(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、前記符号化対象の画像データから前記基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割する分割手段と、
前記分割手段によって分割された複数の階層の画像データの中の前記高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、前記高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化する符号化手段と
を備えた画像符号化装置。
【請求項２】
さらに、前記参照用データを記憶する記憶手段を備えた
請求項１記載の画像符号化装置。
【請求項３】
さらに、前記高位階層画像データの平均画素値を前記参照用データとして計算する計算手段を備えた
請求項１記載の画像符号化装置。
【請求項４】
さらに、前記符号化手段により得られる高位階層画像データの符号化データと共に、前記計算手段により計算された平均画素値を多重化して出力する多重化手段を備えた
請求項３記載の画像符号化装置。
【請求項５】
符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、前記符号化対象の画像データから前記基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割するステップと、
前記符号化対象の画像データから分割された複数の階層の画像データの中の前記高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、前記高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化するステップと
を含む画像符号化方法。
【請求項６】
符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、前記符号化対象の画像データから前記基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割して符号化することにより得られた符号化データを復号する装置であって、
前記基本階層画像データを符号化することにより得られた第１の符号化データを復号する第１の復号手段と、
前記第１の符号化データとは異なる第２の符号化データが、前記高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化することにより得られたイントラピクチャの画像データである場合、前記第２の符号化データを復号する過程で前記参照用データを加算させることにより、前記第２の符号化データの復号を行う第２の復号手段と
を備えた画像復号装置。
【請求項７】
さらに、前記参照用データを記憶する記憶手段を備えた
請求項６記載の画像復号装置。
【請求項８】
前記参照用データが、前記高位階層画像データの平均画素値である
請求項６記載の画像復号装置。
【請求項９】
前記第２の復号手段は、前記第２の符号化データから前記平均画素値を抽出することにより、前記第２の符号化データの復号の際に前記平均画素値を用いる
請求項８記載の画像復号装置。
【請求項１０】
符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、前記符号化対象の画像データから前記基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割して符号化することにより得られた符号化データを復号する方法であって、
前記基本階層画像データを符号化することにより得られた第１の符号化データを復号するステップと、
前記第１の符号化データとは異なる第２の符号化データが、前記高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化することにより得られたイントラピクチャの画像データである場合、前記第２の符号化データを復号する過程で前記参照用データを加算させることにより、前記第２の符号化データの復号を行うステップと
を含む画像復号方法。
【請求項１１】
符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、前記符号化対象の画像データから前記基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割し、分割した複数の階層の画像データの中の前記高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、前記高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化する符号化手段と、
前記符号化手段によって符号化された高位階層画像データを復号する過程で前記参照用データを加算させることにより、符号化された高階層画像データの復号を行う復号手段と
を備えた画像処理装置。
【請求項１２】
前記符号化手段および前記復号手段はそれぞれ、前記参照用データを記憶する記憶手段を有する
請求項１１記載の画像処理装置。
【請求項１３】
前記符号化手段は、前記高位階層画像データを符号化する際に、最初に前記参照用データを符号化しておき、
前記復号手段は、前記符号化手段によって符号化された高階層画像データを復号する際に、前記符号化手段によって符号化された参照用データを最初に復号すると共に、復号することにより得られた前記参照用データを記憶させておく
請求項１１記載の画像処理装置。
【請求項１４】
前記符号化手段は、前記高位階層画像データの平均画素値を前記参照用データとして計算する計算手段を有する
請求項１１記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像データの圧縮符号化を行う画像符号化装置および方法、圧縮符号化した画像データの復号を行う画像復号装置および方法、ならびに画像符号化装置および画像復号装置を備えた画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像データを圧縮符号化するための画像符号化方式として、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）規格において採用されている双方向予測符号化方式がある。この双方向予測符号化方式では、フレーム内符号化、フレーム間順方向予測符号化、および双方向予測符号化の３つのタイプの符号化が行われており、これらの符号化に対応して、Ｉ（Intra ；イントラ）ピクチャ、Ｐ（Predictive）ピクチャ、およびＢ（Bidirectionally predictive）ピクチャの３種類の画像タイプがそれぞれ規定されている。なお、ＰピクチャおよびＢピクチャは、ノンイントラ（Non-intra ）ピクチャまたはインター（Inter ）ピクチャとも呼ばれている。
【０００３】
符号化対象の画像データをイントラピクチャとして符号化する場合には、例えば同一フレーム（またはフィールド）内でその画像データに関して符号化が行われる。一方、符号化対象の画像データをノンイントラピクチャとして符号化する場合には、過去のフレームや未来のフレームを参照して得られる差分画像データに関して符号化が行われる。
【０００４】
また、例えば画像の品質を段階的に向上させるための符号化方式として、階層符号化方式がある。この階層符号化方式では、符号化対象の画像データが複数の階層の画像データに分割され、分割された各階層の画像データに関して符号化が行われている。ここで、各階層の画像データとは、例えば、異なる周波数成分ごとに分けられた画像データのことである。
【０００５】
図１１はこのような階層符号化方式の画像符号化装置の構成を示すものである。この画像符号化装置は、分割回路１７０と、符号化回路１７１、１７２とを備えている。分割回路１７０は、符号化対象の画像データとしての入力画像データＸＸを複数（ここでは２つ）の階層の画像データ（基本階層画像データＸ１および高位階層画像データＸ２）に分割するためのものである。符号化回路１７１は、分割回路１７０から出力された基本階層画像データＸ１を符号化するためのものである。符号化回路１７２は、分割回路１７０から出力された高位階層画像データＸ２を符号化するためのものである。符号化回路１７１、１７２は、後述するように、互いに同一の構成を有し、同様に動作するようになっている。
【０００６】
分割回路１７０は、画像処理回路１７０ａと、減算回路１７０ｂとを含んでいる。画像処理回路１７０ａは、入力画像データＸＸから、基本的な特徴を有する画像データである基本階層画像データＸ１を抽出するためのものである。減算回路１７０ｂは、入力画像データＸＸから基本階層画像データＸ１を減じるためのものである。ここで、基本階層画像データとは、通常の画像として見ることができるような画像データであり、例えば、画像の空間周波数に関していえば、低い周波数成分を有する画像データのことである。また、高位階層画像データとは、例えば高画質の画像を得るための画像データのことであり、高い周波数成分を有する画像データのことである。入力画像データＸＸを空間周波数に関して分割する場合、画像処理回路１７０ａは、例えばＬＰＦ（Low Pass Filter ）回路によって構成される。
【０００７】
入力画像データＸＸは、分割回路１７０内の画像処理回路１７０ａおよび減算回路１７０ｂにそれぞれ供給されるようになっている。画像処理回路１７０ａは、入力画像データＸＸから基本階層画像データＸ１を抽出し、抽出した基本階層画像データＸ１を、符号化回路１７１および減算回路１７０ｂにそれぞれ出力するようになっている。
【０００８】
減算回路１７０ｂは、入力画像データＸＸから、画像処理回路１７０ａから出力された基本階層画像データＸ１を減じ、その減算結果である差分画像データを、高位階層画像データＸ２として符号化回路１７２に出力するようになっている。
【０００９】
図１２は図１１に示した符号化回路１７１、１７２の構成を示すものである。符号化回路１７１、１７２は、入力される符号化対象の画像データが異なっており、基本階層画像データＸ１または高位階層画像データＸ２であるという点を除いて、上述したように、互いに同一の構成を有しており、同様に動作するようになっている。
【００１０】
図１２に示した符号化回路は、前処理回路１５１と、減算回路１５２と、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform ；離散コサイン変換）回路１５３と、量子化回路１５４とを含んでいる。前処理回路１５１は、例えばラスタースキャン形式の画像データを所定の符号化処理の順序に並び換え、並び換えた画像データごとにブロックスキャン形式に変換して複数のマクロブロックの画像データ（以下、ブロックデータと呼ぶ）を得るためのものである。減算回路１５２は、前処理回路１５１から出力される画像データ（ブロックデータ）から例えば後述する予測画像データを減じるためのものである。ＤＣＴ回路１５３は、画像データを周波数成分に変換するためのものであり、減算回路１５１から出力される減算結果に関してＤＣＴを行うことによりＤＣＴ係数を取得するためのものである。量子化回路１５４は、ＤＣＴ回路１５３から出力されたＤＣＴ係数を所定の量子化値に基づいて量子化するためのものである。
【００１１】
また、この符号化回路は、逆量子化回路１５８と、逆ＤＣＴ回路１５９と、加算回路１６０と、フレームメモリ１６１とを含んでいる。逆量子化回路１５８は、量子化回路１５４の出力データを逆量子化するためのものである。逆ＤＣＴ回路１５９は、逆量子化回路１５８の出力データ（復元されたＤＣＴ係数）に関して逆ＤＣＴを行うためのものである。加算回路１６０は、逆ＤＣＴ回路１５９の出力データ（画像データ）と予測画像データとを加算するためのものである。フレームメモリ１６１は、加算回路１６０の加算結果を参照画像データとして記憶するためのものである。
【００１２】
さらに、この符号化回路は、動き補償回路１６２と、動きベクトル検出回路１６３と、スイッチ１６４と、制御回路１６６とを含んでいる。動きベクトル検出回路１６３は、前処理回路１５１から出力された画像データと、フレームメモリ１６１に記憶されている参照画像データとに基づいて、動きベクトルを検出するためのものである。動き補償回路１６２は、動きベクトル検出回路１６３によって検出された動きベクトルに基づいて、フレームメモリ１６１に記憶されている参照画像データに関して動き補償を行い、動き補償のための参照画像データを予測画像データとして発生するためのものである。
【００１３】
制御回路１６６は、前処理回路１５１から出力された画像データをイントラピクチャとして符号化するかどうかを決定し、この決定結果に応じてスイッチ１６４を切り換えるためのものである。
【００１４】
前処理回路１５１から出力された画像データをイントラピクチャとして符号化すると制御回路１６６が決定した場合、スイッチ１６４は、制御回路１６６から出力される切り換え信号に応じて、データ「０」が減算回路１５２および加算回路１６０にそれぞれ出力されるように切り換えられるようになっている。また、前処理回路１５１から出力された画像データをノンイントラピクチャとして符号化すると制御回路１６６が決定した場合、スイッチ１６４は、制御回路１６６から出力される切り換え信号に応じて、動き補償回路１６２において発生した予測画像データが減算回路１５２および加算回路１６０にそれぞれ出力されるように切り換えられるようになっている。
【００１５】
これにより、減算回路１５２から出力される減算結果は、画像データをイントラピクチャとして符号化する場合には、その画像データそのものである。また、その減算結果は、画像データをノンイントラピクチャとして符号化する場合には、予測画像データを用いることにより得られる差分画像データである。
【００１６】
また、この符号化回路は、可変長符号化回路１５５と、多重化回路１５６と、バッファ１５７と、レート制御回路１６５とを含んでいる。可変長符号化回路１５５は、量子化回路１５４の出力データに関して可変長符号化を行うためのものである。多重化回路１５６は、可変長符号化回路１５５から出力された符号化データ（ＤＣＴ係数、量子化回路１５４の量子化値、およびピクチャタイプなど）や動きベクトルなどを多重化するためのものである。バッファ１５７は、多重化回路１５６の出力データを一旦保持し、所定のビットレートでストリームとして出力するためのものである。レート制御回路１６５は、バッファ１５７におけるデータ占有状態を監視し、そのデータ占有状態に応じて量子化回路１５４の量子化値を制御するためのものである。
【００１７】
図１３は図１２に示した可変長符号化回路１５５における符号化処理を示すフローチャートである。図１３に示したように、ステップＡ１において、可変長符号化回路１５５に入力されるデータ（ブロックデータであり、量子化されたＤＣＴ係数）に関するピクチャタイプを判定する。この入力データがノンイントラピクチャに関するものであると判定した場合には、ステップＡ２において、予め設定されたノンイントラピクチャ用符号化テーブルを用いて符号化処理を行う（符号化処理３）。
【００１８】
一方、ステップＡ１において入力データがイントラピクチャに関するものであると判定した場合、ステップＡ３において、この入力データにおけるＤＣＴ係数タイプを判定する。これは、各ブロックデータにおけるＤＣＴ係数には、ブロックデータ内で変化しないＤＣ（Direct Current；直流）係数と、このブロックデータ内で変化するＡＣ（Alternate Current ；交流）係数とが含まれており、それぞれ独立して符号化処理を行うからである。
【００１９】
ステップＡ３において、ＤＣＴ係数タイプがＤＣ係数であると判定した場合、ステップＡ４において、隣接するブロックデータとの間のＤＣ係数の差分値に関して予め設定されたＤＣ係数用符号化テーブルを用いて符号化処理を行う（符号化処理１）。一方、ＤＣＴ係数タイプがＡＣ係数であると判定した場合、ステップＡ５において、予め設定されたＡＣ係数用符号化テーブルを用いて符号化処理を行う（符号化処理２）。
【００２０】
以上のように構成されている階層符号化方式の画像符号化装置において、符号化回路１７１、１７２に入力される画像データをイントラピクチャとして符号化する場合に、このような画像データに関して例えば動き補償は行われていなかった。これは、画像データをノンイントラピクチャとして符号化する場合とイントラピクチャとして符号化する場合とでその画像の性質が大きく異なっているからである。そのため、データ成分が少ない差分画像データを符号化するノンイントラピクチャの場合と異なり、イントラピクチャの場合には、入力された画像データそのものを符号化していた。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、符号化回路１７１、１７２では、入力される画像データ（基本階層画像データおよび高位階層画像データ）に関してはそれぞれ区別して符号化が行われていなかった。しかし、高位階層画像データは入力される画像データと基本階層画像データとの差を示す差分画像データであるため、画像の性質に関していえば、イントラピクチャの高位階層画像データはノンイントラピクチャの高位階層画像データと非常に良く似ている。従って、例えば動き補償によって差分画像データを取得することなく、高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化しようとすると、高位階層画像データではそのデータ成分が基本階層画像データと比較して少ないにもかかわらず、高位階層画像データの符号量が多くなってしまい、その符号化効率が低下してしまうという問題があった。
【００２２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、符号化対象の画像データを複数の階層の画像データに分割し、分割した複数の階層の画像データの中の所定の階層の画像データをイントラピクチャとして符号化する場合に、この所定の階層の画像データの符号化効率を向上させることが可能な画像符号化装置および方法、画像復号装置および方法、ならびに画像処理装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像符号化装置は、符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、符号化対象の画像データから基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割する分割手段と、この分割手段によって分割された複数の階層の画像データの中の高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化する符号化手段とを備えている。
【００２４】
また、本発明による画像符号化方法は、符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、符号化対象の画像データから基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割するステップと、この符号化対象の画像データから分割された複数の階層の画像データの中の高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化するステップとを含んでいる。
【００２５】
本発明による画像復号装置は、符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、符号化対象の画像データから基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割して符号化することにより得られた符号化データを復号するものであって、基本階層画像データを符号化することにより得られた第１の符号化データを復号する第１の復号手段と、この第１の符号化データとは異なる第２の符号化データが、高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化することにより得られたイントラピクチャの画像データである場合、第２の符号化データを復号する過程で参照用データを加算させることにより、第２の符号化データの復号を行う第２の復号手段とを備えている。
【００２６】
また、本発明による画像復号方法は、符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、符号化対象の画像データから基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割して符号化することにより得られた符号化データを復号する方法であって、基本階層画像データを符号化することにより得られた第１の符号化データを復号するステップと、この第１の符号化データとは異なる第２の符号化データが、高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化することにより得られたイントラピクチャの画像データである場合、第２の符号化データを復号する過程で参照用データを加算させることにより、第２の符号化データの復号を行うステップとを含んでいる。
【００２７】
本発明による画像処理装置は、符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、符号化対象の画像データから基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割し、分割した複数の階層の画像データの中の高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化する符号化手段と、この符号化手段によって符号化された高位階層画像データを復号する過程で参照用データを加算させることにより、符号化された高階層画像データの復号を行う復号手段とを備えている。
【００２８】
本発明による画像符号化装置または画像符号化方法では、符号化対象の画像データが、基本階層画像データと、符号化対象の画像データから基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割され、分割された複数の階層の画像データの中の高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データが符号化される。
【００２９】
本発明による画像復号装置または画像復号方法では、基本階層画像データを符号化することにより得られた第１の符号化データが復号され、この第１の符号化データとは異なる第２の符号化データが、高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化することにより得られたイントラピクチャの画像データである場合、第２の符号化データを復号する過程で参照用データが加算されることにより、第２の符号化データが復号される。
【００３０】
本発明による画像処理装置では、符号化対象の画像データが、基本階層画像データと、符号化対象の画像データから基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割され、分割された複数の階層の画像データの中の高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データが符号化される。そして、符号化された高位階層画像データを復号する過程で参照用データが加算されることにより、符号化された高階層画像データが復号される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
（第１の実施の形態）
図１は本実施の形態に係る画像符号化装置の構成を示し、図２は本実施の形態に係る画像復号装置の構成を示したものである。なお、本実施の形態に係る画像符号化方法および画像復号方法は、本実施の形態に係る画像符号化装置および画像復号装置によって具現化されるので、以下、併せて説明する。
【００３３】
本実施の形態の画像処理装置は、図１に示した画像符号化装置と、図２に示した画像復号装置とによって構成される。
【００３４】
まず、図１に示した画像符号化装置について説明する。この画像符号化装置は、分割回路１と、符号化回路２、３とを備えている。
【００３５】
分割回路１は、画像処理回路１ａと、減算回路１ｂとを含み、符号化対象の画像データとしての入力画像データＹＹを複数（ここでは２つ）の階層の画像データ（基本階層画像データＹ１および高位階層画像データＹ２）に分割するようになっている。この入力画像データＹＹを空間周波数に関して分割する場合、画像処理回路１ａは、例えばＬＰＦ回路によって構成される。
【００３６】
入力画像データＹＹは、分割回路１内の画像処理回路１ａおよび減算回路１ｂにそれぞれ供給されるようになっている。画像処理回路１ａは、入力画像データＹＹから、基本的な特徴を有する画像データである基本階層画像データＹ１を抽出し、抽出した基本階層画像データＹ１を符号化回路２および減算回路１ｂにそれぞれ出力するようになっている。
【００３７】
減算回路１ｂは、入力画像データＹＹから、画像処理回路１ａから出力された基本階層画像データＹ１を減じ、この減算結果である差分画像データを高位階層画像データＹ２として符号化回路３に出力するようになっている。
【００３８】
符号化回路２は、基本階層画像データＹ１に関して符号化を行うためのものであり、符号化回路１７１、１７２と同様に構成され、同様に動作するようになっている。
【００３９】
図３は図１に示した符号化回路３の構成を示したものである。符号化回路３は、高位階層画像データＹ２に関して符号化を行うためのものであり、前処理回路１０と、減算回路１１と、ＤＣＴ回路１２と、量子化回路１３とを含んでいる。前処理回路１０は、例えばラスタースキャン形式の画像データを所定の符号化処理の順序に並び換え、並び換えた画像データごとにブロックスキャン形式に変換して複数のブロックデータを得るようになっている。減算回路１１は、前処理回路１０から出力される画像データ（ブロックデータ）から、例えば後述する予測画像データを減じるようになっている。ＤＣＴ回路１２は、減算回路１１から出力される減算結果に関してＤＣＴを行うことによりＤＣＴ係数を取得するようになっている。量子化回路１３は、ＤＣＴ回路１２から出力されるＤＣＴ係数を所定の量子化値に基づいて量子化するようになっている。
【００４０】
また、符号化回路３は、逆量子化回路１７と、逆ＤＣＴ回路１８と、加算回路１９と、フレームメモリ２０とを含んでいる。逆量子化回路１７は、量子化回路１３の出力データに関して逆量子化を行うようになっている。逆ＤＣＴ回路１８は、逆量子化回路１７の出力データ（復元されたＤＣＴ係数）に関して逆ＤＣＴを行うようになっている。加算回路１９は、逆ＤＣＴ回路１８の出力データ（画像データ）と予測画像データとを加算するようになっている。フレームメモリ２０は、加算回路１９の加算結果を参照画像データとして記憶するようになっている。
【００４１】
さらに、符号化回路３は、動きベクトル検出回路２１と、動き補償回路２２と、スイッチ２３と、制御回路２９とを含んでいる。動きベクトル検出回路２１は、前処理回路１０から出力される画像データとフレームメモリ２０に記憶されている参照画像データとに基づいて、動きベクトルを検出するようになっている。動き補償回路２２は、動きベクトル検出回路２１によって検出された動きベクトルに基づいて、フレームメモリ２０に記憶されている参照画像データに関して動き補償を行い、動き補償のための参照画像データを予測画像データとして発生するようになっている。
【００４２】
制御回路２９は、前処理回路１０から出力された画像データをイントラピクチャとして符号化するかどうかを決定し、この決定結果に応じてスイッチ２３を切り換えるようになっている。
【００４３】
前処理回路１０から出力された画像データをイントラピクチャとして符号化すると制御回路２９が決定した場合、スイッチ２３は、制御回路２９から出力される切り換え信号に応じて、外部から供給される所定値（零（０）ではない）を示す参照用データが減算回路１１および加算回路１９にそれぞれ出力されるように切り換えられようになっている。この所定値は、画像データの符号化の際にその符号量が最小となるような値である。また、前処理回路１０から出力された画像データをノンイントラピクチャとして符号化すると制御回路２９が決定した場合、スイッチ２３は、制御回路２９から出力される切り換え信号に応じて、動き補償回路２２において発生した予測画像データが減算回路１１および加算回路１９にそれぞれ出力されるように切り換えられるようになっている。
【００４４】
これにより、減算回路１１から出力される減算結果は、画像データをイントラピクチャとして符号化する場合には、参照用データを用いることにより得られる差分画像データとなる。また、この減算結果は、画像データをノンイントラピクチャとして符号化する場合には、予測画像データを用いることにより得られる差分画像データとなる。
【００４５】
また、符号化回路３は、可変長符号化回路１４と、多重化回路１５と、バッファ１６と、レート制御回路２４とを備えている。可変長符号化回路１４は、前処理回路１０に入力される画像データのピクチャタイプに応じて区別することなく、すなわち入力される画像データをイントラピクチャとして符号化する場合とノンイントラピクチャとして符号化する場合とで区別することなく、量子化回路１３の出力データに関して同一の可変長符号化処理を行うようになっている。
【００４６】
多重化回路１５は、可変長符号化回路１４から出力された符号化データ（ＤＣＴ係数、量子化回路１３の量子化値、およびピクチャタイプなど）、動きベクトル、および所定値を示す参照用データなどを多重化するようになっている。バッファ１６は、多重化回路１５の出力データを一旦保持し、所定のビットレートでストリームとして出力するようになっている。レート制御回路２４は、バッファ１６におけるデータ占有状態を監視し、そのデータ占有状態に応じて量子化回路１３の量子化値を制御するようになっている。
【００４７】
次に、以上のように構成されている画像符号化装置の作用について説明する。
【００４８】
図４は図１に示した画像符号化装置による符号化処理を示すフローチャートである。符号化対象の画像データである入力画像データＹＹが分割回路１に入力されると、ステップＢ１において、分割回路１は、入力画像データＹＹを基本階層画像データＹ１と高位階層画像データＹ２とに分割する。そして、分割回路１は、基本階層画像データＹ１を符号化回路２に出力し、高位階層画像データＹ２を符号化回路３に出力する。
【００４９】
ステップＢ２において、符号化回路２は、従来の符号化回路１７１、１７２と同様に動作し、基本階層画像データＹ１に関して符号化を行う。すなわち、分割回路１から出力された基本階層画像データＹ１をイントラピクチャとして符号化する場合、符号化回路２は、この基本階層画像データＹ１に関して符号化を行う。一方、基本階層画像データＹ１をノンイントラピクチャとして符号化する場合、符号化回路２は、この基本階層画像データＹ１および予測画像データを用いることにより得られる差分画像データに関して符号化を行う。
【００５０】
一方、ステップＢ３において、符号化回路３は、以下のようにして、分割回路１から出力された高位階層画像データＹ２に関して符号化を行う。
【００５１】
前処理回路１０は、入力された高位階層画像データＹ２を所定の符号化順序に並び換え、並び換えた高位階層画像データＹ２ごとに複数のブロックデータに変換する。動きベクトル検出回路２１は、前処理回路１０から出力された高位階層画像データＹ２とフレームメモリ２０に記憶されている参照画像データとに基づいて動きベクトルを検出する。動き補償回路２２は、動きベクトル検出回路２１によって検出された動きベクトルに基づいて、参照画像データに関して動き補償を行う。
【００５２】
高位階層画像データＹ２をノンイントラピクチャとして符号化すると決定した場合、制御回路２９は、動き補償回路２２において発生した参照画像データが予測画像データとして減算回路１１に供給されるようにスイッチ２３を切り換える。
【００５３】
一方、高位階層画像データＹ２をイントラピクチャとして符号化すると決定した場合、制御回路２９は、外部から供給された所定値を示す参照用データが減算回路１１に供給されるようにスイッチ２３を切り換える。
【００５４】
減算回路１１は、高位階層画像データＹ２から予測画像データまたは参照用データのいずれか一方を減じ、その減算結果（差分画像データ）をＤＣＴ回路１２に出力する。ＤＣＴ回路１２は、この減算回路１１からの減算結果に関してＤＣＴを行うことによってＤＣＴ係数を取得する。量子化回路１３は、ＤＣＴ回路１２によって取得されたＤＣＴ係数の量子化を行い、量子化したＤＣＴ係数を可変長符号化回路１４および逆量子化回路１７にそれぞれ出力する。レート制御回路２４は、バッファ１６におけるデータ占有状態を監視し、そのデータ占有状態に応じて量子化回路１３の量子化値を制御する。
【００５５】
逆量子化回路１７は、量子化回路１３によって量子化されたＤＣＴ係数に関して逆量子化を行う。逆ＤＣＴ回路１８は、逆量子化回路１７によって逆量子化されたＤＣＴ係数に関して逆ＤＣＴを行い、これにより画像データを復元する。加算回路１９は、この復元した画像データと、予測画像データまたは参照用データのいずれか一方とを加算する。フレームメモリ２０は加算回路１９の加算結果を参照画像データとして記憶する。
【００５６】
可変長符号化回路１４は、高位階層画像データＹ２のピクチャタイプによることなく、量子化回路１３によって量子化されたＤＣＴ係数を所定の符号化処理に基づいて符号化する。多重化回路１５は、可変長符号化回路１４から出力された符号化データ（ＤＣＴ係数、量子化回路１３の量子化値、およびピクチャタイプなど）、動きベクトル、および所定値を示す参照用データなどを多重化する。多重化されたこれらのデータは、バッファ１６に一旦保持された後、所定のビットレートでストリームとして出力される。
【００５７】
次に、以上のようにして符号化された画像データを復号する画像復号装置について説明する。
【００５８】
図２に示した画像復号装置は、復号回路５、６と、加算回路７とを備えている。復号回路５は、符号化された基本階層画像データＹ１に関するストリームを復号するようになっている。復号回路６は、符号化された高位階層画像データＹ２に関するストリームを復号するようになっている。加算回路７は、復号回路５によって復号された基本階層画像データＹ１と、復号回路６によって復号された高位階層画像データＹ２とを加算し、この加算結果を入力画像データＹＹとして復元するようになっている。
【００５９】
図５は図２に示した復号回路５の構成を示したものである。復号回路５は、バッファ４０と、分離回路４１と、可変長復号回路４２と、逆量子化回路４３と、逆ＤＣＴ回路４４とを含んでいる。バッファ４０は、符号化された基本階層画像データＹ１に関するストリームを一旦保持するようになっている。このストリームには、符号化データ（ＤＣＴ係数、量子化値、およびピクチャタイプ）や動きベクトルなどが含まれている。分離回路４１は、バッファ４０に保持されているストリームの分離を行うようになっている。可変長復号回路４２は、分離回路４１によって分離された符号化データに関して可変長復号を行うようになっている。逆量子化回路４３は、可変長復号回路４２の出力データに関して逆量子化を行うようになっている。逆ＤＣＴ回路４４は、逆量子化回路４３の出力データに関して逆ＤＣＴを行うようになっている。
【００６０】
また、復号回路５は、加算回路４５と、フレームメモリ４７と、動き補償回路４８と、スイッチ４９と、判定回路５４とを含んでいる。加算回路４５は、逆ＤＣＴ回路４４の出力データと予測画像データとを加算するようになっている。フレームメモリ４７は、加算回路４５の加算結果を参照画像データとして記憶するようになっている。動き補償回路４８は、分離回路４１によって分離された動きベクトルに基づいて、フレームメモリ４７に記憶されている参照画像データに関して動き補償を行い、動き補償のための参照画像データを予測画像データとして発生するようになっている。判定回路５４は、分離回路４１によって分離されたピクチャタイプ（イントラピクチャまたはノンイントラピクチャ）を判定し、この判定結果に応じてスイッチ４９を切り換えるようになっている。
【００６１】
符号化されている基本階層画像データＹ１がイントラピクチャであると判定回路５４が判定した場合、スイッチ４９は、判定回路５４から出力される切り換え信号に応じて、データ「０」が加算回路４５に出力されるように切り換えられるようになっている。また、符号化されている基本階層画像データＹ１がノンイントラピクチャであると判定回路５４が判定した場合、スイッチ４９は、判定回路５４から出力される切り換え信号に応じて、動き補償回路４８において発生した予測画像データが加算回路４５に出力されるように切り換えられるようになっている。
【００６２】
さらに、復号回路５は、加算回路４５から供給されたその加算結果であるブロックスキャン形式のブロックデータをラスタースキャン形式の画像データに変換し、変換した画像データを所定の順序に並び換えて出力する後処理回路４６を含んでいる。
【００６３】
図６は図２に示した復号回路６の構成を示したものである。復号回路６は、符号化されている高位階層画像データＹ２がイントラピクチャである場合に、バッファ４０に保持されるストリームに含まれている所定値を示す参照用データを用いて復号処理を行っている点を除いて、図５に示した復号回路５と同様に構成されており、同様に動作するようになっている。
【００６４】
すなわち、符号化されている高位階層画像データＹ２がイントラピクチャである場合、バッファ４０に一旦保持されるストリームには所定値を示す参照用データも含まれている。そこで、分離回路４１は、このストリームから参照用データを分離し、分離した参照用データをスイッチ５０に供給するようになっている。そして、符号化されている高位階層画像データＹ２がイントラピクチャであると判定回路５４が判定した場合、スイッチ５０は、判定回路５４から出力される切り換え信号に応じて、分離回路４１によって分離された参照用データが加算回路４５に出力されるように切り換えられるようになっている。
【００６５】
ここで、復号回路５が本発明の「第１の復号手段」の一具体例に対応し、復号回路６が本発明の「第２の復号手段」の一具体例に対応している。
【００６６】
次に、以上のように構成されている画像復号装置の作用について説明する。
【００６７】
図７は図２に示した画像復号装置による復号処理を示すフローチャートである。符号化されている基本階層画像データＹ１に関するストリームが供給されると、ステップＣ１において、復号回路５は、このストリームを復号して基本階層画像データを復元する。すなわち、符号化されている基本階層画像データＹ１に関するストリームをバッファ４０に一旦保持させる。分離回路４１は、バッファ４０に保持されているストリームの分離を行う。そして、分離回路４１は、このストリームから分離した動きベクトルを動き補償回路４８に供給するとともに、このストリームから分離した符号化データを可変長復号回路４２に供給する。
【００６８】
可変長復号回路４２は、分離回路４１によって分離された符号化データに関して可変長復号を行う。逆量子化回路４３は、可変長復号回路４２の出力データに関して逆量子化を行う。逆ＤＣＴ回路４４は、逆量子化回路４３の出力データに関して逆ＤＣＴを行う。
【００６９】
符号化されている基本階層画像データＹ１がイントラピクチャであると判定した場合、判定回路５４は、データ「０」が加算回路４５に供給されるようにスイッチ４９を切り換える。加算回路４５は、このデータ「０」と逆ＤＣＴ回路４４の出力データとを加算し、その加算結果を後処理回路４６およびフレームメモリ４７にそれぞれ供給する。
【００７０】
一方、符号化されている基本階層画像データＹ１がノンイントラピクチャであると判定回路５４が判定した場合、動き補償回路４８は、分離回路４１によって分離された動きベクトルに基づいてフレームメモリ４７に記憶されている参照画像データに関して動き補償を行い、動き補償のための参照画像データを予測画像データとして発生する。判定回路５４は、動き補償回路４８から出力される予測画像データが加算回路４５に供給されるようにスイッチ４９を切り換える。加算回路４５は、動き補償回路４８から出力された予測画像データと逆ＤＣＴ回路４４の出力データとを加算し、その加算結果を後処理回路４６およびフレームメモリ４７にそれぞれ供給する。
【００７１】
後処理回路４６は、加算回路４５から供給されたその加算結果であるブロックスキャン形式のブロックデータをラスタースキャン形式の画像データに変換し、変換した画像データを所定の順序に並び換えて出力する。この出力画像データが復元された基本階層画像データとなる。この基本階層画像データは加算回路７にも供給される。
【００７２】
一方、符号化されている高位階層画像データＹ２に関するストリームが供給されると、ステップＣ２において、復号回路６は、このストリームを復号して高位階層画像データを復元する。すなわち、符号化されている高位階層画像データＹ２に関するストリームをバッファ４０に一旦保持させる。符号化されている高位階層画像データＹ２がイントラピクチャである場合、バッファ４０に保持されるストリームには所定値を示す参照用データも含まれている。そこで、分離回路４１は、この参照用データをストリームから分離し、スイッチ５０に供給する。
【００７３】
ここで、符号化されている高位階層画像データＹ２がイントラピクチャであると判定した場合、判定回路５４は、参照用データが加算回路４５に供給されるようにスイッチ５０を切り換える。加算回路４５は、この参照用データと逆ＤＣＴ回路の出力データとを加算する。その他については、復号回路６は、復号回路５と同様に動作して高位階層画像データを復元し、この高位階層画像データを加算回路７に出力する。
【００７４】
ステップＣ３において、加算回路７は、復号回路５から出力された基本階層画像データと復号回路６から出力された高位階層画像データとを加算し、この加算結果を入力画像データとして復元する。
【００７５】
以上のように、本実施の形態では、階層符号化方式において分割された複数の階層の画像データの中で例えば高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合においても、零以外の参照用データを用いた減算により得られる、データ成分の少ない差分画像データに関して符号化を行っている。従って、高位階層画像データの符号量を削減してその符号化効率を向上でき、これにより、入力画像データ全体の符号化効率を向上させることが可能となる。そして、このようにして符号化されている高位階層画像データに関して、この参照用データに基づいて復号を行っているので、再現性がよい高位階層画像データを得ることができる。
【００７６】
（第２の実施の形態）
図８は本実施の形態に係る画像符号化装置の符号化回路の構成を示し、図９は本実施の形態に係る画像復号装置の復号回路の構成を示したものである。本実施の形態の画像符号化装置は、高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合に用いる参照用データを予め記憶するようになっている。また、本実施の形態の画像復号装置は、符号化されている高位階層画像データがイントラピクチャである場合において、復号の際に用いる参照用データを予め記憶するようになっている。その他に関しては、第１の実施の形態の場合と同様に構成され、同様に動作するようになっている。
【００７７】
なお、本実施の形態に係る画像符号化方法および画像復号方法は、本実施の形態に係る画像符号化装置および画像復号装置によって具現化されるので、以下、併せて説明する。ここで、第１の実施の形態の場合と同一の構成要素には同一の符号を付しており、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００７８】
図８に示した符号化回路は、図１に示した符号化回路３に対応するものであり、イントラピクチャ用フレームメモリ２５をさらに含み、高位階層画像データに関して符号化を行うようになっている。イントラピクチャ用フレームメモリ２５は、高位階層画像データの符号化の際にその符号量が最小となるような値を示す参照用データを予め記憶するようになっている。また、この符号化回路には、スイッチ２３の代わりにスイッチ２６が設けられている。
【００７９】
図８に示した符号化回路において、高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化すると決定した場合、制御回路２９は、イントラピクチャ用フレームメモリ２５に予め記憶されている参照用データが減算回路１１に供給されるようにスイッチ２６を切り換える。減算回路１１は、前処理回路１０の出力データ（高位階層画像データ）からこの参照用データを減じることにより差分画像データを取得する。その後、第１の実施の形態の場合と同様にして、この差分画像データに関して符号化を行う。
【００８０】
また、図９に示した復号回路は、図１に示した復号回路６に対応するものであり、図５に示した復号回路と比較して、イントラピクチャ用フレームメモリ５１をさらに含み、符号化されている高位階層画像データに関して復号を行うようになっている。イントラピクチャ用フレームメモリ５１は、図８に示した符号化回路内のイントラピクチャ用フレームメモリ２５に記憶されている参照用データと同じ内容の参照用データを予め記憶するようになっている。また、この復号回路には、スイッチ５０の代わりにスイッチ５２が設けられている。
【００８１】
図９に示した復号回路において、符号化されている高位階層画像データがイントラピクチャであると判定した場合、判定回路５４は、イントラピクチャ用フレームメモリ５１に予め記憶されている参照用データが加算回路４５に供給されるようにスイッチ５２を切り換える。加算回路４５は、この参照用データと逆ＤＣＴ回路４４の出力データとを加算し、その加算結果を後処理回路４６およびフレームメモリ４７に出力する。後処理回路４６は、加算回路４５からの加算結果に基づいてイントラピクチャの高位階層画像データを復元する。
【００８２】
以上のように、本実施の形態では、高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、符号化回路および復号回路においてそれぞれ予め記憶されている参照用データを用いて高位階層画像データに関する符号化および復号を行っているので、参照用データ自身を符号化回路から復号回路に伝送する手間を省くことができる。
【００８３】
本実施の形態では、参照用データを符号化回路および復号回路にそれぞれ予め記憶させるようにしているが、例えば、高位階層画像データを符号化する際に最初にこの参照用データを符号化しておき、符号化されている高位階層画像データを復号する際には符号化された参照用データを最初に復号して復号回路内のイントラピクチャ用フレームメモリに記憶させるようにしてもよい。
【００８４】
（第３の実施の形態）
図１０は本実施の形態に係る画像符号化装置の符号化回路の構成を示したものである。本実施の形態の画像符号化装置は、高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合において、参照用データとして高位階層画像データの平均画素値を計算するようになっている。その他に関しては、第１の実施の形態の場合と同様に構成され、同様に動作するようになっている。
【００８５】
なお、本実施の形態に係る画像符号化方法は、本実施の形態に係る画像符号化装置によって具現化されるので、以下、併せて説明する。ここで、第１の実施の形態の場合と同一の構成要素には同一の符号を付しており、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００８６】
図１０に示した符号化回路は、図１に示した符号化回路３に対応するものであり、図３に示した符号化回路と比較して、前処理回路１０の出力データの平均画素値（高位階層画像データの全画素の平均値）を参照用データとして計算する平均画素値計算回路２７をさらに含み、高位階層画像データに関して符号化を行うようになっている。また、この符号化回路には、スイッチ２３の代わりにスイッチ２８が設けられている。
【００８７】
図１０に示した符号化回路において、高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、平均画素値計算回路２７は、前処理回路１０の出力データ（高位階層画像データ）の平均画素値を計算する。制御回路２９は、平均画素値計算回路２７によって計算された平均画素値が減算回路１１に供給されるようにスイッチ２８を切り換える。減算回路１１は、前処理回路１０の出力データからこの平均画素値を減じることにより、差分画像データを取得する。そして、第１の実施の形態の場合と同様に、この差分画像データに関して符号化を行う。
【００８８】
また、平均画素値計算回路２７は、計算した平均画素値を多重化回路１５に出力する。多重化回路１５は、高位階層画像データの符号化データなどとともに、この平均画素値を多重化して出力する。
【００８９】
このようにして符号化されている高位階層画像データに関しては、図６に示した復号回路によって復号を行う。この場合、分離回路５３は、バッファ４０に保持されているストリームから平均画素値を分離し、分離した平均画素値をスイッチ５０に供給する。これにより、符号化されているイントラピクチャの高位階層画像データの復号の際にこの平均画素値を用いることができる。
【００９０】
以上のように、本実施の形態では、高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、その平均画素値を計算して用いるとともに、計算した画素平均値を多重化して出力している。従って、画像データの性質に応じて、最適にそのデータ量を少なくして符号化を行うことができる。そして、符号化されている高位階層画像データがイントラピクチャである場合、多重化して出力された平均画素値を用いてこの高位階層画像データに関する復号を行っている。従って、平均画素値を参照用データとして予め準備しておく手間を省くことができる。
【００９１】
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。
【００９２】
例えば、本発明では、階層符号化方式において、符号化対象の画像データを複数の階層の画像データ（基本階層画像データおよび高位階層画像データ）に分割し、高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合には、参照用データを用いて高位階層画像データに関して符号化を行っている。しかし、データ成分が少ない画像データをイントラピクチャとして符号化する場合にも、このような参照用データを用いれば、その符号化効率を向上させることが可能となる。
【００９３】
また、本発明では、符号化対象の画像データを異なる周波数成分ごとに分けた階層の画像データに関して符号化を行っているが、例えば、色成分ごとに分けた階層の画像データに関して符号化を行うようにしてもよい。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１から４のいずれか１項に記載の画像符号化装置、または請求項５に記載の画像符号化方法によれば、符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、符号化対象の画像データから基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割し、分割した複数の階層の画像データの中の高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合、高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化するようにしたので、この高位階層画像データの符号化効率を向上させることができるという効果を奏する。
【００９５】
また、請求項６から９のいずれか１項に記載の画像復号装置または請求項１０に記載の画像復号方法によれば、符号化対象の画像データが、基本階層画像データと、符号化対象の画像データから基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割して符号化されている場合、基本階層画像データを符号化することにより得られた第１の符号化データを復号するとともに、この第１の符号化データとは異なる第２の符号化データが、高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化することにより得られたイントラピクチャの画像データである場合には、第２の符号化データを復号する過程で参照用データを加算させることにより第２の符号化データの復号を行うようにしたので、この第２の符号データから再現性のよい画像データを得ることができるという効果を奏する。
【００９６】
また、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の画像処理装置によれば、符号化対象の画像データを、基本階層画像データと、符号化対象の画像データから基本階層画像データを減じて得られる高位階層画像データとを含む複数の階層の画像データに分割し、分割した複数の階層の画像データの中の高位階層画像データをイントラピクチャとして符号化する場合には、高位階層画像データから零以外の参照用データを減じて得られる差分画像データを符号化するとともに、符号化された高位階層画像データを復号する過程で参照用データを加算させることにより、符号化された高階層画像データの復号を行うようにしたので、高位階層画像データの符号化効率を向上させることができるとともに、再現性のよい高位階層画像データを得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る階層符号化方式の画像符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る階層符号化方式の画像復号装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示した符号化回路の構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示した画像符号化装置による符号化処理を示すフローチャートである。
【図５】図２に示した復号回路の構成を示すブロック図である。
【図６】図２に示した復号回路の構成を示すブロック図である。
【図７】図２に示した画像復号装置による復号処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る画像符号化装置の符号化回路の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る画像復号装置の復号回路の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る画像符号化装置の符号化回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の階層符号化方式の画像符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示した符号化回路の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２に示した可変長符号化回路による符号化処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…分割回路、１ａ…画像処理回路、１ｂ，１１…減算回路、２，３…符号化回路、５，６…復号回路、７，１９，４５…加算回路、１０…前処理回路、１２…ＤＣＴ回路、１３…量子化回路、１４…可変長符号化回路、１５…多重化回路、１６，４０…バッファ、１７，４３…逆量子化回路、１８，４４…逆ＤＣＴ回路、２０，４７…フレームメモリ、２１…動きベクトル検出回路、２２，４８…動き補償回路、２３，２６，２８，４９，５０，５２…スイッチ、２４…レート制御回路、２５，５１…イントラピクチャ用フレームメモリ、２７…平均画素値計算回路、２９…制御回路、４１、５３…分離回路、４２…可変長復号回路、４６…後処理回路、５４…判定回路。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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