JP2011083017A - 圧縮画像クロマ情報を改良するための方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カラービデオ画像の青色成分解像度より高い解像度を、カラービデオ画像の赤色成分に対して用いる。別の側面では、1つ以上のクロマチャネルに対して、輝度チャネルに比較して低いか高い量子化パラメータ(QP)値を利用する。別の側面では、ビデオ画像の対数表現を使用して、画像符号化の利益を得る。別の側面では、2より多くのクロマチャネルを使用して、ビデオ画像を表す。
【選択図】なし
Description
MPEG−2およびMPEG−4は、画像シーケンスをよりコンパクトな符号化データの形で表わす効率的な方法を提供するビデオシンタックスを定義する国際ビデオ圧縮標準規格である。符号化ビットの言語は、「シンタックス」である。例えば、僅かなトークンでサンプルの全ブロックを表すことができる(例えば、MPEG−2では64サンプル)。両方のMPEG標準規格には、復号化(再構成)処理も記述されており、符号化ビットを、コンパクトな表現から元のフォーマットの近似画像シーケンスへ写像する。例えば、符号化ビットストリーム内のフラグは、後続のビットを、離散コサイン変換(DCT)アルゴリズムで復号化する前に、予測アルゴリズムで先に処理すべきかどうかを知らせる。復号化処理を含むアルゴリズムは、これらのMPEG標準規格により定義されているセマンティックスにより規定されている。このシンタックスは、空間冗長性、時間冗長性、一様な動き、空間マスキング等の共通のビデオ特性を活用するように適用され得る。実際、これらMPEG標準規格は、データフォーマットはもとよりプログラミング言語も定義している。MPEGデコーダは、入力されるデータストリームを解析し、復号化できなければならないが、データストリームが対応するMPEGシンタックスに準拠している限り、広く多様な可能なデータ構造および圧縮技法を用いることができる(セマンティックスが整合性をもたないために、技術的には標準規格から逸脱することはあるが)。代替シンタックス内に必要なセマンティックスを持つことも可能である。
MPEG−1、MPEG−2、MPEG−4の全ては圧縮のためにY、U、V色空間を用いる。輝度方程式の選択はあるが、典型的なRGB(red−green−blue)とYUV表現間の変換は
Y=.59G+.29R+.12B
U=R−Y
V=B−Y
と表される。緑に対する輝度Yの係数は、表色系に依存して0.55から0.75まで及ぶ。赤に対する係数は0.2から0.3、青に対する係数は0.05から0.15に及ぶ。
UおよびVに対するクロマ解像度を減少する理由は、人間の視覚体系が輝度Yの変化より、UとVの変化に鈍感だからである。Yは主に緑であり、UとVはそれぞれ主に赤と青であるから、人間は、赤と青に対するよりも緑に対してより高い視覚感度を持つと表現することもできる。また一方、UおよびVはMPEG−1、MPEG−2およびMPEG−4において同様に扱われるけれども、人間の視覚体系は(青成分を持つ)Vに対するよりも(赤成分を持つ)Uに対して敏感である。
MPEG標準規格下での輝度チャネルとUおよびVチャネル間の取り扱いは、NTSC−2標準規格下での輝度とIおよびQチャネル間の取り扱いと、明らかに大きく異なっている。
改良された色符号化精度
低減されたノイズ、拡張されたダイナミックレンジおよび拡張されたカラーレンジの属性に関連して画像の質が改善するにつれて、人間の色に対する感度もまた増大する。特に、RGB表現における赤(またはYUV表現におけるU)はしばしば、ビデオ圧縮に通常用いられるよりも高い精度と明確さを要求することが観察される。
1)赤および/またはUに対して、全解像度を用いること、
2)赤および/またはUに対して、垂直方向または水平方向のいずれか一方の1つのクロマ軸だけに2分の1の解像度を用いること、または
3)赤および/またはUに対して、1つまたは両方のクロマ軸に、2/3や3/4のような全サイズと2分の1の間の解像度であって、フィルタ処理したものを用いること。
a)全解像度
b)水平方向には2分の1と全解像度の間の解像度で、垂直方向には全解像度
c)水平方向および垂直方向に2分の1と全解像度の間の解像度
d)垂直方向には2分の1と全解像度の間の解像度で、水平方向には全解像度
の1つへフィルタ処理により縮小する。
本発明の譲受人へ譲渡された「ビデオ画像の高精度符号化および復号化」("High Precision Encoding and Decoding of Video Images”)と題する係属中の米国特許第09/798,346号は(引用して本明細書に組み込む。)、圧縮中の量子化パラメータ(QP)の使用の様々な側面を教示する。本発明のもう1つの側面は、圧縮中に用いられる量子化パラメータ(QP)の任意の値から生じるクロマノイズのレベルを低減し、その結果、画質を改良するための技法である。これは、Yチャネルに対してよりもU(=R−Y)チャネルに対して、より小さなQP値を用いることで達成される。同様に、V(=B−Y)チャネルの質も、Yチャネルに対してよりもVチャネルに対して、より小さなQP値を用いることで改良されるだろう。
先に引用した「ピクセルに対する対数および密度単位の使用」と題する論文は、ダイナミックレンジに対する対数表現の利益について説明する。適合するダイナミックレンジ(matching dynamic range)の対数表現は、一般的に使用されるビデオ伝達関数に多少類似している。類似してはいるけれども、拡張性、較正の使用および色チャネルの直交性において、対数表現は一般的に使用される様々なビデオ表現より最適である。
Ylog=Log(Wr*R+Wg*G+Wb*B)
U=Log(R)−Ylog
V=Log(B)−Ylog
のときに最小化され、ここでWr、WgおよびWbは輝度の赤、緑および青成分に対する線形重みであり、R、GおよびBは線形光空間を表している。これらの関係は本発明のこの側面を適用する際に有用である。
Ylog=Log(Wr*R+Wg*G+Wb*B)
U=Log(R)−Ylog
V=Log(B)−Ylog
ここでWr、WgおよびWbは輝度の赤、緑および青成分に対する線形重みである。
R=anti‐log(Y+U)
B=anti‐log(Y+V)
G=(anti‐log(Y)−Wr*R−Wb*B)/Wg
拡張されたダイナミックレンジと拡張されたコントラストレンジ画像において、可視および不可視の両方の画像情報の追加的なチャネルを伴って可視の波長チャネルを拡大させることは有用であろう。
1)1つ以上の他のチャネルから(U=R−Yのように通常は輝度から)差分をとり符号化する必要があるか?
2)チャネルに、輝度に対しての全解像度を与える必要があるか、または、所定の用途に対して画質を損なうことなく解像度を減少できるか?
a)クロマチャネルをRGBのような視空間または3より多い原色を有する空間へ変換し、トルーカラー画像(true-color image)として見る。
b)a)の変換を実行するが、(赤外線を緑にマッピングするような)フォールスカラー画像(false-color image)として見る。
c)手続き処理および/または解析のために変換なしでクロマチャネルを使用する。
本発明は、ハードウエアもしくはソフトウエアまたは両者の組み合わせ(例えば、プログラマブル・ロジック・アレー)で実装してもよい。特に規定のない限り、本発明の一部として含まれるアルゴリズムは、如何なる特定のコンピュータまたは他の装置と本質的に関連しない。特に、本明細書の教示に従って書かれたプログラムを有する各種の汎用マシンを用いることができ、あるいはより特化した装置(例えば、集積回路)を構成して特定の機能を実行すると更に便利になろう。このように、本発明は、1台以上のプログラマブルコンピュータシステム上の1つ以上のコンピュータプログラムに実装でき、各システムは、少なくとも1つのプロセッサ、少なくとも1つのデータ記憶システム(揮発性または不揮発性メモリおよび/または記憶素子を含む)、少なくとも1つの入力装置またはポート、および少なくとも1つの出力装置またはポートを備える。プログラムコードを入力データに適用して本明細書で説明した機能を実行するとともに、出力情報を生成する。出力情報は、既知の方法で1台以上の出力装置に適用される。
Claims (36)
- 圧縮の間に量子化パラメータ(QP)を使用するYUVビデオ画像圧縮システムにおいて、カラービデオ画像の圧縮の間にクロマノイズを減少するための方法であって、カラービデオ画像の前記Y色チャネルに対して第一のQP値を、前記カラービデオ画像の前記UおよびV色チャネルの少なくとも1つに対して第二のQP値を使用するステップを含み、前記第二のQP値が前記第一のQP値より小さくされている方法。
- 前記第二のQP値は前記第一のQP値にバイアス値を適用することにより決定される請求項1の方法。
- さらに、前記第一および第二のQP値を適用した後に、前記カラービデオ画像を圧縮された出力画像に圧縮するステップを含む請求項1の方法。
- さらに、前記第一および第二のQP値を用いて、前記圧縮された出力画像を解凍して、圧縮されていないビデオ画像を取得するステップを含む請求項3の方法。
- 圧縮の間に量子化パラメータ(QP)を使用するYUVビデオ画像圧縮システムにおいて、カラービデオ画像の圧縮の間により高い圧縮を達成するための方法であって、カラービデオ画像の前記Y色チャネルに対して第一のQP値を、前記カラービデオ画像の前記UおよびV色チャネルの少なくとも1つに対して第二のQP値を使用するステップを含み、前記第二のQP値が前記第一のQP値より大きくされている方法。
- 前記第二のQP値は前記第一のQP値にバイアス値を適用することにより決定される請求項5の方法。
- さらに、前記第一および第二のQP値を適用した後に、前記カラービデオ画像を圧縮された出力画像に圧縮するステップを含む請求項5の方法。
- さらに、前記第一および第二のQP値を用いて、前記圧縮された出力画像を解凍して、圧縮されていないビデオ画像を取得するステップを含む請求項7の方法。
- 圧縮の間に量子化パラメータ(QP)を使用するYUVビデオ画像圧縮システムにおいて、カラービデオ画像の圧縮の間にクロマノイズを減少するための、コンピュータ可読な媒体上に記憶されたコンピュータプログラムであって、カラービデオ画像の前記Y色チャネルに対して第一のQP値を、前記カラービデオ画像の前記UおよびV色チャネルの少なくとも1つに対して第二のQP値を使用することをコンピュータに実行させるための命令を含み、前記第二のQP値が前記第一のQP値より小さくされているコンピュータプログラム。
- 前記第二のQP値は前記第一のQP値にバイアス値を適用することにより決定される請求項9のコンピュータプログラム。
- さらに、前記第一および第二のQP値を適用した後に、前記カラービデオ画像を圧縮された出力画像に圧縮することを前記コンピュータに実行させるための命令を含む請求項9のコンピュータプログラム。
- さらに、前記第一および第二のQP値を用いて、前記圧縮された出力画像を解凍して、圧縮されていないビデオ画像を取得することを解凍用コンピュータに実行させるための命令を含む請求項11のコンピュータプログラム。
- 圧縮の間に量子化パラメータ(QP)を使用するYUVビデオ画像圧縮システムにおいて、カラービデオ画像の圧縮の間により高い圧縮を達成するための、コンピュータ可読な媒体上に記憶されたコンピュータプログラムであって、カラービデオ画像の前記Y色チャネルに対して第一のQP値を、前記カラービデオ画像の前記UおよびV色チャネルの少なくとも1つに対して第二のQP値を使用することをコンピュータに実行させるための命令を含み、前記第二のQP値が前記第一のQP値より大きくされているコンピュータプログラム。
- 前記第二のQP値は前記第一のQP値にバイアス値を適用することにより決定される請求項13のコンピュータプログラム。
- さらに、前記第一および第二のQP値を適用した後に、前記カラービデオ画像を圧縮された出力画像に圧縮することを前記コンピュータに実行させるための命令を含む請求項13のコンピュータプログラム。
- さらに、前記第一および第二のQP値を用いて、前記圧縮された出力画像を解凍して、圧縮されていないビデオ画像を取得することを解凍用コンピュータに実行させるための命令を含む請求項15のコンピュータプログラム。
- 圧縮の間に量子化パラメータ(QP)を使用するYUVビデオ画像圧縮システムにおいて、カラービデオ画像の圧縮の間にクロマノイズを減少するためのシステムであって、
(a)第二のQP値が第一のQP値より小さくされており、カラービデオ画像の前記Y色チャネルに対して前記第一のQP値を、前記カラービデオ画像の前記UおよびV色チャネルの少なくとも1つに対して前記第二のQP値を使用する手段と、
(b)前記カラービデオ画像の圧縮の間に、前記選択されたQP値を適用する手段とを含むシステム。 - 前記第二のQP値は前記第一のQP値にバイアス値を適用することにより決定される請求項17のシステム。
- さらに、前記第一および第二のQP値を適用した後に、前記カラービデオ画像を圧縮された出力画像に圧縮する手段を含む請求項17のシステム。
- さらに、前記第一および第二のQP値を用いて、前記圧縮された出力画像を解凍して、圧縮されていないビデオ画像を取得する手段を含む請求項19のシステム。
- 圧縮の間に量子化パラメータ(QP)を使用するYUVビデオ画像圧縮システムにおいて、カラービデオ画像の圧縮の間により高い圧縮を達成するためのシステムであって、
(a)第二のQP値が第一のQP値より大きくされており、カラービデオ画像の前記Y色チャネルに対して前記第一のQP値を、前記カラービデオ画像の前記UおよびV色チャネルの少なくとも1つに対して前記第二のQP値を使用する手段と、
(b)前記カラービデオ画像の圧縮の間に、前記選択されたQP値を適用する手段とを含むシステム。 - 前記第二のQP値は前記第一のQP値にバイアス値を適用することにより決定される請求項21のシステム。
- さらに、前記第一および第二のQP値を適用した後に、前記カラービデオ画像を圧縮された出力画像に圧縮する手段を含む請求項21のシステム。
- さらに、前記第一および第二のQP値を用いて、前記圧縮された出力画像を解凍して、圧縮されていないビデオ画像を取得する手段を含む請求項23のシステム。
- プロセッサ、エンコーダ及びデコーダを有するコンピュータ化されたビデオシステムにおいて、ビデオ画像の色空間表現のための符号化効率を改良し且つカラービデオ画像の圧縮に対するクロマノイズの量を制御する方法であって、
前記コンピュータ化されたビデオシステムで、輝度QP(量子化パラメータ)値及びQPバイアス値を用いて前記QPバイアス値を前記輝度QP値に加えることにより、所定の最大値よりも小さく且つ所定の最小値よりも大きいクロマQP値を決定するステップと、
前記QPバイアス値を前記エンコーダから前記デコーダへと伝えるステップと、
前記輝度QP値及び前記クロマQP値を用いて前記ビデオ画像の画像領域を解凍するステップと、
を含む方法。 - 前記画像領域はフレーム間予測され、前記QPバイアス値が正の値又は負の値を有する、請求項25の方法。
- さらに、ピクチャ又はビデオデータのフレームのグループのそれぞれに対して前記QPバイアス値が一度前記エンコーダから前記デコーダへ伝えられることを特定するステップを備える請求項25の方法。
- さらに、セッション又はビデオデータの画像領域のそれぞれに対して前記QPバイアス値が一度前記エンコーダから前記デコーダへ伝えられることを特定するステップを備える請求項25の方法。
- さらに、前記輝度QP値を前記QPバイアス値とともに前記エンコーダから前記デコーダへと伝えるステップを備える請求項25の方法。
- さらに、
前記デコーダにて前記輝度QP値及び前記QPバイアス値を受信するステップと、
前記デコーダにて前記受信した輝度QP値と前記受信したQPバイアス値とから前記クロマQP値を計算するステップと、
を備える請求項29の方法。 - さらに、
前記コンピュータ化されたビデオシステムで前記QPバイアス値を有する差分バイアスされたクロマのQP値の範囲を使用するステップと、
拡張されたQP範囲関数又は前記差分バイアスされたクロマのQP値を有するルックアップテーブルを用いて前記差分バイアスされたクロマのQP値の範囲を拡張するステップと、
を備える請求項25の方法。 - コンピュータ化されたビデオシステムにおけるカラービデオ画像の圧縮に対するクロマノイズの量を制御する方法であって、
前記コンピュータ化されたビデオシステムはエンコーダ及びデコーダの少なくとも一つを備え、
前記方法は、
前記コンピュータ化されたビデオシステムにより、輝度QP(量子化パラメータ)値及びQPバイアス値を用いて、(i)前記輝度QP値よりも小さく、(ii)所定の最大値よりも小さく、且つ(iii)所定の最小値よりも大きい、クロマQP値を決定するステップと、
前記QPバイアス値及び前記輝度QP値を少なくとも前記エンコーダから前記デコーダへと伝えるステップと、
前記輝度QP値及び前記クロマQP値を用いて、フレーム間予測される画像領域を解凍するステップと、
を備える方法。 - 前記QPバイアス値は正の数である請求項32の方法。
- 前記QPバイアス値が前記輝度QP値から減じられる請求項32の方法。
- 前記クロマQP値は少なくとも非線形ルックアップテーブルをアクセスすることにより決定され、
前記非線形ルックアップテーブルは、QP値の第1の範囲及びQP値の第2の範囲の間の除算要素を少なくとも用いることにより圧縮を実行するために、或いは、前記QP値の第1の範囲及び前記QP値の第2の範囲の間の乗算要素を少なくとも用いることにより解凍を実行するために、前記QP値の第2の範囲にマップ付けされた前記QP値の第1の範囲を備え、
前記QP値の第2の範囲は前記QP値の第1の範囲よりも広い、
請求項32の方法。 - さらに、
前記コンピュータ化されたビデオシステムで、前記QPバイアス値を含む差分バイアスされたクロマのQP値の範囲を使用するステップと、
拡張されたQP範囲関数又は前記差分バイアスされたクロマのQP値を備えるルックアップテーブルにより前記差分バイアスされたクロマのQP値の範囲を拡張するステップと、
を備える請求項32の方法。
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