JP2013518463A - サンプリングベースの超解像度ビデオ符号化および復号化方法並びに装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2010年1月22日出願の米国仮出願第61/297,320号明細書の利益を主張し、その全体を参照により本明細書に組み込む。
サンプリングベースSRの中心思想は、図4A〜図4Dおよび図5A〜図5Dに示される。図4A〜図4Dを参照すると、サンプリングベースの超解像度化方法の前処理段階に関係するデータおよびステップは、全体として参照番号400によって示される。特に、図4Aは、高解像度(HR)フレーム410の入力セットを示す。図4Bは、参照フレームに対する動き変換Θt1の推定420を示す。図4Cは、参照フレーム座標における超解像度充填率に基づくサンプリンググリッドStの推定430を示す(Iは恒等変換(identity transformation)を指すことに留意されたい)。図4Dは、ダウンサンプリングされた低解像度(LR)フレームおよび対応するメタデータ440を示す。
前処理段階では、入力高解像度ビデオは、最初に連続フレームのセットに分割される。次に、各セットは別々に処理される。一般的に、各セットのM2フレームを選ぶが、ここで、Mはダウンサンプリングファクタ、即ち高解像度と低解像度のフレーム寸法の比である。この根拠は、高解像度フレームが低解像度フレームのM2倍の数のピクセルを含み、したがって、高解像度フレームと同じサイズの超解像度モザイクを構築するのにM2のLRフレームを得るべきであることである。
例証目的のため、以下、所与のセットの参照フレームに対するセットの各フレームHt間の動きを推定する1つの手法について考察する(図4B)。一般性を失うことなく、参照フレームはH1であることが考えられる。フレーム間で全体の動きのみがあるものと考えることによって、問題を単純化することとする。換言すれば、任意の2つのフレーム間でのピクセルの動きは、いくつかのパラメータを用いて全体の変換によって説明できるものと考える。全体の変換の例としては、並進、回転、アフィンワープ、射影変換などが挙げられる。
各高解像度フレームHtに対して、フレームをダウンサンプリングし低解像度版Ltを作成するため、サンプリンググリッドStを選択しなければならない。サンプリンググリッドは、得られ、対応する低解像度フレームに入れられる、高解像度フレーム中のピクセルを示す。図7A〜図7Fを参照すると、HR高解像度(HR)フレームの低解像度(LR)へのダウンサンプリングに使用されるサンプリンググリッドの例は、全体として参照番号700によって示される。さらに詳細には、図7Aは、高解像度フレーム中のピクセル710を示す。図7Bは、ダウンサンプリングファクタ2を有する4つの均一なサンプリンググリッド720を示す。記号「○」は第1のサンプリンググリッドg1を、記号「+」は第2のサンプリンググリッドg2を、記号「×」は第3のサンプリンググリッドg3を、記号「△」は第4のサンプリンググリッドg4を示す。図7Cは、第1のサンプリンググリッドg1から得られる低解像度フレーム730を示す。図7Dは、第2のグリッドg2から得られる低解像度フレーム740を示す。図7Eは、第3のグリッドg3から得られる低解像度フレーム750を示す。図7Fは、第4のグリッドg4から得られる低解像度フレーム460を示す。
グリッド選択プロセスの後、各高解像度フレームHtは対応するサンプリンググリッドStを有する。Stの性質に応じて、Htは次のように低解像度フレームLtにダウンサンプリングされる。
後処理段階では、復号化低解像度フレームおよびメタデータを使用して、対応する高解像度フレームを復元する(超解像度化(SR)として知られるプロセス)。図10を参照すると、サンプリングベースの超解像度化方法の後処理段階に関係する例示的な方法は、全体として参照番号1000によって示される。方法1000は、機能ブロック1010に制御を渡す開始ブロック1005を含む。機能ブロック1010は、デコーダから低解像度ビデオフレームt=1、…、Nを入力し、機能ブロック1015に制御を渡す。機能ブロック1015は、各低解像度フレームから有効ピクセルを超解像度モザイク座標に変換し、機能ブロック1020に制御を渡す。機能ブロック1020は、整数ピクセル位置で値を補間することによって超解像度モザイクを作成し、機能ブロック1025に制御を渡す。機能ブロック1025は、超解像度モザイクを高解像度フレーム座標に逆変換することによって各高解像度フレームを復元し、機能ブロック1030に制御を渡す。機能ブロック1030は、高解像度フレームt=1、…、Nを復元し、終了ブロック1099に制御を渡す。機能ブロック1035は、サンプリンググリッドインデックスを機能ブロック1015で使用するために供給する。機能ブロック1040は、動きパラメータ(メタデータ)を機能ブロック1015および1025で使用するために供給する。
このステップでは、高解像度超高解像度モザイクイメージ
次に、各高解像度フレーム
これまでは、フレーム間の動きは全体の動きモデルによって完全に説明される、即ちすべてのピクセルがこの動きモデルに忠実であるものと仮定してきた。ここで、前景オブジェクトを扱うための戦略を提示する。前景オブジェクトは、フレーム間の全体の動きを追随しないオブジェクト(または領域)として定義される。換言すれば、これらのオブジェクトは、フレーム間の全体の動きとは異なる動きを有する。図11A〜図11Bを参照すると、2つのフレーム(フレーム1およびフレームt)間の前景オブジェクトの動きは、全体として参照番号1100によって示される。サンプリングベースの超解像度化プロセスでのアーチファクトを回避するため、前景オブジェクトを見つけ、手順の特定のステップ中にこの知見を使用することが重要である。前景は、バイナリマスクFtによって表されてもよく、ここで、Ft=1は前景ピクセルを示し、Ft=0は背景ピクセルを示す。
独立して動いている領域を有するフレームからクリーンで信頼性のある前景マスクを抽出するのは困難な課題である。ピクセル値のノイズを伴う全体の動き推定におけるエラーはプロセスを複雑にする。さらに、前景情報をメタデータとして簡潔に表しデコーダに送信するという問題もある。
Claims (41)
- 高解像度画像を受け取り、そこから低解像度画像およびメタデータを生成するダウンサンプラおよびメタデータ生成器であって、前記メタデータは、前記低解像度画像および前記メタデータの復号化後の後処理をガイドするためのものである、ダウンサンプラおよびメタデータ生成器(151)と、
前記低解像度画像および前記メタデータを符号化する少なくとも1つのエンコーダ(152)と
を備えることを特徴とする装置。 - 前記メタデータは動き変換情報およびサンプリンググリッド情報を含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記動き変換情報は、前記高解像度画像の2つ以上の間の全体の動きに関係する全体の動き変換情報を含むことを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記サンプリンググリッド情報は、ダウンサンプリングによって前記高解像度画像から前記低解像度画像を生成するのに使用される、複数のダウンサンプリンググリッドのそれぞれ1つを示すサンプリンググリッドインデックスを含むことを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記高解像度画像は、少なくとも1つの参照画像および1つまたは複数の非参照画像を含み、前記ダウンサンプラおよびメタデータ生成器(151)は、参照画像から前記1つまたは複数の非参照画像それぞれへの動きを推定し、前記動き情報に基づいて前記高解像度画像をダウンサンプリングするのに使用するため、複数の候補ダウンサンプリンググリッドから1つまたは複数のダウンサンプリンググリッドを選択し、前記1つまたは複数のダウンサンプリンググリッドを使用して前記高解像度画像をダウンサンプリングすることによって、前記低解像度画像を生成することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記1つまたは複数のダウンサンプリンググリッドを使用してダウンサンプリングされたとき、前記高解像度画像それぞれが前記低解像度画像の前記復号化後の後処理のための補助ピクセル情報を供給するように、前記1つまたは複数のダウンサンプリンググリッドが前記動き情報に基づいて選択されることを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記グリッドが、前記1つまたは複数のダウンサンプリンググリッドの特定の1つを使用して生成される超解像度画像における以前の未充填ピクセルの数を示す充填率に基づいてさらに選択され、前記超解像度画像は、前記低解像度画像および前記メタデータの前記復号化後の後処理によって供給される出力に対応することを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記グリッドは歪み尺度に基づいてさらに選択されることを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記複数のダウンサンプリンググリッドの異なるものが、前記高解像度画像の少なくとも1つの特定のものの異なる部分をダウンサンプリングするのに使用されることを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記高解像度画像それぞれに対して個々のバイナリマスクが構築され、前記バイナリマスクは前記高解像度画像の前景ピクセルの個々の位置を示すことを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 高解像度画像を受け取り(610)、そこから低解像度画像およびメタデータを生成する(625、110)ステップであって、前記メタデータは、前記低解像度画像および前記メタデータの復号化後の後処理をガイドするためのものであるステップと、
少なくとも1つのエンコーダを使用して前記低解像度画像および前記メタデータを符号化する(115)ステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記メタデータは動き変換情報およびサンプリンググリッド情報を含む(615、620)ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記動き変換情報は、前記高解像度画像の2つ以上の間の全体の動きに関係する全体の動き変換情報を含む(615)ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記サンプリンググリッド情報は、ダウンサンプリングによって前記高解像度画像から前記低解像度画像を生成するのに使用される、複数のダウンサンプリンググリッドのそれぞれ1つを示すサンプリンググリッドインデックスを含む(620)ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記高解像度画像は、少なくとも1つの参照画像および1つまたは複数の非参照画像を含み、前記ダウンサンプラおよびメタデータ生成器は、参照画像から前記1つまたは複数の非参照画像それぞれへの動きを推定し(615)、前記動き情報に基づいて前記高解像度画像をダウンサンプリングするのに使用するため、複数の候補ダウンサンプリンググリッドから1つまたは複数のダウンサンプリンググリッドを選択し(620)、前記1つまたは複数のダウンサンプリンググリッドを使用して前記高解像度画像をダウンサンプリングする(625)ことによって、前記低解像度画像を生成することを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記1つまたは複数のダウンサンプリンググリッドを使用してダウンサンプリングされたとき、前記高解像度画像それぞれが前記低解像度画像の前記復号化後の後処理のための補助ピクセル情報を供給するように、前記1つまたは複数のダウンサンプリンググリッドが前記動き情報に基づいて選択されることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記グリッドが、前記1つまたは複数のダウンサンプリンググリッドの特定の1つを使用して生成される超解像度画像における以前の未充填ピクセルの数を示す充填率に基づいてさらに選択され、前記超解像度画像は、前記低解像度画像および前記メタデータの前記復号化後の後処理によって供給される出力に対応することを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記グリッドは歪み尺度に基づいてさらに選択されることを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記複数のダウンサンプリンググリッドの異なるものが、前記高解像度画像の少なくとも1つの特定のものの異なる部分をダウンサンプリングするのに使用されることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記高解像度画像それぞれに対して個々のバイナリマスクが構築され、前記バイナリマスクが前記高解像度画像の前景ピクセルの個々の位置を示すことを特徴とする請求項15に記載の方法。
- ビットストリームを受け取り、そこから低解像度画像およびメタデータを復号化するデコーダ(153)と、
前記低解像度画像および前記メタデータを使用して、前記低解像度画像にそれぞれ対応する高解像度画像を復元する超解像度化ポストプロセッサ(154)と
を備えることを特徴とする装置。 - 前記メタデータは動き変換情報およびサンプリンググリッド情報を含むことを特徴とする請求項21に記載の装置。
- 前記動き変換情報は、前記高解像度画像の2つ以上の間の全体の動きに関係する全体の動き変換情報を含むことを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 前記サンプリンググリッド情報は、ダウンサンプリングによって前記高解像度画像から前記低解像度画像を生成するのに使用される、複数のダウンサンプリンググリッドのそれぞれ1つを示すサンプリンググリッドインデックスを含むことを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 前記超解像度化ポストプロセッサ(154)は、前記メタデータおよび前記低解像度画像から高解像度モザイクを作成し、前記低解像度画像、前記メタデータ、および前記高解像度モザイクを使用して前記高解像度画像を復元することを特徴とする請求項21に記載の装置。
- 前記高解像度モザイクは、前記低解像度画像における周囲の同位置ピクセルのピクセル値から、前記高解像度モザイクのピクセル位置でピクセル値を補間することによって作成されることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記超解像度化ポストプロセッサ(154)は、前記高解像度モザイクのピクセルそれぞれの妥当性の尺度を含む妥当性マップを生成することを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記高解像度モザイクの前記ピクセルの所与の1つに対する前記妥当性の尺度が、前記ピクセルの前記所与の1つの周りの近隣にあるサンプルに基づいて演算され、前記ピクセルの前記所与の1つは、前記ピクセルの前記所与の1つに対して演算された前記妥当性の尺度が閾値を上回る場合のみ、前記高解像度画像の復元に使用するのに容認可能なものとして指定されることを特徴とする請求項27に記載の装置。
- 前記高解像度画像の所与の1つは、前記低解像度画像の対応する1つにおける周囲の同位置ピクセル、前記高解像度モザイクの周囲の同位置ピクセル、および前記低解像度画像の少なくとも別の1つにおける周囲の同位置ピクセルの少なくとも1つのピクセル値から、前記高解像度画像の前記所与の1つのピクセル位置でピクセル値を補間することによって復元され、前記高解像度モザイクの前記周囲の同位置ピクセルからの前記補間は、前記高解像度画像の前記所与の1つと前記高解像度モザイクとの間のピクセルの動き変換を伴い、前記低解像度画像の前記少なくとも別の1つにおける前記周囲の同位置ピクセルからの前記補間は、前記高解像度画像の前記所与の1つと前記低解像度画像の前記少なくとも別の1つとの間のピクセルの動き変換を伴うことを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記高解像度画像の特定の1つの前景ピクセルが、前記低解像度画像における周囲の同位置ピクセルから補間することによって復元されることを特徴とする請求項21に記載の装置。
- ビットストリームを受け取り、そこからデコーダを使用して低解像度画像およびメタデータを復号化する(1010)ステップと、
前記低解像度画像および前記メタデータを使用して、前記低解像度画像にそれぞれ対応する高解像度画像を復元する(1025)ステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記メタデータは動き変換情報およびサンプリンググリッド情報を含むことを特徴とする請求項31に記載の方法。
- 前記動き変換情報は、前記高解像度画像の2つ以上の間の全体の動きに関係する全体の動き変換情報を含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。
- 前記サンプリンググリッド情報は、ダウンサンプリングによって前記高解像度画像から前記低解像度画像を生成するのに使用される、複数のダウンサンプリンググリッドのそれぞれ1つを示すサンプリンググリッドインデックスを含むことを特徴とする請求項32に記載の方法。
- 前記メタデータおよび前記低解像度画像から高解像度モザイクを作成する(1020)ステップをさらに含み、前記復元するステップが、前記低解像度画像、前記メタデータ、および前記高解像度モザイクを使用して前記高解像度画像を復元することを特徴とする請求項31に記載の方法。
- 前記高解像度モザイクは、前記低解像度画像における周囲の同位置ピクセルのピクセル値から、前記高解像度モザイクのピクセル位置でピクセル値を補間する(1020)ことによって作成されることを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 前記高解像度モザイクのピクセルそれぞれの妥当性の尺度を含む妥当性マップを生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 前記高解像度モザイクの前記ピクセルの所与の1つに対する前記妥当性の尺度が、前記ピクセルの前記所与の1つの周りの近隣にあるサンプルに基づいて演算され、前記ピクセルの前記所与の1つは、前記ピクセルの前記所与の1つに対して演算された前記妥当性の尺度が閾値を上回る場合のみ、前記高解像度画像の復元に使用するのに容認可能なものとして指定されることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記高解像度画像の所与の1つは、前記低解像度画像の対応する1つにおける周囲の同位置ピクセル、前記高解像度モザイクの周囲の同位置ピクセル、および前記低解像度画像の少なくとも別の1つにおける周囲の同位置ピクセルの少なくとも1つのピクセル値から、前記高解像度画像の前記所与の1つのピクセル位置でピクセル値を補間することによって復元され、前記高解像度モザイクの前記周囲の同位置ピクセルからの前記補間は、前記高解像度画像の前記所与の1つと前記高解像度モザイクとの間のピクセルの動き変換を伴い、前記低解像度画像の前記少なくとも別の1つにおける前記周囲の同位置ピクセルからの前記補間は、前記高解像度画像の前記所与の1つと前記低解像度画像の前記少なくとも別の1つとの間のピクセルの動き変換を伴うことを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 前記高解像度画像の特定の1つの前景ピクセルが、前記低解像度画像における周囲の同位置ピクセルから補間することによって復元されることを特徴とする請求項31に記載の装置。
- 高解像度画像から生成される符号化された低解像度画像および前記高解像度画像から生成されるメタデータを備え、前記メタデータは、前記低解像度画像および前記メタデータの復号化後の後処理をガイドするためのものであることを特徴とする符号化されたビデオ信号データを有するコンピュータ可読記憶媒体。
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