JP3763163B2 - 画像符号化伝送装置および画像符号化伝送方法 - Google Patents
画像符号化伝送装置および画像符号化伝送方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディジタル画像信号のデータ量を圧縮するために、ディジタル画像信号を符号化する画像符号化装置、画像符号化方法、画像符号化伝送方法および画像記録媒体に関し、特に、ディジタル画像信号を符号化し、符号化情報とともに付加情報を伝送する画像符号化伝送装置および画像符号化伝送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、ディジタル画像信号を圧縮する画像符号化装置の一例のブロック図を示している。図７に示される画像符号化装置は、入力画像信号を所定のブロック単位でブロック分割し、ブロックのダイナミックレンジに応じてブロック内の画素を適応的に符号化するＡＤＲＣ（Adaptive Dynamic Renge Coding ）を用いた符号化装置である。
【０００３】
ＡＤＲＣは、本出願人による特開昭６１−１４４９８号公報において提案されている。図７を用いて、ＡＤＲＣを簡単に説明する。入力端子１２０から入力された入力画像信号が、ブロック分割部１２１に供給される。そして、ブロック分割部１２１において、入力画像信号は、例えば、３画素×３ライン（以下、（３×３）と称する）の９個の画素を含むブロックに分割される。そして、ブロック分割部１２１からの出力信号が、ブロック毎に最大値検出部１２２および最小値検出部１２３にそれぞれ供給される。
【０００４】
最大値検出部１２２において、そのブロックに含まれる画素値の最大値ＭＡＸが検出され、最小値検出部１２３において、最小値ＭＩＮが検出される。最大値検出部１２２からの最大値ＭＡＸは、減算部１２４に供給される。また、最小値検出部１２３からの最小値ＭＩＮは、減算部１２４、減算部１２５およびフレーミング部１２８にそれぞれ供給される。
【０００５】
減算部１２４において、最大値ＭＡＸから最小値ＭＩＮが減算され、ダイナミックレンジＤＲが生成される。そして、そのダイナミックレンジＤＲは、量子化ステップ幅算出部１２６およびフレーミング部１２８にそれぞれ供給される。量子化ステップ幅算出部１２６では、減算部１２４から供給されるダイナミックレンジＤＲから量子化ステップ幅Δが算出され、算出された量子化ステップ幅Δは、量子化部１２７へ供給される。
【０００６】
また、減算部１２５には、ブロック分割部１２１から（３×３）ブロックの９画素が供給され、その９画素の画素値から最小値ＭＩＮをそれぞれ減算することにより、各画素値に対して正規化が実行される。その正規化された各画素値は、量子化部１２７へ供給される。量子化部１２７において、正規化された各画素値が量子化ステップ幅Δで量子化され、量子化値ｘとして、それぞれフレーミング部１２８に供給される。
【０００７】
そして、フレーミング部１２８では、ブロック毎に、供給されたダイナミックレンジＤＲと最小値ＭＩＮとがブロックのパラメータとして、そのブロックの９画素の量子化値ｘとともにフレーミング化がなされ、出力信号として出力される。そして、この出力信号がディスク等の記録媒体に記録され、もしくは、伝送路を介して伝送される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、復号側において、伝送されるブロックのパラメータを用いて、そのブロックの量子化値を復号する際に、原信号値と復号された復元値との復号誤差を最小にするという意味では、最初に求めたブロックのパラメータを用いてそのブロックの量子化値を復号することが最適であるという保証はなく、場合によっては、復号誤差が大きくなり、復号画像が劣化するという問題が生じる。
【０００９】
従って、この発明の目的は、原信号値と復元値の復号誤差が小さくなるように、符号化側において、量子化値を求めるために最初に求められたパラメータ（例えば、ＡＤＲＣの場合には、最大値ＭＡＸ、最小値ＭＩＮあるいはダイナミックレンジＤＲ）を最適化することにより、復号誤差を小さくすることができる画像符号化伝送装置および画像符号化伝送方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、この発明は、入力ディジタル画像信号の発生データ量を少なくするように、入力ディジタル画像信号を符号化して伝送する画像符号化伝送装置において、入力ディジタル画像信号を複数の画素からなるブロックに分割するブロック分割部と、ブロック毎に、ブロック内の複数の画素の最大値と、複数の画素の最小値を検出する第１の検出部と、最大値および最小値の差であるダイナミックレンジを検出する第２の検出部と、最大値から複数の画素の画素値を減算した差分値、または最小値を複数の画素の画素値から減算した差分値を量子化して、複数の画素の量子化値を生成する量子化部と、量子化値の復号誤差の自乗和を最小とするように、ブロック毎に発生された最大値、最小値、およびダイナミックレンジを示す情報の少なくとも２つを最適化する最適化部と、最適化された最大値、最適化された最小値および最適化されたダイナミックレンジを示す情報の２つをパラメータとして、ブロック毎に、複数の画素の量子化値とともに伝送路に伝送する伝送部とからなることを特徴とする画像符号化伝送装置である。
【００１１】
また、この発明は、入力ディジタル画像信号の発生データ量を少なくするように、入力ディジタル画像信号を符号化して伝送する画像符号化伝送方法において、入力ディジタル画像信号を複数の画素からなるブロックに分割するステップと、ブロック毎に、ブロック内の複数の画素の最大値と、複数の画素の最小値を検出するステップと、最大値および最小値の差であるダイナミックレンジを検出するステップと、最大値から複数の画素の画素値を減算した差分値、または最小値を複数の画素の画素値から減算した差分値を量子化して、複数の画素の量子化値を生成するステップと、量子化値の復号誤差の自乗和を最小とするように、ブロック毎に発生された最大値、最小値、およびダイナミックレンジを示す情報の少なくとも２つを最適化するステップと、最適化された最大値、最適化された最小値および最適化されたダイナミックレンジを示す情報の２つをパラメータとして、ブロック毎に、複数の画素の量子化値とともに伝送路に伝送するステップとからなることを特徴とする画像符号化伝送方法である。
【００１３】
上述したように、この発明は、ブロックのパラメータを求めてから、そのパラメータにより復号を行い復元値と真値との誤差を求め、その誤差を最小にするようにパラメータを修整する。従って、原信号値と復元値との復元誤差をさらに小さくすることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明する。図１は、この発明の画像符号化装置の第１の実施例のブロック図を示す。入力画像信号は、入力端子INを介して、ブロック分割部１に供給される。ブロック分割部１において、入力画像信号が、例えば、（３×３）ブロックに分割され、その（３×３）ブロックの９画素の８ビットからなる入力画素値ｙが最大値検出部２、最小値検出部３、減算部５および最小自乗法推定部８にそれぞれ供給される。
【００１５】
最大値検出部２において、（３×３）ブロックに含まれる９画素のうち、画素値のレベルが最大となる値が検出され、その最大値ＭＡＸが、減算部４に供給される。また、最小値検出部３において、（３×３）ブロックに含まれる９画素のうち、画素値のレベルが最小となる値が検出され、その最小値ＭＩＮが、減算部４および減算部５にそれぞれ供給される。
【００１６】
減算部４では、最大値ＭＡＸから最小値ＭＩＮが減算され、ダイナミックレンジＤＲが生成される。そのダイナミックレンジＤＲは、量子化ステップ幅算出部６に供給される。また、減算部５では、ブロック分割部１からの（３×３）ブロックの９画素の入力画素値ｙから最小値ＭＩＮがそれぞれ減算され、正規化された（３×３）ブロックの９画素の画素値が生成される。その正規化された（３×３）ブロックの９画素の画素値は、量子化部７に供給される。
【００１７】
量子化ステップ幅算出部６では、供給されたダイナミックレンジＤＲに基づいて量子化ステップ幅Δが算出され、その算出された量子化ステップ幅Δは、量子化部７に供給される。量子化部７では、供給される量子化ステップ幅Δで正規化された（３×３）ブロックの９画素の画素値の４ビット量子化が行われる。その（３×３）ブロックの９画素の４ビットからなる量子化値ｘは、最小自乗法推定部８およびフレーミング部１１にそれぞれ供給される。
【００１８】
そして、最小自乗法推定部８には、入力画像信号である（３×３）ブロックの９画素の入力画素値ｙと量子化された（３×３）ブロックの９画素の量子化値ｘが供給され、この最小自乗法推定部８は、ブロック毎に供給された入力画素値（真値）ｙおよび量子化値ｘを用いて、最小自乗法により、各ブロックの量子化値の復号値ｙ´と復号値ｙ´に対応する真値ｙとの誤差（ｙ´−ｙ）の自乗和を最小とするような最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最小値ＭＩＮ´を推定する。つまり、入力画素値ｙの復号値ｙ´および量子化値ｘとの間には、次式（１）の関係が成立する。
【００１９】
ｙ´＝ｘ×ＤＲ／ｎ＋ＭＩＮ （１）
（但し、ｎは、量子化ビット数である。）
【００２０】
そして、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´は、次式（２）によって求められる。
【００２１】
ＤＲ´＝ｎ・Δ´ （２）
（但し、Δ´は、最適化された量子化ステップ幅である。）
【００２２】
さらに、ブロック内の画素数をｍとすると、最適化された量子化ステップ幅は、次式（３）によって求められる。
【００２３】
Δ´＝（ｍ・Σｘｙ−Σｘ・Σｙ）／（ｍ・Σｘ2 −（Σｘ）2 ） （３）
【００２４】
また、最適化された最小値ＭＩＮ´は、次式（４）によって求められる。
【００２５】
ＭＩＮ´＝（Σｙ−Δ´・Σｘ）／ｍ （４）
【００２６】
そして、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最小値ＭＩＮ´は、フレーミング部１１に供給される。フレーミング部１１は、ブロック毎に量子化部７からの量子化値ｘ、最小自乗法推定部８からの最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最小値ＭＩＮ´をフレーミング化し、フレーミング信号をエラー訂正符号付加部１２に供給する。
【００２７】
エラー訂正符号付加部１２は、フレーミング信号にエラー訂正符号を付加して、変調部１３に供給する。変調部１３は、、エラー訂正符号が付加されたフレーミング信号を、ＥＦＭ変調方式等の変調方式を用いて、変調する。そして、この変調された信号が記録部１４に供給され、記録部１４において、ディスクなどの記録媒体１５に記録される。
【００２８】
また、伝送路１７を介して変調された信号を伝送する場合、この発明は、記録部１４の代わりに伝送部１６で構成される。そして、変調部１３は、伝送に最適な変調方法を用いて、エラー訂正符号が付加されたフレーミング信号を変調し、伝送部１６を介して、伝送路１７に供給するようにする。なお、フレーミング技術および変調技術に関しては、すでに、多数の技術が知られているので、ここでは省略するが、どのような技術を用いてもよい。
【００２９】
つぎに、この第１の実施例の最小自乗法推定部８の詳細について、図２および図３を用いて説明する。図３は、最小自乗法により最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最小値ＭＩＮ´を求めるための実際の構成例であり、図２は、その構成に必要とされる定数を算出する構成例である。
【００３０】
上述したように、この第１の実施例で用いられるデータｘは、量子化値であり、データｙ´は、そのデータｘの復元値である。また、データｙ´の真値をｙとし、ブロック内の画素数をｍとする。したがって、この最小自乗法推定部８は、ブロック毎に、供給された画素値ｙおよび量子化値ｘを用いて、最小自乗法により、各ブロックの量子化値の復号値ｙ´と復号値ｙ´に対応する真値との誤差（ｙ´−ｙ）の自乗和を最小とするような最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化されたダイナミックレンジＤＲ´を推定する。
【００３１】
まず、図２に示す入力端子２１からデータｘが供給され、そのデータｘは、レジスタ２２に供給される。また、データｙは、入力端子２３を介してレジスタ２４へ供給される。カウンタ２５は、クロックに応じてブロック毎の画素数を計数し、計数された画素数ｍは、レジスタ２６および２７を介して端子２８に供給される。
【００３２】
乗算器２９は、レジスタ２２から供給される４ビットからなるデータｘと、レジスタ２４から供給される８ビットからなるデータｙとの乗算を行い、１２ビットのデータｘｙがレジスタ３０を介して加算回路３１に供給される。この加算回路３１では、供給された１２ビットからなるデータｘｙが加算器３１ａに供給される。加算器３１ａから出力されるデータは、レジスタ３１ｂおよび３１ｃへ供給される。レジスタ３０から供給されたデータｘｙと、加算器３１ａから出力されたデータがレジスタ３１ｂを介して、加算器３１ａで加算される。加算回路３１からは、１８ビットからなるデータが出力され、データΣｘｙとして、レジスタ３２を介して、端子３３に供給される。すなわち、加算回路３１は、ブロック単位でΣｘｙを生成する。
【００３３】
レジスタ２２から供給される４ビットからなるデータｘは、レジスタ３４を介して加算回路３５へ供給される。この加算回路３５では、供給された４ビットからなるデータｘが加算器３５ａへ供給される。加算器３５ａから出力されるデータは、レジスタ３５ｂおよび３５ｃへ供給される。レジスタ３４から供給されたデータｘと、加算器３５ａから出力されたデータがレジスタ３５ｂを介して、加算器３５ａで加算される。加算回路３５からは、１０ビットからなるデータが出力され、データΣｘとして、レジスタ３６を介して、端子３７に供給される。すなわち、加算回路３５は、ブロック単位でΣｘを生成する。
【００３４】
また、加算回路３５からの１０ビットからなるデータΣｘは、乗算器３８へ供給される。その乗算器３８は、データΣｘの自乗を演算し、２０ビットからなるデータ（Σｘ）2 として、レジスタ３９を介して端子４０に供給する。
【００３５】
レジスタ２４から供給される８ビットからなるデータｙは、レジスタ４１を介して加算回路４２へ供給される。この加算回路４２では、供給された８ビットからなるデータｙが加算器４２ａへ供給される。加算器４２ａから出力されるデータは、レジスタ４２ｂおよび４２ｃへ供給される。レジスタ４１から供給されたデータｙと、加算器４２ａから出力されたデータがレジスタ４２ｂを介して、加算器４２ａで加算される。加算回路４２からは、１４ビットからなるデータが出力され、データΣｙとして、レジスタ４３を介して、端子４４に供給される。すなわち、加算回路４２は、ブロック単位でΣｙを生成する。
【００３６】
乗算器４５は、レジスタ２２から供給される４ビットからなるデータｘの自乗を演算し、８ビットからなるデータｘ2 を、レジスタ４６を介して加算回路４７に供給する。この加算回路４７では、供給された８ビットからなるデータｘ2 が加算器４７ａへ供給される。加算器４７ａから出力されるデータは、レジスタ４７ｂおよび４７ｃへ供給される。レジスタ４６から供給されたデータｘ2 と、加算器４７ａから出力されたデータがレジスタ４７ｂを介して、加算器４７ａで加算される。加算回路４７からは、１４ビットからなるデータが出力され、データΣｘ2 として、レジスタ４８を介して、端子４９に供給される。すなわち、加算回路４７は、ブロック単位でΣｘ2 を生成する。
【００３７】
また、図２に示すように入力端子５０は、カウンタ２５、レジスタ３１ｂ、３５ｂ、４２ｂおよび４７ｂのクリア端子に接続され、入力端子５１は、レジスタ２７、３２、３６、３９、４３および４８のクリア端子に接続され、各レジスタは、これら入力端子５０および５１へ供給される信号によってブロック毎に制御される。
【００３８】
図３は、実際の最小自乗法の一般的な構成例を示している。端子２８に供給された画素数ｍは、逆数回路６１、乗算器６４および乗算器７１にそれぞれ供給される。逆数回路６１では、供給された画素数ｍの逆数（１／ｍ）が算出され、レジスタ６２を介して逆数（１／ｍ）が端子６３に供給される。乗算器６４では、端子３３に供給されたデータΣｘｙと画素数ｍとの乗算が行われ、レジスタ６５を介してデータｍΣｘｙが減算器６６に供給される。
【００３９】
端子３７に供給されたΣｘが乗算器６７および乗算器７４にそれぞれ供給され、端子４４に供給されたデータΣｙが乗算器６７へ供給される。この乗算器６７では、データΣｘとデータΣｙとの乗算が行われ、レジスタ６８を介してデータΣｘΣｙが減算器６６に供給される。減算器６６では、データｍΣｘｙからデータΣｘΣｙの減算が行われ、その出力データｍΣｘｙ−ΣｘΣｙは、レジスタ６９および７０を介して乗算器７９に供給される。
【００４０】
乗算器７１では、端子４７に供給されたデータΣｘ2 と画素数ｍとの乗算が行われ、レジスタ７２を介してデータｍΣｘ2 が減算器７３に供給される。乗算器７４では、データΣｘの自乗が算出され、そのデータ（Σｘ）2 は、減算器７３に供給される。減算器７３では、データｍΣｘ2 からデータ（Σｘ）2 の減算が行われ、その出力データｍΣｘ2 −（Σｘ）2 は、レジスタ７６を介して逆数回路７７に供給される。逆数回路７７では、上述と同様に、データｍΣｘ2 −（Σｘ）2 の逆数（１／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ））を算出し、レジスタ７８を介してその逆数（１／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ））が乗算器７９に供給される。
【００４１】
乗算器７９では、データｍΣｘｙ−ΣｘΣｙとデータ１／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）との乗算が行われ、データ（ｍΣｘｙ−ΣｘΣｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）が、レジスタ８０を介して乗算器８１および８９にそれぞれ供給される。乗算器８１では、端子３７に供給されたデータΣｘとデータ（ｍΣｘｙ−ΣｘΣｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）との乗算が行われ、その結果、データ（ｍΣｘΣｘｙ−（Σｘ）2 Σｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）が、レジスタ８２を介して減算器８３に供給される。
【００４２】
減算器８３では、端子４４に供給されるデータΣｙからレジスタ８２からのデータ（ｍΣｘΣｘｙ−（Σｘ）2 Σｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）の減算が行われ、その結果、レジスタ８４を介してデータｍ（Σｘ2 Σｙ−ΣｘΣｘｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）が乗算器８５に供給される。乗算器８５では、端子６３からの１／ｍとデータｍ（Σｘ2 Σｙ−ΣｘΣｘｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）との乗算が行われ、その結果、データ（Σｘ2 Σｙ−ΣｘΣｘｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）が、最適化された最小値ＭＩＮ´となる。そして、その生成された最小値ＭＩＮ´は、レジスタ８６を介して出力端子８７に供給されて、出力される。
【００４３】
端子８８には、量子化ステップ幅算出部６において使用された量子化ビット数に対応して予め設定された値２n が供給される。乗算器８９では、端子８８に供給された２n （ｎは、量子化ビット数）とデータ（ｍΣｘｙ−ΣｘΣｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）との乗算が行われ、その結果、データ２n （ｍΣｘｙ−ΣｘΣｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）が最適化されたダイナミックレンジＤＲ´となる。その生成されたダイナミックレンジＤＲ´は、レジスタ９０、９１および９２を介して、出力端子９３に供給されて、出力される。このようにして、最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化されたダイナミックレンジＤＲ´を得ることができる。
【００４４】
図４は、量子化値とともに最適化された最大値ＭＡＸ´および最適化されたダイナミックレンジＤＲ´を伝送する第２の実施例の画像符号化装置を示している。なお、第２の実施例を説明するにあたり、第１の実施例と同一の部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４５】
減算部１９では、最大値ＭＡＸから（３×３）ブロックの９画素の８ビットからなる入力画素値ｙがそれぞれ減算され、９画素の入力画素値がそれぞれ正規化される。正規化された９画素の画素値は、量子化部７に供給される。量子化部７は、（３×３）ブロックの９画素の４ビットからなる量子化値を最小自乗法推定部９およびフレーミング部１１にそれぞれ供給する。
【００４６】
そして、最小自乗法推定部９には、入力画像信号である（３×３）ブロックの９画素の入力画素値ｙと量子化された（３×３）ブロックの９画素の画素の量子化値ｘが供給される。この最小自乗法推定部９は、ブロック毎に供給された入力画素値（真値）ｙおよび量子化値ｘを用いて、最小自乗法により、各ブロックの量子化値の復号値ｙ´と復号値ｙ´に対応する真値との誤差（ｙ´−ｙ）の自乗和を最小とするような最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最大値ＭＡＸ´を推定する。つまり、入力画素値ｙの復号値ｙ´および量子化値ｘの間には、次式（５）の関係が成立する。
【００４７】
ｙ´＝ＭＡＸ−ｘ×ＤＲ／ｎ （５）
（但し、ｎは、量子化ビット数である。）
【００４８】
そして、ブロック内の画素数をｍとすると、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´は、上述した式（３）を用いて、上述した式（２）によって求められる。また、最適化された最大値ＭＡＸ´は、上述した式（３）を用いて、次式（６）によって求められる。
【００４９】
【００５０】
そして、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最大値ＭＡＸ´は、フレーミング部１１に供給される。フレーミング部１１は、ブロック毎に量子化部７からの量子化値ｘ、最小自乗法推定部９からの最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最大値ＭＡＸ´をフレーミング化する。
【００５１】
図５は、量子化値とともに最適化された最大値ＭＡＸ´および最適化された最小値ＭＩＮ´を伝送する第３の実施例の画像符号化装置を示している。なお、第３の実施例を説明するにあたり、第１の実施例と同一の部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５２】
減算部５では、図１の実施例と同様に、（３×３）ブロックの９画素の８ビットからなる入力画素値ｙから最小値ＭＩＮがそれぞれ減算され、９画素の画素値が正規化される。正規化された９画素の画素値は、量子化部７に供給される。量子化部７は、（３×３）ブロックの９画素の４ビットからなる量子化値を最小自乗法推定部１０およびフレーミング部１１にそれぞれ供給する。
【００５３】
そして、最小自乗法推定部１０には、入力画像信号である（３×３）ブロックの９画素の入力画素値ｙと量子化された（３×３）ブロックの９画素の画素の量子化値ｘが供給され、この最小自乗法推定部１０は、ブロック毎に供給された入力画素値（真値）ｙおよび量子化値ｘを用いて、最小自乗法により、各ブロックの量子化値の復号値ｙ´と復号値ｙ´に対応する真値との誤差（ｙ´−ｙ）の自乗和を最小とするような最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化された最大値ＭＡＸ´を推定する。つまり、入力画素値ｙの復号値ｙ´および量子化値ｘの間には、次式（７）の関係が成立する。
【００５４】
ｙ´＝ｘ×（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／ｎ＋ＭＩＮ （７）
（但し、ｎは、量子化ビット数である。）
【００５５】
そして、ブロック内の画素数をｍとすると、最適化された最小値ＭＩＮ´は、上述した式（３）を用いて、上述した式（４）によって求められる。また、最適化された最大値ＭＡＸ´は、上述した式（３）を用いて、上述した式（６）によって求められる。そして、最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化された最大値ＭＡＸ´は、フレーミング部１１に供給される。フレーミング部１１は、ブロック毎に量子化部７からの量子化値ｘ、最小自乗法推定部１０からの最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化された最大値ＭＡＸ´をフレーミング化する。
【００５６】
次に、図６は、この発明の画像符号化装置を階層符号化装置に適応した一例を示している。入力端子１０１からの入力画像信号が、平均化部１０２および減算部１０４にそれぞれ供給される。平均化部１０２では、例えば、供給された入力画像信号を（２×２）ブロック単位で４つの画素を加算し、その加算値を１／４に平均化する。平均化された画素は、補間部１０３および高能率符号化部１０８にそれぞれ供給される。
【００５７】
補間部１０３では、例えば、クラス分類適応処理技術を用いて、平均化することにより間引かれた画素の補間処理を行い、その画素は、減算器１０４へ供給される。このように、クラス分類適応処理技術を用いた補間方法に関して、例えば、本出願人による特開平５−３２８１８５号公報において提案されている。また、この補間部１０３は、クラス分類適応処理技術を用いた方法以外のすでに公知である補間方法を用いてもよい。
【００５８】
減算部１０４では、入力画素値ｙから補間処理が行われた画素が減算され、その残差信号が、高能率符号化部１０５に供給される。この高能率符号化部１０５は、上述したこの発明の実施例と同様にダイナミックレンジＤＲ、最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸのうち少なくとも２つのパラメータを最適化するようにしたＡＤＲＣによる高能率符号化部である。
【００５９】
すなわち、高能率符号化部１０５では、量子化値ｘと付加コード（例えば、第１の実施例において、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´、最適化された最小値ＭＩＮ´）が生成され、生成された量子化値ｘと付加コードが可変長符号化部１０６に供給される。可変長符号化部１０６において、供給された量子化値ｘと付加コードがハフマン符号化、ランレングス符号化等の可変長符号化がなされ、その可変長符号化データが出力端子１０７から下位階層の符号化データとして伝送される。
【００６０】
同様に高能率符号化部１０８では、平均化部１０２から供給された平均化された画素が、高能率符号化部１０８に供給される。この高能率符号化部１０８は、上述したこの発明の実施例と同様にダイナミックレンジＤＲ、最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸのうち少なくとも２つのパラメータを最適化するようにしたＡＤＲＣによる高能率符号化部である。
【００６１】
すなわち、高能率符号化部１０８では、量子化値ｘと付加コード（例えば、第１の実施例において、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´、最適化された最小値ＭＩＮ´）が生成され、生成された量子化値ｘと付加コードが可変長符号化部１０９に供給される。可変長符号化部１０９において、伝送された量子化値ｘと付加コードがハフマン符号化、ランレングス符号化等の可変長符号化がなされ、その可変長符号化データが出力端子１１０から上位階層の符号化データとして伝送される。
【００６２】
この発明の第１、第２および第３の実施例では、伝送されるパラメータとして、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´、最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化された最大値ＭＡＸ´のうち、少なくとも２つのパラメータを伝送しているが、この発明はこれに限らず、最適化された量子化ステップ幅Δ´を少なくとも含む２つのパラメータを伝送するようにしてもよい。
【００６３】
つまり、この発明において、最小自乗法推定部において、少なくとも伝送される２つのパラメータを最適化して、その最適化された２つのパラメータを量子化値とともに伝送すればよい。
【００６４】
また、この発明の第１および第３の実施例では、減算部５において、９画素の量子化値から最小値ＭＩＮを減算しているが、この発明はこれに限らず、第２の実施例と同様に、最大値ＭＡＸから９画素の入力画素値を減算するようにしてもよい。
【００６５】
また、この発明の第２の実施例では、減算部１９において、最大値ＭＡＸから９画素の量子化値を減算しているが、この発明はこれに限らず、第１の実施例と同様に、９画素の量子化値から最小値ＭＩＮを減算するようにしてもよい。
【００６６】
また、この発明のブロック分割部は、入力画像信号を（３×３）ブロックの２次元ブロックに分割しているが、この発明はこれに限らず、（３×３）ブロック以外のブロックで構成されてもよいし、また、入力画像信号を３次元ブロックで構成してもよい。
【００６７】
さらに、この発明の実施例では、ＡＤＲＣを用いたが、この発明は、これに限らずＤＣＴ（Discrete Cosine Transform ）を用いる場合、ＤＣ成分に対して最適化を行い、ＧＢＴＣ（Grobal Block Trancation Coding）を用いる場合、平均値および標準偏差に対して最適化を行うことも可能である。
【００６８】
また、この発明の実施例は、ディジタル画像信号に対する符号化装置であるが、この発明はこれに限らず、ディジタルオーディオ信号等のデータに対して適用することも可能である。
【００６９】
なお、この発明の主旨を逸脱しない範囲において、様々な変形や応用例が考えうる。したがって、この発明の要旨は、実施例に限定されるものではない。
【００７０】
【発明の効果】
この発明は、原信号値と復元値の復号誤差が小さくなるように、符号化側において、量子化値を求めるために最初に求められたパラメータを最小自乗法を用いて最適化し、その最適化したパラメータと量子化値とを伝送している。従って、この発明に依れば、復号側において、復元値と原信号値との誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の画像符号化装置の第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】この発明に係る最小自乗法推定部の構成例を示す図である。
【図３】この発明に係る最小自乗法推定部の構成例を示す図である。
【図４】この発明の画像符号化装置の第２の実施例を示すブロック図である。
【図５】この発明の画像符号化装置の第３の実施例を示すブロック図である。
【図６】この発明の画像符号化装置を階層符号化装置に用いた一例を示すブロック図である。
【図７】従来のＡＤＲＣのブロック図である。
【符号の説明】
１・・・ブロック分割部、２・・・最大値検出部、３・・・最小値検出部、４、５・・・減算部、６・・・ステップ幅算出部、７・・・量子化部、８・・・最小自乗法推定部、１１・・・フレーミング部、１２・・・エラー訂正符号付加部、１３・・・変調部、１４・・・記録部、１５・・・記録媒体、１６・・・伝送部、１７・・・伝送路
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディジタル画像信号のデータ量を圧縮するために、ディジタル画像信号を符号化する画像符号化装置、画像符号化方法、画像符号化伝送方法および画像記録媒体に関し、特に、ディジタル画像信号を符号化し、符号化情報とともに付加情報を伝送する画像符号化伝送装置および画像符号化伝送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、ディジタル画像信号を圧縮する画像符号化装置の一例のブロック図を示している。図７に示される画像符号化装置は、入力画像信号を所定のブロック単位でブロック分割し、ブロックのダイナミックレンジに応じてブロック内の画素を適応的に符号化するＡＤＲＣ（Adaptive Dynamic Renge Coding ）を用いた符号化装置である。
【０００３】
ＡＤＲＣは、本出願人による特開昭６１−１４４９８号公報において提案されている。図７を用いて、ＡＤＲＣを簡単に説明する。入力端子１２０から入力された入力画像信号が、ブロック分割部１２１に供給される。そして、ブロック分割部１２１において、入力画像信号は、例えば、３画素×３ライン（以下、（３×３）と称する）の９個の画素を含むブロックに分割される。そして、ブロック分割部１２１からの出力信号が、ブロック毎に最大値検出部１２２および最小値検出部１２３にそれぞれ供給される。
【０００４】
最大値検出部１２２において、そのブロックに含まれる画素値の最大値ＭＡＸが検出され、最小値検出部１２３において、最小値ＭＩＮが検出される。最大値検出部１２２からの最大値ＭＡＸは、減算部１２４に供給される。また、最小値検出部１２３からの最小値ＭＩＮは、減算部１２４、減算部１２５およびフレーミング部１２８にそれぞれ供給される。
【０００５】
減算部１２４において、最大値ＭＡＸから最小値ＭＩＮが減算され、ダイナミックレンジＤＲが生成される。そして、そのダイナミックレンジＤＲは、量子化ステップ幅算出部１２６およびフレーミング部１２８にそれぞれ供給される。量子化ステップ幅算出部１２６では、減算部１２４から供給されるダイナミックレンジＤＲから量子化ステップ幅Δが算出され、算出された量子化ステップ幅Δは、量子化部１２７へ供給される。
【０００６】
また、減算部１２５には、ブロック分割部１２１から（３×３）ブロックの９画素が供給され、その９画素の画素値から最小値ＭＩＮをそれぞれ減算することにより、各画素値に対して正規化が実行される。その正規化された各画素値は、量子化部１２７へ供給される。量子化部１２７において、正規化された各画素値が量子化ステップ幅Δで量子化され、量子化値ｘとして、それぞれフレーミング部１２８に供給される。
【０００７】
そして、フレーミング部１２８では、ブロック毎に、供給されたダイナミックレンジＤＲと最小値ＭＩＮとがブロックのパラメータとして、そのブロックの９画素の量子化値ｘとともにフレーミング化がなされ、出力信号として出力される。そして、この出力信号がディスク等の記録媒体に記録され、もしくは、伝送路を介して伝送される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、復号側において、伝送されるブロックのパラメータを用いて、そのブロックの量子化値を復号する際に、原信号値と復号された復元値との復号誤差を最小にするという意味では、最初に求めたブロックのパラメータを用いてそのブロックの量子化値を復号することが最適であるという保証はなく、場合によっては、復号誤差が大きくなり、復号画像が劣化するという問題が生じる。
【０００９】
従って、この発明の目的は、原信号値と復元値の復号誤差が小さくなるように、符号化側において、量子化値を求めるために最初に求められたパラメータ（例えば、ＡＤＲＣの場合には、最大値ＭＡＸ、最小値ＭＩＮあるいはダイナミックレンジＤＲ）を最適化することにより、復号誤差を小さくすることができる画像符号化伝送装置および画像符号化伝送方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、この発明は、入力ディジタル画像信号の発生データ量を少なくするように、入力ディジタル画像信号を符号化して伝送する画像符号化伝送装置において、入力ディジタル画像信号を複数の画素からなるブロックに分割するブロック分割部と、ブロック毎に、ブロック内の複数の画素の最大値と、複数の画素の最小値を検出する第１の検出部と、最大値および最小値の差であるダイナミックレンジを検出する第２の検出部と、最大値から複数の画素の画素値を減算した差分値、または最小値を複数の画素の画素値から減算した差分値を量子化して、複数の画素の量子化値を生成する量子化部と、量子化値の復号誤差の自乗和を最小とするように、ブロック毎に発生された最大値、最小値、およびダイナミックレンジを示す情報の少なくとも２つを最適化する最適化部と、最適化された最大値、最適化された最小値および最適化されたダイナミックレンジを示す情報の２つをパラメータとして、ブロック毎に、複数の画素の量子化値とともに伝送路に伝送する伝送部とからなることを特徴とする画像符号化伝送装置である。
【００１１】
また、この発明は、入力ディジタル画像信号の発生データ量を少なくするように、入力ディジタル画像信号を符号化して伝送する画像符号化伝送方法において、入力ディジタル画像信号を複数の画素からなるブロックに分割するステップと、ブロック毎に、ブロック内の複数の画素の最大値と、複数の画素の最小値を検出するステップと、最大値および最小値の差であるダイナミックレンジを検出するステップと、最大値から複数の画素の画素値を減算した差分値、または最小値を複数の画素の画素値から減算した差分値を量子化して、複数の画素の量子化値を生成するステップと、量子化値の復号誤差の自乗和を最小とするように、ブロック毎に発生された最大値、最小値、およびダイナミックレンジを示す情報の少なくとも２つを最適化するステップと、最適化された最大値、最適化された最小値および最適化されたダイナミックレンジを示す情報の２つをパラメータとして、ブロック毎に、複数の画素の量子化値とともに伝送路に伝送するステップとからなることを特徴とする画像符号化伝送方法である。
【００１３】
上述したように、この発明は、ブロックのパラメータを求めてから、そのパラメータにより復号を行い復元値と真値との誤差を求め、その誤差を最小にするようにパラメータを修整する。従って、原信号値と復元値との復元誤差をさらに小さくすることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明する。図１は、この発明の画像符号化装置の第１の実施例のブロック図を示す。入力画像信号は、入力端子INを介して、ブロック分割部１に供給される。ブロック分割部１において、入力画像信号が、例えば、（３×３）ブロックに分割され、その（３×３）ブロックの９画素の８ビットからなる入力画素値ｙが最大値検出部２、最小値検出部３、減算部５および最小自乗法推定部８にそれぞれ供給される。
【００１５】
最大値検出部２において、（３×３）ブロックに含まれる９画素のうち、画素値のレベルが最大となる値が検出され、その最大値ＭＡＸが、減算部４に供給される。また、最小値検出部３において、（３×３）ブロックに含まれる９画素のうち、画素値のレベルが最小となる値が検出され、その最小値ＭＩＮが、減算部４および減算部５にそれぞれ供給される。
【００１６】
減算部４では、最大値ＭＡＸから最小値ＭＩＮが減算され、ダイナミックレンジＤＲが生成される。そのダイナミックレンジＤＲは、量子化ステップ幅算出部６に供給される。また、減算部５では、ブロック分割部１からの（３×３）ブロックの９画素の入力画素値ｙから最小値ＭＩＮがそれぞれ減算され、正規化された（３×３）ブロックの９画素の画素値が生成される。その正規化された（３×３）ブロックの９画素の画素値は、量子化部７に供給される。
【００１７】
量子化ステップ幅算出部６では、供給されたダイナミックレンジＤＲに基づいて量子化ステップ幅Δが算出され、その算出された量子化ステップ幅Δは、量子化部７に供給される。量子化部７では、供給される量子化ステップ幅Δで正規化された（３×３）ブロックの９画素の画素値の４ビット量子化が行われる。その（３×３）ブロックの９画素の４ビットからなる量子化値ｘは、最小自乗法推定部８およびフレーミング部１１にそれぞれ供給される。
【００１８】
そして、最小自乗法推定部８には、入力画像信号である（３×３）ブロックの９画素の入力画素値ｙと量子化された（３×３）ブロックの９画素の量子化値ｘが供給され、この最小自乗法推定部８は、ブロック毎に供給された入力画素値（真値）ｙおよび量子化値ｘを用いて、最小自乗法により、各ブロックの量子化値の復号値ｙ´と復号値ｙ´に対応する真値ｙとの誤差（ｙ´−ｙ）の自乗和を最小とするような最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最小値ＭＩＮ´を推定する。つまり、入力画素値ｙの復号値ｙ´および量子化値ｘとの間には、次式（１）の関係が成立する。
【００１９】
ｙ´＝ｘ×ＤＲ／ｎ＋ＭＩＮ （１）
（但し、ｎは、量子化ビット数である。）
【００２０】
そして、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´は、次式（２）によって求められる。
【００２１】
ＤＲ´＝ｎ・Δ´ （２）
（但し、Δ´は、最適化された量子化ステップ幅である。）
【００２２】
さらに、ブロック内の画素数をｍとすると、最適化された量子化ステップ幅は、次式（３）によって求められる。
【００２３】
Δ´＝（ｍ・Σｘｙ−Σｘ・Σｙ）／（ｍ・Σｘ2 −（Σｘ）2 ） （３）
【００２４】
また、最適化された最小値ＭＩＮ´は、次式（４）によって求められる。
【００２５】
ＭＩＮ´＝（Σｙ−Δ´・Σｘ）／ｍ （４）
【００２６】
そして、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最小値ＭＩＮ´は、フレーミング部１１に供給される。フレーミング部１１は、ブロック毎に量子化部７からの量子化値ｘ、最小自乗法推定部８からの最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最小値ＭＩＮ´をフレーミング化し、フレーミング信号をエラー訂正符号付加部１２に供給する。
【００２７】
エラー訂正符号付加部１２は、フレーミング信号にエラー訂正符号を付加して、変調部１３に供給する。変調部１３は、、エラー訂正符号が付加されたフレーミング信号を、ＥＦＭ変調方式等の変調方式を用いて、変調する。そして、この変調された信号が記録部１４に供給され、記録部１４において、ディスクなどの記録媒体１５に記録される。
【００２８】
また、伝送路１７を介して変調された信号を伝送する場合、この発明は、記録部１４の代わりに伝送部１６で構成される。そして、変調部１３は、伝送に最適な変調方法を用いて、エラー訂正符号が付加されたフレーミング信号を変調し、伝送部１６を介して、伝送路１７に供給するようにする。なお、フレーミング技術および変調技術に関しては、すでに、多数の技術が知られているので、ここでは省略するが、どのような技術を用いてもよい。
【００２９】
つぎに、この第１の実施例の最小自乗法推定部８の詳細について、図２および図３を用いて説明する。図３は、最小自乗法により最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最小値ＭＩＮ´を求めるための実際の構成例であり、図２は、その構成に必要とされる定数を算出する構成例である。
【００３０】
上述したように、この第１の実施例で用いられるデータｘは、量子化値であり、データｙ´は、そのデータｘの復元値である。また、データｙ´の真値をｙとし、ブロック内の画素数をｍとする。したがって、この最小自乗法推定部８は、ブロック毎に、供給された画素値ｙおよび量子化値ｘを用いて、最小自乗法により、各ブロックの量子化値の復号値ｙ´と復号値ｙ´に対応する真値との誤差（ｙ´−ｙ）の自乗和を最小とするような最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化されたダイナミックレンジＤＲ´を推定する。
【００３１】
まず、図２に示す入力端子２１からデータｘが供給され、そのデータｘは、レジスタ２２に供給される。また、データｙは、入力端子２３を介してレジスタ２４へ供給される。カウンタ２５は、クロックに応じてブロック毎の画素数を計数し、計数された画素数ｍは、レジスタ２６および２７を介して端子２８に供給される。
【００３２】
乗算器２９は、レジスタ２２から供給される４ビットからなるデータｘと、レジスタ２４から供給される８ビットからなるデータｙとの乗算を行い、１２ビットのデータｘｙがレジスタ３０を介して加算回路３１に供給される。この加算回路３１では、供給された１２ビットからなるデータｘｙが加算器３１ａに供給される。加算器３１ａから出力されるデータは、レジスタ３１ｂおよび３１ｃへ供給される。レジスタ３０から供給されたデータｘｙと、加算器３１ａから出力されたデータがレジスタ３１ｂを介して、加算器３１ａで加算される。加算回路３１からは、１８ビットからなるデータが出力され、データΣｘｙとして、レジスタ３２を介して、端子３３に供給される。すなわち、加算回路３１は、ブロック単位でΣｘｙを生成する。
【００３３】
レジスタ２２から供給される４ビットからなるデータｘは、レジスタ３４を介して加算回路３５へ供給される。この加算回路３５では、供給された４ビットからなるデータｘが加算器３５ａへ供給される。加算器３５ａから出力されるデータは、レジスタ３５ｂおよび３５ｃへ供給される。レジスタ３４から供給されたデータｘと、加算器３５ａから出力されたデータがレジスタ３５ｂを介して、加算器３５ａで加算される。加算回路３５からは、１０ビットからなるデータが出力され、データΣｘとして、レジスタ３６を介して、端子３７に供給される。すなわち、加算回路３５は、ブロック単位でΣｘを生成する。
【００３４】
また、加算回路３５からの１０ビットからなるデータΣｘは、乗算器３８へ供給される。その乗算器３８は、データΣｘの自乗を演算し、２０ビットからなるデータ（Σｘ）2 として、レジスタ３９を介して端子４０に供給する。
【００３５】
レジスタ２４から供給される８ビットからなるデータｙは、レジスタ４１を介して加算回路４２へ供給される。この加算回路４２では、供給された８ビットからなるデータｙが加算器４２ａへ供給される。加算器４２ａから出力されるデータは、レジスタ４２ｂおよび４２ｃへ供給される。レジスタ４１から供給されたデータｙと、加算器４２ａから出力されたデータがレジスタ４２ｂを介して、加算器４２ａで加算される。加算回路４２からは、１４ビットからなるデータが出力され、データΣｙとして、レジスタ４３を介して、端子４４に供給される。すなわち、加算回路４２は、ブロック単位でΣｙを生成する。
【００３６】
乗算器４５は、レジスタ２２から供給される４ビットからなるデータｘの自乗を演算し、８ビットからなるデータｘ2 を、レジスタ４６を介して加算回路４７に供給する。この加算回路４７では、供給された８ビットからなるデータｘ2 が加算器４７ａへ供給される。加算器４７ａから出力されるデータは、レジスタ４７ｂおよび４７ｃへ供給される。レジスタ４６から供給されたデータｘ2 と、加算器４７ａから出力されたデータがレジスタ４７ｂを介して、加算器４７ａで加算される。加算回路４７からは、１４ビットからなるデータが出力され、データΣｘ2 として、レジスタ４８を介して、端子４９に供給される。すなわち、加算回路４７は、ブロック単位でΣｘ2 を生成する。
【００３７】
また、図２に示すように入力端子５０は、カウンタ２５、レジスタ３１ｂ、３５ｂ、４２ｂおよび４７ｂのクリア端子に接続され、入力端子５１は、レジスタ２７、３２、３６、３９、４３および４８のクリア端子に接続され、各レジスタは、これら入力端子５０および５１へ供給される信号によってブロック毎に制御される。
【００３８】
図３は、実際の最小自乗法の一般的な構成例を示している。端子２８に供給された画素数ｍは、逆数回路６１、乗算器６４および乗算器７１にそれぞれ供給される。逆数回路６１では、供給された画素数ｍの逆数（１／ｍ）が算出され、レジスタ６２を介して逆数（１／ｍ）が端子６３に供給される。乗算器６４では、端子３３に供給されたデータΣｘｙと画素数ｍとの乗算が行われ、レジスタ６５を介してデータｍΣｘｙが減算器６６に供給される。
【００３９】
端子３７に供給されたΣｘが乗算器６７および乗算器７４にそれぞれ供給され、端子４４に供給されたデータΣｙが乗算器６７へ供給される。この乗算器６７では、データΣｘとデータΣｙとの乗算が行われ、レジスタ６８を介してデータΣｘΣｙが減算器６６に供給される。減算器６６では、データｍΣｘｙからデータΣｘΣｙの減算が行われ、その出力データｍΣｘｙ−ΣｘΣｙは、レジスタ６９および７０を介して乗算器７９に供給される。
【００４０】
乗算器７１では、端子４７に供給されたデータΣｘ2 と画素数ｍとの乗算が行われ、レジスタ７２を介してデータｍΣｘ2 が減算器７３に供給される。乗算器７４では、データΣｘの自乗が算出され、そのデータ（Σｘ）2 は、減算器７３に供給される。減算器７３では、データｍΣｘ2 からデータ（Σｘ）2 の減算が行われ、その出力データｍΣｘ2 −（Σｘ）2 は、レジスタ７６を介して逆数回路７７に供給される。逆数回路７７では、上述と同様に、データｍΣｘ2 −（Σｘ）2 の逆数（１／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ））を算出し、レジスタ７８を介してその逆数（１／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ））が乗算器７９に供給される。
【００４１】
乗算器７９では、データｍΣｘｙ−ΣｘΣｙとデータ１／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）との乗算が行われ、データ（ｍΣｘｙ−ΣｘΣｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）が、レジスタ８０を介して乗算器８１および８９にそれぞれ供給される。乗算器８１では、端子３７に供給されたデータΣｘとデータ（ｍΣｘｙ−ΣｘΣｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）との乗算が行われ、その結果、データ（ｍΣｘΣｘｙ−（Σｘ）2 Σｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）が、レジスタ８２を介して減算器８３に供給される。
【００４２】
減算器８３では、端子４４に供給されるデータΣｙからレジスタ８２からのデータ（ｍΣｘΣｘｙ−（Σｘ）2 Σｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）の減算が行われ、その結果、レジスタ８４を介してデータｍ（Σｘ2 Σｙ−ΣｘΣｘｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）が乗算器８５に供給される。乗算器８５では、端子６３からの１／ｍとデータｍ（Σｘ2 Σｙ−ΣｘΣｘｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）との乗算が行われ、その結果、データ（Σｘ2 Σｙ−ΣｘΣｘｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）が、最適化された最小値ＭＩＮ´となる。そして、その生成された最小値ＭＩＮ´は、レジスタ８６を介して出力端子８７に供給されて、出力される。
【００４３】
端子８８には、量子化ステップ幅算出部６において使用された量子化ビット数に対応して予め設定された値２n が供給される。乗算器８９では、端子８８に供給された２n （ｎは、量子化ビット数）とデータ（ｍΣｘｙ−ΣｘΣｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）との乗算が行われ、その結果、データ２n （ｍΣｘｙ−ΣｘΣｙ）／（ｍΣｘ2 −（Σｘ）2 ）が最適化されたダイナミックレンジＤＲ´となる。その生成されたダイナミックレンジＤＲ´は、レジスタ９０、９１および９２を介して、出力端子９３に供給されて、出力される。このようにして、最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化されたダイナミックレンジＤＲ´を得ることができる。
【００４４】
図４は、量子化値とともに最適化された最大値ＭＡＸ´および最適化されたダイナミックレンジＤＲ´を伝送する第２の実施例の画像符号化装置を示している。なお、第２の実施例を説明するにあたり、第１の実施例と同一の部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４５】
減算部１９では、最大値ＭＡＸから（３×３）ブロックの９画素の８ビットからなる入力画素値ｙがそれぞれ減算され、９画素の入力画素値がそれぞれ正規化される。正規化された９画素の画素値は、量子化部７に供給される。量子化部７は、（３×３）ブロックの９画素の４ビットからなる量子化値を最小自乗法推定部９およびフレーミング部１１にそれぞれ供給する。
【００４６】
そして、最小自乗法推定部９には、入力画像信号である（３×３）ブロックの９画素の入力画素値ｙと量子化された（３×３）ブロックの９画素の画素の量子化値ｘが供給される。この最小自乗法推定部９は、ブロック毎に供給された入力画素値（真値）ｙおよび量子化値ｘを用いて、最小自乗法により、各ブロックの量子化値の復号値ｙ´と復号値ｙ´に対応する真値との誤差（ｙ´−ｙ）の自乗和を最小とするような最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最大値ＭＡＸ´を推定する。つまり、入力画素値ｙの復号値ｙ´および量子化値ｘの間には、次式（５）の関係が成立する。
【００４７】
ｙ´＝ＭＡＸ−ｘ×ＤＲ／ｎ （５）
（但し、ｎは、量子化ビット数である。）
【００４８】
そして、ブロック内の画素数をｍとすると、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´は、上述した式（３）を用いて、上述した式（２）によって求められる。また、最適化された最大値ＭＡＸ´は、上述した式（３）を用いて、次式（６）によって求められる。
【００４９】
そして、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最大値ＭＡＸ´は、フレーミング部１１に供給される。フレーミング部１１は、ブロック毎に量子化部７からの量子化値ｘ、最小自乗法推定部９からの最適化されたダイナミックレンジＤＲ´および最適化された最大値ＭＡＸ´をフレーミング化する。
【００５１】
図５は、量子化値とともに最適化された最大値ＭＡＸ´および最適化された最小値ＭＩＮ´を伝送する第３の実施例の画像符号化装置を示している。なお、第３の実施例を説明するにあたり、第１の実施例と同一の部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５２】
減算部５では、図１の実施例と同様に、（３×３）ブロックの９画素の８ビットからなる入力画素値ｙから最小値ＭＩＮがそれぞれ減算され、９画素の画素値が正規化される。正規化された９画素の画素値は、量子化部７に供給される。量子化部７は、（３×３）ブロックの９画素の４ビットからなる量子化値を最小自乗法推定部１０およびフレーミング部１１にそれぞれ供給する。
【００５３】
そして、最小自乗法推定部１０には、入力画像信号である（３×３）ブロックの９画素の入力画素値ｙと量子化された（３×３）ブロックの９画素の画素の量子化値ｘが供給され、この最小自乗法推定部１０は、ブロック毎に供給された入力画素値（真値）ｙおよび量子化値ｘを用いて、最小自乗法により、各ブロックの量子化値の復号値ｙ´と復号値ｙ´に対応する真値との誤差（ｙ´−ｙ）の自乗和を最小とするような最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化された最大値ＭＡＸ´を推定する。つまり、入力画素値ｙの復号値ｙ´および量子化値ｘの間には、次式（７）の関係が成立する。
【００５４】
ｙ´＝ｘ×（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／ｎ＋ＭＩＮ （７）
（但し、ｎは、量子化ビット数である。）
【００５５】
そして、ブロック内の画素数をｍとすると、最適化された最小値ＭＩＮ´は、上述した式（３）を用いて、上述した式（４）によって求められる。また、最適化された最大値ＭＡＸ´は、上述した式（３）を用いて、上述した式（６）によって求められる。そして、最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化された最大値ＭＡＸ´は、フレーミング部１１に供給される。フレーミング部１１は、ブロック毎に量子化部７からの量子化値ｘ、最小自乗法推定部１０からの最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化された最大値ＭＡＸ´をフレーミング化する。
【００５６】
次に、図６は、この発明の画像符号化装置を階層符号化装置に適応した一例を示している。入力端子１０１からの入力画像信号が、平均化部１０２および減算部１０４にそれぞれ供給される。平均化部１０２では、例えば、供給された入力画像信号を（２×２）ブロック単位で４つの画素を加算し、その加算値を１／４に平均化する。平均化された画素は、補間部１０３および高能率符号化部１０８にそれぞれ供給される。
【００５７】
補間部１０３では、例えば、クラス分類適応処理技術を用いて、平均化することにより間引かれた画素の補間処理を行い、その画素は、減算器１０４へ供給される。このように、クラス分類適応処理技術を用いた補間方法に関して、例えば、本出願人による特開平５−３２８１８５号公報において提案されている。また、この補間部１０３は、クラス分類適応処理技術を用いた方法以外のすでに公知である補間方法を用いてもよい。
【００５８】
減算部１０４では、入力画素値ｙから補間処理が行われた画素が減算され、その残差信号が、高能率符号化部１０５に供給される。この高能率符号化部１０５は、上述したこの発明の実施例と同様にダイナミックレンジＤＲ、最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸのうち少なくとも２つのパラメータを最適化するようにしたＡＤＲＣによる高能率符号化部である。
【００５９】
すなわち、高能率符号化部１０５では、量子化値ｘと付加コード（例えば、第１の実施例において、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´、最適化された最小値ＭＩＮ´）が生成され、生成された量子化値ｘと付加コードが可変長符号化部１０６に供給される。可変長符号化部１０６において、供給された量子化値ｘと付加コードがハフマン符号化、ランレングス符号化等の可変長符号化がなされ、その可変長符号化データが出力端子１０７から下位階層の符号化データとして伝送される。
【００６０】
同様に高能率符号化部１０８では、平均化部１０２から供給された平均化された画素が、高能率符号化部１０８に供給される。この高能率符号化部１０８は、上述したこの発明の実施例と同様にダイナミックレンジＤＲ、最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸのうち少なくとも２つのパラメータを最適化するようにしたＡＤＲＣによる高能率符号化部である。
【００６１】
すなわち、高能率符号化部１０８では、量子化値ｘと付加コード（例えば、第１の実施例において、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´、最適化された最小値ＭＩＮ´）が生成され、生成された量子化値ｘと付加コードが可変長符号化部１０９に供給される。可変長符号化部１０９において、伝送された量子化値ｘと付加コードがハフマン符号化、ランレングス符号化等の可変長符号化がなされ、その可変長符号化データが出力端子１１０から上位階層の符号化データとして伝送される。
【００６２】
この発明の第１、第２および第３の実施例では、伝送されるパラメータとして、最適化されたダイナミックレンジＤＲ´、最適化された最小値ＭＩＮ´および最適化された最大値ＭＡＸ´のうち、少なくとも２つのパラメータを伝送しているが、この発明はこれに限らず、最適化された量子化ステップ幅Δ´を少なくとも含む２つのパラメータを伝送するようにしてもよい。
【００６３】
つまり、この発明において、最小自乗法推定部において、少なくとも伝送される２つのパラメータを最適化して、その最適化された２つのパラメータを量子化値とともに伝送すればよい。
【００６４】
また、この発明の第１および第３の実施例では、減算部５において、９画素の量子化値から最小値ＭＩＮを減算しているが、この発明はこれに限らず、第２の実施例と同様に、最大値ＭＡＸから９画素の入力画素値を減算するようにしてもよい。
【００６５】
また、この発明の第２の実施例では、減算部１９において、最大値ＭＡＸから９画素の量子化値を減算しているが、この発明はこれに限らず、第１の実施例と同様に、９画素の量子化値から最小値ＭＩＮを減算するようにしてもよい。
【００６６】
また、この発明のブロック分割部は、入力画像信号を（３×３）ブロックの２次元ブロックに分割しているが、この発明はこれに限らず、（３×３）ブロック以外のブロックで構成されてもよいし、また、入力画像信号を３次元ブロックで構成してもよい。
【００６７】
さらに、この発明の実施例では、ＡＤＲＣを用いたが、この発明は、これに限らずＤＣＴ（Discrete Cosine Transform ）を用いる場合、ＤＣ成分に対して最適化を行い、ＧＢＴＣ（Grobal Block Trancation Coding）を用いる場合、平均値および標準偏差に対して最適化を行うことも可能である。
【００６８】
また、この発明の実施例は、ディジタル画像信号に対する符号化装置であるが、この発明はこれに限らず、ディジタルオーディオ信号等のデータに対して適用することも可能である。
【００６９】
なお、この発明の主旨を逸脱しない範囲において、様々な変形や応用例が考えうる。したがって、この発明の要旨は、実施例に限定されるものではない。
【００７０】
【発明の効果】
この発明は、原信号値と復元値の復号誤差が小さくなるように、符号化側において、量子化値を求めるために最初に求められたパラメータを最小自乗法を用いて最適化し、その最適化したパラメータと量子化値とを伝送している。従って、この発明に依れば、復号側において、復元値と原信号値との誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の画像符号化装置の第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】この発明に係る最小自乗法推定部の構成例を示す図である。
【図３】この発明に係る最小自乗法推定部の構成例を示す図である。
【図４】この発明の画像符号化装置の第２の実施例を示すブロック図である。
【図５】この発明の画像符号化装置の第３の実施例を示すブロック図である。
【図６】この発明の画像符号化装置を階層符号化装置に用いた一例を示すブロック図である。
【図７】従来のＡＤＲＣのブロック図である。
【符号の説明】
１・・・ブロック分割部、２・・・最大値検出部、３・・・最小値検出部、４、５・・・減算部、６・・・ステップ幅算出部、７・・・量子化部、８・・・最小自乗法推定部、１１・・・フレーミング部、１２・・・エラー訂正符号付加部、１３・・・変調部、１４・・・記録部、１５・・・記録媒体、１６・・・伝送部、１７・・・伝送路
Claims (8)
- 入力ディジタル画像信号の発生データ量を少なくするように、上記入力ディジタル画像信号を符号化して伝送する画像符号化伝送装置において、
上記入力ディジタル画像信号を複数の画素からなるブロックに分割するブロック分割部と、
上記ブロック毎に、上記ブロック内の上記複数の画素の最大値と、上記複数の画素の最小値を検出する第１の検出部と、
上記最大値および上記最小値の差であるダイナミックレンジを検出する第２の検出部と、
上記最大値から上記複数の画素の画素値を減算した差分値、または上記最小値を上記複数の画素の画素値から減算した差分値を量子化して、上記複数の画素の量子化値を生成する量子化部と、
上記量子化値の復号誤差の自乗和を最小とするように、上記ブロック毎に発生された最大値、最小値、およびダイナミックレンジを示す情報の少なくとも２つを最適化する最適化部と、
上記最適化された最大値、最適化された最小値および最適化されたダイナミックレンジを示す情報の２つをパラメータとして、上記ブロック毎に、上記複数の画素の量子化値とともに上記伝送路に伝送する伝送部と
からなることを特徴とする画像符号化伝送装置。 - 上記最適化部では、上記最大値および上記最小値が最適化され、
上記伝送部では、上記最適化された最大値および上記最適化された最小値が上記パラメータとして伝送されることを特徴とする請求項１に記載の画像符号化伝送装置。 - 上記最適化部では、上記最大値および上記ダイナミックレンジが最適化され、
上記伝送部では、上記最適化された最大値および上記最適化されたダイナミックレンジが上記パラメータとして伝送されることを特徴とする請求項１に記載の画像符号化伝送装置。 - 上記最適化部では、上記最小値および上記ダイナミックレンジが最適化され、
上記伝送部では、上記最適化された最小値および上記最適化されたダイナミックレンジが上記パラメータとして伝送されることを特徴とする請求項１に記載の画像符号化伝送装置。 - 入力ディジタル画像信号の発生データ量を少なくするように、上記入力ディジタル画像信号を符号化して伝送する画像符号化伝送方法において、
上記入力ディジタル画像信号を複数の画素からなるブロックに分割するステップと、
上記ブロック毎に、上記ブロック内の上記複数の画素の最大値と、上記複数の画素の最小値を検出するステップと、
上記最大値および上記最小値の差であるダイナミックレンジを検出するステップと、
上記最大値から上記複数の画素の画素値を減算した差分値、または上記最小値を上記複数の画素の画素値から減算した差分値を量子化して、上記複数の画素の量子化値を生成するステップと、
上記量子化値の復号誤差の自乗和を最小とするように、上記ブロック毎に発生された最大値、最小値、およびダイナミックレンジを示す情報の少なくとも２つを最適化するステップと、
上記最適化された最大値、最適化された最小値および最適化されたダイナミックレンジを示す情報の２つをパラメータとして、上記ブロック毎に、上記複数の画素の量子化値とともに上記伝送路に伝送するステップと
からなることを特徴とする画像符号化伝送方法。 - 上記最適化するステップでは、上記最大値および上記最小値が最適化され、
上記伝送するステップでは、上記最適化された最大値および上記最適化された最小値が上記パラメータとして伝送されることを特徴とする請求項５に記載の画像符号化伝送方法。 - 上記最適化するステップでは、上記最大値および上記ダイナミックレンジが最適化され、
上記伝送するステップでは、上記最適化された最大値および上記最適化されたダイナミックレンジが上記パラメータとして伝送されることを特徴とする請求項５に記載の画像符号化伝送方法。 - 上記最適化するステップでは、上記最小値および上記ダイナミックレンジが最適化され、
上記伝送するステップでは、上記最適化された最小値および上記最適化されたダイナミックレンジが上記パラメータとして伝送されることを特徴とする請求項５に記載の画像符号化伝送方法。
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