JP2006135786A - 可逆ビデオ符号化装置,可逆ビデオ符号化方法,可逆ビデオ復号装置,可逆ビデオ復号方法,可逆ビデオ符号化プログラム,可逆ビデオ復号プログラムおよびそれらのプログラムの記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】符号化中の各小ブロックにおいて,H.264準拠の符号化方式に従い,予測モードに応じてフレーム内予測またはフレーム間予測により予測残差信号Rを求める(S101,S103)。また,予測係数αを求め,予測係数αを用いて予測残差信号Rに空間的な線形予測を施し,残差変換信号Pを取得する(S102,S104〜S106)。この残差変換信号Pを量子化することなくエントロピ符号化する(S107)。
【選択図】図2
Description
・Motion JPEG2000 は,段階的伝送が可能であるが,フレーム内符号化をするため,ビデオ特有のフレーム間相関を用いた高能率符号化はできない。
・JPEG-LS は,JPEG2000よりも効率は高いが,やはりフレーム内に閉じた符号化であり効率に限界があるほか,段階的伝送ができない。
ISO/IEC 15444-3:2002 Information technology −JPEG2000 image coding system−Part 3:Motion JPEG2000 "Motion-JPEG2000",http://e-words.jp/w/Motion-JPEG2000.html ISO/IEC 14495-1:1999 Information technology −Lossless and near-lossless coding of continuous tone still images 上野他,"多値ロスレス符号化標準と当社技術の採用",http://www.mitsubishielectric.co.jp/giho/9809/9809115.pdf Gary J.Sullivan,Pankaj Topiwala,and Ajay Luthra,"The H.264/AVC Advanced Video Coding Standard: Overview and Introduction to the Fidelity Range Extensions",Presented at the SPIE Conference on Applications of Digital Image Processing XXVII Special Session on Advances in the New Emerging Standard: H.264/AVC,August,2004
原信号の小ブロックを4×4行列Uで表す。H.264 標準においては,フレーム内あるいはフレーム間で該ブロックを予測する。この信号を同じく4×4行列Yで表す。そして予測残差信号(4×4行列R)を両者の差
R=U−Y (1)
とする。これらはいずれも,要素がすべて整数である。
H.264 標準においては,Rに対して直交変換,ついで係数の量子化を行うが,この発明に係る可逆ビデオ符号化方法は,直交変換および量子化を省略し,その代わりに線形予測を施す。
1. (*水平方向*)
2. for j← 0 to 3
3. for i← 0 to 3
4. pi,j ←ri,j - f(αh ri-1,j )
5. (*垂直方向*)
6. for i← 0 to 3
7. for j← 3 downto 0
8. pi,j ←pi,j - f(αv pi,j-1 )
[アルゴリズム2]
1. for j← 0 to 3
2. for i← 0 to 3
3. pi,j ←ri,j - f(αh ri-1,j + αv ri,j-1 - αh αv ri-1,j-1 )
ここで任意の整数nに対して
r-1, n =rn,-1=0
であるとし,αh は垂直方向の予測係数,αv は垂直方向の予測係数であり,予め決められた値(例えばαh =αv =0.75)を用いるものとする。また,f(x)は,xの小数点以下を四捨五入し整数とする関数である。すなわち,
f(x)=[(x+0.5)以下の最大の整数] (4)
こうして得られたPを,「残差変換信号」と呼ぶ。これを,通常のH.264 における,直交変換と量子化を経た,量子化係数(やはり4×4サイズである)とみなして符号化する。
・整数i記憶装置,整数j記憶装置,整数rij記憶装置,整数k記憶装置
・16要素の整数配列p記憶装置,16要素の整数配列r記憶装置
・浮動小数点数αh 記憶装置,浮動小数点数αv 記憶装置,浮動小数点数f記憶装置
・小数点以下四捨五入手段
・乗算手段,加算手段,減算手段
・整数比較手段。
・pij設定手段(整数i記憶装置と整数j記憶装置と整数x記憶装置からそれぞれi,j,xを取得し,整数k記憶装置にi*4+jを記憶し,整数配列p記憶装置のk番地にxを記憶する手段)
・pij-1獲得手段(整数j記憶装置からjを取得し,減算手段により1を減じ,この値を整数j記憶装置に記録し,pij獲得手段を実行し,再度整数j記憶装置からjを取得し,加算手段により1を加え,この値を整数j記憶装置に記録する手段)
・rij獲得手段(整数i記憶装置と整数j記憶装置からそれぞれi,jを取得し,iが負またはjが負ならば0を返し,そうでなければ,整数k記憶装置にi*4+jを記憶し,整数配列r記憶装置のk番地の値を整数rij記憶装置に記憶する手段)
・rij-1獲得手段(整数j記憶装置からjを取得し,減算手段により1を減じ,この値を整数j記憶装置に記録し,rij獲得手段を実行し,再度整数j記憶装置からjを取得し,加算手段により1を加え,この値を整数j記憶装置に記録する手段)
・ri-1j獲得手段(整数i記憶装置からiを取得し,減算手段により1を減じ,この値を整数i記憶装置に記録し,rij獲得手段を実行し,再度整数i記憶装置からiを取得し,加算手段により1を加え,この値を整数i記憶装置に記録する手段)
・ri-1j-1獲得手段(整数i記憶装置からiを取得し,減算手段により1を減じ,この値を整数i記憶装置に記録し,rij-1獲得手段を実行し,再度整数i記憶装置からiを取得し,加算手段により1を加え,この値を整数i記憶装置に記録する手段)。
[1]整数j記憶装置に値0を記憶する。
[2]整数i記憶装置に値0を記憶する。
[3](フラグA)
[4]αh 記憶手段からαh を取得し,ri-1j獲得手段を実行し,整数rij記憶装置から得たri-1,j 値とαh の積を乗算手段により求め,該積を小数点以下四捨五入手段により整数とし,rij獲得手段を実行し,rij記憶装置から得たri,j 値と該積の差を減算手段により求め,整数x記憶装置に記憶する。
[5]pij設定手段を実行する。
[6]整数i記憶装置からiを取得し,加算手段によりこれに1を加算し,整数i記憶装置に記憶する。
[7]iと3の大小を整数比較手段により比較し,iが3を超えていなければ,フラグAの番地へ処理を移す。
[8]iが3を超えていれば,整数i記憶装置に0を記憶し,また,整数j記憶装置からjを取得し,加算手段によりこれに1を加算し,整数j記憶装置に記憶する。
[9]jと3の大小を比較し,jが3を超えていなければ,フラグAの番地へ処理を移す。
[10]整数i記憶装置に値0を記憶する。
[11]整数j記憶装置に値3を記憶する。
[12](フラグB)
[13]αv 記憶手段からαv を取得し,pij-1獲得手段を実行し,pij記憶装置から得たpi,j-1 値とαv の積を乗算手段により求め,該積を小数点以下四捨五入手段により整数とし,pij獲得手段を実行し,pij記憶装置から得たpi,j 値と該積の差を減算手段により求め,整数x記憶装置に記憶する。
[14]pij設定手段を実行する。
[15]整数j記憶装置からjを取得し,減算手段によりこれから1を減算し,整数j記憶装置に記憶する。
[16]jと0の大小を整数比較手段により比較し,jが0を下回っていなければ,フラグBの番地へ処理を移す。
[17]jが0を下回っていれば,整数j記憶装置に3を記憶し,また,整数i記憶装置からiを取得し,加算手段によりこれに1を加算し,整数i記憶装置に記憶する。
[18]iと3の大小を比較し,iが3を超えていなければ,フラグBの番地へ処理を移す。
[19]iが3を超えていれば,処理を終了する。
[1]整数i記憶装置に値0を記憶する。
[2]整数j記憶装置に値0を記憶する。
[3](フラグA)
[4]αh 記憶手段からαh を取得し,αv 記憶手段からαv を取得する。
[5]rij-1獲得手段を実行し,rij記憶装置から得たri,j-1 値とαv の積を乗算手段により求め,浮動小数点数f記憶装置に記憶する。
[6]ri-1j獲得手段を実行し,rij記憶装置から得たri-1,j 値とαh の積を乗算手段により求め,加算手段により浮動小数点数f記憶装置に加算する。
[7]ri-1j-1獲得手段を実行し,rij記憶装置から得たri-1,j-1 値とαh の積を乗算手段により求め,さらに該積とαv の積を乗算手段により求め,これを減算手段により浮動小数点数f記憶装置から減算する。
[8]小数点以下四捨五入手段により浮動小数点数f記憶装置の値を整数化し,整数x記憶装置に記憶する。
[9]rij獲得手段を実行し,rij記憶装置から得たri,j 値とxの差を減算手段により求め,整数x記憶装置に記憶する。
[10]pij設定手段を実行する。
[11]整数i記憶装置からiを取得し,加算手段によりこれに1を加算し,整数i記憶装置に記憶する。
[12]iと3の大小を整数比較手段により比較し,iが3を超えていなければ,フラグAの番地へ処理を移す。
[13]iが3を超えていれば,整数i記憶装置に0を記憶し,また,整数j記憶装置からjを取得し,加算手段によりこれに1を加算し,整数j記憶装置に記憶する。
[14]jと3の大小を比較し,jが3を超えていなければ,フラグAの番地へ処理を移す。
[15]jが3を超えていれば,処理を終了する。
予測残差信号の統計的性質は,画像そのものによっても大きく変化するが,予測方法,例えばフレーム間予測をする場合とフレーム内予測をする場合によっても予測残差の性質は変化すると考えられる。そこで,該ブロックがフレーム内予測である場合には,水平予測係数,垂直予測係数をそれぞれ
αh =αh intra (5)
αv =αv intra (6)
とし,フレーム間予測である場合には,水平予測係数,垂直予測係数をそれぞれ
αh =αh inter (7)
αv =αv inter (8)
として,アルゴリズム1またはアルゴリズム2の予測を行うこととする。
αh intra =αv intra =0.8 (9)
αh inter =αv inter =0.7 (10)
のように定める。
予測誤差信号は,隣接したブロック同士では,ほぼ類似の性質を持つことが経験上判明している。そこで,近隣のブロックで最適な予測係数が,処理中のブロックでもよい予測をすると期待できる。
ここでhn は,Pの各要素が値nをとる確率である。
αh =(σh W +σh NW+σh N +σh NE+4σh ’)/8 (13)
αv =(σv W +σv NW+σv N +σv NE+4σv ’)/8 (14)
のように,できるだけ妥当に近いと思われる値に設定し,線形予測する。
第1ないし第3の発明による残差変換信号は,一次元線形予測を縦横に繰り返す(アルゴリズム1による)場合には下記のアルゴリズム3,二次元線形予測する(アルゴリズム2による)場合には下記のアルゴリズム4により,残差信号に完全復元される。前者の場合,水平方向の線形予測と垂直方向の線形予測の順序が符号化と復号で逆になることに注意する。
1. (*垂直方向*)
2. for i← 0 to 3
3. for j← 0 to 3
4. pi,j ←pi,j + f(αv pi,j-1 )
5. (*水平方向*)
6. for j← 0 to 3
7. for i← 0 to 3
8. ri,j ←pi,j + f(αh ri-1,j )
[アルゴリズム4]
1. for j← 0 to 3
2. for i← 0 to 3
3. ri,j ←pi,j + f(αh ri-1,j + αv ri,j-1 - αh αv ri-1,j-1 )
αv =(σv W +σv NW+σv N +σv NE+4αv mode)/8 (16)
得られた係数を用い,ステップS106において,アルゴリズム1あるいはアルゴリズム2により予測残差信号Rに線形予測を施し残差変換信号Pを得る。次いでステップS107において,このPをH.264 準拠の方法でエントロピ符号化する。
(a,b)=(r0,0 ,r0,1 ),(r0,1 ,r0,2 ),(r0,2 ,r0,3 ),(r1,0 ,r1,1 ),(r1,1 ,r1,2 ),(r1,2 ,r1,3 ),(r2,0 ,r2,1 ),(r2,1 ,r2,2 ),(r2,2 ,r2,3 ),(r3,0 ,r3,1 ),(r3,1 ,r3,2 ),(r3,2 ,r3,3 )
と,上下に隣り合う画素対をすべて列挙する。
(a,b)=(r0,0 ,r1,0 ),(r1,0 ,r2,0 ),(r2,0 ,r3,0 ),(r0,1 ,r1,1 ),(r1,1 ,r2,1 ),(r2,1 ,r3,1 ),(r0,2 ,r1,2 ),(r1,2 ,r2,2 ),(r2,2 ,r3,2 ),(r0,3 ,r1,3 ),(r1,3 ,r2,3 ),(r2,3 ,r3,3 )
と,左右に隣り合う画素対をすべて列挙する。
pi,j =ri,j −f(αh ri-1,j +αv ri,j-1 +αh αv ri-1,j-1 )
に従いpi,j を求め,これを出力する。P記憶装置118は,このpi,j を入力とし,Pのi,j番目の要素(ijループ制御部116により指定される)にこれを記憶する。
(a,b)=(r0,0 ,r0,1 ),(r0,1 ,r0,2 ),(r0,2 ,r0,3 ),(r1,0 ,r1,1 ),(r1,1 ,r1,2 ),(r1,2 ,r1,3 ),(r2,0 ,r2,1 ),(r2,1 ,r2,2 ),(r2,2 ,r2,3 ),(r3,0 ,r3,1 ),(r3,1 ,r3,2 ),(r3,2 ,r3,3 )
と,上下に隣り合う画素対をすべて列挙する。
(a,b)=(r0,0 ,r1,0 ),(r1,0 ,r2,0 ),(r2,0 ,r3,0 ),(r0,1 ,r1,1 ),(r1,1 ,r2,1 ),(r2,1 ,r3,1 ),(r0,2 ,r1,2 ),(r1,2 ,r2,2 ),(r2,2 ,r3,2 ),(r0,3 ,r1,3 ),(r1,3 ,r2,3 ),(r2,3 ,r3,3 )
と,左右に隣り合う画素対をすべて列挙する。
ri,j =pi,j −f(αh ri-1,j +αv ri,j-1 −αh αv ri-1,j-1 )
に従いri,j を求め,これを出力する。R記憶装置218は,このri,j を入力とし,予測残差信号Rのi,j番目の要素(ijループ制御部216により指定される)にこれを記憶する。
2 可逆ビデオ復号装置
101,201 原画像記憶装置
102 H.264 符号化装置
103,203 逐次ブロック位置制御部
104,204 入力制御部V
105,205 入力制御部H
106,206 積加算器
107,207 加算器
108,208 二乗和加算器
109,209 相関係数演算器
110,210 相関係数記憶装置
111,211 αmode決定装置
112,212 αh mode,αv mode記憶装置
113,213 αh ,αv 演算器
114,214 αh ,αv 記憶装置
115,218 R記憶装置
116,216 ijループ制御部
117 二次元線形予測器
118,215 P記憶装置
119,219 符号化ビットストリーム蓄積部
202 H.264 復号装置
217 二次元逆線形予測器
Claims (12)
- 動画像の画像信号を可逆符号化する可逆ビデオ符号化装置であって,
符号化対象画像信号の各ブロックごとに,フレーム内符号化における空間予測あるいはフレーム間符号化における時間予測を施した予測残差信号を算出する手段と,
線形予測に用いる予測係数を記憶する手段と,
前記予測残差信号に対し,前記予測係数を用いて空間的な線形予測を施すことにより残差変換信号を取得する手段と,
前記残差変換信号を符号化する手段とを備える
ことを特徴とする可逆ビデオ符号化装置。 - 動画像の画像信号を可逆符号化する可逆ビデオ符号化方法であって,
符号化対象画像信号の各ブロックごとに,フレーム内符号化における空間予測あるいはフレーム間符号化における時間予測を施した予測残差信号を算出するステップと,
前記予測残差信号に対し,記憶装置に記憶された予測係数を用いて空間的な線形予測を施すことにより残差変換信号を取得するステップと,
前記残差変換信号を符号化するステップとを備える
ことを特徴とする可逆ビデオ符号化方法。 - 請求項2に記載の可逆ビデオ符号化方法において,
符号化中ブロックおよびその周囲の符号化済みブロックの予測モードを用いて前記予測係数を決定し,前記記憶装置に記憶するステップを有する
ことを特徴とする可逆ビデオ符号化方法。 - 請求項2または請求項3に記載の可逆ビデオ符号化方法において,
符号化済み周囲ブロックの予測残差信号を用いて,予測残差信号の相関係数により前記予測係数を決定し,前記記憶装置に記憶するステップを有する
ことを特徴とする可逆ビデオ符号化方法。 - 請求項1に記載の可逆ビデオ符号化装置を用いて符号化した符号化ストリームを復号する可逆ビデオ復号装置であって,
符号化ストリームを入力し各ブロックごとに残差変換信号を復号する手段と,
逆線形予測に用いる予測係数を記憶する手段と,
復号された残差変換信号に,前記予測係数を用いて空間的な逆線形予測を施すことにより符号化時の予測残差信号と同一の信号を得る手段と,
前記予測残差信号から復号画像を生成する手段とを備える
ことを特徴とする可逆ビデオ復号装置。 - 請求項2,請求項3または請求項4に記載の可逆ビデオ符号化方法を用いて符号化した符号化ストリームを復号する可逆ビデオ復号方法であって,
符号化ストリームを入力し各ブロックごとに残差変換信号を復号するステップと,
復号された残差変換信号に,記憶装置に記憶された予測係数を用いて空間的な逆線形予測を施すことにより符号化時の予測残差信号と同一の信号を得るステップと,
前記予測残差信号から復号画像を生成するステップとを有する
ことを特徴とする可逆ビデオ復号方法。 - 請求項6に記載の可逆ビデオ復号方法において,
復号中ブロックおよびその周囲の復号済みブロックの予測モードを用いて前記予測係数を決定し,前記記憶装置に記憶するステップを有する
ことを特徴とする可逆ビデオ復号方法。 - 請求項6または請求項7に記載の可逆ビデオ復号方法において,
復号済み周囲ブロックの予測残差信号を用いて,予測残差信号の相関係数により前記予測係数を決定し,前記記憶装置に記憶するステップを有する
ことを特徴とする可逆ビデオ復号方法。 - 動画像の画像信号の可逆符号化処理をコンピュータに実行させるための可逆ビデオ符号化プログラムであって,
前記コンピュータを,
符号化対象画像信号の各ブロックごとに,フレーム内符号化における空間予測あるいはフレーム間符号化における時間予測を施した予測残差信号を算出する手段と,
線形予測に用いる予測係数を記憶する手段と,
前記予測残差信号に対し,前記予測係数を用いて空間的な線形予測を施すことにより残差変換信号を取得する手段と,
前記残差変換信号を符号化する手段,
として機能させるための可逆ビデオ符号化プログラム。 - 請求項1に記載の可逆ビデオ符号化装置を用いて符号化した符号化ストリームを復号する可逆復号処理をコンピュータに実行させるための可逆復号プログラムであって,
前記コンピュータを,
符号化ストリームを入力し各ブロックごとに残差変換信号を復号する手段と,
逆線形予測に用いる予測係数を記憶する手段と,
復号された残差変換信号に,前記予測係数を用いて空間的な逆線形予測を施すことにより符号化時の予測残差信号と同一の信号を得る手段と,
前記予測残差信号から復号画像を生成する手段,
として機能させるための可逆ビデオ復号プログラム。 - 動画像の画像信号の可逆符号化処理をコンピュータに実行させるための可逆ビデオ符号化プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって,
前記コンピュータを,
符号化対象画像信号の各ブロックごとに,フレーム内符号化における空間予測あるいはフレーム間符号化における時間予測を施した予測残差信号を算出する手段と,
線形予測に用いる予測係数を記憶する手段と,
前記予測残差信号に対し,前記予測係数を用いて空間的な線形予測を施すことにより残差変換信号を取得する手段と,
前記残差変換信号を符号化する手段,
として機能させるためのプログラムを記録した可逆ビデオ符号化プログラムの記録媒体。 - 請求項1に記載の可逆ビデオ符号化装置を用いて符号化した符号化ストリームを復号する可逆復号処理をコンピュータに実行させるための可逆復号プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって,
前記コンピュータを,
符号化ストリームを入力し各ブロックごとに残差変換信号を復号する手段と,
逆線形予測に用いる予測係数を記憶する手段と,
復号された残差変換信号に,前記予測係数を用いて空間的な逆線形予測を施すことにより符号化時の予測残差信号と同一の信号を得る手段と,
前記予測残差信号から復号画像を生成する手段,
として機能させるためのプログラムを記録した可逆ビデオ復号プログラムの記録媒体。
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