JP2005124145A - デジタル映像データの復号化方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 受信側の復号化過程における逆量子化方法を改善して、画質を向上し得るデジタル映像データの復号化方法を提供しようとする。
【解決手段】 入力DCT係数xijを復元レベルyijにマッピングする特性を有する量子化器によりデジタル映像データを逆量子化するデジタル映像データの復号器であって、前記入力DCT係数xijの確率分布関数p(xij)を推定する過程と、該確率分布関数p(xij)により質量中心Cmを計算した後、復元レベルに設定する過程と、を行うことでデジタル映像データを復号化する。
【選択図】 図1
【解決手段】 入力DCT係数xijを復元レベルyijにマッピングする特性を有する量子化器によりデジタル映像データを逆量子化するデジタル映像データの復号器であって、前記入力DCT係数xijの確率分布関数p(xij)を推定する過程と、該確率分布関数p(xij)により質量中心Cmを計算した後、復元レベルに設定する過程と、を行うことでデジタル映像データを復号化する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、デジタル映像データの復号化方法に係るもので、詳しくは、受信側逆量子化方法を改善したデジタル映像データの復号化方法に関するものである。
最近、映像媒体の発達と共に、高容量/高画質の動映像を提供するデジタル映像サービスに対する関心が増加するにつれて、多量の映像データを相対的に少ない通信チャンネルにより伝送及び格納するための映像圧縮に対する必要性が増大されている。
又、実際の入力信号は、信号処理や映像圧縮において連続的な実数値を有するが、このような値をそのまま表現するとデータの量が無限に増加し、実際のデータを処理する過程でメモリや処理速度に対する問題が発生する。よって、前記入力信号のデータ量を離散的な値に表現する必要があるが、量子化は実数で表現されるxという入力値を有限な個数のビットに示したもので、前記映像圧縮のために量子化が必要である。
図4は一般の量子化過程を示した図で、JPEG及びMPEGのイントラフレームに共通的に適用される。
図示されたように、量子化器は、入力されたDCT係数xij(i,j=0,1,…,7)を復元レベルyijにマッピングする。このとき、前記復元レベルyijは集合{r1,・・・,rL}に属する値を有し、Lは量子化器のレベル個数である。
以下、前記量子化器のマッピング過程に対して説明する。
集合{tm,m=1,・・・,L+1}は前記DCT係数xijの範囲で、t1及びtL+1を最小及び最大値とする決定レベルである。
もし前記DCT係数xijが区間〔tm,tm+1]に属すると、m番目の復元レベルのrmにマッピングされる。このとき、前記DCT係数xijに対する図4の入出力マッピング関係は、式1のように表現される。
又、前記DCT係数xijが区間〔tm,tm+1]に属すると、前記DCT係数xijはxm={x│x∈〔tm,tm+1}}に表現され、前記xmに対する表現レベルは式2のようになる。
rm=lm・Qij (式3)
図5は図4に示された量子化器の入出力特性を示したグラフで、前記DCT入力xijが0≦xij<0.5の場合、前記復元レベルyijは0で、前記DCT入力xijが0.5≦xij<1.5の場合、前記復元レベルは1になる。
前記量子化方法は均一量子化方法であって、図4に示された均一量子化器は設計が簡単であるため、ほとんどのデジタル映像コーデックであるJPEG及びMPEGなどの符号化及び復号化方法に採択される。
然し、前記量子化器に入力されるDCT係数は、均等分布でないラプラシアン(laplacian)分布であるため、前記均一量子化方法により映像データを圧縮すると、量子化誤差が大きくなって再生画質が低下するという短所があった。
このような均一量子化器の問題点を解決するための非均一量子化器中、ロイド−マックス(Lloyd−Max)量子化器が最も代表的な最適量子化器として使用されている。
然し、該ロイド−マックス量子化器は、各量子化レベルに対して最小平均二乗誤差を有するように、最適の決定レベル及び復元レベルを算出する量子化器であって、具現複雑度が非常に高いため、実質的に使用する時に計算量が多く要求され、システム負荷が加重されるという問題点があった。
又、従来のデジタル映像データの復号化方法は、図4に示された均一量子化器により逆量子化するが、もし前記入力DCT係数の確率分布関数(Probability Distribution Function:PDF)が均等分布をなすと、従来の復号化方法は、前記ロイド−マックス量子化器と同様な性能を示すようになる。
然るに、このような従来の均一量子化器を使用するデジタル映像データの復号化方法においては、前記入力DCT係数がラプラシアン分布を有するため、量子化エラーが多く発生し、受信側で復元された映像の画質が低下するという不都合な点があった。
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、受信側の復号化過程における逆量子化方法を改善して、画質を向上し得るデジタル映像データの復号化方法を提供することを目的とする。
このような目的を達成するため、本発明に係るデジタル映像データの復号化方法は、入力DCT係数xijを復元レベルyijにマッピングする特性を有する量子化器によりデジタル映像データを逆量子化するデジタル映像データの復号器であって、前記入力DCT係数xijの確率分布関数p(xij)を推定する過程と、該確率分布関数p(xij)により質量中心Cmを計算した後、復元レベルに設定する過程と、を行うことを特徴とする。
又、入力DCT係数xijを均一量子化方法により復元レベルyijに逆量子化する過程と、前記入力DCT係数xijの確率分布関数p(xij)を推定する過程と、該確率分布関数p(xij)により質量中心Cmを計算した後、復元レベルに設定する過程と、を行うことを特徴とする。
又、入力DCT係数xijを復元レベルyijにマッピングする特性を有する量子化器によりデジタル映像データを逆量子化するデジタル映像データの復号器であって、復号器に入力されたフレームの各ブロックのピクセル位置(i,j)に対して、0に入力された値をカウントして確率分布関数P(Yij=0)を計算する過程と、該確率分布関数P(Yij=0)によりラプラシアンパラメータλijに対する信頼推定値
本発明により、入力DCT係数xijを復元レベルyijにマッピングする特性を有する量子化器によりデジタル映像データを逆量子化するデジタル映像データの復号器であって、前記入力DCT係数xijの確率分布関数p(xij)を推定する過程と、該確率分布関数p(xij)により質量中心Cmを計算した後、復元レベルに設定する過程と、を行うことを特徴とするデジタル映像データの復号化方法が提供され、それにより上記目的が達成される。
前記質量中心は、
前記確率分布関数p(xij)を推定する過程は、復号器に入力されたフレームの各ブロックのピクセル位置(i,j)に対して、0に入力された値をカウントして確率分布関数P(Yij=0)を計算する過程と、該確率分布関数P(Yij=0)によりラプラシアンパラメータλijに対する信頼推定値
前記信頼推定値
前記量子化ステップサイズQijは、入力フレームのビットストリームヘッダーに含まれた量子化パラメータ情報から検出することを特徴としてもよい。
前記ラプラシアンパラメータλijは、
前記確率分布関数p(xij)は、
本発明により、入力DCT係数xijを均一量子化方法により復元レベルyijに逆量子化する過程と、前記入力DCT係数xijの確率分布関数p(xij)を推定する過程と、該確率分布関数p(xij)により質量中心Cmを計算した後、復元レベルに設定する過程と、を行うことを特徴とするデジタル映像データの復号化方法が提供され、それにより上記目的が達成される。
前記確率分布関数p(xij)を推定する過程は、復号器に入力されたフレームの各ブロックのピクセル位置(i,j)に対して、0に入力された値をカウントして確率分布関数P(Yij=0)を計算する過程と、該確率分布関数P(Yij=0)によりラプラシアンパラメータλijに対する信頼推定値
前記信頼推定値
前記量子化ステップサイズQijは、入力フレームのビットストリームヘッダーに含まれた量子化パラメータ情報から検出することを特徴としてもよい。
前記ラプラシアンパラメータλijは、
前記平均
前記確率分布関数p(xij)は、
前記質量中心Cmは、
本発明により、入力DCT係数xijを復元レベルyijにマッピングする特性を有する量子化器によりデジタル映像データを逆量子化するデジタル映像データの復号器であって、復号器に入力されたフレームの各ブロックのピクセル位置(i,j)に対して、0に入力された値をカウントして確率分布関数P(Yij=0)を計算する過程と、該確率分布関数P(Yij=0)によりラプラシアンパラメータλijに対する信頼推定値
前記信頼推定値
前記量子化ステップサイズQijは、入力フレームのビットストリームヘッダーに含まれた量子化パラメータ情報から検出することを特徴としてもよい。
前記ラプラシアンパラメータλijは、
前記確率分布関数p(xij)は、
前記質量中心Cmは、
本発明に係るデジタル映像データの復号化方法は、均一量子化器を採択するほとんどのデジタル映像復号器に適用することで、質量中心により最適化された復元レベルを利用して再生画質を向上し得るという効果がある。
以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
本発明に係るデジタル映像データの復号化方法は、ロイド−マックス量子化器より少ない演算量によって、前記ロイド−マックス量子化器に近接された性能を得るための方法である。
非均一量子化器であるロイド−マックス量子化の設計観点では、最適の決定レベルは、相互隣接した決定レベルの質量中心に位置するため、量子化器に入力されたDCT係数の確率分布関数が推定されると、最適に近接された決定レベルを探すことができる。
本発明では、式3により算出された復元レベルrmの代りに、区間〔tm,tm+1]の質量中心を決定レベルxmの新しい復元レベルCmに決定するが、該新しい復元レベルCmは、式4のように表示される。
前記式4を適用するためには、復号器がp(xij)を知るべきである。
以下、前記xijの確率分布関数p(xij)を効率的に推定する方法に対して説明する。
一般に、輝度DCT係数のAC(alternate current)成分は、式5のようなラプラシアン分布として知られている。
前記式5によると、確率変数の
上式7により計算されたラプラシアンパラメータと実際のブロックの特定位置における確率分布関数とを比較することで、式7の信頼度を検証することができる。
表1は、512×512大きさの‘Couple’テスト映像に対するラプラシアンパラメータを、式7により計算した結果を示したものである。
且つ、図1(B)は、(6,5)における実際の確率分布と表1のラプラシアンパラメータλ65=0.496により具現された確率分布とを比較して示したグラフで、図1(A)と同様に、実際の確率分布と式7により計算された確率分布とは、ほとんど類似しているため、前記結果から式7の信頼性が保障される。
然し、前記入力DCT係数xijに対して復調器から分かる情報は、前記xijの復元レベルyijのみであるため、与えられた情報yijにより前記確率変数
前記確率変数
前記ラプラシアンパラメータλijに対する信頼推定値を算出するために、図5から得られる確率関係式を利用する。
前記式11の結果を前記ラプラシアンパラメータλijに対する信頼推定値
表2は、前記式12により計算されたラプラシアンパラメータλij値を示したもので、前記表1及び表2の結果値は非常に類似している。
その結果、前記数学式12により求められたラプラシアンパラメータλij値により前記数学式4の質量中心を計算し、該質量中心値を復元レベルに決定すると、従来の均一量子化方法により求められる復元レベルに比べて一層正確な復元レベル値を算出し、量子化により発生する雑音を減少することで、復調化された映像の画質を向上することができる。
図2は本発明に係るデジタル映像データの復号化方法を示したフローチャートで、デジタル映像システムの受信側に前記発明内容を適用して復号する方法である。
まず、前記受信側に入力されたフレームの各8×8ブロックの64個のピクセル位置(i,j)に対して、0に入力された値をカウントして確率分布関数P(Yij=0)を計算し(S1)、該計算された確率分布関数P(Yij=0)を数学式10に適用してラプラシアンパラメータλijに対する信頼推定値の
次いで、前記信頼推定値
次いで、前記数学式12により算出されたラプラシアンパラメータλijを前記数学式5に代入して各ピクセル位置(i,j)におけるラプラシアン確率分布関数P(xij)を求め(S4)、前記ラプラシアン確率分布関数P(xij)を前記数学式4に適用して計算することで質量中心を算出した(S5)後、該質量中心を復元レベルに設定する(S6)。
このように、本発明は、前記質量中心を復元レベルに設定して復号化することで、従来の復号化方法より復元された映像の画質を一層向上することができる。
図3は従来の均一量子化器と本発明で提案された方法による量子化器との率−歪み性能を比較して示したグラフで、本発明の結果値は、従来の標準均一量子化器より全てのエントロピーレベルで低い平均二乗誤差を有する。よって、本発明に係る復号化方法が従来の復号化方法より優秀で、特に、小さなエントロピーレベルでは従来の量子化器より性能が著しく優秀であることが分かる。
又、本発明に係る復号化方法及び従来の復号化方法の再生画質を客観的に評価するために、PSNR(Peak Signal to Noise Ratio)を比較して表3に示した。
前記表3によると、全ての指標q値に対して、本発明の復号化方法によるPSNR値が従来の復号化方法によるPSNR値より高く、本発明に係る復号化方法により得られるPSNR利得は約0.2〜0.5dBであることが分かる。
以上説明したように、本発明に係るデジタル映像データの復号化方法は、均一量子化器を採択するほとんどのデジタル映像復号器に適用することで、質量中心により最適化された復元レベルを利用して再生画質を向上し得るという効果がある。
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
(要約)
本発明は、受信側の復号化過程における逆量子化方法を改善して、画質を向上し得るデジタル映像データの復号化方法を提供しようとする。
(要約)
本発明は、受信側の復号化過程における逆量子化方法を改善して、画質を向上し得るデジタル映像データの復号化方法を提供しようとする。
入力DCT係数を復元レベルにマッピングする特性を有する量子化器によりデジタル映像データを逆量子化するデジタル映像データの復号器であって、前記入力DCT係数の確率分布関数を推定する過程と、該確率分布関数により質量中心を計算した後、復元レベルに設定する過程と、を行うことでデジタル映像データを復号化する。
Claims (21)
- 入力DCT係数xijを復元レベルyijにマッピングする特性を有する量子化器によりデジタル映像データを逆量子化するデジタル映像データの復号器であって、
前記入力DCT係数xijの確率分布関数p(xij)を推定する過程と、
該確率分布関数p(xij)により質量中心Cmを計算した後、復元レベルに設定する過程と、を行うことを特徴とするデジタル映像データの復号化方法。 - 前記量子化ステップサイズQijは、
入力フレームのビットストリームヘッダーに含まれた量子化パラメータ情報から検出することを特徴とする請求項4記載のデジタル映像データの復号化方法。
- 入力DCT係数xijを均一量子化方法により復元レベルyijに逆量子化する過程と、
前記入力DCT係数xijの確率分布関数p(xij)を推定する過程と、
該確率分布関数p(xij)により質量中心Cmを計算した後、復元レベルに設定する過程と、を行うことを特徴とするデジタル映像データの復号化方法。 - 前記量子化ステップサイズQijは、
入力フレームのビットストリームヘッダーに含まれた量子化パラメータ情報から検出することを特徴とする請求項10記載のデジタル映像データの復号化方法。 - 入力DCT係数xijを復元レベルyijにマッピングする特性を有する量子化器によりデジタル映像データを逆量子化するデジタル映像データの復号器であって、
復号器に入力されたフレームの各ブロックのピクセル位置(i,j)に対して、0に入力された値をカウントして確率分布関数P(Yij=0)を計算する過程と、
該確率分布関数P(Yij=0)によりラプラシアンパラメータλijに対する信頼推定値
該信頼推定値
該ラプラシアンパラメータλijにより前記確率分布関数p(xij)を算出する過程と、
該確率分布関数p(xij)により質量中心Cmを計算する過程と、
該質量中心Cmを新しい復元レベルに設定する過程と、を行うことを特徴とするデジタル映像データの復号化方法。 - 前記量子化ステップサイズQijは、
入力フレームのビットストリームヘッダーに含まれた量子化パラメータ情報から検出することを特徴とする請求項17記載のデジタル映像データの復号化方法。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051026 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20060119 |
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A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20060124 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060706 |