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フラクタル画像符号化装置および復号装置 - KDDI株式会社
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発明の名称 フラクタル画像符号化装置および復号装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−153277(P2003−153277A)
公開日 平成15年5月23日(2003.5.23)
出願番号 特願2001−348008(P2001−348008)
出願日 平成13年11月13日(2001.11.13)
代理人 【識別番号】100084870
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 香樹 (外2名)
【テーマコード(参考)】
5C059
5C078
【Fターム(参考)】
5C059 KK22 LC00 MA43 PP04 PP16 UA02 UA05 
5C078 BA21 BA42 CA31 DA01 DA02
発明者 山下 鉄司 / 宮地 悟史 / 松本 修一 / 藤瀬 雅行 / 佐藤 勝善 / 児島 史秀
要約 課題
動画像をリアルタイムでフラクタル符号化および復号できるフラクタル画像符号化装置および復号装置を提供することにある。

解決手段
アフィン変換を施して各レンジブロックに相似したドメインブロックを探索する際に、アフィン変換のスケーリングパラメータαを、レンジブロックとドメインブロックの分散比を基に求める。また、画像の全レンジブロックの分散値を求め、分散値の大きい所定の個数のブロックをエッジブロック、それ以外のものをシェイドブロックとすることにより、該画像の全レンジブロックのエッジブロックとシェイドブロックの比率を固定にする。これによりαが短時間でもとめられるようになり、また画像毎の符号化量のばらつきをなくすることができる。復号時には、反復復号回数を固定にする。これにより、画像の復号時間を短縮できる。
特許請求の範囲
【請求項1】 画像をレンジブロックに分割し、各レンジブロックに相似したドメインブロックを、該ドメインブロックに幾何変換およびアフィン変換を施して探索する手段を備えたフラクタル画像符号化装置において、前記アフィン変換のスケーリングパラメータαを、前記レンジブロックとドメインブロックの分散比を基に求めるようにしたことを特徴とするフラクタル画像符号化装置。
【請求項2】 請求項1に記載のフラクタル画像符号化装置において、画像の全レンジブロックの分散値を求め、分散値の大きい所定の個数のブロックをエッジブロック、それ以外のものをシェイドブロックとすることにより、該画像の全レンジブロックのエッジブロックとシェイドブロックの比率を固定にすることを特徴とするフラクタル画像符号化装置。
【請求項3】 請求項2に記載のフラクタル画像符号化装置において、前記スケーリングパラメータα、該αを基に求められたオフセットパラメータβ、および前記エッジブロックとシェイドブロックの固定比率を用いることにより、画像を固定レートでフラクタル画像符号化するようにしたことを特徴とするフラクタル画像符号化装置。
【請求項4】 請求項3に記載のフラクタル画像符号化装置において、動画像を、1フレーム毎に、前記固定レートで、連続してフラクタル画像符号化するようにしたことを特徴とするフラクタル画像符号化装置。
【請求項5】 請求項3のフラクタル画像符号化装置で符号化された画像を、シェイドブロック、エッジブロックの順で復号することを特徴とするフラクタル画像復号装置。
【請求項6】 請求項3のフラクタル画像符号化装置で符号化された画像を復号する際に、反復復号回数を固定にしたことを特徴とするフラクタル画像復号装置。
【請求項7】 請求項5または6に記載のフラクタル画像復号装置において、フラクタル符号化された画像を連続復号することにより、動画像として再生することを特徴とするフラクタル画像復号装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フラクタル画像符号化装置および復号装置に関し、特に動画像を実時間で符号化および復号・再生できるフラクタル画像符号化装置および復号装置に関する。
【0002】
【従来の技術】フラクタル画像符号化装置は、まず画像を重複しないレンジブロックに分割し、その各レンジブロックに対して大きなブロックを抜き出し、それに縮小変換、回転、鏡像変換、および/またはアフィン変換を加えた上で、最もレンジブロックと相似したドメインブロックを探し出し、その画像間の関係情報を符号として記憶するものである。
【0003】図4は、従来のフラクタル画像符号化方法を示す図であり、原画像61は62でメモリに蓄積されると共に画素に分解される。次いで、63でレンジブロックに分割され、64で該レンジブロックに対応するドメインブロックが同一の画面内から検出される。65では、該ドメインブロックに幾何変換(縮小変換、回転、鏡像変換等)、および/またはアフィン変換を加えて前記レンジブロックと近似させ、該近似させられたドメインブロックの近似度は66の相似ドメインブロック検出に送られる。次に、再度64に戻って、前記ドメインブロックを例えばx(またはy方向)方向に+1画素または−1画素移動させて前記65の近似計算を行う。そして、該ドメインブロックの近似度は前記66の相似ドメインブロック検出に送られる。
【0004】上記の処理が、予め定められた探索範囲内のドメインブロックに対して行われ、該範囲内のドメインブロックの全てに対して行われると、66の相似ドメインブロック検出では前記レンジブロックに最も近似するドメインブロックを検出し、該ドメインブロックに対する輝度方向のアフィン変換のスケーリングパラメータα、オフセットパラメータβを送出する。67では、該ドメインブロックのデータと前記スケーリングパラメータα、オフセットパラメータβとをフラクタル符号化データとして、記憶媒体に記憶、または回線に送出する。
【0005】次に、フラクタル画像復号化の概要を図5を参照して説明する。フラクタル画像復号においては、受信されたフラクタル符号化データ71は、72でドメインブロックデータ抽出がなされ、73でパラメータα、βの抽出がなされる。74では、最初に任意の初期画像を設定し、この初期画像に該ドメインブロックデータとαおよびβを適用して画像を作成する。次に、該画像に前記ドメインブロックデータとαおよびβを再度適用して画像を作成する。この処理を何回も繰り返し、すなわち反復復号し、収束した画像を復元画像とする。75では、該復元画像を表示する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】フラクタル符号化では、画像のフレームによって復号時に反復復号回数が異なることが復号速度の変動する原因となる。また、異なる符号量となるいくつかのブロックタイプ(例えば、エッジブロックタイプ、シェイドブロックタイプ)を持つため、動画像の1フレーム毎に符号化データ量が異なり、ひいては1フレーム毎の復号速度が異なるという現象が生じる。
【0007】このため、動画の実時間(リアルタイム)再生を損なわせ、また通信遅延の原因となる問題があった。なお、画像のブロック内の輝度値の分散値がある閾値以上のものをエッジブロック、該閾値より小さいものをシェイドブロックと言う。
【0008】本発明の目的は、前記した従来技術の課題を解消し、動画像をリアルタイムでフラクタル符号化および復号できるフラクタル画像符号化装置および復号装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記した目的を達成するために、本発明は、 画像をレンジブロックに分割し、各レンジブロックに相似したドメインブロックを、該ドメインブロックに幾何変換およびアフィン変換を施して探索する手段を備えたフラクタル画像符号化装置において、前記アフィン変換のスケーリングパラメータαを、前記レンジブロックとドメインブロックの分散比を基に求めるようにした点に第1の特徴がある。この特徴によれば、αを短時間に求めることができるようになる。
【0010】また、画像の全レンジブロックの分散値を求め、分散値の大きい所定の個数のブロックをエッジブロック、それ以外のものをシェイドブロックとすることにより、該画像の全レンジブロックのエッジブロックとシェイドブロックの比率を固定にした点に第2の特徴がある。この特徴によれば、画像毎の符号化データ量をほぼ一定にすることができ、復号処理における画像毎の復号時間のばらつきを最小限に抑えることができる。
【0011】また、本発明は、フラクタル符号化された画像を連続復号することにより、動画像として再生するようにした点に第3の特徴がある。この特徴によれば、従来技術では難しいとされていた動画像のフラクタル符号化および復号が可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図1は、本発明のフラクタル画像符号化装置の概略の処理手順を示すフローチャートである。
【0013】ステップS1では、まず入力画像(原画像)から、1フレームを静止画像として切り出す。ステップS2では、該静止画像を、RGB系からYC系へと色分解し、YC系画像を作成する。この処理は、以下のように行う。
Y=0.299R+0.587G+0.114BC1=0.701R−0.587G−0.114BC2=−0.299R−0.587G+0.886Bなお、前記C1、C2の代わりに、C1'=C1/1.407+127、C2'=C2/1.774+127を用いると好適である。
【0014】次に、ステップS3では、本発明を用いたフラクタル画像符号化を行い、ステップS4では、全画像に対して処理をしたか否かの判断を行う。この判断が否定の時にはステップS1に戻って前記した処理を繰り返す。ステップS4の判断が肯定になると、符号化処理を終了する。
【0015】次に、前記ステップS3のフラクタル画像符号化処理を、図2を参照して詳細に説明する。ステップS11では、1フレームの画像の各ブロックの分散値Rvar(n)(ただし、n=1,2,・・・,N)が求められる。ここに、Nは1フレームの全ブロック数である。ステップS12では、N個の分散値Rvar(n)がソートされる。続いて、ステップS13では、上からi番目(iは固定値)までの分散値のブロックをエッジブロック、それ以外をシェイドブロックと決定する。すなわち、全レンジブロックのエッジブロックとシェイドブロックの比率を固定にする。
【0016】従来のフラクタル画像符号化では、順次ブロックの分散値を求め、ある任意の閾値によりエッジブロックとシェイドブロックを判別するようにしていた。このため、画像1フレーム毎にエッジブロックとシェイドブロックの比率が異なり、後述するように、画像1フレーム毎に復号速度が異なるものになっていた。しかしながら、本実施形態では、前述のように、全てのフレームにおいて、エッジブロックとシェイドブロックの比率が一定になるので、画像1フレーム毎の復号速度が一定になる。
【0017】ステップS14では、ブロックを表す置き数mをm=1とする。ステップS15では、ブロックmのブロックタイプを判別する。該ブロックmがエッジタイプであればステップS16に進み、シェイドタイプであればステップS17へ進む。
【0018】次に、ステップS16では、ドメインブロックの変換時に使用された幾何変換(回転、鏡像変換の種類)、輝度方向のアフィン変換のスケーリングパラメータα、オフセットパラメータβ、およびドメインブロックの位置情報を符号化する。
【0019】さて、前記輝度方向のアフィン変換のスケーリングパラメータαは、従来は下記の(1)式により求められていた。

【0020】ここに、Mは基本レンジブロックの一辺の長さ、ri,jは拡張されたレンジブロック(i,j)の輝度値、D’i,jは幾何変換、縮小変換を行ったドメインブロック(i,j)の輝度値である。このため、αの算出には、大量の時間がかかる。
【0021】そこで、本発明では、αを次の近似計算により求めるようにする。すなわち、(1)式において、レンジブロックの交流成分は、αとドメインブロックの輝度成分の積のみから生成されることを考慮し、それぞれのブロックの分散に着目する。符号化時のレンジブロックおよびドメインブロックの分散をそれぞれVrVdとすると、次の(2)式で表される近似式が得られる。この近似式は、実験により確かめることができる。

【0022】ここに、aは1またはそれより小さい1に近い定数であり、最適な近似が得られた場合には、a=1となる。
【0023】レンジブロックの分散Vrは前記ステップS11で求められているため、新たにはドメインブロックの分散のみを求めれば、前記αの近似値を求めることができる。また、Vr/Vdの値は、幾何変換によって変化しないため、全ての幾何変換に対して1回だけαを計算すればよい。そのため、αの計算量は(1)式の計算量に比べて大幅に少なくなり、処理時間の短縮を図ることができる。なお、該αが求まれば、アフィン変換のオフセットパラメータβは、次の(3)式により、短時間に求めることができる。

ここに、α’は、αを量子化した値であり、他の符号は(1)式と同じである。
【0024】ステップS15でシェイドブロックと判定されたブロックに対しては、ステップS17に進み、ブロック内の輝度値の平均値を算出し、符号化する。ステップS18では、m=N+1が成立したか否かの判断がなされ、この判断が否定の時には、ステップS19に進んで、mに1が加算される。ステップS18の判断が肯定になると、本実施形態のフラクタル符号化処理は終了する。
【0025】前記のようにして得たフラクタル画像符号化データは、バイナリとしてファイル上に保存し、フラクタル符号化ビデオファイルとすることができる。
【0026】以上のように、本実施形態のフラクタル画像符号化装置によれば、スケーリングパラメータαを短時間で求めることができ、かつ全フレームのエッジブロックとシェイドブロックの比率を一定にするフラクタル符号化データを得ることができるようになる。
【0027】次に、本発明の復号処理の一実施形態を図3を参照して説明する。ステップS21では、シェイドブロックとされているレンジブロックのフラクタル符号化データを復号し、ステップS22でエッジブロックのフラクタル符号化データを復号する。このようにシェイドブロックとされているレンジブロックを先に復号し、その後エッジブロックの復号をすると、より少ない反復復号回数で、収束画像に近づけることができることが実験で確かめられた。
【0028】次に、ステップS23では、反復復号をR回(Rは予め定められた任意の反復回数)したか否かの判断がなされ、否定の時には反復復号を繰り返す。そして、ステップS23の判断が肯定になると、収束画像が得られたとする。
【0029】次に、ステップS25で、全フレームの復号が終了したか否かの判断がなされ、この判断が否定の時には、ステップS26に進んで次のフレームが選択され、ステップS21に戻って、前記した処理が繰り返される。ステップS25の判断が肯定になると、フラクタル画像復号処理を終了する。
【0030】このように、本実施形態のフラクタル復号装置では、エッジブロックとシェイドブロックの比率がどのフレームにおいても一定であるので、1フレームの復号時間が一定になる。また、従来のように、反復1回前の画像との差を調査して収束画像を判定するのではなく、反復復号回数を予めR回と指定することで収束を決定するため、復号時間が一定となる。したがって、フラクタル符号化された動画像を一定のビットレートで1フレーム毎に連続的に復号再生できるようになり、動画像の再生が可能になる。
【0031】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項1の発明によれば、短時間でアフィン変換のスケーリングパラメータαを求めることができるようになり、フラクタル画像符号化速度を高速化することができる。また、請求項2の発明によれば、画像毎の符号化データ量を一定化することができる。
【0032】また、請求項3の発明によれば、短時間に符号化できかつ画像毎の符号化データ量が一定のフラクタル画像符号化装置を提供できる。また、請求項4の発明によれば、動画像をフラクタル符号化できるようになる。
【0033】また、請求項5、6の発明によれば、短時間に復号できるようになる。また、請求項7の発明によれば、従来技術では難しいとされていた、動画像をフラクタル符号化および復号ができるようになる。




 

 


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