JP2021036725A - 動画像符号化装置、動画像符号化方法、及び動画像符号化プログラム、動画像復号装置、動画像復号方法及び動画像復号プログラム - Google Patents
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Abstract
上させる技術を提供する。
【解決手段】マージ候補リストを構築するマージ候補リスト構築部と、マージ候補リストから第1のマージパーティションに対応する単予測となる第1のマージ候補を選択する第1のマージ候補選択部と、マージ候補リストから第2のマージパーティションに対応する単予測となる第2のマージ候補を選択する第2のマージ候補選択部と、を備え、第1のマージパーティションと第2のマージパーティションの双方が含まれるブロックの動き情報を、第1のマージ候補又は第2の三角マージ候補のいずれか一方の単予測動き情報で保存する。
【選択図】図2
Description
実施の形態では、所定の大きさで符号化・復号処理対象画像を均等分割する。この単位をツリーブロックと定義する。図4では、ツリーブロックのサイズを128x128画素としているが、ツリーブロックのサイズはこれに限定されるものではなく、任意のサイズを設定してよい。処理対象(符号化処理においては符号化対象、復号処理においては復号対象に対応する。)のツリーブロックは、ラスタスキャン順、すなわち左から右、上から下の順序で切り替わる。各ツリーブロックの内部は、さらに再帰的な分割が可能である。ツリーブロックを再帰的に分割した後の、符号化・復号の対象となるブロックを符号化ブロックと定義する。また、ツリーブロック、符号化ブロックを総称してブロックと定義する。適切なブロック分割を行うことにより効率的な符号化が可能となる。ツリーブロックのサイズは、符号化装置と復号装置で予め取り決めた固定値とすることもできるし、符号化装置が決定したツリーブロックのサイズを復号装置に伝送するような構成をとることもできる。ここでは、ツリーブロックの最大サイズを128x128画素、ツリーブロックの最小サイズを16x16画素とする。また、符号化ブロックの最大サイズを64x64画素、符号化ブロックの最小サイズを4x4画素とする。
処理対象符号化ブロック単位で、処理対象画像の処理済み画像信号から予測を行うイントラ予測(MODE_INTRA)、及び処理済み画像の画像信号から予測を行うインター予測(MODE_INTER)を切り替える。
処理済み画像の画像信号から予測を行うインター予測では、複数の処理済み画像を参照ピクチャとして用いることができる。複数の参照ピクチャを管理するため、L0(参照リスト0)とL1(参照リスト1)の2種類の参照リストを定義し、それぞれ参照インデックスを用いて参照ピクチャを特定する。PスライスではL0予測(Pred_L0)が利用可能である。BスライスではL0予測(Pred_L0)、L1予測(Pred_L1)、双予測(Pred_BI)が利用可能である。L0予測(Pred_L0)はL0で管理されている参照ピクチャを参照するインター予測であり、L1予測(Pred_L1)はL1で管理されている参照ピクチャを参照するインター予測である。双予測(Pred_BI)はL0予測とL1予測が共に行われ、L0とL1のそれぞれで管理されている1つずつの参照ピクチャを参照するインター予測である。L0予測、L1予測、双予測を特定する情報を、インター予測モードと定義する。以降の処理において出力に添え字LXが付いている定数、変数に関しては、L0、L1ごとに処理が行われることを前提とする。
予測動きベクトルモードは、予測動きベクトルを特定するためのインデックス、差分動きベクトル、インター予測モード、参照インデックスを伝送し、処理対象ブロックのインター予測情報を決定するモードである。予測動きベクトルは、処理対象ブロックに隣接する処理済みブロック、または処理済み画像に属するブロックで処理対象ブロックと同一位置またはその付近(近傍)に位置するブロックから導出した予測動きベクトル候補と、予測動きベクトルを特定するためのインデックスから導出する。
マージモードは、差分動きベクトル、参照インデックスを伝送せずに、処理対象ブロックに隣接する処理済みブロック、または処理済み画像に属するブロックで処理対象ブロックと同一位置またはその付近(近傍)に位置するブロックのインター予測情報から、処理対象ブロックのインター予測情報を導出するモードである。
図11は、予測動きベクトルモード、マージモードで、インター予測情報を導出するために参照する参照ブロックを説明する図である。A0,A1,A2,B0,B1,B2,B3は、処理対象ブロックに隣接する処理済みブロックである。T0は、処理済み画像に属するブロックで、処理対象画像における処理対象ブロックと同一位置またはその付近(近傍)に位置するブロックである。
アフィン変換動き補償は、符号化ブロックを所定単位のサブブロックに分割し、分割された各サブブロックに対して個別に動きベクトルを決定して動き補償を行うものである。各サブブロックの動きベクトルは、処理対象ブロックに隣接する処理済みブロック、または処理済み画像に属するブロックで処理対象ブロックと同一位置またはその付近(近傍)に位置するブロックのインター予測情報から導出する1つ以上の制御点に基づき導出する。本実施の形態では、サブブロックのサイズを4x4画素とするが、サブブロックのサイズはこれに限定されるものではないし、画素単位で動きベクトルを導出してもよい。
図12A、図12B、および図13を用いて、符号化ブロックの予測モードを表現するためのシンタックスを説明する。図12Aのpred_mode_flagは、インター予測か否かを示すフラグである。pred_mode_flagが0であればインター予測となり、pred_mode_flagが1であればイントラ予測となる。イントラ予測の場合にはイントラ予測の情報intra_pred_modeを送り、インター予測の場合にはmerge_flagを送る。merge_flagは、マージモードとするか、予測動きベクトルモードとするかを示すフラグである。予測動きベクトルモードの場合(merge_flag=0)、サブブロック予測動きベクトルモードを適用するか否かを示すフラグinter_affine_flagを送る。サブブロック予測動きベクトルモードを適用する場合(inter_affine_flag=1)、cu_affine_type_flagを送る。cu_affine_type_flagは、サブブロック予測動きベクトルモードにおいて、制御点の数を決定するためのフラグである。
POC(Picture Order Count)は符号化されるピクチャに関連付けられる変数であり、ピクチャの出力順序に応じた1ずつ増加する値が設定される。POCの値によって、同じピクチャであるかを判別したり、出力順序でのピクチャ間の前後関係を判別したり、ピクチャ間の距離を導出したりすることができる。例えば、2つのピクチャのPOCが同じ値を持つ場合、同一のピクチャであると判断できる。2つのピクチャのPOCが違う値を持つ場合、POCの値が小さいピクチャのほうが、先に出力されるピクチャであると判断でき、2つのピクチャのPOCの差が時間軸方向でのピクチャ間距離を示す。
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る画像符号化装置100及び画像復号装置200について説明する。
実施の形態に係るインター予測方法は、図1の画像符号化装置のインター予測部102および図2の画像復号装置のインター予測部203において実施される。
図16は図1の画像符号化装置のインター予測部102の詳細な構成を示す図である。通常予測動きベクトルモード導出部301は、複数の通常予測動きベクトル候補を導出して予測動きベクトルを選択し、選択した予測動きベクトルと、検出された動きベクトルとの差分動きベクトルを算出する。検出されたインター予測モード、参照インデックス、動きベクトル、算出された差分動きベクトルが通常予測動きベクトルモードのインター予測情報となる。このインター予測情報がインター予測モード判定部305に供給される。通常予測動きベクトルモード導出部301の詳細な構成と処理については後述する。
図22は図2の画像復号装置のインター予測部203の詳細な構成を示す図である。
図17の通常予測動きベクトルモード導出部301は、空間予測動きベクトル候補導出部321、時間予測動きベクトル候補導出部322、履歴予測動きベクトル候補導出部323、予測動きベクトル候補補充部325、通常動きベクトル検出部326、予測動きベクトル候補選択部327、動きベクトル減算部328を含む。
図19を参照して符号化側の通常予測動きベクトルモード導出処理手順を説明する。図19の処理手順の説明において、図19に示した通常という言葉を省略することがある。
mvdLX = mvLX - mvpLX
としてLXの差分動きベクトルmvdLXを算出する(図19のステップS105)。
次に、図25を参照して復号側の通常予測動きベクトルモード処理手順を説明する。復号側では、空間予測動きベクトル候補導出部421、時間予測動きベクトル候補導出部422、履歴予測動きベクトル候補導出部423、予測動きベクトル候補補充部425で、通常予測動きベクトルモードのインター予測で用いる動きベクトルをL0,L1毎にそれぞれ算出する(図25のステップS201〜S206)。具体的には処理対象ブロックの予測モードPredModeがインター予測(MODE_INTER)で、処理対象ブロックのインター予測モードがL0予測(Pred_L0)の場合、L0の予測動きベクトル候補リストmvpListL0を算出して、予測動きベクトルmvpL0を選択し、L0の動きベクトルmvL0を算出する。処理対象ブロックのインター予測モードがL1予測(Pred_L1)の場合、L1の予測動きベクトル候補リストmvpListL1を算出して、予測動きベクトルmvpL1を選択し、L1の動きベクトルmvL1を算出する。処理対象ブロックのインター予測モードが双予測(Pred_BI)の場合、L0予測とL1予測が共に行われ、L0の予測動きベクトル候補リストmvpListL0を算出して、L0の予測動きベクトルmvpL0を選択し、L0の動きベクトルmvL0を算出するとともに、L1の予測動きベクトル候補リストmvpListL1を算出して、L1の予測動きベクトルmvpL1を算出し、L1の動きベクトルmvL1をそれぞれ算出する。
mvLX = mvpLX + mvdLX
としてLXの動きベクトルmvLXを算出する(図25のステップS205)。
図20は本発明の実施の形態に係る画像符号化装置の通常予測動きベクトルモード導出部301及び画像復号装置の通常予測動きベクトルモード導出部401とで共通する機能を有する通常予測動きベクトルモード導出処理の処理手順を表すフローチャートである。
図18の通常マージモード導出部302は、空間マージ候補導出部341、時間マージ候補導出部342、平均マージ候補導出部344、履歴マージ候補導出部345、マージ候補補充部346、マージ候補選択部347を含む。
次に、符号化側の符号化情報格納メモリ111及び復号側の符号化情報格納メモリ205に備える履歴予測動きベクトル候補リストHmvpCandListの初期化方法および更新方法について詳細に説明する。図26は履歴予測動きベクトル候補リスト初期化・更新処理手順を説明するフローチャートである。
次に、符号化側の通常予測動きベクトルモード導出部301の履歴予測動きベクトル候補導出部323、復号側の通常予測動きベクトルモード導出部401の履歴予測動きベクトル候補導出部423で共通の処理である図20のステップS304の処理手順である履歴予測動きベクトル候補リストHmvpCandListからの履歴予測動きベクトル候補の導出方法について詳細に説明する。図29は履歴予測動きベクトル候補導出処理手順を説明するフローチャートである。
次に、符号化側の通常マージモード導出部302の履歴マージ候補導出部345、復号側の通常マージモード導出部402の履歴マージ候補導出部445で共通の処理である図21のステップS404の処理手順である履歴マージ候補リストHmvpCandListからの履歴マージ候補の導出方法について詳細に説明する。図30は履歴マージ候補導出処理手順を説明するフローチャートである。
次に、符号化側の通常マージモード導出部302の平均マージ候補導出部344、復号側の通常マージモード導出部402の平均マージ候補導出部444で共通の処理である図21のステップS403の処理手順である平均マージ候補の導出方法について詳細に説明する。図39は平均マージ候補導出処理手順を説明するフローチャートである。
動き補償予測部306は、符号化において現在予測処理の対象となっているブロックの位置およびサイズを取得する。また、動き補償予測部306は、インター予測情報をインター予測モード判定部305から取得する。取得したインター予測情報から参照インデックスおよび動きベクトルを導出し、復号画像メモリ104内の参照インデックスで特定される参照ピクチャを、動きベクトルの分だけ予測処理の対象となっているブロックの画像信号と同一位置より移動させた位置の画像信号を取得した後に予測信号を生成する。
単一の参照ピクチャからの予測を行う処理を単予測と定義し、単予測の場合はL0予測またはL1予測という、参照リストL0、L1に登録された2つの参照ピクチャのいずれか一方を利用した予測を行う。
本発明の実施の形態では、動き補償予測の精度向上のために、動き補償予測において複数の参照ピクチャの中から最適な参照ピクチャを選択することを可能とする。そのため、動き補償予測で利用した参照ピクチャを参照インデックスとして利用するとともに、参照インデックスを差分動きベクトルとともにビットストリーム中に符号化する。
動き補償予測部306は、図16の符号化側におけるインター予測部102でも示されるように、インター予測モード判定部305において、通常予測動きベクトルモード導出部301によるインター予測情報が選択された場合には、このインター予測情報をインター予測モード判定部305から取得し、現在処理対象となっているブロックのインター予測モード、参照インデックス、動きベクトルを導出し、動き補償予測信号を生成する。生成された動き補償予測信号は、予測方法決定部105に供給される。
動き補償予測部306は、図16の符号化側におけるインター予測部102でも示されるように、インター予測モード判定部305において、通常マージモード導出部302によるインター予測情報が選択された場合には、このインター予測情報をインター予測モード判定部305から取得し、現在処理対象となっているブロックのインター予測モード、参照インデックス、動きベクトルを導出し、動き補償予測信号を生成する。生成された動き補償予測信号は、予測方法決定部105に供給される。
動き補償予測部306は、図16の符号化側におけるインター予測部102でも示されるように、インター予測モード判定部305において、サブブロック予測動きベクトルモード導出部303によるインター予測情報が選択された場合には、このインター予測情報をインター予測モード判定部305から取得し、現在処理対象となっているブロックのインター予測モード、参照インデックス、動きベクトルを導出し、動き補償予測信号を生成する。生成された動き補償予測信号は、予測方法決定部105に供給される。
動き補償予測部306は、図16の符号化側におけるインター予測部102でも示されるように、インター予測モード判定部305において、サブブロックマージモード導出部304によるインター予測情報が選択された場合には、このインター予測情報をインター予測モード判定部305から取得し、現在処理対象となっているブロックのインター予測モード、参照インデックス、動きベクトルを導出し、動き補償予測信号を生成する。生成された動き補償予測信号は、予測方法決定部105に供給される。
通常予測動きベクトルモード、および通常マージモードでは、以下のフラグに基づいてアフィンモデルによる動き補償が利用できる。以下のフラグは、符号化処理においてインター予測モード判定部305により決定されるインター予測の条件に基づいて以下のフラグに反映され、ビットストリーム中に符号化される。復号処理においては、ビットストリーム中の以下のフラグに基づいてアフィンモデルによる動き補償を行うか否かを特定する。
三角マージモードは、マージモードの一種であり、符号化・復号ブロック内を斜め方向のパーティションに分けて動き補償予測するモードである。三角マージモードは、符号化・復号ブロックを矩形ではない形状のブロックに分割する幾何学分割マージモードの一種であり、幾何学分割マージモードにおいて、符号化・復号ブロックを対角線で二つの直角三角形に分割するモードに相当する。
nCbR = ( nCbW > nCbH ) ? ( nCbW / nCbH ) : ( nCbH / nCbW )
を算出する。すると、符号化ブロック内の位置(x,y)において、図38Aの場合における重みwValueは、
wValue = ( nCbW > nCbH ) ?
( Clip3( 0, 8, x / nCbR - y + 4 ) ) :
( Clip3( 0, 8, y / nCbR - x + 4 ) )
となる。一方、図38Bの場合における重みwValueは、
wValue = ( nCbW > nCbH ) ?
( Clip3( 0, 8, nCbH - 1 - x / nCbR - y + 4 ) ) :
( Clip3( 0, 8, nCbW - 1 - y / nCbR - x + 4 ) )
となる。さらに、ビット数bitDepthに対し、
shift1 = max( 5, 17 - bitDepth )
offset1 = 1 << ( shift1 - 1 )
を算出する。すると、重み付け平均の結果pbSamplesは、
pbSamples = Clip3( 0, ( 1 << bitDepth ) - 1,
( predSamplesLA * wValue +
predSamplesLB * ( 8 - wValue ) + offset1 ) >> shift1 )
となる。ここで、predSamplesLAは、動きベクトルmvLAを用いて動き補償した画素値であり、predSamplesLBは、mvLBを用いて動き補償した画素値である。
三角マージモードにおいて得られたインター予測情報は、符号化および復号を行う際に、対象ブロックの周辺のインター予測情報として参照できるように、符号化情報格納メモリに格納する。ここでの符号化情報格納メモリへの格納処理は、4x4のサブブロック単位で行われ、各パーティションで特定されたインター予測情報を格納する。
特定されたインター予測情報は、単予測のパーティション0(UNI0)、および単予測のパーティション1(UNI1)のインター予測情報であり、双予測のパーティション2(BI)は、UNI0とUNI1のインター予測情報を利用したものになる。
また、パーティションとして分割している対角線上のサブブロックに対しては、図43のような重み付けが行われた場合、図44のようなパーティション2が考えられる。図44Aは、図43Aの重み付けを行った領域をパーティション2とした場合である。図44Bは同様に図43Bに対応する。図44Cは、図43Aで重み付けが行われたサブブロックをパーティション2とした場合である。図44Dは同様に図43Bに対応する。図44Eは、図43Aで全体に重み付けが行われたサブブロックをパーティション2とした場合である。図44Fは同様に図43Bに対応する。
更に、図47および図48のように、本来BIとして格納するサブブロックを、所定のパーティションのインター予測情報を利用して単予測として格納する。図47Aおよび図47Bは、所定のパーティションとしてUNI0とした場合である。図48Aおよび図48Bは、所定のパーティションとしてUNI1とした場合である。
Claims (6)
- マージ候補リストを構築するマージ候補リスト構築部と、
前記マージ候補リストから単予測となる第1のマージ候補を選択する第1のマージ候補
選択部と、
前記マージ候補リストから単予測となる第2のマージ候補を選択する第2のマージ候補
選択部と、
を備え、
前記第1のマージ候補と前記第2のマージ候補による重み付け平均による動き補償を行
う領域では、前記第1のマージ候補又は前記第2のマージ候補のいずれか一方の単予測動
き情報で保存する、
ことを特徴とする動画像符号化装置。 - マージ候補リストを構築するマージ候補リスト構築ステップと、
前記マージ候補リストから単予測となる第1のマージ候補を選択する第1のマージ候補
選択ステップと、
前記マージ候補リストから単予測となる第2のマージ候補を選択する第2のマージ候補
選択ステップと、を有し、
前記第1のマージ候補と前記第2のマージ候補による重み付け平均による動き補償を行
う領域では、前記第1のマージ候補又は前記第2のマージ候補のいずれか一方の単予測動
き情報で保存する、
ことを特徴とする動画像符号化方法。 - マージ候補リストを構築するマージ候補リスト構築ステップと、
前記マージ候補リストから単予測となる第1のマージ候補を選択する第1のマージ候補
選択ステップと、
前記マージ候補リストから単予測となる第2のマージ候補を選択する第2のマージ候補
選択ステップとをコンピュータに実行させ、
前記第1のマージ候補と前記第2のマージ候補による重み付け平均による動き補償を行
う領域では、前記第1のマージ候補又は前記第2のマージ候補のいずれか一方の単予測動
き情報で保存する、
ことを特徴とする動画像符号化プログラム。 - マージ候補リストを構築するマージ候補リスト構築部と、
前記マージ候補リストから単予測となる第1のマージ候補を選択する第1のマージ候補
選択部と、
前記マージ候補リストから単予測となる第2のマージ候補を選択する第2のマージ候補
選択部と、を備え、
前記第1のマージ候補と前記第2のマージ候補による重み付け平均による動き補償を行
う領域では、前記第1のマージ候補又は前記第2のマージ候補のいずれか一方の単予測動
き情報で保存する、
ことを特徴とする動画像復号装置。 - マージ候補リストを構築するマージ候補リスト構築ステップと、
前記マージ候補リストから単予測となる第1のマージ候補を選択する第1のマージ候補
選択ステップと、
前記マージ候補リストから単予測となる第2のマージ候補を選択する第2のマージ候補
選択ステップと、を有し、
前記第1のマージ候補と前記第2のマージ候補による重み付け平均による動き補償を行
う領域では、前記第1のマージ候補又は前記第2のマージ候補のいずれか一方の単予測動
き情報で保存する、
ことを特徴とする動画像復号方法。 - 三角マージ候補リストを構築するマージ候補リスト構築ステップと、
前記マージ候補リストから単予測となる第1のマージ候補を選択する第1のマージ候補
選択ステップと、
前記マージ候補リストから単予測となる第2のマージ候補を選択する第2のマージ候補
選択ステップとをコンピュータに実行させ、
前記第1のマージ候補と前記第2のマージ候補による重み付け平均による動き補償を行
う領域では、前記第1のマージ候補又は前記第2のマージ候補のいずれか一方の単予測動
き情報で保存する、
ことを特徴とする動画像復号プログラム。
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