JP2003533141A - 動画像シーケンスの変換符号化方法 - Google Patents

動画像シーケンスの変換符号化方法

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Abstract

(57)【要約】 ブロックごとに動きベクトルを推定し、これにより動き補償を行い、予測誤差を変換符号化する動画像シーケンスの変換符号化方法を提供する。本発明によれば変換符号化のブロックサイズをそのつどの動き補償に使用されるブロックサイズに結合する。こうした手段により種々のブロックサイズが使用されるハイブリッド符号化プロセスで予測誤差符号化の際の効率が高められる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 従来の技術 本発明は、基準画像信号と画像シーケンスのその時点の画像信号とのあいだで
ブロックごとに動きベクトルを推定し、この動きベクトルを用いて種々のブロッ
クサイズを使用する動き補償を行い、残留予測誤差を変換符号化する動画像シー
ケンスの変換符号化方法に関する。
【０００２】 動画像シーケンスを符号化するハイブリッド符号化のコンセプトでは、予め形
成された画像信号すなわち基準フレームと画像シーケンスのその時点のフレーム
とのあいだでブロックごとに動きベクトルフィールドが推定され、続いてこのベ
クトルフィールドについて動き補償が行われる。動きベクトルフィールドと残留
予測誤差とが符号化され、受信器へ伝送される。予測誤差符号化の際にはたいて
いのケースでブロック符号化が用いられ、通常は８×８の係数で離散コサイン変
換ＤＣＴが行われる。
【０００３】 引用文献［１］［２］ではこれまで標準化されている動画像符号化方法では８
×８ＤＣＴが変換符号化に使用されている。ＭＰＥＧ４の動き補償では１６×１
６ピクセルおよび８×８ピクセルのブロックが使用される。また引用文献［１］
ではインタレース符号化の場合に１６×８ピクセルが使用されている。ブロック
変換のサイズは８×８の係数により一定である。
【０００４】 引用文献［３］では新たなビデオ符号化規格Ｈ．２６Ｌのテストモデルとして
ＤＣＴに依拠した４×４の整数変換が提案されている。この手法はＤＣＴに比べ
て整数で存在するピクセル値が整数の変換係数へマッピングされるという利点を
有する。これにより一方では完全な再構成手段が得られ、また他方ではこれまで
通常のフローティングＤＣＴでは送信器と受信器とのあいだで逆ＤＣＴのインプ
リメンテーションの差により生じていた変換エラーが起こらなくなる。引用文献
［４］ではＤＣＴの変換特性を近似的にフローティングＤＣＴに代えて使用する
整数変換が提案されている。
【０００５】 Ｈ．２６Ｌのテストモデルでは、動き補償に１６×１６ピクセルから４×４ピ
クセルまでのブロックサイズが使用される。このテストモデルでは変換符号化の
際にブロックが４×４の大きさまで分解される。
【０００６】 本発明の利点 請求項１に記載された本発明の手段および従属請求項に記載された実施形態に
より、特に動き補償に種々のブロックサイズが使用されるハイブリッド符号化プ
ロセスにおいて予測誤差符号化の際の効率が高められる。
【０００７】 本発明の方法、すなわち変換符号化のブロックサイズをそのつど動き補償に使
用されるブロックサイズに結合することにより、特に有利には、変換すべきブロ
ックは正方形の形状に限定されず、４×８ピクセルまたは１６×８ピクセルの長
方形の形状にすることもできる。
【０００８】 従来の手法に対して、動き補償に関連したブロックサイズを使用する手法によ
れば予測誤差の最大成分を共通に変換でき、その際にも障害的な高周波数成分（
ブロッキングアーティファクト）をともなうブロック境界のために変換利得の劣
化が生じることはない。これにより符号化効率の向上が達成される。大きなブロ
ック（１６×１６ピクセル）の変換でも正方形の形状でないブロック（例えば８
×４または１６×８ピクセル）の変換でも周知のプロセスに比べて符号化利得が
増大する。この変換により変換信号のエネルギが僅かな係数へ集約される。ブロ
ック内の相互に連続する０の数が大きなブロックを使用することにより高められ
、これにより効率的な符号化プロセス、例えばランレングス符号化を使用するこ
とができる。
【０００９】 ブロックサイズの選択はビットストリームでの動き補償に対してすでに符号化
されているので、適応型変換を使用するにもシグナリングは必要ない。
【００１０】 図面 図に即して本発明の実施例を詳細に説明する。図１にはマクロブロックをサブ
ブロックへ分割する様子が示されている。図２にはマクロブロックの適応型ブロ
ック分割の様子が示されている。
【００１１】 実施例の説明 標準化された符号化プロセスおよびＨ．２６Ｌでは画像シーケンスのフレーム
がマクロブロックＭＢ、すなわち１６×１６ピクセルのルミナンス成分のブロッ
クとこれに相応する通常８×８ピクセルのクロミナンス成分の２つのブロックと
から成るマクロブロックへ分割される。これは４：２：０のＹＵＶフォーマット
で行われる（引用文献［５］を参照）。以下ではルミナンス成分についてのみ考
察し、そのブロックをＭＢとする。図１にはＨ．２６Ｌで提案されるマクロブロ
ックＭＢの分割が示されている。第１のブロックは１６×１６ピクセルのマクロ
ブロックを表しており、これに対して最も精細に分割されたマクロブロックは４
×４ピクセルのサブブロックを有する。
【００１２】 本発明では時間的に先行して伝送された基準信号または時間的に先行して求め
られた基準信号と動画像シーケンスのその時点での画像信号とのあいだでブロッ
クごとに動きベクトルが推定され、このベクトルにより動き補償が行われる。こ
のとき種々のブロックサイズが使用される。予測誤差が変換符号化される。変換
符号化のブロックサイズが動き補償に使用されるブロックサイズに結合され、特
に予測誤差変換符号化に対するブロックサイズは動き補償に使用されたブロック
サイズと等しくなる。この場合正方形のブロックだけでなく長方形のブロックも
使用でき、予測誤差の最大成分を共通に変換することができる。動き補償のブロ
ックサイズがすでに伝送ビットストリームとして符号化されているので、効率的
な符号化が達成される。このようにすればブロックサイズに関して適応型の変換
符号化のためにさらなるシグナリングを行う必要がない。
【００１３】 ブロック内で連続するゼロの個数が効率的な符号化、例えばランレングス符号
化のために用いられる。
【００１４】 図２にはフレームの左上方の隅の１６×１６ピクセルのマクロブロックＭＢが
示されている。ここではマクロブロックＭＢの行は小文字のアルファベットで、
列は大文字のアルファベットで示すことにする。例えば第２行の第１列のマクロ
ブロックはＭＢ（ｂＡ）と表す。
【００１５】 動き補償のために求められたマクロブロックを分割する様子が図示されている
。すなわちマクロブロックＭＢ（ａＡ）が４つのサブブロックへ分割され、これ
らにそれぞれ１つずつ動きベクトルが割り当てられる。各サブブロックは相互に
独立に基準フレームから予測される。ＭＢ（ａＢ）は唯一の動きベクトルのみを
有しており、ここではこれがサブブロックつまりマクロブロックＭＢ全体に相応
している。ＭＢ（ｂＡ）の場合には固有の動きベクトルとともに相互に独立に予
測される８つのサブブロックが存在する。動き補償の際に残留する予測誤差も同
様に図示のブロック構造を呈する。
【００１６】 適応型のブロックサイズでの変換は、動き補償から既知となるマクロブロック
のサブブロック分割に関する情報に依存する。各マクロブロックＭＢごとにサブ
ブロックと同じブロックサイズによるブロック変換が選択される。つまりマクロ
ブロックＭＢ（ａＡ）では４つのサブブロックが８×８変換により変換され、マ
クロブロックＭＢ（ａＢ）では１６×１６変換により変換され、マクロブロック
ＭＢ（ａＣ）では８×１６変換により変換される。このように変換のブロックサ
イズは動き補償のブロックサイズ、つまりサブブロックのサイズに相応する。
【００１７】 正方形のブロック 分離可能な変換が使用される。つまり変換マトリクスは水平方向および垂直方
向に適用される。すなわち正方形のブロックの場合、 Ｃ＝Ｔ×Ｂ×ＴＴ が成り立つ。ここでＢはｎ×ｎピクセルのブロックであり、Ｃは変換されるブロ
ックであり、Ｔはｎ×ｎピクセルのサイズの変換マトリクスである。これは直交
しており、すなわち Ｔ×ＴＴ＝ＴＴ×Ｔ＝定数×Ｉｎ が成り立つ。ここでＩｎはｎ×ｎのユニットマトリクスである。直交変換では Ｔ×ＴＴ＝Ｉ が成り立つ。すなわち定数１である。
【００１８】 長方形のブロック サイズｎ×ｍでｎ≠ｍの長方形のブロックの場合にも、同様に分離可能な直交
変換が使用される。行対する変換マトリクスと列に対する変換マトリクスとは異
なるサイズを有しており、このことはインデクスにより Ｃｎ，ｍ＝Ｔｖｍ，ｍ×Ｂｎ，ｍ×ＴＴ ｈｎ，ｎ の式で表される。ここでＴｈは行に対する変換マトリクスであり、Ｔｖは列に対
する変換マトリクスである。
【００１９】 量子化 以下スケーリング量子化から出発して量子化プロセスを説明する。他の量子化
器についても以下に示す式に相応に修正することができる。
【００２０】 予測誤差のブロックが変換される。直交変換マトリクスが使用される場合、つ
まりＴ×ＴＴ＝Ｉの場合、一定の量子化ステップ幅ｑＰによるスケーリング量子
化は全ての変換ブロックサイズに対して同じ歪み量を有する。
【００２１】 特に整数変換（Integer-Transformation）が使用される場合には、これは非正
規化変換マトリクスに基づいて行われる。この場合一般に妥当な量子化ステップ
幅を示すことはできない。通常は符号化フレームの全てのブロックにわたって均
等な歪みが所望されるので、符号化に際して設定されたｑＰに対してブロック形
式ごとに相応のｑＰｉが割り当てられる量子化テーブルを形成しなければならな
い。
【００２２】 ｃｈおよびｃｖが水平方向および垂直方向での変換マトリクスの正規化定数で
ある場合、 Ｔｈ×ＴＴ ｈ＝ｃｈ×Ｉｎ Ｔｖ×ＴＴ ｖ＝ｃｖ×Ｉｍ が成り立つ。ここでＴｈはｎ×ｎのマトリクスであり、Ｔｖはｍ×ｍのマトリク
スである。この場合ｎ×ｍブロックＢｉに対する量子化ステップ幅は ｑＰｉ＝［１／（√ｃｈ√ｃｖ）］・ｑＰ により求められる。整数変換（Integer-Transformation）の場合、ｑＰｉも整数
でなければならない。このために各ブロックサイズごとに相応に適合化された整
数のｑＰｉを有する割り当てテーブルが設けられる。
【００２３】 本発明にとって特徴的なのは、きわめて粗い量子化では再構成されたフレーム
で基礎となる変換の基底関数または基底をなす要素が可視になることである。従
来の符号化プロセスではこうした基底関数のブロックサイズはフレーム全体で一
定であった。適応型のブロックサイズを使用すれば種々のサイズの基底をなす要
素を例えば正方形以外の形式で動き補償のブロックサイズに応じて扱うことがで
きる。
【００２４】 引用文献 ［１］ISO/IEC JTC1 IS 14496-2 (MPEG4)., "Information technology-generic
coding of audio-visual objects (final draft of international standard)",
Oct.1998 ［２］Telecom.Standardization Sector of ITU, "Video coding for low bitra
te communication (H.263 Version2)", Sep.1997 ［３］Telecom.Standardization Sector of ITU, "H26L test model long term
3", in Study Group16, Question 15, Meeting J, (Osaka, Japan), ITU, Mar.2
000 ［４］T.D.Tran, "Fast multilierless approximation of the DCT" in 99rd An
nual Conference on Information Sciene and Systems, (Baltimore, MD, USA),
Mar.1999 ［５］J.R.Ohm, "Digitale Bildcodierung", Berlin, Heidelberg, NewYork:Spr
inger-Verlag, 1995
【図面の簡単な説明】
【図１】 マクロブロックのサブブロックへの分割を示す図である。
【図２】 マクロブロックの適応型ブロック分割を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター ジーペン ドイツ連邦共和国 オーバーハウゼン メ ーネシュトラーセ 57 (72)発明者 マティアス ヴィーン ドイツ連邦共和国 アーヘン マウアーシ ュトラーセ ７ (72)発明者 トーマス ヴェーディ ドイツ連邦共和国 ハノファー イン デ ア シュタインリーデ 12 Ｆターム(参考） 5C059 LC03 MA00 MA05 MA21 MC14 MC38 ME05 NN01 NN28 PP04 TA12 TA47 TB08 TC11 UA02 5J064 AA02 BA16 BB01 BB03 BB08 BC16 BC26 BD01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基準画像信号と画像シーケンスのその時点の画像信号とのあ
    いだでブロックごとに動きベクトルを推定し、該動きベクトルを用いて種々のブ
    ロックサイズを使用する動き補償を行い、残留予測誤差を変換符号化する動画像
    シーケンスの変換符号化方法において、 変換符号化のブロックサイズをそのつどの動き補償に使用されるブロックサイ
    ズに結合する、 ことを特徴とする動画像シーケンスの変換符号化方法。
  2. 【請求項２】 画像シーケンスの個々のフレームをマクロブロックへ分割す
    る際に予測誤差変換符号化に対して正方形のサブブロックのほかに長方形のサブ
    ブロックも形成可能であり、各マクロブロックに対して動き補償のためのサブブ
    ロックと同じブロックサイズを有するブロック変換を選択する、請求項１記載の
    方法。
  3. 【請求項３】 変換符号化に対して正方形のブロックにも長方形のブロック
    にも分離可能な変換を使用する、請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 変換符号化に対して整数の係数を選択する、請求項１から３
    までのいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 変換符号化に対してスケーリング量子化をともなう直交変換
    マトリクスを使用する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 変換符号化に対する量子化ステップ幅を全ての変換ブロック
    で例えば量子化により生じる歪みが同程度となるように定める、請求項１から５
    までのいずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】 整数の係数による変換符号化に対して、各ブロックサイズご
    とに相応に適合化された整数の量子化ステップ幅（ｑｐｉ）を定める対応関係、
    例えば割り当てテーブルのかたちの対応関係を適用する、請求項４から６までの
    いずれか１項記載の方法。
  8. 【請求項８】 そのつど使用されるブロックサイズに関する情報に対して、
    符号器と復号器とのあいだの変換符号化では個別のシグナリングを行わず、動き
    補償に関連するブロックサイズの符号化に基づかせる、請求項１から７までのい
    ずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 符号化に際してランレングス符号化を使用する、請求項１か
    ら８までのいずれか１項記載の方法。
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