WO2007132538A1 - 画像データ圧縮装置、圧縮方法及びプログラム並びに画像データ復元装置、復元方法及びプログラム - Google Patents

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WO2007132538A1
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image
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Hironori Yahagi
Shigeru Yoshida
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Definitions

  • Image data compression apparatus compression method and program
  • image data restoration apparatus restoration method and program
  • the present invention relates to an image data compression apparatus and compression method capable of real-time processing with high image quality, effective for both two types of images having different characteristics (natural images such as movies and CG images such as digital maps).
  • the present invention also relates to a program for performing the compression, an image data restoration device for restoring compressed image data, a restoration method, and a program for performing the restoration.
  • data compression In order to transmit image information including a huge amount of information, data compression is necessary. In particular, in the case of moving images, data compression is indispensable because 30 to 60 frames of image data are transmitted and received per second.
  • a first conventional technique for performing data compression by JPEGOoint Photographic Experts Group (MPEG) and Moving Picture Experts Group (MPEG) as shown in FIG. 1 is known.
  • Patent documents 1 and 2 listed below can be cited as patent documents belonging to the first prior art.
  • the first conventional technique blocks the image data 110 (usually 8 * 8 pixels) (not shown), applies frequency conversion 210 to the block image, and converts it to the DCT coefficient.
  • Quantization 310 is performed on the data, and transmission is performed using variable length coding 410 that assigns a code according to the appearance frequency.
  • DCT Discrete Cosine Transfer
  • image data is used. Frequency conversion of the data. Since the human eye is sensitive to low-frequency components (flat areas in the image), the DCT coefficients related to low frequencies are fine, and the DCT coefficients related to high frequencies are coarsely quantized, resulting in image quality degradation for natural images. It is possible to compress at a high compression rate so as not to stand out. However, there is no problem with compression of natural images because low-frequency components that are easily detected by the human eye are made into a powerful vector, but there are no problems with high-frequency components such as lines and characters in map images (CG images). Since image quality degradation is conspicuous, it is not suitable for CG images.
  • CG images lines and characters in map images
  • a second prior art using JPEG-LS as shown in FIG. 2 is known.
  • the second conventional technique uses a MED (Median Edge Detector) predictor (the predictor of MAP: Median Adaptive Predictor) from the level value of the compression target pixel. Is used to perform level value prediction and directly sign the prediction error.
  • the appearance frequency of prediction errors is basically concentrated in the vicinity of 0. Therefore, compression is performed by assigning a short code to a prediction error near 0 and a long code to a prediction error having a large value.
  • the compression ratio is about 1/3, the image quality is not deteriorated even for CG images because it is encoded in pixel units regardless of high or low frequency.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-061149
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-069479
  • Image quality degradation for CG images is conspicuous for those that perform DCT conversion codes such as JPEG and MPEG, and JPEG-LS has a prediction error for interlaced images and images that are long in the horizontal direction. As a result of this increase, a long code must be used frequently, and the compression efficiency deteriorates.
  • an object of the present invention is to predict a level value of a prediction target pixel from the level values of surrounding pixels of the prediction target pixel and quantize an error in the prediction result.
  • the present invention provides an image data compression apparatus, a compression method, a program for performing the compression, an image data restoration apparatus for restoring compressed image data, a restoration method, and a program for performing the restoration.
  • the image data compression device of the present invention has a predictor, and predicts the pixel level value of the compression target pixel with the predictor.
  • the predicted value is determined based on the pixel level value around the compression target pixel and the image format. In this way, prediction errors can be reduced for each image format, and compression efficiency can be increased. In addition, it is only necessary to switch the predicted value according to the image format, so it is possible to simplify the implementation program and circuit configuration.
  • the image data compression method of the present invention includes a process of calculating a plurality of prediction value candidates based on the retained pixel values of the surrounding pixels A, B and the same, an intermediate value correspondence table, and an intermediate value ⁇ It includes a process of determining which one of the plurality of predicted value candidates is to be a predicted value based on the image format correspondence table and transmitting a control signal.
  • each of the prediction value determination module and the prediction value calculation module performs parallel processing, and after completing the calculation of each prediction value candidate, it is possible to determine which prediction value is used. This makes it possible to perform data compression at high speed.
  • the program for compressing image data is a program for compressing image data while predicting the pixel level value of the compression target pixel, and compresses the image data before encoding it to a computer.
  • the left pixel is A
  • the upper pixel is C
  • the upper left pixel is B
  • the pixel values of the pixels A, B, and C and the pixel value for the most recent line are retained, Calculating a plurality of prediction value candidates based on the stored pixel values of the surrounding pixels A, B, and C, the intermediate value correspondence table, and the intermediate value image format correspondence table based on the plurality of prediction values; Narrow down the candidates to determine and output one predicted value Calculating a prediction error from the output prediction value and the compression target pixel, inputting the prediction error to a quantization table to obtain a quantization number, and inputting the quantization number to an encoding table.
  • the image data restoration device and the image data restoration method of the present invention restore the image data compressed by the above-described image data compression device by reverse operation. Similarly, prediction errors can be reduced for each image format, and compression efficiency can be increased. In addition, since it is only necessary to switch the predicted value according to the image format, it is possible to simplify the program and circuit configuration at the time of mounting.
  • the image data restoration program of the present invention performs an operation opposite to the operation by the above-described image data compression program, and thus is similar to the above-described image data compression program.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first conventional technique for performing data compression by JPEG and MPEG.
  • FIG. 2 is a diagram showing a second conventional technique for performing data compression by JPEG-LS.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an image data compression apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an arrangement relationship between a compression target pixel and peripheral pixels in the image data compression device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a quantization table in the quantizer according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an intermediate value correspondence table in the prediction value determination module of the image data compression device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an intermediate value / image format correspondence table in a prediction value determination module of the image data compression apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a correspondence table showing a correspondence relationship between control signals of the image data compression device according to the embodiment of the present invention and predicted value candidates l to k.
  • FIG. 9A is a flowchart for explaining the operation of the image data compression (encoding) device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a flowchart for explaining the processing of the “local decoder” in step S008 in FIG. 9A.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating pixel level values at a certain point in time in a compression target pixel and a prediction line buffer in the image data compression device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a quantization result of the interlace predictor in the image data compression device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a quantization result of a progressive predictor in the image data compression apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 A functional block diagram showing the system configuration of the image data compression device according to the embodiment of the present invention.
  • ⁇ 14] is a block diagram showing the configuration of the image data restoration device according to the embodiment of the present invention.
  • ⁇ 15] is a diagram showing an inverse quantization table in the inverse quantizer according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing an arrangement relationship between a restoration target pixel and peripheral pixels in the image data restoration device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing an intermediate value correspondence table in the prediction value determination module of the image data restoration device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram showing an intermediate value / image format correspondence table in a prediction value determination module of the image data restoration device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram showing a correspondence table showing a correspondence relationship between control signals of the image data restoration apparatus according to the embodiment of the present invention and predicted value candidates l to k.
  • FIG. 20A is a flowchart for explaining the operation of the image data restoration (decoding) device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 20B is a flowchart for explaining the processing of the “local decoder” in step S027 in FIG. 20A.
  • FIG. 21 is a diagram showing pixel level values at a certain point in the prediction line buffer in the image data restoration device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a quantization result of an interlace predictor in the image data restoration device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a quantization result diagram of the progressive predictor in the image data restoration device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a functional block diagram showing the system configuration of the image data restoration apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the image data compression (encoding) apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • image data 001 represents a collection of pixels to be compressed, and is extracted by an image processing apparatus (not shown) that digitally processes an image.
  • a compression target pixel X (002) represents a pixel to be compressed in the current step.
  • FIG. 4 is a diagram showing an arrangement relationship between the compression target pixel X and the peripheral pixels when the image format is an interlaced image or a progressive image. In Fig. 4, the lines are indicated by broken lines.
  • the quantizer 003 quantizes a “prediction error” that is a difference value between the compression target pixel X (002) and the predicted value X ′ (006).
  • FIG. 5 is an example of a quantization table representing the correspondence between the quantization value and the quantization number for the prediction error ( ⁇ - ⁇ ') according to the embodiment of the present invention.
  • the prediction error (X – X ') is input, and the prediction error quantization value (also simply referred to as the quantization value) and the quantization number are output.
  • the width of the quantization step is preferably narrower as the absolute value of the prediction error is smaller and wider as the absolute value of the prediction error is larger. In general, this is a flat image that is easy to predict when the prediction error is small, and conversely, when the prediction error is large, it tends to be near the edge where the prediction is likely to be missed.
  • the step width Since it is easily detected by the human eye, the step width must be narrowed if the prediction error is small. There is a point. Force depending on whether or not to perform adaptive quantization Specifically, the minimum step width is preferably 1 to 4. On the other hand, the step width when the prediction error is large is preferably 24-32 in order to reduce the appearance frequency and to combine as many prediction errors as possible into one quantization step in order to increase the compression efficiency. In addition, if a complex pattern with many edges is compressed, the compression ratio may not reach the predetermined compression ratio. If there are multiple quantization tables with different quantization step widths, the compression ratio is likely to be exceeded. Since the step width is coarse as a whole, adaptive quantization may be performed to select a quantization table.
  • the reconstruction side has an inverse quantization table (see Fig. 15) indicating the correspondence between quantization values and quantization numbers corresponding to Fig. 5. This will be described later.
  • variable-length encoder 004 receives the quantization number obtained from the quantization table in Fig. 5 and outputs a variable-length code.
  • the compression code buffer 005 temporarily stores the variable length code output from the variable length encoder 004, that is, the compression code.
  • the peripheral pixel A (007) is a pixel to the left of the compression target pixel X (002), that is, a pixel processed one before in the same line.
  • the prediction line buffer 008 is a buffer that holds the quantization result for about one line for prediction, and is constituted by a shift register, for example. As shown in FIG.
  • the peripheral pixel C (009) is a pixel above the compression target pixel X, that is, a pixel in the same column in the line processed immediately before.
  • the peripheral pixel B (010) is the pixel at the upper left of the compression target pixel X, that is, the pixel processed immediately before C (009) in the line processed immediately before.
  • peripheral pixel C and peripheral pixel B correspond to the pixel X to be compressed in the case of an interlaced image, the pixel on two lines, and in the case of a progressive image, the pixel on one line.
  • the predicted value X ′ (006) is one of predicted value candidates calculated by the predicted value candidate calculation module 011 based on the surrounding pixels A (007), C (009), and B (010).
  • a force First calculation of prediction value candidates when the image format is a progressive image will be described. As shown in Figure 4 In the case of a progressive image, the correlation between the three directions using the pixel level value of pixels C and B processed one line before and the pixel level value of pixel A processed one time before in the same line is used.
  • Predicted value candidates for predicted value X ′ (006) taking into account are A, C, (A + CB).
  • the pixel level value of pixel C ' is set to the interpolated value "(A + C) / 2" of pixels A and C
  • the level value of pixel B' is set to the level of pixels A and B.
  • the predicted value of the predicted value X '(006) that takes into account the correlation in the three directions using the pixel level value of pixel A previously processed in the same line Candidates are A, (A + O / 2, (2A + C- B) / 2.
  • the prediction value candidate calculation module 011 calculates the following prediction value candidates 1 to k based on the surrounding pixels A (007), C (009), and B (010), and the multiplexer (MPX) Send to 015. That is,
  • Predicted value candidate 3 (2A + C-B) / 2
  • Predicted value candidate 6 A + C-B
  • the prediction value candidate calculation module 011 is a certain value (a positive integer including 0) in which the values of the coefficients m and n are not 0 as the prediction value in the case of an interlaced image, and the shift calculation is performed.
  • the coefficients m and n such that the value of m + n is 2 to the power of i so that the processing by can be performed, the three predicted value candidates "A", "(m * A + n * C) / ( m + n),,, "A + (m * A + n * C) / (m + n)-(m * A + n * B) / (m + n)".
  • the predicted value candidate calculation module Oil described above is a prediction value candidate? 3 predicted value candidates as "A”, “(m * A + n * C) / (m + n),," A + (m * A + n * C) / (m + n)- (m * A + n * B) / (m + n) "is calculated.
  • the value of k is 9.
  • the value of k becomes 9.
  • the number of image formats can be increased.
  • k is three times the number of image formats
  • n is larger than m
  • the image format 012 is provided from the image processing apparatus (not shown) to the present image data compression apparatus.
  • the image data format is an image having a strong pixel correlation in the horizontal direction or a pixel correlation in the vertical direction. Is indicated as a signal indicating whether the image is strong.
  • the above-mentioned interlaced image is an image having a strong pixel correlation in the horizontal direction
  • the above-mentioned progressive image has a strong pixel correlation in the vertical direction, and the image (the horizontal pixel correlation is not stronger than the vertical correlation). No image).
  • the image format is a signal indicating the sampling format of the image data, for example.
  • the predicted value determination module 013 determines which of the predicted value candidates 1 to k is to be a predicted value based on the two correspondence tables shown in Figs. Sent to the multiplexer (MPX) 015.
  • Figure 6 shows prediction value candidates (1) to (3) based on the result of calculating the intermediate value of peripheral pixels A, B, and C by comparing the pixel level values of peripheral pixels A, B, and C. It is an intermediate value correspondence table for narrowing down.
  • the correspondence between the predicted value candidates (1) to (3) and the intermediate value shown in FIG. 6 needs to be the same on the compression side and the restoration side. Therefore, in correspondence with FIG. 6, an intermediate value correspondence table (see FIG. 17) showing the correspondence between predicted value candidates (1) to (3) and intermediate values is provided on the restoration side.
  • FIG. 7 shows prediction value candidates (1) to (3) narrowed down in FIG. 6, and image format 012 has a strong pixel correlation in the horizontal direction and a strong pixel correlation in the image (interlaced image) or vertical direction.
  • the control signal 014 the 3-bit signal (0000 to 101) is output as shown in the correspondence table of FIG.
  • the horizontal pixel correlation is strong, and the prediction value candidate identified by the control signal (in this case, expressed by 4 bits) in the image column ⁇ " ⁇ ", "(m * A + n * C) / (m + n) ,," A + (m * A + n * C) / (m + n) — (m * A + n * B) / (m + n) "is added.
  • the correspondence between the intermediate value and the image format shown in Fig. 7 must be the same on the compression side and the decompression side.
  • the restoration side has an intermediate value / image format correspondence table (see Fig. 18) that shows the correspondence between intermediate values and image formats, which will be described later.
  • the multiplexer (MPX) 015 determines which one of the predicted value candidates 1 to k is selected as a predicted value based on the control signal 014.
  • FIG. 8 is a correspondence table showing a correspondence relationship between the control signal 014 and the above-described prediction value candidates 1 to 6. That is, control signal (000) corresponds to predicted value candidate 1, control signal (001) corresponds to predicted value candidate 2, control signal (010) corresponds to predicted value candidate 3, and control signal (011) Corresponds to the predicted value candidate 4, the control signal (100) corresponds to the predicted value candidate 5, and the control signal (101) corresponds to the predicted value candidate 6.
  • a control signal with a bit width (this can be identified)
  • the correspondence between the control signal and the predicted value candidate shown in FIG. It must be the same on the side.
  • the restoration side has a correspondence table (see Fig. 19) showing the correspondence between control signals and predicted value candidates. This will be described later.
  • the 3-bit control signal (000) to the control signal (101) are associated as the control signal 014, but such a format is applicable as long as it can be associated with the prediction value candidates 1 to 6. It does not have to be the control signal.
  • a correspondence table indicating which prediction value is used in a signal indicating a sampling format of image data, whether it is interlaced or progressive, is stored in the prediction value determination module 013, and this is used as a basis. It is also possible to determine a predicted value.
  • the control signal indicating the sampling format of the image data is transmitted from the prediction value determination module 013 to the prediction value candidate calculation module 011, and based on this, a prediction value candidate calculation module is transmitted.
  • 011 may determine the values of the above-described coefficients m and n.
  • FIG. 9A is a flowchart for explaining the operation of the image data compression (encoding) apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a flowchart for explaining the processing of the “local decoder” in step S008 in FIG. 9A.
  • step is abbreviated as S.
  • the predicted value determination module 013 compares the pixel level values in the surrounding pixels A (007), C (009), and B (010). Based on this magnitude relationship and the image format 012, the control signal 014 is transmitted to the multiplexer (MPX) 015 with reference to the correspondence tables shown in FIG. 6 and FIG.
  • the predicted value candidate calculation module 011 calculates predicted value candidates 1 to 6 based on the surrounding pixels A (007), C (009), and B (010). In this case, the predicted value is calculated by integer calculation and shift calculation. For integer operations, (2A + C-B + / 2 and (A + C + / 2 are rounded down. For real numbers, add 1 and do not truncate (2A + CB) / 2 and (A + C) / 2 value is used as it is.
  • S004 In MPX015, a predicted value is determined based on predicted value candidates 1 to 6 and control signal 014.
  • S005: The prediction value 006 is subtracted from the pixel level value of the compression target pixel 002 to calculate a prediction error.
  • S006 The prediction error is quantized by the quantizer 003, and a quantization value and a quantization number are acquired.
  • S007 A variable length encoder 004 generates a variable length code based on the quantization number. This code may be a Golomb code or an arithmetic code.
  • peripheral pixels A, B and C and the prediction line buffer 008 are updated (local decoder) in order to compress the next pixel.
  • peripheral pixel C (009) is substituted as the peripheral pixel B (010) of the next compression target pixel.
  • the quantization results of the interlace predictor and the progressive predictor are shown in FIG. 11 and FIG. It is expressed as the table shown in Fig. 12.
  • the prediction line buffer 008 and the compression target pixel X (002) take pixel values as shown in FIG. 10
  • the tables shown in FIGS. 11 and 12 are the same as those shown in FIGS. 9A and 9B.
  • the operating force of the image data compression (encoding) device according to the embodiment of the invention can also be easily derived.
  • the pixel C (009) at the previous compression is the pixel B (010) at the current compression
  • the previous “prediction value + prediction error quantization value” is the current pixel A (007).
  • FIG. 13 is a functional block diagram showing the system configuration of the image data compression apparatus according to the embodiment of the present invention. The contents described above are functionalized and expressed as blocks.
  • the image data compression apparatus inputs the image data 102 to be compressed into the compression processing unit 110, and the compression processing unit 110 first inputs the input image data 102 for each line.
  • the reading unit 111 reads and extracts the compression target pixels, and the prediction processing unit 112 performs the intermediate value correspondence tape as shown in FIG. 6 on the extracted compression target pixels.
  • an intermediate value ′ image format correspondence table 114 as shown in FIG. 7 is used to calculate a prediction value candidate by a prediction value candidate calculation unit 115 corresponding to the prediction value candidate calculation module 011 of FIG.
  • the prediction value determination unit 116 corresponding to MPX015 determines a prediction value from prediction value candidates calculated based on the image format 104, obtains a differential force prediction error between the determined prediction value and the compression target pixel, The prediction error is input to the quantization processing unit 115 corresponding to the quantization unit 003, and the quantization processing unit 117 refers to the quantization table 118 as shown in FIG. Obtain the quantization number and input the quantization number, obtain the variable length code (compression code) from the encoding processing unit 119 corresponding to the variable length encoder 004, and use this as the output of the compression processing unit 110 The compressed data 106 is obtained by accumulating.
  • the image data compression device of the present invention it is possible to reduce the prediction error for each image format by using and dividing the prediction value according to the image format. Compression efficiency can be increased.
  • it is only necessary to switch the predicted value according to the image format it is possible to simplify the program and circuit configuration at the time of mounting.
  • an intermediate value of A, B and the same is obtained, and it is determined which prediction value candidate is selected based on the intermediate value correspondence table.
  • the intermediate value of the predicted value candidate may be obtained from
  • the prediction values for interlace are (A + C) / 2, A and (2A + C ⁇ B) / 2.
  • the prediction value candidate calculation module 011 the pixel level value A , B and the same coefficient m, n, "A”, “(m * A + n * C) / (m + n), and” A + (m * A + n * C) / ( m + n)-(m * A + n * B) / (m + n) ", the coefficients m and n are both values that are not 0 (a positive integer including 0), Substituting a value such that the value of m + n is 2 to the power of i so that processing by a shift operation can be performed, for example, "A”, “(A + 3 * C) / Using 4 “and” (4 * A + 3 * C-3 * B) / 4 ", it is possible to calculate a prediction value that is resistant to fluctuations in the vertical pixel level.
  • the same effect can be obtained even if the predicted value is selectively used in a signal indicating the sampling format of the image data.
  • the sampling format of image data stored in a general DVD is usually 4: 2: 2 format.
  • the Y component (luminance component) image size is 7 20 X 480
  • the C component (color component) horizontal image size is half that of the Y component.
  • the coefficient m, n can be dealt with by taking a larger value of n than m.
  • the predicted value candidate calculation module 011 calculates k predicted value candidates (6 in the above description), and based on the control signals narrowed down based on FIGS. Multiplexer (MPX) 015 selects one prediction value. According to such a processing order, the prediction value candidates can be narrowed down in FIGS. 6 and 7, and the prediction value calculation can be executed at the same timing, and the processing speed can be improved. In other words, parallel processing is performed in each of the predicted value determination module and the predicted value calculation module, and at the stage where calculation of each predicted value candidate is completed, it is possible to determine which predicted value is used. It becomes possible to do. In addition, since the prediction value determination module and the prediction value calculation module perform calculation processing using a table, it is possible to speed up the program processing.
  • the value correspondence table is removed from the configuration, and the three predicted values are calculated in advance according to the image format that is divided in advance based on Fig. 7, and the intermediate value is directly obtained from the three predicted values. Configuration is also conceivable. Furthermore, as another pattern, it is determined which prediction value candidate expression should be calculated in the intermediate value correspondence table in FIG. 6, and only one of the determined expressions is calculated to execute calculation processing. One way to reduce the configuration is to select one of the values to be adopted.
  • the image data compression device of the present invention has a frame unit when the image to be processed is a progressive image and a field unit when the image is an interlaced image, in order from the top to the bottom of the screen.
  • Image data that flows in a stream is processed.
  • the compressed data after compression encoding is packetized and transferred for each fixed size according to the transmission protocol of the transmission line to which the present apparatus is connected.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of an image data restoration (decoding) device according to the embodiment of the present invention.
  • a compression code 021 represents a compression code of variable-length encoded image data that is an output of the image data compression (encoding) apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
  • the inverse encoder 022 receives the compressed code of the image data and outputs a quantization number corresponding to the code.
  • the inverse quantizer 023 receives the quantization number and outputs a quantization value X (024) of the prediction error.
  • FIG. 15 is an inverse quantization table representing the association of the prediction error quantization value with the quantization number provided in the inverse quantizer 023.
  • a quantization error number is input and a prediction error quantization value is output.
  • the correspondence between the prediction error quantization value and the quantization number shown in Fig. 15 must be the same on the decompression side and the compression side. Therefore, the compression side has a quantization table (see Fig. 5) indicating the correspondence between the prediction error quantization value and the quantization number corresponding to Fig. 15.
  • FIG. 16 is a diagram showing an arrangement relationship between the restoration target pixel X and the peripheral pixels when the image format 032 is, for example, an interlaced image or a progressive image.
  • the lines are indicated by broken lines.
  • the prediction error quantization value X (024) is added to the prediction value X ′ (026) to obtain restored image data 025, and also becomes a peripheral pixel A (027) of the next restoration target pixel.
  • the peripheral pixel A (027) is a pixel on the left side of the restoration target pixel as shown in FIG.
  • the prediction line buffer 028 is a buffer that holds about one line of the quantization result for prediction, and is composed of, for example, a shift register.
  • the peripheral pixel C (02 9) is the pixel above the previous pixel to be restored (front line)
  • the peripheral pixel B (030) is the upper left (front line) of the target pixel to be restored. Pixels.
  • the predicted value X '(026) is one of the predicted value candidates calculated by the predicted value candidate calculation module 031 based on the surrounding pixels A (027), C (029), and B (030).
  • a force First calculation of prediction value candidates when the image format is a progressive image will be described. As shown in Fig. 16, in the case of a progressive image, three pixel level values of pixel A processed one time before in the same line as the pixel level values of pixels C and B processed one line earlier are used. Predicted value candidates for predicted value X '(026) taking into account the correlation of directions are A, C, (A + CB).
  • Prediction value candidates for the prediction value X ′ (026) considering the direction correlation are A, (A + O / 2, (2A + CB) / 2.
  • Predicted value candidate 3 (2A + C-B) / 2
  • Predicted value candidate 4 C
  • Predicted value candidate 5 A
  • Predicted value candidate 6 A + C-B
  • the prediction value candidate calculation module 031 is a certain value (a positive integer including 0) in which the values of the coefficients m and n are not 0 as the prediction value in the case of an interlaced image, and the shift calculation is performed.
  • the coefficients m and n such that the value of m + n is 2 to the power of i, so that the prediction value of the interlaced image is three prediction value candidates "A", “(m * A + n * C) / (m + n) "," A + (m * A + n * C) / (m + n)-(m * A + n * B) / (m + n) " Can be a value.
  • the predicted value candidate calculation module 031 described above in addition to the predicted value candidates 1 to 6, is a predicted value candidate? 3 predicted value candidates as "A", "(m * A + n * C) / (m + n),," A + (m * A + n * C) / (m + n)- (m * A + n * B) / (m + n), is calculated.
  • the value of k is 9.
  • the coefficients m and n are taken into account
  • the above-mentioned coefficients are taken into account, and an interlaced image or progressive image is added in addition to the image, so the value of k Becomes 9. If the number of image formats further increases, k will be three times the number of image formats.
  • Image format 032 is provided from the image processing apparatus (not shown) to the present image data restoration apparatus.
  • the image data format is an image having a strong pixel correlation in the horizontal direction or a pixel correlation in the vertical direction. Is indicated as a signal indicating whether the image is strong. That is, the above-described interlaced image is designated as an image having a strong pixel correlation in the horizontal direction, and the above-described progressive image is designated as an image having a strong pixel correlation in the vertical direction. The same applies even if the image format is a signal indicating the sampling format of the image data, for example.
  • the predicted value determination module 033 determines which of the predicted value candidates l to k is to be a predicted value. It is determined based on the two correspondence tables shown in Fig. 17 and Fig. 18 below, and is sent to the multiplexer (MPX) 035 as the control signal 034.
  • Figure 17 shows prediction value candidates (1) to (3) based on the result of calculating the intermediate value of peripheral pixels A, B, and C by comparing the pixel level values of peripheral pixels A, B, and C. It is an intermediate value correspondence table for narrowing down.
  • the compression side has an intermediate value correspondence table (see Fig. 6) showing the correspondence between predicted value candidates (1) to (3) and intermediate values.
  • FIG. 18 shows prediction value candidates (1) to (3) narrowed down in FIG. 17 and whether the image format 032 is an interlaced image or a progressive image. It is an intermediate value / image format correspondence table for transmitting a control signal 034 indicating which one of these is used for a predicted value to a multiplexer (MPX) 035. As the control signal 034, a 3-bit signal (0000 to 101) is output as shown in the correspondence table of FIG.
  • MPX multiplexer
  • the compression side has an intermediate value / image format correspondence table (see Fig. 7) showing the correspondence between intermediate values and image formats.
  • FIG. 19 is a correspondence table showing a correspondence relationship between the control signal 034 and the above-described prediction value candidates 1 to 6. That is, the control signal (000) corresponds to the prediction value candidate 1, the control signal (001) corresponds to the prediction value candidate 2, the control signal (010) corresponds to the prediction value candidate 3, and the control signal (011) Corresponds to the predicted value candidate 4, the control signal (100) corresponds to the predicted value candidate 5, and the control signal (101) corresponds to the predicted value candidate 6.
  • “A + (m * A + n * C) / (m + n)-(m * A + n * B) / (m + n)” is added
  • predicted value candidates “A”, “(m * A + n * C) / (m + n)” as predicted value candidates used in the table of FIG.
  • a control signal with a bit width (in this case, a 4-bit signal) that can identify the three predicted value candidates to which the control signal has also been added is required. It has a correspondence table (see Fig. 8) that represents the correspondences.
  • the control signal 034 is associated with the 3-bit control signal (000) to the control signal (101), but the predicted value As long as it can be associated with Candidates 1 to 6, it does not have to be a control signal of this type.
  • FIG. 20A is a flowchart for explaining the operation of the image data restoration (decoding) device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 20B is a flowchart for explaining the processing of the “local decoder” in step S027 in FIG. 20A.
  • step is abbreviated as S.
  • Predictive value determination module 033 compares the pixel level values in peripheral pixels A (027), C (029), and B (030). Based on the magnitude relationship and the image format 032, the control signal 034 is transmitted to the multiplexer (MPX) 035 with reference to the correspondence table shown in FIG. 17 and FIG.
  • Prediction value candidate calculation module 031 based on surrounding pixels A (027), C (029), B (030) Predicted value candidates 1 to 6 are calculated.
  • the predicted value is calculated by integer calculation and shift calculation.
  • (2A + C-B + / 2 and (A + C + / 2 are rounded down.
  • add 1 and do not truncate (2A + CB) / 2 and (A + C) / 2 value is used as it is.
  • MPX035 determines a predicted value based on predicted value candidates 1 to 6 and control signal 034.
  • the quantization value of the prediction error acquired in S022 and the prediction value acquired in S024 are added to calculate a restoration target pixel (restored image data 025).
  • peripheral pixel C (029) is substituted as the peripheral pixel B (030) of the next restoration target pixel.
  • the prediction line buffer 028 has a value as shown in FIG. 21, the quantization results of the interlace predictor and the progressive predictor are as shown in the tables of FIG. 22 and FIG. It is expressed in
  • the prediction line buffer 028 takes a pixel value as shown in FIG. 21, the tables shown in FIG. 22 and FIG. 23 show the image data restoration according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 20A and FIG. Decoding) Device's operating power can be easily derived.
  • the pixel C (029) at the previous restoration is the pixel B (030) at the current restoration
  • the previous “prediction value + prediction error quantization value” is the current pixel A (027).
  • FIG. 24 is a functional block diagram showing the system configuration of the image data restoration apparatus according to the embodiment of the present invention, which is a functionalized representation of the contents described above.
  • the image data restoration device inputs the compressed data 202, which is the output of the above-described image data compression device, to the restoration processing unit 210, which is first input in the restoration processing unit 210.
  • the image data 202 is input to an inverse encoding processing unit 211 corresponding to the inverse encoder 022 in FIG. 14, and a quantization number is obtained from the inverse encoding processing unit 211.
  • Quantization The number is input to an inverse quantization processing unit 212 corresponding to the inverse quantizer 023.
  • the inverse quantization processing unit 212 refers to the inverse quantization table 213 as shown in FIG. 15 and obtains the predicted error quantization value from the quantization number.
  • the obtained prediction error quantization value is input to the prediction processing unit 214.
  • the prediction processing unit 214 refers to the intermediate value correspondence table 215 as shown in FIG. 17 and the intermediate value / image format correspondence table 216 as shown in FIG. 18 to predict the prediction value corresponding to the prediction value candidate calculation module 031.
  • the value candidate calculation unit 217 calculates a prediction value candidate, and the MPX035 corresponding prediction value determination unit 218 calculates a prediction value from the prediction value candidates calculated by the prediction value candidate calculation unit 217 based on the image format 204. decide.
  • the prediction processing unit 214 outputs the prediction error quantization value calculated by the prediction value candidate calculation unit 217 and the prediction value determined by the prediction value determination unit 218 as outputs, and the output prediction value and the prediction error quantization The value is input to the restoration value calculation unit 219.
  • the restoration value calculation unit 219 obtains restoration pixel values by adding the input prediction values and prediction error quantization values and accumulates them to obtain restoration (image) data 206.
  • the image data restoration apparatus of the present invention can reduce the prediction error for each image format by using the prediction value separately according to the image format. Efficiency can be increased. In addition, since it is only necessary to switch the predicted value according to the image format, it is possible to simplify the program and circuit configuration at the time of mounting.
  • the intermediate values of A, B, and C are obtained, and it is determined which prediction value candidate is selected based on the intermediate value correspondence table. However, the prediction value candidate is calculated. It is also possible to obtain an intermediate value of predicted value candidates from
  • the prediction values for the interlaced image are (A + C) / 2, A and (2A + CB) / 2.
  • the same effect can be obtained even if the predicted value is selectively used in a signal indicating the sampling format of the image data.
  • the sampling format of image data stored in a general DVD is usually 4: 2: 2 format.
  • the Y component (luminance component) image size is 7 20 X 480
  • the C component (color component) horizontal image size is half that of the Y component.
  • the coefficients m and n can be dealt with by taking the value n larger than m.
  • the predicted value candidate calculation module 031 calculates k predicted value candidates (six in the above description), and the control signals narrowed down based on Figs. Based on the multiplexor (MPX) 035, one predicted value is selected. According to such a processing order, prediction value candidates can be narrowed down in FIGS. 17 and 18 and prediction value calculation can be executed at the same timing, and the processing speed can be improved. In other words, in each of the predicted value determination module and the predicted value calculation module, it is possible to determine which predicted value is to be used at the stage where the calculation of each predicted value candidate is completed. Therefore, data compression can be performed at high speed. In addition, since the prediction value determination module and the prediction value calculation module perform arithmetic processing using a table, the program processing can be performed at high speed.
  • the intermediate value correspondence table in Fig. 17 is removed from the configuration, and the image format that is divided in advance based on Fig. 18 is used.
  • a configuration is also conceivable in which three predicted values are calculated first, and an intermediate value is directly obtained from the three predicted values.
  • a plurality of calculations are performed by determining which prediction value candidate formula should be calculated in the intermediate value correspondence table in FIG. 17 and executing the calculation process for only the determined single formula.
  • a method of reducing the configuration for selecting one of the predicted values to be adopted is excluded.
  • the image data compression device and the image data restoration device of the present invention can be mounted on a desired application device as a single-chip LSI. ) Possible application to equipment.
  • a display is also installed on the rear side, and it is desirable to be able to appreciate images different from those on the front side. Therefore, the image data processed by the video data processing device installed on the front side is compressed and transmitted to the rear side, and the rear side restores it and displays the image data. When relaying image data, compression and decompression are repeated at each relay point.

Landscapes

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Abstract

　量子化器は、圧縮対象画素Ｘと予測値Ｘ’の差分値である“予測誤差”を量子化するものである。可変長符号化器は、量子化器の量子化テーブルから得られる量子化番号を入力として、可変長符号(圧縮符号)を出力する。予測値候補算出モジュールは、周辺画素A，C，Bをもとに予測値候補1～kを算出しマルチプレクサ(MPX)に送信する。予測値決定モジュールは、予測値候補1～kのうちどれを予測値にするかを画像フォーマットに応じた中間値対応表及び中間値・画像フォーマット対応表を元に決定し、制御信号をマルチプレクサ(MPX)に送信する。マルチプレクサ(MPX)は、決定した予測値候補1～kのいずれかを予測値Ｘ’として出力する。このように画像フォーマットに応じて予測値を使い分けることで、それぞれの画像フォーマットに対して予測誤差を軽減させることが可能となる。

Description

明 細 書
画像データ圧縮装置、圧縮方法及びプログラム並びに画像データ復元 装置、復元方法及びプログラム
技術分野
[0001] 本発明は、特性の異なる 2種類の画像（映画等の自然画と、デジタル地図等の CG 画像）両方に対して有効な、高画質でリアルタイム処理可能な画像データ圧縮装置、 圧縮方法及び該圧縮を行うためのプログラム並びに圧縮画像データを復元する画像 データ復元装置、復元方法及び該復元を行うためのプログラムに関する。
背景技術
[0002] 膨大な情報量を含む画像情報を伝送するためにはデータ圧縮が必要である。特に 動画像の場合は 1秒間に 30〜60フレーム程度の画像データが送受信されるため、デ ータ圧縮が不可欠となる。
[0003] ところで、画像情報としては一般テレビ画像や映画等に代表される自然画と、カー ナビの地図等に代表される CG画像 (デジタル画像)が知られており、一般的に自然 画では低周波成分が、またデジタル画像では高周波成分が多く含まれている。最近 の車載端末や携帯電話を含む携帯端末では、地図などのデジタル画像と、 TVや映 画などの自然画像との両方を扱うようになってきており、両方の画像データを効率的 に伝送するためには、低周波成分と高周波成分の両方に効果的なデータ圧縮方式 が望まれている。
[0004] 従来の画像データ圧縮方式として、図 1に示されるような JPEGOoint Photographic Experts Group), MPEG(Moving Picture Experts Group)によりデータ圧縮を行う第 1 の従来技術が知られている。この第 1の従来技術に属する特許文献として、下記特 許文献 1及び 2を挙げることができる。図 1に示されるように、第 1の従来技術は、画像 データ 110をブロック (通常 8*8画素)化 (図示せず)し、ブロック画像に対して周波数変 換 210をかけ、 DCT係数に対して量子化 310を行い、出現頻度に応じた符号を割り当 てる可変長符号化 410して伝送する。
[0005] ここで周波数変換とは通常、 DCT(Discrete Cosine Transfer)が用いられ、画像デー タを周波数変換するものである。人間の目は低周波成分 (画像中の平坦な部分）に 敏感であるため、低周波に関する DCT係数は細かぐ高周波に関する DCT係数は粗 く量子化することで自然画に対しては画質劣化が目立たないように高い圧縮率で圧 縮することが可能である。しかし、人間の目に検知されやすい低周波成分を細力べ量 子化するため自然画の圧縮については問題ないが、地図画像 (CG画像)中の線、文 字のような高周波成分に対しては画質劣化が目立っため、 CG画像には不向きであ るという問題がある。
[0006] また従来の画像データ圧縮方式として、図 2に示されるような JPEG-LS(Lossless)を 用いた第 2の従来技術が知られている。この第 2の従来技術は、図 2に示されるように 、画像データ 120を圧縮する場合、圧縮対象画素のレベル値から MED(Median Edge Detector)予測器 (この予測器は MAP: Median Adaptive Predictorの一種)を使ってレ ベル値予測を行い、その予測誤差を直接符号ィ匕するものである。この第 2の従来技 術では予測誤差の出現頻度は基本的に 0近傍に集中するため、 0近傍の予測誤差に は短い符号、値の大きい予測誤差には長い符号を割り当てることで圧縮する。圧縮 率は 1/3程度であるが、高 ·低周波を問わずに画素単位で符号ィ匕するため、 CG画像 に対しても画質劣化は生じな 、。
[0007] しかし、インターレース画像やライン間の相関が低い画像では予測が難しく予測誤 差が増大する傾向にある。この結果、出現頻度の低い (符号長が長い)可変長符号 を割り当てることになり、また、符号ィ匕時に計算処理を必要とするなど各処理が重ぐ リアルタイムの圧縮処理には不向きであるという問題がある。
特許文献 1 :特開 2001— 061149号公報
特許文献 2：特開 2000— 069479号公報
発明の開示
[0008] JPEG, MPEGのような DCTによる変換符号ィ匕を行うものに関しては、 CG画像に対す る画質劣化が目立ち、 JPEG- LSに関しては、インターレース画像や横方向に長い画 像に対する予測誤差が大きくなる結果、長い符号を多用せざるを得ず、圧縮効率が 悪化する。
[0009] このようなことから、自然画と CG画像との両方を扱う車載端末向けの画像データ圧 縮装置としては、 CG画像に対しても高画質に圧縮し、且つ映画等の自然画に見られ るインターレース画像や横方向に長 、画像に対しても圧縮効率を低下させな 、こと が必要となる。
[0010] 上記のような課題を解決するために本発明の目的は、予測対象画素のレベル値を 当該予測対象画素の周辺画素のレベル値から予測し、その予測結果の誤差を量子 化することで圧縮する画像データ圧縮装置、圧縮方法及び該圧縮を行うためのプロ グラム並びに圧縮画像データを復元する画像データ復元装置、復元方法及び該復 元を行うためのプログラムを提供することである。
[0011] 本発明の画像データ圧縮装置は、予測器を有し、該予測器で圧縮対象画素の画 素レベル値を予測する。その場合、圧縮対象画素周辺の画素レベル値および画像 フォーマットに基づいて予測値を決定する。こうすることで、それぞれの画像フォーマ ットに対して予測誤差を軽減させることができ、圧縮効率を高めることができる。また 画像フォーマットに応じて予測値を切り替えるだけでょ 、ため、実装時のプログラム、 回路構成の単純ィ匕を図ることができる。
[0012] また本発明の画像データ圧縮方法は、保持された前記周辺の画素 A, Bおよびじの 画素値をもとに複数の予測値候補を算出する過程と、中間値対応表及び中間値 ·画 像フォーマット対応表を元に前記複数の予測値候補のうちどれを予測値にするかを 決定し、制御信号を送信する過程を含んでいる。このように予測値決定モジュール及 び予測値算出モジュールのそれぞれにお 、てパラレル処理し、各予測値候補の算 出を終了した段階で、どの予測値を使うかを決定できるので、このパラレル処理によ つて高速にデータ圧縮を行うことが可能になる。
[0013] また本発明の画像データの圧縮を行うプログラムは、圧縮対象画素の画素レベル 値を予測しながら画像データの圧縮を行うためのプログラムであって、コンピュータに 、符号ィ匕する前に圧縮対象画素の周辺の画素につき、左の画素を A、上の画素を C 、左上の画素を Bとし、前記画素 A, Bおよび Cの画素値および直近 1ライン分の画素 値を保持するステップ、保持された前記周辺の画素 A, Bおよび Cの画素値をもとに複 数の予測値候補を算出するステップ、中間値対応表及び中間値 ·画像フォーマット 対応表を元に前記複数の予測値候補を絞り込んで 1つの予測値を決定して出力す るステップ、出力された予測値と圧縮対象画素とから予測誤差を算出し、該予測誤差 を量子化テーブルに入力して量子化番号を取得し、該量子化番号を符号化テープ ルに入力して圧縮符号を得るステップ、を実行させる。こうすることで、予測値決定及 び予測値算出の各ステップにお 、てパラレル処理し、各予測値候補の算出を終了し た段階で、どの予測値を使うかを決定できるので、このパラレル処理によって高速に データ圧縮を行うことができる。
[0014] また本発明の画像データ復元装置及び画像データ復元方法は、上述した画像デ ータ圧縮装置で圧縮された画像データを逆操作によって復元して ヽるため、画像デ ータ圧縮装置と同様に、それぞれの画像フォーマットに対して予測誤差を軽減させる ことができ、圧縮効率を高めることができる。また画像フォーマットに応じて予測値を 切り替えるだけでよいため、実装時のプログラム、回路構成の単純ィ匕を図ることがで きる。
[0015] また本発明の画像データの復元を行うプログラムは、上述した画像データの圧縮を 行うプログラムによる操作と逆の操作を行うものであるため、上述した画像データの圧 縮を行うプログラムと同様に、予測値決定及び予測値算出の各ステップにお 、てパラ レル処理し、各予測値候補の算出を終了した段階で、どの予測値を使うかを決定で きるので、このパラレル処理によって高速にデータ復元を行うことができる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]JPEG, MPEGによりデータ圧縮を行う第 1の従来技術を示す図である。
[図 2]JPEG-LSによりデータ圧縮を行う第 2の従来技術を示す図である。
[図 3]本発明の実施形態に係る画像データ圧縮装置の構成を示すブロック図である。
[図 4]本発明の実施形態に係る画像データ圧縮装置における圧縮対象画素と周辺 画素との配置関係を示す図である。
[図 5]本発明の実施形態に係る量子化器における量子化テーブルを示す図である。
[図 6]本発明の実施形態に係る画像データ圧縮装置の予測値決定モジュールにお ける中間値対応表を示す図である。
[図 7]本発明の実施形態に係る画像データ圧縮装置の予測値決定モジュールにお ける中間値 ·画像フォーマット対応表を示す図である。 圆 8]本発明の実施形態に係る画像データ圧縮装置の制御信号と予測値候補 l〜k との対応関係を示す対応テーブルを示す図である。
圆 9A]本発明の実施形態に係る画像データ圧縮 (符号化)装置の動作を説明するた めのフローチャートである。
[図 9B]図 9Aにおけるステップ S008における"ローカルデコーダ"の処理を説明するフ ローチャートである。
[図 10]本発明の実施形態に係る画像データ圧縮装置における圧縮対象画素及び予 測用ラインバッファのある時点における画素レベル値を示す図である。
圆 11]本発明の実施形態に係る画像データ圧縮装置におけるインターレース向け予 測器の量子化結果を示す図である。
[図 12]本発明の実施形態に係る画像データ圧縮装置におけるプログレッシブ向け予 測器の量子化結果を示す図である。
圆 13]本発明の実施形態に係る画像データ圧縮装置のシステム構成を示す機能ブ ロック図である。
圆 14]本発明の実施形態に係る画像データ復元装置の構成を示すブロック図である 圆 15]本発明の実施形態に係る逆量子化器における逆量子化テーブルを示す図で ある。
圆 16]本発明の実施形態に係る画像データ復元装置における復元対象画素と周辺 画素との配置関係を示す図である。
[図 17]本発明の実施形態に係る画像データ復元装置の予測値決定モジュールにお ける中間値対応表を示す図である。
[図 18]本発明の実施形態に係る画像データ復元装置の予測値決定モジュールにお ける中間値 ·画像フォーマット対応表を示す図である。
圆 19]本発明の実施形態に係る画像データ復元装置の制御信号と予測値候補 l〜k との対応関係を示す対応テーブルを示す図である。
[図 20A]本発明の実施形態に係る画像データ復元 (復号化)装置の動作を説明するた めのフローチャートである。 [図 20B]図 20Aにおけるステップ S027における"ローカルデコーダ"の処理を説明す るフローチャートである。
[図 21]本発明の実施形態に係る画像データ復元装置における予測用ラインバッファ のある時点における画素レベル値を示す図である。
[図 22]本発明の実施形態に係る画像データ復元装置におけるインターレース向け予 測器の量子化結果を示す図である。
[図 23]本発明の実施形態に係る画像データ復元装置におけるプログレッシブ向け予 測器の量子化結果図である。
[図 24]本発明の実施形態に係る画像データ復元装置のシステム構成を示す機能ブ ロック図である。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図 3は本発明の実施形態に係る画像データ圧縮 (符号化)装置の構成を示すブロッ ク図である。図 3において、画像データ 001は、圧縮対象となる画素の集まりを表し、 デジタルで画像を処理する画像処理装置（図示せず）によって抽出される。そして圧 縮対象画素 X(002)は、現ステップで圧縮対象となる画素を表している。図 4は画像フ ォーマットが、インターレース画像、または、プログレッシブ画像、であるときの圧縮対 象画素 Xと周辺画素との配置関係を示す図である。なお図 4においてラインは破線で 示されている。量子化器 003は、圧縮対象画素 X(002)と予測値 X' (006)の差分値であ る"予測誤差"を量子化する。
[0018] 図 5は、本発明の実施形態に係る予測誤差 (Χ—Χ')に対する量子化値及び量子化 番号の対応付けを表す量子化テーブル例である。図 5に示す量子化テーブルでは、 予測誤差 (X— X')を入力として、予測誤差量子化値 (単に量子化値ともいう）と量子 化番号を出力する。量子化ステップの幅は、予測誤差の絶対値が小さい場合ほど狭 ぐ予測誤差の絶対値が大きい場合ほど広いのが望ましい。これは、一般的に予測 誤差が小さい場合は予測が当たりやすい平坦な画像であり、逆に予測誤差が大きい 場合は予測が外れやすいエッジ近傍である傾向があり、平坦な部分に誤差があると 人の目に検知されやすいので、予測誤差が小さい場合にはステップ幅を狭くする必 要がある。適応量子化を行うか否かによる力 具体的には最小ステップ幅は 1〜4が 望ましい。一方、予測誤差が大きい場合のステップ幅は、出現頻度が少ないことと、 圧縮効率を高めるために極力多くの予測誤差を 1つの量子化ステップに纏めるように するために、 24〜32が望ましい。また、エッジの多い複雑な絵柄を圧縮すると所定の 圧縮率に達しな 、場合があるので、量子化ステップ幅の異なる複数の量子化テープ ルを有して、所定の圧縮率を超えそうな場合はステップ幅が全体的に粗!、量子化テ 一ブルを選択する適応量子化を行っても構わない。なお図 5に示す量子化値と量子 化番号の対応付けは、圧縮側、復元側とで同じ対応になっている必要がある。その ため図 5に対応して量子化値と量子化番号の対応付けを表す逆量子化テーブル (図 15参照）を復元側に持たせる。これについては後述する。
[0019] 可変長符号化器 004は、図 5の量子化テーブルから得られる量子化番号を入力とし て、可変長符号を出力する。圧縮符号バッファ 005は可変長符号化器 004から出力さ れる可変長符号、つまり圧縮符号を一時蓄積する。
[0020] 予測値 X' (006)は、予測値候補算出モジュール 011により算出された予測値候補 1 〜k (本実施形態の説明では k=6とする）の中力もマルチプレクサ (MPX)015により選択 された予測値候補の 1つである。周辺画素 A(007)は、図 4に示されているように、圧縮 対象画素 X(002)の左の画素、すなわち、同じラインの中で一つ前に処理した画素で ある。予測用ラインバッファ 008は、予測用として量子化結果を約 1ライン分保持する ノ ッファで、例えばシフトレジスタで構成される。図 4に示されているように、周辺画素 C(009)は、圧縮対象画素 Xの上の画素、すなわち、 1つ前に処理したラインの中で同 じ列の画素である。周辺画素 B(010)は、圧縮対象画素 Xの左上の画素、すなわち、 1 つ前に処理したラインの中で C(009)の 1つ前で処理した画素である。元画像で見ると 、周辺画素 Cおよび周辺画素 Bは、圧縮対象画素 Xにとつて、インターレース画像の 場合には 2ライン上の画素にあたり、プログレッシブ画像の場合には 1ライン上の画素 にあたる。
[0021] 予測値 X' (006)は、周辺画素 A(007), C(009), B(010)をもとに予測値候補算出モジ ユール 011により算出された予測値候補の 1つである力 はじめに画像フォーマットが プログレッシブ画像の場合の予測値候補の算出について説明する。図 4に示すよう にプログレッシブ画像の場合は、 1ライン前に処理した画素 C,Bの画素レベル値と同 じラインの中で一つ前に処理した画素 Aの画素レベル値とを用いて 3つの方向の相 関を考慮した予測値 X' (006)の予測値候補は、 A,C, (A+C-B)となる。
[0022] つぎに、画像フォーマットがインターレース画像の場合の予測値候補の算出につい て説明する。図 4に示すようにインターレース画像の場合は、偶数ラインと奇数ライン が交互に送信されるため、フレームメモリなどを持たずにライン単位で処理を行うには 相関の低い 2ライン前に処理した画素を使うことになる。このため、直接 2ライン前に 処理した画素 C,Bの画素レベル値を使用せずに、 2つのライン間の画素 C' (画素 Xと 画素 Cとの間にある画素) ,Β' (画素 Aと画素 Bとの間にある画素)を想定する。上記した プログレッシブ画像と同じように処理するために画素 C 'の画素レベル値を画素 Aと C の補間値" (A+C)/2"とし、画素 B'のレベル値を画素 Aと Bの補間値" (2A+C-B)/2"を 使って算出する。さらに画素 C'および画素 B'に加え、同じラインの中で一つ前に処 理した画素 Aの画素レベル値を用いて 3つの方向の相関を考慮した予測値 X' (006) の予測値候補は、 A, (A+O/2, (2A+C- B)/2となる。
[0023] このように予測値候補算出モジュール 011は、周辺画素 A(007), C(009), B(010)をも とに以下に示す予測値候補 l〜kを算出しマルチプレクサ (MPX)015に送信する。す なわち、
予測値候補 l : (A+C)/2
予測値候補 2 : A
予測値候補 3 : (2A+C-B)/2
予測値候補 4: C
予測値候補 5 : A
予測値候補 6 : A+C-B
上記において予測値候補算出モジュール 011は、インターレース画像の場合に予 測値として、係数 m, nの値が共に 0をとらないある値（0を含む正の整数）であって、か つシフト演算による処理が可能なように m + nの値が 2の i乗であるような係数 m, nを用 いて、 3つの予測値候補" A", "(m*A + n*C)/(m+ n)，，， "A + (m*A + n*C)/(m + n) - ( m*A + n*B)/(m + n)"の中間値とすることができる。このような予測値を得るには、上 記した予測値候補算出モジュール Oilは、上記予測値候補 1〜6のほかに、予測値候 補？〜 9としての 3つの予測値候補" A", "(m*A + n*C)/(m+ n)，，， "A + (m*A + n*C)/( m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)"を算出する。その結果、 kの値は 9となる。すなわち係 数 m, nを考慮した場合のインターレース画像に対しては、上述した係数が考慮され て！ヽな 、インターレース画像またはプログレッシブが画像のほかに、画像フォーマット 力 つ加わることになるので、 kの値は 9となる。このうえさらに画像フォーマット数が増 えることになれば kは画像フォーマット数の 3倍となる。なお係数 m, nとして、例えば m =1, n=3を用いたインターレース向けの予測値として、 "A", "(A + 3*C)/4"および" (4 *A + 3*C - 3*B)/4"を使用して縦方向の画素レベル値の変動に強い予測値を算出 することが可能である。すなわち、縦方向の相関が強い画像に対しては、 mよりも nの 値を大きくすることで対応する。なおプログレッシブ画像の場合における上記係数の 値としては、 m=0, n=lと予め決めておき、結果的に従来の MAP予測器と同様の予測 値となるようにする。
[0024] 画像フォーマット 012は、画像処理装置（図示せず)から本画像データ圧縮装置に 提供されるが、一般的に画像データフォーマットは、横方向に画素相関が強い画像 か縦方向に画素相関が強い画像かを示す信号として指示される。すなわち上記した インターレース画像は、横方向に画素相関が強い画像で、また上記したプログレッシ ブ画像は縦方向に画素相関が強 、画像 (横方向の画素相関が縦方向の相関よりも 強いというわけではない画像)であるとして指示される。また画像フォーマットが、例え ば画像データのサンプリングフォーマットを示す信号であるとしても同様である。
[0025] 予測値決定モジュール 013は、予測値候補 l〜kのうちどれを予測値にするかを以 下の図 6及び図 7に示す二つの対応表を元に決定し、制御信号 014としてマルチプレ クサ (MPX)015に送信する。図 6は、周辺画素 A, Bおよび Cの画素レベル値の大小を 比較して周辺画素 A, Bおよび Cの中間値を算出した結果を元に、予測値候補 (1)〜（ 3)に絞り込むための中間値対応表である。図 6に示す予測値候補 (1)〜(3)と中間値 との対応付けは、圧縮側、復元側とで同じ対応になっている必要がある。そのため図 6に対応して復元側に予測値候補 ( 1)〜(3)と中間値との対応付けを表す中間値対応 表（図 17参照）を持たせる。これについては後述する。 [0026] 図 7は、図 6で絞り込んだ予測値候補 (1)〜(3)と、画像フォーマット 012が横方向に 画素相関が強 、画像 (インターレース画像)かまたは縦方向に画素相関が強 、画像 (プログレッシブ画像)かで、最終的に予測値候補 l〜kのうちどれを予測値に使用す るかを示す制御信号 014をマルチプレクサ (MPX)015に送信する中間値.画像フォー マット対応表である。制御信号 014として出力されるのは、図 7の対応表に示されるよ うに (000〜101)の 3ビット信号である。なお、上記したように予測値候補算出モジユー ル 011から係数 m, nが考慮されたインターレース画像についての 3つの予測値候補" A", "(m*A + n*C)/(m+ n)，，， "A + (m*A + n*C)/(m + n)— (m*A + n*B)/(m + n)，，の 算出出力が追加される場合には、予測値候補 (1)〜(3)に対応して横方向画素相関 が強 、画像欄に制御信号 (この場合は 4ビットで表現される）によって識別される予測 値候ネ ΐ"Α", "(m*A + n*C)/(m+ n)，，， "A + (m*A + n*C)/(m + n)— (m*A + n*B)/(m + n)"が付加されることになる。また、図 7に示す中間値と画像フォーマットの対応付け は、圧縮側、復元側とで同じ対応になっている必要がある。そのため図 7に対応して 復元側に中間値と画像フォーマットの対応付けを表す中間値 ·画像フォーマット対応 表（図 18参照）を持たせる。これについては後述する。
[0027] マルチプレクサ (MPX)015は、制御信号 014をもとに、予測値候補 l〜kのうちどれを 予測値として選択するかを決定する。図 8は、制御信号 014と上述した予測値候補 1 〜6との対応関係を示す対応テーブルである。すなわち、制御信号 (000)は予測値候 補 1に対応し、制御信号 (001)は予測値候補 2に対応し、制御信号 (010)は予測値候補 3に対応し、制御信号 (011)は予測値候補 4に対応し、制御信号 (100)は予測値候補 5 に対応し、制御信号 (101)は予測値候補 6に対応するようにされる。なお、上記したよう に予測値候補算出モジュール 011から係数 m, nが考慮されたインターレース画像に ついての 3つの予測値候補" A", "(m*A + n*C)/(m+ n)，，， "A + (m*A + n*C)/(m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)"の算出出力が追加される場合には、図 8の表において使用 する予測値候補として予測値候補" A", "(m*A + n*C)/(m+ n)", "A + (m*A + n*C)/( m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)"が付加されることになる。そのうえ制御信号も追加さ れた 3つの予測値候補を識別できるビット幅の制御信号 (この場合は 4ビット信号)が 必要となる。そして図 8に示す制御信号と予測値候補との対応付けは、圧縮側、復元 側とで同じ対応になっている必要がある。図 8に対応して復元側に制御信号と予測 値候補との対応付けを表す対応テーブル（図 19参照）を持たせる。これについては 後述する。なお、本実施形態では制御信号 014として 3ビットの制御信号 (000)ないし 制御信号 (101)を対応付けているが、予測値候補 1〜6に対応付けることができるもの であればこのような形式の制御信号でなくても構わない。
[0028] なお、インターレースかプログレッシブかに限らず、画像データのサンプリングフォ 一マットを示す信号でどの予測値を使うかを示す対応表を予測値決定モジュール 01 3に保持しておき、これを元に予測値を決定することもできる。
[0029] また図示して!/ヽな 、が予測値決定モジュール 013から画像データのサンプリングフ ォーマットを示す制御信号を予測値候補算出モジュール 011に送信し、これをもとに 予測値候補算出モジュール 011は、上述した係数 m, nの値を決定するようにしても良 い。
[0030] 図 9Aは、本発明の実施形態に係る画像データ圧縮 (符号化)装置の動作を説明す るためのフローチャートである。図 9Bは、図 9Aにおけるステップ S008における"ロー カルデコーダ"の処理を説明するフローチャートである。図 9Aおよび図 9Bにおいて はステップを Sと略記する。
[0031] 図 9Aにおけるステップの説明に入る前に本例では全画像データ分について処理 が終了するまでループすることを前提として 、ることに注意された 、。
S001：画像データ 001から圧縮対象画素 X(002)を取得する。
S002 :予測値決定モジュール 013で、周辺画素 A(007), C(009), B(010)における画素 レベル値の大小関係を比較する。この大小関係と画像フォーマット 012をもとに図 6及 び図 7に示した対応表を参照し、制御信号 014をマルチプレクサ (MPX)015に送信す る。
S003 :予測値候補算出モジュール 011で、周辺画素 A(007), C(009), B(010)をもとに 予測値候補 1〜6を算出する。この場合、整数演算およびシフト演算で予測値を算出 する。そして整数演算時は (2A+C-B+ /2および (A+C+ /2の小数点以下は切り捨て る。実数演算時は、 1加算して切り捨てずに (2A+C-B)/2および (A+C)/2の値をそのま ま使う。 S004:MPX015で、予測値候補 1〜6および制御信号 014をもとに予測値を決定する。 S005：圧縮対象画素 002の画素レベル値から予測値 006を減算し、予測誤差を算出 する。
S006：予測誤差を量子化器 003で量子化し、量子化値と量子化番号を取得する。 S007 :可変長符号化器 004で量子化番号をもとに可変長符号を生成する。この符号 は Golomb符号でも算術符号でも構わないものとする。
S008 :次の画素を圧縮するために、周辺画素 A, Bおよび Cと予測用ラインバッファ 008 を更新 (ローカルデコーダ)する。
5009：周辺画素 C(009)を次の圧縮対象画素の周辺画素 B(010)として代入する。
5010：予測用ラインバッファ 008から次の圧縮対象画素の周辺画素 C(009)を取得する
S011 :周辺画素 A(007)を予測用ラインバッファ 008に代入する。
S012：量子化値と予測値を加算し、次の圧縮対象画素の周辺画素 A(007)として代入 する。
[0032] また、例えば予測用ラインバッファ 008と圧縮対象画素 X(002)が図 10に示されるよう な値である場合、インターレース向け予測器およびプログレッシブ向け予測器の量子 化結果は図 11および図 12に示す表のように表される。予測用ラインバッファ 008と圧 縮対象画素 X(002)が図 10に示すようなピクセル値を取るとき、図 11および図 12に示 す表は、上述した図 9 Aおよび図 9Bに示した本発明の実施形態に係る画像データ 圧縮 (符号化)装置の動作力も簡単に導き出すことができる。この場合、前回圧縮時の 画素 C(009)は今回圧縮時の画素 B(010)となり、前回の"予測値 +予測誤差量子化値 "は今回の画素 A(007)となる。
[0033] 図 13は、本発明の実施形態に係る画像データ圧縮装置のシステム構成を示す機 能ブロック図であり、上記で説明した内容を機能化してブロックで表現したものである 。図 13において本発明の実施形態に係る画像データ圧縮装置は、圧縮処理すべき 画像データ 102を圧縮処理部 110に入力し、圧縮処理部 110では、まず入力された画 像データ 102をライン毎に読込部 111で読み込んで圧縮対象画素を抽出し、抽出した 圧縮対象画素に対して予測処理部 112では、図 6に示したような中間値対応テープ ル 113、図 7に示したような中間値'画像フォーマット対応テーブル 114を参照して、図 3の予測値候補算出モジュール 011に相当する予測値候補算出部 115で予測値候補 を算出し、また、 MPX015に相当する予測値決定部 116では画像フォーマット 104を元 に算出された予測値候補の中から予測値を決定し、決定した予測値と圧縮対象画素 との差分力 予測誤差を求め、この予測誤差を量子化部 003に相当する量子化処理 部 115に入力し、量子化処理部 117では図 5に示したような量子化テーブル 118を参 照して予測誤差力 予測誤差量子化値と量子化番号を得るとともに量子化番号を入 力して、可変長符号化器 004に相当する符号化処理部 119から可変長符号 (圧縮符 号)を得てこれを圧縮処理部 110の出力として蓄積して圧縮データ 106を得るものであ る。
[0034] このように本発明の画像データ圧縮装置によれば、画像フォーマットに応じて予測 値を使 、分けることで、それぞれの画像フォーマットに対して予測誤差を軽減させる ことが可能となるので、圧縮効率を高めることができる。また画像フォーマットに応じて 予測値を切り替えるだけでよいため、実装時のプログラム、回路構成の単純ィ匕を図る ことができる。
[0035] 上記では、 A, Bおよびじの中間値を求めて、中間値対応表をもとにどの予測値候 補を選択するかを決定して ヽたが、予測値候補を算出してから予測値候補の中間値 を求めるようにしても良い。
[0036] また、上記では、インターレース向けの予測値は (A+C)/2, Aおよび (2A+C- B)/2で あつたが、予測値候補算出モジュール 011において、画素レベル値 A, Bおよびじから 係数 m, nを用いて、 "A", "(m*A + n*C)/(m + n)，，および" A + (m*A + n*C)/(m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)"を算出し、係数 m, nは共に 0をとらないある値 (0を含む正の整 数）であって、かつシフト演算による処理が可能なように m + nの値が 2の i乗であるよう な値を代入して、例えばインターレース向けの予測値として" A", "(A + 3*C)/4"およ び" (4*A + 3*C - 3*B)/4"を使用して縦方向の画素レベル値の変動に強い予測値の 算出が可能である。
[0037] またインターレースかプログレッシブかの画像フォーマットに限らず、画像データの サンプリングフォーマットを示す信号で予測値を使い分けても同様な効果が生じる。 例えば、一般的な DVDに格納されて!、る画像データのサンプリングフォーマットは 、通常、 4:2:2フォーマットになっている。これは、 Y成分 (輝度成分)の画像サイズは 7 20 X 480、 C成分（色成分）の横画像サイズは Y成分の半分になっている。このため、 C成分は縦方向に相関が強い画像データになっているので、このため係数 m, nに関 しては mより nの値を大きくとることで対応が可能である。つまり、縦方向の相関が強い 周辺画素に対する比重を重くする (nの値を大きくする）ことによって、予測誤差の悪 化を防ぐことが可能になる。例えば、画像データのサンプリングフォーマット 4:2:2,画 像サイズ 720 X 480のインターレース画像に対して、 C成分の場合は、 m=l, n=3として 縦方向に相関のある画像データとしての対応を行 ヽ、 Y成分にっ ヽては画像サイズ 7 20 X 480の場合は、 m=l, n=lとすることで、横方向に相関のある画像データとしての 対応を行う。横方向に相関のある画像データの場合における係数 m, nに関しては m と nとを同じ値にし、それでも予測誤差の悪ィ匕が認められるようなら nより mの値を大きく とることで対応が可能である。さらに別の例として画像データのサンプリングフォーマ ット力 4:4:4フォーマットで、画像サイズが 800 X 480のプログレッシブ画像の場合に は、 m=0, n=lとする。
[0038] さらにフィールドメモリ (1ライン分のバッファ)のみを利用し、フレームメモリが不必要 なため、実装時コストを削減できる。
また、上記では、予測値候補算出モジュール 011が、予測値候補を k個 (上述の説 明では 6個）算出して、図 6、図 7をもとに絞り込まれた制御信号をもとにマルチプレク サ (MPX)015で 1つの予測値を選択している。このような処理順序によれば、予測値候 補を図 6、図 7で絞り込むのと、予測値算出とを同じタイミングで実行することが可能 になり、処理速度を向上させることできる。すなわち、予測値決定モジュール及び予 測値算出モジュールのそれぞれにおいてパラレル処理し、各予測値候補の算出を 終了した段階で、どの予測値を使うかを決定できるので、このパラレル処理によって 高速にデータ圧縮を行うことが可能になる。また予測値決定モジュール及び予測値 算出モジュールにおいてはテーブルを用いて演算処理するので、プログラム処理を 高速ィ匕することが可能である。
[0039] 一方、処理速度を重視せず構成規模を削減する場合の実装としては、図 6の中間 値対応表を構成から外し、図 7をもとに予め分力ゝる画像フォーマットに応じて先に 3つ の予測値を算出して、 3つの予測値の中から中間値を直接求める、という構成も考え られる。さらに、別のパターンとして、図 6の中間値対応表でどの予測値候補式により 算出すればよいかを決定して、該決定した 1つの式のみ計算処理を実行することで、 複数算出した予測値の中から採用すべき 1つを選択する構成を削減する方法も考え られる。
[0040] なお、本発明の画像データ圧縮装置は、処理対象とする画像がプログレッシブ画 像の場合はフレーム単位で、インターレース画像の場合にはフィールド単位で画面 の上部から下部へ向けた順で、ストリーム状に流れてくる画像データを処理対象とす る。また、圧縮符号化後の圧縮データは、本装置が接続している伝送路の伝送規約 に従って、一定のサイズ毎にパケットィ匕されて転送されることになる。
[0041] 図 14は本発明の実施形態に係る画像データ復元 (復号化)装置の構成を示すプロ ック図である。図 14において、圧縮符号 021は、上記図 3に示した本発明の実施形態 に係る画像データ圧縮 (符号化)装置の出力である可変長符号化された画像データ の圧縮符号を表している。そして逆符号化器 022は、画像データの圧縮された符号を 入力として、その符号に該当する量子化番号を出力する。逆量子化器 023は、量子 化番号を入力として、予測誤差の量子化値 X(024)を出力する。
[0042] 図 15は、逆量子化器 023に備えられた上記量子化番号に対する予測誤差量子化 値の対応付けを表す逆量子化テーブルである。図 15に示す逆量子化テーブルでは 、量子化番号を入力として、予測誤差量子化値を出力する。図 15に示す予測誤差 量子化値と量子化番号の対応付けは、復元側、圧縮側とで同じ対応になっている必 要がある。そのため図 15に対応して圧縮側に予測誤差量子化値と量子化番号の対 応付けを表す量子化テーブル（図 5参照）を備えて!/、る。
[0043] また図 16は画像フォーマット 032が、例えば、インターレース画像、または、プログレ ッシブ画像、であるときの復元対象画素 Xと周辺画素との配置関係を示す図である。 なお図 15にお 、てラインは破線で示されて 、る。
[0044] 予測誤差量子化値 X(024)は、予測値 X' (026)と加算して復元画像データ 025を得る とともに、次の復元対象画素の周辺画素 A(027)にもなる。 周辺画素 A(027)は、図 16に示されているように、復元対象画素の左の画素である。 予測用ラインバッファ 028は、予測用として量子化結果約 1ライン分を保持するバッフ ァで、例えばシフトレジスタで構成される。図 16に示されているように、周辺画素 C(02 9)は、復元対象画素の上 (前ライン)の画素であり、周辺画素 B(030)は、復元対象画素 の左上 (前ライン)の画素である。
[0045] 予測値 X' (026)は、周辺画素 A(027), C(029), B(030)をもとに予測値候補算出モジ ユール 031により算出された予測値候補の 1つである力 はじめに画像フォーマットが プログレッシブ画像の場合の予測値候補の算出について説明する。図 16に示すよう にプログレッシブ画像の場合は、 1ライン前に処理した画素 C,Bの画素レベル値と同 じラインの中で一つ前に処理した画素 Aの画素レベル値を用いて 3つの方向の相関 を考慮した予測値 X' (026)の予測値候補は、 A,C, (A+C-B)となる。
[0046] つぎに、画像フォーマットがインターレース画像の場合の予測値候補の算出につい て説明する。図 16に示すようにインターレース画像の場合は、偶数ラインと奇数ライ ンが交互に送信されるため、フレームメモリなどを持たずにライン単位で処理を行うに は相関の低い 2ライン前に処理した画素を使うことになる。このため、直接 2ライン前 に処理した画素 C,Bの画素レベル値を使用せずに、 2つのライン間の画素として、画 素 Cと画素 Xとの間の画素 C'、及び、画素 Bと画素 Aとの間の画素 B'を想定して上記 したプログレッシブ画像と同じように処理するために画素 C ' ,Β 'の画素レベル値を画 素 Αと Cの補間値" (A+C)/2"及び画素 Αと Βの補間値" (2A+C- Β)/2"を使い、さらに同 じラインの中で一つ前に処理した画素 Αの画素レベル値を用いて 3つの方向の相関 を考慮した予測値 X' (026)の予測値候補は、 A, (A+O/2, (2A+C-B)/2となる。
[0047] このように予測値候補算出モジュール 031は、周辺画素 A(027), C(029), B(030)をも とに以下に示す予測値候補 l〜k (本実施形態の説明では k=6とする）を算出しマルチ プレクサ (MPX)035に送信する。すなわち、
予測値候補 l : (A+C)/2
予測値候補 2 : A
予測値候補 3 : (2A+C-B)/2
予測値候補 4: C 予測値候補 5 : A
予測値候補 6 :A+C-B
上記において予測値候補算出モジュール 031は、インターレース画像の場合に予 測値として、係数 m, nの値が共に 0をとらないある値（0を含む正の整数）であって、か つシフト演算による処理が可能なように m + nの値が 2の i乗であるような係数 m, nを用 いて、インターレース画像の予測値としては、 3つの予測値候補" A", "(m*A + n*C)/ (m+ n)", "A + (m*A + n*C)/(m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)"の中間値とすることがで きる。このような予測値を得るには、上記した予測値候補算出モジュール 031は、上記 予測値候補 1〜6のほかに、予測値候補？〜 9としての 3つの予測値候補" A", "(m*A + n*C)/(m+ n)，，, "A + (m*A + n*C)/(m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)，，を算出する。そ の結果、 kの値は 9となる。すなわち係数 m, nが考慮されたインターレース画像の場合 には、上述した係数が考慮されて ヽな 、インターレース画像またはプログレッシブが 画像のほかに、画像フォーマットが 1つ加わることになるので、 kの値は 9となる。このう えさらに画像フォーマット数が増えることになれば kは画像フォーマット数の 3倍となる
[0048] なお係数 m, nとして、例えば m=l, n=3を用いたインターレース向けの予測値として、
"A", "(A + 3*C)/4"および" (4*A + 3*C - 3*B)/4"を使用して縦方向の画素レベル 値の変動に強 、予測値を算出することが可能である。なおプログレッシブ画像の場 合における上記係数の値としては、 m=0, n=lと予め決めておき、結果的に従来の MA P予測器と同様の予測値となるようにする。
[0049] 画像フォーマット 032は、画像処理装置（図示せず)から本画像データ復元装置に 提供されるが、一般的に画像データフォーマットは、横方向に画素相関が強い画像 か縦方向に画素相関が強い画像かを示す信号として指示される。すなわち上記した インターレース画像は、横方向に画素相関が強い画像で、また上記したプログレッシ ブ画像は縦方向に画素相関が強 、画像であるとして指示される。また画像フォーマ ットが、例えば画像データのサンプリングフォーマットを示す信号であるとしても同様 である。
[0050] 予測値決定モジュール 033は、予測値候補 l〜kのうちどれを予測値にするかを以 下の図 17及び図 18に示す二つの対応表を元に決定し、制御信号 034としてマルチ プレクサ (MPX)035に送信する。図 17は、周辺画素 A, Bおよび Cの画素レベル値の 大小を比較して周辺画素 A, Bおよび Cの中間値を算出した結果を元に、予測値候補 (1)〜(3)に絞り込むための中間値対応表である。図 17に対応して圧縮側に予測値候 補 (1)〜(3)と中間値との対応付けを表す中間値対応表 (図 6参照）に持たせている。
[0051] 図 18は、図 17で絞り込んだ予測値候補 (1)〜(3)と、画像フォーマット 032がインター レース画像かまたはプログレッシブ画像かの区別とで、最終的に予測値候補 l〜kの うちどれを予測値に使用するかを示す制御信号 034をマルチプレクサ (MPX)035に送 信する中間値 ·画像フォーマット対応表である。制御信号 034として出力されるのは、 図 18の対応表に示されるように (000〜101)の 3ビット信号である。なお、上記したよう に予測値候補算出モジュール 031から係数 m, nが考慮されたインターレース画像に ついての 3つの予測値候補" A", "(m*A + n*C)/(m+ n)，，， "A + (m*A + n*C)/(m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)"の算出出力が追加される場合には、予測値候補 (1)〜(3)に 対応して横方向画素相関が強い画像欄に制御信号 (この場合は 4ビットで表現され る）によって識別される予測値候補" A", "(m*A + n*C)/(m+ n)", "A + (m*A + n*C)/ (m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)"が付加されることになる。また、図 18に対応して圧縮 側に中間値と画像フォーマットの対応付けを表す中間値 ·画像フォーマット対応表（ 図 7参照）を持たせている。
[0052] マルチプレクサ (MPX)035は、制御信号 034をもとに、予測値候補 l〜kのうちどれを 予測値として選択するかを決定する。図 19は、制御信号 034と上述した予測値候補 1 〜6との対応関係を示す対応テーブルである。すなわち、制御信号 (000)は予測値候 補 1に対応し、制御信号 (001)は予測値候補 2に対応し、制御信号 (010)は予測値候補 3に対応し、制御信号 (011)は予測値候補 4に対応し、制御信号 (100)は予測値候補 5 に対応し、制御信号 (101)は予測値候補 6に対応するようにされる。
[0053] なお、上記したように予測値候補算出モジュール 031から係数 m, nが考慮されたィ ンターレース画像についての 3つの予測値候補" A", "(m*A + n*C)/(m+ n)，，， "A + ( m*A + n*C)/(m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)"の算出出力が追加される場合には、図 19の表において使用する予測値候補として予測値候補" A", "(m*A + n*C)/(m+ n)" , "A + (m*A + n*C)/(m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)，，が付カ卩されることになる。そのう え制御信号も追加された 3つの予測値候補を識別できるビット幅の制御信号 (この場 合は 4ビット信号)が必要となる。図 19に対応して圧縮側に制御信号と予測値候補と の対応付けを表す対応テーブル（図 8参照）を持たせている。なお、本実施形態では 制御信号 034として 3ビットの制御信号 (000)ないし制御信号 (101)を対応付けているが 、予測値候補 1〜6に対応付けることができるものであればこのような形式の制御信号 でなくても構わない。
[0054] なお、インターレースかプログレッシブかに限らず、画像データのサンプリングフォ 一マットを示す信号でどの予測値を使うかを示す対応表を予測値決定モジュール 03 3に保持しておき、これを元に予測値を決定することもできる。
[0055] また図示して!/、な!/、が予測値決定モジュール 033から画像データのサンプリングフ ォーマットを示す制御信号を予測値候補算出モジュール 031に送信し、これをもとに 予測値候補算出モジュール 031は、上述した係数 m, nの値を決定するようにしても良 い。
[0056] 図 20Aは、本発明の実施形態に係る画像データ復元 (復号化)装置の動作を説明 するためのフローチャートである。図 20Bは、図 20Aにおけるステップ S027における" ローカルデコーダ"の処理を説明するフローチャートである。図 20Aおよび図 20Bに ぉ 、てはステップを Sと略記する。
[0057] 図 20Aにおけるステップの説明に入る前に本例では全画像データ分にっ 、て処理 が終了するまでループすることを前提として 、ることに注意された 、。
S021：符号データ 021を逆符号化器 022に入力し、量子化番号を出力する。
S022：量子化番号を逆量子化器 023に入力し、予測誤差の量子化値 024を出力する
S023 :予測値決定モジュール 033で、周辺画素 A(027), C(029), B(030)における画素 レベル値の大小関係を比較する。この大小関係と画像フォーマット 032をもとに図 17 及び図 18に示した対応表を参照し、制御信号 034をマルチプレクサ (MPX)035に送信 する。
S024:予測値候補算出モジュール 031で、周辺画素 A(027), C(029), B(030)をもとに 予測値候補 1〜6を算出する。この場合、整数演算およびシフト演算で予測値を算出 する。そして整数演算時は (2A+C-B+ /2および (A+C+ /2の小数点以下は切り捨て る。実数演算時は、 1加算して切り捨てずに (2A+C-B)/2および (A+C)/2の値をそのま ま使う。
5025 :MPX035で、予測値候補 1〜6および制御信号 034をもとに予測値を決定する。
5026： S022で取得した予測誤差の量子化値と S024で取得した予測値を加算し、復元 対象画素 (復元画像データ 025)を算出する。
S027 :次の画素を復元するために、周辺画素 A, Bおよび Cと予測用ラインバッファ 028 を更新 (ローカルデコーダ)する。
5028：周辺画素 C(029)を次の復元対象画素の周辺画素 B(030)として代入する。
5029：予測用ラインバッファ 028から次の復元対象画素の周辺画素 C(029)を取得する
S030 :周辺画素 A(027)を予測用ラインバッファ 028に代入する。
S031：量子化値と予測値を加算し、次の復元対象画素の周辺画素 A(027)として代入 する。
[0058] また、例えば予測用ラインバッファ 028が図 21に示されるような値である場合、インタ 一レース向け予測器およびプログレッシブ向け予測器の量子化結果は図 22および 図 23に示す表のように表される。予測用ラインバッファ 028が図 21に示すようなピクセ ル値を取るとき、図 22および図 23に示す表は、上述した図 20Aおよび図 20Bに示し た本発明の実施形態に係る画像データ復元 (復号化)装置の動作力 簡単に導き出 すことができる。この場合、前回復元時の画素 C(029)は今回復元時の画素 B(030)と なり、前回の"予測値 +予測誤差量子化値"は今回の画素 A(027)となる。
[0059] 図 24は、本発明の実施形態に係る画像データ復元装置のシステム構成を示す機 能ブロック図であり、上記で説明した内容を機能化してブロックで表現したものである 。図 24において本発明の実施形態に係る画像データ復元装置は、上述した画像デ ータ圧縮装置の出力である圧縮データ 202を復元処理部 210に入力し、復元処理部 2 10では、まず入力された画像データ 202を図 14の逆符号化器 022に相当する逆符号 化処理部 211に入力し、逆符号化処理部 211から量子化番号を得る。ついで量子化 番号を逆量子化器 023に相当する逆量子化処理部 212に入力する。逆量子化処理 部 212では図 15に示したような逆量子化テーブル 213を参照して量子化番号から予 測誤差量子化値を得る。得られた予測誤差量子化値を予測処理部 214に入力する。 予測処理部 214では、図 17に示したような中間値対応テーブル 215、図 18に示したよ うな中間値 ·画像フォーマット対応テーブル 216を参照して、予測値候補算出モジュ ール 031に相当する予測値候補算出部 217で予測値候補を算出し、また MPX035〖こ 相当する予測値決定部 218では画像フォーマット 204を元に予測値候補算出部 217で 算出された予測値候補の中から予測値を決定する。そして、予測処理部 214は、出 力として予測値候補算出部 217で算出した予測誤差量子化値と予測値決定部 218で 決定した予測値とを出力し、出力した予測値と予測誤差量子化値を復元値算出部 21 9に入力する。復元値算出部 219は入力された予測値と予測誤差量子化値を加算し て復元画素値を得るとともにこれを蓄積して復元 (画像)データ 206を得るものである。
[0060] このように本発明の画像データ復元装置は、画像フォーマットに応じて予測値を使 い分けることで、それぞれの画像フォーマットに対して予測誤差を軽減させることが可 能となるので、復元効率を高めることができる。また画像フォーマットに応じて予測値 を切り替えるだけでよいため、実装時のプログラム、回路構成の単純ィ匕を図ることが できる。
[0061] なお上記では、 A, Bおよび Cの中間値を求めて、中間値対応表をもとにどの予測値 候補を選択するかを決定して ヽたが、予測値候補を算出してから予測値候補の中間 値を求めるようにしても良 、。
[0062] また、上記では、インターレース画像向けの予測値は (A+C)/2, Aおよび (2A+C-B)/ 2であったが、予測値候補算出モジュールにおいて、画素レベル値 A, Bおよびじから 係数 m, nを用いて、 "A", "(m*A + n*C)/(m + n)，，および" A + (m*A + n*C)/(m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)"を算出し、係数 m, nは共に 0をとらないある値を代入して、イン ターレース向けの予測値として" A", "(A + 3*C)/4"および" (4*A + 3*C - 3*B)/4"を 使用して縦方向の画素レベル値の変動に強い予測値の算出が可能である。さらに、 予測値決定モジュール及び予測値算出モジュールのそれぞれにお 、てパラレル処 理し、各予測値候補の算出を終了した段階で、どの予測値を使うかを決定できるの で、このパラレル処理によって高速にデータ復元を行うことが可能になる。
[0063] またインターレースかプログレッシブかの画像フォーマットに限らず、画像データの サンプリングフォーマットを示す信号で予測値を使い分けても同様な効果が生じる。 例えば、一般的な DVDに格納されて!、る画像データのサンプリングフォーマットは 、通常、 4:2:2フォーマットになっている。これは、 Y成分 (輝度成分)の画像サイズは 7 20 X 480、 C成分（色成分）の横画像サイズは Y成分の半分になっている。このため、 C成分は縦方向に相関のある画像データになっているので、このため係数 m, nに関 しては mより nの値を大きくとることで対応が可能である。つまり、縦方向の相関が強い 周辺画素に対する比重を重くする (nの値を大きくする）ことによって、予測誤差の悪 化を防ぐことが可能になる。例えば、画像データのサンプリングフォーマット 4:2:2,画 像サイズ 720 X 480のインターレース画像に対して、 C成分の場合は、 m=l, n=3として 縦方向に相関のある画像データとしての対応を行 ヽ、 Y成分にっ ヽては画像サイズ 7 20 X 480の場合は、 m=l, n=lとすることで、横方向に相関のある画像データとしての 対応を行う。横方向に相関のある画像データの場合における係数 m, nに関しては m と nとを同じ値にし、それでも予測誤差の悪ィ匕が認められるようなら nより mの値を大きく とることで対応が可能である。さらに別の例として画像データのサンプリングフォーマ ット力 4:4:4フォーマットで、画像サイズが 800 X 480のプログレッシブ画像の場合に は、 m=0, n=lとする。
[0064] さらにフィールドメモリ (1ライン分のバッファ)のみを利用し、フレームメモリが不必要 なため、実装時のコストを削減できる。また、予測値を切り替えるだけで、インターレー ス Zプログレッシブの両方に対応できるので、回路規模の単純ィ匕が図れる。
[0065] また、上記では、予測値候補算出モジュール 031が、予測値候補を k個（上述の説 明では 6個）算出して、図 17、図 18をもとに絞り込まれた制御信号をもとにマルチプ レクサ (MPX)035で 1つの予測値を選択している。このような処理順序によれば、予測 値候補を図 17、図 18で絞り込むのと、予測値算出とを同じタイミングで実行すること が可能になり、処理速度を向上させることできる。すなわち、予測値決定モジュール 及び予測値算出モジュールのそれぞれにお 、てパラレル処理し、各予測値候補の 算出を終了した段階で、どの予測値を使うかを決定できるので、このパラレル処理に よって高速にデータ圧縮を行うことが可能になる。また予測値決定モジュール及び予 測値算出モジュールにお 、てはテーブルを用いて演算処理するので、プログラム処 理を高速ィ匕することが可能である。
[0066] 一方、処理速度を重視せず構成規模を削減する場合の実装としては、図 17の中 間値対応表を構成から外し、図 18をもとに予め分力ゝる画像フォーマットに応じて先に 3つの予測値を算出して、 3つの予測値の中から中間値を直接求める、という構成も 考えられる。さらに、別のパターンとして、図 17の中間値対応表でどの予測値候補式 により算出すればよいかを決定して、該決定した 1つの式のみ計算処理を実行するこ とで、複数算出した予測値の中から採用すべき 1つを選択する構成を削減する方法 ち考免られる。
産業上の利用可能性
[0067] 本発明の画像データ圧縮装置および画像データ復元装置は、 1チップ LSI化され て所望のアプリケーション機器に搭載可能で、例えばカーナビを含む車内映像デー タ伝送システムや各種アミューズメント (ゲーム、アニメなど)機器への適用が考えられ る。一例として車内映像データ伝送システムでは、リア側にもディスプレイが設置され 、フロント側とは異なる映像を鑑賞できることが望まれる。そのため、フロント側に実装 された映像データ処理装置で処理した画像データを圧縮してリア側に伝送し、リア側 ではそれを復元して画像データを表示する。画像データを中継する場合には各中継 点で圧縮、復元が繰り返されることになる。

Claims

請求の範囲
[1] 画像データを圧縮する際に、圧縮対象画素の画素レベル値を予測する予測器を 有し、該予測器の予測結果と実際の画素レベル値の差分値を量子化してから符号 化又は差分値をもとに符号化する画像データ圧縮装置であって、前記予測器は、圧 縮対象画素周辺の画素レベル値および画像フォーマットに基づいて予測値を決定 することを特徴とする画像データ圧縮装置。
[2] 前記画像フォーマットは、横方向画素相関が強い画像か縦方向画素相関が強い画 像かの!/ヽずれかを指示するものであることを特徴とする請求項 1に記載の画像データ 圧縮装置。
[3] 横方向画素相関が強い画像力 Sインターレース画像であり、また縦方向画素相関が 強い画像がプログレッシブ画像であることを特徴とする請求項 2に記載の画像データ 圧縮装置。
[4] 前横方向画素相関が強 、画像か縦方向画素相関が強 、画像かの 、ずれかがサン プリングフォーマットによって規定されていることを特徴とする請求項 2に記載の画像 データ圧縮装置。
[5] 前記圧縮対象画素の、左の画素を A、上の画素を C、左上の画素を B、係数 mと nが 共に 0をとらないある値とし、前記予測値は、 3つの予測値候補" A", "(m*A + n*C)/( m + n)，，， "A + (m*A + n*C)/(m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)，，の中間値とすることを特 徴とする請求項 2に記載の画像データ圧縮装置。
[6] 前記画像データがプログレッシブ画像のときは mを 0、 nを 1とし、前記画像データが インターレース画像のときは mを l、nを 1または 3とすることを特徴とする請求項 5に記 載の画像データ圧縮装置。
[7] 前記圧縮対象画素の、左の画素を A、上の画素を C、左上の画素を B、係数 mと nが 共に 0をとらないある値とし、前記圧縮対象画素の周辺の画素 A, Bおよび Cの中間値 を求め、前記中間値力 のときは予測値を" A"とし、前記中間値が Cのときは予測値 を" (m*A + n*C)/(m + n)"とし、前記中間値力 ¾のときは予測値を" A + (m*A + n*C)/( m + n) - (m*A + n*B)/(m + n)"とすることを特徴とする請求項 2に記載の画像データ 圧縮装置。
[8] 前記係数 mと nとは、前記サンプリングフォーマットに応じて規定されることを特徴と する請求項 5に記載の画像データ圧縮装置。
[9] 前記予測器は、前記圧縮対象画素の周辺の画素の、左の画素を A、上の画素を C 、左上の画素を Bとし、前記画素 A, Cおよび Bの画素値をもとに複数の予測値候補を 算出する予測候補算出モジュールと、中間値対応表及び中間値 ·画像フォーマット 対応表を元に前記複数の予測値候補のうちどれを予測値にするかを決定し、制御信 号としてマルチプレクサに送信する予測値決定モジュールと、前記制御信号に基づ V、て複数の予測値候補の!/、ずれか一つを予測値として出力するマルチプレクサと、 前記周辺の画素 A, Bおよび Cの画素値を保持する複数のレジスタと、 1ライン分の画 素値を保持するラインバッファと、力も成ることを特徴とする請求項 1から 8の 、ずれか に記載の画像データ圧縮装置。
[10] 圧縮対象画素の画素レベル値を予測する予測器を備えた画像データ圧縮装置に おいて、
符号ィ匕する前に圧縮対象画素の周辺の画素につき、左の画素を A、上の画素を C 、左上の画素を Bとし、前記画素 A, Cおよび Bの画素値および直近 1ライン分の画素 値を保持する過程と、
保持された前記周辺の画素 A, Cおよび Bの画素値をもとに複数の予測値候補を算 出する過程と、
中間値対応表及び中間値 ·画像フォーマット対応表を元に前記複数の予測値候補 のうちどれを予測値にするかを決定し、制御信号を送信する過程と、
前記制御信号を受信し複数の予測値候補のいずれか一つを予測値として出力す る過程と、
出力された予測値と圧縮対象画素とから予測誤差を算出し、算出した予測誤差を 量子化器に入力して量子化番号を取得し、該量子化番号を符号器に入力して圧縮 符号を得る過程と、
を含むことを特徴とする画像データ圧縮方法。
[11] 圧縮対象画素の画素レベル値を予測しながら画像データの圧縮を行うためのプロ グラムであって、コンピュータに、 符号ィ匕する前に圧縮対象画素の周辺の画素につき、左の画素を A、上の画素を C 、左上の画素を Bとし、前記画素 A, Cおよび Bの画素値および直近 1ライン分の画素 値を保持するステップ、
保持された前記周辺の画素 A, Cおよび Bの画素値をもとに複数の予測値候補を算 出するステップ、
中間値対応表及び中間値 ·画像フォーマット対応表を元に前記複数の予測値候補 を絞り込んで 1つの予測値を決定して出力するステップ、
出力された予測値と圧縮対象画素とから予測誤差を算出し、該予測誤差を量子化 テーブルに入力して量子化番号を取得し、該量子化番号を符号ィ匕テーブルに入力 して圧縮符号を得るステップ、
を実行させるためのプログラム。
[12] 圧縮対象画素周辺の画素レベル値および画像フォーマットに基づ!/ヽて予測値を決 定する予測器を備えた画像データ圧縮装置で圧縮された画像データを復元する画 像データ復元装置であって、圧縮対象画素周辺の画素レベル値および画像フォー マットに基づ 、て予測値を決定する予測器を有し、該予測器で決定された予測値と 前記圧縮された画像データを逆符号化器および逆量子化器を介して得た予測誤差 量子化値とを加算して復元画素データを得るとともに次の周辺画素値を得ることを特 徴とする画像データ復元装置。
[13] 圧縮対象画素周辺の画素レベル値および画像フォーマットに基づ!/ヽて予測値を決 定する予測器を備えた画像データ圧縮装置で圧縮された画像データを復元する画 像データ復元装置であって、
圧縮された符号を復元する前に復元対象画素の周辺の画素につき、左の画素を A 、上の画素を C、左上の画素を Bとし、前記画素 A, Cおよび Bの画素値および直近 1ラ イン分の画素値を保持する過程と、
保持された前記周辺の画素 A, Cおよび Bの画素値をもとに複数の予測値候補を算 出する過程と、
中間値対応表及び中間値 ·画像フォーマット対応表を元に前記複数の予測値候補 のうちどれを予測値にするかを決定し、制御信号を送信する過程と、 前記制御信号を受信し複数の予測値候補のいずれか一つを予測値として出力す る過程と、
圧縮された符号データを逆符号化器に入力して量子化番号を取得し、量子化番号 を逆量子化器に入力して予測誤差量子化値を取得し、取得した予測誤差量子化値 と前記予測値とから画素値を復元する過程と、
を含むことを特徴とする画像データ復元方法。
圧縮対象画素周辺の画素レベル値および画像フォーマットに基づいて予測値を決 定する予測器を備えた画像データ圧縮装置で圧縮された画像データを復元するた めのプログラムであって、コンピュータに、
圧縮された符号を復元する前に復元対象画素の周辺の画素につき、左の画素を A 、上の画素を C、左上の画素を Bとし、前記画素 A, Cおよび Bの画素値および直近 1ラ イン分の画素値を保持するステップ、
保持された前記周辺の画素 A, Cおよび Bの画素値をもとに複数の予測値候補を算 出するステップ、
中間値対応表及び中間値 ·画像フォーマット対応表を元に前記複数の予測値候補 を絞り込んで 1つの予測値を決定して出力するステップ、
圧縮された符号データを逆符号化器に入力して量子化番号を取得し、量子化番号 を逆量子化器に入力して予測誤差量子化値を取得し、取得した予測誤差量子化値 と前記予測値とから画素値を復元するステップ、
を実行させるためのプログラム。
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