JP4934081B2 - 符号化装置、符号処理装置、符号化方法、符号処理方法、コンピュータプログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Description
(1)輝度成分と2つの色差成分のうち、成分間の量子化の程度をどうするか(どの成分を最も量子化するか。色変換だけに依存する要素である。)
(2)各成分を周波数変換した場合、各成分について、どの周波数係数をどの程度量子化してよいか(色変換だけでなく、周波数変換にも依存する要素。実画像は、様々な周波数成分の重畳で構成されるが、実画像に対する視覚の特性も、個々の周波数成分に対する視覚特性を重畳したもので説明できると仮定されている。よって個々の周波数における視覚特性に適った量子化が重要である)
である。本願ではこのうち、2つの色差成分に関する量子化の程度と、周波数係数の量子化の程度を対象とする。従来のYCbCr成分に変換する色変換の輝度、色差特性を考慮した量子化手法については、特開2004−336162(特許文献2)がある。
(実施の形態1)
本発明における実施の形態1についての前提となる以下の考察、実験について説明する。
YCgCo変換後の色差成分の視覚特性についてはまだ検証されていないため、以下の考察を行う。まず、YCgCo変換に関して、輝度成分と2つの色差成分のうち、各成分間の量子化の程度をどのように決めるかという問題について検討する。
というものである。
YCgCo色空間の色差Co成分、Dg成分の周波数特性に関する実験について説明する。
図6は、本発明における符号化装置の簡単なハードウェア構成を示す図である。
図7は、JPEG−XR符号化装置の基本的な機能ブロック図である。符号化装置200は、色変換手段201、分割手段202、プレフィルタ手段203、周波数変換手段204、量子化手段205、符号化手段206より構成される。なお、符号化装置200を半導体集積回路だと考えれば、符号化装置200は、色変換手段201を除いた分割手段202、プレフィルタ手段203、周波数変換手段204、量子化手段205、符号化手段206より構成されるとしてもよい。
図8は、JPEG−XRの基本的な符号化処理を示すフローチャートである。図8を用いて、JPEG−XRの基本的な符号化処理を説明する。
本実施の形態1における符号化装置の機能的構成は、符号化装置200と基本的には同様である。異なる構成は、色変換手段201と量子化手段205であるので、以下、色変換手段201と量子化手段205とについて説明する。
Y=(R+2G+B)/4 ・・・(1)
Cg=(−R+2G−B)/2 ・・・(2)
Co=R−B ・・・(3)
ここで、本実施の形態では、整数化部分を省略した変換式が上記(1)〜(3)となる色変換式を用いる。整数化部分を省略した式とは、フロア関数やシーリング関数による整数化を無視した変換式という意味である。YCgCo変換には、フロア関数とシーリング関数が入れ替わっている等のいくつかのバリエーションが存在するが、本願の手法では、フロア関数、シーリング関数の影響を無視しているので、全てのYCgCo変換式に適用できる。
Co成分の量子化ステップ数>Cg成分の量子化ステップ数・・・(4)
を満たすように量子化ステップ数を設定している。これより、YCgCo変換と周波数変換を用いる符号化において、主観画質を最も安全に向上させることが可能となる。
実施の形態1における符号化装置の符号化処理のフローチャートは、基本的には図8と同様である。異なる処理はステップ107であるので、ステップ107について説明する。
以下、本発明における実施の形態2について説明する。実施の形態2は、JPEG2000の符号化方式にYCgCo変換を行う符号化方式において、Cg成分、Co成分の視覚特性に応じて、ビットプレーンの破棄数(トランケーション数)を設定することを特徴とする。ここで、ビットプレーン符号化は、公知技術であるJPEG2000で採用されている符号化方式である。また、JPEG2000において、周波数変換はウェーブレット変換を用いている。ウェーブレット変換には、9×7ウェーブレット変換と5×3ウェーブレット変換とがあるが、ここでは5×3ウェーブレット変換について説明する。
5×3ウェーブレット変換とは、5画素を用いて1つのローパスフィルタの出力(ローパス係数)が得られ、3画素を用いて1つのハイパスフィルタの出力(ハイパス係数)が得られる変換のことである。そして偶数位置中心にローパスフィルタ、奇数位置中心にハイパスフィルタが施される。
(順変換)
[step1] C(2i+1)=P(2i+1)−floor((P(2i)+P(2i+2))/2)
[step2] C(2i)=P(2i)+floor(((C(2i−1)+C(2i+1)+2)/4)
(逆変換)
[step1] P(2i)=C(2i)−floor((C(2i−1)+C(2i+1)+2)/4)
[step2] P(2i+1)=C(2i+1)+floor((P(2i)+P(2i+2))/2)
ここで、図15〜図19を用いて、16×16の画像(の色差)に対して、5×3変換と呼ばれるウェーブレット変換を2次元(垂直方向および水平方向)で施す過程の例を説明する。図15は、16×16の画素値を表す図である。図15に示す様にxy座標をとり、あるxについて、y座標がyである画素の画素値をP(y)(0≦y≦15)と表す。JPEG2000同様、本実施の形態2では、まず垂直方向(y座標方向)に対して、y座標が奇数(y=2i+1)の画素を中心にハイパスフィルタを施して係数C(2i+1)を得る。
前記L係数を中心にローパスフィルタを施して得られる係数をLL、
前記L係数を中心にハイパスフィルタを施して得られる係数をHL、
前記H係数を中心にローパスフィルタを施して得られる係数をLH、
前記H係数を中心にハイパスフィルタを施して得られる係数をHH、
と表記する。図17は、水平方向にハイパスフィルタ、ローパスフィルタを施して、各係数をLL、HL、LH、HHで表記した場合を表す図である。図16に示す係数配列は、図17に示す様な係数配列へと変換される。ここで同一の記号を付した係数群はサブバンドと呼ばれる。図18は、各係数群を同じサブバンドで並び替えた場合を表す図である。図17を並び替えると、図18に示すように4つのサブバンドで構成される。同一デコンポジションレベルにおいては、周波数の高さはHH>HL=LH>LLである。
図21は、実施の形態2における符号化装置の機能的構成を示すブロック図である。符号化装置300は、色変換手段201、周波数変換手段301、ビットプレーン符号化手段302より構成される。なお、図7に示す符号化装置と同様の構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、符号化装置300を半導体集積回路だと考えれば、符号化装置300は、色変換手段201を除く、周波数変換手段301、ビットプレーン符号化手段302より構成されるとしてもよい。
Co成分のビットプレーン破棄数>Cg成分のビットプレーン破棄数・・・(5)
を満たすようビットプレーン破棄数が設定されている。これより、YCgCo変換と周波数変換とビットプレーン符号化を用いる符号化において、最も安全に主観画質を向上させることが可能となる。なお、図22では、デコンポジションレベル1に対してのみ設定したが、HH係数の全てのデコンポジションレベル(レベル1〜3)に対して(5)式を満たすようビットプレーン破棄数を設定してもよい。例えば、デコンポジションレベル2、3のHH係数に対して、Cg成分のビットプレーン破棄数は2、Co成分のビットプレーン破棄数は3というように設定してもよい。
Co成分のビットプレーン破棄数>Cg成分のビットプレーン破棄数>Y成分のビットプレーン破棄数・・・(6)
となるようにビットプレーン破棄数が設定されている。
図25は、実施の形態2における符号化装置の符号化処理のフローチャートである。図8と同様の処理については同じ符号を付し、その説明を省略する。
以下、本発明における実施の形態3について説明する。実施の形態3は、YCgCo変換を行い、周波数変換を行い、JPEG−XR符号化方式のFlexbitsを用いる符号化を行う符号化方式において、Cg成分、Co成分の視覚特性に応じて、Flexbitsの符号化を制御することを特徴とする。実施の形態3は、基本的に実施の形態1と同様であり、実施の形態3では、さらにHP係数をコア符号とFlexbitsを用いて符号化するところが異なる。
図27は、実施の形態3における符号化装置の機能的構成を示すブロック図である。符号化装置400は、色変換手段201、分割手段202、プレフィルタ手段203、周波数変換手段204、量子化手段401(量子化ステップ数判定手段402を含む)、符号化手段403(コア符号、Flexbits符号化手段404を含む)より構成される。図7に示す符号化装置と同様の構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、符号化装置400を半導体集積回路だと考えれば、符号化装置400は、色変換手段201を除く、分割手段202、プレフィルタ手段203、周波数変換手段204、量子化手段401、符号化手段403より構成されるとしてもよい。
Co成分の量子化ステップ数≦Cg成分の量子化ステップ数・・・(7)
となっているか否かを判定する。量子化ステップ数判定手段302により、(7)式を満たすと判定された場合、コア符号、Flexbits符号化手段404にFlexbitsを符号化しないよう通知する。
図28は、実施の形態3における符号化装置の符号化処理を示すフローチャートである。タイミングT1までは図8に示す処理と同様であるので、その説明を省略する。ステップ401では、量子化手段401が、DC係数、LP係数、HP係数に対して量子化を行う。ステップ401に続いてステップ402に進み、量子化ステップ数判定手段402が、HP係数の量子化ステップ数に関して、(7)式を満たす否か判定する。
以下、本発明における実施の形態4について説明する。実施の形態4における符号処理装置は、JPEG−XR符号化方式で符号化されたデータ(以下、JPEG−XR符号化データという)を入力して、事後的にFlexbitsを破棄することが特徴である。Flexbitsの有無については、符号ファイルのイメージプレーンヘッダ中の値を見れば判断できる。
図29は、JPEG−XRにおける符号ファイルの構成を示す図である。図30は、図29に示す符号ファイルの構成を仮想的なプログラムで表現した図である。また、図31〜図35は、図31に示す各構成要素の一部を仮想的なプログラムで表現した図である。
図36は、実施の形態4における符号処理装置の機能的構成を示すブロック図である。符号処理装置500は、量子化ステップ数判定手段501、Flexbits有無判定手段502、位置特定手段503、Flexbits削除手段504より構成される。
図37は、実施の形態4における符号処理装置の符号処理のフローチャートである。ステップ501では、量子化ステップ数判定手段501が、JPEG−XR符号化データを入力する。ステップ501に続いてステップ502に進み、量子化ステップ数判定手段501が、入力したJPEG−XR符号化データに関して、HP係数の量子化ステップ数が、(7)式を満たしているか判定する。
101 HDD
102 RAM
103 CPU
201 色変換手段
202 分割手段
203 プレフィルタ手段
204、301 周波数変換手段
205、401 量子化手段
206、403 符号化手段
302 ビットプレーン符号化手段
402、501 量子化ステップ数判定手段
404 コア符号、Flexits符号化手段
500 符号処理装置
502 Flexbits有無判定手段
503 位置特定手段
504 Flexbits削除手段
Claims (14)
- 整数化部分を省略した変換式が、Y=(R+2G+B)/4、Cg=(−R+2G−B)/2、Co=R−Bで定義される変換式により色変換された信号に対して周波数変換を行う周波数変換手段と、前記周波数変換手段により周波数変換された周波数領域の係数に対して量子化を行う量子化手段とを備える符号化装置であって、
前記量子化手段は、所定の周波数領域の係数に対して、
Co成分の量子化ステップ数>Cg成分の量子化ステップ数
となる量子化ステップ数で量子化を行うことを特徴とする符号化装置。 - 整数化部分を省略した変換式が、Y=(R+2G+B)/4、Cg=(−R+2G−B)/2、Co=R−Bで定義される変換式により色変換された信号に対して周波数変換を行う周波数変換手段と、前記周波数変換手段により周波数変換された周波数領域の係数に対してビットプレーン符号化を行うビットプレーン符号化手段とを備える符号化装置であって、
前記ビットプレーン符号化手段は、所定の周波数領域に対して、前記所定の周波数領域のビットプレーンの破棄数を、
Co成分の破棄数>Cg成分の破棄数
となるように設定して符号化を行うことを特徴とする符号化装置。 - 前記所定の周波数領域は、周波数の最も高い周波数領域であることを特徴とする請求項1又は2に記載の符号化装置。
- 前記所定の周波数領域は、周波数の最も低い周波数領域を除く周波数領域であることを特徴とする請求項1又は2に記載の符号化装置。
- 前記所定の周波数領域は、全ての周波数領域であることを特徴とする請求項1又は2に記載の符号化装置。
- 前記量子化手段は、Y、Cg、Co成分における量子化ステップ数の比が、約2:4:5となるような量子化ステップ数で量子化することを特徴とする請求項1乃至5いずれか一項に記載の符号化装置。
- 整数化部分を省略した変換式が、Y=(R+2G+B)/4、Cg=(−R+2G−B)/2、Co=R−Bで定義される変換式により色変換された信号に対して周波数変換を行う周波数変換手段と、前記周波数変換手段により周波数変換された周波数領域の係数に対して量子化を行う量子化手段と、前記量子化手段により量子化された量子化係数に対して、可変長符号と固定長符号とに符号化する符号化手段とを備える符号化装置であって、
前記周波数領域の係数に対して、
Co成分の量子化ステップ数≦Cg成分の量子化ステップ数
を満たす量子化ステップ数で量子化したか否かを判定する判定手段を備え、
前記符号化手段は、前記判定手段により、
Co成分の量子化ステップ数≦Cg成分の量子化ステップ数
を満たすと判定された場合に、Co成分の固定長符号の符号化を、Cg成分の固定長符号の符号化よりも優先して省略することを特徴とする符号化装置。 - JPEG−XR符号化方式で符号化され、Flexbitsを有する符号化データを処理する符号処理装置であって、
前記符号化データを入力し、周波数の最も高い領域の周波数係数であるHP係数の量子化ステップ数が
Co成分の量子化ステップ数≦Cg成分の量子化ステップ数
を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、
Co成分の量子化ステップ数≦Cg成分の量子化ステップ数
を満たすと判定された場合、前記HP係数のCo成分に対するFlexbitsを削除する削除手段とを備えることを特徴とする符号処理装置。 - 整数化部分を省略した変換式が、Y=(R+2G+B)/4、Cg=(−R+2G−B)/2、Co=R−Bで定義される変換式により色変換された信号に対して周波数変換を行う周波数変換ステップと、前記周波数変換ステップにより周波数変換された周波数領域の係数に対して量子化を行う量子化ステップとを有する符号化方法であって、
前記量子化ステップは、所定の周波数領域の係数に対して、
Co成分の量子化ステップ数>Cg成分の量子化ステップ数
となる量子化ステップ数で量子化を行うことを特徴とする符号化方法。 - 整数化部分を省略した変換式が、Y=(R+2G+B)/4、Cg=(−R+2G−B)/2、Co=R−Bで定義される変換式により色変換された信号に対して周波数変換を行う周波数変換ステップと、前記周波数変換ステップにより周波数変換された周波数領域の係数に対してビットプレーン符号化を行うビットプレーン符号化ステップとを有する符号化方法であって、
前記ビットプレーン符号化ステップは、所定の周波数領域に対して、前記所定の周波数領域のビットプレーンの破棄数を
Co成分の破棄数>Cg成分の破棄数
となるように設定して符号化を行うことを特徴とする符号化方法。 - 整数化部分を省略した変換式が、Y=(R+2G+B)/4、Cg=(−R+2G−B)/2、Co=R−Bで定義される変換式により色変換された信号に対して周波数変換を行う周波数変換ステップと、前記周波数変換ステップにより周波数変換された周波数領域の係数に対して量子化を行う量子化ステップと、前記量子化ステップにより量子化された量子化係数に対して、可変長符号と固定長符号とに符号化する符号化ステップとを有する符号化方法であって、
前記周波数領域の係数に対して、
Co成分の量子化ステップ数≦Cg成分の量子化ステップ数
を満たす量子化ステップ数で量子化したか否かを判定する判定ステップを有し、
前記符号化ステップは、前記判定ステップにより、
Co成分の量子化ステップ数≦Cg成分の量子化ステップ数
を満たすと判定された場合に、Co成分の固定長符号の符号化を、Cg成分の固定長符号の符号化よりも優先して省略することを特徴とする符号化方法。 - JPEG−XR符号化方式で符号化され、Flexbitsを有する符号化データを処理する符号処理方法であって、
前記符号化データを入力し、周波数の最も高い領域の周波数係数であるHP係数の量子化ステップ数が、
Co成分の量子化ステップ数≦Cg成分の量子化ステップ数
を満たすか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにより、
Co成分の量子化ステップ数≦Cg成分の量子化ステップ数
を満たすと判定された場合、前記HP係数のCo成分に対するFlexbitsを削除する削除ステップとを有することを特徴とする符号処理方法。 - 請求項9乃至12いずれか一項に記載の方法を、コンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
- 請求項13に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータに読み取り可能な記録媒体。
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