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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2003−153278(P2003−153278A)
公開日 平成15年5月23日(2003.5.23)
出願番号 特願2001−348009(P2001−348009)
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 KK23 LC09 MA43 RF00 RF01 RF09 RF11 RF21 SS06 UA02 UA05 UA22 
5C078 BA21 CA41 DA00 DA01 DA02 EA01
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
伝送時の誤りに強い耐性をもつ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
フラクタル画像符号化装置は、画像を重複しないレンジブロックに分割し、該分割されたレンジブロックを相補的に2つのグループに分け、2つのグループのレンジブロックを拡張する。次に、該2つのグループの拡張されたレンジブロックのそれぞれに関して、該レンジブロックに相似したドメインブロックを探索し、レンジブロックとドメインブロック間の2系列の関係情報を符号として出力する。一方、フラクタル画像復号装置は、フラクタル画像符号化装置で作成された2系列の関係情報から複数枚の画像を構築し、該複数枚の画像を比較することにより画像の誤りを検出する。そして、正しいブロックと判定されたブロックを用いて画像を作成し、該画像を参照画像として反復処理を行い、収束して得られた画像を最終的な再生画像とする。
特許請求の範囲
【請求項1】 画像を重複しないレンジブロックに分割し、該分割されたレンジブロックを相補的に2つのグループに分け、2つのグループのレンジブロックを拡張する手段と、該2つのグループの拡張されたレンジブロックのそれぞれに関して、該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手段と、該レンジブロックとドメインブロック間の2系列の関係情報を符号として出力する手段とを具備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、前記拡張されたレンジブロックとドメインブロックは、基本領域と拡張領域とからなり、該レンジブロックの基本領域と、前記ドメインブロックの基本領域から、輝度方向のアフィン変換のスケーリングパラメータαとオフセットパラメータβを算出し、該スケーリングパラメータαとオフセットパラメータβを前記レンジブロックとドメインブロックの拡張領域にも適用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3】 請求項1に記載のフラクタル画像符号化装置において、レンジブロックの基本領域に強く、拡張領域に弱く重み付けを行って平均2乗誤差を求めることにより、ドメインブロックの探索を行い、レンジブロックが大きくなったことによる画質の低下を防止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1に記載のフラクタル画像符号化装置で作成された2系列の関係情報から複数枚の画像を構築し、該複数枚の画像を比較することにより画像の誤りを検出する手段を備えたことを特徴とするフラクタル画像復号装置。
【請求項5】 請求項4に記載のフラクタル画像復号化装置において、前記複数枚の画像をブロック単位で比較することにより、ブロック単位で誤り検出を行い、誤りの少ないブロックを正しいブロックであると判定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5の判定により正しいブロックと判定されたブロックを用いて画像を作成し、該画像を参照画像として反復処理を行い、収束して得られた画像を最終的な再生画像と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、特にフラクタル符号化された画像の復号時における誤りの伝搬性を抑制することが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12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送出する。
【0005】次に、フラクタル画像復号化方法の概要を図13を参照して説明する。フラクタル画像復号化においては、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(反復計算)、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】フラクタル画像符号化は画像間の関係情報を符号として記憶する画像符号化方法であるため、ある符号化データに伝送誤りが生じると、その画像部分を相似画像として画像間の関係情報を所持する画像ブロックにも同時に誤りが広がることになる。すなわち、該伝送誤りに対策を施さない場合、復号時の反復計算により大きな劣化が発生する。したがって、従来のフラクタル画像符号化は、伝送誤りに対して十分な耐性を有していると言うことはできない。
【0007】本発明は、前記した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝送時の誤りに強い耐性をもつ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。
【0008】
【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、画像を重複しないレンジブロックに分割し、該分割されたレンジブロックを相補的に2つのグループに分け、2つのグループのレンジブロックを拡張する手段と、該2つのグループの拡張されたレンジブロックのそれぞれに関して、該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手段と、該レンジブロックとドメインブロック間の2系列の関係情報を符号として出力する手段とを具備した点に第1の特徴がある。
【0009】この特徴によれば、レンジブロックとドメインブロック間の2系列の関係情報を符号として出力できるようになり、伝送時の誤りに強い耐性をもつフラクタル画像符号化装置を提供できる。
【0010】また、本発明は、請求項1に記載のフラクタル画像符号化装置で作成された複数系列の関係情報から複数枚の画像を構築し、該複数枚の画像を比較することにより画像の誤りを検出する手段を備えた点に特徴がある。
【0011】この特徴によれば、前記複数系列の関係情報から複数枚の画像を構築できるので、画像の比較により正しい画像を復号でき、フラクタル復号処理における反復動作によって誤りが広がるのを防止できるようになる。
【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。まず、本発明の一実施形態のフラクタル画像符号化装置の概要を、図1のブロック図を参照して説明する。
【0013】メモリ・画素の分解部1では、原画像をメモリに蓄積し画素に分解する。レンジブロック化部2では、第1の拡張レンジブロックAと第2の拡張レンジブロックBとを形成する。
【0014】例えば、原画像10が入力してくると、レンジブロック化部2では、これを図2に示されているような、重複しないレンジブロック、例えば8×8画素のレンジブロック10a、10b、10c、・・・、10f、10g、・・・に分割する。そして、該レンジブロックを2つのグループ、すなわち第1のレンジブロックAと第2のレンジブロックBとに分類する。次いで、該レンジブロック化部2は、前記レンジブロックの2つのグループを、図3(a)(b)に示すように、第1の拡張レンジブロックAと第2の拡張レンジブロックBとに拡張する。これらの第1、第2拡張レンジブロックA、Bは、レンジブロック(例えば、10f、10g)を包含し、その各4辺から3角形状に突出する拡張領域(例えば、10f1〜10f4、10g1〜10g4)を有する菱形形状をしている。なお、図3(a)(b)のレンジブロック(10f、10g等)は、説明を分かりやすくするために、図2のそれを拡大して示している。
【0015】次に、図1のドメインブロック化部3は、前記第1、第2拡張レンジブロックA、Bに対してこれらと同じ形状に拡張したドメインブロックを検索する。図4に該拡張したドメインブロックの一例を示す。また、図5は、ドメインブロックの探索方法を示し、該探索は拡張レンジブロックを中心に螺旋状に行うのが好適である。
【0016】図6は、あるドメインブロックに対するフラクタル画像符号化の過程を示すものであり、図1の相似近似計算α・β算出部4では、図6のレンジブロック11と、幾何変換および縮小変換を行ったドメインブロック12を基に、次の(1)式および(2)式からアフィン変換のスケーリングパラメータαとオフセットパラメータβを求める。なお、該アフィン変換は、ドメインブロックに対して幾何変換を行った後、その変換されたドメインブロック内の輝度値D'i,jに関して下記のように行われる。
【0017】L(D'i,j)=αD'i,j+β
【0018】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、α’はαを量子化した値である。
【0019】相似近似計算α・β算出部4で求められたスケーリングパラメータαとオフセットパラメータβは相似ドメインブロック算出部5へ送られる。該相似ドメインブロック算出部5では、レンジブロックとドメインブロックの平均2乗誤差を、それぞれの拡張部分を含んで算出する。ただし、後述するように、基本領域と拡張領域に、重み付けをして算出する。
【0020】次に、ドメインブロック化部3は拡張ドメインブロックを図5に示すように螺旋状に動かして、前記と同じ処理をする。この処理の繰り返しは、該拡張ドメインブロックが所定の探索範囲を網羅するまで行う。相似ドメインブロック算出部5は、前記平均2乗誤差を基に、最も近似度の高いドメインブロックの選択を行う。すなわち、前記繰り返し処理のうちの最も近似度の高いドメインブロックを選択し、該選択したドメインブロックに対するスケーリングパラメータαとオフセットパラメータβを求める。
【0021】前記のように、本発明においては、このスケーリングパラメータαとオフセットパラメータβの演算を、拡張部分、すなわち拡張レンジブロック、拡張ドメインブロックの菱形形状の8×8画素以外の部分(例えば、図6の12a1,12a2,12a3および12a4)にも適用する。これは、フラクタル符号化には、「2ブロック間の相関が高い場合、それに隣接するブロック間でも相関が高い可能性が高い」という性質があり、基本領域(例えば、図6の12A)に対して相似性能が高いドメインブロックならば、一般的に、拡張領域に対しての相似性能も高いと考えられるからである。
【0022】ところで、フラクタル画像符号化における画質は、レンジブロックのサイズに依存するため、拡張部分を含んで最適なドメインブロックを探した場合、再生画像の画質が大きく劣化する。そこで、本発明では、平均2乗誤差に重み付けを行い、レンジブロックの基本領域に強く、拡張領域に弱く重み付けを行ってドメインブロックの探索を行うことにより、レンジブロックのサイズを大きくしたことによる最適ドメインブロックの探索精度の低下、すなわち画質の低下を防ぐ。これにより、平均2乗誤差dは、次の(3)式から求められる。

【0023】(3)式において、wは各画素への重み付けを意味し、基本領域ではw=1,拡張領域では0≦w≦1である。また、r,D'は拡張されたレンジブロックと、縮小変換および幾何変換が行われたドメインブロックのiにおける画素値、Nは拡張されたレンジブロックの画素数である。なお、拡張領域でw=0としたときは、従来のフラクタル画像符号化と同じになる。
【0024】本実施形態では、図1から明らかなように、α,βパラメータ算出部6では、拡張レンジブロックAに最も相似する拡張ドメインブロックAに対するスケーリングパラメータαとオフセットパラメータβと、拡張レンジブロックBに最も相似する拡張ドメインブロックBに対するスケーリングパラメータαとオフセットパラメータβとが求められる。そして、フラクタル符号化データ送出部7は、前記2組のスケーリングパラメータαおよびオフセットパラメータβと、前記最も相似する拡張ドメインブロックA、Bのデータとを、2系列のフラクタル符号化データA,Bとして図示されていない回線などに送出する。
【0025】次に、本発明の一実施形態のフラクタル画像復号化装置の概要を、図7のブロック図を参照して説明する。
【0026】実際の復号操作に入る前に、伝送中に生じた誤りを検出するための前処理を行う。前処理においては、まず、フラクタル符号化データ受信部21で受信されたフラクタル符号化データA,Bは、復号部22と23に送られる。該復号部22,23では、フラクタル符号化データA,Bを、フラクタル符号化データAとBに分け、それぞれを従来技術で復号し、復号画像AとBを生成する。
【0027】図8(a)、(b)は、それぞれ該復号画像A、Bの概念図である。復号画像Aの基本レンジブロックに注目すると、基本レンジブロック10fは前記重み付けw=1の基本部分であり、その右隣の基本レンジブロック10gは前記重み付け0≦w≦1の拡張部分である。一方、復号画像Bにおいては、前記基本レンジブロック10f と同一ブロックである10fは重み付け0≦w≦1の拡張部分であり、、前記基本レンジブロック10g と同一ブロックである10gは重み付けw=1の基本部分である。つまり、復号部22,23で得られる復号画像AとBは、重み付けの強い基本領域のブロック10f 、10g・・・と、重み付けの弱い拡張領域のブロック10g、10f・・・の2種類から構成されている。なお、拡張領域のそれぞれのブロックは、上下左右それぞれに位置する基本ブロックを拡張した4つの互いに独立なパーツ(例えば、ブロック10gにおける101〜104)から構成されている。
【0028】図7の基本、拡張画像作成部24では、図9に示されているように、前記復号画像A、Bから基本領域のブロックのみを集めて基本画像を作成し、また拡張領域のブロックのみを集めて拡張画像を作成する。そして、比較部25では、該基本画像と拡張画像の比較が、ブロック毎に行われる。この比較は、次の(4)式により、平均2乗誤差eを4つの各パーツ毎に算出する。

【0029】(4)式において、Ibasic、Iextendedはそれぞれ基本画像、拡張画像における対応した画素値、Mは基本レンジブロックの一辺の長さである。
【0030】次いで、前記4つのパーツ毎に求めたeをある閾値Zと比較して、それぞれのパーツに関して、基本画像と拡張画像が異なっているかどうかを判断する。その判断は、例えば図10に示されている多数決判断により行う。すなわち、平均2乗誤差e<閾値Z(Zは予め定められた値)を満足するパーツが2個以上の時には基本画像、1個以下の時には拡張画像が正しい(正解)と判定する。平均2乗誤差e<閾値Zを満足するパーツが2個の時には、より強く重み付けを行っている基本画像が正しい(正解)と判定する。この多数決判断は、以下のことを目的として行う。
(1)1次エラーを所持するブロックを検出する。
(2)1次エラー以外のエラーを所持するブロックを誤っていると検出しない。
【0031】以上で、前処理を終了し、この、どのブロックにおいて誤りを検出したかという情報を所持して、復号化の本処理に移る。
【0032】本処理では、図7の正解映像統合部26が、図11に示されているような正解映像の統合処理を行う。すなわち、前記比較部25の比較結果により、正解と判定されたブロックを採用して、参照画像30を作成する。その後は、復号部27が該参照画像30を基に、従来と同じフラクタル復号方法で反復処理を行い、収束して得られた画像を最終的な再生画像とする。
【0033】以上のように、本実施形態では、前記参照画像30は、誤りと判定された基本画像のレンジブロックを正解と判定された拡張画像のブロックに置換されて形成されるので、誤りを含まない画像となる。このため、その後の反復動作により、誤りが広がることがなくなる。
【0034】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれば、レンジブロックとドメインブロック間の2系列の関係情報を符号として出力できるので、伝送時の誤りに強い耐性をもつフラクタル画像符号化装置を提供できるようになる。
【0035】また、本発明によれば、複数系列の関係情報から複数枚の画像を構築できるので、画像の比較により正しい画像を復号でき、フラクタル復号処理における反復動作によって誤りが広がるのを防止できるようになる。また、原画像から誤りの少ない画像を生成できるようになる。




 

 


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