图像编码装置、图像编码方法、图像编解码系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种编码延迟较小、能够通过固定长度数据来进行每个像素数据的编码并且将解码生成的图像的画质劣化抑制为最小的图像编码装置。该图像编码装置具备：预测值生成单元１６，其预测编码对象像素的像素数据即对象像素数据来生成预测值数据；减法器１１，其算出对象像素数据和预测值数据的差分值来生成差分值数据；编码模式决定单元１２，其根据差分值数据来决定编码模式并将其临时保持在缓冲器１７中；编码对象决定单元１３，其决定将根据编码模式进行编码处理的对象的编码对象数据设为对象像素数据还是差分值数据；量化单元１４，其根据编码模式对编码对象数据进行量化处理来生成量化数据；以及固定长度代码生成单元１５，其对量化数据附加编码模式来生成固定长度代码。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种图像编码装置，特别是涉及一种适于安装在图像存储器、总线接口上来削减图像存储器容量、存取带宽的图像编码装置、图像编码方法。另外，本专利技术涉及一种图像编解码系统，其具备使用这种编码方法来进行编码的图像编码装置和用于对被编码的数据进行解码的图像解码装置。
技术介绍
伴随着近年来半导体技术的飞速发展、图像数据的高精细化，导致设备、系统应该处理的图像数据量一直爆发式增加。另一方面，当进行图像信息处理时，在多数情况下都需要临时保持处理过程中的中间图像数据。在图像信息处理装置中，通常是通过存储器接口、总线将图像数据保持在内部缓冲器、外部存储器中。但是，例如在将每秒发送60张的30比特的全高清晰(Full Hi-Vision)图像以1个画面相当于3个画面的中间图像数据保持在存储器中并进行处理的情况下，需要1920(像素)×1080(像素)×60(张)×30(比特)×3(画面)×2(次数(读/写))＝约22.4G比特/秒的数据传输能力和1920(像素)×1080(像素)×30(比特)×3(画面)＝约186M比特的存储器容量，越来越难以用现实的电路实现。因此，削减保持在存储器中的数据量变得非常重要。作为削减数据量的方法之一，有对图像数据进行编码处理的方法。作为这种编码方法，以往有PCM(Pulse Code Modulation：脉冲编码调制)和DPCM(Differential Pulse Code Modulation：差分脉冲编码调制)。PCM是每隔固定时间对信号进行采样并量化为确定的比特数的整数值的方法，其原本是将模拟信号转换为数字信号的方法，但是也能够应用于压缩数字数据。另外，DPCM不直接对采样的值进行编码，而是对其与预测图像的信号值之间的差分进行编码的预测编码方法。另外，作为DPCM方法的改良，提出了使用局部图像的复杂度等信息来自适应地改变量化阶的自适应DPCM(ADPCM，Adaptive DPCM)方法。除此之外，还提出了各种图像压缩技术。例如特别将霍夫曼(Huffman)编码等可变长度编码方法作为可逆变换而引入到各种压缩方法的一部分，将使用了以DCT(Discrete Cosine Transform：离散余弦变换)为代表的正交变换等的复杂处理技术引入到JPEG、MPEG等以高压缩率为目标的图像压缩算法中。然而，以图像存储器接口为对象的图像压缩希望以较小的编码延迟，在相对于像素数据代码长度固定的限制的基础上尽可能减小由压缩引起的画质劣化。这是由于当编码延迟较大时，在后级处理中为了使保存在存储器中的中间图像数据成为可用状态所需的时间会延长，由此会导致处理时间增加。另外，还由于当对各像素数据进行压缩后的编码数据的代码长度未被固定时，需要管理并在每次存取时再计算对各像素数据的编码数据保存在哪个地址中。在DPCM方法、ADPCM方法等的预测编码方法中，编码延迟较小，能够按每个像素以-->固定长度对图像数据进行编码。但是，当为了以固定长度进行编码而用与差分较小的位置中的编码所需的比特数相同的比特数对如图像边缘那样差分较大的位置进行编码时，存在容易产生画质劣化的问题。相反，当为了防止画质劣化而用与差分较大的位置中的编码所需的比特数相同的比特数进行编码时，在差分较小的位置中要用大于所需比特数的比特数进行编码，会导致在整体上编码后的比特数增加。另外，在PCM方法中直接对灰度值进行量化，因此邻近像素之间的像素数据差分缺乏再现性，缺少图像的细微差别(Nuance)，从而将产生画质劣化。在这种背景下，下述专利文献1中公开了如下装置：在对输入采样值进行编码的单元(PCM处理)和对输入采样值进行差分编码的单元(DPCM处理)中选择信号劣化较少的编码单元，由此减轻或消除画质劣化。图21是表示下述专利文献1所述的编码装置的概要结构的框图。图21所示的以往的编码装置101具备：减法器142、PCM量化单元144、DPCM量化单元146、PCM逆量化单元148、DPCM逆量化单元150、预测单元156以及判断电路159。PCM量化单元144通过PCM处理对从输入端子140输入的输入数据xi进行量化，将所得到的数据发送给PCM逆量化单元148以及开关160的a接点。另外，减法器142生成输入数据xi与通过预测单元156预测出的预测值数据xip之间的差分值数据ei，发送给DPCM量化单元146。DPCM量化单元146通过DPCM处理对差分值数据ei进行量化，将所得到的数据发送给DPCM逆量化单元150和开关160的b接点。PCM逆量化单元148根据从PCM量化单元144输出的PCM量化数据复原成原输入数据，发送给开关158的a接点。另外，DPCM逆量化单元150根据从DPCM量化单元146输出的DPCM量化数据复原成原输入数据，发送给开关158的b接点。判断电路159将减法器142的输出即差分值数据ei的绝对值与规定的阈值进行比较，如果大于该阈值，则将开关158和160连接到a接点侧，如果在该阈值以下，则将两个开关连接到b接点侧。由此，在图像的边缘部分中采用基于PCM量化单元144的量化数据，在差分值较小的位置中采用基于DPCM量化单元146的量化数据。此外，在图21中将输出的数据表述为输出数据yi。此外，输入数据xi与预测值数据xip之间的差分值的出现概率集中在0附近，因此在通常状态中将开关158和160连接到b接点侧。DPCM量化单元146仅在差分值数据ei的绝对值超过阈值时，在预先发送表示连接切换的规定的控制代码后，发送量化数据。当识别出该控制代码时，开关160将连接切换到a接点侧。此外，通常与PCM处理相比，在通过DPCM处理进行量化的情况下，能够以更少的比特数进行量化，因此能够产生剩余比特，将该剩余比特用作上述控制代码。图22是表示与图21对应的解码装置的概要结构的框图。解码装置用于从以图21所示的编码装置实施了编码处理的数据来复原图像数据。图22所示的以往的解码装置102具备PCM逆量化单元168、DPCM逆量化单元170以及控制代码检测单元178。如果控制代码检测单元178检测出在所输入的编码数据yi中附加有控制代码，则将开关180连接到a接点，输出由PCM逆量化单元168逆量化后的数据。另外，只要未检测出控制代码，就将开关180连接到b接点，输出由DPCM逆量化单元170逆量化后的数据。-->根据上述以往的方法，能够在通常的情况下通过DPCM处理进行量化，而在与相邻像素之间的差分较大的像素边缘附近通过PCM处理来进行量化。专利文献1：日本特开平2-285720号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题在上述专利文献1所述的方法的情况下，当切换PCM处理和DPCM处理时，需要新发送表示切换的上述控制代码作为编码数据，因此其结果是存在如下问题：原像素数据与编码后的数据不是一一对应的，相对于图像数据整体的代码长度不完全是固定长度。作为用于解决这种问题的最简单的方法，想到了在各像素分量中附加表示选择PCM处理还是DPCM处理的1比特的标志的方法。但是，如上所述，在为了使代码长度固定而使PCM处理中的量化阶与DPCM处理中的量化阶完全一致的情况下，在图像边缘那样的差分较大的位置会导致画质的劣化。另外，相反地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像编码装置，将按照扫描顺序排列的像素的规定图像数据形式的像素数据压缩为固定长度代码来进行编码，其特征在于：具备：预测值生成单元，其预测编码处理的对象像素的像素数据即对象像素数据来生成预测值数据；减法器，其算出上述对象像素数据与上述预测值数据的差分值来生成差分值数据；编码模式决定单元，其根据上述差分值数据来决定表示编码方法的信息即编码模式；第一缓冲器，其临时保持上述编码模式；编码对象决定单元，其根据上述编码模式来决定将成为进行编码处理的对象的编码对象数据设为上述对象像素数据或者上述差分值数据中的哪个数据；量化单元，其根据上述编码模式对上述编码对象数据进行再量化处理来生成量化数据；以及固定长度代码生成单元，其对上述量化数据附加上述编码模式来生成固定长度代码，上述编码模式决定单元将上述差分值数据的绝对值和根据关于上述对象像素的一个以上像素前的一个以上像素的上述编码模式从多个阈值中唯一地决定的阈值进行比较，当上述差分值数据的绝对值在上述阈值以下时，以固定长度的数据生成表示采用上述差分值数据作为上述编码对象数据的第一信息的上述编码模式，当上述差分值数据的绝对值超过上述阈值时，以固定长度的数据生成表示采用上述对象像素数据作为上述编码对象数据的第二信息的上述编码模式，上述量化单元根据上述对象像素的上述编码模式和上述阈值来决定量化阶，以该量化阶对上述编码对象数据进行再量化处理来生成固定长度的上述量化数据。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-10-1 2007-257981;JP 2008-5-21 2008-1335221.一种图像编码装置，将按照扫描顺序排列的像素的规定图像数据形式的像素数据压缩为固定长度代码来进行编码，其特征在于：具备：预测值生成单元，其预测编码处理的对象像素的像素数据即对象像素数据来生成预测值数据；减法器，其算出上述对象像素数据与上述预测值数据的差分值来生成差分值数据；编码模式决定单元，其根据上述差分值数据来决定表示编码方法的信息即编码模式；第一缓冲器，其临时保持上述编码模式；编码对象决定单元，其根据上述编码模式来决定将成为进行编码处理的对象的编码对象数据设为上述对象像素数据或者上述差分值数据中的哪个数据；量化单元，其根据上述编码模式对上述编码对象数据进行再量化处理来生成量化数据；以及固定长度代码生成单元，其对上述量化数据附加上述编码模式来生成固定长度代码，上述编码模式决定单元将上述差分值数据的绝对值和根据关于上述对象像素的一个以上像素前的一个以上像素的上述编码模式从多个阈值中唯一地决定的阈值进行比较，当上述差分值数据的绝对值在上述阈值以下时，以固定长度的数据生成表示采用上述差分值数据作为上述编码对象数据的第一信息的上述编码模式，当上述差分值数据的绝对值超过上述阈值时，以固定长度的数据生成表示采用上述对象像素数据作为上述编码对象数据的第二信息的上述编码模式，上述量化单元根据上述对象像素的上述编码模式和上述阈值来决定量化阶，以该量化阶对上述编码对象数据进行再量化处理来生成固定长度的上述量化数据。2.根据权利要求1所述的图像编码装置，其特征在于：上述量化数据的比特数设为2以上的自然数m，上述量化单元在上述对象像素的上述编码模式表示上述第一信息的情况下，在上述阈值为2m-1以下的情况下，不对上述差分值数据进行再量化处理而是通过以上述m比特的带符号整数来表现上述差分值数据从而生成上述量化数据，在上述对象像素的上述编码模式表示上述第一信息的情况下，在上述阈值是大于2m-1的数的情况下，通过以2m-1截取上述差分值数据的绝对值并用上述m比特的带符号整数表现从而生成上述量化数据。3.根据权利要求1所述的图像编码装置，其特征在于：上述量化数据的比特数设为2以上的自然数m，上述量化单元在上述对象像素的上述编码模式表示上述第一信息的情况下，在上述阈值在2m-1以下的情况下，不对上述差分值数据进行再量化处理而是通过以上述m比特的带符号整数来表现上述差分值数据从而生成上述量化数据，在上述对象像素的上述编码模式表示上述第一信息的情况下，在上述阈值是大于2m-1的s(s为自然数)比特的数的情况下，通过将上述差分值数据除以2s-m来生成上述量化数据。4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置，其特征在于：上述量化数据的比特数设为2以上的自然数m，上述对象像素数据的比特数设为m以上的自然数n，上述量化单元在上述对象像素的上述编码模式表示上述第二信息的情况下，通过将上述对象像素数据除以2n-m来生成上述量化数据。5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置，其特征在于：上述像素数据是对构成像素的每个规定分量进行数值化而构成的，上述减法器对上述每个规定分量算出上述对象像素数据和上述预测值数据的差分值来生成上述差分值数据，上述编码模式决定单元的结构如下：将对上述每个规定分量算出的上述差分值数据的绝对值的最大值和根据关于上述对象像素的一个像素前或者多个像素前的上述编码模式从多个阈值中唯一地决定的阈值进行比较，当上述差分值数据的绝对值的最大值在上述阈值以下时，以固定长度的数据生成表示采用上述差分值数据作为上述编码对象数据的第一信息的上述编码模式，当上述差分值数据的绝对值的最大值超过上述阈值时，以固定长度的数据生成表示采用上述对象像素数据作为上述编码对象数据的第二信息的上述编码模式。6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置，其特征在于：上述编码模式决定单元将关于按照扫描顺序排列的像素中的开头像素的上述编码模式设为上述第一信息。7.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置，其特征在于：上述预测值生成单元根据基于上述对象像素的一个像素前的像素数据所生成的上述量化数据和从上述第一缓冲器读出的关于上述对象像素的一个像素前的像素数据的上述编码模式以及关于两个以上像素前的一个以上的像素数据的上述编码模式，对上述对象像素的一个像素前的像素数据进行复原来生成预测值数据。8.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置，其特征在于：上述编码模式用由1比特构成的固定长度代码表示。9.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置，其特征在于：上述编码模式决定单元每隔预先确定的规定像素数，将上述编码模式强制地设为上述第一信息。10.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置，其特征在于：上述编码模式决定单元根据从外部输入的信号，将上述编码模式强制地设为上述第一信息。11.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置，其特征在于：其结构如下：上述量化单元对关于开头像素的上述编码对象数据进行的再量化处理的方法和对关于其它像素的上述编码对象数据进行的再量化处理的方法不同，关于开头像素的像素数据被编码为具有该像素数据的比特数以上的比特数的多个上述固定长度代码。12.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置，其特征在于：其结构如下：具备变换单元，该变化单元通过将图像数据形式从第一图像数据形式变换为第二图像数据形式来进行数据量压缩，当输入上述第一图像数据形式的像素数据时，通过上述变换单元将图像数据形式变换为上述第二图像数据形式后，将该变换后的上述第二图像数据形式的像素数据压缩为上述固定长度代码来进行编码。13.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置，其特征在于：具备差分值量化单元，该差分值量化单元根据关于从编码处理的对象像素的紧前像素到一个以上的规定像素数前的像素为止的统计对象像素的上述编码模式的统计信息，算出表示关于上述统计对象像素内的各像素与紧前像素之间的像素差分越小值越大的差分统计数据，并且通过将从上述减法器输出的上述差分值数据除以上述差分统计数据来生成量化差分值数据，上述编码模式决定单元代替上述差分值数据而根据上述量化差分值数据来决定上述编码模式，上述编码对象决定单元代替上述差分值数据决定将上述量化差分值数据和上述对象像素数据中的哪个设为上述编码对象数据。14.根据权利要求13所述的图像编码装置，其特征在于：上述差分值量化单元根据关于上述统计对象像素的上述编码模式内的表示上述第一信息的上述编码模式的数量和上述统计对象像素数算出上述差分统计数据。15.根据权利要求13所述的图像编码装置，其特征在于：上述差分值量化单元每隔预先确定的规定的像素数或者帧数算出上述差分统计数据。16.根据权利要求13所述的图像编码装置，其特征在于：上述差分值量化单元根据从外部输入的信号，与关于上述统计对象像素的上述编码模式的统计信息无关地强制决定上述差分统计数据。17.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置，其特征在于：具备：编码时误差生成单元，其根据上述对象像素数据或者与上述对象像素数据无关地生成编码时误差数据并输出；和编码时误差加法运算单元，其对上述编码时误差数据和上述对象像素数据进行加法运算，将带误差对象像素数据输出到上述编码对象决定单元，上述编码对象决定单元在上述编码对象模式表示上述第二信息的情况下，代替上述对象像素数据而将上述编码时带误差对象像素数据决定为上述编码对象数据。18.根据权利要求17所述的图像编码装置，其特征在于：上述编码时误差生成单元将具有平均为0的分布的伪随机数作为上述编码时误差数据输出。19.根据权利要求17所述的图像编码装置，其特征在于：上述编码时误差生成单元将上述对象像素数据的位置坐标信息代入内部保持的函数式进行运算，生成与上述对象像素数据相对应的上述编码时误差数据并输出。20.根据权利要求17所述的图像编码装置，其特征在于：上述编码时误差生成单元从内部保持的矩阵中选择与上述对象像素数据的位置坐标信息相对应的元素，生成与上述对象像素数据相对应的上述编码时误差数据并输出。21.根据权利要求13所述的图像编码装置，其特征在于：具备：编码时误差生成单元，其根据上述对象像素数据或者与上述对象像素数据无关地生成编码时误差数据并输出；和编码时误差加法运算单元，其对上述编码时误差数据和上述对象像素数据进行加法运算，将带误差对象像素数据输出到上述编码对象决定单元，上述编码对象决定单元在上述编码对象模式表示上述第二信息的情况下，代替上述对象像素数据而将上述编码时带误差对象像素数据决定为上述编码对象数据。22.根据权利要求21所述的图像编码装置，其特征在于：上述编码时误差生成单元将具有平均为0的分布的伪随机数作为上述编码时误差数据输出。23.根据权利要求21所述的图像编码装置，其特征在于：上述编码时误差生成单元将上述对象像素数据的位置坐标信息代入内部保持的函数式进行运算，生成与上述对象像素数据相对应的上述编码时误差数据并输出。24.根据权利要求21所述的图像编码装置，其特征在于：上述编码时误差生成单元从内部保持的矩阵中选择与上述对象像素数据的位置坐标信息相对应的元素，生成与上述对象像素数据相对应的上述编码时误差数据并输出。25.一种图像解码装置，从由权利要求1～3中的任意一项所述的图像编码装置实施了编码处理的上述固定长度代码生成上述规定的图像数据形式的复原数据，其特征在于：具备：解码单元，其从复原对象的上述固定长度代码即对象固定长度代码识别上述编码模式和上述量化数据；逆量化单元，其对由上述解码单元识别的上述量化数据进行逆量化处理来生成上述复原数据；以及第二缓冲器，其临时保持附加到上述对象固定长度代码的上述编码模式和由上述逆量化单元生成的上述复原数据，上述解码单元从上述编码数据识别上述编码模式和上述量化数据，并且将所识别的上述量化数据发送给上述逆量化单元，将上述编码模式临时保持在上述第二缓冲器中，上述逆量化单元的结构如下：在该编码模式表示上述第二信息的情况下，根据与表示上述第二信息的上述编码模式相关联的上述量化阶对上述量化数据进行逆量化处理来生成上述复原数据，并且将其临时保持在上述第二缓冲器中，在上述编码模式表示上述第一信息的情况下，从上述第二缓冲器读出关于一个像素前的上述编码模式，对根据附加到上述对象固定长度代码的上述编码模式和与关于一个像素前的上述编码模式的值相关联的上述量化阶来对上述量化数据进行逆量化处理所得到的值，加上从上述第二缓冲器读出的关于一个像素前的上述复原数据来生成上述复原数据，并且将其临时保持在上述第二缓冲器中。26.一种图像解码装置，从由权利要求13所述的图像编码装置实施了编码处理的上述固定长度代码生成上述规定的图像数据形式的复原数据，其特征在于：具备：解码单元，其从复原对象的上述固定长度代码即对象固定长度代码识别上述编码模式和上述量化数据；逆量化单元，其对由上述解码单元识别的上述量化数据进行逆量化处理来生成上述复原数据；以及第二缓冲器，其临时保持附加到上述对象固定长度代码的上述编码模式和由上述逆量化单元生成的上述复原数据，上述解码单元从上述编码数据识别上述编码模式和上述量化数据，并且将所识别的上述量化数据发送给上述逆量化单元，将上述编码模式临时保持在上述第二缓冲器中，上述逆量化单元的结构如下：在该编码模式表示上述第二信息的情况下，根据与表示上述第二信息的上述编码模式相关联的上述量化阶对上述量化数据进行逆量化处理来生成上述复原数据，并且将其临时保持在上述第二缓冲器中，在上述编码模式表示上述第一信息的情况下，从上述第二缓冲器读出关于直到一个以上的规定像素数之前的像素为止的统计对象像素的上述编码模式来算出上述差分统计数据，读出关于一个像素前的上述编码模式，对根据附加到上述对象固定长度代码的上述编码模式和与关于一个像素前的上述编码模式的值相关联的上述量化阶来对上述量化数据进行逆量化处理所得到的值，乘以上述差分统计数据之后，加上从上述第二缓冲器读出的关于一个像素前的上述复原数据来生成上述复原数据，并且将其临时保持在上述第二缓冲器中。27.一种图像解码装置，从由权利要求17所述的图像编码装置实施了编码处理的上述固定长度代码生成上述规定的图像数据形式的复原数据，其特征在于：具备：解码单元，其从复原对象的上述固定长度代码即对象固定长度代码识别上述编码模式和上述量化数据；逆量化单元，其对由上述解码单元识别的上述量化数据进行逆量化处理来生成上述复原数据；以及第二缓冲器，其临时保持附加到上述对象固定长度代码的上述编码模式和由上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：山口雅之，山田晃久，前田真一，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]