JP4626644B2 - 符号化装置、符号化方法、プログラム、及び、撮像装置 - Google Patents

符号化装置、符号化方法、プログラム、及び、撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、画像データを所定の画素数で分割したマクロブロック毎に符号化する符号化装置、符号化方法、プログラム、及び、撮像装置に関するものである。
人間を被写体として撮像した画像データにおいては、顔などの肌色の領域が映像を見るときに注目する領域となる。このため、画像データにおいては、顔などの肌色について画質を向上させることにより、効果的に主観画質を向上させることができる。
このような主観画質の向上を実現するため、従来、符号化装置では一般に肌色検出を行い、肌色として検出されたマクロブロックに発生ビット量をより多く割り当てることにより、画質を向上させていた。
しかし、画面の多くの領域で肌色が検出された場合、肌色検出されたマクロブロックにより多くの発生ビット量を割り当てることで、肌色として検出されなかったマクロブロックに対して、十分な発生ビット量を割り振れない状況が発生してしまう。このような状況では、肌色検出されなかったマクロブロックに割り振ることのできる発生ビット量が不足してしまうため、画質劣化を招き、肌色の画質を向上させたとしても、全体の画質が劣化してしまった。
そこで、特許文献1では、画面全体のマクロブロックのうち、肌色検出されたマクロブロックがある所定の個数よりも大きくなった場合は、肌色検出したマクロブロックにより多くの発生ビット量を割り当てることをしないで、全体の画質を保持する方法が提案されている。
特開2005―80151号公報
上述した特許文献1に記載の符号化装置では、連続するフレーム間において、肌色などの所定の色が検出されたマクロブロックの個数が、上述した所定の個数の前後で推移したとき、この検出したマクロブロックに多くの発生ビット量を割り当てたり、割り当てなかったりすることが繰り返されることとなる。
したがって、この符号化装置では、所定の色が検出された領域が連続するフレーム間できれいになったり、そうでなくなったりと、時間軸方向に画質がばらつき主観画質劣化を招くことになってしまった。
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、時間軸方向に画質がばらつく頻度を抑えつつ、所定の色が検出されたマクロブロックにより多くの発生ビット量を割り当てることによって主観画質の向上を実現する符号化装置、符号化方法、プログラム、及び、撮像装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するための手段として、本発明に係る符号化装置は、画像データを、画像データを所定の画素数で分割したマクロブロック毎に量子化する量子化手段と、画像データから、所定の色の画素が含まれているマクロブロックを検出する検出手段と、量子化手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、画像データのピクチャ内における画面の中央部と、検出手段により検出されたマクロブロックの画像位置との間の距離を算出する距離算出手段と、検出手段により検出されたマクロブロックに対し、距離算出手段により算出された距離が短くなるのに伴って量子化スケールが小さくなり、該距離が長くなるのに伴って、該検出手段で検出されなかったマクロブロックと同様の量子化スケールとなるように、量子化手段を制御する制御手段とを備える。
また、本発明に係る符号化方法は、画像データを所定の画素数で分割したマクロブロックから、所定の色の画素が含まれているマクロブロックを検出する検出ステップと、画像データのピクチャ内における画面の中央部と、検出ステップにより検出されたマクロブロックの画像位置との間の距離を算出する距離算出ステップと、検出ステップにより検出されたマクロブロックに対し、距離算出ステップにより算出された距離が短くなるのに伴って量子化スケールが小さくなり、該距離が長くなるのに伴って、該検出ステップで検出されなかったマクロブロックと同様の量子化スケールとなるように、画像データの量子化を制御する制御ステップとを有する。
また、本発明に係るプログラムは、画像データを所定の画素数で分割したマクロブロックから、所定の色の画素が含まれているマクロブロックを検出する検出ステップと、画像データのピクチャ内における画面の中央部と、検出ステップにより検出されたマクロブロックの画像位置との間の距離を算出する距離算出ステップと、検出ステップにより検出されたマクロブロックに対し、距離算出ステップにより算出された距離が短くなるのに伴って量子化スケールが小さくなり、該距離が長くなるのに伴って、該検出ステップで検出されなかったマクロブロックと同様の量子化スケールとなるように、画像データの量子化を制御する制御ステップとを有する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
また、本発明に係る撮像装置は、画像データを撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された画像データを、画像データを所定の画素数で分割したマクロブロック毎に量子化する量子化手段と、画像データから、所定の色の画素が含まれているマクロブロックを検出する検出手段と画像データのピクチャ内における所定の画像位置と、検出手段により検出されたマクロブロックの画像位置との間の距離を算出する距離算出手段と、検出手段により検出されたマクロブロックに対し、距離算出手段により算出された距離が短くなるのに伴って量子化スケールが小さくなり、該距離が長くなるのに伴って、該検出手段で検出されなかったマクロブロックと同様の量子化スケールとなるように、量子化手段を制御する制御手段とを備える
本発明は、所定の色の画素が含まれていることが検出されたマクロブロックに対し、画面の中央部と距離が短くなるのに伴って量子化スケールが小さくなり、この距離が長くなるのに伴って、所定の色の画素が含まれていることが検出されなかったマクロブロックと同様の量子化スケールとなるように、画像データの量子化を制御する。このため、本発明は、仮に画面全体で所定の色が含まれるマクロブロックが多く存在しても、所定の色が含まれているマクロブロックに対し、画面の中央部から離れるのに伴って、所定の色が含まれていないマクロブロックと同様の量子化スケールとなるようにして、発生ビット量をより多く割り当てないため、時間軸方向に画質がばらつく頻度を抑えつつ、主観画質を向上することができる。
さらに、本発明は、各マクロブロックが所定の画像領域内に位置するか否かを判断して、所定の画像領域内に位置するマクロブロックのうち、所定の色の画素が含まれているマクロブロックを検出することにより、所定領域の境界部分での画質の差を抑えながら、時間軸方向に画質がばらつく頻度をより抑えつつ、主観画質を向上することができる。
本発明が適用された符号化装置は、画像データを所定の画素数で分割したマクロブロック毎に符号化する画像処理装置である。以下に説明する実施形態においては、この画像処理装置を組み込んだ撮像装置、具体的には、図1に示すような、撮像装置51を用いて説明する。
撮像装置51は、図1に示すように、カメラ部61、カメラDSP(Digital Signal Processor)62、SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)23、媒体インタフェース(以下、媒体I/Fと称する)64、制御部65、操作部66、LCD(Liquid Crystal Display)コントローラ67、LCD68、および、外部インタフェース(以下、外部I/Fと称する)69を備え、媒体I/F64には、記録媒体70が着脱可能とされている。
記録媒体70は、半導体メモリが用いられている、いわゆるメモリカード、情報を記録再生可能なDVD(Digital Versatile Disk)等の光記録媒体、または、磁気ディスクなどである。
カメラ部61は、光学ブロック71、CCD(Charge Coupled Device)72、前処理部73、光学ブロック用のドライバ74、CCD用のドライバ75、および、タイミング生成回路76を備えたものである。ここで、光学ブロック71は、レンズ、フォーカス機構、シャッター機構、絞り(アイリス)機構などを備え、CCD72に入射する光を制御するものである。
光学ブロック用のドライバ74は、画像の撮影時において、制御部65からの制御に基づいて、光学ブロック71を動作させるための駆動信号を生成し、これを光学ブロック71に供給する。光学ブロック71は、ドライバ74からの駆動信号に基づいて、フォーカス機構、シャッター機構、絞り機構を駆動し、被写体の画像を取り込んで、これをCCD72に供給する。
タイミング生成回路76は、制御部65からの制御に応じて、所定のタイミングを示すタイミング信号を生成して、CCD72およびこのCCD72を駆動させるドライバ75に供給する。また、ドライバ75は、タイミング生成回路76からのタイミング信号に基づいて、CCD72に供給する駆動信号を生成して、CCD72に供給する。
CCD72は、光学ブロック71から供給される光(すなわち、画像)を光電変換して出力するものであり、CCD用のドライバ75からの駆動信号に応じて動作し、光学ブロック71からの被写体の画像を取り込むとともに、制御部65によって制御されるタイミング生成回路76からのタイミング信号に基づいて、取り込んだ被写体の画像(画像情報)を電気信号として前処理部73に供給する。
前処理部73は、供給された電気信号の画像情報に対して、CDS(Correlated Double Sampling)処理を行って、S/N(Signal/Noise)比を良好に保つようにするとともに、AGC(Automatic Gain Control)処理を行って、利得を制御し、そして、A/D(Analog/Digital)変換を行って、デジタル信号とされた画像データに変換して、カメラDSP62に供給する。
また、制御部65は、CPU(Central Processing Unit)94、RAM(Random Access Memory)95、フラッシュROM(Read Only Memory)96、及び、タイマ97が、システムバス98を介して接続されて構成されたマイクロコンピュータであり、撮像装置51の各部を制御する。
ここで、RAM95は、処理の途中結果を一時記憶するなど、主に作業領域として用いられるものである。また、フラッシュROM96は、CPU94において実行する種々のプログラムや、処理に必要なデータなどが記憶されたものである。また、タイマ97は、現在年月日、現在曜日、現在時刻を提供することができるとともに、撮影日時などを提供するなどができるものである。
カメラDSP62は、前処理部73から供給された画像データに対して、AF/AE/AWB処理部91により、AF(Auto Focus)、AE(Auto Exposure)、および、AWB(Auto White Balance)などのカメラ信号処理を施す。圧縮/解凍部93は、供給された信号処理済の信号に対し、SDRAMコントローラ92を介して接続されたSDRAM63をメインメモリとして、後述する符号化部100により所定の符号化方式でデータ圧縮を施し、システムバス98を介して、媒体I/F64に装着された記録媒体70に供給されて記録される。
また、タッチパネルやコントロールキーなどからなる操作部66を介して受け付けられたユーザからの操作入力に応じて、記録媒体70に記録された画像データのうち、ユーザが所望する画像データが読み出されて、媒体I/F64およびシステムバス98を介して、カメラDSP62に供給される。
カメラDSP62は、記録媒体70から読み出され、媒体I/F64を介して供給されたデータ圧縮されている画像データについて、圧縮/解凍部93により、その圧縮されたデータの解凍処理(伸張処理)を行い、解凍後の画像データを、システムバス98を介して、LCDコントローラ67に供給する。LCDコントローラ67は、供給された画像データからLCD68に供給する画像信号を生成し、LCD68に供給して表示させる。これにより、記録媒体70に記録されている画像データに応じた画像が、LCD68の表示画面に表示される。
なお、画像の表示の形態は、例えば、フラッシュROM96に記録された表示処理プログラムに基づいて実行される。
また、撮像装置51には、外部I/F69が設けられている。撮像装置51は、外部I/F69を介して、例えば、外部の図示しないコンピュータと接続されて、コンピュータから画像データの供給を受けて、媒体I/F64に装着された記録媒体70に記録したり、また、媒体I/F64に装着された記録媒体70に記録されている画像データを、外部のンピュータ等に供給する。
また、撮像装置51は、外部I/F69に通信モジュールを接続することにより、例えば、インターネットなどのネットワークに接続して、ネットワークを介して種々の画像データやその他の情報を取得し、媒体I/F64に装着された記録媒体70に記録したり、また、媒体I/F64に装着された記録媒体70に記録されている画像データを、ネットワークを介して目的とする相手先に送信する。
また、外部のコンピュータやネットワークを介して取得され、媒体I/F64に装着された記録媒体70に記録された画像データなどの情報についても、上述した場合と同様にして、LCD68に表示してユーザが参照可能なようにすることができる。
なお、外部I/F69は、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)1394、USB(Universal Serial Bus)などの有線用インタフェースとして設けることも可能であるし、光や電波による無線インタフェースとして設けることも可能である。すなわち、外部I/F69は、有線、無線のいずれのインタフェースであってもよい。
このように、撮像装置51は、被写体の画像を撮影して、媒体I/F64に装着された記録媒体70に記録することができるとともに、記録媒体70に記録された画像データを読み出して、これを再生し、利用することができるものである。また、撮像装置51は、外部のパーソナルコンピュータやネットワークを介して、画像データの提供を受けて、記録媒体70に記録したり、また、記録媒体70に記録された画像データを読み出して再生するものである。
以上のような構成を有する撮像装置51において、以下では、本発明が適用された符号化装置の一例として、上述した圧縮/解凍部93に含まれ、圧縮処理(符号化処理)を実行する図2に示すような符号化部100の構成とその動作に注目して説明する。
符号化部100は、通常の画像データを符号化する符号化処理系として、画面並べ替え部101、フレームメモリ102、演算器103、切換部104、周波数変換部105、量子化部106、逆量子化部107、周波数逆変換部108、演算器109、ループフィルタ110、フレームメモリ111、動き補償部112、切換部113、フレームメモリ114、115、動き検出部116、エントロピー符号化部117、及び、バッファ118を備える。
また、符号化部100は、上述した符号化処理系の主に量子化部106の動作を制御する制御系として、視覚パラメータ検出部119、フレームメモリ120、肌色検出部121、フレームメモリ122、及び、制御部123とを備える。
画面並べ替え部101は、例えばGOP(Group of Picture)構造にしたがって、入力された映像信号を表示順から符号化順にピクチャの順序を並べ替える。そして、画面並べ替え部101は、符号化順に並べ替えたピクチャを、フレームメモリ102、フレームメモリ115、動き検出部116、視覚パラメータ検出部119、及び、肌色検出部121に供給する。
フレームメモリ102は、画面並べ替え部101から供給されたピクチャを、後述する視覚パラメータ検出部119及び肌色検出部121が行う1ピクチャ分の処理時間分遅延させた後、演算器103、及び、切換部104の端子b1に出力する。
動き検出部116は、画像データを所定の画素数で分割したマクロブロックの動きベクトルを、画面並べ替え部101から供給されたマクロブロック単位の画像データ、及び、フレームメモリ115に記憶されている参照画像データを基に算出し、動きベクトルデータとして、フレームメモリ114に供給して、1ピクチャ遅延させた後、動き補償部112に供給する。
符号化部100において、フレーム内符号化を行うマクロブロックがフレームメモリ102から出力されたとき、切換部104は、端子b1と端子c1とを接続する。すなわち、符号化部100では、フレーム内符号化を行うマクロブロックを、演算器103に供給することなく、周波数変換部105に直接供給する。
周波数変換部105は、切換部104を介して供給されたマクロブロックに対して直交変換処理を行い、直交変換係数データを量子化部106に供給する。
量子化部106は、後述する制御部123から供給される量子化値に基づいて、周波数変換部105から供給された直交変換係数データに対して量子化処理を行い、量子化された直交変換係数データをエントロピー符号化部117と逆量子化部107とに供給する。ここで、量子化部106は、制御部123から供給される量子化値に応じて、量子化処理における量子化ステップサイズを調整することにより、発生する発生ビット量を制御している。
逆量子化部107は、量子化部106から供給される量子化された直交変換係数データを、量子化部106と同じ量子化ステップサイズにより逆量子化処理を行い、逆量子化された直交変換係数データを周波数逆変換部108に供給する。
周波数逆変換部108は、逆量子化部107から供給される直交変換係数データに逆直交変換処理を行い、生成した画像データを演算器109に供給する。ここで、符号化部100では、フレーム内符号化を行うマクロブロックを処理しているとき、切換部113において端子b2と端子c2とが接続されるようになされているので、演算器109に供給された画像データがそのまま参照画像データとしてループフィルタ110を介してフレームメモリ111に記憶される。
一方、符号化部100において、順方向予測モード、又は、双方向予測モードによりフレーム間予測符号化されるマクロブロックがフレームメモリ102から出力されたとき、切換部104は、端子a1と端子c1とを接続する。すなわち、符号化部100では、フレーム間予測符号化されるマクロブロックを演算器103に供給する。
順方向予測モードにおいて、動き補償部112は、フレームメモリ114の読み出しアドレスを動きベクトルデータに応じてずらし、この読み出しアドレスが示す参照画像データを読み出し、これを順方向予測画像データとして出力する。また、順方向予測モードにおいて、切換部113は、端子a2と端子c2とを接続して、順方向予測画像データを演算器103及び演算器109に供給する。
演算器103は、フレームメモリ102から供給されたマクロブロックから、順方向予測画像データを減算して、予測残差としての差分データを得て、この差分データを周波数変換部105に供給する。
周波数変換部105は、切換部104を介して演算器103から供給された差分データに対して直交変換処理を行うことにより直交変換係数化し、これを直交変換係数データとして、量子化部106に供給する。
量子化部106は、制御部123から供給される量子化値に基づいて、周波数変換部105から供給された直交変換係数データに対して、量子化処理を行い、量子化された直交変換係数データをエントロピー符号化部117と逆量子化部107とに供給する。
逆量子化部107は、量子化部106から供給される量子化された直交変換係数データを、量子化部106と同じ量子化ステップサイズにより逆量子化処理を行い、逆量子化された直交変換係数データを周波数逆変換部108に供給する。
周波数逆変換部108は、逆量子化部107から供給される直交変換係数データに逆直交変換処理を行い、生成した差分データを演算器109に供給する。
演算器109には動き補償部112より順方向予測画像データが供給されており、演算器109は、周波数逆変換部108から供給された差分データに、順方向予測画像データを加算することにより、参照画像データを局部再生して、フレームメモリ111に記憶させる。
また、双方向予測モードにおいて、動き補償部112は、フレームメモリ114の読み出しアドレスを動きベクトルデータに応じてずらし、この読み出しアドレスが示す参照画像データを読み出し、これを双方向予測画像データとして出力する。双方向予測モードにおいて、切換部113は、端子a2が端子c2とを接続して、双方向予測画像データを演算器103および演算器109に供給する。
演算器103は、フレームメモリ102から供給されたマクロブロックレベルの画像データから、双方向予測画像データを減算して、予測残差としての差分データを得て、この差分データを周波数変換部105に供給する
周波数変換部105は、切換部104を介して演算器103から供給された差分データに対して直交変換処理を行うことにより直交変換係数化し、これを直交変換係数データとして、量子化部106に供給する。
量子化部106は、制御部123から供給される量子化値に基づいて、周波数変換部105から供給された直交変換係数データに対して、量子化処理を行い、量子化された直交変換係数データをエントロピー符号化部117と逆量子化部107とに供給する。
逆量子化部107は、量子化部106から供給される量子化された直交変換係数データを、量子化部106と同じ量子化ステップサイズにより逆量子化処理を行い、逆量子化された直交変換係数データを周波数逆変換部108に供給する。
周波数逆変換部108は、逆量子化部107から供給される直交変換係数データに逆直交変換処理を行い、生成した差分データを演算器109に供給する。
演算器109には動き補償部112より双方向予測画像データが供給されており、演算器109は、周波数逆変換部108から供給された差分データに、双方向予測画像データを加算することにより、参照画像データを局部再生して、フレームメモリ111に記憶させる。
以上のようなフレーム内符号化又はフレーム間予測符号化処理にしたがって、フレームメモリ102に記憶された画像データは、マクロブロック毎に、上述した動き補償予測処理、直交変換処理、及び量子化処理が施され、量子化された直交変換係数データとして、エントロピー符号化部117に供給される。
エントロピー符号化部117は、量子化部106から供給される量子化された直交変換係数データに対して、所定の変換テーブルに基づく可変長符号化処理を行い、その結果得られる可変長符号化データをバッファ118に供給する。
バッファ118は、エントロピー符号化部117から供給された可変長符号化データをバッファリングして、転送レートを平滑化した後、符号化部100外部へ出力する。
視覚パラメータ検出部119は、画像データをフレーム単位で直交変換処理を行うときにマクロブロックを4分割したサブマクロブロックと、フィールド単位で直交変換処理を行うときにマクロブロックを4分割したサブマクロブロックと計8個のサブマクロブロックの画素値を用いて、下記の式(1)乃至式(3)を用いて、アクティビティactを算出して、フレームメモリ120に供給する。
Figure 0004626644
Figure 0004626644
act=1+min(var sblk) ・・・(3)
ここでPkは、輝度信号の画素値である。また、min(var sblk)は、8つのサブブロックのvar sblkの最小値を示す。式(3)において最小値をとるのは、マクロブロック内の一部だけでも平坦部のある場合には量子化を細かくする必要があるためである。これらの式によって、アクティビティactは、マクロブロック中の輝度信号の平坦度を表している。
肌色検出部121は、画面並べ替え部101から供給される画像データを、マクロブロック毎に肌色画素の検出を行う。すなわち、肌色検出部121は、マクロブロックの各画素データの各色差信号レベルCb、Crが図3の斜線で示すような特定領域に存在するかどうかを検出し、画素データの各色差信号レベルCb、Crが特定領域に存在するとき、その画素を肌色画素と判定し、マクロブロック中に肌色画素が1つでもあれば、そのマクロブロックを肌色マクロブロックとみなし、肌色マクロブロックの検出結果を、肌色検出信号としてフレームメモリ122に供給する。
フレームメモリ122は、肌色マクロブロックの検出結果を、1ピクチャの処理時間だけ遅延させた後、制御部123に供給する。
制御部123は、バッファ118のバッファ使用量と、視覚パラメータ検出部119から出力されフレームメモリ120で遅延された後に供給される視覚パラメータ(アクティビティ)と、フレームメモリ122から供給される肌色検出信号とを用いて量子化スケールを算出する。
具体的に、制御部123は、肌色検出部121により検出された画質上重要となる肌色マクロブロックに対して、発生ビット量を多く割り当てるため、その他のマクロブロックより量子化スケールが小さくなるように量子化部106を制御する。
ここで、仮に画面全体で肌色が含まれるマクロブロックが多く存在した場合に、肌色検出されたマクロブロックに対して単純に発生ビット量をより多く割り当てると画面全体の画質が大きく劣化してしまう。このような劣化を防止するためには、肌色検出されたマクロブロックの数がある閾値よりも多くなった場合に、肌色検出したマクロブロックにより多くの発生ビット量を割り当てることをしないようにすることができる。しかしながら、このような処理を行った場合には、所定の色が検出されたマクロブロックの個数が、所定の個数の前後で推移した場合、この検出したマクロブロックに多くの発生ビット量を割り当てたり、割り当てなかったりすることが繰り返されることとなり、時間軸方向に画質がばらついてしまう。
そこで、制御部123は、注目マクロブロックのピクチャ内における画像位置を示すマクロブロック位置情報に基づいて、上述した時間軸方向に画質がばらつく頻度を抑えつつ、肌色が検出されたマクロブロックにより多くの発生ビット量を割り当てるように量子化部106を制御するため、図4に示すような構成を有している。
すなわち、制御部123は、図4に示すように、距離算出部201と発生ビット量制御部202とを備える。
距離算出部201は、マクロブロック画像位置情報に基づいて、ピクチャ内の所定の画像位置と、現在処理対象の注目マクロブロックとの画像位置と間の距離を算出して、この距離情報を発生ビット量制御部202に供給する。ここで、マクロブロック画像位置情報は、フレームメモリ102から出力されるマクロブロックの読み出しアドレスによって示される情報であり、具体的には、現在処理対象のピクチャ内におけるマクロブロックの画像位置を示す情報である。
また、ピクチャ内の所定の画像位置としては、例えば、画面の中央部が適している。これは、一般的に画面の中央部に被写体像である人物が位置するように撮像される場合が多く、この場合に、主観画質の向上が望まれる肌色検出され得るマクロブロックの頻度が中央部において高いからである。
発生ビット量制御部202は、距離算出部201により算出された距離情報に応じて、肌色の画素が含まれていると検出されたマクロブロックに対し、距離算出部201により算出された距離が短くなるのに伴ってより多くの発生ビット量を割り当てるように、量子化部106を制御する。ここで、距離情報に応じた量子化部106の制御処理の説明に先立ち、まず、肌色として検出されなかったマクロブロックに対する量子化処理に係る量子化スケールの算出処理について説明する。
すなわち、制御部123は、バッファ118のバッファ使用量、及び視覚パラメータ検出部119から出力され、フレームメモリ120で遅延された後供給されたアクティビティactに応じて、次の式(4)乃至式(6)を用いて、量子化スケールを算出して、この量子化スケールに応じて量子化部106の動作を制御する。
すなわち、式(4)に示される定数rを、式(5)に代入して、量子化インデックスを算出し、画面内マクロブロック間のアクティビティ値の相対関係をみて、視覚的に劣化の目立ちやすい平坦部でより細かく量子化され劣化の目立ちにくい絵柄の複雑な部分で粗く量子化されるようにするため、相対的にアクティビティが高いマクロブロックから低いマクロブロックに発生ビット量の割当てを移動させて、画面内の発生ビット量を、相対的に平坦なマクロブロックに集めることにより、平坦なマクロブロックの画質を向上させるようにする。
r=2(bit_rate/picture_rate) ・・・(4)
Qj=(31/r)×dj ・・・(5)
qscale=Qj×(2act+avg_act)/(act+2avg_act)・・・(6)
ここで、bit_rateは、ビットレート、picture_rateは、ピクチャレート、Qjは、j番目のマクロブロックの量子化スケール、djは、j番目のマクロブロックの符号化処理時点のバッファ占有量、actは、j番目のマクロブロックのアクティビティ、avg_actは、過去に符号化処理されたマクロブロックの平均アクティビティである。なお、j番目とは、現在処理対象の注目マクロブロックのアドレス番号である。
次に、肌色として検出されたマクロブロックに対する量子化処理に係る量子化スケールの算出処理について説明する。すなわち、制御部123は、上述した式(4)および式(5)を用いて説明した量子化インデックスQjを算出するとともに、次の式(7)、式(8)、及び式(9)を用いて、量子化スケールqscaleを算出する。
qscale=Qj(f(d)×mact+avg_mact)/mact+f(d)×avg_mact・・・(7)
mact=act/m・・・(8)
avg_mact=avg_act/m・・・(9)
ここで、mは、1以上の正の数であって実験的または経験的に求められる定数とし、mactは、式(8)により変調されたj番目のマクロブロックのアクティビティであり、avg_mactは、過去に符号化処理されたマクロブロックの平均アクティビティを式(9)により変調した値である。以下、avg_mactを平均変調アクティビティと称する。
また、f(d)は、距離算出部201により算出された距離を変数dとし、変数dに応じて単調減少する関数であり、例えば式(10)のように表される。
f(d)=(B−C×d)/A ・・・(10)
なお、A、B、Cは正の定数である。
肌色マクロブロックと判断したマクロブロックにおいては、仮に、f(d)の値を上述した式(6)に対応する係数の値である2にした場合、mactがactより小さくなるため量子化スケールqscaleも小さくなるので、通常より小さい量子化スケールで符号化が実行されることとなるため、肌色部分の画質が向上する。
上述したように、発生ビット量制御部202は、肌色の画素が含まれていると検出されたマクロブロックに対し、距離算出部201により算出された距離が短くなるのに伴ってより多くの発生ビット量を割り当てるように、f(d)を設定して、量子化スケールqscaleを算出する。
具体的に、発生ビット量制御部202は、図5に示すように、画面中央位置xc付近に位置する肌色検出されたマクロブロックに対して比較的小さい量子化スケールとなるようにし、一方、画面中央位置xcから離れるのに伴って、肌色検出されたマクロブロックを、肌色検出されなかったマクロブロックの場合と同様の量子化スケールとなるように、f(d)の特性を設定する。
ここで、図5(A)は、横軸を画面の左端部からの変位xとして、中心位置xcから左端部及び右端部までの最大距離dmaxを示した図である。また、図5(B)は、変位xに対する量子化スケールqscaleの変化を示した図である。
ここで、式(7)〜式(9)から、量子化スケールqscaleを次の式(11)のように表すことができる。
qscale=Qj(f(d)×act/m+avg_mact)/(act/m+f(d)×avg_act/m)・・・(11)
したがって、発生ビット量制御部202は、例えば2≦f(d)/m≦4となるように変数dに応じて単調減少させるように関数f(d)の特性を設定することで、画面中央位置xc付近に位置する肌色検出されたマクロブロックに対して比較的小さい量子化スケールとなるようにし、一方、画面中央位置xcから離れるのに伴って、肌色検出されたマクロブロックを、肌色検出されなかったマクロブロックの場合と同様の量子化スケールとなるようにすることができる。
このようにしてf(d)の特性を設定した場合、発生ビット量制御部202は、マクロブロック位置情報に基づいてdが0として肌色検出されたマクロブロック、すなわち、画像中心部に位置して、かつ、肌色検出されたマクロブロックに対して、f(d)/mの値を4とした次の式(12)より量子化スケールqscaleを算出する。
qscale=Qj(4×act+avg_mact)/mact+4×avg_act・・・(12)
この式(12)を用いて、発生ビット量制御部202では、図6に示すように、アクティビティactが小さくなるのに伴って、量子化スケールqscaleをより小さくなるように変化させる。ここで、式(12)を用いた場合には、アクティビティactに対する量子化スケールqscaleの変化率が大きくなるが、肌色検出されたマクロブロックに関しては、肌色検出されなかったマクロブロックに対してアクティビティactの変動域が小さくなっているので、アクティビティactが小さくなるのに伴って、量子化スケールqscaleをより小さくさせることができる。
このように、発生ビット量制御部202では、同じ肌色マクロブロックと判断されたマクロブロックのうち、アクティビティの小さく、かつ、画像中央に対する距離が短いマクロブロックに対して量子化スケールを小さくすることにより、画質を向上させることができる。これは、人間の顔で言えば、頬のような平坦な部分の方が、鼻のような高域成分の多い部分より符号量が多く割り当てられるようになされているということであり、このようにすることにより、視覚特性上好ましい画像を得ることができるからである。
なお、発生ビット量制御部202は、d=dmaxのとき、f(d)/mが2となるようにして、図6に示すように、肌色検出されたマクロブロックと、肌色検出されなかったマクロブロックを区別することなく、アクティビティactの値に応じて量子化スケールqscaleを変化させる。
次に、図7のフローチャートを参照して、制御部123において実行される量子化スケール算出処理について説明する。なお、本処理工程の前提として、距離算出部201にマクロブロック位置情報が供給され、発生ビット量制御部202に現在のバッファ118のバッファ使用量、注目マクロブロックのアクティビティact、注目マクロブロックが肌色検出されたかを示す肌色検出信号が供給されているものとする。
ステップS11において、距離算出部201は、マクロブロック画像位置情報に基づいて、ピクチャ内の所定の画像位置と、現在処理対象の注目マクロブロックとの画像位置と間の距離を算出して、ステップS12に進む。
ステップS12において、発生ビット量制御部202は、肌色検出信号に応じて注目マクロブロックが肌色検出されたか否かを判断して、注目マクロブロックが肌色検出されているときステップS13に進み、注目マクロブロックが肌色検出されていないときステップS14に進む。
ステップS13において、発生ビット量制御部202は、上述した式(7)〜(9)にしたがって、注目マクロブロックの量子化スケールqscaleを算出して、処理を終了する。
ステップS14において、発生ビット量制御部202は、上述した式(4)〜(6)にしたがって、注目マクロブロックの量子化スケールqscaleを算出して、処理を終了する。
以上のように、符号化部100では、所定の色の画素が含まれているマクロブロックに対し、ピクチャ内における所定の画像位置との間の距離が短くなるのに伴って、より多くの発生ビット量を割り当てるように、制御部123が量子化部106の量子化スケールを制御する。
このような処理を制御部123が行うため、符号化部100では、仮に画面全体で所定の色が含まれるマクロブロックが多く存在しても、所定の画像位置から離れたマクロブロックに発生ビット量をより多く割り当てないため、時間軸方向に画質がばらつく頻度を抑えつつ、符号化対象の画像データの主観画質を向上させることができる。
これは、所定の画像位置から離れたマクロブロックが肌色検出されたりされなかったりを繰り返したとしても、肌色検出されなかった通常のマクロブロックと同様にして発生ビット量が決定されるため、この繰り返しの影響に起因した時間軸方向の画質のバラツキが起こりにくくなるからである。
また、符号化部100では、肌色検出されたマクロブロックのうち、所望とする画像位置近傍のマクロブロックに対して重点的に発生ビット量を割り当てることができるので、距離に関わらず均一に発生ビット量をより多く割り当てる場合に比べて、符号化対象の画像データの主観画質をより向上させることができる。
次に第2の実施例に係る符号化部300の構成と動作について図8を参照して説明する。なお、第2の実施例に係る符号化部300は、上述した第1の実施例に係る符号化部100と比べて、時間軸方向に画質がばらつく頻度をさらに抑えつつ、所望とする所定の画像領域内の肌色検出されたマクロブロックに対して重点的に発生ビット量を割り当てることにより主観画質の向上を実現するため、第1の実施例に係る符号化部100に対して、肌色検出部310と制御部320との動作が主に異なる。なお、第2の実施例に係る符号化部300が備える他の処理ブロックに関しては、同様の処理を行うので、符号化部100と同様の符号を付してその説明を省略する。
肌色検出部310は、上述した肌色検出処理を行う前に、各マクロブロックが図9の斜線で示される所定の画像領域内に位置するか否かを判断する。この画像領域は、予め設定しておいてもよいし、ユーザからの操作入力によって決定するようにしてもよい。そして、肌色検出部310は、所定の画像領域内に位置するマクロブロックの中から、肌色検出部121と同様にして肌色の画素が含まれているマクロブロックを検出し、この検出結果を肌色検出信号としてフレームメモリ122に供給する。
このようにして、第2の実施例に係る符号化部300では、肌色検出部310が、各マクロブロックが所定の画像領域内に位置するか否かを判断して、所定の画像領域内に位置するマクロブロックのうち、所定の色の画素が含まれているマクロブロックを検出することにより、所定領域の境界部分での画質の差を抑えながら、時間軸方向に画質がばらつく頻度をより抑えつつ、主観画質を向上することができる。
制御部320は、図10に示すように、距離算出部321及び発生ビット量制御部322に加えて、さらにマクロブロック数判断部323を備える。マクロブロック数判断部323は、ピクチャ毎に、肌色検出部310により所定の色の画素が含まれていると検出され、フレームメモリ122に記憶されているマクロブロックの数が所定の閾値を超えているか否かを判断する。
そして、制御部320では、発生ビット量制御部322が、マクロブロック数判断部323の判断結果によりマクロブロックの数が所定の閾値を超えていないときにのみ、肌色検出部310により肌色の画素が含まれていると検出されたマクロブロックに対し、距離算出部321により算出された距離が短くなるのに伴ってより多くの発生ビット量を割り当てるように、量子化部106を制御する。
次に、図11のフローチャートを参照して、制御部320において実行される量子化スケール算出処理について説明する。なお、本処理工程の前提として、距離算出部321にマクロブロック位置情報が供給され、発生ビット量制御部322に現在のバッファ118のバッファ使用量、注目マクロブロックのアクティビティact、注目マクロブロックが肌色検出されたことを示す肌色検出信号が供給されているものとする。
ステップS21において、マクロブロック数判断部323は、ピクチャ毎に、肌色検出部310により所定の色の画素が含まれていると検出されてフレームメモリ122に記憶されているマクロブロックの数をカウントして、ステップS22に進む。
ステップS22において、マクロブロック数判断部323は、ステップS21でカウントした肌色検出されたマクロブロックの数が、所定の閾値を超えているか否かを判断して、所定の閾値を超えているときステップS23に進み、所定の閾値を超えていないときステップS27に進む。
ステップS23において、発生ビット量制御部322は、マクロブロック毎に、マクロブロック位置情報に基づいて、処理対象の注目マクロブロックが、上述した図9に示した所定の画像領域に存在するか否かを判断して、所定の画像領域に存在するときステップS24に進み、所定の画像領域に存在しないときステップS27に進む。
ステップS24において、距離算出部321は、マクロブロック画像位置情報に基づいて、ピクチャ内の所定の画像位置と、現在処理対象の注目マクロブロックとの画像位置と間の距離を算出して、ステップS25に進む。
ステップS25において、発生ビット量制御部322は、肌色検出信号に応じて注目マクロブロックが肌色検出されたか否かを判断して、注目マクロブロックが肌色検出されているときステップS26に進み、注目マクロブロックが肌色検出されていないときステップS27に進む。
ステップS26において、発生ビット量制御部322は、上述した式(7)〜(9)にしたがって、注目マクロブロックの量子化スケールqscaleを算出して、処理を終了する。
ステップS27において、発生ビット量制御部322は、上述した式(4)〜(6)にしたがって、注目マクロブロックの量子化スケールqscaleを算出して、処理を終了する。
以上のように、第2の実施例に係る符号化部300では、肌色検出部310で、所定の画像領域内に位置するマクロブロックの中から、肌色の画素が含まれているマクロブロックを検出し、制御部320で、マクロブロック数判断部323の判断結果によりマクロブロックの数が所定の閾値を超えていないときにのみ、肌色検出部310により肌色の画素が含まれていると検出されたマクロブロックに対し、距離算出部321により算出された距離が短くなるのに伴ってより多くの発生ビット量を割り当てるように発生ビット量制御部322が量子化部106を制御する。
このような処理を行うため、第2の実施例に係る符号化部300では、上述した第1の実施例に係る符号化部100と比べて、主に下記の理由により、時間軸方向に画質がばらつく頻度をさらに抑えつつ、所望とする所定の画像領域内の肌色検出されたマクロブロックに対して重点的に発生ビット量を割り当てることによって主観画質をより向上させることができる。
第1の理由は、肌色検出対象とする検出領域を狭めることにより、検出対象領域外において肌色として検出されうるマクロブロックに起因して、マクロブロックが肌色検出されたりされなかったりすることにより生じる時間軸方向の画質のバラツキを防止することができるからである。また、第2の理由としては、肌色検出対象領域中の肌色マクロブロックが占める割合が所定の閾値以上であるか否かを基に、量子化スケールの算出式が選択されるので、この領域内のマクロブロックのほとんどが肌色マクロブロックであっても、肌色マクロブロックでないマクロブロックの画質が極端に悪化してしまうことを防止することができるからである。
また、上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるが、ソフトウエアにより実行させることもできる。この場合、例えば、第1の実施例に係る符号化部100や、第2の実施例に係る符号化部300は、図12に示されるようなコンピュータ400により構成される。
図12において、CPU(Central Processing Unit)411は、ROM(Read Only Memory)412に記憶されているプログラム、または記憶部418からRAM(Random Access Memory)413にロードされたプログラムに従って、各種の処理を実行する。RAM413にはまた、CPU411が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
CPU411、ROM412、およびRAM413は、バス414を介して相互に接続されている。このバス414にはまた、入出力インタフェース415も接続されている。
入出力インタフェース415には、キーボード、マウスなどよりなる入力部416、ディスプレイやスピーカなどよりなる出力部417、ハードディスクなどより構成される記憶部418、モデム、ターミナルアダプタなどより構成される通信部419が接続されている。通信部419は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。
入出力インタフェース415にはまた、必要に応じてドライブ420が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または、半導体メモリなどが適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部418にインストールされる。
一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
なお、肌色検出部121、310では、肌色画素を含むマクロブロックを検出するものであるが、本発明では、このような肌色の検出に限定されるものではなく、所望とする色を示す画素を含むマクロブロックを検出して、検出したマクロブロックに対して重点的に符号ビット量を割り当てるようにしてもよい。
本発明を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。 第1の実施例に係る符号化部の構成を示すブロック図である。 肌色検出について説明するための図である。 第1の実施例に係る制御部の構成を示すブロック図である。 発生ビット量制御部による量子化スケールの算出処理を説明するための図である。 肌色検出されたマクロブロックに対する量子化スケールの算出処理を説明するための図である。 第1の実施例に係る制御部において実行される量子化スケール算出処理工程の説明に供するフローチャートである。 第2の実施例に係る符号化部の構成を示すブロック図である。 肌色検出部の検出処理を説明するための図である。 第2の実施例に係る制御部の構成を示すブロック図である。 第2の実施例に係る制御部において実行される量子化スケール算出処理工程の説明に供するフローチャートである。 コンピュータの構成を示すブロック図である。
符号の説明
51 撮像装置、61 カメラ部、62 カメラDSP、63 SDRAM、64 媒体I/F、65 制御部、66 操作部、67 LCDコントローラ、68 LCD、69 外部I/F、70 記録媒体、71 光学ブロック、72 CCD、73 前処理部、74 ドライバ、75 ドライバ、76 タイミング生成回路、91 AF/AE/AWB処理部、92 SDRAMコントローラ、93 圧縮/解凍部、94 CPU、95 RAM、96 フラッシュROM、97 タイマ、98 システムバス、100、300 符号化部、101 画面並べ替え部、102、111、114、115、120、122 フレームメモリ、103、109 演算器、104、113 切換部、105 周波数変換部、106 量子化部、107 逆量子化部、108 周波数逆変換部、110 ループフィルタ、112 動き補償部、116 動き検出部、117 エントロピー符号化部、118 バッファ、119 視覚パラメータ検出部、121、310 肌色検出部、123、320 制御部、201、321 距離算出部、202、322 発生ビット量制御部、323 マクロブロック数判断部、414 バス、415 入出力インタフェース、416 入力部、417 出力部、418 記憶部、419 通信部、420 ドライブ

Claims (6)

  1. 画像データを、該画像データを所定の画素数で分割したマクロブロック毎に量子化する量子化手段と、
    上記画像データから、所定の色の画素が含まれているマクロブロックを検出する検出手段と、
    上記量子化手段を制御する制御手段とを備え、
    上記制御手段は、
    上記画像データのピクチャ内における画面の中央部と、上記検出手段により検出されたマクロブロックの画像位置との間の距離を算出する距離算出手段と、
    上記検出手段により検出されたマクロブロックに対し、上記距離算出手段により算出された距離が短くなるのに伴って量子化スケールが小さくなり、該距離が長くなるのに伴って、該検出手段で検出されなかったマクロブロックと同様の量子化スケールとなるように、上記量子化手段を制御する制御手段とを備える符号化装置。
  2. 上記検出手段は、上記各マクロブロックが上記ピクチャ内における所定の画像領域内に位置するか否かを判断して、該所定の画像領域内に位置するマクロブロックのうち、上記所定の色の画素が含まれているマクロブロックを検出する請求項1記載の符号化装置。
  3. 上記制御手段は、上記ピクチャ毎に、上記検出手段により検出されたマクロブロックの数が所定の閾値を超えているか否かを判断するマクロブロック数判断手段を更に備え、
    上記制御手段は、上記マクロブロック数判断手段の判断結果によりマクロブロックの数が所定の閾値を超えていないときにのみ、上記検出手段により検出されたマクロブロックに対し、上記距離算出手段により算出された距離が短くなるのに伴って量子化スケールが小さくなり、該距離が長くなるのに伴って、該検出手段で検出されなかったマクロブロックと同様の量子化スケールとなるように、上記量子化手段を制御する請求項2記載の符号化装置。
  4. 画像データを所定の画素数で分割したマクロブロックから、所定の色の画素が含まれているマクロブロックを検出する検出ステップと、
    上記画像データのピクチャ内における画面の中央部と、上記検出ステップにより検出されたマクロブロックの画像位置との間の距離を算出する距離算出ステップと、
    上記検出ステップにより検出されたマクロブロックに対し、上記距離算出ステップにより算出された距離が短くなるのに伴って量子化スケールが小さくなり、該距離が長くなるのに伴って、該検出ステップで検出されなかったマクロブロックと同様の量子化スケールとなるように、上記画像データの量子化を制御する制御ステップとを有する符号化方法。
  5. 画像データを所定の画素数で分割したマクロブロックから、所定の色の画素が含まれているマクロブロックを検出する検出ステップと、
    上記画像データのピクチャ内における画面の中央部と、上記検出ステップにより検出されたマクロブロックの画像位置との間の距離を算出する距離算出ステップと、
    上記検出ステップにより検出されたマクロブロックに対し、上記距離算出ステップにより算出された距離が短くなるのに伴って量子化スケールが小さくなり、該距離が長くなるのに伴って、該検出ステップで検出されなかったマクロブロックと同様の量子化スケールとなるように、上記画像データの量子化を制御する制御ステップとを有する処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  6. 画像データを撮像する撮像手段と、
    上記撮像手段により撮像された画像データを、該画像データを所定の画素数で分割したマクロブロック毎に量子化する量子化手段と、
    上記画像データから、所定の色の画素が含まれているマクロブロックを検出する検出手段と、
    上記画像データのピクチャ内における画面の中央部と、上記検出手段により検出されたマクロブロックの画像位置との間の距離を算出する距離算出手段と、
    上記検出手段により検出されたマクロブロックに対し、上記距離算出手段により算出された距離が短くなるのに伴って量子化スケールが小さくなり、該距離が長くなるのに伴って、該検出手段で検出されなかったマクロブロックと同様の量子化スケールとなるように、上記量子化手段を制御する制御手段とを備える撮像装置。
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