(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像情報を複数のブロックに分割した原信号が供給される符号化器において、
上記原信号の信号値の最小値から小さい順に所定の数の信号値を平均し、上記平均した値を平均最小値とする平均最小値検出手段と、
上記原信号の信号値の最大値から大きい順に所定の数の信号値を平均し、上記平均した値を平均最大値とする平均最大値検出手段と、
上記平均最小値と上記平均最大値とからダイナミックレンジを求めるダイナミックレンジ発生手段と、
上記平均最小値または上記平均最大値を用いて上記原信号を正規化する正規化手段と、
上記ダイナミックレンジに基づいて上記正規化された信号を量子化する量子化手段と
からなることを特徴とする符号化器。
【請求項２】
画像情報を複数のブロックに分割した原信号が供給される符号化器において、
上記原信号の信号値を昇順または降順に並びかえる並びかえ手段と、
上記並びかえた信号値の最小値から小さい順に所定の数の信号値を平均し、平均した値を平均最小値とする平均最小値検出手段と、
上記並びかえた信号値の最大値から大きい順に所定の数の信号値を平均し、平均した値を平均最大値とする平均最大値検出手段と、
上記平均最小値と上記平均最大値とからダイナミックレンジを求めるダイナミックレンジ発生手段と、
上記平均最小値または上記平均最大値を用いて上記原信号を正規化する正規化手段と、
上記ダイナミックレンジに基づいて上記正規化された信号を量子化する量子化手段と
からなることを特徴とする符号化器。
【請求項３】
画像情報を複数のブロックに分割した原信号が供給される符号化方法において、
上記原信号の信号値の最小値から小さい順に所定の数の信号値を平均し、上記平均した値を平均最小値とするステップと、
上記原信号の信号値の最大値から大きい順に所定の数の信号値を平均し、上記平均した値を平均最大値とするステップと、
上記平均最小値と上記平均最大値とからダイナミックレンジを求めるステップと、
上記平均最小値または上記平均最大値を用いて上記原信号を正規化するステップと、
上記ダイナミックレンジに基づいて上記正規化された信号を量子化するステップと
からなることを特徴とする符号化方法。
【請求項４】
画像情報を複数のブロックに分割した原信号が供給される符号化方法において、
上記量子化された信号の信号値を昇順または降順に並びかえるステップと、
上記並びかえた信号値の最小値から小さい順に所定の数の信号値を平均し、平均した値を平均最小値とするステップと、
上記並びかえた信号値の最大値から大きい順に所定の数の信号値を平均し、平均した値を平均最大値とするステップと、
上記平均最小値と上記平均最大値とからダイナミックレンジを求めるステップと、
上記平均最小値または上記平均最大値を用いて上記原信号を正規化するステップと、
上記ダイナミックレンジに基づいて上記正規化された信号を量子化するステップと
からなることを特徴とする符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特にＡＤＲＣを用いて符号化したときのＳ／Ｎ比を向上することができる符号化器および符号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＤＲＣ（適応的ダイナミックレンジ符号化）では、ブロック内ダイナミックレンジが一般的に画像全体のダイナミックレンジよりも小さくなることを利用して、圧縮が行われる。そのＡＤＲＣの一例について説明する。この一例では、図１Ａに示すように、インタレースの画像上で４画素×４ライン（以下、（４×４）ブロックと称する）の画素データを使用する。この（４×４）ブロックは、画像信号を複数のブロックに分割した原信号である。
【０００３】
ＡＤＲＣの符号化器の一例のブロック図を図１Ｂに示す。入力端子１１を介して外部から供給された（４×４）ブロックの画素が検出回路１２へ供給される。検出回路１２では、ブロック毎に最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮが検出される。減算器１３に対して最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮが供給され、その出力にダイナミックレンジＤＲが発生する。入力された画素の信号値Ｌおよび最小値ＭＩＮが減算器１４へ供給され、入力された画素の信号値Ｌから最小値ＭＩＮが除去されることで、正規化された画素データが発生する。量子化回路１５では、後述するようにダイナミックレンジＤＲとビット割当ｎとからの量子化ステップに応じて正規化された画素データが量子化され、ｎビットの再量子化コードＤＴが発生する。その再量子化コードＤＴは、出力端子１６に取り出される。
【０００４】
ｎビットＡＤＲＣの符号化器について、一例として（ｎ＝３）の場合について、図２を用いて説明する。図２Ａは、ブロック内ダイナミックレンジＤＲ、つまりブロック内の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの間を均等に領域分割する符号化器の特性である。この図２Ａの特性を有する符号化器では、量子化歪みを小さくできるが、符号化復号化の繰り返しで復元画像の誤差が増えるという特徴を示す。
【０００５】
また、ＡＤＲＣ符号化器として、ブロック内でそれぞれ最大のコードに符号化される入力画素群の平均値をそれぞれ符号化器の最大値（ＭＡＸ’）と定義し直し、また、ブロック内でそれぞれ最小のコードに符号化される入力画素群の平均値をそれぞれ符号化器の最小値（ＭＩＮ’）と定義し直し、これらの値がそのまま復号値に反映されるように均等に信号値レベルを分割するものが提案されている。
【０００６】
図２Ｂは、最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮがそのまま復元値に再現されるよう均等に領域分割する符号化器の特性である。この図２Ｂの特性を有する符号化器では、量子化歪みは図２Ａの符号化器に比べてやや大きいが符号化復号化の繰り返しで復元画像の誤差が増えないという特徴を示す。
【０００７】
さらに、図２Ａおよび図２Ｂに示す符号化器の特性の長所を組み合わせた符号化器の特性を図２Ｃに示す。まず、図２Ａの特性を有する符号化器で量子化した後、最大と最小の符号値に符号化される入力画素の平均値を、それぞれＭＡＸ’およびＭＩＮ’に定義し直し、その差分としてＤＲ’を定義する。次に、図２Ｂの特性を有する符号化器で量子化するというものである。これによって、図２Ａおよび図２Ｂの特性を有する符号化器に比べて量子化歪みが小さく、符号化復号化の繰り返しで復元画像の誤差が増大しないという特性が得られる。
【０００８】
具体的に、図２Ｃに示す符号化器の特性を図３を用いて説明する。まず、図３Ａに示す原信号が、図３Ｂに示すように、昇順に並べかえられる。そして、レベル方向に一定の大きさを持つ区間に含まれる信号値が平均される。この図３Ｂでは、最小のコードに符号化される入力画素群（ａで示す）の平均値により最小値ＭＩＮ’が求められ、最大のコードに符号化される入力画素群（ｂで示す）の平均値により最大値ＭＡＸ’が求められる。求められたＭＩＮ’およびＭＡＸ’を用いて再量子化が施される。再量子化された点列を図３Ｃに示す。そして、図３Ｃに示す点列と、図３Ａに示す原信号とを比較するために、図３Ｃに示す点列を点線で表し、図３Ａに示す原信号を実線で表すと図３Ｄに示すようになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃのいずれを使用した場合でも、ごく稀ではあるがブロック内に少数の外れ値が存在した場合、ダイナミックレンジが見かけ上大きくなり、量子化レベルも粗くなるため、画像のブロック歪みが改善されず、Ｓ／Ｎ比が低下するという問題があった。
【００１０】
従って、この発明の目的は、符号化を施すブロック内に外れ値が存在した場合でも、Ｓ／Ｎ比が低下することのない符号化器および符号化方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、画像情報を複数のブロックに分割した原信号が供給される符号化器において、原信号の信号値の最小値から所定の数の信号値を平均し、平均した値を平均最小値とする平均最小値検出手段と、原信号の信号値の最大値から所定の数の信号値を平均し、平均した値を平均最大値とする平均最大値検出手段と、平均最小値と平均最大値とからダイナミックレンジを求めるダイナミックレンジ発生手段と、平均最小値または平均最大値を用いて原信号を正規化する正規化手段と、ダイナミックレンジに基づいて正規化された信号を量子化する量子化手段とからなることを特徴とする符号化器である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、画像情報を複数のブロックに分割した原信号が供給される符号化方法において、原信号の信号値の最小値から所定の数の信号値を平均し、平均した値を平均最小値とするステップと、原信号の信号値の最大値から所定の数の信号値を平均し、平均した値を平均最大値とするステップと、平均最小値と平均最大値とからダイナミックレンジを求めるステップと、平均最小値または平均最大値を用いて原信号を正規化するステップと、ダイナミックレンジに基づいて正規化された信号を量子化するステップとからなることを特徴とする符号化方法である。
【００１３】
画像信号を複数のブロックに分割した原信号が供給され、その原信号を昇順に並べかえ、並びかえた最小値ＭＩＮ側および最大値ＭＡＸ側のそれぞれから所定の数の信号値を平均し、ＭＩＮ’およびＭＡＸ’が算出される。算出されたＭＩＮ’およびＭＡＸ’からダイナミックレンジＤＲ’が求められ、ダイナミックレンジＤＲ’とビット割当ｎとから定まる量子化ステップに応じて原信号からＭＩＮ’が減算されたデータが再量子化される。これによって、外れ値が存在した場合でも、Ｓ／Ｎ比の低下を抑えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。この発明の一実施形態のブロック図を図４に示す。入力端子２１から例えば（４×４）ブロックの順序に変換された画素が供給される。供給された画素は、並びかえ回路２２および遅延回路２６へ供給される。並びかえ回路２２では、供給された（４×４）ブロックの画素を信号値の昇順に並びかえる。並びかえた信号値は、ＭＡＸ’検出回路２３およびＭＩＮ’検出回路２４へ供給される。
【００１５】
ＭＡＸ’検出回路２３では、まずＭＡＸ’を検出するためのＭＡＸ”を検出する。このＭＡＸ”は、並びかえられた画素の最大値ＭＡＸから大きい順に所定の数数えたところにある信号値である。そして、検出された信号値ＭＡＸ”から最大値ＭＡＸまでの間の信号値の平均を算出し、算出された平均値をＭＡＸ’とする。検出されたＭＡＸ’は、減算器２５へ供給される。
【００１６】
このとき、ＭＡＸ’は下式で表される。ｎを割り当てビット数、Ｌを各画素の信号値、Ｑを再量子化コードとする。また、信号値を昇順に並べかえた最小値側および最大値側で平均をとる画素数をＮEXT とし、ＮL=i はＬ＝ｉを満たす画素数を意味する。
【００１７】
【数１】
0003677962.tif 000002
【００１８】
ただし、ＭＡＸ”は、下式を満たす最大の整数である。
【００１９】
【数２】
0003677962.tif 000003
【００２０】
また、ＮEXT は、ブロック内の画素数をＮBLOCK として、
ＮEXT ＝〔ＮBLOCK ／（２n −１）〕
で定義される。
【００２１】
同様に、ＭＩＮ’検出回路２４では、まずＭＩＮ’を検出するためのＭＩＮ”を検出する。このＭＩＮ”は、並びかえられた画素の最小値ＭＩＮから小さい順に所定の数数えたとことにある信号値である。そして、最小値ＭＩＮから検出されたＭＩＮ”までの間の信号値の平均を算出し、算出された平均値をＭＩＮ’とする。検出されたＭＩＮ’は、減算器２５および２７へ供給される。
【００２２】
このとき、ＭＩＮ’は下式で表される。
【００２３】
【数３】
0003677962.tif 000004
【００２４】
ただし、ＭＩＮ”は、下式を満たす最大の整数である。
【００２５】
【数４】
0003677962.tif 000005
【００２６】
この一実施形態では、並びかえた画素からＭＡＸ’およびＭＩＮ’を検出するようにしているが、並びかえなくてもＭＡＸ”およびＭＩＮ”が検出することができる場合、ＭＡＸ’およびＭＩＮ’を検出することができるので、並びかえ回路２２は省略しても良い。
【００２７】
減算器２５では、ＭＡＸ’からＭＩＮ’が減算され、ダイナミックレンジＤＲ’を発生する。発生したダイナミックレンジＤＲ’は、量子化回路２８へ供給される。減算器２７では、入力された信号値がタイミング合わせの遅延回路２６を介して供給され、信号値からＭＩＮ’が減算され、信号値が正規化される。正規化された信号値は、減算器２７から量子化回路２８へ供給される。量子化回路２８では、ダイナミックレンジＤＲ’とビット割当ｎとからの量子化ステップに応じて正規化された信号値が量子化され、ｎビットの再量子化コードＱが発生する。その再量子化コードＱは、量子化回路２８から出力端子２９へ供給される。
【００２８】
すなわち、
ＤＲ’＝ＭＡＸ’−ＭＩＮ’
Ｑ＝〔（Ｌ−ＭＩＮ’）×（２n −１）／ＤＲ’＋0.5 〕
となる。  ただし、〔  〕は、切り捨てを意味する。
【００２９】
そして、このときの復号値Ｌ＾は、
Ｌ＾＝〔Ｑ×ＤＲ’／（２n −１）＋ＭＩＮ’＋0.5 〕
となる。
【００３０】
具体的には、０≦Ｎ≦ＮEXT を満たすようなＮを全て試し、そのブロックにおいてもっとも大きなＳ／Ｎ比を与えるＮを採用する。ただし、画素数にかかわらず一定の計算量になるように、一定の割合で間引きを行った。また、上述のような方法で求めたＮEXT は、Ｎの候補を限定するのに十分である。
【００３１】
なお、量子化する画素としては、（４×４）ブロックの画素に限らず、前フィールドの画素を含むブロック等、種々のものを使用できる。また、減算器２７では、最小値ＭＩＮ’と入力された画素の信号値Ｌの差分値を正規化された画素データとしたが、最小値ＭＩＮ’の代わりに最大値ＭＡＸ’と入力された画素の信号値Ｌの差分値を正規化された画素データとすることも可能である。
【００３２】
この発明をソフトウェア処理によって行う他の実施形態のアルゴリズムを図５に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１では、入力された画素の信号値Ｌが昇順に並べかえられる。ステップＳ２では、最小値ＭＩＮから小さい順に所定の数数えたところにある信号値ＭＩＮ”までの平均値ＭＩＮ’が検出される。同様に、最大値ＭＡＸから大きい順に所定の数数えたところにある信号値ＭＡＸ”までの平均値ＭＡＸ’が検出される。そして、ステップＳ３では、図６に示すような特性の符号化器で量子化が行われる。
【００３３】
次に、最小値ＭＩＮ’を算出する他の実施形態のアルゴリズムを図７のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１１では、例えば（４×４）ブロックの画素が供給される。ステップＳ１２では、入力された画素の信号値（輝度値）Ｌに関するヒストグラムが作成される。ステップＳ１３では、画素数Ｎに０が代入され、ｉに最小値ＭＩＮが代入される。ステップＳ１４では、画素数Ｎが昇順に並べかえた信号値の最小値側および最大値側で平均をとる画素数ＮEXT 未満、且つ、ｉが最大値ＭＡＸ以下か否かが判断される。そして、画素数Ｎが画素数ＮEXT 未満、且つｉが最大値ＭＡＸ以下が成立する場合、ステップＳ１５へ制御が移り、成立しない場合、ステップＳ１６へ制御が移る。
【００３４】
ステップＳ１５では、画素数Ｎに画素数ＮL=i が加算され、ｉがインクリメントされる。このとき、画素数ＮL=i は、Ｌ＝ｉを満たす画素数を意味する。ステップＳ１６では、ＭＩＮ”にｉが代入される。このようにＭＩＮ”が決定する。そして、ステップＳ１７では、ＭＩＮ’が計算される。このＭＩＮ’の計算式を以下に示す。
【００３５】
【数５】
0003677962.tif 000006
【００３６】
さらに、最小値ＭＡＸ’を算出する他の実施形態のアルゴリズムを図８のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ２１では、例えば（４×４）ブロックの画素が供給される。ステップＳ２２では、入力された画素の信号値（輝度値）Ｌに関するヒストグラムが作成される。ステップＳ２３では、画素数Ｎに０が代入され、ｉに最大値ＭＡＸが代入される。ステップＳ２４では、画素数Ｎが昇順に並べかえた信号値の最小値側および最大値側で平均をとる画素数ＮEXT 未満、且つ、ｉが最小値ＭＩＮ以上か否かが判断される。そして、画素数Ｎが画素数ＮEXT 未満、且つｉが最小値ＭＩＮ以下が成立する場合、ステップＳ２５へ制御が移り、成立しない場合、ステップＳ２６へ制御が移る。
【００３７】
ステップＳ２５では、画素数Ｎに画素数ＮL=i が加算され、ｉがデクリメントされる。このとき、画素数ＮL=i は、Ｌ＝ｉを満たす画素数を意味する。ステップＳ２６では、ＭＡＸ”にｉが代入される。このようにＭＡＸ”が決定する。そして、ステップＳ２７では、ＭＡＸ’が計算される。このＭＡＸ’の計算式を以下に示す。
【００３８】
【数６】
0003677962.tif 000007
【００３９】
この発明の一実施形態は、各ブロック毎に複数の符号化器で量子化を行い、もっとも高いＳ／Ｎ比を与える符号化器を採用するというものである。そして、従来の符号化器に加えて、符号化器で使用する最大値および最小値の値を信号値の分布の上側および下側をそれぞれ一定割合の画素の平均値で代用する符号化器である。
【００４０】
この発明を用いて画素数７０４×４８４のＳＤ画像の符号化を行うと、ブロックサイズと量子化ビット数毎に以下に示すような復号画像のＳ／Ｎ比となる。
【００４１】
（４×４）ブロック        ：（８×８）ブロック
１ｂｉｔ：（３１．１７／３１．１１）：（２８．５４／２８．４７）
２ｂｉｔ：（３６．９９／３６．５７）：（３３．４１／３２．５６）
３ｂｉｔ：（４３．１４／３９．７２）：（３９．１４／３７．７７）
ただし、数値は、（この発明による手法／従来の手法）である。
【００４２】
図９に示すように、ブロックサイズが大きい場合、信号値（輝度や色差信号）の分布が比較的幅が広いのに対して、ブロックサイズが小さい場合、信号値の分布は、山が急峻で、裾が比較的広い形であることと関連する。すなわち、ブロックサイズが小さいと、信号値の分布の裾の両端をとってその間を線形に分割した場合、信号値が集中する付近で信号値レベルの分解能が落ちるためである。
【００４３】
この発明の符号化器の特性では、図３Ａに示す原信号が、図３Ｅに示すように、昇順に並べかえられる。そして、昇順に並べかえられた点列で、最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸとなる信号値、例えば図３Ｅの左端および右端からそれぞれ数えて、所定の数数えたところにある信号値を平均する。この図３Ｅでは、最小のコードに符号化される入力画素群（ｃで示す）の平均値により最小値ＭＩＮ’が求められ、最大のコードに符号化される入力画素群（ｄで示す）の平均値により、最大値ＭＡＸ’が求められる。求められたＭＩＮ’およびＭＡＸ’を用いて再量子化が施される。再量子化された点列を図３Ｆに示す。そして、図３Ｆに示す点列と、図３Ａに示す原信号とを比較するために、図３Ｆに示す点列を点線で表し、図３Ａに示す原信号を実線で表すと図３Ｇに示すようになる。
【００４４】
この一実施形態では、図３Ａに示す画素の信号値の昇順に並べるようにしているが、降順に並べるようにしても良い。すなわち、最大値ＭＡＸから大きい順に所定の数数えたところにある信号値ＭＡＸ”および最小値ＭＩＮから小さい順に所定の数数えたところにある信号値ＭＩＮ”が検出することができればどのような手法を用いても良い。
【００４５】
【発明の効果】
この発明に依れば、Ｓ／Ｎ比が比較的高い条件において特に有効に改善される。また、信号の外れ値（図９に示す広い裾）に由来する大きなダイナミックレンジを画質に影響のない程度に圧縮し、信号値が集中する付近での分解能を向上させることができる。視覚上も、特にブロック内ダイナミックレンジが小さい部分において、ブロック歪みが低減される。すなわち、図３Ｃと図３Ｆとを比較すると、図３Ｆに示す信号値の方が量子化レベルが細かくなる。よって、図３Ｄと図３Ｇとを比較すると、この発明（図３Ｇ）の方がＳ／Ｎ比が向上することが分かる。
【００４６】
この発明に依れば、複数の符号化器を使用しながら、復号化の際にはどの符号化器を使用したのかという情報は必要がないため、符号化方法の改善のみで高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＤＲＣの符号化器を説明するための略線図である。
【図２】符号化器の特性を説明するための略線図である。
【図３】符号化器の特性を説明するための略線図である。
【図４】この発明の符号化器の一実施形態のブロック図である。
【図５】この発明の符号化器の他の実施形態のフローチャートである。
【図６】この発明の符号化器の特性を説明するための略線図である。
【図７】この発明に適用されるＭＩＮ’を算出する他の実施形態のフローチャートである。
【図８】この発明に適用されるＭＡＸ’を算出する他の実施形態のフローチャートである。
【図９】この発明の符号化器の特性を説明するための略線図である。
【符号の説明】
２２、２９・・・量子化回路、２３・・・並びかえ回路、２４・・・ＭＡＸ’検出回路、２５・・・ＭＩＮ’検出回路、２６、２８・・・減算器、２７・・・遅延回路
【図１】
0003677962.tif 000008
【図２】
0003677962.tif 000009
【図３】
0003677962.tif 000010
【図４】
0003677962.tif 000011
【図５】
0003677962.tif 000012
【図６】
0003677962.tif 000013
【図７】
0003677962.tif 000014
【図８】
0003677962.tif 000015
【図９】
0003677962.tif 000016