JP2003535496A - 画像シーケンスを符号化する方法または復号する方法および装置 - Google Patents
画像シーケンスを符号化する方法または復号する方法および装置Info
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Abstract
Description
公知の方法はMPEG規格において符号化方式として用いられ、基本的には動き
補償を伴うハイブリッドDCT(Discrete Cosine Transformation)である。同
様の方法はn×64kbit/sの画像電話(CCITT勧告H.261)、3
4Mbit/sもしくは45Mbit/sのTVコントリビューション(CCR
勧告723)、さらには1.2Mbit/sのマルチメディアアプリケーション
(ISO−MPEG−1)のために利用される。ハイブリッドDCTは、相前後
する画像の類似関係を利用した時間的処理段と1つの画像内の相関を利用した位
置的処理段とから成る。
に対応する。画像が8×8後の画素から成る複数のブロックに分解され、それら
がDCTによりそれぞれ周波数領域に変換される。その結果、8×8個の係数か
ら成るマトリックスが生じ、これは変換された画像ブロックにおける2次元の空
間周波数を反映している。周波数0(直流成分)をもつ係数は画像ブロックの平
均グレー値を表す。
)を中心にエネルギーの集中が起こる一方、最高周波数の係数はたいていほぼゼ
ロである。
の係数の振幅精度が低減されることになる。ここでは人間の目の性質が利用され
、すなわち人間の目の分解能精度は低い空間周波数よりも高い空間周波数の方が
劣る。
の振幅精度がいっそう低減され、もしくは小さい振幅はゼロにセットされる。こ
の場合、量子化のスケールは出力バッファの占有状態に依存する。バッファが空
であれば細かい量子化が行われて多くのデータが生成されるのに対し、バッファ
がいっぱいであれば粗い量子化が行われてデータ量が減少する。
Scanning)、ついでエントロピー符号化が行われて、これによってさらにデータ
低減が行われる。このために2つの効果が利用される: 1)振幅値の統計。高い振幅値は低い振幅値よりもまれにしか発生せず、したが
ってめったにない事象には長い符号語が割り当てられ頻度の高い事象には短い符
号語が割り当てられる(可変長符号化 Variable-Length-Coding VLC)。このよ
うすれば平均的には、固定語長による符号化よりもデータレートが低くなる。つ
いでVLCの可変のレートがバッファメモリ内で平滑化される。
これらのゼロすべての代わりにEOB(End Of Block)符号だけが伝送され、こ
のことで画像データ圧縮の際に大きな符号化利得が得られるようになる。この場
合、たとえば512bitという出力レートの代わりにこのブロックのために4
6bitだけを伝送すればよく、このことは11を超える圧縮係数に対応する。
分画像の符号化のためには原画よりも僅かなデータレートしか必要とされず、そ
の理由は振幅値がはるかに低いからである。
れに対して画像内の運動が大きければ差も大きくなり、符号化も難しくなる。こ
の理由で画像間運動が測定され(動き予測)、差分形成前に補償される(動き補
償)。この場合、動き情報が画像情報とともに伝送され、その際、通常はマクロ
ブロック(たとえば4つの8×8画像ブロック)ごとに1つの運動ベクトルだけ
が用いられる。
差分画像振幅値が得られる。
ではなく、時間的な差分信号が変換される。この理由で符号化器は時間的な反復
ループも有しており、それというのも予測器は予測値をすでに伝送された(符号
化された)画像の値から計算しなければならないからである。同一の時間的な反
復ループが復号器内に存在しており、それによって符号化器と復号器は完全に同
期合わせされた状態にある。
そのまま変換されて符号化される。Iピクチャを用いる目的は、時間的に過ぎ去
ったことに関する情報を用いずに復号プロセスを新たに開始できるようにするた
め、もしくは伝送エラー発生時に再同期合わせを実現するためである。
CTが適用される。
される。双方向予測は基本的に適応的に動作し、つまり順方向予測、逆方向予測
あるいは補間が許される。
ictures)に分けられる。まずはじめIピクチャのn個の画像によってGOPが
形成される。各Pピクチャ間の間隔はmで表され、この場合、各Pピクチャ間に
それぞれm−1個のBピクチャが存在する。しかしMPEGシンタックスによれ
ば、mとnをどのように選定するのかはユーザに委ねられている。m=1はBピ
クチャが使用されないことを意味し、n=1はIピクチャだけが符号化されるこ
とを意味する。
法が知られている。この場合に前提とするのは、1つのディジタル画像のもつ画
素がたとえば8×8個の画素または16×16個の画素から成る画像ブロックに
まとめられていることである。必要に応じて1つの画像ブロックが複数の画像ブ
ロックをもっていてもよい。このための一例は6個の画像ブロックをもつマクロ
ブロックであり、これらの画像ブロックのうち4つの画像ブロックは輝度情報の
ために、2つの画像ブロックは色情報のために設けられている。
考慮しながら以下の方法が行われる: 動き予測を実行しようとする画像ブロックのために時間的に先行する画像(先
行の画像ブロック)において、その先行画像中の同じ関連位置に存在していた画
像ブロックに基づき誤差量に関する値が求められる。この目的で有利には、画素
に割り当てられた画像ブロックと先行の画像ブロックの符号化情報における差の
絶対値の和が求められる。ここで符号化情報とは輝度情報(ルミナンス値)およ
び/または色情報(クロミナンス値)のことであり、これらはそれぞれ1つの画
素に割り当てられている。
の探索空間において、それぞれ先行の画像ブロックの同じサイズの領域について
1画素分または半画素分だけずらして誤差量に関する値が求められる。
合、時間的に先行する画像において、誤差量が最小の誤差値になるずらされた先
行の画像ブロックが求められる。この画像ブロックについて、この先行の画像ブ
ロックが動き予測が実行されることになる符号化すべき画像の画像ブロックと最
良に一致するものとする。
像内の選択された画像ブロックとの間のずれを表す動きベクトルである。
へ画像を分解することに基づく。個々のオブジェクトは様々な「ビデオ・オブジ
ェクト・プラン "Video Object Plans"」で互いに別個に符号化され、伝送され
、受信機(復号器)において再び合成される。上述のように慣用の符号化方式の
場合、画像全体が矩形の画像ブロックに分割される。この方式はオブジェクトベ
ースの画像ブロックにおいても受け継がれ、その際、符号化すべきオブジェクト
が矩形のブロックに分割され、各ブロックごとに別個に動き補償を伴う動き予測
が実行される。
失の伴う有線チャネルを介して、画像シーケンス(画像データ)を伝送する場合
、画像データの一部分が失われてしまう可能性がある。画像データのこのような
損失は、程度の差こそあれ広い画像範囲にわたり激しい品質の落ち込みというか
たちで現れる。上述のように動き補償を伴った動き予測の画像符号化/画像復号
方法を使用する場合、伝送チャネルにより再びエラーのない伝送が保証されても
、画像障害は消滅しない。その理由は、動き予測にあたり1回現れたエラーは次
のフレーム(イントラピクチャ)の伝送まで存続するからである。したがってひ
どく妨害を及ぼすエラーの伝播ないしは蔓延が生じてしまう。
オデータ圧縮方式は、動き補償された予測(誤り訂正を伴う動き予測)および変
換ベースの残留誤差符号化(residual error coding)を用いており、その際に
有利には変換符号化として離散コサイン変換が使われる。MPEG−2にはスケ
ーラビリティ符号化(階層符号化)に対する提案が含まれている。これによれば
1つの画像は所定の画像品質をもつ基本情報と付加情報とに分割され、付加情報
は完全な画像品質(十分な画像品質)を形成するために付加的に符号化されて伝
送される。付加情報の領域で伝送エラーが発生しても、個々の画像を基本情報に
より形成された品質で常に確実に再構成できるようになる。
ることであり、殊にその際、画像シーケンスの画像品質に関して妨害を受けたチ
ャネルをできるかぎり効率よく利用できるようにすることである。
には本発明の有利な実施形態が示されている。
に基づき画像シーケンスに対し基本情報と付加情報が求められる。すなわち、 1)情報源符号化方式に基づき基本情報が求められ、その際、情報源符号化にあ
たり画像シーケンスと符号化済みの画像シーケンスとの間で残留誤差情報(resi
dual error information)が生じる。
で残留誤差情報を段階的に表すための付加情報が生成される。
その際に付加情報によって符号化品質の漸進的改善が保証される。
量子化とエントロピー符号化から成るシステムによって、符号化された画像シー
ケンスの所定の基本品質が保証されることである。しかもこのことから有利には
伝送チャネルの残りの帯域幅に依存して付加情報を伝送することができ、それに
よって画像シーケンスを徐々に(漸進的に)品質改善することができるようにな
る。たとえばこの場合、付加情報の伝送にあたり、符号化すべき個々の画像の品
質改善を考慮して付加情報の重要な部分がまず最初に送られる。さらに有利には
、この画像の品質の向上がその画像について均等に行われる。
ャネルを介して受信機へ伝送される。たとえばそのチャネルは妨害を受けている
可能性があり、その結果、そのチャネルにおいては妨害発生中、本来利用可能な
帯域幅を使えなくなってしまう。ここで言及しておくと情報源符号化において基
本情報を利用することができ、この基本情報は付加情報に基づき(段階的に)拡
張され、チャネルを介してビットストリームのかたちで受信機へ伝送される。チ
ャネルに関して重要であるのは、それが妨害に依存して場合によっては強く変動
する帯域幅を有していることである。そのような妨害は予測不可能であるかまた
は予測困難であるため、付加情報を使用しなければチャネル帯域幅の急激な落ち
込みにより、受信機において画像シーケンスをもはや識別できなくなってしまう
か、もしくは品質が著しく劣化して識別されることになってしまう。たとえばエ
ラーの加わっているチャネルに対しても形成された基本情報によって、符号化さ
れた画像シーケンスの所定の基本品質が保証されて、その品質が上述の付加情報
に基づき(段階的に)改善される。チャネルで妨害が発生すると付加情報の一部
分が失われるが、その結果、たいていの事例では基本情報により保証される画像
品質に対し段階的な改善が依然として保証されるようになる。この目的で有利に
は付加情報は、実現可能な画像の改善にとって重要な情報がまず最初にチャネル
を介して(ビットストリーム内で)伝送されるよう準備処理される。
ない伝送チャネルであっても、受信機において画像シーケンスを様々な品質で呼
び出すことができる。品質スケーリングは上述のやり方によって行われる。考え
られる適用分野は「ビデオ・オン・デマンド」アプリケーションであって、これ
が基礎とするのは、ユーザが自身により事前に設定した品質で受信を行う意志を
示し、ユーザはその品質に対してのみ支払いを行うことである。
できる。このような変換領域を成す変換の一例は離散コサイン変換(DCT変換
)である。この変換領域内で、目下の変換画像と画像シーケンスにおいて時間的
に先行する逆変換された画像との差を求めることができる。ここで逆変換された
とは、たとえば量子化後に目下の画像の逆量子化が行われることを意味し、それ
によって目下の画像に対し損失の伴う画像が得られ、これは目下の画像とは残留
誤差情報の分だけ相違することになる。逆量子化された画像に対しさらに逆変換
をかけるならば、変換されていない画像領域内における残留誤差の伴う画像を受
け取る(画像領域内の残留誤差情報)。
式である。ここではたとえばMPEG規格またはH.26x規格による画像符号
化方式とすることができる。
像シーケンスの各画像ごとにそれらの重要性に従い伝送されるように実行される
。
所定量のすべての値について反復的にそれぞれ最上位ビットがビットストリーム
に送り込まれる。このようにすれば、まずはじめにビットストリームにおいて受
信機へ最上位ビットが伝送されるようになる。したがってビットストリームが途
切れても、個々の画像のために伝送される情報がその画像について可能なかぎり
最高の品質で表示される。上述の反復ループにおいて後続の実行処理が確実にな
って、最上位ビットの次に続くビットが伝送され、その場合にはこのビットがま
だ伝送されていない最も上位のビットとなる。さてここでチャネル内の妨害が発
生した場合、伝送すべき所定量の値についてそれぞれ最も重要な(「最高の」)
ビットは伝送されてしまっている状態とすることができる。このとき、nビット
の値の分解能である残りのビットをゼロで埋めることができる。
符号化され既述のチャネルを介して復号器へ伝送されることである。復号器は基
本情報および可能なかぎり付加情報を復元するために用いられ、たとえば得られ
た画像シーケンスを表示する。
基本情報に基づき得られた画像品質の改善のためどの程度まで付加情報を処理す
べきかについて、受信側で復号器が把握しているようにしなければならない。し
たがって情報源符号化は、結果として基本情報を供給する機能的な基本層を成し
ている。基本層に対し拡張層が設けられており、これによって付加的なサービス
が提供され、つまり付加情報に基づきたとえばブロック符号化された個々の画像
ごとに画像品質の改善がもたらされる。さらにこの拡張層の上に、あるいはその
一部分として、アプリケーション(層)を設けることができ、これによりたとえ
ば上述のビデオ・オン・デマンド・アプリケーションなどにおいて明示的に制御
可能に所定の画像品質が実行される。したがってユーザは復号器の側において、
アプリケーション(層)内でそのユーザに適した予備選択を行うことができる。
この場合、対応する画像品質は基本層および拡張層により、すなわち基本情報お
よび付加情報に基づき提供される。このようにして選択モードおよびそれと結び
つけられたビデオ・オン・デマンド・アプリケーションで使われた帯域幅に対す
る決算モードを提供することができる。顧客は自身の要求された帯域幅に対し支
払いを行う。このシナリオではチャネルはシステムのボトルネックを成さない。
。この場合、殊に有利であるのは、基本情報においてすでに損失の生じがちな画
像符号化が行われており、それが付加情報の決定に効率的に算入可能な特定の結
果を与えることである。
挿入することができる。この種の後処理の利点は殊に、付加情報のどの部分がど
のような品質改善に作用するかを識別できることであり、つまりは品質改善にと
って重要な部分をまず最初にビットストリームに挿入できることである。
ーケンスの復号方法が提供される。
ロセッサユニットを有しており、これは以下のように構成されている。すなわち
、 a)画像シーケンスに対し基本情報と付加情報を求めるために、 1)情報源符号化方式に基づき基本情報を求め、この情報源符号化により画
像シーケンスと符号化済みの画像シーケンスとの間で残留誤差情報が生成される
ステップと、 2)残留誤差情報を段階的に表すため、この残留誤差情報を複数の周波数領
域に分割し段階的にスケーリングすることにより付加情報を生成するステップと
、 を実行し、 b)基本情報と付加情報とに基づき画像シーケンスを符号化し、この付加情報に
よって符号化品質の漸進的改善を行う、 ように構成されている。
セッサユニットを有しており、このプロセッサユニットは、画像シーケンスの各
画像を基本情報と付加情報とに基づき復元可能であるように構成されている。た
とえばこの装置は、基本情報と付加情報を適切に評価する復号器である。さらに
この復号器は所定のサービスを要求することができ、そのサービスとは種々の付
加情報のかたちで表され、たとえば所定の解像度におけるビデオ・オン・デマン
ドであり、これは基本情報と付加情報の組み合わせによってはじめて達成される
。
に殊に適している。
して伝送する様子を示す図である。
ブロックベースの画像B1 101に対し変換102が行われる。この種の変換
の一例は離散コサイン変換(DCT変換)である。その結果、ブロック103に
おいて変換係数が得られる。量子化部104において画像B1 101は損失を
伴ってマッピングされる。エントロピー符号化部105により基本情報112が
供給される。量子化された損失の伴った画像B1 101は逆量子化され(ブロ
ック(106参照)、その結果、対応する変換係数107および逆変換108に
よって第2の画像B2 109が供給され、これは第1の画像B1 101に対し
残留誤差情報を有しており、すなわち画像品質が低減されている。両方の画像B
1とB2の間の残留誤差は量子化誤差(ブロック104参照)に起因するもので
あり、これは意図的に甘受しているものであって、それというのも基本情報内で
データ圧縮を達成し、質的に劣る伝送チャネルに関しても伝送が保証されるよう
基本情報を定めることができるようにするためである。たとえば帯域幅のごく僅
かなベースチャネルがあるので、高いデータ圧縮率は画像シーケンス伝送のため
の前提条件である。
情報rest_2 111が描かれている。これら2つの残留誤差情報は図2お
よび図3に示されているようにして後続処理され、それぞれ付加情報206もし
くは306が生成される。原理的には完全な符号化および残留誤差情報の伝送に
より、基本情報と生成すべき付加情報とに基づいて画像B1の完全な再構成が可
能となる。
明した第1の残留誤差情報rest_1 110は、第1の画像B1と第2の画
像B2(図1の101と109を参照)との間の差に基づき得られる。したがっ
てその結果として差分画像B_diff 201が得られる。この差分画像B_
diff 201はサブバンド分解部202へ導かれる。サブバンド分解202
をたとえばウェーブレット変換もしくはウェーブレットパケット変換によって構
成することができる。その結果、差分画像201について別個に、ローパス成分
およびハイパス成分もしくはローパス成分とハイパス成分のミックスされたもの
がそれぞれ得られる。フィルタリングされたこれらの情報はエントロピー符号化
部へ導かれ、これは有利には品質スケーラブルなかたちで実行される(ブロック
204参照)。ブロック205においてデータに対し後処理が施され、その目的
は基本情報112だけから成る符号化された画像B1の品質をできるかぎり向上
させることにある。このことはたとえば、最初に最大の改善が生じるよう付加情
報を求め、この改善自体が符号化された画像のできるかぎりすべてのブロックに
均等にあてはまるようにすることによって行われる。この目的を達成するための
後処理の特別な可能性については後述する。
れているように残留誤差情報rest_2 111は、第1の画像B1と第2の
画像B2の差からそれぞれ変換空間(図1のブロック103および107を参照
)内で求められる。その結果、ブロックベースで表された差分画像301が変換
空間内で得られ、その際、各ブロックごとに決められた周波数成分がまえもって
与えられている。DCT変換の結果として1つの直流成分と多数の交流成分が生
じる。ステップ302において、それぞれすべての直流成分もしくは個々の周波
数のすべての交流成分がまとめられるよう、これらの周波数帯域が分類しなおさ
れる。このことはブロック303でシンボリックに表されており、これはブロッ
ク301と同じ情報をもっているけれども、すべてのブロックに関する個々の周
波数領域もしくは直流成分に対する係数がまとめられている。このような分類の
メカニズムについては図5のところでも説明する。周波数帯域の再分類後、縁と
エントロピー符号化304が行われ、これは品質スケーラブルなかたちで実行さ
れる。そのあとで後処理305が実行され、それによって付加情報306が得ら
れ、これは品質向上に関して重要な成分がまず最初にビットストリームを介して
伝送されるように構成されている。
つのビットストリーム401に統合する様子が描かれている。この統合は符号化
器404の側で行われる。ビットストリーム401はチャネル402を介して受
信機もしくは復号器403へ伝送される。このチャネルは所定の帯域幅を有して
おり、その帯域は場合によっては何らかの妨害の影響を受けて、帯域幅自体が変
動する可能性がある。そこでチャネルの帯域幅をできるかぎり効率的に利用して
、受信機において画像シーケンスをできるかぎり最良の品質で描くことができる
ようにする目的が生じる。基本情報112によりビットストリーム401の一部
分として所定の基本品質が保証され、これは基本的にチャネルを介して広範囲に
わたり障害のない状態で受信機に到来し復号可能である。それによって生じる画
像シーケンスの品質は改善の余地がある。この品質改善は付加情報によって達成
される。付加情報はビットストリーム401に添えられ、やはりチャネル402
を介して受信機または復号器403へ伝送される。ビットストリームはビット列
をなしており、この場合、基本的に各画像ごとに1つの特定の時間窓が使われる
。ここでチャネルの帯域幅がこの時間窓内で変動すると、データがすべては受信
機には到来しなくなる可能性があり、したがってどの付加情報をどの順序でビッ
トストリームに組み込むのかを綿密に選定する必要がある。
早めにビットストリームに組み込まれるよう、付加情報が構成されている。さら
に格別有利であるのは、画像の品質改善を受けもつ付加情報が画像全体において
均等に品質改善作用を及ぼすようにすることである。このことは、重要な情報す
なわち大きい改善を可能にする残留誤差情報の部分を符号化された画像のすべて
のブロックに関して均等にビットストリームに組み込むことにより保証され、こ
のようにすることで受信機の側で、どれだけ多くの付加情報を既述の時間窓内で
伝送できたかに応じて、画像のすべてのブロックに対して均等な改善が行われる
ようになる。この目的でたとえば上述の周波数帯域の再分類が用いられる。この
場合、周波数帯域再分類の目的は、まずはじめに画像のすべてのブロックに対し
大きな改善を施し、ついで徐々に品質をいっそう改善していくことである。その
間に付加情報のビットストリームが途切れると、そのときまでに画像のほぼ最適
な改善が達成され、それによって提供された帯域幅が効率的に利用されたことに
なる。
れている。
この画像には、有利には8×8または16×16個のピクセルをもつ複数の画像
ブロックが含まれており、マクロブロックも含まれている。4×4個のピクセル
サイズここでは変換領域の係数をもつこの種のマイクロブロックが、ブロック5
02として表されている。ブロック502は複数の係数を有しており、これらの
係数の一部分が係数A1,B1,C1,D1,E1として表されている。マクロ
ブロック502と同様に画像501内にはそれ以降のマイクロブロックが形成さ
れている。一例として各マクロブロックごとに最初の係数A2〜A9が示されて
いる。有利には第1の係数は直流成分であり、これは画像の改善に重要な役割を
果たす。再分類後、ブロック503内に描かれているような構造が生じる。変換
された画像301もしくは501は、種々の係数の個数と同じ個数のサブブロッ
クが生じるよう分類しなおされる。たとえばブロック503には、変換された画
像301もしくは501のすべてのマクロブロックにおけるすべての直流成分を
有するサブブロック504が含まれている。ブロック504における直流成分は
係数A1〜A9として表されている。これと同様に、それぞれ同じ種類のすべて
の交流成分B〜Eがまとめられている。
ブロックについて均等な改善を達成できるようになる。
対し図5のブロック504として描かれている直流成分を受信機へ伝送しなけれ
ばならない。この場合にもやはり、伝送された付加情報に基づきどのようにして
できるかぎり効率的な改善を達成できるか、ということが問題となる。ここで殊
に不利となるのは、最初に係数A1を完全な分解能で伝送し、ついで係数A2を
完全な分解能でただちに伝送することである。そうではなく有利であるのは、係
数A1の重要な成分を伝送した後、係数A2の重要な成分を伝送するという具合
に行うことである。このようにすれば、付加情報を効率的かつ早期にすべての係
数A1〜A9について、つまり考慮の対象となるマクロブロックについて、確実
に改善が達成されるようになり、これによれば改善の分解能自体を段階的にあと
から追加することができる。ここで改善の分解能は各々係数をもつビットの個数
に係わるものである。
およびそれに付随する説明を参照されたい。既述のように、各係数A1〜A9は
nビットの分解能をもっている。図6に示した例ではnは6である。したがって
各係数ごとに最上位ビット(Most Significant Bit, MSB)が存在する。ビット
ストリームにおける付加情報の効率的な利用に関して有利であるのは、まずはじ
めにすべての係数A1〜A9について最上位ビットを伝送することである。その
後、残りの上位のビットが伝送され、という具合にして伝送が行われる。
それによって付加情報の効率的な編成のやり方を示そうというものである。
述のメカニズムにより、すでに伝送された付加情報が画像を復号器側で効率的に
改善するようになる。
ころで付加情報の前処理を行うようにし、それらの付加情報の伝送順序に従い最
初に個々の画像ができるかぎり改善されるようにすることもできる。したがって
たとえばRD最適化("Rate Distortion" 最適化)に関して後処理を行うことが
できる。これによれば付加情報は、できるかぎり大きい改善を生じさせる付加情
報すなわち歪みや残留誤差を最大に低減する付加情報がまずはじめにビットスト
リームにおかれるよう再編成される。
ロックベースの基本層符号化における種々の量子化パラメータを利用して、符号
化時に省くことのできる重要でない領域を推定することができる。
留誤差情報の再分類が行われる。ブロックベースの変換から出発して、i番目の
ブロックの(n,m)変換係数が(n,m)周波数帯域のi番目の個所に伝送さ
れる(図5参照)。
号化において実現される量子化に依存して、ある係数に対しビットプレーンを明
示的に割り当てることが挙げられる。この場合、基本層の相応の量子化インター
バルが付加情報に対する後続処理のためその周縁とともに再構成される。そして
ビットプレーンは、該当するインターバルを2つの半部に連続的に分解すること
により得られる。正のオリジナル係数が左側もしくは右側の部分インターバルに
存在していれば、目下のビットプレーンにおいて残留誤差に対しゼロもしくは1
が割り当てられる。負の係数については鏡像的に同じことがあてはまる。
って与えられ、したがってビットプレーンの個々の数は基本層における個々の量
子化に依存することになる。基本層において粗い量子化の行われた係数には、(
量子化の細かさに応じて)すでに細かい量子化の行われた係数よりも多くのビッ
トプレーンが与えられる。このようにして得られた係数あたりいくつのビットを
送信すべきであるかという情報を、微細化をあとで送信するために利用すること
もできる。
換を用いるとき、たとえばビットレートコントロールなどにより呼び出されて、
基本層において量子化パラメータをブロックに依存して(位置に依存して)選択
することによって、付加情報生成のための層(拡張層)における不均一性が効率
的に補償されるようになる。個々のマクロブロックのための量子化パラメータが
1つの画像内で強く変動した場合、この変動は拡張層において送信された各ビッ
トプレーンによって低減され、そのようにして(基本情報と付加情報の考慮され
た)均等な量子化が追求され、このことは復号器側での均等な品質の点で反映さ
れる。
の量子化インターバルから出発してこのインターバルは、係数のためのビットが
復号される頻度で微細化される。これに続いて、結果として生じたインターバル
内で再構成値の割り当てがたとえばインターバル中心点によって行われる。
、拡張層において初回に重要になる係数のためだけに極性符号情報が送信される
ことである。
本層の再構成された係数の(仮想の)参照値と対応するオリジナル係数との間の
差分形成も、残留誤差表現の別の可能性を成すものである。この場合、正の(負
の)係数のときに基本層の量子化インターバルの左側(右側)の周縁にセットさ
れる参照値を利用することで、不必要な極性符号情報を送る必要がなくなる。さ
らに各サブバンドごとに、初回にサブバンド係数が重要とされるビットプレーン
を識別して、ゼロプレーンの不必要な符号化を避けるようにする。
される。この場合、1つの係数はそれにとって有意な情報が存在しなくなるまで
、つまり再構成にあたりその係数がゼロにマッピングされることになるまで、有
意状態にある。ここでその有意性の指示が待ち受けられ、その際、係数はk番目
のビットプレーンにおいてその振幅aが 2k≦|a|<2k+1 の範囲にあるとき有意になる。第1回目に「1」が送信されると、係数はこの「
1」の符号化後にその状態を変化させ、係数は微細化状態に移行して、すべての
後続のビットが微細化ビットとして表される。
は継続的に講師更新される。このマトリックス中の「1」は、係数がすでにその
有意性を指示してしまっており、したがって微細化状態にあることを意味する。
また、0は有意状態に対応し、つまりその係数にとって有意性が待ち受けられて
いる。
レーン)のどの実行処理においてどのルーチンで処理すべきかが判定される。こ
の場合、有意マトリックスは1つのビットの符号後、ただちに更新される。
基本層からできるかぎり多くの情報を利用するのが重要である。つまりたとえば
、拡張層において符号化の開始にあたり有意マトリックスを基本層からの有意情
報によって初期化するのが有効である。
ーチンが用いられる。ここで共通することは、すべてのルーチンはバイナリシン
ボルの適応算術符号化を利用することであり、その際、コンテクスト形成により
ルーチンの効率が適切なやり方でサポートされる。
号化すべき係数のすぐ周囲からの有意状態が算入される。
情報から成るコンテクストが利用される。しかしこのルーチンが呼び出されるの
は、係数が初回にその有意性を示したときだけである。
号化するために、ゼロスペース(ゼロツリー)もしくはランレングスを用いるこ
とができる。
有意が現れた後、コンテクスト形成により行われ、これには隣り合う係数の有意
状態が関与する。その下に位置するビットプレーンにおいては1つの適応モデル
だけが用いられる。
より1つのビットプレーンのビットを相前後して符号化する。フラクタルビット
プレーンの着想によれば、複数の実行処理において目下符号化すべきビットプレ
ーンをスキャンし、それらの状態とそれらの周囲に従い1つのフラクタルビット
プレーンにビットを割り当てる。
が優先される(場所よりも優先)。RDファンクション(RD = Rate Distortion
)に強く最適に影響を及ぼすことの予期される情報を、まずはじめに送信すべき
である。このコンセプトによってはじめて、1つのビットプレーン内で最適なR
Dカットオフポイントをみつけることもでき、つまりは細分性を高めることもで
きる。
トプレーンにおける最初の実行処理により、係数が有意な周辺に存在していると
いう条件のもとでのみ有意情報が符号化される。2番目の実行処理において細分
化情報そのものが符号化される一方、3つめの処理において、まだ欠けている残
りの有意情報が符号化される。3つの実行処理すべてに上述のような個々の符号
化ルーチンが割り当てられる。
ば、個々のバンドもしくは成分の処理順序ひいてはそれらに対応するビットスト
リーム中の配分を定める必要がある。バンド配置に関しては、ジグザグスキャン
が適しているとみなすことができる。
ことである。補足的にとはこの事例では、本来の符号化後にビットストリーム中
の個々の符号セグメントを新たに配列しなおすことである。このコンセプトの前
提となるのは、ビットストリームが(独立した符号化により)符号セグメントに
分解可能であり、かつ個々のセグメントのレート/歪み特性に関する情報が存在
することである。この場合、符号セグメントのサイズはスケーラビリティの細か
さに作用を及ぼす。
ている。時間的に相前後するディジタル化画像をもつ符号化すべきビデオデータ
ストリームは画像符号化ユニット1201へ供給される。ディジタル化画像はマ
クロブロック1202に分割され、ここで各マクロブロックは16×16個の画
素をもつ。マクロブロック1202には4つの画像ブロック1203,1204
,1205,1206が含まれており、ここで各画像ブロックは8×8個の画素
をもち、それらの画素にはルミナンス値(輝度値)が割り当てられている。さら
に各マクロブロック1202には2つのクロミナンスブロック1207,120
8が含まれており、それらの画素にはクロミナンス値(色差値)が割り当てられ
ている。
にはそれに応じてマクロブロックに16個の画像ブロックが含まれる。これは有
利にはH.26Lテストモデルにおいて使用される。
にあたり、時間的に先行する画像の画像ブロックにおける符号化すべき値が目下
符号化すべき画像ブロックから減算され、差分画像情報1210だけが変換符号
化ユニット(離散コサイン変換DCT)1209へ供給される。この目的で接続
ライン1234を介して、目下のマクロブロック1202が動き予測ユニット1
229へ伝送される。変換符号化ユニット1209において、符号化すべき画像
ブロックつまり差分画像ブロックのためにスペクトル係数1211が形成され、
量子化ユニット1212へ供給される。量子化されたスペクトル係数1213は
スキャンユニット1214へも供給されるし、帰還経路内の逆量子化ユニット1
215へも供給される。たとえばジグザグスキャン方式などのスキャン方式が実
行された後、スキャンされたスペクトル拡散係数1232に対し、エントロピー
符号化がそのために設けられたエントロピー符号化ユニット1216において実
行される。エントロピー符号化されたスペクトル係数は符号化画像データ121
7としてチャネルを介して、有利には有線または無線区間を介して、復号器へ伝
送される。
逆量子化が行われる。このようにして得られたスペクトル係数1218は逆変換
符号化ユニット1219(逆離散コサイン変換IDCT)へ供給される。再構成
された符号化値(差分符号化値とも称する)1220は、差分画像モードにおい
て加算器1221へ供給される。加算器1221はさらに画像ブロックの符号化
値も受け取り、これは時間的に先行する画像から動き補償がすでに実行された後
で得られる。加算器1221により再構成された画像ブロック1222が形成さ
れ、画像メモリ1223内に格納される。
ンス値1224が動き補償ユニット1225へ供給される。輝度値1226のた
めに補間がそのために設けられた補間ユニット1227において行われる。この
補間に基づき個々の画像ブロックに含まれている輝度値の個数が有利には2倍に
される。すべての輝度値1228は動き補償ユニット1225にも動き予測ユニ
ット1229にも供給される。動き予測ユニット1229はさらに接続ライン1
234を介して、そのつど符号化すべきマクロブロック(16×16個の画素)
の画像ブロックを受け取る。動き予測ユニット1229において、補間された輝
度値を考慮して動き予測が行われる(「半画素ベースの動き予測」)。有利には
動き予測において、目下符号化すべきマクロブロック1202と時間的に先行す
る画像から再構成されたマクロブロックの個々の輝度値における絶対的な差が求
められる。
30によって、時間的に先行する画像から選択されたマクロブロックと符号化す
べきマクロブロック1202との位置的なずれが表される。
もクロミナンス情報もこの動きベクトル1230の分だけずらされて、マクロブ
ロック1202の符号化値から減算される(デー多経路1231参照)。
トPRZEはプロセッサCPUとメモリMEMと入出力インタフェースIOSと
を有しており、このインタフェースはインタフェースIFCを介して様々なやり
方で利用される。グラフィックインタフェースを介して出力をモニタMONで見
たり、および/またはプリンタPRTでプリントアウトされる。入力はマウスM
ASまたはキーボードTASTによって行われる。さらにプロセッサユニットP
RZEはデータバスBUSを有しており、これによりメモリMEM、プロセッサ
CPUおよび入出力インタフェースIOSの接続が保証される。さらにデータバ
スBUSに、付加的なコンポーネントたとえば付加的なメモリ、データ記憶装置
(ハードディスク)あるいはスキャナなどをつなげることができる。
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942-951, 1988
する様子を示す図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 画像シーケンスの符号化方法において、 a)画像シーケンスに対し基本情報と付加情報を求めるために、 1)基本情報を情報源符号化方式に基づき求め、該情報源符号化により前記
画像シーケンスと符号化済み画像シーケンスとの間で残留誤差情報が生成される
ステップと、 2)該残留誤差情報を段階的に表すため、該残留誤差情報を複数の周波数領
域に分割し段階的にスケーリングすることにより付加情報を生成するステップと
、 を実行し、 b)前記の基本情報と付加情報とに基づき画像シーケンスを符号化し、該付加
情報によって符号化品質の漸進的改善を行うことを特徴とする、 画像シーケンスの符号化方法。 - 【請求項2】 前記画像シーケンスをビットストリームとしてチャネルを介
して受信機へ伝送する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記チャネルは妨害に晒されている、請求項2記載の方法。
- 【請求項4】 前記残留誤差情報を画像領域において画像シーケンスの1つ
の画像と該画像シーケンスの量子化画像とから求める、請求項1から3のいずれ
か1項記載の方法。 - 【請求項5】 前記残留誤差情報を変換領域において画像シーケンスの1つ
の画像と該画像シーケンスの量子化画像とから求める、請求項1から4のいずれ
か1項記載の方法。 - 【請求項6】 前記情報源符号化方式は標準化された画像符号化方式である
、請求項1から5のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】 前記標準化された画像符号化方式はMPEG規格またはH.
26x規格による方式である、請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 複数の周波数領域への前記の分割を、前記付加情報が画像シ
ーケンスの各画像ごとにそれらの重要性に従い伝送されるように実行する、請求
項2から7のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項9】 付加情報の所定量の値に関して該所定量のすべての値につい
て反復的にそれぞれ最上位ビットをビットストリームに送り込む、請求項2から
8のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項10】 前記付加情報として最大の残留誤差情報をまずはじめに伝
送する、請求項2から9のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項11】 前記付加情報を求めるときに基本情報を考慮する、請求項
1から10のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項12】 請求項1から11のいずれか1項記載の方法に従い符号化
済み画像シーケンスの復号方法において、 画像シーケンスの各画像を前記の基本情報と付加情報とに基づき復元すること
を特徴とする復号方法。 - 【請求項13】 画像シーケンスの符号化装置においてプロセッサユニット
が設けられており、該プロセッサユニットは、 a)画像シーケンスに対し基本情報と付加情報を求めるために、 3)情報源符号化方式に基づき基本情報を求め、該情報源符号化により前記
画像シーケンスと符号化済み画像シーケンスとの間で残留誤差情報が生成される
ステップと、 4)該残留誤差情報を段階的に表すため、該残留誤差情報を複数の周波数領
域に分割し段階的にスケーリングすることにより付加情報を生成するステップと
、 を実行し、 b)前記の基本情報と付加情報とに基づき画像シーケンスを符号化し、該付加
情報によって符号化品質の漸進的改善を行うことを特徴とする、 画像シーケンスの符号化装置。 - 【請求項14】 画像シーケンスの復号装置においてプロセッサユニットが
設けられており、該プロセッサユニットは、画像シーケンスの各画像を前記の基
本情報と付加情報とに基づき復元することを特徴とする、 画像シーケンスの復号装置。
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