生画像データI2(=F6a)を得る。以下同様の処理が繰り返される。
また、図3に示すように、常に、1つ前の元画像データとの差分データを求め、圧縮して記憶媒体に記録してもよい。すなわち、図3において、F1〜F6は順次表示される元画像データであり、まず、基準画像データとなる元画像データF1をそのまま圧縮して圧縮画像データK1とし、次に、元画像データF2と元画像データF1との差分データを圧縮して圧縮差分データd2とし、次に、元画像データF3と元画像データF2との差分データを圧縮して圧縮差分データd3とし、同様にして圧縮差分データd4、d5を求める。次に、元画像データF6を基準画像データとしてそのまま圧縮して圧縮画像データK2とし、次いで、順次同様にして差分データを求める。そして、得られたデータK1、d2、d3、d4、d5、K2・・・を記憶媒体に記憶させる。なお、図3では、マスクデータの記載を省略している。
次に、圧縮データの再生時においては、まず、圧縮画像データK1を伸張して再生画像データI1(=F1a)を得る。次に、圧縮差分データd2を伸張し、伸張後のデータと再生画像データI1を加算することによって再生画像データF2aを得る。次に、圧縮差分データd3を伸張し、伸張後のデータと再生画像データF2aを加算することによって再生画像データF3aを得る。以下同様にして再生画像データF4a、F5aを得る。次に、圧縮画像データK2を伸張して再生画像データI2(=F6a)を得る。以下同様の処理が繰り返される。
なお、上記の例においては差分データの数を固定数としているが、これに代えて、差分データのデータ量が一定以上になった場合に、基準画像データを用意するようにしてもよい。
次に、前述した画像データの伸張方法を用いた画像処理装置を図4を参照して説明する。図4は同画像処理装置の構成を示すブロック図であり、この図に示す画像処理装置は、図1において説明した「圧縮画像データおよび圧縮マスクデータ」、「圧縮差分データおよび圧縮マスクデータ」を交互に記憶させた記憶媒体の画像データを再生する装置である。
図4において、符号1は記憶媒体から読み出された圧縮データ(YUVデータ)が一時記憶されるFIFO(先入れ/先出し)メモリである。2はFIFOメモリ1から順次出力される圧縮画像(または差分)データおよび圧縮マスクデータを伸張する伸張回路であり、伸張後のYデータ、Uデータ、Vデータがそれぞれバッファ3a、〜3cに書き込まれ、マスクデータがバッファ3dに書き込まれる。4はバッファ3a〜3c内のYUVデータをRGBデータに変換するYUV→RGB変換回路である。5はセレクタであり、バッファ3dから出力されるマスクデータが”0”の時はYUV→RGB変換回路4から出力されるRGBデータを選択して出力し、”1”の時は透明データ”00002”を選択して出力する。このセレクタ5の処理によって、再生画像の透明データが正しく設定され、これにより、キャラクタの境界部分のぼやけを防ぐことができる。
6は加算回路、7はセレクタ、8はフレームバッファである。加算回路6はフレームバッファ8から読み出された1表示サイクル前の画像データにセレクタ5から読み出された画像データを加算してセレクタ7へ出力する。すなわち、加算回路6は、図1において説明した
F2a=F1a+P2a
の演算を行い、その結果をセレクタ7へ出力する。ただし、セレクタ5から透明データが出力された場合は、その透明データを無条件で出力する。セレクタ7は1表示サイクル毎にセレクタ5から出力されるデータと、加算回路6から出力されるデータとを交互に選択して出力する。すなわち、セレクタ5から画像データが出力されるタイミングにおいては、セレクタ5の出力データを選択してフレームバッファ8へ出力し、セレクタ5から差分データが出力されるタイミングにおいては、加算回路6の出力データを選択してフレームバッファ8へ出力する。
フレームバッファ8は2バッファ構成であり、セレクタ7から出力された画像データが一方のバッファに書き込まれている時、他方のバッファの画像データが読み出されて表示装置へ出力され、次の表示サイクルにおいては2バッファが逆に使用され、この動作が交互に繰り返される。
なお、上記実施形態はYUVデータを圧縮して記憶媒体に記憶させ、そのYUVデータを伸張した後RGBデータに戻して表示するようにしているが、RGBデータを圧縮して記憶させ、伸張して表示してもよい。ただし、YUVデータの場合はU,Vデータの間引き処理を利用すればさらに圧縮率を上げることができる。
この発明は、家庭用ゲーム機やパチンコ等の遊技機の画像表示に用いられる。
この発明の一実施形態による画像データ圧縮/伸張方法を説明するための説明図である。 圧縮方法の他の例を説明するための説明図である。 圧縮方法の他の例を説明するための説明図である。 この発明の一実施形態による画像処理装置の構成を示すブロック図である。 スプライトによる動画表示を説明するための説明図である。
符号の説明
1…FIFOメモリ、2…伸張回路、3a〜3d…バッファ、4…YUV→RGB変換回路、5…セレクタ、6…加算回路、7…セレクタ、8…フレームバッファ。

Claims (7)

  1. 順次連続して表示されるべき、キャラクターデータと該キャラクターデータ以外のデータである背景データとからなる元画像データを圧縮する圧縮方法において、
    一の元画像データを基準画像データとして非可逆圧縮すると共に、該基準画像データの背景データの領域を示すマスクデータを可逆圧縮し、
    前記基準画像データの背景データと前記基準画像データに続く1または複数の元画像データの背景データとを共通の値に置き換えてから、該1または複数の元画像データと前記基準画像データとの差分データを各々演算し、
    前記差分データを各々非可逆圧縮すると共に、該1または複数の元画像データの背景データの領域を示す各マスクデータを可逆圧縮し、
    前記1または複数の元画像データの次の元画像データを基準画像データとして非可逆圧縮すると共に、該基準画像データの背景データの領域を示すマスクデータを可逆圧縮し、
    上記基準画像データの背景データと該基準画像データに続く1または複数の元画像データの背景データとを前記共通の値に置き換えてから、該1または複数の元画像データと該基準画像データとの差分データを各々演算し、
    上記差分データを各々非可逆圧縮すると共に、該1または複数の元画像データの背景データの領域を示す各マスクデータを可逆圧縮し、
    上記処理を繰り返すことを特徴とする画像データ圧縮方法。
  2. 順次連続して表示されるべき、キャラクターデータと該キャラクターデータ以外のデータである背景データとからなる元画像データを圧縮する圧縮方法において、
    一の元画像データを基準画像データとして非可逆圧縮すると共に、該基準画像データの背景データの領域を示すマスクデータを可逆圧縮し、
    前記基準画像データに続く1または複数の元画像データの背景データと、それぞれの元画像データの1表示タイミング前の元画像データの背景データとを共通の値に置き換えてから、該1または複数の元画像データと該1表示タイミング前の元画像データとの差分データを各々演算し、
    前記差分データを各々非可逆圧縮すると共に、該1または複数の元画像データの背景データの領域を示す各マスクデータを可逆圧縮し、
    前記1または複数の元画像データの次の元画像データを基準画像データとして非可逆圧縮すると共に、該基準画像データの背景データの領域を示すマスクデータを可逆圧縮し、
    上記基準画像データに続く1または複数の元画像データの背景データとそれぞれの元画像データの1表示タイミング前の元画像データの背景データとを前記共通の値に置き換えてから、該1または複数の元画像データと1表示タイミング前の元画像データとの差分データを各々演算し、
    上記差分データを各々非可逆圧縮すると共に、該1または複数の元画像データの背景データの領域を示す各マスクデータを可逆圧縮し、
    上記処理を繰り返すことを特徴とする画像データ圧縮方法。
  3. 前記基準画像データは、一定数の前記差分データの圧縮が行われる毎に設定されることを特徴とする請求項1に記載の画像データ圧縮方法。
  4. 前記基準画像データは、前記差分データのデータ量が一定以上となった時に設定されることを特徴とする請求項1に記載の画像データ圧縮方法。
  5. 請求項1に記載の画像データ圧縮方法によって圧縮された画像データを伸張する伸張方法において、
    圧縮された基準画像データおよびマスクデータを伸張し、
    伸張された該マスクデータに基づいて伸張された該基準画像データの背景データの領域に透明データを割り当て、
    圧縮された差分データおよびマスクデータを伸張し、
    伸張された該マスクデータに基づいて伸張された該差分データの背景データの領域に透明データを割り当て、
    前記差分データの背景データの領域については透明データを出力し、前記差分データの背景データの領域以外の部分については差分データと基準画像データとを加算して出力する
    ことを特徴とする画像データ伸張方法。
  6. 請求項2に記載の画像データ圧縮方法によって圧縮された画像データを伸張する伸張方法において、
    圧縮された基準画像データおよびマスクデータを伸張し、
    伸張された該マスクデータに基づいて伸張された該基準画像データの背景データの領域に透明データを割り当て、
    圧縮された差分データおよびマスクデータを伸張し、
    伸張された該マスクデータに基づいて伸張された該差分データの背景データの領域に透明データを割り当て、
    透明データが割り当てられた第1の差分データと透明データが割り当てられた基準画像データとを加算して第1の伸張済画像データを取得し、
    透明データが書き込まれた第2の差分データと透明データが書き込まれた第1の伸張済画像データとを加算して第2の伸張済画像データを取得し、
    以下、上記処理を繰り返すことを特徴とする画像データ伸張方法。
  7. 請求項1または請求項2に記載の画像データ圧縮方法によって圧縮された画像データに基づいて表示装置に画像表示を行う画像処理装置において、
    前記圧縮された基準画像データおよび該基準画像データのマスクデータと、前記差分データおよび該差分データのマスクデータをそれぞれ伸張する伸張手段と、
    前記伸張手段によって伸張された基準画像データに該基準画像データのマスクデータに基づいて透明データを割り当て、かつ前記伸張手段によって伸張された差分データに、該差分データのマスクデータに基づいて透明データを割り当てる透明処理手段と、
    前記透明処理後の基準画像データと透明処理後の差分データとを加算する加算手段と、
    前記透明処理後の基準画像データまたは前記加算手段の出力データの一方を選択して出力する選択手段と、
    前記選択手段の出力が書き込まれるフレームバッファと、
    を具備し、前記フレームバッファ内のデータに基づいて画像表示を行うことを特徴とする画像処理装置。
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