WO2011114504A1 - 符号化装置 - Google Patents

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直人 伊達
古藤　晋一郎
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株式会社 東芝
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/102—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or selection affected or controlled by the adaptive coding
    • H04N19/124—Quantisation

Definitions

  • the present invention relates to the coding of images.
  • encoding also referred to as compression
  • various coding techniques have been devised, and one of them is DPCM (Differential Pulse Code Modulation) coding.
  • a general DPCM coding apparatus calculates the difference between an input pixel and a prediction pixel, quantizes the difference, and codes the quantization value sequentially. Also, the encoding apparatus inversely quantizes the difference and adds it to the predicted pixel to generate a locally decoded pixel. Furthermore, the encoding apparatus generates a predicted pixel of the next input pixel using the local decoded pixel as a reference pixel. That is, this encoding device completes the series of processing of difference calculation, quantization, inverse quantization, reference pixel generation and prediction pixel generation of the next input pixel for the current input pixel, and then predicts the next input pixel. It shifts to coding.
  • this series of processing is referred to as a coding loop. If the pixels are input to the encoder in synchronization with the clock, the higher the input speed, the shorter the clock period. The shorter the clock period, the more difficult it is to complete the encoding loop in one clock period, and the need for multiple clock periods to complete one encoding loop. That is, the coding rate of the pixel is less than the input rate of the pixel. In such a situation, the coding device may reduce the data throughput of the system, which may become a communication bottleneck.
  • Patent Document 1 proposes a technique for speeding up the DPCM coding apparatus. Specifically, the encoding device of Patent Document 1 also calculates the difference between the input pixel and the predicted pixel, quantizes this difference, and sequentially encodes this quantized value. On the other hand, the encoding apparatus inversely quantizes the difference and adds it to the predicted pixel to generate a predicted pixel of the next input pixel. That is, according to the coding device of Patent Document 1, the generation of the reference pixel in the above-described coding loop and the prediction pixel generation of the next input pixel can be integrated.
  • the coding apparatus of Patent Document 1 can expect high-speed processing as compared to the general DPCM coding apparatus. However, the encoding apparatus of Patent Document 1 can not shift to processing of the next input pixel until the encoding loop for the current input pixel is completed (specifically, the difference calculation can not be started).
  • the conventional DPCM coding apparatus is not suitable for parallel processing (pipeline processing) because the amount of processing required to shift from the current input pixel to the processing of the next input pixel is large. Parallel processing is effective for high-speed coding because each element of the coding device can be used without wasting time.
  • the present invention aims to provide a coding device suitable for parallel processing.
  • An encoding apparatus quantizes an input pixel and performs quantization and prediction using a quantization unit for obtaining a first quantization value and a reference pixel to obtain a second quantization value.
  • An encoding apparatus quantizes an input block to obtain a first quantization block, quantizes a reference pixel, and obtains at least one quantization value.
  • the second quantization unit each target pixel in the input block, the at least one quantization value, and a quantization value of a pixel earlier in decoding order than the target pixel in the first quantization block; Using a prediction unit to obtain a second quantization block, calculating a difference between the first quantization block and the second quantization block, and encoding the difference
  • an inverse quantization unit for inversely quantizing the first quantization block to obtain a reference block based on the input block.
  • An encoding apparatus quantizes an input block and obtains a first quantization block, and an inverse quantization of the first quantization block, and the input block. Predicting each target pixel in the input block using a reference pixel and a value of a pixel earlier in decoding order than the target pixel in the reference block; A prediction unit for obtaining a prediction block; a second quantization unit for quantizing the prediction block to obtain a second quantization block; and a distance between the first quantization block and the second quantization block A calculation unit configured to calculate a difference, and an encoding unit configured to encode the difference.
  • an encoding device suitable for parallel processing can be provided.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an encoding device according to a first embodiment. Explanatory drawing of the continuous process which the encoding apparatus of FIG. 1 performs.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an encoding device according to a second embodiment. Explanatory drawing of the continuous process which the conventional encoding apparatus performs. Explanatory drawing of the continuous process which the encoding apparatus of FIG. 3 performs.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an encoding device according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an encoding device according to a fourth embodiment.
  • the encoding apparatus 100 includes a quantization unit 101, a quantization unit 102, a prediction unit 103, a difference calculation unit 104, an inverse quantization unit 105, and an encoding. It has a portion 106.
  • the encoding device 100 performs DPCM encoding on the input pixel 11 to generate encoded data 31.
  • the quantization unit 101 quantizes the input pixel 11 according to a predetermined quantization parameter to obtain a first quantization value.
  • the quantization parameter is determined by, for example, a control unit (not shown).
  • the quantization unit 101 inputs the first quantization value to the difference calculation unit 104 and the dequantization unit 105, respectively.
  • the quantization unit 102 quantizes the reference image 21 according to the predetermined quantization parameter to obtain a quantized reference image.
  • the reference image 21 includes at least one reference pixel necessary for prediction of the input pixel 11. That is, the quantized reference image corresponds to at least one reference pixel that has been quantized. Further, the reference image 21 may be stored, for example, in a memory (not shown).
  • the quantization unit 102 inputs the quantized reference image to the prediction unit 103.
  • the prediction unit 103 predicts the input pixel 11 based on the quantized reference image to obtain a second quantization value. Specifically, the prediction unit 103 performs prediction in accordance with various prediction methods such as linear prediction and nonlinear prediction (for example, median prediction in JPEG-LS).
  • the second quantization value corresponds to the quantization value of the predicted pixel of the input pixel 11.
  • the prediction unit 103 inputs the second quantization value to the difference calculation unit 104.
  • the difference calculation unit 104 calculates the difference between the first quantization value and the second quantization value, and inputs the difference to the coding unit 106. This difference corresponds to the quantization value of the prediction error of the input pixel 11.
  • the encoding unit 106 encodes the difference and outputs the result as encoded data 31 to the outside.
  • the coding unit 106 may perform entropy coding (for example, Huffman coding, arithmetic coding, etc.) in order to efficiently reduce the amount of data of the difference.
  • the inverse quantization unit 105 inversely quantizes the first quantization value according to the predetermined quantization parameter to obtain a local decoded pixel corresponding to the input pixel 11.
  • the inverse quantization unit 105 outputs this local decoded pixel as a reference pixel 41 based on the input pixel 11.
  • the reference pixel 41 is stored, for example, in a memory (not shown), and can be used as part or all of the reference image 21 for prediction of the input pixel 11 from the next time onwards.
  • the horizontal dividers conceptually indicate clock periods or other periods.
  • the input pixel X n indicates the n-th input pixel.
  • the second quantization value PQX n indicates the quantization value of the predicted pixel of the input pixel X n .
  • the numbers attached to the “quantization” and “inverse quantization” labels are indexes for identifying the quantization accuracy. That is, although the quantization accuracy of "quantization” and “dequantization” with equal indexes is the same, the quantization accuracy of "quantization” and “dequantization” with different indexes is not necessarily the same.
  • the locally decoded pixel of the current input pixel is used as a reference pixel for predicting the predicted pixel of the next input pixel in FIG. 2 for the sake of simplification, There is no such restriction.
  • the quantization unit 101 quantizes (“quantize 1”) the input pixel X n ⁇ 1 to obtain a first quantization value.
  • the first quantization value is input to the difference calculation unit 104 and the inverse quantization unit 105 in parallel.
  • the difference calculation unit 104 calculates the difference between the first quantization value and the second quantization value (PQX n-1 ), and performs encoding. Input to the part 106.
  • the difference calculation unit 104 must start calculating the difference before it starts.
  • the quantization, inverse quantization, quantization and prediction of the input pixel X n-2 need to be completed.
  • the encoding unit 106 encodes the difference and outputs encoded data.
  • the inverse quantization unit 105 inversely quantizes (“inverse quantization 1”) the first quantization value, and a reference based on the input pixel X n ⁇ 1
  • the pixel 41 is obtained.
  • the reference image 21 including the reference pixel 41 is input to the quantization unit 102.
  • the quantization unit 102 quantizes (“quantizes 2”) the reference image 21 and inputs the reference image 21 to the prediction unit 103.
  • the prediction unit 103 generates a second quantization value (PQX n ) using the quantized reference image, and inputs the second quantization value (PQX n ) to the difference calculation unit 104.
  • the input pixel X n is input to the quantization unit 101.
  • the quantization unit 101 quantizes the input pixel X n (“quantization 2”) to obtain a first quantization value.
  • the first quantization value is input to the difference calculation unit 104 and the inverse quantization unit 105 in parallel.
  • the difference calculation unit 104 calculates the difference between the first quantization value and the second quantization value (PQX n ), and inputs the difference to the coding unit 106.
  • the encoding unit 106 encodes the difference and outputs encoded data.
  • the inverse quantization unit 105 inversely quantizes (“inverse quantization 2”) the first quantization value, and the reference pixel 41 based on the input pixel X n Get
  • the reference image 21 including the reference pixel 41 is input to the quantization unit 102.
  • the quantization unit 102 quantizes (“quantizes 3”) the reference image 21 and inputs the reference image 21 to the prediction unit 103.
  • the prediction unit 103 generates a second quantization value (PQX n + 1 ) using the quantized reference image, and inputs the second quantization value (PQX n + 1 ) to the difference calculation unit 104.
  • the input pixel X n + 1 is input to the quantization unit 101.
  • the quantization unit 101 quantizes the input pixel X n + 1 (“quantization 3”) to obtain a first quantization value.
  • the first quantization value is input to the difference calculation unit 104 and the inverse quantization unit 105 in parallel.
  • the difference calculation unit 104 calculates the difference between the first quantization value and the second quantization value (PQX n + 1 ), and inputs the difference to the coding unit 106.
  • the encoding unit 106 encodes the difference and outputs encoded data.
  • the inverse quantization unit 105 inversely quantizes the first quantization value (“inverse quantization 3”), and the reference pixel 41 based on the input pixel X n + 1 Get
  • the reference image 21 including the reference pixel 41 is input to the quantization unit 102.
  • the quantization unit 102 quantizes (“quantizes 4”) the reference image 21 and inputs the reference image 21 to the prediction unit 103.
  • the prediction unit 103 generates a second quantization value (PQX n + 2 ) using the quantized reference image.
  • the encoding apparatus according to the present embodiment can sequentially fetch input pixels and perform parallel processing. That is, according to the encoding apparatus according to the present embodiment, since the operation can be performed in a clock period (high clock frequency) shorter than that in the related art, high-speed encoding can be performed.
  • the coding apparatus 200 includes a quantization unit 201, a quantization unit 202, a prediction unit 203, a difference calculation unit 204, an inverse quantization unit 205, and coding. And a unit 206.
  • Encoding apparatus 200 performs DPCM encoding on input block 12 to generate encoded data 32.
  • FIG. 3 the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and different parts will be mainly described.
  • the quantization unit 201 quantizes the input block 12 according to a predetermined parameter to obtain a first quantization block.
  • the input block 12 includes a plurality of input pixels. That is, the first quantization block includes quantization values of the plurality of input pixels.
  • the quantization parameter is determined by, for example, a control unit (not shown).
  • the quantization unit 201 inputs the first quantization block to the prediction unit 203, the difference calculation unit 204, and the dequantization unit 205, respectively.
  • the quantization unit 202 quantizes the reference image 22 in accordance with the predetermined quantization parameter to obtain a quantized reference image.
  • the reference image 22 includes at least one reference pixel necessary for prediction of a plurality of input pixels included in the input block 12. That is, the quantized reference image corresponds to at least one reference pixel that has been quantized. Further, the reference image 22 may be stored, for example, in a memory (not shown).
  • the quantization unit 202 inputs the quantized reference image to the prediction unit 203.
  • the prediction unit 203 predicts a plurality of input pixels included in the input block 12 to obtain a second quantization block. Specifically, the prediction unit 203 performs prediction according to various prediction methods such as linear prediction and non-linear prediction (for example, median prediction in JPEG-LS) on each target pixel in the input block 12. The details of reference pixels that can be used by the prediction unit 203 to predict each target pixel will be described later.
  • the second quantization block corresponds to the quantization value of the predicted pixel of the plurality of input pixels included in the input block 12. The prediction unit 203 inputs the second quantization block to the difference calculation unit 204.
  • the difference calculation unit 204 calculates the difference between the first quantization block and the second quantization block, and inputs the difference to the coding unit 206. This difference corresponds to the quantized value of the prediction error of the plurality of input pixels included in the input block 12.
  • the encoding unit 206 encodes the difference and outputs the result as encoded data 32 to the outside.
  • the coding unit 206 may perform entropy coding (for example, Huffman coding, arithmetic coding, etc.) in order to efficiently reduce the amount of data of the difference.
  • the inverse quantization unit 205 inversely quantizes the first quantization block according to the predetermined quantization parameter to obtain a local decoded block corresponding to the input block 12.
  • the inverse quantization unit 205 outputs this local decoded block as a reference block 42 based on the input block 12.
  • the reference block 42 includes a plurality of reference pixels corresponding to the plurality of input pixels included in the input block 12.
  • the plurality of reference pixels are stored, for example, in a memory (not shown), and can be used as part or all of the reference image 22 for prediction of the input block 12 from the next time onwards.
  • the prediction unit 203 individually predicts a plurality of input pixels included in the input block 12.
  • the prediction unit 203 can use, for each target pixel in the input block 12, the quantized reference image and the quantized value of the pixel in the first quantization block earlier in decoding order than the target pixel for prediction.
  • the decoding device refers to pixels in the same block that are located below the decoding target pixel or to the right of the same row (that is, later in decoding order than the decoding target pixel) Can not.
  • the prediction unit 203 refers to only the quantization value of the pixel whose decoding order is earlier than that of the target pixel. Also, for the same reason, the prediction unit 203 can not refer to the quantization value of the target pixel itself in order to predict the target pixel.
  • the conventional DPCM coding apparatus performs DPCM coding by capturing an input image in pixel units. That is, as shown in FIG. 4, the conventional DPCM coding apparatus executes DPCM coding of the first input pixel in the first period, and the decoding order of the first input pixel in the second period. DPCM coding of the second input pixel, which is late, and DPCM coding of the third input pixel, which is later in decoding order than the second input pixel, in the third period.
  • the encoding apparatus 200 performs DPCM encoding by capturing an input image in units of blocks. Specifically, as shown in FIG. 5, the encoding apparatus 200 performs the first process on the first input block in the first period, and the second process on the first input block in the second period. Performing the first process on the second input block that is later in decoding order than the first input block while performing the process of b. Above, while performing the second process on the second input block in the third period. The first processing is performed on the third input block that is later in decoding order than the second input block.
  • the first process refers to the process performed by the quantization unit 201, the quantization unit 202, and the inverse quantization unit 205.
  • the second process indicates the process performed by the prediction unit 203, the difference unit calculation unit 204, and the encoding unit 206.
  • the prediction unit 203 is included in the first input block because (the quantization values of (the quantization values of) the reference pixels necessary for the prediction of the first input block are all prepared at the start of the second period. The prediction of multiple input pixels can be performed immediately.
  • the encoding device 200 can immediately execute the first process on the second input block.
  • the encoding apparatus performs DPCM encoding by sequentially capturing an input image in units of blocks. Therefore, according to the encoding apparatus according to the present embodiment, a plurality of pixels included in the block can be processed in parallel, which enables high-speed encoding.
  • the present embodiment has been described focusing on processing in units of blocks for simplification, the present embodiment can be easily applied to pixel sets other than blocks.
  • the encoding apparatus 300 includes a quantization unit 101, a quantization unit 302, a prediction unit 303, a difference calculation unit 104, an inverse quantization unit 105, and an encoding. It has a portion 106.
  • the encoding apparatus 300 performs DPCM encoding on the input pixel 11 to generate encoded data 31.
  • FIG. 6 the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and different parts will be mainly described.
  • the prediction unit 303 predicts the input pixel 11 based on the reference image 21 to obtain a predicted pixel. Specifically, the prediction unit 303 performs prediction according to various prediction methods such as linear prediction and nonlinear prediction (for example, median prediction in JPEG-LS). The prediction unit 303 inputs the predicted pixel to the quantization unit 302.
  • the quantization unit 302 quantizes the predicted pixel according to the same quantization parameter as the quantization unit 101, and obtains the above-mentioned second quantization value.
  • the quantization unit 302 inputs the second quantization value to the difference calculation unit 104.
  • the encoding apparatus according to the third embodiment of the present invention corresponds to a configuration in which the order of the quantizing unit 102 and the predicting unit 103 in the encoding apparatus according to the first embodiment described above is exchanged. Do. Therefore, according to the encoding apparatus of the present embodiment, the same effect as that of the encoding apparatus of the first embodiment can be obtained. Furthermore, since the encoding apparatus according to the present embodiment performs prediction using the reference pixel before quantization, more accurate prediction can be realized.
  • the prediction and quantization unit performs prediction and quantization using the reference image 21 to obtain a second quantization value.
  • the order of prediction and quantization is arbitrary.
  • the coding apparatus 400 includes a quantization unit 401, a quantization unit 402, a prediction unit 403, a difference calculation unit 204, an inverse quantization unit 405, and coding. And a unit 206.
  • Encoding apparatus 400 performs DPCM encoding on input block 12 to generate encoded data 32.
  • FIG. 7 the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and different parts will be mainly described.
  • the quantization unit 401 quantizes the input block 12 according to a predetermined parameter to obtain a first quantization block.
  • the quantization unit 401 inputs the first quantization block to the difference calculation unit 204 and the inverse quantization unit 405, respectively.
  • the inverse quantization unit 405 inversely quantizes the first quantization block according to the predetermined quantization parameter to obtain a local decoded block corresponding to the input block 12.
  • the inverse quantization unit 405 outputs this local decoded block as the reference block 42 to the prediction unit 403 and a memory (not shown).
  • the prediction unit 403 performs prediction of a plurality of input pixels included in the input block 12 to obtain a prediction block. Specifically, the prediction unit 403 performs prediction according to various prediction methods such as linear prediction and non-linear prediction (for example, median prediction in JPEG-LS) on each target pixel in the input block 12. The details of reference pixels that can be used by the prediction unit 403 to predict each target pixel will be described later.
  • the prediction block corresponds to prediction pixels of a plurality of input pixels included in the input block 12.
  • the prediction unit 403 inputs the prediction block to the quantization unit 402.
  • the quantization unit 402 quantizes the prediction block according to the predetermined quantization parameter to obtain the above-described second quantization block.
  • the quantization unit 402 inputs the second quantization block to the difference calculation unit 204.
  • the prediction unit 403 individually predicts a plurality of input pixels included in the input block 12.
  • the prediction unit 403 can use, for each target pixel in the input block 12, the reference image 22 and the value of a pixel earlier in decoding order than the target pixel in the reference block 42 for prediction.
  • the decoding device refers to pixels in the same block that are located below the decoding target pixel or to the right of the same row (that is, later in decoding order than the decoding target pixel) Can not.
  • the prediction unit 403 refers to only the value of the pixel earlier in decoding order than the target pixel. Also, for the same reason, the prediction unit 403 can not refer to the value of the target pixel itself in order to predict the target pixel.
  • the order of the quantizing unit 202 and the prediction unit 203 in the coding apparatus according to the second embodiment described above is exchanged, and this exchange is performed.
  • the same effect as that of the coding apparatus of the second embodiment can be obtained.
  • the encoding apparatus according to the present embodiment performs prediction using the reference pixel before quantization, highly accurate prediction can be realized.
  • the present invention is not limited to the above embodiments as it is, and at the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the scope of the invention. Further, various inventions can be formed by appropriately combining the plurality of components disclosed in the above-described embodiments. Further, for example, a configuration in which some components are removed from all the components shown in each embodiment is also conceivable. Furthermore, the components described in different embodiments may be combined as appropriate.
  • a program for realizing the processing of each of the above embodiments may be provided by being stored in a computer readable storage medium.
  • the storage medium may be a computer readable storage medium such as a magnetic disk, an optical disk (CD-ROM, CD-R, DVD, etc.), a magneto-optical disk (MO etc.), a semiconductor memory, etc.
  • the storage format may be any format.
  • the program for realizing the processing of each of the above embodiments may be stored on a computer (server) connected to a network such as the Internet, and downloaded to the computer (client) via the network.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Signal Processing (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Compression Of Band Width Or Redundancy In Fax (AREA)
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Abstract

　符号化装置（１００）は、入力画素（１１）を量子化し、第１の量子化値を得る量子化部（１０１）と、参照画素（２１）を用いて予測及び量子化を行い、第２の量子化値を得る予測及び量子化部（１０２，１０３）と、第１の量子化値と第２の量子化値との間の差分を算出する算出部（１０４）と、差分を符号化する符号化部（１０６）と、第１の量子化値を逆量子化し、入力画素（１１）に基づく参照画素（４１）を得る逆量子化部（１０５）とを具備する。

Description

符号化装置
　本発明は、画像の符号化に関する。
　通常、画像または音声を記録または伝送する場合には、そのデータ量を削減するための符号化（圧縮ともいう）が行われる。従来、種々の符号化技術が考案されており、それらの１つとしてＤＰＣＭ（Differential Pulse Code Modulation）符号化が挙げられる。
　一般的なＤＰＣＭ符号化装置は、入力画素と予測画素との間の差分を算出し、差分を量子化し、量子化値を逐次符号化する。また、この符号化装置は、上記差分を逆量子化し、上記予測画素と加算して局所復号画素を生成する。更に、この符号化装置は、上記局所復号画素を参照画素として用いて次の入力画素の予測画素を生成する。即ち、この符号化装置は、現入力画素について差分算出、量子化、逆量子化、参照画素生成及び次の入力画素の予測画素生成の一連の処理を完了してから、次の入力画素の予測符号化に移行する。以降の説明において、この一連の処理を符号化ループと称する。画素がクロックに同期して符号化装置に入力される場合、入力速度が高くなるほどクロック期間は短くなる。クロック期間が短くなるほど、符号化ループを１つのクロック期間で完了させることは困難となり、１つの符号化ループを完了させるために複数のクロック期間が必要となる。即ち、画素の符号化速度が、画素の入力速度を下回る。このような状況において符号化装置は、系のデータスループットを低下させ、通信のボトルネックとなるおそれがある。
　特許文献１には、ＤＰＣＭ符号化装置を高速化するための技術が提案されている。具体的には、特許文献１の符号化装置も、入力画素と予測画素との間の差分を算出し、この差分を量子化し、この量子化値を逐次符号化する。一方、この符号化装置は、上記差分を逆量子化し、上記予測画素と加算して次の入力画素の予測画素を生成する。即ち、この特許文献１の符号化装置によれば、前述の符号化ループにおける参照画素の生成と次の入力画素の予測画素生成とを統合できる。
特開平４－２２５６９４号公報
　特許文献１の符号化装置は、上記一般的なＤＰＣＭ符号化装置に比べれば高速処理が期待できる。しかしながら、特許文献１の符号化装置は、現入力画素に関する符号化ループが完了するまで次の入力画素の処理へ移行できない（具体的には、差分算出を開始できない）点において、前述の一般的なＤＰＣＭ符号化装置と共通している。即ち、従来のＤＰＣＭ符号化装置は、現入力画素から次の入力画素の処理へ移行するまでに必要な処理量が大きく並列処理（パイプライン処理）に不向きである。並列処理は、符号化装置の各要素を時間的に無駄なく利用できるので、高速符号化に有効である。
　従って、本発明は、並列処理に適した符号化装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る符号化装置は、入力画素を量子化し、第１の量子化値を得る量子化部と、参照画素を用いて予測及び量子化を行い、第２の量子化値を得る予測及び量子化部と、前記第１の量子化値と前記第２の量子化値との間の差分を算出する算出部と、前記差分を符号化する符号化部と、前記第１の量子化値を逆量子化し、前記入力画素に基づく参照画素を得る逆量子化部とを具備する。
　本発明の他の態様に係る符号化装置は、入力ブロックを量子化し、第１の量子化ブロックを得る第１の量子化部と、参照画素を量子化し、少なくとも１つの量子化値を得る第２の量子化部と、前記入力ブロック内の各対象画素を、前記少なくとも１つの量子化値と、前記第１の量子化ブロックにおいて前記対象画素よりも復号順の早い画素の量子化値とを用いて夫々予測し、第２の量子化ブロックを得る予測部と、前記第１の量子化ブロックと前記第２の量子化ブロックとの間の差分を算出する算出部と、前記差分を符号化する符号化部と、前記第１の量子化ブロックを逆量子化し、前記入力ブロックに基づく参照ブロックを得る逆量子化部とを具備する。
　本発明の他の態様に係る符号化装置は、入力ブロックを量子化し、第１の量子化ブロックを得る第１の量子化部と、前記第１の量子化ブロックを逆量子化し、前記入力ブロックに基づく参照ブロックを得る逆量子化部と、前記入力ブロック内の各対象画素を、参照画素と、前記参照ブロックにおいて前記対象画素よりも復号順の早い画素の値とを用いて夫々予測し、予測ブロックを得る予測部と、前記予測ブロックを量子化し、第２の量子化ブロックを得る第２の量子化部と、前記第１の量子化ブロックと前記第２の量子化ブロックとの間の差分を算出する算出部と、前記差分を符号化する符号化部とを具備する。
　本発明によれば、並列処理に適した符号化装置を提供できる。
第１の実施形態に係る符号化装置を示すブロック図。 図１の符号化装置が行う連続した処理の説明図。 第２の実施形態に係る符号化装置を示すブロック図。 従来の符号化装置が行う連続した処理の説明図。 図３の符号化装置が行う連続した処理の説明図。 第３の実施形態に係る符号化装置を示すブロック図。 第４の実施形態に係る符号化装置を示すブロック図。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。　
　（第１の実施形態）　
　図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る符号化装置１００は、量子化部１０１、量子化部１０２、予測部１０３、差分算出部１０４、逆量子化部１０５及び符号化部１０６を有する。符号化装置１００は、入力画素１１にＤＰＣＭ符号化を行って、符号化データ３１を生成する。
　量子化部１０１は、入力画素１１を所定の量子化パラメータに従って量子化し、第１の量子化値を得る。量子化パラメータは、例えば図示しない制御部などによって決定される。量子化部１０１は、第１の量子化値を差分算出部１０４及び逆量子化部１０５に夫々入力する。
　量子化部１０２は、参照画像２１を上記所定の量子化パラメータに従って量子化し、量子化された参照画像を得る。参照画像２１は、入力画素１１の予測に必要な少なくとも１つの参照画素を含む。即ち、量子化された参照画像は、量子化された少なくとも１つの参照画素に相当する。また、参照画像２１は、例えば図示しないメモリに保存されていてもよい。量子化部１０２は、量子化された参照画像を予測部１０３に入力する。
　予測部１０３は、量子化された参照画像に基づいて、入力画素１１の予測を行って、第２の量子化値を得る。具体的には、予測部１０３は、線形予測、非線形予測（例えば、ＪＰＥＧ－ＬＳにおけるメディアン予測）などの各種予測方式に従って予測を行う。この第２の量子化値は、入力画素１１の予測画素の量子化値に相当する。予測部１０３は、第２の量子化値を差分算出部１０４に入力する。
　差分算出部１０４は、第１の量子化値と第２の量子化値との間の差分を算出し、符号化部１０６に入力する。この差分は、入力画素１１の予測誤差の量子化値に相当する。符号化部１０６は、差分を符号化し、符号化データ３１として外部に出力する。符号化部１０６は、上記差分のデータ量を効率よく削減するために、エントロピー符号化（例えば、ハフマン符号化、算術符号化など）を行ってもよい。
　逆量子化部１０５は、第１の量子化値を上記所定の量子化パラメータに従って逆量子化し、入力画素１１に対応する局所復号画素を得る。逆量子化部１０５は、この局所復号画素を入力画素１１に基づく参照画素４１として出力する。この参照画素４１は、例えば図示しないメモリに保存され、次回以降の入力画素１１の予測のために参照画像２１の一部または全部として利用可能である。
　以下、図２を用いて符号化装置が行う連続した処理を説明する。図２において、横方向の仕切りは、クロック期間または他の周期を概念的に示している。図２において、入力画素Ｘｎは、第ｎ番目の入力画素を示している。また、第２の量子化値ＰＱＸｎは、上記入力画素Ｘｎの予測画素の量子化値を示している。図２において、「量子化」及び「逆量子化」のラベルに付随する番号は、量子化精度を識別するためのインデックスである。即ち、インデックスの等しい「量子化」及び「逆量子化」の量子化精度は同一であるが、インデックスの異なる「量子化」及び「逆量子化」の量子化精度は必ずしも同一でない。また、簡単化のために、図２において現入力画素の局所復号画素が次の入力画素の予測画素を予測するための参照画素として使用されているが、符号化装置１００の現実の動作にこのような制約はない。
　量子化部１０１は、入力画素Ｘｎ－１を量子化（「量子化１」）し、第１の量子化値を得る。第１の量子化値は、差分算出部１０４と、逆量子化部１０５とに並列的に入力される。第１のパス（差分算出部１０４を含むパス）において、差分算出部１０４は第１の量子化値と第２の量子化値（ＰＱＸｎ－１）との間の差分を算出し、符号化部１０６に入力する。但し、前回の入力画素Ｘｎ－２に基づく参照画素４１を現入力画素Ｘｎ－１の参照画像２１の一部として用いる場合を考慮すると、差分算出部１０４が差分算出を開始するまでに前入力画素Ｘｎ－２の量子化、逆量子化、量子化及び予測が完了している必要がある。符号化部１０６は差分を符号化し、符号化データを出力する。一方、第１のパスと並列する第２のパスにおいて、逆量子化部１０５は第１の量子化値を逆量子化（「逆量子化１」）し、入力画素Ｘｎ－１に基づく参照画素４１を得る。この参照画素４１を含む参照画像２１は量子化部１０２に入力される。量子化部１０２は、参照画像２１を量子化（「量子化２」）し、予測部１０３に入力する。予測部１０３は、量子化された参照画像を用いて第２の量子化値（ＰＱＸｎ）を生成し、差分算出部１０４に入力する。
　入力画素Ｘｎ－１に対する量子化（「量子化１」）の完了後、入力画素Ｘｎが量子化部１０１へ入力される。量子化部１０１は、入力画素Ｘｎを量子化（「量子化２」）し、第１の量子化値を得る。第１の量子化値は、差分算出部１０４と、逆量子化部１０５とに並列的に入力される。第１のパスにおいて、差分算出部１０４は第１の量子化値と上記第２の量子化値（ＰＱＸｎ）との間の差分を算出し、符号化部１０６に入力する。符号化部１０６は差分を符号化し、符号化データを出力する。一方、第１のパスと並列する第２のパスにおいて、逆量子化部１０５は第１の量子化値を逆量子化（「逆量子化２」）し、入力画素Ｘｎに基づく参照画素４１を得る。この参照画素４１を含む参照画像２１は量子化部１０２に入力される。量子化部１０２は、参照画像２１を量子化（「量子化３」）し、予測部１０３に入力する。予測部１０３は、量子化された参照画像を用いて第２の量子化値（ＰＱＸｎ＋１）を生成し、差分算出部１０４に入力する。
　入力画素Ｘｎに対する量子化（「量子化２」）の完了後、入力画素Ｘｎ＋１が量子化部１０１へ入力される。量子化部１０１は、入力画素Ｘｎ＋１を量子化（「量子化３」）し、第１の量子化値を得る。第１の量子化値は、差分算出部１０４と、逆量子化部１０５とに並列的に入力される。第１のパスにおいて、差分算出部１０４は第１の量子化値と上記第２の量子化値（ＰＱＸｎ＋１）との間の差分を算出し、符号化部１０６に入力する。符号化部１０６は差分を符号化し、符号化データを出力する。一方、第１のパスと並列する第２のパスにおいて、逆量子化部１０５は第１の量子化値を逆量子化（「逆量子化３」）し、入力画素Ｘｎ＋１に基づく参照画素４１を得る。この参照画素４１を含む参照画像２１は量子化部１０２に入力される。量子化部１０２は、参照画像２１を量子化（「量子化４」）し、予測部１０３に入力する。予測部１０３は、量子化された参照画像を用いて第２の量子化値（ＰＱＸｎ＋２）を生成する。
　図１及び図２から明らかなように、符号化装置１００の符号化処理には、フィードバックを伴うループが存在しない。即ち、符号化装置１００におけるいずれの構成要素も、過去の出力に基づくフィードバック入力を必要としない。故に、基本的には、符号化装置１００におけるいずれの構成要素も現入力画素に関する処理が完了すれば、次の入力画素に関する処理を直ちに実行できる。
　以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係る符号化装置の符号化処理には、フィードバックを伴うループが存在しない。従って、本実施形態に係る符号化装置は、入力画素を逐次取り込んで並列処理できる。即ち、本実施形態に係る符号化装置によれば、従来に比べて短いクロック期間（高いクロック周波数）で動作できるので、高速符号化が可能となる。
　（第２の実施形態）　
　図３に示すように、本発明の第２の実施形態に係る符号化装置２００は、量子化部２０１、量子化部２０２、予測部２０３、差分算出部２０４、逆量子化部２０５及び符号化部２０６を有する。符号化装置２００は、入力ブロック１２にＤＰＣＭ符号化を行って、符号化データ３２を生成する。以降の説明では、図３において図１と同一部分には同一符号を付して示し、異なる部分を中心に述べる。
　量子化部２０１は、入力ブロック１２を所定のパラメータに従って量子化し、第１の量子化ブロックを得る。入力ブロック１２は、複数の入力画素を含む。即ち、第１の量子化ブロックは、上記複数の入力画素の量子化値を含む。量子化パラメータは、例えば図示しない制御部などによって決定される。量子化部２０１は、第１の量子化ブロックを予測部２０３、差分算出部２０４及び逆量子化部２０５に夫々入力する。
　量子化部２０２は、参照画像２２を上記所定の量子化パラメータに従って量子化し、量子化された参照画像を得る。参照画像２２は、入力ブロック１２に含まれる複数の入力画素の予測に必要な少なくとも１つの参照画素を含む。即ち、量子化された参照画像は、量子化された少なくとも１つの参照画素に相当する。また、参照画像２２は、例えば図示しないメモリに保存されていてもよい。量子化部２０２は、量子化された参照画像を予測部２０３に入力する。
　予測部２０３は、入力ブロック１２に含まれる複数の入力画素の予測を行って、第２の量子化ブロックを得る。具体的には、予測部２０３は、入力ブロック１２内の各対象画素に関して線形予測、非線形予測（例えば、ＪＰＥＧ－ＬＳにおけるメディアン予測）などの各種予測方式に従って予測を行う。尚、予測部２０３が各対象画素の予測に利用可能な参照画素の詳細は後述する。第２の量子化ブロックは、入力ブロック１２に含まれる複数の入力画素の予測画素の量子化値に相当する。予測部２０３は、第２の量子化ブロックを差分算出部２０４に入力する。
　差分算出部２０４は、第１の量子化ブロックと第２の量子化ブロックとの間の差分を算出し、符号化部２０６に入力する。この差分は、入力ブロック１２に含まれる複数の入力画素の予測誤差の量子化値に相当する。符号化部２０６は、差分を符号化し、符号化データ３２として外部に出力する。符号化部２０６は、上記差分のデータ量を効率よく削減するために、エントロピー符号化（例えば、ハフマン符号化、算術符号化など）を行ってもよい。
　逆量子化部２０５は、第１の量子化ブロックを上記所定の量子化パラメータに従って逆量子化し、入力ブロック１２に対応する局所復号ブロックを得る。逆量子化部２０５は、この局所復号ブロックを入力ブロック１２に基づく参照ブロック４２として出力する。この参照ブロック４２は、入力ブロック１２に含まれる複数の入力画素に対応する複数の参照画素を含む。これら複数の参照画素は、例えば図示しないメモリに保存され、次回以降の入力ブロック１２の予測のために参照画像２２の一部または全部として利用可能である。
　以下、予測部２０３が入力ブロック１２内の各対象画素の予測に利用可能な参照画素について説明する。予測部２０３は、入力ブロック１２に含まれる複数の入力画素を個別に予測する。予測部２０３は、入力ブロック１２内の各対象画素に関して、量子化された参照画像と、第１の量子化ブロックにおいて対象画素よりも復号順の早い画素の量子化値とを予測に利用できる。例えば、ラスタ順で復号を行う場合、復号装置は、同一ブロック内で復号対象画素よりも下の行または同一行の右側に存在する（即ち、復号対象画素よりも復号順の遅い）画素を参照できない。故に、予測部２０３は、入力ブロック１２内の対象画素を予測するために第１の量子化ブロックを用いる場合には、当該対象画素よりも復号順の早い画素の量子化値のみを参照する。また、同様の理由から、予測部２０３は、対象画素を予測するために当該対象画素自身の量子化値も参照できない。
　以下、図４を用いて従来のＤＰＣＭ符号化装置が行う連続した処理を説明し、図５を用いて本実施形態に係る符号化装置２００が行う連続した処理を説明する。　
　従来のＤＰＣＭ符号化装置は、入力画像を画素単位で取り込んでＤＰＣＭ符号化を行う。即ち、従来のＤＰＣＭ符号化装置は、図４に示すように、第１の期間において第１の入力画素のＤＰＣＭ符号化を実行し、第２の期間において上記第１の入力画素よりも復号順の遅い第２の入力画素のＤＰＣＭ符号化を実行し、第３の期間において上記第２の入力画素よりも復号順の遅い第３の入力画素のＤＰＣＭ符号化を実行する。
　一方、本実施形態に係る符号化装置２００は、入力画像をブロック単位で取り込んでＤＰＣＭ符号化を行う。具体的には、符号化装置２００は、図５に示すように、第１の期間において第１の入力ブロックに第１の処理を実行し、第２の期間において第１の入力ブロックに第２の処理を実行しながら上記第１の入力ブロックよりも復号順の遅い第２の入力ブロックに第１の処理を実行し、第３の期間において第２の入力ブロックに第２の処理しながら上記第２の入力ブロックよりも復号順の遅い第３の入力ブロックに第１の処理を夫々実行する。ここで、第１の処理は、量子化部２０１、量子化部２０２及び逆量子化部２０５が行う処理を指す。一方、第２の処理は、予測部２０３、差分部算出部２０４及び符号化部２０６が行う処理を指す。第１の期間において、第１の入力ブロックの量子化、参照画像の量子化及び第１の入力ブロックに基づく参照ブロックの生成が完了する。故に、第２の期間の開始時点において、第１の入力ブロックの予測のために必要な参照画素（の量子化値）は全て準備されているので、予測部２０３は第１の入力ブロックに含まれる複数の入力画素の予測を直ちに実行できる。一方、第２の期間の開始時点において、上記第１の入力ブロックに基づく参照ブロックが既に準備されているので、符号化装置２００は第２の入力ブロックに対する第１の処理を直ちに実行できる。
　以上説明したように、本発明の第２の実施形態に係る符号化装置は、入力画像をブロック単位で逐次取り込んでＤＰＣＭ符号化を行う。従って、本実施形態に係る符号化装置によれば、ブロックに含まれる複数の画素を並列処理できるので、高速符号化が可能となる。尚、簡単化のために、ブロック単位の処理を中心に本実施形態を説明したが、ブロック以外の画素集合にも本実施形態は容易に適用できる。
　（第３の実施形態）　
　図６に示すように、本発明の第３の実施形態に係る符号化装置３００は、量子化部１０１、量子化部３０２、予測部３０３、差分算出部１０４、逆量子化部１０５及び符号化部１０６を有する。符号化装置３００は、入力画素１１にＤＰＣＭ符号化を行って、符号化データ３１を生成する。以降の説明では、図６において図１と同一部分には同一符号を付して示し、異なる部分を中心に述べる。
　予測部３０３は、参照画像２１に基づいて入力画素１１の予測を行い、予測画素を得る。具体的には、予測部３０３は、線形予測、非線形予測（例えば、ＪＰＥＧ－ＬＳにおけるメディアン予測）などの各種予測方式に従って予測を行う。予測部３０３は、この予測画素を量子化部３０２に入力する。
　量子化部３０２は、予測画素を量子化部１０１と同じ量子化パラメータに従って量子化し、前述の第２の量子化値を得る。量子化部３０２は、第２の量子化値を差分算出部１０４に入力する。
　以上説明したように、本発明の第３の実施形態に係る符号化装置は、前述の第１の実施形態に係る符号化装置における量子化部１０２及び予測部１０３の順序を交換した構成に相当する。従って、本実施形態に係る符号化装置によれば、第１の実施形態に係る符号化装置と同様の効果を得ることができる。更に、本実施形態に係る符号化装置は、量子化前の参照画素を用いて予測を行うので、より高精度な予測が実現できる。
　尚、量子化部１０２及び予測部１０３と、量子化部３０２及び予測部３０３とを、予測及び量子化部として総称的に解釈することも可能である。この予測及び量子化部は、参照画像２１を用いて予測及び量子化を行い、第２の量子化値を得る。予測及び量子化部において、予測及び量子化の順序は任意である。
　（第４の実施形態）　
　図７に示すように、本発明の第４の実施形態に係る符号化装置４００は、量子化部４０１、量子化部４０２、予測部４０３、差分算出部２０４、逆量子化部４０５、符号化部２０６を有する。符号化装置４００は、入力ブロック１２にＤＰＣＭ符号化を行って、符号化データ３２を生成する。以降の説明では、図７において図３と同一部分には同一符号を付して示し、異なる部分を中心に述べる。
　量子化部４０１は、入力ブロック１２を所定のパラメータに従って量子化し、第１の量子化ブロックを得る。量子化部４０１は、第１の量子化ブロックを差分算出部２０４及び逆量子化部４０５に夫々入力する。
　逆量子化部４０５は、第１の量子化ブロックを上記所定の量子化パラメータに従って逆量子化し、入力ブロック１２に対応する局所復号ブロックを得る。逆量子化部４０５は、この局所復号ブロックを参照ブロック４２として予測部４０３及び図示しないメモリなどに出力する。
　予測部４０３は、入力ブロック１２に含まれる複数の入力画素の予測を行って、予測ブロックを得る。具体的には、予測部４０３は、入力ブロック１２内の各対象画素に関して線形予測、非線形予測（例えば、ＪＰＥＧ－ＬＳにおけるメディアン予測）などの各種予測方式に従って予測を行う。尚、予測部４０３が各対象画素の予測に利用可能な参照画素の詳細は後述する。予測ブロックは、入力ブロック１２に含まれる複数の入力画素の予測画素に相当する。予測部４０３は、予測ブロックを量子化部４０２に入力する。
　量子化部４０２は、予測ブロックを上記所定の量子化パラメータに従って量子化し、前述の第２の量子化ブロックを得る。量子化部４０２は、第２の量子化ブロックを差分算出部２０４に入力する。
　以下、予測部４０３が入力ブロック１２内の各対象画素の予測に利用可能な参照画素について説明する。予測部４０３は、入力ブロック１２に含まれる複数の入力画素を個別に予測する。予測部４０３は、入力ブロック１２内の各対象画素に関して、参照画像２２と、参照ブロック４２において対象画素よりも復号順の早い画素の値とを予測に利用できる。例えば、ラスタ順で復号を行う場合、復号装置は、同一ブロック内で復号対象画素よりも下の行または同一行の右側に存在する（即ち、復号対象画素よりも復号順の遅い）画素を参照できない。故に、予測部４０３は、入力ブロック１２内の対象画素を予測するために参照ブロック４２を用いる場合には、当該対象画素よりも復号順の早い画素の値のみを参照する。また、同様の理由から、予測部４０３は、対象画素を予測するために当該対象画素自身の値も参照できない。
　以上説明したように、本発明の第４の実施形態に係る符号化装置は、前述の第２の実施形態に係る符号化装置における量子化部２０２及び予測部２０３の順序を交換し、この交換にその他の構成要素の配置を整合させた構成に相当する。従って、本実施形態に係る符号化装置によれば、第２の実施形態に係る符号化装置と同様の効果を得ることができる。更に、本実施形態に係る符号化装置は、量子化前の参照画素を用いて予測を行うので、高精度な予測が実現できる。
　尚、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
　例えば、上記各実施形態の処理を実現するプログラムを、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納して提供することも可能である。記憶媒体としては、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、半導体メモリなど、プログラムを記憶でき、かつ、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。
　また、上記各実施形態の処理を実現するプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ（サーバ）上に格納し、ネットワーク経由でコンピュータ（クライアント）にダウンロードさせてもよい。
　１１・・・入力画素
　１２・・・ブロック
　２１，２２・・・参照画像
　３１，３２・・・符号化データ
　４１・・・参照画素
　４２・・・参照ブロック
　１００，２００，３００，４００・・・符号化装置
　１０１，２０１，４０１・・・量子化部
　１０２，２０２，３０２，４０２・・・量子化部
　１０３，２０３，３０３，４０３・・・予測部
　１０４，２０４・・・差分算出部
　１０５，２０５，４０５・・・逆量子化部
　１０６，２０６・・・符号化部

Claims (5)

  1. 　入力画素を量子化し、第１の量子化値を得る量子化部と、
    　参照画素を用いて予測及び量子化を行い、第２の量子化値を得る予測及び量子化部と、
    　前記第１の量子化値と前記第２の量子化値との間の差分を算出する算出部と、
    　前記差分を符号化する符号化部と、
    　前記第１の量子化値を逆量子化し、前記入力画素に基づく参照画素を得る逆量子化部と
    　を具備する符号化装置。
  2. 　前記予測及び量子化部は、前記参照画素を量子化し、量子化された参照画素を用いて前記入力画素の予測を行って前記第２の量子化値を得る、請求項１記載の符号化装置。
  3. 　前記予測及び量子化部は、前記参照画素を用いて前記入力画素の予測画素を求め、前記予測画素を量子化して前記第２の量子化値を得る、請求項１記載の符号化装置。
  4. 　入力ブロックを量子化し、第１の量子化ブロックを得る第１の量子化部と、
    　参照画素を量子化し、少なくとも１つの量子化値を得る第２の量子化部と、
    　前記入力ブロック内の各対象画素を、前記少なくとも１つの量子化値と、前記第１の量子化ブロックにおいて前記対象画素よりも復号順の早い画素の量子化値とを用いて夫々予測し、第２の量子化ブロックを得る予測部と、
    　前記第１の量子化ブロックと前記第２の量子化ブロックとの間の差分を算出する算出部と、
    　前記差分を符号化する符号化部と、
    　前記第１の量子化ブロックを逆量子化し、前記入力ブロックに基づく参照ブロックを得る逆量子化部と
    　を具備する符号化装置。
  5. 　入力ブロックを量子化し、第１の量子化ブロックを得る第１の量子化部と、
    　前記第１の量子化ブロックを逆量子化し、前記入力ブロックに基づく参照ブロックを得る逆量子化部と、
    　前記入力ブロック内の各対象画素を、参照画素と、前記参照ブロックにおいて前記対象画素よりも復号順の早い画素の値とを用いて夫々予測し、予測ブロックを得る予測部と、
    　前記予測ブロックを量子化し、第２の量子化ブロックを得る第２の量子化部と、
    　前記第１の量子化ブロックと前記第２の量子化ブロックとの間の差分を算出する算出部と、
    　前記差分を符号化する符号化部と
    　を具備する符号化装置。
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