JP3781220B2 - Image signal encoding method, image signal encoding apparatus, and image signal transmission method - Google Patents
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Description
【0001】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
発明の属する技術分野
従来の技術(図10及び図11)
発明が解決しようとする課題
課題を解決するための手段
発明の実施の形態
(1)第1実施例(図1〜図5)
(2)第2実施例(図6及び図7)
(3)第3実施例(図8及び図9)
(4)第4実施例
(5)他の実施例
発明の効果
【0002】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像信号符号化方法、画像信号符号化装置、画像信号伝送方法及び、画像信号復号装置によつて復号可能な画像信号符号化方法又は装置によつて生成された符号化データが記録された記録媒体に関し、特に所定の画像データを異なる解像度でなる複数階層の画像データに分割し、それぞれの階層の画像データを符号化して、符号化データを生成する(すなわち画像データを階層符号化する)場合に適用して好適なものである。
【0003】
【従来の技術】
従来、この種の画像信号符号化装置においては、高解像度の入力画像データを第1の階層画像データとして、この第1の階層データよりも解像度の低い第2の階層データ、さらに第2の階層データよりも解像度の低い第3の階層データ、……を順次形成し、これら複数の階層データをそれぞれ圧縮符号化する。これにより、情報量が順次低減された複数階層分の階層符号化データが形成され、この複数の階層符号化データを通信路や記録再生経路を介して伝送することができる。
【0004】
この複数の階層符号化データを復号化する画像信号復号装置では、複数の階層符号化データを全て復号することもでき、またそれぞれに対応するテレビジヨンモニタの解像度等に応じていずれかの階層符号化データのうち所望の1つを選択して復号することもできる。これにより、階層化された複数の階層データから所望の階層データのみについて復号化すれば、必要最小限の伝送データ量で所望の画像データを得ることもできる。
【0005】
ここで、図10に示すように、この階層符号化として、例えば4階層の符号化を実現する画像信号符号化装置1は、それぞれ3段分の間引きフイルタ2、3、4と補間フイルタ5、6、7とを有し、入力画像データD1について各段の間引きフイルタ2、3、4によつて順次解像度の低い縮小画像データD2、D3、D4を形成すると共に、補間フイルタ5、6、7により縮小画像データD2、D3、D4を縮小前の解像度データD5、D6、D7にそれぞれ戻す。
【0006】
各間引きフイルタ2〜4の出力D2〜D4及び各補間フイルタ5〜7の出力D5〜D7は、それぞれ差分回路8、9、10に入力され、各差分回路により差分データD8、D9、D10が生成される。この差分データD8〜D10の度数分布は0付近に集中することになるため、画像符号化装置1においては、階層データのデータ量を低減することができると共に、信号電力を低減することができる。また、後段に配置される可変長符号化回路で、ランレングス符号化やハフマン符号化などを使用することにより、さらにデータ量を低減することができる。ここで、この差分データD8〜D10及び縮小画像データD4はそれぞれ面積が、入力画像データD1に対して1、1/4 、1/16、1/64のサイズとなつている。
【0007】
それぞれの差分回路8〜10より得られる差分データD8〜D10及び間引きフイルタより得られる縮小画像データD4は、各符号器11、12、13、14によつてそれぞれ符号化されて圧縮処理が施される。この結果、各符号器11、12、13、14から解像度の異なる第1、第2、第3及び第4の階層データD11、D12、D13及びD14が所定の順序で通信路に送出されたり、伝送路を介して記録媒体に記録される。
【0008】
このようにして伝送される第1〜第4の階層データD11〜D14は、図11に示す画像信号復号化装置20によつて復号される。すなわち、それぞれ、入力端子を介して通信路もしくは記録媒体から供給された第1〜第4の階層データD11〜D14は、それぞれ復号器21、22、23、24によつて復号され、この結果、復号器24からは、復号された第4の階層データD24が出力される。
【0009】
また、復号器23の出力は、加算回路29において補間フイルタ26より得られる第4の階層データD24の補間データと加算され、これにより第3の階層データD23が復元される。同様にして、復号器22の出力は、加算回路30において補間フイルタ27より得られる第3の階層データD23の補間データと加算され、これにより第2の階層データD22が復元される。さらに、復号器21の出力は、加算回路31において補間フイルタ28より得られる第2の階層データD22の補間データと加算され、これにより第1の階層データD21が復元される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、かかる階層符号化を実現する画像信号符号化装置1においては、入力画像データD1を複数の階層データに分割して、それぞれの階層データを符号化するため、必然的に階層成分だけ伝送データ量が増加する。したがつて、その分、階層符号化を用いない高能率符号化方式に比して圧縮効率が低下するという問題がある。
【0011】
また、画像信号復号化装置20においては、上位階層で復元された階層データに基づいて下位階層の階層データを復元するというように、上位階層データから下位階層データに向かつて順に階層データD24、D23、D22、D21を復元する。したがつて、符号化された上位階層の階層データD14やD13を復号したときに、その復号データに圧縮符号化による誤差が含まれると、本来高解像度が望まれる下位階層の復元階層データD21やD22に圧縮符号化誤差が伝播され、下位階層の復元階層データにその誤差に基づく画質劣化が非常に目立つて現れるという問題があつた。
【0012】
本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、画像データを階層符号化する際に圧縮効率を向上し得ると共に、画質劣化を低減し得る画像信号符号化方法、画像信号符号化装置、画像信号伝送方法及び、画像信号復号装置によつて復号可能な画像信号符号化方法又は装置によつて符号化された符号化データが記録された記録媒体を提案しようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、各階層データを平均値演算により生成した後、上位階層の1画素を生成するために同じ平均値演算に用いた複数の下位階層画素のうちの1画素分の画素データを伝送対象から除外すると共に、最上位階層の画素データを量子化したときの量子化誤差が正値又は負値のいずれであるかを表す極性に応じて、当該最上位階層画素に空間的に対応する下位階層の画素データを量子化する際の量子化誤差の極性を、最上位階層画素データを量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御したことにより、圧縮効率が向上しかつ画質劣化が低減した階層符号化を実現することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【0015】
(1)第1実施例
図1は、全体として第1実施例による画像信号符号化装置140を示している。この第1実施例では、3階層分の階層データを形成し、これらの3階層分のデータをそれぞれ圧縮符号化して伝送する場合を示している。画像信号符号化装置140は、高解像度の入力画像データD131(以下、これを第1階層画像データと呼ぶ)をブロツク化回路141において、2ライン×2画素の小ブロツクに分割して、第1階層のブロツク化データD132を形成し、この第1階層のブロツク化データD132を間引き回路142及び平均化回路143に送出する。
【0016】
平均化回路143は、ブロツク化データD132の各ブロツク内画素値を平均化して、入力画像データD131に対して1/4 に縮小された第2階層画像データD133を生成し、この第2階層画像データD133をブロツク化回路144に送出する。ブロツク化回路144は、ブロツク化回路141と同様に、第2階層画像データD133を2ライン×2画素の小ブロツクに分割して、第2の階層のブロツク化データD134を形成し、この第2の階層のブロツク化データD134を間引き回路145及び平均化回路146に送出する。
【0017】
平均化回路146は、平均化回路143と同様に、ブロツク化データD134の各ブロツク内画素値を平均化して、第2階層画像データD133に対して1/4 に縮小された、すなわち第1階層画像データD131に対して1/16に縮小された第3階層画像データD135を生成する。すなわち、平均化回路143は、図2(C)の点線で示すように、第1階層のブロツク内の4画素(例えばX11、X12、X21、X22)を用いて、次式、
【数1】
による平均値演算を行い、図2(B)で示す第2階層の1画素(例えばY11)を生成する。なお、画素Y13、Y31、……も第1階層の4画素平均により、同様に生成される。
【0018】
同様に、平均化回路146は、図2(B)に示すような第2階層のブロツク内の4画素(例えばY11、Y13、Y31、Y33)を用いて、次式、
【数2】
による平均値演算を行い、図2(C)で示す第3階層の1画素(例えばZ11)を生成する。なお、画素Z15、Z51、……も第2階層の4画素平均により、同様に生成される。
【0019】
間引き回路142、145は、ブロツク化回路141からのブロツク化データD132及びブロツク化回路144からのブロツク化データD134をそれぞれ受信し、4画素で構成されるブロツク化データD132、D134のうち1画素を取り除き、各ブロツクにつき取り除かれた1画素を除く残り3画素で構成される間引きデータD136、D137を形成し、この間引きデータD136、D137を量子化回路147、148にそれぞれ送出する。すなわち、間引き回路142は、図2(C)の点線で示すような画素X11、X13、……を間引きにより削除し、間引き回路145は、図2(B)の点線で示すような画素Y11、Y15、……を間引きにより削除する。
【0020】
従つて、第1階層の量子化回路147及び第2階層の量子化回路148の量子化対象となる画素は、図2(C)及び図2(B)の実線で示される画素X12、X21、X22、……やY13、Y31、Y33……であり、第1階層について見れば、第1階層の全ての画素を量子化して伝送する場合と比較して、伝送画素数を3/4 に低減できる。また、第2階層について見れば、平均演算により生成された第2階層の全ての画素を量子化して伝送する場合と比較して、伝送画素数を3/4 に低減する。
【0021】
また、全体的に見れば、画像信号符号化装置140においては、第1階層画像データD131のみを圧縮して伝送する場合と比較して、等しい伝送画素数で、複数階層の画像データを伝送することができるようになされている。この結果、画像信号符号化装置140は、伝送情報量を増加させずに、複数階層の画像データを伝送することができる。なお、間引き回路142、145において間引かれた画素は、後述する復号側(受信側)で簡単な算術式を用いて復元することができる。
【0022】
量子化回路147、148及び149は、それぞれ間引きデータD136、D137及び第3階層画像データD135の各画素(8ビツト)を、例えば2ビツトで再量子化して情報量を圧縮する。また、第3階層の量子化回路149は、量子化時の誤差の極性を表わす量子化誤差情報信号S1を量子化制御回路200に送出する。
【0023】
量子化制御回路200は、量子化誤差情報信号S1に基づいて第2階層及び第1階層の量子化回路148及び147に量子化制御信号S2及びS3を送出し、量子化回路148及び147の量子化誤差の極性が量子化回路149の誤差の極性と同じになるように量子化特性を制御する。なお、この場合、量子化回路148及び147では、量子化回路149によつて量子化されている最上位階層画素に空間的に対応する下位階層画素が量子化されているものとする。
【0024】
このことを図3を用いて具体的に説明する。図3は、入力されるデータが1画素当り8ビツトのデータであり、かつ0〜255までのレベルをとり得る場合に、0〜63のレベルの画素には量子化値「0」を出力し、64〜127のレベルの画素には量子化値「1」を出力し、128〜191のレベルの画素には量子化値「2」を出力し、192〜255のレベルの画素には量子化値「3」を出力するような2ビツト量子化を表現したものである。これは、歪み最小規範と呼ばれ、量子化誤差を最小とするために従来一般的に用いられている手法である。
【0025】
第1実施例の画像信号符号化装置140では、量子化回路147及び148において、このような歪み最小規範を用いずに、最上位階層である量子化回路149の量子化誤差の極性に応じた量子化を行うようになされている。例えば、量子化回路149に入力された画素データが、図3に示されるようなL1のようなレベルにあつた場合、量子化回路149は歪み最小規範に従つて量子化値「3」を出力する。このとき、量子化回路149は、量子化誤差が+δ1 、すなわち正極性であることを示す量子化誤差情報信号S1を量子化制御回路200に送出する。
【0026】
このとき、量子化回路147及び148は、歪み最小規範に従わずに、量子化制御信号S2及びS3に基づいて量子化誤差が正極性となるような量子化処理を行う。つまり、例えば、量子化回路147又は148に入力された画素データが図3に示されるようなL2のようなレベルにあつた場合、歪み最小規範に従えば量子化値「2」を出力するに対して、この第1実施例の量子化回路147、148は、量子化制御回路200からの量子化誤差情報信号S1(この場合、S1は正極性を表している)に基づいて、量子化値「3」を出力するようになされている。また、例えば、入力された画素データがL3のようなレベルにあつた場合は、量子化制御回路200からの量子化誤差情報信号S1に基づいて、量子化値「2」を出力するようになされている。これは、歪み最小規範に従つた場合と同様となる。
【0027】
量子化回路147、148、149によつて得られた再量子化データD138、D139、D140は、それぞれ可変長符号化回路(VLC)150、151、152に供給される。可変長符号化回路150〜152のそれぞれは、再量子化データD138〜D140に対して発生度数の大きい量子化コードほど短いハフマンコードを割り当て、各再量子化データD138〜D140を可能な限り少ない符号量で表現した第1階層符号化データD141、第2階層符号化データD142及び第3階層符号化データD143をそれぞれ形成し、この第1階層符号化データD141、第2階層符号化D142及び第3階層符号化D143を伝送フオーマツト変換回路153に送出する。
【0028】
伝送フオーマツト変換回路153は、第1階層符号化データD141、第2階層符号化データD142及び第3階層符号化データD143を所定の順序で配列したり、各階層符号化データの階層を識別するための識別コードを付加することにより、伝送画像データD144を形成して、この伝送画像データD144を出力する。この出力された伝送画像データD144は、その後、通信路154を介して受信側に供給されるか、もしくは記録伝送路を介してデイスク、テープ又は半導体メモリなどの記録媒体155に記録される。
【0029】
このようにして形成された伝送画像データD144を復号する画像信号復号化装置160は、例えば、図4に示すように構成することができる。この画像信号復号化装置160は、通信路154を介して供給されるか、もしくは再生伝送路を介して記録媒体155から再生される伝送画像データD144をデータ分流回路161に入力する。データ分流回路161は、図示しないスイツチング回路を有し、伝送画像データD144に含まれる各階層の識別コードを参照して伝送画像データD144を第1階層符号化データD150、第2階層符号化データD151及び第3階層符号化データD152に分流し、これら第1階層符号化データD150、第2階層符号化データD151及び第3階層符号化データD152をそれぞれ可変長復号化回路(IVLC)162、163、164に送出する。
【0030】
可変長復号化回路162、163、164は、それぞれ上述した図1に示された可変長符号化回路150、151、152と逆の処理を行し、ハフマン符号によつて表現されている第1階層符号化データD150、第2階層符号化データD151及び第3階層符号化データD152を再量子化コードで表現された再量子化データD153、D154、D155にそれぞれ変換する。そして、これらの再量子化データD153、D154、D155をそれぞれ逆量子化回路165、166、167に送出する。
【0031】
逆量子化回路165は、上述した図1に示された量子化回路147によつて1画素当り2ビツトとされた再量子化データD153を例えば8ビツトのデータに逆量子化し、第1階層間引き復号データD156を生成する。そして、この第1階層間引き復号データD156を合成回路168及び画素生成回路169に送出する。逆量子化回路166は、上述した図1に示された量子化回路148によつて1画素当り2ビツトとされた再量子化データD154を例えば8ビツトのデータに逆量子化し、第2階層間引き復号データD157を生成する。そして、この第2階層間引き復号データD157を合成回路170及び画素生成回路171に送出する。
【0032】
逆量子化回路167は、上述した図1に示された量子化回路149によつて1画素当り2ビツトとされた再量子化データD155を例えば8ビツトのデータに逆量子化し、これを第3階層復号画像データD158として出力する。そして、この第3階層復号画像データD158を例えば出力端子を介して表示画素数の少ない低解像度のテレビジヨンモニタに送出すると共に画素生成回路171に送出する。
【0033】
画素生成回路171は、第3階層復号画像データD158と第2階層間引き復号データD157を用いて、上述した図1に示された画像信号符号化装置140の間引き回路145で間引かれた第2階層画素(すなわち図2(B)の点線で示す画素)を復元する。例えば間引きにより削除された第2階層の画素Y11は、次式、
【数3】
のような演算を行うことにより復元する。同様に、平均化によつて生成した上位階層画素と、上位階層画素の生成のために用いられ、かつ間引かれなかつた画素とを用いて全ての間引かれた画素を復元する。
【0034】
合成回路170は、このようにして生成された第2階層の復元画素データD159を第2階層間引き復号データD157中の所定の位置に挿入して合成することにより、第2階層復号画像データD160を形成する。そして、この第2階層復号画像データD160を例えば出力端子を介して表示画素数が中程度のテレビジヨンモニタに送出すると共に画素生成回路169に送出する。
【0035】
画素生成回路169は、第2階層復号画像データD160と第1階層間引き復号データD156を用いて、上述した図1に示された画像信号符号化装置140の間引き回路142で間引かれた第1階層画素(すなわち図2(C)の点線で示す画素)を復元する。例えば間引きにより削除された第1階層画素X11は、次式、
【数4】
のような演算を行うことにより復元する。同様に、平均化によつて生成した上位階層画素と、上位階層画素の生成のために用いられ、かつ間引かれなかつた画素とを用いて全ての間引かれた画素を復元する。
【0036】
合成回路168は、このようにして生成された第1階層の復元画素データD161を第1階層間引き復号データD156中の所定の位置に挿入して合成することにより、第1階層復号画像データD162を形成する。そして、この第1階層復号画像データD162を出力端子を介して例えば表示画素数が多いハイビジヨンテレビモニタに送出する。
【0037】
以上の構成において画像信号符号化装置140は、下位階層の複数画素の平均値によつて上位階層画素を生成することにより、複数階層の画像データD131、D133、D135を生成する。
【0038】
これに加えて、画像信号符号化装置140は、最上位階層すなわち第3階層を除いた階層画像データについて、同じ平均演算に用いた画素のうちの1画素は復号側で簡単な算術演算によつて復元できるので伝送画素から除外する。この結果、画像信号符号化装置140においては、階層構造に起因する伝送画素数の増加を伴わない階層符号化処理を実現することができる。
【0039】
ところで、画像信号符号化装置140では、再量子化回路147〜149によつて各階層画像データを再量子化することで各階層におけるデータ量を圧縮する。この結果、各再量子化データD138、D139、D140は、必然的に再量子化時の量子化誤差を含む値となる。そして、この量子化誤差が大きくなるほど復号画像データD158、D160、D162は、真値と比較して誤差が大きくなり、画質が劣化することになる。
【0040】
そこで、画像信号符号化装置140及び画像信号復号化装置160における各階層での量子化誤差の影響について考える。ここで、各画素Z11、Y11、……の復号値をZ11′、Y11′、……とし、真値をZ11、Y11、……とし、量子化誤差をE(Z11)、E(Y11)……とすると、例えば逆量子化回路167によつて得られる第3階層の画素Z11の復号値Z11′は、次式、
【数5】
となる。また、逆量子化回路166によつて得られる第2階層の画素Y13、Y31、Y33の復号値Y13′、Y31′、Y33′は、次式、
【数6】
となる。
【0041】
ところが、画素生成回路171によつて復元される第2階層画素Y11は、(3)式に基づいて生成されるので、その復号値Y11′は、次式、
【数7】
となり、Z11についての量子化誤差が4倍となつて影響する。
【0042】
また、逆量子化回路165によつて得られる第1階層画素X12、X21、X22、X14、X23、X24の復号値X12′、X21′、X22′、X14′、X23′、X24′は、次式、
【数8】
となるが、画素生成回路169によつて復元される第1階層画素X13、X31、X33は、(4)式に基づいて生成されるので、その復号値X13′、X31′、X33′は、次式、
【数9】
となり、それぞれの復号値X13′、X31′、X33′に、空間的に対応する第2階層画素Y13、Y31、Y33、すなわち対応する上位階層画素についての量子化誤差が4倍となつて影響する。
【0043】
さらに、画素生成回路171を経て画素生成回路169によつて復元される第1階層画素X11においては、その復号値X11′は、次式、
【数10】
で示すように、復号値X11′に、第2階層画素Y13、Y31、Y33についての量子化誤差が4倍となつて影響するのに加えて、第3階層画素Z11についての量子化誤差が16倍となつて影響する。
【0044】
図5は、この各復号画素値Z11′、Y11′、Y13′、……に対する各量子化誤差E(Z11)、E(Y13)、E(Y31)、……の影響の大きさの様子を示している。図5を見れば明らかなように、上位階層での量子化誤差は下位階層での復号値に大きな影響を及ぼす。
【0045】
これを考慮して、本発明の第1実施例においては、最上位階層の画素Z11を量子化したときの量子化誤差の極性に基づいて、この最上位階層画素Z11に空間的に対応する下位階層画素Y13、Y31、Y33、X12、X21、X22の量子化を、その量子化誤差の極性が最上位階層の画素Z11を量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御する。つまり、例えば、(7)式から明らかなように、平均演算の逆処理により第2階層画素Y11を復号した際に、上位階層画素であるZ11の量子化誤差E(Z11)及び同階層(第2階層)画素(同一ブロツク内に存在する画素)であるY13、Y31、Y33の量子化誤差E(Y13)、E(Y31)、E(Y33)が含まれることになる。しかしながら、上位階層画素であるZ11の量子化誤差E(Z11)と同階層画素であるY13、Y31、Y33の量子化誤差E(Y13)、E(Y31)、E(Y33)との関係は、(7)式から明らかなように、相殺する関係にある。
【0046】
よつて、上位階層画素であるZ11の量子化誤差E(Z11)と同階層画素であるY13、Y31、Y33の量子化誤差E(Y13)、E(Y31)、E(Y33)が共に同一の極性を持つように符号化すれば、復号時に量子化誤差を低減することができる。したがつて、本発明の第1実施例によれば、(7)式から明らかなように、符号化時に最上位階層と同一の極性となるように、下位階層を量子化することにより、復号時に量子化誤差が互いに相殺されることになり、下位階層での画質劣化を低減することができる。
【0047】
また、同様に、(10)式から明らかなように、平均演算の逆処理により第1階層画素X11を復号した際に、最上位階層(第3階層)画素であるZ11の量子化誤差E(Z11)及び上位階層(第2階層)であるY13、Y31、Y33の量子化誤差E(Y13)、E(Y13)、E(Y33)及び同階層(第1階層)画素(同一ブロツク内に存在する画素)であるX12、X21、X22の量子化誤差E(X12)、E(X21)、E(X22)が含まれることになる。しかしながら、最上位階層画素であるZ11の量子化誤差E(Z11)と、上位階層であるY13、Y31、Y33の量子化誤差E(Y13)、E(Y13)、E(Y33)及び同階層画素であるX12、X21、X22の量子化誤差E(X12)、E(X21)、E(X22)との関係は、(10)式から明らかなように、相殺する関係にある。
【0048】
よつて、最上位階層画素であるZ11の量子化誤差E(Z11)と、上位階層であるY13、Y31、Y33の量子化誤差E(Y13)、E(Y13)、E(Y33)及び同階層画素であるX12、X21、X22の量子化誤差E(X12)、E(X21)、E(X22)が共に同一の極性を持つように符号化すれば、復号時に量子化誤差を低減することができる。したがつて、本発明の第1実施例によれば、(10)式から明らかなように、符号化時に最上位階層と同一の極性となるように、下位階層を量子化することにより、復号時に量子化誤差が互いに相殺されることになり、下位階層での画質劣化を低減することができる。
【0049】
このように、画像信号符号化装置140においては、復号側で上位階層から下位階層へと伝播する量子化誤差を考慮した量子化処理を行うことができ、量子化誤差に基づく画質劣化を低減することができるようになされている。
【0050】
以上の第1実施例の構成によれば、上位階層の1画素を生成するために同じ平均値演算に用いた複数の下位階層画素のうちの1画素分の画素データY11、Y15、……、X11、X13、……を伝送しないようにすると共に、最上位階層画素を量子化したときの量子化誤差の極性に応じて、当該最上位階層画素に対応する下位階層画素を量子化する際の量子化特性を、量子化誤差が最上位階層画素を量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御するようにしたことにより、圧縮効率を向上し得ると共に画質劣化を低減し得る。
【0051】
(2)第2実施例
図6は、全体として第2実施例の画像信号符号化装置180を示している。第1の実施例と比較して、最上位階層を除いて階層間データの残差(差分)圧縮符号化する点を除いて、図1の画像信号符号化装置140と同一の構成を有する。したがつて、図1と対応する部分については同一符号を付す。
【0052】
すなわち、第1実施例の画像信号符号化装置140が各画素をPCM(Pulse Code Modulation )の形式で伝送するようになされているのに対して、この第2実施例の画像信号符号化装置180は、各画素をDPCM(Differential Pulse Code Modulation )の形式で伝送するようになされている。したがつて、画像信号符号化装置180は、一段と伝送情報量を低減させることができる。
【0053】
具体的に説明すると、画像信号符号化装置180は、第3階層画像データD135及び第2階層ブロツク化データD134を差分回路181に供給する。そして、差分回路181によつて第3階層画像データD135と第2階層ブロツク化データD134との間で空間的に対応する画素同士の差分を演算して第2階層差分データD170を形成し、この第2階層差分データD170を間引き回路182に送出する。このとき、差分回路181は、第2階層画素Y13、Y31、Y33の差分値ΔY13、ΔY31、ΔY33を、これらの画素に対応する上位階層画素Z11を用いて、次式、
【数11】
のようにして求める。
【0054】
画像信号符号化装置180は、同様にして、第2階層ブロツク化データD134及び第1階層ブロツク化データD132を差分回路183に供給する。差分回路183によつて第2階層ブロツク化データD134と第1階層ブロツク化データD132との間で空間的に対応する画素同士の差分を演算して第1階層差分データD171を形成し、この第1階層差分データD171を間引き回路184に送出する。このとき、差分回路183は、第1階層画素X12、X21、X22の差分値ΔX12、ΔX21、ΔX22を、これらの画素に対応する上位階層画素Y11を用いて、次式、
【数12】
のようにして求める。
【0055】
間引き回路184、182は、上述した図1に示される間引き回路142、145と同様に、ブロツク化回路141からのブロツク化データD132及びブロツク化回路144からのブロツク化データD134をそれぞれ受信する。そして、4画素で構成されるブロツク化データD132、D134に対応して各ブロツクにつき4画素で構成されている第1階層及び第2階層差分データD171、D170の中からそれぞれ1画素を間引き、各ブロツクにつき取り除かれた1画素を除く残り3画素によつて構成される階層差分間引きデータD172、D173を形成し、この階層差分間引きデータD172、D173を量子化回路185、186に送出する。
【0056】
第3階層の量子化回路187は、平均化回路146からの第3階層画像データを受信し、第1実施例と同様に、各画素を歪み最小規範に従つて、例えば2ビツトに量子化する。そして、量子化回路187は、量子化誤差が正極性であるか負極性であるかどうかを示す量子化誤差情報信号S11を量子化制御回路210に送出する。
【0057】
ここで、第1階層の量子化回路185及び第2階層の量子化回路186は、第1実施例と同様に、第3階層(最上位階層)の量子化回路187の量子化誤差の極性に応じて量子化制御回路210から出力される量子化制御信号S12及びS13に基づいて、量子化特性が制御される。すなわち、上位階層画素の量子化回路187による量子化誤差の極性が正極性であつた場合には、この上位階層画素に空間的に対応する下位階層画素を量子化するときの量子化回路185及び186の量子化特性が、量子化誤差の極性が正極性となるように制御される。また、上位階層画素の量子化回路187による量子化誤差の極性が負極性であつた場合には、この上位階層画素に空間的に対応する下位階層画素を量子化するときの量子化回路185及び186の量子化特性が、量子化誤差の極性が負極性となるように制御される。
【0058】
量子化回路185、186、187により得られた再量子化データD174、D175、D176は、可変長符号化回路(VLC)150、151、152によつて可変長符号化され、 第1階層、第2階層及び第3階層符号化データD177、D178、D179として出力される。そして、これらの第1階層、第2階層及び第3階層符号化データD177、D178、D179が続く伝送フオーマツト変換回路153に入力され、伝送フオーマツト変換回路153は、伝送画像データD180を形成して、それを出力する。この出力された伝送画像データD180は、その後、通信路188を介して受信側に供給されるか、もしくは記録伝送路を介してデイスク、テープや半導体メモリなどの記録媒体189に記録される。
【0059】
このようにして形成された伝送画像データD144を復号する画像信号復号化装置190は、例えば、図7に示すように構成することができる。画像信号復号化装置190において、図4に示された画像信号復号化装置160との対応部分に同一符号を付している。画像信号復号化装置190は、通信路188を介して供給されるか、もしくは再生伝送路を介して記録媒体189から再生される伝送画像データD180をデータ分流回路161に入力する。データ分流回路161は、伝送画像データD180を第1階層、第2階層及び第3階層符号化データD181、D182及びD183に分流し、これらの第1階層、第2階層及び第3階層符号化データD181、D182及びD183は、可変長復号化回路(IVLC)162、163及び164にそれぞれ供給される。
【0060】
可変長復号化回路(IVLC)162、162及び164のそれぞれは、第1階層、第2階層及び第3階層符号化データD181、D182及びD183をそれぞれ可変長復号し、再量子化データD184、D185、D186を形成し、これらの再量子化データD184、D185、D186を逆量子化回路191、192及び193にそれぞれ送出する。なお、可変長復号化回路(IVLC)162、163及び164は、図6で示された可変長符号化回路(VLC)150、151及び152にそれぞれ対応する逆処理を実行する。
【0061】
逆量子化回路191、192及び193は、1画素当り2ビツトに再量子化されてなる再量子化データD184、D185及びD186を1画素当り8ビツトでなるデータにそれぞれ逆量子化し、第1階層及び第2階層の階層差分間引きデータD187及びD188並びに第3階層復号画像データD189をそれぞれ生成する。なお、逆量子化回路191、192及び193は、図6で示された量子化回路185、186及び187にそれぞれ対応する逆処理を実行する。
【0062】
第3階層復号画像データD189は、そのまま低解像度のテレビジヨンモニタ等に出力されると共に、加算回路194及び画素生成回路195に送出される。加算回路194は、次式、
【数13】
のような加算演算を行い、第2階層間引き復号データD190を算出する。
【0063】
画素生成回路195は、第2階層差分間引きデータD188と第3階層復号画像データD189とを用いて、図6で示された間引き回路182で間引かれた第2階層画素Y11を、次式、
【数14】
により求める。この(14)式は、上述した(3)式と比較すると、第3階層画素Z11の乗算係数が(3)式では「4」であつたのに対して、この式では「1」となつていることが分かる。このことは(14)式において、第2階層の画素値に対する第3階層の画素値の影響が(3)式と比べて小さいことを意味する。
【0064】
合成回路196は、第2階層間引き復号データD190と第2階層復元画素データD191とを合成して第2階層復号画像データD192を形成し、この第2階層復号画像データD192を出力端子を介してテレビジヨンモニタ等に出力すると共に、加算回路197及び画素生成回路198に送出する。加算回路197は、次式、
【数15】
のような加算演算を行い、第1階層間引き復号データD193を算出する。
【0065】
画素生成回路198は、第1階層差分間引きデータD187と第2階層復号画像データD192とを用いて、図6に示された間引き回路184で間引かれた第1階層画素X13、X31、X33を、次式、
【数16】
により求める。また、画素生成回路198は、間引かれた第1階層画素X11を、次式、
【数17】
により求める。
【0066】
合成回路199は、第1階層間引き復号データD193と第1階層復元画素データD194とを合成して、第1階層復号画像データD195を形成する。そして、この第1階層復号画像データD195を出力端子を介して、例えば高解像度のテレビジヨンモニタ等に出力する。
【0067】
次に、第1実施例と同様に、この第2実施例の画像信号符号化装置180及び画像信号復号化装置190における各階層での量子化誤差の影響について考える。
逆量子化回路193によつて得られる第3階層の画素Z11の復号値Z11′は、(5)式と同じとなる。また加算回路194によつて得られる第2階層の画素Y13、Y31、Y33の復号値Y13′、Y31′、Y33′は、次式、
【数18】
で示す値となる。
【0068】
また、画素生成回路195によつて復元される第2階層画素Y11は、(14)式に基づいて生成されるので、その復号値Y11′は、次式、
【数19】
で示す値となる。このように、第2実施例の画像信号符号化装置180は、最上位階層データを除いて、各階層間の差分データを伝送データとして伝送しており、(19)式を上述した(7)式と比較すると、第3階層画素Z11の量子化誤差E(Z11)の乗算係数が(7)式では「4」であつたのに対して、「1」となつていることが分かる。
【0069】
このことは、この第2実施例の符号化復号化によれば、第3階層画素の量子化誤差が第2階層画素の復号に与える影響を1/4程度に低減させることができることを意味する。つまり、第1の実施例では、(19)式から明らかなように、階層間の差分を演算しているために、第3階層の画素Z11の量子化誤差は、第2階層の復号画素値Y11′、Y13′、Y31′、Y33′のすべてに反映されることになる。したがつて、第3階層画素の量子化誤差が第2階層画素の復号に与える影響を低減させることができる。
【0070】
また加算回路197によつて得られる第1階層画素X12、X21、X22、X32、X41、X42の復号値X12′、X21′、X22′、X32′、X41′、X42′は、次式、
【数20】
で示される値となり、画素生成回路198によつて復元される第1階層画素X31の復号値X31′は、次式、
【数21】
で示される値となる。
【0071】
さらに画素生成回路195を経て画素生成回路198によつて復元される第1階層画素X11の復号値X11′は、次式、
【数22】
で示される値となり、Z11についての量子化誤差が等倍となつて影響し、Y13、Y31、Y33についての量子化誤差も等倍となつて影響する。しかしながらこの(22)式と(10)式を比較すれば明らかなように、Z11、Y13、Y31、Y33の量子化誤差が復号値X11′に与える影響は第1実施例の場合よりも格段に低減されている。つまり、第1の実施例では、例えば、(10)式から明らかなように、第3階層の画素Z11の量子化誤差及び第2階層の画素Y13、Y31、Y33の量子化誤差は、第1階層の復号画素値X11′のみに反映されており、第1階層の復号画素X12′、X21′、X22′には反映されていない。
【0072】
しかしながら、第2の実施例では、(22)式から明らかなように、階層間の差分を演算しているために、第3階層の画素Z11の量子化誤差及び第2階層の画素Y13、Y31、Y33の量子化誤差は、第1階層の復号画素X11′、X12′、X21′に反映されることになる。したがつて、第3階層画素の量子化誤差及び第2階層画素の量子化誤差が第1階層画素の復号に与える影響を低減させることができる。
【0073】
したがつて、以上の第2実施例の画像信号符号化装置の構成によれば、入力画像データD131から平均値演算により得された複数の階層画像データの各階層データと隣接上位階層データとの階層差分データを生成し、最上位階層データD135と複数の階層差分データD172、D173をそれぞれ量子化して複数の階層符号化データを生成する画像信号符号化装置180において、最上位階層を除く各階層の画素のうち隣接下位階層の画素及び自分の階層の画素を用いた算術演算によつて復元できる差分画素データΔY11、ΔY15、……、ΔX11、ΔX13、……を伝送しないようにすると共に、最上位階層画素を量子化したときの量子化誤差の極性に応じて、その最上位階層画素に対応する下位階層画素を量子化する際の量子化特性を、量子化誤差が最上位階層画素を量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御するようにしたことにより、画質劣化を抑制した状態で圧縮効率を一段と向上し得る。
【0074】
(3)第3実施例
図8は、全体として第3実施例の画像信号符号化装置400を示している。この画像信号符号化装置400は、第2実施例と比較して、適応予測回路401及び402を設けたことを除いて第2実施例の画像信号符号化装置180と同様の構成を有する。したがつて、図6と対応部分に同一符号を付して示している。
【0075】
適応予測回路401は、第3階層画像データD135に基づいて所定の予測処理を行い、第2階層画像データD134に対応する第2階層予測データD400を生成する。そして、この第2階層予測データを差分回路181に送出する。同様に、適応予測回路402は、第2階層画像データD134に基づいて所定の予測処理を行い、第1階層画像データD132に対応する第1階層予測データD401を生成する。そして、この第1階層予測データを差分回路183に送出する。
【0076】
実際上、適応予測回路401及び402は、クラス分類適応処理を適用して、複数の上位階層画素から下位階層の1画素を予測する。具体的には、予測しようとする下位階層の画素をその空間的に近傍の複数の上位階層画素のレベル分布に基づいてクラス分類する。また、適応予測回路401及び402は、予め学習によつて獲得された、クラス毎に複数の予測係数あるいは1個の予測値を格納したメモリ(図示せず)を有し、上記クラス分類で決定されたクラスに対応した複数の予測係数あるいは1個の予測値をメモリから読み出す。予測値の場合は、その予測値がそのまま予測画素として使用され、予測係数の場合は、複数の予測係数と複数の画素との線形一次結合により予測値を生成する。
【0077】
また、予測値は正規化されている場合は、この予測値に所定の処理を施して予測画素を生成する。このようなクラス分類適応処理の詳細は、例えば特願平4-155719号に開示されている。また、このようなクラス分類適応処理のアルゴリズムは、すでに知られている。また、第3の実施例の適応予測回路において、クラス分類適応処理のアルゴリズムが使用されているが、本発明はこれに限らず、現在使用されている他の予測方法を使用してもよい。
【0078】
画像信号符号化装置400により圧縮符号化された伝送画像データD180′を復号する画像信号復号化装置190′の構成を図9に示す。この画像信号復号化装置190′は、第2実施例の画像信号復号化装置190と比較して、適応予測回路401′及び402′を設けたことを除いて第2実施例の画像信号復号化装置190と同様の構成を有する。したがつて図7との対応部分に同一符号を付して示している。
【0079】
この第3実施例による画像信号復号化装置190′において、第3階層復号データD189′を入力する第1の適応予測回路401′は、図8に示した適応予測回路401に対応するクラス分類適応処理を第3階層復号データD189′に基づいて実行し、この結果得られる第2階層予測データD400′を画素生成回路195に送出する。画素生成回路195は、第2階層の逆量子化回路192から出力される第2階層差分間引きデータD188′と第2階層予測データD400′とを用いて、図8で示された間引き回路182で間引かれた第2階層画素を生成する。また、第3階層復号データD189′に基づいて第1の適応予測回路401′によつて得られた第2階層予測データD400′は、第2階層の逆量子化回路192から出力される第2階層差分間引きデータD188′に加算される。この加算により得られる第2階層間引き復号データD190′は、画素生成回路95によつて生成された第2階層画素D191′と合成され、第2階層復号画像データD192′となる。
【0080】
また、第2階層復号データD192′を入力する第2の適応予測回路402′は、図8に示した適用予測回路402に対応するクラス分類適応処理を第2階層復号データD192′に基づいて実行し、この結果得られる第1階層予測データD401′を画素生成回路198に送出する。画素生成回路198は、第1階層の逆量子化回路191から出力される第1階層差分間引きデータD187′と第1階層予測データD401′とを用いて、図8で示された間引き回路184で間引かれた第1階層画素を生成する。
【0081】
また、第2階層復号データD192′に基づいて第2の適応予測回路402′によつて得られた第1階層予測データD401′は、第1階層の逆量子化回路191から出力される第1階層差分間引きデータD187′に加算される。この加算により得られる第1階層間引き復号データD193′は、画素生成回路198によつて生成された第1階層画素D194′と合成され、第1階層復号画像データD195′となる。
【0082】
以上の第3実施例の構成によれば、最上位階層画素を量子化したときの量子化誤差の極性に応じて、当該最上位階層画素に対応する下位階層画素を量子化する際の量子化特性を、量子化誤差が最上位階層を量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御することにより、圧縮効率を向上し得ると共に画質劣化を低減し得る。また、適応予測回路401及び402を用いることによつて差分回路181及び183からそれぞれ得られる第2階層差分データD170′及び第1階層差分データD171′の残差を一段と少なくすることができるので、伝送情報量を一段と低減し得る画像信号符号化装置400を実現できる。
【0083】
(4)第4実施例
この第4実施例では、第1〜第3実施例において上述したように、最上位階層画素を量子化したときの量子化誤差の特性に応じて、その最上位階層画素に空間的に対応する下位階層画素を量子化する際の量子化特性を、量子化誤差が最上位階層画素を量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御することに加えて、上位階層の量子化回路ほど量子化ビツト数を大きく(量子化幅を小さくして)細かい量子化を行うようにする。このようにすれば、第1〜第3の実施例の効果に加えてさらに一段と復号時の画質劣化を低減し得るようになされている。
【0084】
この第4実施例の場合、第1実施例について上述した画像信号符号化装置140において、量子化回路147で1ビツトの量子化を行い、量子化回路148で4ビツトの量子化を行い、量子化回路149で16ビツトの量子化を行うように各量子化回路147〜149の量子化特性を制御する。この場合の量子化ビツト数は、下位階層データを復元する際の復元画素値に与える上位階層における量子化誤差の影響の程度を考慮して量子化ビツト数を選定する。
【0085】
この結果、例えば上述した(10)式について考えると、量子化誤差E(Z11)の誤差の程度は、量子化誤差E(X12)、E(X21)、E(X22)と比べて1/16倍となり、また量子化誤差E(Y13)、E(Y31)、E(Y33)の程度は量子化誤差E(X12)、E(X21)、E(X22)と比べて1/4倍となることにより、復号時に間引かれた画素を求めるために量子化誤差E(Z11)の誤差を16倍したり、量子化誤差E(Y13)、E(Y31)、E(Y33)を4倍しても、これから得られる誤差は逆量子化回路165から直接得られる量子化誤差E(X12)、E(X21)、E(X22)と同程度となる。従つて、上位階層での量子化歪みに基づく下位階層画像の画質劣化を格段に低減し得る。
【0086】
また、上位階層データの量子化誤差の下位階層データに対する影響度は、最下位階層からの階層の段数及び上位階層データを生成するときに使用する画素数に関係してくる。したがつて、上位階層の量子化ビツト数を決定する際に、最下位階層からの階層の段数及び上位階層データを生成するときに使用する画素数に応じて、最下位階層に影響する量子化誤差を最小限にするような量子化ビツト数もしくはそれ以上の量子化ビツト数に設定すれば、画質劣化を低減した画像符号化装置を提供することができる。なお、このように上位階層の量子化ビツト数を多くするとその分伝送情報量も増えるように見えるが、上位階層ほど伝送画素数が少ないので量子化ビツト数を多くすることによる情報量の増加は実際上問題とならない程度に抑えられている。
【0087】
また、第2及び第3実施例について上述した画像信号符号化装置180及び400において、量子化回路185で1ビツトの量子化を行い、量子化回路186で2ビツトの量子化を行い、量子化回路187で4ビツトの量子化を行うように各量子化回路185〜187の量子化特性を制御する。
【0088】
このように第1実施例の各量子化回路について割り当てた量子化ビツト数に対して、第2及び第3実施例の各量子化回路について割り当てた量子化ビツト数を少なくしたのは、第2及び第3実施例においては、最上位階層データを除いて階層間の差分データを伝送している。したがつて、上述した(3)式と(14)式、(7)式と(19)式、(10)式と(22)式を比較すれば明らかなように、間引かれた画素を復元する際に量子化誤差にかかる乗算係数が第1実施例の場合よりも第2及び第3実施例の方が小さく抑えられているためである。つまり、量子化ビツト数は、下位階層に与える量子化誤差の影響度によつて決定される。
【0089】
(5)他の実施例
なお、上述の実施例においては、3階層分の階層画像データD131、D134、D135を生成し、これを圧縮符号化して伝送する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、順次平均値演算を繰り返すことにより4階層や5階層分の階層画像データを生成し、これを量子化によつて圧縮符号化して伝送する場合にも適用し得る。
【0090】
また、上述の実施例においては、下位階層の4画素を用いた平均値演算によつて上位階層の1画素を生成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば下位階層の6画素もしくはそれ以上の画素を用いた平均値演算によつて上位階層の1画素を生成するようにして階層画像データを生成するようにしても良い。
【0091】
また上述の第4実施例においては、量子化回路47、48、49の量子化ビツト数をそれぞれ1ビツト、4ビツト、16ビツトとし、量子化回路85、86、87の量子化ビツトをそれぞれ1ビツト、2ビツト、4ビツトとする場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は上位階層の量子化回路ほど細かい量子化幅に制御するようにすれば良い。
【0092】
また、上述した実施例においては、量子化器をすべて線形量子化器として記載したが、本発明はこれに限らず、非線型量子化や適応量子化、さらには、ダイナミツクレンジに応じた適用量子化などを適用してもよい。
さらに、本発明の実施例は、ブロツク図を用いて示したハードウエアによつて実現しているが、本発明はこれに限らず、CPUやメモリなどを用いてソフトウエアで実現することも可能である。
【0093】
なお、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、さまざまな変形や応用例が考え得る。従つて、本発明の要旨は、実施例に限定されるものではない。
【0094】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、平均値演算により生成した複数の階層画像データについて、上位階層の1画素を生成するために同じ平均値演算に用いた複数の下位階層画素のうちの1画素分の画素データを伝送対象から除外すると共に、最上位階層の画素データを量子化したときの量子化誤差が正値又は負値のいずれであるかを表す極性に応じて、当該最上位階層画素に空間的に対応する下位階層の画素データを量子化する際の量子化誤差の極性を、最上位階層画素データを量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御したことにより、圧縮効率が向上しかつ画質劣化が低減した階層符号化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例による画像信号符号化装置の構成を示すブロツク図である。
【図2】階層化及び伝送画素の説明に供する略線図である。
【図3】量子化特性の制御の説明に供する略線図である。
【図4】第1実施例による画像信号復号化装置の構成を示すブロツク図である。
【図5】各階層における量子化誤差が各階層の復元画素に与える影響を表わす図表である。
【図6】第2実施例による画像信号符号化装置の構成を示すブロツク図である。
【図7】第2実施例による画像信号復号化装置の構成を示すブロツク図である。
【図8】第3実施例による画像信号符号化装置の構成を示すブロツク図である。
【図9】第3実施例による画像信号復号化装置の構成を示すブロツク図である。
【図10】従来の階層符号化を実現する画像信号符号化装置の構成を示すブロツク図である。
【図11】従来の階層符号化データを復号する画像信号復号化装置の構成を示すブロツク図である。
【符号の説明】
140、180、400……画像信号符号化装置、143、146……平均化回路、142、145、182、184……間引き回路、147〜149、185〜187……量子化回路、160、190……画像信号復号化装置、401、402、401′、402′……適応予測回路、200……量子化制御回路、D131……入力画像データ、D133……第2階層画像データ、D135……第3階層画像データ、D141、D177、D177′……第1階層符号化データ、D142、D178、D178′……第2階層符号化データ、D143、D179、D179′……第3階層符号化データ、D144、D180、D180′……伝送画像データ、D158、D189……第3階層復号画像データ、D160、D192……第2階層復号画像データ、D162、D195……第1階層復号画像データ、D170、D170′……第2階層差分データ、D171、D171′……第1階層差分データ、D400……第2階層予測データ、D401……第1階層予測データ、S1……量子化誤差情報信号、S2、S3……量子化制御信号、Z……第3階層画素、Y……第2階層画素、X……第1階層画素。[0001]
【table of contents】
The present invention will be described in the following order.
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Conventional technology (FIGS. 10 and 11)
Problems to be solved by the invention
Means for solving the problem
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1) 1st Example (FIGS. 1-5)
(2) Second embodiment (FIGS. 6 and 7)
(3) Third embodiment (FIGS. 8 and 9)
(4) Fourth embodiment
(5) Other embodiments
The invention's effect
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention records an image signal encoding method, an image signal encoding device, an image signal transmission method, and encoded data generated by an image signal encoding method or device that can be decoded by the image signal decoding device. In particular, predetermined image data is divided into multiple layers of image data having different resolutions, and the image data of each layer is encoded to generate encoded data (that is, the image data is hierarchically encoded). It is suitable to be applied to the case.
[0003]
[Prior art]
Conventionally, in this type of image signal encoding apparatus, high resolution input image data is used as first layer image data, second layer data having a resolution lower than that of the first layer data, and second layer data. Third layer data having a resolution lower than that of data is sequentially formed, and the plurality of layer data is compressed and encoded. Thereby, hierarchically encoded data for a plurality of hierarchies in which the amount of information is sequentially reduced is formed, and the plurality of hierarchically encoded data can be transmitted via a communication path or a recording / reproducing path.
[0004]
The image signal decoding apparatus that decodes the plurality of hierarchically encoded data can also decode all of the plurality of hierarchically encoded data, and any one of the hierarchical codes depending on the resolution of the television monitor corresponding to each It is also possible to select and decode a desired one of the digitized data. Thus, if only desired layer data is decoded from a plurality of layered layer data, desired image data can be obtained with a minimum necessary amount of transmission data.
[0005]
Here, as shown in FIG. 10, as this hierarchical encoding, for example, the image
[0006]
Outputs D2 to D4 of the
[0007]
The difference data D8 to D10 obtained from the respective difference circuits 8 to 10 and the reduced image data D4 obtained from the thinning filter are encoded by the
[0008]
The first to fourth hierarchical data D11 to D14 transmitted in this way are decoded by the image signal decoding apparatus 20 shown in FIG. That is, the first to fourth hierarchical data D11 to D14 supplied from the communication path or the recording medium via the input terminals are respectively decoded by the
[0009]
The output of the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the image signal encoding
[0011]
Further, in the image signal decoding apparatus 20, the hierarchical data D24 and D23 are sequentially moved from the upper hierarchical data to the lower hierarchical data so that the lower hierarchical data is restored based on the hierarchical data restored in the upper hierarchy. , D22, D21 are restored. Accordingly, when the encoded upper layer data D14 and D13 are decoded and an error due to compression encoding is included in the decoded data, the lower layer restored layer data D21 or the lower layer where high resolution is originally desired. A compression coding error is propagated to D22, and there is a problem that image quality deterioration based on the error appears very conspicuously in the decompression layer data of the lower layer.
[0012]
The present invention has been made in consideration of the above points. An image signal encoding method and an image signal encoding apparatus that can improve compression efficiency and reduce image quality degradation when hierarchically encoding image data. An image signal transmission method and a recording medium on which encoded data encoded by an image signal encoding method or apparatus decodable by an image signal decoding apparatus is recorded are proposed.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, in the present invention, after each layer data is generated by an average value calculation, one pixel among a plurality of lower layer pixels used for the same average value calculation to generate one pixel of the upper layer Quantization error when the pixel data of the highest layer is quantized The polarity of whether the value is positive or negative Quantization when quantizing lower layer pixel data spatially corresponding to the highest layer pixel Error polarity Is controlled to be the same as the polarity of the quantization error when quantizing the highest layer pixel data, it is possible to realize hierarchical encoding with improved compression efficiency and reduced image quality degradation.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
(1) First embodiment
FIG. 1 shows an image signal encoding apparatus 140 according to the first embodiment as a whole. In the first embodiment, a case is shown in which layer data for three layers is formed, and the data for these three layers are respectively compressed and encoded. The image signal encoding device 140 divides the high-resolution input image data D131 (hereinafter referred to as first layer image data) into small blocks of 2 lines × 2 pixels in the
[0016]
The averaging
[0017]
Similar to the averaging
[Expression 1]
Is used to calculate the average value, and one pixel in the second hierarchy shown in FIG. 11 ) Is generated. Pixel Y 13 , Y 31 ,... Are also generated in the same manner by averaging four pixels in the first layer.
[0018]
Similarly, the averaging
[Expression 2]
Is used to calculate the average value, and one pixel (for example, Z) in the third hierarchy shown in FIG. 11 ) Is generated. Pixel Z 15 , Z 51 ,... Are also generated in the same manner by averaging the four pixels in the second layer.
[0019]
The
[0020]
Accordingly, the pixel to be quantized by the first-
[0021]
Overall, the image signal encoding device 140 transmits image data of a plurality of layers with the same number of transmission pixels as compared with the case where only the first layer image data D131 is compressed and transmitted. It has been made so that it can. As a result, the image signal encoding device 140 can transmit multiple layers of image data without increasing the amount of transmission information. Note that the pixels thinned out by the thinning
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
This will be specifically described with reference to FIG. FIG. 3 shows that when the input data is 8-bit data per pixel and can take a level from 0 to 255, a quantized value “0” is output to the pixels from 0 to 63. , The quantized value “1” is output to the pixels of 64 to 127, the quantized value “2” is output to the pixels of 128 to 191 level, and the quantized value is output to the pixels of
[0025]
In the image signal encoding device 140 of the first embodiment, the
[0026]
At this time, the
[0027]
Re-quantized data D138, D139, and D140 obtained by the quantizing
[0028]
The transmission
[0029]
The image signal decoding device 160 that decodes the transmission image data D144 formed in this way can be configured as shown in FIG. 4, for example. The image signal decoding device 160 inputs transmission image data D144 supplied from the
[0030]
The variable-
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
The
[Equation 3]
It is restored by performing an operation such as Similarly, all the thinned out pixels are restored using the upper layer pixels generated by the averaging and the pixels used for the generation of the upper layer pixels and not thinned out.
[0034]
The synthesizing circuit 170 inserts the second-layer restored pixel data D159 generated in this way into a predetermined position in the second-layer thinned-out decoded data D157 to synthesize the second-layer decoded image data D160. Form. Then, the second layer decoded image data D160 is sent to a television monitor having a medium number of display pixels via an output terminal, for example, and also sent to the
[0035]
The
[Expression 4]
It is restored by performing an operation such as Similarly, all the thinned out pixels are restored using the upper layer pixels generated by the averaging and the pixels used for the generation of the upper layer pixels and not thinned out.
[0036]
The synthesizing
[0037]
In the above configuration, the image signal encoding device 140 generates upper layer pixels based on an average value of a plurality of lower layer pixels, thereby generating multiple layers of image data D131, D133, and D135.
[0038]
In addition to this, issue The encoding device 140 can restore one pixel out of the pixels used for the same average calculation for the hierarchical image data excluding the highest layer, that is, the third layer, by a simple arithmetic operation on the decoding side. exclude. As a result, the image signal encoding device 140 can realize a hierarchical encoding process that does not involve an increase in the number of transmission pixels due to the hierarchical structure.
[0039]
By the way, in the image signal encoding device 140, each hierarchical image data is converted by the
[0040]
Therefore, the influence of quantization errors in each layer in the image signal encoding device 140 and the image signal decoding device 160 will be considered. Where each pixel Z 11 , Y 11 , ... 11 ', Y 11 ′,… And set the true value to Z 11 , Y 11 , ..., and the quantization error is E (Z 11 ), E (Y 11 )..., For example, the third-layer pixel Z obtained by the
[Equation 5]
It becomes. Further, the second-layer pixel Y obtained by the
[Formula 6]
It becomes.
[0041]
However, the second layer pixel Y restored by the
[Expression 7]
Z 11 The quantization error with respect to increases by a factor of four.
[0042]
Further, the first layer pixel X obtained by the
[Equation 8]
The first layer pixel X restored by the
[Equation 9]
And each decoded value X 13 ', X 31 ', X 33 ′, Spatially corresponding second layer pixel Y 13 , Y 31 , Y 33 That is, the quantization error for the corresponding upper layer pixel is affected by a factor of four.
[0043]
Further, the first layer pixel X restored by the
[Expression 10]
As shown in FIG. 11 ′, The second layer pixel Y 13 , Y 31 , Y 33 In addition to the fact that the quantization error with respect to increases by a factor of 4, the third layer pixel Z 11 As a result, the quantization error with respect to increases by 16 times.
[0044]
FIG. 5 shows each decoded pixel value Z 11 ', Y 11 ', Y 13 Each quantization error E (Z 11 ), E (Y 13 ), E (Y 31 ), ... shows the magnitude of the influence. As is apparent from FIG. 5, the quantization error in the upper layer greatly affects the decoded value in the lower layer.
[0045]
Considering this, in the first embodiment of the present invention, the pixel Z of the highest hierarchy 11 Based on the polarity of the quantization error when quantizing 11 Lower hierarchical pixel Y spatially corresponding to 13 , Y 31 , Y 33 , X 12 , X twenty one , X twenty two Quantization of the pixel Z of the highest hierarchy whose quantization error polarity is 11 Is controlled to be the same as the polarity of the quantization error when quantizing. That is, for example, as is apparent from the equation (7), the second layer pixel Y is obtained by the inverse process of the average calculation. 11 Z, which is an upper layer pixel when decoding 11 Quantization error E (Z 11 ) And Y in the same hierarchy (second hierarchy) (pixels existing in the same block) 13 , Y 31 , Y 33 Quantization error E (Y 13 ), E (Y 31 ), E (Y 33 ) Will be included. However, Z, which is a higher layer pixel 11 Quantization error E (Z 11 Y which is the same layer pixel as) 13 , Y 31 , Y 33 Quantization error E (Y 13 ), E (Y 31 ), E (Y 33 ) Is a relationship that cancels out, as is clear from the equation (7).
[0046]
Therefore, Z that is the upper layer pixel 11 Quantization error E (Z 11 Y which is the same layer pixel as) 13 , Y 31 , Y 33 Quantization error E (Y 13 ), E (Y 31 ), E (Y 33 ) Have the same polarity, the quantization error can be reduced during decoding. Therefore, according to the first embodiment of the present invention, as is apparent from the equation (7), decoding is performed by quantizing the lower layer so that it has the same polarity as the highest layer during encoding. In some cases, quantization errors cancel each other, and image quality degradation in lower layers can be reduced.
[0047]
Similarly, as apparent from the equation (10), the first layer pixel X is obtained by the inverse process of the average calculation. 11 Z, which is a pixel in the highest hierarchy (third hierarchy) 11 Quantization error E (Z 11 ) And the upper layer (second layer) Y 13 , Y 31 , Y 33 Quantization error E (Y 13 ), E (Y 13 ), E (Y 33 ) And the same level (first level) pixels (pixels existing in the same block) 12 , X twenty one , X twenty two Quantization error E (X 12 ), E (X twenty one ), E (X twenty two ) Will be included. However, the highest hierarchical pixel Z 11 Quantization error E (Z 11 ) And Y which is the upper hierarchy 13 , Y 31 , Y 33 Quantization error E (Y 13 ), E (Y 13 ), E (Y 33 ) And X which is a pixel in the same hierarchy 12 , X twenty one , X twenty two Quantization error E (X 12 ), E (X twenty one ), E (X twenty two ) Is a canceling relationship, as is clear from the equation (10).
[0048]
Therefore, Z is the highest hierarchical pixel. 11 Quantization error E (Z 11 ) And Y which is the upper hierarchy 13 , Y 31 , Y 33 Quantization error E (Y 13 ), E (Y 13 ), E (Y 33 ) And X which is a pixel in the same hierarchy 12 , X twenty one , X twenty two Quantization error E (X 12 ), E (X twenty one ), E (X twenty two ) Have the same polarity, the quantization error can be reduced during decoding. Therefore, according to the first embodiment of the present invention, as is clear from the equation (10), decoding is performed by quantizing the lower layer so that it has the same polarity as the highest layer during encoding. In some cases, quantization errors cancel each other, and image quality degradation in lower layers can be reduced.
[0049]
As described above, the image signal encoding device 140 can perform quantization processing in consideration of the quantization error propagating from the upper layer to the lower layer on the decoding side, thereby reducing image quality degradation based on the quantization error. It has been made so that it can.
[0050]
According to the configuration of the first embodiment described above, pixel data Y for one pixel among a plurality of lower layer pixels used for the same average value calculation to generate one pixel of the upper layer. 11 , Y 15 , ..., X 11 , X 13 ,... Are not transmitted, and quantization characteristics when quantizing a lower layer pixel corresponding to the highest layer pixel according to the polarity of the quantization error when the highest layer pixel is quantized Is controlled so that the quantization error is the same as the polarity of the quantization error when the highest layer pixel is quantized, so that compression efficiency can be improved and image quality degradation can be reduced.
[0051]
(2) Second embodiment
FIG. 6 shows an image signal encoding device 180 according to the second embodiment as a whole. Compared with the first embodiment, it has the same configuration as the image signal encoding device 140 of FIG. 1 except that the residual (difference) compression encoding of inter-layer data is performed except for the highest layer. Accordingly, parts corresponding to those in FIG.
[0052]
That is, the image signal encoding device 140 of the first embodiment transmits each pixel in the form of PCM (Pulse Code Modulation), whereas the image signal encoding device 180 of the second embodiment. Each pixel is transmitted in the form of DPCM (Differential Pulse Code Modulation). Therefore, the image signal encoding device 180 can further reduce the amount of transmission information.
[0053]
More specifically, the image signal encoding device 180 supplies the third hierarchy image data D135 and the second hierarchy block data D134 to the
## EQU11 ##
It asks like this.
[0054]
Similarly, the image signal encoding device 180 supplies the second hierarchy block data D134 and the first hierarchy block data D132 to the
[Expression 12]
It asks like this.
[0055]
Similarly to the thinning
[0056]
The third-
[0057]
Here, the first-
[0058]
The requantized data D174, D175, and D176 obtained by the
[0059]
The image signal decoding apparatus 190 that decodes the transmission image data D144 formed in this way can be configured as shown in FIG. 7, for example. In the image signal decoding device 190, the same reference numerals are given to the corresponding parts to the image signal decoding device 160 shown in FIG. The image signal decoding device 190 inputs the transmission image data D180 supplied from the
[0060]
Each of the variable length decoding circuits (IVLC) 162, 162, and 164 performs variable length decoding on the first layer, second layer, and third layer encoded data D181, D182, and D183, respectively, and re-quantized data D184, D185. , D186, and the re-quantized data D184, D185, D186 are sent to the
[0061]
The
[0062]
Third-layer decoded image data D189 is output as it is to a low-resolution television monitor or the like, and is also transmitted to
[Formula 13]
The second layer decimation data D190 is calculated by performing the addition operation as described above.
[0063]
The
[Expression 14]
Ask for. Compared with the above-described equation (3), this equation (14) is the third layer pixel Z 11 It can be seen that the multiplication coefficient of (4) is “4” in the equation (3), whereas it is “1” in this equation. This means that the influence of the pixel value of the third layer on the pixel value of the second layer is smaller in the equation (14) than the equation (3).
[0064]
The synthesizing
[Expression 15]
The first layer decimation data D193 is calculated by performing the addition operation as described above.
[0065]
The
[Expression 16]
Ask for. In addition, the
[Expression 17]
Ask for.
[0066]
The synthesizing
[0067]
Next, as in the first embodiment, the influence of quantization error in each layer in the image signal encoding device 180 and the image signal decoding device 190 of the second embodiment will be considered.
Third-layer pixel Z obtained by
[Formula 18]
It becomes the value shown by.
[0068]
In addition, the second layer pixel Y restored by the
[Equation 19]
It becomes the value shown by. As described above, the image signal encoding apparatus 180 according to the second embodiment transmits the difference data between the layers as the transmission data except for the highest layer data, and the equation (19) is described above as (7). Compared with the equation, the third layer pixel Z 11 Quantization error E (Z 11 ) Has a multiplication coefficient of “4” in equation (7), whereas “ 1 "
[0069]
This means that according to the encoding / decoding of the second embodiment, the quantization error of the third layer pixel has an influence on the decoding of the second layer pixel. 1/4 It means that it can be reduced to the extent. That is, in the first embodiment, as apparent from the equation (19), the difference between the hierarchies is calculated. 11 The quantization error of is the decoded pixel value Y of the second layer 11 ', Y 13 ', Y 31 ', Y 33 It will be reflected in all of '. Therefore, the influence of the quantization error of the third layer pixel on the decoding of the second layer pixel can be reduced.
[0070]
Further, the first layer pixel X obtained by the
[Expression 20]
The first layer pixel X is restored by the
[Expression 21]
The value indicated by.
[0071]
Further, the first layer pixel X restored by the
[Expression 22]
The value indicated by 11 Quantization error about etc Y is affected, Y 13 , Y 31 , Y 33 Quantization error about Etc. It will be doubled. However, as is clear from a comparison of the equations (22) and (10), Z 11 , Y 13 , Y 31 , Y 33 Is the decoded value X 11 The influence on ′ is significantly reduced as compared with the case of the first embodiment. That is, in the first embodiment, for example, as is apparent from the equation (10), the pixel Z of the third hierarchy is 11 Quantization error and second layer pixel Y 13 , Y 31 , Y 33 The quantization error of is the decoded pixel value X of the first layer 11 ′ Only, and the decoded pixel X of the first layer 12 ', X 21 ', X 22 It is not reflected in ′.
[0072]
However, in the second embodiment, as apparent from the equation (22), the difference between the hierarchies is calculated. 11 Quantization error and second layer pixel Y 13 , Y 31 , Y 33 The quantization error of the first-level decoded pixel X 11 ', X 12 ', X twenty one It will be reflected in ′. Therefore, the influence of the quantization error of the third layer pixel and the quantization error of the second layer pixel on the decoding of the first layer pixel can be reduced.
[0073]
Therefore, according to the configuration of the image signal encoding device of the second embodiment described above, each hierarchical data of a plurality of hierarchical image data obtained by the average value calculation from the input image data D131 and the adjacent upper hierarchical data In the image signal encoding device 180 that generates hierarchical difference data and quantizes the highest hierarchy data D135 and the plurality of hierarchy difference data D172 and D173, respectively, to generate a plurality of hierarchically encoded data, each hierarchy except the highest hierarchy Pixel data ΔY that can be restored by an arithmetic operation using adjacent lower-layer pixels and pixels of its own layer 11 , ΔY 15 , ..., ΔX 11 , ΔX 13 , ... are not transmitted, and the quantization characteristics when quantizing the lower layer pixel corresponding to the highest layer pixel according to the polarity of the quantization error when the highest layer pixel is quantized Is controlled so that the quantization error has the same polarity as the quantization error when the highest layer pixel is quantized, so that the compression efficiency can be further improved in a state in which the image quality deterioration is suppressed.
[0074]
(3) Third embodiment
FIG. 8 shows an image signal encoding apparatus 400 according to the third embodiment as a whole. The image signal encoding device 400 has a configuration similar to that of the image signal encoding device 180 of the second embodiment, except that
[0075]
The
[0076]
In practice, the
[0077]
Further, when the predicted value is normalized, the predicted value is generated by performing a predetermined process on the predicted value. Details of such class classification adaptation processing are disclosed, for example, in Japanese Patent Application No. 4-155719. Such an algorithm for adaptive classification processing is already known. In the adaptive prediction circuit of the third embodiment, an algorithm for class classification adaptive processing is used. However, the present invention is not limited to this, and other currently used prediction methods may be used.
[0078]
FIG. 9 shows the configuration of an image signal decoding device 190 ′ that decodes transmission image data D180 ′ that has been compression-encoded by the image signal encoding device 400. This image signal decoding device 190 ′ is different from the image signal decoding device 190 of the second embodiment in that the image signal decoding of the second embodiment is provided except that
[0079]
In the image signal decoding apparatus 190 ′ according to the third embodiment, the first
[0080]
In addition, the second
[0081]
Also, the first layer prediction data D401 ′ obtained by the second
[0082]
According to the configuration of the third embodiment described above, the quantization at the time of quantizing the lower layer pixel corresponding to the highest layer pixel according to the polarity of the quantization error when the highest layer pixel is quantized. By controlling the characteristics so that the quantization error is the same as the polarity of the quantization error when the highest layer is quantized, the compression efficiency can be improved and the image quality degradation can be reduced. Further, by using the
[0083]
(4) Fourth embodiment
In the fourth embodiment, as described above in the first to third embodiments, spatially corresponds to the highest layer pixel according to the characteristics of the quantization error when the highest layer pixel is quantized. In addition to controlling the quantization characteristics when quantizing lower layer pixels so that the quantization error is the same as the polarity of the quantization error when quantizing the highest layer pixel, The quantization circuit increases the number of quantization bits (decreases the quantization width) and performs fine quantization. In this way, in addition to the effects of the first to third embodiments, the image quality degradation at the time of decoding can be further reduced.
[0084]
In the case of the fourth embodiment, in the image signal encoding device 140 described above with respect to the first embodiment, the
[0085]
As a result, for example, considering the above-described equation (10), the quantization error E (Z 11 ) Error degree is the quantization error E (X 12 ), E (X twenty one ), E (X twenty two ), And the quantization error E (Y 13 ), E (Y 31 ), E (Y 33 ) Is the quantization error E (X 12 ), E (X twenty one ), E (X twenty two ) In comparison with quantization error E (Z 11 ) Is multiplied by 16 or the quantization error E (Y 13 ), E (Y 31 ), E (Y 33 ) Is multiplied by 4, the resulting error is the quantization error E (X 12 ), E (X twenty one ), E (X twenty two ). Therefore, the image quality degradation of the lower layer image based on the quantization distortion in the upper layer can be remarkably reduced.
[0086]
Further, the degree of influence of the quantization error of the upper layer data on the lower layer data is related to the number of layers from the lowest layer and the number of pixels used when generating the upper layer data. Therefore, when determining the number of quantization bits in the upper layer, the quantization that affects the lower layer depends on the number of layers from the lowest layer and the number of pixels used when generating the upper layer data. By setting the number of quantization bits to minimize the error or the number of quantization bits larger than that, it is possible to provide an image coding apparatus with reduced image quality degradation. In addition, if the number of quantization bits in the upper layer is increased in this way, the amount of transmitted information seems to increase accordingly, but since the number of transmission pixels is smaller in the upper layer, the increase in the amount of information by increasing the number of quantization bits is It is suppressed to such an extent that it does not actually cause a problem.
[0087]
In the image signal encoding devices 180 and 400 described above for the second and third embodiments, the
[0088]
In this way, the number of quantization bits assigned to each quantization circuit of the second and third embodiments is reduced with respect to the number of quantization bits assigned to each quantization circuit of the first embodiment. In the third embodiment, difference data between layers is transmitted except for the highest layer data. Therefore, as is clear from comparing the above-described expressions (3) and (14), (7) and (19), and (10) and (22), This is because the multiplication coefficient related to the quantization error at the time of restoration is smaller in the second and third embodiments than in the first embodiment. That is, the number of quantization bits is determined by the degree of influence of the quantization error given to the lower layer.
[0089]
(5) Other embodiments
In the above-described embodiment, the case has been described where hierarchical image data D131, D134, and D135 for three layers are generated and compressed and transmitted. However, the present invention is not limited to this, and the average value is sequentially calculated. The present invention can also be applied to the case where layer image data for four layers or five layers is generated by repeating the operation, and this is compressed and encoded by quantization and transmitted.
[0090]
Further, in the above-described embodiment, the case where one pixel of the upper layer is generated by the average value calculation using the four pixels of the lower layer has been described. However, the present invention is not limited to this. Hierarchical image data may be generated by generating one pixel in the upper hierarchy by an average value calculation using pixels or more pixels.
[0091]
In the fourth embodiment described above, the number of quantization bits of the quantization circuits 47, 48, and 49 is set to 1 bit, 4 bits, and 16 bits, respectively, and the quantization bits of the
[0092]
In the above-described embodiments, all quantizers are described as linear quantizers. However, the present invention is not limited to this, and is applicable to nonlinear quantization, adaptive quantization, and dynamic range. Quantization or the like may be applied.
Furthermore, although the embodiments of the present invention are realized by the hardware shown using the block diagram, the present invention is not limited to this, and can also be realized by software using a CPU or a memory. It is.
[0093]
Various modifications and application examples can be considered without departing from the gist of the present invention. Therefore, the gist of the present invention is not limited to the examples.
[0094]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, for a plurality of hierarchical image data generated by the average value calculation, one pixel among the plurality of lower layer pixels used for the same average value calculation in order to generate one pixel of the upper layer. Quantization error when the pixel data of the highest layer is quantized The polarity of whether the value is positive or negative Quantization when quantizing lower layer pixel data spatially corresponding to the highest layer pixel Error polarity Is controlled to be the same as the polarity of the quantization error when quantizing the highest layer pixel data, it is possible to realize hierarchical encoding with improved compression efficiency and reduced image quality degradation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image signal encoding apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining hierarchization and transmission pixels;
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining control of quantization characteristics;
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an image signal decoding apparatus according to the first embodiment.
FIG. 5 is a chart showing the influence of quantization errors in each layer on the restored pixels in each layer.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an image signal encoding apparatus according to a second embodiment.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an image signal decoding apparatus according to a second embodiment.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an image signal encoding device according to a third embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an image signal decoding apparatus according to a third embodiment.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a conventional image signal encoding apparatus that realizes hierarchical encoding.
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a conventional image signal decoding apparatus for decoding hierarchically encoded data.
[Explanation of symbols]
140, 180, 400... Image signal encoding device, 143, 146... Averaging circuit, 142, 145, 182, 184... Thinning circuit, 147 to 149, 185 to 187. ... Image signal decoding apparatus, 401, 402, 401 ′, 402 ′... Adaptive prediction circuit, 200... Quantization control circuit, D131 ... Input image data, D133 ... Second layer image data, D135. 3rd layer image data, D141, D177, D177 '... 1st layer encoded data, D142, D178, D178' ... 2nd layer encoded data, D143, D179, D179 '... 3rd layer encoded data , D144, D180, D180 ′... Transmission image data, D158, D189... Third layer decoded image data, D160, D192. Layer decoded image data, D162, D195 ... First layer decoded image data, D170, D170 '... Second layer difference data, D171, D171' ... First layer difference data, D400 ... Second layer prediction data, D401: First layer prediction data, S1: Quantization error information signal, S2, S3: Quantization control signal, Z: Third layer pixel, Y: Second layer pixel, X: First layer Pixel.
Claims (10)
各階層画像データの複数の画素値を平均演算し、上位階層画像データを生成するステツプと、
解像度の最も低い最上位階層を除く各階層画像データについて、上位階層の1画素を生成するために同じ平均値演算に用いた複数の下位階層画素のうちの1画素分の画素データを間引き、残りの画素で形成される間引きデータを形成するステツプと、
上記最上位階層画像データ及び上記最上位階層を除く各階層の間引きデータをそれぞれ量子化によつて圧縮符号化し、複数の階層符号化データを生成する量子化ステツプと、
からなり、
上記量子化ステツプでは、上記最上位階層の画素データを量子化したときの量子化誤差が正値又は負値のいずれであるかを表す極性に応じて、当該最上位階層画素に空間的に対応する下位階層の画素データを量子化する際の量子化特性を、量子化誤差が上記最上位階層画素データを量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御する
ことを特徴とする画像信号符号化方法。In an image signal encoding method for generating a plurality of hierarchical image data having different resolutions from input image data and encoding each hierarchical image data,
A step of averaging a plurality of pixel values of each hierarchical image data to generate upper hierarchical image data;
For each layer image data except the highest layer having the lowest resolution, pixel data for one pixel among a plurality of lower layer pixels used for the same average value calculation to generate one pixel of the upper layer is thinned out, and the rest A step of forming decimation data formed by the pixels of
A quantization step for compressing and encoding the thinned data of each layer excluding the highest layer image data and the highest layer by quantization, and generating a plurality of layer encoded data;
Consists of
In the quantization step, spatially corresponds to the highest layer pixel according to the polarity indicating whether the quantization error when the pixel data of the highest layer is quantized is a positive value or a negative value. The quantization characteristics when quantizing lower layer pixel data to be quantized are controlled so that the quantization error is the same as the polarity of the quantization error when the highest layer pixel data is quantized. An image signal encoding method.
各階層画像データの複数の画素値を平均演算し、上位階層画像データを生成するステツプと、
解像度の最も低い最上位階層を除く各階層画像データについて、当該各階層画像データと隣接上位階層画像データの差分を演算し、階層差分データを形成するステツプと、
上記各階層の階層差分データについて、隣接上位階層の差分データ及び自分の階層の差分データを用いて算術演算によつて復元できる差分画素データを間引き、残りの画素で形成される間引きデータを形成するステツプと、
上記最上位階層画像データ及び上記最上位階層を除く各階層の間引きデータをそれぞれ量子化によつて圧縮符号化し、複数の階層符号化データを生成する量子化ステツプと、
からなり、
上記量子化ステツプでは、上記最上位階層の画素データを量子化したときの量子化誤差が正値又は負値のいずれであるかを表す極性に応じて、当該最上位階層画素に対応する下位階層の画素データを量子化する際の量子化特性を、量子化誤差が上記最上位階層画素データを量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御する
ことを特徴とする画像信号符号化方法。In an image signal encoding method for generating a plurality of hierarchical image data having different resolutions from input image data and encoding each hierarchical image data,
A step of averaging a plurality of pixel values of each hierarchical image data to generate upper hierarchical image data;
For each layer image data excluding the highest layer having the lowest resolution, a step of calculating a difference between each layer image data and the adjacent upper layer image data to form layer difference data;
With respect to the hierarchical difference data of each layer, the difference pixel data that can be restored by arithmetic operation using the difference data of the adjacent upper layer and the difference data of the own layer is thinned to form thinned data formed by the remaining pixels. Steps,
A quantization step for compressing and encoding the thinned data of each layer excluding the highest layer image data and the highest layer by quantization, and generating a plurality of layer encoded data;
Consists of
In the quantization step, a lower layer corresponding to the highest layer pixel is determined according to a polarity indicating whether a quantization error when the pixel data of the highest layer is quantized is a positive value or a negative value. An image signal characterized by controlling the quantization characteristics when quantizing the pixel data so that the quantization error is the same as the polarity of the quantization error when the top layer pixel data is quantized. Encoding method.
各階層画像データの複数の画素値を平均演算し、上位階層画像データを生成する画像データ生成手段と、
解像度の最も低い最上位階層を除く各階層画像データについて、上位階層の1画素を生成するために同じ平均値演算に用いた複数の下位階層画素のうちの1画素分の画素データを間引き、残りの画素で形成される間引きデータを形成する間引きデータ形成手段と、
上記最上位階層画像データ及び上記最上位階層を除く各階層の間引きデータをそれぞれ量子化によつて圧縮符号化し、複数の階層符号化データを生成する量子化手段と、
からなり、
上記量子化手段では、上記最上位階層の画素データを量子化したときの量子化誤差が正値又は負値のいずれであるかを表す極性に応じて、当該最上位階層画素に空間的に対応する下位階層の画素データを量子化する際の量子化特性を、量子化誤差が上記最上位階層画素データを量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御する
ことを特徴とする画像信号符号化装置。In an image signal encoding device for generating a plurality of hierarchical image data having different resolutions from input image data and encoding each hierarchical image data,
Image data generating means for averaging a plurality of pixel values of each hierarchical image data and generating higher hierarchical image data;
For each layer image data except the highest layer having the lowest resolution, pixel data for one pixel among a plurality of lower layer pixels used for the same average value calculation to generate one pixel of the upper layer is thinned out, and the rest Thinned data forming means for forming thinned data formed by the pixels;
Quantization means for compressing and encoding the thinned data of each layer excluding the highest layer image data and the highest layer by quantization to generate a plurality of layer encoded data,
Consists of
The quantization means spatially corresponds to the highest layer pixel according to the polarity indicating whether the quantization error when quantizing the pixel data of the highest layer is a positive value or a negative value. The quantization characteristics when quantizing lower layer pixel data to be quantized are controlled so that the quantization error is the same as the polarity of the quantization error when the highest layer pixel data is quantized. An image signal encoding device.
上記量子化手段は、さらに、上位階層のデータほど細かく量子化するようにした
ことを特徴とする画像信号符号化装置。In claim 3,
The quantization means further quantizes the data of the upper layer more finely.
各階層画像データの複数の画素値を平均演算し、上位階層画像データを生成する画像データ生成手段と、
解像度の最も低い最上位階層データを除く各階層画像データについて、当該各階層画像データと隣接上位階層画像データの差分を演算し、階層差分データを形成する差分データ形成手段と、
上記各階層の階層差分データについて、隣接上位階層の差分データ及び自分の階層の差分データを用いた算術演算によつて復元できる差分画素データを間引き、残りの画素で形成される間引きデータを形成する間引きデータ形成手段と、
上記最上位階層画像データ及び上記最上位階層を除く各階層の間引きデータをそれぞれ量子化によつて圧縮符号化し、複数の階層符号化データを生成する量子化手段と、
からなり、
上記量子化手段は、上記最上位階層の画素データを量子化したときの量子化誤差が正値又は負値のいずれであるかを表す極性に応じて、当該最上位階層画素に対応する下位階層の画素データを量子化する際の量子化特性を、量子化誤差が上記最上位階層画素データを量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御する
ことを特徴とする画像信号符号化装置。In an image signal encoding device for generating a plurality of hierarchical image data having different resolutions from input image data and encoding each hierarchical image data,
Image data generating means for averaging a plurality of pixel values of each hierarchical image data and generating higher hierarchical image data;
For each layer image data excluding the highest layer data with the lowest resolution, a difference data forming unit that calculates a difference between each layer image data and the adjacent upper layer image data and forms layer difference data;
With respect to the hierarchical difference data of each layer, the difference pixel data that can be restored by the arithmetic operation using the difference data of the adjacent upper layer and the difference data of the own layer is thinned, and the thinned data formed by the remaining pixels is formed. Thinning data forming means;
Quantization means for compressing and encoding the thinned data of each layer excluding the highest layer image data and the highest layer by quantization to generate a plurality of layer encoded data,
Consists of
The quantization means has a lower layer corresponding to the highest layer pixel according to a polarity indicating whether a quantization error when the pixel data of the highest layer is quantized is a positive value or a negative value. An image signal characterized by controlling the quantization characteristics when quantizing the pixel data so that the quantization error is the same as the polarity of the quantization error when the top layer pixel data is quantized. Encoding device.
上記量子化手段では、さらに、上位階層のデータほど細かく量子化するようにした
ことを特徴とする画像信号符号化装置。In claim 5,
In the above quantization means, the higher-level data is further quantized more finely.
上記階層差分データを形成する差分データ形成手段では、上記各階層画像データと、上記隣接上位階層画像データを用いて所定の予測演算処理によつて予測生成した隣接下位階層画像データとの差分をとることにより上記階層差分データを形成する
ことを特徴とする画像信号符号化装置。In claim 5,
The difference data forming means for forming the hierarchy difference data obtains a difference between each of the hierarchy image data and the adjacent lower hierarchy image data predicted and generated by a predetermined prediction calculation process using the adjacent upper hierarchy image data. Thus, the hierarchical difference data is formed.
各階層画像データの複数の画素値を平均演算し、上位階層画像データを生成するステツプと、
解像度の最も低い最上位階層を除く各階層画像データについて、上位階層の1画素を生成するために同じ平均値演算に用いた複数の下位階層画素のうちの1画素分の画素データを間引き、残りの画素で形成される間引きデータを形成するステツプと、
上記最上位階層画像データ及び上記最上位階層を除く各階層の間引きデータをそれぞれ量子化によつて圧縮符号化し、伝送画像データとして複数の階層符号化データを生成する量子化ステツプと、
上記伝送画像データを伝送するステツプと、
からなり、
上記量子化ステツプでは、上記最上位階層の画素データを量子化したときの量子化誤差が正値又は負値のいずれであるかを表す極性に応じて、当該最上位階層画素に空間的に対応する下位階層の画素データを量子化する際の量子化特性を、量子化誤差が上記最上位階層画素データを量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御する
ことを特徴とする画像信号伝送方法。In an image signal transmission method for generating a plurality of hierarchical image data having different resolutions from input image data, encoding each hierarchical image data, and transmitting the encoded data,
A step of averaging a plurality of pixel values of each hierarchical image data to generate upper hierarchical image data;
For each layer image data except the highest layer having the lowest resolution, pixel data for one pixel among a plurality of lower layer pixels used for the same average value calculation to generate one pixel of the upper layer is thinned out, and the rest A step of forming decimation data formed by the pixels of
A quantization step for compressing and encoding the thinned data of each layer excluding the top layer image data and the top layer by quantization, and generating a plurality of layer encoded data as transmission image data;
A step of transmitting the transmission image data;
Consists of
In the quantization step, spatially corresponds to the highest layer pixel according to the polarity indicating whether the quantization error when the pixel data of the highest layer is quantized is a positive value or a negative value. The quantization characteristics when quantizing lower layer pixel data to be quantized are controlled so that the quantization error is the same as the polarity of the quantization error when the highest layer pixel data is quantized. Image signal transmission method.
解像度の最も低い最上位階層データを除く各階層画像データについて、当該各階層画像データと隣接上位階層画像データの差分を演算し、階層差分データを形成するステツプと、
上記各階層の階層差分データについて、隣接上位階層の差分データ及び自分の階層の差分データを用いた算術演算によつて復元できる差分画素データを間引き、残りの画素で形成される間引きデータを形成するステツプと、
上記最上位階層画像データ及び上記最上位階層を除く各階層の間引きデータをそれぞれ量子化によつて圧縮符号化し、伝送画像データとして複数の階層符号化データを生成する量子化ステツプと、
上記伝送画像データを伝送するステツプと、
からなり、
上記量子化ステツプでは、上記最上位階層の画素データを量子化したときの量子化誤差が正値又は負値のいずれであるかを表す極性に応じて、当該最上位階層画素に対応する下位階層の画素データを量子化する際の量子化特性を、量子化誤差が上記最上位階層画素データを量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御する
ことを特徴とする画像信号伝送方法。In an image signal transmission method for generating a plurality of layer image data having different resolutions from input image data, encoding each layer image data, and transmitting the encoded data, an average operation is performed on a plurality of pixel values of each layer image data. , A step of generating upper layer image data,
For each layer image data excluding the highest layer data having the lowest resolution, a step of calculating a difference between each layer image data and the adjacent upper layer image data to form layer difference data;
With respect to the hierarchical difference data of each layer, the difference pixel data that can be restored by the arithmetic operation using the difference data of the adjacent upper layer and the difference data of the own layer is thinned, and the thinned data formed by the remaining pixels is formed. Steps,
A quantization step for compressing and encoding the thinned data of each layer excluding the top layer image data and the top layer by quantization, and generating a plurality of layer encoded data as transmission image data;
A step of transmitting the transmission image data;
Consists of
In the quantization step, a lower layer corresponding to the highest layer pixel is determined according to a polarity indicating whether a quantization error when the pixel data of the highest layer is quantized is a positive value or a negative value. An image signal characterized by controlling the quantization characteristics when quantizing the pixel data so that the quantization error is the same as the polarity of the quantization error when the top layer pixel data is quantized. Transmission method.
各階層画像データの複数の画素値に基づき、上位階層画像に関するデータを生成する画像データ生成手段と、
解像度の最も低い最上位階層を除く各階層画像に関するデータについて、各階層に関するデータ及び該隣接上位階層に関するデータを用いた演算によつて復元できる範囲で、上記各階層に関するデータを間引き、残りの画素に関するデータで形成される間引きデータを形成する間引きデータ形成手段と、
上記最上位階層画像に関するデータ及び上記最上位階層を除く各階層に関する間引きデータをそれぞれ量子化によつて圧縮符号化し、複数の階層符号化データを生成する量子化手段と、
からなり、
上記量子化手段では、上記最上位階層の画素に関するデータを量子化したときの量子化誤差が正値又は負値のいずれであるかを表す極性に応じて、当該最上位階層画素に空間的に対応する下位階層の画素に関するデータを量子化する際の量子化特性を、量子化誤差が上記最上位階層の画素に関するデータを量子化したときの量子化誤差の極性と同じになるように制御する
ことを特徴とする画像信号符号化装置。In an image signal encoding device for generating a plurality of hierarchical image data having different resolutions from input image data and encoding each hierarchical image data,
Image data generating means for generating data related to the upper layer image based on a plurality of pixel values of each layer image data;
With respect to the data related to each hierarchical image except the highest resolution having the lowest resolution, the data related to each hierarchical level is thinned out within the range that can be restored by the calculation using the data related to each hierarchical level and the data related to the adjacent upper hierarchical level, and the remaining pixels. Decimation data forming means for forming decimation data formed by data relating to,
Quantization means for compressing and encoding the data relating to the highest hierarchical image and the thinned data relating to each layer excluding the highest hierarchical level by quantization, and generating a plurality of hierarchically encoded data,
Consists of
In the quantization means, spatially applied to the highest layer pixel according to the polarity indicating whether the quantization error when the data related to the pixel of the highest layer is quantized is positive or negative. Control the quantization characteristics when quantizing the data for the corresponding lower layer pixels so that the quantization error is the same as the polarity of the quantization error when the data for the uppermost layer pixels is quantized. An image signal encoding apparatus characterized by the above.
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