JP6502753B2 - 画像符号化装置、画像処理装置、画像符号化方法 - Google Patents
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Description
それぞれが所定数の画素からなる複数のグループを含む符号化対象のブロックの符号長が、前記符号化対象のブロックの目標符号量に応じた所定値を超えないように、前記グループごとに、前記グループの画像データの符号化処理における量子化のための量子化ステップと符号化方式とを決定する決定手段であって、
前記符号化対象のブロックにおける前記グループごとに、量子化された画像データを出力する第1の符号化方式と、量子化された画像データと予測データとの差分を符号化したデータを出力する第2の符号化方式とのうち、符号長がより小さくなる符号化方式を選択する第1の符号化モードと、前記符号化対象のブロックにおける前記複数のグループの全てについて前記第1の符号化方式を選択する第2の符号化モードとのうち、前記複数のグループのそれぞれに割り当てられる量子化ステップの値の合計がより小さくなる符号化モードを、前記符号化対象のブロックを単位として選択し、
前記選択した符号化モードに従い前記複数のグループのそれぞれについて前記符号化方式と前記量子化ステップとを決定し、前記量子化ステップを、少なくとも第1の量子化ステップと、前記第1の量子化ステップよりも小さい第2の量子化ステップとを含むように決定する決定手段と、
前記決定手段により選択された符号化モードに従って符号化対象のブロックの画像データを符号化する符号化手段であって、前記符号化対象のブロックに含まれる前記グループごとに前記決定手段が決定した前記量子化ステップと前記符号化方式とに基づき前記符号化処理を行う符号化手段とを備えることを特徴とする。
以下、発明の実施形態に対応する画像処理装置を説明する。図1(a)は発明の実施形態における画像処理装置の構成の一例を示す図である。画像処理装置100は、例えば取得部10、画像符号化部20、メモリ30を有する。図1の画像処理装置100において、各ブロックは、撮像素子や表示素子のような物理的デバイスを除き専用のデバイス、ロジック回路やメモリを用いてハードウェア的に構成されてもよい。或いは、メモリに記憶されている処理プログラムをCPU等のコンピュータが実行することにより、ソフトウェア的に構成されてもよい。画像処理装置100は例えばデジタルカメラとして実施することができるが、それ以外にも、例えばパーソナルコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、PDA、タブレット端末、デジタルビデオカメラなどの任意の情報処理端末或いは撮像装置とすることができる。
以下、図1(b)を参照して、発明の実施形態に対応する画像符号化部20の構成及び動作を説明する。図1(b)は、発明の実施形態に係る画像符号化部20の構成例を示すブロック図である。画像符号化部20は、仮符号化系110と本符号化系120の2つの大ブロックより構成される。さらに仮符号化系110は符号化部111A〜111D、QP決定部115および116、ヘッダ省略判定部117から構成される。
本実施形態において画像符号化部20が実行する画像符号化処理では、入力画像データを所定サイズ(画素数)を有するブロック(以下、「符号化ブロック」という)に分割し、符号化ブロック単位に符号化を行うものとする。また、符号化ブロックは1つ以上の所定数の画素からなる「画素グループ」にさらに分割される。画素グループは後述する符号化方法(PCM/DPCM)の切り替えや、量子化パラメータ(以下、「QP」という)の切り替えを行う単位となる。画素グループは同一座標の画素や隣接画素など相関性の高い画素で構成されることが望ましく、単一のカラー要素のみで構成してもよいし、複数のカラー要素で構成してもよい
本実施形態ではRGB画像データの各カラー要素それぞれ水平16画素×垂直1画素×3色=48画素を符号化ブロックとする。また、各カラー要素の1画素ずつの計3画素を画素グループとする。
次に、仮符号化系110、本符号化系120で共通に使用される符号化部111の構成及び動作について図3を参照して説明する。図3は符号化部111の構成例を示すブロック図である。図3に示すように符号化部111は、例えば量子化部301、予測部302、減算器303、可変長符号化部304、PCM符号長算出部305、符号長比較部306、セレクタ307、308、309を含んで構成される。
Quant = Data / (1 << QP) ・・・(式1)
(Quant:量子化データ、Data:入力画像データ、QP:量子化パラメータである。)
また、1<<QPとは、入力された画像データが、QPで示されるビット数だけ、ビットシフトすることを示す。
QP=0:量子化ステップ=1、入力データは量子化されずそのまま出力。有意ビット不変。
QP=1:量子化ステップ=2、入力データは1/2に量子化。有意ビットは1ビット減少。
QP=2:量子化ステップ=4、入力データは1/4に量子化。有意ビットは2ビット減少。
QP=n:量子化ステップ=(1<<n)、入力データは1/(1<<n)に量子化。有意ビットはnビット減少。
PCM符号長 = 画像データビット数 − QP ・・・(式2)
本実施形態では、QPの値が1増える毎に、PCMデータの符号長が1ビットずつ減少する。よって、QP=0を初期値として、QPが1増える毎に、PCMデータの符号長は10ビットから1ビットずつ短くなる。ここで、仮符号化系110では、QPの値は符号化部111Aから111Dのそれぞれについて固定的に割り当てられているのでPCM符号長も固定値となる。よって、PCM符号長算出部305は式2の演算によりPCM符号長を算出するのではなく、割り当てられたQPの値に基づくPCM符号長の固定値を保持し、出力する構成であってもよい。PCM符号長算出部305は、決定したPCM符号長を符号長比較部306とセレクタ308とにそれぞれ出力すると共に、符号化部111の外部へも出力する。
ここで、符号長比較部306における符号長の比較の詳細を図7のフローチャートを参照して説明する。符号長の比較は前述した画素グループ単位で行われる。
S_PCM_Gn:GnのPCM符号長
S_PCM_Bn:BnのPCM符号長
S_DPCM_Rn:RnのDPCM符号長
S_DPCM_Gn:GnのDPCM符号長
S_DPCM_Bn:BnのDPCM符号長
ここでは、図4(a)のRGBコンポネント形式のデータ入力について、グループ番号nの画素を対象に実行した例を示している。本実施形態では、上述のステップで各符号長を取得しているが、画素グループ内のすべての画素についてDPCMとPCM符号長が取得できていればよく特に順番を限定するものではない。
ここで図1の画像符号化部20の説明に戻り、仮符号化系110における仮符号化処理について説明する。図1の仮符号化系110に入力された画像データは複数の符号化部111Aから111Dによって、QPが0から3でそれぞれ符号化が行われ選択符号長がQP決定部115に、PCM符号長がQP決定部116にそれぞれ出力される。ここで選択符号長は、各符号化部が各QPに対応する量子化ステップで量子化処理を行った量子化結果をPCMまたはDPCMで符号化した符号データの符号長を表し、セレクタ308から出力される。PCM符号長は、各符号化部が各QPに対応する量子化ステップで量子化処理を行った量子化結果の符号長を表し、PCM符号長算出部305から出力される。符号化部111A〜111Dは図3に示した構成を有し、出力信号として、符号データ、選択符号長、PCM符号長、PCM/DPCM選択フラグが存在する。しかし、仮符号化系110では選択符号長及びPCM符号長を使用し、符号データ、PCM/DPCM選択フラグは使用しなくてもよい。
仮符号化系110において、QP決定部115と116とは前段の符号化部111A〜111Dから入力されたQP毎の複数の符号長の情報に基づき、本符号化系120で画素グループ単位に適用する適用QPの候補となるQPalt、QPpcmをそれぞれ決定する。ここで、QP決定部115への入力信号となる選択符号長は、各符号化部111において得られたPCM符号長またはDPCM符号長のうち、より小さい値となった符号長である。一方のQP決定部116への入力信号となる符号長は、各符号化部111におけるPCM符号長となる。QP決定部116は、入力信号が異なるだけで、基本的な構成及び処理内容はQP決定部115と同じである。以下では各QP決定部の動作を説明する。
本施形態におけるQP決定部115が実行する処理手順の概要を、図5を用いて説明する。図5において、符号化ブロック毎に本処理が開始されると、S501にてQP決定部115は符号化部111A〜111Dから、各符号化部に割り当てられたQP毎に算出された符号長の情報を画素グループ単位に取得する。以下、取得される符号データの符号長を、QPの値:qp、画素グループ番号:pgを要素とする、pg_size[qp][pg]と表す。qpは0から3までの値をとり、pgは0から15までの値をとる。
tmp_size=new_size−minus_size+plus_size・・・式3
例えば、pg=0でqp=3の場合を考えると、図9(a)の例ではnew_size=349、minus_size=30、plus_size=32であるから、tmp_size=351となる。
画素グループ番号2:353−24+24=353
画素グループ番号3:353−20+22=355
画素グループ番号4:355−20+22=357
画素グループ番号5:357−20+22=359
画素グループ番号6:359−16+18=361
画素グループ番号0:359−32+32=359
画素グループ番号1:359−32+32=359
画素グループ番号2:359−24+26=361
となり、ここでは画素グループ番号2において目標符号量を超えてしまう。この時点でqpの値は1となっているので処理を終了する。このようにして決定された画素グループ単位のQPaltの各値は、pg_qp[0〜1]は1、pg_qp[2〜5]は2、pg_qp[6〜15]は3となる。このようにしてQP値を組み合わせたブロック符号長は359ビットとなる。以上の例では、ヘッダ情報の符号長を考慮した場合について説明したが、ヘッダ情報の符号長を考慮しない場合には上述の数値からヘッダ情報の符号長23ビットを適宜差し引くだけでよい。
次に、QP決定部116の動作を説明する。QP決定部116は、QP決定部115と同一構成を有するが、ヘッダ省略モードに対応するQP決定処理を行う。ヘッダ省略モードでは、ヘッダ情報をheader_skip_flgの1ビットのみとし、画素ブロック内の全ての画素をPCM符号化するとともに、符号化ブロック内の画素に対するQP値の割当パターンを一意に定める。その結果、どのような入力画像であっても、全画素をPCM符号化することによって必ず目標符号量に収めることができる。また、ヘッダ符号長を1ビットとすることで、画像データに多くの符号量を割り当てることができる。
次に、ヘッダ省略判定部117の動作を説明する。ヘッダ省略判定部117は、PCM/DPCMが混在し得る第1の符号化モードと、PCMに固定する第2の符号化モードとのいずれを選択するかを符号化ブロック単位に判定する。また、当該判定結果に基づいて、本符号化系120の符号化部111Eが使用する適用QPを、QP決定部115及び116のそれぞれから入力されたQPaltとQPpcmとのいずれかに決定する。
次に、図1の本符号化系120の動作について説明する。本符号化系120にも仮符号化系110に入力された画像データと同一の画像データが入力されるが、仮符号化系110のヘッダ省略判定部117が適用QPとヘッダ省略モードフラグを決定し出力するまで待機する必要がある。そこで、入力画像データは遅延部121に入力され、仮符号化系110が適用QP及びヘッダ省略モードフラグを決定するために必要な所定の処理サイクル分だけ遅延される。遅延後の画像データは遅延部121から符号化部111Eへ出力される。これにより符号化部111Eは、仮符号化系110が適用QPを決定した符号化ブロックを、当該決定された適用QPを用いて符号化することができる。
次に、画像符号化部20で生成された符号化データを復号する、発明の実施形態に対応する画像復号化部の構成例及び動作について説明する。図2は、発明の実施形態に対応する画像復号化部40の構成例を示すブロック図である。画像処理装置100は画像復号化部40を有し、メモリ30に記憶された符号化データを復号することができる。以下、本実施形態の画像復号化部の構成例において各ブロックの動作について説明する。
上記第1の実施形態では図10(b)に示すように、ヘッダ情報においてヘッダ省略モードフラグとQPとを示す領域を独立に設け、固定長の3ビットのヘッダ領域を使用していた。これに対し本実施形態では、これらを統合して可変長符号として取り扱うこととする。
上記第2の実施形態では、ヘッダ省略モードフラグとQP値との組み合わせに対して符号語を固定的に割当てた。これに対し第3の実施形態では、フレーム単位の符号化モードの選択状況に基づき、最も選択頻度の高い符号化モードに対して最も短い符号語を割り当てることで画質の劣化を抑えることを可能とする。
Claims (19)
- それぞれが所定数の画素からなる複数のグループを含む符号化対象のブロックの符号長が、前記符号化対象のブロックの目標符号量に応じた所定値を超えないように、前記グループごとに、前記グループの画像データの符号化処理における量子化のための量子化ステップと符号化方式とを決定する決定手段であって、
前記符号化対象のブロックにおける前記グループごとに、量子化された画像データを出力する第1の符号化方式と、量子化された画像データと予測データとの差分を符号化したデータを出力する第2の符号化方式とのうち、符号長がより小さくなる符号化方式を選択する第1の符号化モードと、前記符号化対象のブロックにおける前記複数のグループの全てについて前記第1の符号化方式を選択する第2の符号化モードとのうち、前記複数のグループのそれぞれに割り当てられる量子化ステップの値の合計がより小さくなる符号化モードを、前記符号化対象のブロックを単位として選択し、
前記選択した符号化モードに従い前記複数のグループのそれぞれについて前記符号化方式と前記量子化ステップとを決定し、前記量子化ステップを、少なくとも第1の量子化ステップと、前記第1の量子化ステップよりも小さい第2の量子化ステップとを含むように決定する決定手段と、
前記決定手段により選択された符号化モードに従って符号化対象のブロックの画像データを符号化する符号化手段であって、前記符号化対象のブロックに含まれる前記グループごとに前記決定手段が決定した前記量子化ステップと前記符号化方式とに基づき前記符号化処理を行う符号化手段とを備える
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 前記決定手段は、前記第1の符号化モードで符号化した場合の前記符号化対象のブロックの符号長が前記所定値以下にならない場合、前記量子化ステップの値の前記合計の大小にかかわらず前記第2の符号化モードを選択することを特徴とする、請求項1に記載の画像符号化装置。
- 前記符号化手段は、前記第1の符号化モードにおいて前記符号化対象のブロックの目標符号量のうち前記符号化処理により得られる符号化データに割り当てる符号量を、前記第2の符号化モードにおいて前記ブロックの目標符号量のうち前記符号化処理により得られる符号化データに割り当てる符号量よりも小さくすることを特徴とする請求項1または2に記載の画像符号化装置。
- 前記決定手段は、前記符号化対象のブロックに含まれる前記グループの全てについて前記第1の量子化ステップを用いて量子化を行い、該グループのそれぞれについて前記決定された符号化方式で画像データを符号化した場合の前記符号化対象のブロックの符号長が前記所定値を超えず、且つ、最大の値となる量子化ステップを、前記第1の量子化ステップとして決定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像符号化装置。
- 前記決定手段は、前記複数のグループのうち、少なくとも前記符号化対象のブロックの先頭のグループに対して前記第2の量子化ステップを割り当てることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の画像符号化装置。
- 前記決定手段は、前記複数のグループのうち、前記先頭のグループを含む連続する複数のグループに対して前記第2の量子化ステップを割り当てることを特徴とする、請求項5に記載の画像符号化装置。
- 前記決定手段は、前記複数のグループのうち、前記連続する複数のグループを除いたグループに対して前記第1の量子化ステップを割り当てることを特徴とする、請求項6に記載の画像符号化装置。
- 前記第2の量子化ステップは、複数の異なる量子化ステップを含み、
前記決定手段は、前記符号化対象のブロックの先頭のグループに対し、前記複数の異なる量子化ステップのうち最小の量子化ステップを割り当てることを特徴とする、請求項6または7に記載の画像符号化装置。 - 前記決定手段は、前記複数のグループのうち一部のグループに前記第2の量子化ステップを割り当て、前記複数のグループの残りのグループに前記第1の量子化ステップを割り当て、
前記一部のグループは、
前記一部のグループのそれぞれを前記第2の量子化ステップを用いて量子化し、該一部のグループのそれぞれについて前記決定された符号化方式で符号化した場合の符号長の第1の合計と、
前記残りのグループのそれぞれを前記第1の量子化ステップを用いて量子化し、該残りのグループのそれぞれについて前記決定された符号化方式で符号化した場合の符号長の第2の合計と
の合計が、前記所定値を超えず、且つ、最大の値となるように決定されることを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の画像符号化装置。 - 前記決定手段は、前記第2の符号化モードを選択する場合に、前記量子化ステップを前記符号化対象のブロックに含まれる画素ごとに決定することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の画像符号化装置。
- 前記符号化手段は、前記符号化対象のブロックの画像データを符号化することにより得られた符号化データに対し、前記決定手段が前記第1の符号化モードと前記第2の符号化モードとのいずれを選択したかを識別するためのフラグ情報を含むヘッダを多重することを特徴とする、請求項1から10のいずれか1項に記載の画像符号化装置。
- 前記符号化手段は、前記決定手段により前記第2の符号化モードが選択された場合、前記フラグ情報以外の情報を含まないヘッダを前記符号化データに多重し、
前記ブロックの目標符号量のうち、前記ヘッダのサイズを除くサイズを前記符号化処理により得られた符号化データに割り当てることを特徴とする請求項11に記載の画像符号化装置。 - 前記符号化手段は、前記決定手段が選択した符号化モードと、前記第1の量子化ステップまたは前記第2の量子化ステップの情報との組み合わせに基づく符号語を含むヘッダを多重することを特徴とする、請求項1から10のいずれか1項に記載の画像符号化装置。
- 前記決定手段は、前記第1の量子化ステップと前記第2の量子化ステップとを、所定数の量子化ステップの中から決定し、
前記符号化手段は、前記所定数の量子化ステップのうち、より粗い量子化ステップを含む組み合わせに対して符号量の少ない前記符号語を割り当てることを特徴とする請求項13に記載の画像符号化装置。 - 前記決定手段は、前記第1の量子化ステップと前記第2の量子化ステップとを、所定数の量子化ステップの中から選択し、
前記符号化手段は、処理対象のフレームに先行するフレームにおける前記符号化モードの選択頻度と、前記所定数の量子化ステップのそれぞれの選択頻度とに基づき、選択頻度がもっとも高い組み合わせに対して符号量が最小の前記符号語を割り当てることを特徴とする請求項13に記載の画像符号化装置。 - 前記画像データがカラー画像データである場合に、前記グループは該カラー画像データを構成するカラー要素の組であることを特徴とする、請求項1から15のいずれか1項に記載の画像符号化装置。
- 前記画像データがグレースケール画像データである場合に、前記グループは該グレースケール画像データを構成する隣接画素の組であることを特徴とする、請求項1から15のいずれか1項に記載の画像符号化装置。
- 画像を取得する取得手段と、
前記取得手段が取得した前記画像を符号化処理する請求項1から17のいずれか1項に記載の画像符号化装置と
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 画像符号化装置が実行する画像符号化方法であって、
前記画像符号化装置の決定手段が、それぞれが所定数の画素からなる複数のグループを含む符号化対象のブロックの符号長が、前記符号化対象のブロックの目標符号量に応じた所定値を超えないように、前記グループごとに、前記グループの画像データの符号化処理における量子化のための量子化ステップと符号化方式とを決定する決定工程であって、
前記符号化対象のブロックにおける前記グループごとに、量子化された画像データを出力する第1の符号化方式と、量子化された画像データと予測データとの差分を符号化したデータを出力する第2の符号化方式とのうち、符号長がより小さくなる符号化方式を選択する第1の符号化モードと、前記符号化対象のブロックにおける前記複数のグループの全てについて前記第1の符号化方式を選択する第2の符号化モードとのうち、前記複数のグループのそれぞれに割り当てられる量子化ステップの値の合計がより小さくなる符号化モードを、前記符号化対象のブロックを単位として選択し、
前記選択された符号化モードに従い前記複数のグループのそれぞれについて前記符号化方式と前記量子化ステップとが決定され、前記量子化ステップは、少なくとも第1の量子化ステップと、前記第1の量子化ステップよりも小さい第2の量子化ステップとを含むように決定する決定工程と、
前記画像符号化装置の符号化手段が、前記決定工程において選択された符号化モードに従って符号化対象のブロックの画像データを符号化する符号化工程であって、前記符号化対象のブロックに含まれる前記グループごとに前記決定工程で決定された前記量子化ステップと前記符号化方式とに基づき前記符号化処理を行う符号化工程と
を含むことを特徴とする画像符号化方法。
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