JP2005532725A - ビデオ符号化における内挿フィルタタイプの選択方法および選択システム - Google Patents

ビデオ符号化における内挿フィルタタイプの選択方法および選択システム Download PDF

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Abstract

動き補償予測に基づいてビデオシーケンスを符号化する方法および符号化システムであり、内挿フィルタを使用することによって、ビデオシーケンスの画像のブロックに対する予測ピクセル値が生成される。複数の画像タイプと関連して使用される内挿フィルタは、単一の画像タイプと関連して使用される内挿フィルタより短い、あるいは、より少ない係数しか持っていない。それゆえに、複数の画像タイプの内挿フィルタの複雑度を減少させることができる。さらに、画像のブロックの特性、画像のブロックのサイズ、および画像のブロックの形の少なくとも１つに基づいて、内挿フィルタを変更することができる。

Description

本発明は、概してイメージ（画像）の符号化に関し、より詳細には、ディジタルイメージシーケンスの圧縮システムに関する。
通常のビデオコーデック（video codec）は、動き補償予測および予測誤り符号化を基本とする。ここで、動き補償予測は、ビデオフレーム間の動きの解析および符号化と、動き情報を用いたイメージセグメントの再構築により得られる。また一方で、予測誤り符号化は、動き補償イメージセグメントと元のイメージの対応するセグメントとの間の差分の符号化に使用される。予測誤り符号化の精度は、利用可能な帯域幅と符号化ビデオに対し要求される品質に依存して調整することができる。通常の離散的コサイン変換（ＤＣＴ）に基づくシステムでは、ＤＣＴ係数の量子化で使用される量子化パラメータ（ＱＰ）を特定の精度に合わせて変化させることにより上記の調整を行うようになっている。
一般に、符号化システムでは、符号化信号を表す１組のパラメータを用意する。これらのパラメータは、エントロピーにより符号化され、符号化された信号のデコーディングと再構築のためにデコーダに送信される。エントロピー符号化器の圧縮性能の改善のために、しばしば、エンコーダおよびデコーダの両方に利用され得る情報から上記パラメータを予測する。この予測により、エントロピー符号化器は、実際のパラメータ値と予測値との間の小さな相違による差分のみを符号化するだけで済み、符号化利得につながる。
ディジタルイメージは、通常、以下に示すようにＮ×Ｍ行列の形式に配列した等間隔のサンプルにより表し、行列の各要素は離散量である。この行列の要素Ｆ（ｘ、ｙ）は、イメージエレメント、画素、ピクセル、またはぺル（pel）と呼ばれる。座標（ｘ、ｙ）は、イメージ内のピクセルの位置を示しており、ピクセルの値Ｆ（ｘ、ｙ）は、ｘおよびｙの整数値に対してのみ付与される。
Figure 2005532725
 通常のビデオ符号化器では、内部画像（Ｉ−画像）、予測画像（Ｐ−画像）および双方向予測あるいは２つの予測画像（Ｂ−画像）の３つのタイプの画像を使用する。図１Ａは、Ｉ−画像とＰ−画像とからなる典型的なビデオシーケンスの例を示す。Ｉ−画像のブロック（Ｉ−ブロック）は参照画像に依存しないという意味において、Ｉ−画像は独立にデコードすることができる。Ｐ−画像は利用可能な参照画像に依存することができ、Ｐ−画像のブロックは、Ｉ−ブロック、または１つの参照画像に依存するＰ−ブロックのいずれかとすることができる。図１Ｂは、Ｉ−画像、Ｂ−画像およびＰ−画像からなる典型的なビデオシーケンスの例を示す。Ｂ−画像は、時間的に前後の画像に依存することが可能である。Ｂ−画像のブロックは、Ｉ−ブロック、Ｐ−ブロック、または２つの参照画像に依存するＢ−ブロックとすることができる。
Ｐ−画像は、ビデオシーケンスにおける連続するフレーム間の時間的冗長性を利用する。元のビデオシーケンスの画像をＰ−画像として符号化する際に、上記の元のビデオシーケンスの画像を正方形の領域（ブロック）に分割し、以前に符号化されかつ送信された参照画像と呼ばれる複数のフレームＦrefの１つから上記ブロックを予測するようになっている。上記ブロックの予測情報は、２次元の動きベクトル（△ｘ、△ｙ）によって表現される。ここで、△ｘは水平変位であり、△ｙは垂直変位である。動きベクトルを参照画像と共に動き補償の過程で使用することによって、予測画像Ｆpredのサンプルが構築される。
Figure 2005532725
動きベクトルは、動き評価のプロセスの過程で見出される。予測誤り、すなわち、元の画像と予測画像Ｆpredとの間の差分は、その値を幾つかの離散的変換の重み付けされた基本関数の組として表現することにより圧縮される。上記の変換は、一般に、８×８または４×４のブロックを基本にして行われる。続いて、変換係数である重みが量子化される。量子化係数は元の係数より精度が劣るので、量子化により情報損失が生じる。
量子化変換係数は、動きベクトルおよび幾つかの制御情報と共に、完全に符号化されたＰ−画像を表現する。これらの異なる形式の情報は、全体として、構文要素（syntax elements）として知られている。エンコーダからデコーダへの送信に先立って、全ての構文要素がエントロピーにより符号化され、構文要素の表現に必要なビット数がさらに削減される。エントロピーによる符号化は、損失のない動作であり、シンボルの分布特性（あるシンボルは他のシンボルより頻繁に生じる）を利用して送信あるいは記憶されるシンボルの表現に必要なビット数を最小にすることを目的とする。
デコーダでは、エンコーダと同じ方法でまず予測画像を構築し、圧縮予測誤りを予測画像に付加することによって、Ｐ−画像が得られる。量子化変換係数を使用して変換基本関数を重み付けすることによって、圧縮予測誤りが見出される。再構築された画像Ｆrecと元の画像との差分は、再構築誤りと呼ばれる。
動きベクトル（△ｘ、△ｙ）は非整数値を持つことができるので、動き補償予測には非整数位置（ｘ’、ｙ’）＝（ｘ＋△ｘ、ｙ＋△ｙ）における参照画像Ｆrefの画像値の評価が必要である。非整数位置における画像値はサブピクセル値と呼ばれており、このようなサブピクセル値を決定するプロセスは、内挿（interpolation）と呼ばれている。周辺のピクセルにフィルタを施すことによって、サブピクセル値Ｆ（ｘ、ｙ）が算出される。
Figure 2005532725
 ここで、ｆ（ｋ、ｌ）はフィルタ係数であり、ｘ’およびｙ’をそれぞれ整数値に切り捨てることによってｎおよびｍが得られる。フィルタ係数は、一般に、ｘ’およびｙ’の値に依存する。使用される内挿フィルタは、通常、分離可能であり、この場合、サブピクセル値Ｆ（ｘ’、ｙ’）は、以下のように算出することができる。
Figure 2005532725
 Ｂ−画像の場合、２つの異なる参照画像から１ブロックを予測することができる。各ブロックに対して２組の動きベクトル（△ｘ1、△ｙ1）および（△ｘ2、△ｙ2）が存在し、これらの動きベクトルは、それぞれが使用する各々の参照画像に対応する。上記の予測は、これらの２つの参照画像のピクセル値を組み合わせることにより行われる。一般に、２つの参照画像のピクセル値が平均される。
Figure 2005532725
非整数位置におけるピクセルの内挿は、隣接するピクセル値にフィルタを適用して行われる。通常、高次のフィルタはよりよい結果を生む。複数画像予測を使用する（例えばＢ−画像において）場合、ピクセルが取り出される各画像に対して内挿を行わなければならない。それゆえに、２つの参照画像からの予測では、１つの画像のみからの予測と比較して２倍の内挿数が必要である。したがって、複数画像予測の複雑度は、単一画像予測の場合よりかなり高い。
本発明によるイメージ符号化システムでは、動き補償に使用される全ての動き情報は、Ｈ．２６３およびＨ．２６４などの既存のビデオ符号化標準に規定されるものに類似する。例えば、Ｔ．ウイーガント（t. Wiegand）による文献である「合同ビデオ標準に関する合同委員会案（ＣＤ）（ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６４ ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４９６−１０ＡＶＣ）（"Joint Committee Draft（CD）of Joint Video Specification（ITU-T rec.H.264 ISO/IEC 14496-10 AVC）"）」（ＩＳＯ／ＩＥＣ ＭＰＥＧおよびＩＴＵ−Ｔ ＶＣＥＧからなる合同ビデオチーム（ＪＶＴ）によるＤｏｃ．ＶＴ−Ｃ１６７：２００２年５月発行）にて提示されているＨ．２６４ビデオ符号化標準の草案によれば、Ｐ−ブロックは全て、係数（１、−５、２０、２０、−５、１）／３２を伴う６タップ内挿フィルタと双線形フィルタとの組み合わせを使用して予測される。次に、図２に関連して、このようなフィルタの実施構想を説明する。図２でラベル「Ａ」を付した位置は、整数位置の参照画像サンプルを表す。他の記号は、分数のサンプル位置における内挿値を表す。
Ｈ．２６４ビデオ符号化標準によれば、サブピクセル値の内挿は、画像の輝度要素（ｌｕｍａ）および色度要素（ｃｈｒｏｍａ）の両方に適用可能である。しかしながら、簡単化のため、ここでは、輝度要素におけるサブピクセル値の内挿のみについて説明する。動き補償プロセスの複雑度と解像度の要求に依存して、輝度要素におけるサブピクセル値の予測を４分の１サンプル解像度あるいは８分の１サンプル解像度で実行することができる。さらに、簡単化のために、以下では４分の１のサンプル内挿のみについて説明するが、サブピクセル値の内挿プロセスおよび内挿の解像度の厳密な細目は本発明による方法の適用性に影響を及ぼさないことを理解されたい。
Ｈ．２６４に従って定義される４分の１サンプル解像度のサブピクセル値内挿手順によれば、４分の１サンプル位置における予測値は、整数および２分の１サンプル位置におけるサンプルを平均することにより生成される。以下に、図２を参照して各位置に対するプロセスを説明する。
水平方向の整数位置における最も近いサンプル「Ａ」に６タップフィルタ（前述した）を適用して中間値ｂをまず算出することにより、ラベル「ｂh」を付した２分の１サンプル位置におけるサンプルが得られる。次式により、「ｂh」の最終値が算出される。
Figure 2005532725
 ここで、ｘ＞＞ｎは、ｘの２の補整数表現をｎバイナリディジットだけ算術的に右にシフトすることを示しており、数学関数「ｃｌｉｐ１」は以下のように定義される。
Figure 2005532725
垂直方向に適用されるフィルタにより等価的に、ラベル「ｂv」を付した２分の１サンプル位置におけるサンプルが得られる。
垂直方向あるいは水平方向のいずれかにおける最も近い２分の１サンプル位置の中間値ｂに６タップフィルタを適用して中間結果ｃを形成することにより、ラベル「ｃm」を付した２分の１サンプル位置におけるサンプルが得られる。次式を使用して、最終値が算出される。
Figure 2005532725
以下のように、整数あるいは２分の１サンプル位置における最も近い２つのサンプルを、端数を切り捨てて平均することにより、ラベル「ｄ」、「ｇ」、「ｅ」および「ｆ」を付した４分の１サンプル位置におけるサンプルが得られる。
Figure 2005532725
−次式を使用して、対角線方向における最も近い「ｂh」および「ｂv」サンプルを、端数を切り捨てて平均することにより、ラベル「ｈ」を付した４分の１サンプル位置におけるサンプルが得られる。
Figure 2005532725
−次式を使用し、整数位置における最も近い４つのサンプルを用いて、ラベル「ｉ」を付した４分の１サンプル位置におけるサンプルが算出される。
Figure 2005532725
ＭＰＥＧ−１、ＭＰＥＧ−２、ＭＰＥＧ−３、Ｈ．２６３およびＨ．２６４などの既存のビデオ符号化標準では、予測のタイプにかかわらず同じ内挿フィルタが適用される。このような内挿フィルタを適用することは必ずしも常に効果的ではないことが分かっている。画像予測における複雑度を軽減させるようなディジタルイメージの符号化方法および符号化システムを提供することが有利であり、かつ望ましい。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ビデオシーケンスの画像のブロックの特性に応じて、画像予測に適用される内挿フィルタの複雑度を減少させることが可能なビデオシーケンスを符号化する方法およびビデオシーケンスを符号化するための符号化システムを提供することを目的とするものである。
本発明の第１の態様によれば、複数の画像を含むビデオシーケンスを符号化する方法であって、上記ビデオシーケンスの画像を複数のブロックに分割し、上記ビデオシーケンスにおける単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、上記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する単一画像予測タイプ、および、上記ビデオシーケンスにおける２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、上記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する複数画像予測タイプを少なくとも含むような、複数の異なる動き補償予測タイプの１つを使用して上記画像の１つのブロックを符号化するための方法が提供される。このような方法は、上記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値の生成に使用される内挿フィルタの複雑度が、当該ブロックの特性に依存することを特徴とする。
上記内挿フィルタの複雑度は、上記画像の１つのブロックの符号化に使用される動き補償予測タイプに依存する。
上記内挿フィルタの複雑度は、当該内挿フィルタのタイプを変更することにより変化させることが可能である。
上記複数画像予測タイプを使用して上記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する場合、上記内挿フィルタの複雑度が減少することが可能である。
より短いフィルタを使用して前記複数画像予測タイプを用いる場合、あるいは、より少ない係数しか持っていないフィルタを使用して前記複数画像予測タイプを用いる場合、上記内挿フィルタの複雑度が減少することが可能である。
上記内挿フィルタの複雑度は、上記ブロックのサイズ、または上記ブロックの形に依存して変化することが可能である。
好ましくは、２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタは、単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタより短い。
好適には、２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタは、４タップフィルタを含み、単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタは６タップフィルタを含む。
好適には、２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタは、サブピクセル値の算出における分数のピクセル位置に依存する。
好適には、上記の方法はまた、特定の予測タイプと関連して使用される１組の内挿フィルタを定義し、上記画像の１つのブロックの動き補償予測において使用されるべき上記１組の内挿フィルタの中から特定の内挿フィルタを指示することを含む。
本発明の第２の態様によれば、複数の画像を含むビデオシーケンスを符号化するための符号化システムであって、上記ビデオシーケンスの画像を複数のブロックに分割し、上記ビデオシーケンスにおける単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、上記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する単一画像予測タイプ、および、上記ビデオシーケンスにおける２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、上記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する複数画像予測タイプを少なくとも含むような、複数の異なる動き補償予測タイプの１つを使用して上記画像の１つのブロックを符号化するための符号化システムが提供される。このような符号化システムは、上記画像の１つのブロックの動き補償予測符号化において使用されるべき予測タイプを選択する手段と、選択された上記予測タイプに基づいて上記内挿フィルタを変更する手段とを含む。
また一方で、上記内挿フィルタを変更する手段は、上記ブロックの特性、上記ブロックのサイズ、または上記ブロックの形に基づいて当該内挿フィルタを変更する。
本発明の第３の態様によれば、複数の画像を含むビデオシーケンスのビデオ符号化システムにおいて使用される動き補償予測方法であって、上記ビデオシーケンスの画像を複数のブロックに分割し、上記ビデオシーケンスにおける単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、上記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する単一画像予測タイプ、および、上記ビデオシーケンスにおける２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、上記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する複数画像予測タイプを少なくとも含むような、複数の異なる動き補償予測タイプの１つを使用して上記画像の１つのブロックを符号化するための動き補償予測方法が提供される。このような動き補償予測方法は、動き補償予測タイプを決定することと、決定された上記動き補償予測タイプに基づいて内挿フィルタを変更することとを含む。
本発明の第４の態様によれば、画像のブロックの動き補償予測の過程において使用されるべき内挿フィルタが、使用される動き補償予測タイプに依存して選択されるような動き補償予測方法が提供される。
上記の動き補償予測方法は、ビデオエンコーダ、またはビデオデコーダにおいて実施されることが可能である。
使用される動き補償タイプが複数画像予測タイプであり、２つ以上の参照画像を使用して上記画像のブロックに対する予測を行う場合に選択される内挿フィルタは、使用される動き補償予測タイプが単一画像予測タイプであり、単一の参照画像を使用して上記画像のブロックに対する予測を行う場合に選択される内挿フィルタより少ない係数しか持っていない。
上記内挿フィルタは、上記画像のブロックの特性、上記画像のブロックのサイズ、または上記画像のブロックの形に依存して選択される。
本発明の第５の態様によれば、使用される動き補償予測タイプに依存して画像のブロックの動き補償予測の過程で使用されるべき内挿フィルタを選択する手段を有するような動き補償予測を行うための装置が提供される。
上記の装置は、ビデオコーダ、またはビデオデコーダにおいて実施されることが可能である。
使用される動き補償タイプが複数画像予測タイプであり、２つ以上の参照画像を使用して上記画像のブロックに対する予測を行う場合、上記の内挿フィルタを選択する手段は、使用される動き補償予測タイプが単一画像予測タイプであり、単一の参照画像を使用して上記画像のブロックに対する予測を行う場合に選択される内挿フィルタより少ない係数しか持っていない内挿フィルタを選択するように動作する。
上記の内挿フィルタを選択する手段は、上記画像のブロックの特性に依存して内挿フィルタを選択するように動作する。
上記の内挿フィルタを選択する手段は、上記画像のブロックのサイズに依存して内挿フィルタを選択するように動作する。
本発明の第６の態様によれば、動き補償予測を行うための装置を含むビデオエンコーダであって、上記動き補償予測を行うための装置は、使用される動き補償予測タイプに依存して画像のブロックの動き補償予測の過程で使用されるべき内挿フィルタを選択する手段を含むようなビデオエンコーダが提供される。
本発明の第７の態様によれば、動き補償予測を行うための装置を含むビデオデコーダであって、上記動き補償予測を行うための装置は、使用される動き補償予測タイプに依存して画像のブロックの動き補償予測の過程で使用されるべき内挿フィルタを選択する手段を含むようなビデオエンコーダが提供される。
本発明の好ましい実施形態では、異なる予測タイプに対して異なる動き内挿フィルタが使用される。ブロック予測のタイプに依存して、動き内挿フィルタのタイプがブロックレベルで変更される。
より詳細には、本発明では、複数画像予測を使用する場合、より短いフィルタが使用される。このようなアプローチによって、動き内挿プロセスに要求される複雑度は顕著に低くなる。これと同時に、より短いフィルタが適切に選択された場合、２つの予測の重み付けによりもたらされる付加的なフィルタ効果によって内挿品質への影響を無視することができるようになる。
本発明は、図３から図８に関してなされる本願明細書中の説明を読めば明らかになるであろう。
本発明の好ましい実施形態によれば、より短い内挿フィルタを双方向予測のＢ−ブロックに使用することによって、内挿の複雑度が減少する。例えば、特定の実施形態では、以下の４タップフィルタを使用することによって、種々の分数のピクセル位置のサブピクセル値が得られる。
Figure 2005532725
図３および図４を参照しながら、サブピクセル値の算出において前述のように定義した内挿フィルタの使用について詳細に説明する。両方の図は、内挿が行われるイメージブロックの部分を示す複数のピクセルの小行列を示すものである。図３は、水平方向における以前に定義した内挿フィルタの適用を示し、また一方で、図４は、垂直方向におけるフィルタの適用を示す。図２で導入した規定に従い、両方の図で整数のピクセル位置にあるピクセル値であって、内挿フィルタにより使用されるピクセル値を記号「Ａ」で示す。さらに、特定のピクセル値に乗算される内挿フィルタ係数を示す下付数字を各々のピクセルに添える（すなわち、Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4）。図３で、ピクセルＡ1、Ａ2、Ａ3およびＡ4を含む水平行の内挿サブピクセル値をそれぞれｘ1/4、ｘ2/4およびｘ3/4で示す。同様に図４で、ピクセルＡ1、Ａ2、Ａ3およびＡ4を含む垂直列の内挿サブピクセル値をそれぞれｙ1/4、ｙ2/4およびｙ3/4で示す。
次に図３を詳細に考察して、前述のように定義した内挿フィルタ（１／４）をピクセル値Ａ1、Ａ2、Ａ3およびＡ4に適用してサブピクセル値ｘ1/4を算出する。したがって、ｘ1/4は次式で与えられる。
Figure 2005532725
同様な方法で、内挿フィルタ（２／４）をピクセル値Ａ1、Ａ2、Ａ3およびＡ4に適用してサブピクセル値ｘ2/4を算出し、同様に以下に示すように内挿フィルタ（３／４）を適用してサブピクセル値ｘ3/4を算出する。
Figure 2005532725
次に図４を参照して、水平内挿に関して上記に説明した方法とまさに同様の方法で垂直方向のサブピクセル値の内挿を行う。したがって、図４において定義したように整数位置のピクセル値Ａ1、Ａ2、Ａ3およびＡ4に適用される内挿フィルタ（１／４）、（２／４）および（３／４）をそれぞれ使用してサブピクセル値ｙ1/4、ｙ2/4およびｙ3/4を算出する。より詳細には、以下の通りである。
Figure 2005532725
厳密にいえば、内挿フィルタの組には内挿フィルタ（０／４）が含まれる。この内挿フィルタは純粋に概念的な処置であり、整数位置のピクセル値に一致し、整数位置のピクセルと同じ値を有するサブピクセル値の算出を表している。例えば、他の４タップ内挿フィルタ（１／４）、（２／４）および（３／４）の係数を経験的に選択し、主観的な観点からしてサブピクセル値の可能な最良の内挿を行うようにする。まず、サブピクセル値の行を水平方向に内挿し（図５のステップ１およびステップ２で示すように）、次いで列毎に垂直方向に内挿し（図５のステップ３）、これによって、整数位置の複数のピクセル間の各サブピクセル位置の値が得られる。
図６は、本発明の好ましい実施形態によるサブピクセル値の予測方法を示すフローチャートである。図６のフローチャート６００に示すように、本発明の好ましい実施形態に従って実施されるビデオエンコーダが、符号化するためのビデオ画像のブロックを受信すると（ステップ６１０）、このビデオエンコーダは、ステップ６２０において、ブロックの符号化に使用される予測タイプを決定する。もし、ビデオエンコーダがブロックをＩ−ブロックとして符号化することを決定した場合、すなわち、動き補償予測を使用しないと決定した場合、当該ブロックはＩＮＴＲＡフォーマットで符号化される（ステップ６３０）。
もし、ブロックがＰ−ブロックとして符号化される場合、単一の参照画像（すなわち、ビデオシーケンスにおいて以前に符号化された画像）に関して動き補償予測を使用して、ブロックが符号化される。ビデオエンコーダは、動き補償プロセスの過程で要求されるサブピクセル値の算出に使用されるべき第１の内挿フィルタを選択する（ステップ６４０）。さらに、ビデオエンコーダは、選択された（第１の）内挿フィルタを使用して要求されるようなサブピクセル値を算出し（ステップ６４２）、参照画像を使用するブロックに対する予測を行う。もし、例えばＩＴＵ−Ｔのビデオ符号化に関する勧告Ｈ．２６４に従ってビデオエンコーダを実施する場合、Ｐ−ブロックに対してサブピクセル値を決定するプロセスは、Ｈ．２６４標準において提案されているものと同じになり、有利である。
もし、２つの参照画像の双方向予測を使用してＢ−ブロックとしてブロックを符号化する場合、ビデオエンコーダは、サブピクセル値の算出に使用されるべき内挿フィルタとして、第１の内挿フィルタとは異なる第２の内挿フィルタを選択する（ステップ６５０）。本発明の好ましい実施形態では、第２のフィルタの長さ（係数の数）は、第１のフィルタの長さ（係数の数）より短い。双方向に予測するＢ−ブロックを符号化する場合、ビデオコーダは、各々の参照画像からそれぞれ呈示される１つの予測であって、２つの別々の予測をブロックに対して行い（ステップ６５２およびステップ６５４）、第２の内挿フィルタを使用して要求されるようなサブピクセル値を算出する。さらに、エンコーダは２つの予測を平均し、これをブロックの最終予測として使用する（ステップ６５６）。第２の内挿フィルタの係数の数は第１の内挿フィルタの係数の数より少ないので、第２の内挿フィルタを使用して双方向Ｂ−ブロック予測のサブピクセル値を生成すると、第１の内挿フィルタを使用する場合の複雑度と比較して内挿プロセスの複雑度は顕著に低くなる。より詳細には、例えば第１の予測フィルタが６タップフィルタ（すなわち、６係数を有する）であり、第２の内挿フィルタが４タップフィルタ（４係数）であるような状況では、双方向Ｂ−ブロック内挿は、ピクセルの６×６行列に対して行われる２つのフィルタ動作の代わりに、ピクセルの４×４行列に対する２つのフィルタ動作を含む（実行される各々の予測に対して各々１つ）。２つの６×６フィルタ動作の代わりに２つの４×４フィルタ動作を行うので、Ｂ−画像符号化の複雑度は顕著に減少し、また一方で、内挿の正確さは最小限にのみ影響を受ける。
図７は、本発明による内挿フィルタタイプの選択方法を実行することが可能なビデオエンコーダを示すブロック図である。図７に示すように、エンコーダ７００は、実行ブロック７１０、減算器７１４、制御ブロック７２０、予測タイプの選択ブロック７３０、内挿フィルタの選択ブロック（予測タイプに基づくフィルタの選択ブロック）７５０、および予測の実行ブロック７４０を有する。
実行ブロック７１０は、符号化されるビデオ画像のシーケンスを含むビデオ入力信号を受信し、各々の受信画像を、予め定められたサイズおよび形を有する複数のブロックに分割する。
制御ブロック７２０は、各々のブロックに対する最適の予測タイプを決定するように動作する。予測タイプの選択は複数の異なる方法で行うことが可能であるが、ここでは、本発明の実施形態に従い、使用可能な各々の予測タイプを順番に調べ、所定の予測タイプを使用することにより生じるイメージの歪みの程度、および所定の予測タイプを使用するブロックの符号化に必要な情報量の両方を考慮した測定（measure）に基づいて、特定のブロックに対して選択される予測タイプに関する決定を行うように、制御ブロック７２０が構成される。一般に、この種の測定を「コスト関数」と呼ぶ。本発明の別の実施形態では、他の等価な測定を使用してもよい。
ここで考察される本発明の実施形態では、利用可能な予測タイプは（ａ）予測なし、イメージブロックをＩＮＴＲＡフォーマットで符号化すること、（ｂ）Ｐ−ブロック予測であって、ブロックの予測を単一の参照フレームを使用して行うこと、および（ｃ）Ｂ−ブロック予測であって、２つの参照フレームからの双方向予測を使用すること、である。制御ブロック７２０は、予測タイプ選択ブロック７３０に指示し、エンコーダを特定の符号化モード（Ｉ−ブロック、Ｐ−ブロック、またはＢ−ブロック）に設定することによって、各々の予測タイプを順番に選択する。さらに、制御ブロック７２０は、各々の予測タイプを使用することにより生じるコスト関数の値を算出し、ブロックに対して選択される予測タイプおよび関連する内挿フィルタのタイプを選定し、最小コスト関数を生じさせる符号化モード（Ｉ、ＰまたはＢ）に従って上記の予測タイプおよび内挿フィルタのタイプをブロック予測に使用する。
次に、特定のブロックに対する種々の予測の実行、および選択される予測タイプの選定について、さらに詳細に説明する。ここで説明するような、利用可能な３つの予測タイプが存在する本発明の実施形態では、制御ブロック７２０は、まず予測タイプの選択ブロック７３０に指示し、ビデオエンコーダをＰ−ブロック符号化モードに設定し、単一の参照フレームを使用してブロックに対する予測を行う。次に、予測タイプの選択ブロック７３０は、内挿フィルタの選択ブロック７５０に指示し、Ｐ−ブロック予測プロセスの過程でサブピクセル値を算出する内挿フィルタを選択する。さらに、選択される予測タイプおよび内挿フィルタを使用して、予測ブロック７４０においてブロックの予測が行われる。さらに、減算器７１４において予測誤りの測定が行われる。直前に行ったブロックの予測と実行ブロック７１０から入力されるブロックに対するイメージデータとを比較することによって、上記の測定が行われる。制御ブロック７２０は、減算器７１４から予測誤りの測定結果を受信し、現時点で選択されている予測タイプ（Ｐ−ブロック予測）を使用することから生じるコスト関数の値を計算する。以前に説明したように、コスト関数は、予測誤りの大きさ、およびブロックの予測と予測誤りとを表すために必要なデータ量（実質的に、対応するビデオデコーダでブロックを再構築するために必要な情報の送信に要求されるデータ量）を考慮している。次いで、制御ブロック７２０は、コスト関数の値をビデオエンコーダのメモリ（図７に示さない）に記憶する。
次に、制御ブロック７２０は予測タイプの選択ブロック７３０に指示し、ビデオエンコーダをＢ−ブロック符号化モードに設定する。このモードでは、２つの参照フレームからの双方向の予測を使用してブロック予測が行われる。さらに、予測タイプの選択ブロック７３０は、内挿フィルタ選択ブロック７５０に指示し、Ｂ−ブロック予測プロセスの過程で使用される内挿フィルタを選択する。予測ブロック７４０は、選択された予測タイプおよび内挿フィルタを使用してブロックの予測を行う。好適には、本発明によれば、Ｂ−ブロック符号化モードで選択された内挿フィルタは、Ｐ−ブロック予測で使用するために選択されたものと異なる。より詳細には、Ｂ−ブロック予測のために選択された内挿フィルタは、Ｐ−ブロック予測で使用される内挿フィルタより少ない係数しか持っていない。一度予測ブロック７４０でブロック予測が行われると、減算器７１４により予測誤りが形成され、この予測誤りは制御ブロック７２０に転送され、制御ブロック７２０で対応するコスト関数の値が算出され、ビデオエンコーダのメモリに記憶される。
最後に、制御ブロック７２０は、予測タイプの選択ブロック７３０に指示し、ビデオエンコーダをＩ−ブロック（ＩＮＴＲＡ）符号化モードに設定する。このモードでは、予測を使用せず、内挿フィルタは必要ではない。予測タイプの選択ブロック７３０は、内挿フィルタの選択ブロック７５０に適切な指示をし、ビデオエンコーダは、ＩＮＴＲＡフォーマットのブロック符号化に進む。次いで、制御ブロック７２０は、対応するコスト関数の値を算出し、算出されたコスト関数の値をビデオエンコーダのメモリに記憶する。
ここで、制御ブロック７２０は、メモリに記憶される３つのコスト関数の値を調べ、最小コスト関数値を生じさせる予測タイプに従って、選択されるブロックの符号化モードを選定する。この選定に基づき、制御ブロック７２０は、選択される予測タイプを出力する。本発明の好ましい実施形態では、選択される内挿フィルタの指示は必要ではない。なぜならば、内挿フィルタは、予測タイプの選択により明確に決定されるからである。換言すれば、特定のブロックを表す符号化情報を受信すれば、本発明に従って実施されるビデオエンコーダは、ブロックの予測タイプをデコードして判定することができ、その際にデコーダの動き補償予測の過程で使用される内挿を直接推定することができる。本発明の別の実施形態では、使用される内挿フィルタの特定の指示が、制御ブロック７２０により行われてもよく、かつ、ブロックを表す符号化情報に含まれてもよい。
図８は本発明の好ましい実施形態に従って実施されるビデオデコーダ８００を示すブロック図である。図８から分かるように、デコーダ８００は、デマルチプレサブロック８１０，予測誤りのデコーディングブロック８２０、動き補償予測ブロック８３０，内挿フィルタの選択ブロック８４０，制御ブロック８５０、加算器８６０、およびビデオ出力８７０を有する。上記デコーダは、前述のようなビデオエンコーダ７００により作成されるような符号化ビデオビットストリームを受信し、デコードするように構成される。
特に、符号化ビットストリームは、符号化ブロックに関係する符号化動き情報、予測誤り情報および制御情報を含む。符号化ビデオビットストリームは、デマルチプレクサブロック８１０にて受信され、複数の構成部分に分割される。エンコーダで所定のブロックを符号化するために使用される動き補償予測タイプに関係する制御情報が、デマルチプレクサブロック８１０によりビットストリームから抽出され、制御ブロック８５０に転送される。ブロックに関する動き情報は、動き補償予測ブロック８３０に転送され、関連する予測誤り情報は、予測誤りのデコーディングブロック８２０に転送される。
もし、制御ブロック８５０が、制御情報に基づいて、問題のブロックがＩ−ブロックとして符号化されている、すなわち、動き補償予測を用いることなく符号化されていると判定した場合、制御ブロック８５０は、ビデオデコーダ８００をＩＮＴＲＡデコーディングモードに切り替え、次いで、デコーダ８００は、ブロックを適切にデコードする。また一方で、上記制御情報が、ブロックがＰ−ブロックまたは双方向Ｂ−ブロックのいずれかとして符号化されていることを示している場合、制御ブロック８５０は、内挿フィルタの選択ブロック８４０に指示し、動き補償予測のタイプに適した内挿フィルタを選択し、次いで、デマルチプレクサブロック８１０は、ビデオビットストリームから抽出されるような対応する動き情報を使用して動き補償予測ブロック８３０がブロックをデコードするようにする。ブロックをデコードする過程で、動き補償予測ブロック８３０は、１つまたは２つ以上の参照フレーム（Ｐ−ブロックの場合は１、２方向Ｂ−ブロックの場合は２）を使用し、かつ選択される内挿フィルタを用いて要求されるようなサブピクセル値を構築することによって、ブロックの予測（予測ピクセル値）を行う。次いで、ブロックの予測ピクセル値が加算器８６０に転送される。この加算器８６０において、ブロックの予測ピクセル値と、予測誤りのデコーディングブロック８２０により形成されるようなデコードされた予測誤り情報とが組み合わされ、完全に再構築されたピクセル値のブロックが形成される。次いで、再構築されたピクセル値のブロックが、ビデオ出力８７０を介して表示または記憶のために出力される。
代替実装形態
本発明は種々の方法で実施することが可能である。
前述のような内挿フィルタに代えて、別の内挿フィルタを選択することが可能である。すなわち、異なる長さおよび／または異なるフィルタ係数の値を使用することが可能である。
ブロックの予測モードに加えて、内挿フィルタをブロックの他の特性に依存するようにすることも可能である（すなわち、サイズ、形または輝度情報）。例えば本発明の１つの代替実施形態では、６タップフィルタが、８×８ピクセルの次元を有するブロックに使用され、４タップフィルタが、４×４ピクセルの次元を有するブロックに使用される。別の代替実施形態では、正方形のブロックよりもむしろ長方形のブロックが使用され（例えば、水平次元に８ピクセルで垂直次元に４ピクセル）、より長いフィルタが水平次元のサブピクセル値の内挿に使用され（例えば、６タップフィルタ）、より短いフィルタが垂直次元のサブピクセル値の内挿に使用される（例えば、４タップフィルタ）。さらに別の代替実施形態では、異なる内挿フィルタをイメージ情報の輝度要素および色度要素に使用することが可能である。人間の視覚システムはイメージの輝度要素と色度要素に対し異なる感度を有しており（色度情報の空間的変化に対する感度がより低い）、それゆえに、ある状況では、異なるタイプの内挿フィルタを使用して輝度要素および色度要素を操作するのが適切であることもある。
ブロックモードあるいはブロックの他の特性によってフィルタを明確に定義する必要はないが、上記の情報をフィルタの組の定義に使用することが可能であり、最適のフィルタは他の手段により識別することが可能である（例えば、選択情報の送信により）。本発明の好ましい実施形態によるビデオエンコーダの説明に関連して述べたように、利用可能な予測タイプ毎に１つの内挿フィルタを準備する場合、特定の予測タイプを選択することは、所定の内挿フィルタを使用することを意味する。しかしながら、各々の予測タイプに対して２つ以上の内挿フィルタを定義するような本発明の他の実施形態では、内挿フィルタの選択に関する情報が符号化されてビデオビットストリーム内に設けられ、対応するデコーダに送信され、デコーダがそれ自体において動き補償予測に使用するための正しい内挿フィルタを選択することを可能にする。
本発明は、画像ブロックの予測に使用される任意の数の参照フレームにも適用することが可能である。理論的には、使用され得る参照フレームの数には基本的に制限がないことに注意すべきである。勿論、実際上の制限や道理にかなった制限はいくらか存在する。
本発明は、画像ブロックの予測に使用される２つまたは３つ以上の参照フレームの組み合わせに適用することが可能である。
以上、本発明をその好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、前述の形態および他の種々の形態、ならびにその細部における変更、削除および相違をなし得ることは、当業者によって理解されるであろう。
以前の画像データから予測されるＰ−画像の２つのＰ−ブロックを示す概略図である。 ２つの参照画像から予測されるＢ−画像の２つのＢ−ブロックを示す概略図である。 従来技術に係る４分の１サンプルに対する輝度要素内挿のための整数のサンプル位置および分数のサンプル位置を示す概略図である。 水平方向におけるサブピクセル値の内挿を示す概略図である。 垂直方向におけるサブピクセル値の内挿を示す概略図である。 水平方向および垂直方向の両方向における内挿によるサブピクセル値の２次元行列の構築プロセスを示す概略図である。 本発明に係るフィルタの選択方法を示すフローチャートである。 動き補償予測タイプに依存して内挿フィルタが選択されるような本発明の好ましい実施形態によるビデオエンコーダを示すブロック図である。 動き補償予測タイプに依存して内挿フィルタが選択されるような本発明の好ましい実施形態によるビデオデコーダを示すブロック図である。

Claims (38)

  1. 複数の画像を含むビデオシーケンスを符号化する方法であって、前記ビデオシーケンスの画像を複数のブロックに分割し、前記ビデオシーケンスにおける単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、前記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する単一画像予測タイプ、および、前記ビデオシーケンスにおける２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、前記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する複数画像予測タイプを少なくとも含むような、複数の異なる動き補償予測タイプの１つを使用して前記画像の１つのブロックを符号化し、
    ここに、前記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値の生成に使用される前記内挿フィルタの複雑度が、当該ブロックの特性に依存することを特徴とする、ビデオシーケンスを符号化する方法。
  2. 前記内挿フィルタの複雑度が、前記画像の１つのブロックの符号化に使用される動き補償予測タイプに依存する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記内挿フィルタの複雑度が、当該内挿フィルタのタイプを変更することにより変化させることが可能である、請求項１に記載の方法。
  4. 前記複数画像予測タイプを使用して前記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する場合、前記内挿フィルタの複雑度が減少する、請求項１に記載の方法。
  5. より短いフィルタを使用して前記複数画像予測タイプを用いる場合、前記内挿フィルタの複雑度が減少する、請求項３に記載の方法。
  6. より少ない係数しか持っていないフィルタを使用して前記複数画像予測タイプを用いる場合、前記内挿フィルタの複雑度が減少する、請求項３に記載の方法。
  7. 前記内挿フィルタの複雑度が、前記ブロックのサイズに依存して変化する、請求項１に記載の方法。
  8. 前記内挿フィルタの複雑度が、前記ブロックの形に依存して変化する、請求項１に記載の方法。
  9. ２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタが、単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタより短い、請求項１に記載の方法。
  10. ２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタが、４タップフィルタを含み、単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタが、６タップフィルタを含む、請求項１に記載の方法。
  11. ２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタが、サブピクセル値の算出における分数のピクセル位置に依存する、請求項１に記載の方法。
  12. 前記方法が、特定の予測タイプと関連して使用される１組の内挿フィルタを定義することを含む、請求項１に記載の方法。
  13. 前記方法が、前記画像の１つのブロックの動き補償予測において使用されるべき前記１組の内挿フィルタの中から特定の内挿フィルタを指示することを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 複数の画像を含むビデオシーケンスを符号化するための符号化システムであって、前記ビデオシーケンスの画像を複数のブロックに分割し、前記ビデオシーケンスにおける単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、前記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する単一画像予測タイプ、および、前記ビデオシーケンスにおける２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、前記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する複数画像予測タイプを少なくとも含むような、複数の異なる動き補償予測タイプの１つを使用して前記画像の１つのブロックを符号化し、前記符号化システムは、
    前記画像の１つのブロックの動き補償予測符号化において使用されるべき予測タイプを選択する手段と、
    選択された前記予測タイプに基づいて前記内挿フィルタを変更する手段とを含むことを特徴とする、ビデオシーケンスを符号化するための符号化システム。
  15. 前記内挿フィルタを変更する手段が、前記ブロックの特性に基づいて前記内挿フィルタを変更する、請求項１４に記載の符号化システム。
  16. 前記内挿フィルタを変更する手段が、前記ブロックのサイズに基づいて前記内挿フィルタを変更する、請求項１４に記載の符号化システム。
  17. 前記前記内挿フィルタを変更する手段が、前記ブロックの形に基づいて前記内挿フィルタを変更する、請求項１４に記載の符号化システム。
  18. ２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタが、単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタより短い、請求項１４に記載の符号化システム。
  19. ２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタが、単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタより少ない係数を持っている、請求項１４に記載の符号化システム。
  20. ２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタが、４タップフィルタを含み、単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタが、６タップフィルタを含む、請求項１４に記載の符号化システム。
  21. ２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタが、サブピクセル値の算出における分数のピクセル位置に依存する、請求項１４に記載の符号化システム。
  22. 複数の画像を含むビデオシーケンスのビデオ符号化システムにおいて使用される動き補償予測方法であって、前記ビデオシーケンスの画像を複数のブロックに分割し、前記ビデオシーケンスにおける単一の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、前記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する単一画像予測タイプ、および、前記ビデオシーケンスにおける２つ以上の参照画像のピクセル値に影響を及ぼす内挿フィルタを使用しかつ動き補償予測を用いて、前記画像の１つのブロックに対する予測ピクセル値を生成する複数画像予測タイプを少なくとも含むような、複数の異なる動き補償予測タイプの１つを使用して前記画像の１つのブロックを符号化し、前記動き補償予測方法は、
    動き補償予測タイプを決定することと、
    決定された前記動き補償予測タイプに基づいて前記内挿フィルタを変更することとを含むことを特徴とする、ビデオシーケンスのビデオ符号化システムにおいて使用される動き補償予測方法。
  23. 画像のブロックの動き補償予測の過程において使用されるべき内挿フィルタが、使用される動き補償予測タイプに依存して選択されることを特徴とする動き補償予測方法。
  24. 前記動き補償予測方法が、ビデオエンコーダにおいて実施される、請求項２３に記載の動き補償予測方法。
  25. 前記動き補償予測方法が、ビデオデコーダにおいて実施される、請求項２３に記載の動き補償予測方法。
  26. 使用される動き補償タイプが複数画像予測タイプであり、２つ以上の参照画像を使用して前記画像のブロックに対する予測を行う場合に選択される内挿フィルタが、使用される動き補償予測タイプが単一画像予測タイプであって、単一の参照画像を使用して前記画像のブロックに対する予測を行う場合に選択される内挿フィルタより少ない係数を持っている、請求項２３に記載の動き補償予測方法。
  27. 前記内挿フィルタが、前記画像のブロックの特性に依存して選択される、請求項２３に記載の動き補償予測方法。
  28. 前記内挿フィルタが、前記画像のブロックのサイズに依存して選択される、請求項２３に記載の動き補償予測方法。
  29. 前記内挿フィルタが、前記画像のブロックの形に依存して選択される、請求項２３に記載の動き補償予測方法。
  30. 前記内挿フィルタを選択する手段が、前記画像のブロックのサイズに依存して前記内挿フィルタを選択するように動作する、請求項２３に記載の動き補償予測方法。
  31. 使用される動き補償予測タイプに依存して画像のブロックの動き補償予測の過程で使用されるべき内挿フィルタを選択する手段を有することを特徴とする、動き補償予測を行うための装置。
  32. 前記装置が、ビデオエンコーダにおいて実施される、請求項３１に記載の装置。
  33. 前記装置が、ビデオデコーダにおいて実施される、請求項３１に記載の装置。
  34. 使用される動き補償タイプが複数画像予測タイプであり、２つ以上の参照画像を使用して前記画像のブロックに対する予測を行う場合、前記の内挿フィルタを選択する手段は、使用される動き補償予測タイプが単一画像予測タイプであり、単一の参照画像を使用して前記画像のブロックに対する予測を行う場合に選択される内挿フィルタより少ない係数を持っている内挿フィルタを選択するように動作する、請求項３１に記載の装置。
  35. 前記の内挿フィルタを選択する手段が、前記画像のブロックの特性に依存して前記内挿フィルタを選択するように動作する、請求項３１に記載の装置。
  36. 前記の内挿フィルタを選択する手段が、前記画像のブロックのサイズに依存して前記内挿フィルタを選択するように動作する、請求項３１に記載の装置。
  37. 動き補償予測を行うための装置を含むビデオエンコーダであって、前記動き補償予測を行うための装置は、使用される動き補償予測タイプに依存して前記画像のブロックの動き補償予測の過程で使用されるべき内挿フィルタを選択する手段を含むことを特徴とするビデオエンコーダ。
  38. 動き補償予測を行うための装置を含むビデオデコーダであって、前記動き補償予測を行うための装置は、使用される動き補償予測タイプに依存して前記画像のブロックの動き補償予測の過程で使用されるべき内挿フィルタを選択する手段を含むことを特徴とするビデオデコーダ。
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