JP5039545B2 - 映像符号化装置、映像符号化方法、および映像システム - Google Patents

映像符号化装置、映像符号化方法、および映像システム Download PDF

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Description

本発明は、デジタル映像に関し、特に、映像圧縮ノイズ・イミュニティに関する。
（関連出願へのクロスリファレンス）
本出願は、２００２年１０月１日に出願された米国特許出願No.10/260,534「映像圧縮システム」、発明者Dambrackas（「Dambrackasの出願」）に関し、該出願における開示は、参照により、本願開示の一部を成す。
デジタル映像ストリームを圧縮するランレングス符号化システムは、伝送媒体を介した映像の送信に要求される帯域を下げるための公知の方法である。ランレングス符号化においては、実際の画素色自体ではなく、コピーコマンドを識別することによって特定の色値の画素が伝送される。理想的には、ランレングス符号化によって、共通の色を持つ複数の連続する画素を基本的には１つ（或いは幾つかの）コマンドで定義することができ、本質的に、このコマンドは、Ｘ長の共通色画素のランをコピー基準である既知の色を使って描くことが可能であることを示す。従って、連続する画素の独立した色を識別するストリーム情報を送るのではなく、エンコーダが、コマンドを発行し、これにより、前もって識別された画素色のＸ長の画素列が描かれる。
個々の画素識別値とランレングス符号化との間で必要となる帯域の量の差は相当なものとなり得るのであって、特に、長い画素列が同色（例えば、背景色）であるコンピュータ技術においてこれは顕著である。Dambrackasの出願に記載されているように、幾つかの異なるランレングス符号化の手法を想到することが可能であり、例えば、ランの左側の１画素からランをコピーしたり、前フレームの１画素からランをコピーしたり、ランの第１画素上の画素からランをコピーしたり、或いは、その他の方法であり得る。
本発明は、あらゆる種類のランレングス符号化に対しても適用可能であり、これには、例えば、Dambrackasの出願のランレングス符号化が含まれている。
当業者であれば理解していることであるが、画素色は、色空間、典型的にはRGBの色空間で表現され、色パレットのあらゆる特定色は、赤値と青値と緑値との混合によって表現され得る。色成分（R、G、B）のうちのそれぞれ１つに対して使用可能であるビットによって、色パレットの深さ(depth)或いは濃さ(richness)を規定することができる。本発明は、特定の色パレットによって提供されるビット数に決して限定されるものではないが、説明の簡単及び目的のために限り、本発明においては、１つのRGB色空間当たり８ビットであるものとして説明する。
図１において、この色成分当たり８ビットであることは、直交する8x8x8のRGBマトリクスの定義として示されている。色パレットの各色は、（１）00x00と0xFF間のR値、（２）0x00と0xFF間のG値、及び（３）0x00と0xFF間のB値として、直交投影内の１つの位置により規定され得る。圧縮されていないデジタル映像において、各画素は、一意の8x8x8の直交する位置として定義される。情報スクリーンには、何百万個もの画素が含まれているために、そのような映像スキームは非常に広い通信帯域を必要とする。
従って、図４の従来技術では、図３に示されている画素のスキャンラインに対しては、各画素色C1、C2、C3等のそれぞれを、図１に示される画素情報の３つのバイト(triplets of bytes)の組として識別することを試みていた。すなわち、図４において、画素色C1は、８ビットの赤成分（R0x）と８ビットの緑成分（G0x）と８ビットの青成分（B0x）からなる、ヘッダH付の独立した３つのバイトの組として識別されるので、図１の8x8x8のマトリクス内の単一の色を効果的に識別することができる。C1の３組の次の３組のバイトは、C2の３組であって、C1で示される方法と同様に画素色C2を独立に識別することができる。同様に、後続の画素色C3、C4等は、それら自体の独立した３組のバイトによって識別される。図４から明らかなように、図３の画素スキャンラインは、圧縮されていないバイト・ストリームによって識別されるものである。モニタスクリーン毎の画素数は何百万にものぼり、また、リフレッシュレートも高いため、図４の圧縮されていない映像を使うために多くのバイトが必要になり、これは本質的に実行不可能である。
図４の映像を少数の(a fewer)バイトに圧縮するものとして、公知のランレングス符号化を図５に示す。この例では、C1-C7は同じ色（例えば、背景スキャン部分）であるものとする。図５の例では、図３のスキャンラインの第１の画素色C1は、あたかもそれが図４の非圧縮映像内に存在するかのように、独立した３つのバイトの組（例えば、R、G、B成分の各々に対して）として符号化される。そして、モニタの端に存在することをデコーダが認識するC1色は、基準となる。この基準によって、次の６画素色C2-C7（この例ではC1と同じ色である）は、ヘッダと、copy-left（CL）コマンドと、６画素のランレングスを識別するためのペイロード(payload)とを含む１つのRLE（ランレングス符号化）バイトによって識別される。図５の符号化では、一つのRLEバイトの前の第１の３つのバイトの組を使って、図３のスキャンラインのまさにその７色を伝送するために必要とされる全情報を伝達する。ここで、図４の実施形態では３つのバイトの組を７つ必要とした。
図５の実施形態は、色エンコーダが正確に一致する色を持つ長いランを識別可能な限り、非常によく機能する。従って、図５に関して上述した例では、色C1-C7は同じであるものとした。しかしながら、色C1-C7が実際には同一であるが、エンコーダがそれらを同一のものとして認識しない場合には、問題が生じる。ノイズの侵入によって、そのような色の誤認識は通常発生する。従って、エンコーダが、C2、C4、C6を、C1、C3、C5のようにごくわずかに(minutely)異なる色として認識した場合、ランレングス符号化は失敗する。何故ならば、エンコーダは、C1-C7のスキャン部分を同一の色の正しいランとして認識し得ないからである。このことは、エンコーダがC2、C4、C6を、直交位置上C1、C3、C5の近傍点として（図１）不正確に読み取ったときでさえも起こり得る。
本発明は、連続する画素の中からの一致を識別すること容易化するものである。これによって、一致する色のランレングスは、特定のノイズ環境で分断されることがなくなる。
Dambrackas出願に記載されているアルゴリズムなどの画像圧縮アルゴリズムによって、画像情報を可能な限り少ないバイト数で表現することができる。しかしながら、圧縮は無償ではできない。一般的に、圧縮アルゴリズムが少ないバイト数でより効率的に画像を表現すればするほど、より計算コストは高価となる。このことは、この計算を実行するためにより高速なハードウェアが必要であり、さもなくば、画像処理時間がさらに長くなることを意味する。
圧縮によって表現されるべき画像に含まれる情報は、色データの空間配置(special placement)の中に存在する。言い換えれば、一般的に、空間情報を色情報から分離することはできない。これを行う試みは、結局、原画像から情報を生成するか、或いは、破壊してしまうことになる。
圧縮アルゴリズムは、有損失(lossy)と無損失(loss-less)との２つのカテゴリに分類される。無損失の圧縮アルゴリズムでは、画像の空間情報と色情報の全てを保存する。この圧縮アルゴリズムは、非常に大きな処理能力を必要とする傾向があり、有損失のアルゴリズムよりも非効率的に圧縮を行うが、しかしながら、原画像は圧縮データから忠実に再生可能である。有損失の圧縮アルゴリズムは、圧縮を改善したものであるが、空間色情報の保持性(retention)と忠実性(fidelity)を犠牲にして圧縮を行うものである。
本願で一例として説明する目的のため、入力画素は、画素のR、G、Bの色成分を表現する３つのアナログ信号によって表現されるものとする。従って、図６では、あらゆるアナログ映像源から、従来の赤、緑、青の色成分としてアナログ映像信号６０が入力される。無論、その他の色スキームも一般的なものであって、RGBスキームの代わりに本願で利用可能である。
映像情報を搬送するだけでなく、アナログ映像信号６０中のRGB色成分は、不要なノイズも搬送する。アナログ映像信号６０への、ノイズの侵入の仕方は多様であるが、本発明にとってノイズのタイプが正確に何であるかは重要ではなく、それにより本発明が制約されることはない。本開示の目的から、ここで議論するあらゆるノイズは、映像信号により表現されるあらゆるデータとは無相関であって、あらゆる他の画素或いは色成分上に出現するノイズとは無関係である付加的(additive)ノイズであるとする。
図１に示されているように、画素の３色成分は、３次元色空間内の座標と考えられ、赤、緑、青の成分が直交軸を構成する。典型的には、コンピュータの映像源からの色成分は、デジタル化されてビットになり、３色成分の各々は２５６レベルをもつことになる(resulting in)。無論、上述したように、本発明は、特定のビット数や特定の色スキーム（例えば、RGB）に限定されるものではなく、画素の符号化のために比較分析が必要ないかなる場面でのアプリケーションをも包含するものである。図１の例は、１６００万色を超えるユニークな色を含む色空間を示しており、しばしば２４ビット色として参照される。
図２は、R-G面にちょうど対応する図１の一部の２次元表現を示すものである。図２では、本発明によって圧縮が改善されることを例示するために、R-G面で規定される非常に少数の色を示す。図２の色マトリクスでは、増大する緑値の色が右側に向かい、増大する赤値の色が上方に向かっている。以下では、各色成分について説明するが、説明の便宜上、緑成分だけを使って本システムを説明する。
図２では、緑の明度(green intensity)に対応する１６進数で0x00から0xFF(256の異なる色値)までの緑値を定義している。例えば、典型的な映像信号としては、0mVから700mVの範囲で変化する緑成分の明度を反映するものでよい。この信号が緑の８ビット(eight green bits)にデジタル化されると、電圧変動は2.75mV刻みに分解される(resolved)。従って、緑成分が正確に0mVである場合は、0x00として符号化される。また、緑成分が正確に2.75mVである場合は0x01として符号化される。緑成分が正確に1.375mVである場合は、最小量のノイズでもその緑成分を0Vに近い値か、或いは、2.75mVに近い値に変えて(push)しまう（ノイズが正の付加的ノイズか或いは負の付加的ノイズかによる）。その結果、画素が0x00か或いは0x01のいずれか一方に符号化される可能性がある。従って、遷移的位置(transition locations)の成分値にとって、信号ノイズは選択された実際の色値に対してインパクトがある。
無論、２５６段階の緑の明度値では、特に、コンピュータ映像の場合は、1.375mVの緑成分の一部である特定の一画素を見るユーザにとって、0x00或いは0x01の符号化間での差は映像表現を知覚するにおいて重大な差とはならない。従って、ほとんどのコンピュータでは、色値間に遷移がある位置でのノイズの問題は、映像知覚自体の問題ではない。しかし、ユーザの陰影知覚(shade perception)にとって、わずかな色の変化が重要である動画映像や静止画写真映像では問題となり得る。コンピュータ技術において、わずかな色の変化は一見したところ重大なもの(crucial)には見えないかもしれないが、一方、コンピュータ映像のランレングス符号化を最適化する場合は実際に問題となる。
このことは、図３−図５の例から理解される。エンコーダが、図３のようなスキャンラインが一致する色値のランを含むかどうかを判断する場面では、唯一ノイズの影響で色C1-C7の内の１つが不一致(non-matching)の色として誤って認識された場合に、ランは途切れてしまい符号化に影響する(suffer)。例えば、緑成分が350mVである図２の実施形態について考えてみる。この値は、色20と色21の間の遷移位置(at the transition)の値であるので、アナログ明度を低下させる最も小さなノイズのせいでその色が要素20(0x7F)として符号化され、また、色明度を増大させる最も小さなノイズのせいでその色が要素21(0x80)として符号化されることがある。言い換えると、信号を低下させる(driving downwards)最も小さなノイズのせいでその信号が0x7Fとして符号化され、信号を増大させる(forcing upward)ノイズのせいでその信号は0x80として符号化される。この例では、最も小さなノイズのせいでデジタル化された全ビットが変化してしまうので、問題は特に深刻である（0x7F対0x80）。
図２と図３の例は幾分単純化されたものであるが、ランレングスを調べる際に画素値と画素値の間の正確な一致を要求する場合は、圧縮効率に影響がでてしまう(suffer)という一般原理を例示している。
ノイズに起因する(noise-induced)非効率性の他の一例としては、パレット符号化(palette encoding)によってランレングス符号化を改良した(augmented)場合に起こるものがある。一映像圧縮方法では、一画素を表現するために使われるビットの数を減らすことによって、色画像を伝送する際に必要となるバイト数を減らす。極端な場合、各画素は１ビットで表現され得、これによって圧縮比は24:1となる。この極端な色圧縮の場合、RGB色の半分は１にマッピングされ、その他は０にマッピングされる。我々は、図１の３次元色空間を２つの区別された領域(distinct regions)に分割することによってこれを行う。これらの領域の１つにマッピングされた画素は、ｌ１として表現され、その他の領域にマッピングされた画素は０として表現される。一例として、１は、３８４より大きな成分値の総和をもつ全ての画素として規定される。即ち、我々の色空間圧縮による出力値は、
Figure 0005039545
となる。ここで、Yはその結果としての画素の１ビットの色値であり、Rは入力される画素の赤色成分であり、Gは入力される画素の緑色成分であり、Bは入力される画素の青色成分である。
その色空間変換(color space conversion)は、ノイズが系(system)に加えられたときに注目される。３次元色空間では、少量のノイズ(a small amount of noise)が一つの色成分に加わっても全体としての影響は大きくない。残念ながら、新しい色値にマッピングすることによって色空間が小さくなると、少量のノイズの影響は非常に大きくなる。例えば、入力される画素色が(R、G、B)=(128、128、128)である場合は、その表示色(displayed color)は中間レベルのグレイとなる。上述の関数を使ってこの色を圧縮すると、その成分の総和は128+128+128=384となる。その結果、圧縮された画素値はY=0となる。公称画素値(nominal pixel value)の赤成分だけに値１のノイズを加えた場合は、(129、128、128)となる。ノイズのある(noisy)画素成分の総和は129+128+128=385となるので、圧縮された画素値はY=１となる。小ノイズによって画素値がY=0からY=１にひっくり返えった(tipped)。入力画素に加えられた少量のノイズは、結果として色圧縮された値(color-compressed value)に甚大な影響を与えることがある。
これからわかることは、ピクチャ(picture)映像技術に比べてコンピュータ映像技術の多くの分野は、通常、近傍画素間のコントラストが高く、比較的少数の色が使われるため、特異な分野であるということである。ほとんどのコンピュータ映像では、主要な関心は、コンピュータで生成されたデスクトップ及びウィンドウズ（登録商標）のアプリケーションである画像を圧縮することである。
圧縮アルゴリズムを設計する際に、限定された数の色と、限定された動画映像を扱うとの要請は、良好な使用に供され得る(put to good use)。これらの特徴から、上述した例では、Y=0とY=１の画素値の変化がコンピュータ技術で発生しても、実質的にはピクチャに影響しない。結局、Y=0とY=１は、２つの領域間の境界上に存在する画素値にとってはほぼ等しく有効な表現である。典型的なスクリーンに表示される情報が高コントラストである利点を利用して、近傍(nearby)画素の色値の小さな変動(variations)を無視することが可能であり、また、重要な情報が画像に含まれていた場合は一般的にはこれはほとんど失われない。小さな空間分離(small spatial separations)にわたって、色値のあらゆる小変動を無視することによって、データをより効率的に圧縮することができ、また、ノイズ情報の伝送を避けることができる。
入力画像内の注目情報(information of interest)のほとんどが近傍画素間で高コントラストであるために、隣接画素間の色の小変動は、付加的ノイズのアーチファクト(artifacts)であるという前提のもとで無視し得る。次に、あらゆる画素の色値の「測定(“measurement”)」に際して、画素近傍の色値に基づいてバイアスを意図的にかけることもできる。この例から得られるものは、実際には空間フィルタリングの一種であるが、ノイズの影響を増幅するか、或いは、高コントラストの画像情報を失うリスクがある線形空間フィルタリングではない。むしろ、この例での効果は、隣接画素(adjacent pixels)間の色の変動の振幅(amplitude)に依存する。このことは、大振幅の画像コンテンツを保存する(preserving)一方で、ノイズ起因の低振幅の変動を低減できることを意味する。
この空間フィルタリング(spatial filtering)を、画素値間の比較分析を行う分析的エンコーダにおいて、効率的な使用に供することができる。そのようなアプリケーションの一例では、空間フィルタリングがランレングス符号化体系(scheme)に適用されている。ほとんどの圧縮アルゴリズムでは、特定の画素を符号化するために必要となるバイト数を低減するために、近傍(nearby)画素の一般類似性(general similarity)を利用している。例えば、図５に関して上述したように、ランレングス符号化(RLE)では、同じ色値をもつ後続する画素数を示すランレングスと色値によって画素が符号化される。符号化アルゴリズムによって異なる値をもつ画素が検出されるとすぐに、ランは終了し、新しいランが始まる。
この種のアルゴリズムの弱点は、画素とその比較対象の画素（基準）との差(例えば、ノイズに起因する)によって不一致(mismatch)が検出され、ランが中途半端に終了してしまうことである。色空間ヒステリシスを使う空間フィルタリングは、画素がランの色値に正確に一致する(match)という要件を緩和するので、画素値が、一致したと見なされるには、それがラン値に対して閾値内にあるだけでよくなる。
RLEにおいては、色空間変換(color space conversion)によって圧縮された画像で表現される色数を減らした後で、圧縮アルゴリズムによって処理される第１画素は、第１のランの色値を設定する。次に、画素の２４ビット色値をとりこみ、その色値が属する色空間の領域を決定し、その値をその領域の２４ビットの色に置き換えてランの基準値(basis)を生成する。次の画素を測定する際に、その色値が色空間内の同じ領域にある場合は、ランが続いていることになる。しかしながら、次の画素の「真の(“true”)」色（ノイズで崩される前の色値）が色空間領域の端の近くに存在する場合は、ノイズによってその色値が近傍の色空間領域の色値に簡単に変わる可能性がある。
そのため、新しい画素を比較して、新しい画素が色空間マップ内のランの基準値を形成する領域に属するかどうかを調べる代わりに、ランの色空間は、３色次元(three color dimensions)の全次元に対してわずかに拡張された色空間に置換される。わずかに拡張された色空間領域は、３次元空間の真の画素色より広いが、エンコーダが測定値を真の色空間内にあるものとして処理可能かどうかテストするためのテスト領域として機能する。画素がテスト領域に属している場合は、そのランは継続していることになり、そうでない場合は、そのランは終了し、新しい画素が新しいランの基準値を構成する。ここで、より広いテスト領域によって、少量のノイズによって汚された(corrupted)画素がラン領域から除外されることが防止されるので、さもなければノイズによって遮断されて(interrupted)しまうことになる長いランを保護することができる。ノイズのない情報から期待される変化などのより大きな色変化は、フィルタリングされないため、高画素コントラストのスクリーン領域のランが終了することになる。
色空間を図１１Ａに示す正規立方体領域(regular cubical regions)に分割すると、色空間ヒステリシス(hysteresis)を最も簡単に利用することができる。この図を正しく理解するために、例えば、わずかに拡張した色領域を、単純なRLEランとする。ここで、実際のラン色値は、正規色空間(normal color space region)である立方体領域normal(R0x01,G0x01,B0x00)と、わずかに拡張された色領域であるテスト領域(R0x01,G0x01,B0x00)との幾何学上の中心点にある。領域normal(R0x01,G0x01,B0x00)に属する新しい画素値は、３次元表現された実際のラン色値に対応する。同色の新しい画素ではあるがノイズで崩されている新しい画素は、このため、正規色空間領域normal(R0x01,G0x01,B0x00)の外側に押し出されてしまい、それにもかかわらず、この新しい画素は、拡張テスト領域test(R0x01,G0x01,B0x00)に属することになる。この緩和された空間の要件によって、この画素は、まだ実際のラン色値に対応することになり、また、現在のランが中断することがなくなる。
これら領域は立方体である必要はない。図１１Ｂは、実際の色値CVRを有する円領域の構成を示す。ここで、normal(R0x01,G0x01)は、正規色空間領域を表し、test(R0x01,G0x01)は拡張テスト領域を表す。そこに示すように、青ビットは、ヒステリシスから完全に落とされて、アルゴリズムの複雑度が低減される。
各色成分は図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて２ビット形式であるが、解像度を上げるためにこれらの成分は、５ビットや８ビットなどのもっと大きなビットサイズの割り当てが可能である。また、領域のサイズは、図１１Ａ及び図１１Ｂの軸上に示されているデジタル値によって限定されることはなく、より大きな次元をカバーするサイズであってもよい。
ヒステリシスを使用するために、１つの数字ntestを使って領域(test(R0x01,G0x01,B0x00))の「拡張(“expansion”)」を記述することができる。或いは、各色軸に対してntestの異なる値を用い得る。後者の場合、ヒステリシスをR軸、G軸、B軸のそれぞれに対してカスタマイズして、異なる成分に対して異なる感度レベル(levels of sensitivity)に適応させる(accommoadate)ことが可能である。この場合、図１１のヒステリシスブロックと実際の色ブロックは立方体や円ではなく、色成分のビット及び各成分軸に対して選択されたntest値に依存するあらゆる多様な形状をとり得る。
図１１Ａには示されていないが、RGB画素色を規定する各立方体は、同様のntestヒステリシス拡張を受け入れ可能なので、近傍の立方体(adjacent cubes)は、近傍の色立方体と比較される確認可能な(ascertainable)値に関して実際にオーバーラップする。利用されるヒステリシスの実際の値は、より長いランレングスの認識によって圧縮を改良する機会に対して(versus)、映像知覚のため所望される感度レベル及び色の豊富度(richness)に応じて変動し得る。上述したように、立方体ヒステリシス以外のものを生成するために実際の値は、色軸に依存し得る。
本発明は、共通性(commonality)を見出すために画素を比較するあらゆるタイプの符号化、例えばランレングス符号化、に関して具現化できるが、特定の種類のランレングス符号化に限定されるものではない。本発明の一例を簡潔に示すだけの目的で、一実施形態では、図３に示されるスキャンラインと、copy left(CL)コマンドに基づいて基準色C1から画素色C2-C7のランレングスが符号化されるランレングス符号化に関して説明する。Dambrackas出願では、コンピュータ・モニタとコンピュータ・ネットワークの環境でこのランレングス符号化をどのように行うかの例について開示している。
Dambrackasの出願では、一連の画素を符号化する５つの異なる種類のコマンドについて開示している。始めの３つは、ランレングス符号化コマンドであって：（１）copy-leftコマンド（ランの直ぐ左隣の画素値に基づいて画素値のランレングスを符号化）；（２）copy-oldコマンド（直前のフレームではないラン内の第1の画素と同じ位置にある画素値に基づいて画素値のランレングスを符号化）；（３）copy-aboveコマンド（ランの第1画素の真上の画素値に基づいて画素値のランレングスを符号化）を含む。ヒステリシスは、これらのランレングス符号化技術の全てにとって利点がある。
また、そのヒステリシスの方法は、Dambrackas出願で開示されている所謂make-seriesコマンドと呼ばれる第４の符号化コマンドでも利点がある。また、make-seriesコマンドは、比較分析コマンドである、なぜなら、異なる２つの現在の画素色値を基準(standard)として使い、２進数の０と１によって、２つの色基準のうちの１つに属する後続する画素の組を符号化するからである。このコマンドは、２色（テキストと背景）ランのストリングを含むテキスト符号化にとって有効である。ヒステリシスは、（１）異なる２つの色基準を比較するためと（それらが実際に異なる２つの色であると考えるのに十分に高コントラストであるかどうかを決定するため）；（２）後続の画素の比較によって、２つの色基準のうちの１つに一致するかどうかを決定するため、の双方で利点がある。無論、「２つの色の違い(“two-color difference”)」を確認するためのヒステリシス値は同じであるか、或いは、「色の一致(“color match”)」を決定するためのものとは感度（閾値）が異なり得る。
図６は、ランレングスを計算する際に正確な一致を要する要件及びその他の比較条件を緩和するためのヒステリシスを含む例示的システムを示す。アナログ映像信号６０は、アナログ・デジタルコンバータ６１に入力され、このアナログ映像信号は、エンコーダ６２用にデジタル映像信号ストリームにデジタル化される。エンコーダ６２は、Dambrackas出願のエンコーダやその他のあらゆる同様な種類の比較分析エンコーダなどでもよい。エンコーダ６２内には、以下で説明される閾値ルーチンを実行する閾値分析ルーチン６３がある。また、エンコーダ６２には、アナログ・デジタルコンバータ６１から受信されたデジタル映像ストリームをランレングス符号化する圧縮ルーチン６４が含まれている。伝送媒体６５は、エンコーダ６２からデコーダ６６へ符号化映像を送る。ここで、伸長ルーチン６７は圧縮ルーチン６４とは逆の処理を行ってデジタル映像ストリームを得る。伸長されたデジタル映像ストリームは、フラットパネル・ディスプレイなどのディスプレイ６８に送られるが、他の代替的実施形態では（デジタル・アナログコンバータを通った後）アナログ映像モニタに送られる。
図６のシステムの特定のアプリケーションは多様である。例えば、システムはリモートPC向けの映像エクステンダ(extender)でもよい。また、それは、ネットワークシステムや、リモートPCコントローラや、KVMスイッチ・アプリケーションでの映像通信や、又は、ランレングス符号化や、一致(match)条件や不一致(mis-match)条件を分析するその他の符号化によってデジタル映像を符号化するあらゆるその他のアプリケーションで利用可能である。さらに、圧縮（６４）と閾値分析（６３）に関わるルーチンは、例えば、図７−図１０の幾つかの実施形態やその他の実施形態で説明されるルーチンを実行する一つのプロセッサ、ASIC、FPGA、その他の好適なデバイスに含まれるものであってもよい。
本発明の一実施形態では、適用するランレングス条件で正確な一致を求める代わりに、閾値ルーチン６３は、一画素値を別の画素値から減算し、その結果の絶対値と閾値とを比較する。その差の絶対値が閾値よりも小さいか、或いは、等しい場合は、正確に一致したものとして扱われる。具体的には、現在の画素の赤、緑、青の成分Ri、Gi、Biが、コンバータ６１からエンコーダ６２により受信された映像ストリーム内の入力画素値として識別される。また、エンコーダ６２はRs、Gs、Bsを、現在のフレームか或いは以前の(prior)フレームの既知の画素値として識別する。いったんエンコーダ６２がRi、Gi、BiとRs、Gs、Bsの値を知ると、エンコーダ６２は、一致条件(match condition)がその２者間に存在するかどうかを決定する試みを行う。上述したように、従来のシステムでは、エンコーダ６２は、Ri、Gi、Biの値がRs、Gs、Bsの値と同じかどうかを決定して、同一性(identity)を判定する。図２で説明したが、幾つかの例では、実際には存在しない不一致(mismatch)が識別された結果、同一性判定に失敗し得る。
従って、一実施形態では、エンコーダ６２はRi、Gi、Bi成分の値からRs、Gs、Bs成分の値を減算して差分信号(difference signals)Rd、Gd、Bdを求める。Rd、Gd、及びBdの絶対値が分析されて、それらがCthreshの閾値よりも小さいかどうかを決定する。そうである場合は、ステップ７９でランレングスがインクリメントされ、新しいRi、Gi、Biが識別される。言い換えると、差分値Rd、Gd、及びBdが閾値よりも小さい場合は、一致条件が成立したものと見なしてランレングスは分断されない。
Rd、Gd、或いはBdが閾値を越えると、まず、エンコーダ６２は、現在ランレングスの処理中であるかどうかを判断する。そうである場合はランレングスは終了し、圧縮ルーチン６４によって符号化され、新しいRi、Gi、及びBiが識別される。他方、以前にランレングスが識別されなかった（現在のRi、Gi、及びBiが分析される前に）場合は、圧縮ルーチン６４によるランレングス符号化ではなく別の符号化法に基づいてRi、Gi、及びBiが符号化され、別のRi、Gi、及びBiが識別される。
ここで、幾つかの例を説明して圧縮のインパクトを説明する。この例を、上述したcopy-oldコマンド(CO)、copy-leftコマンド(CL)、copy-aboveコマンド(CA)、make-seriesコマンド(MS)に関して説明する。
第1に、COコマンド(図７)のカウント値をインクリメントする方法を説明する。copy-oldコマンドが、現在の画素ラン内の第1の画素の位置に対応する以前の(prior)フレームの画素値と現在の画素値とを比較するランレングスコマンドであることを思い出していただきたい。図７では、ステップ７０で、入力画素値がRi、Gi、及びBiとしてエンコーダ６２によって識別される。ステップ７１では、copy old画素位置の、前に送られた値（即ち、クライアントによって現在表示されている値）がRs、Gs、及びBsとしてエンコーダ６２によって識別される。Cthreshは、割り当てられた色成分閾値である。次に、ステップ７２では、Rd=Rs-Ri、Gd=Gs-Gi、Bd=Bs-Biを計算する。(ここで、Rd、Gd、Bdは色成分差分(color component differences))。ステップ７３−７５で、| Rd |< Cthresh及び| Gd |< Cthresh及び| Bd |< Cthreshである場合は、入力画素値は、前に送られた値と一致し、ステップ７９でCOカウント値がインクリメントされる。どのステップ７３−７５でも一致しなかった場合は、COコマンドが終了する。その後、RiGiBiの前に存在するランが、現在の不一致（ステップ７６）によって終了しようとしている場合は、このランはステップ７７で符号化される。そうでない場合は、ステップ７８でRLE以外の方法を使って画素RiGiBiが符号化される。
次に、CLコマンド（図８）のカウント値をインクリメントする方法を説明する。copy-leftコマンドが、現在のラン中の第１の画素の直ぐ左隣にある前の画素値と現在の画素値とを比較するランレングス符号化コマンドであることを思い出していただきたい。図８では、入力する画素値がRi、Gi、Biとしてエンコーダ６２によって識別される。ステップ８１では、CLコマンドを開始する前に送られた画素値はRL、GL、BLであり、Cthreshは割り当てられた色成分閾値である。次に、ステップ８２では、Rd=RL-Ri、Gd=GL-Gi、Bd=BL-Biを計算する(ここで、Rd、Gd、Bdは色成分差分)。ステップ８３−８５で、| Rd |< Cthresh及び| Gd |< Cthresh及び| Bd |< Cthreshである場合は、入力画素値は前に送られた値と一致し、ステップ８９でCLカウント値がインクリメントされる。ステップ８３−８５のいずれでも一致しなかった場合は、CLコマンドが終了する。その後、RiGiBiの前に存在するランが、現在の不一致（ステップ８６）のために終了しようとしている場合は、このランはステップ８７で符号化される。そうでない場合は、ステップ８８で、ランレングス符号化ではないその他の方法によって画素RiGiBiが符号化される。
次に、CAコマンド（図９）のカウント値をインクリメントする方法を説明する。copy-aboveコマンドが、現在のランの第１画素の直上の画素と現在の画素値とを比較するコマンドであることを思い出していただきたい。図９では、CAコマンドを開始する前に、画像内の各画素列位置(pixel column position)に対して送られた最後の色値に対応する色値リスト（すなわち、１つの前の行(one previous row)）を記憶する必要がある。この配列に含まれる値は、CAコマンドの実行中は変化しない。ステップ９０で、入力画素値は、Ri (x、y)、Gi (x、y)、Bi (x、y)としてエンコーダ６２によって識別される。ステップ９１で、対応する配列のエントリの値が、RA(x)、GA (x)、BA (x)として識別される。Cthreshは色成分閾値、xは現在の画素の画素列(pixel column)、yは現在の画素の画素行(the row of the current pixel)である。次に、ステップ９２では、Rd=RA(x)-Ri (x、y)、Gd=GA (x)-G i (x、y)、Bd=BA (x)-B i (x、y)を計算する(ここで、Rd、Rd及びBdは色成分差分)。ステップ９３−９５で、| Rd |< Cthresh及び| Gd |< Cthresh及び| Bd |< Cthreshである場合は、入力される画素値は、前に送られた値と一致し、ステップ９９で、CAのカウント値がインクリメントされる。ステップ９３−９５のいずれでも一致しなかった場合はCAコマンドが終了する。その後、ランは存在するが、このランが現在の不一致のために終了しようとする場合（ステップ９６）は、このランはステップ９７で符号化される。直前にランが存在しない場合は、ステップ９８で、画素RiGiBiがランレングス符号化以外の方法で符号化される。
最後に、画素をテストしてMSコマンドに適合するかどうかを確認する方法を説明する（図１０Ａ、図１０Ｂ）。make-seriesコマンドが、make-seriesラン内の第１画素の直ぐ左隣の２つ（そして２つだけ）の画素色の２つの（たった２つの）色値に対応するバイナリ値のビットシーケンスでバイトを満たすコマンドであることを思い出していただきたい。make-seriesコマンドでは、直前に送られた２つの画素値が記憶され、この画素値は２つの異なる色に対応する。ラン内のすべての後続の画素は、これら２色のうちの一方か或いは他方から来るものとして識別される必要がある。さもなければ、ランは終了する。まず、MSコマンドの開始前に、直前に送られた２つの画素値が記憶されねばならない。直前に送られた値はRp0、Gp0、Bp0であり；次の直前に送られた値は、Rp1、Gp1、Bp1である。また、これらの２つの値は、少なくともその閾値分異なっている必要がある：すなわち、これらの値は、ステップ１０２で|Rp0- Rp1|> Cthresh、或いは|Gp0-GP1|> Cthresh、或いは、|Bp0-Bp1|> Cthreshのときに限って有効であることに注意されたい。ステップ１０２で、２つの色値が閾値分異なっている場合は、ステップ１０２ＡでRp0とRp0が更新され、ステップ１０４及び／又はステップ１０９で利用される。ステップ１０２のために異なる閾値Cthreshx、即ち、後のステップ１０４−１０７で使われるものとは異なる閾値を使うことができる。ステップ１０２が失敗した場合、前の２つの画素は「２色(“two colors”)」ではなく、ステップ１０３で２色MSコマンド以外の技術を使って現在の画素が符号化される。
ステップ１０２でMSコマンドが適用され、ステップ１０４−１０７で|Rp0- Ri|< Cthresh、及び|Gp0-Gi|< Cthresh、及び|Bp0-Bi|< Cthreshである場合、ステップ１０８で、この画素は、MSバイト中の現在の画素のビット位置で０（第１色基準(first color standard)に対応する）として表現し得る。
同様に、ステップ１０２でMSコマンドが適用され、ステップ１０９−１１２で|Rp1- Ri|< Cthresh、及び|Gp1-Gi|< Cthresh、及び|Bp1-Bi|< Cthreshである場合は、この画素は、MSバイト中の現在の画素のビット位置で１（第２色基準(second color standard)に対応する）として表現することができる。
MSコマンドがステップ１０５−１０７のいずれでも、また、ステップ１１０−１１２のいずれに対しても失敗した場合は、MSコマンドは、現在の画素に対して失敗したことになり、MSバイトが生成されて送られ、ステップ１０３で（MS以外の）他のコマンドを使って、現在の画素が、符号化される。
上の各シナリオでは、より高い色コントラストを選ぶのか、或いは、より大きな圧縮効率を選ぶのかの設計者の選択に基づいて、Cthreshが決定され得る。実際には、ヒステリシスは、本質的には無損失の圧縮法に対して潜在的色情報損失を持ち込むことになる。ヒステリシスに起因する許容損失量は、通信帯域幅、システム速度、色パレット、色深度(color depth)（例えば、画素色成分当たりのビット）、その他の設計基準に基づいて決定され得る。このとき、許容損失の程度によってCthreshを割り当てることができる。Cthreshは、全てのランレングス・コマンドの種類についても、また、全ての色成分のタイプに対しても同一である必要がなく、一致条件(match conditions)を評価するのか、或いは、不一致条件(mis-match conditions)を評価するのかについても同一である必要はない。
一実施形態では、Cthreshは、そのアルゴリズムで使われる様々な符号化技術の１つ或いは複数のもので異なる。従って、一つの例示として「無変化(no change)」ランレングス技術では、「copy above」や「copy left」符号化技術とは異なるCthreshを利用できる。同様に、水平と垂直の次元で一貫してアーチファクトを取り扱う(address)ために同じ閾値を使うことが好ましくはあるが、「copy above」と「copy left」符号化技術では、同じ閾値や異なる閾値を使うことができる。同様に、MSコマンドの閾値は同じか、或いは、ランレングス符号化コマンドの一部か或いは全てと異なっていてもよいが、これは異なるコマンドの種類で所望される感度に依存する。
[0066]映像のためのフィルタとしてヒステリシスを利用した従来の映像処理でのヒステリシスの利用とは異なり、本システムは、圧縮アルゴリズム内で個々に異なるコマンドのタイプに対してヒステリシスを与えるという点で特異(unusual)のものである。従って、ヒステリシスを、映像信号それ自体に対してではなく（例えば、ユニークな閾値、及び／又は、各色成分で評価されるユニークなビット数を設定することによって）特定のコマンドタイプに仕立てることができる。好適な実施形態では、５種類のコマンドを説明した（copy oldコマンド、copy leftコマンド、copy aboveコマンド、make a seriesコマンド、make a pixelコマンド）が、その各々は、その他の種類のコマンドのヒステリシス特徴と比べても独特な（或いは独特ではない）ものに関連付けられたヒステリシスを持つ。従って、本システムは、各コマンドタイプの効率を改善し、これらコマンドタイプのユニークなノイズ感度に仕立てることができる。無論、本発明は、特定の１つ或いは複数のコマンドのタイプに決して限定されることはなく、あらゆる各コマンドタイプ或いはその組み合わせに対してヒステリシスを仕立てることができる。
本発明を、最も実践的で好適な実施形態と現在考えられるものとの関連で説明したが、本発明は開示した実施形態に限定されることはなく、添付の請求項の要旨と範囲に含まれる様々な変更と等価な構成を包含するものであることに注意されたい。
従来の８ビットRGB色空間を示す図である； 例示的色パレット内の遷移の一例を示す図である； １スキャンラインの画素色が映像源により出力される様子を示す図である； 図３のスキャンラインを非圧縮で映像パケット化する従来の方法を示す図である； 図３のスキャンラインを従来のランレングス符号化で処理する一例を示す図である； 本発明の例示的実施形態に係るシステムを示す図である； 本発明に係る例示的方法の一例を示すフロー図である； 本発明に係る方法の別の一例のフロー図である； 本発明の方法の別の一例のフロー図である； 本発明の方法の別の一例のフロー図である； 本発明の方法の別の一例のフロー図である； 本発明の例示的態様に係るRGBヒステリシスを示す図である。
符号の説明
６０ アナログ映像信号
６１ アナログ・デジタルコンバータ
６２ エンコーダ
６３ 閾値分析部
６４ 圧縮部
６５ 伝送媒体
６６ デコーダ
６７ 伸張部
６８ ディスプレイ

Claims (15)

  1. 色画素値のシリアルストリームを受信する入力部と；及び
    前記色画素値のうちの第１の色画素値を記憶し、前記色画素値のうちの現在の１つの色画素値を受信するエンコーダとを具備し、
    前記エンコーダは、前記色画素値のうちの前記現在の１つの色画素値が、閾値よりも小さい差で、前記色画素値のうちの前記第１の色画素値と異なるか否かを決定し、そうである場合は、カラーマッチング符号化によって前記現在の１つの色画素値を符号化し、
    前記閾値は、３色次元の全次元に対して、正規色空間領域から拡張された拡張色空間領域によって決定され、前記拡張色空間領域の各色軸の前記閾値は、それぞれ、映像知覚のための感度レベルに適応する異なる値にカスタマイズされる、
    ことを特徴とする映像符号化装置。
  2. 前記色マッチング符号化は、ランレングス符号化である
    ことを特徴とする請求項１に記載の映像符号化装置。
  3. 前記エンコーダは、前記色画素値のうちの第１及び第２の色画素値を記憶し、
    前記エンコーダは、前記色画素値のうちの前記現在の１つの色画素値が、閾値よりも小さい差で、前記第１の色画素値と異なるか否かを決定し、
    そうである場合は、第１のバイナリ状態を持つビットとして前記現在の色画素値を符号化し、そうでない場合は、前記色画素値のうちの前記現在の１つの色画素値が、閾値よりも小さい差で、前記第２の色画素値と異なるか否かを決定して、そうである場合は、第２のバイナリ状態を持つビットとして前記現在の色画素値を符号化する
    ことを特徴とする請求項１に記載の映像符号化装置。
  4. 前記エンコーダが、前記色画素値のうちの前記現在の１つの色画素値が、閾値を上回る差で、前記色画素値のうちの前記第１の色画素値と異なることを決定した場合、
    前記エンコーダは、色を一意に識別する１バイトを生成することによって、前記現在の色画素値を符号化する
    ことを特徴とする請求項１に記載の映像符号化装置。
  5. 前記色画素値の各々は色画素成分値を含み；及び
    前記エンコーダは、前記色画素成分値の第１の組を記憶し、前記色画素成分値の現在の組を受信し、
    前記エンコーダは、前記色画素成分値の現在の組のうちのそれぞれ１つが、閾値より小さい差で、前記色画素成分値の前記第１の組のうちの対応する１つと異なるか否かを決定して、前記現在の組のうち全ての色画素成分値に対してそうである場合は、カラーマッチング符号化によって前記現在の画素値を符号化する
    ことを特徴とする請求項１に記載の映像符号化装置。
  6. 前記エンコーダは、前記色画素成分値の第１及び第２の組を記憶し、及び
    前記エンコーダは、前記色画素成分値のうちの前記現在値のそれぞれ１つが、閾値より小さい差で、前記第１の色画素成分値のうちの対応するものと異なるか否かを決定して、
    前記現在の組のうち全ての色画素成分値に対してそうである場合は、前記現在の画素値を第１のバイナリ状態を持つビットとして符号化し、前記現在の組のうち色画素成分値に対してそうでない場合がある場合は、前記色画素の成分値のうちの前記現在のものが、閾値よりも小さい差で、前記第２の色画素成分値のうちの対応するものと異なるか否かを決定し、前記現在の組のうち全ての色画素成分値に対してそうである場合は、前記現在の色画素値を第２のバイナリ状態を持つビットとして符号化する
    ことを特徴とする請求項３に記載の映像符号化装置。
  7. 画素色値を備えるシリアル映像データ・ストリームを受信し、
    前記画素色値のうちの現在の１つの画素色値を識別し、
    前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値と所定の位置関係を持つシリアル映像データ・ストリーム内で、前の画素色値に等しい基準画素色値を識別し、
    前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値が、前記基準画素色値とどの程度異なっているかを決定し、
    前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値が、閾値より小さい差で、前記基準画素色値と異なっている場合、カラーマッチング符号化によって前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値を符号化し、
    前記閾値は、３色次元の全次元に対して、正規色空間領域から拡張された拡張色空間領域によって決定され、前記拡張色空間領域の各色軸の前記閾値は、それぞれ、映像知覚のための感度レベルに適応する異なる値にカスタマイズされる、
    ことを特徴とする方法。
  8. 前記カラーマッチング符号化は、ランレングス符号化である
    ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 前記所定の位置関係は、前記現在の色画素値を含むランの直ぐ左隣の位置である
    ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 前記所定の位置関係は、前記現在の色画素値を含むランの真上の位置である
    ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  11. 前記所定の位置関係は、前記現在の色画素値を含むランの始点に対して、直前のフレーム内の共通位置である
    ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  12. 画素色値を備えるシリアル映像データ・ストリームを受信し、
    前記画素色値のうちの現在の１つの画素色値を識別し、
    前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値を含む画素のランの直ぐ隣の異なる２つの前の画素色値に等しい第１及び第２の基準画素色値を識別し、
    前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値が、前記第１の基準画素色値とどの程度異なっているかを決定し；
    前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値が、所定の閾値より小さい差で、前記基準画素色値と異なっている場合、ビットに基づく符号化によって前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値を符号化し、ここで、前記ビットは、前記第１の基準画素色値にそれぞれ対応する２つのバイナリ状態のうちの１つに符号化され；
    前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値が、前記所定の閾値を超える差で、前記第１の基準画素色値と異なる場合は：
    前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値が、前記第２の基準画素色値とどの程度異なっているかを決定し；及び
    前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値が、所定の閾値より小さい差で、前記第２の基準画素色値と異なっている場合、ビットに基づく符号化によって前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値を符号化し、ここで、前記ビットは、前記第２の基準画素色値に対応する２つのバイナリ状態のうちの１つに符号化され、
    前記閾値は、３色次元の全次元に対して、正規色空間領域から拡張された拡張色空間領域によって決定され、前記拡張色空間領域の各色軸の前記閾値は、それぞれ、映像知覚のための感度レベルに適応する異なる値にカスタマイズされる、
    ことを特徴とする方法。
  13. 前記画素色値は、複数の画素成分値を備え；
    前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値が、前記第１の基準画素色値とどの程度異なっているかを決定するステップは、前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値の各画素成分値が、前記第１の基準画素色成分値の内の対応するものとどの程度異なっているかを決定することを含み；
    前記現在の画素成分値の全てが、所定の閾値より小さい差で、前記第１の基準画素色成分値のうちの前記対応するものの全てと異なる場合は、ビットに基づく符号化によって前記現在の画素色成分値を符号化し、ここで、前記ビットは、前記第１の基準画素色成分値にそれぞれ対応する２つのバイナリ状態のうちの１つに符号化され；
    前記現在の画素成分値が、前記所定の閾値を上回る差で、前記第１の基準画素成分色値と異なる場合は：
    前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値が、前記第２の基準画素色値とどの程度異なっているかを決定するステップは、前記画素色値のうちの前記現在の１つの画素色値内のそれぞれの画素成分値が、前記第２の基準画素色値のうちの対応するものとどの程度異なっているかを決定することを含み；
    前記現在の画素成分値の全てが、所定の閾値より小さい差で、前記第２の基準画素色成分値のうちの前記対応するものの全てと異なる場合は、ビットに基づく符号化によって前記現在の画素色値を符号化し、ここで、前記ビットは、前記第２の基準画素成分色値にそれぞれ対応する２つのバイナリ状態のうちの１つに符号化される
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 複数の異なる圧縮コマンドタイプを使って、映像ストリームを圧縮するエンコーダを含む映像システムであって、これら圧縮コマンドタイプの少なくともいくつかは、既知の画素値をもつ映像ストリーム内の現在の画素値の比較分析を利用する比較コマンドであり、
    このシステムの改良は：
    選択的に所定のヒステリシス関数を前記比較コマンドのうちの対応するコマンドに追加するシステムを前記エンコーダに備え、
    前記ヒステリシス関数によって、異なる圧縮コマンドタイプに関連する対応する比較分析で、カスタマイズされた感度の低減が提供され、
    前記ヒステリシス関数の閾値は、３色次元の全次元に対して、正規色空間領域から拡張された拡張色空間領域によって決定され、前記拡張色空間領域の各色軸の前記閾値は、それぞれ、映像知覚のための感度レベルに適応する異なる値にカスタマイズされる、
    ことを特徴とするシステム。
  15. 前記異なる比較圧縮コマンドタイプは、少なくとも１つのランレングス符号化と、少なくとも１つの２色シリーズ・コマンドタイプとを含み、
    前記エンコーダは、前記２色シリーズに対してではなく前記ランレングス符号化に対する異なるヒステリシス関数を提供する
    ことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
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