JP2018082299A - 映像符号化装置、映像復号装置、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】映像信号処理システム1において、映像符号化装置10は、第1の映像信号を直交変換して第1の変換係数を取得し、第1の変換係数を量子化し、量子化の処理結果をエントロピー符号化して符号を生成し、量子化の処理結果を逆量子化して第2の変換係数を取得し、第2の変換係数を逆直交変換して第2の映像信号を取得し、第2の映像信号に係る映像信号に基づいて予測を行う。雑音信号を発生する雑音発生部110と、雑音発生部が発生した雑音信号を、量子化前に、第1の映像信号、又は、第1の変換係数に加算する加算部111と、雑音発生部が発生した雑音信号を、逆量子化後に、第2の映像信号、又は、第2の変換係数から減算する減算部112と、を具備する。
【選択図】図1
Description
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係る映像信号処理システム1は、ハイブリッド符号化方式により、映像を符号化、復号するシステムである。
図1は、映像信号処理システム1の構成を示すブロック図である。また、図7は、従来技術に係る映像信号処理システム9の構成を示すブロック図である。
映像信号処理システム1は、映像符号化装置10と、伝送・蓄積装置20と、映像復号装置30と、を備える。また、映像信号処理システム9は、映像符号化装置70と、伝送・蓄積装置80と、映像復号装置90と、を備える。映像符号化装置10は、映像符号化装置70に対応する。伝送・蓄積装置20は、伝送・蓄積装置80に対応する。映像復号装置30は、映像復号装置90に対応する。
伝送・蓄積装置20は、伝送路、蓄積装置、又は、その両者の複合媒体であり、映像符号化装置10から取得したビット列を、映像復号装置30に出力する。
映像復号装置30は、伝送・蓄積装置20から取得したビット列を復号する。
つまり、映像符号化装置10は、映像符号化装置70と比較して、雑音発生部110と、加算部111と、減算部112と、を備える点が異なる。
つまり、映像復号装置30は、映像復号装置90と比較して、雑音発生部306と、減算部307と、を備える点が異なる。
ブロック分割部100は、入力画像を、複数の部分領域(以下、「ブロック」と称する。)に分割する。ここで、入力画像は、映像信号の場合は、フレームである。典型的にはブロック形状は矩形である。以下では、一例として、水平方向(横方向)に8画素、垂直方向(縦方向)に8画素の64画素領域によって画像を分割する場合について説明する。
あるブロックBについて、n番目の変換係数をcn(B)とし、当該ブロックBの変換係数cnに対する量子化ステップをQn(B)とおく。nは、0以上N−1以下の整数である。また、Nは、変換部104において変換を施した結果の変換係数の総数を表す自然数である。変換係数の順番(n番目)は、例えば、2次元空間周波数を、低周波数領域から高周波数領域へとジグザグ走査して設定される。
これに対して、量子化部105は、下記の式(2)に示す演算により量子化を実行する。
例えば、ブロックBに係る量子化変換係数をqn(B)とおき、ブロックBに係る量子化ステップをQn(B)とおくと、逆量子化部107は、下記の式(3)に示す演算により、ブロックBを逆量子化し、逆量子化変換係数dnを得る。
加算部109は、予測部102が取得した予測画素値列と、減算部112による補正復号残差値列とを画素位置ごとに加算し、その結果たる復号画素値列を出力する。加算部109が出力した復号画素値列は、メモリ101内の現在処理中のブロックに対応する記憶領域に書き込まれる。
雑音発生部110は乱数系列を発生する。この乱数系列は疑似乱数系列であって構わない。雑音発生部110は、疑似乱数系列により雑音を発生する場合、漸化式等の数式により順次疑似乱数を発生してもよいし、或いは、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)上に表形式で予め記録された数列を順次読み出して疑似乱数を発生しても構わない。雑音発生部110は、好ましくは、ブロックBの量子化ステップQn(B)に応じて、半開区間[−Qn(B)/2,+Qn(B)/2)を値域とする一様乱数を発生する。例えば、雑音発生部110は、下記の式(4)により雑音enを生成する。
以上の動作により、映像符号化装置10は、入力画像をビット列に変換する。
エントロピー復号部300は、エントロピー符号化部106と対をなす構成であり、エントロピー符号化部106と逆の処理を行う。エントロピー復号部300は、伝送・蓄積装置20により伝送・蓄積されたビット列を復号し、量子化変換係数列を出力する。また、エントロピー復号部300は、量子化変換係数列に加えて、ブロック分割部100、変換部104、量子化部105、予測部102による符号化の各処理の動作状態を出力する。
逆量子化部301、逆変換部302、メモリ303、予測部304、加算部305は、それぞれ、逆量子化部301、逆変換部108、メモリ101、予測部102、および加算部109と同様の処理を行い、メモリ303内に復号画像を構成する。
雑音発生部306は、雑音発生部110と同様の処理を行い、雑音を発生する。雑音発生部306は、映像復号装置30があるブロックBを処理する際には、映像符号化装置10の雑音発生部110が同ブロックBを処理した際に発生した雑音と同一の雑音を発生する。つまり、雑音発生部306は、雑音発生部110と共通の乱数系列を発生する。ブロックBのn番目の変換係数cnに対する雑音として、乱数enを発生する。
雑音発生部110及び雑音発生部306は、共通の系列の雑音を発生するために、共通の乱数シードを使用してもよい。この場合、乱数シードは、雑音発生部110及び雑音発生部306において共通の定数であってもよいし、雑音発生部110で使用した乱数シードを、映像符号化装置10から映像復号装置30へ通知するよう構成しても構わない。
図2は、量子化の入出力特性の例を示すグラフである。
この例において、変換係数「+2」が量子化部105に入力されると、その出力たる量子化変換係数は「0」となる。比較対象の映像信号処理システム9の場合、量子化変換係数「0」に対して、映像復号装置30の逆量子化部901から出力される逆量子化変換係数は「0×10=0」である。量子化を適用しない本来の変換係数は「+2」であったから、映像信号処理システム9における量子化・逆量子化で発生した量子化歪の絶対値は「2」である。
まず、あるブロックのある周波数成分について、継続的に変換係数が値「+2」をとるとする。また、雑音としては、U[−5,+5)の一様乱数を付加するものとする。この場合、量子化変換係数値は、乱数値が「−5」以上「+3」未満のときは「0」となり、乱数値が「+3」以上「+5」未満のときは「+1」となる。よって、逆量子化変換係数は、乱数値が「−5」以上「+3」未満のときは「0」となり、乱数値が「+3」以上「+5」未満のときは「+10」となる。乱数が実数体上で一様であるとすると、逆量子化変換係数は、80%の確率で「0」をとり、20%の確率で「+10」をとるため、逆量子化変換係数値の期待値は「0×0.8+10×0.2=+2」である。よって、逆量子化変換係数値は期待値としては本来の変換係数値である「+2」と同値であり、ブロック歪などの符号化劣化は目立たなくなる。
上記と同様に、あるブロックのある周波数成分について、継続的に変換係数が値「+2」をとる場合を考える。また、雑音発生部110は、U[−5,+5)の一様乱数を発生するものとする。この場合、量子化変換係数は、乱数値が「−5」以上「+3」未満のときは「0」となり、乱数値が「+3」以上「+5」未満のときは「+1」となる。よって、逆量子化変換係数は、乱数値が「−5」以上「+3」未満のときは「0」、乱数値が「+3」以上「+5」未満のときは「+10」となる。乱数が実数体上で一様であるとすると、逆量子化変換係数は、80%の確率で「0」をとり、20%の確率で「+10」をとる。ここまでは、上記の単純なディザリングの場合と同様である。
図8に示す画像例と、図3に示す画像例とでは、入力画像は同一である。
図8に示す画像例P9では、低周波数領域における画像劣化が目立っている。例えば、画像領域P91、P92では、精細な輝度の変化が失われ、ブロック状の不自然なエッジが生じている。
本発明の第2の実施形態について説明する。ここでは、上述した実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を援用する。
図4は、本実施形態に係る映像信号処理システム1Aの構成を示すブロック図である。
映像信号処理システム1Aは、映像信号処理システム1が備える映像符号化装置10、映像復号装置30に代えて、映像符号化装置10A、映像復号装置30Aを備える。
映像符号化装置10Aは、映像符号化装置10が備える雑音発生部110に代えて、雑音発生部110Aを備える。同様に、映像復号装置30Aは、映像復号装置30が備える雑音発生部306に代えて、雑音発生部306Aを備える。
図5に示すように、雑音発生部110A及び雑音発生部306Aは、一様雑音rnに対して、周波数成分ごとの重み付け係数を乗算することにより、雑音enを生成する。ここで、周波数成分ごとの重み付け係数は、低周波数成分に対して重みを大きくし、高周波数成分に対して重みを小さくする。
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、具体的な構成は上述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。例えば、上述の第1〜第2の実施形態において説明した各構成は、任意に組み合わせることができる。また、上述の第1〜第2の実施形態において説明した各構成は、任意に分離して、別体の装置に備えることができる。
Claims (6)
- 第1の映像信号を直交変換して第1の変換係数を取得し、前記第1の変換係数を量子化し、前記量子化の処理結果をエントロピー符号化して符号を生成し、前記量子化の処理結果を逆量子化して第2の変換係数を取得し、前記第2の変換係数を逆直交変換して第2の映像信号を取得し、前記第2の映像信号に係る映像信号に基づいて予測を行う映像符号化装置であって、
雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記雑音発生部が発生した雑音信号を、前記量子化前に、第1の映像信号、又は、前記第1の変換係数に加算する加算部と、
前記雑音発生部が発生した雑音信号を、前記逆量子化後に、第2の映像信号、又は、前記第2の変換係数から減算する減算部と、
を具備することを特徴とする映像符号化装置。 - 前記加算部は、前記雑音発生部が発生した雑音信号を、前記直交変換後、且つ、前記量子化前に、前記第1の変換係数に加算し、
前記減算部は、前記雑音発生部が発生した雑音信号を、前記逆量子化後、且つ、前記逆直交変換前に、前記第2の変換係数に加算する
請求項1に記載の映像符号化装置。 - 前記雑音発生部は、前記第1の変換係数に対する量子化ステップに応じた値域を有する一様乱数又は一様な疑似乱数に基づいて、雑音信号を発生する
請求項1又は請求項2に記載の映像符号化装置。 - 前記雑音発生部は、前記第1の変換係数の各々の周波数成分の高低に応じた値域を有する雑音信号を発生する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の映像符号化装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の映像符号化装置がエントロピー符号化した符号の復号結果を逆量子化して第3の変換係数を取得し、前記第3の変換係数を逆直交変換して第3の映像信号を取得する映像復号装置であって、
前記映像符号化装置が具備する前記雑音発生部と同系列の雑音信号を発生する復号側雑音発生部と、
前記雑音発生部が発生した雑音信号を、前記逆量子化後に、前記第3の変換係数、又は、第3の映像信号から減算する復号側減算部と、
を具備することを特徴とする映像復号装置。 - コンピュータを、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の映像符号化装置、又は、請求項5に記載の映像復号装置として機能させるためのプログラム。
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