JP7346837B2 - 符号化装置、復号化装置、符号化方法、復号化方法、符号化プログラム及び復号化プログラム - Google Patents
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Description
本発明に係る符号化装置は、離散コサイン変換(DCT:Discrete Cosine Transform)を利用した周波数変換処理を適用して、画像データを固定長ビット列に変換する符号化処理を行う装置である。また、本発明に係る復号化装置は前記符号化装置に対応し、固定長ビット列から画像データを復号化する装置である。以下、離散コサイン変換処理を「DCT処理」と表記する。また、DCT処理により得られる係数を「DCT係数」と表記する。
本発明に係る符号化装置及び復号化装置は、例えば、画像を撮影して記録する画像処理システムに適用可能なものである。以下、本発明に係る符号化装置及び復号化装置の実施形態を説明するための画像処理システムの構成例を図1に示す。以下の説明において、本実施形態に係る画像処理システムは、被写体像を撮像して記録する機能を備えるデジタルカメラ100とする。
次に、プロセッサ101の機能ブロックについて詳細に説明する。図2に示すように、プロセッサ101によって構成される画像処理ブロックは、画像処理部11と、固定長符号化部12と、歪曲補正部13と、固定長復号化部14と、可変長動画圧縮部15と、を有する。プロセッサ101に係る各機能ブロックは、本発明に係る符号化プログラムおよび復号化プログラムを含む画像処理プログラムと、プロセッサ101が有するハードウェア資源との協働により実現される。
ここで、本実施形態に係る画像処理部11の詳細な機能ブロックについて図3を用いて説明する。図3に示すように、画像処理部11は、Byaer補正処理部111と、フィルタ処理部112と、を有する。
次に、本実施形態に係る可変長動画圧縮部15の詳細な機能ブロックについて、図4を用いて説明する。図4に示すように、可変長動画圧縮部15は、動き検索部151と、DCT部152と、量子化処理部153と、可変長符号化部154と、逆量子化処理部155と、逆DCT部156と、動き補償部157と、を有する。
本実施形態において用いられる、画像データをDCT係数に変換する周波数変換処理(DCT処理)と、DCT係数から画像データに変換する逆周波数変換処理(逆DCT処理)について説明する。図5は、本実施形態に係るDCT処理および逆DCT処理のアルゴリズムを例示する算術式である。本実施形態に係るDCT処理は、画像データを所定の画素数で分割した画像ブロックにおいて画素毎にDCT係数を生成する処理である。また、本実施形態に係る逆DCT処理は、DCT係数から画素ごとの画像データを復元する処理である。
次に、本実施形態に係る画像処理の処理対象となる画像データと当該画像データに係る固定長ビット列の関係について、図6の模式図を用いて説明する。図6(a)は、画像処理対象となる元画像データ201を模式的に示している。元画像データ201データは、複数の画素により構成されている。図6(b)は、元画像データ201を所定の画素数(例えば、四画素×四画素)に分割した画像ブロックを模式的に示している。
次に、本発明に係る符号化装置の実施形態に相当する固定長符号化部12の機能ブロックについてより詳細に説明する。図7に示すように、本実施形態に係る固定長符号化部12は、ブロック化部121と、YUV変換部122と、DCT変換部123と、量子化部124と、量子化テーブル125と、ゼロビット符号化処理部126と、ゼロビット符号化テーブル127と、符号化フォーマット生成部128と、を有する。
ここで、DCT変換部123において生成されるDCT係数の例を模式的に示す。図8に示す例は、YUV画像ブロック300を構成する各画素に含まれる空間周波数の違いによって、生成されるDCT係数を模式的に示している。
図9(a)は、量子化テーブル125に格納されている量子化シフト値テーブル501を例示している。なお、図9(b)は、従来例として比較するための量子化シフト値テーブル502を例示している。
図11に、ゼロビット符号化ビット数変換テーブル700を例示する。ゼロビット符号化ビット数変換テーブル700は、量子化後DCT係数ブロック511の各ブロックに対応するゼロビット符号化処理の処理パターンを規定する。例えば、「10->9」に対応する量子化後DCT係数ブロック511に対しては、第一符号化処理パターン701を実行する。第一符号化処理パターン701は、10ビット長を9ビット長にするゼロビット符号化処理である。
図12は、第一符号化処理パターン701について説明する図である。図12(a)は、第一符号化処理パターン701によってゼロビット符号化処理が実行される前の量子化後DCT係数のビット列を例示している。図12(b)は、第一符号化処理パターン701によってゼロビット符号化処理が実行された後のビット例を例示している。
図13は、第二符号化処理パターン702について説明する図である。図13(a)は、第二符号化処理パターン702によってゼロビット符号化処理が実行される前の量子化後DCT係数のビット列を例示している。図13(b)は、第二符号化処理パターン702によってゼロビット符号化処理が実行された後のビット例を例示している。
図14は、第三符号化処理パターン703について説明する図である。図14(a)は、第三符号化処理パターン703によってゼロビット符号化処理が実行される前の量子化後DCT係数のビット列を例示している。図14(b)は、第三符号化処理パターン703によってゼロビット符号化処理が実行された後のビット例を例示している。
図16は、本実施形態に係る符号化フォーマット生成部128において生成される固定長ビット列のフォーマット(固定長ビット列化フォーマット)を例示している。図16に示すように、量子化された輝度(Y)、U成分、Y成分に係るDCT係数に対しゼロビット符号化処理を実行した後、これを用いて144bitからなる固定長ビット列(固定長データ)が生成される。図16に例示するように、輝度(Y)に対応するbit列は「64bit」、U成分のDCT係数に対応するbit列は「32bit」、V成分のDCT係数に対応するbit列は「32bit」が割り当てられる。即ち、本実施形態に係る固定長ビット列は、144bitから構成される。
続いて、本発明に係る復号化装置の実施形態に相当する固定長復号化部14の詳細な機能ブロックについて図17を用いて説明する。図17に示すように、本実施形態に係る固定長復号化部14は、符号解析部141と、ゼロビット復号化処理部142と、ゼロビット復号化テーブル143と、逆量子化部144と、逆量子化テーブル145と、逆DCT変換部146と、RGB変換部147と、逆ブロック化部148と、を有する。
まず、図18において、ゼロビット復号化ビット数変換テーブル710を例示する。ゼロビット復号化ビット数変換テーブル710は、固定長ビット例であるゼロビット符号化処理後のビット列に対応するゼロビット復号化処理の処理パターンを規定する。例えば、「9->10」に対応するビット列に対しては、第一復号化処理パターン711を実行する。第一復号化処理パターン711は、9ビット長の固定長ビット列を10ビット長にするゼロビット復号化処理である。
続いて、ゼロビット復号化処理部142において実行されるゼロビット復号化処理の詳細について、説明する。すでに説明をしたように、ゼロビット復号化テーブル143を参照して、処理対象にブロックに対するゼロビット復号化フォーマットを決定する。
図19は、第一復号化処理パターン711について説明する図である。図19(a)は、第一復号化処理パターン711によってゼロビット復号化処理が実行される前のビット列を例示している。図19(b)は、第一復号化処理パターン711によってゼロビット復号化処理が実行された後のビット列(逆量子化前DCT係数のビット列)を例示している。
図20は、第二復号化処理パターン712について説明する図である。図20(a)は、第二復号化処理パターン712によってゼロビット復号化処理が実行される前のビット列を例示している。図20(b)は、第二復号化処理パターン712によってゼロビット復号化処理が実行された後のビット列(逆量子化前DCT係数のビット列)を例示している。
図21は、第三復号化処理パターン713について説明する図である。図21(a)は、第三復号化処理パターン713によってゼロビット復号化処理が実行される前のビット列を例示している。図21(b)は、第三復号化処理パターン713によってゼロビット復号化処理が実行された後のビット列(逆量子化前DCT係数のビット列)を例示している。
図22は、量子化テーブル125に格納されている逆量子化シフト値テーブル541を例示している。図22において、DCT係数ブロック310の各ブロックに対応するビットシフト値を例示しているが、符号541aで示しているブロックにおける”0”は、ビットシフトを行わないという意味ではなく、当該ブロックについては処理の対象としないことを意味する。
図23(a)は、図8(a)に例示したYUV画像ブロック300に対し、上記のゼロビット符号化処理及びゼロビット復号化処理を実行して得られた復元YUV画像ブロック320を例示している。図23(b)は、従来のDCT処理に基づく固定長ビット列への符号化および復号化をした結果を例示している。
次に、本発明に係る符号化方法及び復号化方法の実施形態について説明する。図24は、上記にて説明をしたデジタルカメラ100の動作の流れを例示している。本実施形態に係る符号化方法と復号化方法は、デジタルカメラ100のような画像処理装置において実行される一連の画像処理の中で行われる。
S2403における画像データ処理において、本発明に係る符号化方法及び復号化方法は適用される。したがって、当該画像データ処理を実行する画像処理プログラムに、本発明に係る符号化プログラム及び復号化プログラムが含まれる。以下、画像データ処理(S2403)の詳細について説明しつつ、符号化方法及び復号化方法、符号化プログラム及び復号化プログラムの実行についても言及する。
次に、固定長符号化処理(S2501、S2506)における詳細な処理の流れについて、図26のフローチャートを用いながら説明する。
次に、ゼロビット符号化処理(S2605)の詳細について、図27のフローチャートを用いながら説明する。量子化部124によって生成された量子化後DCT係数ブロック511(図10(a)参照)に含まれるブロック毎にゼロビット符号化処理を実行する。
次に、ゼロビット符号第一処理(S2706)の詳細について、図28のフローチャートを用いながら説明する。量子化部124によって生成された量子化後DCT係数ブロック511(図10(a)参照)に含まれるブロック毎にゼロビット符号化処理を実行する。
次に、ゼロビット符号第二処理(S2708)の詳細について、図29のフローチャートを用いながら説明する。ゼロビット符号第二処理(S2708)は、ゼロビット符号第一処理(S2706)と共通する処理を含む。これら共通する処理については、詳細な説明を省略する。処理対象データである量子化後DCT係数(I-DATA)の値が「負」であるか否かの判定処理(S2901)から、I-DATAの絶対値を、「ADATA」として(S2904)、「ADATA」の値によって処理パターンを切り替える処理の前段までは、すでに説明をしたS2801~S2804と同様の処理となる。
次に、ゼロビット符号第三処理(S2710)の詳細について、図30のフローチャートを用いながら説明する。ゼロビット符号第三処理(S2710)は、ゼロビット符号第一処理(S2706)及びゼロビット符号第二処理(S2708)と共通する処理を含む。これら共通する処理については、詳細な説明を省略する。処理対象データである量子化後DCT係数(I-DATA)の値が「負」であるか否かの判定処理(S3001)から、I-DATAの絶対値を、「ADATA」として(S3004)、「ADATA」の値によって処理パターンを切り替える処理の前段までは、すでに説明をしたS2801~S2804、及びS2801~S2804と同様の処理となる。
次に、固定長復号化処理(S2504、S2509)における詳細な処理の流れについて、図31のフローチャートを用いながら説明する。
次に、ゼロビット符号化処理(S3105)の詳細について、図32のフローチャートを用いながら説明する。
次に、ゼロビット復号第一処理(S3006)の詳細について、図33のフローチャートを用いながら説明する。符号解析部141から転送された固定長ビット列に対しゼロビット復号化処理を実行する。
次に、ゼロビット復号第二処理(S3008)の詳細について、図34のフローチャートを用いながら説明する。符号解析部141から転送された固定長ビット列に対しゼロビット復号化処理を実行する。
次に、ゼロビット復号第三処理(S3010)の詳細について、図35のフローチャートを用いながら説明する。符号解析部141から転送された固定長ビット列に対しゼロビット復号化処理を実行する。
12 :固定長符号化部
13 :歪曲補正部
14 :固定長復号化部
15 :可変長動画圧縮部
20 :データ入力部
30 :一時記憶部
40 :画像データ格納部
100 :デジタルカメラ
101 :プロセッサ
102 :光学系
103 :撮像素子
104 :A/Dコンバータ
105 :メモリコントローラ
106 :固定長用メモリ
107 :動画像メモリ
111 :Byaer補正処理部
112 :フィルタ処理部
121 :ブロック化部
122 :YUV変換部
123 :DCT変換部
124 :量子化部
125 :量子化テーブル
126 :ゼロビット符号化処理部
127 :ゼロビット符号化テーブル
128 :符号化フォーマット生成部
141 :符号解析部
142 :ゼロビット復号化処理部
143 :ゼロビット復号化テーブル
144 :逆量子化部
145 :逆量子化テーブル
146 :逆DCT変換部
147 :RGB変換部
148 :逆ブロック化部
151 :動き検索部
152 :DCT部
153 :量子化処理部
154 :可変長符号化部
155 :逆量子化処理部
156 :逆DCT部
157 :動き補償部
201 :元画像データ
202 :画像ブロック
300 :YUV画像ブロック
310 :DCT係数ブロック
320 :復元YUV画像ブロック
501 :量子化シフト値テーブル
502 :量子化シフト値テーブル
511 :量子化後DCT係数ブロック
512 :量子化後DCT係数ブロック
521 :ゼロビット後DCT係数ブロック
541 :逆量子化シフト値テーブル
700 :ゼロビット符号化ビット数変換テーブル
701 :第一符号化処理パターン
702 :第二符号化処理パターン
703 :第三符号化処理パターン
710 :ゼロビット復号化ビット数変換テーブル
711 :第一復号化処理パターン
712 :第二復号化処理パターン
713 :第三復号化処理パターン
7011 :第一符号処理前ビット列
7012 :第一符号処理後ビット列
7021 :第二符号処理前ビット列
7022 :第二符号処理後ビット列
7031 :第三符号処理前ビット列
7032 :第三符号処理後ビット列
7111 :第一復号処理前ビット列
7112 :第一復号処理後ビット列
7121 :第二復号処理前ビット列
7131 :第三復号処理前ビット列
Claims (11)
- 画像を固定長データに符号化する符号化装置であって、
前記画像を所定の画素数で分割した画像ブロックを生成する画像分割手段と、
前記画像ブロックの各々に対する周波変換処理により、各画像ブロックに係る周波数変換係数を生成する周波数変換手段と、
前記画像ブロックに係る周波数変換係数を量子化した量子化係数を生成する量子化処理手段と、
前記量子化係数に対しゼロビット符号化処理を行い、ゼロビット符号化データを生成するゼロビット符号化手段と、
前記ゼロビット符号化データから前記固定長データを生成する固定長データ生成手段と、を有し、
前記ゼロビット符号化手段は、前記画像ブロック中の前記量子化係数の位置に基づいてゼロビット符号フォーマットを決定し、
決定された当該ゼロビット符号フォーマットに基づいて各画素ブロックに対応する前記量子化係数に対しゼロビット符号化処理を行う、
ことを特徴とする符号化装置。 - 前記ゼロビット符号化手段が行う符号化処理は、前記決定されたゼロビット符号フォーマットに基づいて、前記量子化係数のビット長よりも短いビット長からなるゼロビット符号化データを生成する処理である、
請求項1に記載の符号化装置。 - 前記ゼロビット符号フォーマットは、最上位ビットに続くビット列におけるゼロビットの含まれ方により、異なるビット操作を決定する、請求項1又は2に記載の符号化装置。
- 前記ゼロビット符号フォーマットは、最上位ビットに続くビット列における上位3ビット中におけるゼロビットの含まれ方によって、最上位ビットに続く上位2ビットへのゼロビットヘッダと、前記量子化係数を二進数に変換したビット列を前記ゼロビットヘッダに続く残りの下位ビットへ格納する規則を決定する、
請求項3に記載の符号化装置。 - 前記ゼロビット符号フォーマットは、前記量子化係数が所定の値よりも大きいとき、前記下位ビットに格納する当該量子化係数の下位ビットを省くビットシフト操作を規定する、請求項4に記載の符号化装置。
- 前記画像分割手段は、前記画像を四画素単位で分割した十六画素からなる画像ブロックを生成する、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の符号化装置。 - 固定長データを画像に復号化する復号化装置であって、
前記画像を所定の画素数で分割した画像ブロックの各々に対する周波数変換により各画像ブロックに対し生成された周波数変換係数を量子化して生成された量子化係数に対し、当該画像ブロック中の当該量子化係数の位置に基づいて決定されたゼロビット符号フォーマットに基づき、当該画像ブロックに対応して生成されたゼロビット符号化データから生成された固定長データを解析し、当該固定長データに係るゼロビット符号化フォーマットを特定する符号解析手段と、
特定された前記ゼロビット符号化フォーマットに対応するゼロビット復号化フォーマットを用いて、前記固定長データに係るゼロビット符号化データから量子化係数を生成するゼロビット復号化手段と、
前記量子化係数に対して逆量子化処理を行い、周波数変換係数を生成する逆量子化手段と、
前記周波数変換係数に対し逆周波数変換処理を行い、所定の画素数からなる画像ブロックを生成する逆周波数変換処理手段と、
前記逆周波数変換処理手段において生成された前記画像ブロックを統合して画像を生成する画像ブロック統合手段と、を有することを特徴とする復号化装置。 - 画像を固定長データに符号化する符号化方法であって、
前記画像を所定の画素数で分割した画像ブロックを生成し、
前記画像ブロックの各々に対する周波変換処理により、各画像ブロックに係る周波数変換係数を生成し、
前記画像ブロックに係る周波数変換係数を量子化した量子化係数を生成し、
前記画像ブロック中の前記量子化係数の位置に基づいてゼロビット符号フォーマットを決定し、
決定された当該ゼロビット符号フォーマットに基づいて各画素ブロックに対応する前記量子化係数に対しゼロビット符号化処理を行なってゼロビット符号化データを生成し、
前記ゼロビット符号化データから前記固定長データを生成する、
ことを特徴とする符号化方法。 - 固定長データを画像に復号化する復号化方法であって、
前記画像を所定の画素数で分割した画像ブロックの各々に対する周波数変換により各画像ブロックに対し生成された周波数変換係数を量子化して生成された量子化係数に対し、当該画像ブロック中の当該量子化係数の位置に基づいて決定されたゼロビット符号フォーマットに基づき、当該画像ブロックに対応して生成されたゼロビット符号化データから生成された固定長データを解析し、
当該固定長データのゼロビット符号化フォーマットを特定し、
特定された前記ゼロビット符号化フォーマットに対応するゼロビット復号化フォーマットを用いて、前記固定長データに係るゼロビット符号化データから量子化係数を生成し、
前記量子化係数に対して逆量子化処理を行い、周波数変換係数を生成し、
前記周波数変換係数に対し逆周波数変換処理を行い、所定の画素数からなる画像ブロックを生成し、
生成された前記画像ブロックを統合して画像を生成する、ことを特徴とする復号化方法。 - コンピュータにおいて、画像を固定長データに符号化する処理を実行させる符号化プログラムであって、
前記画像を所定の画素数で分割した画像ブロックを生成する画像分割ステップと、
前記画像ブロックの各々に対する周波変換処理により、各画像ブロックに係る周波数変換係数を生成する周波数変換ステップと、
前記画像ブロックに係る周波数変換係数を量子化した量子化係数を生成する量子化処理ステップと、
前記画像ブロック中の前記量子化係数の位置に基づいてゼロビット符号フォーマットを決定し、
決定された当該ゼロビット符号フォーマットに基づいて各画素ブロックに対応する前記量子化係数に対しゼロビット符号化処理を行なってゼロビット符号化データを生成するゼロビット符号化ステップと、
前記ゼロビット符号化データから前記固定長データを生成する固定長データ生成ステップと、
を含むことを特徴とする符号化プログラム。 - コンピュータにおいて、固定長データを画像に復号化する処理を実行させる復号化プログラムであって、
前記画像を所定の画素数で分割した画像ブロックの各々に対する周波数変換により各画像ブロックに対し生成された周波数変換係数を量子化して生成された量子化係数に対し、当該画像ブロック中の当該量子化係数の位置に基づいて決定されたゼロビット符号フォーマットに基づき、当該画像ブロックに対応して生成されたゼロビット符号化データから生成された固定長データを解析し、当該固定長データのゼロビット符号化フォーマットを特定する符号解析ステップと、
特定された前記ゼロビット符号化フォーマットに対応するゼロビット復号化フォーマットを用いて、前記固定長データに係るゼロビット符号化データから量子化係数を生成するゼロビット復号化ステップと、
前記量子化係数に対して逆量子化処理を行い、周波数変換係数を生成する逆量子化ステップと、
前記周波数変換係数に対し逆周波数変換処理を行い、所定の画素数からなる画像ブロックを生成する逆周波数変換処理ステップと、
前記逆周波数変換処理ステップにおいて生成された前記画像ブロックを統合して画像を生成する画像ブロック統合ステップと、を含むことを特徴とする復号化プログラム。
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