(57)【要約】【課題】圧縮伸張後の画像において、階調が階段状に変化したり、擬似乱数によるノイズの偏りによって模様が発生したりするのを防止し、高画質な画像を得ることができる画像処理装置を提供する。【解決手段】画像処理装置では、第１の乱数シード生成回路が、ラインの番号に対応する第１の乱数シードを生成する。画像圧縮回路が、第１の画像データと、第１の乱数シードと量子化係数とに基づいて生成した第１の擬似乱数との加算データを量子化することにより圧縮データを生成する。第２の乱数シード生成回路が、ラインの番号に対応し、かつ、第１の乱数シードと等しい第２の乱数シードを生成する。画像伸張回路が、画像メモリから読み出された圧縮データを量子化係数で逆量子化することにより伸張データを生成し、伸張データから、第２の乱数シードと量子化係数とに基づいて生成した第１の擬似乱数と等しい第２の擬似乱数を減算することにより第２の画像データを生成する。【選択図】図１
2017184092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の画像データに対応する画像のラインまたはブロック毎に、第１の画像同期信号に基づいて、前記ラインまたはブロックの番号に対応する第１の乱数シードを生成する第１の乱数シード生成回路と、
前記ラインまたはブロックに対応する画素毎に、前記第１の乱数シードに基づいて第１の擬似乱数を生成し、前記第１の画像データと前記第１の擬似乱数との加算データを量子化して符号化することにより圧縮データを生成する画像圧縮回路と、
前記圧縮データを格納する画像メモリと、
第２の画像同期信号を生成する同期信号生成回路と、
前記ラインまたはブロック毎に、前記第２の画像同期信号に基づいて、前記ラインまたはブロックの番号に対応し、かつ、前記第１の乱数シードと等しい第２の乱数シードを生成する第２の乱数シード生成回路と、
前記ラインまたはブロックに対応する画素毎に、前記画像メモリから読み出された圧縮データを復号化して逆量子化することにより伸張データを生成し、前記第２の乱数シードに基づいて前記第１の擬似乱数と等しい第２の擬似乱数を生成し、前記伸張データから前記第２の擬似乱数を減算することにより第２の画像データを生成する画像伸張回路とを備える画像処理装置。
【請求項２】
前記第１の乱数シード生成回路は、
前記ラインまたはブロック毎に、送信側回路から受信した前記第１の画像同期信号に基づいて、前記送信側回路から受信した前記第１の画像データに対応する画像のラインまたはブロックの番号を生成する第１の番号生成回路と、
前記ラインまたはブロック毎に、前記第１の番号生成回路によって生成されたラインまたはブロックの番号を、第１の変換式に基づいて変換することにより前記第１の乱数シードを生成する第１の番号変換回路とを備え、
前記第２の乱数シード生成回路は、
前記ラインまたはブロック毎に、前記第２の画像同期信号に基づいて、前記画像メモリから読み出された圧縮データに対応する画像のラインまたはブロックの番号を生成する第２の番号生成回路と、
前記ラインまたはブロック毎に、前記第２の番号生成回路によって生成されたラインまたはブロックの番号を、前記第１の変換式と等しい第２の変換式に基づいて変換することにより前記第２の乱数シードを生成する第２の番号変換回路とを備える請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記第１の番号変換回路は、前記第１の番号生成回路によって生成されたラインまたはブロックの番号を、フレーム毎に異なる前記第１の変換式に基づいて変換し、
前記第２の番号変換回路は、前記第２の番号生成回路によって生成されたラインまたはブロックの番号を、前記フレーム毎に前記第１の変換式と等しい第２の変換式に基づいて変換する請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記第１の乱数シード生成回路は、前記送信側回路から受信した開始ラインまたは開始ブロックの情報に対応する開始ラインまたは開始ブロックから前記第１の乱数シードを生成し、
前記画像圧縮回路は、前記開始ラインまたは前記開始ブロックから前記圧縮データを生成し、
前記画像メモリは、前記開始ラインまたは前記開始ブロックから前記圧縮データを格納する請求項２または３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記画像圧縮回路は、前記第１の画像データを符号化することにより前記圧縮データを生成する符号化回路を備え、
前記符号化回路は、前記ラインまたはブロックに対応する画素毎に、前記第１の乱数シードおよび量子化係数に基づいて前記第１の擬似乱数を生成する第１の擬似乱数生成回路と、
前記画素毎に、前記第１の画像データと前記第１の擬似乱数とを加算することにより前記加算データを生成する第１の加算器と、
前記画素毎に、前記量子化係数を用いて、前記加算データを量子化することにより第１の量子化データを生成する量子化回路と、
前記画素毎に、前記第１の量子化データをエントロピー符号化することにより前記圧縮データを生成するエントロピー符号化回路とを備え、
前記画像伸張回路は、前記画像メモリから読み出された圧縮データを復号化することにより前記伸張データを生成する復号化回路を備え、
前記復号化回路は、前記画素毎に、前記画像メモリから読み出された圧縮データをエントロピー復号化することにより第２の量子化データを生成するエントロピー復号化回路と、
前記画素毎に、前記量子化係数を用いて、前記第２の量子化データを逆量子化することにより前記伸張データを生成する逆量子化回路と、
前記画素毎に、前記第２の乱数シードおよび前記量子化係数に基づいて前記第２の擬似乱数を生成する第２の擬似乱数生成回路と、
前記画素毎に、前記伸張データから前記第２の擬似乱数を減算することにより前記第２の画像データを生成する第１の減算器とを備える請求項２ないし４のいずれか一項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記符号化回路は、さらに、前記画素毎に、前記量子化回路によって生成された第１の量子化データから、現在の画像よりも前の画像に対応する前記第１の量子化データを減算することにより第１の差分データを生成する第１の予測回路を備え、
前記エントロピー符号化回路は、前記第１の差分データをエントロピー符号化することにより前記圧縮データを生成し、
前記エントロピー復号化回路は、前記画像メモリから読み出された圧縮データをエントロピー復号化することにより第２の差分データを生成し、
前記復号化回路は、さらに、前記画素毎に、前記エントロピー復号化回路によって生成された第２の差分データと、現在の画像よりも前の画像に対応する第２の量子化データとを加算することにより前記第２の量子化データを生成する第２の予測回路を備える請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記第１の画像データは、RGB色空間の画像データであり、
前記画像圧縮回路は、さらに、前記RGB色空間の第１の画像データを、YUV色空間の第３の画像データとして、第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに変換する色空間変換回路と、
前記量子化係数として、前記第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対応するY量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数を生成する、量子化係数生成回路とを備え、
前記符号化回路は、前記圧縮データとして、前記第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対応するY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データを生成する第１、第２および第３の符号化回路を備え、
前記画像メモリは、前記符号化回路によって生成されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データと、前記量子化係数生成回路によって生成されたY量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数とを格納し、
前記復号化回路は、前記第２の画像データとして、前記画像メモリから読み出されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データに対応する第２のY画像データ、第２のU画像データおよび第２のV画像データを生成する第１、第２および第３の復号化回路を備え、
前記画像伸張回路は、さらに、前記復号化回路によって生成されたYUV色空間の第２の画像データを、RGB色空間の第４の画像データに変換する逆色空間変換回路を備える請求項５または６に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記第１の乱数シード生成回路は、前記第１の乱数シードとして、前記第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対応する第１のY乱数シード、第１のU乱数シードおよび第１のV乱数シードを生成し、
前記量子化係数生成回路は、前記量子化係数として、前記第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対応するY量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数を生成し、
前記第１、第２および第３の符号化回路は、それぞれ、前記第１のY乱数シード、第１のU乱数シードおよび第１のV乱数シードと、前記Y量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数とに基づいて、前記第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データを符号化することにより前記Y圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データを生成し、
前記第２の乱数シード生成回路は、前記第２の乱数シードとして、前記画像メモリから読み出されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データに対応する第２のY乱数シード、第２のU乱数シードおよび第２のV乱数シードを生成し、
前記第１、第２および第３の復号化回路は、それぞれ、第２のY乱数シード、第２のU乱数シードおよび第２のV乱数シードと、前記Y量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数に基づいて、前記画像メモリから読み出されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データを復号化することにより、前記第２の画像データとして、第２のY画像データ、第２のU画像データおよび第２のV画像データを生成する請求項７に記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乱数ディザリングによる量子化により画像データを圧縮して画像メモリに格納し、逆量子化により画像メモリに格納した画像データを伸張する画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タブレットPC（Personal Computer：パーソナルコンピュータ）およびノートPC等のように、液晶表示装置を搭載したデバイス内で用いられる画像通信規格として、エンベデットディスプレイポート（Embedded DisplayPort）の規格がある。
【０００３】
エンベデットディスプレイポートの規格には、デバイスの消費電力を削減する技術として、PSR（Panel Self Refresh：パネルセルフリフレッシュ）と呼ばれる機能が含まれる。PSRの機能によって画像を表示する場合、通常動作の場合の動画像の表示から、PSRの機能によって静止画像の表示に切り替えられた後に送信側回路が画像データの送信を停止し、液晶表示装置の画像処理装置に含まれる受信側回路が、通常動作の場合に画像メモリに格納した画像データに対応する画像を表示する。
【０００４】
図９は、液晶表示装置の画像処理装置の構成を表す一例のブロック図である。図９に示す画像処理装置９０は、受信回路９２と、画像圧縮回路９４と、画像伸張回路９６と、出力画像選択回路９８と、表示制御回路１００とを備えている。
【０００５】
通常動作の場合、送信側回路１０２から送信される画像データが受信回路９２によって受信され、出力画像選択回路９８から出力される。そして、表示制御回路１００の制御により、出力画像選択回路９８から出力される画像データに対応する画像が画像表示装置１０４に表示される。
【０００６】
一方、PSRの機能によって画像を表示する場合、通常動作の場合に受信回路９２によって受信された画像データが画像圧縮回路９４によって圧縮され、画像メモリ１０６に格納される。画像の表示タイミングに応じて画像メモリ１０６から読み出された画像データは画像伸張回路９６によって伸張され、出力画像選択回路９８から出力される。そして、表示制御回路１００の制御により、出力画像選択回路９８から出力される画像データに対応する画像が画像表示装置１０４に表示される。
【０００７】
上記のように、PSRの機能によって画像を表示する場合に、画像メモリ１０６に格納する画像データに対して圧縮処理を適用することにより、画像メモリ１０６の容量およびバンド幅を低減することができる。一方、動画像の表示から静止画像の表示に切り替えられる際に、表示される画像は非圧縮画像から圧縮画像に切り替えられるため、圧縮処理によって知覚されうる画質の劣化が生じることは好ましくない。
【０００８】
また、エンベデットディスプレイポートの規格には、送信側回路が画像全体のうちの更新する矩形領域のみの画像データを送信し直して選択アップデート（Selective Update）を行う、PSR2（Panel Self Refresh 2：パネルセルフリフレッシュ２）と呼ばれる機能がある。PSR2の機能に対応するためには、圧縮伸張処理として、画像の一部のみ、例えば、ライン単位ないしブロック単位で独立して画像データを符号化および復号化することが要求される。
【０００９】
また、画像圧縮では、一般に、画像データ間の相関を減らし、圧縮効率を改善する目的で、RGB色空間からYUV色空間等への変換が行われる。
【００１０】
図１０Ａは、図９に示す画像圧縮回路の構成を表す一例のブロック図である。図１０Ａに示す画像圧縮回路９４は、色空間変換回路１０８と、符号化回路として、第１、第２および第３の符号化回路１１０，１１２，１１４とを備えている。
【００１１】
画像圧縮回路では、色空間変換回路１０８により、RGB色空間の画像データが、YUV色空間の画像データとして、Y画像データ、U画像データおよびV画像データに変換される。そして、第１、第２および第３の符号化回路により、それぞれ、Y画像データ、U画像データおよびV画像データが符号化され、圧縮データとして、それぞれ、Y画像データ、U画像データおよびV画像データに対応するY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データが生成される。
【００１２】
図１０Ｂは、図９に示す画像伸張回路の構成を表す一例のブロック図である。図１０Ｂに示す画像伸張回路９６は、復号化回路として、第１、第２および第３の復号化回路１４０，１４２，１４４と、逆色空間変換回路１４６とを備えている。
【００１３】
画像伸張回路９６では、第１、第２および第３の復号化回路１４０，１４２，１４４により、それぞれ、Y圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データが復号化され、伸張データとして、それぞれ、Y圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データに対応するY画像データ、U画像データおよびV画像データが生成される。そして、逆色空間変換回路１４６により、Y画像データ、U画像データおよびV画像データが逆変換されて、YUV色空間の画像データが、RGB色空間の画像データとして生成される。
【００１４】
図１１は、図１０Ａに示す符号化回路の構成を表す一例のブロック図である。図１１に示す符号化回路１１６は、量子化回路１１８と、第１の予測回路１２０と、エントロピー符号化回路１２２とを備えている。
【００１５】
符号化回路１１６では、量子化回路１１８により、量子化係数に基づいて、画像データを量子化することにより量子化データが生成される。続いて、第１の予測回路１２０により、量子化回路１１８によって生成された量子化データから、データ保持回路に保持された現在の画像よりも時間的に前の画像に対応する量子化データを減算することにより差分データが生成される。そして、エントロピー符号化回路１２２により、差分データをエントロピー符号化することにより圧縮データが生成される。
【００１６】
図１２は、図１０Ｂに示す復号化回路の構成を表す一例のブロック図である。図１２に示す復号化回路１２４は、エントロピー復号化回路１２６と、第２の予測回路１２８と、逆量子化回路１３０とを備えている。
【００１７】
復号化回路１２４では、エントロピー復号化回路１２６により、圧縮データをエントロピー復号化することにより差分データが生成される。続いて、第２の予測回路１２８により、エントロピー復号化回路１２６によって生成された差分データと、データ保持回路に保持された現在の画像よりも時間的に前の画像に対応する量子化データとを加算することにより量子化データが生成される。そして、逆量子化回路１３０により、量子化データを逆量子化することにより伸張データが生成される。
【００１８】
量子化および逆量子化の演算式は、例えば、式（１）および式（２）に示す通りである。量子化は、例えば、画像データを丸めて、その下位ビット成分を切り捨てる単純なものとする。
【００１９】
量子化：Quant = Floor ((In + Q/2) / Q)  …  式（１）
逆量子化：DeQuant = Quant * Q  …  式（２）
ここで、Inは入力データ、Qは量子化係数の値である。
【００２０】
しかし、前述した画像データの下位ビット成分を切り捨てる量子化では、量子化係数の値Qが大きくなると、図１３に示すように、圧縮処理前の画像の階調は滑らかに変化しているが、図１４に示すように、圧縮伸張後の画像の階調は階段状に変化しており、画質の劣化が明らかである。この理由は、量子化および逆量子化後の値が入力値によって一意に決まることにより、圧縮伸張後の画像では、圧縮処理前の画像の滑らかな階調がつぶれるためである。
【００２１】
これに対し、量子化誤差による視覚的な画像の劣化を抑える、ディザリングと呼ばれる技術がある。ディザリングとは、量子化を行う際に、画像データの下位ビット成分を切り捨てて単純に丸めるのではなく、例えば、画像データにおいて、視覚的な誤差が小さくなるように、下位ビット成分の切り捨てまたは切り上げを制御することである。ディザリングの一つに乱数ディザリングがある。
【００２２】
図１５は、乱数ディザリング回路の構成を表す一例のブロック図である。図１５に示す乱数ディザリング回路１３２は、擬似乱数生成回路１３４と、加算器１３６と、量子化回路１３８とを備えている。
【００２３】
乱数ディザリング回路１３２では、擬似乱数生成回路１３４により、量子化係数の値Qに基づいて、０〜量子化係数の値Q-1の範囲の擬似乱数が生成される。続いて、加算器１３６により、画像データと、擬似乱数とを加算することにより加算データが生成される。そして、量子化回路１３８により、量子化係数に基づいて、加算データを量子化することにより量子化データが生成される。
【００２４】
量子化および逆量子化の演算式は、例えば、式（３）および式（４）に示す通りである。乱数ディザリング回路１３２では、画像データの丸め処理の代わりに擬似乱数の加算が行われる。
【００２５】
量子化：Quant = Floor ((In + Rand(Q)) / Q)  …  式（３）
逆量子化：DeQuant = Quant * Q  …  式（４）
ここで、Rand(Q)は、擬似乱数生成回路１３４により、量子化係数の値Qに基づいて生成される擬似乱数である。
【００２６】
式（１）および式（２）に示すように、画像データの下位ビット成分を切り捨てる単純な量子化では、図１６Ａに示すように、入力データの値Inに対して出力データの値Outが一意に決まる。図１６Ａおよび図１６Ｂにおいて、量子化係数の値Q=4である。
【００２７】
一方、式（３）および式（４）に示すように、乱数ディザリングによる量子化の場合、出力データの値Outは入力データの値Inの近傍の値に確率的に決まり、空間的または時間的に見ると、平均値は保存される。図１６Ｂに示すように、例えば、入力データの値Inが３のとき、出力データの値Outが０に量子化される確率が２５％、４に量子化される確率が７５％となるようにすると、出力データの値Outの平均値は３となる。この「平均的には可逆となる」性質により画像の見た目の劣化を減らすことができる。
【００２８】
図１７は、従来の乱数ディザリングによる量子化によって圧縮伸張後に得られた画像である。図１７に示す画像は、図１３に示す画像に対して従来の乱数ディザリングを適用したものであり、図１４に示す画像と比べて、階段状の段差が大きく改善されていることが分かる。
【００２９】
しかしながら、乱数ディザリングによって量子化して得られた画像には、擬似乱数によるノイズが模様のように見えるという問題がある。これは、例えば、図１６Ｂに示すように、入力値が０のときは必ず０に量子化され、入力値が１のときは２５％：７５％の確率でディザリングされ、入力値が２のときは５０％：５０％の確率でディザリングされるというように、入力値の階調によってディザリングのされ方が異なるためである。そのため、量子化誤差に偏りが生じ、模様のように見える。
【００３０】
また、本発明に関連性のある先行技術文献として、特許文献１〜５がある。
例えば、特許文献１には、乱数を用いてディザリングを行うことにより、擬似輪郭および階調の段差が波打ちとして視認される波打ち現象を解消することが記載されている。
また、特許文献２には、複数のライン間において量子化の方式を切換えることにより、垂直方向のディザリングの効果を得ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】特開２０１３−１９５７８４号公報
【特許文献２】特開２００３−４４８４７号公報
【特許文献３】特開昭６１−１６１８７１号公報
【特許文献４】特開平５−２１９３８４号公報
【特許文献５】特開２００６−５０２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
本発明の目的は、圧縮伸張後の画像において、階調が階段状に変化したり、擬似乱数によるノイズの偏りによって模様が発生したりするのを防止し、高画質な画像を得ることができる画像処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上記目的を達成するために、本発明は、第１の画像データに対応する画像のラインまたはブロック毎に、第１の画像同期信号に基づいて、前記ラインまたはブロックの番号に対応する第１の乱数シードを生成する第１の乱数シード生成回路と、
前記ラインまたはブロックに対応する画素毎に、前記第１の乱数シードに基づいて第１の擬似乱数を生成し、前記第１の画像データと前記第１の擬似乱数との加算データを量子化して符号化することにより圧縮データを生成する画像圧縮回路と、
前記圧縮データを格納する画像メモリと、
第２の画像同期信号を生成する同期信号生成回路と、
前記ラインまたはブロック毎に、前記第２の画像同期信号に基づいて、前記ラインまたはブロックの番号に対応し、かつ、前記第１の乱数シードと等しい第２の乱数シードを生成する第２の乱数シード生成回路と、
前記ラインまたはブロックに対応する画素毎に、前記画像メモリから読み出された圧縮データを復号化して逆量子化することにより伸張データを生成し、前記第２の乱数シードに基づいて前記第１の擬似乱数と等しい第２の擬似乱数を生成し、前記伸張データから前記第２の擬似乱数を減算することにより第２の画像データを生成する画像伸張回路とを備える画像処理装置を提供する。
【００３４】
また、前記第１の乱数シード生成回路は、
前記ラインまたはブロック毎に、送信側回路から受信した前記第１の画像同期信号に基づいて、前記送信側回路から受信した前記第１の画像データに対応する画像のラインまたはブロックの番号を生成する第１の番号生成回路と、
前記ラインまたはブロック毎に、前記第１の番号生成回路によって生成されたラインまたはブロックの番号を、第１の変換式に基づいて変換することにより前記第１の乱数シードを生成する第１の番号変換回路とを備え、
前記第２の乱数シード生成回路は、
前記ラインまたはブロック毎に、前記第２の画像同期信号に基づいて、前記画像メモリから読み出された圧縮データに対応する画像のラインまたはブロックの番号を生成する第２の番号生成回路と、
前記ラインまたはブロック毎に、前記第２の番号生成回路によって生成されたラインまたはブロックの番号を、前記第１の変換式と等しい第２の変換式に基づいて変換することにより前記第２の乱数シードを生成する第２の番号変換回路とを備えることが好ましい。
【００３５】
また、前記第１の番号変換回路は、前記第１の番号生成回路によって生成されたラインまたはブロックの番号を、フレーム毎に異なる前記第１の変換式に基づいて変換し、
前記第２の番号変換回路は、前記第２の番号生成回路によって生成されたラインまたはブロックの番号を、前記フレーム毎に前記第１の変換式と等しい第２の変換式に基づいて変換することが好ましい。
【００３６】
また、前記第１の乱数シード生成回路は、前記送信側回路から受信した開始ラインまたは開始ブロックの情報に対応する開始ラインまたは開始ブロックから前記第１の乱数シードを生成し、
前記画像圧縮回路は、前記開始ラインまたは前記開始ブロックから前記圧縮データを生成し、
前記画像メモリは、前記開始ラインまたは前記開始ブロックから前記圧縮データを格納することが好ましい。
【００３７】
また、前記画像圧縮回路は、前記第１の画像データを符号化することにより前記圧縮データを生成する符号化回路を備え、
前記符号化回路は、前記ラインまたはブロックに対応する画素毎に、前記第１の乱数シードおよび量子化係数に基づいて前記第１の擬似乱数を生成する第１の擬似乱数生成回路と、
前記画素毎に、前記第１の画像データと前記第１の擬似乱数とを加算することにより前記加算データを生成する第１の加算器と、
前記画素毎に、前記量子化係数を用いて、前記加算データを量子化することにより第１の量子化データを生成する量子化回路と、
前記画素毎に、前記第１の量子化データをエントロピー符号化することにより前記圧縮データを生成するエントロピー符号化回路とを備え、
前記画像伸張回路は、前記画像メモリから読み出された圧縮データを復号化することにより前記伸張データを生成する復号化回路を備え、
前記復号化回路は、前記画素毎に、前記画像メモリから読み出された圧縮データをエントロピー復号化することにより第２の量子化データを生成するエントロピー復号化回路と、
前記画素毎に、前記量子化係数を用いて、前記第２の量子化データを逆量子化することにより前記伸張データを生成する逆量子化回路と、
前記画素毎に、前記第２の乱数シードおよび前記量子化係数に基づいて前記第２の擬似乱数を生成する第２の擬似乱数生成回路と、
前記画素毎に、前記伸張データから前記第２の擬似乱数を減算することにより前記第２の画像データを生成する第１の減算器とを備えることが好ましい。
【００３８】
前記符号化回路は、さらに、前記画素毎に、前記量子化回路によって生成された第１の量子化データから、現在の画像よりも前の画像に対応する前記第１の量子化データを減算することにより第１の差分データを生成する第１の予測回路を備え、
前記エントロピー符号化回路は、前記第１の差分データをエントロピー符号化することにより前記圧縮データを生成し、
前記エントロピー復号化回路は、前記画像メモリから読み出された圧縮データをエントロピー復号化することにより第２の差分データを生成し、
前記復号化回路は、さらに、前記画素毎に、前記エントロピー復号化回路によって生成された第２の差分データと、現在の画像よりも前の画像に対応する第２の量子化データとを加算することにより前記第２の量子化データを生成する第２の予測回路を備えることが好ましい。
【００３９】
また、前記第１の画像データは、RGB色空間の画像データであり、
前記画像圧縮回路は、さらに、前記RGB色空間の第１の画像データを、YUV色空間の第３の画像データとして、第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに変換する色空間変換回路と、
前記量子化係数として、前記第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対応するY量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数を生成する、量子化係数生成回路とを備え、
前記符号化回路は、前記圧縮データとして、前記第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対応するY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データを生成する第１、第２および第３の符号化回路を備え、
前記画像メモリは、前記符号化回路によって生成されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データと、前記量子化係数生成回路によって生成されたY量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数とを格納し、
前記復号化回路は、前記第２の画像データとして、前記画像メモリから読み出されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データに対応する第２のY画像データ、第２のU画像データおよび第２のV画像データを生成する第１、第２および第３の復号化回路を備え、
前記画像伸張回路は、さらに、前記復号化回路によって生成されたYUV色空間の第２の画像データを、RGB色空間の第４の画像データに変換する逆色空間変換回路を備えることが好ましい。
【００４０】
また、前記第１の乱数シード生成回路は、前記第１の乱数シードとして、前記第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対応する第１のY乱数シード、第１のU乱数シードおよび第１のV乱数シードを生成し、
前記量子化係数生成回路は、前記量子化係数として、前記第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対応するY量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数を生成し、
前記第１、第２および第３の符号化回路は、それぞれ、前記第１のY乱数シード、第１のU乱数シードおよび第１のV乱数シードと、前記Y量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数とに基づいて、前記第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データを符号化することにより前記Y圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データを生成し、
前記第２の乱数シード生成回路は、前記第２の乱数シードとして、前記画像メモリから読み出されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データに対応する第２のY乱数シード、第２のU乱数シードおよび第２のV乱数シードを生成し、
前記第１、第２および第３の復号化回路は、それぞれ、第２のY乱数シード、第２のU乱数シードおよび第２のV乱数シードと、前記Y量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数に基づいて、前記画像メモリから読み出されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データを復号化することにより、前記第２の画像データとして、第２のY画像データ、第２のU画像データおよび第２のV画像データを生成することが好ましい。
【発明の効果】
【００４１】
本発明では、第１および第２の乱数シード生成回路が、画像圧縮回路および画像伸張回路に対してライン毎に、等しい乱数シードを生成し、画像圧縮回路及び画像伸張回路が、乱数シードに基づいて画素毎に擬似乱数を生成する。そして、画像圧縮回路では、画像データと擬似乱数との加算データを量子化係数で量子化することにより圧縮データを生成し、画像伸張回路では、量子化係数で逆量子化後の伸張データから擬似乱数を減算する。これにより、本発明によれば、圧縮伸張後の画像において、階調が階段状に変化したり、擬似乱数によるノイズの偏りによって模様が発生したりするのを防止することができ、従来よりも視覚的に良好な表示品質を得ることができる。
【００４２】
また、本発明では、画像同期信号に基づいて、画像の各々のラインまたはブロックの番号に対応する乱数シードを生成する。これにより、本発明によれば、画像圧縮回路１６と画像伸張回路２４との間で乱数シードを共有するために、例えば、圧縮データに乱数シードを埋め込む必要がないため、圧縮データのデータ量を増やすことなく、画像圧縮回路と画像伸張回路との間で乱数シードを共有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の画像処理装置の構成を表す一実施形態のブロック図である。
【図２】図１に示す量子化係数生成回路の周辺の構成を表す一例のブロック図である。
【図３】図１に示す第１の乱数シード生成回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。
【図４】図１に示す第１の符号化回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。
【図５】線形帰還シフトレジスタの構成を表す一例の回路図である。
【図６】図１に示す第２の乱数シード生成回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。
【図７】図１に示す第１の復号化回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。
【図８】本発明の乱数ディザリングによる圧縮伸張後に得られた画像を表す一例である。
【図９】液晶表示装置の画像処理装置の構成を表す一例のブロック図である。
【図１０Ａ】図９に示す画像圧縮回路の構成を表す一例のブロック図である。
【図１０Ｂ】図９に示す画像伸張回路の構成を表す一例のブロック図である。
【図１１】図１０Ａに示す符号化回路の構成を表す一例のブロック図である。
【図１２】図１０Ｂに示す復号化回路の構成を表す一例のブロック図である。
【図１３】階調が滑らかに変化する、圧縮処理前の画像を表す一例である。
【図１４】図１３に示す画像に対して、画像データの下位ビット成分を切り捨てる従来の量子化によって得られた圧縮伸張後の画像を表す一例である。
【図１５】乱数ディザリング回路の構成を表す一例のブロック図である。
【図１６Ａ】従来の画像データの下位ビット成分を切り捨てる量子化によって得られた画像データの値を表す一例の概念図である。
【図１６Ｂ】従来の乱数ディザリングによる量子化によって得られた画像データの値を表す一例の概念図である。
【図１７】従来の乱数ディザリングによる量子化によって圧縮伸張後に得られた一例の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の画像処理装置を詳細に説明する。
【００４５】
図１は、本発明の画像処理装置の構成を表す一実施形態のブロック図である。図１に示す画像処理装置１０は、エンベデットディスプレイポートの規格に準拠して、画像出力装置の送信側回路から伝送路を介して送信される画像データを圧縮伸張処理する受信側回路であり、受信回路１２と、第１の乱数シード生成回路１４と、画像圧縮回路１６と、画像メモリ１８と、同期信号生成回路２０と、第２の乱数シード生成回路２２と、画像伸張回路２４と、出力画像選択回路２６とを備えている。
【００４６】
エンベデットディスプレイポートは、GPU（Graphics Processing Unit：グラフィックスプロセッシングユニット）等で生成された、画像出力装置の出力を画像表示装置に接続するためのインタフェイス規格の１つであり、映像信号のインタフェイス規格に関する標準化団体VESA（Video Electronics Standards Association）によって策定されたものである。ディスプレイポートでは、最大４レーンのメインリンク、および、補助チャンネルからなる伝送路によって、送信側回路と受信側回路との間が接続され、画像データ等がパケット化されたシリアルデータが送受信される。
【００４７】
受信回路１２は、送信側回路から送信される第１の画像データ、第１の画像同期信号、PSR2開始ライン情報等を受信する。
【００４８】
第１の画像同期信号は、第１の画像データに対応する画像を画像表示装置に表示する場合に、画像の水平方向および垂直方向の表示タイミング等を決定する信号である。
PSR2の機能によって画像を表示する場合、更新する矩形領域の位置を表す情報が送信側回路から受信側回路に送信される。PSR2開始ライン情報は、更新する矩形領域の位置を表す情報のうち、更新する矩形領域の開始ラインの番号を表す情報である。
【００４９】
続いて、第１の乱数シード生成回路１４は、受信回路１２によって受信された第１の画像データに対応する画像のライン毎に、同じく受信回路１２によって受信された第１の画像同期信号に基づいて、ラインの番号に対応する第１の乱数シードを生成する。
【００５０】
本実施形態の場合、第１の乱数シード生成回路１４は、第１の乱数シードとして、後述する色空間変換回路２８によって変換されたYUV色空間の第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対応する第１のY乱数シード、第１のU乱数シードおよび第１のV乱数シードを生成する。
【００５１】
続いて、画像圧縮回路１６は、ラインに対応する画素毎に、第１の乱数シード生成回路１４によって生成された第１の乱数シードと、量子化係数生成回路によって生成された量子化係数とに基づいて第１の擬似乱数を生成し、第３の画像データと第１の擬似乱数との加算データを量子化係数で量子化して符号化することにより圧縮データを生成する。画像圧縮回路１６は、色空間変換回路２８と、量子化係数生成回路２９と、符号化回路３０とを備えている。
【００５２】
色空間変換回路２８は、RGB色空間の第１の画像データを、YUV色空間の第３の画像データに変換する。
【００５３】
本実施形態の場合、色空間変換回路２８は、YUV色空間の第３の画像データとして、RGB色空間の第１の画像データを、第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに変換する。
【００５４】
量子化係数生成回路２９は、RGB色空間の第１の画像データから、圧縮率を演算し、ラインまたは画素毎にYUVの量子化係数を生成する。
【００５５】
本実施形態の場合、量子化係数生成回路２９は、図２に示すように、YUVの量子化係数として、RGB色空間の第１の画像データから、色空間変換回路２８によって変換された第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対応するY量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数を生成する。
【００５６】
量子化係数生成回路２９によって生成されたY量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数は、それぞれ、符号化回路３０の第１、第２および第３の符号化回路３２，３４，３６に入力される。また、第１、第２および第３の符号化回路３２，３４，３６に入力されたY量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数は、それぞれ、第１、第２および第３の符号化回路３２，３４，３６から出力される。
【００５７】
なお、図２では、第１、第２および第３の符号化回路３２，３４，３６に対する入出力信号のうち、Y量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数のみを図示し、それ以外の信号の図示を省略している。
【００５８】
続いて、符号化回路３０は、第１の乱数シードと量子化係数とに基づいて、色空間変換回路２８によって変換されたYUV色空間の第３の画像データを符号化することにより圧縮データを生成する。符号化回路３０は、第１、第２および第３の符号化回路３２，３４，３６を備えている。
【００５９】
第１、第２および第３の符号化回路３２，３４，３６は、それぞれ、第１の乱数シード生成回路１４によって生成された第１のY乱数シード、第１のU乱数シードおよび第１のV乱数シードと、量子化係数生成回路２９によって生成されたY量子化係数、U量子化係数及びV量子化係数とに基づいて、画素毎に、第１の擬似乱数を生成し、色空間変換回路２８によって変換された第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データと第１の擬似乱数とを加算して加算データを生成し、加算データをY量子化係数、U量子化係数及びV量子化係数で量子化して量子化データを生成し、量子化データから現在の画像よりも時間的に前の画像に対応する量子化データを減算して差分データを生成し、差分データをエントロピー符号化することにより、対応するY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データを生成する。
【００６０】
続いて、画像メモリ１８は、符号化回路３０によって生成された圧縮データと、量子化係数とを格納する。
【００６１】
本実施形態の場合、画像メモリ１８は、圧縮データとして、それぞれ、第１、第２および第３の符号化回路３２，３４，３６によって生成されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データと、Y量子化係数、U量子化係数及びV量子化係数とを格納する。
また、画像メモリ１８に格納されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データと、Y量子化係数、U量子化係数及びV量子化係数とは、画像の表示タイミングに応じて順次読み出される。
【００６２】
続いて、同期信号生成回路２０は、第２の画像同期信号を生成する。
【００６３】
第２の画像同期信号は、PSRまたはPSR2の機能によって、画像メモリ１８から読み出された圧縮データに対応する画像を画像表示装置に表示する場合に、画像の水平方向および垂直方向の表示タイミング等を決定する信号である。
【００６４】
続いて、第２の乱数シード生成回路２２は、ライン毎に、同期信号生成回路２０によって生成された第２の画像同期信号に基づいて、ラインの番号に対応し、かつ、第１の乱数シードと等しい第２の乱数シードを生成する。
【００６５】
本実施形態の場合、第２の乱数シード生成回路２２は、第２の乱数シードとして、画像メモリ１８から読み出されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データに対応する第２のY乱数シード、第２のU乱数シードおよび第２のV乱数シードを生成する。
【００６６】
続いて、画像伸張回路２４は、ラインに対応する画素毎に、画像メモリ１８から読み出された圧縮データを復号化し、読み出した量子化係数で逆量子化することにより伸張データを生成し、第２の乱数シード生成回路２２によって生成された第２の乱数シードと量子化係数とに基づいて第１の擬似乱数と等しい第２の擬似乱数を生成し、伸張データから第２の擬似乱数を減算することにより第２の画像データを生成する。画像伸張回路２４は、復号化回路３８と、逆色空間変換回路４０とを備えている。
【００６７】
復号化回路３８は、第２の乱数シードと量子化係数とに基づいて画素毎に第２の擬似乱数を生成し、画像メモリ１８から読み出された圧縮データを復号化し、量子化係数で逆量子化することにより伸張データを生成する。復号化回路３８は、第１、第２および第３の復号化回路４２，４４，４６を備えている。
【００６８】
第１、第２および第３の復号化回路４２，４４，４６は、それぞれ、第２の乱数シード生成回路２２によって生成された第２のY乱数シード、第２のU乱数シードおよび第２のV乱数シードと、Y量子化係数、U量子化係数及びV量子化係数とに基づいて、画素毎に第２の擬似乱数を生成し、画像メモリ１８から読み出されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データを、それぞれ、エントロピー復号化して差分データを生成し、差分データと現在の画像よりも時間的に前の画像に対応する量子化データとを加算して量子化データを生成し、量子化データを、Y量子化係数、U量子化係数及びV量子化係数に従って逆量子化して、伸張データを生成し、伸張データから第２の擬似乱数を減算することにより、YUV色空間の第２の画像データとして、第２のY画像データ、第２のU画像データおよび第２のV画像データを生成する。
【００６９】
続いて、逆色空間変換回路４０は、復号化回路３８によって生成されたYUV色空間の第２の画像データを、RGB色空間の第４の画像データに変換する。
【００７０】
本実施形態の場合、逆色空間変換回路４０は、第１、第２および第３の復号化回路４２，４４，４６によって生成されたYUV色空間の第２のY画像データ、第２のU画像データおよび第２のV画像データを、RGB色空間の第４の画像データに変換する。
【００７１】
続いて、出力画像選択回路２６は、PSRまたはPSR2の機能によって画像を表示する場合以外の通常動作の場合に、受信回路１２によって受信された第１の画像データおよび第１の画像同期信号を出力し、PSRまたはPSR2の機能によって画像を表示する場合に、画像伸張回路２４によって生成された第４の画像データ、および、同期信号生成回路２０によって生成された第２の画像同期信号を出力する。
【００７２】
次に、図３は、図１に示す第１の乱数シード生成回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。図３に示す第１の乱数シード生成回路１４は、第１の番号生成回路４８と、第１の番号Y変換回路５０Yと、第１の番号U変換回路５０Uと、第１の番号V変換回路５０Vとを備えている。
【００７３】
第１の番号生成回路４８は、ライン毎に、受信回路１２によって受信された第１の画像同期信号に基づいて、同じく受信回路１２によって受信された第１の画像データに対応する画像のラインの番号を生成する。
【００７４】
第１の番号生成回路４８は、PSRの機能によって画像を表示する場合、例えば、第１の画像同期信号に含まれるVsync（Vertical Synchronization Signal：垂直同期信号）を基準としてラインの番号を０にリセットし、第１の画像同期信号に含まれるDE（Data Enable Signal：データイネーブル信号）を基準としてラインの番号をカウントアップすることにより、画像の各々のラインに対応するラインの番号を生成する。
【００７５】
また、PSR2の機能によって画像を表示する場合、例えば、PSR2開始ライン情報に基づいて、ラインの番号として、更新する矩形領域の開始ラインの番号をセットし、DEを基準としてラインの番号をカウントアップすることにより、更新する矩形領域の各々のラインに対応するラインの番号を生成する。
【００７６】
続いて、第１の番号Y変換回路５０Yは、ライン毎に、第１の番号生成回路４８によって生成されたラインの番号を、第１の変換式に基づいて変換することにより第１のY乱数シードを生成する。
【００７７】
第１の番号Y変換回路５０Yは、ライン間において第１のY乱数シードが近い値になることにより、後述する第１の擬似乱数生成回路５２によって生成されるライン間の擬似乱数列が相関を持つことを防ぎ、偏りがなく品質のよい擬似乱数列を得る目的で配置される。
第１の変換式は、あらかじめ第１の番号Y変換回路５０Yの内部に設定されているものとする。
【００７８】
第１の番号Y変換回路５０Yにおいて使用される第１の変換式の一例を式（５）〜式（７）に示す。
【００７９】
V0 = ((not L) << 8) xor L  …  式（５）
V1 = 0x5a82 * (V0 xor (V0 << 9) xor (V0 << 3))  …  式（６）
S  = (V1 >> 4) and 0xffff  …  式（７）
ここで、Lはライン番号、Sは第１のY乱数シード（１６ビット）、V0, V1は中間変数であり、notはビット反転、andは論理積、xorは排他的論理和、<<は左ビットシフト、>>は右ビットシフト、*は乗算を意味する。
【００８０】
第１の変換式によって算出された第１のY乱数シードの値を表１に示す。
【００８１】
【表１】
2017184092.tif 000003
【００８２】
また、第１の変換式を変更することにより、第１の番号Y変換回路５０Yによって生成される第１のY乱数シードの値が変化し、乱数ディザリングのパターンを変化させることができる。これを利用して、例えば、第１の番号生成回路４８によって生成されたラインの番号を、フレーム毎に異なる第１の変換式に基づいて変換し、フレーム毎に、乱数ディザリングのパターンを変化させることにより、後述する量子化回路５６によって生成される第１の量子化データの量子化誤差を時間軸方向に平均化させることもできる。
【００８３】
画像の各々のラインの番号に対応する乱数シードを生成する理由は、PSR2の機能によって画像を表示する場合に、ライン単位で独立して画像データの符号化、復号化を行う必要があるためである。ラインの番号に対応する乱数シードを生成することにより、画像圧縮回路１６と画像伸張回路２４との間で乱数シードを共有するために、例えば、圧縮データに乱数シードを埋め込む必要がないため、圧縮データのデータ量を増やすことなく、画像圧縮回路１６と画像伸張回路２４との間で乱数シードを共有することができる。
【００８４】
第１の番号U変換回路５０Uおよび第１の番号V変換回路５０Vは、それぞれ、第１のY乱数シードを生成する代わりに、第１のU乱数シードおよび第１のV乱数シードを生成する点を除いて、第１の番号Y変換回路５０Yと同様の構成である。
【００８５】
次に、図４は、図１に示す第１の符号化回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。図４に示す第１の符号化回路３２は、第１の擬似乱数生成回路５２と、第１の加算器５４と、量子化回路５６と、第１の予測回路５８と、エントロピー符号化回路６０とを備えている。
【００８６】
第１の擬似乱数生成回路５２は、画素毎に、第１の乱数シード生成回路１４によって生成された第１のY乱数シードおよびY量子化係数に基づいて、０〜Y量子化係数の値Q-1の範囲の第１の擬似乱数を生成する。
【００８７】
擬似乱数の生成には、線形帰還シフトレジスタ（LFSR : Linear Feedback Shift Register）を用いる擬似乱数生成方法が用いられる。
【００８８】
図５は、線形帰還シフトレジスタの構成を表す一例の回路図である。図５に示す線形帰還シフトレジスタ１４８は、１６ビットのシフトレジスタ１５０と、３つのEXOR回路１５２，１５４，１５６とを備えている。
【００８９】
線形帰還シフトレジスタ１４８では、ライン毎に、第１のY乱数シードの値X0がシフトレジスタ１５０にセットされる。これにより、シフトレジスタ１５０の初期値が、ライン毎に、第１のY乱数シードの値X0にリセットされる。
【００９０】
続いて、シフトレジスタ１５０の左端のビットから１ビット目、２ビット目、…、１６ビット目のビットとすると、式（８）に示すように、画素毎に、次に１ビット目のビットに入力される新しい値Xn[1]（nは画素の番号を表す）として、EXOR回路１５２，１５４，１５６により、シフトレジスタ１５０にセットされた第１のY乱数シードの値X0のうち、１１ビット目のビット、１３ビット目のビット、１４ビット目のビットおよび１６ビット目のビットからなる４ビットの値の排他的論理和が算出される。図５の例の場合、１１ビット目のビット、１３ビット目のビット、１４ビット目のビットおよび１６ビット目のビットの値は、それぞれ、１，０，０，１であり、EXOR回路１５６，１５４，１５２の出力信号は、それぞれ、１，１，０となる。
【００９１】
続いて、新しい値Xn[1]がシフトレジスタ１５０の１ビット目のビットにセットされるとともに、式（９）に示すように、新しい値Xn[1]がシフトレジスタ１５０の１ビット目のビットに入力される前にシフトレジスタ１５０にセットされていた１ビット目〜１５ビット目のビットの値が、２ビット目から１６ビット目のビットへ１ビットずつシフトされて、２ビット目〜１６ビット目のビットに新しい値Xn[i]（iはシフトレジスタ１５０の２ビット目〜１６ビット目のビット位置を表す）がセットされる。
【００９２】
続いて、式（１０）に示すように、シフトレジスタ１５０にセットされた、Xn[1]およびXn[i]からなる新しい値Xnを、Y量子化係数の値Qで除算した結果の余りが乱数Rand(Q)として算出される。
【００９３】
これ以後、次のラインの第１のY乱数シードの値が入力されるまで、画素毎に、上記動作が繰り返されて、シフトレジスタ１５０にセットされた１６ビットの値が順次更新され、擬似乱数が生成される。
【００９４】
Xn[1]=Xn-1[16] xor Xn-1[14] xor Xn-1[13] xor Xn-1[11]  …  式（８）
Xn[i]=Xn-1[i-1] (i=2〜16の整数）  …  式（９）
Rand(Q)=Xn mod Q  …  式（１０）
ここで、modは、演算結果として除算の余りを出力する演算子である。
【００９５】
例えば、第１のY乱数シードの値＝44257、Y量子化係数の値Q＝8の場合、n番目の画素の処理に使う擬似乱数Rand(Q)は、表２のように生成される。
【００９６】
【表２】
2017184092.tif 000004
【００９７】
また、本実施形態の場合、量子化係数は、目標とする圧縮率を達成するために必要な値が、画像に基づいて、ラインまたは画素毎に量子化係数生成回路２９で生成され、例えば、量子化係数を圧縮データに含めるなどして、画像メモリ１８に記憶し符号化回路３０と復号化回路３８との間で共有されるものとする。
【００９８】
続いて、第１の加算器５４は、画素毎に、第３のY画像データと、第１の擬似乱数生成回路５２によって生成された第１の擬似乱数とを加算することにより加算データを生成する。
【００９９】
続いて、量子化回路５６は、画素毎に、Y量子化係数を用いて、第１の加算器５４によって生成された加算データを量子化することにより第１の量子化データを生成する。
【０１００】
続いて、第１の予測回路５８は、画素毎に、量子化回路５６によって生成された第１の量子化データから、現在の画像よりも時間的に前の画像に対応する第１の量子化データを減算することにより第１の差分データを生成する。第１の予測回路５８は、第１のデータ保持回路６２と、第２の減算器６４とを備えている。
【０１０１】
第１のデータ保持回路６２は、画素毎に、現在の画像よりも時間的に前の画像に対応する第１の量子化データを保持する。
【０１０２】
続いて、第２の減算器６４は、画素毎に、量子化回路５６によって生成された第１の量子化データから、第１のデータ保持回路６２に保持された第１の量子化データを減算することにより第１の差分データを生成する。
【０１０３】
第１の予測回路５８は、符号化効率を高める目的で使用される。写真およびCG（Computer Graphics：コンピュータグラフィックス）などの画像データは、一般に、隣り合う画素同士の値が似ている、つまり、相関があるという性質があり、隣り合う画素同士の差分はゼロに近い値に集中する。従って、隣り合う画素同士の画像データの差分を計算し、ゼロに近い値に対して短い符号を割り当てる可変長符号化を行うことにより、データ量を減らすことができる。
【０１０４】
本実施形態の場合、第１の予測回路５８は、時間的に隣り合う画素同士の第１の量子化データの差分を算出する。このように、隣り合う画素同士の第１の量子化データの差分を算出するのは、時間的に次の入力画素を予測する方法の最も簡単な例である。より複雑な予測方法としては、JPEG-LS規格の元とされたLOCO-Iアルゴリズムがある。予測の精度が高ければ、差分はよりゼロ付近に集中し、より短い符号に圧縮することができる。
【０１０５】
続いて、エントロピー符号化回路６０は、画素毎に、第１の予測回路５８によって生成された第１の差分データをエントロピー符号化することによりY圧縮データを生成する。
【０１０６】
エントロピー符号化とは、画像データの生起確率に応じて異なる長さの符号を割り当てることにより圧縮を行うものであり、可変長符号化とも呼ばれる。エントロピー符号化の簡単な例として、アルファ符号を例示することができる。アルファ符号αにおける整数nは、式（１１）に示すように、‘０’のn-1回の繰り返しと、最下位ビットの‘１’との合計nビットで表現され、nが小さいほど短い符号長となる。なお、ゴロム符号等のように、より効率的なエントロピー符号化方式を採用してもよい。
【０１０７】
α(n) = ‘０’のn-1回の繰り返し + ‘１’  …  式（１１）
【０１０８】
第２および第３の符号化回路３４，３６は、それぞれ、第１のY乱数シードの代わりに、第１のU乱数シードおよび第１のV乱数シードを用いる点と、Y量子化係数の代わりに、U量子化係数およびV量子化係数を用いる点と、第３のY画像データの代わりに、第３のU画像データおよび第３のV画像データを用いる点と、Y圧縮データの代わりに、U圧縮データおよびV圧縮データを生成する点とを除いて、第１の符号化回路３２と同様の構成である。
【０１０９】
本実施形態の場合、画像データに対して、JPEG（Joint Photographic Experts Group）において行われる周波数領域への変換を行わず、直接、量子化を適用する方式の圧縮処理を行うが、周波数領域への変換を行って量子化してもよい。また、画像データを量子化した後、さらにデータ量を減らすために、予測およびエントロピー符号化を行っているが、予測およびエントロピー符号化を行うことは必須ではない。
【０１１０】
次に、図６は、図１に示す第２の乱数シード生成回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。図６に示す第２の乱数シード生成回路２２は、第２の番号生成回路６６と、第２の番号Y変換回路６８Yと、第２の番号U変換回路６８Uと、第２の番号V変換回路６８Vとを備えている。
【０１１１】
第２の番号生成回路６６は、ライン毎に、同期信号生成回路２０によって生成された第２の画像同期信号に基づいて、画像メモリ１８から読み出された圧縮データに対応する画像のラインの番号を生成する。
【０１１２】
第２の番号生成回路６６は、PSRまたはPSR2の機能によって画像を表示する場合に、例えば、第２の画像同期信号に含まれるVsyncを基準としてラインの番号を０にリセットし、第１の画像同期信号に含まれるDEを基準としてラインの番号をカウントアップすることにより、画像の各々のラインに対応するラインの番号を生成する。
【０１１３】
続いて、第２の番号Y変換回路６８Yは、ライン毎に、第２の番号生成回路６６によって生成されたラインの番号を、第１の変換式と等しい第２の変換式に基づいて変換することにより第２のY乱数シードを生成する。
【０１１４】
第２の変換式は、あらかじめ第２の番号Y変換回路６８Yの内部に設定されているものとする。
第２の番号Y変換回路６８Yは、ラインの番号を、第１の変換式と等しい第２の変換式を用いて変換することにより、ライン毎に、第１のY乱数シードと等しい第２のY乱数シードを生成することができる。
【０１１５】
第２の番号U変換回路６８Uおよび第２の番号V変換回路６８Vは、それぞれ、第２のY乱数シードを生成する代わりに、第２のU乱数シードおよび第２のV乱数シードを生成する点を除いて、第２の番号Y変換回路６８Yと同様の構成である。
【０１１６】
次に、図７は、図１に示す第１の復号化回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。図７に示す第１の復号化回路４２は、エントロピー復号化回路７０と、第２の予測回路７２と、逆量子化回路７４と、第２の擬似乱数生成回路７６と、第１の減算器７８とを備えている。
【０１１７】
エントロピー復号化回路７０は、画素毎に、画像メモリ１８から読み出されたY圧縮データをエントロピー復号化することにより第２の差分データを生成する。
【０１１８】
続いて、第２の予測回路７２は、画素毎に、エントロピー復号化回路７０によって生成された第２の差分データと、現在の画像よりも時間的に前の画像に対応する第２の量子化データとを加算することにより第２の量子化データを生成する。第２の予測回路７２は、第２のデータ保持回路８０と、第２の加算器８２とを備えている。
【０１１９】
第２のデータ保持回路８０は、現在の画像よりも時間的に前の画像に対応する第２の量子化データを保持する。
【０１２０】
続いて、第２の加算器８２は、エントロピー復号化回路７０によって生成された第２の差分データと、第２の予測回路７２に保持された第２の量子化データとを加算することにより第２の量子化データを生成する。
【０１２１】
本実施形態の場合、第２の予測回路７２は、第１の予測回路５８に応じて、時間的に隣り合う画素同士の第２の差分データと第２の量子化データとの和を算出する。
【０１２２】
続いて、逆量子化回路７４は、画素毎に、Y量子化係数を用いて、第２の予測回路７２によって生成された第２の量子化データを逆量子化することにより伸張データを生成する。
【０１２３】
続いて、第２の擬似乱数生成回路７６は、画素毎に、第２の乱数シード生成回路２２によって生成された第２のY乱数シードおよびY量子化係数に基づいて、０〜Y量子化係数の値Q-1の範囲の第２の擬似乱数を生成する。
【０１２４】
第２の擬似乱数生成回路７６は、第１のY乱数シードと等しい第２のY乱数シードおよびY量子化係数を用いることにより、第１の擬似乱数と等しい第２の擬似乱数を生成することができる。
【０１２５】
続いて、第１の減算器７８は、画素毎に、逆量子化回路７４によって生成された伸張データから、第２の擬似乱数生成回路７６によって生成された第２の擬似乱数を減算することにより、第３のY画像データが圧縮伸張された後の第２のY画像データを生成する。
【０１２６】
第２および第３の復号化回路４４，４６は、それぞれ、Y圧縮データの代わりに、U圧縮データおよびV圧縮データを用いる点と、第２のY乱数シードの代わりに、第２のU乱数シードおよび第２のV乱数シードを用いる点と、Y量子化係数の代わりに、U量子化係数およびV量子化係数を用いる点と、第２のY画像データの代わりに、第２のU画像データおよび第２のV画像データを生成する点を除いて、第１の復号化回路４２と同様の構成である。
【０１２７】
次に、画像処理装置１０の動作を説明する。
【０１２８】
通常動作の場合、出力画像選択回路２６から、第１の画像データおよび第１の画像同期信号が出力される。
第１の画像データおよび第１の画像同期信号は画像表示装置に供給され、第１の画像同期信号に基づいて、第１の画像データに対応する動画像が画像表示装置に表示される。
【０１２９】
PSRの機能によって画像を表示する場合、第１の乱数シード生成回路１４により、ライン毎に、第１の画像同期信号に基づいて、第１の乱数シードとして、第１のY乱数シード、第１のU乱数シードおよび第１のV乱数シードが生成される。
【０１３０】
第１の乱数シード生成回路１４では、第１の番号生成回路４８により、ライン毎に、第１の画像同期信号に基づいて、第１の画像データに対応する画像のラインの番号が生成される。
続いて、第１の番号Y変換回路５０Y、第１の番号U変換回路５０Uおよび第１の番号V変換回路５０Vにより、ライン毎に、ラインの番号を、第１の変換式に基づいて変換することにより第１のY乱数シード、第１のU乱数シードおよび第１のV乱数シードが生成される。
【０１３１】
また、色空間変換回路２８により、YUV色空間の第３の画像データとして、RGB色空間の第１の画像データが、第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに変換される。
【０１３２】
また、量子化係数生成回路２９により、RGB色空間の第１の画像データから、圧縮率が演算され、YUVの量子化係数が生成される。
【０１３３】
本実施形態の場合、量子化係数生成回路２９は、YUVの量子化係数として、RGB色空間の第１の画像データから、Y量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数を生成する。
【０１３４】
続いて、符号化回路３０の第１、第２および第３の符号化回路３２，３４，３６により、それぞれ、第１のY乱数シード、第１のU乱数シードおよび第１のV乱数シードと、Y量子化係数、U量子化係数およびV量子化係数とに基づいて、第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データが符号化され、圧縮データとして、第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対応するY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データが生成される。
【０１３５】
第１の符号化回路３２では、第１の擬似乱数生成回路５２により、画素毎に、第１のY乱数シードおよびY量子化係数に基づいて、第１の擬似乱数が生成される。
【０１３６】
続いて、第１の加算器５４により、画素毎に、第３のY画像データと第１の擬似乱数とを加算することにより加算データが生成される。
【０１３７】
続いて、量子化回路５６により、画素毎に、Y量子化係数を用いて、加算データを量子化することにより第１の量子化データが生成される。
【０１３８】
続いて、第１の予測回路５８により、画素毎に、第１の量子化データから、現在の画像よりも時間的に前の画像に対応する第１の量子化データを減算することにより第１の差分データが生成される。
【０１３９】
続いて、エントロピー符号化回路６０により、画素毎に、第１の差分データをエントロピー符号化することによりY圧縮データが生成される。
【０１４０】
第２および第３の符号化回路３４，３６についても同様に動作する。
【０１４１】
第１、第２および第３の符号化回路３２，３４，３６によって生成されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データと、Y量子化係数、U量子化係数及びV量子化係数とは、画素毎に、画像メモリ１８に格納される。
画像メモリ１８に格納されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データと、Y量子化係数、U量子化係数及びV量子化係数とは、画像の表示タイミングに応じて、画素毎に順次読み出される。
【０１４２】
また、同期信号生成回路２０により、第２の画像同期信号が生成される。
【０１４３】
続いて、第２の乱数シード生成回路２２により、ライン毎に、第２の画像同期信号に基づいて、第２の乱数シードとして、第２のY乱数シード、第２のU乱数シードおよび第２のV乱数シードが生成される。
【０１４４】
第２の乱数シード生成回路２２では、第２の番号生成回路６６により、ライン毎に、第２の画像同期信号に基づいて、画像メモリ１８から読み出された圧縮データに対応する画像のラインの番号が生成される。
続いて、第２の番号Y変換回路６８Y、第２の番号U変換回路６８Uおよび第２の番号V変換回路６８Vにより、ライン毎に、ラインの番号を、第１の変換式と等しい第２の変換式に基づいて変換することにより第２のY乱数シード、第２のU乱数シードおよび第２のV乱数シードが生成される。
【０１４５】
続いて、復号化回路３８の第１、第２および第３の復号化回路４２，４４，４６により、それぞれ、第２のY乱数シード、第２のU乱数シードおよび第２のV乱数シードと、Y量子化係数、U量子化係数及びV量子化係数とに基づいて、画像メモリ１８から読み出されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データが復号化され、第２の画像データとして、画像メモリ１８から読み出されたY圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データに対応する第２のY画像データ、第２のU画像データおよび第２のV画像データが生成される。
【０１４６】
第１の復号化回路４２では、エントロピー復号化回路７０により、画素毎に、画像メモリ１８から読み出されたY圧縮データをエントロピー復号化することにより第２の差分データが生成される。
【０１４７】
続いて、第２の予測回路７２により、画素毎に、第２の差分データと、現在の画像よりも前の画像に対応する第２の量子化データとを加算することにより第２の量子化データが生成される。
【０１４８】
続いて、逆量子化回路７４により、画素毎に、Y量子化係数を用いて、第２の量子化データを逆量子化することにより伸張データが生成される。
【０１４９】
続いて、第２の擬似乱数生成回路７６により、画素毎に、第２のY乱数シードおよびY量子化係数に基づいて第２の擬似乱数が生成される。
【０１５０】
続いて、第１の減算器７８により、画素毎に、伸張データから第２の擬似乱数を減算することにより第２のY画像データが生成される。
【０１５１】
第２および第３の復号化回路４４，４６についても同様に動作する。
【０１５２】
続いて、逆色空間変換回路４０により、第２のY画像データ、第２のU画像データおよび第２のV画像データ、つまり、YUV色空間の第２の画像データがRGB色空間の第４の画像データに変換される。
【０１５３】
続いて、出力画像選択回路２６から、第４の画像データおよび第２の画像同期信号が出力される。
第４の画像データおよび第２の画像同期信号は画像表示装置に供給され、第２の画像同期信号に基づいて、第４の画像データに対応する静止画像が画像表示装置に表示される。
【０１５４】
また、PSR2の機能によって画像を表示する場合、第１の乱数シード生成回路１４により、ライン毎に、開始ラインの情報に対応する開始ラインから第１の乱数シードが生成される。この場合、画像圧縮回路１６により、開始ラインから圧縮データが生成され、同じく開始ラインから圧縮データが画像メモリ１８に格納（アップデート）される。これ以外の動作は、PSRの機能によって画像を表示する場合と同様に動作する。
【０１５５】
図８は、本発明の乱数ディザリングによる圧縮伸張後に得られた画像を表す一例である。図８に示す画像は、図１３に示す画像に対して本発明の乱数ディザリングを適用したものである。図１７に示す画像には、ノイズの偏りによる模様が見えるのに対して、図８に示す画像は、ノイズが階調によらず一定であり、図１７に示す画像において見える模様が発生していないことが分かる。
【０１５６】
上記のように、画像処理装置１０では、第１および第２の乱数シード生成回路１４，２２が、画像圧縮回路１６および画像伸張回路２４に対してライン毎に、等しい乱数シードを生成し、画像圧縮回路１６および画像伸張回路２４が、乱数シードに基づいて画素毎に擬似乱数を生成する。そして、画像圧縮回路１６では、画像データと擬似乱数との加算データを量子化係数で量子化することにより圧縮データを生成し、画像伸張回路２４では、量子化係数で逆量子化後の伸張データから擬似乱数を減算する。これにより、圧縮伸張後の画像において、階調が階段状に変化したり、擬似乱数によるノイズの偏りによって模様が発生したりするのを防止することができ、従来よりも視覚的に良好な表示品質を得ることができる。
【０１５７】
なお、本発明は、ディスプレイポートの規格に準拠したPSRおよびPSR2の機能によって画像を表示する場合に限らず、送信側回路から受信した画像データを量子化して圧縮し、画像メモリから読み出された画像データを復号化して逆量子化する場合に適用可能である。
【０１５８】
また、画像圧縮では、一般に、画像データの相関を減らし、圧縮効率を改善する目的で、RGB色空間の画像データからYUV色空間等の画像データへの色空間変換が行われた後、画像データの圧縮伸張が行われ、再びYUV色空間等の画像データからRGB色空間の画像データへの逆色空間変換が行われる。しかし、本発明において、色空間変換および逆色空間変換を行うことは必須ではない。
【０１５９】
第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対して共通の第１の乱数シードを使用してもよいが、第３のY画像データ、第３のU画像データおよび第３のV画像データに対して異なる第１の乱数シードを使用することにより、擬似乱数によるノイズの偏りを、より効果的に解消することができる。同様に、Y圧縮データ、U圧縮データおよびV圧縮データに対して共通の第２の乱数シードを使用してもよい。
【０１６０】
PSR2の機能によって画像を表示する場合に、更新する矩形領域の位置を表す情報のうち、更新する矩形領域の開始ブロックの番号を表す情報を使用してもよい。この場合、各々の構成要素において、高さおよび幅を有するブロック毎に処理が行われる。
【０１６１】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【０１６２】
１０  画像処理装置
１２、９２  受信回路
１４  第１の乱数シード生成回路
１６、９４  画像圧縮回路
１８、１０６  画像メモリ
２０  同期信号生成回路
２２  第２の乱数シード生成回路
２４、９６  画像伸張回路
２６、９８  出力画像選択回路
２８、１０８  色空間変換回路
２９  量子化係数生成回路
３０、１１６  符号化回路
３２、１１０  第１の符号化回路
３４、１１２  第２の符号化回路
３６、１１４  第３の符号化回路
３８、１２４  復号化回路
４０、１４６  逆色空間変換回路
４２、１４０  第１の復号化回路
４４、１４２  第２の復号化回路
４６、１４４  第３の復号化回路
４８  第１の番号生成回路
５０Y  第１の番号Y変換回路
５０U  第１の番号U変換回路
５０V  第１の番号V変換回路
５２  第１の擬似乱数生成回路
５４  第１の加算器
５６、１１８、１３８  量子化回路
５８、１２０  第１の予測回路
６０、１２２  エントロピー符号化回路
６２  第１のデータ保持回路
６４  第２の減算器
６６  第２の番号生成回路
６８Y  第２の番号Y変換回路
６８U  第２の番号U変換回路
６８V  第２の番号V変換回路
７０、１２６  エントロピー復号化回路
７２、１２８  第２の予測回路
７４、１３０  逆量子化回路
７６  第２の擬似乱数生成回路
７８  第１の減算器
８０  第２のデータ保持回路
８２  第２の加算器
９０  画像処理装置
１００  表示制御回路
１０２  送信側回路
１０４  画像表示装置
１３２  乱数ディザリング回路
１３４  擬似乱数生成回路
１３６  加算器
１４８  線形帰還シフトレジスタ
１５０  シフトレジスタ
１５２，１５４，１５６  EXOR回路
【図１】
2017184092.tif 000005
【図２】
2017184092.tif 000006
【図３】
2017184092.tif 000007
【図４】
2017184092.tif 000008
【図５】
2017184092.tif 000009
【図６】
2017184092.tif 000010
【図７】
2017184092.tif 000011
【図８】
2017184092.tif 000012
【図９】
2017184092.tif 000013
【図１０Ａ】
2017184092.tif 000014
【図１０Ｂ】
2017184092.tif 000015
【図１１】
2017184092.tif 000016
【図１２】
2017184092.tif 000017
【図１３】
2017184092.tif 000018
【図１４】
2017184092.tif 000019
【図１５】
2017184092.tif 000020
【図１６Ａ】
2017184092.tif 000021
【図１６Ｂ】
2017184092.tif 000022
【図１７】
2017184092.tif 000023