ご依頼内容
- 比較的相関の高い滑らかな画像データの圧縮に関し、現状の圧縮方式の約１０倍以上の圧縮率を達成しつつ、画質は殆ど変わらないようにして欲しい。
- 最終的にはFPGAかASIC化するので、回路規模の小さい、出来るだけ簡潔な方式で行いたい。
- また、現行の圧縮ソフトウェアはC#言語とC++言語で作成しているが、このソフトウェアから直接処理が呼べるように、Matlabでは無く、DLLの形式で提供して欲しい。
との、かなり難易度の高いご要望がありました。
課題
- 現在の圧縮方式から、画質を殆ど落とさずに、更に約１０倍の圧縮率を達成すること。
- 回路化した時に、ゲート数が少なくなるような、単純な方式で行うこと。
- 現行の圧縮方式との互換性が保たれれば、なお良い。
- 回路化するのは、デコーダ部分であり、エンコーダについては既存のソフトにDLLで追加する形で実装すること。
ソリューション
お客様の現行の画像圧縮方式でも、元データの約１０００分の１の圧縮率と、かなり高い性能であったが、そこから画質を落とさずに、約１０倍以上の圧縮率を達成するのは、かなり困難であるが、下記の方式の開発・評価を行い、ご提案した。
- お客様の現行の圧縮方式は、ブロック単位の圧縮方式であったが、現行方式との互換性を保つため、ブロックサイズをより拡大し、圧縮率を高める。
- ブロックサイズを拡大し圧縮率を高めれば、画質は劣化する。お客様の現行の圧縮方式は計算量を減らすため、最適解では無く、近似計算を行っていたため、最適解を計算して、画質の劣化を防ぐことにする。この時、圧縮時の計算時間が一気に増大するが、Matlab高速化の様々な手法を駆使し、従来の計算時間と同等まで抑える。
- 更に画質を維持するため、ブロック単位の圧縮で落ちた詳細情報を、別途、機械学習を用いてブロック内のデータ変化のパターンの特徴を抽出し、少数の特徴ベクトルのみを用いて再現する。（いわゆる、２パスの圧縮方式を採用。）
- 圧縮処理は、お客様の現行のソフトウェアに、DLLで追加する必要があるので、Matlab Compilerを用いて、処理のDLL化を行う。
結果
- お客様の現状の圧縮方式から、更に約１０倍の圧縮率を達成した。画質も殆ど劣化が無く、場合によっては、１０倍の圧縮の方が、画質が良い場合もあった。
- ご提案した方式は、従来方式をベースに、それに追加する形であり、互換性があると共に、回路化した際も、従来の回路を利用出来るため、全体の回路規模を抑えることが出来た。
- お客様の圧縮ソフトウェアにDLLで追加するために、Matlab CompilerでDLL化したものをご提供した。
- 計算時間は、近似計算から最適解を求める方式に変更したにも関わらず、Matab高速化を駆使したため、現行の計算時間と同程度の速度で行うことを可能とした。
ということで、かなり難易度の高い案件であったが、お客様の要求水準を達成することが出来た。
ブロック内の詳細情報から、機械学習により特徴ベクトルを抽出した結果
- 画像圧縮や画像処理には、様々な方式があり、お客様の処理したいデータの性質にも、大きく依存します。弊社の経験豊富な技術者は、お客様の課題を解決するため、適切なソリューションを提案出来ると考えています。
- Matlab処理の高速化には、様々な方法があります。アルゴリズムごとに、やり方は異なりますので、高速化をご検討の方は、お気軽にお問い合わせ下さい。
- お客様が、C#/C++/Java等、Matlabとは異なる言語で開発されていても、アルゴリズムはDLL形式や実行形式で提供することが出来ます。これにより、お客様のプログラムから、直接アルゴリズムを呼び出すことが可能となります。ご関心のあるお客様は、お気軽にお問い合わせ下さい。
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