JP2011166832A - フィルタ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】復号された動画像におけるブロック歪を低減でき、また、画像のボケやちらつきといった副作用を生じることのない動画像符号化装置および動画像復号装置を実現する。
【解決手段】動画像符号化装置300bには、予測画像を生成するイントラ予測部8及びインター予測部9と、原画像から予測画像を減算して得られる差分画像に対してフィルタ処理を施すフィルタ処理部11bとを備えたフィルタ装置が搭載されている。フィルタ処理部11bは、出力画像における各画素の画素値を、該画素が属するブロックを対象ブロックとして、上記予測画像において該対象ブロックに属する画素の画素値、及び、上記予測画像において該対象ブロックに隣接する隣接ブロックに属する画素の画素値を参照して算出する。
【選択図】図9
【解決手段】動画像符号化装置300bには、予測画像を生成するイントラ予測部8及びインター予測部9と、原画像から予測画像を減算して得られる差分画像に対してフィルタ処理を施すフィルタ処理部11bとを備えたフィルタ装置が搭載されている。フィルタ処理部11bは、出力画像における各画素の画素値を、該画素が属するブロックを対象ブロックとして、上記予測画像において該対象ブロックに属する画素の画素値、及び、上記予測画像において該対象ブロックに隣接する隣接ブロックに属する画素の画素値を参照して算出する。
【選択図】図9
Description
本発明は、量子化対象画像を複数のブロックに分割して符号化する動画像符号化装置、及び、動画像復号装置に関するものである。
膨大な情報量をもつ動画像を効率的に伝送したり記録したりするために、画像データを複数のブロックに分割してブロック毎に量子化・符号化する技術が広く用いられている。ブロック毎に量子化・符号化された動画像においては、各ブロックの境界において輝度レベル等の画素値が不連続に変化するブロック歪(ブロックノイズ)が発生する。このブロック歪を低減する技術として、非特許文献1に記載のH.264/AVC動画像符号化方式におけるデブロッキングフィルタが知られている。
以下、H.264/AVC動画像符号化方式により動画像を符号化する動画像符号化装置100、および、同方式により符号化された動画像を復号する動画像復号装置200について、図11〜図15を参照しながら説明する。
〔従来の動画像符号化装置の構成〕
図11は、H.264/AVC動画像符号化方式により動画像を符号化する動画像符号化装置100の概略構成を示す機能ブロック図である。図11に示したように、動画像符号化装置100は、DCT部1、量子化部2、可変長符号化部3、逆量子化部4、IDCT部5、デブロッキングフィルタ処理部6、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、及び、上記各部を制御する符号化制御部10を備えている。
図11は、H.264/AVC動画像符号化方式により動画像を符号化する動画像符号化装置100の概略構成を示す機能ブロック図である。図11に示したように、動画像符号化装置100は、DCT部1、量子化部2、可変長符号化部3、逆量子化部4、IDCT部5、デブロッキングフィルタ処理部6、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、及び、上記各部を制御する符号化制御部10を備えている。
DCT部1は、原画像から後述する予測画像を減算して得られる差分画像を4×4画素あるいは8×8画素からなるブロックに分割し、各ブロックの画像信号を直交変換(整数精度DCT)する。当該直交変換により得られた変換係数(離散コサイン変換におけるDCT係数に相当)は、量子化部2に送られる。量子化部2は、符号化制御部10から供給される量子化パラメータに従って、各ブロックの変換係数を量子化する。量子化の結果得られた量子化代表値は、可変長符号化部3と逆量子化部4とに送られる。
可変長符号化部3は、符号化制御部10から供給される各種符号化パラメータと、量子化部3から供給される量子化代表値(量子化された各ブロックの変換係数)を可変長符号化する。可変長符号化部3による符号化の結果得られた符号化データは、後述する動画像復号装置200に送出される。
逆量子化部4は、符号化制御部10から供給される量子化パラメータに従って、量子化部3から供給される量子化代表値(量子化された各ブロックの変換係数)を逆量子化する。すなわち、逆量子化部4は、量子化部2による上記量子化操作の逆の操作により、量子化代表値から各ブロックの変換係数を復元する。逆量子化により復元された各ブロックの変換係数は、IDCT部5に送られる。IDCT部5は、逆量子化により得られた各ブロックの変換係数を空間領域の画像信号に変換し、差分画像を復元する。ここで、IDCT部5が変換係数に適用する逆直交変換は、DCT部1が適用する直交変換の逆変換(整数精度IDCT)である。IDCT部5により復元された差分画像と予測画像とを加算して得られる局所復号画像は、デブロッキングフィルタ処理部6に送られる。
デブロッキングフィルタ処理部6は、予測画像と差分画像とが加算された局所復号画像におけるブロック歪を除去するために、該局所復号画像に対して適応的なフィルタ処理を行う。デブロッキングフィルタ処理部6による適応的なフィルタ処理の詳細については、後に詳しく説明する。
デブロッキングフィルタ処理部6によりブロック歪が除去された局所復号画像は、フレームメモリ7に一時的に記憶される。フレームメモリ7は、複数の局所復号画像を記憶することが可能である。フレームメモリ7に記憶されている局所復号画像は、参照画像としてイントラ予測部8、あるいは、インター予測部9によって参照される。
イントラ予測部8は、フレーム内予測を行うことにより、フレームメモリ7に記録された参照画像から予測画像を生成する。イントラ予測部8は、H.264/AVC動画像符号化標準において定義されている複数の予測モード(予測アルゴリズム)によるフレーム内予測を行うことが可能であり、符号化制御部10により指定された予測モードによるフレーム内予測を実行する。
インター予測部9は、符号化制御部10により決定された動きベクトルとフレームメモリ7に記憶された参照画像とに基づいて、フレーム間予測(動き補償予測)によって予測画像を生成する。インター予測部9は、符号化制御部10により指定されたサイズのブロックを用いて、また、符号化制御部10により指定された複数の参照画像を用いてフレーム間予測を行う。
符号化制御部10は、フレーム内予測とフレーム間予測とのうち何れの予測方法により予測画像を生成するかを判定し、判定された予測方法に応じた各種符号化パラメータを決定する。フレーム内予測を行う場合の符号化パラメータには、フレーム内予測における予測モードを指定する情報が含まれる。また、フレーム間予測を行う場合の符号化パラメータには、動きベクトル、ブロックサイズ、および、参照画像を指定する情報が含まれる。さらに、符号化制御部10は、量子化部2と逆量子化部4とに対して量子化パラメータを指定する。
次に、図11に示した動画像符号化装置100の符号化動作について説明する。概略的に言えば、動画像符号化装置100は、以下のステップ1〜6を繰り返すことにより、動画像の符号化を行う。
(ステップ1) 符号化制御部10が、フレーム内予測を行うかフレーム間予測を行うかを判定し、符号化に必要な符号化パラメータおよび量子化パラメータを決定する。
(ステップ2) ステップ1における判定結果に応じて、イントラ予測部8またはインター予測部9が、フレームメモリ7に蓄積された参照画像を基に予測画像を生成する。
(ステップ3) ステップ2にて生成された予測画像と入力された原画像との差分画像が生成され、DCT部1に供給される。
(ステップ4)DCT部1と量子化部2とが、ステップ3にて得られた差分画像の画像信号をブロック毎に直交変換し、得られた変換係数を量子化する。得られた量子化代表値は、可変長符号化部3により可変長符号化されて、符号化データとして出力される。
(ステップ5) 逆量子化部4とIDCT部5とが、ステップ4にて得られた量子化代表値を逆量子化して差分画像を復元する。
(ステップ6) ステップ5にて復元された差分画像とステップ2にて生成された予測画像とが加算され、得られた局所復号画像がデブロッキングフィルタ処理部6に供給される。
(ステップ7) デブロッキングフィルタ処理部6により、ステップ6にて得られた局所復号画像からブロック歪が除去され、ブロック歪が低減された局所復号画像がフレームメモリ7に参照画像として蓄積される。
〔従来の動画像復号装置の構成〕
次に、H.264/AVC動画像符号化方式により符号化された動画像を復号する動画像復号装置200について、図12に基づいて説明する。図12に示したように、動画像復号装置200は、逆量子化部4、IDCT部5、デブロッキングフィルタ処理部6、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、および、可変長復号部20を備えている。
次に、H.264/AVC動画像符号化方式により符号化された動画像を復号する動画像復号装置200について、図12に基づいて説明する。図12に示したように、動画像復号装置200は、逆量子化部4、IDCT部5、デブロッキングフィルタ処理部6、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、および、可変長復号部20を備えている。
ここで、動画像復号装置200を構成する機能ブロックのうち、上述した動画像符号化装置100(図11)にない機能ブロックは、可変長復号部20のみである。動画像符号化装置100と同一機能を有するブロックについては、名称および符号を同一とし説明を省略する。可変長復号部20は、符号化パラメータおよび量子化代表値(量子化された変換係数)を可変長復号する機能を有している。
図12に示した動画像復号装置200は、概略的に言えば、以下のステップ1〜6を繰り返すことにより、符号化データを復号する。
(ステップ1) 可変長復号部20が、符号化データを可変長復号し、符号化パラメータと量子化代表値(量子化された変換係数)とを得る。
(ステップ2) 復号された符号化パラメータに従い、イントラ予測部8またはインター予測部9が、フレームメモリ7に蓄積された参照画像を基に予測画像を生成する。
(ステップ3) 逆量子化部4とIDCT部5とが、ステップ1にて得られた量子化代表値を逆量子化して差分画像を復元する。
(ステップ4) ステップ3にて復元された差分画像とステップ2にて生成された予測画像とが加算され、得られた復号画像がデブロッキングフィルタ処理部6に供給される。
(ステップ5) デブロッキングフィルタ処理部6により、ステップ4にて得られた復号画像からブロック歪が除去され、ブロック歪が低減された復号画像がフレームメモリ7に蓄積される。フレームメモリ7に蓄積された復号画像は、任意のタイミングで読み出して参照画像あるいは表示用画像として利用され得る。
(ステップ6) フレームメモリに蓄積された復号画像が表示用画像として適切なタイミングでディスプレイ等の画像映出手段に出力される。
〔デブロッキングフィルタ〕
上述した通り、H.264/AVC動画像符号化方式では、動画像符号化装置100および動画像復号装置200の双方において、共通のデブロッキングフィルタ処理部6を用いることにより、動画像の量子化・逆量子化過程で発生するブロック歪を低減している。以下、このデブロッキングフィルタ処理部6について、図13〜図15を参照しながら、もう少し詳しく説明する。
上述した通り、H.264/AVC動画像符号化方式では、動画像符号化装置100および動画像復号装置200の双方において、共通のデブロッキングフィルタ処理部6を用いることにより、動画像の量子化・逆量子化過程で発生するブロック歪を低減している。以下、このデブロッキングフィルタ処理部6について、図13〜図15を参照しながら、もう少し詳しく説明する。
図13は、H.264/AVC動画像符号化方式による動画像の符号化処理における、量子化対象画像(原画像と予測画像との差分画像)のブロック分割パターンを示す説明図である。図13に示したように、量子化対象画像は、W×H個の矩形状のブロックに分割される。W×H個のブロックには、量子化対象画像の左上端から順にB0〜BW×H−1の符号を付している。
図14は、図13に示した量子化対象画像中の隣接する2つのブロック、ブロックBnとブロックBn+1とを示す図である。図14に示したように、ブロックBnおよびブロックBn+1は、それぞれ4行4列に配列された計16個の画素から構成されている。図13の符号化対象画像を構成する全てのブロックB0〜BW×H−1は、ブロックBnと同様、4行4列に配列された16画素から構成されている。
量子化対象画像を構成する画素は、該画素を含むブロックを特定する変数nと、このブロック中で該画素の位置を特定する変数u、vとの組み合わせ(n、u、v)で指定することができる。すなわち、画素(n、u、v)は、ブロックBnのu列目v行目の画素である。また、以下の説明において、画素(n、u、v)の属性値をX(n、u、v)のように表記する。例えば、符号化対象画像における画素(n、u、v)の画素値はP(n、u、v)のように表記する。
図13および図14に示したブロックB0〜BW×H−1が、動画像の符号化における直交変換・量子化・逆量子化・逆直交変換の一連の処理の処理単位となる。すなわち、量子化対象画像の画像データは、ブロックB0〜BW×H−1毎に変換係数に変換されて量子化される。
しかしながら、量子化は非可逆的な過程であるため、逆量子化・逆直交変換により量子化対象画像を復元したとしても、復元された画像は符号化対象画像とは一致せず、復元された画像における隣接ブロック間の境界にはブロック歪が発生する。このブロック歪を低減するのがデブロッキングフィルタ処理部6である。
H.264/AVC動画像符号化方式で用いられるデブロッキングフィルタ処理部6は、水平方向に隣接するブロック(Bn、Bn+1)間のフィルタ処理、および、垂直方向に隣接するブロック(Bn、Bn+W)間のフィルタ処理をぞれぞれ独立に行う。また、デブロッキングフィルタ処理部6が行うフィルタ処理のフィルタ強度は、各ブロックに適用された予測モード等の条件に応じて、適応的に設定される。
デブロッキングフィルタ処理部6が行うフィルタ処理の一例として、水平方向に隣接するブロックBnとブロックBn+1とに対する、最も強いフィルタ強度でのフィルタ処理演算を以下に示す。なお、以下の各式において、P(n、u、v)はデブロッキングフィルタ処理の処理対象画像(動画像符号化装置100における局所復号画像、あるいは、動画像復号装置200における復号画像)における画素(n、u、v)の画素値、P´(n、u、v)はデブロッキングフィルタ処理部6が出力するフィルタ出力画像における画素(n、u、v)の画素値を表す。
なお詳細な説明は省略するが、同様のフィルタ処理が垂直方向の隣接ブロック間に対しても適用される。
上記フィルタ処理の処理対象画像に対する作用を、図15(a)〜(c)に示す。図15(a)は、ブロックBnとブロックBn+1とにおける、原画像の画素値p(n、u、v)を表すグラフである。図15(b)は、ブロックBnとブロックBn+1とにおける、デブロッキングフィルタ処理部6の処理対象となる復号画像の画素値P(n、u、v)を表すグラフである。図15(b)に示すように、復号画像においては、ブロック境界における画素値の不連続な変化、すなわち、ブロック歪が発生している。図15(c)は、復号画像にデブロッキングフィルタ6によるフィルタリング処理を施した後の画像の、ブロックBnとブロックBn+1とにおける画素値P´(n、u、v)を表すグラフである。デブロッキングフィルタ6により隣接ブロック間に渡る画素値の畳み込みが行われるため、復元された符号化対象画像における画素値の不連続な変化は平滑化され、ブロック歪は低減される。
ITU-T Recommendation H.264:"Advanced Video Coding for generic audiovisual services" (2003)
しかしながら、上記従来の動画像符号化装置においては、デブロッキングフィルタによってブロック歪みを低減した副作用として、画像のボケ、あるいは、動画再生時の画像のチラツキといったブロック歪とは別の画質劣化が発生してしまうという問題があった。
デブロッキングフィルタの副作用について、以下、もう少し詳しく説明する。上述した式(1)〜(8)から明らかなように、フィルタ処理対象画像の画素値をP(n、u、v)とすると、フィルタ処理前のブロックBnの平均画素値〈Pn〉と、フィルタ処理後のブロックBnの平均画素値〈P´n〉とは、それぞれ以下の式で与えられる。
すなわち、フィルタ処理の前後で、各ブロックにおける平均画素値は異なる。従って、従来のデブロッキングフィルタを用いた場合、フィルタ処理の前後で各ブロックにおける平均画素値が保存されないので、フィルタ処理により原画像と復号画像との平均画素値の差が拡大され得る。
そうすると、動画像符号化装置においては、原画像に対して平均画素値の差を有する局所復号画像を参照画像として予測画像が生成されることになる。また、動画像復号装置においては、原画像に対して平均画素値差を有する復号画像が参照画像あるいは表示用画像として生成されることになる。このため、動画像における画像のボケやちらつきが生ずることになる。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、復号された動画像におけるブロック歪を低減でき、また、画像のボケやちらつきといった副作用を生じることのない動画像符号化装置および動画像復号装置を実現することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係るフィルタ装置は、予測画像を生成する予測画像生成手段と、処理対象画像に対してフィルタ処理を施すフィルタ処理手段とを備え、上記フィルタ処理手段は、出力画像における各画素の画素値を、該画素が属するブロックを対象ブロックとして、上記予測画像において該対象ブロックに属する画素の画素値、及び、上記予測画像において該対象ブロックに隣接する隣接ブロックに属する画素の画素値を参照して算出する、ことを特徴としている。
本発明に係るフィルタ装置において、上記フィルタ処理手段は、ブロック歪を発生させる周波数成分を上記処理対象画像から除去するものである、ことが好ましい。
本発明に係るフィルタ装置において、上記処理対象画像は、原画像から上記予測画像を減算して得られる差分画像である、ことが好ましい。
本発明に係るフィルタ装置において、上記フィルタ処理手段は、除去されたブロック歪を発生させる周波数成分を上記処理対象画像に付加するものである、ことが好ましい。
本発明に係るフィルタ装置において、上記処理対象画像は、復号画像を得るために上記予測画像に加算される差分画像である、ことが好ましい。
本発明によれば、復号された動画像におけるブロック歪を低減でき、また、画像のボケやちらつきといった副作用を生じることのない動画像符号化装置および動画像復号装置を実現することができる。
本発明の動画像符号化装置の一実施形態について、図1〜図10に基づいて説明すれば以下の通りである。
〔動画像符号化装置の構成〕
はじめに、本実施の形態に係る動画像符号化装置の構成について説明する。図1は本実施形態に係る動画像符号化装置300の概略構成を示した機能ブロック図である。図1に示したように、動画像符号化装置300は、DCT部1、量子化部2、可変長符号化部3、逆量子化部4、IDCT部5、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、符号化制御部10、フィルタ処理部11、及び、逆フィルタ処理部12を備えている。
はじめに、本実施の形態に係る動画像符号化装置の構成について説明する。図1は本実施形態に係る動画像符号化装置300の概略構成を示した機能ブロック図である。図1に示したように、動画像符号化装置300は、DCT部1、量子化部2、可変長符号化部3、逆量子化部4、IDCT部5、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、符号化制御部10、フィルタ処理部11、及び、逆フィルタ処理部12を備えている。
図1の動画像符号化装置300と従来の動画像符号化装置100(図11)との相違点は、動画像符号化装置300が、従来のデブロッキングフィルタ6の代わりに、フィルタ処理部11と逆フィルタ処理部12とを備えている点である。図1において、従来の動画像符号化装置100と同一機能を有するブロックについては、図11と同一の名称および符号を用いて示し、その説明を省略する。
動画像符号化装置300に特徴的な構成は、フィルタ処理部11、および、逆フィルタ処理部12である。フィルタ処理部11は、符号化の対象となる原画像を処理対象画像とし、該処理対象画像からブロック歪を発生させる周波数成分を除去するフィルタ処理を行う。DCT部1には、フィルタ処理部11によるフィルタ処理が施された画像から、イントラ予測部8あるいはインター予測部9により生成された予測画像が減算された差分画像が供給される。
一方、逆フィルタ処理部12には、逆量子化部4とIDCT部5とにより復元された差分画像と、イントラ予測部8あるいはインター予測部9により生成された予測画像とを加算して得られる局所復号画像が供給される。逆フィルタ処理部12は、この局所復号画像を処理対象画像とし、該処理対象画像に対してフィルタ処理部11が行うフィルタ処理の逆変換に相当する逆フィルタ処理を行う。逆フィルタ処理部12による逆フィルタ処理が施された局所復号画像は、参照画像としてフレームメモリ7に蓄積され、イントラ予測部8あるいはインター予測部9による予測画像の生成に利用される。
DCT部1と量子化部2とは、量子化対象画像を複数のブロックに分割して各ブロックの画像データを量子化するものである。従って、量子化された画像を逆量子化して得られる復号画像にはブロック歪が含まれ得る。すなわち、予測画像を生成するために動画像符号化装置300の内部で生成される局所復号画像、および、後述の動画像復号装置で生成される復号画像にはブロック歪が含まれ得る。しかしながら、動画像符号化装置300において、DCT部1に供給される量子化対象画像は、フィルタ処理部11よるフィルタ処理が施された画像と予測画像の差分画像である。フィルタ処理部11は、ブロック歪を発生させる周波数成分を予め取り除くよう処理対象画像に作用するので、量子化・逆量子化の過程で発生するブロック歪を有効に低減することができる。
また、イントラ予測部8またはインター予測部9が予測画像を生成するために参照する参照画像は、逆フィルタ処理部12による逆フィルタ処理が施された局所復号画像である。従って、原画像から除去された周波数成分は、参照画像において復元されている。すなわち、イントラ予測部8およびインター予測部9は、ブロック歪が低減されていると同時に、特定の周波数成分が欠落することのない参照画像に基づいて、予測画像を生成することができる。
換言すれば、従来の動画像符号化装置100では量子化処理によって失われていた空間周波数成分を、動画像符号化装置300では、フィルタ処理部11にて一旦除去し、逆フィルタ処理部12にて復元することにより、量子化処理の影響を回避して、ブロック歪の発生を抑えることができる。
また、フィルタ処理部11および逆フィルタ処理部12は、従来の動画像符号化装置100におけるデブロッキングフィルタ処理部6とは異なり、後述するとおり、各ブロックにおける処理前後の平均画素値(例えば、平均輝度レベル)を保つよう構成することができる。従って、デブロッキングフィルタ処理に起因する、画像のボケや動画再生時のチラツキなどの問題を回避することができる。
〔動画像復号装置の構成〕
図2は、図1に示した動画像符号化装置300に対応する動画像復号装置400の概略構成を示した機能ブロック図である。図2に示したように、動画像復号装置400は、逆量子化部4、IDCT部5、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、可変長復号部20、および、逆フィルタ処理部12を備えている。
図2は、図1に示した動画像符号化装置300に対応する動画像復号装置400の概略構成を示した機能ブロック図である。図2に示したように、動画像復号装置400は、逆量子化部4、IDCT部5、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、可変長復号部20、および、逆フィルタ処理部12を備えている。
図2の動画像復号装置400と従来の動画像復号装置200(図12)との相違点は、動画像復号装置400が、従来のデブロッキングフィルタ6の代わりに、逆フィルタ処理部12を備えている点である。図2において、従来の動画像復号装置200と同一機能を有するブロックについては、図12と同一の名称および符号を用いて示し、その説明を省略する。
動画像復号装置400が復号する符号化データは、動画像符号化装置300において、ブロック歪を発生させる周波数成分が除去された原画像に基づいて生成されたものである。動画像復号装置400の可変長復号部20は、この符号化データを復号し、逆量子化部4とIDCT部5とは、該復号により得られた値を逆量子化する。逆量子化により復元される画像は、原画像から予測画像を減算して得られた差分画像に相当するものである。動画像復号装置400は、この復元された差分画像にイントラ予測部8またはインター予測部9により生成された予測画像を加算し、復号画像を生成する。
動画像復号装置400が備えている逆フィルタ処理部12は、動画像符号化装置300が備えている逆フィルタ処理部12と同一の逆フィルタ処理を行う。すなわち、逆フィルタ処理部12は、ブロック歪を発生させる周波数成分が欠落している復号画像に対し、符号化時に除去された周波数成分を復元するように作用する。逆フィルタ処理部12による逆フィルタ処理が施された復号画像は、予測画像を生成するための参照画像としてイントラ予測部8あるいはインター予測部9により参照されるとともに、表示用画像として出力される。
以上のようにして、逆フィルタ処理部12の作用により、原画像から除去された周波数成分が、表示用画像あるいは参照画像において復元される。すなわち、動画像復号装置400は、ブロック歪が低減されていると同時に、特定の周波数成分が欠落することのない表示用画像を出力することができる。また、ブロック歪が低減されていると同時に、特定の周波数成分が欠落することのない参照画像に基づいて予測画像を生成することができる。
〔フィルタ処理の詳細〕
次に、動画像符号化装置300に含まれるフィルタ処理部11が行うフィルタ処理について詳しく説明する。
次に、動画像符号化装置300に含まれるフィルタ処理部11が行うフィルタ処理について詳しく説明する。
フィルタ処理部11は、水平方向のフィルタ処理と垂直方向のフィルタ処理とを、フィルタ処理の対象となる処理対象画像を複数のブロックに分割して実行する。ここで、フィルタ処理部11が処理対象画像を分割する分割パターンは、図13と図14とに示したとおりであり、DCT部1と量子化部2とが量子化のために量子化対象画像を分割する分割パターンと同一である。
フィルタ処理部11は、当該フィルタ処理部11が出力するフィルタ出力画像におけるブロックBnの画像データを、処理対象画像における当該ブロックBnの画像データと当該ブロックBnに隣接するブロックの画像データとから算出する。水平方向のフィルタ処理においては、ブロックBnの画像データが、当該ブロックBnの右側に隣接するブロックBn+1画像データを参照して算出され、垂直方向のフィルタ処理においては、ブロックBnの画像データが、当該ブロックの下側に隣接するブロックBn+Wの画像データを参照して算出される。
以下、水平方向のフィルタ処理においてフィルタ処理部11が実行するフィルタ処理演算について、図3と図4とを参照しながら説明する。なお、1つのブロックBnの画素値(例えば、輝度レベル)を算出するためのフィルタ処理演算について説明する。フィルタ処理部11は、以下に説明するフィルタ処理演算を、全ての隣接2ブロックについて繰り返すことにより、水平方向のフィルタ処理を完了する。なお、上記繰り返しは、(B1、B2)、(B3、B4)、(B5、B6)・・・というように、隣接する偶数番目と奇数番目のブロックを対にし、これら全ての対について上記フィルタ処理演算を実行するものであってもよいし、(B1、B2)、(B2、B3)、(B3、B4)・・・というように、全てのブロックについて、次のブロックを参照しながら、上記フィルタ処理演算を実行するものであっても良い。ただし、これらの繰り返しにおいて、隣接しないブロック同士の対、例えば、画像右端のブロックBk×W−1(kは整数)と該ブロック下段左端に位置する次のブロックBk×Wとからなる対に対しては、上記フィルタ処理を行わないものとする。
図3は、フィルタ処理部11が実行するフィルタ処理演算を概略的に説明するフローチャートである。図3に示したように、フィルタ処理部11によるフィルタ処理演算は、平均画素値を算出するステップS1と、予測値を算出するステップS2と、フィルタ出力画像を算出するステップS3とを含んでいる。ステップS1〜S3について更に詳しく説明すれば以下の通りである。なお、以下の説明では、ブロックBnに属する4行4列に配列された16画素のうち、v行目に配列された4画素の画素値を算出するフィルタ処理演算について述べる。フィルタ処理部11は、以下に述べるフィルタ処理演算を、ブロックBnの1行目から4行目について、順次、あるいは、並列的に実行することにより、ブロックBnに属する全ての画素の画素値を算出する。
(ステップS1) フィルタ処理部11は、処理対象画像におけるブロックBnのv行目に配列された4画素の平均画素値<pn、v>と、処理対象画像におけるブロックBn+1のv行目に配列された4画素の平均画素値<pn+1、v>とを算出する。フィルタ処理部11が、これらの平均画素値を算出するための算出式は以下の通りである。
ここで、p(n、u、v)は、処理対象画像の画素(n、u、v)における画素値である。図4(a)は、処理対象画像の画素値を示したグラフである。図4(b)は、上記ステップS1において得られた、平均画素値を表すグラフである。
(ステップS2) フィルタ処理部11は、ステップS1にて得られた平均画素値<pn、v>と<pn+1、v>とを用いた線型補間により、ブロックBnのv行目の各画素についての予測値ppred(n、u、v)と、ブロックBn+1のv行目の各画素についての予測値ppred(n+1、u、v)とを算出する。フィルタ処理部11が予測値ppred(n、u、v)とppred(n+1、u、v)とを算出するための算出式は以下の通りである。
図4(c)は、上記ステップS2により得られた、予測値を表したグラフである。
(ステップS3) フィルタ処理部11は、ステップS2にて得られた予測値ppred(n、u、v)と、ステップS1にて得られたブロックBnの平均画素値<pn、v>との差を処理対象画像から除去すべき除去成分とし、処理対象画像の画素値p(n、u、v)から該除去成分を減算することにより、フィルタ出力画像の画素値p´(n、u、v)を算出する。フィルタ処理部11aフィルタ出力画像の画素値p´(n、u、v)を算出するために用いる算出式は以下の通りである。
図4(d)は、上記ステップS3により得られた、フィルタ出力画像の画素値を表したグラフである。
ここで、フィルタ出力画像におけるブロックBnの平均画素値は、処理対象画像におけるブロックBnの平均画素値と一致する、すなわち、フィルタ処理部11は、各ブロックの平均画素値を処理の前後で不変に保つものである点に注意されたい。このため、当該フィルタ処理による動画像のボケやチラツキの誘発を防止することが可能になる。
フィルタ処理部11は、上述のように水平方向のフィルタ処理を行った後、垂直方向のフィルタ処理を行う。垂直方向のフィルタ処理演算は、ブロックBnの画像データを、該ブロックBnの下側に隣接するブロックBn+Wを参照して算出するものであるが、その算出方法については水平方向のフィルタ処理と同様であるので、その説明を省略する。また、上記水平方向のフィルタ処理と、上記垂直方向のフィルタ処理とは互いに独立であるので、フィルタ処理部11が、垂直方向のフィルタ処理を行った後で、水平方向のフィルタ処理を行う構成としても良い。
〔逆フィルタ処理の詳細〕
次に、動画像符号化装置300、および、動画像復号装置400に含まれる逆フィルタ処理部12が行う逆フィルタ処理について説明する。
次に、動画像符号化装置300、および、動画像復号装置400に含まれる逆フィルタ処理部12が行う逆フィルタ処理について説明する。
逆フィルタ処理部12は、フィルタ処理部11と同様、水平方向の逆フィルタ処理と垂直方向の逆フィルタ処理とを、処理対象画像を複数のブロックに分割して実行する。ここで、逆フィルタ処理部12が処理対象画像を分割する分割パターンは、フィルタ処理部11が処理対象画像を分割する分割パターンと同一である。
逆フィルタ処理部12は、ブロックBnの画像データを、処理対象画像における当該ブロックBnの画像データ、および、当該ブロックBnに隣接するブロックの画像データから算出する。具体的には、水平方向のフィルタ処理においては、ブロックBnの画像データを、処理対象画像において当該ブロックBnの右側に隣接するブロックBn+1画像データを参照して算出し、垂直方向のフィルタ処理においては、ブロックBnの画像データを、当該ブロックBnの下側に隣接するブロックBn+Wの画像データを参照して算出する。
以下、水平方向の逆フィルタ処理において逆フィルタ処理部が実行する逆フィルタ処理演算について、図5と図6とを参照しながら説明する。なお、以下では、1つのブロックBnの画素値(例えば輝度レベル)を算出するための逆フィルタ処理演算について説明する。逆フィルタ処理部12は、以下に説明するフィルタ処理演算を、全ての隣接2ブロックについて繰り返すことにより、水平方向のフィルタ処理を完了する。
図5は、逆フィルタ処理部12が実行する逆フィルタ処理演算を概略的に説明するフローチャートである。図5に示したように、逆フィルタ処理部12によるフィルタ処理演算は、平均画素値を算出するステップT1と、予測値を算出するステップT2と、逆フィルタ出力画像を算出するステップT3とを含んでいる。ステップT1〜T3について更に詳しく説明すれば以下の通りである。なお、以下の説明では、ブロックBnに属する4行4列に配列された16画素のうち、v行目に配列された4画素の画素値を算出する逆フィルタ処理演算について述べる。逆フィルタ処理部12は、以下に述べる逆フィルタ処理演算を、ブロックBnの1行目から4行目について、順次、あるいは、並列的に実行することにより、ブロックBnに属する全ての画素の画素値を算出するものである。
(ステップT1) 逆フィルタ処理部12は、処理対象画像におけるブロックBnのv行目に配列された4画素の平均画素値<Pn、v>と、処理対象画像におけるブロックBn+1のv行目に配列された4画素の平均画素値<Pn+1、v>とを算出する。逆フィルタ処理部12が、平均画素値<Pn、v>と<Pn+1、v>とを算出するために用いる算出式は以下の通りである。
ここで、P(n、u、v)は、処理対象画像の画素(n、u、v)における画素値である。図6(a)は、処理対象画像の画素値を示したグラフであり、図6(b)は、上記ステップT1において得られた、平均画素値を表すグラフである。
(ステップT2) 逆フィルタ処理部12は、ステップT1にて得られた平均画素値<Pn、v>と<Pn+1、v>とを用いた線型補間により、ブロックBnのv行目の各画素についての予測値Ppred(n、u、v)と、ブロックBn+1のv行目の各画素についての予測値Ppred(n+1、u、v)とを算出する。逆フィルタ処理部12が予測値Ppred(n、u、v)とPpred(n+1、u、v)とを算出するために用いる算出式は以下の通りである。
図6(c)は、上記ステップT2により得られた、予測値を表したグラフである。
(ステップT3)
逆フィルタ処理部12は、ステップT2にて得られた予測値Ppred(n、u、v)と、ステップT1にて得られたブロックBnの平均画素値<Pn、v>との差を処理対象画像に付加すべき付加成分とし、処理対象画像の画素値P(n、u、v)に該付加成分を加算することにより、フィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出する。逆フィルタ処理部12が逆フィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出するために用いる算出式は以下の通りである。
逆フィルタ処理部12は、ステップT2にて得られた予測値Ppred(n、u、v)と、ステップT1にて得られたブロックBnの平均画素値<Pn、v>との差を処理対象画像に付加すべき付加成分とし、処理対象画像の画素値P(n、u、v)に該付加成分を加算することにより、フィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出する。逆フィルタ処理部12が逆フィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出するために用いる算出式は以下の通りである。
図6(d)は、上記ステップT3により得られた、逆フィルタ出力画像の画素値を表したグラフである。ここで、逆フィルタ出力画像におけるブロックBnの平均画素値は、処理対象画像におけるブロックBnの平均画素値と一致する点に注意されたい。このため、動画像のボケやチラツキの発生は有効に防止される。
逆フィルタ処理部12は、上述のように水平方向の逆フィルタ処理を行った後、垂直方向の逆フィルタ処理を行う。垂直方向の逆フィルタ処理演算は、ブロックBnの画像データを、該ブロックBnの下側に隣接するブロックBn+Wを参照して算出するものであるが、その算出方法については水平方向の逆フィルタ処理と同様であるので、その説明を省略する。また、上記水平方向の逆フィルタ処理と、上記垂直方向の逆フィルタ処理とは互いに独立であるので、逆フィルタ処理部12は、垂直方向の逆フィルタ処理を行った後で、水平方向の逆フィルタ処理を行う構成としても良い。
以上のように定義された逆フィルタ処理部12が行う逆フィルタ処理は、フィルタ処理部11が行う上記フィルタ処理の逆変換に相当する。すなわち、フィルタ処理部11の出力p´(n、u、v)と逆フィルタ処理部12の入力P(n、u、v)との間にp´(n、u、v)=P(n、u、v)の関係が成り立つとき、フィルタ処理部11の入力p(n、u、v)と逆フィルタ処理部12の出力P´(n、u、v)との間にp(n、u、v)=P´(n、u、v)の関係が成り立つ。従って、フィルタ処理部11のフィルタ処理により、処理対象画像から除去されたブロック歪を発生させる周波数成分は、逆フィルタ処理部12の逆フィルタ処理により復元される。従って、復元画像において、特定の周波数成分が欠落するようなことはない。
〔フィルタ処理および逆フィルタ処理についての付記事項〕
以上の説明において、フィルタ処理部11が算出する予測値は、隣接ブロックの平均画素値を用いた線型補間により算出されるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、フィルタ処理部11がフィルタ出力画像の画素値を算出するために用いる予測値は、例えば、ブロック単位の平均画素値を基に算出される予測値であっても良いし、あるいは、隣接する3つのブロックの平均画素値<Pn−1、v>、<Pn、v>、<Pn+1、v>を用いて3次補間により算出される値であっても良い。また、詳細な説明は省略するが、これらのフィルタ処理を行うフィルタ処理部11に対応する逆フィルタ処理部12は、これらのフィルタ処理の逆変換に相当する逆フィルタ処理を行うものとして容易に構成され得る。
以上の説明において、フィルタ処理部11が算出する予測値は、隣接ブロックの平均画素値を用いた線型補間により算出されるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、フィルタ処理部11がフィルタ出力画像の画素値を算出するために用いる予測値は、例えば、ブロック単位の平均画素値を基に算出される予測値であっても良いし、あるいは、隣接する3つのブロックの平均画素値<Pn−1、v>、<Pn、v>、<Pn+1、v>を用いて3次補間により算出される値であっても良い。また、詳細な説明は省略するが、これらのフィルタ処理を行うフィルタ処理部11に対応する逆フィルタ処理部12は、これらのフィルタ処理の逆変換に相当する逆フィルタ処理を行うものとして容易に構成され得る。
なお、ブロック毎の予測値の平均画素値がブロック毎の入力画像の平均画素値と異なる予測を用いる場合には、フィルタ出力に、予測値の平均画素値と入力画像の平均画素値との差を加え、フィルタ入力及びフィルタ出力の平均画素値が維持されるように補正する構成とすることが好ましい。
また、以上の説明において、フィルタ処理部11は、1次元的なフィルタ処理を水平方向と垂直方向とに対して独立に行うものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、2次元的なフィルタ処理を行う構成としても良い。フィルタ処理部11が行う2次元的なフィルタ処理の一例を説明すれば、以下の通りである。
2次元的なフィルタ処理を行う場合、フィルタ処理部11は、上下左右に隣接する4つのブロックの画素値を参照して、注目ブロックの画素値を算出する。フィルタ処理部11が注目ブロックBnの画素値を算出するために行うフィルタ処理演算は、以下のステップ1〜3を含む。
(ステップ1) フィルタ処理部11は、注目ブロックBnの平均画素値、及び、注目ブロックBnの上下左右に隣接するブロックBn−1、Bn+1、Bn−W、Bn+Wの平均画素値を算出する。フィルタ処理部11が、上記各ブロックの平均画素値を算出するために用いる算出式は以下の通りである。
(ステップ2) フィルタ処理部11は、上記ステップ1にて得られた上記各ブロックの平均画素値を用いた線型補間により、ブロックBnの各画素についての予測値ppred(n、u、v)を算出する。フィルタ処理部11が予測値ppred(n、u、v)を算出するために用いる算出式は以下の通りである。
(ステップ3)フィルタ処理部11は、ステップ2にて得られた予測値ppred(n、u、v)と、ステップ1にて得られたブロックBnの平均画素値<pn、v>との差を処理対象画像から除去すべき除去成分とし、処理対象画像の画素値p(n、u、v)から該除去成分を減算することにより、フィルタ出力画像の画素値p´(n、u、v)を算出する。フィルタ処理部11がフィルタ出力画像におけるブロックBnの画素値p´(n、u、v)を算出するための算出式は以下の通りである。
ブロック歪を発生させる周波数成分を2次元的なフィルタ処理により除去する場合、フィルタ処理部11は、各ブロック対して上記ステップ1〜3を繰り返すことにより、フィルタ出力画像全体の画素値を算出する。また、詳細な説明は省略するが、対応する逆フィルタ処理部12は、当該フィルタ処理部11のフィルタ処理の逆変換に相当する逆フィルタ処理を行うものとして構成され得る。
〔変形例1〕
動画像符号化装置300の一変形例について、図7と図8とに基づいて説明する。
動画像符号化装置300の一変形例について、図7と図8とに基づいて説明する。
図7は、動画像符号化装置300の一変形例である動画像符号化装置300aの概略構成を示した機能ブロック図である。図7に示したように、動画像符号化装置300aは、DCT部1、量子化部2、可変長符号化部3、逆量子化部4、IDCT部5、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、符号化制御部10、フィルタ処理部11a、及び、逆フィルタ処理部12aを備えている。
動画像符号化装置300aと動画像符号化装置300(図1)との相違点は、動画像符号化装置300aが、フィルタ処理部11の代わりに、予測画像に基づいてフィルタ処理を実行するフィルタ処理部11aを備え、また、逆フィルタ処理部12の代わりに、予測画像に基づいて逆フィルタ処理を実行する逆フィルタ処理部12aを備えている点である。また、図7に示したように、イントラ予測部8およびインター予測部9が、生成した予測画像をフィルタ処理部11aと逆フィルタ処理部12aとに供給する点である。図7において、図1の動画像符号化装置300と同一機能を有するブロックについては、図1と同一の名称および符号を用いて示し、その説明を省略する。
図8は、図7に示した動画像符号化装置300aに対応する動画像復号装置400aの概略構成を示した機能ブロック図である。図8に示したように、動画像復号装置400aは、逆量子化部4、IDCT部5、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、可変長復号部20、および、逆フィルタ処理部12aを備えている。
図8の動画像復号装置400aと動画像復号装置400(図2)との相違点は、動画像復号装置400aが、逆フィルタ処理部12の代わりに、動画像符号化装置300aと同じ逆フィルタ処理部12aを備えている点である。また、図8に示したように、イントラ予測部8およびインター予測部9が、生成した予測画像を逆フィルタ処理部12aに供給する点である。
動画像符号化装置300aおよび動画像復号装置400aに好適に用いることができるフィルタ処理部11aと逆フィルタ処理部12aとについて説明すれば以下の通りである。
フィルタ処理部11aおよび逆フィルタ処理部12aは、フィルタ出力画像における各ブロックの画像データを、イントラ予測部8あるいはインター予測部9から供給される予測画像の画像データから算出する。具体的には、水平方向のフィルタ処理においては、ブロックBnの画像データを、予測画像におけるブロックBnおよびブロックBn+1の画像データを参照して算出し、垂直方向のフィルタ処理においては、ブロックBnの画像データを、予測画像におけるブロックBnおよびブロックBn+Wの画像データを参照して算出する。以下では、1つのブロックBnの画素値を算出するためのフィルタ処理演算について説明するが、フィルタ処理部11aおよび逆フィルタ処理部12aは、以下に説明するフィルタ演算処理を繰り返すことで、フィルタ出力画像全体の水平方向のフィルタ処理を完了する。また、垂直方向のフィルタ処理を同様に実行することで、全体のフィルタ処理を完了する。
水平方向のフィルタ処理においてフィルタ処理部11aが実行するフィルタ処理演算は、以下のステップS1a〜S3aを含んで構成される。
(ステップS1a) フィルタ処理部11aは、予測画像におけるブロックBnのv行目に配列された4画素の平均画素値<qn、v>と、処理対象画像におけるブロックBn+1のv行目に配列された4画素の平均画素値<qn+1、v>とを算出する。フィルタ処理部11aが、これらの平均画素値を算出するための算出式は以下の通りである。
ここで、q(n、u、v)は、予測画像の画素(n、u、v)における画素値である。
(ステップS2a) フィルタ処理部11aは、ステップS1aにて得られた平均画素値<qn、v>と<qn+1、v>とを用いた線型補間により、ブロックBnのv行目の各画素についての予測値qpred(n、u、v)と、ブロックBn+1のv行目の各画素についての予測値qpred(n+1、u、v)とを算出する。フィルタ処理部11aが予測値qpred(n、u、v)とqpred(n+1、u、v)とを算出するための算出式は以下の通りである。
(ステップS3a) フィルタ処理部11aは、ステップS2aにて得られた予測値qpred(n、u、v)と、ステップS1aにて得られたブロックBnの平均画素値<qn、v>との差を処理対象画像から除去すべき除去成分とし、処理対象画像の画素値p(n、u、v)から該除去成分を減算することにより、フィルタ出力画像の画素値p´(n、u、v)を算出する。フィルタ処理部11aがフィルタ出力画像の画素値p´(n、u、v)を算出するために用いる算出式は以下の通りである。
なお、上記ステップS1a〜S3aは、ブロックBnに属する4行4列に配列された16画素のうち、v行目に配列された4画素の画素値を算出するフィルタ処理演算であるが、上記ステップS1a〜S3aをブロックBnの1行目から4行目について、順次、あるいは、並列的に実行することにより、ブロックBnに属する全ての画素の画素値が算出される。
垂直方向のフィルタ処理においてフィルタ処理部12aが実行する逆フィルタ処理演算は、以下のステップT1a〜T3aを含んで構成される。
(ステップT1a) 逆フィルタ処理部12aは、予測画像におけるブロックBnのv行目に配列された4画素の平均画素値<qn、v>と、予測画像におけるブロックBn+1のv行目に配列された4画素の平均画素値<qn+1、v>とを算出する。逆フィルタ処理部12aが、平均画素値<qn、v>と<qn+1、v>とを算出するために用いる算出式は、〔数22〕と同一である。
(ステップT2a) 逆フィルタ処理部12aは、ステップT1aにて得られた平均画素値<qn、v>と<qn+1、v>とを用いた線型補間により、ブロックBnのv行目の各画素についての予測値qpred(n、u、v)と、ブロックBn+1のv行目の各画素についての予測値qpred(n+1、u、v)とを算出する。逆フィルタ処理部12aが予測値qpred(n、u、v)とqpred(n+1、u、v)とを算出するために用いる算出式は、〔数23〕、〔数24〕と同一である。
(ステップT3a)
逆フィルタ処理部12aは、ステップT2aにて得られた予測値qpred(n、u、v)と、ステップT1aにて得られたブロックBnの平均画素値<qn、v>との差を処理対象画像に付加すべき付加成分とし、処理対象画像の画素値P(n、u、v)に該付加成分を加算することにより、フィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出する。逆フィルタ処理部12aが逆フィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出するために用いる算出式は以下の通りである。
逆フィルタ処理部12aは、ステップT2aにて得られた予測値qpred(n、u、v)と、ステップT1aにて得られたブロックBnの平均画素値<qn、v>との差を処理対象画像に付加すべき付加成分とし、処理対象画像の画素値P(n、u、v)に該付加成分を加算することにより、フィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出する。逆フィルタ処理部12aが逆フィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出するために用いる算出式は以下の通りである。
なお、上記ステップT1a〜T3aは、ブロックBnに属する4行4列に配列された16画素のうち、v行目に配列された4画素の画素値を算出するフィルタ処理演算であるが、上記ステップT1a〜T3aをブロックBnの1行目から4行目について、順次、あるいは、並列的に実行することにより、ブロックBnに属する全ての画素の画素値が算出される。
以上のように、フィルタ処理部11aは、フィルタ処理の対象となる対象画像の画像データから減算する画素値を、予測画像の画像データから算出する。また、逆フィルタ処理部12aは、逆フィルタ処理の対象となる処理対象画像の画像データに加算する画素値を、上記フィルタ処理手段と同一の方法で予測画像の画像データから算出する。すなわち、フィルタ処理部11aが処理対象画像から減算する画素値と、逆フィルタ処理部12aが処理対象画像に加算する画素値とは、同一の予測画像から算出される同一の画像値となる。従って、フィルタ処理部11aと逆フィルタ処理部12aとによれば、量子化誤差程度の違いをもつ処理対象画像に基づいてフィルタ処理・逆フィルタ処理を行う動画像符号化装置300と比べ、フィルタ処理部11aが処理対象画像から除去したブロック歪を発生させる周波数成分を、上記逆フィルタ処理部12aにてより完全に復元できる。
〔変形例2〕
動画像符号化装置300の他の変形例について、図9と図10とに基づいて説明する。
動画像符号化装置300の他の変形例について、図9と図10とに基づいて説明する。
図9は、動画像符号化装置300の他の変形例である動画像符号化装置300bの概略構成を示した機能ブロック図である。図9に示したように、動画像符号化装置300aは、DCT部1、量子化部2、可変長符号化部3、逆量子化部4、IDCT部5、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、符号化制御部10、フィルタ処理部11b及び、逆フィルタ処理部12bを備えている。
動画像符号化装置300bと動画像符号化装置300(図1)との相違点は、動画像符号化装置300aが、フィルタ処理部11の代わりに、予測画像に基づいてフィルタ処理を実行するフィルタ処理部11bを備え、逆フィルタ処理部12の代わりに、予測画像に基づいて逆フィルタ処理を実行する逆フィルタ処理部12aを備えている点である。また、更なる相違点は、フィルタ処理部11bがDCT部1の直前に設けられ、原画像と予測画像との差分画像をフィルタ処理の処理対象画像としている点である。なお、フィルタ処理部11bおよび逆フィルタ処理部12bがフィルタ処理のために用いる予測画像は、ともに、イントラ予測部8またはインター予測部9から供給される。
図9に示したように、動画像符号化装置300bにおける、フィルタ処理部11bと逆フィルタ処理部12bとを除く機能ブロックは、図1の動画像符号化装置300と同一である。従って、図9において、図1の動画像符号化装置300と同一機能を有するブロックについては、図1と同一の名称および符号を用いて示し、その説明を省略する。
図10は、図9に示した動画像符号化装置300bに対応する動画像復号装置400bの概略構成を示した機能ブロック図である。図10に示したように、動画像復号装置400bは、逆量子化部4、IDCT部5、フレームメモリ7、イントラ予測部8、インター予測部9、可変長復号部20、および、逆フィルタ処理部12bを備えている。
図10の動画像復号装置400bと動画像復号装置400(図2)との相違点は、動画像復号装置400bが、逆フィルタ処理部12の代わりに、動画像符号化装置300bと同一の逆フィルタ処理部12bを備えている点である。また、図10に示したように、イントラ予測部8およびインター予測部9が生成した予測画像が、逆フィルタ処理部12bに供給される点である。
以下、動画像符号化装置300bに好適なフィルタ処理部11bにおけるフィルタ処理と、動画像符号化装置300および動画像復号装置400bに好適な逆フィルタ処理部12bにおける逆フィルタ処理とについて説明する。
フィルタ処理部11bおよび逆フィルタ処理部12bは、フィルタ出力画像における各ブロックの画像データを、イントラ予測部8あるいはインター予測部9から供給される予測画像の画像データから算出する。具体的には、水平方向のフィルタ処理においては、ブロックBnの画像データを、予測画像におけるブロックBnおよびブロックBn+1の画像データを参照して算出し、垂直方向のフィルタ処理においては、ブロックBnの画像データを、予測画像におけるブロックBnおよびブロックBn+Wの画像データを参照して算出する。以下では、1つのブロックBnの画素値を算出するためのフィルタ処理演算について説明するが、フィルタ処理部11bおよび逆フィルタ処理部12bは、以下に説明するフィルタ演算処理を繰り返すことで、フィルタ出力画像全体の水平方向のフィルタ処理を完了する。また、垂直方向のフィルタ処理を同様に実行することで、全体のフィルタ処理を完了する。
フィルタ処理部11bが水平方向のフィルタ処理において実行するフィルタ処理演算は、以下のステップS1b〜S3bを含んで構成される。
(ステップS1b) フィルタ処理部11bは、予測画像におけるブロックBnのv行目に配列された4画素の平均画素値<qn、v>と、処理対象画像におけるブロックBn+1のv行目に配列された4画素の平均画素値<qn+1、v>とを算出する。フィルタ処理部11bが、これらの平均画素値を算出するための算出式は、〔数22〕と同一である。
(ステップS2b) フィルタ処理部11bは、ステップS1bにて得られた平均画素値<qn、v>と<qn+1、v>とを用いて、ブロックBnのv行目の各画素についての予測値q´pred(n、u、v)と、ブロックBn+1のv行目の各画素についての予測値q´pred(n+1、u、v)とを算出する。フィルタ処理部11bが予測値q´pred(n、u、v)とq´pred(n+1、u、v)とを算出するための算出式は以下の通りである。
(ステップS3b) フィルタ処理部11bは、フィルタ処理対象画像(原画像と予測画像との差分画像)の画素値p(n、u、v)から、ステップS2bにて得られた予測値q´pred(n、u、v)を減算することにより、フィルタ出力画像の画素値p´(n、u、v)を算出する。フィルタ処理部11bがフィルタ出力画像の画素値p´(n、u、v)を算出するために用いる算出式は以下の通りである。
なお、上記ステップS1b〜S3bは、ブロックBnに属する4行4列に配列された16画素のうち、v行目に配列された4画素の画素値を算出するフィルタ処理演算であるが、上記ステップS1b〜S3bをブロックBnの1行目から4行目について、順次、あるいは、並列的に実行することにより、ブロックBnに属する全ての画素の画素値が算出される。
垂直方向のフィルタ処理において逆フィルタ処理部12bが実行する逆フィルタ処理演算は、以下のステップT1b〜T3bを含んで構成される。
(ステップT1b) 逆フィルタ処理部12bは、予測画像におけるブロックBnのv行目に配列された4画素の平均画素値<qn、v>と、予測画像におけるブロックBn+1のv行目に配列された4画素の平均画素値<qn+1、v>とを算出する。逆フィルタ処理部12bが、これらの平均画素値を算出するために用いる算出式は〔数22〕と同一である。
(ステップT2b) 逆フィルタ処理部12bは、ステップT1bにて得られた平均画素値<qn、v>と<qn+1、v>とを用いて、ブロックBnのv行目の各画素についての予測値qpred(n、u、v)と、ブロックBn+1のv行目の各画素についての予測値qpred(n+1、u、v)とを算出する。逆フィルタ処理部12bが予測値qpred(n、u、v)とqpred(n+1、u、v)とを算出するために用いる算出式は、〔数27〕〔数28〕と同一である。
(ステップT3b)
逆フィルタ処理部12bは、逆フィルタ処理対象画像の画素値P(n、u、v)に、ステップT2bにて得られた予測値qpred(n、u、v)を加算することにより、フィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出する。逆フィルタ処理部12bがフィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出するために用いる算出式は以下の通りである。
逆フィルタ処理部12bは、逆フィルタ処理対象画像の画素値P(n、u、v)に、ステップT2bにて得られた予測値qpred(n、u、v)を加算することにより、フィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出する。逆フィルタ処理部12bがフィルタ出力画像の画素値P´(n、u、v)を算出するために用いる算出式は以下の通りである。
なお、上記ステップT1b〜T3bは、ブロックBnに属する4行4列に配列された16画素のうち、v行目に配列された4画素の画素値を算出するフィルタ処理演算であるが、上記ステップT1b〜T3bをブロックBnの1行目から4行目について、順次、あるいは、並列的に実行することにより、ブロックBnに属する全ての画素の画素値が算出される。
以上のように、フィルタ処理部11bは、フィルタ処理の対象となる対象画像の画像データから減算する画素値を、予測画像の画像データから算出する。また、逆フィルタ処理部12bは、逆フィルタ処理の対象となる処理対象画像の画像データに加算する画素値を、上記フィルタ処理手段と同一の方法で予測画像の画像データから算出する。すなわち、フィルタ処理部11bが処理対象画像から減算する画素値と、逆フィルタ処理部12bが処理対象画像に加算する画素値とは、同一の予測画像から算出される同一の画像値となる。従って、フィルタ処理部11bと逆フィルタ処理部12bとによれば、量子化誤差程度の違いをもつ処理対象画像に基づいてフィルタ処理・逆フィルタ処理を行う動画像符号化装置300と比べ、フィルタ処理部11bが処理対象画像から除去したブロック歪を発生させる周波数成分を、上記逆フィルタ処理部12bにてより完全に復元できる。
〔付記事項1〕
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、本発明は以下のように構成することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、本発明は以下のように構成することができる。
本発明に係る動画像符号化装置は、画像を複数のブロックに分割し、符号化する動画像符号化装置であって、前記ブロック単位の画像に対し所定のフィルタ処理を行うフィルタ処理手段と、前記フィルタ処理手段の逆変換である逆フィルタ処理を行う逆フィルタ処理手段を備えるように構成されていてもよい。
また、本発明に係る動画像符号化装置においては、前記フィルタ処理手段は、隣接する複数ブロックの符号化対象画像を基に、当該ブロックの符号化対象画像に対し所定のフィルタ処理を行うように構成されていてもよい。
また、本発明に係る動画像符号化装置は、前記ブロック単位に画面内予測、あるいは画面間予測を行う予測手段を備え、前記フィルタ処理手段は、前記予測手段が出力する隣接した複数ブロックの予測画像を基に、当該ブロックの符号化対象画像に対し所定のフィルタ処理を行うように構成されていてもよい。
また、本発明に係る動画像符号化装置は、前記ブロック単位に画面内予測、あるいは画面間予測を行う予測手段を備え、前記フィルタ処理手段は、前記予測手段が出力する隣接した複数ブロックの予測画像を基に、当該ブロックの符号化対象画像と予測画像の差分画像に対し所定のフィルタ処理を行うように構成されていてもよい。
また、本発明に係る動画像復号装置は、前記ブロック毎に符号化された動画像データを復号する動画像復号装置であって、前記逆フィルタ処理手段を備えるように構成されていてもよい。
最後に、本発明の動画像符号化装置300、300a、300b、および、本発明の動画像復号装置400、400a、400bの上記各ブロックは、特にフィルタ処理手段11・11a・11b、および、逆フィルタ処理手段12・12a・12bは、ハードウエアロジックによって構成されるものであってもよいし、次のようにCPUを用いてソフトウェアによって実現されるものであってもよい。
すなわち、上記動画像符号化装置・動画像復号装置は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである上記動画像符号化装置・動画像復号装置の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記動画像符号化装置・動画像復号装置に供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。
また、上記動画像符号化装置・動画像復号装置を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードは通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
本発明に係る動画像符号化装置は、以上のように、画像を複数のブロックに分割して各ブロックの画像データを量子化し、該量子化により得られた量子化代表値を符号化する動画像符号化装置において、上記量子化前の画像データに対し、ブロック歪を発生させる周波数成分を除去するフィルタ処理を施すフィルタ処理手段を備えている。
従って、ブロック歪が低減された復号画像を、特定の周波数成分を欠落させることなく復元し得る符号化データを生成することができる。
また、本発明に係る動画像復号装置は、以上のように、ブロック歪を発生させる周波数成分が除去された画像データを符号化して得られた符号化データを復号する動画像復号装置であって、復号して得られた復号画像の画像データに対し、上記除去された周波数成分を復元する逆フィルタ処理を施す逆フィルタ処理手段を備えている。
従って、ブロック歪が低減された復号画像を、特定の周波数成分を欠落させることなく復号することができる。
発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
〔付記事項2〕
本明細書には、特許請求の範囲に記載した発明の他に、以下の発明が含まれる。
本明細書には、特許請求の範囲に記載した発明の他に、以下の発明が含まれる。
本発明に係る動画像符号化装置は、上記課題を解決するために、画像を複数のブロックに分割して各ブロックの画像データを量子化し、該量子化により得られた量子化代表値を符号化する動画像符号化装置において、上記量子化前の画像データに対し、ブロック歪を発生させる周波数成分を除去するフィルタ処理を施すフィルタ処理手段を備えたことを特徴としている。
上記フィルタ処理手段は、上記量子化前の画像データから、ブロック歪を発生させる周波数成分を除去する。このため、上記量子化の対象となる量子化対象画像は、ブロック歪を発生させる周波数成分が予め除去されたものとなる。従って、上記フィルタ処理手段によるフィルタ処理が施された量子化対象画像を量子化・逆量子化して得られる復号画像は、ブロック歪が低減されたものとなる。しかも、上記フィルタ処理手段により予め除去された周波数成分は、上記フィルタ処理手段のフィルタ処理の逆変換に相当する逆フィルタ処理により、復元することが可能である。
すなわち、上記の構成を有する動画像符号化装置は、ブロック歪が低減された復号画像を、特定の周波数成分を欠落させることなく復元し得る符号化データを生成することができるという効果を奏する。
本発明の動画像符号化装置においては、上記フィルタ処理手段が行うフィルタ処理は、上記各ブロックの平均画素値を処理の前後で不変に保つものである、ことが好ましい。
上記の構成によれば、上記フィルタ処理手段によるフィルタ処理は、上記各ブロックの平均画素値(例えば、平均輝度レベル)を不変に保つように行われる。このため、従来のデブロッキングフィルタを用いた動画像符号化装置において発生していた、フィルタ処理前後でブロック毎の平均画素値が保存されないことに起因する画面のボケやチラツキを有効に防止することができるという更なる効果を奏する。
本発明の動画像符号化装置においては、予測画像を生成する予測画像生成手段と、局所復号画像に対し、上記フィルタ処理の逆変換に相当する逆フィルタ処理を行う逆フィルタ処理手段とを更に備え、上記予測画像生成手段は、上記逆フィルタ処理が施された局所復号画像を参照画像として上記予測画像を生成すること、が好ましい。
上記の構成によれば、予測画像生成手段は、上記逆フィルタ処理が施された局所復号画像を参照画像として予測画像を生成することができる。すなわち、予測画像生成手段は、ブロック歪が低減され、かつ、特定の周波数成分が欠落することのない参照画像、すなわち、原画像に近似する参照画像に基づいて予測画像を生成することができるという効果を奏する。
なお、上記予測画像生成手段が予測画像を生成する方法としては、フレーム内予測、あるいは、フレーム間予測等を用いることができる。また、上記予測画像生成手段は、これらの予測方法を、符号化の対象となる画像の状態に応じて適宜切り替えて用いるものであっても良い。
なお、上記逆フィルタ処理手段が施す逆フィルタ処理は、上記フィルタ処理手段のフィルタ処理に対し、厳密な逆変換に相当するものであっても良いし、近似的な逆変換に相当するものであっても良い。すなわち、上記逆フィルタ処理は、最終的な動画像の品質に悪影響を与えない範囲で厳密な逆変換を近似するものであれば十分であり、例えば、フィルタ処理演算の演算精度(例えば整数精度)程度の誤差は許容される。
本発明の動画像符号化装置においては、上記量子化の対象となる量子化対象画像は、上記予測画像と上記フィルタ処理が施された原画像との差分画像であり、上記局所復号画像は、当該動画像符号化装置において上記量子化代表値を逆量子化して得られた画像データと上記予測画像の画像データとを加算して得られる画像である、ことが好ましい。
上記構成によれば、原画像が上記フィルタ処理の処理対象画像となり、上記フィルタ処理が施された原画像と予測画像との差分画像が量子化対象画像となる。そして、当該量子化対象画像を量子化して得られた量子化代表値を逆量子化して得られる画像データと上記予測画像の画像データとを加算して得られる局所復号画像が上記逆フィルタ処理の対象となり、上記逆フィルタ処理を施された局所復号画像が予測画像を生成するための参照画像とされる。従って、上記構成によれば、予測画像生成手段は、原画像をより良く近似する参照画像に基づいて予測画像を生成することができる。
本発明の動画像符号化装置においては、上記量子化の対象となる量子化対象画像は、上記予測画像と原画像との差分画像に上記フィルタ処理が施されたものであり、上記局所復号画像は、当該動画像符号化装置において上記量子化代表値を逆量子化して得られた画像データと上記予測画像の画像データとを加算して得られる画像であること、が好ましい。
上記構成によれば、予測画像と原画像との差分画像が上記フィルタ処理の対象となり、フィルタ処理が施された当該差分画像が量子化の対象となる。一方、当該量子化対象画像を量子化して得られた量子化代表値を逆量子化して得られる画像データと上記予測画像の画像データとを加算して得られる局所復号画像が上記逆フィルタ処理の対象となり、上記逆フィルタ処理を施された局所復号画像が予測画像を生成するための参照画像とされる。従って、上記構成によれば、予測画像生成手段は、原画像をより良く近似する参照画像に基づいて予測画像を生成することができる。
本発明の動画像符号化装置においては、上記フィルタ処理手段は、上記フィルタ処理の対象となる処理対象画像の画像データから減算する画素値を、上記予測画像の画像データから算出するものであり、上記逆フィルタ処理手段は、上記逆フィルタ処理の対象となる処理対象画像の画像データに加算する画素値を、上記フィルタ処理手段と同一の方法で上記予測画像の画像データから算出するものである、ことが好ましい。
上記の構成によれば、上記フィルタ処理手段が処理対象画像の画像データから減算する画素値と、上記逆フィルタ処理手段が処理対象画像の画像データに加算する画素値とは、同一の予測画像から同一の方法により算出される。従って、上記フィルタ処理手段が処理対象画像から除去したブロック歪を発生させる周波数成分を、上記逆フィルタ処理手段はより完全に復元できる。
本発明に係る動画像復号装置は、上記の課題を解決するために、ブロック歪を発生させる周波数成分が除去された画像データを符号化して得られた符号化データを復号する動画像復号装置であって、復号して得られた復号画像の画像データに対し、上記除去された周波数成分を復元する逆フィルタ処理を施す逆フィルタ処理手段を備えたことを特徴としている。
上記動画像復号装置は、ブロック歪を発生させる周波数成分が予め除去された画像データを符号化して得られた符号化データを復号する。ここで、符号化データは、予めブロック歪を発生させる周波数成分が除去されたものであるので、復号して得られる復号画像におけるブロック歪は抑えられている。そして、復号して得られた復号画像は、上記逆フィルタ処理手段により、符号化の過程で除去された周波数成分を復元される。従って、上記逆フィルタ処理を復号画像は、ブロック歪が低減され、かつ、特定の周波数成分が欠落することのない画像、すなわち原画像をより良く近似する画像となる。
すなわち、上記の構成を有する動画像符号化装置は、ブロック歪が低減された復号画像を、特定の周波数成分を欠落させることなく復元することができるという効果を奏する。
本発明は、動画像を符号化して記憶する動画像記憶装置、動画像を符号化して送信する動画像送信装置、あるいは、動画像を復号して再生する動画像再生装置等として好適に利用することができる。具体的には、例えば、ハードディスクレコーダや携帯電話端末など対して、好適に利用することができる。
300 動画像符号化装置
400 動画像復号装置
1 DCT部
2 量子化部
3 可変長符号化部
4 逆量子化部
5 IDCT部
7 フレームメモリ
8 イントラ予測部
9 インター予測部
10 符号化制御部
11 フィルタ処理部(フィルタ処理手段)
12 逆フィルタ処理部(逆フィルタ処理手段)
300a、300b 動画像符号化装置
400a、400b 動画像復号装置
400 動画像復号装置
1 DCT部
2 量子化部
3 可変長符号化部
4 逆量子化部
5 IDCT部
7 フレームメモリ
8 イントラ予測部
9 インター予測部
10 符号化制御部
11 フィルタ処理部(フィルタ処理手段)
12 逆フィルタ処理部(逆フィルタ処理手段)
300a、300b 動画像符号化装置
400a、400b 動画像復号装置
Claims (5)
- 予測画像を生成する予測画像生成手段と、
処理対象画像に対してフィルタ処理を施すフィルタ処理手段とを備え、
上記フィルタ処理手段は、出力画像における各画素の画素値を、該画素が属するブロックを対象ブロックとして、上記予測画像において該対象ブロックに属する画素の画素値、及び、上記予測画像において該対象ブロックに隣接する隣接ブロックに属する画素の画素値を参照して算出する、ことを特徴とするフィルタ装置。 - 上記フィルタ処理手段は、ブロック歪を発生させる周波数成分を上記処理対象画像から除去するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ装置。 - 上記処理対象画像は、原画像から上記予測画像を減算して得られる差分画像である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のフィルタ装置。 - 上記フィルタ処理手段は、除去されたブロック歪を発生させる周波数成分を上記処理対象画像に付加するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のフィルタ装置。 - 上記処理対象画像は、復号画像を得るために上記予測画像に加算される差分画像である、ことを特徴とする請求項1又は4に記載のフィルタ装置。
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