JP2001508633A - 動き補償予測画像の符号化及び復号化 - Google Patents
動き補償予測画像の符号化及び復号化Info
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Abstract
(57)【要約】
動き補償予測画像符号化方法では、第1オブジェクト(16*16)に対する第1の動きベクトル(MVc,MVl,MVr,MVa,MVb)を推定し、これらの第1の動きベクトル(MVc,MVl,MVr,MVa,MVb)をフィルタリングして、第1オブジェクト(16*16)よりも小さい第2オブジェクト(8*8)に対する第2の動きベクトル(MV1,MV2,MV3,MV4)を得、これら第2の動きベクトル(MV1,MV2,MV3,MV4)に依存する予測誤差を生成し、且つ第1の動きベクトル((MVc,MVl,MVr,MVa,MVb)と予測誤差とを合成する。
Description
【発明の詳細な説明】
動き補償予測画像の符号化及び復号化
本発明は動き補償予測画像の符号化及び復号化に関するものである。
最初の優先権出願の第1〜第3節にて詳細に述べたように、動き補償予測画像
の符号化及び復号化は当業者に周知のことである(参考文献〔1〕〜〔4〕参照)
。最初の優先権出願でも述べたように、高品位の三次元の再帰的探索ブロックマ
ッチングアルゴリズムは参考文献〔5〕〜〔7〕から既知である。
最初の優先権出願で述べたように、16*16のマクロ−ブロックに対する動
きベクトルを推定して用いる第1の動き補償予測画像符号化技法(H.263標
準)は既知である。この大形サイズのマクロ−ブロックによると、動きデータを
伝送するビット数が比較的少なくて済む。しかし、動き補償が多少粗末になる。
H.263標準を拡張したものは、もっと小形の8*8ブロックに対する動きベ
クトルを用い、且つ伝送するが、この場合には動きデータの量が多くなるも、動
き補償は密になる。しかし、動きデータを伝送するのに必要なビット数が多くな
ることにより、画像データを伝送するのに利用できるビット数が少なくなるため
、画像品質の総体的な改善は所望されるほどのものではない。
本発明の目的は特に、動き補償予測画像の符号化及び復号化法を改善すること
にある。このために、本発明の第1の要点は、請求項1及び3にて規定したよう
な画像符号化方法及び装置を提供することにある。本発明の第2の要点は、請求
項4及び6にて規定したような画像復号化方法及び装置を提供することにある。
本発明の他の要点は、マルチメディア装置(請求項7)、画像信号表示装置(請
求項8)及び画像信号(請求項9)を提供することにある。好適例は従属請求項
2及び5に記載した通りのものである。
本発明の第1の要点による動き補償予測画像符号化方法では、先ず第1オブジ
ェクトに対する第1の動きベクトルを推定し、この第1動きベクトルをろ波する
フィルタリング処理をして、第1オブジェクトよりも小さい第2オブジェクトに
対する第2の動きベクトルを得、この第2の動きベクトルに依存する予測誤差を
生成して、第1の動きベクトルと予測誤差とを合成する。
本発明のこれらの要点及び他の要点を以下実施例を参照して説明することによ
り明らかにする。
図面中:
図1は本発明による基本DPCM/DCTによるビテオ圧縮用のブロック図を
示し;
図2に本発明による動きベクトル後段フィルタ(MVPF)を有している時間
予測ユニットを示し;
図3は16*16のマクロ−ブロック当り1個のベクトルから各8*8ブロッ
クに対する1個のベクトルを得るブロックエロージョンを示し;
図4は本発明によるデコーダのブロック図を示し;
図5は本発明による画像信号受信装置を示す。
図1の画像エンコーダでは、入力ビデオ信号IVをフレームスキッピングユニ
ット1に供給する。フレームスキッピングユニット1の出力端子は減算器3の非
反転入力端子3と、切替スイッチ7の第1入力端子とに接続されている。フレー
ムスキッピングユニット1の出力端子は、現行画像信号を時間予測ユニット5に
も供給する。減算器3の反転入力端子は時間予測ユニット5の出力端子に接続さ
れている。切替スイッチ7の第2入力端子は減算器3の出力端子に接続されてい
る。切替スイッチ7の出力端子は、離散コサイン変換エンコーダDCTと量子化
ユニットQとの縦続回路に接続され、量子化ユニットQの出力端子が可変長エン
コーダVLCの入力端子に接続され、この可変長エンコーダの出力端子が、出力
ビットストリームOBを供給するバッファユニットBUFに接続されている。
量子化ユニットQの出力端子は、逆量子化ユニットQ-1とDCTデコーダTC
T-1との縦続回路にも接続されている。DCTデコーダDCT-1の出力端子は加
算器9の第1入力端子に結合され、この加算器の第2入力端子はスイッチ11を
経て時間予測ユニット5の出力端子に結合されている。加算器9の出力端子は再
構成した前の画像を時間予測ユニット5へ供給する。時間予測ユニット5は動き
ベクトルMVを計算し、これらの動きベクトルも可変長エンコーダVLCによっ
て符号化される。
バッファユニットBUFは制御信号を量子化ユニットQと符号化選択ユニット
13とに供給し、符号化選択ユニット13はフレーム内/予測符号化制御信号I
/Pをスイッチ7及び11へ供給する。フレーム内符号化を行なう場合には、ス
イッチ7,11を図1に示した位置にする。
本発明によれば、図2によってもっと詳しく説明する時間予測ユニット5を特
殊な構成とすることにより図1の画像エンコーダを特徴づける。
図2に示すように、時間予測ユニット5は動き推定器MEと動き補償補間回路
MCIとを含み、これらは共にフレームスキッピングユニット1からの現行画像
信号と、加算器9からの再構成した先の画像信号とを受取る。本発明によれば、
動き推定器MEによって計算した動きベクトルMVを、動き補償補間回路MCI
へ供給する前に、動きベクトル後段フィルタMVPFによってろ波する。
この欄では、本願の提案による実際の技術革新部分である動きベクトルの後段
フィルタリング処理(MVPF)につき説明する。好ましくは、符号化及び復号
化端末の双方にてH.263標準の高度予測モード(APM)にて実際に特定さ
れているように(これについては最初の優先権出願にもっと詳しく記載してある
)大きさが8*8のブロックに基づくオーバラップするブロックの動き補償を用
いるものとし、また、16*16のマクロ−ブロックに対して推定されたマクロ
−ブロック(MB)の動きベクトルを伝送し、且つ受信するようにして、ビット
レートを増やさないようにする。このことは、双方の端末が同じMVPFを用い
て、APMの動き推定部にて行なわれるように、MBの動きベクトルを8*8画
素ブロックに再割当てしなければならないことを意味している。
MVPFが動き推定戦略に依存しなくても、それを参考文献〔5〕〜〔7〕に
記載されている動き推定器と一緒に用いて最良のパフォーマンスを得るようにす
ることを強く勧める。8*8ブロックの動きベクトルを計算するのに、例えば隣
接する16*16のマクロ−ブロックのベクトルの加重平均をとるような幾つか
のやり方があることは勿論であり、とにかく、本願の新規の動き推定器であるブ
ロックエロージョン(block erosion)MVPFに固有の特長があることからして
、最良なやり方と思える方法のみについて詳細に説明する。
参考文献〔1〕〜〔4〕にて報告されているように、H.263標準では、動
き情報がX*Y=16*16画素のマクロ−ブロック当り1つのベクトルに制限
されている。従って、好適実施例によれば、MVPFがブロックエロージョンを
行なって、大きさが(X/2)*(Y/2)=8*8のブロックに新規のベクト
ルを再割当てすることにより、ベクトル場から固定ブロックの境界をなくすよう
にする。
とし、且つこれに隣接する4つのマクロ−ブロックのベクトルが:
によって表わされるものとする場合には、図3に番号を付けたような4つの8*
8ブロックにはそれぞれ次のような新規のベクトルが割当てられるようになる。
MV1=中央値(MVl,MVc,MVa)
MV2=中央値(MVa,MVc,MVr)
MV3=中央値(MVl,MVc,MVb)
MV4=中央値(MVr,MVc,MVb)
特に、フィルタリングステップMVPFは:
或る特定のマクロ−ブロックMVc及びこの所定のマクロ−ブロックMVcに
隣接するマクロ−ブロックMVl,MVr,MVa,MVbのx及びy動きベク
トル成分を提供するステップと;
所定のマクロ−ブロックMVcに対応する多数のブロックMV1〜MV4の各
ブロックMV1に、所定のマクロ−ブロックMVcのx及びy動きベクトル成分
からと、ブロックMV1に隣接する2つのブロックMVl,MVaのx及びy動
きベクトル成分からそれぞれ選択したx及びy動きベクトル成分を供給するステ
ップとを具えている。
図3は16*16のマクロ−ブロックに対するマクロ−ブロックのベクトルM
Vcを8*8ブロックに対する4つのブロックベクトルMV1,MV2,MV3
,MV4にするブロックエロージョンを示す。テレビジョン受信機におけるフィ
ールド速度変換器にブロックエロージョンを用いることはUS−A−5,148
,269(代理人の整理番号PHN13.396)から既知である。しかし、こ
の特許では、マクロ−ブロックに対して推定した動きベクトルを伝送するのにブ
ロックエロージョンを有利に用いることができる。またエンコーダ及びデコーダ
の双方に4倍も多いベクトル数を用いて、マクロブロックよりも4倍も小さいブ
ロックに対する予測誤差を得ることについては示唆されていない。
斯様なやり方はH.263標準には述べられていないが、これはH.263と
十分に両立し得るものである。マルチメディア通信の開始時に2つの端末は、そ
れらの処理機能が標準のものであるか、標準でないかについてデータをやり取り
する(もっと詳しくは参考文献〔4〕を参照)。通信のセットアップ期間中に双
方の端末が斯かるMVPF機能を宣言するものとする場合には、これらの端末は
互いに容易にインタフェースする。従って、ビテオエンコーダは16*16のマ
クロ−ブロックに対するMBベクトルだけを伝送するも、ビデオデコーダはこれ
らのMBベクトルを後段フィルタリング処理して、各8*8ブロックに対する異
なるベクトルを得るようにする。時間的補間処理に当り、双方の端末は、H.2
63APMで特定されているように、重畳ブロックの動き補償を用いる。この方
法のお蔭で、ビットレートを増やすことなく、APMを用いた場合と同じ画像品
質を得ることができる。
少なくとも一方の端末がこの機能を有していないことを宣言する場合には、他
方の端末にフラグを立てることを強制して、その機能をスイッチ・オフさせるこ
とができる。
図4は本発明によるデコーダを示す。入力ビット流はバッファBUFFに供給
され、このバッファの出力端子は可変長デコーダVLC-1の入力端子に結合され
ている。可変長デコーダVLC-1は画像データを逆量子化器Q-1とDCTデコー
ダDCT-1との縦続回路に供給する。DCTデコーダDCT-1の出力端子は加算
器15の第1入力端子に結合され、この加算器の出力端子はデコーダの出力信号
を供給する。可変長デコーダVLC-1はさらに、16*16のマクロ−ブロック
に対する動きベクトルMVを動きベクトル後段フィルタMVPFに供給して、8
*8ブロックに対する動きベクトルを得るようにする。これら後者の動きベクト
ルは、デコーダの出力信号を受信する動き補償ユニットMCに供給される。動き
補償ユニットMCの出力信号はスイッチ17を介して加算器15の第2入力端子
に供給され、スイッチ17は可変長デコーダVLC-1からのフレーム内/予測符
号化制御信号I/Pによって制御される。
図5は本発明による画像信号受信装置を示す。この装置の部品(T,図4,V
SP)はマルメディア装置の一部とすることができる。衛生アンテナSDは本発
明による動き補償予測符号化画像信号を受信する。この受信信号はチューナTに
供給され、このチューナの出力信号は図4のデコーダに供給される。図4のデコ
ーダの複合出力信号は通常のビデオ信号処理操作VSPを受けて、ディスプレイ
Dにて表示される。
なお、(最初の優先権出願にて詳しく記載してある)或る例において、動きベ
クトル(マクロ−ブロック情報)が基本のH.263標準における総ビットレー
トの13〜18%を必要とし、且つAPM及びUMVでのH.263標準では1
9〜25%を必要とすることに気づくことは興味あることである。UMVは限定
されない動きベクトルのことである。これについては最初の優先権出願にもっと
詳しく記載されている。基本的に、UMVとは探索範囲を〔−16,+15.5
〕から〔−31.5,+31.5〕に四象限化することを意味する。
本発明による方法によれば、ブロックに関連する動きベクトル情報を符号化す
る代わりにDCT係数の量子化を弛緩させるためにこれらのビット量の差を用い
て、ビットレートを増やすことなく、APMでの実際のH.263標準の画像エ
ンコーダよりも高い鮮明度の画像を得るようにすることができる。
これに対して、DCT係数の量子化を弛緩させない場合には、“代表的なH.
263とAPM品質”の画像を符号化して伝送することができ、また、ブロック
の動き情報を伝送しないため、ビットレートが低減することによりチャネル効率
を高めることができる。
最後に、本発明による方法によれば、各ブロックにはそれ固有のベクトルが割
当てられるも、H.263標準のAPMでは、必ずしも全てのマクロ−ブロック
が4個の別個のブロックとして処理されるのではない。換言するに、APMでは
常に、動きベクトルを割当てるマクロ−ブロックの数が無矛盾な数のままである
が、本発明の方法では常に1つの適当なベクトルを各ブロックに割当てるように
する。
本発明の主たる要点は次のように要約することができる。本発明はH.263
標準と完全にコンパチブルで、しかも動きベクトルの後段フィルタリング(MV
PF)ステップを含む低ビットレートのビデオ符号化方法に関する。このMVP
Fステップはマクロ−ブロックを構成している各ブロックに、マクロ−ブロック
そのものの元来の動きベクトルから出発している異なる動きベクトルを割当てる
。このように、時間的な予測は16*16のマクロ−ブロックの代わりに8*8
画素のブロックに基づいて行なわれるのであって、これは実際上、高度予測モー
ド(APM)と称される協定上のオプションをH.263エンコーダに用いる場
合に成される通りである。ビデオ復号化端末は、関連するブロックのベクトルを
発生すべく同じMVPFステップを用いなければならない。
さらに、マクロ−ブロックのベクトルだけを(可変長態様で)差分的に符号化
し、且つ伝送するから、ビットレートもAPMに比べてかなり低減する。
この方法はまだH.263標準になっていないため、H.245ブロトコルに
より2つの端末間にて合図する必要があり、それはCIF,QCIP及びSQC
IF解像度のものに用いることができる。
本発明の次のような特徴は注目すべきことである。
本発明による方法及び装置は、H.263低ビットレートのビデオ符号化及び
復号化に対して、APMを用いるH.263のエンコーダ及びデコーダでのみ実
際上行なわれるような16*16のマクロ−ブロックの代わりに、8*8の画素
ブロックに基づく動き推定及び補償によって所謂APMと本来同じ機能を果たす
方法を実現する。
本発明による方法及び装置は、H.263ビテオエンコーダの時間予測ループ
の動き推定段にMVPFステップも含める方法を実現する。
本発明による方法及び装置は、H.263ビデオデコーダの時間補間段にMV
PFステップをさらに含める方法を実現する。
本発明による方法及び装置は、時間予測を16*16のマクロ−ブロックの代
わりに8*8の画素ブロックに基づいて行なうから、AMPと同じ(又はそれ以
上の)画像品質を達成する方法を実現する。
本発明による方法及び装置は、マクロ−ブロックのベクトルだけを差分的に符
号化して、伝送するから、APMに比べて低いビットレートを達成する方法を実
現する。画像品質はAPMでのH.263標準のものと同じようなものである。
本発明による方法及び装置によれば、マクロ−ブロックのベクトルだけを符号
化し、且つ伝送することによりセーブされる量のビットをDCT係数の粗でない
密の量子化用に使用するから、APMでのH.263標準のものよりも画像品質
が遥かに優れたものとなる。この場合のビットレートはAPMでのH.263標
準の場合のビットレートと同じようなものである。
本発明による方法及び装置の場合、動き推定量をH.263標準寸法のマクロ
−ブロック(16*16画素)に基づいて計算する場合に、MVPFをブロック
エロージョン段とする。いずれにせよ、隣接するマクロ−ブロックのベクトルの
加重平均をとるような他の任意のやり方を適用することができる。
本発明は上述した例のみに限定されるものでなく、請求の範囲の記載を逸脱す
ることなく幾多の変更を加え得ることは勿論である。請求の範囲にて用いたカッ
コ内の参照記号は請求の範囲を限定するものとして解釈すべきものではない。本
発明は幾つかの個別素子から成るハードウェアによるか、適当にプログラムした
コンピュータによって実施することができる。装置の請求項に列挙している幾つ
かの手段は、これらと全く同一のハードウェアのもので実現することができる。
好適実施例では、16*16のマクロ−ブロックを8*8のブロックに縮小した
が、大きさが4*4の1/4ブロックに縮小することも可能であり、この場合に
は、予測符号化を4*4の1/4ブロックに基づいて行なうようにする。
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フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY,
DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I
T,LU,MC,NL,PT,SE),JP,KR
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.第1オブジェクト(16*16)に対する第1の動きベクトル(MVc,M Vl,MVr,MVa,MVb)を推定するステップ(ME)と; 前記第1オブジェクト(16*16)よりも小さい第2オブジェクト(8* 8)に対する第2の動きベクトル(MV1,MV2,MV3,MV4)を得る べく前記第1の動きベクトル(MVc,MVl,MVr,MVa,MVb)を フィルタリング処理するステップ(MVPF)と; 前記第2の動きベクトル(MV1,MV2,MV3,MV4)に依存する予 測誤差を生成するステップ(3)と; 前記第1の動きベクトル(MVc,MVl,MVr,MVa,MVb)と前 記予測誤差とを合成するステップ(VLC)と; を具えている動き補償予測画像の符号化方法。 2.前記第1オブジェクト(16*16)をマクロ−ブロックとし、前記第2オ ブジェクト(8*8)をブロックとし、且つ前記フィルタリングステップ(M VPF)が: ある所定のマクロ−ブロック(MVc)と、このマクロ−ブロック(MVc )に隣接するマクロ−ブロック(MVl,MVr,MVa,MVb)とのx及 びy動きベクトル成分を提供するステップと; 前記所定のマクロ−ブロック(MVc)に相当する多数のブロック(MV1 〜MV4)の各ブロック(MV1)に、前記所定のマクロ−ブロック(MVc )の前記x及びy動きベクトル成分からと、前記ブロック(MV1)に隣接し ている2つのマクロ−ブロック(MVl,MVa)のx及びy動きベクトル成 分からそれぞれ選択したx及びy動きベクトル成分を提供するステップと; を具えていることを特長とする請求の範囲1に記載の方法。 3.第1オブジェクト(16*16)に対する第1の動きベクトル(MVc,M Vl,MVr,MVa,MVb)を推定する手段(ME)と; 前記第1オブジェクト(16*16)よりも小さい第2オブジェクト(8* 8)に対する第2の動きベクトル(MV1,MV2,MV3,MV4)を得る べく前記第1の動きベクトル(MVc,MVl,MVr,MVa,MVb)を フィルタリングする手段(MVPF)と; 前記第2の動きベクトル(MV1,MV2,MV3,MV4)に依存する予 測誤差を生成する手段(3)と; 前記第1の動きベクトル(MVc,MVl,MVr,MVa,MVb)と前 記誤差とを合成する手段(VLC)と; を具えている動き補償予測画像の符号化装置。 4.入力ビット流から、第1オブジェクト(16*16)に関連する第1の動き ベクトル(MVc,MVl,MVr,MVa,MVb)と、予測誤差とを生成 するステップ(MLC-1)と; 前記第1オブジェクト(16*16)よりも小さい第2オブジェクト(8* 8)に対する第2の動きベクトル(MV1,MV2,MV3,MV4)を得る べく前記第1の動きベクトル(MVc,MVl,MVr,MVa,MVb)を フィルタリングするステップ(MVPF)と; 前記予測誤差及び前記第2の動きベクトル(MV1,MV2,MV3,MV 4)に依存する出力信号を生成するステップ(15,MC)と; を具えている動き補償復号化方法。 5.前記第1オブジェクト(16*16)をマクロ−ブロックとし、前記第2オ ブジェクト(8*8)をブロックとし、且つ前記フィルタリングステップ(M VPF)が: ある所定のマクロ−ブロック(MVc)と、このマクロ−ブロック(MVc )に隣接するマクロ−ブロック(MVl,MVr,MVa,MVb)とのx及 びy動きベクトル成分を提供するステップと; 前記所定のマクロ−ブロック(MVc)に相当する多数のブロック(MV1 〜MV4)の各ブロック(MV1)に、前記所定のマクロ−ブロック(MVc )の前記x及びy動きベクトル成分からと、前記ブロック(MV1)に隣接し ている2つのマクロ−ブロック(MVl,MVa)のx及びy動きベクトル成 分からそれぞれ選択したx及びy動きベクトル成分を提供するステップと; を具えていることを特長とする請求の範囲4に記載の方法。 6.入力ビット流から、第1オブジェクト(16*16)に関連する第1の動き ベクトル(MVc,MVl,MVr,MVa,MVb)と、予測誤差とを生成 する手段(MLC-1)と; 前記第1オブジェクト(16*16)よりも小さい第2オブジェクト(8* 8)に対する第2の動きベクトル(MV1,MV2,MV3,MV4)を得る べく前記第1の動きベクトル(MVc,MVl,MVr,MVa,MVb)を フィルタリングする手段(MVPF)と; 前記予測誤差及び前記第2の動きベクトル(MV1,MV2,MV3,MV 4)に依存する出力信号を生成する手段(15,MC)と; を具えている動き補償予測復号化装置。 7.動き補償予測符号化画像信号を受信する手段(T)と; 復号化信号を生成するための請求項6に記載したような動き補償予測復号化 装置と; を具えているマルチメディア装置。 8.動き補償予測符号化画像信号を受信する手段(T)と; 復号化信号を生成するための請求項6に記載したような動き補償予測復号化 装置と; 前記復号化画像信号を表示するための手段と; を具えている画像信号表示装置。 9.第1オブジェクト(16*16)に関連する動きベクトル(MVc,MVl ,MVr,MVa,MVb)と; 前記第1オブジェクト(16*16)よりも小さい第2オブジェクト(8* 8)に関連し、この第2オブジェクトに対する動きベクトルに依存する予測誤 差と; を含む動き補償予測符号化画像信号。
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