JP2003299102A - ビデオ符号化システムにおけるbピクチャーモード決定方法及びその装置 - Google Patents
ビデオ符号化システムにおけるbピクチャーモード決定方法及びその装置Info
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Abstract
ムでより多くのダイレクト予測モードを選択して符号化
システムのビットレートを低減する。 【解決手段】 4×4及び16×16イントラ予測モー
ド、前方向予測モード、後方向予測モード、両方向予測
モード及びダイレクト予測モードのオーバーヘッドビッ
トを考慮してそれぞれのモードのSAD初期値を設定す
る段階と、設定されたSAD初期値に基づいてそれぞれ
のモードのSAD値をそれぞれ演算する段階と、それぞ
れのモードのSAD値の中から最も小さいSAD値を有
するモードをBピクチャー符号化を行うためのモードと
して選択する段階と、を順次行ってビデオ符号化システ
ムにおけるBピクチャーモードを決定する。
Description
テムにおけるBピクチャーモード決定方法及びその装置
に係るもので、詳しくは、Bピクチャーモードを利用し
た符号化システムにおいてできるだけ多くのダイレクト
予測モードを選択して符号化システムのビットレートを
低減し得る、ビデオ符号化システムにおけるBピクチャ
ーモードの決定方法及びその装置に関するものである。
ムにおけるBピクチャーは、既に符号化された前位置の
Pピクチャーと次の位置のPピクチャー中の何れ一つま
たは両方から予測して符号化したものである。このBピ
クチャーを用いた符号化システムは、Pピクチャーだけ
が使用された符号化システムよりも優れた符号化効率が
得られ、特に、動きの変化が小さい画像シークエンスに
対して相当な利得を得ることができる。このようなビデ
オ符号化システムにおけるBピクチャーは、4×4及び
16×16ブロックサイズを有するイントラ予測モー
ド、7種類のブロックサイズを有する前方向予測モー
ド、後方向予測モード、両方向予測モード及びダイレク
ト予測モードの五つのモードによって符号化される。特
に、図6に示したようなマクロブロック(符号化しよう
する画像の基本単位)の最適モードを決定する方法は、
それぞれの予測モードに対して本来の画像と予測された
画像間の予測誤差測定方法のSAD(Sum of Absolute
Difference)値を計算した後、その中から最も小さいS
AD値を有するモードをBピクチャーのための予測モー
ドとして選択する。
来のモード決定方法においては、予測誤差によるSAD
値に基づいて最適モードを決定したとしても、決定され
たモードのシンタックスによって必ず追加するべきオー
バーヘッドビットが存在し、このようなオーバーヘッド
ビットは、全体のビットストリームの長さに影響を及ぼ
し、その結果、ビットレートが増加し、ビデオ符号化シ
ステムの符号化性能が低下するという不都合な点があっ
た。
のモードとして両方向予測モードが決定された場合、符
号化されたビットストリームの他に参照フレーム情報、
前方向及び後方向のブロックサイズ情報、前方向動きベ
クトル情報及び後方向動きベクトル情報などの四つの成
分のオーバーヘッドビットを符号化されるビットストリ
ームに必ず追加しなければならないので、その分だけビ
ットレートが高くなりビデオ符号化システムの符号化性
能が低下するという不都合な点があった。
従来の不都合を無くそうとしてなされたもので、オーバ
ーヘッドビットが付加されないダイレクト予測モードを
選択するために、SAD値を計算する際、16×QPo
(QP)を減算することで、ビットレートを著しく減少
させ、かつ画像情報の符号化性能を向上し得る、ビデオ
符号化システムにおけるBピクチャーモード決定方法お
よびその装置を提供することを目的とする。
るため、本発明に係るビデオ符号化システムにおけるB
ピクチャーモード決定方法においては、4×4及び16
×16イントラ予測モード、前方向予測モード、後方向
予測モード、両方向予測モード及びダイレクト予測モー
ドのオーバーヘッドビットを考慮してそれぞれのモード
のSAD初期値を設定する段階と、前記設定されたSA
D初期値に基づいてそれぞれのモードのSAD値をそれ
ぞれ演算する段階と、それぞれのモードのSAD値の中
から最も小さいSAD値を有するモードをBピクチャー
符号化を行うためのモードとして選択する段階と、を順
次行うことを特徴とする。
し、図面を用いて説明する。本発明に係るビデオ符号化
システムにおけるBピクチャーモード決定方法において
は、図1に示したように、4×4及び16×16イント
ラ予測モード、前方向予測モード、後方向予測モード、
両方向予測モード、ダイレクト予測モード等のそれぞれ
のモードに対し、それらのモードのオーバーヘッドビッ
トを考慮すると同時にダイレクト予測モードの選択可能
性を高めるために、SAD初期設定値(即ち、ダイレク
ト予測モードのSAD初期設定値は0)から16×QP
o(QP)を減算してそれぞれのモードのSAD初期値
を設定した後(第1段階、S1)、それぞれのモードに
対するSAD値をそれぞれ演算し(第2段階、S2)、
演算した結果から最も小さいSAD値を有するモードを
Bピクチャー符号化を行うためモードとして選択する
(第3段階、S3)。
におけるBピクチャーモード決定方法に対し、図面を用
いて詳しく説明する。
ンタックスを示したダイアグラムで、図示されたよう
に、前方向予測モードは、参照フレーム(但し、多重参
照フレームが選択されたケースに該当する)及び前方向
動きベクトルのような二つの情報をオーバーヘッドビッ
トとして必要とし、後方向予測モードは、後方向動きベ
クトルのような一つの情報をオーバーヘッドビットとし
て必要とし、両方向予測モードは、参照フレーム、順、
後方向ブロックサイズ、前方向動きベクトル及び後方向
動きベクトルのような四つの情報をオーバーヘッドビッ
トとして必要とする。図中、コードブロックパターン
(Coded Block Pattern、CBP)は、16×16マクロ
ブロック中、如何なる8×8ブロックにノンゼロ(nonz
ero)ビットが存在するかを表現し、Dquantは、ビ
デオ符号化システムのビットレート制御(bit rate con
trol)のために設定される値である。
ムにおけるBピクチャーモード決定方法は、予測誤差演
算値であるSAD値を計算する時、それぞれのモードの
オーバーヘッドビットを考慮したペナルティー値をSA
D値の初期値として設定した後、予測誤差演算を行う。
このような演算は、図1の第3段階(S3)で、最も小
さいSAD値を有するモードをマクロブロックの最適予
測モードとして決定するときに影響を与える。即ち、S
AD値が予測誤差だけでなくオーバーヘッドビットの影
響までも含むので、単に予測誤差だけを考慮したSAD
値によって決定された最適予測モードが結果的にビット
レートを増加させるといった従来技術の問題点を解消す
ることができる。
ダイレクト予測モードは、ビデオ符号化システムのシン
タックスに付加的な情報を必要としないためオーバーヘ
ッドビットが存在しないが、モードタイプを表現する
際、ダイレクト予測モードが単に1ビット(ダイレクト
予測モードのcode_number=0であるから1
ビット)であるに対し、16×16イントラ予測モード
の場合は多数のビット(少なくとも5ビット)が要求さ
れる。従って、それら16×16イントラ予測モード及
びダイレクト予測モードがオーバーヘッドビットを必要
としないとしても、それぞれ別の方法でSAD初期値を
計算する必要がある。
の場合、そのシークエンスは、一般にゼロモーションを
有するフラット領域として特徴付けられる。特に、シミ
ュレーションを利用して小さい動きのシークエンスに割
り当てられたそれぞれのモードの数を比較してみると、
ビットレートが減少するほど、フラット領域に16×1
6イントラ予測モードが多く選択される。この結果は、
Bピクチャーが基本的にフラット領域の特徴だけを利用
することを意味するので、16×16イントラ予測モー
ドの場合、モードのタイプを表現するために多数のビッ
トが要求され、よって、ビット量の増加によるビット損
失発生の原因となる。
ムにおけるBピクチャーモード決定方法は、ゼロモーシ
ョンを有するフラット領域に対して16×16イントラ
予測モードが割り当てられることを防止するために、ゼ
ロモーション特徴を效果的に利用する方法を使用する。
即ち、できればダイレクト予測モードに決定させるため
に、前記ダイレクト予測モードのSAD値から16×Q
Po(QP)を減算させる。ここで、QPo(QP)は、
量子化符号“QUANT”のポインターであると同時
に、予測モードを選択するためのスケーリングの目的で
使用される。参考として、H.263の“QUANT”
とH.26Lの“QP”間の関係は、QUANT(Q
P)=QPo(QP)=2QP/6になる。勿論、画質とビ
ットレートの減少との間にはトレードオフが存在する
が、減少されたビットレートが画質低下を無視できる程
度に大きいため、符号化システムは受け入れ可能な画質
を維持することができる。
ピクチャー間の実際の前方向動きと本発明のダイレクト
予測モードとの間の関係を示したもので、図3および図
5に示したように、ダイレクト予測モードのSAD値の
減少によってBピクチャー予測モードとしてダイレクト
予測モードが選択されるので、実際の動きはダイレクト
予測モードの前方向モーションに接近する。然し、ダイ
レクト予測と実際の動きによる予測間の差が大きい場合
は、図4に示したように、Bピクチャー予測モードは前
方向予測モードとして決定される。
ドにも同様に適用することができる。即ち、図3に示し
たように、比較的動きは大きいが前方向予測モードのS
AD値よりもダイレクト予測モードのSAD値が小さい
場合は、前方向、後方向及び両方向モードがダイレクト
予測モードに選択されて、情報データに付加されるオー
バーヘッドビット量を低減させることができる。同じ
く、図5に示したように、動きが小さい場合は、前方
向、後方向及び両方向モードがダイレクト予測モードに
選択され、特に、ゼロモーションである場合は、前方
向、後方向及び両方向モードの他に16×16イントラ
予測モードもダイレクト予測モードに変更されるので、
一層効果的にビットレートを減少できる。結局、上述し
たようなモード選択方法を適用することで、Bピクチャ
ーに対して改善された性能を提供することができる。
タックス(coding syntax)を考慮したそ
れぞれのモードのSAD初期値は次式のように求めるこ
とができる。
0、SAD_16×16intra0、SAD_fw0、
SAD_bw0、SAD_bid0、SAD_dir0な
どはそれぞれのモードにおける初期値を意味する。
と、code_number_of_ref_fram
eは、参照するフレームのコード番号(例えば、自分の
フレームよりも1フレーム後のフレームを参照するとコ
ード番号は0で、2フレーム後のフレームを参照する場
合は、コード番号は1である)、Order_of_p
rediction_modeは、4×4イントラ予測
モードが周辺ブロックのモードによって決定される確率
順位(order)、Bits_to_code_MVDFW
は前方向動きベクトル差分を表現するためのビット数、
Bits_to_code_MVDBWは後方向動きベ
クトル差分を表現するためのビット数、Bits_to
_code_forward_blk_sizeは、前
方向動きベクトルのマクロブロックサイズを表現するた
めのビット数、Bits_to_code_backw
ard_blk_sizeは、後方向動きベクトルのブ
ロックサイズを表すビット数、をそれぞれ意味する。
におけるBピクチャーモード決定方法の他の実施の形態
においては、4×4及び16×16イントラ予測モー
ド、前方向予測モード、後方向予測モード、両方向予測
モード及びダイレクト予測モードのオーバーヘッドビッ
トを考慮してそれぞれのモードのSAD初期値を設定
し、設定されたSAD初期値に基づいてそれぞれのモー
ドのSAD値をそれぞれ演算した後、このように演算さ
れた各SAD値に所定値を減算/加算(例えば、ダイレ
クト予測モードの場合は、ダイレクト予測モードのSA
D値に16×QPo(QP)を減算し、4×4イントラ
予測モードの場合は、4×4イントラ予測モードのSA
D値に24×QPo(QP)を加算)することで、モー
ド選択時、ダイレクト予測モードが選択される可能性を
高めた後、それぞれのモードのSAD値の中から最も小
さいSAD値を有するモードをBピクチャー符号化のた
めのモードとして選択する。
におけるBピクチャーモード決定装置としては、各ビデ
オ符号化システムにおけるBピクチャーモード決定方法
を一つのプロセッサー内にプログラミングして、ビデオ
符号化システムにそれを適用することもできる。このと
き、ビデオ符号化システムにおけるBピクチャーモード
決定方法に関連した演算手段(例えば、SAD演算器、
算術演算器)及び選択手段が含まれることは明らかであ
る。
オ符号化システムにおけるBピクチャーモード決定方法
においては、それぞれのモードのオーバーヘッドビット
を考慮したペナルティー値をSAD初期値として設定
し、特に、ゼロモーションを有するフラット領域に対し
て16×16イントラ予測モードの代わりにダイレクト
予測モードを選択するために、ダイレクト予測モードの
SAD初期値を−16×QPo(QP)に設定すること
で、ビットレートを著しく減少させ、画像情報の符号化
性能を向上し得るという効果がある。
Bピクチャーモード決定方法を示したフローチャートで
ある。
を表現するためのダイアグラムである。
際動きとの差が小さい場合に、ダイレクト予測モードと
実際の前方向動き間の関係を示したグラフである。
際動きとの差が大きい場合に、ダイレクト予測モードと
実際の前方向動き間の関係を示したグラフである。
モードと実際の前方向動き間の関係を示したグラフであ
る。
r Common Intermediate Format:QCIF)画像におけ
るマクロブロックを示した説明図である。
Claims (20)
- 【請求項1】 4×4及び16×16イントラ予測モー
ド、前方向予測モード、後方向予測モード、両方向予測
モード及びダイレクト予測モードのオーバーヘッドビッ
トを考慮してそれぞれのモードのSAD初期値を設定す
る段階と、 前記設定されたSAD初期値に基づいて前記それぞれの
モードのSAD値をそれぞれ演算する段階と、 それぞれのモードのSAD値の中から最も小さいSAD
値を有するモードをBピクチャー符号化を行うためのモ
ードとして選択する段階と、 を順次行うことを特徴とするビデオ符号化システムにお
けるBピクチャーモード決定方法。 - 【請求項2】 前記SAD初期値を設定する段階は、 それぞれのモードのオーバーヘッドビットを考慮したそ
れぞれのモードのSAD初期設定値に所定ペナルティー
値をそれぞれ減算/加算することで、それぞれのモード
のSAD初期値をそれぞれ設定することを特徴とする請
求項1記載のビデオ符号化システムにおけるBピクチャ
ーモード決定方法。 - 【請求項3】 前記所定ペナルティー値は、 前記ダイレクト予測モードの場合は−16×QPo(Q
P)で、前記4×4イントラ予測モードの場合は24×
QPo(QP)であることを特徴とする請求項2記載の
ビデオ符号化システムにおけるBピクチャーモード決定
方法。 - 【請求項4】 前記QPo(QP)は、 前記ダイレクト予測モードから計算された動きベクトル
値と実際の動きから計算された動きベクトル値間の差が
受け入れ不可能な程度である場合に、Bピクチャーとし
て前記ダイレクト予測モードでなく実際の動きから予測
された動きベクトル値が選択されるように設定すること
を特徴とする請求項3記載のビデオ符号化システムにお
けるBピクチャーモード決定方法。 - 【請求項5】 前記4×4イントラ予測モードのSAD
初期値は、 QP0(QP)×Order_of_predicti
on_mode+24×QPo(QP)に正義され、こ
こで、前記Order_of_prediction_
modeは、前記4×4イントラ予測モードを周辺ブロ
ックのモードによって決定させる確率順位であることを
特徴とする請求項1記載のビデオ符号化システムにおけ
るBピクチャーモード決定方法。 - 【請求項6】 前記16×16イントラ予測モードのS
AD初期値は、0であることを特徴とする請求項1記載
のビデオ符号化システムにおけるBピクチャーモード決
定方法。 - 【請求項7】 前記前方向予測モードのSAD初期値
は、QP0(QP)×(2×code_number_
of_ref_frame+Bits_to_code
_MVDFW)と定義され、ここで、前記code_n
umber_of_ref_frameは参照フレーム
のコード番号、前記Bits_to_code_MVD
FWは前方向動きベクトル差分を表現するためのビット
数であることを特徴とする請求項1記載のビデオ符号化
システムにおけるBピクチャーモード決定方法。 - 【請求項8】 前記後方向予測モードのSAD初期値
は、QP0(QP)×Bits_to_code_MV
DBWと定義され、ここで、前記Bits_to_co
de_MVDBWは後方向動きベクトル差分を表現する
ためのビット数であることを特徴とする請求項1記載の
ビデオ符号化システムにおけるBピクチャーモード決定
方法。 - 【請求項9】 前記両方向予測モードのSAD初期値
は、QP0(QP)×(2×code_number_
of_ref_frame+Bits_to_code
_forward_blk_size+Bits_to
_code_backward_blk_size+B
its_to_code_MDVFW+Bits_to
_code_MDVBW)と定義され、ここで、前記B
its_to_code_forward_blk_s
izeは前方向動きベクトルのブロックサイズを表現す
るためのビット数、前記Bits_to_code_b
ackward_blk_sizeは後方向動きベクト
ルのブロックサイズを表現するためのビット数、前記B
its_to_code_MVDBWは後方向動きベク
トル差分を表現するためのビット数、前記Bits_t
o_code_MVDFWは前方向動きベクトル差分を
表現するためのビット数、であることを特徴とする請求
項1記載のビデオ符号化システムにおけるBピクチャー
モード決定方法 - 【請求項10】 前記ダイレクト予測モードのSAD初
期値は、−16×QPo(QP)であることを特徴とす
る請求項1記載のビデオ符号化システムにおけるBピク
チャーモード決定方法。 - 【請求項11】 前記SADを演算する段階は、 前記演算された各SAD値に所定値を減算/加算するこ
とで、モード選択時に前記ダイレクト予測モードが選択
される可能性を高める段階を追加含むことを特徴とする
請求項1記載のビデオ符号化システムにおけるBピクチ
ャーモード決定方法。 - 【請求項12】 前記ダイレクト予測モードの選択可能
性を高める段階は、前記演算されたダイレクト予測モー
ドのSAD値から16×QPo(QP)を減算し、前記
4×4イントラ予測モードのSAD値に24×QP
o(QP)を加算することを特徴とする請求項11記載
のビデオ符号化システムにおけるBピクチャーモード決
定方法。 - 【請求項13】 前記QPo(QP)は、 前記ダイレクト予測モードから計算された動きベクトル
値と実際の動きから計算された動きベクトル値間の差が
受け入れ不可能な程度である場合に、各Bピクチャーと
して前記ダイレクト予測モードでなく実際の動きから予
測された動きベクトル値が選択されるように設定するこ
とを特徴とする請求項12記載のビデオ符号化システム
におけるBピクチャーモード決定方法。 - 【請求項14】 4×4及び16×16イントラ予測モ
ード、前方向予測モード、後方向予測モード、両方向予
測モード及びダイレクト予測モードのオーバーヘッドビ
ットを考慮してそれぞれのモードのSAD初期値を設定
し、それら設定されたSAD初期値に基づいてそれぞれ
のモードのSAD値をそれぞれ演算して、それぞれのモ
ードのSAD値の中から最も小さいSAD値を有するモ
ードをBピクチャー符号化を行うためのモードとして選
択するプログラムを実行するプロセッサーを含むことを
特徴とするビデオ符号化システムにおけるBピクチャー
モード決定装置。 - 【請求項15】 前記プロセッサーは、 それぞれのモードのオーバーヘッドビットを考慮したそ
れぞれのモードのSAD初期設定値に所定ペナルティー
値をそれぞれ減算/加算することで、それぞれのモード
のSAD初期値を設定することを特徴とする請求項14
記載のビデオ符号化システムにおけるBピクチャーモー
ド決定装置。 - 【請求項16】 前記所定ペナルティー値は、 前記ダイレクト予測モードの場合は−16×QPo(Q
P)で、前記4×4イントラ予測モードの場合は24×
QPo(QP)であることを特徴とする請求項15記載
のビデオ符号化システムにおけるBピクチャーモード決
定装置。 - 【請求項17】 前記QPo(QP)は、 前記ダイレクト予測モードから計算された動きベクトル
値と実際の動きから計算された動きベクトル値間の差が
受け入れ不可能な程度である場合、各Bピクチャーとし
て前記ダイレクト予測モードでなく実際の動きから予測
された動きベクトル値が選択されるように設定すること
を特徴とする請求項16記載のビデオ符号化システムに
おけるBピクチャーモード決定装置。 - 【請求項18】 前記プロセッサーは、 前記演算された各SAD値に所定値を減算/加算するこ
とで、モード選択時に前記ダイレクト予測モードが選択
される可能性を高めることを特徴とする請求項14記載
のビデオ符号化システムにおけるBピクチャーモード決
定装置。 - 【請求項19】 前記所定値は、 前記ダイレクト予測モードの場合は−16×QPo(Q
P)で、前記4×4イントラ予測モードの場合は24×
QPo(QP)であることを特徴とする請求項18記載
のビデオ符号化システムにおけるBピクチャーモード決
定装置。 - 【請求項20】 前記QPo(QP)は、 前記ダイレクト予測モードから計算された動きベクトル
値と実際の動きから計算された動きベクトル値間の差が
受け入れ不可能な程度である場合、各Bピクチャーとし
て前記ダイレクト予測モードでなく実際の動きから予測
された動きベクトル値が選択されるように設定すること
を特徴とする請求項19記載のビデオ符号化システムに
おけるBピクチャーモード決定装置。
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EP02006106A EP1347649A1 (en) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | B picture mode determining method and apparatus in video coding system |
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JP2002076257A JP2003299102A (ja) | 2002-03-18 | 2002-03-19 | ビデオ符号化システムにおけるbピクチャーモード決定方法及びその装置 |
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