JPH11506296A - 画像の符号化及び復号の方法並びに装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 関係画素の領域(11)と無関係画素（即ち、背景）の領域(12)とを含む画像(1)の符号化の方法を開示する。無関係領域の画素は、前記の上記両領域間の変移を円滑化する疑似画素によって置き換えられる(4)。このようにして得られた画像は、次いで従来型の画像符号化(5)の対象になるが、今や相当少ないビットを出力することになる。受信機側では、疑似画素は元の境界(13)を再現するため、予め定められた背景画素に置き換えられる(9)。もし両領域の境界が事前に既知でなければ、境界は検出され(2)、符号化され(3)、受信機へ伝送される。本発明は、関心のある部分が円形である医学画像に特に適切であるが、頭および肩の部分のみが関係情報となるテレビ電話のように、無関係の領域を持った他のビデオ画像の符号化にも適用できるであろう。

Description

【発明の詳細な説明】 画像の符号化及び復号の方法並びに装置 発明の属する技術分野 本発明は、当面関心のある問題に関連する画像デ−タ（以下これを「関係」画 像デ−タと呼ぶ）の領域と、当面関心のある問題には関連のない画像デ−タ（以 下これを「無関係」画像デ−タと呼ぶ）の領域とを含むところの、画像を符号化 する方法であって、上記無関係画像デ−タをそうと確認するステップを含んで成 る画像符号化方法に関する。本発明はまた、符号化された画像を復号する方法、 及びそれらに対応する符号化装置並びに復号装置にも関する。 本発明の背景 ビデオ画像は通常長方形をしているが、利用者は常に長方形の画像領域の全て に興味を持っているとは限らない。例えば、医学画像はしばしば円形の領域中に 医学に関連のある情報を含んでいる。従って該画像は、この円形領域と、それと は無関係な（通常は黒色の）背景との間で鋭い変移を示す。ドイツ国特許明細書 第DE 36 13 759号はそのような画像を記録する方法を開示している。そこではデ −タ圧縮は「無関係」な画像領域の画素を除外することにより達成される。「関 係」画像領域と「無関係」画像領域との間の境界は、送信機と受信機の双方にと って事前に既知である。従って受信機は、受信した各画素について、スクリ−ン 上でのその表示位置を知っている。 最近では、ビデオ画像はしばしば、一画像内の隣接する画素の相関を利用する ところのブロック変換符号化(block transform coding)すなわちDPCMのような符 号化方法により符号化され圧縮される。そのような符号化方法では隣接する画素 間での鋭い変移は多数のビットを必要とする。従って、上述のようなタイプの画 像では、関係画像領域と無関係画像領域との間の境界が、符号化の能率に相当な 影響を与える。 本発明の目的及び概要 本発明の目的は、符号化の能率を改善した画像符号化方法を提供することであ る。 この発明による方法は、少なくとも上記関係画像デ−タの領域と上記無関係画 像デ−タの領域との境界に隣接する無関係画像デ−タを、関係画像デ−タと無関 係画像デ−タとの間の変移を円滑にするところの疑似画像デ−タによって、置き 換えることを特徴とする。実験によれば、医学上の画像に関しては、この方法に より約30％低いビットレートで符号化することができることが判明した。 これに対応する画像の復号方法は、境界情報に応じて、疑似画像デ−タをそう と確認し、該疑似画像デ−タを予め定められた画像デ−タにより置き換えること を特徴とする。このようにして、関係画像デ−タの領域と予め定められた画像デ −タの領域と間の明瞭な境界が再現される。再現された画像は医学専門家が見慣 れた元の画像と同じ外観を有している。 図面の簡単な説明 図１は、本発明によるビデオ画像の符号化および復号に適用されるシステムの 概略構成図を示す図である。 図2A−2Eは、図１に示す修正回路の実施例の動作を説明する信号波形を表す図 である。 図3A−3Cは、図１に示す修正回路の特定の実施例の動作を更に説明する画像領 域を示す図である。 好適実施例の説明 図１は、本発明によるビデオ画像の符号化および復号のためのシステムの構成 図を示す。参照番号１は符号化すべき長方形の画像を表す。図１で示そうとした ように、画像は、「関係画素」すなわち当面関心のある問題に関連する画素によ る円形画像領域11と、「無関係画素」すなわち当面関心のある問題には関連のな い画素による画像領域12とを含む。両領域の境界は参照番号13で表される。今後 は、関係画素をx[i,j]で表し、無関係画素をy[i,j]で表す。また、疑似画素はp[ i,j]で表すことにする。 画像は境界検出回路２に与えられ、該境界検出回路２は、境界13の検出機能、 例えば背景にあたる数値を持つ（黒色の）画素から関係画素への急激な変化、及 びその逆の変化を検出する機能を持っている。境界検出回路２の実用的実施例が 米国特許第5,014,198号に開示されている。境界13は境界符号化段階３により無 損失で符号化されて、送出されるか又は記録される。無損失符号化方式は当業者 には既知である。例えば、ランレングス符号化(run-length coding)は、無関係 画素の領域を規定するマスクに適用することができる。もし関係画素の領域が円 形であるならば、円の中心と半径とのみを伝送すれば足りる。もし事前に境界が 判明していれば、境界検出回路２と符号化階程３とは省略することができる。 画像１は更に修正回路４に入力される。この回路は境界検出回路２から境界情 報を受信し、それに応じて、入力された画素が領域11からの関係画素か、領域12 からの無関係画素かを決定する。無関係画素は後述のように修正される。続いて 画素は通常型の画像符号器５に入力され、該画像符号器５は例えば、ブロックに 基づく変換符号器(block-based transform encoder)又はDPCM符号器である。符 号化された境界情報Ｂ及び画像情報Ｉは、後刻の検索のために記憶媒体に記憶さ れるか、または遠方の受信機へ伝送される。記憶もしくは伝送媒体を参照番号６ で表す。 修正回路４の実施例をそれぞれの出力信号の表現で示す。実際の回路はデジタ ル信号処理技術に熟達した当業者により容易に設計できる。図2A−2Eはそれぞれ の波形を示す。便宜上、１次元の信号を示すが、修正操作が２次元の画像空間に 好適に適用されることは高く評価されよう。図2Aは規準用の入力信号を示す。そ れは一連の無関係画素y[n]と一連の関係画素x[n]で構成される。画像の背景はこ こでは黒色と仮定しよう。従って全ての画素y[n]の値はゼロとなる。図2B−2Eは 修正回路の適切な出力信号を示す。ここではそれぞれの信号が一連の疑似画素p[ n]と一連の関係画素x[n]とを含む。 図2Bの波形は、無関係画素y[n]を同一の疑似画素p[n]に置き換えることにより 得られており、該疑似画素p[n]の値は境界を越えた最初の関係画素x[n]に対応す る。図2Cに示す波形では、疑似画素p[n]が、最初のゼロ値から境界を越えた最初 の関係画素の値まで、徐々に変化するように選ばれている。図2Dに示す波形では 、関係画像信号の部分が無関係領域へ鏡面対称に成っている。更に、疑似信号の 方は変移を一層円滑に行うため低域通過濾波を行ってもよいのであって、これに より顕著な交流係数の発生が抑制され、符号化の能率はさらに改善さ れる。図2Eの波形は、関係領域の画素x[n]を無関係領域へ外挿して得られる疑似 画素p[n]を示す。 図2Eで示される外挿を２次元画像空間で示してみることにする。図3A−3Cにお いて、長方形の画像の上左端の隅の部分が表されている。図3Aにおいて、適当な サイズ（ここでは 4×4 のブロックを示す）を持った画素ブロック41を先ず選ぶ が、該上左端の隅に一個の無関係画素51を含むようにして選択する。次に無関係 画素y[i,j]がブロック内の他の全ての画素の平均値を持った疑似画素p[i,j]に置 換される。これを数式で表すならば： となる。但し茲で、ｎ及びｍ(n,m＝0,…,N)は N×M ブロック中の画素の位置を 表す。上記操作は、全ての無関係画素y[i,j]に対して、関係領域11と無関係領域 12の間の境界に沿って最後の無関係画素55が処理されるまで、繰り返される。こ れにより、ブロック41は矢印42によって示された境界に沿って移動する。ブロッ クが移動するにつれて、未だ置換されていない無関係画素が含まれると共に、以 前に作り出された疑似画素も含まれることになろう。画素52が外挿されるときに 、このブロックには疑似画素54もまた含まれる。疑似画素は平均化処理階程に関 与するが、無関係画素は関与しない。 図3Bは全ての境界画素y[i,j]が、（網かけで示された）疑似画素p[i,j]に置換 された後の状況を示す。その後、ブロックはこのようにして新たに作られた境界 に沿って移動する。図3Cは処理の更に進んだ段階の状況を示す。無関係画素56は ブロック41の画素の平均値に置換され、ブロックは今や矢印43によって示された ように、境界に沿って移動している。外挿処理が進むにつれ、一層多くの疑似画 素がブロック41に含まれてくる。最後には長方形の画像の頂点57に達する。その 時点までに、全ての疑似画素は殆ど同じ値を得ていることになるであろう。従っ て、画像領域は極めて能率的に符号化される。外挿された画像領域は、２次元低 域通過瀘波器の使用によってさらに円滑化される。この円滑化は、外挿され た領域が顕著な量のエネルギーを持たないことを保証する。 さて図１に戻り、復号の方法を説明する。従来型の復号器７（例えばブロック に基づく変換復号器〈block-based transform decoder〉又はDPCM復号器）は、 送信機側における符号器５の操作と反対の操作を行う。従って復号器７は符号器 によって送信された画素を再現する。それらが画面上にそのまま表示されると、 視聴者（ここでは医学の専門家）が見慣れていない疑似画素が現れることになる 。境界復号器８が関係デ−タと疑似デ−タの境界を示す符号語Ｂを受信する。又 はその代替案として、境界が事前に分かっている場合には、それらは局所的に記 憶される。復号された画素と境界情報は再現回路９に入力される。この境界情報 に応じて再現回路は、どの画素が疑似画素p[i,j]であるか、またどの画素が関係 画素x[i,j]であるか、を判別する。前述の説明から理解できる通り、再現回路９ は疑似画素以外の画素には影響を与えない。疑似画像の画素は予め定められた画 像デ−タすなわち黒色画素により置き換えられる。これにより再現された画像は 原画像と同様な鋭い境界を示す。 在来型のビデオ符号器５（図１）はブロック変換符号器でもよい。この場合、 ビデオ画像は周知の離散余弦変換(Discrete Cosine Transform)のような所与の 直交変換に適合するように画像ブロックに分割される。大部分のブロックは関係 画素のみを含み、他は無関係画素のみを含み、いわゆる「混合ブロック」は関係 および無関係画像デ−タの双方を含む。この場合、上記の無関係画素の疑似画素 による置換は混合ブロックに対してのみ適用すればよい。無関係画素のみで構成 されるブロックは変換する必要は全くない。それらは無視されるか、ある直流係 数（出来ればゼロ、すなわち黒色）に符号化される。 結論としていえば、関係画素の領域と無関係画素の領域（すなわち背景）を含 む画像の符号化が開示されている。無関係領域の画素は上記両領域間の変移を円 滑にするような画素に置き換えられる。このようにして得られた画像は次いで従 来型の画像符号化の対象となるが、それは今や相当少ないビット数で足りること になる。受信機側では元の境界を再現するため、疑似画素は予め定められた背景 画素に置き換えられる。もし両領域の境界が事前に知られていなければ、境界は 検出され、符号化され、受信機へ伝送される。本発明は関心部分が円形である医 学画像の圧縮に特に適切であるが、頭および肩の部分のみが関係情報となるテレ ビ電話(videophone)の画像のように、無関係の領域を持った他のビデオ画像の符 号化にも適用できるであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．関係画像デ−タ、すなわち当面関心のある問題に関連する画像デ−タの領域 (11)と、無関係画像デ−タ、すなわち当面関心のある問題には関連のない画像デ −タの領域(12)とを含む画像を符号化する方法であって、上記無関係画像デ−タ をそうと確認するステップを含んで成る画像符号化方法において、 少なくとも上記関係画像デ−タの領域と上記無関係画像デ−タの領域との境 界(13)に隣接する無関係画像デ−タを、関係画像デ−タと無関係画像デ−タとの 間の変移を円滑にするところの疑似画像デ−タによって、置き換える(4)ことを 特徴とする画像符号化方法。 ２．請求項１に記載の画像符号化方法において、上記両領域の間の境界を、検出 (2)し、符号化(3)することを特徴とする方法。 ３．関係画像デ−タ、すなわち当面関心のある問題に関連する画像デ−タの領域 (11)と、無関係画像デ−タ、すなわち当面関心のある問題には関連のない画像デ −タの領域(12)とを含む画像を符号化する符号器であって、上記無関係画像デ− タをそうと確認する手段(2)を含んで成る符号器において、 関係画像デ−タと無関係画像デ−タとの間の変移を円滑にするところの疑似 画像デ−タにより、上記関係画像デ−タの領域と上記無関係画像デ−タの領域と の境界(13)に隣接する無関係画像デ−タを少なくとも、置き換える手段(4)を有 することを特徴とする符号器。 ４．請求項３に記載の符号器において、上記両領域間の境界を検出する手段(2) 及び符号化する手段(3)を有することを特徴とする符号器。 ５．関係画像デ−タ、すなわち当面関心のある問題に関連する画像デ−タの領域 (11)と、無関係画像デ−タ、すなわち当面関心のある問題には関連のない画像デ −タの領域(12)とを含む画像を復号する方法において、 境界情報に応じて、疑似画像デ−タをそうと確認(8)し、該疑似画像デ−タ を予め定められた画像デ−タにより置き換える(9)ことを特徴とする画像復号方 法。 ６．請求項５に記載の画像復号方法において、符号化された境界情報を受信(8) し、該境界情報を復号(8)することを特徴とする方法。 ７．関係画像デ−タ、すなわち当面関心のある問題に関連する画像デ−タの領域 (11)と、無関係画像デ−タ、すなわち当面関心のある問題には関連のない画像デ −タの領域(12)とを含む画像を復号する復号器において、 境界情報に応じて、疑似画像デ−タをそうと確認する手段(8)及び該疑似画 像デ−タを予め定められた画像デ−タにより置き換える手段(9)を有することを 特徴とする復号器。 ８．請求項７に記載の復号器において、符号化された境界情報を受信する(8)手 段及び該境界情報を復号する(8)手段を有することを特徴とする復号器。 ９．関係画像デ−タ、すなわち当面関心のある問題に関連する画像デ−タの領域 と、無関係画像デ−タ、すなわち当面関心のある問題には関連のない画像デ−タ の領域とを含む画像を表すところの、符号化された画像信号において、 上記無関係画像デ−タは、関係画像デ−タと無関係画像デ−タとの間の変移 を円滑にするところの疑似画像デ−タによって、置き換えられていることを特徴 とする画像信号。 10．請求項９に記載の画像信号において、上記両領域間の境界を定義する境界情 報(B)を更に含むことを特徴とする画像信号。 11．請求項９又は10に記載の信号が、それに記憶されるところのデジタル記憶媒 体(6)。