JP2006108811A - Image encoding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動画像の圧縮符号化において空間スケーラビリティの実現が容易な画像符号化方法に関する。 The present invention relates to an image coding method that can easily realize spatial scalability in compression coding of moving images.
動画像において、MPEG−4やH.264など、これまで高い圧縮効率を実現する圧縮符号化方式の標準化が主になされてきた。そして、今後は高い圧縮効率を維持しつつ、スケーラビリティを重視した圧縮方式の標準化に注目が集まると予想される。特許文献1には、変換符号化方式として、高い圧縮効率とスケーラビリティとを容易に両立できる離散ウェーブレット変換(DWT:Discrete Wavelet Transform)を使用し、予測符号方式として動き予測符号化を使用した動画像符号化方法が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示された動画像符号化方法では、動き予測符号化を行う際、符号化対象である原画像に対して動き予測を行い、動きベクトルを検出して符号化している。このため、この符号化画像を復号する場合は、結局原画像の解像度まで復号しなければならない。すなわち、変換符号化方式としてスケーラビリティの容易なDWTを用いているにも関わらず、動き予測符号化方式には空間スケーラビリティがないために、動画像符号化方法全体として空間スケーラビリティを容易に実現することはできない、という問題があった。
However, in the moving image encoding method disclosed in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、動画像の圧縮符号化において、空間スケーラビリティの実現が容易な画像符号化方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide an image encoding method that can easily realize spatial scalability in the compression encoding of moving images.
本発明のある態様は、画像符号化方法に関する。この方法は、画像を複数の空間周波数帯域に分割する第1のステップと、分割された空間周波数帯域のうち最も低い周波帯域を、更に複数の空間周波数帯域に分割する第2のステップと、を含み、前記第1のステップ又は第2のステップによって得られた任意の周波数帯域成分から参照画像を生成し、前記画像と異なる時間に入力された画像に対して動き予測を行って、この動き予測の結果を符号化する。 One embodiment of the present invention relates to an image encoding method. The method includes a first step of dividing an image into a plurality of spatial frequency bands, and a second step of further dividing a lowest frequency band among the divided spatial frequency bands into a plurality of spatial frequency bands. A reference image is generated from an arbitrary frequency band component obtained by the first step or the second step, and motion prediction is performed on an image input at a time different from the image, and the motion prediction is performed. The result of is encoded.
この態様によれば、動き予測に用いる参照画像は、第1のステップ又は第2のステップで得られた最も低い周波数帯域成分を使用するので、この方法によって符号化された画像を復号する場合、少なくとも参照画像を生成した空間周波数帯域成分さえ復号できれば、以後の復号を継続して行うことができる。これにより、この符号化画像から任意の画像サイズで画像を復号するために、動画像を構成する1枚の画像の復号を途中で止め、次の画像の復号を開始することが可能である。したがって、この態様の画像符号化装置は、空間スケーラビリティを容易に実現することができる。 According to this aspect, since the reference image used for motion prediction uses the lowest frequency band component obtained in the first step or the second step, when decoding an image encoded by this method, If at least the spatial frequency band component that generated the reference image can be decoded, the subsequent decoding can be continued. Thereby, in order to decode an image with an arbitrary image size from the encoded image, it is possible to stop decoding one image constituting the moving image halfway and start decoding the next image. Therefore, the image encoding device according to this aspect can easily realize spatial scalability.
この態様において、前記任意の周波数帯域は、前記分割された空間周波数帯域のうち最も低い周波数帯域であってもよい。一般的に、画像を空間周波数帯域に分割すると、この中で最も低い周波数帯域に多くの情報が集まる。したがって、最も低い周波数帯域を更に複数の空間周波数帯域に分割すれば、より高効率に画像を圧縮することができる。 In this aspect, the arbitrary frequency band may be the lowest frequency band among the divided spatial frequency bands. In general, when an image is divided into spatial frequency bands, a large amount of information is collected in the lowest frequency band. Therefore, if the lowest frequency band is further divided into a plurality of spatial frequency bands, the image can be compressed with higher efficiency.
この態様において、前記動き予測の結果を符号化してもよい。これにより、復号側で動き予測の結果を取得し、これに基づいて動き補償を行うことが可能である。 In this aspect, the motion prediction result may be encoded. Thereby, it is possible to acquire the result of motion prediction on the decoding side and perform motion compensation based on the result.
この態様において、前記第2のステップは、所定の回数繰り返して行われてもよい。これにより、最も低い周波数帯域を繰り返し複数の空間周波数帯域に分割した画像を得ることができ、このような方法で複数の空間周波数帯域に分割された画像を符号化した場合においても、空間スケーラビリティを容易に実現することが可能である。 この態様において、符号化されたデータに対し、前記参照画像を生成した低周波帯域成分がどのステップによって得られたものかを示す情報を付加してもよい。これにより、符号化側で設定した参照画像を生成するために必要な階層レベルを、復号側に伝えることが可能となる。 In this aspect, the second step may be repeated a predetermined number of times. As a result, an image obtained by repeatedly dividing the lowest frequency band into a plurality of spatial frequency bands can be obtained, and even when an image divided into a plurality of spatial frequency bands is encoded by such a method, spatial scalability is improved. It can be easily realized. In this aspect, information indicating in which step the low-frequency band component that generated the reference image is obtained may be added to the encoded data. As a result, it is possible to inform the decoding side of the hierarchical level necessary for generating the reference image set on the encoding side.
この態様において、前記参照画像を前記異なる時間に入力された画像と同じ解像度に拡大した上で前記動き予測を行ってもよい。これにより、精度のよい動き予測が可能となる。 In this aspect, the motion prediction may be performed after enlarging the reference image to the same resolution as the image input at the different time. As a result, accurate motion prediction is possible.
また、この態様において、前記異なる時間に入力された画像を前記参照画像と同じ解像度に縮小した上で前記動き予測を行ってもよい。これにより、動き予測部の演算量を削減することができ、低コスト化・低消費電力化を図ることができる。 In this aspect, the motion prediction may be performed after reducing the image input at the different time to the same resolution as the reference image. Thereby, the amount of calculation of a motion estimation part can be reduced, and cost reduction and low power consumption can be achieved.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and the expression of the present invention converted between a method, an apparatus, a system, a computer program, a data structure, a recording medium, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
動画像の圧縮符号化において、空間スケーラビリティを容易に実現することができる。 Spatial scalability can be easily realized in compression encoding of moving images.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る画像符号化装置100の構成図を示したものである。画像符号化装置100に入力される原画像OIは、一連のフレームで構成される動画像であり、画像符号化装置100によって各フレーム毎に圧縮符号化されて、符号化画像CIが出力される。画像処理装置100の構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリのロードされた復号機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of an
画像符号化装置100は、原画像OIを構成するフレームが入力されると、そのフレームをフレーム内符号化、若しくはフレーム間符号化によって圧縮符号化する。フレーム内符号化を行う場合、SW1はIntraノードに接続され、原画像OIはウェーブレット変換部3に入力されて、後述の通り階層化される。一方、フレーム間符号化を行う場合は、SW1はInterノードに接続される。この時、原画像OIは減算器2に入力され、原画像OIと後述の動き予測部12で得られた予測画像との差分(予測誤差と言う)を算出する。この予測誤差がウェーブレット変換部3に入力され、階層化される。
When a frame constituting the original image OI is input, the image encoding
ウェーブレット変換部3はドベシィ(Daubechies)フィルタを利用したもので、図2にも示すとおり、このフィルタは画像のx、yそれぞれの方向において、同時にローパスフィルタおよびハイパスフィルタとして作用し、ひとつの画像を4つの周波数サブバンドへ分割する。これらのサブバンドは、x、yの両方向において低周波成分を有するLLサブバンドと、x、yのいずれかひとつの方向において低周波成分を有し、かつもう一方の方向において高周波成分を有するHLおよびLHサブバンドと、x、yの両方向において高周波成分を有するHHサブバンドである。各サブバンドの縦横の画素数は処理前の画像のそれぞれ1/2であり、一回のフィルタリングで解像度、すなわち解像度が1/4のサブバンド画像が得られる。
The
ウェーブレット変換部3は、こうして得られたサブバンドのうち、LLサブバンドに対して再度フィルタリング処理を行い、これをさらにLL、HL、LH、HHの4つのサブバンドに分割する。フィルタリングは所定の回数行われ、最後のフィルタリングで生じたLLサブバンドが原画像OIにおいて最もDC成分に近い画像として取得される。以下、同一階層の各サブバンド、すなわち同じ回数フィルタリングを施して得られた4つのサブバンドはHH、HLおよびLH、LLの順に次第に低周波成分を含み、階層が深くなるにつれて、より低周波成分を含む画像が生成されていく。図2の例でいえば、右下から順に左上へいくほど低周波成分を含む画像として階層化画像が得られる。
The
ここで、フィルタリング処理をn回施した時に得られる階層化画像を、第n階層レベルの画像と呼ぶ。図2の例でいえば、1回フィルタリング処理を施して得られた画像WI1を第1階層レベルの画像、2回フィルタリング処理を施して得られた画像WI2を第2階層レベルの画像、3回フィルタリング処理を施して得られた画像WI3を第3階層レベルの画像と呼ぶ。 Here, the hierarchized image obtained when the filtering process is performed n times is referred to as an nth layer level image. In the example of FIG. 2, the image WI1 obtained by performing the filtering process once is an image at the first hierarchy level, the image WI2 obtained by performing the filtering process twice is the image at the second hierarchy level, and 3 times. The image WI3 obtained by performing the filtering process is referred to as an image at the third hierarchical level.
量子化部4は、ウェーブレット変換部3から出力される空間周波数成分を量子化する。符号化部5は、例えばビットプレーン符号化および算術符号化器によって、量子化された空間周波数データを符号化し、この符号データを、所定の順序に並び替える。
The
一方、動き予測符号化を行うための参照画像を生成するために、量子化部4で量子化された空間周波数成分は、逆量子化部6で逆量子化された後、ウェーブレット逆変換部7に入力される。ウェーブレット逆変換部7は、階層化された画像を、図2とは逆の流れで逆変換する。例えば、第3階層レベルまで階層化された画像WI3がウェーブレット逆変換部7に入力された場合、まずLL、3LH、3HH、3HHの4つのサブバンドに対して逆変換を行い、第2階層レベルの画像WI2を得る。続いて、第2階層レベルの画像WI2のLL、2LH、2HL、2HHの4つのサブバンドに対して逆変換を行い、第1階層レベルの画像WI1を得る。最後に、第1階層レベルの画像WI1のLL、LH、HL、HHの4つのサブバンドに対して逆変換を行い、原画像の解像度の画像若しくは予測誤差が復号される。
On the other hand, in order to generate a reference image for performing motion prediction encoding, the spatial frequency component quantized by the quantizing
このウェーブレット逆変換部7は、逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルまで逆変換を行う。例えば、ウェーブレット逆変換部7に第3階層レベルまで階層化された画像が入力された時に、逆変換階層レベル設定部8で第1階層レベルまで逆変換を行うように設定されると、ウェーブレット逆変換部7は第1階層レベルの画像が得られた段階で逆変換処理を終了する。また、逆変換階層レベル設定部8が第3階層レベルまで逆変換を行うように設定された場合は、ウェーブレット逆変換部7に入力された画像が第3階層レベルまで階層化されているので、ウェーブレット逆変換部7は逆変換を行わずに処理を終了する。ウェーブレット逆変換部7は、処理が終わった段階で得られた階層レベルのLLサブバンド成分を参照画像拡大部9に送る。
The wavelet inverse transformation unit 7 performs inverse transformation up to the hierarchical level set by the inverse transformation hierarchical
逆変換階層レベル設定部8で設定する階層レベルは、参照画像を生成するために必要な階層レベルを示している。どの階層レベルのLL成分を使用するかは、空間スケーラビリティの範囲と符号量とのバランスによって決められる。すなわち、小さな解像度から大きな解像度まで容易に復号できるように空間スケーラビリティの範囲を大きくした場合は、できるだけ深い階層レベルのLL成分から参照画像を生成するようにするとよい。ただしこの場合、参照画像の精度が悪くなるため、予測誤差が大きくなり符号量が大きくなる問題がある。逆に符号量を抑えるためには、できるだけ原画像に近いサイズをもつ階層レベルのLL成分から参照画像を生成するとよい。ただし、この場合は空間スケーラビリティの範囲が狭くなる。
The hierarchy level set by the inverse conversion hierarchy
したがって、逆変換階層レベル設定部8は、空間スケーラビリティの範囲と符号化量とのバランスを考慮しつつ、原画像の解像度やウェーブレット変換部3で変換した階層レベルの深さ、或いは画像符号化装置100の処理能力などに応じて自動で決定される。もしくは、ユーザによって手動で設定されてもよい。
Therefore, the inverse transform layer
参照画像拡大部9は、入力されたLLサブバンド成分を、原画像OIと同じ解像度となるように拡大処理する。第n階層レベルのLLサブバンド成分が参照画像拡大部9に入力された場合、このLLサブバンド成分の解像度は原画像の解像度の1/2nである。したがって、LLサブバンド成分に対して、解像度が2nとなるように拡大処理を行う。入力されたLLサブバンド成分の階層レベルは、逆変換階層レベル設定部8より取得する。
The reference
参照画像拡大部9で拡大処理されたデータがフレーム内符号化で得られる予測誤差を復号したものである場合、このデータは加算器10に入力され、この予測誤差を算出する際に使用した予測画像と足し合わされる。この時、SW2はInterノードに接続され、加算器10によって得られた画像を新たな参照画像としてフレームメモリ11に記憶する。一方、参照画像拡大部9で拡大処理されたデータがフレーム間符号化した画像を復号したものである場合は、SW2をIntraノードに接続し、この拡大処理された画像を新たな参照画像としてフレームメモリ11に記憶する。
If the data enlarged by the reference
動き予測部12は、画像符号化装置100に入力された原画像OIのフレームに対しフレーム内符号化を行う時に、このフレームとフレームメモリ11に記憶された参照画像とを比較して動き予測を行い、予測画像を減算器2と加算器10に出力する。また、動きベクトル情報を符号化部5に出力する。参照画像は、符号化対象のフレームよりも1フレームもしくは数フレーム前に画像符号化装置100に入力されたフレームを用いてもよいし、或いは1フレームもしくは数フレーム後に入力されるフレームを用いてもよい。或いは、これら複数のフレームから参照画像を生成してもよい。
When performing intra-frame coding on the frame of the original image OI input to the
符号化部5は、前述の通り、量子化部4で量子化された空間周波数データを符号化し、この符号データを所定の順序に並び替えるとともに、符号化対象のフレームがフレーム内圧縮もしくはフレーム間圧縮のどちらによって圧縮されたかを示す情報と、フレーム間圧縮した場合は、逆変換階層レベル設定部8で設定した参照画像の生成に必要な階層レベル、動き予測部12で求めた動きベクトル、動き予測方向、及び参照画像に使用するフレームなどの符号化条件を示すパラメータを付加して符号データストリームを生成する。この階層レベルは、ストリーム(若しくはシーケンス)に対して1つ付加してもよいし、フレームの集合(例えばGOP)に対して1つ付加してもよいし、フレーム毎に付加してもよい。こうして、最終的な符号化画像CI(Coded Image)が出力される。
As described above, the
斯かる構成に基づき、図1に示した画像符号化装置100の動作を以下に説明する。原画像OIを構成するフレームをフレーム内圧縮で符号化する場合、このフレームはSW1のIntraノードを介してウェーブレット変換部3に入力される。ここで、符号化対象のフレームは複数段に階層化されたサブバンドに分割される。ウェーブレット変換部3によって得られたデータは、量子化部4、符号化部5を経由して符号化画像CIが生成される。
Based on such a configuration, the operation of the
また、量子化部4によって量子化されたデータは、参照画像を生成するために逆量子化部6によって逆量子化され、ウェーブレット逆変換部7でウェーブレット逆変換が施される。この時、ウェーブレット逆変換部7は、逆変換階層レベル設定部8にて設定された階層レベルまで逆変換を行う。そして、この階層のLLサブバンド成分を動き予測の参照画像として利用するために、このLLサブバンド成分を参照画像拡大部9で拡大し、この拡大されたLLサブバンド成分をSW2のIntraノードを介してフレームメモリ11に格納する。
The data quantized by the
一方、原画像OIを構成するフレームをフレーム間圧縮で符号化する場合、このフレームは減算器2に送られ、動き予測部12で生成された予測画像が減算されて、予測誤差が出力される。この予測誤差は、SW1のInterノードを介してウェーブレット変換部3によって複数段に階層化されたサブバンドに分割される。ウェーブレット変換部3によって得られたデータは、量子化部4、符号化部5を経由して符号化画像CIが生成される。
On the other hand, when a frame constituting the original image OI is encoded by inter-frame compression, this frame is sent to the
また、量子化部4によって量子化されたデータは、参照画像を生成するために逆量子化部6によって逆量子化され、ウェーブレット逆変換部7でウェーブレット逆変換が施される。この時、ウェーブレット逆変換部7は、逆変換階層レベル設定部8にて設定された階層レベルまで逆変換を行う。そして、この階層のLLサブバンド成分と動き予測部12で生成された予測画像とを加算器10で足し合わせて参照画像を生成するために、このLLサブバンド成分は参照画像拡大部9によって拡大される。そして、加算器10で生成された参照画像はSW2のInterノードを介してフレームメモリ11に格納される。
The data quantized by the
動き予測部12は、逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルのLLサブバンド成分をもとに生成された参照画像をフレームメモリ11から読み出して、動き予測を行う。
The
次に、図1の画像符号化装置100によって得られた符号化画像CIを復号するための装置について説明する。図3に示した画像復号装置200は、画像符号化装置100で符号化された画像CIを復号するための装置の一例である。画像復号装置200は、符号化画像CIを復号部51に入力し、符号化画像CIに付加された符号化条件を示すパラメータや量子化された空間周波数データを復号する。符号化条件を示すパラメータには、参照画像を生成するために必要な階層レベル、動きベクトル、動き予測方向、及び参照画像に使用するフレームが含まれる。参照画像を生成するために必要な階層レベルはウェーブレット逆変換部53、参照画像拡大縮小部56、動き補償部59に入力される。また動きベクトル、動き予測方向、及び参照画像に使用するフレームは動き補償部59に入力される。
Next, an apparatus for decoding the encoded image CI obtained by the
量子化された空間周波数データは、逆量子化部52で逆量子化された後、ウェーブレット逆変換部53に入力される。復号画像階層レベル設定部54は、画像復号装置100の状態や、復号した画像を表示する表示装置の画素数などに応じて、復号画像の階層レベルを設定する。ウェーブレット逆変換部53は、復号画像階層レベル設定部54で設定された階層レベルまで逆変換を行う。この時、途中の階層レベルまで逆変換を行った場合は、そのLL成分を逆変換の結果としてSW3もしくは加算器55に送る。また、原画像の解像度まで逆変換された場合は、逆変換された結果をすべてSW3もしくは加算器55に送る。
The quantized spatial frequency data is inversely quantized by the
逆変換したフレームがフレーム内符号化の場合、SW3をIntraノードに接続し、ウェーブレット逆変換部53で逆変換された結果がそのまま復号画像DIとして出力される。また、フレーム間符号化の場合は、SW3はInterノードに接続され、ウェーブレット逆変換部53で逆変換された結果と後述の動き補償部59で得られた予測画像とを加算器55で足し合わせた結果が復号画像DIとして出力される。
When the inversely transformed frame is intraframe coding, the SW3 is connected to the Intra node, and the result of inverse transformation by the wavelet
ウェーブレット逆変換部53は、復号部51から入力された参照画像に必要な階層レベルを基に、その階層レベルのLL成分を参照画像拡大縮小部56に入力する。この時、参照画像に必要な階層レベルが復号画像の階層レベルと同等もしくは小さい場合は、復号の際に参照画像に必要な階層レベルの画像が得られるため、それを利用する。逆に、参照画像に必要な階層レベルが復号画像の階層レベルよりも大きい場合は、復号の際に参照画像に必要な階層レベルの画像が得られないため、ウェーブレット逆変換部53は参照画像に必要な階層レベルまで逆変換を行う。
The wavelet
参照画像拡大縮小部56は、復号画像の階層レベルと参照画像に必要な階層レベルを比較し、ウェーブレット逆変換部53から入力されたLL成分を復号画像の解像度と同じになるように拡大・縮小する。例えば、参照画像に必要な階層レベルが図2の第2階層レベルWI2の時、ウェーブレット逆変換部53から第2階層レベルWI2のLL成分が入力される。そして、復号画像の階層レベルが図2の第1階層レベルWI1である場合は、ウェーブレット逆変換部53から入力されたLL成分を縦・横とも2倍に拡大処理する。また、復号画像の階層レベルが図2の原画像レベルOIである場合は、ウェーブレット逆変換部53から入力されたLL成分を縦・横とも4倍に拡大処理する。一方、復号画像の階層レベルが図2の第3階層レベルWI3である場合は、ウェーブレット逆変換部53から入力されたLL成分を縦・横とも1/2に縮小処理する。
The reference image enlargement /
復号しているフレームがフレーム内符号化の場合、SW4はIntraノードに接続され、参照画像拡大縮小部56の結果がフレームメモリ58に格納される。また、復号しているフレームがフレーム間符号化の場合は、SW4はInterノードに接続され、参照画像拡大縮小部56の結果と後述の動き補償部59で得られた予測画像とが加算器57で足し合わされて、その結果がフレームメモリ58に格納される。
When the frame being decoded is intra-frame coding,
動き補償部59は、復号部51から動きベクトル、動き予測方向、及び参照画像に使用するフレームの情報を受け取り、フレームメモリ58から必要な画像を読み出して、予測画像を生成する。予測画像は加算器55、57に送られる。
The
斯かる構成に基づき、図3に示した画像符号化装置200の動作を以下に説明する。復号部51は符号化画像CIが入力されると、まず復号対象のフレームがフレーム内圧縮されたものかフレーム間圧縮されたものかを判断し、フレーム内圧縮されたものであれば、SW3とSW4をIntraノードにスイッチし、フレーム間圧縮されたものであれば、SW3とSW4をInterノードにスイッチする。
Based on such a configuration, the operation of the
復号部51はさらに量子化係数を復号し、逆量子化部52によって逆量子化された後、ウェーブレット逆変換部53によってウェーブレット逆変換される。このとき、ウェーブレット逆変換部53は復号画像階層レベル設定部54にて設定された階層レベルまで逆変換を行い、SW3がIntraノードにスイッチされている場合は、その階層のLLサブバンド成分が復号画像DIとして出力される。また、SW3がInterノードにスイッチされている場合は、その階層のLLサブバンド成分と動き補償部59によって生成された予測画像とを加算器55で加算した後、この加算されたデータが復号画像DIとして出力される。
The
一方、動き補償用の参照画像を生成するために参照画像拡大縮小部56は、復号部51で復号された参照画像を生成するために必要な階層レベルのLLサブバンド成分をウェーブレット逆変換部53から得て、復号画像の解像度と同じになるように拡大縮小を行う。SW4がIntraノードにスイッチされている場合、この拡大縮小されたLLサブバンド成分が参照画像としてフレームメモリ58に格納される。また、SW4がInterノードにスイッチされている場合は、加算器57によって、この拡大縮小されたLLサブバンド成分に、動き補償部59によって生成された予測画像が加算され、この加算されたデータが参照画像としてフレームメモリ58に格納される。
On the other hand, in order to generate a reference image for motion compensation, the reference image enlargement /
動き補償部59は、復号部51によって復号した動きベクトルと、参照画像を生成するために必要な階層レベルのLLサブバンド成分をもとに生成された参照画像から予測画像を生成し、加算器55と加算器57に送る。
The
以上、画像符号化装置100に係る構成によれば、画像符号化装置100は階層化された画像を原画像の解像度に戻すことなく、途中の階層レベル(すなわち、逆変換階層レベル設定部8で設定される階層レベル)のLL成分を使用して参照画像を生成する。したがって、画像符号化装置100によって出力された符号化画像CIを画像復号装置200で復号する場合も、ウェーブレット逆変換によって得られる途中の階層レベルのLL成分を使用すれば参照画像を生成することができる。このことは、例えば、画像復号装置200の処理能力が小さかったり、復号画像を表示する表示装置の解像度が小さい場合、画像復号装置はウェーブレット逆変換を途中で止めても、参照画像を生成できる階層レベル以上に逆変換されていれば、復号を継続することができる。
As described above, according to the configuration relating to the
このように、この画像符号化装置100は、これによって出力された符号化画像を復号する際、空間スケーラビリティを容易に実現することができる。
As described above, the
(実施の形態2)
図4は、実施の形態2に係る画像符号化装置110の構成図である。この画像符号化装置110は、実施の形態1に係る画像符号化装置100の参照画像拡大部9を取り除き、代わりに原画像縮小部14及び予測画像拡大部15が付加された構成である。実施の形態1と同じ構成については同符号を付し、説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a configuration diagram of the
この画像符号化装置110は、逆変換レベル設定部8で設定した階層レベルのLLサブバンド成分の解像度のまま動き予測を行う。原画像縮小部14は、原画像を逆変換レベル設定部8で設定した階層レベルのLLサブバンド成分の解像度まで縮小する。例えば、変換レベル設定部8で設定した階層レベルが第n階層レベルであれば、原画像縮小部14は1/2nまで縮小する。
The
予測画像拡大部15は、動き予測部12で得られた予測画像の解像度を、原画像の解像度に合わせるために拡大処理を行う。すなわち、動き予測部12で得られた予測画像の解像度は、動き予測は逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルの解像度であるため、その設定された階層レベルを基に拡大処理する。例えば、逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルが第n階層レベルであれば、予測画像拡大部15は予測画像の解像度が2n倍となるように拡大処理する。この拡大処理された予測画像は、減算器2に入力される。
The predicted
斯かる構成に基づき、図4に示した画像符号化装置110の動作を以下に説明する。量子化部4の量子化結果から参照画像を生成するとき、逆量子化部6で逆量子化した後、ウェーブレット逆変換部7にて逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルまで逆変換される。処理しているフレームがフレーム内圧縮されたものである場合、SW2はIntraノードに接続され、ウェーブレット逆変換部7で得られた階層レベルのLL成分がそのままフレームメモリ11に格納される。逆に、処理しているフレームがフレーム間圧縮されたものであれば、SW2はInterノードに接続され、加算器10にてウェーブレット逆変換部7で得られた階層レベルのLL成分と予測画像が足し合わされた後、フレームメモリ11に格納される。したがって、フレームメモリ11に格納される参照画像の解像度は、原画像の解像度に拡大されたものではなく、逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルのLL成分相当の解像度となる。
Based on such a configuration, the operation of the
原画像は原画像縮小部14で逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルのLL成分相当の解像度まで縮小される。
The original image is reduced by the original
動き予測部12は、フレームメモリ11に格納された参照画像と原画像縮小部14で縮小された原画像とを比較して動き予測を行う。すなわち、動き予測は逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルの解像度で行われる。動き予測部12はその動き予測の結果から、動きベクトルを符号化部5に送り、動きベクトルに基づいて生成された予測画像を、加算器10と予測画像拡大部15に送る。
The
予測画像拡大部15は、動き予測部12で得られた予測画像の解像度を、原画像の解像度に合わせるために拡大処理を行い、拡大処理された予測画像は、減算器2に入力される。
The predicted
図5は、画像符号化装置110によって得られた符号化画像CIを復号するための画像復号装置210の構成図である。この画像復号装置210は、実施の形態1に係る画像復号装置200から参照画像拡大縮小部56を取り除き、代わりに予測画像拡大縮小部61を付加した構成である。実施の形態1と同じ構成については同符号を付し、説明を省略する。
FIG. 5 is a configuration diagram of the
予測画像拡大縮小部61は、参照画像に必要な階層レベルと復号画像の階層レベルを比較し、予測画像の解像度を復号画像の解像度と同じになるように、予測画像を拡大・縮小する。例えば、参照画像に必要な階層レベルが図2の第2階層レベルWI2の時、復号画像の階層レベルが図2の第1階層レベルWI1である場合は、予測画像を縦・横とも2倍に拡大処理する。また、復号画像の階層レベルが図2の原画像レベルOIである場合は、予測画像を縦・横とも4倍に拡大処理する。一方、復号画像の階層レベルが図2の第3階層レベルWI3である場合は、予測画像を縦・横とも1/2に縮小処理する。
The predicted image enlargement /
斯かる構成に基づき、図5に示した画像符号化装置210の動作を以下に説明する。フレームメモリ58に格納される参照画像は、原画像の解像度まで拡大されず、ウェーブレット逆変換部53で得られた参照画像に必要な階層レベルのLL成分の解像度のまま格納される。そして、動き補償も動き補償部59にて参照画像に必要な階層レベルのLL成分の解像度で行われ、その解像度を持つ予測画像が加算器57と予測画像拡大縮小部61に出力される。
Based on such a configuration, the operation of the
そして、予測画像拡大縮小部61は、予測画像の解像度を復号画像の解像度と同じになるように、予測画像を拡大・縮小した上で、加算器55に拡大・縮小された画像を送る。
Then, the predicted image enlargement /
以上、画像符号化装置110及び画像復号装置210に係る構成によれば、参照画像を原画像の解像度まで拡大せずに、低解像度のままフレームメモリ11ないしフレームメモリ58に格納し、動き予測ないし動き補償を行うことができる。すなわち、フレームメモリの容量を少なくでき、また動き予測・動き補償においては、その精度が落ちるもの演算量を小さくすることができる。したがって、実施の形態1の効果に加えて、画像符号化装置、画像復号装置の低コスト化、低消費電力化を図ることができる。加えて、画像を復号する際に、復号途中で復号画像の階層レベル(すなわち復号画像の解像度)が変更となった場合でも、参照画像は常に同じ解像度の画像がフレームメモリに格納されるため、正しく復号を継続することができる。
As described above, according to the configuration related to the
(実施の形態3)
図6は、実施の形態3に係る画像符号化装置120の構成図である。この画像符号化装置120は、実施の形態1に係る画像符号化装置100の参照画像拡大部9をウェーブレット逆変換部7と加算器10との間から、フレームメモリ11と動き予測部12との間に移動させ、さらに画像符号化装置100に予測画像縮小部16を付加した構成である。実施の形態1と同じ構成については同符号を付し、実施の形態1とは異なる構成と動作を説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a configuration diagram of the
この画像符号化装置120は、参照画像を逆変換階層レベル設定部8で設定さえた階層レベルのLLサブバンド成分の解像度のまま参照画像を生成し、フレームメモリ11に格納した後、動き予測部10で動き予測を行う前に、参照画像を原画像と同じ解像度に拡大処理する。
The
予測画像縮小部16は、フレーム内予測符号化されたフレームから参照画像を生成する場合、その予測画像と予測誤差とを足し合わせるために、予測画像の解像度(原画像OIの解像度に相当)を予測誤差の解像度(逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルの解像度に相当)に合わせる。すなわち、逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルが第n階層レベルであった場合は、動き予測部12で得られた予測画像を1/2nだけ縮小処理する。この縮小された予測画像は加算器10に入力され、新たな参照画像が生成される。
When generating a reference image from a frame subjected to intraframe prediction encoding, the predicted
斯かる構成に基づき、図6に示した画像符号化装置120の動作を以下に説明する。量子化部4の量子化結果から参照画像を生成するとき、逆量子化部6で逆量子化した後、ウェーブレット逆変換部7にて逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルまで逆変換される。処理しているフレームがフレーム内圧縮されたものである場合、SW2はIntraノードに接続され、ウェーブレット逆変換部7で得られた階層レベルのLL成分がそのままフレームメモリ11に格納される。逆に、処理しているフレームがフレーム間圧縮されたものであれば、SW2はInterノードに接続され、加算器10にてウェーブレット逆変換部7で得られた階層レベルのLL成分と予測画像が足し合わされた後、フレームメモリ11に格納される。したがって、フレームメモリ11に格納される参照画像の解像度は、原画像の解像度に拡大されたものではなく、逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルのLL成分相当の解像度となる。
Based on such a configuration, the operation of the
参照画像拡大部9は、参照画像の解像度を原画像の解像度に合わせるために、実施の形態1に係る画像符号化装置100の参照画像拡大部9と同様の方法で拡大処理を行う。ただし、画像符号化装置100の場合は、ウェーブレット逆変換部7で得られた結果を拡大処理するのに対し、実施の形態3に係る画像符号化装置120の参照画像拡大部9は、フレームメモリ11に格納された参照画像を拡大処理する点が異なる。
The reference
動き予測部12は、原画像OIと参照画像拡大部9で拡大された参照画像とを原画像OIの解像度のレベルで比較し、動き予測を行う。これによって得られた動きベクトルは符号化部5に送られ、予測画像は減算器2と予測画像縮小部16に送られる。
The
予測画像縮小部16は、前述のように予測画像の解像度を予測誤差の解像度(逆変換階層レベル設定部8で設定された階層レベルの解像度に相当)に合わせるために、予測画像を縮小する。そして、この縮小された予測画像は加算器10に入力され、新たな参照画像が生成される。
As described above, the predicted
図7は、画像符号化装置120によって得られた符号化画像CIを復号するための画像復号装置220の構成図である。この画像復号装置220は、実施の形態1に係る画像復号装置200の参照画像拡大縮小部56をウェーブレット逆変換部53と加算器57との間から、フレームメモリ58と動き補償部59との間に移動させ、さらに画像復号装置200に予測画像拡大縮小部62を付加した構成である。実施の形態1と同じ構成については同符号を付し、説明を省略する。
FIG. 7 is a configuration diagram of an
予測画像拡大縮小部62は、復号画像階層レベル設定部54で設定された階層レベルの解像度を持つ予測画像を、参照画像に必要な階層レベルの解像度に合うように拡大縮小処理する。例えば、参照画像に必要な階層レベルが図2の第2階層レベルWI2の時、復号画像の階層レベルが図2の第1階層レベルWI1である場合は、予測画像を縦・横とも1/2に縮小処理する。また、復号画像の階層レベルが図2の原画像レベルOIである場合は、予測画像を縦・横とも1/4に縮小処理する。一方、復号画像の階層レベルが図2の第3階層レベルWI3である場合は、予測画像を縦・横とも2倍に拡大処理する。
The predicted image enlargement /
斯かる構成に基づき、図6に示した画像符号化装置120の動作を以下に説明する。フレームメモリ58に格納される参照画像は、原画像の解像度まで拡大されず、ウェーブレット逆変換部53で得られた参照画像に必要な階層レベルのLL成分の解像度のまま格納される。そして、動き補償部59で動き補償を行う前に、参照画像拡大縮小部56によって、参照画像を復号画像階層レベル設定部54で設定された階層レベルの解像度まで拡大する。参照画像拡大縮小部56の動作は、画像復号装置200の参照画像拡大縮小部56と同じである。また、動き補償部59も画像復号装置200の動き補償部59と同じ処理し、動き補償部59で得られた予測画像を加算器55へ出力し、ウェーブレット逆変換部53で得られた予測誤差と足し合わされて復号画像DIが生成される。
Based on such a configuration, the operation of the
また、予測画像は予測画像拡大縮小部62にも送られ、前述の通り予測画像を参照画像に必要な階層レベルの解像度に合うように拡大縮小処理する。予測画像拡大縮小部62で拡大・縮小処理された予測画像は、加算器57に送られ、ウェーブレット逆変換部53で得られた予測誤差と足し合わされた、新たな参照画像が生成される。
The predicted image is also sent to the predicted image enlargement /
以上、画像符号化装置120及び画像復号装置220に係る構成によれば、参照画像を原画像の解像度まで拡大せずに、低解像度のままフレームメモリ11ないし58に格納する一方、動き予測は原画像の解像度で行い、また動き補償は復号画像の解像度にあわせて行うことができる。すなわち、フレームメモリの容量を少なくできる一方、また動き予測・動き補償は、高い精度で行うことができる。したがって、実施の形態1の効果に加えて、低コストかつ高精度な画像符号化装置、画像復号装を実現することができる。加えて、画像を復号する際に、復号途中で復号画像の階層レベル(すなわち復号画像の解像度)が変更となった場合でも、参照画像は常に同じ解像度の画像がに格納されるため、正しく復号を継続することができる。
As described above, according to the configuration related to the
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形が可能なこと、またそうした変形も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。そのような変形例を以下に示す。 The present invention has been described based on the embodiments. The embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combinations of the respective components and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. Such a modification is shown below.
上記の実施の形態において、生成した参照画像に対し、フィルタリング処理を施してもよい。このフィルタリング処理は、生成した参照画像をフレームメモリに書き込む前に行ってもよいし、参照画像をフレームメモリから読み出した後に行ってもよい。上記の実施の形態で生成される参照画像は、高周波成分がカットされた画像となるため、参照画像から生成される予測画像と原画像との差分である予測誤差に、多くの高周波成分が含まれる可能性がある。したがって、圧縮効率が落ちる問題がある。そこで、参照画像にフィルタリング処理を施し、エッジ強調などを行うことにより、参照画像の高周波成分を補うことによって、予測誤差の高周波成分を減らし、圧縮効率を上げることができる。 In the above embodiment, filtering processing may be performed on the generated reference image. This filtering process may be performed before the generated reference image is written in the frame memory, or may be performed after the reference image is read from the frame memory. Since the reference image generated in the above embodiment is an image in which high-frequency components are cut, many high-frequency components are included in the prediction error that is the difference between the predicted image generated from the reference image and the original image. There is a possibility. Therefore, there is a problem that the compression efficiency is lowered. Therefore, by performing filtering processing on the reference image and performing edge enhancement or the like, the high-frequency component of the prediction error can be reduced and the compression efficiency can be increased by supplementing the high-frequency component of the reference image.
上記の実施の形態では、変換符号化方式として離散ウェーブレット変換を用いたが、これに限るものではなく、原画像を階層化して変換する方式であれば、本発明の目的を達することができる。例えば、原画像を階層化する方式として、QMF(Quadrature Mirror Filter)などがある。 In the above embodiment, the discrete wavelet transform is used as the transform coding method. However, the present invention is not limited to this, and the object of the present invention can be achieved as long as the original image is layered and transformed. For example, there is a QMF (Quadrature Mirror Filter) as a method for hierarchizing original images.
上記の実施の形態では、参照画像を生成するために必要な画像の階層レベルを符号化画像CIに付加する例を示した。この参照画像を生成するために必要な画像の階層レベルは、参照画像を生成するために必要なウェーブレット逆変換の回数を規定する、と言い換ええることもできる。したがって、符号化画像CIに、参照画像を生成するために必要なウェーブレット逆変換の回数を付加してもよい。画像復号装置では、この回数をもとに参照画像の生成に必要な画像の階層レベルを特定し、ウェーブレット逆変換部53からその階層レベルの画像を取り出して参照画像を生成する。
In the above-described embodiment, an example in which the hierarchical level of an image necessary for generating a reference image is added to the encoded image CI has been described. In other words, the hierarchical level of the image necessary for generating the reference image defines the number of wavelet inverse transformations necessary for generating the reference image. Therefore, the number of wavelet inverse transforms necessary for generating a reference image may be added to the encoded image CI. In the image decoding apparatus, the hierarchical level of the image necessary for generating the reference image is specified based on the number of times, and the hierarchical level image is extracted from the wavelet
上記の実施の形態では、逆変換階層レベル設定部8で参照画像を生成するために必要な階層レベルを設定できるようにしたが、この階層レベルを常にウェーブレット変換部3で階層化した一番深い階層レベルとしてもよい。この場合、ウェーブレット逆変換部7はなくてもよく、逆量子化部6で得られた一番深い階層のLL成分を、参照画像を生成するために使用すればよい。また、符号化部5で参照画像を生成するために必要な階層レベルを付加しなくてもよい。この符号化画像CIを復号する場合は、逆量子化部52で得られた一番深い階層のLL成分を、参照画像を生成するために使用すればよい。
In the above embodiment, the hierarchical level necessary for generating the reference image can be set by the inverse transformation hierarchical
2 減算器
3 ウェーブレット変換部
4 量子化部
5 符号化部
6 逆量子化部
7 ウェーブレット逆変換部
8 逆変換階層レベル設定部
9 参照画像拡大部
10 加算器
11 フレームメモリ
12 動き予測部
14 原画像縮小部
15 予測画像拡大部
16 予測画像縮小部
51 復号部
52 逆量子化部
53 ウェーブレット逆変換部
54 復号画像階層レベル設定部
55 加算器
56 参照画像拡大縮小部
57 加算器
58 フレームメモリ
59 動き補償部
61 予測画像拡大縮小部
62 予測画像拡大縮小部
100、110、120 画像符号化装置
200、210、220 画像復号装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
分割された空間周波数帯域のうち任意の周波帯域を、更に複数の空間周波数帯域に分割する第2のステップと、を含み、
前記第1のステップ又は第2のステップによって得られた最も低い周波数帯域成分から参照画像を生成し、前記画像と異なる時間に入力された画像に対して動き予測を行う画像符号化方法。 A first step of dividing the image into a plurality of spatial frequency bands;
A second step of further dividing an arbitrary frequency band of the divided spatial frequency bands into a plurality of spatial frequency bands,
An image encoding method for generating a reference image from the lowest frequency band component obtained in the first step or the second step, and performing motion prediction on an image input at a time different from the image.
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