JP5845485B2 - 誤差耐性化処理方法並びにその方法を採用した予測符号化／復号化装置及び色座標変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、誤差耐性化処理方法並びにその方法を採用した予測符号化／復号化装置及び色座標変換装置に関し、特に、２つのデータの差分をとり、その結果に剰余縮約を施した後に、所定のデータ変換処理を行う一連の処理を行う際の誤差耐性化処理方法並びにその方法を採用した予測符号化／復号化装置及び色座標変換装置に関する。

画像情報に対して行われる予測符号化においては、差分符号が広く利用されている。具体的には、例えば予測画素値をＰ、処理対象画素値をＸとした場合、その差分であるＹ＝Ｘ−Ｐを符号化することで圧縮率の向上を図ることができる。また、色座標変換処理においても同様に差分符号が利用されている。具体的には、各画素がＲＧＢの情報で表現されている場合に、Ｙ＝Ｇ、Ｕ＝Ｒ−Ｇ、Ｖ＝Ｂ−Ｇのように変換することで圧縮率の向上を図っている。しかしながら、上記Ｐ，Ｘ，Ｒ，Ｇ，Ｂが例えば８ビットの情報である場合、差分Ｙ，Ｕ，Ｖは９ビットの情報となり、情報量が増加してしまう。

上記課題の対策として、可逆圧縮を圧縮手法として採用する場合には、modulo reduction（以下、「剰余縮約」ともいう）処理が広く用いられている。これは、差分値はそのまま表現するには９ビットが必要であるものの、例えば、個々の予測画素値Ｐに対しては、その差分の値域は必ず２５６までの値域幅に収まっており、従って、差分の値を適切にシフトしてやれば、必ず８ビットとして表現可能であることを利用したものである。一般的な処理としては、図６に示すように、−２５５〜−１２９の値を１〜１２７に対応付け、１２８〜２５５の値を−１２８〜−１に対応付けることにより行う。これにより−１２８〜１２７の値、すなわち８ビットで表現できる値に縮約できる。

具体例としては、図７に示すように、例えばＸ−Ｐの値域は、−Ｐ〜２５５−Ｐとなり、表現するのに９ビットが必要となるが、この場合、１２８〜２５５−Ｐの値を−１２８〜−１−Ｐに、−Ｐ〜−１２９の値を２５６−Ｐ〜１２７に、対応付けることにより、値域が−１２８〜１２７となり８ビットで表現できるようになる。

上述した技術は例えば特許文献１に開示されている。

特開２００６−２６１８３５号公報

上述のように、剰余縮約の処理は、差分符号に誤差が含まれない処理、例えば上述のように後段で可逆圧縮を伴う予測符号化処理に採用可能なものである。つまり、非可逆圧縮のように誤差が加わる可能性がある処理にあっては採用できない。例えば、予測画素値Ｐが２５５であり、対象画素値が０の場合、差分値は−２５５となり、縮約の結果、＋１を符号化することになるが、ここで差分値に誤差が加わり＋０になると、復号後の画素値は２５５になってしまい、画質が大きく低下してしまう。従って、そのような誤差が加わる可能性がある処理には剰余縮約の処理は利用されていない。しかしながら、非可逆圧縮を採用した予測符号化のように差分符号に誤差が含まれる可能性がある処理においても剰余縮約の処理が採用できれば圧縮効率や伝送効率の向上が期待できる。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、本発明の目的は、２つのデータの差分をとり、その結果に剰余縮約を施した後に、所定のデータ変換処理を行う一連の処理において、その２つのデータの少なくとも一方に誤差が含まれる場合でも、その一連の処理の逆の処理を行ったときに、前記２つのデータが有効に復元できるような誤差耐性化処理方法並びにその方法を採用した予測符号化／復号化装置及び色座標変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の誤差耐性化処理方法は、データ処理装置における誤差耐性化処理方法であって、入力される２つのデータに含まれ得る誤差に応じて、各データに対して値域削減処理を行い、前記値域削減処理を経た後の２つの処理後データに対して差分処理を行い、その差分処理により得られた差分データに対して剰余縮約に基づく変換処理を行い、得られた結果に所定のデータ変換処理を行うことを要旨とする。ここで、前記所定のデータ変換処理は、圧縮符号化処理であることが典型的である。

一方、前記値域削減処理は、値域の両端の、前記誤差に応じた所定幅の値に係るデータを削除することにより行うことができる。

また、前記値域削減処理は、前記誤差に応じた、値域の所定幅を所定個に分割して、それらを前記値域から均等に間引くことにより行うことが好適である。

また、前記値域削減処理は、値域を、前記誤差に応じた所定幅だけ線形的に縮めることが更に好適である。

また、更に、上述の処理により得られた前記所定のデータ変換処理後のデータに対して、前記所定のデータ変換処理の逆変換処理を行い、得られたデータに対して、前記剰余縮約に基づく前記変換処理の逆変換処理を行い、得られたデータに対して前記差分処理の逆処理を行うことにより前記２つの処理後データを回復し、前記２つの処理後データに対して前記値域削減処理の逆処理を行うことにより前記入力される２つのデータを回復することを要旨とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の予測符号化装置は、入力した処理対象画素値に対して値域削減処理を行う値域削減部と、その値域削減部の値域削減処理により値を変更された画素値から予測値を減算して差分値を出力する減算部と、前記差分値に対して剰余縮約に基づく変換処理を行って出力する剰余縮約部と、前記剰余縮約部による削減後のデータに対して量子化処理を行う量子化部と、前記量子化部により量子化されたデータに対して可変長符号化を行う可変長符号化部と、前記量子化部により量子化されたデータに対して、その量子化の逆の処理を行って出力する逆量子化部と、前記逆量子化部から出力されたデータに対して、前記剰余縮約部とは逆の値域シフト処理を行い前記差分値を回復する逆剰余縮約部と、前記逆剰余縮約部からの前記差分値と、自身が格納する過去の処理対象画素値とに基づいて前記予測値を出力する予測部と、を備えることを要旨とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の予測復号化装置は、上述の予測符号化装置における前記可変長符号化部から出力されたデータを入力して前記可変長符号化部における処理の逆処理である復号化を行い出力する可変長復号化部と、前記可変長復号化部から出力されたデータに対して、前記量子化部における量子化と逆の処理を行って出力する逆量子化部と、前記逆量子化部から出力されたデータに対して、前記剰余縮約部とは逆の値域シフト処理を行い前記差分値を回復する逆剰余縮約部と、前記逆剰余縮約部からの前記差分値と、自身が格納する過去の処理対象画素値とに基づいて前記予測値を出力する予測部と、前記差分値と前記予測値を加算する加算部と、前記加算部から出力されたデータに対して、前記値域削減部における処理とは逆の拡張処理を行って元の画素値を回復する値域拡張部と、を備えることを要旨とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の色座標変換装置は、入力した処理対象の複数の色画素値に対して、色座標変換後の処理で想定される誤差に応じて、値域削減処理を行う値域削減部と、前記値域削減部から出力された複数の色画素値に対して、差分処理を含む色座標変換を行い、他の複数の色画素値を出力する座標変換部と、前記座標変換部において、前記差分処理により得られた色画素値に対して剰余縮約に基づく変換処理を行って出力する剰余縮約部と、を備えることを要旨とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の色座標変換装置は、上述の色座標変換装置における前記剰余縮約部から出力されたデータに対して、前記剰余縮約部とは逆の値域シフト処理を行い前記他の複数の色画素値を回復する逆剰余縮約部と、前記逆剰余縮約部から出力されたデータに対して、前記座標変換部における座標変換とは逆の座標変換を行って、前記座標変換部による処理の前の複数の色画素値を回復する座標逆変換部と、前記座標逆変換部から出力された前記複数の色画素値に対して、前記値域削減部における処理とは逆の拡張処理を行って元の複数の色画素値を回復する値域拡張部と、を備えることを要旨とする。

本発明によれば、２つのデータの差分をとり、その結果に剰余縮約を施した後に、所定のデータ変換処理を行う一連の処理において、その２つのデータの少なくとも一方に誤差が含まれる場合でも、その一連の処理の逆の処理を行ったときに、前記２つのデータが有効に復元できる。

本発明の誤差耐性化処理方法の一実施形態の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態において、値域削減を行った後の剰余縮約の処理を説明するための図である。 値域削減のしかたの具体例を説明するためのである。 本発明の誤差耐性化処理方法を採用した予測符号化／復号化装置を示す図であり、同図（ａ）が予測符号化装置、同図（ｂ）が予測復号化装置のブロック図である。 本発明の誤差耐性化処理方法を採用した色座標変換装置を示す図であり、同図（ａ）が正変換装置、同図（ｂ）が逆変換装置のブロック図である。 剰余縮約を説明するための図である。 剰余縮約を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の誤差耐性化処理方法の一実施形態の処理手順を示すフローチャートである。図２は、本発明の一実施形態において、値域削減を行った後の剰余縮約の処理を説明するための図である。図３は、値域削減のしかたの具体例を説明するためのである。なお、図１に示した処理は、プロセッサで走るソフトウェアとしても、また、ハードウェア回路としても実現可能である。

図２及び図３を適宜参照しつつ、図１に沿って、本発明の誤差耐性化処理方法の一実施形態の処理手順を説明する。まず、次段の差分処理に係る入力データに対して値域削減処理を行う（ステップＳ１）。例えば、差分処理に係る信号を予測符号化における処理対象画素値ｘと予測画素値ｐとし、それぞれ８ビットのデータとし、図２に示すように、処理対象画素値ｘの値域を０〜２５５とする。そして、ステップＳ１における値域削減処理においては、その値域をｍ〜２５５−ｍとなるようにする。すなわち、２ｍだけ削減する。この削減の具体的方法としては、図３（ａ）に示すように、単純に０〜ｍ−１及び２５５−ｍ＋１〜２５５の値を有するものを削除してもよいし、同図（ｂ）に示すように、所定間隔で均等に間引いてもよい。更に好適には、元の値域ｘ＝０〜２５５に対してｘ×（（２５５−２ｍ）／２５５）＋ｍという処理を施して均等にｍ〜２５５−ｍに圧縮するようにしてもよい。また、所定の変換テーブルを用意しておき、それに基づいて対応する新たな値を決めることにより地域を変換削減するようにしてもよい。

次に、差分処理後の値域を求める（ステップＳ２）。前述のように、予測画素値ｐが既知の場合には差分処理後の値域は、図２に示すように、ｍ−ｐ〜２５５−ｍ−ｐとなる。しかし、このままではやはり８ビットでは表現できず、９ビットの情報となってしまう。そこで、次に従来通りの剰余縮約の処理を行う（ステップＳ３）。これによれば、図２に示すように、従来と同様、値域は−１２８〜１２７の範囲となり、８ビットで表現できることとなる。但し、本発明においては、上述のように値域削減処理を行っているので、図２に示すように、結果として、−ｐの値を中央に挟んで２ｍ（＝Ｍ、以降、このＭを「誤差余裕」と称す）の範囲の値は表れないことになる。このように−ｐの値を中央に挟んで２ｍの範囲の値をとらないようにすることにより、差分値に誤差が加わった場合でも適切に符号化が行え（量子化により不適切に飛んでしまう値が発生しない）、またその後の復号化により適切な値が復元できる。従って、ｍは具体的な装置等で発生し得る誤差を考慮しての値を設定する。

なお、上述においては予測符号化処理について説明したが、色座標変換処理においても同様である。すなわち、色座標変換においては、例えばＲ，Ｇ，ＢのデータをＹ，Ｕ，Ｖに変換するものであるが、Ｕ＝Ｒ−ＧやＶ＝Ｂ−Ｇというように差分処理を含み、剰余縮約の処理を行うことが可能である。

図１に戻り、次にステップＳ４において、所定の処理を行う。所定の処理としては、量子化を含む圧縮符号化等である。つまり非可逆圧縮符号化処理も許容する。そして、得られたデータをメモリ等の格納手段に格納したり、通信回線を介して送信したりする（ステップＳ５）。例えば復号化装置又は受信装置側の以降の処理については、ステップＳ１〜Ｓ４までの処理の逆の処理を逆順で進める（ステップＳ６〜Ｓ９）。この結果、元のデータが復元できる。

次に、上述の本発明の誤差耐性化処理方法を適用した装置について説明する。
図４は、本発明の誤差耐性化処理方法を採用した予測符号化／復号化装置を示す図であり、同図（ａ）が予測符号化装置、同図（ｂ）が予測復号化装置のブロック図である。

まず、図４（ａ）を参照し、同図に示した予測符号化装置は、値域削減部１１、減算部１２、剰余縮約部１３、量子化部１４、可変長符号化部１５、逆量子化部１６、逆剰余縮約部１７、加算部１８、及び予測部１９を備えている。

そこで、値域削減部１１は、入力した処理対象画素値ｘに対して上述のような値域削減処理を行う。このとき削減する量としての誤差余裕Ｍ（＝２ｍ）は、この予測符号化装置にあっては、量子化部１４における量子化係数をδとすると、予測画素値ｐに含まれる誤差は最大δと見積もれるので、Ｍ＝２δと設定するのが好適である。

減算器１２は、値域削減部１１により変更された値から予測部１９が出力する予測画素値ｐを減算して、差分値ｄとして出力する。剰余縮約部１３は、差分値ｄに対して前述のような剰余縮約に基づく変換処理を行って出力する。量子化部１４は、剰余縮約部１３から出力されたデータに対して量子化処理を行い、得られた結果は、可変長符号化部１５により可変長符号化され、符号化データｙとして図示しないメモリに格納されたり、通信回線を介して送信されたりする。なお、このメモリに格納されたり、通信回線を介して送信されたりする情報のなかには、値域削減部１１での処理における誤差余裕の程度の情報が含まれている。但し、誤差余裕の程度を量子化係数に合わせて決めているのであれば、この情報は送る必要はない。

一方、逆量子化部１６は、量子化部１４から出力された量子化データに対して、その量子化の逆の処理を行って出力する。逆剰余縮約部１７は、逆量子化部１６から出力されたデータに対して、剰余縮約部１３とは逆の値域シフト処理を行い差分値ｄを回復する。加算部１８は、回復した差分値ｄと予測値ｐを加算して過去の画素値として予測部１９に供給する。予測部１９は、過去の一連の画素値ｘを記憶しており、それらのデータと回復した差分値ｄとから予測値ｐを生成する。

次に、図４（ｂ）を参照し、同図に示した復号化装置は、可変長復号化部２０、逆量子化部１６、逆剰余縮約部１７、加算部１８、予測部１９、及び値域拡張部２１を備えている。

そこで、可変長復号化部２０は、符号化されたデータを入力して可変長符号化部１５における処理の逆処理である復号化を行い出力する。次段の逆量子化部１６、逆剰余縮約部１７、加算部１８、及び予測部１９における処理は、図４（ａ）に示した符号化装置におけるそれらと同一である。そして、値域拡張部２１は、加算部１８から出力されたデータに対して、値域削減部１１における処理とは逆の拡張処理を行って元の画素値ｘを回復する。

以上のように図４に示された予測符号化／復号化装置においては、予測値ｐに量子化に基づく誤差が含まれていても、剰余縮約を経て誤った値に大きく飛んでしまうようなことがない。従って、かかる装置により符号化と復号化を経ても、元のデータの復元に剰余縮約が悪影響を及ぼさない。

次に、図５は、本発明の誤差耐性化処理方法を採用した色座標変換装置を示す図であり、同図（ａ）が正変換装置、同図（ｂ）が逆変換装置のブロック図である。ここでは、色画素値Ｒ，Ｇ，Ｂを、Ｙ，Ｕ，Ｖに変換する装置として示している。

まず、図４（ａ）を参照し、同図に示した色座標変換を伴う正変換装置は、値域削減部３１、座標変換部３２、及び剰余縮約部３３を備えている。

そこで、値域削減部３１は、入力した色画素値に対して前述のような値域削減処理を行う。このとき削減する量としての誤差余裕Ｍ（＝２ｍ）は、この色座標変換を含む正変換装置にあっては、色座標変換後に想定される処理の各成分の最大誤差をδとすると、発生し得る誤差は最大２δと見積もれる（差分対象の双方の値に誤差が含まれる可能性がある）ので、Ｍ＝４δと設定するのが好適である。発生し得る誤差としては、圧縮歪によるものや、伝送経路のノイズによるものが想定される。

座標変換部３２は、入力する色画素値Ｒ，Ｇ，Ｂに基づく、Ｙ＝Ｇ、Ｕ＝Ｒ−Ｇ、Ｖ＝Ｂ−Ｇを算出することにより、変換後の画素値Ｙ，Ｕ，Ｖを求める。剰余縮約部３３は、差分処理により求められた色画素値Ｕ、Ｖについては、前述のような剰余縮約に基づく変換処理を行って出力する。その後は、圧縮符号化され、メモリに格納されたり、通信回線を介して送信されたりする。なお、このメモリに格納されたり、通信回線を介して送信されたりする情報のなかには、値域削減部３１での処理における誤差余裕の程度の情報が含まれている。

次に、図５（ｂ）を参照し、同図に示した色座標逆変換を伴う逆変換装置は、逆剰余縮約部４１、座標逆変換部４２、及び値域拡張部４３を備えている。

そこで、逆剰余縮約部４１は、剰余縮約部３３とは逆の値域シフト処理を行い色画素値Ｙ，Ｕ，Ｖを回復する。座標逆変換部４２は、座標変換部３２における変換処理と逆の変換処理を行うことにより、色画素値Ｒ，Ｇ，Ｂを回復する。そして、値域拡張部４３は、座標逆変換部４２から出力された色画素値Ｒ，Ｇ，Ｂに対して、値域削減部３１における処理とは逆の拡張処理を行って元の色画素値を回復する。

以上のように図５に示された色座標変換装置においては、色画素値に圧縮もしくはノイズに起因する誤差が含まれていても、剰余縮約を経て誤った値に大きく飛んでしまうようなことがない。従って、かかる装置により、元のデータの復元に剰余縮約が悪影響を及ぼさない。

本発明の誤差耐性化処理方法並びにその方法を採用した予測符号化／復号化装置及び色座標変換装置は、差分処理後に剰余縮約（modulo reduction）の処理を採用している処理方法及び装置に適用できる。

１１，３１ 値域削減部
１２ 減算部
３２ 座標変換部
１３，３３ 剰余縮約部
１４ 量子化部
１５ 可変長符号化部
２０ 可変長復号化部
１６ 逆量子化部
１７，４１ 逆剰余縮約部
１８ 加算部
４２ 座標逆変換部
１９ 予測部
２１，４３ 値域拡張部

Claims (10)

1. データ処理装置における誤差耐性化処理方法であって、
   入力される２つのデータに含まれ得る誤差に応じて、各データに対して値域削減処理を行い、
   前記値域削減処理を経た後の２つの処理後データに対して差分処理を行い、
   その差分処理により得られた差分データに対して剰余縮約に基づく変換処理を行い、
   得られた結果に所定のデータ変換処理を行うことを特徴とする誤差耐性化処理方法。
2. 前記値域削減処理は、値域の両端の、前記誤差に応じた所定幅の値に係るデータを削除することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の誤差耐性化処理方法。
3. 前記値域削減処理は、前記誤差に応じた、値域の所定幅を所定個に分割して、それらを前記値域から均等に間引くことにより行うことを特徴とする請求項１に記載の誤差耐性化処理方法。
4. 前記値域削減処理は、値域を、前記誤差に応じた所定幅だけ線形的に縮めることを特徴とする請求項１に記載の誤差耐性化処理方法。
5. 前記所定のデータ変換処理は、圧縮符号化処理であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の誤差耐性化処理方法。
6. 請求項１に記載の処理により得られた前記所定のデータ変換処理後のデータに対して、前記所定のデータ変換処理の逆変換処理を行い、
   得られたデータに対して、前記剰余縮約に基づく前記変換処理の逆変換処理を行い、
   得られたデータに対して前記差分処理の逆処理を行うことにより前記２つの処理後データを回復し、
   前記２つの処理後データに対して前記値域削減処理の逆処理を行うことにより前記入力される２つのデータを回復することを特徴とする誤差耐性化処理方法。
7. 入力した処理対象画素値に対して値域削減処理を行う値域削減部と、
   その値域削減部の値域削減処理により値を変更された画素値から予測値を減算して差分値を出力する減算部と、
   前記差分値に対して剰余縮約に基づく変換処理を行って出力する剰余縮約部と、
   前記剰余縮約部による削減後のデータに対して量子化処理を行う量子化部と、
   前記量子化部により量子化されたデータに対して可変長符号化を行う可変長符号化部と、
   前記量子化部により量子化されたデータに対して、その量子化の逆の処理を行って出力する逆量子化部と、
   前記逆量子化部から出力されたデータに対して、前記剰余縮約部とは逆の値域シフト処理を行い前記差分値を回復する逆剰余縮約部と、
   前記逆剰余縮約部からの前記差分値と、自身が格納する過去の処理対象画素値とに基づいて前記予測値を出力する予測部と、
   を備えることを特徴とする予測符号化装置。
8. 請求項７に記載の予測符号化装置における前記可変長符号化部から出力されたデータを入力して前記可変長符号化部における処理の逆処理である復号化を行い出力する可変長復号化部と、
   前記可変長復号化部から出力されたデータに対して、前記量子化部における量子化と逆の処理を行って出力する逆量子化部と、
   前記逆量子化部から出力されたデータに対して、前記剰余縮約部とは逆の値域シフト処理を行い前記差分値を回復する逆剰余縮約部と、
   前記逆剰余縮約部からの前記差分値と、自身が格納する過去の処理対象画素値とに基づいて前記予測値を出力する予測部と、
   前記差分値と前記予測値を加算する加算部と、
   前記加算部から出力されたデータに対して、前記値域削減部における処理とは逆の拡張処理を行って元の画素値を回復する値域拡張部と、
   を備えることを特徴とする予測復号化装置。
9. 入力した処理対象の複数の色画素値に対して、色座標変換後の処理で想定される誤差に応じて、値域削減処理を行う値域削減部と、
   前記値域削減部から出力された複数の色画素値に対して、差分処理を含む色座標変換を行い、他の複数の色画素値を出力する座標変換部と、
   前記座標変換部において、前記差分処理により得られた色画素値に対して剰余縮約に基づく変換処理を行って出力する剰余縮約部と、
   を備えることを特徴とする色座標変換装置。
10. 前記請求項９記載の色座標変換装置における前記剰余縮約部から出力されたデータに対して、前記剰余縮約部とは逆の値域シフト処理を行い前記他の複数の色画素値を回復する逆剰余縮約部と、
    前記逆剰余縮約部から出力されたデータに対して、前記座標変換部における座標変換とは逆の座標変換を行って、前記座標変換部による処理の前の複数の色画素値を回復する座標逆変換部と、
    前記座標逆変換部から出力された前記複数の色画素値に対して、前記値域削減部における処理とは逆の拡張処理を行って元の複数の色画素値を回復する値域拡張部と、
    を備えることを特徴とする色座標変換装置。
    

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