JP2011055536A - 画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】符号化のためのモーションフィールドを効率よく表現することができるモーションを表わす方法を得る。
【解決手段】この発明に係る画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法は、異なる解像度の複数のモーションベクトルフィールドのバージョンを生成して符号化する。具体的には、モーションベクトルフィールドの副標本をとってフィールドの副標本バージョンを第1の粗い解像度と第2のより細かい解像度で生成し、モーションベクトルフィールドの解像度の粗いバージョンを符号化し、解像度の粗いフィールドを解像度のより細かいフィールドと比較して見逃し誤りを生成し、そしてこの見逃し誤りをより細かい解像度で符号化する。
【選択図】図1
【解決手段】この発明に係る画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法は、異なる解像度の複数のモーションベクトルフィールドのバージョンを生成して符号化する。具体的には、モーションベクトルフィールドの副標本をとってフィールドの副標本バージョンを第1の粗い解像度と第2のより細かい解像度で生成し、モーションベクトルフィールドの解像度の粗いバージョンを符号化し、解像度の粗いフィールドを解像度のより細かいフィールドと比較して見逃し誤りを生成し、そしてこの見逃し誤りをより細かい解像度で符号化する。
【選択図】図1
Description
本発明はデジタル化画像のシーケンスのためのモーションベクトルフィールドを符号化する方法および装置に関する。
デジタル化動画を圧縮するために動き補償の原理を使用するのは周知である。MPEG-1、MPEG-2、H263などの既知の方法の多くにおいて、動き補償はピクセルの正方形または長方形のブロックを使って行われ、そしてモーションベクトルが各ブロックに割り当てられる。例えば、ピクセルのブロック、通常には基準画像の制限された領域内で、16×16ブロックを先行する基準画像におけるブロックと比較するのは既知である。検討中の現行ブロックに非常に類似する基準画像におけるブロックは、最小平均二乗誤差のようなアルゴリズムを用いて得られ、そして対応するモーションベクトルは現行ブロックに関連する。このように、図7に示すような現行の画像における16×16ブロックは、個々のモーションベクトルに関連する。モーションベクトルは、フルペルまたはサブペル (通常、ハーフペルまたはクォータペル) の精度で続けて量子化されて、通常その結果は差別的に符号化される。
上記した既知の方法で単一モーションベクトルを画像内のピクセルのブロックに割り当てると、変換モーションを表わすのに有用である。しかし、予測アルゴリズムの性能を著しく制限し得る上述のタイプのブロックに基づく動き補償の方法には、多くの欠点がある。例えば、その方法は、簡単な変換運動より複雑な回転、スケールの変化のようなモーションを含む領域に対して十分に機能しない。また、ブロックに基づく予測は、例えば雲や人によって表わされるような柔らかいモーションに対して不満足である。さらに、ブロックに基づく方法はブロックに沿ってモーション境界を課し、ブロック内のモーション境界を正確に表わすことができない可能性がある。さらに加えて、再構築された画像は、特にモーション境界がブロックを横切っている状態では、“濃淡のむらがある”アーティファクトを現す可能性がある。
そのような問題を軽減するために、いくつかの方法では、パラメータモーションモデルを備えた可変ブロックサイズ動き補償を採用している(変換モデルに加えて準アフィンモーションモデルおよびアフィンモーションモデルを含む)。これらの方法では、動き補償に使われるブロックのサイズおよびモーションモデルはどれほど多くの動く対象が1つの領域内に存在しているかに依存しており、そしてモーションフィールドの複雑さに依存している。そのような方法によって、サイズが固定されたブロックを使う方法にいくつかの改善が行われるが、その改善には限界がある。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、画像に対して高密度モーションベクトルフィールドを導き出し、モーションベクトルフィールドでベクトル量子化を実行することによって、画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法および装置を提供する。
この発明に係る画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法は、画像に対する密なモーションベクトルフィールドの導き出し工程と、モーションベクトルフィールドでのベクトル量子化工程とを備える。
また、モーションベクトルフィールドのモーションベクトルが8×8ピクセルブロックより小さいサイズのピクセルブロックに対して導き出される。
また、モーションベクトルフィールドのモーションベクトルが各ピクセルに対して導き出される。
また、ベクトル量子化が、モーションベクトルの成分に対して個々に行われる。
また、ベクトル量子化後に、可変長符号化が行われる。
また、画像中でモーション不連続が起きる場所が識別される。
また、モーションベクトルフィールドを処理して、ベクトル量子化前にモーションベクトルのエントロピーを減らす。
また、モーション不連続が、エントロピーを減らす工程で使用される。
また、エントロピーを減らす工程が隣接するモーションベクトルの平均をとることによって行われる。
また、モーション不連続によって区分されたモーションベクトルが平均化において使用されない。
また、異なる解像度の複数のモーションベクトルフィールドのバージョンを生成して符号化する。
また、モーションベクトルフィールドの副標本をとってフィールドの副標本バージョンを第1の粗い解像度と第2のより細かい解像度で生成し、解像度の粗いモーションベクトルフィールドを符号化し、解像度の粗いフィールドを解像度のより細かいフィールドと比較して見逃し誤りを生成し、そしてこの見逃し誤りをより細かい解像度で符号化する。
また、この発明に係る画像デジタル化のシーケンスにおける画像に関するデータを処理する方法は、画像に対するモーションベクトルを導き出し、所定のモーションベクトルを隣接するモーションベクトルにもとづく平均化によって導き出された新しいモーションベクトルで置換することによってモーションベクトルを平滑化し、さらにモーション不連続が画像中で起きる場所を識別し、モーションベクトルがモーション不連続によって所定のモーションベクトルから区分けされる場合、それらを平均化から省略する。
また、新しいモーションベクトルが予測誤差を用いて導き出される。
また、この発明に係る画像デジタル化のシーケンスにおける画像に関するデータを処理する方法は、画像に対するモーションベクトルを導き出し、所定のモーションベクトルを隣接するモーションベクトルと予測誤差にもとづく平均化によって導き出される新しいモーションベクトルで置換することによってモーションベクトルを平滑化する。
また、モーション不連続が画像中で起きる場所を識別し、モーションベクトルが該モーション不連続によって所定のモーションベクトルから区分けされる場合、それらを平均化から省略する。
また、モーションベクトルが各ピクセルに対して導き出される。
また、平均をとるとき所定のモーションベクトルが考慮される。
また、平均をとるとき加重平均を用いる。
また、この発明に係る画像デジタル化のシーケンスにおける画像に関するデータを処理する方法は、画像に対するモーションベクトルフィールドを導き出し、モーション不連続が画像中で起きる場所を識別し、そしてモーション不連続が画像中で起きる場所を考慮して隣接するモーションベクトルを結合することによってモーションベクトルフィールドを平滑化する。
また、モーションベクトルが各ピクセルに対して導き出される。
また、この発明に係る画像を処理する方法は、モーションベクトルフィールド内のモーション境界を表わすモーション不連続を導き出し、各境界内のモーションベクトルをその境界内の他のモーションベクトルにもとづいて調整する。
また、この発明に係る画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法は、異なる解像度の複数のモーションベクトルフィールドのバージョンを生成して符号化する。
また、モーションベクトルフィールドの副標本をとってフィールドの副標本バージョンを第1の粗い解像度と第2のより細かい解像度で生成し、モーションベクトルフィールドの解像度の粗いバージョンを符号化し、解像度の粗いフィールドを解像度のより細かいフィールドと比較して見逃し誤りを生成し、そしてこの見逃し誤りをより細かい解像度で符号化する。
また、解像度を増加して見逃し誤りのシーケンスを生成し符号化する。
また、異なる解像度の符号化されたモーションベクトルフィールドバージョンを、組込みビットストリームに多重化する。
また、符号化がベクトル量子化を使って行われる。
また、この発明に係るエンコーダは、上述のいずれかの方法によって画像デジタル化のシーケンスに対するモーション情報を符号化する。
また、この発明に係るデコーダは、上述のいずれかの方法によって符号化された画像デジタル化のシーケンスに対するモーション情報を復号する。
また、この発明に係るエンコーダは、画像に対して密なモーションベクトルフィールドを導き出すモーションエスティメータと、モーションベクトルフィールドを符号化するベクトル量子化器を備える。
また、この発明に係る画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす装置は、異なる解像度の複数のモーションベクトルフィールドのバージョンを生成し符号化する手段を備える。
また、モーションベクトルフィールドの副標本をとってフィールドの副標本バージョンを第1の粗い解像度と第2のより細かい解像度で生成する手段と、モーションベクトルフィールドの解像度の粗いバージョンを符号化し、解像度の粗いフィールドを解像度のより細かいフィールドと比較して見逃し誤りを生成する手段と、解像度の粗いモーションベクトルフィールドと見逃し誤りをより細かい解像度で符号化する手段とを備える。
また、解像度を増加して見逃し誤りのシーケンスを生成し符号化する手段を備える。
また、この発明に係るデコーダは、所定の解像度におけるモーションベクトルフィールドのバージョンを復元する手段を備え、上述のいずれかの装置を使って符号化される情報を復号する。
また、この発明に係る符複号器は、上述のいずれかのエンコーダと、上述のいずれかのデコーダとを備える。
この発明に係る画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法は、画像に対する密なモーションベクトルフィールドの導き出し工程と、モーションベクトルフィールドでのベクトル量子化工程とを備える。そのため、符号化のためのモーションフィールドを効率よく表現することができる。そして、動き補償を用いたより良い予測の結果、そしてアーティファクトの数を減らすことができるので、視覚品質が改善された再構築画像を得ることができる。そして特に、ブロッキングアーティファクトを減らしたり、または完全に無くすことができる。また、この方法は、モーションフィールドのスケーラブル表現に向いており、伝送エラーに対するエラー強さが向上する。
本明細書では、モーションベクトルフィールドに関する濃いという語は、サイズ8×8ピクセルのピクセルブロックに対して少なくとも2つのモーションベクトルがあることを意味する。例えば、モーションベクトルは各4×4ピクセルブロックまたは各2×2ピクセルブロックに割り当てられるかもしれない。好ましくは、モーションベクトルは各ピクセルに割り当てられる。
図1は、本発明の実施の形態によるマルチ解像度モーションベクトルフィールド(MMVF)エンコーダのブロック図である。図1に示すようなMMVFエンコーダは、モーションベクトルフィールドおよびモジュールへの画像入力のシーケンスにおける画像のためのモーション不連続マップを生成するモーションエスティメータ(ME)モジュール210を有している。モーションエスティメータモジュールの出力は、エントロピーリダクションモジュール220の入力に接続される。エントロピーリダクションモジュール220は、モーション不連続マップを使用してモーションベクトルフィールドを処理して不連続点を有するエントロピー束縛モーションベクトルフィールドを生成する。エントロピーリダクションモジュール220の出力は、マルチ解像度ベクトル量子化モーションフィールドおよび不連続符号化モジュール230の入力に接続される、それはモーションベクトルフィールドのマルチ解像度ベクトル量子化(MMVF)表現を生成するものである。
MMVFエンコーダの動作について、以下に詳述する。
モーションエスティメータモジュール210は、入力画像フレームのシーケンスで動作して、密なモーションベクトルフィールドを生成する。そして各フィールドは関連モーション不連続マップを有する。
モーションエスティメータモジュール210は、入力画像フレームのシーケンスで動作して、密なモーションベクトルフィールドを生成する。そして各フィールドは関連モーション不連続マップを有する。
画像フレームに対するモーションベクトルフィールドは、画像フレームと基準フレームに基づくモーション評価を使って導き出される。本実施の形態において、この評価は、基準フレームと連続する最初のフレームのオリジナルの符号化バージョンから再構築された基準フレームを使って行われる。例えば、モーション評価は最初の基準フレームと最初の連続するフレームを使って行うことができる。
このモーション評価は、既知のブロックマッチング技術の変形を使って実行される。画像フレーム中の16×16ピクセルのブロックは、基準フレーム中のブロックと比較される。最も類似する合致が見つかった場合に、対応するモーションベクトルが基準ピクセルに割り当てられる。本実施の形態における基準ピクセルは、4つの中央ピクセルのうちの上左側のピクセルである。他の実施の形態において、m×nブロックのうちのどのピクセルも基準ピクセルとすることができる。しかし、それはブロックの中心近くまたは中心が好ましい。これらのステップは繰り返されて、画像中の各ピクセルに対するモーションベクトルを得るために画像フレーム中の16×16ブロックをオーバーラップし、その結果、画像全体に対するモーションベクトルを得る。この方法で生成されたモーションベクトルフィールドは、ブロック様構造を示すが、正確で密なモーションベクトルフィールドが、エントロピーリダクションモジュール220で回復生成される。ここでは、ペルリカーシブ技術や傾斜ベース法のようなピクセルに対するモーションベクトルを得る他の方法を利用できる。これは“Digital Pictures - Representation, Compression and Standards”by A. Netravali and B.G. Haskell, Plenum Publishing 1995.に記述されている。
また、モーションエスティメータモジュール210は、画像フレーム中のモーション不連続を映すモーション不連続マップを生成する。一般にモーション不連続はピクセル間に位置存在する。そして各ピクセルは関連する4つの不連続ラベル611,612,613,614を有し、それらは、図2に示すように、上部、下部、右側、左側の各々に対応する。各不連続ラベルは、2つの隣接するピクセルの間で共用される。すなわち例えば、ピクセル600に対する右側不連続ラベル612は、右側のピクセル600に隣り合うピクセル602に対する左側不連続ラベル612である。
画像中のモーション不連続は、論文“Robust Motion Analysis”by M. Bober and J. Kittler, CVPR, 1994, pp 947-952に記述された技術のような適当な技術を使って識別される。手短かに言えば、前のフレーム中の最も類似するマッチングに関するブロック中の見逃し誤りの広がりを評価するのに統計分析が使用されている。受理できる範囲外に見逃し誤りを有するピクセルは、ブロックの残部におけるピクセルと異なるモーション領域に属するとして処理される。そして、異なるモーション領域間の境界がモーション不連続である。
モーションエスティメータモジュール210によって導き出されたモーションベクトルフィールドおよびモーション不連続マップは、エントロピーリダクションモジュール220に入力される。エントロピーリダクションモジュール220は、モーションエスティメータモジュール210で評価されたモーションベクトルフィールドを処理し、モーション不連続ラベルを考慮して、モーション境界を保存し、そしてエントロピー束縛モーションベクトルフィールドを生成する。このプロセスはペルリカーシブ技術に基づいており、以下に詳述する。
画像中の単一ピクセルの処理は、図2を参照して単一ピクセルに対して述べられる。中央のピクセル600とその隣、上下左右のピクセル601、602、603、604が考慮される。さらに、中央のピクセル600に対する4つのモーション不連続ラベル611、612、613、614が考慮される。各ピクセルは、それに関連するモーションベクトルを有する。すなわち、ピクセル600はモーションベクトルV600を有する。処理後、モーションベクトルV600の新しい値が中央のピクセルに対して計算される。
本実施の形態における処理は、中央のピクセル600のモーションベクトルと能動不連続ラベルによって中央のピクセルから分離されないその隣のピクセル601、602、603、604のモーションベクトルの加重平均をとることに基づいている。より具体的には、
ここで、V60nx(i)とV60ny(i)はi番目の反復であるピクセル60nに割り当てられるモーションベクトル成分であり、kはゼロ以上の定数である。
隣のピクセルの1つ以上が能動モーション境界によって中央のピクセルから区分けされない場合、それは計算から除外され、したがって分母が調整される。例えば、モーション不連続ラベル611がアクティブであると仮定すると、V600x(i+l)は次式で計算される。
この例において、処理は平均に基づくが、予測誤差が考慮されても良い。
より具体的には、
より具体的には、
ここで、PEは、予測誤差、すなわちピクセル600と反復iで計算されるモーションベクトルV600(i)を使ったディスプレイスメント後の基準フレーム中のピクセルとの間の輝度値における差であり、V600(i)=(V600x(i),V600y(i))、▽xIと▽yIはピクセル600に対する画像密度傾斜の成分である。本実施の形態における画像傾斜は、中央のピクセルと隣のピクセルの輝度値に基づいて計算される。具体的にいえば、▽xI=I602−I600、そして▽yI=I601−I600 であり、ここで、I60nはピクセル60nの輝度値を表わす。画像傾斜は、隣のピクセルを使う他の方法で計算できる。例えば、▽xIと▽yIは次式により計算される。mは0より大きい定数である。
この例において、m=100である。また、隣のピクセルの1つが能動モーション境界によって区分けされない場合、それは計算から除外される。このように、モーション不連続ラベル611がアクティブであると仮定すると、次式が成立する。
上述の処理方法の各々において、処理は画像中のすべてのピクセルに対して行われて、多数の反復やパスが行われる。ピクセルが単一パスにおいて処理される順序は、結果にそれほど影響しない。これらの例において、反復の最適数は、使用されるモーションエスティメータのタイプに依存するが、5〜10回の反復が行われる。
上述した処理の結果、モーションベクトルフィールドの平滑されたエントロピー束縛バージョンが得られる。そしてモーション不連続が保存される。モーション不連続ラベルおよび上述の第2の処理方法における予測誤差を考慮することによって、平滑化はそれによって動き補償予測の効率が低下しない領域で行われるだけである。エントロピーリダクションモジュール220による出力としてモーション不連続を有するモーションベクトルフィールドの領域の表現の例を図1の225に示す、ここで丸印はピクセルを表わし、矢印はモーションベクトルを表わし、そしてピクセル間の線はモーション不連続を表わす。
エントロピーリダクションモジュール220によって生成されるモーション不連続を有するエントロピー束縛モーションベクトルフィールドは、マルチ解像度モーションベクトルフィールド量子化(MMVFQ)および不連続符号化モジュール230に入力される。
図3は、MMVFQおよび不連続符号化モジュールをより詳しく示す。図3を参照すると、エントロピーリダクションモジュール220から得られるモーションベクトルフィールドは、モーションフィールドピラミッドモジュール310に入力され、モジュール310は、降順空間解像度における最初のモーションベクトルフィールドのバージョンであるn+1個のモーションフィールドのセットを生成する。n+1個のモーションフィールドは、画像解像度s0〜snを有する。ここで最初の画像解像度におけるモーションフィールドは、解像度snを有し、解像度が最も粗いモーションフィールドは解像度s0を有する。解像度smのモーションフィールドは、解像度s(m+1)の高解像度モーションを低域フィルターにかけたり副標本をとったりすることによって得られる。このプロレスは、最初のモーションフィールドから始まってn回実行されて、モーションベクトルフィールドのピラミッドと呼ばれるn+1個のフィールドを生成する。
本実施の形態によると、副標本ファクタkは2であり、低域フィルタリングプロセスは2×2ブロック内のvx値とvy値の平均をとる。それから平均値vx−averとvy−averを求めて、より粗い解像度におけるブロックのモーションを表わす。しかし、様々な副標本ファクタk(k>1)と様々な低域フィルターを使うことができる。
その後、モーションフィールドのピラミッドが処理される。解像度s0におけるモーションフィールドは、コードブックc0を使ってベクトル量子化(VQ)エンコーダ330aによって符号化される。VQエンコーダ330aからの出力は、エントロピーを符号化するモジュール380aに伝わり最も粗い解像度s0におけるモーションフィールドの表現を形成し、そしてVQデコーダ360aに伝わる。VQデコーダ360aはコードブックc0を使用してより粗いモーションフィールドを再構築する。それから粗いモーションフィールドは、モーションフィールドの解像度がファクタkによって増大するアップサンプリングモジュール340aへパスされる。差分モジュール350aは、解像度s1におけるモーションフィールドと解像度s0のフィールドから得られるアップサンプリングされた再構築モーションフィールドの間の差異を計算する。そうして得られた解像度s1における残留誤差モーションフィールドは、差分モジュール350aから出力されて、コードブックc1を使ってVQエンコーダ330bによって処理される。上述のステップは、最初の解像度までのすべての解像度におけるモーションフィールドが処理されるまで、解像度を増大させて帰納的に繰り返されて、最初のモーションベクトルフィールドのn+1個の成分表現が得られる。
上述のベクトル量子化は、符号化モジュール330a〜330n中のモーションベクトルフィールドの各々で実行される。このベクトル量子化は、“Scalable image coding using Gaussian pyramid vector quantization with resolution-independent block size” by L. Cieplinski and M. Bober, Processing IEEE International conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, 1997, vol. 4, pp 2949-2952に述べられているものに類似しており、ここでベクトル量子化は静止絵の輝度値に関連して述べられている。
ベクトル量子化が各解像度で適用されるベクトルを、次の方法のうちの1つで形成できる。
1)速度成分フィールドVxとVyにおけるノンオーバーラッピング領域からo(o>1)個の成分速度を別々にグループ化する。これらの領域は同一の形を有しており、速度フィールド全体を覆っている。各領域に対して、2つのo次元ベクトルが形成される。VQx=(vx1,...vxi,...vxo)、VQx=(vy1,...vyi,...vyo)、ここで、vxi とvyiはブロック内のピクセルiのx速度成分とy速度成分である。
2)上述のようにしてベクトルを形成する前に、ベクトルフィールドVに対して変形を行う。変形の目的は成分フィールドを統計的に無関係にすることであり、または符号化性能を改善するためにそれらの相関関係を弱めることである。例えば、画像内の各ピクセルロケーションでの各ベクトルv=(vx,vy)は、ログポーラー表現vp=(vpr,vpa)に変形される。ここで、成分vpaとvprは次のように定義される。
各領域に対して、2つのo次元ベクトルが形成される。VQr=(vpr1,...vprj,...vpro)、VQa=(vpa1,...vpaj,...vpao)、ここでvprjとvpajは上に略述された変形から得られる。
3)2)項に定義された成分ベクトルVQxとVQyはともにグループ化されて、ベクトルVQ=(VQx,VQy)またはVQ=(VQr,VQa)を形成する、そしてVQを量子化できる。もちろん、そのようにして形成されたVQベクトルは、次元2oを有する。
本実施の形態では、上述の2)項の方法が2×2ピクセルの方形ブロックとともに使われ、そのためVQは4次元ベクトルに対して行われる。
エントロピーコーダ380a〜380nから出力されたモーションベクトルフィールドの成分表現370...37nは結合されて、例えば図4に示すように組込表現260となる。図4は、セパレータによって区切られたいろいろな解像度における成分表現を示す。
図5は、モーションフィールドの組込表現を復号していろいろな解像度におけるモーションフィールドと最初のモーションベクトルフィールドを再構築するデコーダ500を示す。再構築は解像度が最も粗い表現から始まる。それはエントロピーデコーダ510aによって復号されて、VQデコーダ515aに伝えられる、ここではコードブックc0を使って復号されて解像度s0において再構築されたモーションフィールドを得る。それからこの解像度s0において再構築されたモーションフィールドは、アップサンプリングモジュール525aによってエンコーダと同じような方法でアップサンプリングされて、解像度s1におけるフィールドの近似を得る。そして解像度s1におけるモーションフィールドの見逃し誤りは類似の方法で再構築される。解像度s1の見逃し誤りと解像度s0におけるフィールドからアップサンプリングされるフィールドはともにサメーションモジュールに加えられて、解像度s1において再構築されたモーションフィールドを生成する。最初の解像度のモーションフィールドが得られるまで、このプロセスは、より細かい解像度ごとに繰り返される。しかし必要な場合には、このプロセスを最初の解像度前のどの解像度においても止めることができる。
図6は、本発明の実施の形態によるビデオ画像データを符号化したり復号したりするハイブリットDCT/MC符複号器を示す。
図6において、コーダ側は、入力画像データで離散的余弦変形を行うDCTモジュール710を備える。DCTモジュール710は、DCTモジュールから出力されるDCT係数において適合量子化を行う適合できる量子化器720に接続される。量子化器720は、レートコントローラ730によって制御される。量子化器720の出力は、可変長コーダ740と逆量子化器750に接続される。逆量子化器750の出力は、最初のフレームのバージョンを再構築する逆DCTモジュール760に接続される。逆DCTモジュール760の出力は、複数のフレームストア770に接続される。フレームストア770の出力は、モーションベクトルフィールドを導き出したり符号化するマルチ解像度モーションベクトルフィールド(MMVF)エンコーダ780に接続される。MMVFコーダ780は、既知の方法で動き補償を行うアドバンスト動き補償モジュール790に接続される。また、MMVFコーダ780は符号化モーションベクトルフィールドを表わす出力データを可変長コーダ740に出力し、可変長コーダ740の出力は、バッファ800に接続される。バッファ800はレートコントローラ730を調整するのに使用されて、格納データが伝送したり記録媒体に記録するために出力される。
対応する成分は、バッファ810、可変長デコーダ820、逆量子化器830、逆DCTモジュール840、アドバンスト動き補償モジュール850、フレームストア860、およびMMVFデコーダ870を備えるデコーダ内に与えられる。
コーダとデコーダは、実質的に既知の方法で動作して、MMVFコーダ780とデコーダ870を使ってのモーションベクトルフィールドの符号化と復号を除いて、ビデオ画像データを符号化する。MMVFコーダ780とデコーダ870は実質的に上述のように動作する。しかし上述のように、可変長コーダ740とデコーダ820は、エントロピーコーダ380a〜380nとデコーダ515a〜515nの代わりにエントロピー符号化および復号を行う。n個のエントロピーコーダ380a〜380nの代わりに単一の可変長コーダ940を使用することができ、異なる解像度における画像データに対して異なる参照用テーブルを採用する、そしてデコーダ820についても同じである。
上述の符号化の効率(ピクセル毎のビットの平均数に基づく)は、既知の方法と同じ程度かそれ以上にすることができる。モーションベクトルの各ピクセルへの割り当てによってモーション情報量が増加するが、これは続くプロセス、すなわちエントロピーリダクションとベクトル量子化において減少する。もちろん、ピクセル毎のビットの平均数は符号化されるデータの特質に依存する。
上述の本発明の実施の形態において、モーション不連続マップが導き出されて続くプロセスで使われる、しかしモーション不連続を考慮するのは本質ではない。上述の実施の形態のように、各ピクセルに対してモーションベクトルを導き出す代わりに、本発明は、モーションベクトルを、例えば2×2または4×4ピクセルブロックのようなピクセルのグループに割り当てることができる方法にも適用できる。しかし、重要な特長は、得られるモーションベクトルフィールドが密であることである。
本発明は、次の条件の1つ以上を満足する画像のシーケンスを取り扱う応用において特に有用である。
i)チャンネル帯域幅が限定される。
ii)データ破損のリスクが大きい、または
iii)モーションデータの解像度が小さいバージョンを得ることに利益が有る。
i)チャンネル帯域幅が限定される。
ii)データ破損のリスクが大きい、または
iii)モーションデータの解像度が小さいバージョンを得ることに利益が有る。
本発明によって導き出されて表わされるモーション情報をデータベースに蓄積し検索閲覧に供することができる。例えば、特殊なタイプの動きのシーケンスを探す場合に、先ずそのデータベース(本発明によって得られるモーションベクトルを蓄積)から粗いモーション情報を得ることができて、それから最初の解像度における選択シーケンスを検索する。
本発明の結果、符号化のためのモーションフィールドを効率よく表現することができる。そして、動き補償を用いたより良い予測の結果、そしてアーティファクトの数を減らすことができるので、視覚品質が改善された再構築画像を得ることができる。そして特に、ブロッキングアーティファクトを減らしたり、または完全に無くすことができる。また、この方法は、モーションフィールドのスケーラブル表現に向いており、伝送エラーに対するエラー強さが向上する。
また、本発明は、いろいろな解像度で複数のモーションベクトルフィールドのバージョンを発生し符号化することによって、デジタル化画像のシーケンスにおけるモーションを表わす方法および装置を提供する。
本発明の結果、モーションフィールドのスケーラブル表現および組込みビットストリームを生成できる。こうして、ビットストリームの一部を復号することによって、モーションベクトルフィールドの粗いバージョンを容易に再構築することができる。これはいくつかの利点を有する。例えば、ビットストリームの一部が伝送中に破損した場合に、モーションフィールドの解像度の小さいバージョンを回復し、動き補償に使用することができる。一方、いくつかの用途ではフィールドの粗いバージョンを必要とする、したがってフルバージョンを再構築してそれの副標本をとって粗いバージョンを得るよりもむしろ切り詰められたビットストリームから直接粗い画像を再構築することによって、処理パワーとメモリーに対する要求を軽減できる。このような方法は、例えば、ビデオ移動電話において有用である。
また、本発明は、モーションベクトルフィールドを予備処理して予測誤差をあまり減らさずにエントロピーを減らす方法および装置を提供する。これは、できる限り、モーション予測の品質およびモーション不連続の保存に与える効果を制限する他の制約とともに、隣接したモーションベクトルの平均をとることによって行うことができる。
また、本発明は、モーション不連続が画像中のどこで起きるかを識別し、モーション不連続が画像中のどこで起きるかを考慮して隣接するモーションベクトルを結合することによってモーションベクトルフィールドを平滑化するデジタル化画像のシーケンスにおける画像に関するデータを処理する方法および装置を提供する。
この結果、モーションベクトルフィールドのより正確な反射を得ることができる。
この結果、モーションベクトルフィールドのより正確な反射を得ることができる。
210 モーションエスティメータモジュール、220 エントロピーリダクションモジュール、230 マルチ解像度ベクトル量子化モーションフィールドおよび不連続符号化モジュール。
Claims (9)
- 異なる解像度の複数のモーションベクトルフィールドのバージョンを生成して符号化する
ことを特徴とする画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法。 - 上記モーションベクトルフィールドの副標本をとってフィールドの副標本バージョンを第1の粗い解像度と第2のより細かい解像度で生成し、モーションベクトルフィールドの解像度の粗いバージョンを符号化し、解像度の粗いフィールドを解像度のより細かいフィールドと比較して見逃し誤りを生成し、そしてこの見逃し誤りをより細かい解像度で符号化する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法。 - 解像度を増加して見逃し誤りのシーケンスを生成し符号化する
ことを特徴とする請求項2に記載の画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法。 - 異なる解像度の符号化されたモーションベクトルフィールドバージョンを、組込みビットストリームに多重化する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法。 - 上記符号化がベクトル量子化を使って行われる
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす方法。 - 異なる解像度の複数のモーションベクトルフィールドのバージョンを生成し符号化する手段を備える
ことを特徴とする画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす装置。 - 上記モーションベクトルフィールドの副標本をとってフィールドの副標本バージョンを第1の粗い解像度と第2のより細かい解像度で生成する手段と、モーションベクトルフィールドの解像度の粗いバージョンを符号化し、解像度の粗いフィールドを解像度のより細かいフィールドと比較して見逃し誤りを生成する手段と、解像度の粗いモーションベクトルフィールドと見逃し誤りをより細かい解像度で符号化する手段とを備える
ことを特徴とする請求項6に記載の画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす装置。 - 解像度を増加して見逃し誤りのシーケンスを生成し符号化する手段を備える
ことを特徴とする請求項7に記載の画像デジタル化のシーケンスにおけるモーションを表わす装置。 - 所定の解像度におけるモーションベクトルフィールドのバージョンを復元する手段を備え、請求項6乃至8のいずれかに記載の装置を使って符号化される情報を復号する
ことを特徴とするデコーダ。
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