JP2006121122A

JP2006121122A - ブロック歪み低減用ループフィルタ

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Publication number: JP2006121122A
Application number: JP2004278877A
Authority: JP
Inventors: Wataru Katase; 渉片瀬
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP4241559B2

Abstract

【課題】Ｈ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格に準拠して閾値参照テーブルの規模を最小限にしたブロック歪み低減ループフィルタを提供する。
【解決手段】圧縮画像の圧縮データ量に応じてノイズ低減値を有するテーブル３と、圧縮データ量を一定とした場合に、ノイズ中に含まれる周波数成分の中の所定閾値以下の周波数成分だけを取り出す周波数選択部1と、所定の圧縮率に基づいて、周波数選択部1で取り出された周波数成分を所定閾値以下にした際に生じる圧縮データ量に対する圧縮データ量の不足分の差がないように、テーブルの関数をシフトさせる圧縮データ量シフト部２と、シフトされたテーブルの関数を用いて、シフト量に応じて圧縮画像を入力画像に戻した際に発生するノイズを低減することを特徴とするループフィルタを提供するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像信号を圧縮伸張する際の、ＭＰＥＧ−４に規定されるブロック歪み低減用ループフィルタに関するものである。

ＩＳＯ（国際標準化機構）／ＩＥＣ（国際電気標準会議）とＩＴＵ（国際電気信号連合）−Ｔによって画像圧縮方式のビデオ圧縮に対するＨ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格が認可された。そして、このＭＰＥＧ４の規格ではＭＰＥＧ２に比較し高画質、高圧縮を行うために、符号化量が数十倍にも膨れ上がっているが、直交変換と動き補償予測を組み合わせたハイブリッド符号化、と言うアルゴリズム自体は同じであるが、高圧縮実現のために取り入れたのは、動き補償機能とフレーム内予測機能の２つである。この２つで符号化処理の大半を占める。

図５にＨ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格に基づく画像圧縮方式のエンコーダ１０を示す。このエンコーダ１０は動きベクトル検出１１、動き補償１２、重み付き予測１３、画面内予測１４、ＤＣＴ１５、量子化１６、可変長符号化１７、逆量子化１８、逆ＤＣＴ１９、ループフィルタ２０、フレームメモリ２１及び符号化制御２２等の構成により高圧縮化を行っている。

そして、ＭＰＥＧ４の規格では、ブロック歪みを低減させる目的のループフィルタ２０が複合時に必要であることが定められている。
そしてこのループフィルタ２０は、画像データＶ０に含まれる画像の符号化時に生じるブロック歪みを減少させた画像データＶ１を生成して、フレームメモリ２１に送る。

図６に示すようにループフィルタ２０は、デブロッキングフィルタ１００、閾値生成部１０１、量子化値生成回路１０２、フィルタ強度生成回路１０３から構成される。
このデブロッキングフィルタ１００は閾値ｔｃｏによりフィルタの処理内容を決定し、画像データＶ０を入力して画像の符号化時に生じるブロック歪みを減少させた画像データＶ１を出力する。

このデブロッキングフィルタ１００に入力する閾値ｔｃｏは閾値生成部１０１に量子化値ｉｎｄｅｘＡとフィルタ強度ＢＳにより図７に示す閾値参照テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３，．．，Ｔｎから所定値を選択して閾値ｔｃ０とする。

量子化値ｉｎｄｅｘＡは図示されていない量子化データＱ０を入力し、量子化値生成回路で量子化値ｉｎｄｅｘＡを生成し閾値生成部１０１に送る。
フィルタ強度ＢＳはループフィルタ２０内のフィルタ強度生成回路１０３において生成し閾値生成部１０１に送る。

次に、図７における閾値生成部１０１の動作を説明する。まず量子化値ｉｎｄｅｘＡを閾値参照テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３，．．．，Ｔｎにそれぞれ入力する。そして量子化値ｉｎｄｅｘＡの値に従って閾値参照テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３，．．．，Ｔｎに設定されている閾値ｔｃ０１，ｔｃ０２，ｔｃ０３，．．．，ｔｃ０ｎをそれぞれ読み出してセレクタ７に入力する。そしてセレクタ７にはフィルタ強度ＢＳが入力され、このフィルタ強度ＢＳによって選択された閾値ｔｃ０１，ｔｃ０２，ｔｃ０３のいずれかが閾値ｔｃ０として閾値生成部１０１からデブロッキングフィルタ１００に送られる。

非特許文献１では、ループフィルタの構成方法についての規定が記載されている。この規定によれば、ループフィルタはプロック状の歪みエッジに対して、歪みエッジの両側の隣接画素値を平均化することで、歪みエッジを目立たなくさせる方法としている。この隣接画素値の平均化は、図７に示す閾値参照テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３，．．．，Ｔｎを用いて行うが、このままではテーブル数が多すぎるので、３つの閾値参照テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３のみに限定し、閾値参照テーブルに記憶する閾値を次のように定めている。
閾値参照テーブルＴ１（ＢＳ１）
ｉｎｄｅｘＡ０１２３．．．４５４６４７４８４９５０５１
ｔｃ０１００００．．．６７８９１０１１１３
閾値参照テーブルＴ２（ＢＳ２）
ｉｎｄｅｘＡ０１２３．．．４５４６４７４８４９５０５１
ｔｃ０２００００．．．８１０１１１２１３１５１７
閾値参照テーブルＴ３（ＢＳ３）
ｉｎｄｅｘＡ０１２３．．．４５４６４７４８４９５０５１
ｔｃ０３００００．．．１３１４１６１８２０２３２５

これらの閾値参照テーブルを用いてＨ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格による画像圧縮を行えばＭＰＥＧ−２規格に基づく圧縮率の略４倍以上の性能が得られるから、実用面での使用が検討されている。
ＤＲＡＦＴＩＳＯ／ＩＥＣ１４４９６−１０：２００２（Ｅ）（ＩＴＵ−ＴＲｅｃ．Ｈ．２６４（２００２Ｅ）

しかしながら、上述した閾値参照テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３をそのまま用いて画像の圧縮を行おうとすると、３つの閾値参照テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３を全て同時に動作させなければならないため消費電力が多く、また、３つの閾値参照テーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３を全て保持することがエンコーダ１０において、ハード化、ソフト化のいずれにもメモリ量の増加と処理速度低下を生じ問題点となっていた。

そこで本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、Ｈ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格に準拠しながら、閾値参照テーブルの規模を最小限にし、かつ省電力を行うことが出来る、ブロック歪み低減ループフィルタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための手段として、第１の発明によるブロック歪み低減用ループフィルタは、入力画像を符号化して所定の圧縮率で圧縮された圧縮画像を前記入力画像に戻す際に、前記入力画像に発生するブロックノイズを低減して前記圧縮画像を出力する動符号化装置に用いられるループフィルタにおいて、前記圧縮画像の圧縮データ量に応じて前記ノイズの周波数成分が単調増加する関数を有するテーブルと、前記圧縮データ量を一定とした場合に、前記テーブルに基づいて、前記ノイズ中に含まれる周波数成分の中の所定閾値以下の周波数成分だけを取り出す周波数選択部と、前記所定の圧縮率に基づいて、前記周波数選択部で取り出された前記周波数成分を所定閾値以下にした際に生じる前記一定とした圧縮データ量に対する前記圧縮データ量の不足分の差がないように、前記テーブルの関数をシフトさせる圧縮データ量シフト部と、を有し、前記圧縮データ量シフト部でシフトされた前記テーブルの関数を用いて、前記シフト量に応じて前記圧縮画像を前記入力画像に戻した際に発生するノイズを低減することを特徴とするループフィルタを提供するものである。

本発明によれば、Ｈ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格の規格に準拠した形で、ブロック歪み低減ループフィルタ（以下ループフィルタと略す）に必要な閾値参照テーブルの保持を最小限にすることが出来るので、回路構成やメモリの大幅な削減と高速化かつ低電力を図ることが出来る。

以下に本発明の実施形態に係る画像入力装置について図１〜図４を用いて説明する。
図１は本発明の実施形態における閾値参照テーブルの構成を示す図であり、（Ａ）は閾値参照テーブルを１つとする構成を示す図であり、（Ｂ）は１つの閾値参照テーブルを複数の閾値参照テーブルとする際の回路構成を示す。図２はｉｎｄｅｘＡの変換時の演算内容を示す図であり、（Ａ）は基準となる閾値参照テーブルＳＤのテーブル内容を示す図であり、（Ｂ）は任意の閾値参照テーブルＮのテーブル算出を示す図である。図３はＨ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格の規格に基づく閾値参照テーブルの構成を示す図であり、（Ａ）は３つのテーブル全てを有する構成を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の閾値テーブルを１つ削減した構成を示す図である。図４は各テーブルの規格値と算出値の比較を示す図である。

図１に示すように、入力画像を符号化して所定の圧縮率で圧縮された圧縮画像を前記入力画像に戻す際に、入力画像に発生するブロックノイズを低減して圧縮画像を出力する動符号化装置に用いられるループフィルタにおいて、圧縮画像の圧縮データ量に応じてノイズの周波数成分が単調増加する関数を有するテーブル３(閾値参照テーブルＳＤ３)と、圧縮データ量を一定とした場合に、テーブル３に基づいて、ノイズ中に含まれる周波数成分の中の所定閾値以下の周波数成分だけを取り出す周波数選択部１(定数選択部１)と、所定の圧縮率に基づいて、周波数選択部1で取り出された周波数成分を所定閾値以下にした際に生じる一定とした圧縮データ量に対する圧縮データ量の不足分の差がないように、テーブルの関数をシフトさせる圧縮データ量シフト部２(配列値生成部２)と、を有し、圧縮データ量シフト部でシフトされたテーブルの関数を用いて、シフト量に応じて圧縮画像を入力画像に戻した際に発生するノイズを低減することを特徴とするループフィルタを提供するものである。

そして、図１（Ａ）に示すように本発明の実施形態に係る閾値生成部１０１は、定数選択１、ｉｎｄｅｘ変換２、閾値参照テーブルＳＤ３により構成され、図７に示す閾値生成部１０１の従来の複数の閾値参照テーブルを１つにする機能を有するものである。

すなわち、図１（Ｂ）に示すように量子化値ｉｎｄｅｘＡを、ｉｎｄｅｘ変換２によりｉｎｄｅｘＡｘ＝（ｉｎｄｅｘＡ−Ｔｎ）の演算により変換し、閾値参照テーブルＳＤ３から閾値ｔｃ０を抽出する。
このＴｎはユーザによって選択されたフィルタ強度ＢＳを定数選択１に加え、ＢＳ＝１であれば定数Ｔ１、ＢＳ＝２であれば定数Ｔ２，．．．，ＢＳ＝ｎであれば定数Ｔｎが選択されｉｎｄｅｘ変換２に加えられる。（Ｔ１、Ｔ２、．．．、Ｔｎ:ＢＳに基づく閾値のシフト量）

次に、図１（Ｂ）に示す定数例について説明する。
ｎ＝８とした場合８段階のフィルタ強度を次のように設定する。
ＢＳ＝１：Ｔ１＝８ほとんど圧縮しない場合に用いる。
ＢＳ＝２：Ｔ１＝７わずかに圧縮した場合に用いる。
ＢＳ＝３：Ｔ１＝６ＭＰＥＧ４のテーブルＡに相当し、低圧縮補正用とする。
ＢＳ＝４：Ｔ１＝５低圧縮率で動きの速い場合に用いる。
ＢＳ＝５：Ｔ１＝４ＭＰＥＧ４のテーブルＢに準拠し、中圧縮補正用とする。
ＢＳ＝６：Ｔ１＝３中圧縮率で動きの速い場合に用いる。
ＢＳ＝７：Ｔ１＝２圧縮率が高く動きの遅い場合に用いる。
ＢＳ＝８：Ｔ１＝０ＭＰＥＧ４のテーブルＣに相当し最大圧縮時用とする。

このように定数Ｔ１を所定数設定すれば、テーブル数は１つで済み、しかも、圧縮時に発生するブロッキングエラーに応じた補正をテーブル数が多い場合と同様に最適に行うことが出来る。

ｉｎｄｅｘ変換２ではｉｎｄｅｘＡｘ＝ｉｎｄｅｘＡ−Ｔｎの演算によりｉｎｄｅｘＡｘを得る。但しｉｎｄｅｘＡｘ＜０の場合はｉｎｄｅｘＡｘ＝０とする。

閾値参照テーブルＳＤ３には標準のｉｎｄｅｘＡに基づく閾値がテーブルとして設置される。例えば図２(Ａ)に示すように、閾値ｔｃ０＝ｆ（ｉｎｄｅｘＡ）とし、ｆはブロッキングフィルタ１００で用いる最大値の閾値の関数とする。そしてｉｎｄｅｘＡの値に基づいてｔｃ０を算出し、その算出値を閾値参照テーブルＳＤ３に格納する。
そして、図２（Ｂ）に示すようにフィルタ強度ＢＳに基づく定数ＴｎによりｉｎｄｅｘＡｘ＝ｉｎｄｅｘＡ−Ｔｎの演算を行い（ｉｎｄｅｘＡｘ＜０の場合はｉｎｄｅｘＡｘ＝０）定数Ｔｎ分にｉｎｄｅｘＡをシフトして閾値参照テーブルＳＤ３から閾値ｔｃ０を抽出する。

このように量子化値ｉｎｄｅｘＡをｉｎｄｅｘ変換１において（ｉｎｄｅｘＡｘ＝ｉｎｄｅｘＡ−Ｔｎ）の演算を行い、閾値参照テーブルＳＤ３に量子化値ｉｎｄｅｘＡｘを加えれば任意の閾値参照テーブルＮの閾値を抽出することが出来るから、複数の閾値参照テーブルを閾値生成部１０１に所有することはなく、閾値参照テーブルＳＤ３のみ有する閾値参照テーブルを大幅に削減した閾値生成部１０１を得ることが出来る。

例えば図３（Ａ）に示すＨ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格により３つの閾値参照テーブルＡ，Ｂ，Ｃをフィルタ強度ＢＳによって選択する閾値生成部１０１における閾値参照テーブルＣに加えられるｉｎｄｅｘＡを図４のＭＰＥＧ−２規格に基づく図４（１）のテーブルＡと図４（５）のテーブルＣとからシフト量６（定数Ｔｎ＝６）として、図３（Ｂ）に示されるｉｎｄｅｘ変換２で（ｉｎｄｅｘＡ２＝ｉｎｄｅｘＡ−６）の演算を行い、このｉｎｄｅｘＡ２をセレクタ９経由で閾値参照テーブルＣに加えれば、ｉｎｄｅｘＡ２に応じて図４の（２）に示す閾値が算出される。この図４の（２）に示す閾値は図４（１）のテーブルＡと同じ値であることが分かる。
テーブルＢをそのまま用いる場合は、ｉｎｄｅｘ変換２の後にセレクタ９を設置し、フィルタ強度ＢＳにより閾値参照テーブルＡと閾値参照テーブルＣの選択を行う。

このように図３（Ｂ）の構成とすれば、Ｈ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格における３つの閾値参照テーブルＡ，Ｂ，Ｃの中の閾値参照テーブルＡを省略することが出来る。

また、図１において、Ｈ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格における３つの閾値参照テーブルＡ，Ｂ，Ｃよりシフト量をそれぞれＢＳ＝１：Ｔ１＝６，ＢＳ＝２：Ｔ２＝４，ＢＳ＝３：Ｔ３＝０とし、閾値テーブルＳＤ３＝閾値テーブルＣとして、Ｈ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格における３つの閾値参照テーブルＡ，Ｂ，Ｃのうち、閾値テーブルＣから閾値参照テーブルＡ，Ｂを求めれば、閾値参照テーブルＡは図４（２）、閾値参照テーブルＢは図４（４）の閾値が算出できる。
これを規格値と比較すると図４（２）は一致し、図４（４）は±１の範囲に入っており、規格に準拠したものとみなすことが出来る。

従って図１（Ａ）の構成とすればＨ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格に準拠した、閾値参照テーブルが１つの閾値生成部１０１を得ることが出来る。

以上述べてきたように、基準とする閾値参照テーブルを１つ有するのみで、任意の数の閾値参照テーブルの機能を有することが出来るから、ユーザによって選択されるフィルタ強度ＢＳの設定数を細分化して閾値参照テーブルの設定数を増加しても、メモリ量の増加や処理速度の低下を生じることのない、よりきめの細かい処理の出来る高品質のブロック歪み低減ループフィルタを提供することが出来る。

本発明の実施形態における閾値参照テーブルの構成を示す図であり、（Ａ）は閾値参照テーブルを１つとする構成を示す図であり、（Ｂ）は１つの閾値参照テーブルを複数の閾値参照テーブルとする際の回路構成を示す図である。ｉｎｄｅｘＡの変換時の演算内容を示す図であり、（Ａ）は基準となる閾値参照テーブルＳＤのテーブル内容を示す図であり、（Ｂ）は任意の閾値参照テーブルＮのテーブル算出を示す図である。Ｈ．２６４／ＭＰＥＧ４−ＡＶＣ規格の規格に基づく閾値参照テーブルの構成を示す図であり、（Ａ）は３つのテーブル全てを有する構成を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の閾値テーブルを１つ削減した構成を示す図である。各テーブルの規格値と算出値の比較を示す図である。ＭＰＥＧ４のエンコーダの構成を示す図である。ループフィルタの構成を示す図である。閾値参照テーブルの構成を示す図である。

符号の説明

１・・・定数選択、２・・・ｉｎｄｅｘ変換、３・・・閾値参照テーブルＳＤ、４・・・閾値参照テーブルＢ、６・・・閾値参照テーブルＡ、７・・・セレクタ、８・・・閾値参照テーブルＣ、９・・・セレクタ、１０・・・エンコーダ、１１・・・動きベクトル検出、１２・・・動き補償、１３・・・重み付き予測、１４・・・画面内予測、１５・・・ＤＣＴ、１６・・・量子化、１７・・・可変長符号化、１８・・・逆量子化、１９・・・逆ＤＣＴ、２０・・・ループフィルタ、２１・・・フレームメモリ、１００・・・デブロッキングフィルタ、１０１・・・閾値生成部、１０２・・・量子化値生成回路、１０３・・・フィルタ強度生成回路

Claims

入力画像を符号化して所定の圧縮率で圧縮された圧縮画像を前記入力画像に戻す際に、前記入力画像に発生するブロックノイズを低減して前記圧縮画像を出力する動符号化装置に用いられるループフィルタにおいて、
前記圧縮画像の圧縮データ量に応じて前記ノイズの周波数成分が単調増加する関数を有するテーブルと、
前記圧縮データ量を一定とした場合に、前記テーブルに基づいて、前記ノイズ中に含まれる周波数成分の中の所定閾値以下の周波数成分だけを取り出す周波数選択部と、
前記所定の圧縮率に基づいて、前記周波数選択部で取り出された前記周波数成分を所定閾値以下にした際に生じる前記一定とした圧縮データ量に対する前記圧縮データ量の不足分の差がないように、前記テーブルの関数をシフトさせる圧縮データ量シフト部と、
を有し、
前記圧縮データ量シフト部でシフトされた前記テーブルの関数を用いて、前記シフト量に応じて前記圧縮画像を前記入力画像に戻した際に発生するノイズを低減することを特徴とするループフィルタ。