(57)【要約】【課題】  より好適に画質とデータ量を調整した映像圧縮技術、及びこれに対応した映像復元技術を提供する。【解決手段】  入力映像の画質を劣化させる劣化処理を行う劣化処理部と、前記劣化処理部で画質を劣化させた映像の画質を計測する画質計測部と、前記劣化処理部で画質を劣化させた映像を可逆圧縮する可逆圧縮部とを備え、前記劣化処理部は、前記画質計測部が計測した画質が所定の画質になるまで前記劣化処理を繰り返すように構成する。【選択図】  図１
2013115528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力映像の画質の劣化処理を行う劣化処理部と、
前記劣化処理部で画質を劣化させた映像の画質を計測する画質計測部と、
前記劣化処理部で画質を劣化させた映像を可逆圧縮する可逆圧縮部とを備え、
前記劣化処理部は、前記画質計測部が計測した画質が所定の画質になるまで前記劣化処理を繰り返すことを特徴とする映像圧縮装置。
【請求項２】
請求項１に記載の映像圧縮装置であって、
前記映像圧縮装置は、前記可逆圧縮部で可逆圧縮した映像と、前記劣化処理部で行った画質の劣化処理を識別する情報とを含むストリームを出力することを特徴とする映像圧縮装置。
【請求項３】
請求項１に記載の映像圧縮装置であって、
前記画質計測部は、前記劣化処理部で画質を入力映像と劣化させた映像を比較して画質を計測することを特徴とする映像圧縮装置。
【請求項４】
請求項１に記載の映像圧縮装置であって、
前記画質計測部は、前記劣化処理部で画質を劣化させた映像のＰＳＮＲを算出して計測画質とすることを特徴とする映像圧縮装置。
【請求項５】
入力映像の画質の劣化処理を行う劣化処理部と、
前記劣化処理部で画質を劣化させた映像を可逆圧縮する可逆圧縮部と、
前記可逆圧縮部が出力する画像情報の符号長を計測する符号長計測部と
を備え、
前記劣化処理部は、前記符号長計測部が計測した符号長が所定の符号長より小さくなるまで前記劣化処理を繰り返すことを特徴とする映像圧縮装置。
【請求項６】
請求項５に記載の映像圧縮装置であって、
さらに、前記劣化処理部で画質を劣化させた映像の画質を計測する画質計測部とを備え、
前記可逆圧縮部は、前記画質計測部が計測した画質が所定の画質以上で、前記符号長計測部が計測した符号長が所定の符号長より小さい圧縮映像情報を含むストリームを出力することを特徴とする映像圧縮装置。
【請求項７】
画質劣化処理と可逆圧縮処理がなされた圧縮映像を入力する入力部と、
前記入力部に入力された圧縮映像になされた可逆圧縮の逆処理を行う圧縮復元処理部と
を備えることを特徴とする映像復元装置。
【請求項８】
請求項７に記載の映像復元装置であって、
前記入力部には、前記圧縮映像とともに前記画質劣化処理を識別する識別情報が入力され、
さらに圧縮復元処理部で可逆圧縮の逆処理がなされた映像の画質の復元処理を行う画質復元処理部とを備え、
前記画質復元処理部は、前記識別情報によって識別された前記画質劣化処理に対応する画質復元処理を行うことを特徴とする映像復元装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像圧縮技術、映像復元技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力された映像信号を非可逆圧縮しデータ量の削減を図る技術が、例えば非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０３４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１には、指定した画質を維持しつつ圧縮する手法についての具体的な構成が開示されていない。また、指定した画質を維持しつつ符号長を一定以下にする手法についての開示も一切なかった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より好適に画質とデータ量を調整した映像圧縮技術、及びこれに対応した映像復元技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための、本発明の一実施の態様は、例えば入力映像の画質の劣化処理を行う劣化処理部と、前記劣化処理部で画質を劣化させた映像の画質を計測する画質計測部と、前記劣化処理部で画質を劣化させた映像を可逆圧縮する可逆圧縮部とを備え、前記劣化処理部は、前記画質計測部が計測した画質が所定の画質になるまで前記劣化処理を繰り返す構成とすれば良い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、より好適に画質とデータ量を調整した映像圧縮技術、及びこれに対応した映像復元技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係る映像圧縮伝送システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る可逆圧縮処理部を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１に係るＤＰＣＭ処理を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る数値とゴロム・ライス符号の対応を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係る可逆復元処理部を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例２に係る映像圧縮伝送システムを示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例３に係る映像圧縮伝送システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための好ましい形態について、図面を参照しつつ以下に説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、本発明の実施例１について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施例１に係る映像圧縮伝送システムを示す。以下、各要素の動作、詳細について説明する。
【００１２】
エンコーダ１０は、画質劣化処理部１０１、可逆圧縮処理部１０３、画質計測処理部１０９、劣化続行判断処理部１０７を備え、映像信号１００を圧縮したストリーム１０４を生成する。
【００１３】
画質劣化処理部１０１は、映像信号１００の画質を劣化させ、劣化した映像信号１０２を出力する。映像信号１００の種類（カラー、モノクロ、可視光、赤外光）やデータ構造は問わない。本実施例では、一例として、映像信号１００は、３原色のカラー画像で、水平、垂直方向にそれぞれ数百から数千画素の２次元アレイ状に画素を配置し、各画素に対して赤、緑、青の成分が割り当てられ、各色成分を８ビットの深度で表現するようなデータ構造を有するものとする。画質劣化処理部１０１における具体的な画質の劣化方法の一例として、典型的にはガウシアンフィルタによるぼかし処理を行う。後述するように、この劣化処理は同じ映像信号に対して繰り返し複数回行われる。回数が増えるにつれて、後述する符号長が短くなる傾向がある劣化処理を選択することが望ましい。また、デコード側へ伝送する映像信号が求められる画質に応じて適宜対応するフィルタを用いればよい。たとえば、画像の先鋭感を保持しつつ圧縮することが求められたならば、エッジ保存型の適応的ぼかしフィルタを用いればよい。  画質計測処理部１０９は、劣化した映像信号１０２と映像信号１００から、映像信号１００を基準とした劣化した映像信号１０２の画質を計測する。例えば、画質の計測にはＰＳＮＲ（Ｐｅａｋ  Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を指標として用いればよい。ＰＳＮＲは、例えば数式１を用いて求めればよい。ＰＳＮＲ値を画質情報１０８として出力する。
（数１）
ＭＳＥ＝Σ（（Ｉｏ―Ｉｎ）×（Ｉｏ―Ｉｎ））／ＳＩＺＥ
ＰＳＮＲ＝２０×ｌｏｇ１０（ＭＡＸ／√ＭＳＥ）
但し、Ｉｏ：映像信号
Ｉｎ：劣化した映像信号
ＳＩＺＥ：画像中の画素数
ＭＡＸ：画素値の最大深度
Σの範囲：画像中の全画素
劣化続行判断処理部１０７は、画質情報１０８を入力信号とする。劣化続行判断処理部１０７は、画質情報１０８が、あらかじめ指定した画質閾値以下であれば劣化処理の中止を指示する劣化続行要否指示信号１１０を出力する。画質情報１０８が当該画質閾値以上であれば劣化処理の続行を指示する劣化続行要否指示信号１１０を出力する。つまり、あらかじめ既定した画質になるまで劣化処理を続行させることで、指示された画質を満たす画像１０２を生成することができる。このとき、画質劣化処理を繰り返すほど、符号長は短くなる傾向にあるため、画質が既定値以上で、符号長がより短いストリーム１０４を生成することになる。
【００１４】
画質劣化処理部１０１は、劣化続行要否指示信号１１０が劣化処理の続行を示す間は、同じ画像に対して何度か劣化処理を繰り返す。劣化続行要否指示信号１１０によって劣化処理の中止が指示された場合、画質劣化処理部１０１は繰り返し処理を止め、劣化処理した映像信号を可逆圧縮処理部１０３に出力する。可逆圧縮処理部１０３による処理に移行する。
【００１５】
可逆圧縮処理部１０３は、劣化した映像信号１０２に対して、可逆圧縮符号化を行い、ストリームデータ１０４として出力する。図２は可逆圧縮処理部１０３の内部構成を示す図である。
【００１６】
ＤＰＣＭ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉａｌ  Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）処理部１０３０は、映像信号１０２の差分値を計算して、差分データ１０３１を出力する。ゴロム・ライス符号化処理部１０３２は、差分データ１０３１に対して、ゴロム・ライス符号に基づく符号変換を行い、ストリーム１０４として出力する。
【００１７】
なお、本実施例では、可逆圧縮処理としてＤＰＣＭとゴロム・ライス符号を組み合わせているが、他の可逆圧縮処理を利用してもよい。入力画像や画質劣化処理の特性に合わせて、より高い圧縮率が期待できるような可逆圧縮処理を採用すればよい。
【００１８】
ＤＰＣＭ処理部１０３０は、隣接データ間の差分を計算して出力する。これは、画像や音声の一般的な特性として、隣接データ同士の相関が高く、比較的近い値である可能性が高いため、それらの差分値が小さくなることを期待したものである。図３はＤＰＣＭ処理の具体例を示したものである。映像信号１０２として、｛１２５，１２６，１２９，１３４，１３０，１３２，１１５，１１５｝という８ビット深度のデータが入力されたとき、差分データ１１０は｛−３，１，３，５，−４，２，−１７，０｝となる。なお、１番目のデータは、差分をとる対象がないため、ここでは定数１２８を差分の対象とした。
【００１９】
次に、ゴロム・ライス符号化処理部１０３２は、小さな値には短い符号を、大きな値には長い符号を割り当てる処理である。ＤＰＣＭ処理部１０３０の結果、差分データ１０３１は小さな値になるので、ゴロム・ライス符号化すると全体として符号長は短くなることが期待できる。
【００２０】
ゴロム・ライス符号化処理の具体的な手法について説明する。ゴロム・ライス符号化では、入力された数値ｎを、パラメータｋを使って符号化する。まず、数式２を用いてｐを計算し、ｐの数だけ符号０を追加し、その次に符号１を追加する。
（数２）
ｐ＝ＦＬＯＯＲ（（｜ｎ｜＋１）／ｋ）−１
但し、ＦＬＯＯＲ（）は小数点以下切り捨て
次に、数値ｎが正の場合は符号０を、負の場合は符号１を追加する。
【００２１】
さらに、数式３を用いてｑを計算し、符号として追加すると、符号化が完了する。
（数３）
ｑ＝（｜ｎ｜＋１）ｍｏｄ ｋ−１
なお、例外として数値が０の場合、符号は１である。
【００２２】
図４はゴロム・ライス符号化の例を表で示したものであり、パラメータｋは２である。この表より、例えば、数値−３に対応する符号は“００１１０”であることがわかる。
【００２３】
前述した差分データ１１０の例である｛−３，１，３，５，−４，２，−１７，０｝をゴロム・ライス符号化すると、｛００１１０，０１００，００１００，０００１００，００１１１，０１０１，００００００００１１０，０｝であり、その符号長は、それぞれ｛５，４，５，６，５，４，１２，１｝である。よって、総符号長は４２ビットとなる。入力映像信号のデータ長は、８ビット深度で８画素分だったので６４ビットであり、２２ビットの圧縮ができたことになる。
【００２４】
なお、ゴロム・ライス符号の符号長は、数式４を用いて容易に求めることができる。ここで、ｋはゴロム・ライス符号のパラメータ、ｎは符号化する数値である。
（数４）
ｉｆ  ｋ＝０，      １
ｏｔｈｅｒｓ，ＦＬＯＯＲ（（｜ｎ｜＋１）／ｋ）＋１＋ｋ
但し、ＦＬＯＯＲ（）は小数点以下切り捨て
以上説明したゴロム・ライス符号化により、ストリームデータ１０４が生成される。図１の例では、ストリームデータ１０４は、エンコーダ１０からデコーダ１１へ伝送される。
【００２５】
デコーダ１１は、可逆復元処理部１０５を備え、ストリーム１０４から映像信号１０６を復元する。
【００２６】
可逆復元処理部１０５は、入力されたストリーム１０４に対して、可逆圧縮された符号を復号して（可逆圧縮の逆処理を行って）、映像信号１０６を復元する処理である。ここでは、可逆圧縮処理部１０３の圧縮処理に対応するように、ゴロム・ライス復号処理を行ったあとに、逆ＤＰＣＭ処理を行う。
【００２７】
図５は可逆復元処理部１０５の内部構成を示す図である。まず、ゴロム・ライス復号化処理部１０５０は、ストリーム１０４をゴロム・ライス復号化し、差分データ１０５１として出力する。次に、逆ＤＰＣＭ処理部１０５２は、差分データの累積加算を計算することで、映像信号１０６を復元する。
【００２８】
ゴロム・ライス復号化処理部１０５０は、入力されたストリーム１０４をゴロム・ライス復号化する。ゴロム・ライス符号は、具体的には、次の手順に従って復号できる。なお、前提として、符号化したときのパラメータｋは既知であるとする。
【００２９】
まず、符号に１が来るまで０がいくつ連続するか数え、この数をｍとする。ｍが０の場合、復号された数値は０である。次の符号は数値の正負を示す。ここでは１ならばｆに−１を０ならば１を代入する。続いて、ｋ−１ビット分符号を読み込み、これをａとしたとき、数値ｎは数式５を用いて求められる。
（数５）
ｎ＝ｆ×（ｍ×ｋ＋ａ−１）
例えば、符号が００１１０の場合、最初に１が来るまで０が２つ続くため、ｍは２である。次の符号が１のため、数値は負であり、ｆに−１を代入する。最後に１（ｍ−１）ビット分読むと０であるので、ａは０である。これらの数値を数式５に代入するとｎは−３となり、復号された数値は−３であることがわかる。
【００３０】
以上説明したゴロム・ライス復号化処理により、差分データ１０５１が復元される。
【００３１】
逆ＤＰＣＭ処理部１０５２は、ゴロム・ライス復号処理によって復元された差分データ１０５１の累積加算を計算して、映像信号１０６を復元する。
【００３２】
例えば、差分データ１０５１が｛−３，１，３，５，−４，２，−１７，０｝であるときに、映像信号１０６を復元する例を示す。
【００３３】
まず、ＤＰＣＭ処理部１０３０で利用した定数１２８と差分データ−３を加算すると、１番目の画素値は１２５と求められる。次に、加算結果である１２５と差分データの１を加算して、２番目の画素値は１２６となる。このように差分値の加算を繰り返して画素値を求めていくと、映像信号１０６が復元できる。この例では、映像信号１０６として｛１２５，１２６，１２９，１３４，１３０，１３２，１１５，１１５｝が復元される。これはエンコーダ１０の可逆圧縮に入力される映像信号１０２とまったく同一であり、可逆圧縮処理部１０３と、可逆復元処理部１０５によって映像信号１０２の可逆圧縮・復元が行えたこととなる。
【００３４】
以上の構成により、入力画像を既定の画質を維持し、かつ符号長の短い画像に圧縮することが可能となる。  以上説明した本発明の実施例１によれば、より好適に画質とデータ量を調整した映像圧縮、及びこれに対応した映像復元が実現できる。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明の実施例２について説明する。
【００３６】
図６は、本発明の実施例２に係る映像圧縮伝送システムの処理ブロック図を示す。以下、各要素の動作、詳細について説明する。なお、エンコーダ１０の画質劣化処理部１０１、可逆圧縮処理部１０３、画質計測処理部１０９及びデコーダ１１、可逆復元処理部１０５の動作は、実施例１で説明したものと同様であるため、説明を省略する。 
エンコーダ１０は、実施例１で説明した、画質劣化処理部１０１、可逆圧縮処理部１０３、可逆復元処理部１０５、画質計測処理部１０９、劣化続行判断処理部１０７に加えて、例えば符号長計測処理部１１２を備える。エンコーダ１０には映像信号１００が入力され、圧縮されたストリーム１０４を生成する。
【００３７】
符号長計測処理部１１２は、可逆圧縮処理部１０３で計算される差分データ１０３１元に、劣化した入力画像１０２を可逆圧縮処理部１０３で圧縮したときの符号長を計算し、符号長１１１として出力する処理である。
【００３８】
具体的には、数４を利用して差分データ１０３１の総符号長を算出し、符号長１１１とする。
【００３９】
前述したように、ゴロム・ライス符号は実際に符号化する前に符号長を求めることができるため、可逆圧縮処理部１０３にゴロム・ライス符号を採用する場合は、符号長計測処理部１１２の入力は差分データ１０３１でよい。しかしながら、可逆圧縮処理部１０３に他の可逆圧縮方式を採用した場合は、実際に符号化しなければ符号長を測定できないこともある。その場合は、ストリームデータ１０４を符号長計測処理部１１２に入力し、符号化したデータのデータ長を計測し、符号長１１１を求めればよい。
【００４０】
劣化続行判断処理部１０７には、画質情報１０８および符号長１１１が入力される。劣化続行判断処理部１０７は、符号長１１１があらかじめ指定した符号長閾値以下になれば劣化処理の中止を指示する劣化続行要否指示信号１１０を出力する。符号長１１１が符号長閾値以上であれば劣化処理の続行を指示する劣化続行要否指示信号１１０を出力する。このとき、画質情報１０８が所定の画質閾値を下回った場合は、所定の画質閾値および符号長閾値では圧縮不可能と判断して、処理を止めるように構成しても良い。よって、所定の閾値以上の画質で所定の符号長より短い符号長の圧縮映像情報を含むストリームが、伝送先の機器へ出力されることとなる。
【００４１】
以上の構成により、所定の画質を満たした上で、符号長が所定の閾値以下のストリームを生成することが可能となる。
【００４２】
以上説明した本発明の実施例２によれば、所定の画質と所定の符号長を満たすストリームをより好適に生成することができる。これにより、より好適に画質とデータ量を調整した映像圧縮、及びこれに対応した映像復元が実現できる。
【実施例３】
【００４３】
次に、本発明の実施例３について説明する。
【００４４】
図７は、本発明の実施例３に係る映像圧縮伝送システムの処理ブロック図を示す。以下、各要素の動作、詳細について説明する。なお、エンコーダ１０の画質劣化処理部１０１、画質計測処理部１０９、及び劣化続行判断処理部１０７の動作は、実施例１で説明したものと同一であるため省略する。デコーダ１１は、実施例１で説明した可逆復元処理部１０５に加え、画質復元処理部１１５を備え、圧縮されたストリーム１０４を入力し映像信号１１６を出力する。
【００４５】
エンコーダ１０の画質劣化処理部１０１では、実施例１で説明した劣化処理を行う他に、劣化処理の繰り返し回数を、画質劣化処理情報１１３として出力する。また、画質劣化処理情報１１３には、その他、画質劣化処理に用いたフィルタ特性など、画質劣化処理部１０１で行った画質劣化処理を識別する情報等を格納してもよい。可逆圧縮処理部１０３では、実施例１で説明した圧縮処理を行う他に、画質劣化処理情報１１３をストリーム１０４に含める。例えば、劣化情報をヘッダ部に含め、符号化して圧縮した映像信号をデータ部に含めたストリームとする。
【００４６】
可逆復元処理部１０５は、実施例１で説明した復元処理を行う他に、画質劣化処理情報をストリーム１０４から抽出し、画質劣化処理情報１１４として出力する。
【００４７】
画質復元処理部１１５は、画質劣化処理情報１１４をもとに劣化した映像信号１０６の復元処理を行う。
【００４８】
まず、画質劣化処理情報１１４から、画質の劣化がどのような周波数分布のフィルタによって行われたかを識別する。エンコーダ１０の画質劣化処理部１０１でガウシアンフィルタを複数回繰り返している場合、画質劣化処理情報１１４には、ガウシアンフィルタを繰り返した回数、または、その他ガウシアンフィルタを複数回繰り返したフィルタ特性を示す識別情報が格納されて伝送される。よって、画質劣化処理情報１１４に基づいて、エンコーダ１０の画質劣化処理部１０１で行われた劣化処理のフィルタ特性が識別できる。識別したフィルタ特性の逆数と、映像信号１０６をフーリエ変換したものを乗算し、さらに逆フーリエ変換すると、復元された映像信号１１６が得られる。すなわち、画質復元処理部１１５は、画質劣化処理情報１１４によって、エンコーダ１０の画質劣化処理部１０１でおこなった画質劣化処理を識別し、これに対応する画質復元処理を行う。この復元された映像信号は、劣化した映像信号１０６よりも、エンコーダ１０の入力画像１００に似た高画質な映像信号となる。
【００４９】
以上説明した本発明の実施例３によればより好適に画質とデータ量を調整した映像圧縮、及びこれに対応した映像復元が実現でき、さらに原画像の画質により近い復元画像をより好適に得ることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  エンコーダ
１１  デコーダ
１０１  画質劣化処理部
１０３  可逆圧縮処理部
１０５  可逆復元処理部
１０７  劣化続行判断処理部
１０９  画質計測処理部
１１２  符号長計測処理部
１１５  画質復元処理部
１０１０  ＤＰＣＭ処理部
１０３２  ゴロム・ライス符号化処理部
１０５０  ゴロム・ライス復号化処理部
１０５２  逆ＤＰＣＭ処理部
【図１】
2013115528.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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