JP2007243427A - Encoder and decoder - Google Patents

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JP2007243427A
JP2007243427A JP2006061167A JP2006061167A JP2007243427A JP 2007243427 A JP2007243427 A JP 2007243427A JP 2006061167 A JP2006061167 A JP 2006061167A JP 2006061167 A JP2006061167 A JP 2006061167A JP 2007243427 A JP2007243427 A JP 2007243427A
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JP2006061167A
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Inventor
Seiichi Goshi
Atsuro Ichigaya
Kazuhisa Iguchi
Eisuke Nakasu
Shinichi Sakaida
英輔 中須
和久 井口
清一 合志
慎一 境田
敦郎 市ヶ谷
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai <Nhk>
日本放送協会
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an encoder and decoder capable of improving encoding efficiency of an image by extending a block size of orthogonal transformation while the framework of existing encoding systems is maintained to the utmost extent and to provide a decoder.
SOLUTION: A block division section 11 divides a raw image into blocks each having a size of 16×16 pixels. A mode determining section 12 calculates an evaluation value depending on an error between a decoded image and the raw image and a linear sum of information amounts of a bit stream by each of combinations of a plurality of division modes, prediction modes and conversion size modes prepared in advance and determines a combination wherein the evaluation value is least. A prediction processing section 13 executes an in-image prediction or motion compensation prediction in the determined mode, and a conversion processing section 14 uses a matrix wherein elements of the conversion matrix are approximated and rounded in the determined conversion size mode to apply discrete cosine transform to the blocks each comprising 16×16 pixels.
COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像の圧縮符号化復号化技術において、DCT(Discrete Cosine Transform:離散コサイン変換)に代表される直交変換を行う際に、既存の符号化復号化方式の枠組みをできる限り保ちつつ、符号化効率を向上させる符号化装置及び復号化装置に関する。 The present invention, in the compression encoding decoding technique of the image, DCT: when performing orthogonal transformation represented by (Discrete Cosine Transform), while maintaining as much as possible the framework of existing coding decoding method, It relates to a coding apparatus and decoding apparatus for enhancing coding efficiency.

ISO/IEC JTC1/SC29/WG11(MPEG)で規格されたMPEG−2(非特許文献1を参照)や、MPEG及びITU−Tで規格されたH. ISO / IEC JTC1 / SC29 / WG11 MPEG-2, standardized with (MPEG) (see Non-Patent Document 1) and, H., which is standardized by MPEG and ITU-T 264/MPEG−4 AVC(非特許文献2を参照)等の画像の圧縮符号化規格では、画像に対しDCTに代表される直交変換処理が施される。 The 264 / MPEG-4 AVC compression coding standard of the image (see Non-patent literature 2) or the like, orthogonal transform processing represented by DCT the image is performed. この直交変換処理は、画像信号の空間的な近傍では画素が類似しているという特徴、すなわち相関が高いという特徴を利用することにより、画像信号の空間的な冗長性を取り除くためのものである。 The orthogonal transform process, characterized in that in the spatial vicinity of the image signal pixel are similar, i.e. by utilizing the characteristics that are highly correlated, is intended to remove the spatial redundancy of the image signal . 例えば、水平8画素×垂直8画素、水平4画素×垂直4画素等の矩形ブロックに分割した画像に対してそのブロック単位に直交変換処理が施され、この結果、画像は低域周波数から高域周波数までの成分(変換係数)毎に分離される。 For example, orthogonal transform processing to the blocks for the image divided horizontally 8 pixels × 8 vertical pixels, the rectangular block such as horizontal 4 pixels × vertical 4 pixels is performed, the high-frequency results, images from low frequency It is separated into each component of up to a frequency (conversion coefficient). ここで、画像信号において空間的な相関が高いということは、この直交変換処理により、低域の周波数成分が多く発生し、高域の周波数成分はあまり発生しないことを意味する。 Here, the fact that a high spatial correlation in an image signal by the orthogonal transform process, frequency components in the low frequency range may frequently occur, the frequency components in the high frequency means that not much occur.

前述のように、直交変換処理が施される画像のブロック単位のサイズ(ブロックサイズ)は8×8画素または4×4画素であり、これは、計算量、符号化装置の規模、2のべき乗である場合に変換の高速化を図ることができる等の理由により決められている。 As described above, the size of the block unit of the image orthogonal transform process is performed (block size) is 8 × 8 pixels or 4 × 4 pixels, which is the calculation amount, scale of the coding apparatus, a power of 2 it is determined because, for example it is possible to increase the speed of conversion if it is. ここで、ブロックサイズを大きくした場合には、多くの画素を一度に変換することができ、効率的に冗長性を取り除くことができる。 Here, when a large block size, it is possible to convert many pixels at a time, it can be removed efficiently redundancy. しかしながら、広く使われているSDTV(Standard Definition Television)等による画像では、空間的に高い相関を有する領域は、中心の画素からせいぜい10画素前後の近傍であることから、あまり大きなブロックサイズとすることは実用的でない。 However, in the image due to the widely used SDTV (Standard Definition Television) or the like, regions with high spatial correlation, because it is near the most 10 pixels before and after the pixel of the center, be a very large block size not practical.

一方、非特許文献1及び2の規格化された符号化方式において、これらの規格が成立した後に様々な実装や実験等が繰り返された結果、これらの符号化方式を構成する種々の符号化ツールの組み合わせとしてのシステムが成熟している。 On the other hand, in Non-Patent Documents 1 and 2 of the standardized encoding method, various implementations and results experiments were repeated after these standards are met, various coding tools constituting these encodings system as a combination of is mature. そこで、これらの規格化された符号化方式を変えるのではなく、これらの方式をベースとした新たな符号化方式により、その効率を改善することが望ましい。 Therefore, instead of changing these standardized coding system, the new encoding scheme these schemes based, it is desirable to improve its efficiency.

以上説明したように、画像の符号化において行われる直交変換処理により、画像の空間的な冗長性を取り除くことができるが、非特許文献1及び2の規格化された符号化方式により直交変換処理が施されるブロックサイズは、SDTV等による画像を対象とした8×8画素または4×4画素が用いられることが多い。 As described above, the orthogonal transform processing performed in the encoding of an image, but can be removed spatial redundancy of the image, orthogonal transformation process by the non-patent documents 1 and 2 of the standardized encoding method block size is subjected, 8 × 8 pixels or 4 × 4 pixels targeted image due SDTV etc. is often used. 一方、HDTV(High Defiinition Television)やSHV(スーパーハイビジョン)等による高精細または超高精細な画像を対象にする場合のブロックサイズを、16×16画素または32×32画素のように、さらに大きくすることができれば、符号化効率の向上を実現することができると考えられる。 On the other hand, the block size when directed to a high-definition or super high-definition image by like HDTV (High Defiinition Television) and SHV (SHV), as 16 × 16 pixels or 32 × 32 pixels, to further increase if it is possible, it is considered possible to realize improvement of coding efficiency. しかしながら、現状の規格化された符号化方式をそのまま使った場合には、16×16画素または32×32画素のような大きなブロックサイズで直交変換処理を施すことができない。 However, when using as a standardized coding system the current can not be subjected to orthogonal transform processing in a large block size such as 16 × 16 pixels or 32 × 32 pixels.

そこで、本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、既存の符号化方式の枠組みをできる限り保ちつつ、直交変換処理のブロックサイズを拡大して、画像の符号化効率を向上させることが可能な符号化装置及び復号化装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, its object, while maintaining as much as possible the framework of existing coding schemes, to expand the block size of the orthogonal transform process, the image of the code It is to provide an encoding apparatus and decoding apparatus capable of improving the efficiency.

上記課題を解決するため、本発明による符号化装置は、原画像に対し、予測処理、直交変換処理、量子化処理及び符号化処理を施してビットストリームを生成する符号化装置において、直交変換処理を施す画像ブロックの大きさを示す変換サイズを、符号化効率を示す評価値に基づいて決定する決定部と、該決定部により決定された変換サイズで、画像ブロックに直交変換を施す変換処理部とを備えたことを特徴とする。 To solve the above problem, an encoding apparatus according to the present invention is to an original image, the prediction processing, orthogonal transform processing, in the coding apparatus for generating a bit stream by performing quantization processing and coding processing, orthogonal transform processing the transform size indicating the size of the image blocks subjected to, a determination unit that determines based on the evaluation value indicating the coding efficiency, the transform size determined by the determination unit, the conversion processing unit for performing orthogonal transformation on image block characterized by comprising and. これにより、符号化効率を考慮した変換サイズで直交変換処理を行うことができる。 Thus, orthogonal transform processing in transform size considering the encoding efficiency can be performed.

また、本発明による符号化装置は、前記決定部が、少なくとも4×4画素、8×8画素及び16×16画素のサイズに対する評価値をそれぞれ求め、これらの評価値に基づいて変換サイズを決定することを特徴とする。 The encoding apparatus according to the present invention, the determination unit obtains at least 4 × 4 pixels, the evaluation value for the size of 8 × 8 pixels and 16 × 16 pixels, respectively, determines the transform size based on these evaluation values characterized in that it.

また、本発明による符号化装置は、前記決定部が、原画像と復号画像との間の誤差、及び前記ビットストリームの情報量を用いた評価関数により評価値を求め、変換サイズを決定することを特徴とする。 The encoding device according to the invention is that the determination unit obtains the evaluation value by the evaluation function using error, and the information amount of the bit stream between the decoded image and the original image, determining a transform size the features.

また、本発明による符号化装置は、前記変換処理部が、DCT(離散コサイン変換)による直交変換を施す変換行列であって、その要素を近似して整数化した変換行列を用いて、前記変換サイズで画像ブロックに直交変換を施すことを特徴とする。 The encoding apparatus according to the present invention, the conversion processing unit, DCT a transformation matrix for performing an orthogonal transform by discrete cosine transform (), using the integer with the transformation matrix approximating the element, the conversion and characterized by applying an orthogonal transformation to the image block size.

また、本発明による符号化装置は、前記決定部が、符号化効率を示す評価値に基づいて、入力した原画像ブロックを、直交変換処理を施すためのブロックに分割する大きさを示す分割モード、画面内予測または動き補償予測を示す予測モード、及び、前記変換サイズをそれぞれ決定することを特徴とする符号化装置。 The encoding apparatus according to the present invention, split mode the determination unit, based on the evaluation value indicating the coding efficiency, that indicates the size for dividing an input original image block, the block for performing an orthogonal transformation process , the prediction mode indicating intra prediction or motion compensated prediction, and encoding apparatus, characterized by determining the transform size, respectively.

さらに、本発明による復号化装置は、前記符号化装置により生成されたビットストリームを入力し、復号化処理、逆量子化処理及び逆直交変換処理を施し、復号画像を生成する復号化装置において、前記ビットストリームから変換サイズを得て、該変換サイズで逆直交変換を施すことを特徴とする。 Further, the decoding apparatus according to the present invention receives a bitstream generated by the encoding apparatus, the decoding process performs an inverse quantization process and an inverse orthogonal transformation process, the decoding apparatus generates a decoded image, to obtain a transform size from the bitstream, and characterized by applying an inverse orthogonal transformation by the transform size.

本発明によれば、符号化効率を考慮した変換サイズで直交変換処理が施されるから、既存の符号化方式の枠組みを保ちつつ、直交変換処理のブロックサイズを拡大することができる。 According to the present invention, since the orthogonal transform processing in transform size considering the encoding efficiency is performed, while maintaining the framework of existing coding schemes, it is possible to increase the block size for the orthogonal transform processing. これにより、例えば、HDTVやSHV等による高精細または超高精細な画像を対象にする場合のブロックサイズを、16×16画素または32×32画素等のように、既存の8×8画素を超える大きなサイズにすることができる。 Thus, for example, the block size when directed to a high-definition or super high-definition images by HDTV and SHV like, as such 16 × 16 pixels or 32 × 32 pixels, over existing 8 × 8 pixels it is possible to a large size. したがって、このような画像を対象にする場合であっても、画像の空間内の相関を削除し、符号化画質の向上を図ることができる。 Therefore, even when such an image to the subject, to remove the correlation in the space of the image, it is possible to improve the coding quality. つまり、従来の4×4画素または8×8画素のブロックサイズで直交変換処理を行う場合に比べて、画像の符号化効率を向上させることが可能となる。 That is, as compared with the case in which the orthogonal transform block size of a conventional 4 × 4 pixels or 8 × 8 pixels, it becomes possible to improve the coding efficiency of the image.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。 It will be described in detail with reference to the drawings, embodiments of the present invention. ここでは、非特許文献2のH. Here, the non-patent document 2 H. 264/MPEG−4 AVC方式を例にして、16×16画素のブロックサイズに拡大した直交変換処理を施す場合について説明する。 264 / MPEG-4 to the AVC scheme as an example, the case of applying the orthogonal conversion processing expanded to the block size of 16 × 16 pixels. 尚、この方式のハイプロファイルと呼ばれる高精細画像用のプロファイル(符号化ツールの組み合わせ)では、4×4画素及び8×8画素の両方を用いることができるが、さらに16×16画素の変換処理を追加して拡張する。 In the profile of a high-definition image, called high profile of this scheme (a combination of coding tools) can be used both the 4 × 4 pixels and 8 × 8 pixels, still 16 × 16 pixels conversion process Add the be extended. また、動画像の符号化方式だけでなく、静止画像も対象となる。 In addition to video coding scheme, a still image is also of interest.

〔符号化装置〕 [Encoder]
まず、本発明の実施の形態による符号化装置について説明する。 It will be described first encoding apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1は、符号化装置の構成を示すブロック図である。 Figure 1 is a block diagram showing the configuration of an encoding device. この符号化装置1は、ブロック分割部11、モード決定部12、予測処理部13、変換処理部14、量子化部15、符号化部16、比較部17及び局所復号部18を備えている。 The encoding device 1 includes the block dividing unit 11, the mode determining section 12, the prediction processing section 13, conversion processing section 14, a quantization unit 15, encoding unit 16, a comparing unit 17 and the local decoding unit 18. 符号化装置1は、当該符号化装置1により符号化を施す対象である原画像を入力し、16×16画素のブロックサイズに分割し、所定の評価関数を最適にするための分割モード、予測モード及び変換サイズモードを決定し、DCTに代表される直交変換を施し、量子化及びエントロピー符号化を施し、ビットストリームを生成する。 Encoding apparatus 1 by the coding device 1 inputs an original image which is the target for performing encoding, divided into block size of 16 × 16 pixels, split mode for optimizing a predetermined evaluation function, the predicted determines the mode and transform size mode, performs orthogonal transformation represented by DCT, performs quantization and entropy coding, to generate a bit stream. 以下、符号化装置1を構成する各部について詳細に説明する。 It will be described in detail below each unit constituting the encoding apparatus 1.

ブロック分割部11は、原画像の画像信号を入力し、16×16画素の大きさのブロックに分割する。 Block division unit 11 receives the image signal of the original image is divided into blocks of size of 16 × 16 pixels. 尚、予め設定された分割の大きさに応じて、4×4画素、8×8画素、16×16画素等の大きさのブロックに分割するようにしてもよい。 Incidentally, depending on the size of the division is preset, 4 × 4 pixels, may be divided 8 × 8 pixels, the size of a block such as 16 × 16 pixels. 以下、このブロック分割部11による分割されたブロックをマクロブロックという。 Hereinafter, the divided block by the block division portion 11 that macroblock. ブロック分割部11による分割されたマクロブロックは、モード決定部12及び比較部17に出力される。 Macro block divided by the block dividing unit 11 is output to the mode decision unit 12 and the comparing unit 17.

モード決定部12は、予め設定された分割モード、予測モード及び変換サイズモードの複数の組み合わせの中から、符号化効率や処理速度等を考慮した最適な組み合わせを決定する。 Mode determination unit 12, preset split mode, from among a plurality of combinations of the prediction modes and transform size mode, to determine the optimum combination in consideration of the encoding efficiency and processing speed, and the like. 具体的には、モード決定部12は、16×16をそのままの単位とする場合、16×16を4分割して8×8の単位とする場合等を示す複数の分割モード、(本実施の形態では16×16をそのままの単位とするモード)と、画面内予測及び動き補償予測の2つの予測モード、4×4等の複数の変換サイズモードから、予め複数の組み合わせを設定しておき、その組み合わせ毎に、後述する評価値を計算し、当該評価値が最も良い場合の組み合わせを決定する。 Specifically, the mode determination unit 12, when the 16 × 16 and as a unit, a plurality of division mode showing a case or the like for the 16 × 16 4 divided and the 8 × 8 unit, (in this embodiment a mode) to a 16 × 16 and as a unit in the form of two prediction modes of the intra-prediction and the motion compensation prediction, a plurality of transform size modes such as 4 × 4, set in advance a plurality of combinations, for each combination thereof, and calculates an evaluation value described below, to determine the combination of case where the evaluation value is the best. すなわち、モード決定部12は、16×16画素の復号画像と16×16画素のマクロブロックの原画像とを比較して得られた誤差を比較部17から入力し、符号化によって生じるビットストリームの情報量(ビットレート)を符号化部16から入力し、これらの誤差及び情報量の線形和の評価関数を評価値として計算する。 That is, the mode determination unit 12, the errors obtained by comparing the original image of 16 × 16 pixels of the decoded image and the macro block of 16 × 16 pixels is input from the comparator 17, the bit stream generated by the coding type information amount (bit rate) from the encoding unit 16, calculates an evaluation function of a linear sum of these errors and the amount of information as the evaluation value. このような処理を予め設定されたモードの組み合わせ毎に繰り返して、最終的に評価値が最も小さい場合の分割モード、予測モード及び変換サイズモードの組み合わせを決定する。 Such pre-processed repeatedly set mode for each combination of the split mode when finally evaluation value is smallest, to determine the combination of a prediction mode and the transform size mode. 評価値の計算式を以下に示す。 The evaluation value calculation formula shown below.
min E=D+λR min E = D + λR
ここで、Eは評価値、Dは原画像と復号画像との間の誤差、λは係数、Rはビットストリームの情報量を示す。 Here, E is the evaluation value, D is the error between the decoded image and the original image, lambda is the coefficient, R represents shows the amount of information of the bit stream.

尚、モード決定部12は、予め設定された回数分だけ、前述した処理を繰り返し、最も評価値が小さくなったときの分割モード、予測モード及び変換サイズモードの組み合わせを、最も適した組み合わせとして決定するようにしてもよい。 The mode determination unit 12 determines only the number of times that is set in advance, repeats the processing described above, dividing mode in which most evaluation value becomes smaller, a combination of prediction modes and transform size mode, the most suitable combination it may be. また、モード決定部12は、復号画像と原画像とを比較して得られた誤差のみに基づいて、または符号化によって生じるビットストリームの情報量のみに基づいて評価値を計算し、最も評価値が小さくなったときの分割モード、予測モード及び変換サイズモードの組み合わせを、最も適した組み合わせとして決定するようにしてもよい。 The mode determination unit 12, based only on the error obtained by comparing the decoded image and the original image, or an evaluation value calculated using only the information of the bit stream generated by the encoding, most evaluation value split mode when smaller, a combination of prediction modes and transform size mode, may be determined as the most suitable combination. また、モード決定部12は、前述の評価値を計算し、この評価値が予め設定された値よりも小さくなったときの分割モード、予測モード及び変換サイズモードの組み合わせを、最も適した組み合わせとして決定するようにしてもよい。 The mode determination unit 12 calculates the evaluation value described above, split mode in which the evaluation value becomes smaller than a preset value, a combination of prediction modes and transform size mode, the most suitable combination it may be determined.

予測モードは、非特許文献2のH. Prediction mode, the non-patent document 2 H. 264/MPEG−4 AVC方式の場合、静止画像では画面内予測、動画像では動き補償予測または画面内予測である。 For 264 / MPEG-4 AVC method, the still picture is intra prediction, the moving image is a motion compensated prediction or intra prediction. また、非特許文献1のMPEG−2の場合、画面内予測が存在しないので、動画像のときの動き補償予測のみがある。 Moreover, in the case of MPEG-2 in Non-Patent Document 1, since there is no intra prediction, there is only the motion compensation prediction when a moving image. 非特許文献2のH. Non-Patent Document 2 H. 264/MPEG−4 AVC方式の場合、画面内予測には、16×16をそのままの単位とする分割モードのときに4種類の予測があり、16×16を16分割して4×4の単位とする分割モードのときに9種類の予測があり、16×16を4分割して8×8の単位とする分割モードのときに4種類の予測がある。 For 264 / MPEG-4 AVC method, the intra prediction, there are four types of prediction when the division mode of the 16 × 16 and as a unit, 16 × 16 and 16 divided by 4 units × 4 There are split mode when the nine prediction and, when the split mode to a 16 × 16 4 divided and the 8 × 8 unit there are four types of prediction. また、予測モードが動き補償予測の場合は、16×16を16×16,16×8,8×16,8×8の単位に分割する分割モードがあり、8×8を8×4,4×8,4×4の単位に分割する分割モードがある。 Also, if the prediction mode is the motion compensation prediction, there is division mode for dividing the 16 × 16 in a unit of 16 × 16,16 × 8,8 × 16,8 × 8, 8 × 8 of 8 × 4, 4 × is split mode be divided into units of 8, 4 × 4. このように、これらの分割モードによるブロックの大きさと予測モードの種類との組み合わせとして変換サイズモードがある。 Thus, there is a transform size mode as a combination of different sizes and prediction mode of the block by these split mode.

非特許文献2のH. Non-Patent Document 2 H. 264/MPEG−4 AVC方式の場合に、4×4の変換サイズモードは、全ての分割モード及び予測モードの組み合わせにおいて存在するが、8×8の変換サイズモードは、分割モードが8×8以上とするモードによるブロックの大きさの場合に限定され、さらに、予測モードが画面内予測であって分割モードが16×16である場合の組み合わせは存在しない。 In the case of 264 / MPEG-4 AVC method, 4 transform size mode × 4 is present in the combination of all the split mode and the prediction mode, transform size mode 8 × 8, the split mode is 8 × 8 or more and limited to the case of the block size by mode, further, the combination when the prediction mode split mode a intra prediction is 16 × 16 is not present. この制約は、変換サイズモードの大きさ(変換ブロックのサイズ)よりも小さいサイズで予測が行われると、変換サイズ内で画素値の急激な変化が生じ、変換した場合の効率が却って悪くなるからである。 This constraint, if the prediction is smaller performed than the magnitude of transform size mode (size of the transform block), a sudden change in pixel value occurs in the transform sizes, because the efficiency in the case of conversion is rather poor it is. そこで、変換サイズモードとして16×16を導入した本実施の形態では、予測モードが画面内予測の場合は16×16、動き補償予測の場合も16×16に限定することとする。 Therefore, in this embodiment the introduction of the 16 × 16 as transform size mode, the prediction mode in case of intra prediction and be limited to 16 × 16, in the case of motion compensated prediction 16 × 16.

予測処理部13は、モード決定部12により決定された分割モード(本実施の形態では16×16)、予測モード(画面内予測または動き補償予測)を用いて、16×16画素のマクロブロックに対し画面内予測または動き補償予測を行い、予測後の残差信号を生成する。 Prediction processing unit 13, split mode determined by the mode determining section 12 (16 × 16 in the present embodiment), using the prediction mode (intra prediction or motion compensation prediction), the macro block of 16 × 16 pixels It performs intra prediction or motion compensation prediction against, to generate a residual signal after prediction.

変換処理部14は、予測処理部13により生成された予測後の残差信号に対し、直交変換処理を行う。 Conversion processing unit 14, with respect to the residual signal after predictions generated by the prediction processing unit 13 performs orthogonal transform processing. ここで、変換サイズモードが4×4または8×8の場合は、非特許文献2のH. Here, if the transform size mode 4 × 4 or 8 × 8, the non-patent document 2 H. 264/MPEG−4 AVC方式に沿って直交変換処理を行う。 Performs orthogonal transform processing along the 264 / MPEG-4 AVC method. また、16×16の場合は、この方式の一部を拡張して、次に示すDCTに基づいた直交変換処理を行い、DCT係数を出力する。 In the case of 16 × 16, to extend a part of this scheme, it performs orthogonal transform processing based on the DCT shown below, and outputs the DCT coefficients. ここで、16×16画素の1次元DCT係数は、以下の式で算出される。 Here, one-dimensional DCT coefficients of 16 × 16 pixels is calculated by the following equation.

ここで、Cは変換行列を示し、xは入力した画像信号を示す。 Here, C is indicated a conversion matrix, x is shown an image signal input.

これを行列形式で表すと、以下の式になる。 Expressing this in matrix form, the following formula.

(2)式により、この変換行列を構成する要素は全部で15種類あることがわかる。 (2) by expression elements of the transformation matrix is ​​seen that there 15 kinds in total.

これらをa〜oの記号で表すと以下の式になる。 These become the following equations and expressed by symbol to o.

ここで、a,b,c,eの要素は以下に示す値である。 Here, a, b, c, the elements of e is a value shown below.

また、これら以外の要素は以下に示すように近似する。 Further, other than these elements are approximated as follows.

この近似により整数化した変換基底は、以下のようになる。 Transformation base was integers by this approximation is as follows.

前述の(6)式に示した変換行列をC、スケーリングの行列をB、入力画像(マクロブロック)をXとすると、16×16画素の2次元のDCT係数は、以下の式で算出される。 The aforementioned (6) a transformation matrix C indicated formula, the scaling of the matrix B, and the input image (macro blocks) and X, the 2-dimensional DCT coefficients of 16 × 16 pixels, is calculated by the following formula .

ここで、行列に対して各要素にスカラーを乗ずる演算を、以下の式により行う。 Here, the calculation of multiplying a scalar to each element with respect to the matrix is ​​performed according to the following equation.

ここで、最終項Eの乗算によって、スケーリングの行列Bを調整する。 Here, by multiplication of the last term E, adjusting the scaling of the matrix B.

量子化部15は、変換処理部14により変換されたDCT係数を入力し、量子化処理を行い、量子化係数を出力する。 Quantization unit 15 receives the DCT coefficients converted by the conversion processing unit 14 performs quantization processing, and outputs the quantized coefficients. この場合も、変換サイズモードが4×4または8×8の場合は、非特許文献2のH. In this case, if the transform size mode 4 × 4 or 8 × 8, the non-patent document 2 H. 264/MPEG−4 AVC方式に沿って量子化処理を行う。 Performing quantization processing along the 264 / MPEG-4 AVC method. また、16×16の場合は、この方式の一部を拡張して、次に示す量子化処理を行う。 In the case of 16 × 16, to extend a part of this scheme, it performs quantization process shown below. 変換処理部14により変換されたDCT係数をY ijとすると、通常の量子化は、以下の式により行われる。 When the DCT coefficients converted by the conversion processing unit 14 and Y ij, the normal quantization is performed by the following equation.
ij =round(Y ij /Q step Z ij = round (Y ij / Q step)
ここで、Q stepとQ との間の関係を図2に示す。 Here, the relationship between the Q step and Q p in FIG. この関係は、後述するMF/2 qbitsの置き換えの処理に用いられる。 This relationship is used in the process of replacement of MF / 2 qbits described later.

CXC をWとして、前述の量子化係数を書き直すと以下の式による表される。 The CXC T as W, represented by the following equations rewritten quantization coefficients described above.
ij =round(W ij・PF/Q step Z ij = round (W ij · PF / Q step)
ここで、PFは、1−D変換の行列内の位置(i,j)により決定される値である。 Here, PF is the value determined by the position in the matrix of the 1-D conversion (i, j). PFを図3に示す。 The PF shown in Figure 3. 図3によれば、PFは、行列内の位置(i,j)に応じて分類番号1〜10に分類され、それぞれの値に決定されている。 According to FIG. 3, PF is the position in the matrix (i, j) is classified into the classification numbers 1-10 in accordance with, and is determined each value.

そして、PF/Q stepをMF/2 qbitsとして、除算を右シフトに置き換える。 Then, replace the PF / Q step as MF / 2 qbits, the division to right shift. 尚、qbitsは、以下の式により表される。 Incidentally, qbits is represented by the following equation.
qbits=17+floor(Q /6) qbits = 17 + floor (Q P / 6)
MFは、図3に示したPFの分類番号及びQ に基づいて、図4により求められる。 MF on the basis of the classification number and Q P of the PF as shown in FIG. 3, obtained by the FIG. 図4において、行方向の0〜5はmod(Q ,6)の値を示し、列方向の1〜10は、図3に示したPFの分類番号を示している。 4, 0-5 in the row direction indicates the value of mod (Q P, 6), 1~10 of the column shows the classification number of the PF as shown in FIG.

量子化部15は、最終的に、以下に示す量子化係数|Z ij |を算出する。 Quantization unit 15, finally, the quantized coefficients below | calculates the | Z ij.
|Z ij |=(|W ij |・MF+f)>>qbits | Z ij | = (| W ij | · MF + f) >> qbits
sign(Z ij )=sign(W ij sign (Z ij) = sign ( W ij)
ここで、fは、デッドゾーンを設定するための丸め用に予め設定された値であり、例えば、画面内予測を行う画面内符号化の場合は2 qbits /3とし、動き補償予測を行う画面間符号化の場合は2 qbits /6とするが、丸め用の値であればよく、特に符号化の違いにより異なる値が設定される必要はない。 Here, f is a preset value for rounding for setting the dead zone, for example, in the case of intra coding that performs intra prediction and 2 qbits / 3, screen for motion compensated prediction If during coding is to 2 qbits / 6, it may be a value for rounding, need not especially different values due to differences in coding is set.

符号化部16は、量子化部15により量子化された係数を、復号に必要な各種ヘッダや前述したモード情報、動きベクトル等と共に符号化し、ビットストリームを生成する。 Coding section 16, the coefficients quantized by the quantization unit 15, various headers and the above-mentioned mode information necessary for decoding, encoded with a motion vector or the like, to generate a bit stream. また、ビットストリームの情報量をモード決定部12に出力する。 Further, it outputs the information of the bit stream to the mode decision unit 12. この場合も、変換サイズモードが4×4または8×8の場合は、非特許文献2のH. In this case, if the transform size mode 4 × 4 or 8 × 8, the non-patent document 2 H. 264/MPEG−4 AVC方式に沿って符号化を行う。 Encoding is performed along the 264 / MPEG-4 AVC method. また、16×16の場合は、この方式の一部を拡張して符号化を行う。 In the case of 16 × 16, encoding is performed by extending a part of this scheme.

符号化部16は、まず、16×16=256個の量子化係数を、例えば図5に示すようにジグザグスキャンする。 Coding section 16, first, the 16 × 16 = 256 pieces of quantized coefficients, for example, zigzag scanning as shown in FIG. 図5において、0〜255の数字は、スキャンする順番を示している。 5, the numbers 0 to 255 indicates the order of scanning. ここで、256個の量子化係数をジグザグスキャンした後の量子化係数をC0〜C255とする。 Here, the quantization coefficient after 256 quantized coefficients to the zigzag scan and C0~C255. 符号化部16は、次に、スキャン後の量子化係数を、1つの16×16ブロックを単位として符号化する。 Coding section 16 then quantized coefficients after scanning, to encode one 16 × 16 block units.

符号化に用いるコンテキスト(符号化で用いる確率モデル)については、非特許文献2のH. The context used in the encoding (probability used in coding model), the non-patent document 2 H. 264/MPEG−4 AVC方式における8×8画素のものを使用する。 To use those of 8 × 8 pixels in the 264 / MPEG-4 AVC method. 但し、この方式における、significant_coeff_flag及びlast_significant_coeff_flagについては、当該方式において、levelListIdx(スキャン後の係数位置)=0〜62の範囲のみでctxIdxIncの値が定義されているので、16×16DCTのlevelListIdxを、図6に示すように8×8DCTのlevelListIdxに対応付けた上で、前記方式の定義を解釈してctxIdxIncを決定する。 However, in this method, for the significant_coeff_flag and last_significant_coeff_flag, in the method, the value of ctxIdxInc only in the range of = 0 to 62 (coefficient position after scanning) LevelListIdx is defined, the LevelListIdx of 16 × 16 DCT, Fig. on which associates to the 8 × 8 DCT as shown in 6 levelListIdx, determines the ctxIdxInc interprets the definition of the method. ここで、ctxIdxIncは、符号化を行う際のインデックスであり、予め用意したテーブルから符号化のための情報を読み出すために用いられる。 Here, ctxIdxInc is an index for performing the encoding used to read the information for encoding from the table prepared in advance.

また、16×16の変換を用いることを明示するためのフラグとして、前記方式に定義されているtransform_size_8×8_flagを、下記のように2ビットに拡張する。 Further, as a flag for indicating the use of transformation of 16 × 16, the transform_size_8 × 8_flag defined in the scheme is extended to two bits as follows.
00:4×4 01:8×8 10:16×16 11:未使用 00: 4 × 4 01: 8 × 8 10: 16 × 16 11: Not used

また、符号化時の2値化は、前記方式のFL(Fixed−Length)方式を用いて行い、パラメータcMax=2とする。 Further, binarization in encoding is performed using FL (Fixed-Length) method of the scheme, the parameters cMax = 2. この拡張に伴い、前記方式のNUM_TRANSFORM_SIZE_CTX(トランスフォームのサイズに応じたコンテキストの数)を3から6に変更し、ctxIdxIncの値を追加する。 Along with this expansion, change NUM_TRANSFORM_SIZE_CTX of the system (the number of contexts in accordance with the transform size) from 3 to 6, to add the value of ctxIdxInc. このctxIdxIncの値は、図7に示すように、左方及び上方ブロックのluma_transform_size_8×8_flagの値をa,bとしたテーブルを参照して求められる。 The value of this ctxIdxInc, as shown in FIG. 7, is determined by referring to a table in which the value of luma_transform_size_8 × 8_flag the left and upper block a, and b.

各初期値は、前記方式のコンテキストにおけるINIT_TRANSFORM_SIZE_Iを拡張し、その表の400番及び401番のcontext初期値を用いる。 Each initial value, extends INIT_TRANSFORM_SIZE_I in the context of the method, using a context initial value of No. 400 and 401 th of the table. 8×8変換のコンテキストと同様に前記方式において、16×16DCTの導入により、significant_coeff_flag、last_significant_coeff_flag、coef_abs_level_minuslについて、シンタックスの新たなコンテキストが必要になる。 In the context as well as the method of 8 × 8 transform, the introduction of 16 × 16 DCT, significant_coeff_flag, last_significant_coeff_flag, for Coef_abs_level_minusl, new context syntax is required. しかし、専用のコンテキストは追加せず、4×4または8×8変換用のコンテキストを用いる。 However, only contexts without adding, 4 × 4 or 8 × 8 using context for conversion.

局所復号部18は、量子化部15により量子化された係数を入力し、逆量子化処理を行ってDCT係数を求め、逆変換処理を行って復号画像を生成する。 Local decoding unit 18 receives the coefficient quantized by the quantization unit 15 obtains the DCT coefficients by performing an inverse quantization process to generate a decoded image by performing inverse transformation processing. この場合も、変換サイズモードが4×4または8×8の場合は、非特許文献2のH. In this case, if the transform size mode 4 × 4 or 8 × 8, the non-patent document 2 H. 264/MPEG−4 AVC方式に沿って逆量子化処理及び逆変換処理を行う。 264 / MPEG-4 AVC method performs inverse quantization processing and inverse transform processing along. また、16×16の場合は、この方式の一部を拡張して逆量子化処理及び逆変換処理を行う。 In the case of 16 × 16, performs an extended inverse quantization processing and inverse transform processing portion of this system.

先ず、逆量子化処理について説明する。 First, it will be described inverse quantization process. 変換サイズモードが16×16の場合の逆量子化処理は、以下の式により行われる。 Inverse quantization processing when the transform size mode 16 × 16 is performed by the following equation.
Y' ij =Z ij・Q step Y 'ij = Z ij · Q step
しかし、前述した量子化部15による量子化処理と同じようにスケーリングは別扱いとし、逆量子化処理を以下の式により行う。 However, scaling like quantization processing by the quantization unit 15 described above is a separate treatment, carried out by the following equation inverse quantization process.
W' ij =Z ij・Q step・PF・1024 W 'ij = Z ij · Q step · PF · 1024
ここで、1024は丸め誤差を回避するための数値である。 Here, 1024 is the numerical value of the order to avoid rounding errors. また、Q =0〜5に対して、V=Q step_base・PF・1024とまとめて定義し、逆量子化処理を以下の式により行う。 Further, with respect to Q P = 0 to 5, and collectively define a V = Q step_base · PF · 1024 , performed by the following equation inverse quantization process.
W' ij =Z ij・V ij・2 froor(Qp/6) W 'ij = Z ij · V ij · 2 froor (Qp / 6)
ここで、Q step_baseは、Q =0〜5におけるQ stepである。 Here, Q Step_base is Q step in Q P = 0 to 5.

Vは、図6に示したPFの分類番号及びQ に基づいて、図8により求められる。 V on the basis of the classification number and Q P of the PF as shown in FIG. 6 is obtained by FIG. 図8において、行方向の0〜5はmod(Q ,6)の値を示し、列方向の1〜10は、図6に示したPFの分類番号を示している。 8, 0-5 in the row direction indicates the value of mod (Q P, 6), 1~10 of the column shows the classification number of the PF as shown in FIG. ここで、MF・V・G ≒2 27の関係より、前述した量子化部15による量子化処理時におけるMFを求めることができる。 Here, the relationship of the MF · V · G 2 ≒ 2 27, it is possible to determine the MF during the quantization process by the quantization unit 15 described above. 1−D変換の行列のノルムにおいて、2−D変換場合のG は、以下の10種類である。 In norm of 1-D transform matrix, G 2 when 2-D conversion are the following 10 kinds.
{16 ,(2461/128) ,(289/16) ,10 ,16・(2461/128),16・(289/16),16・10,((2461/128)・(289/16)),((2461/128)・10),((289/16)・10)} {16 2, (2461/128) 2, (289/16) 2, 10 2, 16 · (2461/128), 16 · (289/16), 16 - 10, ((2461/128) (289 / 16)), ((2461/128) 10), ((289/16) 10)}

次に、逆変換処理について説明する。 Next, a description will be given inverse transform process. 変換サイズモードが16×16の場合の逆量子化処理は、変換処理部14による順変換処理で用いた行列と同じ行列を用いて、以下の式により行われる。 Inverse quantization processing when the transform size mode 16 × 16, using the same matrix as the matrix used in the forward transform process by the conversion processing unit 14 is performed by the following equation.

最後に各要素を1024で除算する。 Finally, dividing each element in 1024. このように、局所復号部18は、逆量子化処理及び逆変換処理を行うことにより、復号画像を求めることができる。 Thus, local decoding unit 18, by performing an inverse quantization process and the inverse conversion process, can be obtained decoded image.

比較部17は、ブロック分割部11から16×16画素のマクロブロックの画像を入力し、局所復号部18から16×16画素の復号画像を入力し、両者を比較して誤差歪量を求め、モード決定部12に出力する。 Comparing unit 17 inputs the image of the macroblock of 16 × 16 pixels from the block dividing unit 11 receives the decoded image of 16 × 16 pixels from the local decoding unit 18 obtains the error distortion amount by comparing both, and outputs it to the mode determining section 12.

以上のように、符号化装置1によれば、モード決定部12が、所定の評価関数を用いて符号化効率を考慮した各種モードを決定し、予測処理部13、変換処理部14、量子化部15及び符号化部16が、既存の符号化方式をベースにした16×16画素サイズに拡大して処理を行うようにした。 As described above, according to the coding apparatus 1, the mode determination unit 12 determines the various modes in consideration of the encoding efficiency by using a predetermined evaluation function, the prediction processing section 13, conversion processing section 14, a quantization parts 15 and encoding unit 16 has to perform the enlargement and processing existing coding scheme 16 × 16 pixel size which is based. これにより、既存の符号化方式の枠組みを保ちつつ、各処理におけるブロックサイズを拡大し、画像の符号化効率を向上させることが可能となる。 Thus, while maintaining the framework of existing coding schemes, to expand the block size in each process, it is possible to improve the coding efficiency of the image.

〔復号化装置〕 [Decoder]
次に、本発明の実施の形態による復号化装置について説明する。 It will now be described decoding apparatus according to an embodiment of the present invention. この復号化装置は、復号化部、逆量子化部及び逆変換部を備えている。 The decoding apparatus, the decoding unit includes an inverse quantization unit and an inverse transform unit. 復号化装置は、図1に示した符号化装置1により出力されたビットストリームを入力し、復号化処理、逆量子化処理及び逆変換処理を行い、復号画像を生成する。 Decoding apparatus receives a bitstream output by the encoding apparatus 1 shown in FIG. 1, the decoding process performs inverse quantization processing and inverse transform processing to generate a decoded image.

復号化部は、符号化装置1からビットストリームを入力し、復号化を行い、1次元の量子化された変換係数、各種ヘッダ、分割モード、予測モード、変換サイズモード、動きベクトル等を得る。 Decoder receives the bit stream from the encoding device 1, performs decoding to obtain one-dimensional quantized transform coefficients, various headers, split mode, the prediction mode, transform size mode, the motion vector or the like. そして、復号化部は、1次元の量子化された変換係数を逆スキャンし、2次元の変換係数に並び替える。 Then, the decoding unit, the one-dimensional quantized transform coefficients inverse scan rearranges the two-dimensional transform coefficients. 逆量子化部は、2次元の変換係数を入力し、図1の局所復号部18における逆量子化処理と同様の処理を行い、DCT係数を生成する。 Inverse quantization unit inputs the two-dimensional transform coefficients, performs the same processing as the inverse quantization process in the local decoding unit 18 of FIG. 1, to generate the DCT coefficients. 逆変換部は、逆量子化部により生成されたDCT係数を入力し、図1の局所復号部18における逆変換処理と同様の処理を行い、16×16画素の復号画像を生成する。 Inverse transform unit receives the DCT coefficients generated by the inverse quantization unit performs the same processing as inverse conversion processing in the local decoding unit 18 of FIG. 1 to generate a decoded image of 16 × 16 pixels.

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。 Although the present invention has been described with the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be without departing from its technical idea. 例えば、上記実施の形態では、非特許文献2のH. For example, in the above embodiment, the non-patent document 2 H. 264/MPEG−4 AVC方式をベースにして16×16画素の処理に拡張するようにしたが、この方式に限定されるものではなく、他の符号化方式をベースにして拡張するようにしてもよい。 The 264 / MPEG-4 AVC scheme so as to expand to 16 × 16 pixels of the processing to the base, but is not limited to this scheme, be extended with other coding schemes based good. また、上記実施の形態では、16×16の変換サイズモードについて適用したが、8×8を超えるサイズにも適用することができるし、16×16よりもさらに大きいサイズにも適用することができる。 In the above embodiment, 16 was applied to transform size modes × 16, to be applied on the size of more than 8 × 8, can be applied to larger size than 16 × 16 . また、変換処理部14は、DCTを近似した変換方式により処理を行うようにしたが、近似を伴わないDCTによる変換方式や、他の変換方式により処理を行うようにしてもよい。 The conversion processing unit 14 has been to perform the processing by the conversion method that approximates a DCT, and conversion method according to DCT without approximation, may perform processing by another conversion method.

本発明の実施の形態による符号化装置の構成を示すブロック図である。 It is a block diagram showing a structure of a coding apparatus according to an embodiment of the present invention. stepとQ との間の関係を示す図である。 Is a diagram showing the relationship between the Q step and Q p. PFの値を示す図である。 Is a diagram illustrating the value of PF. MFの値を示す図である。 Is a diagram showing the values ​​of MF. ジグザグスキャンによるスキャン方法の例を示す図である。 Is a diagram illustrating an example of a scanning method according to the zigzag scan. 16×16DCTのlevelListIdxを示す図である。 16 is a diagram showing a levelListIdx of × 16 DCT. luma_transform_size_8×8_flagの値をa,bとしたテーブルを示す図である。 The value of luma_transform_size_8 × 8_flag is a diagram showing a table a, and b. Vの値を示す図である。 Is a diagram illustrating the value of V.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 符号化装置11 ブロック分割部12 モード決定部13 予測処理部14 変換処理部15 量子化部16 符号化部17 比較部18 局所復号部 1 encoder 11 block dividing unit 12 mode determination unit 13 prediction processing unit 14 conversion processing unit 15 quantizing unit 16 the encoding unit 17 comparison unit 18 local decoding unit

Claims (6)

  1. 原画像に対し、予測処理、直交変換処理、量子化処理及び符号化処理を施してビットストリームを生成する符号化装置において、 To the original image, the prediction processing, orthogonal transform processing, in the coding apparatus for generating a bit stream by performing quantization processing and coding processing,
    直交変換処理を施す画像ブロックの大きさを示す変換サイズを、符号化効率を示す評価値に基づいて決定する決定部と、 The transform size indicating the size of the image blocks subjected to orthogonal transformation processing, a determination unit that determines based on the evaluation value indicating the coding efficiency,
    該決定部により決定された変換サイズで、画像ブロックに直交変換を施す変換処理部とを備えたことを特徴とする符号化装置。 Conversion size determined by the determination unit, the encoding apparatus characterized by comprising a conversion processing unit for performing orthogonal transformation on image block.
  2. 請求項1に記載の符号化装置において、 In the encoding apparatus according to claim 1,
    前記決定部は、少なくとも4×4画素、8×8画素及び16×16画素のサイズに対する評価値をそれぞれ求め、これらの評価値に基づいて変換サイズを決定することを特徴とする符号化装置。 The determination unit is at least 4 × 4 pixels, respectively obtained an evaluation value for the size of 8 × 8 pixels and 16 × 16 pixels, the encoding apparatus characterized by determining a transform size based on these evaluation values.
  3. 請求項2に記載の符号化装置において、 In the encoding apparatus according to claim 2,
    前記決定部は、原画像と復号画像との間の誤差、及び前記ビットストリームの情報量を用いた評価関数により評価値を求め、変換サイズを決定することを特徴とする符号化装置。 The determining unit obtains the evaluation value by the evaluation function using error, and the information amount of the bit stream between the decoded image and the original image, the encoding apparatus characterized by determining a transform size.
  4. 請求項1から3までのいずれか一項に記載の符号化装置において、 In the encoding device according to any one of claims 1 to 3,
    前記変換処理部は、DCT(離散コサイン変換)による直交変換を施す変換行列であって、その要素を近似して整数化した変換行列を用いて、前記変換サイズで画像ブロックに直交変換を施すことを特徴とする符号化装置。 The conversion processing unit, DCT a transformation matrix for performing an orthogonal transform by discrete cosine transform (), using the integer with the transformation matrix approximating the element, it is subjected to orthogonal transform into image blocks in the transform size encoding apparatus according to claim.
  5. 請求項1から4までのいずれか一項に記載の符号化装置において、 In the encoding device according to any one of claims 1 to 4,
    前記決定部は、符号化効率を示す評価値に基づいて、入力した原画像ブロックを、直交変換処理を施すためのブロックに分割する大きさを示す分割モード、画面内予測または動き補償予測を示す予測モード、及び、前記変換サイズをそれぞれ決定することを特徴とする符号化装置。 The determining unit shows on the basis of the evaluation value indicating an encoding efficiency, the input original image block, division mode that indicates the size for dividing into blocks for performing orthogonal transformation process, the intra prediction or motion compensation prediction prediction mode, and the encoding apparatus characterized by determining the transform size, respectively.
  6. 請求項1から5までのいずれか一項に記載の符号化装置により生成されたビットストリームを入力し、復号化処理、逆量子化処理及び逆直交変換処理を施し、復号画像を生成する復号化装置において、 Enter the bit stream generated by the encoding apparatus according to any one of claims 1 to 5, the decoding process, the process and the inverse orthogonal transform processing inverse quantization performed, decoding to generate a decoded image in the device,
    前記ビットストリームから変換サイズを得て、該変換サイズで逆直交変換を施すことを特徴とする復号化装置。 To obtain a transform size from the bitstream, the decoding apparatus characterized by performing inverse orthogonal transformation by the transform size.

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