JP6460691B2 - 映像圧縮装置、映像圧縮方法及び映像圧縮プログラム - Google Patents
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Description
スーパーハイビジョンは、従来のハイビジョンと比べ、データ量が極めて大きくなるため、コンテンツ制作には大規模な信号処理装置や高速なインターフェースが必要となる。そこで、よりコンパクトで機動的なコンテンツ制作を実現するため、デュアルグリーン方式のスーパーハイビジョン信号が用いられる(非特許文献1参照)。
こうした既存の符号化方式をDG信号に適用する場合、Bayer配列のフレーム画像を、フルカラー画像に変換(デモザイキング)するか、又は図16に示すように、Bayer配列のフレーム画像を、R、G1、G2、Bのそれぞれに画素分割(サブサンプリング)し、4枚の4K画像(解像度3840×2160)に再構成した後に、符号化(圧縮)する必要があった(特許文献1及び非特許文献2参照)。
したがって、映像圧縮装置は、高精細映像信号を既存の符号化方式を用いて圧縮できるため、符号化ハードウェアのコストを抑えることができる。また、映像圧縮装置は、フレーム画像を、空間的に複数の画像に分割することなく、画像の連続性を保ちつつ圧縮を行えるため、圧縮ひずみを抑えられる。さらに、映像圧縮装置は、幾何学的特徴を有する画素の補間手法を採用したことにより、空間周波数変換後の2次元ヒストグラムを、ある特定の成分(u軸方向、v軸方向又は対角方向)に離散させることができるため、エントロピー符号化による圧縮効率が向上し、高精細映像信号を効率的に符号化できる。
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
なお、本実施形態では、符号化技術としてJPEGを用いた場合を例に説明するが、本発明は、その他の空間周波数変換を用いた符号化技術に対しても、同様に適用できる。
映像記録再生装置1は、入力部11と、前処理部12と、符号化部13と、記録部14と、記録媒体15と、復号部16と、後処理部17と、出力部18とを備える。
外部装置は、DG信号インターフェースを持つスーパーハイビジョン単板カメラ及び4板式カメラの他、CCU(Camera Control Unit)、レコーダ、スイッチャ等の映像機器が挙げられる。この他、外部装置は、4Kシネマカメラ又はデジタルスチルカメラ等の高精細撮像素子において、DG信号と同様の画素配列が用いられたRAW信号出力を持つものであってもよい。この場合、入力部11は、入力された信号のフォーマットを判別し、前処理部12に最適な処理方法を選択させる。
前処理部12は、ブロック化部121と、画素分割部122と、画素補間部123と、再配置部124と、パッケージ化部125とを備える。
なお、符号化技術の処理単位が4×4、16×16、32×32等の場合、又は4×8、8×16等の様に長方形の場合には、ブロック化部121は、これらの処理単位に合わせて、ブロック化を行う。
Bayer配列に配置されたR、G1、G2、Bの各画素は、G1及びG2からなる欠落画素を含む画像データ、Rのみからなる欠落画素を含む画像データ、及びBのみからなる欠落画素を含む画像データに分割される。
幾何学的規則は、例えば、以下の3つのパターンが採用される。
この例では、画素補間部123は、DG信号のG1及びG2をブロック(8×8ピクセル)毎に水平方向に反転させ、G1及びG2以外の不足領域の補間値として挿入することで、8×8の欠落画素のないG信号に変換している。
この例では、画素補間部123は、DG信号のG1及びG2をブロック(8×8ピクセル)毎に垂直方向に反転させ、G1及びG2以外の不足領域の補間値として挿入することで、8×8の欠落画素のないG信号に変換している。
この例では、画素補間部123は、DG信号のG1及びG2をブロック(8×8ピクセル)毎に中心点を軸に90度、時計方向又は反時計方向に回転させ、G1及びG2以外の不足領域の補間値として挿入することで、8×8の欠落画素のないG信号に変換している。
(a)は、8×8ピクセルの元画像に対してDCTを行った場合のDCT係数である。この場合、低周波領域に大きな値が集中し、高周波領域の値が小さくなっている。
この例では、再配置部124は、DG信号における8×8のブロックについて、R成分及びB成分をそれぞれ4×4に再配置している。
この例では、8×8ピクセルのG信号4ブロック(計16×16ピクセル)と、4×4ピクセルのR及びB信号のそれぞれ4ブロック(計8×8ピクセル)とをパッケージ化し、4:2:0サンプリング構造のMCUとして扱う場合を示している。
特に、符号化方式がJPEGの場合、符号化部13は、DCT係数をジグザグスキャンしハフマン符号化を行う。本実施形態においては、スキャン後のシリアルデータは、連続的に0になったり、交互に0と整数とが繰り返されたりするため、符号化部13は、最適なハフマンテーブルを選択することで、圧縮効率を高めることができる。
また、映像再生時には、記録部14は、記録媒体15から符号化された記録データを読み出し、復号部16へ供給する。
さらに、記録部14には、ユーザが操作パネル等から記録データの順序入れ替え又は消去等の操作を行った結果を、記録媒体15に反映させる機能が設けられてもよい。
後処理部17は、パッケージ分割部171と、色成分分離部172と、画素間引部173と、再配置部174と、画素合成部175とを備える。
このように、G成分から半分の画素が間引かれたG1及びG2の画像データと、R成分及びB成分をG1及びG2の隙間に再配置した画像データとが合成され、欠落画素のないDG信号が生成される。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
なお、第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
映像圧縮伝送システム2は、伝送装置2a(映像圧縮装置)から受信装置2b(映像再生装置)へ、伝送路3を介してDG信号を伝送する。
受信装置2bは、受信部23と、復調部24と、復号部16と、後処理部17と、出力部18とを備える。
ここで、入力部11、前処理部12、符号化部13、復号部16、後処理部17、及び出力部18は、第1実施形態の映像記録再生装置1(図1)と同様の構成でよい。
伝送部22は、伝送用の信号を物理信号として伝送路3に送出する。
伝送路3は、電気通信路、光ファイバ、導波管、又は自由空間における搬送波等であってよい。
復調部24は、受信した伝送用の信号を、符号化データへと戻す。
以下、前述の実施形態の効果を示すために行ったシミュレーションの手順及び結果を示す。
この例では、記録再生の対象となるテスト画像に、フルカラーのハイビジョン画像(解像度1920×1080)を用いたが、スーパーハイビジョン画像、又は他の高精細画像が入力された場合にも同様の結果が期待できる。
(手順1)テスト画像をBayer配列にサブサンプリングする。
(手順2)(1)で得られた画像のうち、G信号について、8×8ブロック単位で、第1パターン(図4)及び第3パターン(図6)の手法により画素補間を行う。
(手順3)画素補間したG信号をJPEGにより圧縮符号化する。
(手順4)(3)で符号化されたG信号のファイルサイズを測定する。
(手順5)符号化された信号を復号する。
(手順6)(5)で得られた画像を、Bayer配列にサブサンプリングする。
(手順7)(1)と(6)とで得られたG信号について、PSNRを計算する。
(手順1)テスト画像をBayer配列にサブサンプリングする。
(手順2)(1)で得られた画像を、G1,G2,R,Bの4つの低解像度画像に分割する。
(手順3)(2)で得られた画像のG1及びG2信号を、それぞれ別々にJPEGにより圧縮符号化する。
(手順4)(3)で符号化されたG1及びG2信号のファイルサイズを測定する。
(手順5)符号化された信号を復号する。
(手順6)(1)と(5)とで得られたG信号について、PSNRを計算する。
また、本発明には、幾何学的対称性を持つような補間処理以外にも、公知の補間方法を用いることが可能である。その際、複数の補間方法をユーザが切り替え可能であってもよい。
例えば、復号部16、後処理部17及び出力部18は、別の再生装置として分離されてもよい。また、記録部14及び記録媒体15が別の装置として分離されてもよい。
2 映像圧縮伝送システム
2a 伝送装置(映像圧縮装置)
2b 受信装置(映像再生装置)
11 入力部
12 前処理部
13 符号化部
14 記録部
15 記録媒体
16 復号部
17 後処理部
18 出力部
21 変調部
22 伝送部
23 受信部
24 復調部
121 ブロック化部
122 画素分割部
123 画素補間部
124 再配置部
125 パッケージ化部
171 パッケージ分割部
172 色成分分離部
173 画素間引部
174 再配置部
175 画素合成部
Claims (8)
- Bayer配列のサンプリング構造を持つデュアルグリーン方式の単一フレーム画像について、色成分毎に画素を分割する画素分割部と、
前記画素分割部により分割された第1の色成分の画像を、当該画像の各画素を幾何学的規則に従って不足領域へ全て移動した画像と足し合わせることにより補間する画素補間部と、
補間後の前記第1の色成分、並びに前記画素分割部により分割された第2及び第3の色成分をパッケージした処理単位毎に、所定の圧縮方式により符号化を行う符号化部と、を備える映像圧縮装置。 - 前記単一フレーム画像を、前記処理単位に適合するブロックに分割するブロック化部を備え、
前記画素補間部は、前記ブロック毎に補間処理を行う請求項1に記載の映像圧縮装置。 - 前記画素補間部は、前記第1の色成分の画像を、当該画像の各画素を水平方向に反転させた画像と足し合わせることにより補間する請求項1又は請求項2に記載の映像圧縮装置。
- 前記画素補間部は、前記第1の色成分の画像を、当該画像の各画素を垂直方向に反転させた画像と足し合わせることにより補間する請求項1又は請求項2に記載の映像圧縮装置。
- 前記画素補間部は、前記第1の色成分の画像を、当該画像の各画素を中心点の周りに90度回転させた画像と足し合わせることにより補間する請求項1又は請求項2に記載の映像圧縮装置。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の映像圧縮装置において、前記所定の圧縮方式により符号化された映像データを復号する復号部と、
前記復号部により復号された画像データについて、前記第1、第2及び第3の色成分を分離する色成分分離部と、
前記色成分分離部により分離された前記第1の色成分の画像のうち、前記画素補間部により補間された画素を間引く画素間引部と、
前記第1、第2及び第3の色成分の画素を合成する画素合成部と、を備える映像再生装置。 - コンピュータの制御部が、
Bayer配列のサンプリング構造を持つデュアルグリーン方式の単一フレーム画像について、色成分毎に画素を分割する画素分割ステップと、
前記画素分割ステップにおいて分割された第1の色成分の画像を、当該画像の各画素を幾何学的規則に従って不足領域へ全て移動した画像と足し合わせることにより補間する画素補間ステップと、
補間後の前記第1の色成分、並びに前記画素分割ステップにおいて分割された第2及び第3の色成分をパッケージした処理単位毎に、所定の圧縮方式により符号化を行う符号化ステップと、を実行する映像圧縮方法。 - コンピュータの制御部に、
Bayer配列のサンプリング構造を持つデュアルグリーン方式の単一フレーム画像について、色成分毎に画素を分割する画素分割ステップと、
前記画素分割ステップにおいて分割された第1の色成分の画像を、当該画像の各画素を幾何学的規則に従って不足領域へ全て移動した画像と足し合わせることにより補間する画素補間ステップと、
補間後の前記第1の色成分、並びに前記画素分割ステップにおいて分割された第2及び第3の色成分をパッケージした処理単位毎に、所定の圧縮方式により符号化を行う符号化ステップと、を実行させるための映像圧縮プログラム。
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