JP5876201B1 - 復号装置、撮像システム、復号方法、符号化復号方法、及び復号プログラム - Google Patents

復号装置、撮像システム、復号方法、符号化復号方法、及び復号プログラム Download PDF

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Abstract

復号装置4は、撮像デバイス3にて生成されたキーフレーム、及び撮像デバイス3にて生成されるとともに少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを取得する受信部41と、フレーム間の画素値相関特性に関する特性情報を記憶するメモリ部42と、少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームから得られる第1対数尤度比とキーフレーム及び特性情報から得られる第2対数尤度比とに基づいて確率伝播法による繰り返し復号を実施し、符号化処理前の非キーフレームを推定する復号部431とを備える。

Description

本発明は、撮像デバイスにて符号化された画像データを復号する復号装置、撮像システム、復号方法、符号化復号方法、及び復号プログラムに関する。
従来、被写体を撮像することにより生成した画像データを送信する撮像デバイスと当該画像データを受信する受信装置とを備えた撮像システムとして、例えば、飲み込み型のカプセル型内視鏡を用いたシステムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
このようなカプセル型内視鏡は、観察(検査)のために被検体の口から飲み込まれた後、自然排出されるまでの間、体腔内、例えば胃、小腸等の臓器の内部をその蠕動運動に従って移動し、移動に伴い、所定時間毎に被検体内画像の撮像を行う。
また、カプセル型内視鏡は、体腔内を移動する間、体内で撮像した画像データを順次、無線通信により外部に送信する。
特開2006−293237号公報
ところで、例えば被検体内画像を充分に取得することを目的として、撮像時のフレームレートを大きくした場合には、送信する情報量も多くなる。このため、撮像した画像データに圧縮符号化処理を施して、送信する情報量を少なくする必要がある。
このような圧縮符号化方式としてMPEG(Moving Picture Experts Group)やJPEG(Joint Photographic Experts Group)が知られている。しかしながら、このような圧縮符号化方式を採用した場合には、圧縮符号化するための計算量が多く、カプセル型内視鏡(撮像デバイス)側の負荷及び消費電力が大きくなってしまう、という問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、撮像時のフレームレートを大きくした場合であっても撮像デバイス側の負荷及び消費電力を抑えることができる復号装置、撮像システム、復号方法、符号化復号方法、及び復号プログラムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る復号装置は、撮像デバイスにて符号化された画像データを復号する復号装置において、前記撮像デバイスにて生成されたキーフレーム、及び前記撮像デバイスにて生成されるとともに少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを取得するデータ取得部と、フレーム間の画素値相関特性に関する特性情報を記憶する特性情報記憶部と、前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームから得られる第1対数尤度比と、前記キーフレーム、及び前記特性情報記憶部に記憶された前記特性情報から得られる第2対数尤度比とに基づいて、確率伝播法による繰り返し復号を実施し、前記符号化処理前の非キーフレームを推定する復号部とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る復号装置は、上記発明において、前記データ取得部は、前記キーフレーム、前記撮像デバイスにて前記非キーフレームから生成されるとともに前記符号化処理が施された第1ビットプレーン、及び前記撮像デバイスにて前記非キーフレームから生成されるとともに間引き処理が施された第2ビットプレーンを取得し、前記復号部は、前記符号化処理後の第1ビットプレーンから得られる前記第1対数尤度比と前記第2対数尤度比とに基づいて確率伝播法による前記繰り返し復号を実施して、前記符号化処理前の第1ビットプレーンを推定し、当該復号装置は、前記間引き処理後の第2ビットプレーンに対して補間処理を施す補間処理部を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る復号装置は、上記発明において、前記第1ビットプレーンは、上位側のビットが割り当てられたビットプレーンであり、前記第2ビットプレーンは、下位側のビットが割り当てられたビットプレーンであることを特徴とする。
また、本発明に係る復号装置は、上記発明において、前記特性情報記憶部は、異なる前記特性情報を複数記憶し、前記復号部は、前記第2対数尤度比を、前記キーフレーム、及び前記複数の特性情報のうち従前に用いた前記特性情報とは異なる前記特性情報から得られる第2対数尤度比に変更して、前記繰り返し復号を再度、実施することを特徴とする。
また、本発明に係る復号装置は、上記発明において、前記復号部は、前記第1対数尤度比と、前記データ取得部にて時系列的に前記非キーフレームの直前に取得された前記キーフレーム、及び前記特性情報から得られる前記第2対数尤度比とに基づく順方向の前記繰り返し復号と、前記第1対数尤度比と、前記データ取得部にて時系列的に前記非キーフレームの直後に取得された前記キーフレーム、及び前記特性情報から得られる前記第2対数尤度比とに基づくトレースバック方向の前記繰り返し復号とを実施することを特徴とする。
また、本発明に係る復号装置は、上記発明において、前記復号部により前記繰り返し復号後に推定された前記非キーフレームに対してパリティ検査を行い、誤りがあるか否かを検出する誤り検出部を備え、前記復号部は、前記誤り検出部による検出結果に基づいて、前記順方向の繰り返し復号後に推定した前記非キーフレーム、または前記トレースバック方向の繰り返し復号後に推定した前記非キーフレームを復号結果として出力することを特徴とする。
また、本発明に係る復号装置は、上記発明において、前記復号部は、前記順方向の繰り返し復号後の事後対数尤度比、及び前記トレースバック方向の繰り返し復号後の事後対数尤度比に基づいて、前記順方向の繰り返し復号後に推定した前記非キーフレーム、または前記トレースバック方向の繰り返し復号後に推定した前記非キーフレームを復号結果として出力することを特徴とする。
また、本発明に係る復号装置は、上記発明において、前記復号部により前記繰り返し復号後に推定された前記非キーフレームを表示対象とするか否かの判定処理を実施する表示判定部を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る復号装置は、上記発明において、前記復号部により前記繰り返し復号後に推定された前記非キーフレームに対してパリティ検査を行い、誤りがあるか否かを検出する誤り検出部を備え、前記表示判定部は、前記誤り検出部による検出結果に基づいて、前記判定処理を実施することを特徴とする。
また、本発明に係る復号装置は、上記発明において、前記表示判定部は、前記復号部による前記繰り返し復号後の事後対数尤度比に基づいて、前記判定処理を実施することを特徴とする。
また、本発明に係る撮像システムは、被写体を撮像することにより生成した画像データを符号化して送信する撮像デバイスと、符号化された前記画像データを受信して復号する復号装置とを備えた撮像システムにおいて、前記撮像デバイスは、被写体を撮像することにより画像データを生成し、当該画像データをキーフレーム及び非キーフレームに振り分ける撮像部と、前記非キーフレームの少なくとも一部に対して符号化処理を施す符号化部と、前記キーフレーム、及び前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを送信する送信部とを備え、前記復号装置は、前記キーフレーム、及び前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを受信する受信部と、フレーム間の画素値相関特性に関する特性情報を記憶する特性情報記憶部と、前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームから得られる第1対数尤度比と、前記キーフレーム、及び前記特性情報記憶部に記憶された前記特性情報から得られる第2対数尤度比とに基づいて、確率伝播法による繰り返し復号を実施し、前記符号化処理前の非キーフレームを推定する復号部とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る撮像システムは、上記発明において、前記符号化処理は、パリティ検査行列を用いたシンドローム符号化であることを特徴とする。
また、本発明に係る撮像システムは、上記発明において、前記撮像デバイスは、被検体内に導入可能とするカプセル型内視鏡であることを特徴とする。
また、本発明に係る復号方法は、撮像デバイスにて符号化された画像データを復号する復号装置が実行する復号方法において、前記撮像デバイスにて生成されたキーフレーム、及び前記撮像デバイスにて生成されるとともに少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを取得するデータ取得ステップと、前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームから得られる第1対数尤度比と、前記キーフレーム、及びフレーム間の画素値相関特性に関する特性情報から得られる第2対数尤度比とに基づいて、確率伝播法による繰り返し復号を実施し、前記符号化処理前の非キーフレームを推定する復号ステップとを有することを特徴とする。
また、本発明に係る符号化復号方法は、被写体を撮像することにより生成した画像データを符号化して送信する撮像デバイスと、符号化された前記画像データを受信して復号する復号装置とを備えた撮像システムが行う符号化復号方法において、前記撮像デバイスが、被写体を撮像することにより生成した画像データをキーフレーム及び非キーフレームに振り分ける振り分けステップと、前記非キーフレームの少なくとも一部に対して符号化処理を施す符号化ステップと、前記キーフレーム、及び前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを送信する送信ステップとを実行し、前記復号装置が、前記キーフレーム、及び前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを受信する受信ステップと、前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームから得られる第1対数尤度比と、前記キーフレーム、及びフレーム間の画素値相関特性に関する特性情報から得られる第2対数尤度比とに基づいて、確率伝播法による繰り返し復号を実施し、前記符号化処理前の非キーフレームを推定する復号ステップとを実行することを特徴とする。
また、本発明に係る復号プログラムは、上記復号方法を復号装置に実行させることを特徴とする。
本発明に係る復号装置が上記のように構成されているので、当該復号装置と組み合わせて用いる撮像デバイスとして、以下の構成を採用することができる。
すなわち、撮像デバイスは、撮像することにより生成した画像データのうち、キーフレームについては符号化することなく、非キーフレームについては少なくとも一部に符号化処理を施す。そして、撮像デバイスは、これらキーフレーム及び非キーフレームを送信する。このため、送信する画像データの情報量を少なくすることができる。
また、本発明に係る復号装置では、少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームから得られる第1対数尤度比と符号化されていないキーフレーム及び特性情報から得られる第2対数尤度比とに基づいて、確率伝播法により繰り返し復号を実施する。このため、撮像デバイス側で実施される符号化方式として、単純な符号化方式を採用することができる。
以上のことから、撮像時のフレームレートを大きくした場合であっても撮像デバイス側の負荷及び消費電力を抑えることが可能な復号装置を実現することができる、という効果を奏する。
本発明に係る撮像システムは、上述した復号装置を備えているため、上述した復号装置と同様の効果を奏する。
本発明に係る復号方法は、上述した復号装置が行う復号方法であるため、上述した復号装置と同様の効果を奏する。
本発明に係る符号化復号方法は、上述した撮像システムが行う符号化復号方法であるため、上述した撮像システムと同様の効果を奏する。
本発明に係る復号プログラムは、上述した復号装置にて実行されるプログラムであるため、上述した復号装置と同様の効果を奏する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る撮像システムを示すブロック図である。 図2は、本発明の実施の形態1に係る第1,第2ビットプレーンの一例を示す図である。 図3は、本発明の実施の形態1に係る符号化処理の一例を示す図である。 図4は、本発明の実施の形態1に係る間引き処理の一例を示す図である。 図5Aは、本発明の実施の形態1に係る特性情報の一例を示す図である。 図5Bは、本発明の実施の形態1に係る特性情報の一例を示す図である。 図6は、本発明の実施の形態1に係る繰り返し復号(確率伝播法)の一例を示す図である。 図7Aは、本発明の実施の形態1に係る補間処理の一例を示す図である。 図7Bは、本発明の実施の形態1に係る補間処理の一例を示す図である。 図7Cは、本発明の実施の形態1に係る補間処理の一例を示す図である。 図7Dは、本発明の実施の形態1に係る補間処理の一例を示す図である。 図7Eは、本発明の実施の形態1に係る補間処理の一例を示す図である。 図8は、本発明の実施の形態1に係る符号化復号方法を示すフローチャートである。 図9は、本発明の実施の形態1に係る復号処理を示すフローチャートである。 図10は、本発明の実施の形態2に係る符号化復号方法を示すフローチャートである。 図11は、本発明の実施の形態3に係る撮像システムを示すブロック図である。 図12は、本発明の実施の形態3に係る符号化復号方法を示すフローチャートである。 図13は、本発明の実施の形態4に係るカプセル型内視鏡システムを示す模式図である。 図14は、本発明の実施の形態4に係る復号装置を示すブロック図である。
以下、図面を参照して、本発明に係る復号装置、撮像システム、復号方法、符号化復号方法、及び復号プログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
〔撮像システムの概略構成〕
図1は、本発明の実施の形態1に係る撮像システム1を示すブロック図である。
撮像システム1は、図1に示すように、無線伝送系2を介して動画像データを無線通信する撮像デバイス3及び復号装置4を備える。
〔撮像デバイスの構成〕
撮像デバイス3は、被写体を撮像することにより生成した動画像データを符号化し、無線伝送系2を介して無線送信する。この撮像デバイス3は、撮像部31と、制御部32と、送信部33等を備える。
撮像部31は、制御部32による制御の下、例えば毎秒30枚のフレームレートで被写体を撮像して動画像データを生成するとともに、当該動画像データをキーフレーム及び非キーフレームに振り分ける。この撮像部31は、撮像素子311と、信号処理部312と、グレイ符号化部313と、振分部314等を備える。
撮像素子311は、撮像素子駆動回路(図示略)により駆動し、入射した光を電気信号に変換して像を形成する。撮像素子駆動回路は、撮像素子311を駆動してアナログ信号の画像データを取得し、当該アナログ信号の画像データを信号処理部312に出力する。
信号処理部312は、撮像素子311から出力されたアナログ信号の画像データに例えばサンプリングや増幅やA/D(Analog to Digital)変換等の所定の信号処理を実施することで、デジタルの画像データを生成し、グレイ符号化部313に出力する。
グレイ符号化部313は、信号処理部312からの画像データ(動画フレーム列)に対してグレイ符号化を行う。例えば、グレイ符号化部313は、画像データの各画素の画素値「6(二進表示で“0110”)」をグレイコード「“0101”」、画素値「7(二進表示で“0111”)」をグレイコード「“0100”」、画素値「8(二進表示で“1000”)」をグレイコード「“1100”」にグレイ符号化する。グレイコードは、ある値から隣接した値に変化する際に、常に1ビットのみデータが変化するという特性を有する。
振分部314は、グレイ符号化部313にてグレイ符号化された画像データ(動画フレーム列)をキーフレームと非キーフレームとに振り分ける。例えば、振分部314は、数フレームに1枚の頻度でキーフレームとし、残りが非キーフレームとなるように振り分けを行う。そして、振分部314は、キーフレームを送信部33に出力し、非キーフレームを制御部32に出力する。
制御部32は、CPU(Central Processing Unit)等を含んで構成され、撮像デバイス3全体の動作を制御する。この制御部32は、ビットプレーン生成部321と、符号化部322と、間引き処理部323等を備える。
ビットプレーン生成部321は、振分部314からの非キーフレームを入力し、1フレーム毎に、第1,第2ビットプレーンに分解する。そして、ビットプレーン生成部321は、第1ビットプレーンを符号化部322に出力し、第2ビットプレーンを間引き処理部323に出力する。
図2は、本発明の実施の形態1に係る第1,第2ビットプレーンの一例を示す図である。なお、図2では、非キーフレームの各画素の画素値に対応するグレイコードが8bitで表される場合を例示している。
例えば、ビットプレーン生成部321は、非キーフレームの各画素のグレイコードが8bitで表される場合、図2に示すように、当該非キーフレームを、上位ビットから順に4bitを割り当てた第1ビットプレーンと、下位ビットから順に4bitを割り当てた第2ビットプレーンとに分解する。
なお、第1ビットプレーンとしては、最上位ビットを含んでいれば、割り当てるbit数は、上述した4bitに限られない。第2ビットプレーンも同様に、最下位ビットを含んでいれば、割り当てるbit数は、上述した4bitに限られない。
符号化部322は、ビットプレーン生成部321からの第1ビットプレーンを入力し、当該第1ビットプレーンに対して符号化処理を施す。
具体的に、符号化部322は、入力した第1ビットプレーンにおける一画素のグレイコード(ビット列)をxとした場合に、以下の数式(1)に示すように、(n−k)行×n列の低密度パリティ検査行列Hを用いてシンドローム符号化を行う。そして、符号化部322は、第1ビットプレーンの全ての画素についてシンドローム符号化を実施して、符号化処理後の第1ビットプレーン(シンドロームC)を送信部33に出力する。
ここで、(n−k)行×n列の検査行列Hを用いた場合、符号化率はk/nとなり、圧縮率は(n−k)/nとなる。
Figure 0005876201
図3は、本発明の実施の形態1に係る符号化処理の一例を示す図である。なお、図3では、低密度パリティ検査行列Hとして、以下の数式(2)に示す4行×6列(n=6、k=2)の低密度パリティ検査行列Hを用いた場合(入力するグレイコードxが6bitの場合)を例示している。
Figure 0005876201
検査行列Hは、図3に示すように、複数の列と1対1に対応する複数の変数ノードと、複数の行と1対1に対応する複数のチェックノードとの間の結線状態を示す二部グラフにより表現することができる。
具体的に、二部グラフでは、検査行列Hの複数の列と1対1に対応する複数の変数ノードv(図3の例では、i=1〜6)が左側に配置されている。また、検査行列Hの複数の行と1対1に対応する複数のチェックノードc(図3の例では、j=1〜4)が右側に配置されている。そして、検査行列Hの成分が「1」となる行と列の組み合わせに対応する変数ノードvとチェックノードcとが線(エッジと呼ぶ)で結ばれている。
例えば、図3の例では、第2列に対応する変数ノードvと第3行に対応するチェックノードcとがエッジで接続されているが、これは、検査行列Hの第3行第2列の成分が「1」であることを示す。
そして、このような二部グラフを用いることで、数式(1)に示すシンドローム符号化も容易に実施することができる。
例えば、第1ビットプレーンに含まれる一画素のグレイコードx(図3の例では6bit)が“101011”であった場合には、図3に示すように、当該グレイコードxを変数ノードvにそれぞれ割り当てる。そして、チェックノードcのそれぞれに着目し、エッジで接続された全ての変数ノードvの二進加算を行う。例えば、チェックノードcに着目した場合には、当該チェックノードcにエッジで接続された変数ノードvが変数ノードv,v,vであるため、変数ノードv,v,vの各値「1」,「0」,「1」の二進加算を行って「0」の値を得る。そして、各チェックノードcで算出された“0101”がシンドロームCとなる。
すなわち、数式(2)のような低密度パリティ検査行列Hを用いた場合には、6bitのグレイコードxが4bitのシンドロームCに圧縮(圧縮率:2/3)されることとなる。
なお、低密度パリティ検査行列Hとしては、数式(2)に示すような符号化率1/3及び圧縮率2/3の検査行列に限らず、符号化率1/2及び圧縮率1/2の検査行列や、符号化率2/3及び圧縮率1/3の検査行列を採用しても構わない。圧縮率が33%〜50%になる検査行列を採用することが好ましい。
間引き処理部323は、ビットプレーン生成部321からの第2ビットプレーンを入力し、当該第2ビットプレーンに対してビットの間引き処理を施す。具体的には後述するが、当該間引き処理は、キーフレームに時系列的に隣接する非キーフレームの第2ビットプレーンについては全て削除し、キーフレームに隣接していない非キーフレームの第2ビットプレーンについては一部のビットを間引くものである。そして、間引き処理部323は、間引き処理後の第2ビットプレーンを送信部33に出力する。
図4は、本発明の実施の形態1に係る間引き処理の一例を示す図である。なお、図4では、左側から順に撮像部31にて撮像された各フレームを時系列的に並べたものであり、振分部314が5フレームに1枚の頻度でキーフレームとした場合(キーフレーム1枚に対して非キーフレーム4枚の割合とした場合)を例示している。すなわち、図4では、6フレーム分を図示しており、第1及び第6フレーム目にキーフレームを図示し、第2〜第5フレーム目に非キーフレームを図示している。また、図4では、ビットプレーン生成部321が下位ビットから順に4bitを割り当てた第2ビットプレーンを生成した場合を例示しており、当該第2ビットプレーンに含まれる一画素の各ビット(4bit)を上下方向に並べた状態を図示している。
具体的に、間引き処理部323は、キーフレームに隣接する非キーフレーム(図4の例では、第2及び第5フレーム目の非キーフレーム(第2ビットプレーン))のデータについては全て削除する(図4では斜線で図示)。
また、間引き処理部323は、キーフレームから離間した非キーフレーム(図4の例では、第3及び第4フレーム目の非キーフレーム(第2ビットプレーン))の一部のビットのデータのみを残し(図4では白抜きで図示)、他のビットのデータを削除する。
例えば、図4の例では、間引き処理部323は、第3フレーム目の非キーフレーム(第2ビットプレーン)において、最上位ビット(下位ビットから4ビット目)と当該最上位ビットから1ビット離れた(下位ビットから2ビット目)ビットの各データのみを残す。また、間引き処理部323は、第4フレーム目の非キーフレーム(第2ビットプレーン)において、上記第3フレームでデータを残したビットとは異なるビット(下位ビットから3ビット目)のデータのみを残す。
すなわち、間引き処理部323は、隣接するフレーム間(第3,第4フレーム)でそれぞれ異なる位のビットのデータを残すように、非キーフレーム(第2ビットプレーン)の間引き処理を実施する。
なお、間引き処理部323は、第3及び第4フレーム目の非キーフレーム(第2ビットプレーン)のいずれでも、最下位ビットのデータについては削除する。
送信部33は、制御部32による制御の下、振分部314からのキーフレーム、符号化部322からの符号化処理後の第1ビットプレーン(シンドロームC)、及び間引き処理部323からの間引き処理後の第2ビットプレーンをデータストリーム化する。そして、送信部33は、無線伝送系2を介して、データストリーム化した動画像データを復号装置4に送信する。
〔復号装置の構成〕
復号装置4は、撮像デバイス3から無線伝送系2を介して送信されてくる動画像データ(データストリーム)を受信して復号する。この復号装置4は、図1に示すように、受信部41と、メモリ部42と、制御部43等を備える。
受信部41は、撮像デバイス3から無線伝送系2を介して送信されてくる動画像データを受信するためのアンテナ等で構成されている。そして、受信部41は、制御部43による制御の下、動画像データを順次、受信し、メモリ部42に出力する。
なお、以下では、説明の便宜上、受信部41にて受信した動画像データを受信データと記載する。
上述した受信部41は、本発明に係る受信部として機能する他、本発明に係るデータ取得部としても機能する。
メモリ部42は、受信部41から出力される受信データを順次、記憶する。また、メモリ部42は、制御部43が実行する各種プログラム(復号プログラムを含む)や制御部43の処理に必要な情報等を記憶する。さらに、メモリ部42は、フレーム間の画素値相関特性に関する特性情報を記憶する。すなわち、メモリ部42は、本発明に係る特性情報記憶部として機能する。
図5A及び図5Bは、本発明の実施の形態1に係る特性情報の一例を示す図である。
特性情報は、予め撮像(例えば毎秒30枚のフレームレートで撮像)することにより生成された動画像データ(動画フレーム列)から算出され、フレーム間で画素値(グレイコード)がどのように変化するかを確率分布で表した情報である。
なお、本発明の実施の形態1では、メモリ部42は、上述した特性情報として、1つの動画像データ(所定期間内に撮像された時間的に連続する動画フレーム列)から算出された特性情報のみを記憶している。
例えば、図5Aに示すように、時系列的に並んだ2つのフレームのうち、時間的に前のフレームにおける一画素(座標(1,1))の上位4ビット分の画素値(グレイコード)をu(1,1)(図5A及び図5Bの例ではu(1,1)=5(グレイコードは“0111”))とし、後のフレームにおける同一画素位置の上位4ビット分の画素値(グレイコード)をu(1,1)とする。この場合、メモリ部42には、画素値u(1,1),u(1,1)の間での特性情報として、図5Bに示す特性情報が記憶されている。
具体的に、画素値u(1,1),u(1,1)の間での特性情報は、図5Bに示すように、画素値u(1,1)の取り得る確率P(u(1,1))がラプラス分布で近似された情報である。
以下の表1は、図5Bに示す画素値u(1,1)とその取り得る確率P(u(1,1))とを纏めた表である。
すなわち、図5Bや表1に示すように、画素値u(1,1)と同一の「5」となる確率P(u(1,1))が最も高く(50%)、画素値u(1,1)から離れた画素値になるほど、その確率P(u(1,1))が低くなっている。
Figure 0005876201
制御部43は、CPU等を含んで構成され、メモリ部42に記憶されたプログラム(復号プログラムを含む)を読み出し、当該プログラムに従って復号装置4全体の動作を制御する。この制御部43は、図1に示すように、復号部431と、誤り検出部432と、表示判定部433と、補間処理部434と、合成部435と、グレイ復号部436等を備える。
復号部431は、2つの第1,第2対数尤度比を利用して確率伝播(Belief-Propagation)法による繰り返し復号(第1,第2対数尤度比の尤度交換)を実施するとともに撮像デバイス3から送信された非キーフレームの符号化処理前の第1ビットプレーンを推定する復号処理を実施する。この復号部431は、第1対数尤度比算出部431Aと、第2対数尤度比算出部431Bと、推定部431C等を備える。
なお、復号部431は、符号化処理前の第1ビットプレーンを推定する際、フレーム(非キーフレーム)単位で画素毎に処理を行うものである。
以下では、説明の便宜上、復号対象とする非キーフレームを対象フレームと記載し、対象フレームにおける復号対象とする画素位置を対象画素位置と記載する。
図6は、本発明の実施の形態1に係る繰り返し復号(確率伝播法)の一例を示す図である。なお、図6では、説明の便宜上、変数ノードv及びチェックノードc(例えば図3参照)をそれぞれ1つのみ図示している。また、図6中、添え字で付された「w」は、i番目の変数ノードvに接続するエッジの数である。同様に、添え字で付された「r」は、j番目のチェックノードcに接続するエッジの数である。
具体的に、復号部431は、図6に示すように、撮像デバイス3でのシンドローム符号化に用いられた(n−k)行×n列の低密度パリティ検査行列Hを表現する二部グラフ上で、変数ノードvから当該変数ノードvのm(m=1〜w)番目のエッジに沿って第2対数尤度比qi,mをチェックノードcに送り、チェックノードcから当該チェックノードcのm´(m´=1〜r)番目のエッジに沿って第1対数尤度比tj,m´を変数ノードvに送る尤度交換を所定回数、繰り返す繰り返し復号を実施する。
なお、図6では、説明の便宜上、変数ノードvから当該変数ノードvのm番目のエッジに沿って出ていく第2対数尤度比qi,mに「out」の添え字を付して表現している。また、変数ノードvに対して当該変数ノードvのm番目のエッジに沿って入ってくる対数尤度比(第1対数尤度比tj,m´)を、qi,mに「in」の添え字を付して表現している。同様に、チェックノードcから当該チェックノードcのm´番目のエッジに沿って出て行く第1対数尤度比tj,m´に「out」の添え字を付して表現している。また、チェックノードcに対して当該チェックノードcのm´番目のエッジに沿って入ってくる対数尤度比(第2対数尤度比qi,m)を、tj,m´に「in」の添え字を付して表現している。
ここで、対数尤度比LLR(Log-Likelihood Ratio)は、以下の数式(3)に示すように、あるビットが「0」である確率P(0)と「1」である確率P(1)との比の対数をとったものである。そして、対数尤度比が0以上である場合は当該対数尤度比の値に対応するビットが「0」であると評価することができ、対数尤度比が0より小さい場合は当該対数尤度比の値に対応するビットが「1」であると評価することができる。また、対数尤度比の絶対値が大きい程、当該対数尤度比の値に対応するビットの値が「0」なのか「1」なのかを高い信頼性を持って評価することができる。
Figure 0005876201
第2対数尤度比算出部431Bは、対象フレーム(第1ビットプレーン)に対して時系列的に直前のキーフレームと、特性情報とをメモリ部42から読み出し、第2対数尤度比qi,mの初期値となる第2対数尤度比qi,0を算出する。そして、第2対数尤度比算出部431Bは、1回目の尤度交換において、算出した第2対数尤度比qi,0を、変数ノードvからエッジに沿ってチェックノードcに送る。
例えば、対象フレーム(第1ビットプレーン)の対象画素位置の座標が座標(1,1)であり、メモリ部42から読み出したキーフレームにおける対象画素位置(座標(1,1))の上位4ビット分の画素値u(1,1)が「5」である場合(図5A及び図5Bの例の場合)、第2対数尤度比算出部431Bは、以下に示すように、対象画素位置の画素値u(1,1)の初期値となる第2対数尤度比qi,0(i=1〜4)を算出する。
画素値u(1,1)の上位側から1番目のビットが「0」となるのは、画素値u(1,1)が「1(“0001”)」、「2(“0011”)」、「3(“0010”)」、「4(“0110”)」、「5(“0111”)」、「6(“0101”)」、及び「7(“0100”)」の場合である。このため、図5Bや表1に示す特性情報に基づいて、上記の場合での確率P(u(1,1))から確率P(0)を算出することができる。
一方、画素値u(1,1)の上位側から1番目のビットが「1」となるのは、画素値u(1,1)が「8(“1100”)」及び「9(“1101”)」の場合である。このため、図5Bや表1に示す特性情報に基づいて、上記の場合での確率P(u(1,1))から確率P(1)を算出することができる。
そして、上記のように確率P(0),P(1)が算出されれば、数式(3)により、対象画素位置である座標(1,1)の1番目のビットの第2対数尤度比q1,0を算出することができる。
なお、座標(1,1)の上位側から2,3,4番目のビットの各第2対数尤度比q2,0〜q4,0についても同様の考え方で算出することができる。
そして、第2対数尤度比算出部431Bは、算出した各第2対数尤度比q1,0〜q4,0を各変数ノードv〜vからそれぞれ送る。
また、第2対数尤度比算出部431Bは、所定回数、実施される第1,第2対数尤度比の尤度交換中、以下の数式(4)により、第2対数尤度比qi,mを更新する。
Figure 0005876201
ここで、第2対数尤度比算出部431Bは、数式(4)に示すように、一の変数ノードvからエッジに沿って一のチェックノードcに送る第2対数尤度比qi,mを更新するにあたって、送信先のチェックノードcから送信元の変数ノードvに送られてきた第1対数尤度比tj,m´を考慮に入れない。例えば、1番目の変数ノードvからエッジに沿って1番目のチェックノードcに送る第2対数尤度比q1,1を更新するにあたって、1番目のチェックノードcから1番目の変数ノードvに送られた第1対数尤度比t1,1を考慮に入れない。
第1対数尤度比算出部431Aは、メモリ部42から受信データに含まれる符号化処理後の第1ビットプレーンを読み出す。例えば、第1対数尤度比算出部431Aは、対象フレーム(第1ビットプレーン)の対象画素位置の座標が座標(1,1)である場合には、対象フレーム(第1ビットプレーン)における座標(1,1)のシンドロームCをメモリ部42から読み出す。また、第1対数尤度比算出部431Aは、読み出したシンドロームCと、通信路における雑音の標準偏差とに基づいて、第1対数尤度比tj,m´の初期値となる第1対数尤度比tj,0を算出する。そして、第1対数尤度比算出部431Aは、1回目の尤度交換において、算出した第1対数尤度比tj,0を、チェックノードcからm´番目のエッジに沿って変数ノードvに送る。
また、第1対数尤度比算出部431Aは、所定回数、実施される第1,第2対数尤度比の尤度交換中、以下の数式(5)により、第1対数尤度比tj,m´を更新する。
Figure 0005876201
数式(5)中、sは、読み出したシンドロームCのj番目のビットの値である。
ここで、第1対数尤度比算出部431Aは、数式(5)に示すように、一のチェックノードcからエッジに沿って一の変数ノードvに送る第1対数尤度比tj,m´を更新するにあたって、送信先の変数ノードvから送信元のチェックノードcに送られてきた第2対数尤度比qi,mを考慮に入れない。例えば、1番目のチェックノードcからエッジに沿って1番目の変数ノードvに送る第1対数尤度比t1,1を算出するにあたって、1番目の変数ノードvから1番目のチェックノードcに送られた第2対数尤度比q1,1を考慮に入れない。
推定部431Cは、変数ノードv及びチェックノードc間で第1,第2対数尤度比の尤度交換が所定回数、実施された後(繰り返し復号の後)、以下の数式(6)により、符号化処理前の第1ビットプレーン(対象画素位置の画素値に対応するグレイコード(ビット列))を推定する。
Figure 0005876201
数式(6)中、ハット記号が付されたxは、推定部431Cにより推定された第1ビットプレーンにおける対象画素位置の画素値に対応するグレイコード(ビット列)を示している。
すなわち、推定部431Cは、数式(6)に示すように、初期値となる第2対数尤度比qi,0と各エッジを介して変数ノードvに送られた全ての第1対数尤度比tj,m´を加算し、加算された対数尤度比の値(繰り返し復号後の事後対数尤度比)により、第1ビットプレーンにおける対象画素位置の画素値のi番目のビットの値が「0」なのか「1」なのかを推定する。
誤り検出部432は、復号部431にて復号処理により推定された第1ビットプレーン(対象画素位置のグレイコード(ビット列))に対して、パリティ検査を行い、誤りがあるか否かを検出する。なお、当該パリティ検査では、撮像デバイス3(符号化部322)で用いられた低密度パリティ検査行列Hを用いる。
表示判定部433は、誤り検出部432による検出結果に基づいて、復号部431にて復号処理により推定された第1ビットプレーンを含む非キーフレームを表示部(例えば、図14に示す表示部46等)に表示する表示対象とするか否かの判定処理を実施する。当該判定処理により、表示判定部433は、表示対象としないと判定した場合には当該非キーフレームに対して非表示対象を示す非表示対象フラグを付加する。そして、復号装置4にて復号された後の動画像データを表示する際には、非表示対象フラグが付加されていないフレーム(キーフレーム及び非キーフレーム)に対応する画像は、表示部に表示されることとなる。一方、非表示対象フラグが付加された非キーフレームに対応する画像は、表示部に表示されない。
補間処理部434は、メモリ部42から受信データに含まれる間引き処理後の第2ビットプレーン、当該第2ビットプレーン(非キーフレーム)に対して時系列的に直前及び直後のキーフレームを読み出す。そして、補間処理部434は、間引き処理後の第2ビットプレーンに対して補間処理を施す。
図7Aないし図7Eは、本発明の実施の形態1に係る補間処理の一例を示す図である。なお、図7Aないし図7Eは、図4に対応しており、図4で示した間引き処理後の第2ビットプレーンに対する補間処理を例示している。また、図7Aは間引き処理前の状態を示しており、図7Bは間引き処理後の状態(受信データに含まれる6フレーム分のデータ)を示している。
具体的に、補間処理部434は、時系列的に隣接するフレーム(図7Aないし図7Eの例では第3,第4フレーム目)となる2つの第2ビットプレーンをメモリ部42から読み出した後、図7Cに示すように、同一の画素位置で、同じ位のビットの値が同一となるように、一方のビットのデータを他方のビットにコピーする(コピー補間)。
また、補間処理部434は、図7Dに示すように、上記2つの第2ビットプレーンにおける最下位ビットの値を「0」または「1」のいずれかの値(図7Dでは「1」)にランダムに設定する(ランダム補間)。
さらに、補間処理部434は、残ったフレーム(図7Aないし図7Eの例では第2,第5フレーム目)となる2つの第2ビットプレーンについては、時系列的に隣接するフレーム(キーフレーム及び非キーフレーム)を用いて補間を行う。
具体的に、補間処理部434は、上記コピー補間及びランダム補間を行った2つの第2ビットプレーン(非キーフレーム)に対して時系列的に直前及び直後のキーフレームをメモリ部42から読み出す。そして、補間処理部434は、図7Eに示すように、同一の画素位置で、直前及び直後の2つのキーフレームにおける下位4ビット分の画素値(グレーコード)と第3,第4フレーム目の2つの第2ビットプレーンの画素値(グレーコード)とに基づいて線形補間を行い、第2,第5フレーム目の第2ビットプレーンを生成する。
例えば、図7Eの例では、直前のキーフレームにおける下位4ビット分の画素値(グレーコード)が「9(“1101”)」であり、第3フレーム目の第2ビットプレーンの画素値(グレーコード)が「6(“0101”)」であるため、線形補間により、画素値(グレーコード)を「8(“1100”)」とした第2フレーム目の第2ビットプレーンを生成する。同様に、第4フレーム目の第2ビットプレーンの画素値(グレーコード)が「6(“0101”)」であり、直後のキーフレームの下位4ビット分の画素値(グレーコード)が「4(“0110”)」であるため、線形補間により、画素値(グレーコード)を「5(“0111”)」とした第5フレーム目の第2ビットプレーンを生成する。
以上のような補間処理により、間引き処理前の第2ビットプレーンのグレーコード(図7A)と、補間処理後の第2ビットプレーンのグレーコード(図7E)とが略同一となる。
合成部435は、復号部431にて復号処理により推定された第1ビットプレーンと、補間処理部434にて補間処理が施された第2ビットプレーンとにより、非キーフレームを再構成する。そして、合成部435は、メモリ部42から受信データに含まれるキーフレームを読み出し、当該キーフレームと再構成した非キーフレームとにより、動画像ファイルを作成する。
グレイ復号部436は、合成部435にて生成された動画像ファイルに対してグレイ復号(グレイコードを画素値に変換)を行う。
〔撮像システムの動作〕
次に、上述した撮像システム1の動作(符号化復号方法)について説明する。
図8は、本発明の実施の形態1に係る符号化復号方法を示すフローチャートである。
なお、以下では、説明の便宜上、撮像デバイス3の動作、及び復号装置4の動作の順に説明する。
〔撮像デバイスの動作〕
先ず、撮像素子311は、制御部32による制御の下、被検体の撮像(例えば毎秒30枚のフレームレートでの撮像)を開始する(ステップS1)。
ステップS1の後、振分部314は、撮像素子311にて撮像され信号処理部312及びグレイ符号化部313を介してグレイ符号化された動画フレーム列をキーフレーム及び非キーフレームに振り分け、キーフレームを送信部33に出力し、非キーフレームをビットプレーン生成部321に出力する(ステップS2:振り分けステップ)。
ステップS2の後、ビットプレーン生成部321は、振分部314からの非キーフレームを入力し、1フレーム毎に、第1,第2ビットプレーンに分解し、第1ビットプレーンを符号化部322に出力し、第2ビットプレーンを間引き処理部323に出力する(ステップS3:ビットプレーン生成ステップ)。
ステップS3の後、符号化部322は、ビットプレーン生成部321からの第1ビットプレーンを入力し、当該第1ビットプレーンに対して符号化処理(シンドローム符号化)を施す(ステップS4:符号化ステップ)。
ステップS4の後、間引き処理部323は、ビットプレーン生成部321からの第2ビットプレーンを入力し、当該第2ビットプレーンに対して間引き処理を施す(ステップS5)。
ステップS5の後、送信部33は、制御部32による制御の下、振分部314からのキーフレーム、符号化部322からの符号化処理後の第1ビットプレーン(シンドロームC)、及び間引き処理部323からの間引き処理後の第2ビットプレーンをデータストリーム化する。そして、送信部33は、無線伝送系2を介して、データストリーム化した動画像データを復号装置4に送信する(ステップS6:送信ステップ)。
〔復号装置の動作(復号方法)〕
制御部43は、メモリ部42から復号プログラムを読み出し、当該復号プログラムにしたがって、以下の処理を実行する。
先ず、受信部41は、制御部43による制御の下、撮像デバイス3からの動画像データを順次、受信し、メモリ部42に出力する(ステップS7:受信ステップ、データ取得ステップ)。そして、メモリ部42は、受信データを順次、記憶する。
ステップS7の後、補間処理部434は、メモリ部42から受信データに含まれる間引き処理後の第2ビットプレーン、当該第2ビットプレーン(非キーフレーム)に対して時系列的に直前及び直後のキーフレームを読み出す。そして、補間処理部434は、間引き処理後の第2ビットプレーンに対して補間処理を施す(ステップS8:補間処理ステップ)。
ステップS8の後、復号部431は、以下に示すように、フレーム(非キーフレーム)単位で画素毎に第1ビットプレーンの復号処理を実施する(ステップS9:復号ステップ)。
図9は、本発明の実施の形態1に係る復号処理を示すフローチャートである。
先ず、第2対数尤度比算出部431Bは、対象フレームに対して時系列的に直前のキーフレームにおける対象画素位置のグレイコードと、特性情報とをメモリ部42から読み出し、初期値となる第2対数尤度比qi,0を算出する(ステップS9A)。
ステップS9Aの後、第1対数尤度比算出部431Aは、メモリ部42から受信データに含まれる対象フレーム(第1ビットプレーン)における対象画素位置のシンドロームCをメモリ部42から読み出す。また、第1対数尤度比算出部431Aは、読み出したシンドロームCに基づいて、初期値となる第1対数尤度比tj,0を算出する(ステップS9B)。
ステップS9Bの後、復号部431は、第1,第2対数尤度比の尤度交換を所定回数、実施する。また、第1,第2対数尤度比算出部431A,431Bは、当該尤度交換中、数式(4),(5)により、第1,第2対数尤度比tj,m´,qi,mをそれぞれ更新する(ステップS9C)。
ステップS9Cの後、推定部431Cは、繰り返し復号(ステップS9C)後の事後対数尤度比に基づいて、数式(6)により、符号化処理前の第1ビットプレーンにおける対象画素位置のグレイコード(ビット列)を推定する(ステップS9D)。そして、復号部431は、復号処理(ステップS9)を終了する。
ステップS9の後、誤り検出部432は、復号部431により推定された対象フレームにおける対象画素位置のグレイコード(ビット列)に対して、パリティ検査を行い(ステップS10)、誤りがあるか否かを判定する(ステップS11)。
ステップS11において、「Yes」と判定された場合、すなわち、パリティ検査で誤りがあると判定された場合には、表示判定部433は、対象フレームに対して非表示対象フラグを付加する(ステップS12)。
ステップS12の後、制御部43は、対象フレームを次の非キーフレームに切り替え(ステップS13)、ステップS9に移行し、切り替え後の非キーフレームについて復号処理を実施する。
一方、ステップS11において、「No」と判定した場合、すなわち、パリティ検査で誤りがないと判定した場合には、制御部43は、対象フレームにおける全画素位置でステップS9を実施したか否かを判定する(ステップS14)。
ステップS14において、「No」と判定した場合には、制御部43は、対象フレームにおける対象画素位置を次の画素位置に切り替え(ステップS15)、ステップS9に移行し、切り替え後の対象画素位置について復号処理を実施する。
また、ステップS14において、「Yes」と判定した場合には、制御部43は、メモリ部42に記憶された全ての非キーフレームについてステップS9を実施したか否かを判定する(ステップS16)。
ステップS16において、「No」と判定した場合には、制御部43は、対象フレームを次の非キーフレームに切り替え(ステップS13)、ステップS9に移行し、切り替え後の非キーフレームについて復号処理を実施する。
一方、ステップS16において、「Yes」と判定された場合には、合成部435は、復号部431による復号処理(ステップS9)後の第1ビットプレーンと、ステップS8において補間処理が施された第2ビットプレーンとにより、非キーフレームを再構成する(ステップS17)。
ステップS17の後、合成部435は、メモリ部42から受信データに含まれるキーフレームを読み出し、当該キーフレームと再構成した非キーフレームとにより、動画像ファイルを作成する(ステップS18)。
そして、グレイ復号部436は、ステップS18において生成された動画像ファイルに対してグレイ復号を行う(ステップS19)。
以上、説明した本発明の実施の形態1では、撮像デバイス3は、撮像することにより生成した動画像データのうち、キーフレームについては符号化することなく、非キーフレーム(第1,第2ビットプレーン)については符号化処理及び間引き処理を施す。そして、撮像デバイス3は、これらキーフレーム及び非キーフレームをデータストリーム化して送信する。このため、送信する動画像データの情報量を少なくすることができる。また、送信する動画像データのデータ長も同一にすることができる。さらに、符号化処理を施すことで、動画像データの秘匿性を向上することができる。
また、復号装置4では、符号化処理後の第1ビットプレーンから得られる初期値となる第1対数尤度比tj,0と符号化されていないキーフレーム及び特性情報から得られる初期値となる第2対数尤度比qi,0とに基づいて、確率伝播法により繰り返し復号を実施する。このため、撮像デバイス3側で実施される符号化方式として、単純な符号化方式を採用することができる。特に、本実施の形態1では、符号化処理として、低密度パリティ検査行列Hを用いたシンドローム符号化を採用しているため、ビット列xに対して低密度パリティ検査行列Hを作用させるだけでよく、符号化処理の計算量が非常に少ないものとなる。
以上のことから、撮像時のフレームレートを大きくした場合(例えば、毎秒30枚のフレームレートにした場合)であっても撮像デバイス3側の負荷及び消費電力を抑えることが可能な撮像システム1、復号装置4、符号化復号方法、復号方法、及び復号プログラムを実現することができる。
また、撮像デバイス3は、非キーフレームのうち、画像に与える影響度の高い上位側のビットが割り当てられた第1ビットプレーンに対して符号化処理を施し、影響度の低い下位側のビットが割り当てられた第2ビットプレーンに対して間引き処理を施す。このため、撮像することにより生成された動画像データに対する画質低下を抑制しつつ、送信する動画像データの情報量を少なくすることができる。
さらに、復号装置4は、繰り返し復号を実施しているので、動画像データの送受信や保存に伴って発生する誤りを訂正することができる。
ところで、本実施の形態1では、撮像時のフレームレートが大きいもの(毎秒30枚)であるため、フレーム(キーフレーム及び非キーフレーム)間の相関も大きくなっている。
そして、復号装置4は、対象フレームに対して時系列的に直前のキーフレーム、すなわち、対象フレームに対して高い相関を持つキーフレーム、及び特性情報を用いて初期値となる第2対数尤度比qi,0を算出し、当該第2対数尤度比qi,0を用いて繰り返し復号を実施している。このため、高い確度で符号化処理前の第1ビットプレーンを推定することができる。
なお、補間処理においても同様に、非キーフレームに対して高い相関を持つ直前及び直後のキーフレームを用いているため、高い確度で間引き処理前の第2ビットプレーンを生成することができる。
また、復号装置4は、繰り返し復号で誤りを訂正(高い確度で第1ビットプレーンを推定)した後、パリティ検査で誤りを検出し、一つの画素位置でも誤りが検出された非キーフレームについては非表示対象フラグを付加して表示対象にはしない。このため、動画ファイルを再生表示する際に、撮像デバイス3にて生成された動画像データに対して画質低下の抑制された表示を実現することができる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
以下の説明では、上述した実施の形態1と同様の構成及びステップには同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
上述した実施の形態1では、メモリ部42は、特性情報として、1つの動画像データ(所定期間内に撮像された時間的に連続する動画フレーム列)から算出された特性情報のみを記憶していた。そして、復号部431は、当該特性情報を用いて算出した初期値となる第2対数尤度比qi,0を用いて、繰り返し復号(ステップS9C)を実施していた。
これに対して本実施の形態2では、メモリ部42は、特性情報として、複数の動画像データからそれぞれ算出された複数の特性情報を記憶している。
すなわち、複数の特性情報は、撮像された時間帯や撮像された場所等が異なる複数の動画像データからそれぞれ算出されている。このため、複数の特性情報間では、図5Bに例示したような確率分布が異なるものとなる。
そして、復号部431は、以下に示すように、所定の条件を満たした場合に、複数の特性情報を用いて初期値となる第2対数尤度比qi,0を変更し、当該変更した第2対数尤度比qi,0を用いて繰り返し復号を実施する。
図10は、本発明の実施の形態2に係る符号化復号方法を示すフローチャートである。
本実施の形態2に係る符号化復号方法では、撮像デバイス3の動作については、上述した実施の形態1と同様である。このため、図10では、撮像デバイス3の動作については省略し、復号装置4の動作(復号方法)のみを示している。
また、本実施の形態2に係る復号方法では、上述した実施の形態1で説明した復号方法に対して、以下に示すステップS20,S21が追加された点が異なるのみである。
このため、以下では、ステップS20,S21のみを説明する。
ステップS20は、パリティ検査(ステップS10)の結果、ステップS11において、「Yes」と判定された場合、すなわち、誤りがあると判定された場合(上記所定の条件を満たした場合に相当)に実施される。
そして、ステップS20では、制御部43は、メモリ部42に記憶された初期値となる第2対数尤度比qi,0の算出に用いる全ての特性情報を用いたか否かを判定する。
ステップS20において、「No」と判定した場合には、制御部43(第2対数尤度比算出部431B)は、従前に用いた特性情報とは異なる特性情報を用いて、ステップS9Aと同様に、対象画素位置のグレイコードの初期値となる第2対数尤度比qi,0を算出し、従前に用いた第2対数尤度比qi,0を、算出した第2対数尤度比qi,0に変更する(ステップS21)。
ステップS21の後、復号部431は、ステップS9Cに移行し、ステップS21で変更した初期値となる第2対数尤度比qi,0及びステップS9Bで算出した初期値となる第1対数尤度比tj,0を用いて、新たな尤度交換を実施する。
一方、ステップS20において、「Yes」と判定した場合、すなわち、初期値となる第2対数尤度比qi,0の算出に用いる全ての特性情報を用いたと判定した場合には、制御部43は、ステップS12に移行し、対象フレームに対して非表示対象フラグを付加する。
以上、説明した本発明の実施の形態2では、上述した実施の形態1と同様の効果の他、以下の効果を奏する。
本実施の形態2では、復号部431は、メモリ部42に記憶された複数の特性情報を用いて初期値となる第2対数尤度比qi,0を変更して、繰り返し復号を実施する。すなわち、種々の時間帯や場所等で撮像された複数の動画像データに基づく種々のフレーム間相関を利用して繰り返し復号を実施する。このため、より高い確度の第1ビットプレーンを推定することができる。
なお、上述した実施の形態2では、復号装置4は、パリティ検査(ステップS10)の結果、誤りが検出された場合に限って初期値となる第2対数尤度比qi,0を変更していたが(ステップS21)、これに限られない。例えば、メモリ部42に記憶された全ての特性情報のそれぞれを用いて初期値となる第2対数尤度比qi,0を算出し、全ての第2対数尤度比qi,0を用いてそれぞれ繰り返し復号を行うように構成しても構わない。この際、復号装置4は、各繰り返し復号後にそれぞれ推定される各第1ビットプレーンのうち、全ての画素においてパリティ検査で誤りなしと判定された第1ビットプレーンを用いて動画像ファイルを作成すればよい。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について説明する。
以下の説明では、上述した実施の形態1と同様の構成及びステップには同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図11は、本発明の実施の形態3に係る撮像システム1Aを示すブロック図である。
上述した実施の形態1では、表示判定部433は、パリティ検査(ステップS10)の結果に基づいて、復号部431による復号処理後の非キーフレームを表示対象とするか否かの判定処理を実施していた。
これに対して本実施の形態3に係る撮像システム1Aは、上述した実施の形態1で説明した撮像システム1(図1)に対して、図11に示すように、誤り検出部432が省略され、表示判定部433の一部の機能を変更した表示判定部433Aが追加された復号装置4A(制御部43A)を備える。
そして、表示判定部433Aは、以下に示すように、復号部431による繰り返し復号後の事後対数尤度比に基づいて、判定処理を実施する。
図12は、本発明の実施の形態3に係る符号化復号方法を示すフローチャートである。
本実施の形態3に係る符号化復号方法では、撮像デバイス3の動作については、上述した実施の形態1と同様である。
また、本実施の形態3に係る復号方法では、上述した実施の形態1で説明した復号方法に対して、ステップS10,S11の代わりにステップS22,S23が追加された点が異なるのみである。
このため、以下では、ステップS22,S23のみを説明する。
ステップS22は、復号処理(ステップS9)の後に実施される。
そして、ステップS22では、表示判定部433Aは、対象画素位置のグレイコード(ビット列)のビット毎に、ステップS9での繰り返し復号後の事後対数尤度比の絶対値と第1閾値とを比較する。
ステップS22の後、表示判定部433Aは、事後対数尤度比の絶対値が第1閾値未満となるビットの数が第2閾値よりも多いか否かを判定する(ステップS23)。
ステップS23において、「Yes」と判定した場合には、表示判定部433Aは、ステップS12に移行し、対象フレームに対して非表示対象フラグを付加する。
一方、ステップS23において、「No」と判定した場合には、制御部43Aは、ステップS14に移行する。
以上、説明した本発明の実施の形態3のように、表示判定部433Aによる判定処理を繰り返し復号後の事後対数尤度比に基づいて実施した場合であっても、上述した実施の形態1と同様の効果を奏する。
なお、上述した実施の形態3では、繰り返し復号後の事後対数尤度比に基づく判定処理を上述した実施の形態1に適用した構成を説明したが、これに限られず、上述した実施の形態2に適用しても構わない。
また、上述した実施の形態3では、事後対数尤度比の絶対値が第1閾値未満となるビットの数が第2閾値よりも多い場合に対象フレームを非表示対象としていたが、これに限られず、事後対数尤度比に基づいて判定処理を実施すれば、その他の方法を採用しても構わない。
例えば、グレイコード(ビット列)のビットレベルに対して重み付けを行う(例えば、下位側のビットに向かうにしたがって重みを大きくする)。そして、グレイコードのビット毎に、重みと事後対数尤度比の絶対値との積を求め、その和が第3閾値未満である場合に対象フレームを非表示対象とする。
(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4について説明する。
以下の説明では、上述した実施の形態1と同様の構成及びステップには同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図13は、本発明の実施の形態4に係るカプセル型内視鏡システム1Bを示す模式図である。
本実施の形態4は、上述した実施の形態1で説明した撮像システム1をカプセル型内視鏡システム1Bに適用したものである。
カプセル型内視鏡システム1Bは、飲み込み型のカプセル型内視鏡3Bを用いて、被検体100内部の体内画像を取得するシステムである。このカプセル型内視鏡システム1Bは、図13に示すように、カプセル型内視鏡3Bの他、受信装置5と、復号装置4Bと、可搬型の記録媒体6等を備える。
記録媒体6は、受信装置5と復号装置4Bとの間におけるデータの受け渡しを行うための可搬型の記録メディアであり、受信装置5及び復号装置4Bに対して着脱可能に構成されている。
カプセル型内視鏡3Bは、被検体100の臓器内部に導入可能な大きさに形成されたカプセル型の内視鏡装置であり、上述した実施の形態1で説明した撮像デバイス3と同様の機能及び構成(撮像部31、制御部32、及び送信部33)を有する。
具体的に、カプセル型内視鏡3Bは、経口摂取等によって被検体100の臓器内部に導入され、蠕動運動等によって臓器内部を移動しつつ、体内画像を順次撮像(例えば毎秒30枚のフレームレートで撮像)する。
そして、カプセル型内視鏡3Bは、上述した実施の形態1で説明した撮像デバイス3と同様に、撮像することにより生成した動画像データをキーフレーム及び非キーフレームに振り分ける。また、カプセル型内視鏡3Bは、キーフレームについては符号化することなく、非キーフレーム(第1,第2ビットプレーン)については符号化処理及び間引き処理を施し、当該キーフレーム及び非キーフレームをデータストリーム化して送信する。
受信装置5は、複数の受信アンテナ5a〜5hを備え、これら複数の受信アンテナ5a〜5hのうち少なくとも一つを介して被検体100内部のカプセル型内視鏡3Bからの動画像データ(データストリーム)を受信する。そして、受信装置5は、当該受信装置5に挿着された記録媒体6内に、受信した動画像データを蓄積する。
なお、受信アンテナ5a〜5hは、図13に示したように被検体100の体表上に配置されていてもよいし、被検体100に着用させるジャケットに配置されていてもよい。また、受信装置5が備える受信アンテナ数は、1つ以上であればよく、特に8つに限定されない。
図14は、本発明の実施の形態4に係る復号装置4Bを示すブロック図である。
復号装置4Bは、被検体100内の動画像データを取得し、取得した動画像データを復号するワークステーションとして構成され、図14に示すように、上述した実施の形態1で説明した復号装置4と略同様の機能及び構成(メモリ部42及び制御部43)を有する。この復号装置4Bは、メモリ部42及び制御部43の他、リーダライタ44と、キーボード及びマウス等の入力部45と、液晶ディスプレイ等の表示部46等を備える。
リーダライタ44は、当該リーダライタ44に記録媒体6が挿着された際に、制御部43による制御の下、記録媒体6に保存された動画像データを取り込む。すなわち、リーダライタ44は、本発明に係るデータ取得部として機能する。
また、リーダライタ44は、取り込んだ動画像データを制御部43に転送する。制御部43に転送された動画像データは、メモリ部42に記憶される。
そして、制御部43は、上述した実施の形態1で説明した復号装置4と同様に、復号処理や補間処理等を実施し、動画像ファイルを作成する。また、制御部43は、ユーザによる入力部45への入力操作に応じて、動画像ファイルに基づく動画像(被検体100の体内映像)を表示部46に表示する。
なお、上述した実施の形態1では、復号部431は、対象フレームに対して時系列的に「直前」のキーフレームを用いて初期値となる第2対数尤度比qi,0を算出し、当該第2対数尤度比qi,0を用いて繰り返し復号(以下、順方向の繰り返し復号と記載)を実施していた。
これに対して本実施の形態4では、復号部431は、順方向の繰り返し復号の他、対象フレームに対して時系列的に「直後」のキーフレームを用いて初期値となる第2対数尤度比qi,0を算出し、当該第2対数尤度比qi,0を用いた繰り返し復号(以下、トレースバック方向の繰り返し復号と記載)をも実施する。
そして、制御部43は、順方向及びトレースバック方向の各繰り返し復号後にそれぞれ推定される各第1ビットプレーンのうち、全ての画素においてパリティ検査で誤りなしと判定された第1ビットプレーンを用いて動画像ファイルを作成する。ここで、順方向及びトレースバック方向の各繰り返し復号後にそれぞれ推定される各第1ビットプレーンの双方がパリティ検査で誤りなしまたは誤りありと判定された場合には、いずれの第1ビットプレーンを採用しても構わない。
なお、順方向及びトレースバック方向の各繰り返し復号後に推定される各第1ビットプレーンのうち、全ての画素において上述した実施の形態3で説明した条件(事後対数尤度比の絶対値が第1閾値未満となるビットの数が第2閾値よりも多い)を満たす第1ビットプレーンを用いて動画像ファイルを作成しても構わない。ここで、順方向及びトレースバック方向の各繰り返し復号後にそれぞれ推定される各第1ビットプレーンの双方が上述した条件を満たす場合または上述した条件を満たさない場合には、いずれの第1ビットプレーンを採用しても構わない。
以上、説明した本発明の実施の形態4では、上述した実施の形態1と同様の効果の他、以下の効果を奏する。
本実施の形態4では、復号部431は、順方向及びトレースバック方向の双方の繰り返し復号を実施する。
例えば、キーフレームと非キーフレームとの比率が1:4の場合、すなわち、5フレームに1枚の頻度でキーフレームとする場合(例えば図4に示す場合)を想定する。
この場合には、第2,第3フレーム目の非キーフレームは、第6フレーム目のキーフレーム(時系列的に「直後」のキーフレーム)よりも第1フレーム目のキーフレーム(時系列的に「直前」のキーフレーム)の方が時間的に接近しているため、高い相関を有する。同様に、第4,第5フレーム目の非キーフレームは、第1フレーム目のキーフレーム(時系列的に「直前」のキーフレーム)よりも第6フレーム目のキーフレーム(時系列的に「直後」のキーフレーム)の方が時間的に接近しているため、高い相関を有する。
このため、第2,第3フレーム目の非キーフレームについては、高い相関を有する時系列的に「直前」の第1フレーム目のキーフレームを用いた順方向の繰り返し復号により、高い確度で第1ビットプレーンを推定できる。また、第4,第5フレーム目の非キーフレームについては、高い相関を有する時系列的に「直後」の第6フレーム目のキーフレームを用いたトレースバック方向の繰り返し復号により、高い確度で第1ビットプレーンを推定できる。
したがって、第2〜第5フレーム目の全ての非キーフレームについて、高い確度で第1ビットプレーンを推定でき、カプセル型内視鏡3Bにて生成された動画像データに対して画質低下の抑制された動画像ファイルを作成することができる。
なお、上述した実施の形態4では、上述した実施の形態1で説明した撮像システム1をカプセル型内視鏡システム1Bに適用していたが、上述した実施の形態2や実施の形態3で説明した撮像システム1,1Aをカプセル型内視鏡システムに適用しても構わない。また、本発明に係る撮像システムは、その他のシステムにも適用可能である。例えば、本発明に係る撮像システムは、本発明に係る撮像デバイスとして機能する監視カメラと本発明に係る復号装置とを備えた監視カメラシステムにも適用可能である。
また、上述した実施の形態4において、受信装置5に上述した実施の形態1で説明した復号装置4の機能及び構成(メモリ部42及び制御部43)を持たせた構成としても構わない。
さらに、上述した実施の形態4では、ワークステーションとして機能する復号装置4Bに本発明に係る復号装置としての機能を持たせていたが、これに限られない。例えば、外部のクラウドコンピュータに本発明に係る復号装置の機能を持たせ、受信装置5にて受信されたカプセル型内視鏡3Bからの動画像データを当該クラウドコンピュータに送信し、当該クラウドコンピュータにて動画像データを復号する。そして、当該クラウドコンピュータは、復号した動画像データをユーザの機器で復号化しやすいJPEGやMPEGに符号化し、ユーザに配信する。
(その他の実施形態)
なお、上述した実施の形態1〜4では、撮像デバイス3(カプセル型内視鏡3B)は、非キーフレームから第1,第2ビットプレーンを生成し、第1ビットプレーンに対して符号化処理を施していた(非キーフレームの一部に対して符号化処理を施していた)が、これに限られない。例えば、非キーフレームを第1,第2ビットプレーンに分割せずに、非キーフレーム全体に対して符号化処理を施しても構わない。すなわち、撮像デバイス3(カプセル型内視鏡3B)において、ビットプレーン生成部321及び間引き処理部323を省略した構成を採用しても構わない。
上記のように撮像デバイス3(カプセル型内視鏡3B)を構成した場合には、復号装置4(4A)についても補間処理部434を省略した構成とすればよい。
また、上述した実施の形態1〜4では、符号化処理及び間引き処理を行う機能と、復号処理及び補間処理等を行う機能をソフトウェアで構成していたが、本発明は、これに限られず、これらの機能をハードウェアで構成しても構わない。
さらに、上述した実施の形態1〜4では、撮像デバイス3(カプセル型内視鏡3B)は、符号化処理(ステップS4)を間引き処理(ステップS5)よりも先に実施していたが、これに限られない。例えば、間引き処理を符号化処理よりも先に実施してもよく、あるいは、符号化処理及び間引き処理を並列に実施しても構わない。
同様に、復号装置4(復号装置4A,4B)は、補間処理(ステップS8)を復号処理(ステップS9)よりも先に実施していたが、これに限られない。例えば、復号処理を補間処理よりも先に実施してもよく、あるいは、補間処理及び復号処理を並列に実施しても構わない。
また、上述した実施の形態1〜4では、キーフレームについては符号化処理が実施されていなかったが、これに限られず、キーフレームに誤り訂正符号を入れても構わない。
1,1A 撮像システム
1B カプセル型内視鏡システム
2 無線伝送系
3 撮像デバイス
3B カプセル型内視鏡
4,4A,4B 復号装置
5 受信装置
5a〜5h 受信アンテナ
6 記録媒体
31 撮像部
32 制御部
33 送信部
41 受信部
42 メモリ部
43,43A 制御部
44 リーダライタ
45 入力部
46 表示部
311 撮像素子
312 信号処理部
313 グレイ符号化部
314 振分部
321 ビットプレーン生成部
322 符号化部
323 間引き処理部
431 復号部
431A 第1対数尤度比算出部
431B 第2対数尤度比算出部
431C 推定部
432 誤り検出部
433,433A 表示判定部
434 補間処理部
435 合成部
436 グレイ復号部

Claims (16)

  1. 撮像デバイスにて符号化された画像データを復号する復号装置において、
    前記撮像デバイスにて生成されたキーフレーム、及び前記撮像デバイスにて生成されるとともに少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを取得するデータ取得部と、
    フレーム間の画素値相関特性に関する特性情報を記憶する特性情報記憶部と、
    前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームから得られる第1対数尤度比と、前記キーフレーム、及び前記特性情報記憶部に記憶された前記特性情報から得られる第2対数尤度比とに基づいて、確率伝播法による繰り返し復号を実施し、前記符号化処理前の非キーフレームを推定する復号部とを備える
    ことを特徴とする復号装置。
  2. 前記データ取得部は、
    前記キーフレーム、前記撮像デバイスにて前記非キーフレームから生成されるとともに前記符号化処理が施された第1ビットプレーン、及び前記撮像デバイスにて前記非キーフレームから生成されるとともに間引き処理が施された第2ビットプレーンを取得し、
    前記復号部は、
    前記符号化処理後の第1ビットプレーンから得られる前記第1対数尤度比と前記第2対数尤度比とに基づいて確率伝播法による前記繰り返し復号を実施して、前記符号化処理前の第1ビットプレーンを推定し、
    当該復号装置は、
    前記間引き処理後の第2ビットプレーンに対して補間処理を施す補間処理部を備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の復号装置。
  3. 前記第1ビットプレーンは、
    上位側のビットが割り当てられたビットプレーンであり、
    前記第2ビットプレーンは、
    下位側のビットが割り当てられたビットプレーンである
    ことを特徴とする請求項2に記載の復号装置。
  4. 前記特性情報記憶部は、
    異なる前記特性情報を複数記憶し、
    前記復号部は、
    前記第2対数尤度比を、前記キーフレーム、及び前記複数の特性情報のうち従前に用いた前記特性情報とは異なる前記特性情報から得られる第2対数尤度比に変更して、前記繰り返し復号を再度、実施する
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の復号装置。
  5. 前記復号部は、
    前記第1対数尤度比と、前記データ取得部にて時系列的に前記非キーフレームの直前に取得された前記キーフレーム、及び前記特性情報から得られる前記第2対数尤度比とに基づく順方向の前記繰り返し復号と、
    前記第1対数尤度比と、前記データ取得部にて時系列的に前記非キーフレームの直後に取得された前記キーフレーム、及び前記特性情報から得られる前記第2対数尤度比とに基づくトレースバック方向の前記繰り返し復号とを実施する
    ことを特徴とする請求項1〜のいずれか一つに記載の復号装置。
  6. 前記復号部により前記繰り返し復号後に推定された前記非キーフレームに対してパリティ検査を行い、誤りがあるか否かを検出する誤り検出部を備え、
    前記復号部は、
    前記誤り検出部による検出結果に基づいて、前記順方向の繰り返し復号後に推定した前記非キーフレーム、または前記トレースバック方向の繰り返し復号後に推定した前記非キーフレームを復号結果として出力する
    ことを特徴とする請求項5に記載の復号装置。
  7. 前記復号部は、
    前記順方向の繰り返し復号後の事後対数尤度比、及び前記トレースバック方向の繰り返し復号後の事後対数尤度比に基づいて、前記順方向の繰り返し復号後に推定した前記非キーフレーム、または前記トレースバック方向の繰り返し復号後に推定した前記非キーフレームを復号結果として出力する
    ことを特徴とする請求項5に記載の復号装置。
  8. 前記復号部により前記繰り返し復号後に推定された前記非キーフレームを表示対象とするか否かの判定処理を実施する表示判定部を備える
    ことを特徴とする請求項1〜のいずれか一つに記載の復号装置。
  9. 前記復号部により前記繰り返し復号後に推定された前記非キーフレームに対してパリティ検査を行い、誤りがあるか否かを検出する誤り検出部を備え、
    前記表示判定部は、
    前記誤り検出部による検出結果に基づいて、前記判定処理を実施する
    ことを特徴とする請求項8に記載の復号装置。
  10. 前記表示判定部は、
    前記復号部による前記繰り返し復号後の事後対数尤度比に基づいて、前記判定処理を実施する
    ことを特徴とする請求項8に記載の復号装置。
  11. 被写体を撮像することにより生成した画像データを符号化して送信する撮像デバイスと、符号化された前記画像データを受信して復号する復号装置とを備えた撮像システムにおいて、
    前記撮像デバイスは、
    被写体を撮像することにより画像データを生成し、当該画像データをキーフレーム及び非キーフレームに振り分ける撮像部と、
    前記非キーフレームの少なくとも一部に対して符号化処理を施す符号化部と、
    前記キーフレーム、及び前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを送信する送信部とを備え、
    前記復号装置は、
    前記キーフレーム、及び前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを受信する受信部と、
    フレーム間の画素値相関特性に関する特性情報を記憶する特性情報記憶部と、
    前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームから得られる第1対数尤度比と、前記キーフレーム、及び前記特性情報記憶部に記憶された前記特性情報から得られる第2対数尤度比とに基づいて、確率伝播法による繰り返し復号を実施し、前記符号化処理前の非キーフレームを推定する復号部とを備える
    ことを特徴とする撮像システム。
  12. 前記符号化処理は、
    パリティ検査行列を用いたシンドローム符号化である
    ことを特徴とする請求項11に記載の撮像システム。
  13. 前記撮像デバイスは、
    被検体内に導入可能とするカプセル型内視鏡である
    ことを特徴とする請求項11または12に記載の撮像システム。
  14. 撮像デバイスにて符号化された画像データを復号する復号装置が実行する復号方法において、
    前記撮像デバイスにて生成されたキーフレーム、及び前記撮像デバイスにて生成されるとともに少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを取得するデータ取得ステップと、
    前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームから得られる第1対数尤度比と、前記キーフレーム、及びフレーム間の画素値相関特性に関する特性情報から得られる第2対数尤度比とに基づいて、確率伝播法による繰り返し復号を実施し、前記符号化処理前の非キーフレームを推定する復号ステップとを有する
    ことを特徴とする復号方法。
  15. 被写体を撮像することにより生成した画像データを符号化して送信する撮像デバイスと、符号化された前記画像データを受信して復号する復号装置とを備えた撮像システムが行う符号化復号方法において、
    前記撮像デバイスが、
    被写体を撮像することにより生成した画像データをキーフレーム及び非キーフレームに振り分ける振り分けステップと、
    前記非キーフレームの少なくとも一部に対して符号化処理を施す符号化ステップと、
    前記キーフレーム、及び前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを送信する送信ステップとを実行し、
    前記復号装置が、
    前記キーフレーム、及び前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームを受信する受信ステップと、
    前記少なくとも一部に符号化処理が施された非キーフレームから得られる第1対数尤度比と、前記キーフレーム、及びフレーム間の画素値相関特性に関する特性情報から得られる第2対数尤度比とに基づいて、確率伝播法による繰り返し復号を実施し、前記符号化処理前の非キーフレームを推定する復号ステップとを実行する
    ことを特徴とする符号化復号方法。
  16. 請求項14に記載の復号方法を復号装置に実行させる
    ことを特徴とする復号プログラム。
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