JP2007258882A - 画像復号装置 - Google Patents

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宙輝 林
Takeshi Tanaka
健 田中
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Abstract

【課題】本発明は、圧縮画像の復号処理における画像データの外部メモリと画像復号装置間の転送処理に関するものである。復号対象マクロブロックの復号に周辺マクロブロックの情報が必要となる場合、従来の方式では効率が悪い転送であった。
【解決手段】転送対象のブロックに対応するピクチャの領域から、前記転送対象のブロックの下に位置するブロックのフィルタ処理に影響するライン数分上にシフトさせ、さらにそこから前記転送対象のブロックの右に位置するブロックのフィルタ処理に影響する列数分左にシフトした矩形領域を矩形転送する。
【選択図】図8

Description

本発明は圧縮画像の復号を行なう画像復号装置に関するものである。
近年、画像データのデジタル化が進み、大容量のデジタル画像データを通信によって伝送する際や媒体に記録する際に、画像データを圧縮する必要が生じている。このため動画像の符号化には、MPEG(Motion Pictures Experts Group)符号化方式が用いられることが多い。
MPEG符号化方式としては、従来から使用されているMPEG2(ISO/IEC13818−2)やMPEG4(ISO/IEC14496−2)、近年標準化されたMPEG4AVC(Advanced Video Coding)(ITU−T H.264)などが存在する。これらの動画像符号化方式では、圧縮された画像データをマクロブロック(MB:Macroblock)と呼ばれるブロックに分割して、マクロブロックを符号化処理単位として符号化が行われる。
従来のMPEG2やMPEG4などの画像符号化方式では、特に低ビットレートで符号化する場合に、復号画像にブロック歪みが生じたままフレームメモリに格納され、動き補償処理または画面内予測処理において、このブロック歪みを含んだ画像が参照され、さらに画質の劣化が伝播するという問題点があった。これに対してMPEG4AVC符号化方式は、外部メモリに復号画像を格納するのに先立ち、適応的にデブロッキングフィルタによってブロック歪みを除去する。これによって、画像のブロック歪みが参照画像に含まれてしまい、復号画像に伝播してしまうのを防ぎ、良好な画質の復号画像を得ることが可能となった。
デブロッキングフィルタは、図1に示される通りマクロブロックを4×4画素単位のブロックに分割し、上と左のブロック境界の8画素を用いてそれぞれフィルタ処理が行なわれる。図1の示される画素p0、p1、p2、p3、q0、q1、q2、q3に対してデブロッキングフィルタを行った後の画素値をそれぞれp0’、p1’、p2’、p3’、q0’、q1’、q2’、q3’とすると、最も強くフィルタがけられる場合のフィルタ演算は以下のようになる。
Figure 2007258882
このためマクロブロックにデブロッキングフィルタ処理するためには、復号対象のマクロブロックの左隣接マクロブロックと上隣接マクロブロックの境界4画素が必要となる。また、復号対象のマクロブロックのフィルタ処理後の下4画素と右4画素は、それぞれ復号対象のマクロブロックの下隣接マクロブロックと右隣接マクロブロックのデブロッキングフィルタ処理のために必要となり、さらに下隣接マクロブロックと右隣接マクロブロックのデブロッキングフィルタ処理が完了しなければ復号対象のマクロブロックの下3画素と右3画素の値は確定しない。よって、復号対象マクロブロックのデブロッキングフィルタを完全に終えるには、上隣接マクロブロック、下隣接マクロブロック、左隣接マクロブロック、右隣接マクロブロックの画素が必要となる。この関係を図5に示す。
従来のMPEG2やMPEG4などの画像符号化方式では、デブロッキングフィルタに相当する処理がないため、マクロブロック毎に復号処理が独立していた。そのため、復号対象のマクロブロックの動き補償が完了すれば、そのマクロブロックの画素データは他のマクロブロックの復号処理において用いられることがないため、動き補償が完了した時点で外部メモリに対して復号画像データを転送される構成になっていた。
従来の画像復号装置209の構成図を図2に示す。画像復号装置209は、同図が示すとおり、可変長復号部201、逆量子化部202、逆直交変換部203、画面内予測部204、動き補償部205、フィルタ処理部206、DMA(Direct Memory Access)コントローラ207、外部メモリ208を備える。
DMAコントローラ207は、外部メモリ208と、可変長復号部201、動き補償部205あるいはフィルタ処理部206との間でのデータ転送を行う機能を有する。
外部メモリ208は、圧縮された画像データが可変長符号化されてなるビットストリーム、参照画像データ、フィルタ処理された復号画像データ等を格納するためのDRAMである。
可変長復号部201は、圧縮された画像データが可変長符号化されてなるビットストリームが入力されると、ビットストリームを可変長復号して、圧縮画像のストリームデータからマクロブロックタイプと動きベクトルとを抽出し、マクロブロックの実体であり周波数変換されたいわゆる差分値を表現するブロックデータを抽出し逆量子化部202に伝達する機能を有する。
逆量子化部202は、可変長復号部201から伝えられるブロックデータを逆量子化して逆直交変換部203に伝達する機能を有する。
逆直交変換部203は、逆量子化部202から伝えられる逆量子化されたブロックデータを逆直交変換して得られる差分値を出力する機能を有する。
画面内予測部204は、画面内予測を実施する機能、即ち逆直交変換部203が出力するそのマクロブロックについての差分値とそのマクロブロックの周辺画像とを加算することにより画像を再構成する機能を有する。
動き補償部205は、外部メモリ208から参照画像を取得し、逆直交変換部203が出力するマクロブロックについての差分値を加算することにより画像を再構成する補償処理、つまりいわゆる動き補償の逆処理に相当する処理(以降、この処理を動き補償処理という)を実行する機能を有する。
フィルタ処理部206は、復号対象マクロブロックの周辺画像データを必要に応じて外部メモリ208から取得し、画面内予測部204又は動き補償部205が出力する再構成画像と併せて、デブロッキングフィルタ処理を行う機能、即ちブロックノイズを抑圧するためのフィルタをかけることにより復号画像を得て、DMAコントローラ207を介して外部メモリ208に転送する機能を有する。
次に、従来の画像復号装置209のマクロブロックを復号単位とした動作を説明する。
図2において、外部メモリ208からDMAコントローラ207を介してビットストリームを取得する。以降、画像復号装置209は、マクロブロックを処理単位として逆可変長復号部201、逆量子化部202、逆直交変換部203を順次起動し、逆可変長復号、逆量子化、逆直交変換をそれぞれ行う。逆直交変換後は、復号対象のマクロブロックのマクロブロックタイプがイントラマクロブロックの場合は画面内予測部204が、インターマクロブロックの場合は動き補償部205が起動される。動き補償部205が起動される場合は、DMAコントローラ207を介して外部メモリ208から参照画像データを取得する。
その後、フィルタ処理部206でデブロッキングフィルタ処理が行われる。このフィルタ処理の動作フローを図3、動作イメージを図4に示す。
まず、復号対象のマクロブロックの左隣接の縦16画素、横4画素の矩形の画像データをDMAコントローラ207を介して外部メモリ208から取得する。次に、復号対象のマクロブロックの上隣接の縦4画素、横16画素の矩形の画像データをDMAコントローラ207を介して外部メモリ208から取得する。上記処理によって取得された画像データは、図4において「デブロッキングフィルタ処理のために外部メモリ208から取得する画像データ」で示される部分のデータである。
この後、上記処理によって外部メモリ208から取得した画像データと併せて、復号対象のマクロブロックをフィルタ処理部206でデブロッキングフィルタ処理を行う。フィルタ処理後は、外部メモリ208から取得した画像データと併せて、復号対象のマクロブロックの画像データの全てをDMAコントローラ207を介して外部メモリ208に転送する。上記処理によって転送される画像データは、図4において「フィルタ処理後、外部メモリ208に転送される画像データ」で示される部分のデータである。
以上の処理によってマクロブロックの復号処理が行われる。この処理を繰り返すことで画像全体の復号が行われる。
先行技術資料:H.264/AVC教科書(角野眞也(他)編、インプレスネットビジネスカンパニー版、ISBN:4844319833)
デブロッキングフィルタ処理は、復号対象のマクロブロックのうち、画素値が確定する画素と確定しない画素があるため、マクロブロックの画像データを外部メモリに転送する方法が課題となる。確定した画素のみを転送すると、図5に示される通り矩形転送ができずに無駄な転送が生じてしまう。このため外部メモリのバスバンド幅を大きくしなければならず、この結果、画像復号装置の製造コストが大きく上昇してしまう。
また、マクロブロックの画素が全て確定するまで画像データをローカルメモリに保存すると、1マクロブロックライン分の画素値、つまり
16×16×「1ライン分のマクロブロックの数」 [画素]
を保存する必要があるため、大容量なローカルメモリが必要となる。ローカルメモリは外部メモリ高い周波数で動作するものであり外部メモリと比べて高価なため、この結果、画像復号装置の製造コストが大きく上昇してしまう。
上述した従来の画像復号装置では、デブロッキングフィルタ処理を行う場合に復号対象のマクロブロックの上隣接マクロブロックと左隣接マクロブロックの画像データが必要となるため、一度外部メモリに転送した画像データを再度、取得しなければならなかった。また、この取得しなければならない画像データは、縦または横が4画素の矩形状のデータであり、一般に外部メモリから取得できるデータの最小サイズ(以降、転送単位という)よりも小さいため、外部メモリからデブロッキングフィルタ処理に必要な画像データを取得する場合、不必要なデータも併せて取得することになってしまう。さらに、デブロッキングフィルタ処理後に画像データを外部メモリに転送する場合にも、フィルタ処理時に外部メモリから取得した画像データも併せて転送しなければならないため、転送する画像データが外部メモリへの転送単位より小さい転送、または転送単位の整数倍とはならない転送になってしまい、ここでも不必要なデータを併せて転送することになってしまう。
以上のことにより、従来の画像復号装置では外部メモリのバスバンド幅をかなり大きくする必要があり、この結果、画像復号装置の製造コストが大きく上昇してしまう。
上記課題を解決するために本発明に係る画像復号装置は、画像をいくつかの矩形ブロックに分割して、ブロック毎にフィルタ処理を行う画像復号装置であって、前記フィルタ処理が終了した後の画像データを外部メモリに転送する際、転送対象のブロックに対応するピクチャの領域から、前記転送対象のブロックの下に位置するブロックのフィルタ処理に影響するライン数分上にシフトさせ、さらにそこから前記転送対象のブロックの右に位置するブロックのフィルタ処理に影響する列数分左にシフトした矩形領域を、矩形転送することを特徴とする。
本発明に係る画像復号装置によれば、画像復号装置のローカルメモリの容量を極力抑えながら、かつ外部メモリに対する無駄な転送をなくして転送効率を高め、外部メモリのバスバンド幅の上昇を抑えることが可能となる。これによって、従来の画像復号装置に比べて製造コストを低下させることできる。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1に係る画像復号装置について説明する。
(構成)
本発明の実施の形態1に係る画像復号装置609は、図6が示すとおり、可変長復号部201、逆量子化部202、逆直交変換部203、画面内予測部204、動き補償部205、フィルタ処理部606、DMA(Direct Memory Access)コントローラ607、外部メモリ208、ローカルメモリ610を備える。なお、図6に示した画像復号装置609の各構成要素のうち従来の画像復号装置209の構成要素と同一のものについては、図2と同じ符号を付しており、これらについては詳しい説明を省略する。
DMAコントローラ607は、外部メモリ208と、可変長復号部201、動き補償部205あるいはフィルタ処理部606との間でのデータ転送を行う機能を有する。従来の画像復号装置209のDMAコントローラ207とは異なり、外部メモリ208からフィルタ処理部606にデータが転送されることはない。
ローカルメモリ610は、フィルタ処理部606がデブロッキングフィルタ処理に必要となる画像データやデブロッキングフィルタ処理された画像データを一時的に格納するためのメモリである。
フィルタ処理部606は、復号対象マクロブロックの周辺画像データを必要に応じてローカルメモリ610から取得し、画面内予測部204又は動き補償部205が出力する再構成画像と併せて、デブロッキングフィルタ処理を行う機能、即ちブロックノイズを抑圧するためのフィルタをかける機能を有する。併せてフィルタ処理部606は、フィルタ処理後の画像データのうち、ローカルメモリ610に保存すべき画像データはローカルメモリ610に保存し、それ以外の画像データは、必要ならばローカルメモリ610に保存されている画像データと併せてDMAコントローラ607を介して外部メモリ208に転送する機能も有する。
従来の画像復号装置209と異なる点は、デブロッキングフィルタ処理後の画像データの全てを外部メモリ208に転送するのではなく、一部または全てをローカルメモリ610に一時的に保存し、それ以外の画像データをDMAコントローラ607を介して外部メモリ208に転送する点である。
(動作)
次に、本発明の実施の形態1に係る画像復号装置609のマクロブロックを処理単位とした動作フローを図7に示す。
図6において、外部メモリ208からDMAコントローラ607を介して復号対象のマクロブロックに対応するビットストリームを取得する。以降、画像復号装置609は、図7に従ってマクロブロックを処理単位として逆可変長復号部201、逆量子化部202、逆直交変換部203を順次起動し、逆可変長復号、逆量子化、逆直交変換をそれぞれ行う。逆直交変換後は、処理対象のマクロブロックのマクロブロックタイプがイントラマクロブロックの場合は画面内予測部204が、インターマクロブロックの場合は動き補償部205が起動される。動き補償部205が起動される場合は、DMAコントローラ607を介して外部メモリ208から参照画像データを取得する。
その後、フィルタ処理部606でデブロッキングフィルタ処理が行われる。このフィルタ処理の動作フローを図7、動作イメージを図8に示す。
まず、復号対象のマクロブロックの左隣接の縦16画素、横4画素の矩形の画像データをローカルメモリ610から取得する。次に、復号対象のマクロブロックの上隣接の縦4画素、横16画素の矩形の画像データをローカルメモリ610から取得する。上記処理によって取得する画像データは、図8において「デブロッキングフィルタ処理のためにローカルメモリ610から取得する画像データ」で示される部分のデータである。
この後、上記処理によってローカルメモリ610から取得した画像データと併せて、復号対象のマクロブロックをフィルタ処理部606でデブロッキングフィルタ処理を行う。
フィルタ処理後は、復号対象マクロブロックの右端の縦16画素、横4画素の矩形の画像データと下端の縦4画素、横16画素の矩形の画像データ、および復号対象のマクロブロックの左隣接の下側に位置する縦4画素、横4画素の矩形の画像データと、復号対象のマクロブロックの上隣接の右側位置する縦4画素、横4画素の矩形の画像データは、ローカルメモリ610に保存する。上記処理によって保存する画像データは、図8において「デブロッキングフィルタ処理対象のマクロブロック」と「デブロッキングフィルタ処理のためにローカルメモリ610から取得する画像データ」と「フィルタ処理後、外部メモリ208に転送するためにローカルメモリ610から取得する画像データ」とを合わせた部分から、「フィルタ処理後、外部メモリ208に転送される画像データ」を引いた部分のデータである。
次に、復号対象マクロブロックの左上に位置する縦4画素、横4画素の画像データをローカルメモリ610から取得する。上記処理によって取得する画像データは、図8において「フィルタ処理後、外部メモリ208に転送するためにローカルメモリ610から取得する画像データ」で示される部分のデータである。
この後、復号対象マクロブロックに対応するピクチャ領域から4画素上にシフトさせ、さらにそこから4画素左にシフトした縦16画素、横16画素の画像データを外部メモリ208に転送する。上記処理によって転送する画像データは、図8において「フィルタ処理後、外部メモリ208に転送される画像データ」で示される部分のデータである。
以上の処理によってマクロブロックの復号処理が行われる。この処理を繰り返すことで画像全体の復号が行われる。
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2に係る画像復号装置について説明する。
(構成)
本発明の実施の形態2に係る画像復号装置609は実施の形態1と同じである。
(動作)
次に、本発明の実施の形態2に係る画像復号装置609の動作について説明する。
図6において、外部メモリ208からDMAコントローラ607を介して復号対象のマクロブロックに対応するビットストリームを取得する。以降、画像復号装置609は、図7に従ってマクロブロックを処理単位として逆可変長復号部201、逆量子化部202、逆直交変換部203を順次起動し、逆可変長復号、逆量子化、逆直交変換をそれぞれ行う。逆直交変換後は、処理対象のマクロブロックのマクロブロックタイプがイントラマクロブロックの場合は画面内予測部204が、インターマクロブロックの場合は動き補償部205が起動される。動き補償部205が起動される場合は、DMAコントローラ607を介して外部メモリ208から参照画像データを取得する。
その後、フィルタ処理部606でデブロッキングフィルタ処理が行われる。このフィルタ処理の動作フローを図7、動作イメージを図8に示す。
まず、復号対象のマクロブロックの左隣接の縦16画素、横4画素の矩形の画像データをローカルメモリ610から取得する。次に、復号対象のマクロブロックの上隣接の縦4画素、横16画素の矩形の画像データをローカルメモリ610から取得する。上記処理によって取得する画像データは、図8において「デブロッキングフィルタ処理のためにローカルメモリ610から取得する画像データ」で示される部分のデータである。
この後、上記処理によってローカルメモリ610から取得した画像データと併せて、復号対象のマクロブロックをフィルタ処理部606でデブロッキングフィルタ処理を行う。
フィルタ処理後は、復号対象マクロブロックの画像データ、および復号対象のマクロブロックの上隣接の縦4画素、横16画素の矩形の画像データと、復号対象のマクロブロックの左隣接の下側に位置する縦4画素、横4画素の矩形の画像データをローカルメモリ610に保存する。上記処理によって保存する画像データは、図10において「デブロッキングフィルタ処理対象のマクロブロック」と「デブロッキングフィルタ処理のためにローカルメモリ610から取得する画像データ」と「フィルタ処理後、外部メモリ208に転送するためにローカルメモリ610から取得する画像データ」とを合わせた部分から、「フィルタ処理後、外部メモリ208に転送される画像データ」を引いた部分のデータである。
次に、復号対象マクロブロックの左隣接のマクロブロックの左上に位置する縦12画素、横12画素の矩形の画像データと、復号対象マクロブロックの左上に位置する縦4画素、横16画素の画像データをローカルメモリ610から取得する。上記処理によって取得する画像データは、図10において「フィルタ処理後、外部メモリ208に転送するためにローカルメモリ610から取得する画像データ」で示される部分のデータである。
この後、復号対象マクロブロックの左隣接のマクロブロックのピクチャ領域から4画素上にシフトした縦16画素、横16画素の画像データを外部メモリ208に転送する。上記処理によって転送する画像データは、図10において「フィルタ処理後、外部メモリ208に転送される画像データ」で示される部分のデータである。
以上の処理によってマクロブロックの復号処理が行われる。この処理を繰り返すことで画像全体の復号が行われる。
なお、本発明に係る実施の形態1、2では、MPEG4AVC符号化方式で符号された画像の復号を想定して説明を行なったが、この符号化方式に限定されるものではなく、復号したマクロブロックの画像データに対して、復号したマクロブロックの隣接または周辺のマクロブロックの画像データを必要とするようなフィルタ処理を行なうフィルタ処理手段を含む符号化方式であればよい。
また動画像復号装置を実現する形態を特に指定していないが、これは、1チップまたは複数チップの集積回路で実現してもよいし、コンピュータのプログラムで実現してもよいし、その他どのような形態で実現してもよい。コンピュータのプログラムの場合、メモリカード、CD−ROMなどいかなる記録媒体に書き込まれたものをコンピュータに読み込ませて実行させる形にしてもよいし、ネットワークを経由してプログラムをダウンロードして、実行させる形にしてもよい。
本発明に係る画像復号装置は、外部メモリへの転送効率を高め、外部メモリのバスバンド幅の上昇を抑えることが可能とする可能な特徴を有し、MPEG等の圧縮画像を扱うデジタルテレビ、DVDレコーダ等として有用である。
MPEG4AVC符号化方式におけるデブロッキングフィルタ処理を示した図 従来の画像復号装置の構成を示した図 従来の画像復号装置のマクロブロックを復号単位とした動作フローを示した図 従来の画像復号装置のマクロブロックを復号単位とした動作イメージを示した図 MPEG4AVC符号化方式におけるデブロッキングフィルタ処理対象のマクロブロックとその周辺との関係を示す図 本発明の実施の形態1および実施の形態2に係る画像復号装置の構成を示した図 本発明の実施の形態1に係る画像復号装置のマクロブロックを復号単位とした動作フローを示した図 本発明の実施の形態1に係る画像復号装置のマクロブロックを復号単位とした動作イメージを示した図 本発明の実施の形態2に係る画像復号装置のマクロブロックを復号単位とした動作フローを示した図 本発明の実施の形態2に係る画像復号装置のマクロブロックを復号単位とした動作イメージを示した図
符号の説明
201 従来の画像復号装置における可変長復号部
202 従来の画像復号装置における逆量子化部
203 従来の画像復号装置における逆直交変換部
204 従来の画像復号装置における画面内予測部
205 従来の画像復号装置における動き補償部
206 従来の画像復号装置におけるフィルタ処理部
207 従来の画像復号装置におけるDMA(Direct Memory Access)コントローラ
208 従来の画像復号装置における外部メモリ
209 従来の画像復号装置
606 本発明の実施の形態1および実施の形態2に係る画像復号装置におけるフィルタ処理部
607 本発明の実施の形態1および実施形態2に係る画像復号装置におけるDMA(Direct Memory Access)コントローラ
609 本発明の実施の形態1および実施の形態2に係る画像復号装置
610 本発明の実施の形態1および実施の形態2に係る画像復号装置におけるローカルメモリ

Claims (4)

  1. 画像をいくつかの矩形ブロックに分割して、ブロック毎にフィルタ処理を行う画像復号装置であって、前記フィルタ処理が終了した後の画像データを外部メモリに転送する際、転送対象のブロックに対応するピクチャの領域から、前記転送対象のブロックの下に位置するブロックのフィルタ処理に影響するライン数分上にシフトさせ、さらにそこから前記転送対象のブロックの右に位置するブロックのフィルタ処理に影響する列数分左にシフトした矩形領域を、矩形転送することを特徴とする画像復号装置。
  2. 画像をいくつかの矩形ブロックに分割して、ブロック毎にフィルタ処理を行う画像復号装置であって、前記フィルタ処理が終了した後の画像データを外部メモリに転送する際、前記転送対象のブロックの右に位置するブロックのフィルタ処理が終了してから、前記転送対象のブロックの下に位置するブロックのフィルタ処理に影響するライン数分上にシフトした矩形領域を、矩形転送することを特徴とする画像復号装置。
  3. 画像をいくつかの矩形ブロックに分割して、ブロック毎にフィルタ処理を行う画像方法であって、前記フィルタ処理が終了した後の画像データを外部メモリに転送する際、転送対象のブロックに対応するピクチャの領域から、前記転送対象のブロックの下に位置するブロックのフィルタ処理に影響するライン数分上にシフトさせ、さらにそこから前記転送対象のブロックの右に位置するブロックのフィルタ処理に影響する列数分左にシフトした矩形領域を、矩形転送することを特徴とする画像復号方法。
  4. 画像をいくつかの矩形ブロックに分割して、ブロック毎にフィルタ処理を行う画像復号方法であって、前記フィルタ処理が終了した後の画像データを外部メモリに転送する際、前記転送対象のブロックの右に位置するブロックのフィルタ処理が終了してから、前記転送対象のブロックの下に位置するブロックのフィルタ処理に影響するライン数分上にシフトした矩形領域を、矩形転送することを特徴とする画像復号方法。
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