JP4441851B2 - 符号化装置および符号化方法、復号装置および復号方法、並びにプログラムおよび記録媒体 - Google Patents
符号化装置および符号化方法、復号装置および復号方法、並びにプログラムおよび記録媒体 Download PDFInfo
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Description
本発明は、符号化装置および符号化方法、復号装置および復号方法、並びにプログラムおよび記録媒体に関し、特に、例えば、画像を高圧縮で符号化するとともに、高画質の画像を復号することができるようにする符号化装置および符号化方法、復号装置および復号方法、並びにプログラムおよび記録媒体に関する。
例えば、画像データは、そのデータ量が多いため、画像データを記録媒体に記録する場合や、伝送媒体を介して伝送する場合等においては、画像データは符号化（圧縮符号化）され、符号化データとされて、記録媒体に記録、あるいは伝送媒体を介して伝送される。
画像データの符号化（復号）方式としては、例えば、特許文献１に記載されているADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)やベクトル量子化によるものをはじめとして、種々の方式が提案されている。
特許第2518214号明細書
符号化においては、画像データが圧縮されるが、その圧縮率が高くなるほど、伝送エラー等が生じた場合の復号画像の画質は大きく劣化する。即ち、例えば、圧縮率が１０である場合（データを１／１０に圧縮した場合）には、その圧縮後の１ビットは、圧縮前の１０ビットに相当するため、圧縮後の１ビットにエラーが生じると、単純には、復号後の１０ビットが損なわれる。このため、画像データを高圧縮率で符号化（圧縮）すれば、エラー耐性が損なわれる。
一方、画像データを高エラー耐性の符号化方式で符号化することにより、伝送エラー等等に対するエラー耐性を強く（高く）することができる。しかしながら、この場合、圧縮率が低下する。
従って、高圧縮と高エラー耐性とはトレードオフの関係にあり、高圧縮かつ高エラー耐性の符号化を行うことは困難であった。
ここで、高圧縮の符号化方式としては、例えば、ベクトル量子化による符号化が知られている。また、高エラー耐性の符号化方式（ロバスト性の高い符号化方式）としては、例えば、ADRCによる符号化が知られている。
そこで、例えば、画像データの一部を、ベクトル量子化により符号化し、残りをADRCにより符号化する方法が考えられる。
しかしながら、単純に、画像データの一部を、ベクトル量子化により符号化し、残りをADRCにより符号化した場合には、即ち、例えば、１フレームの画像データの半分を、ベクトル量子化により符号化し、残りの半分をADRCにより符号化した場合には、一般に、十分な高圧縮かつ高エラー耐性を得ることは困難である。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高圧縮かつ高エラー耐性の符号化を実現し、品質の良い復号結果を得ることができるようにするものである。
本発明の第１の側面の符号化装置は、所定の単位のデータを符号化データに符号化する符号化装置において、前記データをベクトル量子化により符号化し、その結果得られるVQ符号化データを出力する第１の符号化手段と、前記データをADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)により符号化し、その結果得られるADRC符号化データを出力する第２の符号化手段と、前記データのダイナミックレンジの値を求める算出手段と、前記ダイナミックレンジの値と所定の閾値を比較し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より大きい場合には、前記ADRC符号化データを、前記データの符号化データとして選択し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より小さい場合には、前記VQ符号化データを、前記データの符号化データとして選択する選択手段とを備える符号化装置である。
本発明の第１の側面の符号化方法は、所定の単位のデータを符号化データに符号化する符号化装置の符号化方法において、前記符号化装置が、前記データをベクトル量子化により符号化し、その結果得られるVQ符号化データを出力し、前記データをADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)により符号化し、その結果得られるADRC符号化データを出力し、前記データのダイナミックレンジの値を求め、前記ダイナミックレンジの値と所定の閾値を比較し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より大きい場合には、前記ADRC符号化データを、前記データの符号化データとして選択し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より小さい場合には、前記VQ符号化データを、前記データの符号化データとして選択するステップを含む符号化方法である。
本発明の第１の側面のプログラムは、所定の単位のデータを符号化データに符号化する符号化装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムにおいて、前記データをベクトル量子化により符号化し、その結果得られるVQ符号化データを出力する第１の符号化手段と、前記データをADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)により符号化し、その結果得られるADRC符号化データを出力する第２の符号化手段と、前記データのダイナミックレンジの値を求める算出手段と、前記ダイナミックレンジの値と所定の閾値を比較し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より大きい場合には、前記ADRC符号化データを、前記データの符号化データとして選択し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より小さい場合には、前記VQ符号化データを、前記データの符号化データとして選択する選択手段として、コンピュータを機能させるためのプログラムである。
本発明の第１の側面の記録媒体は、所定の単位のデータを符号化データに符号化する符号化装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムが記録されている記録媒体において、前記データをベクトル量子化により符号化し、その結果得られるVQ符号化データを出力する第１の符号化手段と、前記データをADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)により符号化し、その結果得られるADRC符号化データを出力する第２の符号化手段と、前記データのダイナミックレンジの値を求める算出手段と、前記ダイナミックレンジの値と所定の閾値を比較し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より大きい場合には、前記ADRC符号化データを、前記データの符号化データとして選択し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より小さい場合には、前記VQ符号化データを、前記データの符号化データとして選択する選択手段として、コンピュータを機能させるためのプログラムが記録されている記録媒体である。
本発明の第１の側面においては、前記データがベクトル量子化により符号化され、その結果得られるVQ符号化データが出力されるとともに、前記データがADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)により符号化され、その結果得られるADRC符号化データが出力される。また、前記データのダイナミックレンジの値が求められ、前記ダイナミックレンジの値と所定の閾値が比較される。そして、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より大きい場合には、前記ADRC符号化データが、前記データの符号化データとして選択される。一方、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より小さい場合には、前記VQ符号化データが、前記データの符号化データとして選択される。
本発明によれば、高圧縮かつ高エラー耐性の符号化を実現し、品質の良い復号結果を得ることが可能となる。
以下、図面を参照して、発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明を適用した画像処理システムの一実施の形態の構成例を示している。なお、システムとは、複数の装置が論理的に集合した物をいい、各構成の装置が同一筐体中にあるか否かは、問わない。
図１の画像処理システムでは、符号化対象の画像データが、符号化装置１に供給される。符号化装置１は、そこに供給される画像データを符号化し、その結果得られる符号化データを出力する。この符号化データは、記録媒体３に供給されて記録され、あるいは、伝送媒体４を介して伝送（送信）される。
ここで、記録媒体３としては、例えば、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、半導体メモリその他を採用することができる。伝送媒体４としては、例えば、インターネット、LAN、電話回線、衛星回線、地上波、赤外線その他の任意の有線回線または無線回線を採用することができる。
復号装置２には、記録媒体３から符号化データが再生されて供給される。また、復号装置２には、伝送媒体４を介して伝送されてくる符号化データが受信されて供給される。
復号装置２は、そこに供給される符号化データを復号し、その結果得られる復号画像データを出力する。この復号画像データは、例えば、図示せぬディスプレイ等に供給されて表示される。
次に、図２は、図１の符号化装置１の構成例を示している。
符号化装置１に入力された符号化対象の画像データは、メモリ１１に供給される。メモリ１１は、そこに供給される画像データを、例えば、１フレーム（またはフィールド）単位で記憶する。
高圧縮エンコーダ１２は、メモリ１１に記憶された画像データを、所定のブロックの単位で読み出し、そのブロックを、高圧縮の符号化方式である、例えば、ベクトル量子化(VQ(Vector Quantization))によって符号化する。そして、高圧縮エンコーダ１２は、その符号化の結果得られる符号化データを、選択部１５に供給する。
高エラー耐性エンコーダ１３は、メモリ１１に記憶された画像データを、所定のブロックの単位で読み出し、そのブロックを、高エラー耐性の符号化方式である、例えば、ADRCによって符号化する。そして、高エラー耐性エンコーダ１３は、その符号化の結果得られる符号化データを、選択部１５に供給する。
なお、高圧縮エンコーダ１２が符号化の対象とするブロックと、高エラー耐性エンコーダ１３が符号化の対象とするブロックとは、同一サイズであっても良いし、異なるサイズであっても良い。ここでは、高圧縮エンコーダ１２が、例えば、横×縦が４×４画素のブロックを符号化の対象とし、高エラー耐性エンコーダ１３が、例えば、横×縦が８×８画素のブロックを符号化の対象とするものとする。即ち、高圧縮エンコーダ１２は、メモリ１１に記憶された１フレームの画像データを、４×４画素のブロックに分割して、そのブロックを符号化するものとする。また、高エラー耐性エンコーダ１３は、メモリ１１に記憶された１フレームの画像データを、８×８画素のブロックに分割して、そのブロックを符号化するものとする。
ここで、高圧縮エンコーダ１２がベクトル量子化による符号化の対象とする４×４画素のブロックを、以下、適宜、VQブロックという。また、高エラー耐性エンコーダ１３がADRCによる符号化の対象とする８×８画素のブロックを、以下、適宜、ADRCブロックという。
評価判定部１４は、メモリ１１に記憶された画像データを、所定のブロックの単位ごとに評価し、その評価結果に基づいて、そのブロックの符号化に用いるべき符号化方式を判定する。そして、判定評価部１４は、その判定結果に基づき、選択部１５を制御する。
なお、評価判定部１４が評価を行う単位のブロックを、以下、適宜、評価ブロックという。ここでは、例えば、メモリ１１に記憶された１フレームの画像データを、８×８画素単位に分割したブロックを、評価ブロックとすることとする。
従って、ここでは、評価ブロックは、ADRCブロックに等しい。また、評価ブロックは、４つのVQブロックを含む（４つのVQブロックからなる）。即ち、評価ブロックは、１つのADRCブロックと、４つのVQブロックに、それぞれ対応する。
選択部１５は、評価判定部１４の制御にしたがい、高圧縮エンコーダ１２が出力する符号化データ（以下、適宜、VQ符号化データという）、または高エラー耐性エンコーダ１３が出力する符号化データ（以下、適宜、ADRC符号化データという）を選択し、最終的な符号化結果（評価ブロックの符号化結果）として出力する。
次に、図３は、図２の高圧縮エンコーダ１２の構成例を示している。
上述したように、高圧縮エンコーダ１２は、メモリ１１（図２）に記憶された画像データを、VQブロックの単位で読み出し、そのVQブロックを、ベクトル量子化によって符号化する。
即ち、ブロック取得部２１は、メモリ１１から、VQブロック（の画像データ）を読み出し、最小値検出部２２、最大値検出部２３、および差分演算部２５に供給する。
最小値検出部２２は、ブロック取得部２１から供給されたVQブロックを構成する４×４画素の画素値のうちの最小値MINを検出し、ＤＲ検出部２４、差分演算部２５、およびバッファ２９に供給する。
同時に、最大値検出部２３は、ブロック取得部２１から供給されたVQブロックを構成する４×４画素の画素値のうちの最大値MAXを検出し、ＤＲ検出部２４に供給する。
ＤＲ検出部２４は、最大値検出部２３から供給される最大値MAXから、最小値検出部２２から供給される最小値MINを減算し、その減算値を、ブロック取得部２１が出力したVQブロックのダイナミックレンジＤＲとして、正規化部２６、およびバッファ２９に供給する。
一方、差分演算部２５は、ブロック取得部２１から供給されたVQブロックを構成する４×４画素の画素値それぞれから、最小値検出部２２から供給された最小値MINを減算し、その減算値を画素値としたVQブロックを、正規化部２６に供給する。正規化部２６は、差分演算部２５から供給されたVQブロックを構成する４×４画素の画素値（差分演算部２５で求められた減算値）それぞれを、DR検出部２４から供給されたダイナミックレンジＤＲで除算することにより正規化し、ベクトル量子化部２７に供給する。
ベクトル量子化部２７は、コードブック記憶部２８に記憶されたコードブックを参照することにより、正規化部２６から供給されたVQブロックを構成する４×４画素の画素値（正規化部２６で正規化された画素値）をコンポーネントとするベクトルをベクトル量子化し、そのベクトル量子化の結果得られるコード（以下、適宜、VQコードという）を、バッファ２９に供給する。
バッファ２９は、ブロック取得部２１でメモリ１１から読み出されたVQブロックについて、最小値検出部２２から供給された最小値MIN、ＤＲ検出部２４から供給されたダイナミックレンジDR、およびベクトル量子化部２７から供給されたVQコードを、所定の順番で記憶し、その最小値MIN、ダイナミックレンジDR、およびVQコードを、VQ符号化データとして、選択部１５（図２）に出力する。
図４は、図３の高圧縮エンコーダ１２がVQブロックを符号化することにより得られるVQ符号化データのフォーマットを示している。
VQ符号化データは、その先頭から、例えば、VQブロックについてのダイナミックレンジDR、最小値MIN、およびVQコードが順次配置されて構成される。
なお、VQ符号化データを構成するダイナミックレンジDR、最小値MIN、およびVQコードは、いずれも固定長であり、従って、VQブロックのVQ符号化データ全体も、固定長である。
次に、図５は、図２の高エラー耐性エンコーダ１３の構成例を示している。
上述したように、高エラー耐性エンコーダ１３は、メモリ１１（図２）に記憶された画像データを、ADRCブロックの単位で読み出し、そのADRCブロックを、ADRCによって符号化する。
ここで、KビットADRCにおいては、ADRCブロックを構成する画素の画素値の最大値MAXと最小値MINが検出され、DR=MAX-MINを、ADRCブロックのダイナミックレンジDRとし、このダイナミックレンジDRに基づいて、ADRCブロックを構成する各画素の画素値がKビットに再量子化される。即ち、ADRCブロックを構成する各画素の画素値から、最小値MINが減算され、その減算値がDR/2Kで除算（量子化）される。そして、以上のようにして得られる、ADRCブロックを構成するKビットの各画素の画素値を、所定の順番で並べたビット列が、ADRCコードとして出力される。
即ち、ブロック取得部４１は、メモリ１１から、ADRCブロック（の画像データ）を読み出し、最小値検出部４２、最大値検出部４３、および差分演算部４５に供給する。
最小値検出部４２は、ブロック取得部４１から供給されたADRCブロックを構成する８×８画素の画素値のうちの最小値MINを検出し、ＤＲ検出部４４、差分演算部４５、およびバッファ４８に供給する。
同時に、最大値検出部４３は、ブロック取得部４１から供給されたADRCブロックを構成する８×８画素の画素値のうちの最大値MAXを検出し、ＤＲ検出部４４に供給する。
ＤＲ検出部４４は、最大値検出部４３から供給される最大値MAXから、最小値検出部４２から供給される最小値MINを減算し、その減算値を、ブロック取得部４１が出力したADRCブロックのダイナミックレンジDRとして、ビット数決定部４６、およびバッファ４８に供給する。
ビット数決定部４６は、ＤＲ検出部４４からのダイナミックレンジDRに応じて、ADRCブロックの各画素に対して割り当てる割り当てビット数Ｋを決定する。即ち、ビット数決定部４６は、例えば、０乃至４ビットの範囲で、ダイナミックレンジDRが大であるほど、大きい値のビット数を、割り当てビット数Ｋに決定する。そして、ビット数決定部４６は、ＤＲ検出部４４からのダイナミックレンジDRを２の割り当てビット数Ｋ乗（２K）で除算した除算値DR/２Kを、量子化ステップとして、量子化部４７に供給する。
一方、差分演算部４５は、ブロック取得部４１から供給されたADRCブロックを構成する８×８画素の画素値それぞれから、最小値検出部４２から供給された最小値MINを減算し、その減算値を画素値としたADRCブロックを、量子化部４７に供給する。
量子化部４７は、差分演算部４５から供給されたADRCブロックを構成する８×８画素の画素値（差分演算部４５で求められた減算値）それぞれを、DR検出部４４から供給された量子化ステップDR/２Kで除算すること（例えば、小数点以下切り捨て）により、割り当てビット数Ｋで表現される値に量子化（正規化）し、その量子化結果を、所定の順番で並べたビット列を、ADRCコードとして、バッファ４８に供給する。
バッファ４８は、ブロック取得部４１でメモリ１１から読み出されたADRCブロックについて、最小値検出部４２から供給された最小値MIN、ＤＲ検出部４４から供給されたダイナミックレンジDR、および量子化部４７から供給されたADRCコードを、所定の順番で記憶し、その最小値MIN、ダイナミックレンジDR、およびADRCコードを、ADRC符号化データとして、選択部１５（図２）に出力する。
図６は、図５の高エラー耐性エンコーダ１３がADRCブロックを符号化することにより得られるADRC符号化データのフォーマットを示している。
ADRC符号化データは、その先頭から、例えば、ADRCブロックについてのダイナミックレンジDR、最小値MIN、およびADRCコードが順次配置されて構成される。
なお、ADRC符号化データを構成するダイナミックレンジDRおよび最小値MINは、いずれも固定長であるが、ADRCコードは可変長である。即ち、ADRCコードは、ADRCブロックを構成する８×８画素の画素値それぞれを量子化ステップDR/２Kで除算することにより、割り当てビット数Ｋで表現される値に量子化（正規化）して得られる、各画素ごとの量子化結果を並べたビット列であるから、そのビット長は、Ｋ×８×８ビットとなる。従って、ADRCコードのビット長は、割り当てビットＫ数によって異なる。その結果、また、ADRCブロックのADRC符号化データ全体は可変長（いわば半可変長）になる。
次に、図７は、図２の評価判定部１４の構成例を示している。
高圧縮エンコーダ６１は、図３の高圧縮エンコーダ１２と同様に構成され、メモリ１１（図２）に記憶された画像データを、VQブロック単位で符号化し、その結果得られるVQ符号化データを、高圧縮デコーダ６２に供給する。高圧縮デコーダ６２は、高圧縮エンコーダ６１（高圧縮エンコーダ１２（図３））の符号化方式に対応する復号方式で、高圧縮エンコーダ６１から供給されたVQ符号化データを復号し、その結果得られるVQブロック（の復号結果）を、誤差計算部６３に供給する。
誤差計算部６３は、メモリ１１（図２）から、評価ブロックの画像データを読み出し、その評価ブロックに対応する、高圧縮デコーダ６２からの４つのVQブロックの復号画像データの、対応する評価ブロックの画像データに対する誤差（以下、適宜、VQ符号化誤差という）を求め、判定部６７に供給する。
ここで、評価ブロックの画像データに対する、その評価ブロックに対応する４つのVQブロックの復号画像データの誤差（VQ符号化誤差）としては、例えば、評価ブロックを構成する画素それぞれの画像データ（画素値）と、４つのVQブロックを構成する、対応する画素の復号画像データ（復号画素値）との２乗和等を採用することができる。
一方、高エラー耐性エンコーダ６４は、図５の高エラー耐性エンコーダ１３と同様に構成され、メモリ１１（図２）に記憶された画像データを、ADRCブロック単位で符号化し、その結果得られるADRC符号化データを、高エラー耐性デコーダ６５に供給する。高エラー耐性デコーダ６５は、高エラー耐性エンコーダ６４（高エラー耐性エンコーダ１３（図５））の符号化方式に対応する復号方式で、高エラー耐性エンコーダ６４から供給されたADRC符号化データを復号し、その結果得られるADRCブロック（の復号結果）を、誤差計算部６６に供給する。
誤差計算部６６は、メモリ１１（図２）から、誤差計算部６３における場合と同一の評価ブロックの画像データを読み出し、その評価ブロックに対応する、高エラー耐性デコーダ６５からの１つのADRCブロックの復号画像データの、対応する評価ブロックの画像データに対する誤差（以下、適宜、ADRC符号化誤差という）を求め、判定部６７に供給する。
ここで、評価ブロックの画像データに対する、その評価ブロックに対応する１つのADRCブロックの復号画像データの誤差（ADRC符号化誤差）としては、例えば、評価ブロックを構成する画素それぞれの画像データ（画素値）と、１つのADRCブロックを構成する、対応する画素の復号画像データ（復号画素値）との２乗和等を採用することができる。
判定部６７は、誤差計算部６３と６６からそれぞれ供給されるVQ符号化誤差とADRC符号化誤差を、評価ブロックの符号化に用いるべき符号化方式を判定するための評価値として、その評価値に基づき、評価ブロックの符号化に用いるべき符号化方式を判定する。即ち、判定部６７は、評価ブロックについて得られたVQ符号化誤差（評価ブロックに対応する４つのVQブロックの復号画像データの誤差）とADRC符号化誤差（評価ブロックに対応する１つのADRCブロックの復号画像データの誤差）とを比較する。そして、判定部６７は、VQ符号化誤差がADRC符号化誤差より小さい場合（または、以下の場合）、ベクトル量子化を、評価ブロックの符号化に用いるべきであると判定し、ADRC符号化誤差がVQ符号化誤差以下の場合（または、より小さい場合）、ADRCを、評価ブロックの符号化に用いるべきであると判定する。
判定部６７は、評価ブロックの符号化に用いるべき符号化方式の判定後、その判定結果にしたがい、選択部１５（図２）に対して、高圧縮エンコーダ１２による、評価ブロックに対応する４つのVQブロックの符号化結果であるVQ符号化データの選択、または高エラー耐性エンコーダ１３による、評価ブロックに対応する１つのADRCブロックの符号化結果であるADRC符号化データの選択を指示する選択信号を供給する。
即ち、判定部６７は、ベクトル量子化を評価ブロックの符号化に用いるべきであると判定した場合、高圧縮エンコーダ１２が出力する、その評価ブロックに対応する４つのVQブロックのVQ符号化データを選択することを指示する選択信号を、選択部１５に供給する。また、判定部６７は、ADRCを評価ブロックの符号化に用いるべきであると判定した場合、高エラー耐性エンコーダ１３が出力する、その評価ブロックに対応する１つのADRCブロックのADRC符号化データを選択することを指示する選択信号を、選択部１５に供給する。
なお、高圧縮エンコーダ６１は、図２の高圧縮エンコーダ１２によって兼用することが可能である。同様に、高エラー耐性エンコーダ６４も、図２の高エラー耐性エンコーダ１３によって兼用することが可能である。
次に、図８は、図７の高圧縮デコーダ６２の構成例を示している。
高圧縮エンコーダ６１（図７）が出力するVQ符号化データは、分離部８１に供給される。ここで、１つのVQブロックのVQ符号化データは、図４に示したように、そのVQブロックのダイナミックレンジDR、最小値MIN、およびVQコードから構成される。
分離部８１は、高圧縮エンコーダ６１からのVQ符号化データを、ダイナミックレンジDR、最小値MIN、およびVQコードに分離し、VQコードをベクトル逆量子化部８２に、ダイナミックレンジDRを逆正規化部８４に、最小値MINを加算部８５に、それぞれ供給する。
ベクトル逆量子化部８２は、コードブック記憶部８３に記憶されたコードブックを参照し、分離部８１からのVQコードをベクトル逆量子化する。即ち、コードブック記憶部８３は、図３のコードブック記憶部２８と同一のコードブックを記憶しており、ベクトル逆量子化部８２は、このコードブックに基づいて、分離部８１からのVQコードに対応する、VQブロックを構成する４×４画素と同一の数のコンポーネントを有するコードベクトル（セントロイドベクトル）を求める。さらに、ベクトル逆量子化部８２は、そのコードベクトルのコンポーネントを画素値とする４×４画素のVQブロックを、逆正規化部８４に供給する。
逆正規化部８４は、ベクトル逆量子化部８２から供給されたVQブロックを構成する４×４画素の画素値それぞれに対して、分離部８１から供給されたダイナミックレンジDRを乗算し、その乗算値それぞれを画素値とする４×４画素のVQブロックを、加算部８５に供給する。
加算部８５は、逆正規化部８４から供給されたVQブロックを構成する４×４画素の画素値それぞれに対して、分離部８１から供給された最小値MINを加算し、その加算値それぞれを画素値とする４×４画素のVQブロックを、１つのVQブロックのVQ符号化データの復号結果として出力する。
次に、図９は、図７の高エラー耐性デコーダ６５の構成例を示している。
高エラー耐性エンコーダ６４（図７）が出力するADRC符号化データは、分離部１０１に供給される。ここで、１つのADRCブロックのADRC符号化データは、図６に示したように、そのADRCブロックのダイナミックレンジDR、最小値MIN、およびADRCコードから構成される。
分離部１０１は、高エラー耐性エンコーダ６４からのADRC符号化データを、ダイナミックレンジDR、最小値MIN、およびADRCコードに分離し、ADRCコードを逆量子化部１０３に、ダイナミックレンジDRをビット数認識部１０２に、最小値MINを加算部１０４に、それぞれ供給する。
ビット数認識部１０２は、分離部１０１からのダイナミックレンジDRに応じて、ADRCブロックの各画素に対して割り当てられた割り当てビット数Ｋを認識する。即ち、ビット数認識部１０２は、図５のビット数決定部４６がダイナミックレンジDRに応じて画素に割り当てる割り当てビット数Ｋを認識しており、ビット数決定部４６が割り当てビット数Ｋを決定するのと同様にして、ダイナミックレンジDRに基づき、ADRCブロックの各画素に対して割り当てられた割り当てビット数Ｋを認識する。さらに、ビット数認識部１０２は、分離部１０１からのダイナミックレンジDRを２の割り当てビット数Ｋ乗（２K）で除算した除算値DR/２Kを、量子化ステップとして、逆量子化部１０３に供給する。
なお、割り当てビット数Ｋは、ダイナミックレンジDRを参照せずに、次のようにして求めることも可能である。即ち、図６に示した１つのADRCブロックのADRC符号化データのADRCコードのビット長は、上述したように、Ｋ×８×８ビットである。従って、割り当てビット数Ｋは、ダイナミックレンジDRを参照しなくても、ADRCコードのビット長を、ADRCブロックを構成する８×８画素で除算することにより求めることが可能である。
逆量子化部１０３は、分離部１０１からのADRCコードを、ビット数認識部１０２から供給される量子化ステップDR/２Kにしたがって逆量子化する。即ち、ADRCコードは、ADRCブロックを構成する８×８画素の画素値それぞれの、量子化ステップDR/２Kによる量子化結果であるから、その８×８画素それぞれの量子化値が含まれる。逆量子化部１０３は、ADRCコードに含まれる８×８画素それぞれの量子化値それぞれに、量子化ステップDR/２Kを乗算し、その乗算値を画素値とする８×８画素のADRCブロックを、加算部１０４に供給する。
加算部１０４は、逆量子化部１０３から供給されたADRCブロックを構成する８×８画素の画素値それぞれに対して、分離部１０１から供給された最小値MINを加算し、その加算値それぞれを画素値とする８×８画素のADRCブロックを、１つのADRCブロックのADRC符号化データの復号結果として出力する。
次に、図１０のフローチャートを参照して、図２の符号化装置１の処理について説明する。
メモリ１１には、画像データが供給され、メモリ１１は、その画像データを、１フレーム単位で記憶する。
そして、評価判定部１４は、メモリ１１に記憶された１フレーム単位の画像データを、評価ブロックに分割し、例えば、ラスタスキャン順に、注目ブロックとする。
そして、ステップＳ１において、高圧縮エンコーダ１２、高エラー耐性エンコーダ１３、および評価値判定部１４は、注目ブロックを対象に処理を行う。即ち、ステップＳ１では、ステップＳ１−１，Ｓ１−２、およびＳ１−３の処理が行われる。
ステップＳ１−１では、高圧縮エンコーダ１２が、注目ブロックに対応する４つのVQブロックを符号化し、その結果得られるVQ符号化データを、選択部１５に出力する。また、ステップＳ１−２では、高エラー耐性エンコーダ１３が、注目ブロックに対応する１つのADRCブロックを符号化し、その結果得られるADRC符号化データを、選択部１５に出力する。さらに、ステップＳ１−３では、評価判定部１４が、注目ブロックの符号化に用いるべき符号化方式を判定するための評価値を求める。
その後、ステップＳ１からＳ２に進み、評価判定部１４は、ステップＳ１−３で求めた評価値に基づき、注目ブロックの符号化に用いるべき符号化方式を判定し、その判定結果に基づき、VQ符号化データまたはADRC符号化データを選択すべきことを表す選択信号を、選択部１５に供給して、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、選択部１５は、評価判定部１４からの選択信号にしたがい、注目ブロックについて、高圧縮エンコーダ１２が出力するVQ符号化データ、または高エラー耐性エンコーダ１３が出力するADRC符号化データのうちの一方を選択し、注目ブロックの符号化結果として出力して、ステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、評価判定部１４は、メモリ１１に、符号化すべき画像データが、まだ記憶されているかどうかを判定する。ステップＳ４において、メモリ１１に、符号化すべき画像データが、まだ記憶されていると判定された場合、評価判定部１４は、ラスタスキャン順で、次の評価ブロックを、新たに注目ブロックとして、ステップＳ１に戻り、以下、同様の処理を繰り返す。
また、ステップＳ４において、メモリ１１に、符号化すべき画像データが記憶されていないと判定された場合、処理を終了する。
以上のように、評価ブロックの画像データの評価結果に基づいて、その画像データの符号化に用いるべき符号化方式が、高圧縮の符号化方式であるか、または高エラー耐性の符号化方式であるかを判定して、その符号化方式による符号化結果を、画像データの最終的な符号化結果として採用するようにしたので、高画質かつ高エラー耐性の符号化を実現することができる。即ち、高エラー耐性の符号化方式であるADRCによる符号化の高エラー耐性を維持しながら、ADRCによる符号化のみの場合よりも、高圧縮率を実現することができる。
ここで、図１１は、図２の符号化装置１による１フレームの画像データの符号化の様子を示している。
図１１において、太線で囲んだ正方形状のブロックは、８×８画素の評価ブロックを示している。
評価ブロックの画像データが、ベクトル量子化により符号化される場合、評価ブロックに対応する（含まれる）４つの４×４画素のVQブロックが、ベクトル量子化により符号化される。また、評価ブロックの画像データが、ADRCにより符号化される場合、評価ブロックに対応する（含まれる）１つの８×８画素のADRCブロックが、ベクトル量子化により符号化される。
次に、図１２は、図２の評価判定部１４の他の構成例を示している。
図７の評価判定部１４は、ベクトル量子化とADRCそれぞれによる符号化結果を復号し、その復号結果の誤差が少ない方の符号化方式による評価ブロックの符号化結果を、最終的な符号化結果として採用することとしたが、図１２の評価判定部１４では、評価ブロックのダイナミックレンジDRを評価値として算出し、その評価値に基づき、評価ブロックの符号化に用いるべき符号化方式を判定するようになっている。
ブロック取得部１１１は、メモリ１１から、評価ブロック（の画像データ）を読み出し、最小値検出部１１２および最大値検出部１１３に供給する。
最小値検出部１１２は、ブロック取得部１１１から供給された評価ブロックを構成する８×８画素の画素値のうちの最小値MINを検出し、ＤＲ検出部１１４に供給する。
同時に、最大値検出部１１３は、ブロック取得部１１１から供給された評価ブロックを構成する８×８画素の画素値のうちの最大値MAXを検出し、ＤＲ検出部１１４に供給する。
ＤＲ検出部１１４は、最大値検出部１１３から供給される最大値MAXから、最小値検出部１１２から供給される最小値MINを減算し、その減算値を、ブロック取得部１１１が出力した評価ブロックのダイナミックレンジDRとして、ＤＲ判定部１１５に供給する。
ＤＲ判定部１１５は、評価ブロックのダイナミックレンジDRを、評価ブロックの符号化に用いるべき符号化方式を判定するための評価値として、その評価値に基づき、評価ブロックの符号化に用いるべき符号化方式を判定する。即ち、判定部１１５は、評価ブロックの評価値としてのダイナミックレンジDRを、閾値設定部１１６で設定された閾値と比較する。そして、ＤＲ判定部１１５は、ダイナミックレンジDRが閾値より小さい場合（以下の場合）、ベクトル量子化を、評価ブロックの符号化に用いるべきであると判定し、ダイナミックレンジDRが閾値以上の場合（より大きい場合）、ADRCを、評価ブロックの符号化に用いるべきであると判定する。
ＤＲ判定部１１５は、評価ブロックの符号化に用いるべき符号化方式の判定後、その判定結果にしたがい、選択部１５（図２）に対して、高圧縮エンコーダ１２による、評価ブロックに対応する４つのVQブロックの符号化結果であるVQ符号化データの選択、または高エラー耐性エンコーダ１３による、評価ブロックに対応する１つのADRCブロックの符号化結果であるADRC符号化データの選択を指示する選択信号を供給する。
即ち、ＤＲ判定部１１５は、ベクトル量子化を評価ブロックの符号化に用いるべきであると判定した場合、高圧縮エンコーダ１２が出力する、その評価ブロックに対応する４つのVQブロックのVQ符号化データを選択することを指示する選択信号を、選択部１５に供給する。また、ＤＲ判定部１１５は、ADRCを評価ブロックの符号化に用いるべきであると判定した場合、高エラー耐性エンコーダ１３が出力する、その評価ブロックに対応する１つのADRCブロックのADRC符号化データを選択することを指示する選択信号を、選択部１５に供給する。
ここで、図１２において、閾値設定部１１６は、例えば、ユーザの操作等に応じて、閾値を設定することができる。
閾値設定部１１６において、閾値を大とした場合、ADRCによる符号化に比較して、ベクトル量子化による符号化が採用されやすくなり、その結果、エラー耐性は劣化するが、圧縮率を向上させることができる。一方、閾値設定部１１６において、閾値を小とした場合、ベクトル量子化による符号化に比較して、ADRCによる符号化が採用されやすくなり、その結果、圧縮率は劣化するが、エラー耐性、ひいては復号画像の画質を向上させることができる。
次に、図１３は、図２の復号装置２の構成例を示している。
符号化データは、符号化方式判定部１２１に供給される。符号化方式判定部１２１は、そこに供給される符号化データが、高圧縮の符号化方式であるベクトル量子化、または高エラー耐性の符号化方式であるADRCのうちのいずれの符号化方式で符号化されたものであるかを判定する。さらに、符号化方式判定部１２１は、そこに供給される符号化データが、ベクトル量子化により符号化されたVQ符号化データであると判定した場合、そのVQ符号化データを、高圧縮デコーダ１２２に供給する。また、符号化方式判定部１２１は、そこに供給される符号化データが、ADRCにより符号化されたADRC符号化データであると判定した場合、そのADRC符号化データを、高エラー耐性デコーダ１２３に供給する。
高圧縮デコーダ１２２は、高圧縮エンコーダ１２（図２）の符号化方式に対応する復号方式で、符号化方式判定部１２１から供給されたVQ符号化データを復号し、その結果得られるVQブロックの復号結果を、合成部１２４に供給する。
高エラー耐性デコーダ１２３は、高エラー耐性エンコーダ１３（図２）の符号化方式に対応する復号方式で、符号化方式判定部１２１から供給されたADRC符号化データを復号し、その結果得られるADRCブロックの復号結果を、合成部１２４に供給する。
合成部１２４は、高圧縮デコーダ１２２からのVQブロックの復号結果と、高エラー耐性デコーダ１２３からのADRCブロックの復号結果とから、１フレーム単位の復号画像データを構成して出力する。
次に、図１４は、図１３の高圧縮デコーダ１２２の構成例を示している。
高圧縮デコーダ１２２は、図８に示した高圧縮デコーダ６２を構成する分離部８１、ベクトル逆量子化部８２、コードブック記憶部８３、逆正規化部８４、加算部８５とそれぞれ同様の分離部１４１、ベクトル逆量子化部１４２、コードブック記憶部１４３、逆正規化部１４４、加算部１４５から構成されるため、その説明は省略する。
次に、図１５は、図１３の高エラー耐性デコーダ１２３の構成例を示している。
高エラー耐性デコーダ１２３は、図９に示した高エラー耐性デコーダ６５を構成する分離部１０１、ビット数認識部１０２、逆量子化部１０３、加算部１０４とそれぞれ同様の分離部１５１、ビット数認識部１５２、逆量子化部１５３、加算部１５４から構成されるため、その説明は省略する。
次に、図１６のフローチャートを参照して、図１３の復号装置２の処理について説明する。
符号化方式判定部１２１は、符号化データが供給されると、ステップＳ２１において、その符号化データの符号化方式、即ち、その符号化データが、VQ符号化データまたはADRC符号化データのうちのいずれであるかを判定する。
ステップＳ２１において、符号化データがVQ符号化データであると判定された場合、ステップＳ２２に進み、符号化方式判定部１２１は、そのVQ符号化データを、高圧縮デコーダ１２２に出力し、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、高圧縮デコーダ１２２は、符号化方式判定部１２１からのVQ符号化データを復号し、その結果得られるVQブロックの復号結果を、合成部１２４に供給して、ステップＳ２６に進む。
一方、ステップＳ２１において、符号化データがADRC符号化データであると判定された場合、ステップＳ２４に進み、符号化方式判定部１２１は、そのADRC符号化データを、高エラー耐性デコーダ１２３に出力し、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、高エラー耐性デコーダ１２３は、符号化方式判定部１２１からのADRC符号化データを復号し、その結果得られるADRCブロックの復号結果を、合成部１２４に供給して、ステップＳ２６に進む。
ステップＳ２６では、符号化方式判定部１２１が、復号すべき符号化データが、まだあるかどうかを判定する。ステップＳ２６において、復号すべき符号化データがあると判定された場合、ステップＳ２１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
また、ステップＳ２６において、復号すべき符号化データがないと判定された場合、処理を終了する。
なお、合成部１２４は、図示せぬメモリを内蔵しており、そのメモリに、高圧縮デコーダ１２２から出力されるVQブロックの復号結果と、高エラー耐性デコーダ１２３から出力されるADRCブロックの復号結果を記憶させる。そして、合成部１２４は、メモリに、VQブロックとADRCブロックの復号結果を記憶させることによって、１フレーム単位の復号画像データを構成して出力する。
以上のように、復号装置２では、符号化データの符号化方式を判定するようにしたので、ベクトル量子化により得られるVQ符号化データと、ADRCにより得られるADRC符号化データとが混在する符号化データを復号し、高画質の復号画像を得ることができる。
なお、符号化データが、VQ符号化データまたはADRC符号化データのうちのいずれであるかは、例えば、VQ符号化データとADRC符号化データのそれぞれに、それらを識別するフラグを付すようにして、そのフラグに基づいて判定するようにすることが可能である。符号化データが、VQ符号化データまたはADRC符号化データのうちのいずれであるかは、その他、そのようなフラグを用いない任意の方法を採用することが可能である。
次に、上述した一連の処理は、ハードウェアにより行うこともできるし、ソフトウェアにより行うこともできる。一連の処理をソフトウェアによって行う場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、汎用のコンピュータ等にインストールされる。
そこで、図１７は、上述した一連の処理を実行するプログラムがインストールされるコンピュータの一実施の形態の構成例を示している。
プログラムは、コンピュータに内蔵されている記録媒体としてのハードディスク２０５やＲＯＭ２０３に予め記録しておくことができる。
あるいはまた、プログラムは、フレキシブルディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)，MO(Magneto Optical)ディスク，DVD(Digital Versatile Disc)、磁気ディスク、半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体２１１に、一時的あるいは永続的に格納（記録）しておくことができる。このようなリムーバブル記録媒体２１１は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することができる。
なお、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体２１１からコンピュータにインストールする他、ダウンロードサイトから、ディジタル衛星放送用の人工衛星を介して、コンピュータに無線で転送したり、LAN(Local Area Network)、インターネットといったネットワークを介して、コンピュータに有線で転送し、コンピュータでは、そのようにして転送されてくるプログラムを、通信部２０８で受信し、内蔵するハードディスク２０５にインストールすることができる。
コンピュータは、CPU(Central Processing Unit)２０２を内蔵している。CPU２０２には、バス２０１を介して、入出力インタフェース２１０が接続されており、CPU２０２は、入出力インタフェース２１０を介して、ユーザによって、キーボードや、マウス、マイク等で構成される入力部２０７が操作等されることにより指令が入力されると、それにしたがって、ROM(Read Only Memory)２０３に格納されているプログラムを実行する。あるいは、また、CPU２０２は、ハードディスク２０５に格納されているプログラム、衛星若しくはネットワークから転送され、通信部２０８で受信されてハードディスク２０５にインストールされたプログラム、またはドライブ２０９に装着されたリムーバブル記録媒体２１１から読み出されてハードディスク２０５にインストールされたプログラムを、RAM(Random Access Memory)２０４にロードして実行する。これにより、CPU２０２は、上述したフローチャートにしたがった処理、あるいは上述したブロック図の構成により行われる処理を行う。そして、CPU２０２は、その処理結果を、必要に応じて、例えば、入出力インタフェース２１０を介して、LCD(Liquid Crystal Display)やスピーカ等で構成される出力部２０６から出力、あるいは、通信部２０８から送信、さらには、ハードディスク２０５に記録等させる。
ここで、本明細書において、コンピュータに各種の処理を行わせるためのプログラムを記述する処理ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。
また、プログラムは、１のコンピュータにより処理されるものであっても良いし、複数のコンピュータによって分散処理されるものであっても良い。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであっても良い。
なお、図１の画像処理システムは、動画および静止画のいずれも処理することが可能である。
また、本実施の形態では、画像データの符号化と復号を行うようにしたが、本発明は、その他、例えば、音声データの符号化と復号に適用することが可能である。この場合、高音質の音声の復号結果を得ることができる。
さらに、本実施の形態では、高圧縮の符号化方式としてベクトル量子化を採用するとともに、高エラー耐性の符号化方式としてADRCを採用することとしたが、高圧縮の符号化方式は、ベクトル量子化に限定されるものではなく、高エラー耐性の符号化方式も、ADRCに限定されるものではない。
また、本実施の形態では、ADRCの際、ADRCブロックの各画素値から、その最小値MINを減算するようにしたが、ADRCブロックの各画素値から減算する値としては、最小値MINの他、例えば、ADRCブロックの画素値の平均値、その他の任意の値を採用することが可能である。
さらに、本実施の形態では、ADRCの際、ADRCブロックの各画素値を、そのダイナミックレンジDRに対応した値であるDR/２Kで正規化（量子化）するようにしたが、ADRCブロックの各画素値の正規化は、その他、例えば、ADRCブロックの最大値MAXに対応した値であるMAX/２Kなどの値によって行うことが可能である。
ベクトル量子化の際にVQブロックの各画素値から減算する値や、その正規化に用いる値についても同様である。
１ 符号化装置， ２ 復号装置， ３ 記録媒体， ４ 伝送媒体， １１ メモリ， １２ 高圧縮エンコーダ， １３ 高エラー耐性エンコーダ， １４ 評価判定部， １５ 選択部， ２１ ブロック取得部， ２２ 最小値検出部， ２３ 最大値検出部， ２４ ＤＲ検出部， ２５ 差分演算部， ２６ 正規化部， ２７ ベクトル量子化部， ２８ コードブック記憶部， ２９ バッファ， ４１ ブロック取得部， ４２ 最小値検出部， ４３ 最大値検出部， ４４ ＤＲ検出部， ４５ 差分演算部， ４６ ビット数決定部， ４７ 量子化部， ４８ バッファ， ６１ 高圧縮エンコーダ， ６２ 高圧縮デコーダ， ６３ 誤差計算部， ６４ 高エラー耐性エンコーダ， ６５ 高エラー耐性デコーダ， ６６ 誤差計算部， ６７ 判定部， ８１ 分離部， ８２ ベクトル逆量子化部， ８３ コードブック記憶部， ８４ 逆正規化部， ８５ 加算部， １０１ 分離部， １０２ ビット数認識部， １０３ 逆量子化部， １０４ 加算部， １１１ ブロック取得部， １１２ 最小値検出部， １１３ 最大値検出部， １１４ ＤＲ検出部， １１５ ＤＲ判定部， １１６ 閾値設定部， １２１ 符号化方式判定部， １２２ 高圧縮デコーダ， １２３ 高エラー耐性デコーダ， １２４ 合成部， １４１ 分離部， １４２ ベクトル逆量子化部， １４３ コードブック記憶部， １４４ 逆正規化部， １４５ 加算部， １５１ 分離部， １５２ ビット数認識部， １５３ 逆量子化部， １５４ 加算部， ２０１ バス， ２０２ CPU， ２０３ ROM， ２０４ RAM， ２０５ ハードディスク， ２０６ 出力部， ２０７ 入力部， ２０８ 通信部， ２０９ ドライブ， ２１０ 入出力インタフェース， ２１１ リムーバブル記録媒体
Claims (5)
- 所定の単位のデータを符号化データに符号化する符号化装置において、
前記データをベクトル量子化により符号化し、その結果得られるVQ符号化データを出力する第１の符号化手段と、
前記データをADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)により符号化し、その結果得られるADRC符号化データを出力する第２の符号化手段と、
前記データのダイナミックレンジの値を求める算出手段と、
前記ダイナミックレンジの値と所定の閾値を比較し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より大きい場合には、前記ADRC符号化データを、前記データの符号化データとして選択し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より小さい場合には、前記VQ符号化データを、前記データの符号化データとして選択する選択手段と
を備える符号化装置。 - 前記所定の閾値を、指定された値に設定する閾値設定手段をさらに備える
請求項１に記載の符号化装置。 - 所定の単位のデータを符号化データに符号化する符号化装置の符号化方法において、
前記符号化装置が、
前記データをベクトル量子化により符号化し、その結果得られるVQ符号化データを出力し、
前記データをADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)により符号化し、その結果得られるADRC符号化データを出力し、
前記データのダイナミックレンジの値を求め、
前記ダイナミックレンジの値と所定の閾値を比較し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より大きい場合には、前記ADRC符号化データを、前記データの符号化データとして選択し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より小さい場合には、前記VQ符号化データを、前記データの符号化データとして選択する
ステップを含む符号化方法。 - 所定の単位のデータを符号化データに符号化する符号化装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムにおいて、
前記データをベクトル量子化により符号化し、その結果得られるVQ符号化データを出力する第１の符号化手段と、
前記データをADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)により符号化し、その結果得られるADRC符号化データを出力する第２の符号化手段と、
前記データのダイナミックレンジの値を求める算出手段と、
前記ダイナミックレンジの値と所定の閾値を比較し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より大きい場合には、前記ADRC符号化データを、前記データの符号化データとして選択し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より小さい場合には、前記VQ符号化データを、前記データの符号化データとして選択する選択手段と
して、コンピュータを機能させるためのプログラム。 - 所定の単位のデータを符号化データに符号化する符号化装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムが記録されている記録媒体において、
前記データをベクトル量子化により符号化し、その結果得られるVQ符号化データを出力する第１の符号化手段と、
前記データをADRC(Adaptive Dynamic Range Coding)により符号化し、その結果得られるADRC符号化データを出力する第２の符号化手段と、
前記データのダイナミックレンジの値を求める算出手段と、
前記ダイナミックレンジの値と所定の閾値を比較し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より大きい場合には、前記ADRC符号化データを、前記データの符号化データとして選択し、前記ダイナミックレンジの値が前記閾値より小さい場合には、前記VQ符号化データを、前記データの符号化データとして選択する選択手段と
して、コンピュータを機能させるためのプログラムが記録されている記録媒体。
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