JP2017216630A - 画像符号化装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】動画像データの1フレームから、単一成分で構成される複数のプレーンデータを生成するプレーン変換部と、各プレーンデータに対して周波数変換し、各プレーン毎に、複数のサブバンドの係数データを生成する周波数変換部と、各プレーンの着目サブバンド内の所定の領域の係数を量子化する量子化部と、量子化後の係数を符号化する符号化部と、符号化部で生成される各プレーンにおける所定の領域の符号量に基づき着目サブバンドにおける所定の領域で用いられる量子化パラメータを更新する制御部とを有する。各プレーン毎に設定された目標符号量と、各プレーン毎の所定の領域の符号量との差分の合算を累積し、当該累積した差分に基づいて量子化パラメータを更新する。
【選択図】図1
Description
例えばR,G,Bプレーンへ分解した各プレーンにおいて、Rプレーンの符号量が大きく、Bプレーンの符号量が小さい場合に、RプレーンのQpを大きく、BプレーンのQpを小さくするように符号量制御を行う。この場合、原画像に対して符号化後の赤成分の情報比率は減ってしまい、符号量の制御が出来ても、結果的に画質が劣化する。
撮像手段で撮像した動画像データを符号化する画像符号化装置であって、
前記動画像データの1フレームの画像データから、それぞれが単一成分で構成される複数のプレーンデータを生成するプレーン変換手段と、
生成した各プレーンデータに対して周波数変換し、各プレーン毎に、複数のサブバンドの係数データを生成する周波数変換手段と、
設定された量子化パラメータを用いて、各プレーンの着目サブバンド内の所定の領域の係数データを量子化する量子化手段と、
各プレーンの、量子化後の係数データを符号化し、符号化データを生成する符号化手段と、
前記符号化手段で生成される各プレーンにおける前記所定の領域の符号化データの符号量に基づき、前記着目サブバンドにおける後続して符号化される所定の領域で用いられる量子化パラメータを更新する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
各プレーン毎に設定された目標符号量と、各プレーン毎の前記所定の領域の符号化データ量との差分の合算を累積し、当該累積した差分に基づいて前記量子化パラメータを更新することを特徴とする。
<装置構成>
図1は、第1の実施形態が適用する画像符号化装置のブロック構成図である。この画像符号化装置は、デジタルビデオカメラなどの撮像装置に適用されるものでもある。
図3は、DWTの垂直、水平フィルタリング処理をそれぞれ三回施した、分解レベル3の場合のサブバンド形成図である。
複雑度は、画像の符号化の難易度を示す指標であり、画像が難しいほど大きく、易しいほど小さいパラメータである。難しい画像とは、あるQpで画像全面を符号化したときに、発生する符号量が多いことを示すものである。故に、複雑度Xは、量子化パラメータQp、発生符号量Sを用いて、次式(1)のように表す。
X=Qp×S …(1)
X[i-1]=Qp[i-1]×S[i-1] …(2)
各サブバンドでは、画像の難しいラインほど目標符号量を多く割り当て、易しいラインほど目標符号量を小さく割り当てることで、Qpの変動を、サブバンド内で極力小さくすることができる。
T[i-1] = Tsb × X[i-1] / Xsb_{N-1} …(3)
式(1)で示したように、複雑度は発生符号量を利用し算出するため、符号化しなければ得られないフィードバック量である。そのため、Xsbには、着目フレームであるNフレームに対して、1フレーム前のサブバンド複雑度Xsb_{N-1}をフィードバックし用いる。ただし、Nは整数で有り、Nフレームは着目RAW画像データを表す。
量子化パラメータ算出方法の一つに、「MPEG2 Test Model 5」に示された公知技術がある。この技術に従い、差分保持部110に保持された積算差分値ΣE[i-1]と量子化パラメータ保持部112に保持された初期量子化パラメータQp[0]、制御感度設定部113で設定された制御感度rを用いて、着目サブバンド内の次のラインの量子化パラメータQp[i]を次式(4)のように算出できる。
Qp[i]=Qp[0] + r ×ΣE[i-1] …(4)
なお、制御感度rは、大きいほど再算出符号量差分値に応じて急峻にQp[i]を変動させる一方、符号量の制御性が良くなるパラメータである。
Qp[i]=Qp[0] + r ×Ere …(5)
「MPEG2 Test Model 5」を利用することで、目標符号量に対して発生符号量が大きければ量子化パラメータを大きく、小さければ量子化パラメータを小さく設定し、符号量を制御することが可能である。
図2で示すR,G1,G2,Bプレーンへの変換により生成された各プレーンは、人間の視覚特性上の重要度に差はなく、どのプレーンに優劣を付けることなく一律で重要なプレーンといえる。なお、G1,G2プレーンは同じ量子化パラメータによる符号化を行うので、以下ではG1プレーンを単にGプレーンと表記することとする。
Esbtotal[lv_cur][subband_cur][i-1]
= ΣE[R][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[G1][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[G2][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[B][lv_cur][subband_cur][i-1] …(6)
Ere[plane][lv_cur][subband_cur]
= Esbtotal[lv_cur][subband_cur][i-1] /4 …(7)
以上の処理により、量子化値算出部111で利用する再算出符号量差分値は、着目サブバンドにおいて全プレーン共通の値となる。
以下、本発明に係る第2の実施形態を説明する。本第2の実施形態では、上記第1の実施形態と同様に図1を参照して説明する。本第2の実施形態における、第1の実施形態と異なる点は、各プレーンに再配分する再算出符号量差分値が等しくない点である。
図1において、プレーン変換部101は、ベイヤ配列の画像データから、輝度プレーンと色差プレーンから成る複数プレーンに分離してもよい。
着目サブバンド合計差分量が正であれば、α[Y][lv_cur][subband_cur]<α[C1][lv_cur][subband_cur]=α[C2][lv_cur][subband_cur]=α[C3][lv_cur][subband_cur]である。また、着目サブバンド合計差分量が負であれば、α[Y][lv_cur][subband_cur]>α[C1][lv_cur][subband_cur]=α[C2][lv_cur][subband_cur]=α[C3][lv_cur][subband_cur]である。
Esbtotal[lv_cur][subband_cur][i-1]
= ΣE[Y][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[C1][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[C2][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[C3][lv_cur][subband_cur][i-1] …(8)
Ere[plane][lv_cur][subband_cur]
= Esbtotal[lv_cur][subband_cur][i-1]
×α[plane][lv_cur][subband_cur] / β …(9)
以下、本第3の実施形態を説明する。第3の実施形態の構成例は、第2の実施形態と同様、図1の構成として説明する。
輝度・色差プレーンから成る複数プレーンの符号化では、輝度プレーンのQpを、色差プレーンのそれよりも小さくすることが望ましいことは、第2の実施形態にて既に説明した。本第3の実施形態では、輝度プレーンには符号量差分値を割り当てず、色差プレーンにのみ符号量差分値を再配分することで、視覚的重要度の高い輝度プレーンの情報量を保護するものである。
Esbtotal[lv_cur][subband_cur][i-1]=
ΣE[Y][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[C1][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[C2][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[C3][lv_cur][subband_cur][i-1] …(10)
Ere[plane][lv_cur][subband_cur] =Ere[plane][lv_cur][subband_cur] (maxQp) (maxQpに到達したプレーン) …(11)
Ere[plane][lv_cur][subband_cur] =
(Esbtotal[lv_cur][subband_cur][i-1] − Ere[plane][lv_cur][subband_cur] (maxQp) )
×α[plane][lv_cur][subband_cur] / β (maxQpに到達していないプレーン) …(12)
以上の処理により、量子化値算出部111で利用する再算出符号量差分値は、輝度プレーンよりも色差プレーンの方が大きく割り当てられる。
以下、第4の実施形態を説明する。本第4の実施形態の装置構成は、第1の実施形態の図1と同じであるので、同図を参照して説明する。本第4の実施形態では、各プレーンの複雑度の関係を元に、各プレーンへ再算出符号量差分値を配分する。
図9は、第4の実施形態における、差分再算出部118の処理フローを示したフローチャートである。以下、同図を参照して、本第4の実施形態における差分再算出部118の処理を説明する。なお、図9は、プレーン変換部101でRGBプレーン分離を利用した場合を例とし、planeは、R,G1,G2,Bのいずれかを指すことになる。
γ[R][lv_cur][subband_cur]:γ[G1][lv_cur][subband_cur]:γ[G2][lv_cur][subband_cur]:γ[B][lv_cur][subband_cur]
なお、γ[plane][lv_cur][subband_cur]は各プレーンへ割り当てるEre[plane][lv_cur][subband_cur]の比率を表す。着目サブバンドにおける各プレーンの複雑度X[plane][lv_cur][subband_cur]の比率を用いると、着目サブバンド合計差分量が正であれば、γ[R][lv_cur][subband_cur]:γ[G1][lv_cur][subband_cur]:γ[G2][lv_cur][subband_cur]:γ[B][lv_cur][subband_cur]= X[R][lv_cur][subband_cur]: X[G1][lv_cur][subband_cur]:X[G2][lv_cur][subband_cur]:X[B][lv_cur][subband_cur]である。
Esbtotal[lv_cur][subband_cur][i-1] =
ΣE[R][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[G1][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[G2][lv_cur][subband_cur][i-1]
+ΣE[B][lv_cur][subband_cur][i-1] …(13)
Ere[plane][lv_cur][subband_cur] =Esbtotal[lv_cur][subband_cur][i-1]
×γ[plane][lv_cur][subband_cur] / ε …(14)
以下、第5の実施形態を説明する。本第5の実施形態の装置構成は、第1の実施形態における図1と同じである。第1の実施形態と異なる点は、サブバンド毎ではなく、DWT分解レベル毎に積算差分値を集約し、各プレーン各サブバンドに再配分する再算出符号量差分値を計算する点である。
DWTにより生成されるサブバンドは、分解レベルによって周波数帯が異なり、図3において、レベル数が小さいほど高域成分となる。このため、レベルが小さいほど、Qpを大きくすることが望ましい。また、同一分解レベル内のサブバンド間の所定のQpの関係は1:1の関係とする。
Elvtotal[lv_cur][i-1] =
ΣE[R][lv_cur][HL][i-1]+ΣE[R][lv_cur][LH][i-1]+ΣE[R][lv_cur][HH][i-1]
+ΣE[G1][lv_cur][HL][i-1]+ΣE[G1][lv_cur][LH][i-1]+ΣE[G1][lv_cur][HH][i-1]
+ΣE[G2][lv_cur][HL][i-1]+ΣE[G2][lv_cur][LH][i-1]+ΣE[G2][lv_cur][HH][i-1]
+ΣE[B][lv_cur][HL][i-1]+ΣE[B][lv_cur][LH][i-1]+ΣE[B][lv_cur][HH][i-1]
…(15)
Ere[plane][lv_cur][subband]= Elvtotal[lv_cur][i-1] /12 …(16)
以下、第6の実施形態を説明する。本第6の実施形態の装置構成は、第1の実施形態の図1と同じである。第1の実施形態と異なる点は、サブバンド毎ではなく、量子化するサブバンド全ての積算差分値を集約し、各プレーン各サブバンドに再配分する再算出符号量を計算する点である。
サブバンド間のQpの関係は、人間の視覚特性上鈍感であるとされる空間周波数の高いサブバンドの係数データに対してQpを大きくすることが有効とされている。そのため、サブバンド間のQpの関係は、同一分解レベル内のサブバンドHL,LH,HHのうち、サブバンドHLのQp=サブバンドLHのQpであり、サブバンドHHは更に高域である。この観点から、同一分解レベルのサブバンドHL及びサブバンドLHのQpよりもサブバンドHHのそれは大きいことが望ましい。また、前述の通り、分解レベル間では、低レベルほどQpが大きいことが望ましい。更に、Lv3のサブバンドは、より低域周波数成分を意味しており、画質の観点から、どのような画像であったりどのような画像目標符号量であったとしても、量子化しないようにする。
α[plane][lv+1][subband]< α[plane][lv][subband]であり、
負であれば、
α[plane][lv+1][subband]> α[plane][lv][subband]である。
α[plane][lv][HL]= α[plane][lv][LH] <α[plane][lv][HH]であり、
負であれば、
α[plane][lv][HL]= α[plane][lv][LH] >α[plane][lv][HH]である。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
Claims (9)
- 撮像手段で撮像した動画像データを符号化する画像符号化装置であって、
前記動画像データの1フレームの画像データから、それぞれが単一成分で構成される複数のプレーンデータを生成するプレーン変換手段と、
生成した各プレーンデータに対して周波数変換し、各プレーン毎に、複数のサブバンドの係数データを生成する周波数変換手段と、
設定された量子化パラメータを用いて、各プレーンの着目サブバンド内の所定の領域の係数データを量子化する量子化手段と、
各プレーンの、量子化後の係数データを符号化し、符号化データを生成する符号化手段と、
前記符号化手段で生成される各プレーンにおける前記所定の領域の符号化データの符号量に基づき、前記着目サブバンドにおける後続して符号化される所定の領域で用いられる量子化パラメータを更新する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
各プレーン毎に設定された目標符号量と、各プレーン毎の前記所定の領域の符号化データ量との差分の合算を累積し、当該累積した差分に基づいて前記量子化パラメータを更新する
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 前記プレーン変換手段は、RAW画像データから、ベイヤ配列のR,G1,G2,Bの各プレーンデータを生成し、
前記制御手段は、前記差分の合算を4で除算した値に基づき、各プレーンに共通な量子化パラメータを更新する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像符号化装置。 - 前記プレーン変換手段は、RAW画像データから、輝度プレーンと、複数の色差プレーンを生成し、
前記制御手段は、
前記差分の合算を予め設定した比率で各プレーンに分配することで、各プレーン毎の分配比率を決定し、
各プレーン毎に、決定した分配比率に基づいて量子化パラメータを更新する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像符号化装置。 - 前記プレーン変換手段は、RAW画像データから、輝度プレーンと、複数の色差プレーンを生成し、
前記制御手段は、
輝度プレーンを除く、前記複数の色差プレーンに、前記差分の合算を予め設定した比率で各プレーンに分配することで、前記複数の色差プレーンそれぞれの分配比率を決定し、
各色差プレーンに、決定した分配比率に基づいて量子化パラメータを更新する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像符号化装置。 - 前記周波数変換手段は、離散ウェーブレット変換を行う手段であって、
前記制御手段は、前記周波数変換手段で得られたサブバンドの分解レベルに応じて前記量子化パラメータを更新する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像符号化装置。 - 前記量子化パラメータは、分解レベルが低いほど、大きくすることを特徴とする請求項5に記載の画像符号化装置。
- 前記量子化パラメータは、同一分解レベル内のサブバンドHL,LH,HHのうち、サブバンドHHの量子化パラメータを、サブバンドHLとLHの量子化パラメータより大きいことを特徴とする請求項6に記載の画像符号化装置。
- 撮像手段で撮像した動画像データを符号化する画像符号化装置の制御方法であって、
プレーン変換手段が、前記動画像データの1フレームの画像データから、それぞれが単一成分で構成される複数のプレーンデータを生成するプレーン変換工程と、
周波数変換手段が、生成した各プレーンデータに対して周波数変換し、各プレーン毎に、複数のサブバンドの係数データを生成する周波数変換工程と、
量子化手段が、設定された量子化パラメータを用いて、各プレーンの着目サブバンド内の所定の領域の係数データを量子化する量子化工程と、
符号化手段が、各プレーンの、量子化後の係数データを符号化し、符号化データを生成する符号化工程と、
制御手段が、前記符号化工程で生成される各プレーンにおける前記所定の領域の符号化データの符号量に基づき、前記着目サブバンドにおける後続して符号化される所定の領域で用いられる量子化パラメータを更新する制御工程とを有し、
前記制御工程では、
各プレーン毎に設定された目標符号量と、各プレーン毎の前記所定の領域の符号化データ量との差分の合算を累積し、当該累積した差分に基づいて前記量子化パラメータを更新する
ことを特徴とする画像符号化装置の制御方法。 - コンピュータに読み込ませ実行させることで、前記コンピュータを、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像符号化装置として機能させるためのプログラム。
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