JP2006518564A - 符号化残余動きベクトルデータの有無を示すフラグを有する動きベクトルの予測符号化 - Google Patents

Abstract

本発明は、ビデオフレームのシーケンスに適用され、符号化ビットストリームを生成し、この符号化ビットストリーム内では、各データアイテムは、任意のデコーダがそのビットストリームのコンテンツの全てのセグメントを認識且つ復号化することを許可するビットストリームシンタックスによって記述される。このビデオ符号化方法は、前のフレームと現在のフレームとの間での動き補償演算を用いる予測技術に基づく予測段階と、現在のフレームからの予測フレームの減算に基づく減算段階とを有し、動き補償演算は、水平成分及び垂直成分（ＭＶｘ、ＭＶｙ）を有する動きベクトルをもたらす。これらの成分は、その成分の予測（Ｐｘ、Ｐｙ）を用いて異なるように符号化されなければならず、実際には、動きベクトル成分と予測の間の差分（ｄｘ、ｄｙ）のみを符号化される。本発明では、シンタックスは、生成された符号化ビットストリーム内に差分があるか否かを示す追加フラグを有し、それにより、復号化側で、復号化されなければならないか、又は、復号化されない。

Description

本発明は、一般的に、ビデオ圧縮の分野に係り、例えば、より具体的には、ＭＰＥＧファミリー（ＭＰＥＧ−１、ＭＰＥＧ−２、ＭＰＥＧ−４）のビデオ規格、及び、ＩＴＵ Ｈ２６Ｘファミリー（Ｈ．２６１、Ｈ．２６３、及び拡張）のビデオ符号化推薦に係る。より具体的には、本発明は、ビデオフレームのシーケンスに適用され、符号化されたビットストリームを生成するビデオ符号化方法に係り、符号化ビットストリーム内では、各データアイテムは、任意のデコーダがそのビットストリームのコンテンツの全てのセグメントを認識且つ復号化することを許可するビットストリームシンタックスによって記述される。このビデオ符号化方法は、前のフレームと現在のフレームとの間での動き補償演算を用いる予測技術に基づき、予測フレームを生成するよう設けられる予測段階と、現在のフレームからの予測フレームの減算に基づき、符号化されるべき信号を生成するよう設けられる減算段階とを含み、上述の動き補償演算自体は、動きベクトルを生成し、この動きベクトルの水平成分及び垂直成分（ＭＶｘ、ＭＶｙ）は、その成分の予測（Ｐｘ、Ｐｙ）を用いて異なるように符号化されなければならず、また、動きベクトル成分と予測の間の差分（ｄｘ、ｄｙ）のみを符号化する。

本発明は更に、上述の符号化方法を実行する符号化装置と、そのような符号化装置によって生成される符号化ビットストリームから構成される伝送可能ビデオ信号と、対応復号化方法並びに装置に係る。

現在のビデオ規格（ビデオ符号化ＭＰＥＧ−４規格及びＨ．２６４推薦まで）では、１つの輝度チャンネル及び２つのクロミナンスチャンネルで記述されるビデオは、各チャンネルに適用される２つの符号化モードによって圧縮可能である。２つの符号化モードとは、所与のチャンネルにおいて、各画像（又はフレーム或いはピクチャ）内のピクチャ素子（画素）の冗長性を使用する「イントラ」モードと、別個の画像（又はフレーム或いはピクチャ）間の時間的冗長性を使用する「インター」モードである。動き補償演算に依存するインターモードは、１つの画像から別の画像への画素の動きを符号化することによって１つ（以上）の前に復号化された画像から画像を記述することを可能にする。

通常は、符号化されるべき現在のピクチャは、独立ブロックに分割され、各独立ブロックには動きベクトルが割当てられる。基準として使用される前のピクチャと現在のピクチャであるピクチャ間で最も類似するブロックを見つけるために与えられる動き推定は、各ブロックについて、基準及び現在のピクチャにおける最も類似するブロック間の動きの度合いを表す移動量に対応する動きベクトルを決定すること可能にする。画像の予測は、画素ブロックに関連付けられる動きベクトルのセットに応じて基準画像から画素ブロックを移動させることによって、構成されることが可能である。最後に、符号化されるべき現在の画像とその動き補償された予測（残余信号）との差分がイントラモードで符号化されることが可能である。３つのチャンネルは全てこのような動き記述を共有する。

本発明は、より具体的には、動きベクトルの符号化に係る。ＭＰＥＧ−４規格では、及び、例えば、英国特許出願ＧＢ２３２９２９５に記載されるように、これらの動きベクトルは、各ブロックに対し、水平成分及び垂直成分ＭＶｘ及びＭＶｙをそれぞれ有し、これらの動きベクトル成分は、異なるように符号化される。実際には、予測（Ｐｘ及びＰｙのそれぞれ）が使用され、各動きベクトル成分（ＭＶｘ、ＭＶｙ）とその予測（Ｐｘ、Ｐｙ）との差分ｄｘ及びｄｙ（残余とも称する）のみが符号化される。これらの予測は、図１に示す８×８画素モードマクロブロックの様々な例によって説明するように、空間近傍マイクロブロック又は既に復号化されたブロックからの３つのベクトル候補予測子（ＭＶ１、ＭＶ２、ＭＶ３）のメジアンフィルタリングによって形成される。即ち、
Ｐｘ＝メジアン（ＭＶ１ｘ、ＭＶ２ｘ、ＭＶ３ｘ） （１）
Ｐｙ＝メジアン（ＭＶ１ｙ、ＭＶ２ｙ、ＭＶ３ｙ） （２）
ここで、ＭＶ１ｘ、ＭＶ２ｘ、ＭＶ３ｘは、予測子の水平成分を示し、ＭＶ１ｙ、ＭＶ２ｙ、ＭＶ３ｙは、予測子の垂直成分を示す。符号化されるべき各動きベクトル（ＭＶｘ、ＭＶｙ）は、予測（Ｐｘ、Ｐｙ）と成分（ｄｘ、ｄｙ）の合計として記述されるが、上述したように、予測不可能な差分成分（ｄｘ、ｄｙ）のみが、各動き補償されたブロックに対しビデオビットストリームにおいて実際に符号化される。実際には、従って、圧縮利得が得られる。というのは、（ｄｘ、ｄｙ）は、（ＭＶｘ、ＭＶｙ）より良好な統計学的特性を有するからである。

尚、この方法は、ＭＰＥＧ−４に限られたものではなく、また、同様の動きベクトル符号化方法は、空間的及び時間的近傍の動きベクトルから作成された動きベクトル予測に付加される動きベクトル残余を符号化することに依然として依存するビデオ符号化推薦Ｈ．２６４においても見受けられる。しかし、このような符号化スキームにおいて認識される１つの欠点は、動きベクトル残余がゼロであっても（即ち、符号化／復号化される動きベクトルが、予測ベクトルであっても）動きベクトル残余は常に、ビットストリームシンタックスを満たすために符号化される必要があるという点である。

従って、本発明は、この欠点が回避されるビデオ符号化方法を提供することを第１の目的とする。

このために、本発明は、明細書の導入部分に記載される符号化方法であって、更に、シンタックスは、生成された符号化ビットストリーム内に差分（ｄｘ、ｄｙ）があるか否かを示す追加フラグを有することを特徴とする。本発明は更に、対応ビデオ符号化装置、そのような符号化装置によって符号化されたビットストリームから構成される伝送可能なビデオ信号に係る。

符号化ビットストリーム内にこの追加シンタックス素子が組み込まれることによって、この素子を有する符号化ビットストリームを受信するデコーダは、素子の値を考慮し、残余（ｄｘ、ｄｙ）が、復号化されるべき符号化ビットストリーム内にあるか否かを知る。

本発明は、伝送可能なビデオ信号を復号化するビデオ復号化方法と、対応ビデオ復号化装置を提供することをもう１つの目的とする。

本発明を、添付図面を参照しながら、より詳細に説明する。

提案する解決策は、関係のあるビデオ規格又は推薦のシンタックス内に、シンタックスフラグであり、例えば、ＭＶ＿ＲＥＳＩＤＵＥと称され、また、値０又は１を取ることが可能な追加の素子を定義することにある。従って、エンコーダは、ビットストリームにおいて、ＭＶ＿ＲＥＳＩＤＵＥを２つの値のうちの１つの値、例えば、１に設定するか、又は、反対に、ＭＶ＿ＲＥＳＩＤＵＥをもう１つの値、例えば、０に設定することによって、残余（ｄｘ、ｄｙ）を符号化する必要があるか否かを決定し得る。この残余の有無を示す追加のシンタックス素子によって、復号化側において、デコーダは、どの動きベクトルが予測動きベクトルを用いて符号化されたのかを決定し、また、ビットストリーム内にある場合には、残余（ｄｘ、ｄｙ）を追加する。

上述したビデオ符号化方法は、例えば、図２に示すような符号化装置において実施され得る。図２は、動き補償フレーム間予測を用いるＭＰＥＧエンコーダが示される。このエンコーダは、符号化段及び予測段を有する。符号化段自体は、直列で、（ＭＰＥＧに定義される符号化モードＩ、Ｐ、又はＢの選択を決定する）モード決定回路１１、ＤＣＴ回路１２、量子化回路１３、可変長符号化回路１４、バッファ１５、量子化回路１３の量子化ステップサイズの制御を可能にするレート制御回路１６を有する。予測段は、動き推定回路２１、次に、動き補償回路２２が続き、また、更に、量子化回路１３の出力と動き補償回路２２の入力との間に、直列で、逆量子化回路２３、逆ＤＣＴ回路２４、及び加算器２５、符号化装置の入力信号ＩＳと、予測段の出力（即ち、動き補償回路２２の出力）において利用可能となる予測信号との差分を、符号化段に向けて送ることを可能にする減算器２６を有する。この差分、即ち、残余は、符号化されるビットストリームである。動き推定回路２１によって決定される動きベクトルは、バッファ１５の出力信号と共にマルチプレクサ３１に向けて送られ、それにより、マルチプレクサ３１の出力において利用可能な出力符号化ビットストリームＣＢの形に多重化される。このビットストリームＣＢは、本発明では、符号化される必要のある差分（ｄｘ、ｄｙ）の有無を示す追加シンタックス素子を含む符号化ビットストリームである。

本発明は更に、そのようなビデオ符号化装置によって生成される符号化ビットストリームから構成される伝送可能ビデオ信号に係る。

相互的に、対応する復号化方法では、符号化ビットストリーム内で復号化側に伝送される追加シンタックス素子は、それを受信し、また、対応する復号化方法を実行するビデオデコーダ内の適切な手段によって読み出しされる。符号化ビットストリームのコンテンツの全てのセグメントを認識し且つ復号化可能なデコーダは、この追加シンタックス素子を読み出し、符号化された残余信号があるかないかを知る。このようなデコーダは、符号化装置と同様に、任意のＭＰＥＧタイプであり得、また、その本質的な素子は、例えば、直列で、符号化ビットストリームを受信する入力バッファ、ＶＬＣデコーダ、逆量子化回路、及び逆ＤＣＴ回路である。符号化装置及び復号化装置の両方において、符号化及び復号化演算のステップを管理する制御器が設けられ得る。

本発明の好適な実施例の上述した説明は、例示及び説明の目的のために示した。尚、開示した形式は本発明を網羅するものでも、又は、開示した形式に本発明を厳密に制限するものでもなく、上述の教示内容を鑑みて可能である当業者には明確な修正及び変更は、本発明の範囲内に含まれるものとする。

例えば、本願に記載する符号化及び復号化装置は、ハードウェア又はソフトウェアの単位のアイテムが幾つかの機能を実行可能である、又は、ハードウェア及びソフトウェア又は両方のアイテムのアセンブリが単一の機能を実行可能であることを排除することなく、ハードウェア、ソフトウェア、又は、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにおいて実施可能である。記載した方法及び装置は、任意のタイプのコンピュータシステム又は他の適応された機器によって実施され得る。一般的なハードウェア及びソフトウェアの組み合わせは、ロードされ実行されると、本願に記載した方法を実行するよう汎用コンピュータシステムを制御するコンピュータプログラムを有する汎用コンピュータシステムであり得る。或いは、本発明の１つ以上の機能タスクを実行する特殊ハードウェアを有する特殊用途向けコンピュータを用いてもよい。

本発明は更に、コンピュータプログラムプロダクト内に埋め込みされることも可能であり、このプロダクトは、本発明の実施及び本願に記載した機能を可能にする全ての特徴を有し、コンピュータシステム内にロードされると、これらの方法及び機能を実行可能である。本願のコンテキストにおけるコンピュータプログラム、ソフトウェアプログラム、プログラム、プログラムプロダクト、又はソフトウェアは、任意の言語、コード、又は概念において、情報処理機能を有するシステムに、特定の機能を直接的か又は（ａ）別の言語、コード、又は概念への変換、及び／又は（ｂ）異なる材料形式での再生のいずれか又は両方の後に実行させることを目的とする命令のセットの任意の表現を意味する。

マイクロブロックにおける各輝度ブロックに対する候補予測子（ＭＶ１、ＭＶ２、ＭＶ３）の定義の４つの場合を示す図である。 動き補償フレーム間予測を用いるＭＰＥＧエンコーダの例を示す図である。

Claims (5)

1. ビデオフレームのシーケンスに適用され、符号化ビットストリームを生成し、該符号化ビットストリーム内では、各データアイテムは、任意のデコーダが前記ビットストリームのコンテンツの全てのセグメントを認識且つ復号化することを許可するビットストリームシンタックスによって記述されるビデオ符号化方法において、
   前のフレームと現在のフレームとの間での動き補償演算を用いる予測技術に基づき、予測フレームを生成するよう設けられる予測段階と、
   前記現在のフレームからの前記予測フレームの減算に基づき、符号化されるべき信号を生成するよう設けられる減算段階と、
   を有し、
   前記動き補償演算自体は、動きベクトルを生成し、
   前記動きベクトルの水平成分及び垂直成分は、前記成分の予測を用いて異なるように符号化されなければならず、また、前記動きベクトル成分と前記予測の間の差分のみを符号化する、方法であって、
   前記シンタックスは、前記生成された符号化ビットストリーム内に前記差分があるか否かを示す追加フラグを有することを特徴とするビデオ符号化方法。
2. ビデオフレームのシーケンスに適用され、符号化ビットストリームを生成し、該符号化ビットストリーム内では、各データアイテムは、任意のデコーダが前記ビットストリームのコンテンツの全てのセグメントを認識且つ復号化することを許可するビットストリームシンタックスによって記述されるビデオ符号化方法を実行するビデオ符号化装置において、
   前記ビデオ符号化方法は、
   前のフレームと現在のフレームとの間での動き補償演算を用いる予測技術に基づき、予測フレームを生成するよう設けられる予測段階と、
   前記現在のフレームからの前記予測フレームの減算に基づき、符号化されるべき信号を生成するよう設けられる減算段階と、
   を有し、
   前記動き補償演算自体は、動きベクトルを生成し、
   前記動きベクトルの水平成分及び垂直成分は、前記成分の予測を用いて異なるように符号化されなければならず、また、前記動きベクトル成分と前記予測の間の差分のみを符号化する、ビデオ符号化装置であって、
   前記シンタックスは、前記生成された符号化ビットストリーム内に前記差分があるか否かを示す追加フラグを有することを特徴とするビデオ符号化装置。
3. ビデオフレームのシーケンスに適用され、符号化ビットストリームを生成し、該符号化ビットストリーム内では、各データアイテムは、任意のデコーダが前記ビットストリームのコンテンツの全てのセグメントを認識且つ復号化することを許可するビットストリームシンタックスによって記述されるビデオ符号化方法を実行するビデオ符号化装置によって生成される符号化ビットストリームから構成される伝送可能なビデオ信号において、
   前記ビデオ符号化方法は、
   前のフレームと現在のフレームとの間での動き補償演算を用いる予測技術に基づき、予測フレームを生成するよう設けられる予測段階と、
   前記現在のフレームからの前記予測フレームの減算に基づき、符号化されるべき信号を生成するよう設けられる減算段階と、
   を有し、
   前記動き補償演算自体は、動きベクトルを生成し、
   前記動きベクトルの水平成分及び垂直成分は、前記成分の予測を用いて異なるように符号化されなければならず、また、前記動きベクトル成分と前記予測の間の差分のみを符号化する、ビデオ信号であって、
   前記シンタックスは、前記生成された符号化ビットストリーム内に前記差分があるか否かを示す追加フラグを有することを特徴とする伝送可能なビデオ信号。
4. ビデオフレームのシーケンスに適用され、符号化ビットストリームを生成し、該符号化ビットストリーム内では、各データアイテムは、任意のデコーダが前記ビットストリームのコンテンツの全てのセグメントを認識且つ復号化することを許可するビットストリームシンタックスによって記述されるビデオ符号化方法の実施によって生成される符号化ビットストリームから構成される伝送可能なビデオ信号を復号化するビデオ復号化方法において、
   前記ビデオ符号化方法は、
   前のフレームと現在のフレームとの間での動き補償演算を用いる予測技術に基づき、予測フレームを生成するよう設けられる予測段階と、
   前記現在のフレームからの前記予測フレームの減算に基づき、符号化されるべき信号を生成するよう設けられる減算段階と、
   を有し、
   前記動き補償演算自体は、動きベクトルを生成し、
   前記動きベクトルの水平成分及び垂直成分は、前記成分の予測を用いて異なるように符号化されなければならず、また、前記動きベクトル成分と前記予測の間の差分のみを符号化する、ビデオ復号化方法であって、
   前記符号化ビットストリームにおいて、前記符号化ビットストリーム内に前記差分があるか否かを示す追加フラグを読み出しして、従って、復号化されなくてはならない又は復号化されない段階を有することを特徴とするビデオ復号化方法。
5. ビデオフレームのシーケンスに適用され、符号化ビットストリームを生成し、該符号化ビットストリーム内では、各データアイテムは、任意のデコーダが前記ビットストリームのコンテンツの全てのセグメントを認識且つ復号化することを許可するビットストリームシンタックスによって記述されるビデオ符号化方法の実施によって生成される符号化ビットストリームから構成される伝送可能なビデオ信号を復号化するビデオ復号化方法を実行するビデオ復号化装置において、
   前記ビデオ符号化方法は、
   前のフレームと現在のフレームとの間での動き補償演算を用いる予測技術に基づき、予測フレームを生成するよう設けられる予測段階と、
   前記現在のフレームからの前記予測フレームの減算に基づき、符号化されるべき信号を生成するよう設けられる減算段階と、
   を有し、
   前記動き補償演算自体は、動きベクトルを生成し、
   前記動きベクトルの水平成分及び垂直成分は、前記成分の予測を用いて異なるように符号化されなければならず、また、前記動きベクトル成分と前記予測の間の差分のみを符号化する、ビデオ復号化装置であって、
   前記符号化ビットストリームにおいて、前記符号化ビットストリーム内に前記差分があるか否かを示す追加フラグを読み出しして、従って、復号化されなくてはならない又は復号化されない手段を有することを特徴とするビデオ復号化装置。

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