JP2009505496A - 画像圧縮に関する変換係数の予測 - Google Patents
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Abstract
Description
変換符号化は、多数のオーディオ、イメージおよびビデオ圧縮システムで使用される圧縮技術である。未圧縮のデジタルイメージおよびビデオは一般に、2次元(2D)グリッドに配置したイメージ内またはビデオフレーム内の位置での画素サンプルまたは色サンプルとして表現または捉えられる。これはイメージまたはビデオの空間領域表現と呼ばれる。例えば、イメージの一般的な形式は、グリッドとして配置した24ビット色の画素サンプルのストリームから成る。夫々のサンプルは、とりわけRGBまたはYIQなどの色空間内部のグリッドにおける画素位置での色成分を表す数字である。様々なイメージおよびビデオシステムは様々な色、サンプリングの時空間解像度を使用することができる。同様に、デジタルオーディオは一般に、時間サンプリングしたオーディオ信号ストリームとして表される。例えば、一般的なオーディオフォーマットは、一定時間間隔で取得したオーディオ信号の16ビット振幅サンプルのストリームから成る。
今述べたように、ブロック変換は一般に離散コサイン変換(DCT)またはその変形を使用する。損失が高レベルになると、ブロック変換は厄介なブロック不連続性による視覚的アーチファクト(visual artifact)を免れない。変換ウィンドウが重複する“重複変換”技術を使用して、再構築したものを損失下でも平滑化することができる。
図2および図3は代表的な2次元(2D)データのエンコーダ200およびデコーダ300で利用するプロセスの一般的な図である。図2および図3はブロックパターン符号化を実装する2Dデータエンコーダおよびデコーダを組み込んだ圧縮システムの一般的または簡単な説明を表す。ブロックパターン符号化を用いる代替的な圧縮システムでは、2Dデータ圧縮に対して、この代表的なエンコーダおよびデコーダで示したものよりも多いプロセスまたは少ないプロセスを使用することができる。例えば、幾つかのエンコーダ/デコーダは色変換、カラーフォーマット、スケーラブル符号化、可逆符号化、マクロブロックモード、等を含むことができる。圧縮システム(エンコーダおよびデコーダ)は可逆から非可逆へ変化する量子化パラメータに基づく量子化に依存して、2Dデータの可逆および/または非可逆圧縮を与えることができる。
1.グレースケールのイメージに対して、夫々のマクロブロックは16個の4×4輝度(Y)ブロックを含む。
2.YUV4:2:0フォーマットのカラーイメージに対し、夫々のマクロブロックは16個の4×4のYブロックを含み、夫々4個の4×4のクロミナンス(UおよびY)ブロックを含む。
3.YUV4:2:2フォーマットのカラーイメージに対し、夫々のマクロブロックは16個の4×4のYブロックを含み、夫々8個の4×4のクロミナンス(UおよびY)ブロックを含む。
4.RGBまたはYUV4:4:4のカラーイメージに対し、夫々のマクロブロックは夫々16個のブロックのY、UおよびVチャネルを含む。
[背景技術]の段落において簡潔に上述したように、DCAC予測は、隣接ブロックからDCおよびDCAC項を予測すること、および予測誤差を符号化する(およびデコーダ側での逆のプロセスを行う)ことでブロック間のDCおよびDCAC連続性を利用するプロセスである。
1.(内部変換の)DC係数を、利用可能ならば色情報に少なくとも部分的に基づいて因果的隣接ブロックから得たDC係数に基づいて予測する。
2.内部変換のDCAC係数はDC係数のものから導出した予測方向を使用し、マクロブロック外の情報にも依存する。
3.カレントマクロブロックおよび先行マクロブロックが異なる量子化器を有するとき、内部変換のDCAC係数の予測はスキップされる(即ち、予測因子として0を用いる)。
4.外部変換DCAC係数の予測は、純粋にマクロブロック内部で実施する。
5.外部変換DCAC係数の予測方向は、同一マクロブロックの内部変換のDCAC係数から導出する。
2.ローパスDCAC予測。これは内部変換のDCAC係数の予測である。
3.ハイパスDCAC予測。これは外部変換のDCAC係数の予測である。
上述のように、代表的なエンコーダ200(図2)はイメージを16×16の画素のマクロブロックにタイルし、さらにマクロブロックを夫々が4×4の画素である変換ブロックにタイルする。外部段階変換を変換ブロックに適用し、図4に示す4×4の変換係数を含むブロックを(輝度チャネル、およびYUV4:4:4カラーフォーマットイメージのクロミナンスチャネルに対して)生成する。マクロブロックのこれら16個の変換係数ブロックにおけるDC係数を分離し(4×4のブロックを形成)、内部段階変換を本ブロックに適用する。その結果の内部段階変換ブロックは、再度4×4の係数を有する。本内部段階変換ブロックのDC係数(「0」とラベル化)を、本明細書ではマクロブロックのDC係数と称する。内部段階変換ブロックのDCAC係数(「1」、「2」、「3」、「4」、「8」および「12」)を、本明細書ではマクロブロックのローパスDCAC係数と称する。本マクロブロック構造は、予測変換係数符号化を利用する代替的なエンコーダおよびデコーダでは変化することができる。
1.左からの予測(即ち、マクロブロックのDC係数に対する予測因子は、その左へのマクロブロックのDC係数であるか、またはpredictor=DC[left_MB]である。)
2.上からの予測(即ち、予測因子はその上方へのマクロブロックのDC係数であるか、またはpredictor=DC[top_MB]である。
3.左および上からの予測(即ち、予測因子はその左および上方へのマクロブロックのDC係数の平均であるか、またはpredictor=DC[left_MB]+ DC[top_MB]/2である。
4.Nullの予測(即ち、予測なし。predictor=0)。
図2および4を再度参照する。代表的なエンコーダ200には第2または内部段階変換が含まれる。前述の変換は、外部段階変換からのDC係数260(図2)に適用される。結果の係数ブロック400の(位置「1」、「2」、「3」、「4」、「8」および「12」にある)DCAC係数(図4)を本明細書ではローパスDCAC係数と称する。
1.左からの予測(即ち、マクロブロックのローパスDCAC係数に対する予測因子は、対応する左へのマクロブロックのDCAC係数であるか、またはpredictor=DCAC[left_MB]である)。この場合、「4」、「8」および「12」と印付けした係数のみを予測する。
2.上からの予測(即ち、予測因子は、対応する上方へのマクロブロックのローパスDCAC係数であるか、またはpredictor=DCAC[top_MB]である。この場合、‘1’、‘2’および‘3’と印付けした係数のみを予測する。および
3.Nullの予測(予測無し、またはpredictor=0)。
図2を再度参照する。2段階変換のため、代表的なエンコーダ/デコーダではハイパスDCAC係数に対する予測は複雑である。ハイパスDCAC係数は、外部段階変換250から生成したハイパス変換係数262の係数である。さらに、前述のように、逆量子化330(図3)の前に代表的なデコーダにおける予測が復号化320(図3)で行われるように、予測を代表的なエンコーダでの量子化270の後に実施する。復号化プロセスにおける本時点で、外部段階変換ブロックのDC係数を再構築するための逆内部段階変換は未実施である。同様に、エントロピー符号化280で、逆内部段階変換も実施しなければ外部段階DC係数260が利用できないように、代表的なエンコーダは既に内部段階変換を外部段階変換ブロックのDC係数260に適用している。従って、ハイパスDCAC予測の基礎を外部変換のDC係数260に置くことは望ましくない。そうでなければ、デコーダは同じ数値精度を有するように制限されるであろう。エンコーダはデコーダのループ(即ち逆内部段階変換)を実行するよう制限される。“オープンループ”ベースで動作するコーデックはこのループを実行できない。これらの理由により、代表的なエンコーダ/デコーダはハイパスDCAC予測符号化の基盤を、逆変換前の復号量子化値にのみ置く。
1.左からの予測(即ち、図13のマクロブロック1300の左予測DCAC係数に対して説明したように、ブロックのハイパスDCAC係数に対する予測因子は、対応位置の左へのブロックのハイパスDCAC係数であるか、またはpredictor=DCAC[left_MB]である)。
2.上からの予測(即ち、図14のマクロブロック1400の上予測DCAC係数に対して説明したように、予測因子は、対応位置の上へのブロックのハイパスDCAC係数であるか、またはpredictor=DCAC[top_MB]である)。
3.Nullの予測(予測無し、またはpredictor=0)。
上述のエンコーダ200(図2)およびデコーダ300(図3)および予測変換係数符号化技術を、デジタルメディア信号処理を実施する任意の様々な装置上で実施することができる。この装置には、とりわけ、コンピュータ、イメージおよびビデオ録画および送受信装置、ポータブルビデオプレイヤー、ビデオ会議、等が含まれる。図15に示すように、デジタルメディア符号化技術をハードウェア回路、およびコンピュータまたは他のコンピューティング環境内部で実行するデジタルメディア処理ソフトウェアで実装することができる。
Claims (20)
- 変換係数の予測符号化を用いてデジタルメディアデータを符号化する方法であって、
前記方法は、
前記デジタルメディアデータのブロックに変換(250)を適用して、各ブロックに対して変換係数群(400、500、600)を生成するステップであって、各ブロックの前記変換係数群は前記の各ブロックに対するDC係数を備えるステップと、
カレントブロックの位置における前記デジタルメディアデータの少なくとも2つの方向性のうちの1つが支配的かどうかを判定するステップ(1000)と、
前記の少なくとも2つの方向性のうちの1つが前記カレントブロックのデジタルメディアの位置において支配的であると判定される場合、前記判定された支配的な方向性に従って、前記カレントブロックのDC係数の予測因子を選択するステップ(1000)と、
前記カレントブロックのDC係数をその予測因子に対して符号化するステップ(280)と
を含むことを特徴とする方法。 - 前記少なくとも2つの方向性のうちのいずれもが前記カレントブロックのデジタルメディアの位置において支配的であると判定されない場合、前記少なくとも2つの方向性の組合せに従って前記カレントブロックのDC係数の予測因子を選択するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記方向性には少なくとも水平方向と垂直方向が含まれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記カレントブロックの位置における前記デジタルメディアデータの少なくとも2つの方向性のうちの1つが支配的かどうかを判定するステップは、
前記の少なくとも2つの方向性に対する方向差分メトリックを、前記少なくとも2つの方向性における先行ブロックのDC係数の関数として計算するステップと、
計算した前記方向差分に基づいて、前記少なくとも2つの方向性のうちの1つが支配的かどうかを判定するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記方向差分メトリックを計算するステップは、
前記少なくとも2つの方向性に対する前記方向差分メトリックを、前記少なくとも2つの方向性における前記デジタルメディアデータの複数のチャネルから得た先行ブロックのDC係数の関数として計算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 前記複数のチャネルは輝度チャネルおよび少なくとも1つのクロミナンスチャネルを含むことを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 前記変換は、前記デジタルメディアデータのマクロブロック内のブロックに適用される第1の外部段階変換からのDC係数のブロックに適用される第2の内部段階変換であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 各ブロックの前記変換係数群は前記各ブロックに対する複数のDCAC係数を含み、
前記方法はさらに
前記少なくとも2つの方向性のうちの1つが前記カレントブロックのデジタルメディアデータの位置において支配的であると判定されるとき、前記判定された支配的な方向性に従って前記カレントブロックのDCAC係数の予測因子を選択するステップと、
そうでなければ、前記カレントブロックのDCAC係数を予測因子無しで符号化するステップと
を含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記少なくとも2つの方向性のうちの1つが支配的であると判定されるときに前記カレントブロックのDCAC係数の予測因子を選択する際、
前記判定された支配的な方向性に従って選択された予測因子を含むブロックが前記カレントブロックと同じ量子化器を有するかどうかを判定するステップと、
そうでなければ、前記カレントブロックのDCAC係数を予測因子無しで符号化するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。 - 前記第1の外部段階変換はカレントマクロブロック内のブロックに対して変換係数群を生成し、前記カレントマクロブロック内の各ブロックの前記変換係数群は前記第1の外部段階変換からの複数のDCAC係数を含み、
前記方法はさらに
前記少なくとも2つの方向性に対する方向差分メトリックを、前記カレントマクロブロック内のブロックのDC係数に対する前記第2の内部段階変換から生成したDCAC係数の関数として計算するステップと、
前記計算した方向差分メトリックに基づいて、前記カレントマクロブロックに対して前記デジタルメディアデータの少なくとも2つの方向性のうちの1つが支配的かどうかを判定するステップと、
前記少なくとも2つの方向性のうちの1つが前記カレントマクロブロックに対して支配的であると判定されるとき、前記判定された支配的な方向性に従って前記カレントマクロブロックのブロックの前記第1の外部段階変換で得たDCAC係数の予測因子を一方向に選択するステップと、
前記カレントマクロブロックの複数のブロックの前記第1の外部段階変換で得た複数のDCAC係数をそれらの予測因子に対して符号化するステップと
を含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 方向差分メトリックをDCAC係数の関数として計算する前記ステップは、
前記少なくとも2つの方向性に対する方向差分メトリックを、前記デジタルメディアデータの複数のチャネルからの前記カレントマクロブロックにおけるブロックのDC係数に対する前記第2の内部段階変換から生成したDCAC係数の関数として計算するステップを含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記複数のチャネルは輝度チャネル及び少なくとも1つのクロミナンスチャネルを含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法に従って符号化した圧縮ビットストリームを有する少なくとも1つのコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- デジタルメディアエンコーダ(200)および/またはデコーダ(300)であって、
符号化および/または復号化されるデジタルメディアデータ(210)を格納するデータ記憶バッファと、
プロセッサ(1510)と
を含み、
前記プロセッサ(1510)は、
カレントマクロブロック内部のブロックに対して前記デジタルメディアデータの少なくとも2つの方向性の1つが支配的であるかどうかを、前記カレントマクロブロック内部のブロックに適用される外部段階変換から生成したDC係数のブロックに適用される内部段階変換から生成したDCAC係数に基づいて判定し(1200)、
前記少なくとも2つの方向性の1つが前記カレントブロック内部のブロックに対して支配的であると判定されるとき、前記判定された支配的な方向性に従って前記カレントマクロブロック内部のブロックの前記外部段階変換から生成した複数の前記DCAC係数の予測因子(1300,1400)を選択し、
前記カレントマクロブロック内部のブロックの前記外部段階変換から生成した複数のDCAC係数をそれらの予測因子に対して符号化(280)および/または復号化(320)する
ようにプログラムされたことを特徴とするデジタルメディアエンコーダおよび/またはデコーダ。 - 前記プロセッサを
前記カレントブロックの位置において前記デジタルメディアデータの少なくとも2つの方向性のうちの1つが支配的であるかどうかを先行隣接マクロブロックのDC係数に基づいて判定し、前記先行隣接マクロブロックのそれぞれのDC係数を、前記それぞれの先行隣接マクロブロック内部のブロックに適用される前記外部段階変換から生成したDC係数のブロックに適用される前記内部段階変換から生成し、
前記少なくとも2つの方向性のうちの1つが前記カレントブロックの位置において支配的であると判定されるとき、前記判定された支配的な方向性に従って前記カレントマクロブロックのDC係数の予測因子を選択し、前記カレントブロックのDC係数は、前記カレントマクロブロック内部のブロックに適用される前記外部段階変換から生成したDC係数のブロックに適用される前記内部段階変換から生成され、
前記カレントマクロブロックのDCAC係数をその予測因子に対して符号化および/または復号化する
ようにさらにプログラムしたことを特徴とする請求項14に記載のデジタルメディアエンコーダおよび/またはデコーダ。 - 前記プロセッサを
前記少なくとも2つの方向性のうちの1つが前記カレントブロックの位置において支配的であると判定されるとき、前記カレントマクロブロックの量子化器が前記判定された支配的な方向性に従う方向で隣接マクロブロックの量子化器と異なるときを除いて、前記判定された支配的な方向性に従って前記カレントマクロブロックのDCAC係数の予測因子を選択し、前記カレントマクロブロックのDCAC係数は、前記カレントマクロブロック内部のブロックに適用される前記外部段階変換から生成したDC係数のブロックに適用される前記内部段階変換から生成され、
前記カレントマクロブロックの複数のDCAC係数をそれらの予測因子に対して符号化および/または復号化する
ようにさらにプログラムしたことを特徴とする請求項15に記載のデジタルメディアエンコーダおよび/またはデコーダ。 - 前記少なくとも2つの方向性のうちの1つが前記カレントブロック内部のブロックに対して、および前記マクロブロックの位置に対して支配的であるかどうかを判定することは、前記デジタルメディアデータの複数のチャネルであって、輝度チャネルおよび少なくとも1つのクロミナンスチャネルを含む複数のチャネルにおける前記それぞれの係数に基づくことを特徴とする請求項16に記載のデジタルメディアエンコーダおよび/またはデコーダ。
- デジタルメディアデータの処理方法を実施するコンピュータ実行可能なデジタルメディア処理プログラムを有する少なくとも1つのコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記方法は
カレントマクロブロック内部のブロックに対する前記デジタルメディアデータの少なくとも2つの方向性に対する方向差分メトリックを、前記カレントマクロブロック内部のブロックに適用される外部段階変換から生成したDC係数のブロックに適用される内部段階変換から生成したDCAC係数に基づいて計算するステップ(1200)と、
前記方向差分メトリックに基づいて、カレントマクロブロック内部のブロックに対する前記デジタルメディアデータの少なくとも2つの方向性のうちの1つが支配的かどうかを判定するステップ(1200)と、
前記少なくとも2つの方向性のうちの1つが前記カレントブロック内部のブロックに対して支配的であると判定されるとき、前記判定された支配的な方向性に従って前記カレントマクロブロック内部のブロックの前記外部段階変換から生成したDCAC係数の予測因子を一方向に選択するステップ(1300,1400)と、
前記カレントマクロブロック内部のブロックの前記外部段階変換から生成した複数のDCAC係数を、それらの予測因子に対して符号化(280)/復号化(320)するステップと
を含むことを特徴とする少なくとも1つのコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記のデジタルメディアデータ処理方法はさらに
前記カレントマクロブロックの位置における前記デジタルメディアデータの少なくとも2つの方向性に対する方向差分メトリックを、先行隣接マクロブロックのDC係数に基づいて計算し、各マクロブロックのDC係数を前記各マクロブロック内部のブロックに適用される外部段階変換から生成したDC係数のブロックに適用される内部段階変換から生成するステップと、
前記カレントマクロブロックの位置において前記デジタルメディアデータの少なくとも2つの方向性のうちの1つが支配的であるかどうかを、前記計算した方向差分メトリックに基づいて判定するステップと、
前記少なくとも2つの方向性のうちの1つが前記カレントマクロブロックの位置において支配的であると判定される場合、前記判定された支配的な方向性に従って前記カレントマクロブロックのDC係数の予測因子を選択するステップと、
前記カレントマクロブロックのDC係数をその予測因子に対して符号化/復号化するステップと
を含むことを特徴とする請求項18に記載の少なくとも1つのコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記のデジタルメディアデータ処理方法はさらに
前記少なくとも2つの方向性のうちの1つが前記カレントブロックの位置において支配的であると判定されるとき、前記カレントマクロブロックの量子化器が前記判定された支配的な方向性に従う方向で隣接マクロブロックの量子化器と異なるときを除いて、前記判定された支配的な方向性に従って前記カレントマクロブロックのDCAC係数の予測因子を選択し、前記カレントマクロブロックのDCAC係数は、前記カレントマクロブロック内部のブロックに適用される前記外部段階変換から生成したDC係数のブロックに適用される前記内部段階変換から生成されるステップと、
前記カレントマクロブロックの複数のDCAC係数をそれらの予測因子に対して符号化/復号化するステップと
を含むことを特徴とする請求項19に記載の少なくとも1つのコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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