JP4143322B2 - 画像再生装置及び画像再生方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は画像の記録、再生が可能な装置に関するもので、特には動画の高速再生機能を備えた画像再生装置及び再生方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオムービーなどの記録再生装置では、動画の記録フォーマットとして、MotionJPEG、MPEG、あるいはDV方式を用いた製品が主流となっている。
【0003】
これらの製品において、記録媒体に記録された動画像を、記録された動画の実時間よりも短い時間で再生(高速再生)する場合、動画中の各フレームの復号処理に対して与えられる時間が減少するため、動画のフレームレートを下げ単位時間内で復号化するフレーム枚数を減らしたり、あるいは1フレーム毎の画像の解像度を下げて復号化したりして、データ量を減らすことにより復号処理時間を短縮し、高速再生表示を実現していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来技術のように、復号処理時間を短縮するためフレームレートを下げて高速再生を行なった場合、コマ送りの映像表示になり見づらい上、各コマ間の画像が欠落し、見たいシーンを見落とすことがあった。
【0005】
また、一様に解像度を下げた場合、画面全体の画質が落ち、不鮮明な画像となって、注目する被写体の細部までは到底確認できなかった。
【0006】
さらに、いずれの場合とも、再生速度を高速にするほど、前記問題点が悪化し、そのために再生速度を制限することもあった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
斯かる課題を解決する為の手段として、本発明は以下の構成からなる手段を有する。
【0008】
本発明の画像再生装置は、複数の画面からなる画像データを再生する再生手段と、前記画像データに含まれる前記画面内で他の領域よりもビットプレーン上でシフトアップして符号化処理された処理領域を検出する検出手段と、再生された前記画像データを復号する復号手段と、前記再生手段における再生速度を選択可能な再生速度選択手段と、前記再生速度選択手段によって通常再生時よりも速い所定の再生速度が選択された場合、前記検出手段によって検出された前記処理領域の一部を前記ビットプレーン上でシフトダウンすることにより、前記処理領域の面積を縮小して復号するように前記復号手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
また、本発明の画像再生方法は、複数の画面からなる画像データを再生する再生ステップと、前記画像データに含まれる前記画面内で他の領域よりもビットプレーン上でシフトアップして符号化処理された処理領域を検出する検出ステップと、再生された前記画像データを復号する復号ステップと、前記再生ステップにおける再生速度を選択する再生速度選択ステップと、前記再生速度選択ステップにおいて通常再生時よりも速い所定の再生速度が選択された場合、前記検出ステップにおいて検出された前記処理領域の一部を前記ビットプレーン上でシフトダウンすることにより、前記処理領域の面積を縮小して復号するように前記復号ステップにおける復号処理を制御する制御ステップとを有することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いながら本発明に好適な実施の形態を説明する。
【0011】
図1は、本発明の画像再生装置の概略構成ブロック図である。
【0012】
100は画像の入力部、101は入力画像を圧縮/符号化する符号化回路、102は符号化された画像データの記録処理回路、103は書き込み/読み出し手段及びハードディスクや磁気ディスク等の記録媒体からなる記録/再生部、104は画像データの再生処理回路、105は再生された画像データを伸張/復号化する復号化回路、106は画像の表示部、107は再生した画像の外部出力端子、108は再生された画像データ中の関心領域の有無及び領域(形態)を検出する関心領域検出回路、109は操作部、110は操作部からの操作に応じて任意の速度に設定可能な再生速度設定回路、111は記録/再生部における記録媒体の動作(回転)制御や書き込み/読み出し手段を動作制御するサーボ回路、112は再生装置の各部を制御するシステムコントローラである。
【0013】
次いで、図1のブロック図の動作説明を、符号化回路101の構成と復号化回路105の構成をより詳細な図で示したものを参照しながら、動作状態にあわせて説明する。
【0014】
図2は符号化回路101の構成を詳細に図示したものである。本実施の形態では、ウェーブレット変換を用いた符号化方式を採用している。
【0015】
記録動作時において、画像の入力部100より符号化回路101に入力される入力画像データには、コンポーネント変換部201で色空間変換を施す。変換された各色成分のデータは、必要に応じて所定の間引き処理が行われて出力される。なお、入力画像データがモノクログレースケールの画像である場合は、コンポーネント変換を行なう必要は無い。後述の説明は、上記のように色空間変換が行われた画像データの、各色成分毎に行われる処理について説明するものである。
【0016】
次いで、タイル分割部202では、入力した画像データを所定の大きさからなる複数個の矩形タイルに分割して出力する。このタイルの大きさは、最大で各色成分のデータ全体の大きさとすることができ、この場合は実質的にタイル分割は行われないことと同一である。
【0017】
離散ウェーブレット変換部203は、入力した各色成分のタイル毎の画像データに対して、2次元の離散ウェーブレット変換を施して周波数成分に分解し、複数の周波数帯域のそれぞれに属する変換係数群(以降、サブバンドと称する)を出力する。
【0018】
図3は離散ウェーブレット変換部203により出力されるサブバンドの構成を示した図であり、2次元のウェーブレット変換を低周波帯域に対して再帰的に2レベル行ったものである。
【0019】
なお、離散ウェーブレット変換部203では可逆符号化と非可逆符号化が選択可能であって、非可逆符号化を行ないたい場合にはウェーブレット変換後の係数が実数になる実数型のフィルタを、可逆符号化を行ないたい場合にはウェーブレット変換後の係数が整数になる整数型のフィルタが用いられる。
【0020】
次いで、量子化部204は入力したサブバンド毎に、所定の方法により設定された量子化ステップを用いて量子化を行い、量子化インデックスを生成して出力する。なお、上述した可逆符号化を行ないたい場合には、量子化部204では量子化を行なわず、入力した変換係数そのものを出力する。
【0021】
本実施の形態では、関心領域設定部205を設けることにより、画像の一部領域に対して興味の有る特別な領域(以降、関心領域と称する)を任意に設定して、関心領域と他の領域とで画質を変化させて符号化することが可能であり、関心領域を高画質(すなわち高解像度や高諧調)に処理することが可能である。ここでの関心領域とは、ウェーブレット変換を用いた符号化方式で代表的なJpeg2000におけるROI(:Region Of Interest)などと同様である。
【0022】
上記関心領域設定部205により関心領域を設定すると、図4に示したように、各サブバンドに関心領域に係る変換係数を特定するためのマスクが生成される。図4において白い部分が関心領域に相当しており、この部分に含まれる係数は、符号化に先立って関心領域以外の領域に係わる係数とビットプレーン上で完全に分離される様、所定のビット数分だけ上位方向にシフトアップされる。これにより、全てのビットプレーン内のビット1と0の存在を見ることにより、関心領域の有無と、どの領域が関心領域であるかが判別できる。なお、このシフトアップ数は後述する符号列の所定のマーカにパラメータとして追加される。また、設定された関心領域は後段の符号化処理でシフトアップされた分だけ、他の領域より高画質になるよう符号化される。
【0023】
次いで、エントロピ符号化部206は、図5に示すように、入力したサブバンドをさらに複数の矩形ブロック(以降、コードブロックと称す)に分割(サブバンドと矩形ブロックが同サイズの時は分割しない)し、このコードブロックを単位として独立にエントロピ符号化を行い、符号化データを生成する。この時、量子化インデックスを表すビットは、上位ビットプレーンから順に、算術符号化され符号化データが生成される。
【0024】
符号列形成部207は、所定の方法により設定されたプログレッシブ形態に基づいて符号列を形成し、出力する。ここでの符号列形成方法として、符号列形成部207は、採用するプログレッシブ形態に合わせて、各コードブロックの符号化データの上位ビットプレーンから順に適量の符号化データを選択して1つ以上のレイヤを構成する。
【0025】
例えば、設定されたプログレッシブ形態がSNRスケーラブルである場合、符号列形成部207は図6に示すように、レイヤを単位として上位レイヤから下位レイヤに向かう順序で符号化データを配置させて、符号列を形成する。なおこの時、後半のレイヤを省略して下位ビットプレーンに係る符号化データを含めないように選択することもできる。こうすることにより当該符号列のデータ量を最適化でき、このデータ量に応じて、符号列を復号し再生される画像の画質を変化させることができる。
【0026】
一方、設定されたプログレッシブ形態が空間解像度スケーラブルである場合、符号列形成部207は図7に示すように低周波サブバンドから高周波サブバンドに向かう順序で符号化データを配置させて、符号列を形成する。この時、後半のサブバンドの符号化データを符号列に含めないように選択することもできる。こうすることにより当該符号列のデータ量を最適化でき、このデータ量に応じて、符号列を復号し再生された画像の解像度を変化させることができる。
【0027】
さらに符号列形成部207は、上述したように設定された各プログレッシブ形態に応じて形成された符号列に、各種マーカから構成されるヘッダを追加した最終的な符号列を出力する。
【0028】
図8は符号列形成部207から出力される符号化データの符号列の構成を図示した例である。図8において、メインヘッダMHは圧縮符号化対象となる画像の解像度、色成分数、各成分のビット精度(各成分を表現するビット数)、画像を構成するタイルのサイズ、離散ウェーブレット変換のフィルタのタイプ、関心領域がシフトアップした数(シフトビット数)、量子化ステップ等の圧縮符号化に関するパラメータおよびプログレッシブ形態等の符号列構成に関する情報を指定するマーカを含んでいる。
【0029】
また、タイルヘッダTH_iはi番目のタイルの開始を表すマーカを含んでいる。さらに、当該タイルにおいて符号化に関するパラメータを、それ以前に符号化されたタイルから変更した場合には、そのパラメータを指定するマーカも含んでいる。BS_iはi番目のタイルの符号化データであり、その配列は先に述べたプログレッシブ形態に基づいて構成されている。
【0030】
以上のようにして形成された符号列は、図1における記録処理回路102で記録処理された後、記録/再生部103で記録媒体に記録される。
【0031】
なお、記録動作、再生動作に係わる記録/再生部103の各動作は、サーボ回路111によって適正となるよう制御される。
【0032】
続いて、通常再生動作時において、図1における記録/再生部103から再生された符号列は、再生処理回路104で再生処理され、復号化回路105において復号される。
【0033】
図9は復号化回路105の構成を詳細に図示したものである。符号列入力部901は再生処理された符号列を入力し、画像やタイルのサイズ、プログレッシブ形態や量子化ステップ等の、復号処理に必要な各種パラメータを抽出する。抽出された各種パラメータは後段の復号処理において適宜用いられる。
【0034】
符号列入力部901において、符号列を読みとってマーカに書かれた関心領域のシフトビット数と、画像データ内の関心領域の分布状態を検出し、関心領域検出回路108に関心領域に関する情報として送出する。
【0035】
また実際の符号列(データ部)は続いてエントロピ復号部902に出力される。
【0036】
なお、復号対象となる全体の符号列には、上述した図8の形態を持つ複数タイル分の符号列が、上述したコンポーネント変換部201にて得られた色成分の数だけ含まれる。本実施の形態では復号処理は各色成分毎に独立して行なうこととし、復号対象となる色成分を構成する各タイルの符号列を順に復号してゆく。
【0037】
エントロピ復号部902は入力した符号列に対して復号処理を行い、量子化インデックスを出力する。この復号処理ではコードブロック内の量子化インデックスを上位ビットプレーンから順に復号され、量子化インデックスが復元される。
【0038】
例えば、この時、符号列のプログレッシブ形態がSNRスケーラブルとなっており、所定数の上位レイヤのみが入力されている場合には、復号処理は入力されたレイヤで打ち切られ、その時点での復元値が量子化インデックスとして出力される。
【0039】
逆量子化部903は入力した量子化インデックスを、先に符号列から読み込まれた量子化ステップを元に逆量子化を行い、変換係数を復元して出力する。
【0040】
逆離散ウェーブレット変換部904は、入力した変換係数から、2次元の逆離散ウェーブレット変換を施すことにより、これに対応する色成分データ(符号化対象画像がモノクロ画像の時は画像濃度データ)を復元して出力する。
【0041】
なおこの時、符号列のプログレッシブ形態が空間解像度スケーラブルであり、前半に符号化されるレベル(例えばLLのみや、LL、HL2、LH2、HH2のみ)のサブバンドのみが復元されている場合は、復元された色成分データの解像度はその復元されたサブバンドのレベルに応じて変化する。
【0042】
図10はこの様子を示しており、同図においてサブバンドLLの係数のみが復号された場合は、逆離散ウェーブレット変換は実質的には行われず、LLの係数が元のデータレンジに収まるように調節された後に出力される。この場合復元された色成分データは、同図10のr=0に示すように元の解像度に対して水平および垂直方向に1/4のサイズとなっている。
【0043】
さらに、LL、HL2、LH2、HH2のサブバンドまで復号された場合、逆変換を1レベル行なうことで同図r=1に示すように、元の解像度に対して水平及び垂直方向に1/2のサイズの色成分データが復元される。
【0044】
以上の処理は各タイル単位で行われ、画像構成部905は復元された各タイルの各色成分データを再度、元の1枚の符号化対象画像を構成する色成分データとして構成してコンポーネント逆変換部906に出力する。
【0045】
コンポーネント逆変換部906は、入力した各色成分データに所定の変換を施すことにより、元の符号化対象画像の色空間を持つ画像データを復元して出力する。この時、元の色成分データがコンポーネント変換部201にて間引き処理されている場合は、逆変換を行なう前に必要な解像度に変換(データ補間)される。
【0046】
以上の説明において、プログレッシブ形態が空間解像度スケーラブルの場合には、復号するレイヤを制限することで、復元される画像の画質を制御することが出来る。また、SNRスケーラブルの場合には、逆離散ウェーブレット変換するサブバンドのレベル数を制限することで復元される画像の解像度を制御することが出来る。
【0047】
さらに関心領域はついては、符号化時にマスクされシフトアップされた領域が高画質で、その他の領域は低画質で再生される。
【0048】
また、エントロピ復号部902、逆量子化部903、逆離散ウェーブレット変換部904等について、システムコントローラからの制御信号を入力することで、各部で行なわれる復号処理を意図的に制御することができる。具体的には、高速再生動作時に、関心領域の再生形態を制御する際に制御信号の入力が行なわれるが、詳細な説明は後述する。
【0049】
コンポーネント逆変換部906から出力された復号後の画像は、装置に内蔵した表示部106で表示可能であり、さらには外部出力端子107から外部の表示装置や記録装置等に出力可能な構成となっている。
【0050】
以上が図1の詳細な説明であり、本発明の再生装置に関して記録動作、通常再生動作について説明した。
【0051】
上述した構成は、静止画(1画面)単位で行なう処理についての説明である。動画を記録・再生する際には、上述した1画面単位の処理を所定のフレームレートに適合するように、ストリーム化して連続処理することによって対応する。もしくは、Motion Jpeg 2000等の動画フォーマットを利用してもよい。
【0052】
次に、高速再生動作について説明する。高速再生とは、複数画面からなる動画像を記録した際に要した記録時間よりも短い時間で倍速再生する機能である。
【0053】
高速再生動作は、通常再生(1倍速の再生)状態もしくは停止状態から、ユーザによる操作部109からの指示入力を受けて、起動可能である。操作部109にはユーザインタフェースとして、選択ボタンまたはジョグシャトル等の操作部材が設けてあり、所望の再生速度を選択または指示入力可能な構成となっている。
【0054】
再生速度設定回路110は、操作部109からの入力を検出し、指示入力値に応じた再生速度を設定して、システムコントローラ112に指示情報を出力する。
【0055】
システムコントローラ112は、再生速度設定回路110からの指示情報に基づいて、再生装置各部の動作を制御して、高速再生動作へと移行する。具体的には、サーボ111が記録/再生部103の記録媒体回転動作を高速にして、読み出し手段を高速またはスキップして移動させ、更に再生処理回路104、復号化回路105の各部を高速で読み出される再生データに対応するように制御する。
【0056】
高速再生動作を行なっているときに、復号化回路105内の符号列入力部901より関心領域に関する情報を入手したら、関心領域検出回路108において関心領域の有無や領域(形態)について解析して、解析結果を出力する。
【0057】
システムコントローラ112は関心領域検出回路108から出力された解析結果と、再生速度設定回路110から指示された指示情報にもとづいて、高速再生動作の速度に応じた復号処理を実行するように、復号化回路105の各部の処理を制御する。具体的には、関心領域が存在する画像(画面)を高速再生する際には、システムコントローラ112がエントロピ復号部902、逆量子化部903や逆離散ウェーブレット変換部904等での処理に対してリアルタイムに制御信号を伝送することで制御し、再生される画面周期に対応させつつ、関心領域の存在を示すマーカ(パラメータ)を変更したり、関心領域に含まれるビットプレーン上でシフトアップした部分を、復号前に全部または一部シフトダウンするよう変更したりして、関心領域を含む画面での復号処理を少なくても高画質領域の一部が無効となるように変更させて、あるいは関心領域以外の復号処理を変更させて、復号処理に要する負荷の軽減や、関心領域の優先度を変更する処置を施す。
【0058】
図11の各図は再生速度に応じて関心領域の復号処理を制御した場合の、表示部106に表示される表示画の一例である。
【0059】
通常再生で図11(a)のように表示されている映像を2倍速再生した場合、図11(b)のように表示される。図11(b)は、画面内の関心領域は通常再生時と同レベルの解像度を維持し、その他の周辺の領域では通常再生時よりも解像度を低く表示する例である。すなわち、関心領域と周辺領域ともに相対的に解像度を下げて、2倍速再生に対応するフレームレートで復号処理を行なったものである。
【0060】
これにより2倍速再生を行なっても、関心領域、周辺領域ともに解像度は低下するが、特に関心領域については視認可能な解像度を保って再生表示可能であり、かつ復号処理時間の短縮ができて2倍速再生のフレームレートに対応できる速さで各画面の復号処理が可能になる。
【0061】
さらに図11(a)のように表示されている映像を3倍速再生のように、更に再生速度を速めた場合、図11(c)のように表示される。図11(c)は、関心領域のパラメータを変更し、関心領域の外周から所定の範囲を周辺領域と同等になるようシフトダウンし、結果として関心領域の面積を縮小したように復号処理した例である。縮小される範囲は再生速度に応じて決定され、再生速度が速いほど関心領域の範囲は小さくなる。
【0062】
これにより3倍速再生等の高速再生を行なっても、3倍速再生のフレームレートに対応する為に各画面の復号処理時間の短縮が可能であり、かつ注目する関心領域の一部は高解像度を維持しながら高速再生表示が可能となる。なお、図11(c)のような関心領域を縮小する形態の復号処理は、高速再生時は再生速度に関わらず行なってもよいし、図11(b)の相対的に解像度を下げる復号処理で対応不可能な、所定の閾値以上の高速再生時に限って行なっても良い。
【0063】
さらに図11(a)のように表示されている映像を高速再生する際、図11(d)のように表示することも可能である。図11(d)は、関心領域のパラメータを変更し、関心領域としてシフトアップした部分を無視して、周辺領域と同等の解像度で復号処理した例である。
【0064】
このように高速再生時には関心領域の復号処理を無視することによって、復号処理が簡略化可能であり、可能な限りの高速再生に対応可能になる。
【0065】
高速再生時のその他の表示形態として、画面内の関心領域のみは高解像度を維持し、その他の周辺の領域では、通常よりも一層解像度を下げて復号処理して表示する例も、本実施の形態より実現可能である。
【0066】
また、高速再生時のその他の表示形態として、関心領域の範囲は同じままで、周辺の領域のみ更新間隔を変更して、復号処理する例も考えられる。例えば、図10(a)の通常再生時には画面全体の更新間隔は1画面毎であるが、2倍速再生時には関心領域、周辺領域ともに4画面毎に設定した場合、3倍速再生時には関心領域は4画面毎を維持し、周辺領域は8画面毎、12画面毎といったように、周辺領域のみ更新間隔を長くする。これにより、復号処理時間を短縮しつつ、注目する被写体の関心領域はフレームレートを高く維持することが可能となる。
【0067】
以上が本実施の形態の説明である。
【0068】
なお、本実施の形態では、高速再生の速度を2倍、3倍と+整数倍で説明してきたが、もちろん−整数倍、すなわち負方向への高速再生も同様に実現可能であり、さらに正、負ともに整数倍に限らず、ジョグシャトル等を用いて速度を無段階的に設定することも可能である。
【0069】
【発明の効果】
本発明によれば、高画質に符号化処理された処理領域を含む画像データを高速再生する場合に、前記処理領域の面積を縮小して復号することによって、復号された再生画像中の前記処理領域の一部は高画質で表示可能であり、なおかつ高速再生動作時に復号処理で発生する負荷を軽減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像再生装置の構成ブロック図である。
【図2】本発明の符号化回路を説明するためのブロック図である。
【図3】ウェーブレット変換のサブバンドの構成をあらわす図である。
【図4】関心領域を説明するための図である。
【図5】コードブロックを説明するための図である。
【図6】SNRスケーラブルを説明する図である。
【図7】空間解像度スケーラブルを説明する図である。
【図8】最終的な符号列の構成をあらわす図である。
【図9】本発明の復号化回路を説明するためのブロック図である。
【図10】復号時のサブバンドの様子をあらわす図である。
【図11】本発明における表示画面の例である。
【符号の説明】
100 入力端子
101 符号化回路
102 記録処理回路
103 記録/再生部
104 再生処理回路
105 復号化回路
106 表示部
107 外部出力端子
108 関心領域検出回路
109 操作部
110 再生速度設定回路
111 サーボ回路
112 システムコントローラ
Claims (5)
- 複数の画面からなる画像データを再生する再生手段と、
前記画像データに含まれる前記画面内で他の領域よりもビットプレーン上でシフトアップして符号化処理された処理領域を検出する検出手段と、
再生された前記画像データを復号する復号手段と、
前記再生手段における再生速度を選択可能な再生速度選択手段と、
前記再生速度選択手段によって通常再生時よりも速い所定の再生速度が選択された場合、前記検出手段によって検出された前記処理領域の一部を前記ビットプレーン上でシフトダウンすることにより、前記処理領域の面積を縮小して復号するように前記復号手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像再生装置。 - 請求項1において、入力画像に対して前記処理領域の付加を設定する所定領域設定手段と、前記処理領域が付加された前記入力画像を記録する記録手段とをさらに備えたことを特徴とする画像再生装置。
- 請求項2において、前記入力画像を符号化する符号化手段をさらに有し、前記所定領域設定手段は前記符号化手段による符号化処理の過程で前記処理領域の付加を設定することを特徴とする画像再生装置。
- 請求項1において、前記復号手段で復号された画像データに係る画像を表示する表示手段を備えたことを特徴とする画像再生装置。
- 複数の画面からなる画像データを再生する再生ステップと、
前記画像データに含まれる前記画面内で他の領域よりもビットプレーン上でシフトアップして符号化処理された処理領域を検出する検出ステップと、
再生された前記画像データを復号する復号ステップと、
前記再生ステップにおける再生速度を選択する再生速度選択ステップと、
前記再生速度選択ステップにおいて通常再生時よりも速い所定の再生速度が選択された場合、前記検出ステップにおいて検出された前記処理領域の一部を前記ビットプレーン上でシフトダウンすることにより、前記処理領域の面積を縮小して復号するように前記復号ステップにおける復号処理を制御する制御ステップとを有することを特徴とする画像再生方法。
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