JP2022084603A - イントラ予測装置、画像復号装置、及びプログラム - Google Patents

イントラ予測装置、画像復号装置、及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】色差ブロックに適用するイントラ予測モードを決定するイントラ予測装置、画像復号装置及びプログラムを提供する。【解決手段】輝度ブロック及び色差ブロックに対してイントラ予測を行うイントラ予測装置であって、色差ブロックに適用するイントラ予測モードの候補の１つとして、色差ブロックに対応する輝度ブロックに適用したイントラ予測モードのモード番号を特定する色差候補特定部と、色差信号の水平方向解像度が輝度信号に比べて低く、且つ、色差信号の垂直方向解像度が輝度信号と等しい色差フォーマットが適用される場合、変換テーブルを用いて、特定した変換前のモード番号を変換し、変換後のモード番号を出力する色差予測モード変換部と、を備える。変換テーブルは、方向性予測について、変換前のモード番号のうちモード番号の小さい順で一定数のモード番号を、変換後のモード番号のうちモード番号の大きい順で一定数のモード番号と対応付ける。【選択図】図６

Description

本開示は、イントラ予測装置、画像復号装置、及びプログラムに関する。
静止画像や動画像の伝送時や保存時のデータ量を圧縮するため映像符号化方式においては、フレーム内の空間的な相関を利用し、符号化対象ブロック周辺の復号済み参照画素を参照するイントラ予測が利用されている。イントラ予測のモードには、例えばＰｌａｎａｒ予測、ＤＣ予測、及び方向性予測がある。
従来の映像符号化方式の１つであるＨＥＶＣ（Ｈｉｇｈｔ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｖｉｄｅｏ Ｃｏｄｉｎｇ）では、画像を正方形の符号化対象ブロックに分割し、ブロック単位で符号化及び復号を行っている。
ＨＥＶＣの方向性予測では、垂直方向を基準とし、時計回りを正、反時計回りを負としたとき、－１３５°から４５°までの間において複数の予測方向が定義されており、－１３５°から＋４５°に向けて予測方向ごとにモード番号が昇順で割り当てられている。
ＨＥＶＣでは、色差ブロックのイントラ予測時に、この色差ブロックに対応する輝度ブロックのイントラ予測に用いられたイントラ予測モードであるＤＭ（Ｄｅｒｉｖｅｄ Ｍｏｄｅ）を含む複数の候補モードの中から、色差ブロックのイントラ予測に用いるイントラ予測モードを決定している。
また、ＨＥＶＣは色差フォーマットとして４：２：２を適用可能であり、この色差フォーマットは色差信号の水平方向解像度が輝度信号に比べて半分になるため、輝度ブロックが正方形であるのに対して、色差ブロックは縦長のブロック形状になる。
このため、４：２：２の色差フォーマットを適用した場合、色差ブロックの形状に即してＤＭを変換するＤＭ変換処理が適用されている。具体的には、表１に示すように、変換前のモード番号（ｍｏｄｅＩｄｘ）を変換後のモード番号（ＩｎｔｒａＰｒｅｄＭｏｄｅＣ）と対応付ける変換テーブルを用いてＤＭを変換する。なお、ＨＥＶＣでは、モード番号「２」から「３４」までが方向性予測である。
Figure 2022084603000002
一方、次世代の映像符号化方式であるＶＶＣ（Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｖｉｄｅｏ Ｃｏｄｉｎｇ）では、方向性予測は、モード番号「２」から「６６」までの６５通りの方向性予測が導入され、よりきめ細かなイントラ予測を可能としている（例えば非特許文献１参照）。
また、ＶＶＣでは、ＨＥＶＣのような正方形のブロック形状に加えて、非正方形のブロック形状も適用可能であり、非正方形のブロック形状に即したイントラ予測モードである広角イントラ予測（ＷＡＩＰ：Ｗｉｄｅ－Ａｎｇｌｅ Ｉｎｔｒａ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）が導入される。ブロック形状に応じたイントラ予測モードから適用モードを選択することで、より柔軟なイントラ予測を可能としている。
ＷＡＩＰでは、非正方形のブロック形状時に、正方形のブロック形状時の予測モードの一部（横長ブロックではモード番号の小さい側、縦長ブロックではモード番号の大きい側）を削除し、さらに削除したのと同数の予測モードを反対側（横長ブロックではモード番号の大きい側、縦長ブロックではモード番号の小さい側）に追加する処理を行う。
ＪＶＥＴ－Ｍ１００１ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｖｉｄｅｏ Ｃｏｄｉｎｇ （Ｄｒａｆｔ ４）
第１の態様に係るイントラ予測装置は、輝度信号及び色差信号により構成される画像を分割して得られた輝度ブロック及び色差ブロックに対してイントラ予測を行う。前記イントラ予測装置は、前記色差ブロックに適用するイントラ予測モードの候補の１つとして、前記色差ブロックに対応する前記輝度ブロックに適用したイントラ予測モードのモード番号を特定する色差候補特定部と、前記色差信号の水平方向解像度が前記輝度信号に比べて低く、且つ前記色差信号の垂直方向解像度が前記輝度信号と等しい色差フォーマットが適用される場合、変換テーブルを用いて、前記色差候補特定部により特定された変換前のモード番号を変換するとともに変換後のモード番号を出力する色差予測モード変換部とを備える。前記変換テーブルは、方向性予測について、前記変換前のモード番号のうちモード番号の小さい順で一定数のモード番号を、前記変換後のモード番号のうちモード番号の大きい順で一定数のモード番号と対応付ける。
第２の態様に係る画像復号装置は、第１の態様に係るイントラ予測装置を備える。
第３の態様に係るプログラムは、コンピュータを第１の態様に係るイントラ予測装置として機能させる。
実施形態に係る画像符号化装置の構成を示す図である。 実施形態に係る輝度ブロックに用いるイントラ予測モードの候補を示す図である。 実施形態に係るＷＡＩＰを示す図である。 図４（ａ）は、輝度ブロックのブロック形状が横長形状である場合のモード番号「２」から「６６」までのイントラ予測角度範囲の一例を示す図であり、図４（ｂ）は、輝度ブロックのブロック形状が縦長形状である場合のモード番号「２」から「６６」までのイントラ予測角度範囲の一例を示す図である。 実施形態に係る画像復号装置の構成を示す図である。 実施形態に係るイントラ予測部（イントラ予測装置）の構成を示す図である。 図７（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が２：１の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。 図８（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が４：１の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。 図９（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が８：１の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。 図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：２の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。 図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：４の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。 図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：８の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。
表１に示す従来のＤＭ変換処理に用いる変換テーブルでは、ＷＡＩＰの広角なイントラ予測モード、すなわち、－１３５°から＋４５°までの角度範囲から外れるような予測方向が考慮されていない。このような変換テーブルを用いる場合、モード番号「２」である－１３５°よりも反時計回りに大きい角度の予測方向のイントラ予測モードに変換できない。
よって、従来のＤＭ変換処理は、色差ブロックの形状に即してＤＭを変換することができない場合があり、色差ブロックの予測効率を向上させる点において改善の余地があった。
そこで、本開示は、色差ブロックの予測効率を向上させることを目的とする。
図面を参照して、実施形態に係る画像符号化装置及び画像復号装置について説明する。実施形態に係る画像符号化装置及び画像復号装置は、ＭＰＥＧに代表される動画像の符号化及び復号をそれぞれ行う。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
＜画像符号化装置＞
まず、本実施形態に係る画像符号化装置について説明する。図１は、本実施形態に係る画像符号化装置１の構成を示す図である。
図１に示すように、画像符号化装置１は、ブロック分割部１００と、減算部１１０と、変換・量子化部１２０と、エントロピー符号化部１３０と、逆量子化・逆変換部１４０と、合成部１５０と、メモリ１６０と、予測部１７０とを有する。
ブロック分割部１００は、動画像を構成するフレーム（或いはピクチャ）単位の入力画像である原画像を複数の画像ブロックに分割し、分割により得た画像ブロックを減算部１１０に出力する。画像ブロックのサイズは、例えば３２×３２画素、１６×１６画素、８×８画素、又は４×４画素等である。画像ブロックの形状は正方形に限らず非正方形（非正方形）であってもよい。画像ブロックは、画像符号化装置１が符号化を行う単位（符号化対象ブロック）であり、且つ画像復号装置が復号を行う単位（復号対象ブロック）である。このような画像ブロックはＣＵ（Ｃｏｄｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と呼ばれることがある。
入力画像は、輝度信号（Ｙ）及び色差信号（Ｃb、Ｃr）により構成されており、入力画像内の各画素は輝度成分（Ｙ）及び色差成分（Ｃb、Ｃr）により構成される。画像符号化装置１は、４：４：４、４：２：２、及び４：２：０の３つの色差フォーマット（Ｃｈｒｏｍａ ｆｏｒｍａｔ）に対応している。
ブロック分割部１００は、輝度信号と色差信号とに対してブロック分割を行う。以下において、ブロック分割の形状が輝度信号と色差信号とで同じである場合について主として説明するが、輝度信号と色差信号とで分割を独立に制御可能であってもよい。画像符号化装置１は、輝度ブロック及び色差ブロックを別々に符号化することが可能である。輝度ブロック及び色差ブロックを特に区別しないときは単に符号化対象ブロックと呼ぶ。
減算部１１０は、ブロック分割部１００から出力された符号化対象ブロックと、符号化対象ブロックを予測部１７０が予測して得た予測ブロックとの差分（誤差）を表す予測残差を算出する。具体的には、減算部１１０は、ブロックの各画素値から予測ブロックの各画素値を減算することにより予測残差を算出し、算出した予測残差を変換・量子化部１２０に出力する。
変換・量子化部１２０は、ブロック単位で直交変換処理及び量子化処理を行う。変換・量子化部１２０は、変換部１２１と、量子化部１２２とを有する。
変換部１２１は、減算部１１０から出力された予測残差に対して直交変換処理を行って直交変換係数を算出し、算出した直交変換係数を量子化部１２２に出力する。直交変換とは、例えば、離散コサイン変換（ＤＣＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）や離散サイン変換（ＤＳＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、カルーネンレーブ変換（ＫＬＴ： Ｋａｒｈｕｎｅｎ-Ｌｏeｖｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等をいう。
量子化部１２２は、変換部１２１から出力された直交変換係数を量子化パラメータ（Ｑｐ）及び量子化行列を用いて量子化し、量子化した直交変換係数をエントロピー符号化部１３０及び逆量子化・逆変換部１４０に出力する。なお、量子化パラメータ（Ｑｐ）は、ブロック内の各直交変換係数に対して共通して適用されるパラメータであって、量子化の粗さを定めるパラメータである。量子化行列は、各直交変換係数を量子化する際の量子化値を要素として有する行列である。
エントロピー符号化部１３０は、量子化部１２２から出力された直交変換係数に対してエントロピー符号化を行い、データ圧縮を行って符号化データ（ビットストリーム）を生成し、符号化データを画像符号化装置１の外部に出力する。エントロピー符号化には、ハフマン符号やＣＡＢＡＣ（Ｃｏｎｔｅｘｔ－ｂａｓｅｄ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｂｉｎａｒｙ Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ Ｃｏｄｉｎｇ；コンテキスト適応型２値算術符号）等を用いることができる。なお、エントロピー符号化部１３０は、ブロック分割部１００から各ブロックの形状（アスペクト比）等の情報を取得し、予測部１７０から予測に関するインデックス等の情報を取得し、これらの情報のエントロピー符号化も行う。
逆量子化・逆変換部１４０は、ブロック単位で逆量子化処理及び逆直交変換処理を行う。逆量子化・逆変換部１４０は、逆量子化部１４１と、逆変換部１４２とを有する。
逆量子化部１４１は、量子化部１２２が行う量子化処理に対応する逆量子化処理を行う。具体的には、逆量子化部１４１は、量子化部１２２から出力された直交変換係数を、量子化パラメータ（Ｑｐ）及び量子化行列を用いて逆量子化することにより直交変換係数を復元し、復元した直交変換係数を逆変換部１４２に出力する。
逆変換部１４２は、変換部１２１が行う直交変換処理に対応する逆直交変換処理を行う。例えば、変換部１２１が離散コサイン変換を行った場合には、逆変換部１４２は逆離散コサイン変換を行う。逆変換部１４２は、逆量子化部１４１から出力された直交変換係数に対して逆直交変換処理を行って予測残差を復元し、復元した予測残差である復元予測残差を合成部１５０に出力する。
合成部１５０は、逆変換部１４２から出力された復元予測残差を、予測部１７０から出力された予測ブロックと画素単位で合成する。合成部１５０は、復元予測残差の各画素値と予測ブロックの各画素値を加算して符号化対象ブロックを再構成（復号）し、復号したブロック単位の復号画像をメモリ１６０に出力する。このような復号画像は、再構成画像と呼ばれることがある。
メモリ１６０は、合成部１５０から出力された復号画像を記憶する。メモリ１６０は、復号画像をフレーム単位で記憶する。メモリ１６０は、記憶している復号画像を予測部１７０に出力する。なお、合成部１５０とメモリ１６０との間にループフィルタが設けられてもよい。
予測部１７０は、ブロック単位で予測を行う。予測部１７０は、インター予測部１７１と、イントラ予測部１７２と、切替部１７３とを有する。
インター予測部１７１は、メモリ１６０に記憶された復号画像を参照画像として用いて、ブロックマッチングなどの手法により動きベクトルを算出し、符号化対象ブロックを予測してインター予測ブロックを生成し、生成したインター予測ブロックを切替部１７３に出力する。
インター予測部１７１は、複数の参照画像を用いるインター予測（典型的には、双予測）や、１つの参照画像を用いるインター予測（片方向予測）の中から最適なインター予測方法を選択し、選択したインター予測方法を用いてインター予測を行う。インター予測部１７１は、インター予測に関する情報（動きベクトル等）をエントロピー符号化部１３０に出力する。
イントラ予測部１７２は、メモリ１６０に記憶された復号画像のうち、符号化対象ブロックの周辺にある復号画素値を参照してイントラ予測ブロックを生成し、生成したイントラ予測ブロックを切替部１７３に出力する。また、イントラ予測部１７２は、選択したイントラ予測モードに関するインデックスをエントロピー符号化部１３０に出力する。
切替部１７３は、インター予測部１７１から入力されるインター予測ブロックとイントラ予測部１７２から入力されるイントラ予測ブロックとを切り替えて、いずれかの予測ブロックを減算部１１０及び合成部１５０に出力する。
イントラ予測部１７２は、複数のイントラ予測モードの中から、イントラ予測対象ブロックに適用する最適なイントラ予測モードを選択し、選択したイントラ予測モードを用いてイントラ予測の対象ブロックを予測する。
具体的には、イントラ予測部１７２は、輝度ブロックについてイントラ予測を行い、輝度イントラ予測ブロックを出力する。また、イントラ予測部１７２は、色差ブロックについてイントラ予測を行い、色差イントラ予測ブロックを出力する。
イントラ予測部１７２は、色差ブロックのイントラ予測を行うよりも前に、この色差ブロックに対応する輝度ブロックのイントラ予測を行う。そして、イントラ予測部１７２は、各輝度ブロックのイントラ予測に用いたイントラ予測モードをメモリ１６０に記憶させる。
色差ブロックに対応する輝度ブロックとは、色差信号の解像度変換を考慮した色差ブロックの位置に対応する位置にある輝度ブロックをいう。但し、色差ブロックの位置に対応して複数の輝度ブロックがある場合、色差ブロックを垂直方向に２分割し、かつ水平方向に２分割し、これにより得られる４つの分割ブロックのうち、右下分割ブロックにおける左上頂点の色差ピクセル（画素）に対応する輝度ピクセル（画素）が含まれる輝度ブロックを、色差ブロックに対応する輝度ブロックとする。
図２は、本実施形態に係る輝度ブロックに用いるイントラ予測モードの候補を示す図である。
図２に示すように、０から６６までの６７通りのイントラ予測モードがある。イントラ予測モードのモード番号「０」はＰｌａｎａｒ予測であり、イントラ予測モードのモード番号「１」はＤＣ予測であり、イントラ予測モードのモード番号「２」乃至「６６」は方向性予測である。
方向性予測において、矢印の方向はイントラ予測時に参照画素を参照する方向である予測方向を示し、矢印の起点は予測対象の画素の位置を示し、矢印の終点はこの予測対象画素の予測に用いる参照画素の位置を示す。
ブロックの右上の頂点と左下の頂点とを通る対角線に平行な予測方向として、左下方向を参照するイントラ予測モードであるモード番号「２」と、右上方向を参照するイントラ予測モードであるモード番号「６６」とがあり、モード番号「２」からモード番号「６６」まで時計回りに所定角度ごとにモード番号が割り振られている。
左下方向を参照するモード番号「２」における予測方向は、水平方向とのなす角度が４５°である。モード番号「６６」における予測方向は、垂直方向とのなす角度が４５°である。なお、垂直方向を基準とし、時計回りを正、反時計回りを負としたとき、モード番号「２」における予測方向は－１３５°であり、モード番号「６６」における予測方向は４５°である。
ブロック分割部１００が出力する符号化対象ブロックは、正方形のブロック形状に加えて、非正方形のブロック形状もとりうる。符号化対象ブロックのブロック形状が非正方形である場合、イントラ予測部１７２は、符号化対象ブロックに用いるイントラ予測モードの予測方向の範囲を調整する。このような技術は、Ｗｉｄｅ Ａｎｇｌｅ Ｉｎｔｒａ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ（ＷＡＩＰ）と呼ばれる。
図３は、本実施形態に係るＷＡＩＰを示す図である。
図３に示すように、ＷＡＩＰにおいて、イントラ予測部１７２は、輝度ブロックのブロック形状が横長形状（すなわち、高さよりも幅が大きい形状）である場合、モード番号の小さい順に一部のイントラ予測モードを削除し、モード番号の大きい方にその削除分のイントラ予測モードを追加する。
一方、イントラ予測部１７２は、輝度ブロックのブロック形状が縦長形状（すなわち、高さよりも幅が小さい形状）である場合、例えば、モード番号の大きい順に一部のイントラ予測モードを削除し、モード番号の小さい方にその削除分のイントラ予測モードを追加する。
このようなＷＡＩＰの処理は、追加したイントラ予測モードのうち最も外側のイントラ予測モードが、非正方形ブロックの対角線と並行になるように予測方向が決定される。予測ブロック形状に応じたイントラ予測モードから適用モードを選択することで、より柔軟なイントラ予測を可能としている。
図４（ａ）は、輝度ブロックのブロック形状が横長形状である場合のモード番号「２」から「６６」までのイントラ予測角度範囲（Ｒａｎｇｅ ｏｆ ｉｎｔｒａ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ）の一例を示す図である。図４（ｂ）は、輝度ブロックのブロック形状が縦長形状である場合のモード番号「２」から「６６」までのイントラ予測角度範囲の一例を示す図である。図４（ａ）及び（ｂ）において、白抜きで示す正方形は予測対象のブロックの画素を示し、網掛けで示す正方形は参照画素を示す。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、輝度ブロックのブロック形状が非正方形である場合、モード番号「２」及び「６６」の予測方向は、４５°とは異なる角度になる。
イントラ予測部１７２は、これらのイントラ予測モードの中から、輝度ブロックのイントラ予測に用いるイントラ予測モードを選択し、選択したイントラ予測モードを用いて輝度ブロックのイントラ予測を行って輝度イントラ予測ブロックを出力する。また、イントラ予測部１７２は、これらの候補の中から選択したイントラ予測モードを示すインデックス（以下、「輝度イントラ予測モードインデックス」と呼ぶ）をエントロピー符号化部１３０に出力し、エントロピー符号化部１３０がこのインデックスを符号化して出力する。
このように、非正方形ブロックについては、従来のいくつかの方向性イントラ予測モードが適応的に広角イントラ予測モードに置き換えられる。置き換えられたイントラ予測モードは、元のモード番号を示す輝度イントラ予測モードインデックスにより画像復号装置２側に通知される。画像復号装置２側では、輝度イントラ予測モードインデックスの解析後に、広角モードのモード番号に置き換える。このため、イントラ予測モードの総数は６７のままである。
一方、色差ブロックのイントラ予測モードの候補の数は、輝度ブロックのイントラ予測モードの候補の数よりも少ない。
色差ブロックと輝度ブロックとで共通するイントラ予測モードの候補は、Ｐｌａｎａｒモード（モード番号「０」）、ＤＣモード（モード番号「１」）、垂直予測モード（モード番号「５０」）、水平予測モード（モード番号「１８」）の４つであり、これにＤＭを追加して５つになる。Ｐｌａｎａｒモード（モード番号「０」）、ＤＣモード（モード番号「１」）、垂直予測モード（モード番号「５０」）、水平予測モード（モード番号「１８」）の４つは「デフォルトモード」と呼ばれることがある。
ＤＭは、色差ブロックに対応する輝度ブロックのイントラ予測に用いられたイントラ予測モードである。なお、色差ブロックに特有なイントラ予測モードとして、輝度ブロックの復号済み画素を予測に用いる色成分間予測がある。以下においては、色成分間予測の機能がディスエーブルである場合について説明するが、色成分間予測の機能がイネーブルであってもよい。
イントラ予測部１７２は、これらの色差イントラ予測候補の中から、色差ブロックのイントラ予測に用いるイントラ予測モードを選択し、選択したイントラ予測モードを用いて色差ブロックのイントラ予測を行って色差イントラ予測ブロックを出力する。また、イントラ予測部１７２は、これらの候補の中から選択したイントラ予測モードを示すインデックス（以下、「色差イントラ予測モードインデックス」と呼ぶ）をエントロピー符号化部１３０に出力し、エントロピー符号化部１３０がこのインデックスを符号化して出力する。
表２に示すように、色差イントラ予測モードインデックスは、５つのイントラ予測モード候補のいずれかを示すインデックスである。
Figure 2022084603000003
色差ブロックに対応する輝度ブロックに適用したイントラ予測モードがデフォルトモードと重複する場合、モード番号「６６」が代替モードとして追加される。一方、色差ブロックに対応する輝度ブロックに適用したイントラ予測モードがデフォルトモードと重複しない場合、この輝度ブロックに適用したイントラ予測モードのモード番号「Ｘ」がＤＭとして追加される。
＜画像復号装置＞
次に、本実施形態に係る画像復号装置について説明する。図５は、本実施形態に係る画像復号装置２の構成を示す図である。
図５に示すように、画像復号装置２は、エントロピー復号部２００と、逆量子化・逆変換部２１０と、合成部２２０と、メモリ２３０と、予測部２４０とを有する。
エントロピー復号部２００は、画像符号化装置１により生成された符号化データを復号し、量子化された直交変換係数を逆量子化・逆変換部２１０に出力する。また、エントロピー復号部２００は、予測（イントラ予測及びインター予測）に関するインデックスを取得し、取得したインデックスを予測部２４０に出力する。ここで、エントロピー復号部２００は、輝度イントラ予測モードインデックス及び色差イントラ予測モードインデックスを予測部２４０に出力する。さらに、エントロピー復号部２００は、各ブロックの形状（アスペクト比）等の情報を取得し、取得した情報を予測部２４０に出力する。
逆量子化・逆変換部２１０は、ブロック単位で逆量子化処理及び逆直交変換処理を行う。逆量子化・逆変換部２１０は、逆量子化部２１１と、逆変換部２１２とを有する。
逆量子化部２１１は、画像符号化装置１の量子化部１２２が行う量子化処理に対応する逆量子化処理を行う。逆量子化部２１１は、エントロピー復号部２００から出力された量子化直交変換係数を、量子化パラメータ（Ｑｐ）及び量子化行列を用いて逆量子化する。これにより、逆量子化部２１１は、復号対象ブロックの直交変換係数を復元し、復元した直交変換係数を逆変換部２１２に出力する。
逆変換部２１２は、画像符号化装置１の変換部１２１が行う直交変換処理に対応する逆直交変換処理を行う。逆変換部２１２は、逆量子化部２１１から出力された直交変換係数に対して逆直交変換処理を行って予測残差を復元し、復元した予測残差（復元予測残差）を合成部２２０に出力する。
合成部２２０は、逆変換部２１２から出力された予測残差と、予測部２４０から出力された予測ブロックとを画素単位で合成することにより、元のブロックを再構成（復号）し、ブロック単位の復号画像をメモリ２３０に出力する。
メモリ２３０は、合成部２２０から出力された復号画像を記憶する。メモリ２３０は、復号画像をフレーム単位で記憶する。メモリ２３０は、フレーム単位の復号画像を画像復号装置２の外部に出力する。なお、合成部２２０とメモリ２３０との間にループフィルタが設けられてもよい。
予測部２４０は、ブロック単位で予測を行う。予測部２４０は、インター予測部２４１と、イントラ予測部２４２と、切替部２４３とを有する。
インター予測部２４１は、メモリ２３０に記憶された復号画像を参照画像として用いて、復号対象ブロックをインター予測により予測する。インター予測部２４１は、エントロピー復号部２００から出力されたインデックス及び動きベクトル等に従ってインター予測を行うことによりインター予測ブロックを生成し、生成したインター予測ブロックを切替部２４３に出力する。
イントラ予測部２４２は、メモリ２３０に記憶された復号画像を参照し、エントロピー復号部２００から出力されたインデックスに基づいて、復号対象ブロックをイントラ予測により予測する。これにより、イントラ予測部２４２は、イントラ予測ブロックを生成し、生成したイントラ予測ブロックを切替部２４３に出力する。
具体的には、イントラ予測部１７２は、輝度ブロックについてイントラ予測を行い、輝度イントラ予測ブロックを出力する。また、イントラ予測部１７２は、色差ブロックについてイントラ予測を行い、色差イントラ予測ブロックを出力する。
イントラ予測部１７２は、色差ブロックのイントラ予測を行うよりも前に、この色差ブロックに対応する輝度ブロックのイントラ予測を行う。そして、イントラ予測部１７２は、各輝度ブロックのイントラ予測に用いたイントラ予測モードをメモリ２３０に記憶させる。
切替部２４３は、インター予測部２４１から入力されるインター予測ブロックとイントラ予測部２４２から入力されるイントラ予測ブロックとを切り替えて、いずれかの予測ブロックを合成部２２０に出力する。
図６は、本実施形態に係るイントラ予測部２４２の構成を示す図である。イントラ予測部２４２は、画像復号装置２に設けられるイントラ予測装置に相当する。
図６に示すように、イントラ予測部２４２は、輝度予測モード決定部２４２ａと、輝度イントラ予測部２４２ｂと、色差候補特定部２４２ｃと、色差予測モード決定部２４２ｄと、色差予測モード変換部２４２ｅと、色差イントラ予測部２４２ｆとを有する。
輝度予測モード決定部２４２ａは、エントロピー復号部２００から出力された輝度イントラ予測モードインデックス及び輝度ブロックのアスペクト比に基づいて、輝度ブロックに適用するイントラ予測モードを決定し、決定したイントラ予測モードのモード番号を輝度イントラ予測部２４２ｂ及びメモリ２３０に出力する。具体的には、輝度予測モード決定部２４２ａは、非正方形の輝度ブロックについて、そのアスペクト比に応じて、輝度イントラ予測モードインデックスが示すイントラ予測モードを広角イントラ予測モードに置き換える。
輝度イントラ予測部２４２ｂは、輝度予測モード決定部２４２ａから出力されたモード番号が示すイントラ予測モードにより、輝度ブロックに隣接する復号済みの輝度参照画素を参照して輝度ブロックのイントラ予測を行う。これにより、輝度イントラ予測部２４２ｂは、輝度イントラ予測ブロックを出力する。
色差候補特定部２４２ｃは、表２に示すように、輝度ブロックに適用したイントラ予測モードのモード番号と、あらかじめ規定された複数の予測モード（複数のデフォルトモード）とに基づいて、色差ブロックに適用可能な複数のイントラ予測モード候補を生成し、生成したイントラ予測モード候補を色差予測モード決定部２４２ｄに出力する。例えば、色差候補特定部２４２ｃは、輝度ブロックに適用したイントラ予測モードのモード番号が「０」（Ｐｌａｎａｒ予測）である場合には、イントラ予測モード候補を構成するモード番号として、「６６」、「５０」、「１８」、「１」、「０」を色差予測モード決定部２４２ｄに出力する。
ここで、色差候補特定部２４２ｃは、色差ブロックに適用するイントラ予測モードの候補の１つとして、この色差ブロックに対応する輝度ブロックに適用したイントラ予測モードのモード番号をＤＭとして特定する。ＤＭは、表２に示す「Ｘ」に相当する。
色差予測モード決定部２４２ｄは、エントロピー復号部２００から出力された色差イントラ予測モードインデックスと、色差候補特定部２４２ｃから出力された複数のイントラ予測モード候補とに基づいて、複数のイントラ予測モード候補の中から色差ブロックに適用するイントラ予測モードを決定し、決定したイントラ予測モードのモード番号を色差イントラ予測部２４２ｆに出力する。
表２に示すように、色差予測モード決定部２４２ｄは、輝度ブロックに適用したイントラ予測モードがデフォルトモードではなく、且つ色差イントラ予測モードインデックスが「４」である場合、色差ブロックに適用するイントラ予測モードとしてＤＭ（すなわち、輝度ブロックに適用したイントラ予測モード）を決定する。
色差予測モード変換部２４２ｅは、色差信号の水平方向解像度が輝度信号に比べて低い色差フォーマット、具体的には、色差フォーマットが４：２：２である場合、ＤＭ変換処理を行う。具体的には、色差予測モード変換部２４２ｅは、色差候補特定部２４２ｃにより特定されたＤＭを、変換前のモード番号を変換後のモード番号と対応付ける変換テーブルを用いて変換する。
色差予測モード変換部２４２ｅは、色差予測モード決定部２４２ｄがイントラ予測モードを決定する前に、変換テーブルを用いてＤＭの変換を行ってもよい。色差予測モード変換部２４２ｅは、色差予測モード決定部２４２ｄがイントラ予測モードとしてＤＭを決定した場合に限り、変換テーブルを用いてＤＭの変換を行ってもよい。なお、色差予測モード変換部２４２ｅは、色差予測モード決定部２４２ｄがイントラ予測モードとしてモード番号「６６」を決定した場合にも、変換テーブルを用いてモード番号「６６」の変換を行ってもよい。
色差予測モード変換部２４２ｅは、テーブル記憶部２４２e１と、変換部２４２e２とを有する。本実施形態において、テーブル記憶部２４２e１は、変換テーブルとして、アスペクト比ごとに用意された複数の変換テーブルを記憶する。変換部２４２e２は、色差ブロックに対応する輝度ブロックのアスペクト比に対応する変換テーブルをテーブル記憶部２４２e１から取得するとともに、取得した変換テーブルを用いてＤＭを変換し、変換後のＤＭのモード番号を出力する。
変換テーブルは、ＷＡＩＰを考慮した構成になっている。具体的には、変換テーブルは、方向性予測について、変換前のモード番号のうちモード番号の小さい順で一定数のモード番号を、変換後のモード番号のうちモード番号の大きい順で一定数のモード番号と対応付ける。
まず、色差ブロックに対応する輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：１及び２：１の場合に用いる変換テーブルを表３に示す。なお、「Ｗ」はブロック幅を画素数で示し、「Ｈ」はブロック高さを画素数で示す。
Figure 2022084603000004
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が２：１の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。
図７（Ａ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が２：１の場合、輝度ブロックが横長形状であるため、この形状に即して元のモード番号「２」から「７」までのイントラ予測モードが削除され、時計回りにモード番号「６６」よりも広角のイントラ予測モードが追加される。追加された広角イントラ予測モードのモード番号が「２」から「７」になる。
図７（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が２：１の場合、色差ブロックが正方形になるため、広角のイントラ予測モードは追加されない。
図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのモード番号「２」から「７」までは、色差ブロックのモード番号「６１」から「６６」までに対応する。表３に示す変換テーブルは、このような対応関係に基づく構成を有しており、変換前のモード番号「２」から「７」までが変換後のモード番号「６１」から「６６」までと対応付けられている。
次に、色差ブロックに対応する輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が４：１の場合に用いる変換テーブルを表４に示す。
Figure 2022084603000005
表４に示すように、変換前のモード番号「１０」、「１１」に対して変換後のモード番号「５」、「７」が対応付けられている点で表３と異なっているが、変換前のモード番号「２」から「７」までが変換後のモード番号「６１」から「６６」までと対応付けられている点は表３と同じである。
図８（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が４：１の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。
図８（Ａ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が４：１の場合、輝度ブロックが横長形状であるため、この形状に即して元のモード番号「２」から「１１」までのイントラ予測モードが削除され、時計回りにモード番号「６６」よりも広角のイントラ予測モードが追加される。追加された広角イントラ予測モードのモード番号が「２」から「１１」になる。
図８（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が４：１の場合、色差ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が２：１になるため、この形状に即して元のモード番号「２」から「７」までのイントラ予測モードが削除され、時計回りにモード番号「６６」よりも広角のイントラ予測モードが追加される。追加された広角イントラ予測モードのモード番号が「２」から「７」になる。
図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのモード番号「２」から「７」までは、色差ブロックのモード番号「６１」から「６６」までに対応する。表４に示す変換テーブルは、このような対応関係に基づく構成を有している。
次に、色差ブロックに対応する輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が８：１の場合に用いる変換テーブルを表５に示す。
Figure 2022084603000006
表５に示すように、変換前のモード番号「１０」、「１１」、「１２」、「１３」に対して変換後のモード番号「５」、「７」、「９」、「１１」がそれぞれ対応付けられている点で表３と異なっているが、変換前のモード番号「２」から「７」までが変換後のモード番号「６１」から「６６」までと対応付けられている点は表３と同じである。
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が８：１の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。
図９（Ａ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が８：１の場合、輝度ブロックが横長形状であるため、この形状に即して元のモード番号「２」から「１３」までのイントラ予測モードが削除され、時計回りにモード番号「６６」よりも広角のイントラ予測モードが追加される。追加された広角イントラ予測モードのモード番号が「２」から「１３」になる。
図９（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が８：１の場合、色差ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が４：１になるため、この形状に即して元のモード番号「２」から「１１」までのイントラ予測モードが削除され、時計回りにモード番号「６６」よりも広角のイントラ予測モードが追加される。追加された広角イントラ予測モードのモード番号が「２」から「１１」になる。
図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのモード番号「２」から「７」までは、色差ブロックのモード番号「６１」から「６６」までに対応する。表５に示す変換テーブルは、このような対応関係に基づく構成を有している。
次に、色差ブロックに対応する輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：２の場合に用いる変換テーブルを表６に示す。
Figure 2022084603000007
表６に示すように、変換前のモード番号「６１」、「６２」に対して変換後のモード番号「５７」、「５７」がそれぞれ対応付けられている点で表３と異なっているが、変換前のモード番号「２」から「７」までが変換後のモード番号「６１」から「６６」までと対応付けられている点は表３と同じである。
図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：２の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。
図１０（Ａ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：２の場合、輝度ブロックが縦長形状であるため、この形状に即して元のモード番号「６１」から「６６」までのイントラ予測モードが削除され、反時計回りにモード番号「２」よりも広角のイントラ予測モードが追加される。追加された広角イントラ予測モードのモード番号が「６１」から「６６」になる。
図１０（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：２の場合、色差ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：４になるため、この形状に即して元のモード番号「５７」から「６６」までのイントラ予測モードが削除され、反時計回りにモード番号「２」よりも広角のイントラ予測モードが追加される。追加された広角イントラ予測モードのモード番号が「５７」から「６６」になる。
図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのモード番号「２」から「７」までは、色差ブロックのモード番号「６１」から「６６」までに対応する。表６に示す変換テーブルは、このような対応関係に基づく構成を有している。
次に、色差ブロックに対応する輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：４及び１：８の場合に用いる変換テーブルを表７に示す。
Figure 2022084603000008
表７に示すように、変換前のモード番号「５７」、「５８」、「６１」、「６２」に対して変換後のモード番号「５５」、「５５」、「５７」、「５７」がそれぞれ対応付けられている点で表３と異なっているが、変換前のモード番号「２」から「７」までが変換後のモード番号「６１」から「６６」までと対応付けられている点は表３と同じである。
図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：４の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。
図１１（Ａ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：４の場合、輝度ブロックが縦長形状であるため、この形状に即して元のモード番号「５７」から「６６」までのイントラ予測モードが削除され、反時計回りにモード番号「２」よりも広角のイントラ予測モードが追加される。追加された広角イントラ予測モードのモード番号が「５７」から「６６」になる。
図１１（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：４の場合、色差ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：８になるため、この形状に即して元のモード番号「５５」から「６６」までのイントラ予測モードが削除され、反時計回りにモード番号「２」よりも広角のイントラ予測モードが追加される。追加された広角イントラ予測モードのモード番号が「５５」から「６６」になる。
図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのモード番号「２」から「７」までは、色差ブロックのモード番号「６１」から「６６」までに対応する。表７に示す変換テーブルは、このような対応関係に基づく構成を有している。
図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：８の場合における輝度ブロック（Ｙ）及び色差ブロック（Ｃ）の関係を示す図である。
図１２（Ａ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：８の場合、輝度ブロックが縦長形状であるため、この形状に即して元のモード番号「５５」から「６６」までのイントラ予測モードが削除され、反時計回りにモード番号「２」よりも広角のイントラ予測モードが追加される。追加された広角イントラ予測モードのモード番号が「５５」から「６６」になる。
図１２（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：８の場合、色差ブロックのアスペクト比（Ｗ：Ｈ）が１：１６になるため、この形状に即して元のモード番号「５３」から「６６」までのイントラ予測モードが削除され、反時計回りにモード番号「２」よりも広角のイントラ予測モードが追加される。追加された広角イントラ予測モードのモード番号が「５３」から「６６」になる。
図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、輝度ブロックのモード番号「２」から「７」までは、色差ブロックのモード番号「６１」から「６６」までに対応する。表７に示す変換テーブルは、このような対応関係に基づく構成を有している。
色差イントラ予測部２４２ｆは、色差予測モード決定部２４２ｄから出力されたモード番号が示すイントラ予測モード、具体的には、色差予測モード変換部２４２ｅによる変換後のモード番号により、色差ブロックに隣接する復号済みの色差参照画素を参照して色差ブロックのイントラ予測を行うことにより、色差イントラ予測ブロックを出力する。
このように、本実施形態に係る変換テーブル（表３乃至表７）は、ＷＡＩＰの広角なイントラ予測モード、すなわち、－１３５°から＋４５°までの角度範囲から外れるような予測方向を考慮した構成になっている。これにより、－１３５°よりも反時計回りに大きい角度の広角イントラ予測モードや、＋４５°よりも時計回りに大きい角度の広角イントラ予測モードにＤＭを変換可能になるため、色差ブロックの形状に即してＤＭを変換することができる。よって、色差ブロックの予測効率を向上させることができる。
＜変更例＞
上述した実施形態において、色差予測モード変換部２４２ｅは、色差フォーマットが４：２：２である場合、輝度ブロックのアスペクト比に応じて色差イントラ予測モードの変換を行っている。このような構成においては、輝度ブロックのアスペクト比と色差ブロックのアスペクト比との違いを厳密に考慮しているため、色差ブロックに適用するイントラ予測方向の精度が高くなり、符号化効率が改善する。
一方、上述した実施形態では、輝度ブロックのアスペクト比に応じて複数の変換テーブルを保持する必要があり、変換テーブルを保持するために必要なメモリ量が増大する。
そこで、本変更例では、色差予測モード変換部２４２ｅは、輝度ブロックのアスペクト比にかかわらず、表８に示す１つの変換テーブルにより色差イントラ予測モードを変換する。具体的には、テーブル記憶部２４２e１は、変換テーブルとして１つの変換テーブルを記憶する。変換部２４２e２は、この変換テーブルをテーブル記憶部２４２e１から取得するとともに、取得した変換テーブルを用いてＤＭを変換する。
Figure 2022084603000009
本変更例によれば、色差ブロックのイントラ予測方向の精度を向上させつつ、変換テーブルを保持するためのメモリ量を低減できる。
＜その他の実施形態＞
画像符号化装置１が行う各処理をコンピュータに実行させるプログラムが提供されてもよい。画像復号装置２が行う各処理をコンピュータに実行させるプログラムが提供されてもよい。プログラムは、コンピュータ読取り可能媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読取り可能媒体を用いれば、コンピュータにプログラムをインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ－ＲＯＭやＤＶＤ－ＲＯＭ等の記録媒体であってもよい。
画像符号化装置１が行う各処理を実行する回路を集積化し、画像符号化装置１を半導体集積回路（チップセット、ＳｏＣ）により構成してもよい。画像復号装置２が行う各処理を実行する回路を集積化し、画像復号装置２を半導体集積回路（チップセット、ＳｏＣ）により構成してもよい。
以上、図面を参照して実施形態について詳しく説明したが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
本願は、日本国特許出願第２０１９－１１７９２８号（２０１９年６月２５日出願）の優先権を主張し、その内容の全てが本願明細書に組み込まれている。

Claims (5)

  1. 輝度信号及び色差信号により構成される画像を分割して得られた輝度ブロック及び色差ブロックに対してイントラ予測を行うイントラ予測装置であって、
    前記色差ブロックに適用するイントラ予測モードの候補の１つとして、前記色差ブロックに対応する前記輝度ブロックに適用したイントラ予測モードのモード番号を特定する色差候補特定部と、
    前記色差信号の水平方向解像度が前記輝度信号に比べて低く、且つ前記色差信号の垂直方向解像度が前記輝度信号と等しい色差フォーマットが適用される場合、変換テーブルを用いて、前記色差候補特定部により特定された変換前のモード番号を変換するとともに変換後のモード番号を出力する色差予測モード変換部と、を備え、
    前記変換テーブルは、
    方向性予測について、前記変換前のモード番号のうちモード番号の小さい順で一定数のモード番号を、前記変換後のモード番号のうちモード番号の大きい順で一定数のモード番号と対応付けていることを特徴とするイントラ予測装置。
  2. 前記色差予測モード変換部は、
    前記変換テーブルとして、アスペクト比ごとに用意された複数の変換テーブルを記憶するテーブル記憶部と、
    前記色差ブロックに対応する前記輝度ブロックのアスペクト比に対応する変換テーブルを前記テーブル記憶部から取得するとともに、取得した変換テーブルを用いて、前記色差候補特定部により特定されたモード番号を変換する変換部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のイントラ予測装置。
  3. 前記色差予測モード変換部は、
    前記変換テーブルとして１つの変換テーブルを記憶するテーブル記憶部と、
    前記色差ブロックに対応する前記輝度ブロックのアスペクト比にかかわらず、前記１つの変換テーブルを前記テーブル記憶部から取得するとともに、取得した変換テーブルを用いて、前記色差候補特定部により特定されたモード番号を変換する変換部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のイントラ予測装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイントラ予測装置を備えることを特徴とする画像復号装置。
  5. コンピュータを請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイントラ予測装置として機能させることを特徴とするプログラム。
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