(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに画素値が対応付けられている複数の画素（Ｐ，Ｐ’，Ｐ’’）を含む、ディジタル化された一連の画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）をコンピュータが符号化する方法において、
前記画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）の符号化すべき画素（Ｐ，Ｐ’，Ｐ’’）をコンピュータが予測し、
前記予測から得られた予測誤差をコンピュータが符号化し、
符号化すべき画素（Ｐ，Ｐ’，Ｐ’’）の予測を、前記符号化すべき画素の少なくとも一部の画素（Ｐ）に対して以下のようにコンピュータが実施する、すなわち、
符号化すべき画素（Ｐ）と、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に由来する、既に符号化された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ’）をコンピュータが求めるか、
または、
符号化すべき画素（Ｐ）と、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に時間的に隣接する１つまたは複数の画像（Ｉ１，Ｉ２）に由来する、既に符号化された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ）をコンピュータが求めるか、
または、
符号化すべき画素（Ｐ）と、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に由来する、既に符号化された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ’）、および、符号化すべき画素（Ｐ）と、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に時間的に隣接する１つまたは複数の画像（Ｉ１，Ｉ２）に由来する、既に符号化された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ）をコンピュータが求め、
求められたトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）に関してそれぞれ１つの評価度をコンピュータが決定し、トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の評価度を、前記トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）に沿った複数の前記既に符号化された別の画素（Ｐ’）の復号された画素値（ｗ1，ｗ2）の変動が小さければ小さいほどより高くコンピュータが評価し、
前記評価度は、前記トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の複数の前記既に符号化された別の画素（Ｐ’）の画素値（ｗ1，ｗ2）と、前記画素値（ｗ1，ｗ2）の平均値との差の絶対値の和または差の２乗の和に依存し、前記差の絶対値の和または前記差の２乗の和が小さくなればなるほど、トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）を高くコンピュータが評価し、
最も高い評価度を有するトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の既に符号化された別の画素（Ｐ’）に基づき、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画素値に関する予測値（ｗ＾）をコンピュータが求める、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記評価度は前記トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の複数の前記既に符号化された別の画素（Ｐ’）の間隔に依存し、前記間隔が大きくなればなるほど、トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）を高くコンピュータが評価する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記評価度は、前記トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の符号化すべき画素（Ｐ）と、前記符号化すべき画素（Ｐ）の最も近くに位置する既に符号化された別の画素（Ｐ’）との間隔に依存し、前記間隔が小さくなればなるほど、トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）を高くコンピュータが評価する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記予測において、同じ長さを有するトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）または異なる長さを有するトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）、もしくは、同じ長さを有するトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）および異なる長さを有するトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）をコンピュータが考慮する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記予測に使用されるトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の許容長さを、１つの画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）の符号化が行われる度に１画素分だけコンピュータが延長するか、または、相前後する所定数の画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）に対しては少なくとも固定的にコンピュータが選定する、もしくは、１つの画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）の符号化が行われる度に１画素分だけコンピュータが延長し、かつ、相前後する所定数の画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）に対しては少なくとも固定的にコンピュータが選定する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記符号化すべき画素（Ｐ）の画素値に関する予測値（ｗ＾）を外挿によってコンピュータが求める、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記外挿は、線形外挿、スプライン外挿および多項式外挿のうちの少なくとも１つを含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記符号化すべき画素（Ｐ）の前記画素値に関する予測値（ｗ＾）として、前記既に符号化された別の画素（Ｐ’）の画素値（ｗ1，ｗ2）の平均値をコンピュータが求める、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）の少なくとも一部に対して、同一の画像に由来する複数の既に符号化された別の画素（Ｐ’）を含むトラジェクトリを用いるか、または、
異なる画像に由来する複数の既に符号化された別の画素（Ｐ’）を含むトラジェクトリを用いるか、または、
同一の画像に由来する複数の既に符号化された別の画素（Ｐ’）を含むトラジェクトリと、異なる画像に由来する複数の既に符号化された別の画素（Ｐ’）を含むトラジェクトリと、を用いて、画素（Ｐ）をコンピュータが予測する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
方法の開始時に、少なくとも最初の２つの画像に対して、画素（Ｐ）を同一の画像に由来するトラジェクトリを用いてコンピュータが予測するか、または、画素（Ｐ）を同一の画像に由来するトラジェクトリを用いてコンピュータが予測する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
予測から得られた予測誤差を少なくとも部分的に、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画素値と予測された画素値との偏差によってコンピュータが表す、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
閾値をコンピュータが設定し、前記予測から得られた予測誤差が前記閾値を超えた場合には、前記予測誤差を、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画素値と予測された画素値との偏差によってコンピュータが表し、前記閾値を超えない場合には前記予測誤差の値を０にコンピュータがセットし、値０の予測誤差を有する画素（Ｐ）の画素値を有利には予測された画素値にコンピュータが置換する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
全ての予測誤差を損失なくコンピュータが符号化するか、または、全ての予測誤差を損失を含めてコンピュータが符号化するか、幾つかの予測誤差を損失無くコンピュータが符号化し、その他の予測誤差を損失を含めてコンピュータが符号化する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記予測誤差の符号化は、変換、量子化およびエントロピー符号化のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
予測誤差の損失を含む符号化が行われる場合には、予測誤差が既に求められている画素（Ｐ）の画素値を、予測され、かつ復号された予測誤差によって補正された画素値にコンピュータが置換する、請求項１３または１４記載の方法。
【請求項１６】
符号化された前記画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）に関して使用された予測方式をシグナリングするための副次的な情報をコンピュータが形成する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
ディジタル化された前記画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）は医学的な写真である、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法を用いて符号化された一連の画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）をコンピュータが復号する方法において、
それぞれの画素（Ｐ，Ｐ’，Ｐ’’）の予測誤差をコンピュータが復号し、復号すべきそれぞれの画素（Ｐ）をコンピュータが予測し、復号された画素（Ｐ）を、復号された予測誤差を用いた予測された画素の補正からコンピュータが取得し、復号すべき画素（Ｐ，Ｐ’，Ｐ’’）の予測を以下のようにコンピュータが実施する、すなわち、
復号すべき画素（Ｐ）と、前記復号すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に由来する、既に復号された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ’）をコンピュータが求めるか、
または、
復号すべき画素（Ｐ）と、前記復号すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に時間的に隣接する１つまたは複数の画像（Ｉ１，Ｉ２）に由来する、既に復号された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ）をコンピュータが求めるか、
または、
復号すべき画素（Ｐ）と、前記復号すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に由来する、既に復号された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ’）、および、復号すべき画素（Ｐ）と、前記復号すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に時間的に隣接する１つまたは複数の画像（Ｉ１，Ｉ２）に由来する、既に復号された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ）をコンピュータが求め、
求められたトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）に関してそれぞれ１つの評価度をコンピュータが決定し、トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の評価度を、前記トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）に沿った別の画素（Ｐ’）の復号された画素値（ｗ1，ｗ2）の変動が小さければ小さいほどより高くコンピュータが評価し、
前記評価度は、前記トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の複数の前記別の画素（Ｐ’）の画素値（ｗ1，ｗ2）と、前記画素値（ｗ1，ｗ2）の平均値との差の絶対値の和または差の２乗の和に依存し、前記差の絶対値の和または前記差の２乗の和が小さくなればなるほど、トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）を高くコンピュータが評価し、
最も高い評価度を有するトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の別の画素（Ｐ’）に基づき、前記復号すべき画素（Ｐ）の画素値に関する予測値（ｗ＾）をコンピュータが求める、
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
ディジタル化された一連の前記画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）を請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法を用いてコンピュータが符号化し、伝送経路を介してコンピュータが伝送し、最後に請求項１８記載の方法を用いてコンピュータが復号することを特徴とする、ディジタル化された一連の画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）をコンピュータが伝送する方法。
【請求項２０】
請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法に基づき、それぞれに画素値が対応付けられている複数の画素（Ｐ，Ｐ’，Ｐ’’）を含む、ディジタル化された一連の画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）を符号化するエンコーダにおいて、
前記エンコーダ（１）は、
前記画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）の符号化すべき画素（Ｐ，Ｐ’，Ｐ’’）を予測する予測手段（２）と、
前記予測から得られた予測誤差を符号化する符号化手段（３）とを有し、
前記予測手段（２）は、前記符号化すべき画素（Ｐ，Ｐ’，Ｐ’’）の前記予測を前記符号化すべき画素の少なくとも一部の画素（Ｐ）に関して実施するよう構成されており、前記予測は以下のように行われる、すなわち、
符号化すべき画素（Ｐ）と、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に由来する、既に符号化された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ’）を求めるか、
または、
符号化すべき画素（Ｐ）と、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に時間的に隣接する１つまたは複数の画像（Ｉ１，Ｉ２）に由来する、既に符号化された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ）を求めるか、
または、
符号化すべき画素（Ｐ）と、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に由来する、既に符号化された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ’）、および、符号化すべき画素（Ｐ）と、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に時間的に隣接する１つまたは複数の画像（Ｉ１，Ｉ２）に由来する、既に符号化された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ）を求め、
求められたトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）に関してそれぞれ１つの評価度を決定し、トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の評価度は、前記トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）に沿った既に符号化された別の画素（Ｐ’）の復号された画素値（ｗ1，ｗ2）の変動が小さければ小さいほど、高く評価されるように構成されており、
前記評価度は、前記トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の複数の前記既に符号化された別の画素（Ｐ’）の画素値（ｗ1，ｗ2）と、前記画素値（ｗ1，ｗ2）の平均値との差の絶対値の和または差の２乗の和に依存し、前記差の絶対値の和または前記差の２乗の和が小さくなればなるほど、トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）を高くコンピュータが評価し、
最も高い評価度を有するトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の別の既に符号化された別の画素（Ｐ’）に基づき、前記符号化すべき画素（Ｐ）の画素値に関する予測値（ｗ＾）を求める、
ことを特徴とするエンコーダ。
【請求項２１】
請求項１８記載の方法に基づき符号化された一連の画像（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）を復号するデコーダにおいて、
前記デコーダ（４）は、
それぞれの画素（Ｐ）の予測誤差を復号する復号手段（５）と、
復号すべき画素（Ｐ）を予測する予測手段（６）とを有し、復号された画素（Ｐ）が、復号された予測誤差を用いた予測された画素の補正から取得され、
前記予測手段（６）は、復号すべき画素（Ｐ）の予測を以下のように実施するよう構成されている、すなわち、
復号すべき画素（Ｐ）と、前記復号すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に由来する、既に復号された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ’）を求めるか、
または、
復号すべき画素（Ｐ）と、前記復号すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に時間的に隣接する１つまたは複数の画像（Ｉ１，Ｉ２）に由来する、既に復号された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ）を求めるか、
または、
復号すべき画素（Ｐ）と、前記復号すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に由来する、既に復号された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ’）、および、復号すべき画素（Ｐ）と、前記復号すべき画素（Ｐ）の画像（Ｉ３）に時間的に隣接する１つまたは複数の画像（Ｉ１，Ｉ２）に由来する、既に復号された別の画素（Ｐ’）と、を通って延びている複数のトラジェクトリ（Ｔ）を求め、
求められたトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）に関してそれぞれ１つの評価度を決定し、トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の評価度は、前記トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）に沿った別の画素（Ｐ’）の復号された画素値（ｗ1，ｗ2）の変動が小さければ小さいほど、高く評価されるように構成されており、
前記評価度は、前記トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の複数の前記別の画素（Ｐ’）の画素値（ｗ1，ｗ2）と、前記画素値（ｗ1，ｗ2）の平均値との差の絶対値の和または差の２乗の和に依存し、前記差の絶対値の和または前記差の２乗の和が小さくなればなるほど、トラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）を高くコンピュータが評価し、
最も高い評価度を有するトラジェクトリ（Ｔ，Ｔ’）の別の画素（Ｐ’）に基づき、前記復号すべき画素（Ｐ）の画素値に関する予測値（ｗ＾）を求める、
ことを特徴とするデコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画素値が対応付けられている複数の画素を含む、ディジタル化された一連の画像を符号化する方法ならびに相応の復号化方法および相応のエンコーダならびにデコーダに関する。
【０００２】
多くの技術分野においては、ディジタル化された画像を可能な限り良好に僅かな損失で圧縮し、それにより画像の記憶スペースを小さく維持することが所望されている。さらには、伝送ネットワークの帯域幅が制限されている場合であっても、大容量のディジタル化された画像シーケンスを可能な限り高速にメモリから伝送ネットワークを介して呼び出すことが頻繁に必要とされ、その際に画像データの圧縮時の僅かな損失も場合によっては許容される。
【０００３】
ディジタル化された画像シーケンスは殊に医学系の用途において生じ、そのような用途においては、例えば、コンピュータトモグラフィを用いたレントゲン撮影の際に、レントゲン写真を撮られる患者の器官の一連の二次元断面画像が生成され、それらの断面画像は相互にある程度の空間的な間隔をあけて撮影される。従来技術からは、その種の画像データを損失なく圧縮するための種々の圧縮方法が公知であり、それらの方法は他の任意のディジタル化された画像にも使用することができる。殊に、圧縮のために標準JPEG-LSまたはJPEG-2000が使用され、これらの標準においては画像シーケンスの個々の画像が相互に依存せずに圧縮される。この際に、相前後する個々の画像間に存在する相関は利用されない。
【０００４】
さらに従来技術からは、動画コンテンツ、例えばビデオフィルムを圧縮するために使用される種々のビデオ符号化標準が公知である。符号化標準H.264/AVCにおいては、相前後する画像の複数の画像ブロックが動き補償を用いて予測される。続いて、生じた予測誤差が符号化される。
【０００５】
本発明の課題は、任意の画像コンテンツの画像に関して良好な圧縮率を実現する、画像を符号化ないし復号化するための方法ないし装置を提供することである。
【０００６】
この課題は、請求項１に記載の方法、請求項１９記載の方法、請求項２１記載のエンコーダ、または、請求項２２記載のデコーダによって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明による方法においては、画素値が対応付けられている複数の画素を含む、ディジタル化された一連の画像が符号化され、画像の符号化すべき画素が予測され、この予測から得られた予測誤差が符号化される。符号化すべき画素の予測は、符号化された画素に沿ったトラジェクトリを用いて、画素の少なくとも一部について行われる。有利には、トラジェクトリに基づいた予測は、そのようなトラジェクトリに基づいた予測が可能である場合、すなわち既に十分に多くの符号化された画素が存在する場合には常に実施される。
【０００８】
トラジェクトリに基づいた符号化すべき画素の本発明による予測においては、先ず複数のトラジェクトリが求められ、それらのトラジェクトリはそれぞれ符号化すべき画素と、符号化すべき画素の画像に由来する別の画素とを通って延びる、および／または、符号化すべき画素と、符号化すべき画素の画像に時間的に隣接する１つまたは複数の画像とを通って延びる。求められた複数のトラジェクトリに関してそれぞれ１つの評価度が決定される。この評価度は、トラジェクトリに沿った別の画素値の符号化されていない画素値の変動が小さくなればなるほど、トラジェクトリは評価度にしたがいより高く評価されるように構成されている。最大の評価ないし最大の評価度を有するトラジェクトリの別の画素に基づき、符号化すべき画素の画素値に関する予測値が求められる。
【０００９】
本発明による方法は、類似する画素値を有する画素は１つの所定の方向に進むことが多いので、類似する画素値を有する画素からなるトラジェクトリを用いることによって殊に良好な予測が達成されるという知識を基礎としている。これによって、殊に損失のない、または損失がほとんどない符号化に関して高い符号化効率を達成することができる。
【００１０】
殊に有利な実施形態においては、評価度が、トラジェクトリの別の画素の画素値と、この画素値の平均値との値的な差の和または２乗の差の和に依存する。値的な差または２乗の差が小さくなればなるほど、トラジェクトリは高く評価される。
【００１１】
必要に応じて、評価度はトラジェクトリの別の複数の画素の間隔にも依存し、この場合には、間隔が大きくなればなるほど、トラジェクトリは高く評価される。これによって、評価度の適切な正規化が達成される。同様に、評価度を、符号化すべき画素と、この符号化すべき画素の最も近くに位置する画素との間隔に依存させることができ、この場合には間隔が小さければ小さいほど、トラジェクトリはより高く評価される。これによって、トラジェクトリを評価する際に信頼度因子も考慮され、この場合には、符号化すべき画素は類似の画素値を有する構造に所属するという情報は、トラジェクトリの別の画素が符号化すべき画素に近付けば近付くほど、信頼性はいっそう高くなることを前提とすることができる。
【００１２】
本発明にしたがい実施される予測では、同じ長さを有するトラジェクトリおよび／または異なる長さを有するトラジェクトリを考慮することができる。１つのトラジェクトリが少なくとも２つの既に符号化された画素を有することのみが重要である。
【００１３】
本発明による方法の別の実施形態においては、予測の際に使用されるトラジェクトリの許容長さが画素の符号化が行われる度に１画素分長くなる。これによって、既に符号化された画像の数が多くなればなるほど、種々の画像の画素から比較的長いトラジェクトリを形成できることが考慮される。必要に応じて、トラジェクトリの許容長さを少なくとも、前後する所定数の画像に関して固定的に選択することもできる。
【００１４】
殊に有利な実施形態においては、符号化すべき画素の画素値に関する予測値が外挿によって決定される。この際に任意の外挿法、殊に線形外挿および／またはスプライン外挿および／または多項式外挿を使用することができる。また場合によっては、符号化すべき画素の画素値に関する予測値として別の画素の画素値の平均値を検出することもできる。
【００１５】
本発明による方法の殊に有利な実施形態においては、画像の少なくとも一部に対して、同一の画像に由来する複数の画素を含むトラジェクトリを用いて、および／または、異なる画像に由来する複数の画素を含むトラジェクトリを用いて画素が予測される。殊に、本方法の開始時には、少なくとも最初の２つの画像に対して、同一の画像に由来するトラジェクトリを用いて画素が予測される、および／または、本発明による方法とは別の符号化を基礎として、画素が符号化される。上記の別の符号化は、１つの画像において、トラジェクトリに基づいた予測のために十分に多くの画素がまだ存在しない場合には使用される。
【００１６】
有利な実施形態においては、予測から得られた予測誤差が少なくとも部分的に、符号化すべき画素の画素値と予測された画素値との偏差によって表される。この偏差は殊に、後の復号化の際に、復号された画素もこの偏差を用いて正確に補正するために符号を含んでいる。
【００１７】
本発明による方法においては符号化効率を高めるために、符号化された画像における情報損失も場合によっては許容することができる。有利には閾値が設定され、予測から得られた予測誤差がこの閾値を超えた場合、予測誤差は符号化すべき画素の画素値と予測された画素値との偏差によって表され、そうでない場合には値０にセットされる。このようにして誤差限界が考慮され、この誤差限界以下の全ての予測誤差は０にセットされ、これによって符号化効率が高められる。有利には、０の予測誤差を有する画素の画素値が予測された画素値に置換され、これによって画像の符号化と復号化との間の変動が回避される。
【００１８】
本発明による方法においては、本来の予測誤差を損失なしで符号化することも、損失を含めても符号化することもできる。この場合には、殊に変換（有利にはＤＣＴ変換）および／または量子化および／またはエントロピー符号化を含む、予測誤差を符号化するための従来から公知の方法が使用される。量子化は情報損失を暗示し、これに対しエントロピー符号化は損失がない。
【００１９】
予測誤差の損失を含む符号化が行われる場合には、予測誤差が既に求められている画素の画素値は有利には、予測され、かつ復号化された予測誤差によって補正された画素値に置換される。このようにして、画像の符号化と復号化との間に変動が生じないことがやはり保証される。
【００２０】
通常の場合、本発明による方法では、符号化の実施に関する副次的な情報を伝送することは必要とされない。何故ならば、復号化においては符号化と同様の処理が行われており、このために、符号化を実施するエンコーダからの情報は必要とされないからである。しかしながら、複数の異なる予測方式が使用される場合には、符号化された画像に関して使用された予測方式をシグナリングするための副次的な情報を形成することができる。
【００２１】
本発明の特に有利な適用分野は、医学的な写真、殊に医療レントゲン写真の形態のディジタル化された画像の符号化である。殊に、この種の写真においては、撮影された対象（例えば患者の器官）が存在する方向、もしくは、器官とその周囲との境界を表す方向において、同一または類似する画素値を有する構造が連続して現れる。
【００２２】
上述の符号化方法の他に、さらに本発明は、本発明による符号化方法を用いて符号化されているディジタル化された一連の画像の復号化方法に関する。この復号化方法では、それぞれの画素の予測誤差が復号化され、復号化すべきそれぞれの画素が予測され、復号化された画素は、復号化された予測誤差を用いて予測された画素を補正することにより得られる。復号化すべき画素の予測はここでもまたトラジェクトリを基礎として行われる。殊に複数のトラジェクトリが求められ、それらのトラジェクトリは、それぞれ復号化すべき画素と、復号化すべき画素の画像に由来する既に復号化された別の画素とを通って延びる、および／または、復号化すべき画素と、復号化すべき画素の画像に時間的に隣接する１つまたは複数の画像に由来する既に復号化された別の画素とを通って延びる。求められたトラジェクトリに関してそれぞれ１つの評価度が決定される。この評価度は、トラジェクトリに沿った別の画素の復号化された画素値の変動が小さくなればなるほど、トラジェクトリは評価度にしたがいより高く評価されるように構成されている。最大の評価ないし最大の評価度を有するトラジェクトリの別の画素に基づき、復号化すべき画素の画素値に関する予測値が求められる。
【００２３】
上述の符号化方法および復号化方法の他に、さらに本発明は、一連の画像が本発明による符号化方法を用いて符号化され、伝送区間を介して伝送され、続いて本発明による復号化方法を用いて復号化される、ディジタル化された一連の画像の伝送方法に関する。
【００２４】
さらに本発明は、画像の符号化すべき画素を予測するための予測手段と、予測から得られた予測誤差を符号化するための符号化手段とを有する、ディジタル化された一連の画像を符号化するためのエンコーダに関する。予測手段は、トラジェクトリを用いる上述の本発明による予測をこの予測手段によって実施できるように構成されている。
【００２５】
さらに本発明は、本発明による方法を用いて符号化された一連の画像を復号化するための相応のデコーダに関する。このデコーダは、それぞれの画素の予測誤差を復号化するための復号化手段と、復号化すべき画素を予測するための予測手段とを有し、復号化された画素は復号化された予測誤差を用いた予測された画素の補正から得られる。予測手段は、トラジェクトリを用いる予測を本発明による復号化方法を基礎として実施するように構成されている。
【００２６】
さらに本発明は、本発明によるエンコーダおよび本発明によるデコーダを含むシステムに関する。
【００２７】
以下では本発明の実施例を添付の図面に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による方法の実施形態による画像の符号化を説明するための概略図を示す。
【図２】本発明による方法の実施形態による符号化すべき画素に関する予測値の算出を説明するためのダイヤグラムを示す。
【図３】本発明による方法の実施形態による、ディジタル化された画像シーケンスを符号化および復号化するためのエンコーダおよびデコーダからなるシステムの概略図を示す。
【００２９】
以下では図１を参照しながら、時間的に連続する３つの画像Ｉ１，Ｉ２およびＩ３を含む、ディジタル化された一連の画像の一部に基づき、本発明による符号化の原理を説明する。一連の画像は、例えば、医学系の撮像システムによって取得された複数の写真である。個々の画像は殊に、コンピュータトモグラフィによって検出された、患者の器官の断面写真を表すことができる。その種のシステムによって非常に大容量のデータが生成されるが、それらのデータはアーカイブのために損失なく、またはほぼ損失なく記憶されなければならない。
【００３０】
図１によるディジタル化された画像シーケンスの個々の画像Ｉ１，Ｉ２ないしＩ３はそれぞれピクセルの形態の複数の画素を含み、各ピクセルには１つの画素値が対応付けられており、この画素値は白黒写真の場合には輝度値であり、カラー写真の場合には通常はルミネセンス値である。画像の個々の画素は図１において複数の点によって表されているが、それらの点においては３つの異なる種類の画素が区別される。白い画素Ｐによって符号化すべき画素Ｐが表され、また黒い画素Ｐ’および斜線が引かれた画素Ｐ’’によって既に符号化された画素が表される。図１において斜線が引かれた画素Ｐ’は、画像Ｉ３の第３列第３行における符号化すべき画素を予測するための複数のトラジェクトリないし軌道の形成に使用される。図１においては分かりやすくするために、幾つかの画素にのみ相応の参照符号Ｐ，Ｐ’およびＰ’’を付している。図１においては、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向を有する座標系が表されている。ｘｙ平面は相応の画像の二次元の拡張部を表しており、またｚ方向によって画像の時間的な順序が表されている。つまり、画像Ｉ１は画像Ｉ２の前に撮影されたものであり、画像Ｉ２は画像Ｉ３の前に撮影されたものである。
【００３１】
図１の例においては、画像Ｉ３の第３列第３行におけるピクセルの符号化が表されている。本発明による符号化においては、符号化すべき画素を基礎として、同一の画像Ｉ３もしくは隣接する画像Ｉ１およびＩ２における既に符号化された少なくとも２つの別の画素によって複数のトラジェクトリが決定される。図１において、同一の画像Ｉ３内の複数の画素を通って延びるトラジェクトリには参照符号Ｔ’が付されている。これに対して、時間的に先行する画像Ｉ１およびＩ２における画素を通って延びるトラジェクトリには参照符号Ｔが付されている。分かりやすくするために、ここでもまた幾つかのトラジェクトリにのみ相応の参照符号ＴないしＴ’を付している。それらのトラジェクトリを基礎として、本発明による符号化を用いて、符号化すべき画素の適切な予測が実現される。予測を行うための個々のステップは下記において説明するように実施される。
【００３２】
先ず、複数のｎ個の画素が規定され、それらの画素はトラジェクトリ毎に選択される。画素の個数は、符号化すべき画素を差し引いたトラジェクトリ毎の画素の総数に相当する。ただし、最小個数として少なくとも２つの画素が存在していなければならない。図１のシナリオにおいて、この個数はｎ＝２にセットされている。しかしながら、画素の個数のｎの値は方法の経過に応じて変更することもできる。もしくは、同一の画像内の複数の画素を有するトラジェクトリに関しては、異なる画像に由来する画素を有するトラジェクトリに関して選択された個数とは異なる個数が選択される。必要に応じて、新たな画像の符号化が行われる度に、トラジェクトリ毎に許容される画素の個数を１ずつ増やすことができる。
【００３３】
画素の個数が規定されると、既に符号化された画素を通って延びる複数のトラジェクトリが決定される。図１のシナリオにおいては、画像Ｉ３内に延びるトラジェクトリも先行する２つの画像Ｉ１およびＩ２を通り延びるトラジェクトリも使用される。場合によっては、本方法において同一の画像に由来するトラジェクトリのみを使用すること、もしくは異なる画像に由来する画素を有するトラジェクトリのみを使用することも可能である。図１によれば、同一の画像Ｉ３に由来する複数の画素を有する４つのトラジェクトリＴ’と、画像Ｉ１および画像Ｉ２に由来するそれぞれ１つの画素を有する９つのトラジェクトリＴとが存在する。ここでは、それぞれのトラジェクトリに対して１つの誤差度ｆ1が決定される。誤差度ｆ1はそれぞれのトラジェクトリの画素Ｐ’の画素値の、それらの画素値の平均値からの偏差を表す。すなわち、誤差度はここで説明する実施形態において以下のように定義されている：
【数１】
0005284471.tif 000002
【００３４】
上記の誤差度は請求項１に記載されている評価度の特別なヴァリエーションに相当するものであり、比較的低い誤差度は比較的高い評価に相当する。
【００３５】
誤差度を必要に応じてこれとは異なるように定義することもできる。その場合には、誤差度がトラジェクトリに沿った画素値の変動に対する尺度を表すことのみが重要である。例えば、画素値と平均値との値的な差の形態の偏差の代わりに、２乗の偏差、したがって誤差度を算出するためのヴァリエーションを使用することもできる。
【００３６】
上記の誤差度を用いる場合、ｎ＝２が選択されている図１のシナリオに関して誤差度は以下のようになる：
【数２】
0005284471.tif 000003
【００３７】
必要に応じて、トラジェクトリ上の画素の間隔ｄによって正規化されるように誤差度を規定することもできる。この場合、相応の誤差度ｆ2は以下のようになる：
【数３】
0005284471.tif 000004
ここで、Δｘ，ΔｙおよびΔｚはｘ方向またはｙ方向またはｚ方向におけるトラジェクトリ上の２つの画素間の間隔を表す。図１のシナリオにおいて、トラジェクトリに沿ったこれらの間隔は一定である。必要に応じて、個々の画素間の可変の間隔が考慮されるように、上記の式を修正することもできる。
【００３８】
最後に、誤差度に基づいて、最小の誤差度を有する、すなわち最高の評価を有するトラジェクトリが選択される。この場合、殊に医学系の画像においては、１つの方向に同一の輝度値、または類似する輝度値を有する構造が続いていることが考慮される。ここで説明する実施形態においては、符号化すべきピクセルに関する予測子ないし予測値ｗ^は、選択されたトラジェクトリに沿った外挿を基礎として求められる。ｎ＝２である、図１において考察するケースに関しては例えば線形の外挿が使用され、この外挿においては以下のような予測子ｗ^が得られる：
【数４】
0005284471.tif 000005
【００３９】
線形の外挿を用いる予測子の算出が図２に示されている。横軸に沿ってトラジェクトリの経過が示されており、この経過は適切にパラメータ化されている。値Ｐ１およびＰ２は、予測に使用されるトラジェクトリに沿った既に符号化された画素の位置を表し、また点Ｐ３は予測される画素の位置を表す。縦軸に沿って、画素の相応の画素値が例えば相応の輝度値としてプロットされている。位置Ｐ１における画素の画素値には参照符号ｗ1が付されており、また位置Ｐ２における画素の画素値には参照符号ｗ2が付されている。線形の外挿の場合には、画素ｗ1およびｗ2を通る直線が生じ、一次方程式に応じて、位置Ｐ３における符号化すべき画素の画素値ｗ^が決定される。図１のシナリオにおいては、画素値がｗ1からｗ2に向かって間隔Δwだけ低下していることが見て取れる。この場合には、予測された画素値ｗ＾もこの間隔だけ画素値ｗ2よりも小さい。
【００４０】
上述の線形の外挿の代わりに、予測値を別の方式、例えばスプライン内挿または多項式外挿によって決定することもできる。同様に、必要に応じて画素の平均値も予測値として使用することができる。
【００４１】
本発明による方法の別のヴァリエーションにおいては、トラジェクトリの選択を信頼度因子ｇ（ａ）によって修正することができ、この信頼度因子ｇ（ａ）は予測すべき画素からトラジェクトリ上の次に位置する画素までの間隔ａに依存する。この修正された間隔度ｆ’1を例えば以下のように表すことができる：
【数５】
0005284471.tif 000006
【００４２】
上述の式によって、予測された画素までの間隔が小さい画素を含むトラジェクトリが選択されることを考慮することができる。この場合、関数ｇ（ａ）は単調に上昇する。信頼度因子を用いることによって、１つのトラジェクトリの複数の画素が予測すべき画素に近付けば近付くほど、正確な予測の確立はより高くなることが考慮される。
【００４３】
最後に、予測値ｗ＾を求めた後に残差が求められ、続けてこの残差の符号化が行われる。予測子ｗ＾は通常の場合、符号化すべきオリジナルの画素値には対応しない。したがって、誤差信号（予測誤差とも称される）が算出され、これは予測子とオリジナルの画素値との差に対応する。損失のない符号化の場合には、この誤差信号が符号化される。しかしながら、符号化のために誤差限界を設定することも可能であり、その場合、本来求められた誤差信号は、誤差信号の値的な差が誤差限界内にない場合にのみ符号化される。値的な差が誤差限界内にある場合、０の予測誤差が伝送される。必要に応じて誤差限界を変更することもでき、損失のない符号化の場合には、誤差限界が０にセットされる。
【００４４】
誤差限界を考慮することによって、符号化された画像の比較的高い圧縮が達成される。画像品質は確かに低下するが、その画像品質は特定の用途にとってさらに十分なものである。誤差限界を考慮する場合、差が誤差限界内にあるならば、予測された画素の本来の画素値が予測された画素の画素値に置換されることが好適である。このようにして、エンコーダおよびデコーダが同一のデータを基礎として動作することが保証され、これによって変動が回避される。
【００４５】
誤差信号ないし予測誤差が検出された後に、この誤差が符号化される。この符号化を任意のやり方で、従来技術から公知の方法を用いて実施することができる。殊に、予測誤差の変換（有利にはＤＣＴ変換）を実施し、続けて、変換された予測誤差に基づいて、量子化および／またはエントロピー符号化を実施することができる。量子化およびエントロピー符号化のステップはビデオ符号化の分野から十分に公知である。量子化により損失が生じるが、エントロピー符号化によって損失のない圧縮が実施される。
【００４６】
画像シーケンスの画像が損失なく符号化される場合、予測誤差の符号化の際にはエントロピー符号化のみが実施され、量子化は実施されない。予測誤差が符号化によって（すなわち、殊に量子化によって）変更される場合、符号化された画素の本来の画素値を、予測された値と、符号化され、続いて再び復号化された予測誤差とから得られる画素値に置換されることが好適である。このようにして、ここでもまた、エンコーダおよびデコーダが予測を決定するために同一のデータを基礎とすることが保証され、したがって変動が回避される。
【００４７】
そのようにして予測誤差の符号化が行われた後に、符号化された誤差がデコーダに伝送される。デコーダにおいては、同様にして、前述のやり方で求められたトラジェクトリに基づき復号化が実現されている。殊に、デコーダは予測誤差を復号化し、本発明による予測を個々の画素値のトラジェクトリに基づき実施する。続いて、予測された画素が復号化された予測誤差を用いて補正され、これによって本来の画素値が得られる。損失のない符号化が行われる場合、本来の画素値も正確に得られる。
【００４８】
復号化に際し、本発明による方法では、トラジェクトリを選択するための副次的な情報をデコーダに伝送する必要はない。何故ならば、デコーダはエンコーダと同様のやり方でトラジェクトリを選択できるからである。効率の理由からエンコーダが他のトラジェクトリに関する決定を行う場合、または種々の予測モード（例えば、予測誤差を符号化するための標準H.264/AVCにおける公知のモード）の変更が行われる場合にのみ、相応の副次的な情報を任意に伝送することができる。
【００４９】
本発明による方法を開始する際に、最初の２つの画像の符号化を種々の画像に由来する３次元のトラジェクトリに基づき実施する必要はない。何故ならば、開始時には、トラジェクトリを形成するための種々の画像に由来する符号化された画素はまだ存在していないからである。その代わりに、同一の画像の複数の画素に基づいた１つの画素の二次元の方向予測が使用される。さらに、第１の画像の符号化すべき最初の画素と第２の画像の符号化すべき最初の画素に関して全く異なる符号化（例えば予測を行わないイントラ符号化）が使用される。何故ならば、開始時には同一の画像内の２次元のトラジェクトリもまだ形成することができないからである。３次元を基礎とした方向予測、すなわちｚ方向を考慮した方向予測は、本方法の開始後に第３の画像を符号化する際に初めて行われる。
【００５０】
符号化すべき第３の画像に関して、長さｎ＝２の３次元のトラジェクトリも２次元のトラジェクトリも設けられる。これは図１に示唆されている。択一的に、第３の画像において同一の画像内の２次元のトラジェクトリのみを使用することもできる。しかしながらその場合には、選択された画像領域（例えば、所定の大きさのブロック）に関して予測モードをシグナリングし、副次的な情報としてデコーダに伝送することが必要となる。３次元の予測を符号化すべきさらなる画像に対しても継続させることができ、この場合には画像が付加される度に、必要に応じて３次元のトラジェクトリの最大長さを１ずつ長くすることができる。
【００５１】
本発明による方法は一連の利点を有している。相応の複数のトラジェクトリに基づいた画素毎の有利な予測方向を選択することによって、殊に１つのオブジェクトの同一の輝度値が一方向に続く構造（このような構造は殊に医学系の画像データの場合に当てはまる）に関して、良好な予測を達成することができる。これによって、殊に損失のない、または損失がほとんどない符号化のためにより高い符号化効率を達成することができる。本発明によれば、予測方向が既に求められた符号化された画素に基づき求められる。デコーダにおいてもエンコーダと同様に予測方向が求められるので、付加的な予測情報をエンコーダからデコーダに伝送する必要はない。これによって符号化効率がさらに高まる。
【００５２】
図３には、本発明による方法の実施形態に基づき画像シーケンスを符号化および復号化するためのシステムが概略的に示されている。画像シーケンスを符号化するためのエンコーダには参照番号１が付されており、またエンコーダに供給される画像データストリームは画像Ｉ１，Ｉ２およびＩ３を含み、先ず予測手段２に供給される。この予測手段２は本発明による方法に基づき、複数のトラジェクトリを用いて、予測値、ならびに予測値と個々の画素の本来の画素値との間の相応の予測誤差を求める。予測誤差は続いて符号化手段３に供給される。符号化手段３は公知の相応の符号化方法、例えば量子化ないしエントロピー符号化に基づき予測誤差を符号化する。
【００５３】
符号化された予測誤差は最後に、矢印Ｐによって示唆されている伝送経路を介してデコーダ４に伝送される。伝送経路は有線であっても無線であってもよい。デコーダにおいては、受信した予測誤差の復号化が相応の復号化手段５を用いて行われる。さらに画素値の予測が予測手段６において実施され、この予測は予測手段２と同様に複数のトラジェクトリを基礎として行われる。続いて、予測された画素は復号化された予測誤差を用いて補正されるので、本来の画素値が損失なく符号化された場合であっても、損失を有して符号化された場合であっても近似的な画素値が得られる。
【００５４】
注：明細書および特許請求の範囲における参照符号ｗ＾は、
0005284471.tif 000007
を表す。
【図１】
0005284471.tif 000008
【図２】
0005284471.tif 000009
【図３】
0005284471.tif 000010