JP5270592B2 - Image coding apparatus, image coding method, and image coding program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a code amount by taking the local property of images into consideration in bit depth conversion processing when encoding high bit depth images. <P>SOLUTION: A bit depth conversion processing part 10 divides the image of input image signals into a plurality of areas by an area division part 100 and converts the input image signals to low bit depth signals by divided area. At the time, the area division part 100 divides the area so as to minimize the sum of bit depth conversion errors. As encoded streams, division information encoded data, conversion table encoded data by area, low bit depth signal encoded data, and residual signal encoded data with the input image signals by the bit depth conversion are outputted. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は,高ダイナミックレンジを持つ画像信号の符号化技術に関し,特に高ビット深度映像符号化における符号量を削減するための技術に関する。 The present invention relates to encoding technology of image signals having a high dynamic range, techniques for particular reduce the amount of codes in the high bit depth video coding.

近年,画像の高品質化に伴い,高ダイナミックレンジ映像への期待が高まっている。これにともない,取得する信号のビット深度を従来の8ビットから10ビット以上へと拡張した高ビット深度信号を取得可能なデバイスが登場してきている。しかし,画像信号の高ビット深度化により,画像の符号量が増大するため効率的な符号化手法が必要である。そこで,高ビット深度信号に対する符号化・復号に関する研究が進められている。   In recent years, with the improvement of image quality, expectations for high dynamic range images are increasing. Accordingly, devices capable of acquiring a high bit depth signal in which the bit depth of the acquired signal is expanded from the conventional 8 bits to 10 bits or more have appeared. However, since the code amount of an image increases as the bit depth of the image signal increases, an efficient encoding method is necessary. Therefore, research on coding and decoding for high bit depth signals is underway.

高ビット深度信号の符号化手法として,図14に示すような手法が,非特許文献1にて提案されている。   As a coding technique for a high bit depth signal, a technique as shown in FIG.

図14に示す手法では,高ビット深度信号(Nビット信号とする)の画像信号を入力とし,ビット深度変換処理部300によりビット深度変換処理を行うことで,Nビット信号を(N−Δ)ビット信号の低ビット深度信号に変換する。それを符号化処理部301で符号化処理し,さらに復号処理部302で復号する。その(N−Δ)ビット信号の復号画像に対し,逆ビット深度変換処理部303により逆ビット深度変換処理を行い,Nビット信号の高ビット深度画像を生成する。   In the method illustrated in FIG. 14, an image signal of a high bit depth signal (assumed to be an N bit signal) is input, and the bit depth conversion processing unit 300 performs a bit depth conversion process, whereby an N bit signal is (N−Δ). Convert bit signal to low bit depth signal. It is encoded by the encoding processing unit 301 and further decoded by the decoding processing unit 302. The inverse bit depth conversion processing unit 303 performs an inverse bit depth conversion process on the decoded image of the (N−Δ) bit signal to generate a high bit depth image of the N bit signal.

続いて,この高ビット深度画像と入力信号との差分を,減算器304で算出し,結果の残差信号を符号化器305で符号化する。出力は,残差信号の符号化ストリームと,低ビット深度信号の符号化ストリームとなる。このように同手法は,ビット深度のスケーラブル符号化に対応した手法である。   Subsequently, the difference between the high bit depth image and the input signal is calculated by the subtracter 304, and the resulting residual signal is encoded by the encoder 305. The output is an encoded stream of residual signals and an encoded stream of low bit depth signals. Thus, this method is a method corresponding to scalable coding of bit depth.

また,高ビット信号画像と入力信号との差分を出力するのではなく,画像信号を入力とし,ビット深度変換処理を行うことで低ビット深度信号に変換し,符号化・復号処理を行い,その後,低ビット深度画像に対し,逆ビット深度変換処理を行い,高ビット深度画像を出力する方法もある。   Also, instead of outputting the difference between the high bit signal image and the input signal, the image signal is input and converted to a low bit depth signal by performing bit depth conversion processing, and then encoded and decoded. There is also a method of performing reverse bit depth conversion processing on a low bit depth image and outputting a high bit depth image.

図14に示す手法における符号化効率は,ビット深度変換処理に大きく依存する。同手法においては,入力信号と逆ビット深度変換処理後の信号の差分値の二乗和(以下,ビット深度変換誤差)を抑えることで,出力信号の符号量を抑えることができる。   The encoding efficiency in the method shown in FIG. 14 greatly depends on the bit depth conversion process. In this method, the amount of code of the output signal can be suppressed by suppressing the square sum (hereinafter referred to as bit depth conversion error) of the difference value between the input signal and the signal after the inverse bit depth conversion processing.

ビット深度変換処理において,いくつかのTone Mappingを用いた手法が,非特許文献2等により提案されている。   In bit depth conversion processing, some techniques using Tone Mapping are proposed by Non-Patent Document 2 and the like.

しかし,この従来手法はビット深度変換後の画像に対する主観画質の保持が目的であり,ビット深度変換誤差が最小となる保証はなく,復号信号が劣化している可能性がある。そこで,非特許文献3では,ビット深度変換誤差を最小化するビット深度変換処理部を設計するために,以下のように,入力画像の画素値のヒストグラムに着目した設計を行う手法が提案されている。   However, this conventional method is intended to maintain the subjective image quality of the image after bit depth conversion, and there is no guarantee that the bit depth conversion error is minimized, and the decoded signal may be deteriorated. Therefore, in Non-Patent Document 3, in order to design a bit depth conversion processing unit that minimizes a bit depth conversion error, a method for designing focusing on a histogram of pixel values of an input image is proposed as follows. Yes.

入力画像のビット深度をNビットとし,ビット深度変換処理後のビット深度を(N−Δ)ビット(Δ>0)とする。Nビットの画像信号を(N−Δ)ビットの画像信号へ変換する場合を考えると,ビット深度変換処理においてヒストグラムの2N 個のクラスを2の(N−Δ)乗個のクラスに分割する処理を行うことから,ビット深度変換処理に対し量子化の考え方を適用する。また,頻度が高い個所では細かく分割し,頻度が低い個所では粗く分割するなど,ヒストグラムの分布に応じて,分割区間の幅を最適化させることで,ビット深度変換誤差を低減することができる。 The bit depth of the input image is N bits, and the bit depth after the bit depth conversion process is (N−Δ) bits (Δ> 0). Considering the case of converting an N-bit image signal into an (N−Δ) -bit image signal, 2 N classes of the histogram are divided into 2 (N−Δ) power classes in the bit depth conversion process. Because of the processing, the concept of quantization is applied to the bit depth conversion processing. In addition, the bit depth conversion error can be reduced by optimizing the width of the divided section according to the distribution of the histogram, such as finely dividing at high frequency parts and coarsely dividing at low frequency parts.

以上の理由により,非特許文献3では,ビット深度変換誤差の最小化のために,ビット深度変換処理に最適量子化手法(Lloyd−Max量子化)を適用した手法が考えられている。Nビットの画像信号を(N−Δ)ビットの画像信号へ変換する場合,出力として,(N−Δ)ビットの画像信号とクラス番号と代表値の画素値の関係を記した変換テーブルが得られる。この変換テーブルは,逆ビット深度変換処理において,(N−Δ)ビットの画像信号からNビットの画像信号に逆ビット深度変換処理を行う際に使用される。   For the above reasons, Non-Patent Document 3 considers a technique in which an optimum quantization technique (Lloyd-Max quantization) is applied to bit depth conversion processing in order to minimize bit depth conversion errors. When converting an N-bit image signal to an (N−Δ) -bit image signal, a conversion table describing the relationship between the (N−Δ) -bit image signal, the class number, and the representative pixel value is obtained. It is done. This conversion table is used when reverse bit depth conversion processing is performed from an (N−Δ) -bit image signal to an N-bit image signal in the reverse bit depth conversion processing.

“Bit-Depth Scalable Video Coding ”, M.Winken, D.Marpe, H.Schwarz, and T.Wiegand, Proc.IEEE Intl. Conf. on Images Processing (ICIP2007), 2007.“Bit-Depth Scalable Video Coding”, M. Winken, D. Marpe, H. Schwarz, and T. Wiegand, Proc. IEEE Intl. Conf. On Images Processing (ICIP2007), 2007. “Photographic Tone Reproduction for Digital Images ”,Erik Reinhard, Michael Stark, Peter Shirley, and Jim Ferwerda, In SIGGRAPH 2002 Conference Proceeding, ACM SIGGRAPH, Addison Wesley, pp.267-277, August 2002.“Photographic Tone Reproduction for Digital Images”, Erik Reinhard, Michael Stark, Peter Shirley, and Jim Ferwerda, In SIGGRAPH 2002 Conference Proceeding, ACM SIGGRAPH, Addison Wesley, pp.267-277, August 2002. “ビット深度変換処理を用いた高ビット深度画像の符号化に関する基礎検討”,伊藤健,坂東幸浩,高村誠之,上倉一人,八島由幸,電子情報通信学会総合大会,2009.“Basic study on coding of high bit depth image using bit depth conversion processing”, Ken Ito, Yukihiro Bando, Noriyuki Takamura, Hitoshi Uekura, Yoshiyuki Yashima, IEICE General Conference, 2009.

前記の従来手法においては,フレームごとのビット深度変換誤差を低減することができるが,フレーム内の局所性は考慮できていない。空と陸地などのようにテクスチャが異なる部分でも1つの変換テーブルを用いて逆ビット深度変換を行うため,ビット深度変換誤差が大きくなってしまう場合がある。そこで,フレーム内の局所性を考慮したビット深度変換処理を設計する必要がある。   In the conventional method, the bit depth conversion error for each frame can be reduced, but the locality within the frame cannot be taken into consideration. Since bit depth conversion is performed using a single conversion table even in parts with different textures, such as the sky and land, a bit depth conversion error may increase. Therefore, it is necessary to design a bit depth conversion process considering locality in the frame.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって,フレーム内の局所性を考慮してビット深度変換誤差を,従来技術よりもさらに低減することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to further reduce the bit depth conversion error in comparison with the prior art in consideration of locality in a frame.

本発明は,上記の課題を解決するため,ビット深度変換誤差を最小化するように,フレーム内を最適な分割位置で複数の領域に分割するということを最も主要な特徴としている。本発明では,以下に説明するような領域分割を行うビット深度変換処理手法を用いて高ビット深度の画像信号を符号化する。   In order to solve the above-described problems, the present invention has the main feature that the frame is divided into a plurality of regions at optimum division positions so as to minimize the bit depth conversion error. In the present invention, an image signal with a high bit depth is encoded using a bit depth conversion processing method for performing region division as described below.

〔ビット深度変換処理の適応化〕
本発明では,ビット深度変換誤差を低減するために,フレーム内において領域分割を行うビット深度処理を提案する。領域分割するための分割点の決定方法は,例えばフレームの端上に分割点を移動させながら,それぞれの分割点においてフレームを2つの領域に分け,それぞれの領域でビット深度変換処理・逆ビット深度変換処理を行うことでそれぞれの領域におけるビット深度変換誤差を計算する。このビット深度変換誤差の和が最小となる位置を分割点とすることで,フレーム内全体におけるビット深度変換誤差の低減につながる。分割数Mの場合においては,M−1個の分割点を移動させながら,それぞれの領域においてビット深度変換処理・逆ビット深度変換処理を行うことで,各領域ごとのビット深度変換誤差を計算し,M個のビット深度変換誤差の和が最小となるように,M−1個の分割点を決定する。
[Adaptation of bit depth conversion processing]
In the present invention, in order to reduce the bit depth conversion error, a bit depth process for performing region division in a frame is proposed. A method for determining a division point for dividing an area is, for example, dividing a frame into two areas at each division point while moving the division point on the edge of the frame, and performing bit depth conversion processing / inverse bit depth in each area. The bit depth conversion error in each area is calculated by performing the conversion process. By setting the position where the sum of the bit depth conversion errors is minimum as the division point, it leads to reduction of the bit depth conversion error in the entire frame. In the case of the division number M, the bit depth conversion error for each region is calculated by performing bit depth conversion processing / inverse bit depth conversion processing in each region while moving M−1 division points. , M−1 division points are determined such that the sum of M bit depth conversion errors is minimized.

3分割以上の分割点の決定では,分割して得られた領域のうち,ビット深度変換誤差が大きい領域をさらに2分割する作業を繰り返し適用する 3 in divided over the division point decision, among the areas obtained by split, repeatedly applying the task of further divided into two regions bit depth conversion error is large.

〔適応化に付随する付加情報の削減〕
増加した変換テーブルの符号量を削減するために,テーブル内・テーブル間の相関情報を用いて符号化を行う。テーブル内相関においては,一つ前の要素との差が少ないことを利用し,一つ前の要素との差分を計算し,符号化を行うことで情報量を削減する(テーブル内差分)。テーブル間相関においては,一つ前のフレームの変換テーブルとの差が少ないことを利用し,一つ前のフレームとの差分を計算し,符号化を行うことで情報量を削減する(テーブル間差分)。
[Reduction of additional information accompanying adaptation]
In order to reduce the code amount of the increased conversion table, encoding is performed using the correlation information in the table and between the tables. In the intra-table correlation, the fact that there is little difference from the previous element is used, the difference from the previous element is calculated, and the amount of information is reduced by encoding (intra-table difference). In the correlation between tables, the difference between the previous frame and the conversion table is small, the difference from the previous frame is calculated, and the amount of information is reduced by performing encoding (between tables). Difference).

また,これらの符号化には,指数分布に従う情報源に対して適した符号化手法であるGolomb符号化を適用する。さらに,入力信号のビット数であるNビットでの固定長符号化も行う。以上のテーブル内差分・テーブル間差分・固定長符号化の3方式のうち,変換テーブルの符号量が最小となる方式を領域ごとに適用することで付加情報の削減を行う。   For these encodings, Golomb encoding, which is an encoding method suitable for an information source according to the exponential distribution, is applied. Furthermore, fixed-length encoding is performed with N bits, which is the number of bits of the input signal. Of the above three methods of intra-table difference, inter-table difference, and fixed-length encoding, the method that minimizes the code amount of the conversion table is applied to each region to reduce the additional information.

〔最適分割数の決定〕
分割数を増やすことで,ビット深度変換誤差の低減による残差信号の符号量の低減と変換テーブル数の増加による同テーブル符号量の増加が生じる。これにより,ある分割数において,残差信号の符号量と変換テーブル符号量の和が最小となることが予想される。この符号量の和が最小となる分割数を最適分割数とし,本発明では,最適分割数の数に領域を分割する手法を提案する。
[Determination of optimal number of divisions]
By increasing the number of divisions, the code amount of the residual signal is reduced by reducing the bit depth conversion error, and the code amount of the table is increased by increasing the number of conversion tables. Accordingly, it is expected that the sum of the code amount of the residual signal and the code amount of the conversion table is minimized in a certain number of divisions. The division number that minimizes the sum of the code amounts is set as the optimum division number, and the present invention proposes a method of dividing the area into the optimum division number.

本発明によれば,高ビット深度画像を符号化する際のビット深度変換処理において,画像の局所的性質を考慮した領域分割を行うことにより,符号量の削減が可能になる。   According to the present invention, in the bit depth conversion processing when encoding a high bit depth image, it is possible to reduce the code amount by performing region division in consideration of local characteristics of the image.

本発明の一実施形態に係る画像符号化装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the image coding apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 画像符号化装置による符号化処理のフローチャートである。It is a flowchart of the encoding process by an image coding apparatus. ビット深度変換処理部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a bit depth conversion process part. 領域分割方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the area | region division method. ビット深度変換処理のフローチャートである。It is a flowchart of a bit depth conversion process. 他のビット深度変換処理のフローチャートである。It is a flowchart of another bit depth conversion process. 変換テーブル符号化処理部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a conversion table encoding process part. 変換テーブル符号化処理のフローチャートである。It is a flowchart of a conversion table encoding process. 本発明に関連する画像復号装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the image decoding apparatus relevant to this invention. 画像復号装置による復号処理のフローチャートである。It is a flowchart of the decoding process by an image decoding apparatus. 変換テーブル復号処理部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a conversion table decoding process part. 変換テーブル復号処理のフローチャートである。It is a flowchart of a conversion table decoding process. 効果検証のための実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result for effect verification. 従来のビット深度変換を用いる画像符号化装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the image coding apparatus using the conventional bit depth conversion.

以下,図面を用いながら本発明の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

〔画像符号化装置〕
図1は,本発明の一実施形態に係る画像符号化装置の構成例を示す図である。画像符号化装置1は,Nビットの高ビット深度信号を,(N−Δ)ビット(Δ>0)の低ビット深度信号に変換し,低ビット深度信号の符号化と,入力画像信号と低ビット深度信号との残差信号の符号化と,ビット深度変換処理に用いた変換テーブルの符号化とを行い,符号化ストリームを出力する。図14で説明した従来技術との大きな違いは,入力画像信号の画面(フレーム)を,複数個の領域に分割し,分割された領域ごとに作成した変換テーブルを用いて,入力画像信号を低ビット深度信号に変換することであり,領域分割についても,ビット深度変換誤差が最小になるように,画面内における最適な分割位置(さらには分割数)を決定することである。
[Image coding device]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an image encoding device according to an embodiment of the present invention. The image encoding device 1 converts an N-bit high bit depth signal into a low bit depth signal of (N−Δ) bits (Δ> 0), encodes the low bit depth signal, Encoding of a residual signal with a bit depth signal and encoding of a conversion table used for bit depth conversion processing are performed, and an encoded stream is output. The major difference from the prior art described in FIG. 14 is that the screen (frame) of the input image signal is divided into a plurality of areas, and the input image signal is reduced by using a conversion table created for each of the divided areas. Conversion to a bit depth signal is also to determine an optimal division position (and the number of divisions) in the screen so that a bit depth conversion error is minimized.

画像符号化装置1は,画面を分割した領域ごとにNビットの入力画像信号を(N−Δ)ビットの低ビット深度信号に変換するビット深度変換処理部10と,ビット深度変換に用いられる変換テーブルを記憶する変換テーブル記憶部11と,(N−Δ)ビットの低ビット深度信号を符号化する低ビット深度信号符号化処理部12と,符号化された低ビット深度信号を復号する復号処理部13と,(N−Δ)ビットの復号信号をNビットの復号信号に変換する逆ビット深度変換処理部14と,Nビットの入力画像信号とNビットの復号信号との差分を算出する減算器15と,変換テーブルを符号化する変換テーブル符号化処理部16と,減算器15の出力である残差信号を符号化する残差信号符号化処理部17と,領域の分割情報を符号化する分割情報符号化処理部18とを備える。   The image encoding device 1 includes a bit depth conversion processing unit 10 that converts an N-bit input image signal into an (N−Δ) -bit low bit depth signal for each area obtained by dividing the screen, and a conversion used for bit depth conversion. A conversion table storage unit 11 for storing a table, a low bit depth signal encoding processing unit 12 for encoding a low bit depth signal of (N−Δ) bits, and a decoding process for decoding the encoded low bit depth signal Unit 13, an inverse bit depth conversion processing unit 14 that converts a (N−Δ) -bit decoded signal into an N-bit decoded signal, and a subtraction that calculates a difference between the N-bit input image signal and the N-bit decoded signal 15, a conversion table encoding processing unit 16 that encodes the conversion table, a residual signal encoding processing unit 17 that encodes the residual signal that is the output of the subtractor 15, and encoding region division information Split to And a broadcast encoding unit 18.

分割情報符号化処理部18が出力する分割情報符号化データ,変換テーブル符号化処理部16が出力する変換テーブル符号化データ,残差信号符号化処理部17が出力する残差信号符号化データ,低ビット深度信号符号化処理部12が出力する(N−Δ)ビット信号符号化データは,図示省略したストリーム結合部によって結合され,符号化ストリームとして出力される。   Division information encoded data output from the division information encoding processing unit 18, conversion table encoded data output from the conversion table encoding processing unit 16, residual signal encoded data output from the residual signal encoding processing unit 17, The (N−Δ) bit signal encoded data output from the low bit depth signal encoding processing unit 12 is combined by a stream combining unit (not shown) and output as an encoded stream.

画像符号化装置1の出力する符号化ストリームが,図14に示した従来例と異なる点は,符号化ストリーム内に,低ビット深度信号の符号化データと,残差信号の符号化データの他に,フレームごとに画面領域の分割位置を示す分割情報の符号化データが含まれること,また分割された領域ごとに変換テーブルの符号化データが付加されることである。分割情報には,実施の形態によって分割数の情報が含まれることもある。   The encoded stream output from the image encoding apparatus 1 is different from the conventional example shown in FIG. 14 in that the encoded stream includes low-bit depth signal encoded data and residual signal encoded data. In addition, encoded data of division information indicating the division position of the screen area is included for each frame, and encoded data of the conversion table is added to each divided area. The division information may include information on the number of divisions according to the embodiment.

ビット深度変換処理部10は,Nビットの入力画像信号のビット深度変換にあたって,画面をM個(M≧2)の領域に分割する領域分割部100を備える。なお,この例では,領域分割部100がビット深度変換処理部10内に設けられるように示されているが,領域分割部100をビット深度変換処理部10の前段に別モジュールとして設けても,本発明の実施には何ら差し支えない。   The bit depth conversion processing unit 10 includes an area dividing unit 100 that divides a screen into M (M ≧ 2) areas for bit depth conversion of an N-bit input image signal. In this example, the region dividing unit 100 is shown to be provided in the bit depth conversion processing unit 10. However, even if the region dividing unit 100 is provided as a separate module before the bit depth conversion processing unit 10, There is no problem in implementing the present invention.

図2は,画像符号化装置1による符号化処理のフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart of the encoding process performed by the image encoding device 1.

ステップS10では,ビット深度変換処理部10が,領域分割部100によって入力画像をM個の領域に分割し,それぞれの領域について変換テーブルを作成しながら入力信号を低ビット深度信号に変換する。作成した変換テーブルは,必要に応じて領域情報を付加して変換テーブル記憶部11に記憶する。領域の分割位置は,各領域でのビット深度変換誤差の和が最小となるように選ばれる。   In step S10, the bit depth conversion processing unit 10 divides the input image into M regions by the region dividing unit 100, and converts the input signal into a low bit depth signal while creating a conversion table for each region. The created conversion table is stored in the conversion table storage unit 11 with region information added if necessary. The division position of the area is selected so that the sum of the bit depth conversion errors in each area is minimized.

ステップS11では,分割情報符号化処理部18が,領域をどのように分割したかを示す分割情報を符号化する。なお,分割情報の符号化は,ヘッダ情報または他の符号化パラメータの情報と組み合わせて行ってもよい。   In step S11, the division information encoding processing unit 18 encodes division information indicating how the region is divided. The division information may be encoded in combination with header information or other encoding parameter information.

ステップS12では,低ビット深度信号符号化処理部12が,ビット深度変換後の(N−Δ)ビット信号を符号化する。なお,低ビット深度信号符号化処理部12における(N−Δ)ビット信号の符号化処理は,例えば従来のH.264符号化方式におけるエンコーダの処理とまったく同様でよいので,その内部処理構成についての詳しい説明は省略する。   In step S12, the low bit depth signal encoding processing unit 12 encodes the (N−Δ) bit signal after the bit depth conversion. The (N−Δ) bit signal encoding process in the low bit depth signal encoding processing unit 12 is, for example, the conventional H.264 standard. Since it may be exactly the same as the processing of the encoder in the H.264 encoding method, a detailed description of the internal processing configuration will be omitted.

ステップS13では,復号処理部13が,符号化された(N−Δ)ビット信号の符号化ストリームを復号する。ここで,復号処理部13による復号処理は,例えば従来のH.264符号化方式におけるデコーダの処理とまったく同様でよいので,その内部処理構成についての詳しい説明は省略する。   In step S13, the decoding processing unit 13 decodes the encoded stream of the encoded (N−Δ) bit signal. Here, the decryption processing by the decryption processing unit 13 is, for example, conventional H.264. Since it may be exactly the same as the processing of the decoder in the H.264 encoding method, a detailed description of the internal processing configuration is omitted.

ステップS14では,逆ビット深度変換処理部14が,変換テーブル記憶部11に記憶されている変換テーブルを用いて,(N−Δ)ビットの復号信号をNビットの高ビット深度信号に変換する。   In step S <b> 14, the inverse bit depth conversion processing unit 14 converts the (N−Δ) -bit decoded signal into an N-bit high bit depth signal using the conversion table stored in the conversion table storage unit 11.

ステップS15では,減算器15が,逆ビット深度変換処理部14の出力する高ビット深度信号とNビットの入力信号との差分を算出し,その差分を残差信号として残差信号符号化処理部17へ出力する。   In step S15, the subtracter 15 calculates a difference between the high bit depth signal output from the inverse bit depth conversion processing unit 14 and the N-bit input signal, and uses the difference as a residual signal to encode a residual signal encoding processing unit. 17 to output.

ステップS16では,変換テーブル符号化処理部16が,分割された領域ごとに変換テーブル記憶部11に記憶されている変換テーブルを符号化する。   In step S16, the conversion table encoding processing unit 16 encodes the conversion table stored in the conversion table storage unit 11 for each divided area.

ステップS17では,残差信号符号化処理部17が,ビット深度変換および逆変換後の信号と入力信号との差分の残差信号を符号化する。   In step S17, the residual signal encoding processing unit 17 encodes the residual signal of the difference between the signal after the bit depth conversion and inverse conversion and the input signal.

ステップS18では,符号化された分割情報,(N−Δ)ビットの低ビット深度信号,残差信号,変換テーブルの符号化データを結合して,画像符号化結果の符号化ストリームとして出力する。   In step S18, the encoded division information, the low bit depth signal of (N−Δ) bits, the residual signal, and the encoded data of the conversion table are combined and output as an encoded stream of the image encoding result.

図3は,ビット深度変換処理部10の構成例を示す図である。図1に示すビット深度変換処理部10は,例えば図3に示すように,領域分割部100,クラス分割部101,変換テーブル作成部102,画素値変換部103,誤差計算部104,分割決定部105,低ビット深度信号生成部106を備えている。変換テーブル記憶部11は,図1に示すものと同じであっても,別なものとして用意されたものであってもどちらでもよい。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the bit depth conversion processing unit 10. As shown in FIG. 3, for example, the bit depth conversion processing unit 10 shown in FIG. 1 includes an area dividing unit 100, a class dividing unit 101, a conversion table creating unit 102, a pixel value converting unit 103, an error calculating unit 104, and a division determining unit. 105, a low bit depth signal generator 106 is provided. The conversion table storage unit 11 may be the same as that shown in FIG. 1 or may be prepared separately.

領域分割部100は,符号化対象フレームをM個の領域に分割する処理を行う。分割数Mは,予め定められた固定値とする方法と,可変な値として適応的に定める方法とがある。最初に,分割数Mが固定値の場合の例について説明する。   The area dividing unit 100 performs a process of dividing the encoding target frame into M areas. There are a method of setting the division number M to a predetermined fixed value and a method of adaptively determining it as a variable value. First, an example in which the division number M is a fixed value will be described.

図4は,領域分割方法の例を示す図である。領域の分割は,分割数Mに応じて,予めいくつかの分割パターンを定めておいてもよいが,例えば図4に示すような2分割を繰り返す方法を用いてもよい。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the region dividing method. For dividing the area, some division patterns may be determined in advance according to the division number M. For example, a method of repeating two divisions as shown in FIG. 4 may be used.

この例では,図4(A)に示すように,入力画像(フレーム)の上端および左端の線上に分割点を定め,各分割点について順番に分割していく。ここでは,分割点(分割位置)の候補がD1からD6まで,6箇所ある例を示している。この分割点の候補の数が多いほど最適化が促進されるが,演算時間が増加することになる。   In this example, as shown in FIG. 4A, division points are defined on the upper end and left end lines of the input image (frame), and the division points are sequentially divided. Here, an example in which there are six candidates for division points (division positions) from D1 to D6 is shown. As the number of division point candidates increases, optimization is promoted, but the calculation time increases.

図4(B)〜(G)は領域を2分割する例を示しており,(B)は分割点D1で分割した場合,(C)は分割点D2で分割した場合,…,(G)は分割点D6で分割した場合の例を示している。   4 (B) to 4 (G) show examples in which the region is divided into two, (B) is divided at the dividing point D1, (C) is divided at the dividing point D2, ..., (G). Shows an example in the case of division at the division point D6.

3分割以上に分割する場合には,2分割した領域のいずれか一方を同様な分割方法によってさらに2分割する方法を繰り返す。図4(H)〜(L)は,図4(E)のように2分割した領域のうち,大きいほうの領域をさらに2分割して,3分割した例を示している。4分割以上の分割についても同様に,3分割した領域のどれか一つをさらに2分割することを繰り返していけばよい。   In the case of dividing into three or more divisions, the method of dividing one of the two divided regions into two by the same division method is repeated. 4 (H) to 4 (L) show an example in which the larger one of the regions divided into two as shown in FIG. 4 (E) is further divided into three and divided into three. Similarly, with respect to the division of four or more, any one of the three divided areas may be further divided into two.

分割を繰り返す場合に,さらに分割する領域を選択する方法としては,
(1) 領域内の画像のビット深度変換誤差が大きい領域を選択する方法,
(2) 領域内の単位面積あたりのビット深度変換誤差が大きい領域を選択する方法,
などがあり,どの方法を用いてもよい。
If you want to repeat the division and select the area to be further divided,
(1) A method for selecting a region where the bit depth conversion error of the image in the region is large,
(2) A method for selecting a region having a large bit depth conversion error per unit area in the region,
Any method can be used.

クラス分割部101は,分割された各領域について,Lloyd−Maxアルゴリズムを用いて,Nビットで表される画素値の値域を,2の(N−Δ)乗個のクラスに分割する。変換テーブル作成部102は,クラス分割部101の分割結果から,各クラスの代表値をクラス番号順に並べた変換テーブルを作成し,変換テーブル記憶部11に格納する。   The class dividing unit 101 divides the range of pixel values represented by N bits into 2 (N−Δ) power classes using the Lloyd-Max algorithm for each divided area. The conversion table creation unit 102 creates a conversion table in which representative values of each class are arranged in order of class numbers from the division result of the class division unit 101 and stores the conversion table in the conversion table storage unit 11.

画素値変換部103は,Nビットの入力信号の画素値を,変換テーブルにおける最も近い代表値を持つクラスに分類し,そのクラス番号を(N−Δ)ビットで表して,変換結果とする。誤差計算部104は,分割された全領域についてのビット深度変換誤差の和を算出する。ビット深度変換誤差の和とは,変換前の入力信号の画素値と,変換されたクラスの代表値との差の,全画素値についての二乗和である。なお,二乗和ではなく,絶対値和としてもよい。   The pixel value conversion unit 103 classifies the pixel value of the N-bit input signal into a class having the closest representative value in the conversion table, expresses the class number with (N−Δ) bits, and obtains a conversion result. The error calculation unit 104 calculates the sum of bit depth conversion errors for all the divided areas. The sum of bit depth conversion errors is the sum of squares for all pixel values of the difference between the pixel value of the input signal before conversion and the representative value of the converted class. The sum of absolute values may be used instead of the sum of squares.

領域を2分割する場合には,例えば図4(B)〜(G)に示す6種類の分割方法について,領域分割部100から誤差計算部104までの処理を繰り返す。3分割以上の場合にも,前述した分割方法によって同様に領域分割を行い,ビット深度変換誤差の和を算出する。   When the region is divided into two, for example, the processing from the region dividing unit 100 to the error calculating unit 104 is repeated for six types of division methods shown in FIGS. Even in the case of three or more divisions, region division is performed in the same manner by the above-described division method, and the sum of bit depth conversion errors is calculated.

分割決定部105は,誤差計算部104が算出したビット深度変換誤差の和の中で,最も小さい値になった領域分割を,実際に採用する領域分割として決定し,分割位置を示す分割点の情報を分割情報として出力する。低ビット深度信号生成部106は,採用された領域分割のときに作成された領域ごとの変換テーブルを用いて,Nビットの入力信号を(N−Δ)ビットの低ビット深度信号に変換し,出力する。   The division determination unit 105 determines the region division having the smallest value among the sums of bit depth conversion errors calculated by the error calculation unit 104 as the region division to be actually used, and determines the division point indicating the division position. Output information as split information. The low bit depth signal generation unit 106 converts the input signal of N bits into a low bit depth signal of (N−Δ) bits using the conversion table for each area created at the time of the adopted area division, Output.

図5は,ビット深度変換処理部10が行うビット深度変換処理のフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart of the bit depth conversion process performed by the bit depth conversion processing unit 10.

ステップS101では,領域分割部100が入力画像の領域をM分割する。次に,ステップS102では,クラス分割部101が,分割された各領域ごとに画素値のヒストグラムを生成する。ステップS103では,生成されたヒストグラムの重心値を求め,求めた重心値を中心値として,ヒストグラムを2つに分ける。ステップS104では,二分されたヒストグラムの中心値より小さい画素値部分と大きい画素値部分とを,それぞれ等間隔に2の(N−Δ−1)乗個のクラスに分割する。これにより,全体で2の(N−Δ)乗個のクラスが生成される。   In step S101, the area dividing unit 100 divides the area of the input image into M parts. In step S102, the class dividing unit 101 generates a histogram of pixel values for each divided area. In step S103, the centroid value of the generated histogram is obtained, and the histogram is divided into two using the obtained centroid value as the center value. In step S104, the smaller pixel value portion and the larger pixel value portion of the bisected histogram are divided into 2 (N−Δ−1) power classes at equal intervals. As a result, 2 (N−Δ) power classes are generated as a whole.

ステップS105では,各クラス内でヒストグラムの重心を求め,求めた重心をそのクラスの代表点とする。ステップS106では,各クラスの代表点の間隔をもとにクラスを再設定し,それぞれの画素値から代表点までの距離に応じて,各画素値を代表点が近いクラスに振り分け,新しいクラスについて重心を再計算する。ステップS107では,重心の再計算によって重心が更新されたかをどうかを判定し,重心が更新された場合には,ステップS106,S107を繰り返す。   In step S105, the centroid of the histogram is obtained in each class, and the obtained centroid is set as the representative point of the class. In step S106, the class is reset based on the interval between the representative points of each class, and according to the distance from each pixel value to the representative point, each pixel value is assigned to the class having the closest representative point. Recalculate the center of gravity. In step S107, it is determined whether or not the center of gravity has been updated by recalculating the center of gravity. If the center of gravity has been updated, steps S106 and S107 are repeated.

ステップS108では,重心の更新がなくなった場合に,変換テーブル作成部102が,そのときのクラスの代表点の値(代表値)から変換テーブルを作成する。なお,変換テーブルは,分割された領域ごとに作成される。   In step S108, when the center of gravity is no longer updated, the conversion table creation unit 102 creates a conversion table from the representative point values (representative values) of the class at that time. A conversion table is created for each divided area.

ステップS109では,画素値変換部103が,各領域ごとに,各クラス内の画素値(Nビット)を,(N−Δ)ビットのクラス番号に変換する。   In step S109, the pixel value conversion unit 103 converts the pixel value (N bits) in each class into a class number of (N−Δ) bits for each region.

ステップS110では,誤差計算部104が,入力画像と変換後の画像の誤差,すなわち全領域についてのビット深度変換誤差の和を計算し,その誤差を分割情報とともに記憶する。   In step S110, the error calculation unit 104 calculates the error between the input image and the converted image, that is, the sum of the bit depth conversion errors for all regions, and stores the error together with the division information.

ステップS111では,領域分割の候補についてすべてビット深度変換の誤差を計算したかどうかを判定し,未終了の場合には,ステップS101へ戻り,他の分割点について同様に領域の分割を行い,すべての領域分割の候補についての誤差の計算が終了するまで,処理を繰り返す。   In step S111, it is determined whether or not the error of bit depth conversion has been calculated for all the region division candidates. If not completed, the process returns to step S101, and the region is similarly divided for other division points. The process is repeated until the calculation of the error for the candidate for region division is completed.

ステップS112では,すべての領域分割の候補についての誤差の計算が終了した場合に,分割決定部105が,誤差が最小となる領域分割を選び,その分割位置を示す分割情報を出力する。また,その領域分割時に採用した各領域ごとの変換テーブルと,低ビット深度信号生成部106によるビット深度変換後の(N−Δ)ビット信号とを出力する。   In step S112, when the calculation of errors for all region division candidates is completed, the division determination unit 105 selects a region division that minimizes the error, and outputs division information indicating the division position. In addition, the conversion table for each region adopted at the time of the region division and the (N−Δ) bit signal after bit depth conversion by the low bit depth signal generation unit 106 are output.

図6は,領域の分割数Mが可変であり,これを適応的に定めるときのビット深度変換処理のフローチャートである。図5の例では,領域の分割数Mが予め定められているものとしたが,図6に示すように,適応的に最適な分割数を定めるような処理も可能である。   FIG. 6 is a flowchart of the bit depth conversion process when the area division number M is variable and is determined adaptively. In the example of FIG. 5, it is assumed that the division number M of the area is determined in advance. However, as shown in FIG. 6, processing that adaptively determines the optimal division number is also possible.

まず,ステップS120では,分割数Mの初期値をM=2として,M個の領域についての低ビット深度信号変換処理を行う。ここでは,図5で説明したステップS101〜S111の処理を実行する。   First, in step S120, the initial value of the division number M is set to M = 2, and low bit depth signal conversion processing is performed for M regions. Here, the processing of steps S101 to S111 described in FIG. 5 is executed.

次に,ステップS121では,図3に示す分割決定部105において,M個の最適な領域分割における変換テーブルの符号量と残差信号の符号量との,画面の全領域についての和を見積もる。   Next, in step S121, the division determination unit 105 shown in FIG. 3 estimates the sum of the code amount of the conversion table and the code amount of the residual signal in the M optimal region divisions for the entire region of the screen.

ステップS122では,分割数を変更するかどうかを判定する。分割数を変更するかどうかは,予め定められた分割数の上限値までの処理が終了したかどうかを判定してもよいし,他の終了条件,例えば変換テーブルの符号量と残差信号の符号量との和が,前回の分割数の場合よりも,ある閾値以上大きくなったかどうかで判定してもよい。   In step S122, it is determined whether to change the number of divisions. Whether or not to change the number of divisions may be determined whether or not the processing up to the upper limit value of the predetermined number of divisions has been completed. For example, the code amount of the conversion table and the residual signal The determination may be made based on whether the sum with the code amount is greater than a certain threshold value compared to the previous division number.

分割数を変更する場合には,ステップS123へ進み,分割数Mに1を加算して,ステップS120へ戻り,同様に処理を繰り返す。   When changing the division number, the process proceeds to step S123, 1 is added to the division number M, the process returns to step S120, and the process is repeated in the same manner.

その後,ステップS124では,分割決定部105において,変換テーブルの符号量と残差信号の符号量との和が最小となる分割数を決定する。ステップS125では,決定された分割数とその分割数のときの最適な分割位置とを示す分割情報と,領域ごとの変換テーブルと,低ビット深度変換後の信号とを出力する。   Thereafter, in step S124, the division determination unit 105 determines the number of divisions that minimizes the sum of the code amount of the conversion table and the code amount of the residual signal. In step S125, the division information indicating the determined number of divisions and the optimum division position at the number of divisions, the conversion table for each region, and the signal after the low bit depth conversion are output.

図7は,変換テーブル符号化処理部16の構成例を示す図である。また,図8は,変換テーブル符号化処理部16による変換テーブル符号化処理のフローチャートである。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the conversion table encoding processing unit 16. FIG. 8 is a flowchart of conversion table encoding processing by the conversion table encoding processing unit 16.

変換テーブル符号化処理部16は,固定長符号化処理部161と,テーブル内差分計算部162と,テーブル内差分をGolomb符号化するGolomb符号化処理部163と,テーブル間差分計算部164と,テーブル間差分をGolomb符号化するGolomb符号化処理部165と,符号長判定部166とを備える。   The conversion table encoding processing unit 16 includes a fixed-length encoding processing unit 161, an intra-table difference calculation unit 162, a Golomb encoding processing unit 163 that performs Golomb encoding of the intra-table difference, an inter-table difference calculation unit 164, A Golomb encoding processing unit 165 and a code length determination unit 166 for Golomb encoding the inter-table difference are provided.

変換テーブル符号化処理部16の動作を,図8のフローチャートに従って説明する。まず,ステップS130では,固定長符号化処理部161が変換テーブルの各要素をNビットで固定長符号化する。   The operation of the conversion table encoding processing unit 16 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S130, the fixed-length encoding processing unit 161 performs fixed-length encoding of each element of the conversion table with N bits.

ステップS131では,テーブル内差分計算部162が,変換テーブル内の差分,すなわち,変換テーブルの各要素について一つ前の要素との差分を計算し,その差分情報をGolomb符号化処理部163によりGolomb符号化する。   In step S131, the in-table difference calculation unit 162 calculates a difference in the conversion table, that is, a difference from the previous element for each element of the conversion table, and the Golomb encoding processing unit 163 calculates the difference information to Golomb. Encode.

ステップS132では,テーブル間差分計算部164が,変換テーブル間の差分,すなわち,符号化済みの他の変換テーブルの各要素と,符号化対象の変換テーブルの各要素との差分を計算し,その差分情報をGolomb符号化処理部165によりGolomb符号化する。符号化済みの他の変換テーブルは,一つ前の変換テーブルでも,1フレーム前の領域が最も重なる位置の変換テーブルでもよい。   In step S132, the inter-table difference calculation unit 164 calculates the difference between the conversion tables, that is, the difference between each element of the other encoded conversion table and each element of the conversion table to be encoded. The difference information is Golomb encoded by the Golomb encoding processing unit 165. The other encoded conversion table may be the previous conversion table or the conversion table at the position where the area one frame before most overlaps.

ステップS133では,符号長判定部166が,ステップS130〜S132の出力である固定長符号化,テーブル内差分,テーブル間差分の符号化データのうち,符号長が最小となるものを選び,どの符号化方式を用いたかを示す情報とともに,符号長が最小となる変換テーブル符号化データを出力する。   In step S133, the code length determination unit 166 selects the encoded data of the fixed length encoding, the difference in the table, and the difference between the tables that is the output of steps S130 to S132, and selects which code length is the smallest. Along with information indicating whether the encoding method is used, the conversion table encoded data having the minimum code length is output.

〔画像復号装置〕
図9は,本発明に関連する画像復号装置の構成例を示す図である。
[Image decoding device]
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of an image decoding apparatus related to the present invention.

画像復号装置2は,ストリーム分解部20と,分割情報復号処理部21と,変換テーブル復号処理部22と,変換テーブル記憶部23と,低ビット深度信号復号処理部24と,残差信号復号処理部25と,逆ビット深度変換処理部26と,加算器27とを備え,図1に示す画像符号化装置1の出力である符号化ストリームを復号する。   The image decoding apparatus 2 includes a stream decomposition unit 20, a division information decoding processing unit 21, a conversion table decoding processing unit 22, a conversion table storage unit 23, a low bit depth signal decoding processing unit 24, and a residual signal decoding process. A unit 25, an inverse bit depth conversion processing unit 26, and an adder 27 are provided to decode an encoded stream that is an output of the image encoding device 1 shown in FIG.

図10に,画像復号装置2が実行する復号処理のフローチャートを示す。まず,ステップS20では,ストリーム分解部20が,復号対象の符号化ストリームを入力し,符号化ストリームを,分割情報符号化データと,変換テーブル符号化データと,低ビット深度信号符号化データと,残差信号符号化データとに分解する。   FIG. 10 shows a flowchart of the decoding process executed by the image decoding device 2. First, in step S20, the stream decomposing unit 20 inputs an encoded stream to be decoded, and the encoded stream is divided into divided information encoded data, conversion table encoded data, low bit depth signal encoded data, Decompose into residual signal encoded data.

ステップS21では,分割情報復号処理部21が,フレームの領域をどのように分割したかを示す分割情報を復号する。なお,分割情報が他の符号化パラメータ等とともに符号化されている場合には,その符号化パラメータ等の復号に合わせて復号する。   In step S21, the division information decoding processing unit 21 decodes division information indicating how the frame area is divided. In addition, when the division information is encoded together with other encoding parameters or the like, decoding is performed in accordance with the decoding of the encoding parameters or the like.

ステップS22では,変換テーブル復号処理部22が,分割情報復号処理部21が復号した分割情報をもとに,分割された領域ごとに作成された変換テーブルの符号化データを復号し,変換テーブル記憶部23に格納する。   In step S22, the conversion table decoding processing unit 22 decodes the encoded data of the conversion table created for each divided area based on the division information decoded by the division information decoding processing unit 21, and stores the conversion table. Stored in the unit 23.

ステップS23では,残差信号復号処理部25が,残差信号符号化データを復号し,ステップS24では,低ビット深度信号復号処理部24が,(N−Δ)ビットの低ビット深度信号符号化データを復号する。この復号では,例えば従来のH.264符号化データのデコーダと同様な復号処理が行われる。   In step S23, the residual signal decoding processing unit 25 decodes the residual signal encoded data, and in step S24, the low bit depth signal decoding processing unit 24 performs (N−Δ) -bit low bit depth signal encoding. Decrypt the data. In this decoding, for example, conventional H.264. A decoding process similar to that of a decoder for H.264 encoded data is performed.

ステップS25では,逆ビット深度変換処理部26が,復号された低ビット深度信号を,変換テーブル記憶部23に格納された領域ごとの変換テーブルを用いて,Nビットの高ビット深度信号に変換する。すなわち,低ビット深度信号が示すクラス番号に対応するクラスの代表値を各画素の画素値とする。   In step S25, the inverse bit depth conversion processing unit 26 converts the decoded low bit depth signal into an N-bit high bit depth signal using the conversion table for each area stored in the conversion table storage unit 23. . That is, the representative value of the class corresponding to the class number indicated by the low bit depth signal is set as the pixel value of each pixel.

ステップS26では,加算器27により,残差信号の復号信号と逆ビット深度変換処理部26により変換された高ビット深度信号とを加算し,Nビットの復号信号を合成して出力する。   In step S26, the adder 27 adds the decoded signal of the residual signal and the high bit depth signal converted by the inverse bit depth conversion processing unit 26, and synthesizes and outputs the decoded signal of N bits.

図11は,変換テーブル復号処理部22の構成例を示す図である。変換テーブル復号処理部22は,符号化方式判定部221と,固定長復号処理部222と,テーブル内差分復号処理部223と,テーブル間差分復号処理部224とを備える。   FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the conversion table decoding processing unit 22. The conversion table decoding processing unit 22 includes an encoding method determination unit 221, a fixed length decoding processing unit 222, an in-table difference decoding processing unit 223, and an inter-table difference decoding processing unit 224.

図12は,変換テーブル復号処理部22が行う変換テーブル復号処理のフローチャートである。ステップS30では,符号化方式判定部221が,変換テーブル符号化データに含まれる符号化方式の情報から,変換テーブルを固定長符号化,テーブル内差分,テーブル間差分のどの方式で符号化したのかを判定する。   FIG. 12 is a flowchart of conversion table decoding processing performed by the conversion table decoding processing unit 22. In step S30, the encoding method determination unit 221 uses the encoding method information included in the conversion table encoded data to encode the conversion table using fixed length encoding, intra-table difference, or inter-table difference. Determine.

ステップS31では,符号化方式の判定結果により,固定長符号化であれば,固定長復号処理部222により変換テーブルを復号し,テーブル内差分であれば,テーブル内差分復号処理部223によりテーブル内差分情報をGolomb復号し,テーブル間差分であれば,テーブル間差分復号処理部224によりテーブル間差分情報をGolomb復号する。   In step S31, based on the determination result of the encoding method, if the fixed-length encoding is used, the fixed-length decoding processing unit 222 decodes the conversion table. The difference information is Golomb decoded, and if it is an inter-table difference, the inter-table difference decoding processing unit 224 performs Golomb decoding of the inter-table difference information.

〔効果の検証実験〕
本発明の効果を検証するために,次のような実験を行った。符号化対象として用いた画像は,10ビットの4:2:0のYCbCr画像(7種類)で,解像度は1920×1080である。ビット深度変換は,10ビットを8ビットに変換した。すなわち,上述の実施例においてN=10,Δ=2である。
[Effect verification experiment]
In order to verify the effect of the present invention, the following experiment was conducted. The image used as the encoding target is a 10-bit 4: 2: 0 YCbCr image (7 types), and the resolution is 1920 × 1080. In the bit depth conversion, 10 bits were converted to 8 bits. That is, in the above embodiment, N = 10 and Δ = 2.

図1に示す低ビット深度信号符号化処理部12,復号処理部13および残差信号符号化処理部17として,H.264/AVCの参照ソフトウェア(JM 14.0)を用いた。なお,領域分割を行わない場合には,低ビット深度信号符号化処理部12,復号処理部13および残差信号符号化処理部17は,それぞれ図14に示す従来技術の符号化処理部301,復号処理部302および符号化器305に相当する。   As the low bit depth signal encoding processing unit 12, the decoding processing unit 13, and the residual signal encoding processing unit 17 shown in FIG. H.264 / AVC reference software (JM 14.0) was used. In the case where the region division is not performed, the low bit depth signal encoding processing unit 12, the decoding processing unit 13, and the residual signal encoding processing unit 17 are respectively connected to the conventional encoding processing unit 301, FIG. This corresponds to the decoding processing unit 302 and the encoder 305.

実験は,7種類の画像シーケンス(映像1〜映像7)について,次のような4種類の実験を行った。各映像1〜映像7のフレーム数は60である。
・[実験1]:〔従来技術〕領域分割を行わないで,変換テーブルは固定長で符号化した(図14の画像符号化装置による符号化)。
・[実験2]:領域の分割数は固定値の2とし,各領域について,変換テーブルは固定長で符号化した。
・[実験3]:領域の分割数は可変として最適分割数を求めて領域分割を行い,各領域について,変換テーブルは固定長で符号化した。
・[実験4]:領域の分割数は可変として最適分割数を求めて領域分割を行い,各領域について,変換テーブルは固定長,テーブル内差分,テーブル間差分のうち,符号長が最短となる符号化方式を用いる適応符号化を行った。
In the experiment, the following four types of experiments were performed for seven types of image sequences (video 1 to video 7). Each video 1 to video 7 has 60 frames.
[Experiment 1]: [Prior Art] The conversion table was encoded at a fixed length without performing region division (encoding by the image encoding device in FIG. 14).
[Experiment 2]: The number of area divisions was set to a fixed value of 2, and the conversion table was encoded with a fixed length for each area.
[Experiment 3]: The region division number was variable, and the optimum division number was obtained to perform region division. For each region, the conversion table was encoded with a fixed length.
[Experiment 4]: The area division number is variable and the optimum division number is obtained to perform area division. For each area, the conversion table has the shortest code length among the fixed length, intra-table difference, and inter-table difference. Adaptive coding using coding scheme was performed.

以上の実験において,10ビットの入力シーケンスを,H.264/AVCの参照ソフトウェア(JM 14.0)で直接符号化した場合の結果に対して,画質が同程度のときに符号量がどれだけ削減されるかを調べた。すなわち,画質(PSNR)を同程度としたときのビットレートを比較した。   In the above experiment, a 10-bit input sequence is converted to H.264. It was investigated how much the code amount was reduced when the image quality was comparable to the result of direct encoding with H.264 / AVC reference software (JM 14.0). That is, the bit rates were compared when the image quality (PSNR) was the same.

実験結果の符号量削減率は,図13(A)に示すとおりであった。図13(B)は,図13(A)に示す数値をグラフ化して示している。実験1に比べて,実験2〜実験4は,どの映像1〜映像7についても符号量の削減率が大きいことが確認できた。特に,実験4では,参照ソフトウェアJMを用いて直接符号化した場合に比べて,符号量が平均で約11%低減できることがわかった。   The code amount reduction rate of the experimental result was as shown in FIG. FIG. 13B shows the numerical values shown in FIG. 13A in a graph. Compared to Experiment 1, Experiments 2 to 4 confirmed that the reduction rate of the code amount was larger for any of the videos 1 to 7. In particular, in Experiment 4, it was found that the code amount can be reduced by about 11% on average as compared with the case of direct encoding using the reference software JM.

なお,実験3,実験4において,分割数を可変として最適分割数で領域を分割したときの各映像1〜映像7の分割数は,図13(C)に示すとおりであった。これらの実験結果から,画像の局所的性質に応じて,最適な領域の分割数も大きく変動することが確認できた。   In Experiments 3 and 4, when the number of divisions is variable and the area is divided by the optimum number of divisions, the number of divisions of each of video 1 to video 7 is as shown in FIG. From these experimental results, it was confirmed that the optimal number of segmentation varies greatly depending on the local properties of the image.

以上の画像符号化および復号の処理は,コンピュータとソフトウェアプログラムとによって実現することができ,そのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録することも,ネットワークを通して提供することも可能である。   The above image encoding and decoding processes can be realized by a computer and a software program, and the program can be recorded on a computer-readable recording medium or provided through a network.

1 画像符号化装置
10 ビット深度変換処理部
11 変換テーブル記憶部
12 低ビット深度信号符号化処理部
13 復号処理部
14 逆ビット深度変換処理部
15 減算器
16 変換テーブル符号化処理部
17 残差信号符号化処理部
18 分割情報符号化処理部
100 領域分割部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image coding apparatus 10 Bit depth conversion process part 11 Conversion table memory | storage part 12 Low bit depth signal encoding process part 13 Decoding process part 14 Inverse bit depth conversion process part 15 Subtractor 16 Conversion table encoding process part 17 Residual signal Encoding processing unit 18 Division information encoding processing unit 100 Region division unit

Claims (5)

画像信号を入力し,低ビット深度信号へのビット深度変換処理を行い,前記低ビット深度信号の符号化と,入力画像信号と前記低ビット深度信号との残差信号の符号化と,前記ビット深度変換処理に用いた変換テーブルの符号化とを行い,符号化ストリームを出力する画像符号化装置において,
入力画像信号の画面を,複数個の領域に分割する領域分割手段と,
前記分割された領域ごとに作成した変換テーブルを用いて,入力画像信号を低ビット深度信号に変換するビット深度変換処理手段と,
前記低ビット深度信号を符号化する低ビット深度信号符号化手段と,
符号化された低ビット深度信号を復号する復号手段と,
前記変換テーブルを用いて,復号された低ビット深度信号を入力画像信号のビット深度に変換する逆ビット深度変換処理手段と,
前記逆ビット深度変換処理手段の出力信号と前記入力画像信号との差分を算出する残差信号生成手段と,
前記残差信号を符号化する残差信号符号化処理手段と,
前記変換テーブルを符号化する変換テーブル符号化処理手段と,
前記領域分割手段で分割した位置を示す分割情報を符号化する分割情報符号化手段と,
前記低ビット深度信号符号化手段,前記残差信号符号化処理手段,前記変換テーブル符号化処理手段および前記分割情報符号化手段の出力する符号化データを含む符号化ストリームを出力する手段とを備え,
前記領域分割手段は,複数定められた分割位置のそれぞれについて,順次領域分割を行い,前記入力画像信号と前記ビット深度変換処理後の画像信号との画面全領域にわたる誤差が最小となる領域分割を,最終的に符号化に用いる領域分割とし,さらに,前記領域分割において領域を3個以上の領域に分割する場合に,領域を2分割し,分割された領域の中で,前記入力画像信号と前記ビット深度変換処理後の画像信号との誤差が大きいほうの領域をさらに2分割する処理を繰り返す
ことを特徴とする画像符号化装置。
An image signal is input, bit depth conversion processing into a low bit depth signal is performed, the low bit depth signal is encoded, a residual signal between the input image signal and the low bit depth signal is encoded, and the bit In the image encoding device that encodes the conversion table used for the depth conversion process and outputs the encoded stream,
Area dividing means for dividing the screen of the input image signal into a plurality of areas;
Bit depth conversion processing means for converting an input image signal into a low bit depth signal using a conversion table created for each of the divided areas;
Low bit depth signal encoding means for encoding the low bit depth signal;
Decoding means for decoding the encoded low bit depth signal;
An inverse bit depth conversion processing means for converting the decoded low bit depth signal into the bit depth of the input image signal using the conversion table;
Residual signal generation means for calculating a difference between the output signal of the inverse bit depth conversion processing means and the input image signal;
Residual signal encoding processing means for encoding the residual signal;
Conversion table encoding processing means for encoding the conversion table;
Division information encoding means for encoding division information indicating positions divided by the area dividing means;
Means for outputting an encoded stream including encoded data output from the low bit depth signal encoding means, the residual signal encoding processing means, the conversion table encoding processing means, and the division information encoding means. ,
The region dividing means sequentially performs region division for each of a plurality of determined division positions, and performs region division that minimizes an error over the entire screen area between the input image signal and the image signal after the bit depth conversion processing. , And finally dividing into regions to be used for encoding . Further, when the region is divided into three or more regions in the region division, the region is divided into two, and the input image signal is divided into the divided regions. And an image signal after the bit depth conversion process , an image coding apparatus characterized by repeating the process of further dividing the region having the larger error .
請求項1記載の画像符号化装置において,
前記領域分割手段において分割する領域の分割数が可変であり,
画面全領域にわたる前記変換テーブルの符号量と前記残差信号の符号量との和が最小となる分割数を,領域の分割数として決定する手段を備える
ことを特徴とする画像符号化装置。
The image encoding device according to claim 1,
The number of areas divided by the area dividing means is variable;
An image encoding apparatus comprising: means for determining a division number that minimizes the sum of the code amount of the conversion table and the code amount of the residual signal over the entire area of the screen as the division number of the area.
請求項1または請求項2記載の画像符号化装置において,
前記変換テーブル符号化処理手段は,
前記変換テーブルの要素を固定長で符号化する符号化手段と,
前記変換テーブルの要素を同じ変換テーブル内における一つ前の要素との差分で符号化する符号化手段と,
前記変換テーブルの要素を符号化済みの他の変換テーブルにおける要素との差分で符号化する符号化手段のうち,
少なくともいずれか複数の符号化手段を備え,
前記複数の符号化手段の中で符号量が最小となる符号化手段を選択して前記変換テーブルを符号化する
ことを特徴とする画像符号化装置。
The image encoding device according to claim 1 or 2 ,
The conversion table encoding processing means includes:
Encoding means for encoding the elements of the conversion table at a fixed length;
Encoding means for encoding an element of the conversion table with a difference from the previous element in the same conversion table;
Among the encoding means for encoding the element of the conversion table with the difference from the element in the other encoded conversion table,
At least one of a plurality of encoding means,
An image encoding apparatus, wherein the conversion table is encoded by selecting an encoding unit having a minimum code amount from the plurality of encoding units.
画像信号を入力し,低ビット深度信号へのビット深度変換処理を行い,前記低ビット深度信号の符号化と,入力画像信号と前記低ビット深度信号との残差信号の符号化と,前記ビット深度変換処理に用いた変換テーブルの符号化とを行い,符号化ストリームを出力する画像符号化方法において,
入力画像信号の画面を,複数個の領域に分割する領域分割ステップと,
前記分割された領域ごとに作成した変換テーブルを用いて,入力画像信号を低ビット深度信号に変換するビット深度変換処理ステップと,
前記低ビット深度信号を符号化する低ビット深度信号符号化ステップと,
符号化された低ビット深度信号を復号する復号ステップと,
前記変換テーブルを用いて,復号された低ビット深度信号を入力画像信号のビット深度に変換する逆ビット深度変換処理ステップと,
前記逆ビット深度変換処理ステップの出力信号と前記入力画像信号との差分を算出する残差信号生成ステップと,
前記残差信号を符号化する残差信号符号化処理ステップと,
前記変換テーブルを符号化する変換テーブル符号化処理ステップと,
前記領域分割ステップで分割した位置を示す分割情報を符号化する分割情報符号化ステップと,
前記低ビット深度信号符号化ステップ,前記残差信号符号化処理ステップ,前記変換テーブル符号化処理ステップおよび前記分割情報符号化ステップで出力された符号化データを含む符号化ストリームを出力するステップとを有し,
前記領域分割ステップでは,複数定められた分割位置のそれぞれについて,順次領域分割を行い,前記入力画像信号と前記ビット深度変換処理後の画像信号との画面全領域にわたる誤差が最小となる領域分割を,最終的に符号化に用いる領域分割とし,さらに,前記領域分割において領域を3個以上の領域に分割する場合に,領域を2分割し,分割された領域の中で,前記入力画像信号と前記ビット深度変換処理後の画像信号との誤差が大きいほうの領域をさらに2分割する処理を繰り返す
ことを特徴とする画像符号化方法。
An image signal is input, bit depth conversion processing into a low bit depth signal is performed, the low bit depth signal is encoded, a residual signal between the input image signal and the low bit depth signal is encoded, and the bit In the image encoding method for encoding the conversion table used for the depth conversion process and outputting the encoded stream,
An area dividing step for dividing an input image signal screen into a plurality of areas;
A bit depth conversion processing step for converting an input image signal into a low bit depth signal using a conversion table created for each of the divided areas;
A low bit depth signal encoding step for encoding the low bit depth signal;
A decoding step of decoding the encoded low bit depth signal;
An inverse bit depth conversion processing step for converting the decoded low bit depth signal into the bit depth of the input image signal using the conversion table;
A residual signal generation step of calculating a difference between the output signal of the inverse bit depth conversion processing step and the input image signal;
A residual signal encoding processing step for encoding the residual signal;
A conversion table encoding processing step for encoding the conversion table;
A division information encoding step for encoding division information indicating the position divided in the region division step;
Outputting a coded stream including the coded data output in the low bit depth signal coding step, the residual signal coding processing step, the conversion table coding processing step, and the division information coding step. Have
In the region dividing step, region division is sequentially performed for each of a plurality of determined division positions, and region division that minimizes an error over the entire screen area between the input image signal and the image signal after the bit depth conversion processing is performed. , And finally dividing into regions to be used for encoding . Further, when the region is divided into three or more regions in the region division, the region is divided into two, and the input image signal is divided into the divided regions. And an image signal after the bit depth conversion processing is repeated to further divide the region having the larger error into two .
コンピュータを,請求項1から請求項までのいずれか1項に記載された画像符号化装置が備える前記各手段として機能させるための画像符号化プログラム。 The image coding program for functioning a computer as said each means with which the image coding apparatus described in any one of Claim 1- Claim 3 is provided.
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