JP2016115983A - Size determination method, size determination device and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高効率動画像圧縮符号化規格であるHEVCに準拠した符号化器(エンコーダ)に用いるサイズ判定方法、サイズ判定装置及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a size determination method, a size determination apparatus, and a computer program used in an encoder (encoder) compliant with HEVC, which is a high-efficiency video compression encoding standard.
次世代の動画圧縮規格として注目されているHEVCをハードウェア化する難しさは、HEVCの特徴である“木構造予測”と“複数の予測モード”に起因する。変換量子化演算器についてのハードウェア実装の難しさの原因として、TU(Transform Unit)の処理の複雑さがあるが、この問題を解決するためにTUサイズを事前に決定する方法がある。TUサイズとは、変換量子化が行われるブロックのサイズを表す。
非特許文献1では、ガウシアンモデルに基づいて算出された閾値と、ブロックのSAD(差分絶対値和)とを比較することにより、TUサイズを判定する手法が提案されている。非特許文献1に記載された技術では、ブロックをLブロック(Leaderブロック)、Mブロック(Memberブロック)、TWブロック(Temporary Workerブロック)のいずれであるかの判定が行われる。
The difficulty in hardwareizing HEVC, which is attracting attention as the next-generation video compression standard, is due to “tree structure prediction” and “multiple prediction modes”, which are features of HEVC. The cause of the difficulty in hardware implementation of the transform quantization arithmetic unit is the complexity of TU (Transform Unit) processing. In order to solve this problem, there is a method of determining the TU size in advance. The TU size represents the size of a block on which transform quantization is performed.
Non-Patent
ここで、Lブロックとは、オールゼロブロックと判定されるブロックを意味し、変換・量子化行列をすべて直接0に設定し、変換量子化演算処理をスキップできるブロックである。Mブロックとは、変換・量子化サイズが決定された状態で、変換・量子化演算を行うブロックを意味し、Mブロック(2N×2N)では、変換量子化サイズを2N×2Nに決定した状態で変換・量子化演算を行い、N×Nや(N/2)×(N/2)の変換・量子化ブロックの演算はスキップできる。TWブロックとは、現在のサイズ及び現在よりも小さなサイズ(すなわち、2N×2N、N×N、(N/2)×(N/2)の3サイズ)について、変換量子化演算を再帰的に実施するブロックを意味し、従来の変換量子化演算における再帰的な決定手法と同一のもので変換量子化されるブロックである。 Here, the L block means a block that is determined to be an all-zero block, and is a block that can directly set the transform / quantization matrix to 0 and skip the transform quantization processing. The M block means a block that performs transformation / quantization calculation in a state where the transformation / quantization size is determined. In the M block (2N × 2N), the transformation quantization size is determined to be 2N × 2N. The conversion / quantization operation can be performed in step S1, and the operation of the N × N or (N / 2) × (N / 2) conversion / quantization block can be skipped. A TW block is a recursive quantization operation for the current size and a smaller size than the current size (ie, 3 sizes of 2N × 2N, N × N, (N / 2) × (N / 2)). This means a block to be implemented, and is a block that is transform quantized with the same recursive determination method in the conventional transform quantization operation.
(TWブロック及びLブロックにおける問題)
しかし、リアルタイムの処理が必要となるハードウェア符号化器においては、従来の再帰的な決定手法でTWブロックの処理を実施することは、演算量及びリアルタイム性の観点で非常に困難である。そのため、TWブロックを取り除いたTUサイズ判定手法が必要となる。さらには、変換量子化演算をスキップして演算量を削減する目的で設けられたLブロックは、ソフトウェア符号化器では処理時間の削減に有効であるが、ハードウェア符号化器の場合には有効性が小さい。なぜなら、ハードウェア符号化器は、リアルタイム処理可能な変換量子化演算器を具備していることが一般的であるから、Lブロックと判定しても変換量子化演算器の動作を停止することができるのみであり、これによって消費電力を低減する効果はあるものの、変換量子化器の回路そのものを取り除くことはできないから回路規模の削減には寄与しない。むしろ、変換量子化演算器を動作させて正確な変換量子化演算を行うほうが、変換量子化演算をスキップするよりも符号化効率への寄与が高いと考えられるためLブロックの判定も取り除くことが適当である。
(Problems in TW block and L block)
However, in a hardware encoder that requires real-time processing, it is very difficult to perform processing of the TW block by the conventional recursive determination method from the viewpoint of the calculation amount and real-time property. Therefore, a TU size determination method from which the TW block is removed is necessary. Furthermore, the L block provided for the purpose of reducing the amount of calculation by skipping the transform quantization operation is effective in reducing the processing time in the software encoder, but effective in the case of the hardware encoder. The nature is small. This is because the hardware encoder generally includes a transform quantization computing unit capable of real-time processing, and therefore the operation of the transform quantization computing unit may be stopped even if it is determined as an L block. Although this can only be done, and this has the effect of reducing power consumption, it does not contribute to the reduction of the circuit scale because the circuit itself of the transform quantizer cannot be removed. Rather, it is considered that the operation of the transform quantization arithmetic unit to perform the accurate transform quantization operation contributes to the coding efficiency more than the skip of the transform quantization operation, and therefore the determination of the L block may be removed. Is appropriate.
(TWブロックと判定する機構及びLブロックと判定する機構を除く構成)
したがって、非特許文献1に基づく変換量子化演算器をTWブロック及びLブロックと判定する機構を取り除いたハードウェアにおけるエンコード処理の流れは図9のようになる。図9は、TWブロックと判定する機構及びLブロックと判定する機構を取り除いた変換量子化演算器の具体例を示す図である。
図9における変換量子化演算器は、インター予測部1、TUサイズ判定モジュール2、予測TUサイズの整数変換量子化部3、エントロピー符号化部4から構成される。ここで、TUサイズ判定モジュール2が行う判定処理について説明する。
(Configuration excluding the mechanism for determining the TW block and the mechanism for determining the L block)
Therefore, the flow of the encoding process in hardware without the mechanism for determining the transform quantization arithmetic unit based on
9 includes an
2N×2NのSAD値の入力に対して、TUサイズ判定モジュール2が行うTUサイズ判定処理は、主に2つのステップからなる。まずステップ1として、2N×2NのSADは、対応する2N×2N用の閾値と比較される。もし、入力されたSAD値が閾値よりも小さければ、上述したようにTUブロックサイズは2N×2Nに決定される。一方、入力されたSAD値が閾値よりも大きければ、入力された2N×2Nブロックは2N×2Nブロックを構成する4つのN×Nブロックに分割される。
The TU size determination process performed by the TU
次に、ステップ2において、それぞれのN×Nブロックについて、N×NSADが、対応するN×N用の閾値と比較される。もし、入力されたSAD値が閾値よりも小さければ、TUブロックサイズはN×Nに決定される。一方、入力されたSAD値が閾値よりも大きければ、入力されたN×NブロックはN×Nブロックを構成する4つのN/2×N/2ブロックに分割される。各種の閾値は、非特許文献1で導出されている閾値と同様である。以下、上述した判定処理の流れを図10に示す。図10は、TUサイズ判定モジュール2の処理の流れを示すフローチャートである。以下、図10を用いて具体的に説明する。なお、ここでは、最も大きな変換量子化サイズを2N×2N(Nは自然数)として、N×Nと(N/2)×(N/2)の合計3サイズが選択可能という条件で説明する。
Next, in
予測符号化後、符号化対象画像と予測画像との残差rij及びそのSAD(差分絶対値和)の値が、コーディングユニット(CU)単位にTUサイズ判定モジュール2に入力される。TUサイズ判定モジュール2は、図10に示すフローに従ってTUブロックサイズを判定する。例えば、TUサイズ判定モジュール2は、TUブロックサイズが、2N×2Nブロックであるのか、N×Nブロックであるのか、N/2×N/2ブロックであるのかを判定する。
After predictive coding, the residual r ij between the encoding target image and the predicted image and the value of the SAD (difference absolute value sum) are input to the TU
まず、TUサイズ判定モジュール2は、インター予測部1から残差rij、そのSAD及び外部からQP値を入力する。TUサイズ判定モジュール2は、現在入力されている残差のサイズ(変換量子化サイズと同じ)におけるSAD2N×2Nの値と、ガウシアンモデルに基づいて算出された閾値TH2N×2N[QP]とを比較してSAD2N×2Nが閾値TH2N×2N[QP]よりも小さいか否か判定する(ステップS1)。SAD2N×2Nが閾値TH2N×2N[QP]よりも小さい場合(ステップS1−YES)、TUサイズ判定モジュール2は現在の残差ブロック(2N×2N)は2N×2Nの変換量子化サイズと判定する。
First, the TU
一方、SAD2N×2Nが閾値TH2N×2N[QP]よりも小さくない場合(ステップS1−NO)、TUサイズ判定モジュール2は現在の残差ブロック(2N×2N)を構成している4つのN×Nブロックそれぞれ(SADN×N[0]、SADN×N[1]、SADN×N[2]、SADN×N[3])について、SAD(N×N)の値と、対応する閾値THN×N[QP]とを比較する。具体的には、まず、TUサイズ判定モジュール2は、SADN×N[0]の値が閾値THN×N[QP]より小さいか否か判定する(ステップS2)。
On the other hand, if the SAD 2N × 2N is not smaller than the threshold TH 2N × 2N [QP] (step S1-NO), the TU
SADN×N[0]の値が閾値THN×N[QP]より小さい場合(ステップS2−YES)、TUサイズ判定モジュール2は現在の残差ブロック(N×N)はN×Nの変換量子化サイズと判定する。
一方、SADN×N[0]の値が閾値THN×N[QP]より小さくない場合(ステップS2−NO)、TUサイズ判定モジュール2は現在の残差ブロック(N×N)はN/2×N/2の変換量子化サイズと判定する。
その後、TUサイズ判定モジュール2は、上述したようステップS2と同様の処理をSADN×N[1]〜SADN×N[3]に対して行うことによって変換量子化サイズを判定する(ステップS3〜5)。
When the value of SAD N × N [0] is smaller than the threshold TH N × N [QP] (step S2-YES), the TU
On the other hand, if the value of SAD N × N [0] is not smaller than the threshold TH N × N [QP] (step S2-NO), the TU
Thereafter, the TU
TUブロックサイズが判定されたCUについては、決定したTUサイズである予測TUサイズに基づき、予測TUサイズの整数変換量子化部3において、残差rijが変換量子化される。
以上の処理結果は、エントロピー符号化部4においてエントロピー符号化され、出力ビットストリームとして出力される。
For the CU for which the TU block size is determined, the residual r ij is transform-quantized in the integer
The above processing results are entropy encoded by the
上記TWブロック及びLブロックにおける問題の段落で説明したように、非特許文献1で示す手順に基づいてTWブロックと判定されるようなCUについては、現在のサイズ及び現在よりも小さなサイズ(例えば、2N×2N、N×N、(N/2)×(N/2)の3サイズ)について、変換量子化演算を再帰的に実施するため、多くの冗長な演算が存在する。また、変換量子化演算を再帰的に実現することがハード化の障害となる。
As described in the problem section of the TW block and the L block, a CU that is determined to be a TW block based on the procedure shown in
しかしながら、上記TWブロックと判定する機構及びLブロックと判定する機構を除く構成に関する段落で説明したように、TWブロックの判定を取り除くのみでは過分割によって符号量が増加してしまい、符号化性能が劣化してしまうという問題がある。TWブロックの判定を取り除くことにより、いったん分割が決定したブロックについては、分割を取り消す手順が存在しない。そのため、分割によって発生したより小さなブロックを個々に判定した結果、分割の効果がないと判明した場合であっても、分割前の元のサイズに戻すことができないためである。 However, as described in the paragraph regarding the configuration excluding the mechanism for determining the TW block and the mechanism for determining the L block, the code amount increases due to overdivision only by removing the determination of the TW block, and the encoding performance is reduced. There is a problem of deterioration. By removing the determination of the TW block, there is no procedure for canceling the division for the block once determined to be divided. For this reason, even when it is determined that there is no division effect as a result of individually determining smaller blocks generated by the division, the original size before the division cannot be restored.
上記事情に鑑み、本発明は、符号量の増加を抑止し、符号化性能の劣化を低減させる技術の提供を目的としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique for suppressing an increase in the amount of codes and reducing deterioration in coding performance.
本発明の一態様は、動画像符号化対象である所定のサイズのブロックを、前記所定のサイズを構成している複数の同じサイズのブロックに分割する分割ステップと、分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和と、所定の方法で計算された閾値との比較結果に基づいて前記所定のサイズのブロックにおいて変換量子化が行われるブロックのサイズを判定するサイズ判定ステップと、を有し、前記サイズ判定ステップにおいて、分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和の全て、もしくは事前に定めた個数以上の値が、前記閾値以上である場合に、分割後の前記ブロックにおいて前記変換量子化が行われるブロックのサイズを分割前のサイズと判定するサイズ判定方法である。 One aspect of the present invention is a division step of dividing a block of a predetermined size, which is a moving image encoding target, into a plurality of blocks of the same size constituting the predetermined size, and for each of the divided blocks A size determination step of determining a size of a block on which transform quantization is performed in the block of the predetermined size based on a comparison result between a sum of absolute differences and a threshold value calculated by a predetermined method, and In the size determination step, when all of the absolute difference sums for each of the divided blocks or a value equal to or greater than a predetermined number is equal to or greater than the threshold, the transform quantization is performed on the divided blocks. This is a size determination method for determining the size of a block to be determined as the size before division.
本発明の一態様は、動画像符号化対象である所定のサイズのブロックを、前記所定のサイズを構成している複数の同じサイズのブロックに分割する分割部と、分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和と、所定の方法で計算された閾値との比較結果に基づいて前記所定のサイズのブロックにおいて変換量子化が行われるブロックのサイズを判定するサイズ判定部と、を備え、前記サイズ判定部は、分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和の全て、もしくは事前に定めた個数以上の値が、前記閾値以上である場合に、分割後の前記ブロックにおいて前記変換量子化が行われるブロックのサイズを分割前のサイズと判定するサイズ判定装置である。 One aspect of the present invention is directed to a dividing unit that divides a block of a predetermined size, which is a moving image encoding target, into a plurality of blocks of the same size constituting the predetermined size, and each of the divided blocks A size determination unit that determines a size of a block on which transform quantization is performed in the block of the predetermined size based on a comparison result between a sum of absolute differences and a threshold value calculated by a predetermined method. The determination unit performs the transform quantization on the divided blocks when the sum of absolute differences for each of the divided blocks or a value equal to or greater than a predetermined number is equal to or greater than the threshold. This is a size determination device that determines the size of a block as the size before division.
本発明の一態様は、動画像符号化対象である所定のサイズのブロックを、前記所定のサイズを構成している複数の同じサイズのブロックに分割する分割ステップと、分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和と、所定の方法で計算された閾値との比較結果に基づいて前記所定のサイズのブロックにおいて変換量子化が行われるブロックのサイズを判定するサイズ判定ステップと、をコンピュータに実行させ、前記サイズ判定ステップにおいて、分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和の全て、もしくは事前に定めた個数以上の値が、前記閾値以上である場合に、分割後の前記ブロックにおいて前記変換量子化が行われるブロックのサイズを分割前のサイズと判定するコンピュータプログラムである。 One aspect of the present invention is a division step of dividing a block of a predetermined size, which is a moving image encoding target, into a plurality of blocks of the same size constituting the predetermined size, and for each of the divided blocks Causing the computer to execute a size determination step of determining a size of a block on which transform quantization is performed in the block of the predetermined size based on a comparison result between the sum of absolute differences and a threshold value calculated by a predetermined method. In the size determination step, when the sum of absolute differences for each of the divided blocks or a value equal to or greater than a predetermined number is equal to or greater than the threshold, the transform quantization is performed on the divided blocks. This is a computer program that determines the size of the block to be subjected to the size before division.
本発明により、符号量の増加を抑止し、符号化性能の劣化を低減させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress an increase in the amount of codes and reduce deterioration in coding performance.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による変換量子化装置を説明する。
図1は、本発明の一実施形態による変換量子化装置の構成を示すブロック図である。変換量子化装置は、図1に示すように、インター予測部101、TUサイズ判定部102、予測TUサイズの整数変換量子化部103及びエントロピー符号化部104を備える。
インター予測部101は、変換量子化装置に入力された動画像符号化対象の原画像に基づいてインター予測を行う。インター予測部101は、符号化対象画像と予測画像との残差rij及びそのSAD(差分絶対値和)をTUサイズ判定部102に出力する。
Hereinafter, a transform quantization apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a transform quantization apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the transform quantization apparatus includes an
The
TUサイズ判定部102は、インター予測部101から出力された残差rij及びSADに基づいて、変換量子化が行われるブロックのサイズを判定する。TUサイズ判定部102が行う処理については後述する。
予測TUサイズの整数変換量子化部103は、TUサイズ判定部102によって判定されたブロックのサイズに基づいて、当該ブロックのサイズで整数変換量子化を行う。
エントロピー符号化部104は、整数変換量子化が行われたブロックに対してエントロピー符号化を行って出力ビットストリームを出力する。
The TU
Based on the block size determined by the TU
The
図2は、TUサイズ判定部102が行うTUサイズ判定処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここでは、最も大きな変換量子化サイズを2N×2N(Nは自然数)として、N×Nと(N/2)×(N/2)の合計3サイズが選択可能という条件で説明する。変換量子化サイズ(N)、QP値(QP)、ビット深度(BitDepth)それぞれの閾値(THの値)テーブルは、図3、図4に示すように、事前に計算される(図3、図4はBitDepthが8の場合である)。図3、図4の計算方法は後述する。
まず、TUサイズ判定部102は、インター予測部101から残差rij、そのSAD及び外部からQP値を入力する。インター予測部101において、SADは、コーディングユニット(CU)それぞれについて動き推定を行って計算される。続いて、TUサイズ判定部102は、現在入力されている残差のサイズ(変換量子化サイズと同じ)におけるSAD2N×2Nの値と、対応する閾値TH2N×2N[QP]とを比較してSAD2N×2Nが閾値TH2N×2N[QP]よりも小さいか否か判定する(ステップS101)。
FIG. 2 is a flowchart illustrating the flow of the TU size determination process performed by the TU
First, the TU
SAD2N×2Nが閾値2N×2N[QP]よりも小さい場合(ステップS101−YES)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(2N×2N)は2N×2Nの変換量子化サイズと判定する。
一方、SAD2N×2Nが閾値2N×2N[QP]よりも小さくない場合(ステップS101−NO)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(2N×2N)を、現在の残差ブロック(2N×2N)を構成している4つのN×Nブロックに分割する。そして、TUサイズ判定部102は、分割した4つのN×Nブロックそれぞれ(SADN×N[0]、SADN×N[1]、SADN×N[2]、SADN×N[3])について、SAD(N×N)の値と、対応する閾値TH’N×N[QP]とを比較する(ステップS102)。そして、4つのN×Nブロック全てが閾値TH’N×N[QP]よりも大きい場合(ステップS102−YES)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(2N×2N)は2N×2Nの変換量子化サイズと判定する。
When SAD 2N × 2N is smaller than the threshold 2N × 2N [QP] (step S101—YES), the TU
On the other hand, when SAD 2N × 2N is not smaller than the threshold 2N × 2N [QP] (step S101—NO), the TU
一方、4つのN×Nブロックのいずれかが閾値TH’N×N[QP]よりも大きくない場合(ステップS102−NO)、次にTUサイズ判定部102は4つのN×Nブロックそれぞれ(SADN×N[0]、SADN×N[1]、SADN×N[2]、SADN×N[3])の値と、対応する閾値THN×N[QP]とを比較する。具体的には、TUサイズ判定部102は、SADN×N[0]の値と対応する閾値THN×N[QP]とを比較し、SADN×N[1]の値と対応する閾値THN×N[QP]とを比較し、SADN×N[2]の値と対応する閾値THN×N[QP]とを比較し、SADN×N[3]の値と対応する閾値THN×N[QP]とを比較する。以下、それぞれの処理について説明する。
On the other hand, when any of the four N × N blocks is not larger than the threshold value TH ′ N × N [QP] (step S102—NO), the TU
TUサイズ判定部102は、SADN×N[0]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さいか否か判定する(ステップS103)。SADN×N[0]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さい場合(ステップS103−YES)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN×Nの変換量子化サイズと判定する。
一方、SADN×N[0]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さくない場合(ステップS103−NO)、TUサイズ判定部102は残差ブロック(N×N)を、残差ブロック(N×N)を構成している4つのN/2×N/2ブロックに分割する。そして、TUサイズ判定部102は、分割した4つのN/2×N/2ブロックそれぞれ(SADN/2×N/2[0][0]、SADN/2×N/2[0][1]、SADN/2×N/2[0][2]、SADN/2×N/2[0][3])について、SAD(N/2×N/2)の値と、対応する閾値TH’N/2×N/2[QP]とを比較する(ステップS104)。
The TU
On the other hand, when the value of SAD N × N [0] is not smaller than the corresponding threshold value TH N × N [QP] (step S103—NO), the TU
そして、4つのN/2×N/2ブロック全てが閾値TH’N/2×N/2[QP]よりも大きい場合(ステップS104−YES)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN×Nの変換量子化サイズと判定する。
一方、4つのN/2×N/2ブロックのいずれかが閾値TH’ N/2×N/2[QP]よりも大きくない場合(ステップS104−NO)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN/2×N/2の変換量子化サイズと判定する。
When all four N / 2 × N / 2 blocks are larger than the threshold value TH ′ N / 2 × N / 2 [QP] (step S104—YES), the TU
On the other hand, if any of the four N / 2 × N / 2 blocks is not greater than the threshold value TH ′ N / 2 × N / 2 [QP] (step S104—NO), the TU
ステップS103及びステップS104の処理と同様の処理を、TUサイズ判定部102は、SADN×N[1]の値〜SADN×N[3]の値に対して行う。
具体的には、TUサイズ判定部102は、SADN×N[1]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さいか否か判定する(ステップS105)。SADN×N[1]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さい場合(ステップS105−YES)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN×Nの変換量子化サイズと判定する。
一方、SADN×N[1]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さくない場合(ステップS105−NO)、TUサイズ判定部102は残差ブロック(N×N)を、残差ブロック(N×N)を構成している4つのN/2×N/2ブロックに分割する。そして、TUサイズ判定部102は、分割した4つのN/2×N/2ブロックそれぞれ(SADN/2×N/2[0][0]、SADN/2×N/2[0][1]、SADN/2×N/2[0][2]、SADN/2×N/2[0][3])について、SAD(N/2×N/2)の値と、対応する閾値TH’N/2×N/2[QP]とを比較する(ステップS106)。
The TU
Specifically, the TU
On the other hand, when the value of SAD N × N [1] is not smaller than the corresponding threshold value TH N × N [QP] (step S105—NO), the TU
そして、4つのN/2×N/2ブロック全てが閾値TH’N/2×N/2[QP]よりも大きい場合(ステップS106−YES)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN×Nの変換量子化サイズと判定する。
一方、4つのN/2×N/2ブロックのいずれかが閾値TH’ N/2×N/2[QP]よりも大きくない場合(ステップS106−NO)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN/2×N/2の変換量子化サイズと判定する。
When all the four N / 2 × N / 2 blocks are larger than the threshold value TH ′ N / 2 × N / 2 [QP] (step S106—YES), the TU
On the other hand, if any one of the four N / 2 × N / 2 blocks is not larger than the threshold value TH ′ N / 2 × N / 2 [QP] (step S106—NO), the TU
また、TUサイズ判定部102は、SADN×N[2]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さいか否か判定する(ステップS107)。SADN×N[2]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さい場合(ステップS107−YES)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN×Nの変換量子化サイズと判定する。
一方、SADN×N[2]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さくない場合(ステップS107−NO)、TUサイズ判定部102は残差ブロック(N×N)を、残差ブロック(N×N)を構成している4つのN/2×N/2ブロックに分割する。そして、TUサイズ判定部102は、分割した4つのN/2×N/2ブロックそれぞれ(SADN/2×N/2[0][0]、SADN/2×N/2[0][1]、SADN/2×N/2[0][2]、SADN/2×N/2[0][3])について、SAD(N/2×N/2)の値と、対応する閾値TH’N/2×N/2[QP]とを比較する(ステップS108)。
Further, the TU
On the other hand, when the value of SAD N × N [2] is not smaller than the corresponding threshold value TH N × N [QP] (step S107—NO), the TU
そして、4つのN/2×N/2ブロック全てが閾値TH’N/2×N/2[QP]よりも大きい場合(ステップS108−YES)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN×Nの変換量子化サイズと判定する。
一方、4つのN/2×N/2ブロックのいずれかが閾値TH’ N/2×N/2[QP]よりも大きくない場合(ステップS108−NO)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN/2×N/2の変換量子化サイズと判定する。
When all the four N / 2 × N / 2 blocks are larger than the threshold value TH ′ N / 2 × N / 2 [QP] (step S108—YES), the TU
On the other hand, if any one of the four N / 2 × N / 2 blocks is not larger than the threshold value TH ′ N / 2 × N / 2 [QP] (step S108—NO), the TU
また、TUサイズ判定部102は、SADN×N[3]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さいか否か判定する(ステップS109)。SADN×N[3]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さい場合(ステップS109−YES)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN×Nの変換量子化サイズと判定する。
一方、SADN×N[3]の値が対応する閾値THN×N[QP]よりも小さくない場合(ステップS109−NO)、TUサイズ判定部102は残差ブロック(N×N)を、残差ブロック(N×N)を構成している4つのN/2×N/2ブロックに分割する。そして、TUサイズ判定部102は、分割した4つのN/2×N/2ブロックそれぞれ(SADN/2×N/2[0][0]、SADN/2×N/2[0][1]、SADN/2×N/2[0][2]、SADN/2×N/2[0][3])について、SAD(N/2×N/2)の値と、対応する閾値TH’N/2×N/2[QP]とを比較する(ステップS110)。
Further, the TU
On the other hand, when the value of SAD N × N [3] is not smaller than the corresponding threshold value TH N × N [QP] (step S109—NO), the TU
そして、4つのN/2×N/2ブロック全てが閾値TH’N/2×N/2[QP]よりも大きい場合(ステップS110−YES)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN×Nの変換量子化サイズと判定する。
一方、4つのN/2×N/2ブロックのいずれかが閾値TH’ N/2×N/2[QP]よりも大きくない場合(ステップS110−NO)、TUサイズ判定部102は現在の残差ブロック(N×N)はN/2×N/2の変換量子化サイズと判定する。
なお、閾値THと閾値TH’とは、通常はTH’>THであるが、後に示す評価のように、簡単化のため同一の値とすることもできる。
When all the four N / 2 × N / 2 blocks are larger than the threshold value TH ′ N / 2 × N / 2 [QP] (step S110—YES), the TU
On the other hand, if any of the four N / 2 × N / 2 blocks is not greater than the threshold value TH ′ N / 2 × N / 2 [QP] (step S110—NO), the TU
Note that the threshold value TH and the threshold value TH ′ are normally TH ′> TH, but can be set to the same value for simplification as in the evaluation described later.
次に、閾値の決定について説明する。閾値を導出するにあたっては、インター予測残差である残差サンプルrijと量子化前変換係数dijがガウシアンモデルに基づいていることを前提とする。変換量子化係数qijの絶対値がすべて1未満となる場合(すなわち、オールゼロブロックとなる場合)変換量子化に入力される残差の係数はすべて、分散がQP(量子化ステップ)の1ステップの範囲に収まっていることが推定される。そこで、2つのガウスモデルの分散の関係を計算することによって、SAD値と閾値との関係性が構築される。閾値の導出方法を以下に説明する。 Next, determination of the threshold will be described. In deriving the threshold value, it is assumed that the residual sample r ij that is an inter prediction residual and the transform coefficient d ij before quantization are based on a Gaussian model. When the absolute values of the transform quantization coefficients q ij are all less than 1 (that is, when all-zero blocks are used), all the residual coefficients input to transform quantization are one step whose variance is QP (quantization step) It is estimated that it is in the range. Therefore, the relationship between the SAD value and the threshold value is constructed by calculating the relationship between the variances of the two Gaussian models. A method for deriving the threshold will be described below.
変換量子化係数の絶対値が1未満、すなわち、|quv|<1の場合、このブロックは、オールゼロブロックである。HM(HEVC試験モデル)において、変換量子化係数qijは、以下の式1のように導出される。
ここで、HMは、HEVC標準化に用いられる参照エンコーダソフトウェアであり、符号化に用いられる複数のモードやパラメータについて、網羅的に符号化を試し、その中で符号化効率(ビットレート−歪み特性)がもっとも優れたモードやパラメータを選び出して符号化を行うため、エンコードした結果はビットレート−歪み特性が最適化された状態にあり、事前の分析に適している。
ただし、
However,
量子化前変換係数duvがQPの1ステップ未満となるたるための条件は下記式4に基づいて導出される。
The condition for the pre-quantization transform coefficient d uv to be less than one step of QP is derived based on the following
量子化前変換係数dijの分布と、インター予測残差rijの分布がそれぞれガウス分布と仮定した場合、この分布の分散間で成立する関係(近似式)は、以下の式5のように導出される。
[A]u,uは行列Aの(u,u)番目のコンポーネントである。Rij=ρ|j−i|ρ=0.6では、σ2 T(u,v)は以下の式6のように導出される。
[A] u and u are the (u, u) -th component of the matrix A. When R ij = ρ | j−i | ρ = 0.6, σ 2 T (u, v) is derived as shown in
上記のとおり、σ2 T(u,v)の中で最大の値は、DC成分で発生しているので、以下の式7ようになる。
As described above, the maximum value of σ 2 T (u, v) is generated by the DC component, and therefore, the following
残差サンプルrij(i,j=0...N−1)と量子化前変換係数dijは、ガウス分布としてモデル化しているので、dijの分布は(−nσ,nσ)の範囲内に収まると現される。nはゼロ以上の実数であり、n=3の場合、dijがこの範囲に収まる確率は約99%である。それゆえ、変換係数の分布σT(u,v)と、インター予測残差の分布σrには、次の関係が成り立つ。
TH[QP]>n×σT
Residue sample r ij (i, j = 0 ... N-1) and before the quantization transform coefficients d ij, since modeled as a Gaussian distribution, range distribution of d ij is the (-nσ, nσ) Appears when it falls within. n is a real number greater than or equal to zero. When n = 3, the probability that dij falls within this range is approximately 99%. Therefore, the following relationship holds between the distribution σ T (u, v) of the transform coefficient and the distribution σ r of the inter prediction residual.
TH [QP]> n × σ T
一方、
N=8の場合、
If N = 8,
8×8ブロックの場合におけるSADと変換係数閾値の関係(不等式)は、インター予測残差の分布の分散がSADを用いた式で近似できることから、以下の式11のように導出される。
The relationship (inequalities) between the SAD and the transform coefficient threshold in the case of 8 × 8 blocks is derived as the following
8×8以外のブロックの関係も、以下の式12〜式14のように導出される。
この実施形態中では、画質を保つため、閾値TH[QP]に乗じる調整係数を求めるための係数nの値は2に、TH’[QP]に乗じる調整係数を求めるための係数nの値は1に設定されている。なお、図2中の閾値TH[QP]及びTH’[QP]は、それぞれ上記のTH[QP]、TH’[QP]に調整係数を乗じたものを改めてTH[QP]及びTH’[QP]としたものである。 In this embodiment, in order to maintain the image quality, the value of the coefficient n for obtaining the adjustment coefficient to be multiplied by the threshold value TH [QP] is 2, and the value of the coefficient n for obtaining the adjustment coefficient to be multiplied by TH ′ [QP] is 1 is set. The threshold values TH [QP] and TH ′ [QP] in FIG. 2 are TH [QP] and TH ′ [QP] obtained by multiplying the above TH [QP] and TH ′ [QP] by the adjustment coefficient, respectively. ].
以上のように構成された変換量子化装置によれば、符号化性能の劣化を低減させることが可能になる。この効果について詳細に説明する。
本実施形態における変換量子化装置では、TUサイズの判定時に分割されたブロックのそれぞれについてTUサイズの再判定の処理が行なわれる。この再判定の処理によって、現在の残差ブロックにより適したTUサイズの予測判定が可能になる。具体的な例を図5に示す。図5は、従来の技術による処理と本提案手法による処理との比較例を示す概略図である。図5(A)は従来の技術による処理を表し、図5(B)は本提案手法による処理を表す。図5に示されるように、従来の技術では、一度ブロックが分割された場合には、分割されたブロックサイズをTUサイズとするかさらに分割したブロックサイズをTUサイズと判定していた。それに対し、本提案手法では、一度ブロックが分割された場合であっても分割後のブロックサイズにおけるSADと閾値とを比較して所定の条件を満たす場合には分割後のブロックサイズよりも大きなブロックサイズをTUサイズとして判定することができる。したがって、現在の残差ブロックにより適したTUサイズの予測判定が可能になる。そのため、符号量の増加を抑止し、符号化性能の劣化を低減させることが可能になる。
According to the transform quantization apparatus configured as described above, it is possible to reduce deterioration in encoding performance. This effect will be described in detail.
In the transform quantization apparatus according to the present embodiment, the TU size redetermination process is performed for each of the blocks divided when the TU size is determined. This re-determination process makes it possible to make a prediction determination of a TU size more suitable for the current residual block. A specific example is shown in FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing a comparative example of processing according to the conventional technique and processing according to the proposed method. FIG. 5A shows processing according to the conventional technique, and FIG. 5B shows processing according to the proposed method. As shown in FIG. 5, in the conventional technique, when a block is once divided, the divided block size is set as the TU size, or the further divided block size is determined as the TU size. On the other hand, in the proposed method, even when a block is divided once, if a predetermined condition is satisfied by comparing the SAD in the block size after division and a threshold, a block larger than the block size after division is obtained. The size can be determined as the TU size. Therefore, prediction determination of a TU size more suitable for the current residual block becomes possible. For this reason, it is possible to suppress an increase in the amount of codes and to reduce deterioration in coding performance.
また、本実施形態による変換量子化装置によって生じる他の効果について説明する。本実施形態による変換量子化装置の効果を明らかにするために、符号化効率とTU分割率の評価を行った。大小の動き、クローズアップや広い範囲の画像、パンやシーンチェンジなどを含んだクラスA(2560×1600)、及びクラスB(1920×1080)のHEVCテストシーケンスを使用した。符号化効率を比較するには一般的に、発生したビット量と、原画像との歪みとを2次元グラフ化したRD曲線(図6)を使用する。図6において、縦軸はPSNR(Peak signal-to-noise ratio)を表し、横軸はビットレートを表す。指標として下記の参考文献1に記載のBDBRを採用する。(参考文献1「G. Bjontegard, ''Calculation of average PSNR differences between RD-curves,'' ITU-T VCEG-M33, 2001.」)
これは、本発明に基づくアルゴリズムと従来手法の性能との間のビットレートの平均差であり、図7に示すように、ビデオの品質を測定するものである。BDBRにおける+(プラス)はビットレートの利得を表す。さらに、TU分割率を図8に記載している。ここで、TU分割率(PR)は、従来手法のTU分割率Poriginalと、提案方式のTU分割率Pproposalによって以下の式15に基づいて計算している。
Further, another effect produced by the transform quantization apparatus according to the present embodiment will be described. In order to clarify the effect of the transform quantization apparatus according to the present embodiment, the coding efficiency and the TU division ratio were evaluated. Class A (2560 × 1600) and Class B (1920 × 1080) HEVC test sequences, including large and small movements, close-ups and wide range images, panning and scene changes were used. In order to compare the encoding efficiency, an RD curve (FIG. 6) in which the generated bit amount and the distortion of the original image are two-dimensionally graphed is generally used. In FIG. 6, the vertical axis represents PSNR (Peak signal-to-noise ratio), and the horizontal axis represents the bit rate. The BDBR described in
This is the average difference in bit rate between the algorithm based on the present invention and the performance of the conventional method, and measures the quality of the video as shown in FIG. + (Plus) in BDBR represents a bit rate gain. Furthermore, the TU division ratio is shown in FIG. Here, TU division ratio (PR) is calculated based on
なお、本実施形態では、ブロック全てが閾値以上であった場合にTUサイズ判定部102がブロックのサイズを分割前の大きなブロックサイズであると判定する構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、事前に定められた0以上3以下の個数以上の値が閾値以上である場合にTUサイズ判定部102がブロックのサイズを分割前の大きなブロックサイズであると判定するように構成されてもよい。事前に定められた値が小さいほど、TUサイズ判定部102がブロックのサイズを分割前の大きなブロックサイズであると判定する確率が上昇する。
本実施形態に基づいた方式によれば、残差の大きなブロックについて分割率は小さくなり、従来方式と比べてより低いビットレートを達成している。本提案手法はハードウェア符号化器に対して適用することが考えられる。これに限定されることなく、ソフトウェア型の符号化器にも適用可能であることは自明である。
In the present embodiment, the configuration in which the TU
According to the system based on the present embodiment, the division rate is small for blocks with a large residual, and a lower bit rate is achieved compared to the conventional system. The proposed method can be applied to a hardware encoder. It is obvious that the present invention can be applied to a software type encoder without being limited to this.
なお、本発明における変換量子化装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりTUサイズ判定処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。 The program for realizing the function of the transform quantization apparatus in the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed to execute the TU size. A determination process may be performed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.
1…インター予測部, 2…TUサイズ判定モジュール, 3…予測TUサイズの整数変換量子化部, 4…エントロピー符号化部, 101…インター予測部, 102…TUサイズ判定部(分割部、サイズ判定部、サイズ判定装置), 103…予測TUサイズの整数変換量子化部, 104…エントロピー符号化部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和と、所定の方法で計算された閾値との比較結果に基づいて前記所定のサイズのブロックにおいて変換量子化が行われるブロックのサイズを判定するサイズ判定ステップと、
を有し、
前記サイズ判定ステップにおいて、分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和の全て、もしくは事前に定めた個数以上の値が、前記閾値以上である場合に、分割後の前記ブロックにおいて前記変換量子化が行われるブロックのサイズを分割前のサイズと判定するサイズ判定方法。 A division step of dividing a block of a predetermined size, which is a moving image encoding target, into a plurality of blocks of the same size constituting the predetermined size;
Size determination step for determining the size of a block on which transform quantization is performed in the block of the predetermined size based on a comparison result between the sum of absolute differences for each of the divided blocks and a threshold value calculated by a predetermined method When,
Have
In the size determination step, when all of the absolute difference sums for each of the divided blocks or a value greater than or equal to a predetermined number is equal to or greater than the threshold, the transform quantization is performed on the divided blocks. A size determination method for determining the size of a block to be performed as the size before division.
分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和と、所定の方法で計算された閾値との比較結果に基づいて前記所定のサイズのブロックにおいて変換量子化が行われるブロックのサイズを判定するサイズ判定部と、
を備え、
前記サイズ判定部は、分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和の全て、もしくは事前に定めた個数以上の値が、前記閾値以上である場合に、分割後の前記ブロックにおいて前記変換量子化が行われるブロックのサイズを分割前のサイズと判定するサイズ判定装置。 A dividing unit that divides a block of a predetermined size, which is a moving image encoding target, into a plurality of blocks of the same size constituting the predetermined size;
A size determination unit that determines the size of a block subjected to transform quantization in the block of the predetermined size based on a comparison result between the sum of absolute differences for each of the divided blocks and a threshold value calculated by a predetermined method When,
With
The size determination unit may perform the transform quantization on the divided blocks when all of the absolute difference sums for each of the divided blocks or a predetermined number of values or more are equal to or greater than the threshold. A size determination device that determines the size of a block to be performed as the size before division.
分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和と、所定の方法で計算された閾値との比較結果に基づいて前記所定のサイズのブロックにおいて変換量子化が行われるブロックのサイズを判定するサイズ判定ステップと、
をコンピュータに実行させ、
前記サイズ判定ステップにおいて、分割後の前記ブロックそれぞれに対する差分絶対値和の全て、もしくは事前に定めた個数以上の値が、前記閾値以上である場合に、分割後の前記ブロックにおいて前記変換量子化が行われるブロックのサイズを分割前のサイズと判定するコンピュータプログラム。 A division step of dividing a block of a predetermined size, which is a moving image encoding target, into a plurality of blocks of the same size constituting the predetermined size;
Size determination step for determining the size of a block on which transform quantization is performed in the block of the predetermined size based on a comparison result between the sum of absolute differences for each of the divided blocks and a threshold value calculated by a predetermined method When,
To the computer,
In the size determination step, when all of the absolute difference sums for each of the divided blocks or a value greater than or equal to a predetermined number is equal to or greater than the threshold, the transform quantization is performed on the divided blocks. A computer program that determines the size of a block to be performed as the size before division.
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