CN103168470A - 影像编码方法、影像解码方法、影像编码装置、影像解码装置及它们的程序 - Google Patents

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坂东幸浩
高村诚之
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Abstract

本发明的影像编码装置在插补滤波器系数的最优值在时空间变化的图像的编码中，谋求减低动态补偿画面内预测的残差能，改善编码效率。在该影像编码装置中，区域分割部从多个准备的区域分割手法之中依次一个一个地选择区域分割手法，对编码对象图像的区域进行分割。插补滤波器系数切换部按每个分割的区域切换小数精度像素的插补滤波器，在预测编码部进行预测编码。区域分割模式判定部在按各区域分割手法算出的码率失真成本之中选择使成本最小的区域分割手法。使用该选择的区域分割手法，预测编码部和可变长度编码部对编码对象图像进行编码。示出区域分割手法的信息也进行可变长度编码，并被送到解码器。

Description

影像编码方法、影像解码方法、影像编码装置、影像解码装置及它们的程序
技术领域
本发明涉及具有插补滤波器系数的画面内变更功能的影像编码方法、影像解码方法、影像编码装置、影像解码装置及它们的程序。
本申请基于2010年8月12日在日本申请的特愿2010-180814号主张优先权，将其内容引用于此。
背景技术
在影像编码中，在不同的画面间执行预测的画面间预测（动态补偿）编码中，参考已经解码的帧（frame），以使预测误差能等为最小的方式求出动态矢量。对该动态矢量的残差信号进行正交变换，实施量化，经熵（entropy）编码变成二进制数据。为了提高编码效率，要求预测精度更高的预测方式，预测误差能的减低是必不可少的。
在影像编码标准方式中导入有数量众多的用于提高画面间预测的精度的工具（tool）。例如，因为在H.264/AVC（Advanced Video Coding：高级视频编码）中，在最近的帧中存在遮挡（occulusion）的情况下，参考在时间上稍微分开的帧更能减低预测误差能，所以做成能参考多个帧。将本工具称为多个参考帧预测。
此外，为了使之还能应对复杂的形状的运动，除了16×16和8×8以外，还像16×8、8×16、8×4、4×8、4×4那样使之能对区块大小（block size）细致地进行分割。将本工具称为可变区块大小预测。
与它们同样地，根据参考帧的整数精度像素使用六抽头（tap）的滤波器插补1/2精度的像素，进而利用该像素以线性插补生成1/4精度的像素。由此，对非整数精度的运动，预测变得准确。将本工具称为1/4像素精度预测。
面向编码效率比H.264/AVC高的下一代影像编码标准方式的制定，在国际标准化组织ISO/IEC“MPEG”（International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission（国际标准化组织/国际电工委员会）“Moving Picture Experts Group（运动图像专家组）”）和ITU－T“VCEG”（International Telecommunication Union－Telecommunication Standardization Sector（国际电信联盟电信标准化部门）“Video Coding Experts Group（视频编码专家组）”）中，目前从世界各国收集有各种提案。其中，特别是与画面间预测（动态补偿）相关联的提案做得多，在由VCEG主导制作的面向下一代影像编码的软件（以下，称为KTA（Key Technical Area：关键技术领域）软件）中采用了削减动态矢量的编码量的工具、将区块大小扩展到16×16以上的工具。
特别是，使小数精度像素的插补滤波器系数自适应地变化的工具被称为自适应插补滤波器，对大致所有的像素有效果，最先被KTA软件所采用。对团体JCT-VC（Joint Collaborative Team on Video Coding：视频编码联合协作小组）发行的用于MPEG和VCEG共同推进的下一代影像编码标准制定的新编码测试模型的征集（call for Proposal）的投稿中也数量众多地采用了本技术。因为对编码效率提升的贡献高，所以认为今后自适应插补滤波器的性能改善是非常被期待的领域。
虽然目前是像以上那样的状况，但是作为影像编码中的插补滤波器，以往使用了如下的滤波器。
[固定性插补]
在过去的影像编码标准方式MPEG-1/2/4中，如图10所示，为了插补1/2精度的像素，根据左右相邻的两点的整数精度像素（也只称为整数像素）使用加法平均生成插补像素。即，对两点的整数像素实施[1/2、1/2]的平均值滤波器。虽然因为是非常单纯的处理，所以从计算复杂度的观点来看是有效的，但是在求出1/4精度的像素方面，作为滤波器的性能并不高。
另一方面，在H.264/AVC中，在插补1/2像素位置的像素时，使用成为对象的插补像素的左右各三个点共六个整数像素进行插补。对垂直方向，使用上下各三个点共六个整数像素进行插补。滤波器系数分别变成[(1、-5、20、20、-5、1)/32]。在插补1/2精度的像素后，1/4精度的像素使用[1/2、1/2]的平均值滤波器进行插补。虽然因为需要一次对1/2精度像素全部进行插补来求出，所以计算复杂度高，但是能进行性能更高的插补，导致编码效率提升。
在图11示出H.264/AVC的插补处理的一个例子。以上的细节公开在非专利文献1、非专利文献2以及非专利文献3。
[自适应性插补]
在H.264/AVC中，与输入图像条件（序列种类/图像大小/帧率）、编码条件（区块大小/GOP（Group of Pictures：画面组）构造/QP（Quantization Parameter：量化参数））无关，滤波器系数值是固定的。在滤波器系数值为固定的情况下，未考虑例如，图形失真（aliasing）、量化误差、由动态估计造成的误差、以及称为摄像机噪声的时间性变化的效果。因此，可以认为在编码效率方面在性能提升上是有限的。于是，在非专利文献4提案了使插补滤波器系数自适应性地变化的方式，称为非分离型的自适应插补滤波器。
在非专利文献4中，考虑了二维的插补滤波器（6×6的共36滤波器系数），以使预测误差能最小的方式决定滤波器系数。虽然在该方式中，能实现比使用在H.264/AVC使用的一维六抽头滤波器的固定插补滤波器高的编码效率，但是因为在求出滤波器系数的方面的计算复杂度非常高，所以在非专利文献5中介绍了用于减低该计算复杂度的提案。
在该非专利文献5中介绍的手法称为分离型自适应插补滤波器（SAIF：Separable Adaptive Interpolation Filter），不是使用二维的插补滤波器，而是使用一维的六抽头插补滤波器。
图12A～图12C是示出分离型自适应插补滤波器（SAIF）中的非整数精度的像素插补方法的图。作为顺序，如图12B的步骤1所示，首先，插补水平方向的像素a、b、c。在滤波器系数的决定中使用整数精度像素C1至C6。利用一般性地已知的最小二乘法（参考非专利文献4）以解析方式决定最小化式（1）的预测误差能函数
Figure 502249DEST_PATH_IMAGE001
那样的水平滤波器系数。
[数学式1]
Figure 495613DEST_PATH_IMAGE002
在此，S示出原图像，P示出完成解码的参考图像，x和y分别示出图像中的水平和垂直方向上的位置。此外，～x（～是标注在x上方的标记；其它也相同）是～x＝x+MVx－FilterOffset，MVx示出事先得到的动态矢量的水平分量，FilterOffset示出调整用的偏移量（将水平方向滤波器长度除以2的值）。对垂直方向，变成～y＝y+MVy，MVy示出动态矢量的垂直分量。wci示出应求出的水平方向滤波器系数组ci（0≤ci＜6）。
得到与利用式（1）求出的滤波器系数相同数量的一次方程式，最小化处理按每个水平方向的各小数像素位置独立地实施。经该最小化处理求出三种六抽头滤波器系数组，使用该滤波器系数插补小数精度像素a、b、c。
在水平方向的像素插补结束后，如图12C的步骤2所示，实施垂直方向的插补处理。通过求解与水平方向同样的线性问题，从而决定垂直方向的滤波器系数。具体地说，以解析方式决定最小化式（2）的预测误差能函数那样的垂直方向滤波器系数。
[数学式2]
Figure 173905DEST_PATH_IMAGE004
在此，S示出原图像，^P（^是标注在P的上方的标记）示出解码后在水平方向上进行插补处理的图像，x和y分别示出图像中的水平和垂直方向上的位置。此外，用～x＝4・（x+MVx）表达，MVx示出化成整数的动态矢量的水平分量。对垂直方向用～y＝y+MVy－FilterOffset表达，MVy示出动态矢量的垂直分量，FilterOffset示出调整用的偏移量（将滤波器长度除以2的值）。wcj示出应求出的垂直方向滤波器系数组cj（0≤cj＜6）。
最小化处理按每个各小数精度像素独立地实施，得到十二种六抽头滤波器系数组。使用该滤波器系数插补剩余的小数精度像素。
根据以上，需要对合计90（＝6×15）的滤波器系数进行编码，传送到解码侧。特别是，因为对低分辨率的编码该开销（overhead）会变大，所以使用滤波器的对称性削减应传送的滤波器系数。例如，在图12A～图12C中，b、h、i、j、k的位置从各整数精度像素位于中心，如果是水平方向，就能使使用在左三点的系数倒置，应用于右三点。同样地，如果是垂直方向，就能使使用在上三点的系数倒置，应用于下三点（c1＝c6、c2＝c5、c3＝c4）。
除此之外，因为d和l的关系夹着h成为对称，所以滤波器系数也能分别倒置进行利用。即，如果传送d的6系数，则也能将该值应用于l。变成c（d）1＝c（l）6、c（d）2＝c（l）5、c（d）3＝c（l）4、c（d）4＝c（l）3、c（d）5＝c（l）2、c（d）6＝c（l）1。该对称性也能利用于e和m、f和n、还有g和o。虽然对a和c也成立同样的理论，但是因为水平方向的结果对垂直方向的插补也会产生影响，所以不使用对称性，a和c分别单独地进行传送。利用以上的对称性的结果是，按每个帧应传送的滤波器系数变成51（水平方向为15，垂直方向为36）。
以上，非专利文献5的自适应插补滤波器以帧固定预测误差能的最小化处理的单位。对一个帧决定51滤波器系数。在假定编码对象帧分为大的两种（或者多种）结构区域的情况下，最优的滤波器系数将变成考虑了该两者（所有的纹理）的系数组。设在A的区域中只有本来垂直方向出来特征性的滤波器系数，在B的区域中只有水平方向得到滤波器系数那样的状况下，以对该双方进行平均化的形式导出滤波器系数。
在非专利文献6提案了如下的方法：通过关于一个帧不限定于一个滤波器系数组（51系数），根据图像的局部性质，准备多个滤波器系数组进行切换，从而达到预测误差能的减低，实现编码效率的改善。
如图13A和图13B所示，假设编码对象帧包括性质不同的结构的情况。如图13A所示，在作为帧整体优化一个滤波器系数组进行发送的情况下，变成考虑各结构的全部性质。虽然在结构不怎么改变的情况下，可以认为利用整体优化的滤波器系数为最佳，但是在是具有相反的性质的结构的情况下，如图13B所示，使用按每个结构进行优化的滤波器系数更能削减帧整体的编码量。
根据该情况，在非专利文献6中，考虑了对一个帧利用区域分割使用多个优化了的滤波器系数组的方法。作为区域分割的手法，在非专利文献6中，采用动态矢量（水平垂直分量、方向）、空间坐标（宏区块（macroblock）位置、区块的x坐标和y坐标），考虑各种图像的性质实施区域分割。
图14示出使用如非专利文献6所示那样的现有的区域分割型自适应插补滤波器的影像编码装置的构成例。
在影像编码装置100中，区域分割部101将输入的影像信号的编码对象帧分割为由成为自适应地切换插补滤波器系数的单位的多个区块构成的多个区域。插补滤波器系数切换部102按每个由区域分割部101分割的区域切换对切换预测编码中的参考图像使用的小数精度像素的插补滤波器系数。作为成为该切换对象的插补滤波器系数，例如使用由滤波器系数最优化部1021进行优化的滤波器系数。滤波器系数最优化部1021按每个区域算出原图像与插补后的参考图像的预测误差能变得最小的插补滤波器系数。
预测信号生成部103具备参考图像插补部1031和动态检测部1032。参考图像插补部1031对储存在参考图像存储器107的完成解码的参考图像应用利用插补滤波器系数切换部1032选择的插补滤波器系数的插补滤波器。动态检测部1032通过对插补后的参考图像进行动态搜索，算出动态矢量。预测信号生成部103由利用由动态检测部1032算出的小数精度的动态矢量的动态补偿生成预测信号。
预测编码部104算出输入影像信号与预测信号的残差信号，对其进行正交变换，利用变换系数的量化等进行预测编码。此外，解码部106对预测编码的结果进行解码，为了后面的预测编码将解码图像储存在参考图像存储器107。
可变长度编码部105对量化了的变换系数、动态矢量进行可变长度编码，并且按每个区域对插补滤波器系数切换部102选择的插补滤波器系数进行可变长度编码，将它们作为编码比特流进行输出。
图15示出使用现有的区域分割型自适应插补滤波器的影像解码装置的构成例。由图14所示的影像编码装置100进行编码的流由图15所示的影像解码装置200进行解码。
在影像解码装置200中，可变长度解码部201输入编码比特流，进行量化变换系数、动态矢量以及插补滤波器系数组等的解码。区域判定部202判定成为对解码对象帧自适应地切换插补滤波器系数的单位的区域。插补滤波器系数切换部203按每个由区域判定部202判定的区域切换在可变长度解码部201进行解码的插补滤波器系数。
预测信号生成部204中的参考图像插补部2041对储存在参考图像存储器206的完成解码的参考图像应用利用从插补滤波器系数切换部203受理的插补滤波器系数的插补滤波器，进行参考图像的小数精度像素的复原。预测信号生成部204根据进行了小数精度像素的复原的参考图像生成解码对象区块的预测信号。
预测解码部205进行在可变长度解码部201进行解码的量化系数的反量化、反正交变换等，将由此算出的预测残差信号和预测信号生成部204生成的预测信号相加生成解码信号，作为解码图像进行输出。此外，为了后面的预测解码，预测解码部205进行解码的解码图像储存在参考图像存储器206。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：原岛博、酒井善则、吉田俊之：“影像信息编码”，欧姆社， pp.135-136， 2001
非专利文献2：大久保荣、角野真也、菊池义浩、铃木辉彦：“H.264/AVC教科书修订三版”， Impress， pp.119-123， 2009
非专利文献3：I.E.G.Richardson、G.J.Sullivan：“H.264 and MPEG-4 VIDEO COMPRESSION”， WILEY， pp.172-175， 2003
非专利文献4：Y.Vatis、B.Edler、D.T.Nguyen、J.Ostermann：“Motion and aliasing-compensated prediction using a two-dimensional non-separable adaptive Wiener interpolation filter ”, Proc. ICIP2005, IEEE International Conference on Image Processing, pp.II 894-897, Genova, Italy, Sep.2005
非专利文献5：S.Wittmann、T.Wedi:“Separable adaptive interpolation filter for video coding”， Proc. ICIP2008, IEEE International Conference on Image Processing, pp.2500-2503, San Diego, California, USA, Oct.2008
非专利文献6：松尾翔平、高村诚之、如泽裕尚：“关于具有区域分割功能的分离型自适应插补滤波器的研究”,电子信息通信学会图像工程研究会, pp.113-116, Nov.2009。
发明内容
发明要解决的课题
如图14所示那样的影像编码装置100所使用的区域分割型自适应插补滤波器（非专利文献6）以通过考虑图像具有的局部性质，在帧内切换多个滤波器系数组，从而削减预测误差能，提升编码效率为目标。然而，在该装置中对全帧实施在最初的帧中使用的区域分割手法。因为影像还有时在时间方向上使画面内的性质改变（例如，场景变化等），所以可以认为如果能以帧单位变更分割手法，就能预料到进一步的编码效率的改善。
本发明鉴于这一点，其目的在于，通过对插补滤波器系数的最优值在时间空间变化的图像以帧或者片单位选择最优的区域分割手法，从而进一步减低动态补偿画面间预测的残差能，使编码效率得到提升。
用于解决课题的方案
作为用于达到上述目的的方法，准备多个区域分割手法，按各手法算出码率失真成本（rate distortion cost），选择最小化该成本的区域分割手法，将示出该区域分割手法的信息作为标记（flag）进行发送。通过以帧单位切换多个区域分割方法，从而达到预测误差能的减低，实现编码效率的改善。
即，本发明是使用动态补偿的影像编码方法，准备分割编码对象帧（或者也可以是片）的多个区域分割手法，从多个区域分割手法之中依次选出一个分割手法，从编码对象帧检测编码信息（在编码完成或者编码过程中得到的信息），根据检测出的编码信息在帧内进行区域分割，根据该分割结果选择小数精度像素的插补滤波器，使用选择的插补滤波器进行小数精度像素的插补实施编码，对选中的区域分割手法算出成本并进行保存，根据保存的成本选择最佳的区域分割手法，对示出该区域分割手法的区域分割模式编号进行编码，用该最佳的区域分割手法执行编码。
此外，本发明是对用所述影像编码方法进行编码的编码流进行解码的影像解码方法，对区域分割模式编号进行解码，对小数精度像素的插补滤波器系数进行解码，使用从解码对象区块得到的信息以区块单位进行分类，根据该分类结果进行区域分割，按每个分割后的区域切换小数精度像素的插补滤波器，执行解码。
本发明的作用如下。在现有的区域分割型自适应插补滤波器中，对一种影像只能应用一种区域分割手法，在影像整体中性质在时间空间上大不相同的情况下，编码效率的改善是有限的。另一方面，在本发明中，通过在时间空间上对插补滤波器系数进行优化，从而变得能根据图像的局部性灵活地应对，能达到进一步的编码效率改善。
发明效果
像以上那样，根据本发明，能实现在现有的分离型自适应插补滤波器中无法应对的、以一个或多个帧或片单位选择最优的区域分割手法，能进行考虑了图像的时间空间的局部性的插补滤波器系数的切换。因此，能达到由预测误差能的减低带来的编码效率改善。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置的框图。
图2是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置的工作的流程图。
图3是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、定义区域分割模式的分割表的一个例子的图。
图4A是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、根据动态矢量的分量的区域分割的工作的流程图。
图4B是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、动态矢量的分量的分布的图表。
图5A是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、根据动态矢量的方向的区域分割的处理的流程图。
图5B是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、根据动态矢量的方向的区域分割的一个例子的图表。
图5C是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、根据动态矢量的方向的区域分割的另一个例子的图表。
图5D是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、根据动态矢量的方向的区域分割的又一个例子的图表。
图6A是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、根据空间坐标的区域分割的处理的流程图。
图6B是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、根据空间坐标的区域分割的一个例子的图表。
图6C是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、根据空间坐标的区域分割的另一个例子的图表。
图7A是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、根据动态矢量的方向的区域分割（区域数为4的情况）的处理的流程图。
图7B是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的、根据动态矢量的方向的区域分割的一个例子的图表。
图7C是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置中的区域编号的定义的表。
图8是示出本发明的一个实施方式的影像解码装置的框图。
图9是示出本发明的一个实施方式的影像解码处理的工作的流程图。
图10是示出现有的影像编码标准方式中的非整数精度的像素插补方法的图。
图11是示出H.264/AVC中的非整数精度的像素插补方法的例子的图。
图12A是示出分离型自适应插补滤波器（SAIF）中的非整数精度的像素插补方法的图。
图12B是示出分离型自适应插补滤波器（SAIF）中的非整数精度的像素插补方法的一个工序的图。
图12C是示出分离型自适应插补滤波器（SAIF）中的非整数精度的像素插补方法的另一个工序的图。
图13A是示出现有的自适应插补滤波器与区域分割型自适应插补滤波器的比较的一个例子的图。
图13B是示出现有的自适应插补滤波器与区域分割型自适应插补滤波器的比较的另一个例子的图。
图14是示出使用现有的区域分割型自适应插补滤波器的影像编码装置的框图。
图15是示出使用现有的区域分割型自适应插补滤波器的影像解码装置的框图。
具体实施方式
以下，一边使用附图一边说明本发明的实施方式。另外，虽然作为例子对以帧单位分割区域的方法进行说明，但是也可以以片单位分割区域，此外，也可以以两、三个等多个帧确定区域分割。
[影像编码装置]
图1是示出本发明的一个实施方式的影像编码装置的构成例的图。影像编码装置10是，利用多个区域分割手法（称为区域分割模式）分割区域，使用利用在各个区域分割模式中使编码成本最小的区域分割的区域分割型自适应插补滤波器，进行小数精度像素的插补，利用小数精度的动态补偿进行编码的装置。该影像编码装置与图14所示的现有的影像编码装置100的不同点在于，从多个区域分割模式中选择成为切换自适应插补滤波器的单位的区域的分割。
在影像编码装置10中，区域分割部11将输入的影像信号的编码对象帧分割为由成为自适应地切换插补滤波器系数的单位的多个区块构成的多个区域。在该区域的分割中，准备有多个区域分割模式，按照从多个区域分割模式依次选择的一个区域分割模式分别对区域进行分割。
插补滤波器系数切换部12按每个由区域分割部11分割的区域，切换对预测编码中的参考图像使用的小数精度像素的插补滤波器系数。作为该成为切换对象的插补滤波器系数，按每个由区域分割部11分割的区域，使用使原图像与插补后的参考图像的预测误差能最小的最优化后的插补滤波器系数。
预测信号生成部13具备参考图像插补部131和动态检测部132。参考图像插补部131对储存在参考图像存储器18的完成解码的参考图像，应用利用插补滤波器系数切换部12选择的插补滤波器系数的插补滤波器。动态检测部132通过对插补后的参考图像进行动态搜索，从而算出动态矢量。预测信号生成部13利用动态补偿生成预测信号，所述动态补偿利用由动态检测部132算出的小数精度的动态矢量进行。
预测编码部14算出输入影像信号与预测信号的残差信号，对其进行正交变换，利用变换系数的量化等进行预测编码。
区域分割模式判定部15按区域分割部11选择的每个区域分割模式，保存预测编码部14进行编码后的结果的码率失真（RD）成本，选出使码率失真成本最小的区域分割模式。
可变长度编码部16对区域分割模式判定部15选择的区域分割模式（例如模式编号）进行可变长度编码。此外，可变长度编码部16按每个区域对插补滤波器系数切换部12选择的插补滤波器系数进行可变长度编码。进而，可变长度编码部16对最终选择的区域分割模式中的预测编码部16输出的量化了的变换系数、动态检测部132输出的动态矢量进行可变长度编码。可变长度编码部16将这些编码信息作为编码比特流进行输出。
解码部17对由预测编码部14进行的预测编码的结果进行解码，为了后面的预测编码而将解码信号储存在参考图像存储部18。
[影像编码装置的处理流程]
图2是影像编码装置10执行的影像编码处理的流程图。虽然以下只要没有特别声明就假定亮度信号的处理进行说明，但是选择在本例中叙述的最优的分割区域以区域单位切换插补滤波器系数进行编码的功能，不仅能应用于亮度信号，还能应用于色差信号。
首先，在步骤S101中输入编码对象的帧。接着，在步骤S102中，将输入的帧分割为区块（例如，称为16×16、8×8的以往的动态预测的区块大小），由动态检测部132以区块单位算出最优的动态矢量。对步骤S102中的参考图像的小数精度像素的插补使用利用现有的H.264/AVC的固定六抽头滤波器。
接下来，在步骤S103中，区域分割部11从准备的多个区域分割模式之中依次选择一个区域分割模式，对选择的区域分割模式重复到步骤S110为止的处理。对区域分割模式的例子的细节将使用图3进行后述。
在步骤S104中，区域分割部11进行根据在步骤S103中选择的区域分割模式的区域分割。
在从步骤S105到S108中，根据步骤S104的区域分割的结果按每个区域进行最优化处理。首先，在步骤S105中，使用作为预测误差能函数的式（3）进行对水平方向的各小数精度像素的插补滤波器系数的最优化处理。
[数学式3]
Figure 634973DEST_PATH_IMAGE005
在此，示出各区域，m示出区域分割模式编号，n示出特定的区域分割模式中的区域编号，S示出原图像，P示出完成解码的参考图像，x和y分别示出图像中的水平和垂直方向上的位置。此外，～x（～是标注在x的上方的标记）是～x＝x+MVx－FilterOffset，MVx示出事先得到的动态矢量的水平分量，FilterOffset示出调整用的偏移量（将水平方向滤波器长度除以2的值）。对垂直方向变成～y＝y+MVy，MVy示出动态矢量的垂直分量。Wci示出应求出的水平方向滤波器系数组ci（0≤ci＜6）。
接下来，在步骤S106中使用在步骤S105中得到的水平方向的插补滤波器系数按帧内的各区域的每一个独立地实施水平方向的小数像素插补（图12中的a、b、c的插补）。
在步骤S107中，实施垂直方向的插补滤波器系数的最优化处理。使用作为垂直方向的预测误差能函数的式（4）进行对垂直方向的各小数像素的插补滤波器系数的最优化处理。
[数学式4]
在此，
Figure 768517DEST_PATH_IMAGE008
示出各区域，m示出区域分割模式编号，n示出特定的区域分割模式中的区域编号，S示出原图像，^P（^是标注在P的上方的标记）示出在步骤S105中在水平方向上进行插补处理的图像，x和y分别示出图像中的水平和垂直方向上的位置。此外，是～x＝4・（x+MVx），MVx示出化成整数的动态矢量的水平分量。对垂直方向用～y＝y+MVy－FilterOffset表达，MVy示出动态矢量的垂直分量，FilterOffset示出调整用的偏移量（将滤波器长度除以2的值）。wcj示出应求出的垂直方向滤波器系数组cj（0≤cj＜6）。
在步骤S108中使用在步骤S107中得到的垂直方向的插补滤波器系数，按帧内的各区域的每一个独立地实施垂直方向的小数像素插补（图12中的d～o的插补）。
接下来，在步骤S109中，将在步骤S108中得到的在垂直方向上进行插补的图像作为参考图像，再次进行动态矢量的算出。
在步骤S110中，算出对在步骤S103中选择的区域分割模式的码率失真成本（RD成本），进行保存。对准备的区域分割模式全部执行从步骤S103开始到步骤S110为止的处理。
接下来，在步骤S111中，区域分割模式判定部15决定准备的多个区域分割模式中的实现最小的码率失真成本的最优的区域分割模式。
接下来，在步骤S112中，可变长度编码部16对在步骤S111中决定的最优的区域分割模式进行编码。此外，在步骤S113中，可变长度编码部16对在步骤S112中进行编码后的区域分割模式中的插补滤波器系数进行编码。进而，在步骤S114中进行在步骤S111中决定的区域分割模式中的剩余的应编码信息（动态矢量、DCT系数等）的编码。
[区域分割模式]
接着，对在本实施方式中使用的区域分割模式的例子进行说明。
图3是示出定义区域分割模式的分割表的一个例子的图。在图3中，Thx1、Thx2、Thy1、Thy2表示根据动态矢量（MV）的柱状图（histogram）求出的阈值，MVx表示动态矢量的水平分量，MVy表示动态矢量的垂直分量，x、y表示示出帧内的区块位置的空间坐标，Fx表示帧的横向宽度，Fy表示帧的纵向宽度。
虽然在图3所示的例子中，将最大区域数固定为2，但是也能将区域数设定为3以上。在此，作为区域分割模式，准备了区域分割模式编号（以下，仅称为模式编号）为从0到7的八种分割手法。
[模式编号＝0]
模式编号0是不分割帧内的区域的情况，是使用现有的自适应插补滤波器（AIF：Adaptive Interpolation Filter）的情况。
[模式编码＝1、2]
模式编号1是着眼于动态矢量的x分量（MVx）分割区域的模式，如果MVx处于阈值Thx1、Thx2之间，就分割为第一区域（区域1），如果处于阈值Thx1、Thx2之外，就分割为第二区域（区域2）。
模式编号2是着眼于动态矢量的y分量（MVy）分割区域的模式，如果MVy处于阈值Thy1、Thy2之间，就分割为第一区域（区域1），如果处于阈值Thy1、Thy2之外，就分割为第二区域（区域2）。
图4A示出根据动态矢量的分量（模式编号1或2）的区域分割的处理流程。首先，在步骤S201中，对编码对象帧以区块单位取得动态矢量。在步骤S202中，生成动态矢量的x分量（模式编号1时）或者y分量（模式编号2时）的柱状图。在步骤S203中，根据柱状图计算阈值。在步骤S204中，根据在步骤S203中计算的阈值与动态矢量的分量的大小关系决定区域编号（区域1或者区域2）。
对步骤S203中的阈值的计算以图4B的模式编号1的情况为例进行说明。图4B的图表的纵轴是动态矢量的分量MVx的个数。步骤S203中的阈值Thx1、Thx2以柱状图中的区域1和区域2的面积变得相同的方式决定。因为在步骤S202中的柱状图生成时可知MVx的总数，所以从最小的MVx开始进行计数，将达到总数的1/4的个数时的MVx的值确定为第一阈值Thx1，将达到3/4的个数时的MVx的值确定为第二阈值Thx2。模式编号2的水平分量MVy的情况下的阈值Thy1、Thy2也能同样地决定。
在选择了模式编号1或者模式编号2的情况下，阈值进行编码与插补滤波器系数同样地传送给影像解码装置。
[模式编号＝3、4、5]
模式编号3、4、5是着眼于动态矢量的方向分割区域的模式。图5A示出根据动态矢量的方向（模式编号3～5）的区域分割的处理流程。首先，在步骤S301中对编码对象帧以区块单位取得动态矢量。在步骤S302中，判定动态矢量的方向。在步骤S303中，根据动态矢量的方向决定区域编号（区域1或者区域2）。
在模式编号为3的分割模式的情况下，如图5B所示，进行动态矢量处于第一象限或第三象限时作为第一区域（区域1）、处于第二象限或第四象限时作为第二区域（区域2）的区域分割。
在模式编号为4的分割模式的情况下，如图5C所示，进行动态矢量的x分量MVx为0以上时作为第一区域（区域1）、动态矢量的x分量MVx比0小时作为第二区域（区域2）的区域分割。
在模式编号为5的分割模式的情况下，如图5D所示，进行动态矢量的y分量MVy为0以上时作为第一区域（区域1）、动态矢量的y分量MVy比0小时作为第二区域（区域2）的区域分割。
[模式编号＝6、7]
模式编号6、7是着眼于空间坐标分割区域的模式。图6A示出根据空间坐标的区域分割的处理流程。首先，在步骤S401中，取得编码对象区块的空间坐标。在步骤S402中根据在步骤S401中取得的区块的空间坐标的值决定区域编号（区域1或区域2）。
模式编号为6的分割模式是如图6B所示将画面分割为左右两个区域的模式，是区块的空间坐标x为帧的横向宽度的一半Fx/2以下时作为第一区域（区域1）、比横向宽度的一半Fx/2大时作为第二区域（区域2）的模式。在此，阈值不限于横向宽度的一半，也能取任意的值。在从几个图形的坐标选择阈值的情况下，对阈值进行编码并传送到影像解码装置。
模式编号为7的分割模式是如图6C所示将画面分割为上下两个区域的模式，是区块的空间坐标y为帧的纵向宽度的一半Fy/2以下时作为第一区域（区域1）、比纵向宽度的一半Fy/2大时作为第二区域（区域2）的模式。在此，阈值不限于纵向宽度的一半，也能取任意的值。在从几个图形的坐标选择阈值的情况下，对阈值进行编码并传送到影像解码装置。
虽然以上是区域数为2的情况下的区域分割模式的例子，但是也可以混合存在区域数为2以外的模式。以下示出区域数为4的情况下的分割模式的一个例子。
[区域数为4的情况的例子]
图7A示出根据区域数为4的情况下的动态矢量的方向的区域分割的处理流程。首先，在步骤S501中对编码对象帧以区块单位取得动态矢量。在步骤S502中判定动态矢量的方向。在步骤S503中根据动态矢量的方向决定区域编号（区域1～4）。
在该分割模式的情况下，如图7B和图7C所示，进行如下的区域分割：在动态矢量处于第一象限时作为第一区域（区域1），处于第二象限时作为第二区域（区域2），处于第三象限时作为第三区域（区域3），处于第四象限时作为第四区域（区域4）。
[影像解码装置]
图8是示出本发明的影像解码装置的构成例的图。影像解码装置20输入图1所示的影像编码装置10进行编码后的比特流，按根据区域分割模式进行分割后的每个区域切换自适应插补滤波器进行小数精度像素的插补，利用小数精度的动态补偿生成解码图像。影像解码装置20与图15所示的现有的影像解码装置200的不同点在于，根据区域分割模式判定解码对象区块的区域，切换自适应插补滤波器进行小数精度像素的插补。
在影像解码装置20中，可变长度解码部21输入编码比特流，进行量化变换系数、动态矢量、插补滤波器系数组等的解码。特别是，区域分割模式解码部211对示出由影像编码装置10进行编码后的区域分割手法的模式编号进行解码。根据模式编号，对模式编号以外的追加信息（即，动态矢量的阈值、空间坐标的阈值）也一并进行解码。
区域判定部22根据区域分割模式解码部211进行解码后的模式编号示出的区域分割模式，判定成为根据区块的动态矢量或空间坐标对解码对象帧自适应地切换插补滤波器系数的单位的区域。插补滤波器系数切换部23按由区域判定部22判定的每个区域切换在可变长度解码部21进行解码的插补滤波器系数。
预测信号生成部24中的参考图像插补部241对储存在参考图像存储器26的完成解码的参考图像应用利用从插补滤波器系数切换部23接受的插补滤波器系数的插补滤波器，进行参考图像的小数精度像素的复原。预测信号生成部24根据进行了小数精度像素的复原的参考图像生成解码对象区块的预测信号。
预测解码部25进行在可变长度解码部21进行解码后的量化系数的反量化、反正交变换等，将由此算出的预测误差信号和预测信号生成部24生成的预测信号加起来生成解码信号，作为解码图像进行输出。预测解码部25进行解码后的解码信号为了后面的预测解码而储存在参考图像存储器26。
[影像解码装置的处理流程]
图9是影像解码装置20执行的影像解码处理的流程图。虽然以下只要没有特别声明就假定亮度信号的处理进行说明，但是不仅能应用于亮度信号，还能应用于色差信号。
首先，在步骤S601中可变长度解码部21从输入比特流取得帧头（frame header）的信息。接着，在步骤S602中对在画面内切换插补滤波器系数的判定所需的区域分割模式（模式编号）进行解码。根据模式编号对所需的追加信息也在步骤S602中进行解码。接下来，在步骤S603中进行参考图像的小数精度像素的插补所需的各种插补滤波器系数的解码，取得按每个区域的插补滤波器系数组。在步骤S604中进行动态矢量（MV）等的各种编码信息的解码。
接下来，在步骤S605中，区域判定部22按照在步骤S602中得到的区域分割模式的定义以区块单位实施属于哪个区域的判定，取得区域编号。
接下来，在步骤S606中插补滤波器系数切换部23根据在步骤S605中得到的区域编号从在步骤S603中得到的插补滤波器系数组之中选择最优的插补滤波器系数，通知参考图像插补部241。参考图像插补部241使用利用被通知的插补滤波器系数确定的插补滤波器进行参考图像的小数精度像素的复原。在小数精度像素的复原后，预测信号生成部24使用在步骤S604中进行解码后的动态矢量进行解码对象区块的预测信号的生成。
接下来，在步骤S607中可变长度解码部21根据输入比特流进行解码对象区块的预测残差信号的解码。
接下来，在步骤S608中预测解码部25将在步骤S606中得到的预测信号和在步骤S607中得到的预测残差信号加起来生成解码信号。生成的解码信号作为解码图像进行输出，并且储存在参考图像存储器26。
直到全帧的解码结束为止，重复以上的步骤S601～S608，如果对全帧的解码结束，就结束处理（步骤S609）。
以上的影像编码和解码的处理也能由计算机和软件程序实现，既能将该程序记录在计算机可读取的记录介质，也能通过网络进行提供。
以上，虽然参考附图对本发明的实施方式进行了说明，但是具体的结构并不限于这些实施方式，还包括不脱离本发明的要旨的范围的设计等（结构的添加、省略、置换以及其它变更）。本发明并不由上述说明所限定，只由附加的权利要求书所限定。
产业上的可利用性
本发明能应用于具有插补滤波器系数的画面内变更功能的影像编码/解码方法以及影像编码/解码装置，能以多个帧或片单位选择最优的区域分割手法，能进行考虑了图像的时空的局部性的插补滤波器系数的切换。因此，能达到由预测误差能的减低带来的编码效率改善。
附图标记说明
10：影像编码装置，11：区域分割部，12：插补滤波器系数切换部，13：预测信号生成部，131：参考图像插补部，132：动态检测部，14：预测编码部，15：区域分割模式判定部，16：可变长度编码部，17：解码部，18：参考图像存储器，20：影像解码装置，21：可变长度解码部，211：区域分割模式解码部，22：区域判定部，23：插补滤波器系数切换部，24：预测信号生成部，241：参考图像插补部，25：预测解码部，26：参考图像存储器。

Claims (11)

1.一种影像编码方法，所述影像编码方法使用小数精度的动态补偿，其中，具有：
从预先确定的多个区域分割手法之中依次选择一个区域分割手法的步骤；
按照所述选择的区域分割手法，基于在编码完成或编码过程中从编码对象帧或片得到的信息在帧或片内进行区域分割，按每个该分割后的区域选择小数精度像素的插补滤波器的步骤；
使用选择的插补滤波器进行对参考图像的小数精度像素的插补，利用小数精度的动态补偿进行预测编码的步骤；
对选择的区域分割手法算出编码的成本并进行保存的步骤；
根据保存的所述成本在所述多个区域分割手法中选择使成本最小的区域分割手法，对示出该选择的区域分割手法的信息进行编码的步骤；以及
使用所述选择的区域分割手法执行所述编码对象帧或片的编码的步骤。
2.根据权利要求1所述的影像编码方法，其中，
在所述编码完成或编码过程中得到的信息包括编码对象区块的动态矢量的分量的大小、或者编码对象区块的动态矢量的方向、或者示出编码对象区块的位置的空间坐标。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的影像编码方法，其中，
所述多个区域分割手法包括不对区域进行分割的模式、利用编码对象区块的动态矢量的水平分量的大小对区域进行分割的一个或多个模式、利用编码对象区块的动态矢量的方向对区域进行分割的一个或多个模式、利用示出编码对象区块的位置的空间坐标对区域进行分割的一个或多个模式中的任一多个模式。
4.根据权利要求3所述的影像编码方法，其中，
具有下述步骤：对用于根据所述一个或者多个模式中的被选择的模式进行所需的所述区域分割的阈值信息进行编码。
5.一种影像解码方法，所述影像解码方法使用小数精度的动态补偿，其中，具有：
对示出在编码时使用的区域分割手法的信息进行解码的步骤；
对小数精度像素的插补滤波器系数进行解码的步骤；
使用从解码对象区块得到的信息以区块单位进行按照由所述解码得到的区域分割手法的区域的分类，根据该分类结果对解码对象帧或片的区域进行分割的步骤；以及
按每个分割后的所述区域切换小数精度像素的插补滤波器，进行对参考图像的小数精度像素的插补，利用小数精度的动态补偿进行预测解码的步骤。
6.根据权利要求5所述的影像解码方法，其中，
所述区域分割手法包括不对区域进行分割的模式、利用编码对象区块的动态矢量的水平分量的大小对区域进行分割的一个或多个模式、利用编码对象区块的动态矢量的方向对区域进行分割的一个或多个模式、利用示出编码对象区块的位置的空间坐标对区域进行分割的一个或多个模式中的任一多个模式。
7.根据权利要求6所述的影像解码方法，其中，
具有下述步骤：对用于根据所述一个或多个模式中的被选择的模式进行所需的所述区域分割的阈值信息进行解码。
8.一种影像编码装置，所述影像编码装置使用小数精度的动态补偿，其中，具备：
区域分割部，从预先确定的多个区域分割手法之中依次选择一个区域分割手法；
插补滤波器系数切换部，按照所述选择的区域分割手法，基于在编码完成或编码过程中从编码对象帧或片得到的信息在帧或片内进行区域分割，按每个该分割后的区域选择小数精度像素的插补滤波器；
预测编码部，使用选择的插补滤波器进行对参考图像的小数精度像素的插补，利用小数精度的动态补偿进行预测编码；
区域分割模式判定部，对所述选择的区域分割手法算出编码的成本并进行保存，并且根据保存的成本在所述多个区域分割手法中选择使成本最小的区域分割手法，对示出该区域分割手法的信息进行编码；以及
编码部，使用所述使成本最小的区域分割手法执行编码对象帧或片的编码。
9.一种影像解码装置，所述影像解码装置使用小数精度的动态补偿，其中，具备：
区域分割模式解码部，对示出在编码时使用的区域分割手法的信息进行解码；
可变长度解码部，对小数精度像素的插补滤波器系数进行解码；
区域判定部，使用从解码对象区块得到的信息以区块单位进行按照由所述解码得到的区域分割手法的区域的分类，根据该分类结果对解码对象帧或片的区域进行分割；以及
预测解码部，按每个所述分割的区域切换小数精度像素的插补滤波器，进行对参考图像的小数精度像素的插补，利用小数精度的动态补偿进行预测解码。
10.一种影像编码程序，用于使计算机执行权利要求1～4的任一项所述的影像编码方法。
11.一种影像解码程序，用于使计算机执行权利要求5～7的任一项所述的影像解码方法。
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