(57)【要約】【課題】ＪＰＥＧに基づきデジタル映像信号を差動的にエンコーディングする映像圧縮方法及びその装置を提供する。【解決手段】ＲＧＢ映像信号を輝度及び色差データに変換する過程、変換された色差データのピクセル同士を比較してピクセル間の差分値を求め、許容誤差を基準に前記ピクセル間の差分値に応じて代表ピクセル値を決める過程、および代表ピクセル値をエンコーディングする過程を含む映像圧縮方法。よって、背景色と違いが出る部分のみに対して離散コサイン変換を行うことにより、データの圧縮率を高められる。【選択図】　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像データを圧縮する映像圧縮方法において、
（ａ）ＲＧＢ映像信号を輝度及び色差データに変換する過程と、
（ｂ）前記（ａ）過程において変換された色差成分のピクセル同士を比較してピクセル間の差分値を求め、許容誤差を基準に前記ピクセル間の差分値に応じて代表ピクセル値を決める過程と、
（ｃ）前記（ｂ）過程において決められた代表ピクセル値をエンコーディングする過程と、を含む映像圧縮方法。
【請求項２】
前記（ｂ）過程は、
基準ピクセル値と所定のピクセル値とを比較し、前記基準ピクセル値と所定のピクセル値との差分値が許容誤差範囲内であるか否かを判別する過程と、
前記判別の結果、前記基準ピクセル値と所定のピクセル値との差分値が許容誤差範囲内であれば、所定のピクセル値を代表ピクセル値として決め、そうでなければ、並べられた代表ピクセル値と所定のピクセル値とを比較して許容誤差範囲内にある代表ピクセル値を検索する過程と、
前記並べられた代表ピクセル値と所定のピクセル値とを比較し、前記並べられた代表ピクセル値と所定のピクセル値との差分値が許容誤差範囲内であれば、所定のピクセル値を代表ピクセル値として決め、そうでなければ、所定のピクセル値を代表値として貯蔵する過程と、を含む映像圧縮方法。
【請求項３】
前記代表ピクセル値と次のピクセル値との差分値が許容誤差範囲内でなれけば、次のピクセル値を代表ピクセル値として設定することを特徴とする請求項２に記載の映像圧縮方法。
【請求項４】
前記代表ピクセル値の設定過程は、次のピクセル値が基準ピクセル値よりも大きければ次のピクセル値を基準ピクセル値の後に貯蔵し、そうでなければ、前記次のピクセル値を基準ピクセル値の前に貯蔵することを特徴とする請求項３に記載の映像圧縮方法。
【請求項５】
前記決められた代表ピクセル値が昇順に並べ替えられた代表値テーブル及び前記代表ピクセル値の数が書き込まれたテーブルを作成する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の映像圧縮方法。
【請求項６】
前記許容誤差は、人間の視覚特性による色反応敏感度に基づき設定されることを特徴とする請求項１に記載の映像圧縮方法。
【請求項７】
前記代表ピクセル値を離散コサイン変換する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の映像圧縮方法。
【請求項８】
映像データを圧縮する映像圧縮装置において、
ＲＧＢデータを輝度及び色差データに変換するカラーモード変換部と、
前記カラーモード変換部において変換された色差成分のピクセル同士を比較してピクセル間の差分値を求め、許容誤差を基準に前記ピクセル間の差分値に応じて代表ピクセル値を決める代表値決定部と、
前記代表値決定部において決められた色差データの代表ピクセル値に対してブロック単位に離散コサイン変換を行う離散コサイン変換部と、
前記離散コサイン変換部において離散コサイン変換された映像データに対して量子化を行う量子化部と、
前記量子化部において量子化された映像データに対して可変長符号化を行うハフマンコーディング部と、を備える映像圧縮装置。
【請求項９】
前記代表値決定部は、
色差成分のピクセル同士を比較するピクセル比較部と、
許容誤差を基準に前記ピクセル比較部において比較されたピクセル間の差分値に応じて代表ピクセル値を生じる代表値生成部と、
前記代表値生成部において生じた代表ピクセル値を順に並べ替え、該代表ピクセル値情報を書き込むテーブル生成部と、を備えることを特徴とする請求項８に記載の映像圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は映像圧縮システムに係り、特に、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐ）に基づきデジタル映像信号を差動的にエンコーディングする映像圧縮方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタル映像信号を記録媒体に貯蔵したり通信線を用いて送ったりする時の伝送効率を高め、且つ、記録および再生、加工などを一層容易にするための様々な圧縮及び復元技法が提案されている。
【０００３】
映像信号の圧縮及び復元技法の代表例としては、動映像の圧縮及び復元に関わるＭＰＥＧ（Ｍｏｔｉｏｎ　Ｐｉｃｔｕｒｅ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐ）技法、静止映像の圧縮及び復元に汎用されるＪＰＥＧ技法などが挙げられる。
【０００４】
ＪＰＥＧは、静止映像の圧縮にだけではなく、伝送帯域の限られた公衆電話網などを用いた画像電話機においてユーザの映像を送るための手段として用いられており、多数の映像フレームを連続的に送ってディスプレイすることにより、動画像通信を可能ならしめる。
【０００５】
さらに、デジタルビデオレコーダ（ＤＶＲ）においても、ＪＰＥＧを用いた圧縮方法が用いられている。ところが、ＪＰＥＧを用いた映像圧縮方法は、静止映像に対しては簡単な方法であって、優れた圧縮性能を示しているものの、静止映像のための圧縮であるため、多数のフレームを貯蔵して連続的にディスプレイし且つ送るためには圧縮率をさらに高めなければならない。
【０００６】
図１は、通常のＪＰＥＧを用いた映像圧縮方法を示すブロック図である。
【０００７】
図１を参照すれば、カラーモード変換部１１０は、ＲＧＢの映像データを輝度（Ｙ）及び色差（Ｃｂ，　Ｃｒ）データに変換する。ダウンサンプリング部１２０は、輝度成分はそのまま置いて色差（Ｃｂ，　Ｃｒ）成分のみをダウンサンプリングする。離散コサイン変換（以下、ＤＣＴ）部１３０は、ダウンサンプリングされた映像データに対してＤＣＴを行う。量子化部１４０は、ＤＣＴの行われた映像データ（ＤＣＴ係数）に対して量子化を行う。ハフマンコーディング部１５０は、量子化された映像データに対して可変長符号化を行う。
【０００８】
従って、従来には、かかるＪＰＥＧ技法を用いて静止映像を圧縮している。この時、自然映像には全体的に一定の背景色が存在する。例えば、スキーヤが雪に覆われた山を滑り降りる映像において、全体的な背景色は白色である。また、海辺が見える映像において、全体的な背景色は青色である。ところが、既存のＪＰＥＧエンコーディングアルゴリズムによれば、映像を表わす全てのピクセル値に対してＤＣＴを行うために計算量が増え、その結果、エンコーディングに長時間かかる短所があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的な課題は、背景色とは違いが出る部分のみに対してＤＣＴを行うことにより、データの圧縮率を高める差動符号化方法及びその装置を提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記技術的な課題を解決するために、本発明の映像データを圧縮する映像圧縮方法は、（ａ）ＲＧＢ映像信号を輝度及び色差データに変換する過程と、（ｂ）前記（ａ）過程において変換された色差成分のピクセル同士を比較してピクセル間の差分値を求め、許容誤差を基準に前記ピクセル間の差分値に応じて代表ピクセル値を決める過程と、（ｃ）前記（ｂ）過程において決められた代表ピクセル値をエンコーディングする過程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
前記技術的な課題を解決するために、本発明の映像データを圧縮する映像圧縮装置は、ＲＧＢデータを輝度及び色差データに変換するカラーモード変換部と、前記カラーモード変換部において変換された色差成分のピクセル同士を比較してピクセル間の差分値を求め、許容誤差を基準に前記ピクセル間の差分値に応じて代表ピクセル値を決める代表値決定部と、前記代表値決定部において決められた色差データの代表ピクセル値に対してブロック単位に離散コサイン変換を行う離散コサイン変換部と、前記離散コサイン変換部において離散コサイン変換された映像データに対して量子化を行う量子化部と、前記量子化部において量子化された映像データに対して可変長符号化を行うハフマンコーディング部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１３】
図２は、本発明に係るＪＰＥＧに基づく差動符号化装置を示すブロック図である。
【００１４】
図２を参照すれば、本発明に係る差動符号化装置は、カラーモード変換部２１０、ダウンサンプリング部２２０、代表値決定部２３０、ＤＣＴ部２４０、量子化部２５０、およびハフマンコーディング部２６０を備えてなる。
【００１５】
カラーモード変換部２１０は、ＲＧＢデータを輝度（Ｙ）及び色差（Ｃｂ，　Ｃｒ）データに変換する。
【００１６】
ダウンサンプリング部１２０は、輝度成分はそのまま置いて色差（Ｃｂ，　Ｃｒ）成分のみをダウンサンプリングする。すなわち、映像データのダウンサンプリングは、映像データにおいて人間の視覚にあまり敏感ではない色差（Ｃｂ，Ｃｒ）値を半分に下げ、人間の視覚に敏感であって画質に影響しうる輝度情報（Ｙ）はそのまま置く。
【００１７】
代表値決定部２３０は、ダウンサンプリングされた色差データのピクセル同士を比較してピクセル間の差分値を求めた後、許容誤差を基準に前記ピクセル間の差分値に応じて代表ピクセル値を決める。
【００１８】
ＤＣＴ部２４０は、輝度データ及び代表値として決められた色差データに対して８×８ブロック単位にＤＣＴを行う。
【００１９】
量子化部２５０は、ＤＣＴされた映像データ（ＤＣＴ係数）に対して量子化を行う。ここで、量子化は、ＤＣＴされた映像データを映像信号の値（範囲）に応じて適切な代表値に置き換える過程であって、実際にこの過程で元の映像情報が損失するものの、データは減る。
【００２０】
ハフマンコーディング部２６０は、量子化された映像データに対して可変長符号化を行う。このハフマンコーディングは損失のない圧縮方法の一つであって、確率及び統計理論に基づき、頻繁に現れるデータシンボルには相対的に短いコードワードを割り当て、そうでないデータシンボルには相対的に長いコードワードを割り当ててコーディングを行うことにより、映像データを全体的に減らす。
【００２１】
図３は、代表値決定部の詳細図である。
【００２２】
図３を参照すれば、ピクセル比較部３１０は、色差成分のピクセル同士をそれぞれ比較する。この時、人間の視覚特性による色反応敏感度に基づき適切な許容誤差を決める。例えば、許容誤差を３としてピクセル値を比較する時、第１ピクセル値が３５であれば、次の３５から３７までのピクセル値は３５と見なす。ここで、許容誤差を大きく決めるほど映像圧縮率は上がるが、映像損失は増える。このため、許容誤差は、圧縮率と映像損失とのトレード・オフを考慮して決める。
【００２３】
代表値生成部３２０は、色差成分のピクセル同士を比較してピクセル間の差分値を求め、許容誤差を基準にピクセル間の差分値に応じて代表ピクセル値を生じる。例えば、許容誤差が３であり、色差信号の値が、図４の（ａ）に示された如く、　”３５，　３６，　３７，　４２，　４４，　５６，　７１，　７２，　７３…”にように並べられている場合、第１代表値は３５となる。次の３６および３７は許容誤差範囲内に入るために代表値３５に置き換えられる。その次の代表値は４２であり、４４もまた代表値４２に置き換えられる。
【００２４】
代表値テーブル生成部３３０は、代表値生成部３２０において生じた代表値及び映像を構成する代表値に関する情報を表わすテーブルを生じる。例えば、代表値テーブルは、図４の（ｂ）に示された如く、”３５，　４２，　５６，　７１”のように作成でき、映像の代表値情報テーブルは、図４の（ｃ）に示された如く、”（３５，　３）（４２，２）（５６，　１）（７１，　５８）”のように作成できる。そして、新しい代表値は昇順にテーブルに追加される。
【００２５】
図５は、本発明に係るＪＰＥＧに基づく差動符号化方法を示すフローチャートである。
【００２６】
まず、代表値テーブルは”Ｖ１　Ｖ２　Ｖ３……”のように貯蔵され、代表値情報テーブルは”（Ｖ１，ａ）（Ｖ２，ｂ）（Ｖ３，ｃ）（Ｖ２，　ｄ）…”のように貯蔵される。
【００２７】
色差データが入力されれば、第１ピクセル値Ｖ１は代表値テーブルに貯蔵されると共に、次のピクセル値との比較に用いられる基準ピクセル値Ｖｂとして設定される（ステップ５１０）。
【００２８】
次に、人間の視覚特性による色反応敏感度に基づき適切な許容誤差ｘを決める（ステップ５２０）。
【００２９】
次に、次のピクセル値と基準値Ｖｂとを比較し、次のピクセル値を基準値Ｖｂとの差分値が許容誤差ｘの範囲内であるか否かを判別する（ステップ５３０）。この時、次のピクセル値と基準値Ｖｂとの差分値が許容誤差範囲内であれば、次のピクセル値は基準値となり、基準値Ｖｂの数が上がる（ステップ５３２）。この基準ピクセル値Ｖｂ及びその数に関する情報は代表値情報テーブルに貯蔵される。
【００３０】
これに対し、ステップ５３０における判別の結果、次のピクセル値と基準値Ｖｂとの差分値が許容誤差ｘの範囲内でなければ、現在の代表値テーブル内に存在する値と次のピクセルとを比較し、その差分値が許容誤差範囲内である値を検索する（ステップ５４０）。
【００３１】
この時、代表値テーブルの代表値と次のピクセル値との差分値が許容誤差範囲内でなければ、次のピクセル値を代表値テーブルに昇順に貯蔵する（ステップ５５０）。例えば、次のピクセル値が基準値Ｖｂよりも大きければ、前記次のピクセル値を前記代表値テーブルにおける現在の基準値Ｖｂの後に貯蔵し、そうでなければ、前記次のピクセル値を代表値テーブルにおける現在の基準値Ｖｂの前に貯蔵する。そして、貯蔵された次のピクセル値が新しい基準値Ｖｂ＋１（またはＶｂ―１）となる。この新しい基準値Ｖｂ＋１（またはＶｂ―１）の数は１から始まり、その数に関する情報は代表値テーブルに貯蔵される。
【００３２】
これに対し、ステップ５４０において、代表値テーブルの代表値と次のピクセル値との差分値が許容誤差範囲内であれば、次のピクセル値を代表値テーブルに貯蔵されている代表値として見なし、その代表値を新しい基準値ＶＴとして比較を続ける（ステップ５４２）。この時にも同様に、新しい基準値ＶＴの数は１から始まる。
【００３３】
したがって、映像ブロックの終わりが検出されるまで色差データの代表値及びそれに関わる情報をテーブルとして作成する（ステップ５６０）。
【００３４】
最後に、映像ブロックの終わりが検出されれば、作成された代表値テーブルの値をもってＤＣＴを行う（ステップ５７０）。
【００３５】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の思想内であれば、当業者による変形が可能であるということは言うまでもない。
【００３６】
本発明はまた、コンピュータにて読取り可能な記録媒体にコンピュータにて読取り可能なコードとして具現可能である。コンピュータにて読取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムにより読取り可能なデータが貯蔵されるあらゆる種類の記録装置を含む。コンピュータにて読取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ，　ＲＡＭ，　ＣＤ−ＲＯＭ，　磁気テープ、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、　フラッシュメモリおよび光データ貯蔵装置などがあり、さらにキャリアウェーブ（例えば、インターネットを介した伝送）の形で具現されるものも含む。さらに、コンピュータにて読取り可能な記録媒体は、ネットワークにより結ばれたコンピュータシステムに分散され、分散方式によりコンピュータにて読取り可能なコードとして貯蔵されて実行できる。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、ＪＰＥＧ映像はその特性上、一定の色調の背景を有する。また、既存のＪＰＥＧエンコーディングアルゴリズムは、全体の演算時間の３０％ないし４０％をＤＣＴ演算が占める。従って、本発明に係る差動符号化方法を適用し、背景色と違いが出る部分のみに対してＤＣＴを行えば、映像データの圧縮率を全体的に高めることができ、ＤＣＴの回数も減らせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常のＪＰＥＧに基づく映像圧縮方法を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るＪＰＥＧに基づく差動符号化装置を示すブロック図である。
【図３】代表値決定部の詳細図である。
【図４】本発明の実施形態による８×８ブロック単位の色差データを示す図面である。
【図５】本発明に係るＪＰＥＧに基づく差動符号化方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２１０　カラーモード変換部
２２０　ダウンサンプリング部
２３０　代表値決定部
２４０　ＤＣＴ部
２５０　量子化部
２６０　ハフマンコーディング部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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