JP2012186763A - Video encoding device, video decoding device, video encoding method, and video decoding method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、画像圧縮符号化技術や圧縮画像データ伝送技術などに用いられる動画像符号化装置、動画像復号装置、動画像符号化方法及び動画像復号方法に関するものである。 The present invention relates to a moving image encoding device, a moving image decoding device, a moving image encoding method, and a moving image decoding method used for image compression encoding technology, compressed image data transmission technology, and the like.
例えば、MPEG,ITU−T H.26xシリーズなどの従来の映像符号化方式では、映像信号の各フレームを「マクロブロック」と呼ばれる正方ブロックに均等分割し、マクロブロックの単位で、フレーム内・フレーム間予測処理、予測差分信号に対するDCT等の直交変換処理や量子化処理を実施して、エントロピー符号化を行うことで、最終的な圧縮データであるビットストリームを得る方式が採用されている。
AVC/H.264までの方式では、マクロブロックのサイズとして、輝度信号上で、16画素×16ラインのブロックサイズが採用されているが、このサイズを拡張して予測対象ブロックや変換ブロックのサイズを適応化させることで、符号化性能を大きく改善する手法が報告されている(例えば、非特許文献1を参照)。
For example, MPEG, ITU-TH. In a conventional video encoding method such as the 26x series, each frame of a video signal is equally divided into square blocks called “macroblocks”, and the intra-frame / interframe prediction processing and DCT for the prediction differential signal are performed in units of macroblocks. A method of obtaining a bit stream which is final compressed data by performing entropy coding by performing orthogonal transformation processing such as the above and quantization processing is adopted.
AVC / H. In the method up to H.264, the block size of 16 pixels × 16 lines is adopted as the macroblock size on the luminance signal, but this size is expanded to adapt the size of the prediction target block and the transform block. Thus, a technique for greatly improving the coding performance has been reported (see, for example, Non-Patent Document 1).
非特許文献1に開示されている従来のマクロブロックサイズの拡張方式では、マクロブロックがLCU(Largest Coding Unit:最大符号化単位)と称され、そのLCUを更に分割して、分割後のブロック毎に動きベクトルを検出する構成や、直交変換のサイズを適応化させる構成を開示しているが、フレーム内符号化やフレーム間符号化を実施する際の符号化単位であるCU(Coding Unit)は、図13に示す四分木分割を採用している。
In the conventional macroblock size expansion method disclosed in
図13において、「第0階層」と表記された輝度成分で、(M0,M0)(右上肩の数字は階層レベルを示している) のサイズを有する符号化ブロックがLCUであり、このLCUを出発点として、四分木構造で、シーケンス毎に別途定める階層数の上限(シーケンスでの上限階層数)まで階層的に分割を行うことによって、分割状態のCUを得ている。
四分木分割を行うため、常に(Mn+1,Mn+1)=(Mn/2,Mn/2)が成立している。
従来のマクロブロックサイズの拡張方式では、LCUを出発点として、CUを分割するか否かを示す分割フラグをCU毎にシグナリングすることで、CUの分割状態を表現している。
In FIG. 13, an encoded block having a size of (M 0 , M 0 ) (the number at the upper right shoulder indicates a layer level) having a luminance component expressed as “0th layer” is an LCU. Starting from the LCU, a CU in a divided state is obtained by hierarchically dividing up to the upper limit of the number of hierarchies separately determined for each sequence (upper limit hierarchy number in the sequence) in a quadtree structure.
Since quadtree partitioning is performed, (M n + 1 , M n + 1 ) = (M n / 2, M n / 2) always holds.
In the conventional macroblock size expansion method, the division state of the CU is expressed by signaling a division flag indicating whether or not to divide the CU for each CU, starting from the LCU.
例えば、図14に示すように、LCUを四分木構造で階層的に分割する場合、1個のLCU(第0階層)と、4個のCU(第1階層)と、12個のCU(第2階層)とが得られるため、合計で17個のブロック(LCU+CU)のそれぞれが分割されているか否かを示す分割フラグ(1=分割:0=非分割)が用意される。
このため、動画像符号化装置は、CUの分割状態を動画像復号装置側に通知するため、17個の分割フラグを17bitでシグナリングする。
For example, as shown in FIG. 14, when an LCU is divided hierarchically in a quadtree structure, one LCU (0th hierarchy), 4 CUs (1st hierarchy), and 12 CUs ( Therefore, a division flag (1 = division: 0 = non-division) indicating whether each of the 17 blocks (LCU + CU) in total is divided is prepared.
For this reason, the moving picture coding apparatus signals 17 division flags in 17 bits in order to notify the moving picture decoding apparatus side of the division state of the CU.
従来の動画像符号化装置は以上のように構成されているので、四分木構造の階層を深くする程、自由度の高いCUの分割状態を表現することができる。しかし、CUの分割状態を動画像復号装置側に伝えるには、ビット数が多いシグナリングを行う必要があり、必要な符号量が増加してしまうなどの課題があった。 Since the conventional moving picture coding apparatus is configured as described above, the division state of the CU having a higher degree of freedom can be expressed as the hierarchy of the quadtree structure is deepened. However, in order to transmit the division state of the CU to the video decoding device side, it is necessary to perform signaling with a large number of bits, and there is a problem that a necessary code amount increases.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、少ないビット数のシグナリングでCUの分割状態を動画像復号装置側に伝えることができる動画像符号化装置及び動画像符号化方法を得ることを目的とする。
また、この発明は、上記の動画像符号化装置に適用することができる動画像復号装置及び動画像復号方法を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a moving picture coding apparatus and a moving picture coding method capable of transmitting the division state of a CU to the moving picture decoding apparatus side by signaling with a small number of bits. The purpose is to obtain.
Another object of the present invention is to obtain a moving picture decoding apparatus and a moving picture decoding method that can be applied to the above moving picture encoding apparatus.
この発明に係る動画像符号化装置は、入力画像を所定のサイズのマクロブロックに分割するとともに、各々のマクロブロックを四分木構造で階層的に分割することで、マクロブロックよりも細かい符号化単位のブロックである符号化処理単位ブロックを出力するブロック分割手段と、ブロック分割手段から出力された符号化処理単位ブロックに対応する符号化モードで、符号化処理単位ブロックに対する予測処理を実施して予測画像を生成する予測画像生成手段と、ブロック分割手段から出力された符号化処理単位ブロックと予測画像生成手段により生成された予測画像との差分画像を圧縮し、その差分画像の圧縮データを出力する画像圧縮手段と、画像圧縮手段から出力された圧縮データ及び符号化モードを可変長符号化して、その圧縮データ及び符号化モードの符号化データが多重化されているビットストリームを生成する可変長符号化手段とを備え、可変長符号化手段が、各々のマクロブロックにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックがブロック分割手段によって四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化するようにしたものである。 The moving picture coding apparatus according to the present invention divides an input image into macroblocks of a predetermined size and further divides each macroblock hierarchically by a quadtree structure, thereby encoding more finely than the macroblock. A block dividing unit that outputs an encoding processing unit block that is a unit block, and a prediction process for the encoding processing unit block in an encoding mode corresponding to the encoding processing unit block output from the block dividing unit A prediction image generating unit that generates a prediction image, a differential image between the encoding processing unit block output from the block dividing unit and the prediction image generated by the prediction image generation unit is compressed, and compressed data of the difference image is output Image compression means, and the compressed data output from the image compression means and the encoding mode are variable-length encoded, and the compressed data And variable-length encoding means for generating a bit stream in which encoded data of the encoding mode and the encoding mode are multiplexed, and the variable-length encoding means is the deepest in the quadtree structure in each macroblock Whether the maximum number of divided hierarchies indicating the number of divided hierarchies is variable-length coded, and whether or not the coding processing unit blocks other than the coding processing unit block belonging to the deepest hierarchy are divided into quadtrees by the block dividing means The division flag indicating the variable length is encoded with variable length.
この発明によれば、入力画像を所定のサイズのマクロブロックに分割するとともに、各々のマクロブロックを四分木構造で階層的に分割することで、マクロブロックよりも細かい符号化単位のブロックである符号化処理単位ブロックを出力するブロック分割手段と、ブロック分割手段から出力された符号化処理単位ブロックに対応する符号化モードで、符号化処理単位ブロックに対する予測処理を実施して予測画像を生成する予測画像生成手段と、ブロック分割手段から出力された符号化処理単位ブロックと予測画像生成手段により生成された予測画像との差分画像を圧縮し、その差分画像の圧縮データを出力する画像圧縮手段と、画像圧縮手段から出力された圧縮データ及び符号化モードを可変長符号化して、その圧縮データ及び符号化モードの符号化データが多重化されているビットストリームを生成する可変長符号化手段とを備え、可変長符号化手段が、各々のマクロブロックにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックがブロック分割手段によって四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化するように構成したので、少ないビット数のシグナリングで符号化処理単位ブロックの分割状態を動画像復号装置側に伝えることができる効果がある。 According to the present invention, the input image is divided into macroblocks of a predetermined size, and each macroblock is hierarchically divided in a quadtree structure, so that it is a block of a coding unit smaller than the macroblock. A prediction image is generated by performing a prediction process on the encoding processing unit block in a block dividing unit that outputs the encoding processing unit block and an encoding mode corresponding to the encoding processing unit block output from the block dividing unit. A prediction image generation unit; and an image compression unit that compresses a differential image between the encoding processing unit block output from the block division unit and the prediction image generated by the prediction image generation unit, and outputs compressed data of the difference image; Then, the compressed data output from the image compression means and the encoding mode are subjected to variable length encoding, and the compressed data and the encoding mode are encoded. Variable-length encoding means for generating a bit stream in which encoded data of a group is multiplexed, and the variable-length encoding means is a divided hierarchy of the deepest part in the quadtree structure in each macroblock A division flag that indicates whether or not the encoding processing unit block other than the encoding processing unit block belonging to the deepest hierarchy is divided into quadtrees by the block dividing means, while the maximum number of division hierarchies indicating the number is variable-length encoded Therefore, there is an effect that the division state of the encoding processing unit block can be transmitted to the moving picture decoding apparatus side by signaling with a small number of bits.
実施の形態1.
この実施の形態1では、映像の各フレーム画像を入力し、近接フレーム間で動き補償予測を実施することで得られる予測差分信号に対して直交変換や量子化による圧縮処理を実施した後に可変長符号化を行ってビットストリームを生成する動画像符号化装置と、その動画像符号化装置から出力されたビットストリームを復号する動画像復号装置について説明する。
In the first embodiment, each frame image of a video is input, and after performing compression processing by orthogonal transformation or quantization on a prediction difference signal obtained by performing motion compensation prediction between adjacent frames, the variable length is obtained. A video encoding device that performs encoding to generate a bitstream and a video decoding device that decodes a bitstream output from the video encoding device will be described.
この実施の形態1の動画像符号化装置は、映像信号の空間・時間方向の局所的な変化に適応して、映像信号を多様なサイズの領域に分割してフレーム内・フレーム間適応符号化を行うことを特徴としている。
一般的に映像信号は、空間・時間的に信号の複雑さが局所的に変化する特性を有している。空間的に見ると、ある特定の映像フレーム上では、空や壁などのような比較的広い画像領域中で均一な信号特性を持つ絵柄もあれば、人物や細かいテクスチャを持った絵画など小さい画像領域内で複雑なテクスチャパターンを持つ絵柄も混在することがある。
時間的に見ても、空や壁は局所的に時間方向の絵柄の変化が小さいが、動く人物や物体はその輪郭が時間的に剛体・非剛体の運動をするため、時間的な変化が大きい。
The moving picture coding apparatus according to the first embodiment adapts to local changes in the spatial and temporal directions of a video signal, divides the video signal into regions of various sizes, and performs intraframe / interframe adaptive coding. It is characterized by performing.
In general, a video signal has a characteristic that the complexity of the signal changes locally in space and time. When viewed spatially, on a particular video frame, there are patterns with uniform signal characteristics in a relatively large image area such as the sky and walls, and small images such as people and paintings with fine textures. A pattern having a complicated texture pattern may be mixed in the region.
Even when viewed temporally, the sky and the wall have small changes in the pattern in the time direction locally, but the moving person or object has a rigid or non-rigid motion in time, so the temporal change does not occur. large.
符号化処理は、時間・空間的な予測によって信号電力やエントロピーの小さい予測差分信号を生成することで、全体の符号量を削減するが、予測のためのパラメータをできるだけ大きな画像信号領域に均一に適用できれば、当該パラメータの符号量を小さくすることができる。
一方、時間的・空間的に変化の大きい画像信号パターンに対して、同一の予測パラメータを適用すると、予測の誤りが増えるため、予測差分信号の符号量を削減することができない。
そこで、時間的・空間的に変化の大きい画像信号パターンに対しては、予測対象の領域を小さくして、予測のためのパラメータのデータ量を増やしても予測差分信号の電力・エントロピーを低減するほうが望ましい。
このような映像信号の一般的な性質に適応した符号化を行うため、この実施の形態1の動画像符号化装置では、所定の最大ブロックサイズから階層的に映像信号の領域を分割して、分割領域毎に予測処理や、予測差分の符号化処理を実施するようにしている。
The encoding process reduces the overall code amount by generating a prediction difference signal with small signal power and entropy by temporal and spatial prediction, but the parameters for prediction are made uniform in as large an image signal region as possible. If applicable, the code amount of the parameter can be reduced.
On the other hand, if the same prediction parameter is applied to an image signal pattern having a large temporal and spatial change, the number of prediction differential signals cannot be reduced because prediction errors increase.
Therefore, for image signal patterns with large temporal and spatial changes, the prediction target signal power / entropy is reduced even if the prediction target area is reduced and the amount of parameter data for prediction is increased. Is preferable.
In order to perform coding adapted to the general properties of such a video signal, the moving picture coding apparatus of the first embodiment divides the video signal area hierarchically from a predetermined maximum block size, Prediction processing and prediction difference encoding processing are performed for each divided region.
この実施の形態1の動画像符号化装置が処理対象とする映像信号は、輝度信号と2つの色差信号からなるYUV信号や、ディジタル撮像素子から出力されるRGB信号等の任意の色空間のカラー映像信号のほか、モノクロ画像信号や赤外線画像信号など、映像フレームが水平・垂直2次元のディジタルサンプル(画素)列から構成される任意の映像信号である。
各画素の諧調は8ビットでもよいし、10ビット、12ビットなどの諧調であってもよい。
ただし、以下の説明においては、特に断らない限り、入力される映像信号がYUV信号であるものとする。また、2つの色差成分U,Vが輝度成分Yに対して、サブサンプルされた4:2:0フォーマットの信号であるものとする。
なお、映像の各フレームに対応する処理データ単位を「ピクチャ」と称し、この実施の形態1では、「ピクチャ」は順次走査(プログレッシブスキャン)された映像フレームの信号として説明を行う。ただし、映像信号がインタレース信号である場合、「ピクチャ」は映像フレームを構成する単位であるフィールド画像信号であってもよい。
The video signal to be processed by the moving image coding apparatus according to the first embodiment is a color in an arbitrary color space such as a YUV signal composed of a luminance signal and two color difference signals, or an RGB signal output from a digital image sensor. In addition to the video signal, the video frame is an arbitrary video signal such as a monochrome image signal or an infrared image signal, in which the video frame is composed of a horizontal and vertical two-dimensional digital sample (pixel) sequence.
The gradation of each pixel may be 8 bits, or may be gradation such as 10 bits or 12 bits.
However, in the following description, it is assumed that the input video signal is a YUV signal unless otherwise specified. In addition, it is assumed that the two color difference components U and V are subsampled 4: 2: 0 format signals with respect to the luminance component Y.
The processing data unit corresponding to each frame of the video is referred to as “picture”. In the first embodiment, “picture” is described as a signal of a video frame that has been sequentially scanned (progressive scan). However, when the video signal is an interlace signal, the “picture” may be a field image signal which is a unit constituting a video frame.
図1はこの発明の実施の形態1による動画像符号化装置を示す構成図である。
図1において、符号化制御部1は動き補償予測処理(フレーム間予測処理)又はイントラ予測処理(フレーム内予測処理)が実施される際の符号化単位であるLCU(マクロブロック)のサイズ(LCUサイズ)を決定するとともに、予め設定されているCU(LCUよりも細かい符号化単位のブロック)の分割階層数の上限(CUの分割階層数の上限は、例えば、シーケンス、ピクチャあるいはスライス単位で設定される)の範囲内で、各々のLCUにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大CU分割階層数を決定する処理を実施する。
また、符号化制御部1はLCUが最大CU分割階層数に至るまで分割されることで得られる各々のCUに適する符号化モードを決定する処理を実施する。即ち、利用可能な1以上の符号化モード(1以上のイントラ符号化モード、1以上のインター符号化モード)の中から、各々のCUに適する符号化モードを選択する処理を実施する。
1 is a block diagram showing a moving picture coding apparatus according to
In FIG. 1, the
Further, the
ブロック分割部2は入力画像を示す映像信号を入力すると、その映像信号が示す入力画像を符号化制御部1により決定されたLCUサイズのLCUに分割するとともに、符号化制御部1により決定された最大CU分割階層数に至るまで、そのLCUを四分木構造で階層的に分割することでCUを得て、各々のCUを出力する処理を実施する。なお、ブロック分割部2はブロック分割手段を構成している。
When the
切替スイッチ3は符号化制御部1により選択された符号化モードがイントラ符号化モードであれば、ブロック分割部2により分割されたCUをイントラ予測部4に出力し、符号化制御部1により選択された符号化モードがインター符号化モードであれば、ブロック分割部2により分割されたCUを動き補償予測部5に出力する処理を実施する。
イントラ予測部4は切替スイッチ3からブロック分割部2により分割されたCUを受けると、符号化制御部1から出力されたイントラ予測パラメータを用いて、そのCUに対するイントラ予測処理を実施して予測画像を生成する処理を実施する。
動き補償予測部5は切替スイッチ3からブロック分割部2により分割されたCUを受けると、符号化制御部1から出力されたインター予測パラメータを用いて、そのCUに対する動き補償予測処理を実施して予測画像を生成する処理を実施する。
なお、切替スイッチ3、イントラ予測部4及び動き補償予測部5から予測画像生成手段が構成されている。
If the coding mode selected by the
When the
When the motion
The
減算部6はブロック分割部2により分割されたCUから、イントラ予測部4又は動き補償予測部5により生成された予測画像を減算することで差分画像(=CU−予測画像)を生成し、その差分画像を示す予測差分信号を出力する処理を実施する。
変換・量子化部7は符号化制御部1から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位で、減算部6から出力された予測差分信号の変換処理(例えば、DCT(離散コサイン変換)や、予め特定の学習系列に対して基底設計がなされているKL変換等の直交変換処理)を実施するとともに、その予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、その予測差分信号の変換係数を量子化することで、量子化後の変換係数を差分画像の圧縮データとして出力する処理を実施する。なお、変換・量子化部7は画像圧縮手段を構成している。
The subtracting
The transform /
逆量子化・逆変換部8は符号化制御部1から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、変換・量子化部7から出力された圧縮データを逆量子化し、その予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位で、逆量子化の圧縮データの逆変換処理(例えば、逆DCT(逆離散コサイン変換)や、逆KL変換等の逆変換処理)を実施することで、逆変換処理後の圧縮データを局所復号予測差分信号として出力する処理を実施する。
The inverse quantization /
加算部9は逆量子化・逆変換部8から出力された局所復号予測差分信号とイントラ予測部4又は動き補償予測部5により生成された予測画像を示す予測信号を加算することで、局所復号画像を示す局所復号画像信号を生成する処理を実施する。
イントラ予測用メモリ10はイントラ予測部4により次回のイントラ予測処理で用いられる画像として、加算部9により生成された局所復号画像信号が示す局所復号画像を格納するRAMなどの記録媒体である。
The adding
The
ループフィルタ部11は加算部9により生成された局所復号画像信号に含まれている符号化歪みを補償し、符号化歪み補償後の局所復号画像信号が示す局所復号画像を参照画像として動き補償予測フレームメモリ12に出力する処理を実施する。
動き補償予測フレームメモリ12は動き補償予測部5により次回の動き補償予測処理で用いられる参照画像として、ループフィルタ部11によるフィルタリング処理後の局所復号画像を格納するRAMなどの記録媒体である。
The
The motion compensated
可変長符号化部13は例えば変換・量子化部7から出力された圧縮データと、符号化制御部1から出力された符号化モード、予測差分符号化パラメータ、最大CU分割階層数及び分割フラグ(最も深い階層に属するCU以外のCUがブロック分割部2によって四分木分割されているか否かを示すフラグ)と、イントラ予測部4から出力されたイントラ予測パラメータ又は動き補償予測部5から出力されたインター予測パラメータとを可変長符号化して、その圧縮データ、符号化モード、予測差分符号化パラメータ、最大CU分割階層数、分割フラグ、イントラ予測パラメータ/インター予測パラメータの符号化データが多重化されているビットストリームを生成する処理を実施する。なお、可変長符号化部13は可変長符号化手段を構成している。
The variable
図1では、動画像符号化装置の構成要素である符号化制御部1、ブロック分割部2、切替スイッチ3、イントラ予測部4、動き補償予測部5、減算部6、変換・量子化部7、逆量子化・逆変換部8、加算部9、ループフィルタ部11及び可変長符号化部13のそれぞれが専用のハードウェア(例えば、CPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど)で構成されているものを想定しているが、動画像符号化装置がコンピュータで構成される場合、符号化制御部1、ブロック分割部2、切替スイッチ3、イントラ予測部4、動き補償予測部5、減算部6、変換・量子化部7、逆量子化・逆変換部8、加算部9、ループフィルタ部11及び可変長符号化部13の処理内容を記述しているプログラムを当該コンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。
図2はこの発明の実施の形態1による動画像符号化装置の処理内容を示すフローチャートである。
また、図3はCU分割状態のエントロピー符号化処理を示すフローチャートである。
In FIG. 1, a
FIG. 2 is a flowchart showing the processing contents of the moving picture coding apparatus according to
FIG. 3 is a flowchart showing the entropy encoding process in the CU division state.
図4はこの発明の実施の形態1による動画像復号装置を示す構成図である。
図4において、可変長復号部51はビットストリームに多重化されている符号化データから階層的に分割されている各々のCUに係る圧縮データ、符号化モード、予測差分符号化パラメータ、イントラ予測パラメータ/インター予測パラメータを可変長復号して、その圧縮データ及び予測差分符号化パラメータを逆量子化・逆変換部55に出力するとともに、その符号化モード及びイントラ予測パラメータ/インター予測パラメータを切替スイッチ52に出力する処理を実施する。
また、可変長復号部51は符号化データから最大CU分割階層数及び分割フラグを可変長復号して、その最大CU分割階層数と分割フラグからLCUの四分木構造を復号する処理を実施する。
なお、可変長復号部51は可変長復号手段を構成している。
FIG. 4 is a block diagram showing a moving picture decoding apparatus according to
In FIG. 4, the variable
In addition, the variable
The variable
切替スイッチ52は可変長復号部51から出力されたCUに係る符号化モードがイントラ符号化モードである場合、可変長復号部51から出力されたイントラ予測パラメータをイントラ予測部53に出力し、その符号化モードがインター符号化モードである場合、可変長復号部51から出力されたインター予測パラメータを動き補償予測部54に出力する処理を実施する。
イントラ予測部53は切替スイッチ52から出力されたイントラ予測パラメータを用いて、当該CUに対するイントラ予測処理を実施して予測画像を生成する処理を実施する。
動き補償予測部54は切替スイッチ52から出力されたインター予測パラメータを用いて、当該CUに対する動き補償予測処理を実施して予測画像を生成する処理を実施する。
なお、切替スイッチ52、イントラ予測部53及び動き補償予測部54から予測画像生成手段が構成されている。
When the coding mode related to the CU output from the variable
The
The motion
The
逆量子化・逆変換部55は可変長復号部51から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、可変長復号部51から出力された符号化ブロックに係る圧縮データを逆量子化し、その予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位で、逆量子化の圧縮データの逆変換処理(例えば、逆DCT(逆離散コサイン変換)や、逆KL変換等の逆変換処理)を実施することで、逆変換処理後の圧縮データを復号予測差分信号(圧縮前の差分画像を示す信号)として出力する処理を実施する。
加算部56は逆量子化・逆変換部55から出力された復号予測差分信号とイントラ予測部53又は動き補償予測部54により生成された予測画像を示す予測信号を加算することで、復号画像を示す復号画像信号を生成する処理を実施する。
なお、逆量子化・逆変換部55及び加算部56から復号画像生成手段が構成されている。
The inverse quantization /
The
The inverse quantization /
イントラ予測用メモリ57はイントラ予測部53により次回のイントラ予測処理で用いられる画像として、加算部56により生成された復号画像信号が示す復号画像を格納するRAMなどの記録媒体である。
ループフィルタ部58は加算部56により生成された復号画像信号に含まれている符号化歪みを補償し、符号化歪み補償後の復号画像信号が示す復号画像を参照画像として動き補償予測フレームメモリ59に出力する処理を実施する。
動き補償予測フレームメモリ59は動き補償予測部54により次回の動き補償予測処理で用いられる参照画像として、ループフィルタ部58によるフィルタリング処理後の復号画像を格納するRAMなどの記録媒体である。
The
The
The motion compensated
図4では、動画像復号装置の構成要素である可変長復号部51、切替スイッチ52、イントラ予測部53、動き補償予測部54、逆量子化・逆変換部55、加算部56及びループフィルタ部58のそれぞれが専用のハードウェア(例えば、CPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど)で構成されているものを想定しているが、動画像復号装置がコンピュータで構成される場合、可変長復号部51、切替スイッチ52、イントラ予測部53、動き補償予測部54、逆量子化・逆変換部55、加算部56及びループフィルタ部58の処理内容を記述しているプログラムを当該コンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。
図5はこの発明の実施の形態1による動画像復号装置の処理内容を示すフローチャートである。
また、図6はCU分割状態のエントロピー復号処理を示すフローチャートである。
In FIG. 4, a variable
FIG. 5 is a flowchart showing the processing contents of the moving picture decoding apparatus according to
FIG. 6 is a flowchart showing the entropy decoding process in the CU division state.
次に動作について説明する。
最初に、図1の動画像符号化装置の処理内容を説明する。
まず、符号化制御部1は、符号化対象のピクチャ(カレントピクチャ)の符号化に用いるLCUのサイズ(LCUサイズ)と、予め設定されているCUの分割階層数の上限の範囲内で、そのLCUにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大CU分割階層数とを決定する(図2のステップST1)。
また、符号化制御部1は、ブロック分割部2によりLCUが最大CU分割階層数に至るまで分割されることで得られる各々のCUに適する符号化モードを決定する。
即ち、利用可能な1以上の符号化モード(1以上のイントラ符号化モード、1以上のインター符号化モード)の中から、各々のCUに適する符号化モードを選択する。
符号化モードの選択処理は公知の技術であるため詳細な説明は省略する。なお、符号化モードの選択処理は、後述するブロック分割部2によりLCUが階層的に分割されて複数のCUが得られた後に、各々のCUに適する符号化モードを決定するようにしてもよい。
Next, the operation will be described.
First, the processing contents of the moving picture encoding apparatus in FIG. 1 will be described.
First, the
Also, the
That is, a coding mode suitable for each CU is selected from one or more available coding modes (one or more intra coding modes and one or more inter coding modes).
Since the encoding mode selection process is a known technique, a detailed description thereof will be omitted. In the coding mode selection process, after the LCU is hierarchically divided by the
LCUサイズの決め方として、例えば、全てのピクチャに対して、入力画像の解像度に応じたサイズに決定する方法が考えられる。
また、入力画像の局所的な動きの複雑さの違いをパラメータとして定量化しておき、動きの激しいピクチャではLCUサイズを小さな値に決定し、動きが少ないピクチャではLCUサイズを大きな値に決定する方法などが考えられる。
最大CU分割階層数については、例えば、入力画像の動きが激しい程、階層数を深くして、より細かい動きが検出できるように設定し、入力画像の動きが少なければ、階層数を抑えるように設定する方法が考えられる。
なお、最大CU分割階層数は、シーケンス単位で固定の値を用いるよう構成してもよい。
As a method of determining the LCU size, for example, a method of determining a size corresponding to the resolution of the input image for all the pictures can be considered.
Also, a method of quantifying the difference in complexity of local motion of an input image as a parameter, determining a LCU size to a small value for a picture with intense motion, and determining a LCU size to a large value for a picture with little motion And so on.
The maximum number of CU division layers is set so that, for example, the higher the motion of the input image, the deeper the number of layers, and the more detailed motion can be detected. If the motion of the input image is small, the number of layers is suppressed. A method of setting is conceivable.
Note that the maximum number of CU partition layers may be configured to use a fixed value in sequence units.
ブロック分割部2は、入力画像を示す映像信号を入力すると、その映像信号が示す入力画像を符号化制御部1により決定されたLCUサイズに分割する。
また、ブロック分割部2は、LCUサイズの画像領域(LCU)毎に、符号化制御部1により決定された最大CU分割階層数に至るまで、そのLCUを四分木構造で階層的に分割することで、LCUよりも細かい符号化単位のブロックであるCUを得て、各々のCUを切替スイッチ3及び減算部6に出力する(ステップST2)。
When the video signal indicating the input image is input, the
In addition, the
ここで、図7はLCUが階層的に分割されて複数のCUが得られる様子を示す説明図である。
LCUは、図7において、「第0階層」と表記されている輝度成分で、(L0,M0)の画素サイズを有するCUであると定義する。
図7の例では、LCUを出発点として、4分木構造で、別途定める所定の深さ(最大CU分割階層数)まで階層的に分割を行うことによって、複数のCUを得ている。
Here, FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state in which the LCU is hierarchically divided to obtain a plurality of CUs.
The LCU is defined as a CU having a pixel size of (L 0 , M 0 ) with a luminance component represented as “0th layer” in FIG.
In the example of FIG. 7, a plurality of CUs are obtained by performing a hierarchical division to a predetermined depth (the maximum number of CU division hierarchies) with a quadtree structure starting from an LCU.
深さnでは、CUはサイズ(Ln,Mn)の画像領域である。
ただし、LnとMnは同じであってもよいし異なっていてもよいが、図7の例ではLn=Mnのケースを示している。
以降、CUのサイズは、CUの輝度成分におけるサイズ(Ln,Mn)と定義する。
At depth n, the CU is an image area of size (L n , M n ).
However, L n and M n may be the same or different, but the example of FIG. 7 shows the case of L n = M n .
Hereinafter, the size of the CU is defined as the size (L n , M n ) in the luminance component of the CU.
ブロック分割部2は、4分木分割を行うため、常に(Ln+1,Mn+1)=(Ln/2,Mn/2)が成立する。
ただし、RGB信号などのように、全ての色成分が同一サンプル数を有するカラー映像信号(4:4:4フォーマット)では、全ての色成分のサイズが(Ln,Mn)になるが、4:2:0フォーマットを扱う場合、対応する色差成分の符号化ブロックのサイズは(Ln/2,Mn/2)である。
以降、第n階層のCUをBj n(j:第n階層におけるCU番号)で表し、Bj nで選択しうる符号化モードをm(Bj n)と表記する。
Since the
However, in a color video signal (4: 4: 4 format) in which all color components have the same number of samples, such as RGB signals, the size of all color components is (L n , M n ). When the 4: 2: 0 format is handled, the size of the corresponding color difference component coding block is (L n / 2, M n / 2).
Hereinafter, the n-th layer CU is represented by B j n (j: CU number in the n-th layer), and the encoding mode that can be selected by B j n is represented by m (B j n ).
複数の色成分からなるカラー映像信号の場合、符号化モードm(Bj n)は、色成分ごとに、それぞれ個別のモードを用いるように構成されてもよいが、以降、特に断らない限り、YUV信号、4:2:0フォーマットのCUの輝度成分に対する符号化モードのことを指すものとして説明を行う。
符号化モードm(Bj n)には、1つないし複数のイントラ符号化モード(総称して「INTRA」)、1つないし複数のインター符号化モード(総称して「INTER」)があり、符号化制御部1は、上述したように、当該ピクチャで利用可能な全ての符号化モードないしは、そのサブセットの中から、CUであるBj nに対して最も符号化効率がよい符号化モードを選択する。
In the case of a color video signal composed of a plurality of color components, the encoding mode m (B j n ) may be configured to use an individual mode for each color component. The description will be made on the assumption that it indicates a coding mode for a luminance component of a YUV signal, 4: 2: 0 format CU.
The coding mode m (B j n ) includes one or more intra coding modes (collectively “INTRA”), one or more inter coding modes (collectively “INTER”), As described above, the
符号化制御部1は、符号化対象のピクチャ(カレントピクチャ)の符号化に用いる各々のLCUに対して、例えば、図8に示すようなCU分割状態を生成してCUであるBj nを特定する。
図8(a)の網がけ部分はBj nで定義される領域を示し、また、図8(b)は階層分割によって符号化モードm(Bj n)が割り当てられる状況を四分木グラフで示している。
図8(b)において、□で囲まれているノードが、符号化モードm(Bj n)が割り当てられたノード(CU)を示している。
The
The shaded portion in FIG. 8A shows an area defined by B j n , and FIG. 8B shows a situation where a coding mode m (B j n ) is assigned by hierarchical division in a quadtree graph. Is shown.
In FIG. 8B, nodes surrounded by squares indicate nodes (CU) to which the encoding mode m (B j n ) is assigned.
なお、CUであるBj nは、図8に示すように、更に1つないし複数のパーティションであるPU(Prediction Unit:予測処理単位)に分割される。
以降、Bj nに属するパーティションをPji n(i: 第n階層に属する第jCUにおけるPU番号)と表記する。
Bj nに属するパーティションPji nの分割がどのようになされているかは符号化モードm(Bj n)の中に情報として含まれる。
パーティションPji nは、すべて符号化モードm(Bj n)に従って予測処理が行われるが、パーティションPji n毎に、個別の予測パラメータを選択することができる。
Note that B j n that is a CU is further divided into PUs (Prediction Units) that are one or more partitions, as shown in FIG.
Hereinafter, the partition belonging to B j n is denoted as P ji n (i: PU number in the j- th CU belonging to the nth layer).
How the partition P ji n belonging to B j n is divided is included as information in the encoding mode m (B j n ).
All partitions P ji n are subjected to prediction processing according to the encoding mode m (B j n ), but individual prediction parameters can be selected for each partition P ji n .
切替スイッチ3は、符号化制御部1が各々のBj nのパーティションPji nに対して最適な符号化モードm(Bj n)を選択すると、その符号化モードm(Bj n)がイントラ符号化モードであれば(ステップST3)、ブロック分割部2により分割されたCUであるBj nのパーティションPji nをイントラ予測部4に出力する。
一方、その符号化モードmBj nがインター符号化モードであれば(ステップST3)、ブロック分割部2により分割されたCUであるBj nのパーティションPji nを動き補償予測部5に出力する。
On the other hand, if the coding mode mB j n is the inter coding mode (step ST3), the partition P ji n of B j n that is a CU divided by the
イントラ予測部4は、切替スイッチ3からCUであるBj nのパーティションPji nを受けると、符号化制御部1により選択された符号化モードm(Bj n)に対応するイントラ予測パラメータを用いて、そのBj nのパーティションPji nに対するイントラ予測処理を実施して、イントラ予測画像Pji nを生成する(ステップST4)。
イントラ予測部4は、イントラ予測画像Pji nを生成すると、そのイントラ予測画像Pji nを減算部6及び加算部9に出力するが、図4の動画像復号装置でも同じイントラ予測画像Pji nを生成できるようにするため、そのイントラ予測パラメータを可変長符号化部13に出力する。
この実施の形態1におけるイントラ予測処理は、AVC/H.264規格(ISO/IEC 14496−10)に定められるような方向性を有する適応空間予測を行う場合、PU毎に選択される予測モード情報などの情報を含んでいる。
この実施の形態1におけるイントラ予測処理は、AVC/H.264規格に定められるアルゴリズムに限定されないが、イントラ予測パラメータとしては、動画像符号化装置側と動画像復号装置側でまったく同じイントラ予測画像を生成するために必要な情報を含んでいる必要がある。
The intra prediction process in the first embodiment is an AVC / H. When performing adaptive space prediction having directionality as defined in the H.264 standard (ISO / IEC 14496-10), information such as prediction mode information selected for each PU is included.
The intra prediction process in the first embodiment is an AVC / H. Although not limited to the algorithm defined in the H.264 standard, the intra-prediction parameter needs to include information necessary for generating exactly the same intra-predicted image on the moving image encoding device side and the moving image decoding device side. .
動き補償予測部5は、切替スイッチ3からCUであるBj nのパーティションPji nを受けると、そのBj nのパーティションPji nと動き補償予測フレームメモリ12に格納されている参照画像から動きベクトルを探索し、その動きベクトル及び符号化モードm(Bj n)に対応するインター予測パラメータを用いて、そのBj nのパーティションPji nに対する動き補償予測処理を実施して、インター予測画像Pji nを生成する(ステップST5)。
The motion
動き補償予測部5は、インター予測画像Pji nを生成すると、そのインター予測画像Pji nを減算部6及び加算部9に出力するが、図4の動画像復号装置でも同じインター予測画像Pji nを生成できるようにするため、そのインター予測パラメータを可変長符号化部13に出力する。
インター予測画像の生成に用いられたインター予測パラメータは、下記に示す情報を含み、動画像復号装置側でまったく同じインター予測画像を生成するために、可変長符号化部13によってビットストリームに多重化される。
・ CUであるBj n内のパーティション分割を記述するモード情報
・ PUであるパーティションPji nの動きベクトル
・ 動き補償予測フレームメモリ12内に複数の参照画像を含む構成の場合、いずれの参照画像を用いて予測を行うかを示す参照画像指示インデックス情報
・ 複数の動きベクトル予測値候補がある場合に、いずれの動きベクトル予測値を選択して使用するかを示すインデックス情報
・ 複数の動き補償内挿フィルタがある場合に、いずれのフィルタを選択して使用するかを示すインデックス情報
・ PUであるパーティションPji nの動きベクトルが複数の画素精度(半画素、1/4画素、1/8画素など)を示すことが可能な場合、いずれの画素精度を使用するかを示す選択情報
The motion
The inter prediction parameters used for generating the inter prediction image include the following information, and are multiplexed into the bitstream by the variable
If, CU is in the B j n partitioning a configuration including a plurality of reference images to the motion vector and motion compensation
減算部6は、イントラ予測部4又は動き補償予測部5が予測画像(イントラ予測画像Pji n、インター予測画像Pji n)を生成すると、ブロック分割部2により分割されたCUであるBj nのパーティションPji nから、イントラ予測部4又は動き補償予測部5により生成された予測画像(イントラ予測画像Pji n、インター予測画像Pji n)を減算することで差分画像を生成し、その差分画像を示す予測差分信号eji nを変換・量子化部7に出力する(ステップST6)。
When the
変換・量子化部7は、減算部6から予測差分信号eji nを受けると、符号化制御部1から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位に、複数の予測差分信号eji nを纏めることで予測差分信号ei nを求め、その予測差分符号化パラメータに基づいて、その予測差分信号ei nの変換処理(例えば、DCT(離散コサイン変換)や、予め特定の学習系列に対して基底設計がなされているKL変換等の直交変換処理)を実施することで、変換係数を算出する。
また、変換・量子化部7は、その予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、その変換係数を量子化することで、量子化後の変換係数を差分画像の圧縮データとして逆量子化・逆変換部8及び可変長符号化部13に出力する(ステップST7)。
Transform and
Further, the transform /
ここで、直交変換を行う単位は、CUを開始点とする四分木構造で分割して得られるTU(Transform Unit:直交変換処理単位ブロック)単位が適用される。
最大TUサイズ、最小TUサイズ及び最大TU分割階層数(CUにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数)も、LCUの場合と同様に、符号化制御部1が決定する。
TUサイズの決め方として、例えば、全てのピクチャに対して、入力画像の解像度に応じたサイズに決定する方法が考えられる。
また、入力画像の局所的な動きの複雑さの違いをパラメータとして定量化しておき、動きの激しいピクチャではTUサイズを小さな値に決定し、動きが少ないピクチャではTUサイズを大きな値に決定する方法などが考えられる。
最大TU分割階層数については、例えば、入力画像の動きが激しい程、階層数を深くして、より細かい単位で直交変換が検出できるように設定し、入力画像の動きが少なければ、階層数を抑えるように設定する方法が考えられる。
なお、最大TU分割階層数は、シーケンス単位で固定の値を用いるよう構成してもよい。
変換・量子化部7では、CU毎に、上記で定めた最大TU分割階層数に至るまで階層的にTUへ分割し、各TUに対して上記の直交変換と量子化を行う。
Here, as a unit for performing the orthogonal transformation, a TU (Transform Unit: orthogonal transformation processing unit block) unit obtained by dividing with a quadtree structure starting from the CU is applied.
The
As a method of determining the TU size, for example, a method of determining a size corresponding to the resolution of the input image for all the pictures can be considered.
A method of quantifying the difference in complexity of local motion of an input image as a parameter, determining a TU size to a small value for a picture with intense motion, and determining a TU size to a large value for a picture with little motion And so on.
As for the maximum number of TU division layers, for example, the more the input image moves, the deeper the layer number is set so that orthogonal transformation can be detected in finer units. A method of setting to suppress can be considered.
Note that the maximum number of TU partition layers may be configured to use a fixed value in sequence units.
The transform /
逆量子化・逆変換部8は、変換・量子化部7から差分画像の圧縮データを受けると、符号化制御部1から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、その差分画像の圧縮データを逆量子化し、その予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位で、逆量子化の圧縮データの逆変換処理(例えば、逆DCT(逆離散コサイン変換)や、逆KL変換等の逆変換処理)を実施することで、逆変換処理後の圧縮データを局所復号予測差分信号eji nハット(電子出願の関係上、アルファベット文字に付いた「^」をハットと表記する)として加算部9に出力する(ステップST8)。
When the inverse quantization /
符号化制御部1から出力される予測差分符号化パラメータは、CUの領域毎に、その内部の予測差分信号eji nの符号化に用いる量子化パラメータ、TUの分割状態を示す情報を含んでいる。
その予測差分符号化パラメータは、符号化制御部1が、符号化モードm(Bj n)を決定する際に一緒に決定される。
量子化パラメータは、LCUの単位で1つ割り当て、それらを分割したCU単位で共通に使用する形式でもよいし、CU毎に、LCUの量子化パラメータからの差分値として表現するようにしてもよい。
なお、TUの分割は、CUではなく、CUから分割されたPUであるPji nを単位として決定するように構成されていてもよい。
Predictive differential coding parameters outputted from the
The prediction differential encoding parameter is determined together when the
One quantization parameter may be assigned in units of LCUs and used in common in units of divided CUs, or may be expressed as a difference value from the LCU quantization parameter for each CU. .
Incidentally, division of the TU, the CU without may be configured to determine the P ji n is a PU split from CU units.
加算部9は、逆量子化・逆変換部8から局所復号予測差分信号eji nハットを受けると、その局所復号予測差分信号eji nハットと、イントラ予測部4又は動き補償予測部5により生成された予測画像(イントラ予測画像Pji n、インター予測画像Pji n)を示す予測信号を加算することで、局所復号パーティション画像Pji nハットないしはその集まりとしての局所復号符号化ブロック画像である局所復号画像を生成する(ステップST9)。
加算部9は、局所復号画像を生成すると、その局所復号画像を示す局所復号画像信号をイントラ予測用メモリ10に格納するとともに、その局所復号画像信号をループフィルタ部11に出力する。その局所復号画像信号が以降のイントラ予測用の画像信号となる。
When the
When generating the locally decoded image, the adding
ステップST3〜ST9の処理は、階層的に分割された全てのCUに対する処理が完了するまで繰り返し実施され、全てのCUに対する処理が完了するとステップST13の処理に移行する(ステップST10,ST11)。 The processes of steps ST3 to ST9 are repeatedly performed until the processes for all the hierarchically divided CUs are completed, and when the processes for all the CUs are completed, the process proceeds to the process of step ST13 (steps ST10 and ST11).
ループフィルタ部11は、加算部9から局所復号画像信号を受けると、その局所復号画像信号に対して所定のフィルタリング処理を実施することで、その局所復号画像信号に含まれている符号化歪みを補償し、符号化歪み補償後の局所復号画像信号が示す局所復号画像を参照画像として動き補償予測フレームメモリ12に格納する(ステップST12)。
ループフィルタ部11によるフィルタリング処理は、加算部9から出力される局所復号画像信号のLCUあるいは個々のCU単位で行ってもよいし、1画面分のCUに相当する局所復号画像信号が出力された後に1画面分まとめて行ってもよい。
When the
The filtering process by the
可変長符号化部13は、符号化制御部1から出力された符号化モード、予測差分符号化パラメータ、LCUサイズ、最大CU分割階層数、TU最大サイズ、TU最小サイズ、最大TU分割階層数及び分割フラグ(LCUのCU分割状態)と、変換・量子化部7から出力された圧縮データ及び各CUのTU分割状態と、イントラ予測部4から出力されたイントラ予測パラメータ又は動き補償予測部5から出力されたインター予測パラメータをエントロピー符号化する。
可変長符号化部13は、エントロピー符号化の符号化結果である符号化モード、予測差分符号化パラメータ、LCUサイズ、最大CU分割階層数、TU最大サイズ、TU最小サイズ、最大TU分割階層数、分割フラグ(LCUのCU分割状態)、圧縮データ、各CUのTU分割状態、イントラ予測パラメータ/インター予測パラメータの符号化データを多重化してビットストリームを生成する(ステップST13)。
図9は可変長符号化部13により生成されるビットストリームの一例を示す説明図であり、このビットストリームには、LCUの符号化データの中に、最大CU分割階層数が含まれていることを示している。
The variable
The variable
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a bit stream generated by the variable
以下、この実施の形態1の特徴である「CU分割状態のエントロピー符号化処理」について詳述する。
この実施の形態1では、LCU(階層n=0)を開始点として、各CUの四分木分割が最大CU分割階層数に至るまで再帰的に繰り返される。
まず、可変長符号化部13は、最大CU分割階層数を符号化する(図3のステップST21)。
Hereinafter, the “CU division state entropy encoding process”, which is a feature of the first embodiment, will be described in detail.
In the first embodiment, starting from LCU (hierarchy n = 0), quadtree division of each CU is recursively repeated until the maximum number of CU division hierarchies is reached.
First, the variable
最大CU分割階層数の符号は、フレーム内符号化のみ行うピクチャ(あるいは、ピクチャを分割したスライス)に属するLCUの場合、例えば、図10の左側のテーブルを参照することで2値化値が決定され、フレーム間符号化を行うスライス又はピクチャに属するLCUの場合、例えば、図10の右側のテーブルを参照することで決定される。
フレーム内符号化では、予測が当たり難く、LCUは細かく分割され易いため、最大CU分割階層数が大きい程、短い符号を割り当てている。
一方、フレーム間符号化では、予測が比較的当たり易いので、最大CU分割階層数が小さい程、短い符号を割り当てることにより、効率よくCU分割状態を符号化することができるようにしている。
また、図10に示すように、シーケンス、ピクチャあるいはスライス毎に設定されたCUの分割階層数の上限の値に応じて、テーブルを切り替えて、CUの分割階層数の上限の値までのインデックスしか持たないテーブルを使用することにより、符号の冗長度を最小にとどめることができ、効率よくCUの分割状態を符号化することができる。
For the code of the maximum number of CU partition layers, in the case of an LCU belonging to a picture (or a slice obtained by dividing a picture) that only performs intra-frame coding, for example, a binarized value is determined by referring to the table on the left side of FIG. In the case of an LCU belonging to a slice or picture for which interframe coding is performed, for example, it is determined by referring to the table on the right side of FIG.
In intra-frame coding, it is difficult to predict and the LCU is easily divided finely. Therefore, a shorter code is assigned as the maximum number of CU division layers is larger.
On the other hand, since prediction is relatively easy in inter-frame coding, a shorter code is assigned as the maximum number of CU partition layers is smaller, so that the CU partition state can be efficiently encoded.
Further, as shown in FIG. 10, the table is switched according to the upper limit value of the number of divided CU layers set for each sequence, picture, or slice, and only indexes up to the upper limit value of the number of divided CU layers can be obtained. By using a table that does not have, the code redundancy can be minimized, and the division state of the CU can be efficiently encoded.
可変長符号化部13は、第0階層のCU符号化処理に移行する(ステップST22)。
可変長符号化部13は、処理対象の階層nが0であると同時に最大CU分割階層数が2以上である場合(ステップST201)、処理対象の階層nに属するCUが四分木分割されているか否かを示す分割フラグを符号化せずに、当該CUを四分木分割した第n+1階層に属するCUのCU符号化処理をZスキャン順に実行する(ステップST205)。
可変長符号化部13は、処理対象の階層nが最大CU分割階層数に対応する最も深い階層でなければ(ステップST202)、処理対象の階層nに属する各々のCUが、四分木分割されているか否かを示す分割フラグを符号化する(ステップST203)。
例えば、CUが四分木分割されている場合、分割フラグは“1”に符号化され、CUが四分木分割されていない場合、分割フラグは“0”に符号化される。CUの分割フラグは、例えば、LCUから始まるZスキャン順に符号化される。CUが四分木分割されていれば(ステップST204)当該CUを四分木分割した第n+1階層に属するCUのCU符号化処理をZスキャン順に実行する(ステップST205)。当該CUが四分木分割されていない場合には当該CU符号化処理を終了する。この際、当該CUに属する符号化データを符号化するよう構成してもよいし、全てのCU分割状態を符号化した後に各CUの符号化データを符号化するように構成してもよい。
なお、処理対象の階層nが最大CU分割階層数に対応する最も深い階層である場合、当該階層に属するCUは、それ以上の四分木分割がなされないため、CUの分割フラグは符号化されないで当該CU符号化処理を終了する。
The variable
When the processing target layer n is 0 and the maximum number of CU partition layers is 2 or more (step ST201), the variable
If the processing target layer n is not the deepest layer corresponding to the maximum number of CU partition layers (step ST202), the variable
For example, when the CU is divided into quadtrees, the division flag is encoded as “1”, and when the CU is not divided into quadtrees, the division flag is encoded as “0”. The division flag of the CU is encoded in the order of Z scan starting from the LCU, for example. If the CU has been divided into quadtrees (step ST204), the CU encoding processing of the CU belonging to the (n + 1) th layer obtained by dividing the CU into quadtrees is executed in the Z-scan order (step ST205). When the CU is not divided into quadtrees, the CU encoding process is terminated. At this time, the encoded data belonging to the CU may be encoded, or the encoded data of each CU may be encoded after encoding all the CU division states.
When the processing target layer n is the deepest layer corresponding to the maximum number of CU partition layers, the CU belonging to the layer is not further divided into quadtrees, so the CU partition flag is not encoded. Then, the CU encoding process ends.
最大CU分割階層数が“1”でない場合、上述したように、LCUは、少なくとも1度は四分木分割がなされることが自明であるため、LCUに対する分割フラグは符号化しないようにしている。
このように、最大CU分割階層数が“1”でない場合、LCUに対する分割フラグが符号化されないため、効率よくCU分割状態を符号化することができる。
When the maximum number of CU partition layers is not “1”, as described above, it is obvious that the LCU performs quadtree partitioning at least once. Therefore, the partition flag for the LCU is not encoded. .
As described above, when the maximum number of CU partition layers is not “1”, the partition flag for the LCU is not encoded, so that the CU partition state can be efficiently encoded.
また、Zスキャン順にCUの分割フラグを符号化する際に、Zスキャン順で符号化されていない最後のCUを符号化する前までに、最大CU分割階層数の階層となるCUが発生していない場合、Zスキャン順で符号化されていない最後のCUが最大CU分割階層数に対応する階層まで分割されることが自明であるため、この場合にも、CU分割フラグを符号化しないようにしている。
このように、分割されることが自明であるCUに対しては、CUの分割フラグが符号化されないため、効率よくCU分割状態を符号化することができる。
In addition, when encoding the CU partition flag in the Z-scan order, a CU that has the maximum number of CU partition layers is generated before the last CU that is not encoded in the Z-scan order is encoded. If not, it is obvious that the last CU that is not encoded in the Z-scan order is divided up to the layer corresponding to the maximum number of CU division layers, and in this case also, the CU division flag is not encoded. ing.
As described above, since the CU division flag is not encoded for a CU that is obvious to be divided, the CU division state can be efficiently encoded.
これらのエントロピー符号化としては、算術符号化を適用するようしてもよいし、ハフマン符号化を適用するようにしてもよい。
以下、CU分割状態の符号化処理を図11の具体例を用いて説明する。
図11の例では、フレーム間符号化を行うスライス又はピクチャにおけるLCUとして、LCUサイズが64画素×64画素サイズ、CUの分割階層数の上限が4の場合、つまり、CUのサイズとして64画素×64画素、32画素×32画素、16画素×16画素及び8画素×8画素が選択できるものとしている。
図11の例では、処理対象のLCUが32画素×32画素サイズのCUに四分木分割され、左上、右上、右下の32画素×32画素サイズのCUが、更に16画素×16画素サイズのCUに四分木分割されている。
As these entropy coding, arithmetic coding may be applied, or Huffman coding may be applied.
Hereinafter, the encoding process of the CU division state will be described using a specific example of FIG.
In the example of FIG. 11, when the LCU size is 64 pixels × 64 pixel size and the upper limit of the number of divided layers of the CU is 4 as the LCU in the slice or picture for performing interframe coding, that is, the CU size is 64 pixels × It is assumed that 64 pixels, 32 pixels × 32 pixels, 16 pixels × 16 pixels, and 8 pixels × 8 pixels can be selected.
In the example of FIG. 11, the LCU to be processed is divided into quadrants into CUs of 32 pixels × 32 pixels, and the upper left, upper right, and lower right 32 pixels × 32 pixels of CUs are further 16 pixels × 16 pixels in size. The CU is divided into quadtrees.
従来手法では、LCU(第0階層)が四分木分割されるため、LCUに対するCUの分割フラグとして“1”を符号化する。
次に、第1階層において、Zスキャン順にCUの分割フラグを符号化する。即ち、左上、右上、左下、右下の32画素×32画素サイズのCU毎に、CUの分割フラグを符号化する。
図11の例では、左上、右上、右下の32画素×32画素サイズのCUについての分割フラグとして“1”を符号化し、左下の32画素×32画素サイズのCUについての分割フラグとして“0”を符号化する。
16画素×16画素サイズのCUについては、それ以上の四分木分割が行われないため、16×16画素サイズのCU毎に、CUの分割フラグとして“0”を符号化する。
このように、従来手法では、第0階層でCUの分割フラグが1個、第1階層でCUの分割フラグが4個、第2階層でCUの分割フラグが12個であり、合計で17個のCUの分割フラグが符号化されてCU分割状態の符号化処理が終了する。
In the conventional method, since the LCU (layer 0) is divided into quadtrees, “1” is encoded as a CU division flag for the LCU.
Next, in the first layer, the division flag of the CU is encoded in the Z scan order. That is, the CU division flag is encoded for each CU having a size of 32 pixels × 32 pixels in the upper left, upper right, lower left, and lower right.
In the example of FIG. 11, “1” is encoded as the division flag for the CU having the size of 32 pixels × 32 pixels in the upper left, upper right, and lower right, and “0” is used as the division flag for the CU having the size of 32 pixels × 32 pixels in the lower left. ".
Since no further quadtree division is performed for a 16 pixel × 16 pixel size CU, “0” is encoded as a CU division flag for each CU of 16 × 16 pixel size.
Thus, in the conventional method, there are one CU partition flag in the 0th layer, 4 CU partition flags in the 1st layer, and 12 CU partition flags in the 2nd layer, a total of 17 The CU partition flag is encoded, and the encoding process of the CU partition state is completed.
一方、この実施の形態1の手法では、LCUが、最大で第2階層に属する16画素×16画素サイズのCUまで分割されるため、第0階層、第1階層、および第2階層の合計“3”の最大CU分割階層数に対応する “110”(3個の2値化値)を符号化する(図10の右側のテーブルを参照)。この場合、LCUの最大CU分割階層数が“1”ではなく、LCUが必ず1度は分割されることが自明であるため、LCU(第0階層)に対するCUの分割フラグは符号化しない。
次に、第1階層において、Zスキャン順にCUの分割フラグを符号化する。即ち、左上、右上、左下、右下の32画素×32画素サイズのCU毎にCUの分割フラグを符号化する。
図11の例では、左上、右上、右下の32画素×32画素サイズのCUについての分割フラグとして“1”を符号化し、左下の32画素×32画素サイズのCUについての分割フラグとして“0”を符号化する。
図11の例では、LCUの最大CU分割階層数が“3”であり、これ以上のCUの分割が行われないことが明らかであるため、これ以上のCUの分割フラグは符号化しない。
このように、この実施の形態1による手法では、最大CU分割階層数を示す3個の2値化値と、第1階層におけるCUの分割フラグの4個が符号化対象となるため、合計で7個の2値化値が符号化されてCU分割状態の符号化処理が終了する。
On the other hand, in the method of the first embodiment, since the LCU is divided up to a CU having a size of 16 pixels × 16 pixels belonging to the second hierarchy, the total of the 0th hierarchy, the first hierarchy, and the second hierarchy “ “110” (three binarized values) corresponding to the maximum number of CU partition layers of 3 ”is encoded (see the table on the right side of FIG. 10). In this case, since the maximum number of CU division layers of the LCU is not “1” and it is obvious that the LCU is divided once, the CU division flag for the LCU (0th layer) is not encoded.
Next, in the first layer, the division flag of the CU is encoded in the Z scan order. That is, the division flag of the CU is encoded for each CU having a size of 32 pixels × 32 pixels in the upper left, upper right, lower left, and lower right.
In the example of FIG. 11, “1” is encoded as the division flag for the CU having the size of 32 pixels × 32 pixels in the upper left, upper right, and lower right, and “0” is used as the division flag for the CU having the size of 32 pixels × 32 pixels in the lower left. ".
In the example of FIG. 11, since the maximum number of CU division layers of an LCU is “3” and it is clear that no further CU division is performed, no more CU division flags are encoded.
As described above, in the method according to the first embodiment, three binarized values indicating the maximum number of CU partition layers and four CU partition flags in the first layer are to be encoded. Seven binarized values are encoded, and the encoding process in the CU division state is completed.
CU分割状態の符号化処理において、算術符号化を適用する場合には、最大CU分割階層数の符号化を図10のテーブルを用いて2値化した後に、各2値化値(bin)に対して適切な条件付発生確率によって適応算術符号化を行うことで、さらに符号量を削減することができる。
CUの分割状態は、画面の動きやテクスチャに依存して形成されるが、画面の動きやテクスチャは一般に空間近傍では類似する可能性が高い。
そこで、例えば、符号化対象のLCUの上側の最大CU分割階層数をMaxCUDepth_Above、左側の最大CU分割階層数をMaxCUDepth_Leftとし、その最大CU分割階層数MaxCUDepth_Above,MaxCUDepth_Leftに応じて、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数を表す符号のコード長を切り替えるようにしてもよい。
即ち、符号化対象のLCUの上側及び左側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Above,MaxCUDepth_Leftに応じて、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数の最初のbinの優勢シンボルの生起確率を保持するメモリを切り替えるようにしてもよい。
In the encoding process in the CU partitioning state, when applying arithmetic coding, the encoding of the maximum number of CU partitioning layers is binarized using the table of FIG. 10, and then each binarized value (bin) is set. On the other hand, by performing adaptive arithmetic coding with an appropriate conditional occurrence probability, the amount of codes can be further reduced.
The division state of the CU is formed depending on the motion and texture of the screen, but the screen motion and texture are generally likely to be similar in the vicinity of the space.
Therefore, for example, the maximum CU partition layer number on the upper side of the LCU to be encoded is MaxCUDepth_Above, the maximum CU partition layer number on the left side is MaxCUDepth_Left, and the maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Above, MaxCUDepth according to the encoding of MaxCUDepth_LCU The code length of the code representing the maximum number of CU division layers may be switched.
That is, according to the maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Above and MaxCUDepth_Left above and to the left of the LCU to be encoded, a memory that holds the occurrence probability of the dominant symbol of the first bin of the maximum CU partition layer number of the LCU to be encoded You may make it switch.
フレーム内符号化を行うスライス又はピクチャに含まれるLCUの場合、最大CU分割階層数が大きくなる可能性が高いため、上側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Above及び左側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Leftの双方が大きい値をとる場合(例えば、双方とも“0”でない場合、あるいは、片方でもCUの分割階層数の上限である場合、または、双方の和が所定の閾値より大きい場合)、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数が大きい値をとる確率が高くなるような最初のbinの優勢シンボルおよび生起確率を適用する。
逆に、上側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Above及び左側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Leftの双方が大きい値をとることがない場合、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数が大きい値をとる確率が低くなるような最初のbinの優勢シンボルおよび生起確率を適用する。
このように、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数の最初のbinの優勢シンボルの生起確率を保持するメモリを切り替えることで、発生する確率の高いシンボルを少ない情報量で符号化することができるため、効率よくCU分割状態を符号化することができる。
In the case of an LCU included in a slice or picture for which intra-frame coding is performed, there is a high possibility that the maximum number of CU partition layers is large. Therefore, both the upper maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Above and the left maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Left When taking a large value (for example, when both are not “0”, or when one of them is the upper limit of the number of divided layers of a CU, or when the sum of both is larger than a predetermined threshold), the LCU to be encoded Apply the dominant symbol and occurrence probability of the first bin so that the maximum CU partition hierarchy number of the first CU has a high probability of taking a large value.
On the other hand, when both the maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Above on the upper side and the maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Left on the left side do not take a large value, there is a probability that the maximum CU partition layer number of the encoding target LCU takes a large value. Apply the first bin dominant symbol and probability of occurrence to be low.
In this way, by switching the memory holding the occurrence probability of the dominant symbol of the first bin of the maximum CU partition layer number of the encoding target LCU, it is possible to encode a symbol with a high probability of occurrence with a small amount of information. Therefore, the CU division state can be efficiently encoded.
また、フレーム間符号化を行うスライス又はピクチャに含まれるLCUの場合、最大CU分割階層数が小さくなる可能性が高いため、上側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Above及び左側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Leftの双方が小さい値をとる場合(例えば、双方とも“0”である場合、あるいは、双方ともCUの分割階層数の上限でない場合、または、双方の和が所定の閾値より小さい場合)、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数が小さい値をとる確率が高くなるような最初のbinの優勢シンボルおよび生起確率を適用する。
逆に、上側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Above及び左側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Leftの双方が小さい値をとることがない場合、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数が小さい値をとる確率が低くなるような最初のbinの優勢シンボルおよび生起確率を適用する。
このように、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数の最初のbinの優勢シンボルの生起確率を保持するメモリを切り替えることで、発生する確率の高いシンボルを少ない情報量で符号化することができるため、効率よくCU分割状態を符号化することができる。
In addition, in the case of an LCU included in a slice or picture to be subjected to inter-frame coding, there is a high possibility that the maximum number of CU partition layers will be small, so the upper maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Above and the left maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Left When both take a small value (for example, when both are “0”, or when both are not the upper limit of the number of divided layers of a CU, or when the sum of both is smaller than a predetermined threshold value) Apply the first bin dominant symbol and occurrence probability that the maximum number of CU partition layers of the LCU is high.
On the other hand, when both the upper maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Above and the left maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Left do not take a small value, the probability that the maximum CU partition layer number of the LCU to be encoded takes a small value is high. Apply the first bin dominant symbol and probability of occurrence to be low.
In this way, by switching the memory holding the occurrence probability of the dominant symbol of the first bin of the maximum CU partition layer number of the encoding target LCU, it is possible to encode a symbol with a high probability of occurrence with a small amount of information. Therefore, the CU division state can be efficiently encoded.
CU分割状態の符号化処理において、ハフマン符号化を適用する場合には、図12に示すように、上側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Above及び左側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Leftの値が大きい場合と小さい場合で、ハフマンテーブルを切り替えことで、算術符号化において、優勢シンボルの生起確率が高くなるような符号化シンボルには短い符号を割り当て、逆の場合には長い符号を割り当てることにより得られる効果と同様の効果が得られる。 When Huffman coding is applied in the encoding process in the CU partitioning state, as shown in FIG. 12, the upper maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Above and the left maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Left are small and large. In some cases, by switching the Huffman table, in arithmetic coding, a short code is assigned to a coded symbol whose probability of occurrence of a dominant symbol is high, and in the opposite case, a long code is assigned. Similar effects can be obtained.
この実施の形態1では、LCU毎に、常に最大CU分割階層数を符号化するものを示したが、上側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Above及び左側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Leftが所定の条件を満足する場合に限り、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数を可変長符号化し、所定の条件を満足しなければ、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数を可変長符号化せずに、ブロック分割部2から出力された全てのCUの分割フラグを可変長符号化するよう構成してもよい。
In the first embodiment, the maximum CU partition layer number is always encoded for each LCU, but the upper maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Above and the left maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Left satisfy a predetermined condition. Only when the maximum CU partition layer number of the encoding target LCU is variable-length encoded, and if the predetermined condition is not satisfied, the maximum CU partition layer number of the encoding target LCU is not variable-length encoded. The division flags of all the CUs output from the
即ち、上側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Above及び左側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Leftの双方が小さい値をとる場合(例えば、双方とも“0”である場合、あるいは、双方ともCUの分割階層数の上限でない場合、または、双方の和が所定の閾値より小さい場合)、上述した符号化対象のLCUの最大CU分割階層数を符号化する手法でCU分割状態を符号化する。
逆に、上側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Above及び左側の最大CU分割階層数MaxCUDepth_Leftの双方が小さい値をとることがない場合、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数を可変長符号化せずに、ブロック分割部2から出力された全てのCUの分割フラグを可変長符号化することで、CU分割状態を符号化する。
このように構成することで、偶発的に最大CU分割階層数が最大となるLCUが多数発生するような場合には、最大CU分割階層数のオーバーヘッドを少なくすることができ、効率よくCU分割状態を符号化することができる。
That is, when both the upper maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Above and the left maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Left take a small value (for example, both are “0”, or both are the upper limit of the number of CU partition layers) Otherwise, or when the sum of both is smaller than a predetermined threshold value), the CU partition state is encoded by the above-described method of encoding the maximum number of CU partition layers of the LCU to be encoded.
On the other hand, when both the upper maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Above and the left maximum CU partition layer number MaxCUDepth_Left do not take a small value, the maximum CU partition layer number of the LCU to be encoded is not variable-length encoded. In addition, the CU partitioning state is encoded by variable length encoding the partition flags of all the CUs output from the
With this configuration, when a large number of LCUs having the maximum number of maximum CU partition layers occur accidentally, the overhead of the maximum number of CU partition layers can be reduced, and the CU partition state can be efficiently performed. Can be encoded.
以上で明らかなように、図1の動画像符号化装置によれば、可変長符号化部13が、各々のLCUにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大CU分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属するCU以外のCUがブロック分割部2によって四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化するように構成したので、少ないビット数のシグナリングでCUの分割状態を動画像復号装置側に伝えることができる効果を奏する。
As can be seen from the above, according to the moving picture coding apparatus of FIG. 1, the variable
次に、図5の画像復号装置の処理内容を説明する。
可変長復号部51は、図1の画像符号化装置から出力されたビットストリームを入力すると、そのビットストリームに対する可変長復号処理を実施して(図5のステップST31)、1フレーム以上のピクチャから構成されるシーケンス単位あるいはピクチャ単位にフレームサイズ(水平画素数、垂直ライン数)を復号する。
可変長復号部51は、図1の符号化制御部1と同様の手順で、LCUサイズ及び最大CU分割階層数を決定する(ステップST32)。
例えば、画像符号化装置において、LCUサイズが、入力画像の解像度に応じて決定されている場合、先に復号しているフレームサイズに基づいてLCUサイズを決定する。
なお、LCUサイズ及び最大CU分割階層数がビットストリームに多重化されている場合には、そのビットストリームから復号した情報を参照する。
また、可変長復号部51は、符号化データからCUの分割フラグを可変長復号して、その最大CU分割階層数とCUの分割フラグからLCUの四分木構造を示すCU分割状態を復号する。
Next, processing contents of the image decoding apparatus in FIG. 5 will be described.
When the variable
The variable
For example, in the image encoding apparatus, when the LCU size is determined according to the resolution of the input image, the LCU size is determined based on the previously decoded frame size.
In addition, when the LCU size and the maximum number of CU division layers are multiplexed in the bit stream, the information decoded from the bit stream is referred to.
The variable
以下、CU分割状態のエントロピー復号処理について詳述する。
まず、可変長復号部51は、図10のテーブルを参照して、最大CU分割階層数を復号する(図6のステップST51)。
例えば、CUの分割階層数の上限が4である場合において、符号化データがフレーム間符号化による“110”の2値化値であれば、最大CU分割階層数が“3”であるとして復号される。
可変長復号部51は、第0階層のCU復号処理に移行する(ステップST52)。
可変長復号部51は、処理対象の階層nが0であると同時に最大CU分割階層数が2以上である場合(ステップST501)、処理対象の階層nに属するCUが四分木分割されているか否かを示す分割フラグを復号せずに、当該CUを四分木分割した第n+1階層に属するCUのCU復号処理をZスキャン順に実行する(ステップST505)。
Hereinafter, the entropy decoding process in the CU division state will be described in detail.
First, the variable
For example, when the upper limit of the number of CU partition layers is 4, if the encoded data is a binary value of “110” by interframe coding, decoding is performed assuming that the maximum number of CU partition layers is “3”. Is done.
The variable
When the processing target layer n is 0 and the maximum number of CU partition layers is 2 or more (step ST501), the variable
可変長復号部51は、処理対象の階層nが最大CU分割階層数に対応する最も深い階層でなければ(ステップST502)、処理対象の階層nに属する各々のCUの分割フラグを復号する(ステップST503)。
なお、CUの分割フラグは、符号化と同じ順序で復号される。例えば、LCUから始まるZスキャン順で復号される。
CUの分割フラグが分割する旨を示している場合(ステップST504)、当該CUを四分木分割した第n+1階層に属するCUのCU復号処理をZスキャン順に実行する(ステップST505)。当該CUが四分木分割されていない場合には当該CU復号処理を終了する。この際、当該CUに属する符号化データを復号するよう構成してもよいし、全てのCU分割状態を復号した後に各CUの符号化データを復号するように構成してもよい。
ただし、最大CU分割階層数に対応する最も深い階層に属するCUは、それ以上の四分木分割がなされないため、CUの分割フラグは復号しないで当該CU復号処理を終了する。
If the processing target layer n is not the deepest layer corresponding to the maximum number of CU partition layers (step ST502), the variable
Note that the division flag of the CU is decoded in the same order as encoding. For example, decoding is performed in the order of Z scan starting from LCU.
When the division flag of the CU indicates that the CU is to be divided (step ST504), the CU decoding process of the CU belonging to the (n + 1) th hierarchy obtained by dividing the CU into the quadtree is executed in the Z scan order (step ST505). If the CU is not divided into quadtrees, the CU decoding process is terminated. At this time, the encoded data belonging to the CU may be decoded, or the encoded data of each CU may be decoded after decoding all the CU partition states.
However, since the CU belonging to the deepest hierarchy corresponding to the maximum number of CU division hierarchies is not subjected to further quadtree division, the CU decoding process is terminated without decoding the CU division flag.
最大CU分割階層数が“1”でない場合、上述したように、LCUは、少なくとも1度は四分木分割がなされることが自明であるため、LCUに対する分割フラグは復号しない。
また、Zスキャン順にCUの分割フラグを復号する際に、Zスキャン順で復号されていない最後のCUを復号する前までに、最大CU分割階層数の階層となるCUが発生していない場合、Zスキャン順で復号されていない最後のCUが最大CU分割階層数に対応する階層まで分割されることが自明であるため、この場合にも、CUの分割フラグを復号しない。
これにより、CU分割状態をエントロピー復号することができるが、動画像符号化装置において、符号化対象のLCUの最大CU分割階層数を可変長符号化せずに、ブロック分割部2から出力された全てのCUの分割フラグを可変長符号化することで、CU分割状態を符号化している場合には、全てのCUの分割フラグを可変長復号し、その分割フラグからCU分割状態をエントロピー復号する。
When the maximum number of CU partition layers is not “1”, as described above, it is obvious that the LCU is subjected to quadtree partitioning at least once. Therefore, the partition flag for the LCU is not decoded.
Further, when decoding the CU partition flag in the Z scan order, if there is no CU that has the maximum number of CU partition layers before decoding the last CU that has not been decoded in the Z scan order, Since it is obvious that the last CU that has not been decoded in the Z-scan order is divided up to the layer corresponding to the maximum number of CU division layers, the division flag of the CU is not decoded in this case as well.
As a result, the CU partitioning state can be entropy-decoded, but in the video encoding device, the maximum number of CU partition layers of the encoding target LCU is output from the
可変長復号部51は、上記のようにしてCU分割状態を復号すると、そのCU分割状態から、階層的に分割されている各々のCUであるBj nを特定する(ステップST33)。
また、可変長復号部51は、符号化データから各々のCUであるBj nに対応する符号化モードm(Bj n)を復号し、その符号化モードm(Bj n)に含まれる情報に基づき、CUを更に1つないし複数のPUに分割し、各PUに割り当てられている予測パラメータ(符号化モード、圧縮データ、予測差分符号化パラメータ、イントラ予測パラメータ/インター予測パラメータなど)を復号する(ステップST34)。
なお、CUに割り当てられている符号化モードがイントラ符号化モードである場合、CUに属している1つ以上のPU毎に、イントラ予測パラメータを復号する。また、CUに割り当てられている符号化モードがインター符号化モードである場合、CUに属している1つ以上のPU毎に、インター予測パラメータを復号する。
イントラ予測パラメータの復号は、画像符号化装置と同じ手順で、周辺の復号済みPUのイントラ予測パラメータに基づいて、復号対象であるPUのイントラ予測パラメータの予測値を算出し、その予測値を用いて復号する。
When the variable
Further, the variable
Note that when the coding mode assigned to the CU is the intra coding mode, the intra prediction parameter is decoded for each of one or more PUs belonging to the CU. Also, when the coding mode assigned to the CU is the inter coding mode, the inter prediction parameter is decoded for each of one or more PUs belonging to the CU.
Intra prediction parameter decoding is performed in the same procedure as the image encoding device, based on the intra prediction parameters of neighboring decoded PUs, the prediction value of the intra prediction parameter of the PU to be decoded is calculated, and the prediction value is used. To decrypt.
切替スイッチ52は、可変長復号部51からCUであるBj nに属しているパーティションPji nの符号化モードm(Bj n)がイントラ符号化モードである場合(ステップST35)、可変長復号部51から出力されたイントラ予測パラメータをイントラ予測部53に出力する。
一方、パーティションPji nの符号化モードm(Bj n)がインター符号化モードである場合(ステップST35)、可変長復号部51から出力されたインター予測パラメータを動き補償予測部54に出力する。
When the coding mode m (B j n ) of the partition P ji n belonging to B j n which is the CU from the variable
On the other hand, when the coding mode m (B j n ) of the partition P ji n is the inter coding mode (step ST35), the inter prediction parameter output from the variable
イントラ予測部53は、切替スイッチ52からイントラ予測パラメータを受けると、そのイントラ予測パラメータを用いて、CUであるBj nのパーティションPji nに対するイントラ予測処理を実施して、イントラ予測画像Pji nを生成する(ステップST36)。
動き補償予測部54は、切替スイッチ52からインター予測パラメータを受けると、そのインター予測パラメータを用いて、CUであるBj nのパーティションPji nに対する動き補償予測処理を実施して、インター予測画像Pji nを生成する(ステップST37)。
When the
Upon receiving the inter prediction parameter from the
逆量子化・逆変換部55は、可変長復号部51から変換処理単位であるTU毎に圧縮データが出力され、可変長復号部51から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、TU単位の圧縮データを逆量子化する。
また、逆量子化・逆変換部55は、その予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位で、逆量子化の圧縮データの逆変換処理(例えば、逆DCT(逆離散コサイン変換)や、逆KL変換等の逆変換処理)を実施することで、逆変換処理後の圧縮データを復号予測差分信号(圧縮前の差分画像を示す信号)として加算部56に出力する(ステップST38)。
The inverse quantization /
Further, the inverse quantization /
予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータは、ビットストリームから抽出した符号化データからCUの単位で復元し、TUサイズ情報は、CUを起点として、LCUの分割と同様に、四分木分割で表現された分割情報の形式や、選択可能なTUサイズをインデックス情報として表現された形式などで、ビットストリームから抽出して復元する。
逆量子化・逆変換部55は、このTUサイズの情報に基づいて、変換・量子化処理のブロックサイズを特定して処理を行う。なお、TUサイズの情報は、CUではなく、CUを分割するPUを単位として決定するように構成されていてもよい。
The quantization parameter included in the predictive differential encoding parameter is restored in units of CUs from the encoded data extracted from the bitstream, and the TU size information is divided into four parts starting from the CU as in the case of LCU division. Extraction is performed from the bitstream in a format of division information expressed by tree division, a format in which selectable TU sizes are expressed as index information, and the like.
Based on this TU size information, the inverse quantization /
加算部56は、逆量子化・逆変換部55から復号予測差分信号を受けると、その復号予測差分信号とイントラ予測部53又は動き補償予測部54により生成された予測画像を示す予測信号を加算することで復号画像(CU内に含まれている1つないし複数の復号PU画像の集まり)を生成して、その復号画像を示す復号画像信号をイントラ予測用メモリ57に格納するとともに、その復号画像信号をループフィルタ部58に出力する(ステップST39)。復号画像が以降のイントラ予測用の画像信号となる。
When the
ステップST33〜ST39の処理は、階層的に分割された全てのCUに対する処理が完了するまで繰り返し実施される(ステップST40)。
ループフィルタ部58は、加算部56から復号画像信号を受けると、画像符号化装置のループフィルタ部11と同じフィルタリング処理を実施することで、その復号画像信号に含まれている符号化歪みを補償し、符号化歪み補償後の復号画像信号が示す復号画像を参照画像として動き補償予測フレームメモリ59に格納する(ステップST41)。
ループフィルタ部58によるフィルタリング処理は、加算部56から出力される復号画像信号のLCUあるいは個々のCU単位で行ってもよいし、1画面分のLCUに相当する復号画像信号が出力された後に1画面分まとめて行ってもよい。
The processes in steps ST33 to ST39 are repeated until the processes for all the hierarchically divided CUs are completed (step ST40).
When the
The filtering process by the
以上の構成により、図4の動画像復号装置では、効率的に符号化されたビットストリームを復号し、映像信号を再生することが可能になる。
この実施の形態1では、効率がよいCU分割状態の符号化方法と、それを好適に復号する方法について説明したが、TU分割状態についても同様の方法で、効率がよい符号化と好適な復号を行うことができる。
With the above configuration, the moving picture decoding apparatus in FIG. 4 can efficiently decode a coded bit stream and reproduce a video signal.
In the first embodiment, an efficient coding method for a CU partition state and a method for suitably decoding the CU partition state have been described. However, efficient coding and a suitable decoding are performed in the same manner for a TU partition state. It can be performed.
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, any constituent element of the embodiment can be modified or any constituent element of the embodiment can be omitted within the scope of the invention.
1 符号化制御部、2 ブロック分割部(ブロック分割手段)、3 切替スイッチ(予測画像生成手段)、4 イントラ予測部(予測画像生成手段)、5 動き補償予測部(予測画像生成手段)、6 減算部(画像圧縮手段)、7 変換・量子化部(画像圧縮手段)、8 逆量子化・逆変換部、9 加算部、10 イントラ予測用メモリ、11 ループフィルタ部、12 動き補償予測フレームメモリ、13 可変長符号化部(可変長符号化手段)、51 可変長復号部(可変長復号手段)、52 切替スイッチ(予測画像生成手段)、53 イントラ予測部(予測画像生成手段)、54 動き補償予測部(予測画像生成手段)、55 逆量子化・逆変換部(復号画像生成手段)、56 加算部(復号画像生成手段)、57 イントラ予測用メモリ、58 ループフィルタ部、59 動き補償予測フレームメモリ。 1 encoding control unit, 2 block dividing unit (block dividing unit), 3 changeover switch (predicted image generating unit), 4 intra prediction unit (predicted image generating unit), 5 motion compensation predicting unit (predicted image generating unit), 6 Subtraction unit (image compression means), 7 transformation / quantization unit (image compression means), 8 inverse quantization / inverse transformation unit, 9 addition unit, 10 intra prediction memory, 11 loop filter unit, 12 motion compensated prediction frame memory , 13 Variable length encoding unit (variable length encoding unit), 51 Variable length decoding unit (variable length decoding unit), 52 Changeover switch (prediction image generation unit), 53 Intra prediction unit (prediction image generation unit), 54 Motion Compensated prediction unit (predicted image generating unit), 55 Inverse quantization / inverse transform unit (decoded image generating unit), 56 Adder unit (decoded image generating unit), 57 Intra prediction memory, 58 Loop filter unit, 59 motion-compensated prediction frame memory.
Claims (10)
上記可変長符号化手段は、各々のマクロブロックにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックが上記ブロック分割手段によって四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化することを特徴とする動画像符号化装置。 An input image is divided into macroblocks of a predetermined size, and each macroblock is hierarchically divided into a quadtree structure, thereby enabling a coding processing unit block that is a smaller block of coding units than the macroblock. And a prediction image generation for generating a prediction image by performing a prediction process on the encoding processing unit block in an encoding mode corresponding to the encoding processing unit block output from the block dividing means An image compression unit that compresses a difference image between the encoding processing unit block output from the block dividing unit and the prediction image generated by the prediction image generation unit, and outputs compressed data of the difference image; The compressed data output from the image compression means and the encoding mode are subjected to variable length encoding, and the compressed data and And a variable length coding means for generating a bitstream encoded data of the encoding mode are multiplexed,
The variable-length encoding means variable-length encodes the maximum number of divided hierarchies indicating the number of division hierarchies in the deepest part of the quadtree structure in each macroblock, and encodes processing units belonging to the deepest hierarchy A moving picture coding apparatus characterized by variable length coding a division flag indicating whether or not an encoding processing unit block other than a block has been subjected to quadtree division by the block division means.
可変長符号化手段は、各々の符号化処理単位ブロックにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属する直交変換処理単位ブロック以外の直交変換処理単位ブロックが上記ブロック分割手段によって四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化することを特徴とする請求項1記載の動画像符号化装置。 The block dividing means divides each encoding processing unit block hierarchically in a quadtree structure, thereby outputting an orthogonal transformation processing unit block that is a block of an orthogonal transformation unit smaller than the coding processing unit block. ,
The variable-length encoding means variable-length encodes the maximum number of divided hierarchies indicating the number of divided hierarchies in the deepest part of the quadtree structure in each encoding processing unit block, and orthogonal transforms belonging to the deepest hierarchies 2. The moving picture coding apparatus according to claim 1, wherein a division flag indicating whether or not an orthogonal transform processing unit block other than the processing unit block has been subjected to quadtree division by the block division means is variable length coded. .
上記可変長復号手段は、上記符号化データから各々のマクロブロックに係る最大分割階層数を可変長復号するとともに、上記最大分割階層数に対応する最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックが四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長復号し、上記最大分割階層数と上記分割フラグから上記マクロブロックの四分木構造を復号することを特徴とする動画像復号装置。 Variable length decoding means for variable length decoding compressed data and coding modes related to each encoding processing unit block hierarchically divided from the encoded data multiplexed in the bitstream, and the variable length decoding means Predictive image generating means for generating a prediction image by performing prediction processing on the encoding processing unit block in the encoding mode related to the encoding processing unit block variable-length decoded by the variable length decoding means, and variable length decoding by the variable length decoding means Decoded image generating means for generating a differential image before compression from the compressed data relating to the decoded encoded block, and adding the difference image and the predicted image generated by the predicted image generating means to generate a decoded image; With
The variable-length decoding means performs variable-length decoding on the maximum number of division layers related to each macroblock from the encoded data, and codes other than encoding processing unit blocks belonging to the deepest layer corresponding to the maximum number of division layers Variable length decoding is performed on a division flag indicating whether or not a unit block is divided into quadtrees, and a quadtree structure of the macroblock is decoded from the maximum number of division layers and the division flag. Video decoding device.
上記可変長符号化処理ステップでは、各々のマクロブロックにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックが上記ブロック分割処理ステップで四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化することを特徴とする動画像符号化方法。 The block dividing means divides the input image into macroblocks of a predetermined size and hierarchically divides each macroblock with a quadtree structure so that it is a block with a smaller encoding unit than the macroblock. A block division processing step for outputting an encoding processing unit block; and a prediction image generation means for predicting the encoding processing unit block in an encoding mode corresponding to the encoding processing unit block output in the block division processing step. A predicted image generation processing step that performs processing to generate a predicted image, and an image compression unit includes the encoding processing unit block output in the block division processing step and the predicted image generated in the predicted image generation processing step. An image compression processing step of compressing the difference image and outputting compressed data of the difference image; The variable length coding means performs variable length coding on the compressed data and the coding mode output in the image compression processing step, and the compressed data and the coded data of the coding mode are multiplexed. Variable length encoding processing step for generating
In the variable-length encoding processing step, the maximum number of division layers indicating the number of division layers in the deepest part of the quadtree structure in each macroblock is variable-length encoded and the encoding process belonging to the deepest layer A moving picture coding method characterized in that variable length coding is performed on a division flag indicating whether or not an encoding processing unit block other than a unit block has been subjected to quadtree division in the block division processing step.
上記可変長復号処理ステップでは、上記符号化データから各々のマクロブロックに係る最大分割階層数を可変長復号するとともに、上記最大分割階層数に対応する最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックが四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長復号し、上記最大分割階層数と上記分割フラグから上記マクロブロックの四分木構造を復号することを特徴とする動画像復号方法。 Variable length decoding processing step in which variable length decoding means performs variable length decoding of compressed data and encoding mode related to each encoding processing unit block hierarchically divided from encoded data multiplexed in a bitstream And the prediction image generating means performs prediction processing on the encoding processing unit block in the encoding mode related to the encoding processing unit block variable-length decoded in the variable length decoding processing step to generate a prediction image. A prediction image generation processing step, and a decoded image generation means generates a difference image before compression from the compressed data related to the encoded block variable-length decoded in the variable length decoding processing step, and generates the difference image and the prediction image A decoded image generation processing step of generating a decoded image by adding the predicted image generated in the processing step,
In the variable-length decoding processing step, the maximum number of division layers related to each macroblock is variable-length decoded from the encoded data, and other than encoding processing unit blocks belonging to the deepest layer corresponding to the maximum number of division layers A variable length decoding is performed on a division flag indicating whether or not an encoding processing unit block is divided into quadtrees, and a quadtree structure of the macroblock is decoded from the maximum number of division layers and the division flag. A moving picture decoding method.
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