(57)【要約】【課題】改良された画像信号圧縮方法を提供する。【解決手段】画像エンコーダにおいて、ビット解像度Ｐ（一般に８ビット）で予告信号が、ビット解像度Ｐ＋Δ（一般に１０ビット）で受信された入力信号から引かれる。次に、その引き算結果に、出力が少なくともビット解像度Ｐ＋Δである変換が行われる。その変換信号は量子化され、その量子化信号を用いて上記予告信号を形成する。次に、その量子化信号が送信のためにコード化される。デコーダにおいては、上記プロセスが逆になり、エンコーダの余分のΔビット入力が保存される。
2005516490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ＋Δ（ここでＰとΔは、それぞれの正の整数）のビット解像度で画像信号入力を受信し、ビット解像度Ｐで予告信号を引き、その引き算結果に出力が少なくともビット解像度（Ｐ＋Δ）である変換を行い、その変換信号を量子化して量子化信号を発生し、その量子化信号を用いて上記予告信号を形成し、およびその量子化信号をコード化して送信する諸工程からなることを特徴とする画像信号圧縮方法。
【請求項２】
変換を少なくともＱ＋Δ（ここでＱは、画像信号をビット解像度Ｐで再生するために変換領域で必要な最小ビット数）のビット解像度で行い、そしてその変換信号を量子化してビット解像度Ｑの量子化信号を発生する請求項１の方法。
【請求項３】
コード化信号を受信し、そのコード化信号を復元し、その復元信号を逆量子化し、その逆量子化信号上で第１出力が第１ビット解像度で与えられ第２出力が第１ビット解像度よりも大きな第２ビット解像度で与えられる逆変換を行い、その第１出力を用いてビット解像度Ｐで予告信号を形成し、およびその予告信号と上記第２出力とを結合してビット解像度Ｐ＋Δ（ここでＰとΔは、それぞれ正の整数）である画像信号出力を形成する諸工程からなることを特徴とする画像信号圧縮方法。
【請求項４】
ビット解像度Ｐが８ビット解像度で、ビット解像度（Ｐ＋Δ）が１０ビット解像度である請求項１〜３のいずれか１項の方法。
【請求項５】
ビット解像度Ｐ＋Δ（ここで、Ｐ＋Δはそれぞれ正の整数）で画像信号入力を受信し、ビット解像度Ｐで予告信号を引き、その引き算結果に出力が少なくともビット解像度Ｐである変換を行い、その変換信号を量子化して、量子化信号を発生し、その量子化信号を用いて上記予告信号を形成し、およびその量子化信号をコード化して送信するための圧縮器、上記コード化信号を送信するためのチャンネルおよびコード化信号を受信し、そのコード化信号を復元し、その復元信号を逆量子化し、その逆量子化信号上で第１出力がビット解像度Ｐ＋Δで与えられ第２出力がビット解像度Ｐで与えられ出力が付加するに適切なサインビットを含む逆変換を行い、その第２出力を用いてビット解像度Ｐで予告信号を形成し、およびその予告信号と上記第１出力とを結合してビット解像度Ｐ＋Δの画像信号を形成するための伸張器からなることを特徴とする画像信号圧縮・伸張用システム。
【請求項６】
前記圧縮器が、少なくともＱ＋Δ（ここでＱは、画像信号を解像度Ｐで再生するために変換領域で必要な最小ビット数）のビット解像度で変換を行い、その変換信号を量子化してビット解像度Ｑの量子化信号を発生するように調整される請求項５のシステム。
【請求項７】
前記伸張器が、復元信号を逆量子化して少なくともＱ＋Δのビット解像度で逆量子化信号を発生するように調整される請求項６のシステム。
【請求項８】
ビット解像度Ｐが８ビット解像度で、ビット解像度（Ｐ＋Δ）が１０ビット解像度である請求項５〜７のいずれか１項のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像（ビデオ）信号圧縮に関し、さらに詳しくは、ＭＰＥＧ２圧縮方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
さまざまな圧縮標準を用いたさまざまな画像信号圧縮方法が知られている。その例として、ここでＭＰＥＧ２標準を取り上げる。
【０００３】
８ビット解像度で画像信号を処理するためにのみ特記されてきているというが、ＭＰＥＧ２標準に対する共通の評価である。しかし８ビット信号が特に可視される「輪郭描写」（Ｃｏｎｔｏｕｒｉｎｇ）のような大画面用途では特に、８ビットよりも高い解像度の画像信号を用いることが、ますます多くの用途で要求されている。
【０００４】
８ビットよりも高い解像度やデータ領域をもつ画像信号を、８ビットＭＰＥＧ圧縮システムに通過させる幾つかのシステムが、すでに提案されている。その中の１つは、８ビットよりも深い画像信号のうちの最も重要な８ビットの信号を標準的な８ビットＭＰＥＧエンコーダに通し、かつ、重要度の最も低い２ビットの信号を付加的な非圧縮プライベート・データ・チャンネルに通して、送信のためＰＭＥＧ画像・音声信号と乗算されることを提案している。この重要度の最も低い２ビットの信号は、次に特別のデコーダにあて８ビット圧縮画像信号と再結合させられる。しかし、この提案は、余分なプライベータ・チャンネルを使わないと機能しないため、複雑さを増す。
【０００５】
別のアプローチによれば、輪郭が最もよく見える輝度領域に適用されるより高い解像度を以て、ある非線型「圧伸」（ｃｏｍｐａｎｄｉｎｇ）を、１０ビット入力信号を８ビットデータ領域に圧縮する入力画像に適用した。しかし、そのようなアプローチもまた、標準的な８ビット素子、特に逆圧伸特性を支持しない標準デコーダとは適合し得ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、これらの問題を解決し、改良された画像信号圧縮方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
よって、本発明は、一面において、Ｐ＋Δ（ここでＰとΔは正の整数）のビット解像度で画像信号入力を受信し、ビット解像度Ｐで予告、信号を引き、変換出力が少なくともＰ＋Δのビット解像度である変換をその引き算結果に行い、その変換信号を量子化して量子化信号を生じさせ、この量子化信号を用いて上記予告信号を形成し、および、送信のために量子化信号をコード化する諸工程からなる画像信号圧縮方法からなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、他の標準素子との適合性を保ちながら、標準よりも大きなビット深さΔの画像信号を、ＭＰＥＧ圧縮チェイン（連鎖）に通すことができる。何ら付加的なサイド・チャンネルを要することなく、８ビットよりも高い解像度のすべてのデータが標準画像基本ストリーム内を選ばれる。こうして得られた圧縮ビットストリームは、標準８ビット・デコーダと完全に適合するが、ある特別のデコーダ内に入れられると、標準ビット出力よりも実質的に高い解像度の出力を生じることができる。より簡単な領域では、その出力画像は、オリジナルのより高解像度のソースの画像と実際に区別できない。さらに、特別のデコーダでなく標準の８ビットデコーダを用いた場合も、相当高い解像度をもつ出力を発生する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の上記方法は、好ましくは、少なくともＱ＋Δ（ここでＱは、解像度Ｐで画像信号を表すため変換ドメインで必要な最小ビット数）のビット解像度で変換を行い、および、この変換信号を量子化してビット解像度Ｑの量子化信号を生ずる工程を有する。
【００１０】
他の面において、本発明は、コード化信号を受信し、そのコード化信号を復元（デコード）し、その復元信号を逆量子化し、その逆量子化信号上で第１ビット解像度で第１出力が与えられ、第１ビット解像度よりも大きな第２ビット解像度で第２出力が与えられる逆変換を行い、その第１出力を用いてビット解像度Ｐで予告信号を形成し、および第２出力とこの予告信号とを統合してビット解像度Ｐ＋Δ（ここでＰとΔは正の整数）で画像信号出力を形成する工程からなる画像信号圧縮方法からなる。
【００１１】
さらに他の面において、本発明は、ビット解像度Ｐ＋Δで画像信号入力を受信し、ビット解像度Ｐで予告信号を引き、変換出力が少なくともビット解像度Ｐ＋Δである変換をその引き算結果に行い、その変換信号を量子化して量子化信号を発生し、その量子化信号を用いて上記予告信号を形成し、および量子化信号をコード化して送信するための圧縮器、コード化信号を送信するためのチャンネル、および、コード化信号を受信し、そのコード化信号を復元し、その復元信号を逆量子化し、第１出力がビット解像度Ｐ＋Δで与えられ第２出力がビット解像度Ｐで与えられ出力が付加的に適当な所においてサインビットを含む逆変換をその逆量子化信号上で行い、その第２出力を用いてビット解像度Ｐで予告信号を形成し、およびその予報信号を第１出力とを結合してビット解像度Ｐ＋Δの画像信号を形成する伸張器からなる画像信号圧縮・伸張用システムからなる。
【００１２】
好ましくは、圧縮器は、少なくともビット解像度Ｑ＋Δ（Ｑは先に定義した通りのもの）で変換を行い、その変換信号を量子化してビット解像度Ｑの量子化信号を生じるために適用される。
【００１３】
伸張器は、復元信号を逆量子化して少なくともビット解像度Ｑ＋Δで逆量子化信号を生じるために適用されることが適切である。
以下、添付図面を用いて、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００１４】
図１ａおよび１ｂは、標準的な８ビットのＭＰＥＧエンコーダおよびデコーダのブロック図である。８ビットの画像入力１００が減算器１０２に入れられ、一方、予告信号１０３も減算器１０２に入力する。画像入力１００と予告信号１０３との、９ビットの差、信号１０４は、次に変換器ＤＣＴ１０６に送られる。その出力である変換信号１０８は１２ビットで、量子化器Ｑ１１０で量子化される。その出力１１２は１２ビットで、可変長コーダＶＬＣ１１４に送られる。量子化器Ｑは１１０の出力１１２は、また、予告ループ１２０にも送られる。ＶＬＣ１１４のコード化出力１１６は、一般にバッファ１１８に送られてから送信される。
【００１５】
図１６のデコーダにおいて、入来するビットストリーム１１６は、ＶＬＤ１４４によって可変長復元される前に一般にバッファ１４０にかけられる。ＶＬＤ１４４の復元出力１４６は１２ビットで、逆量子化器１４８で逆量子化され、その出力１５０が逆変換器１５２で逆変換され、９ビットの信号１５４を出力する。この信号１５４は、加算器１５６で予告器１６０からの信号と加算され、クリッパ１５８に送られて、８ビットの画像出力１６２となる。
【００１６】
本発明は、一面において、ＭＰＥＧ２は８ビット画像信号を支持することに特記されるが、圧縮ストリームを通るＤＣＴ係数データが１２ビット（１１ビットに１サインビットが加わった）の精度であるべきという事実を利用している。詳細な数学的解析によれば、８ビット「基本バンド」画像信号をＤＣＴ１０６およびＩＤＣＴ１５２に透明に（吸収なく）通すため、少なくとも１１ビットの精度が変換ドメインで要求される。しかし、ＭＰＥＧコード予告エラーやＰ＆Ｂ画像における差信号のため、ダイナミック・レジンの１付加ビットがサイン用に必要なので、１２ビット（１１ビットに１サインビットを加えた）の信号がＶＬＣ１１４およびＶＬＤ１４４を通る。
【００１７】
しかし、他の数学的解析によれば、これら１１ビット（および１サインビット）の精度は、非常に複雑な入力信号に対してのみ要求される。たとえば、画像の無地領域のようなより簡単な画像信号の場合には、変換ドメインにおける付加的な精度は入力画像をより高解像度でコード化するために維持され得る。幸いなことに、８ビット画像信号の輪郭を最も見得るのはまさしく無地領域である。
【００１８】
図２に、本発明によるＭＰＥＧエンコーダを示す。ここでは１０ビットシステムの場合を例示しているが、本発明による装置には、さらに高いビット範囲のものも使用できることに注意すべきである。
【００１９】
信号ビット幅およびフォーマットが、高機能ブロック間の接続ラインに示されている。たとえば、「８．２  ２進」は画像入力２００のビット幅で、信号が通常の８ビット画像信号に付加的な２ビットが加わって計１０ビット与えることを示している。８ビット予告信号２０３は、減算器２０２において１０ビット画像入力２００から引かれ、付加的な２精度ビットが減算器２０２から右に運ばれ、変換器２０６を通って量子化器２１０に入れられる。その出力２１２は、ＶＬＣ２１４のコード語が８ビット・デコーダと適合するように、標準ＭＰＥＧ１２ビット２補足（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ）でなければならない。しかし、この出力は、デコーダに進１０ビット画像出力を再発生させるためになお十分である。エンコーダのローカル・デコーダ・ループ２２０内で、１０ビット・エンコーダ予告ループが標準８ビットデコーダと同一のデータを含むように、逆量子化器ＩＱおよび逆変換器ＩＤＣＴは一般に標準８ビット・デコーダ内のそれらと同一である。もし、同一ではなくて、かつ、付加的な精度ビットがエンコーダの予告器を通って送られるなら、１０ビット・エンコーダと８ビット・デコーダ予告ループとの間の「ドリフト」が復元画像間にはっきりと見て取られるだろう。
【００２０】
本発明のこの実施例によるエンコーダの出力２１６は、従来技術のシステムの場合とは対照的に、標準８ビット・デコーダと完全に適合する。しかし、この出力はまた、備えられるべき余分のデータ・チャンネルが必要ないため、マルチプレクサ（多重送信装置）やビットストリーム貯蔵器、スイッチおよびどんな介在ＭＰＥＧインフラとも適合することにも、注意すべきである。
【００２１】
図３に示すように、入来するビットストリームはＶＬＤ２４２で復元され、逆量子化器２４８に接する１２ビットの入力２４６を発生する。この実施例による１０ビット・デコーダは、特別の逆量子化器２４８および逆変換器２５２を必要とする。逆量子化器２４８は、標準的な１２．０ビット出力ではなく、１２．２ビット出力を与えるために必要である。それは、逆変換器２５２の入力もまた、１２．０ビットではなく１２．２ビットを必要とするということによる。しかし、向上する精度と同様に、逆変換器の機能も、ローカル・デコーダ予告ループ２５８に供給するための標準９．０ビット出力２５４および１０ビット画像出力に供給するための第２の９．２ビット出力２５６という、２つの出力を与えるために必要である。継続丸め込みプロセスは、逆変換器の内部精度から９．０ビットに直接丸め込む結果とは実質的に異なる結果を与えるので、単純に９．２ビット出力を９．０ビットに丸め込むだけではまだ不十分である。エンコーダの場合には、８ビット／１０ビット適合性を維持するため、デコーダ予告にループが標準デコーダと正確に同一の仕方で働かせることが重要である。
【００２２】
逆変換器２５２、加算器２６０およびクリッパ２６２を通って、逆量子化器２４８から画像出力２６４まで付加的な２精度ビットを運ぶことにより、信号を復元して、より簡単な領域で実質的に複製する。オリジナルな１０ビット画像信号入力に近づく出力を生じることができる。この観測された出力画像によって、標準８ビット・コーデックの無地領域に現れる輪郭を取り除かれ、１０ビット解像度で再生されないとしても、画像のもっと複雑な領域は、画像の複雑さによってより低い解像度をもつものとして容易に観測されない。
【００２３】
使用されている量子化器の可視重み付けマトリクスを変化させ、よって量子化の粗さを変化させることにより、より優れた精度および高い解像度が得られうることに、発明者は気がついている。たとえば、低い重み付けマトリクス値（ＭＰＥＧでは１のように低い値も許容される）のを用いることにより、しばしばよりよい結果が得られるが、それらは一般により高いビット・レートを生じる。量子化の出力がＶＬＣ２１４によって許容される１２ビットを越えるような場合も、理論的には可能である。これは、たとえば、そのような違反をもたらす特別のマクロブロックに対する量子化器のステップ寸法を不自然に増加させ、あるいは変換器の係数を刈り込むことにより、防ぎ得る。
【００２４】
以上、本発明を実施例のみによって説明してきたが、広汎な代替手段を取り得ることが、当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来技術によりデコーダのブロック回路図。
【図２】本発明の１実施例によるエンコーダのブロック回路図。
【図３】本発明の１実施例によるデコーダのブロック回路図。
【符号の説明】
【００２６】
２００  画像入力
２０２  減算器
２０３  予告信号
２０６  変換器
２１０  量子化器
２１２  出力
２１４  ＶＬＣ
２１６  出力
２２０  ローカル・デコーダ・ループ
２４２  ＶＬＤ
２４８  逆量子化器
２５２  逆変換器
２５８  ローカル・デコーダ予告グループ
２６０  加算器
２６２  クリッパ
２６４  画像出力
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2005516490.tif 000007
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