(57)【要約】本発明は、オリジナルのカラー画像系列に対応する入力デジタルビデオ系列を符号化する方法に関する。本方法は、空間領域からのビデオ系列を少ない表現のデータに変換するステップ、得られた変換された信号を低減されたデータのセットに変換する量子化ステップ、量子化されたデータを符号化するステップを少なくとも含んでいる。本発明によれば、本符号化方法は、変換ステップの前に、入力デジタルビデオ系列がＹＵＶ色空間におけるものであるかを判定し、非線形変換により、該ＹＵＶ色空間を少ない冗長度の色空間に変換するために設けられる前処理ステップを更に含んでいる。
2005519500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の色空間で定義された色空間の成分により表わされたオリジナルのカラー画像の系列に対応する入力デジタルビデオの系列を符号化する方法であって、
該入力デジタルビデオ系列に対応する該第一の色空間の成分を空間領域から少ない表現データに変換する変換ステップと、
得られた変換された信号を低減されたデータのセットに変換する量子化ステップと、
得られた量子化されたデータを符号化する符号化ステップを少なくとも含み、
変換ステップの前に、該入力デジタルビデオ系列の該第一の色空間がＹＵＶ色空間であるかを判定し、非線形変換により、該ＹＵＶ色空間を冗長度の少ない色空間に変換する前処理ステップをさらに含む、
ことを特徴とする符号化方法。
【請求項２】
第一の色空間で定義された色空間の成分により表わされたオリジナルのカラー画像の系列に対応する入力デジタルビデオの系列を符号化する装置であって、
該入力デジタルビデオ系列に対応する該第一の色空間の成分を空間領域から少ない表現データに変換する変換手段と、
得られた変換された信号を低減されたデータのセットに変換する量子化ステップと、
得られた量子化されたデータを符号化する符号化手段とを少なくとも含み、
該変換手段の前に、該入力デジタルビデオ系列の該第一の色空間がＹＵＶ色空間であるかを判定し、非線形変換により、該ＹＵＶ色空間を冗長度の少ない色空間に変換する前処理手段をさらに含む、
ことを特徴とする符号化装置。
【請求項３】
第一の色空間で定義された色空間の成分により表わされたオリジナルのカラー画像の系列に対応する入力デジタルビデオの系列を符号化するために提供されるデジタルビデオ符号化装置を実現するために具体化されるコンピュータ読取り可能なプログラムコード手段を有するコンピュータでの使用に適した媒体を含むシステムであって、
該コンピュータ読取り可能なプログラムコード手段は、
該コンピュータに、該入力デジタルビデオ系列の該第一の色空間がＹＵＶ色空間であるかを検出させ、該ＹＵＶ色空間を冗長度の少ない色空間に変換させるためのプログラムコードと、
該コンピュータに、変換された系列をオリジナルの空間表現領域から新たな表現領域に変換させるためのプログラムコードと、
該コンピュータに、変換された系列の量子化を実行させるためのプログラムコードと、
該コンピュータに、得られた量子化されたデータを符号化させるためのプログラムコードと、
を含むシステム。
【請求項４】
第一の色空間で定義された色空間の成分により表わされたオリジナルのカラー画像の系列に対応する入力デジタルビデオの系列を符号化する方法により符号化された信号を復号化する方法であって、
該符号化方法は、
該入力デジタルビデオ系列に対応する該第一の色空間の成分を空間領域から少ない表現データに変換する変換ステップと、
得られた変換された信号を低減されたデータのセットに変換する量子化ステップと、
得られた量子化されたデータを符号化する符号化ステップと、
該変換ステップの前に、該入力デジタルビデオ系列の該第一の色空間がＹＵＶ色空間であるかを判定し、非線形変換により、該ＹＵＶ色空間を冗長度の少ない色空間に変換する前処理ステップとを少なくとも含み、
該復号化方法は、
該符号化された信号を復号化する復号化ステップと、
得られた復号化された信号を逆量子化された信号に変換する逆量子化ステップと、
逆量子化された信号を空間領域における信号に変換する逆変換ステップとを少なくとも含み、
対応する非線形逆変換により、該空間領域における信号からオリジナルのカラー画像を再構成するための後処理ステップをさらに含む、
ことを特徴とする復号化方法。
【請求項５】
第一の色空間で定義された色空間の成分により表わされたオリジナルのカラー画像の系列に対応する入力デジタルビデオの系列を符号化する装置により符号化された信号を復号化する装置であって、
該符号化装置は、
該入力デジタルビデオ系列に対応する該第一の色空間の成分を空間領域から少ない表現データに変換する変換手段と、
得られた変換された信号を低減されたデータのセットに変換する量子化手段と、
得られた量子化されたデータを符号化する符号化手段と、
該変換手段の前で、該入力デジタルビデオ系列の該第一の色空間がＹＵＶ色空間であるかを判定し、非線形変換により、該ＹＵＶ色空間を冗長度の少ない色空間に変換する前処理手段とを少なくとも含み、
該復号化装置は、
該符号化された信号を復号化する復号化手段と、
得られた復号化された信号を逆量子化された信号に変換する逆量子化手段と、
逆量子化された信号を空間領域における信号に変換する逆変換手段とを少なくとも含み、
対応する非線形逆変換により、該空間領域に変換された信号からオリジナルのカラー画像を再構成するための後処理手段とをさらに含む、
ことを特徴とする復号化装置。
【請求項６】
第一の色空間で定義された色空間の成分により表わされたオリジナルのカラー画像の系列に対応する入力デジタルビデオの系列を符号化する方法により符号化された信号を復号化するために提供されるデジタルビデオ復号化装置を実現するために具体化されるコンピュータ読取り可能なプログラムコード手段を有するコンピュータでの使用に適した媒体を含むシステムであって、
該符号化方法は、
該入力デジタルビデオ系列に対応する該第一の色空間の成分を空間領域から少ない表現データに変換する変換ステップと、
得られた変換された信号を低減されたデータのセットに変換する量子化ステップと、
得られた量子化されたデータを符号化する符号化ステップと、
該変換ステップの前に、該入力デジタルビデオ系列の該第一の色空間がＹＵＶ色空間であるかを判定し、非線形変換により、該ＹＵＶ色空間を冗長度の少ない色空間に変換する前処理ステップとを少なくとも含み、
該コンピュータ読取り可能なプログラムコード手段は、
該コンピュータに、該符号化された信号を復号化させるためのプログラムコードと、
該コンピュータに、得られた復号化された信号の逆量子化を実行させるプログラムコードと、
該コンピュータに、得られた逆量子化された信号を空間領域における信号に変換させるためのプログラムコードと、
該コンピュータに、対応する非線形逆変換により、該空間領域に変換された信号からオリジナルのカラー画像を再構成させるためのプログラムコードとを有する、
ことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオ圧縮全般に関し、より詳細には、第一の色空間で定義された色空間の成分により表現されたオリジナルのカラー画像系列に関する。
本方法は、少なくとも以下のステップを有している。
（１）該入力デジタルビデオ系列を空間領域から少ない表現データに変換する変換ステップ。
（２）得られた変換された信号を低減されたデータのセットに変換する量子化ステップ。
（３）得られた量子化されたデータを符号化する符号化ステップ。
【０００２】
また、本発明は、関連する復号化方法、対応する符号化器及び復号化器、並びに該符号化方法及び復号化方法を実現するためのコンピュータ読取り可能なプログラムコードを有するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
カラーマッチングの実験に基づいた幾つかの研究は、線形に独立であるとすると、色空間を３色で完全にパラメータ表示することが可能であることを示している。したがって、色空間は、３次元のベクトル空間であり、いずれかの試験光は、これらカラーマッチング関数（＝３つの主要な光のスペクトル分散）の線形結合として表現することができる。これらのカラーマッチング関数は、固有なものではないが、線形変換を使用することに基づく変更により、あるカラーマッチング関数のセットから別のセットにスイッチすることが可能である。
【０００４】
データ圧縮システムは公知であり、オリジナルデータストリームで動作し、該データにおける冗長度を利用して、これらのデータのサイズを送信又は記憶処理に一般に更に適した圧縮フォーマットに縮小する。これらのデータについて、赤−緑−青（ＲＧＢ）色空間が使用される場合があるが、この色空間は、ひどく冗長である。次いで、色空間ＲＧＢは、以下の（線形変換に対応する）マトリクスを使用して、公称で白／黒（又はＷＢ）、赤／緑（又はＲＧ）、及び青／黄（又はＢＹ）といった、いわゆる反対色空間に変換される。
【０００５】
【数１】
2005519500.tif 000003
（反対色説は、ある色相の対は単一の色覚に共存することができ、他の色相の対は共存することができないことを述べており、情報を無相関にするための技術に基づいており、該技術は、スペクトルのオーバラップがアイコーンの感度曲線の間に存在することを考慮している。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
情報を無相関にすることは、成分間のマスキング現象が考慮されていないため、色感知のモデルを強く簡素にする。古典的なビデオアプローチでは、ビデオは、３つの以下の個別のチャネルに沿って符号化されることが好ましい。ルミナンス（Ｙ），クロミナンス（成分Ｕ），クロミナンス（成分Ｖ）。デジタル符号化システムでは、この（ＹＵＶ）空間又は（ＹＣrＣb）空間のいずれかが使用される（Ｕ及びＶ値は−１２８から１２７までの範囲に及び、Ｃr及びＣb値は０から２５５の範囲に及び、これらの成分は関係式Ｕ＝Ｃr−１２８及びＶ＝Ｃb−１２８により、これらの成分が関連付けられる）。かかる表現スキームにより、レート／歪みの比を大いに改善することは難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明の第一の目的は、（ＹＵＶ）及び（ＹＣrＣb）表現スキームで得られたよりも高い符号化効率を達成することができる、デジタルカラービデオ系列の圧縮のための符号化方法を提供することにある。
【０００８】
上記目的のため、本発明は、発明の詳細な説明の導入部で定義されたような符号化方法に関し、該符号化方法は、変換ステップの前に、入力デジタルビデオ系列の第一の色空間がＹＵＶ色空間であるかを判定し、非線形変換により、該ＹＵＶ色空間を冗長度の少ない色空間に変換する前処理ステップをさらに含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の目的は、対応する符号化装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、第一の色空間で定義される色空間の成分により表現されるオリジナルのカラー画像系列に対応する入力デジタルビデオ系列を符号化するために供給されるデジタルビデオ符号化装置を実現するために具体化されるコンピュータ読取り可能なプログラムコードを有するコンピュータでの使用に適した媒体を有するシステムを提供することにある。該コンピュータ読取り可能なプログラムコード手段は、以下のコンピュータ読取り可能なプログラムコードを含んでいる。
該コンピュータに、入力カラービデオ系列の第一の色空間がＹＵＶ色空間であるかを検出させ、該ＹＵＶ色空間を冗長度の少ない色空間に変換させるプログラムコード。
該コンピュータに、オリジナルの空間表現領域から新たな表現領域に変換された系列を変換させるプログラムコード。
該コンピュータに、変換された系列の量子化を実行させるプログラムコード。
該コンピュータに、得られた量子化されたデータを符号化させるプログラムコード。
【００１０】
本発明の別の目的は、本発明に係る方法を符号化する方法により符号化された信号を復号化することを可能にする方法を提供することにある。
上記目的のため、本発明は、第一の色空間で定義された色空間の成分により表現されたオリジナルのカラー画像系列に対応する入力デジタルビデオ系列を符号化する方法により符号化された信号を復号化する方法に関する。該符号化方法は、少なくとも以下のステップを有している。
該入力デジタルビデオ系列に対応する第一の色空間の成分を空間領域から冗長度の少ないデータに変換する変換ステップ。
得られた変換された信号を低減されたデータのセットに変換する量子化ステップ。
得られた量子化されたデータを符号化する符号化ステップ。
該変換ステップの前に、入力デジタルビデオ系列の第一の色空間がＹＵＶ色空間であるかを判定し、非線形変換により、該ＹＵＶ色空間を少ない冗長度の色空間に変換する前処理ステップ。
【００１１】
該復号化方法は、少なくとも以下のステップを含んでいる。
符号化された信号を復号化する復号化ステップ。
得られた復号化された信号を逆量子化された信号に変換する逆量子化ステップ。
逆量子化された信号を空間領域における信号に変換する逆変換ステップ。
該符号化方法は、対応する非線形逆変換により、空間領域における信号からオリジナルのカラー画像を再構成する後処理ステップ。
【００１２】
また、本発明の目的は、対応する復号化装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、第一の色空間で定義される色空間の成分により表現されるオリジナルのカラー画像系列に対応する入力デジタルビデオ系列を符号化する方法により符号化された信号を復号化するために提供されるデジタルビデオ復号化装置を実現するために具体化されるコンピュータ読取り可能なプログラムコード手段を有するコンピュータでの使用に適した媒体を有するシステムを提供することにある。該符号化方法は、少なくとも以下のステップを含んでいる。
該入力デジタルビデオ系列に対応する第一の色空間の成分を空間領域から冗長度の少ない表現データに変換する変換ステップ。
得られた変換された信号を低減されたデータのセットに変換する量子化ステップ。
得られた量子化されたデータを符号化する符号化ステップ。
該変換ステップの前に、入力デジタルビデオ系列の第一の色空間がＹＵＶ色空間であるかを判定し、非線形変換により、該ＹＵＶ色空間を冗長度の少ない色空間に変換する前処理ステップ。
【００１３】
該コンピュータ読取り可能なプログラムコード手段は、以下のコンピュータ読取り可能なプログラムコードを含んでいる。
該コンピュータに、符号化された信号を復号化させるプログラムコード。
該コンピュータに、得られた復号化された信号の逆量子化を実行させるプログラムコード。
該コンピュータに、得られた逆量子化された信号を空間領域における信号に変換させるプログラムコード。
該コンピュータに、対応する非線形逆変換により、該空間領域で変換された信号から該オリジナルのカラー画像を再構成させるプログラムコード。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、添付図面を参照して更に詳細なやり方で説明される。
本発明によれば、符号化処理の前に、新たな空間への非線形変換により、取得されたビデオ系列のそれぞれのオリジナルフレームが前処理される。したがって、符号化処理は、この新たな表現空間において実行される。復号化側での逆変換は、オリジナルの空間におけるフレーム、それゆえオリジナルの真のカラー画像を復元することを可能にする。その前処理について、幾つかの空間表現を使用することができる。
【００１５】
（ａ）第一に、従来の空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）は、ある種の正規化により、新たな空間（Ｙ，Ｃr／Ｙ，Ｃb／Ｙ）すなわち（Ｙ，Ｕ／Ｙ，Ｖ／Ｙ）変換することができる。ここで、Ｕ＝Ｒ−Ｙ及びＶ＝Ｂ−Ｙである。
【００１６】
（ｂ）かかる空間表現は、ルミナンス値がクロミナンス値よりも大きくなるたびに動的な問題を招く。スケーリングファクタｓが導入され、新たな空間は（Ｙ，ｓ.Ｕ／Ｙ，ｓ．Ｖ／Ｙ）となる。
【００１７】
（ｃ）別のソリューションは、色相（Ｈ）、彩度（Ｓ）及びルミナンス（Ｙ，又はＬ）を求めることであり、これらの量は、光及び色に関する人間の知覚に直接関連するものであり、以下の変換で得られる。
【００１８】
【数２】
2005519500.tif 000004
（ｄ）第四のソリューションは、前のソリューションの代替である（色情報に関して更なるシンメトリは存在せず、色相及び彩度パラメータのついて異なる値を与える）。
【００１９】
【数３】
2005519500.tif 000005
ここで、入力デジタルカラービデオ系列の圧縮のための符号化装置の実現に関する例が説明される。本実施の形態では、入力ビデオ信号に含まれるデータは、該ビデオ系列が対応する原画像における対応する位置に関する色成分（ルミナンス信号Ｙ，色差信号Ｕ及びＹ）を示す画素値を含んでいる。図１に示されるように、このビデオ系列（ビデオ信号ＶＳ）は、プリプロセッサ１１にはじめに供給され、このプリプロセッサの出力は、エンコーダ１２により受信される。エンコーダ１２は、たとえば、８×８画素のブロックを周波数領域における係数に線形変換する離散コサイン変換（ＤＣＴ）変換回路１２１、このようにして得られたＤＣＴ係数を受信し、それらの量子化を実行する量子化器１２２、量子化された係数の符号化処理を実行する可変長コーダ１２３、及びコーダ１２３の出力信号を記憶し、量子化の設定変更を可能にするフィードバック信号を量子化器１２２に送出するレートコントローラ１２４を有している（かかるレートコントローラは、符号化されたビットストリームを受信するバッファ、及び更新された量子化設定を生成する更新回路を一般に有している）。
【００２０】
プリプロセッサ１１は、表現空間（Ｙ，Ｕ，Ｖ）を新たな空間に変換するために設けられている。先のように、本発明に係るこの非線形変換は、以下の５つ変換のうちの１つといった、異なるやり方で実行される場合がある。
【００２１】
（Ａ）正規化された空間への変換
成分Ｙ，Ｃr，Ｃbは０から２５５の範囲に及び、概念は、Ｕ＝Ｃr−１２８及びＶ＝Ｃb−１２８により、（Ｙ，Ｃr，Ｃb）空間を新たな空間（Ｙ，Ｃr／Ｙ，Ｃb／Ｙ）すなわち（Ｙ，Ｕ／Ｙ，Ｖ／Ｙ）に正規化することからなり、Ｕ及びＶは、チャネルダイナミクスを集中するために選択される。この変換によれば、それぞれのクロミナンス成分におけるライティングバリエーションの抑圧のため、より一定のクロミナンス領域が得られる（確かに、それぞれの成分は、光源及び考慮される対象物の特性のみに依存する）。
【００２２】
（Ｂ）スケーリングファクタによる変換
先に説明された変換によれば、アーチファクトが導入されるため、ルミナンス値がクロミナンス値よりも大きくなるたびに表現の問題が生じる。前の変換に関して、更なるスケーリングファクタｓを導入することが提案される。低いＹ値について、画像が非常に暗いと考えられる場合、ルミナンス値Ｙが閾値Ｙtよりも低くなると同時に、クロミナンス値には色は割り当てられない（すなわち、Ｃrには値１２８、又は、Ｕ及びＶには値０）。これにより、以下に定義されるような新たな変換Ｔを実現することが可能となる。
【００２３】
【数４】
2005519500.tif 000006
この変更により、変換された空間領域におけるクロミナンスチャネルは、原画像よりも明るくされない一方で、着色されたままとなり、これにより、復号化側では、（逆変換の後に）原画像に近い画像を復元することができる。この変更がなければ、かかる逆変換によりアーチファクトが導入される場合がある。ルミナンス値がクロミナンス値よりも大きくなると同時に、変換値は０に設定され、結果的に、逆変換により原画像に近い値を復元することができない。
【００２４】
なお、（Ｙ，Ｃr，Ｃb）から（Ｙ，Ｙt.Ｕ／Ｙ，Ｙt.Ｖ／Ｙ）への変換は、Ｙtを調節することを必要とすることに留意されたい。しかし、実験によれば、この閾値は、前処理された系列の特性に従って大きく変化することが示される（ある系列について、ある種のリンギングが所与の閾値以下で現れ、他の系列について、ダークリミットが該閾値を超えると見ることができる）。したがって、最適な品質のレンダリングは、それぞれの種類の系列について、適切なルミナンスの閾値の設定を必要とする。
【００２５】
（Ｃ）別のタイプの空間への変換
先に説明されたような複雑さを回避するため、別の表現空間への変換が可能である。チャネル（Ｈ，Ｓ，Ｌ）における情報を符号化することが提案され、このチャネルは、色相、彩度（又は鮮明さ）及びルミナンス（又は強度、又は明るさ）を示し、この色空間は、人間の視覚システムにより採用される。これらの量（Ｈ，Ｓ，Ｌ）は、人間の知覚と確かに直接関連している。Ｌ（又はＩ）レベルは、単にＹレベルであり（Ｌ値は、色がどの位明るいかを示す）、純粋な色を表す色相、及びどの位少なく／どの位多くグレイが混合されているかを示す彩度は、色差値Ｒ−Ｙ（＝Ｕ）及びＢ−Ｙ（＝Ｖ）から導出される。
【００２６】
【数５】
2005519500.tif 000007
復号化側での逆変換は、以下の式で与えられる。
【００２７】
【数６】
2005519500.tif 000008
（Ｄ）前のＨＳＬのソリューションに対する代替的なソリューションは、以下の式で与えられる。
【００２８】
【数７】
2005519500.tif 000009
（さらに、これらの変換及び逆変換は、擬似的な損失のない処理と考えることができる。）
（Ｅ）知覚による変換
知覚による研究は、人間の目は、僅かなルミナンスの変動（１〜５グレイレベル）を区別することができないことを示している。ルミナンスのダイナミックを圧縮するとき（たとえば、２５６のルミナンスグレイレベルの代わりに１２８のルミナンスグレイレベル、このグレイレベルは、７ビットのルミナンスの符号化に等価である）、少ないグレイレベルを使用することが提案される。実験によれば、このルミナンスのダイナミックの圧縮変換／逆変換が画像に適用された場合、人間の目は原画像と再構成された画像との間のいずれかの変化を検出することができないことが示される。
【００２９】
復号化側では、復号化装置は、先に説明された逆変換を実現するための設けられるものであり、図２に示されるように、本来のカラー画像ＣＩの復元を可能にする非線形の逆変換を実行するポストプロセッサ２２が後続するデコーダ２１を有している。かかるデコーダは、先に説明された符号化装置により符号化されたビットストリームを受信するものであり、可変長デコーダ２１１、逆量子化回路２１２、逆ＤＣＴ回路２１３及び再構成回路２１４を一般に有している。
【００３０】
符号化装置１１，１２及び復号化装置２１，２２のそれぞれは、本実施の形態で説明された機能を実行するための様々なやり方で実現することができる。１実施の形態では、これら符号化装置及び復号化装置は、媒体に記憶され、中央処理ユニット、メモリ及び１以上の入力／出力装置並びにプロセッサを含んでいる、汎用又は専用に構成されるコンピュータシステムにより実行されるソフトウェアとして実現される場合がある。代替的に、符号化装置及び復号化装置は、ハードウェア又はソフトウェアの単一のアイテムが幾つかの機能を実行することができること、若しくはハードウェア又はソフトウェアのアイテムのアセンブリ又はその両方が単一の機能を実行することを排除することなしに、ハードウェア、ソフトウェア又はファームウェアの組み合わせとして実現される場合がある。説明された方法及び装置は、いずれかのタイプのコンピュータシステム、又は本実施の形態で説明される方法を実行するために適合される他の装置により実現される場合があり、このコンピュータシステムは、ロードされて実行されたときに、コンピュータシステムが本実施の形態で説明された方法を実行するようにコンピュータシステムを制御するコンピュータプログラムを含んでいる。
【００３１】
代替的に、本発明の１以上の機能タスクを実行する専用ハードウェアを含んでいる特定用途向けコンピュータを利用することもできる。本発明は、コンピュータプログラムプロダクトに具体化することもでき、このコンピュータプログラムプロダクトは、本実施の形態で説明された方法及び機能の実現を可能にする全ての特徴を含んでおり、コンピュータシステムにロードされたときに、これらの方法及び機能を実行することができる。この文脈におけるコンピュータプログラム、ソフトウェアプログラム、プログラム、プログラムプロダクト、又はソフトウェアは、（ａ）別の言語への変換、及び／又は（ｂ）異なるマテリアル形式における再生を直接的に、又はいずれか一方又は両方の後に、情報処理能力を有するシステムに特定の機能を実行させることが意図される命令のセットに関する言語、コード又は表記におけるいずれかの表現を意味している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る符号化装置を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る復号化装置を示すブロック図である。
【図１】
2005519500.tif 000010
【図２】
2005519500.tif 000011
【国際調査報告】
2005519500.tif 000012
2005519500.tif 000013
2005519500.tif 000014